三分量磁測井的應(yīng)用

三分量磁測井的應(yīng)用

1電法或地面磁法隨著中國對礦石資源的需求增加，我國平坦地區(qū)的礦體開采不足。對于深部礦而言,其在地面產(chǎn)生的磁異常很弱,所以地面磁法很難準確推斷出礦體的賦存特征,如果采用電法,一是價格比較昂貴,二是電法在老礦區(qū)存在地形和工業(yè)電流干擾,效果也不是很理想。要想得到深部的磁性信息,三分量磁測井是一個不錯方法,由于它可以直接進入到地下幾百米甚至一兩千米,因而得到數(shù)據(jù)更真實可靠,結(jié)合找礦經(jīng)驗及理論知識,可以很好地對未知礦體進行判斷。2三分量磁強測量原理2.1x方向插裝法nf儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能工程測井系統(tǒng),探頭型號:JCX-3型三分量井中磁測探管。儀器分為絞車電纜部分、測井主機及三分量磁探頭組成。探頭里面有三個呈互相垂直關(guān)系的磁敏元件,安裝在一個可以沿鉛垂方向自由擺動和水平方向自由轉(zhuǎn)動的裝置上,在重力的作用下Z磁敏元件一直垂直向下,感應(yīng)垂直分量;XY磁敏元件會隨著探管的傾斜方向的變化而整體轉(zhuǎn)動,其中X指向探管傾向(見圖1)。因此,如果所測井為直孔時,水平轉(zhuǎn)動系統(tǒng)無法確定XY的指向,在測井的過程中,它們的指向是無法得知的,因而測得的XY值無法進行解析。2.2x、y磁敏元件轉(zhuǎn)向差以重慶地質(zhì)儀器廠的JCX-3型三分量井中磁測探管為例,其主要技術(shù)指標如下:·測量范圍:-99999nT~+99999nT·X、Y磁敏元件轉(zhuǎn)向差≤400nT·Z磁敏元件轉(zhuǎn)向差≤300nT·傾角測量范圍0~45°,誤差小于0.2°·方位角測量范圍0~360°,誤差小于2°(傾角≥3°)·線性度≤2‰·數(shù)字輸出,更新速度≥3次/秒·探管外形尺寸:Φ40×1400mm·測量井深≤2000m·探管耐壓≤150kg/cm2·配用電纜:4芯鎧裝電纜·工作環(huán)境:溫度:0~70℃;濕度:90%(40℃)2.3jcx-3型三分量井中磁力儀測試實驗如果對探管的三個分量的方向不太清楚,可以在實驗室進行測定驗證,仍以重慶地質(zhì)儀器廠的JCX-3型三分量井中磁力儀為例,首先把儀器組裝好,把探頭放在校正臺上(如果沒有校正臺,也可直接把探頭靠在椅子上,這樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量可能要差一些),然后用羅盤打出磁北方位,并把校正臺0度對正磁北方向并調(diào)平,之后可以進行測試。共進行兩項測試。2.3.1數(shù)據(jù)收集與整理探管傾向不變(如定為0度)并不斷改變頂角,測得的數(shù)據(jù)見表1。由表中數(shù)據(jù)可以看出,在傾角增大時,XYZ三個分量基本保持不變(變化幅度為幾百納特,為儀器允許的誤差范圍),說明探頭的垂直擺動系統(tǒng)工作正常。2.3.2配方2:0時y分量為x方向探管頂角不變(如保持為20度)并不斷改變傾向,測得的數(shù)據(jù)見表2。由上表可以看出,當方位角設(shè)定為0度時,Y分量接近零,X分量為最大正值,說明X分量為指向探管的傾向方向。