無人機電磁探測技術

冰雪覆蓋、人跡罕至的南極，一直是科學家探索地球演化、氣候變化和自然資源的神秘大陸。

在中國第40次南極科學考察期間，考察隊在東南極拉斯曼丘陵首次開展了冰下基巖無人機電磁探測工作。這次探測工作不僅標志著我國在南極地質調查領域取得新的突破，也為南極地質調查和地學研究提供了有力支撐。那么，什么是無人機電磁探測技術？它的探測原理又是什么呢？

“透視”冰蓋之下的地質結構

南極擁有特殊的地理位置和極端的低溫環(huán)境，這片大地上的許多奧秘仍未被揭開，其中一項就是冰蓋之下的地質結構——冰蓋下面多深有巖石？巖石類型有哪些？構造有何特征？又蘊藏著哪些自然資源？這些問題吸引著一代又一代地球科學領域的科學家前往南極，探索冰下奧秘。

在地球科學研究，尤其是極地探測領域，科學家為了揭示南極洲冰蓋之下的神秘地貌與構造特征，已經開展了諸多研究，采用許多先進的非侵入式技術，無需直接鉆取巖芯樣品即可獲取寶貴信息。這不僅大大降低作業(yè)成本與環(huán)境影響，還能為全面解析南極地質狀況提供強有力的支撐。

現(xiàn)階段最新的一項技術則是無人機電磁探測技術。

無人機＋電磁探測技術：相互配合的“最佳拍檔”

電磁探測技術：

給冰下巖石做“CT”

地球在漫長的地質構造演化中，形成的不同介質的物理性質往往千差萬別，其中最明顯、最容易被探測的就是介質的電磁特性，特別是電阻率（用來表示各種物質電阻特性的物理量）參數(shù)。有些介質，如冰、花崗巖、片麻巖等電阻率大，高達105Ω·m（歐姆·米，電阻率單位）或更高，而有些介質，如海水、金屬礦物、飽水巖石等則電阻率小，低至10-3Ω·m或更低。電磁探測技術正是利用這些介質的電磁學差異，實現(xiàn)地下結構的“透視”。

“CT”檢查怎么做？

通常情況下，電磁探測設備包括發(fā)射器和接收器兩部分。發(fā)射器負責向地下發(fā)射電磁波，當電磁波遇到目標物體時，會發(fā)生反射、散射、吸收等相互作用。這些相互作用會導致電磁波的傳播路徑、強度、頻率等參數(shù)發(fā)生變化，接收器則負責接收反射回來的信號。

分析這些經過相互作用的信號，并通過信號處理和分析技術，提取出目標物體的相關信息，科學家就可以獲得冰下巖石的三維電阻率圖像，進而推斷出冰下巖石的結構和特征。打個比方，電磁探測就像給地球做一次CT檢查，而電阻率圖像也是類似于CT檢查后獲得的圖像，科學家可以利用這些圖像知曉地下信息，從而“對癥下藥”。

值得一提的是，與常溫環(huán)境不同，南極基巖上往往覆蓋著一層厚厚的冰蓋，而冰蓋上又有一層疏松的雪。冰蓋和雪層的存在會造成電磁波的大幅度衰減，這不僅使得電磁波穿透冰層的深度受到限制，還會影響探測信號的質量和準確性。因此，傳統(tǒng)的電磁探測方法，可能無法有效地在這些區(qū)域獲取精確的數(shù)據(jù)。為了克服這些問題，科學家通常采用更先進的技術，如低頻電磁波或高功率信號，來增強探測信號的穿透能力。

此外，其他多種地球物理探測手段（如衛(wèi)星遙感、地面雷達以及井中探測等技術）相互佐證，也能有效提升數(shù)據(jù)的準確性。現(xiàn)如今，航空電磁探測技術在南極的最大探測深度可達600～700米，在一些冰蓋薄或裸露的基巖處，已經能夠獲得關于地質構造的有效信息。

無人機配合：

綠色、高效考察的好幫手

南極地表地形復雜，氣候惡劣，很多區(qū)域科學考察難度極大。科學家又是如何在南極應用電磁探測技術的呢？

為減少人力物力的投入、保障安全，科學家首先想到的便是無人機。

無人機，即無人駕駛飛行器，具有靈活、高效、低成本等優(yōu)點。每年夏天是南極考察作業(yè)的最佳窗口期，無人機有機會克服極端氣候和地形條件，快速覆蓋大范圍的冰蓋區(qū)域。

“飛”測數(shù)據(jù)

通過預先設定的飛行路線，無人機能在冰面上空進行穩(wěn)定飛行，搭載的各種電磁傳感器和設備則負責收集數(shù)據(jù)。通過無人機與電磁探測裝備的有效組合，科學家不僅能夠大幅度降低科研人員在南極進行人工操作的風險，還能顯著縮短數(shù)據(jù)采集的時間成本。同時，無人機的使用還減少了對環(huán)境的干擾，對南極環(huán)境來說是零污染，與現(xiàn)代科學考察的綠色、可持續(xù)發(fā)展要求相當契合。

無人機和電磁探測技術的創(chuàng)新組合，使得科學家能更好地獲取南極冰蓋下面的地質特征、沉積物分布、礦產類型以及潛在水體等信息。這些信息對于理解地球的演化過程、特定地質事件（如冰期和間冰期的相互作用）以及板塊構造活動提供了新穎的方案。

此外，無人機電磁探測技術還可以對南極冰蓋進行長期的監(jiān)測，例如監(jiān)測冰流的速度、冰川的穩(wěn)定性及其對氣候變化的響應，從而為預測未來的冰蓋變化和海平面上升提供重要的數(shù)據(jù)支持。無人機電磁探測技術也可以保障科學考察更加安全、便捷和高效，有力推動南極地質和氣候變化研究向縱深發(fā)展。

隨著科技的飛速進步和對極地考察的不斷深入，無人機電磁探測技術將在未來發(fā)揮更加重要和廣泛的作用，也將成為探索南極冰下地質奧秘的新利器。

知識鏈接

開展冰下地質調查的常用方法

重力法、磁法和可控震源地震法都是進行冰下地質調查的先進技術方法。

重力法通過測量地面某一區(qū)域內的重力異常變化，推測地下物質密度分布狀況。巖石種類、地形起伏及含水量等因素會造成局部重力場差異，由此可以反映南極地下深部結構。

磁法利用磁感應原理，通過測量地磁場變化，根據(jù)地下巖石磁性差異來揭示南極地質特征。

可控震源地震法是人工模仿觸發(fā)微弱地震事件，利用聲波在不同介質間的傳播速度及衰減規(guī)律，進一步獲取地質構造相關信息。

（責任編輯 / 王佳璇 美術編輯 / 周游）