當方位角為60度時,X減小,Y為負值,說明Y指向從上面看X方向的順時針90度方向(如圖1所示)。注:數(shù)據(jù)的偏差可能受三個因素影響:1.校正臺不太水平;2.校正臺附近存在磁性干擾;3.儀器本身的測量誤差。3磁體磁體的三部分處理3.1剖面位置及磁偏角需要收集整理的數(shù)據(jù)有以下幾種:(1)鉆孔位置的地磁參與場(IGRF),地磁場水平分量H0,垂直分量Z0,磁偏角D。(2)鉆孔的測斜資料:包括深度、頂角(傾角)、方位角。(3)地質(zhì)剖面方位角。(4)三分量磁測井數(shù)據(jù)(深度、XYZ三個分量值)。3.2數(shù)據(jù)計算方法3.2.1剩余垂直分量z只需用測得的數(shù)值減去Z0(ΔZ=Z-Z0)。3.2.2多投影公式能夠得到三個參量:ΔH⊥(剩余水平分量在地質(zhì)剖面的投影)、ΔH∥(剩余水平分量在地質(zhì)剖面的垂直剖面的投影)。計算見圖2,可以用矢量的合成分解法。具體實現(xiàn)方法:根據(jù)鉆孔方位角和地質(zhì)剖面方位角的相對關(guān)系,把XY分量投影到地質(zhì)剖面(H⊥)及其垂直剖面(H∥)上,再把水平分量H0投影到上述兩個剖面上(H0⊥、H0∥),然后用前面的兩個數(shù)值分別減去后面的兩個數(shù)值,就得到了ΔH⊥和ΔH∥。4繪制曲線和矢量線得到每個測點的ΔZ、ΔH⊥及ΔH∥后,可以繪制曲線和矢量線,ΔZ曲線、ΔH⊥曲線、ΔT⊥矢量線及ΔT∥矢量線。關(guān)于曲線的繪制比較簡單,下面重點介紹一下矢量線的繪制方法。5鉆井結(jié)果圖的結(jié)論解釋5.1排磁場及剩余磁場我國大部分地區(qū)在北半球的中緯度地區(qū),這里的地磁場方向為斜向下,屬斜磁化。礦體被磁化后產(chǎn)生的剩余磁場,相當于圖4所示的一個磁鐵。ΔZ曲線的有代表意義的特征有三個,對于測井曲線的解釋很有用,分別是:5.1.1礦頭或礦頭概況見于見礦鉆孔,見礦前在高于礦頭(N極)位置,曲線呈現(xiàn)微弱負開口,到達礦頭附近,曲線接近零值,礦頭以下至見礦前曲線呈現(xiàn)正異常逐漸加大趨勢,見礦后由于內(nèi)磁場和外磁場反向,所以曲線立即出現(xiàn)很大負異常(如果礦體品位高且品位穩(wěn)定,該負值也基本恒定),出礦后又立即變?yōu)檎挡⒅饾u收斂,至礦尾(S極)接近零值,之后出現(xiàn)一個微弱負異常并緩慢歸零。5.1.2上向海內(nèi)磁場見于井旁有礦頭的鉆孔,當鉆孔附近有一個盲礦體,且礦體的礦頭(N極)距鉆孔較近時,高于礦頭時,受礦頭產(chǎn)生的向上磁場作用,故此產(chǎn)生一個負異常,到達礦頭標高附近減小為接近零,在礦頭標高以下部分礦體產(chǎn)生的磁場向下,故產(chǎn)生一個正異常。這種負-正異常交替出現(xiàn)的組合形狀像一個“S”。5.1.3體生物s極產(chǎn)生的異常和“S”型異常相反,反“S”異常出現(xiàn)在井旁有礦尾的鉆孔。當鉆孔附近有一個盲礦體尾部(S極)時,在礦體尾部標高以上,磁場方向向下,故產(chǎn)生的異常為一個正異常;礦體尾部標高附近,磁場接近水平,異常也接近零;在礦體尾部標高以下,磁場方向變?yōu)橄蛏?故異常為一個負異常。反“S”異常是一個正-負異常組合。5.2剖面方向的選取ΔT∥矢量在測井成果圖的解釋中沒有用,之所以畫出ΔT∥矢量,是為了確認剖面方位角和礦體的關(guān)系是否合適。一般的地質(zhì)剖面總是盡量垂直礦體走向方向,這樣,礦體產(chǎn)生的磁場方向大體都平行于剖面方向,投影后很接近真實的磁場方向、失真很小,但當剖面到達礦體的邊緣或礦體沒有一個明顯走向時,地質(zhì)剖面方向的選取就可能不是很合理,這樣對測井異常的解釋會造成偏差,甚至判斷錯誤。所以繪制測井曲線時畫出該矢量可以加以驗證,如果該矢量沒有明顯規(guī)律,呈現(xiàn)比較凌亂的樣子,就說明原剖面方向選取正確。5.3判斷盲礦體的方位這個矢量其實就是礦體產(chǎn)生的磁場在觀測剖面的投影,其方向為磁力線的切線方向,大小和磁力線的密度成正比。我們一般取地質(zhì)剖面的方向為垂直礦體走向,這樣礦體產(chǎn)生的磁場在地質(zhì)剖面的投影較強,在其垂直剖面的投影較弱。ΔZ曲線雖然可以通過“S”異常、反“S”異常判斷有井旁礦體頭部、尾部,但是對于該礦體頭、尾部處于鉆孔的哪個方位卻無能為力,因為不管在哪個方位都能產(chǎn)生一樣的曲線。這時就得依靠ΔT⊥矢量。要想準確判斷盲礦體的方位,就得找到一個合適的剖面方位角。具體方法為首先用地質(zhì)剖面方位角做出圖3那樣的測井曲線圖,然后觀察兩個矢量的特征,如果有一個明顯有優(yōu)勢,而另一個幅度較小且比較雜亂,說明有優(yōu)勢的那個矢量所在的剖面是合適的。如果是ΔT⊥矢量有明顯優(yōu)勢,則就用該圖來判斷盲礦體,如果不是,就改變剖面方位角并重新計算成圖,直到ΔT⊥矢量有明顯優(yōu)勢而ΔT∥矢量幅值較小且比較凌亂為止。下面是一個很好實際例子,用來判斷盲礦體的方向。該孔的200~300m附近出現(xiàn)一個明顯的“S”型ΔZ曲線,由此可知該孔附近存在一個盲礦體。圖5左是由地質(zhì)人員提供的勘探線方位方向所繪制的測井曲線,可見ΔT⊥矢量比較凌亂,不太容易解釋,如果沒繪制出ΔT∥矢量,也就無法準確判斷盲礦方位。后來把勘探線旋轉(zhuǎn)90度后再繪制出測井曲線,就發(fā)現(xiàn)ΔT⊥矢量指向規(guī)則,其在260米深度附近存在一個明顯的矢量反向交匯,說明交匯處就是盲礦體頭部所在位置。除了判斷盲礦體的方位,根據(jù)一般經(jīng)驗,礦體的內(nèi)矢量一般與其傾向垂直,借此可以大致判斷礦體的傾向,見圖6。5.4磁異常的因素我國大部分處于北半球中緯度地區(qū),這里地磁場為斜向下,故此礦體產(chǎn)生的磁異常一般也斜向下。對于低緯度地區(qū),由于地磁場接近水平,利用ΔZ曲線很難對異常進行解釋,這時就用到了ΔH⊥曲線,解釋方法與ΔZ曲線類似。6地面模擬磁線計算為對礦體進行定量解釋,可以利用地面精測剖面進行反演解釋,推斷出礦體的產(chǎn)狀及埋深,為地質(zhì)人員布鉆提供參考和依據(jù)。但隨著深度的加大,地面異常變得相當微弱,甚至低于磁測的測量誤差,這時,很難再單純使用地面異常進行正反演計算了。如果礦區(qū)已經(jīng)有了部分深部鉆孔,并進行了井中三分量磁測,這樣就可以利用這些數(shù)據(jù)來和地面數(shù)據(jù)一起進行正反演計算,可以大大提高找礦效果(即見礦率)。實現(xiàn)方法為:鉆孔可以當作一個縱剖面,地面磁測為橫剖面,三分量磁測井的數(shù)據(jù)可以進行合成與分解,得到想要計算的分量(或總場),然后計算出每個位置的理論磁異常。圖7為一個例子。7地質(zhì)解釋更完善,容易實現(xiàn)磁法解釋的