三分量磁測(cè)井的應(yīng)用

三分量磁測(cè)井的應(yīng)用

1電法或地面磁法隨著中國(guó)對(duì)礦石資源的需求增加，我國(guó)平坦地區(qū)的礦體開(kāi)采不足。對(duì)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(zhǔn)確推斷出礦體的賦存特征,如果采用電法,一是價(jià)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(cè)井是一個(gè)不錯(cuò)方法,由于它可以直接進(jìn)入到地下幾百米甚至一兩千米,因而得到數(shù)據(jù)更真實(shí)可靠,結(jié)合找礦經(jīng)驗(yàn)及理論知識(shí),可以很好地對(duì)未知礦體進(jìn)行判斷。2三分量磁強(qiáng)測(cè)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(cè)井系統(tǒng),探頭型號(hào):JCX-3型三分量井中磁測(cè)探管。儀器分為絞車(chē)電纜部分、測(cè)井主機(jī)及三分量磁探頭組成。探頭里面有三個(gè)呈互相垂直關(guān)系的磁敏元件,安裝在一個(gè)可以沿鉛垂方向自由擺動(dòng)和水平方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)隨著探管的傾斜方向的變化而整體轉(zhuǎn)動(dòng),其中X指向探管傾向(見(jiàn)圖1)。因此,如果所測(cè)井為直孔時(shí),水平轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法確定XY的指向,在測(cè)井的過(guò)程中,它們的指向是無(wú)法得知的,因而測(cè)得的XY值無(wú)法進(jìn)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(cè)探管為例,其主要技術(shù)指標(biāo)如下:·測(cè)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(cè)量范圍0~45°,誤差小于0.2°·方位角測(cè)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(cè)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(cè)試實(shí)驗(yàn)如果對(duì)探管的三個(gè)分量的方向不太清楚,可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定驗(yàn)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(tái)上(如果沒(méi)有校正臺(tái),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(pán)打出磁北方位,并把校正臺(tái)0度對(duì)正磁北方向并調(diào)平,之后可以進(jìn)行測(cè)試。共進(jìn)行兩項(xiàng)測(cè)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(cè)得的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表中數(shù)據(jù)可以看出,在傾角增大時(shí),XYZ三個(gè)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(shuō)明探頭的垂直擺動(dòng)系統(tǒng)工作正常。2.3.2配方2:0時(shí)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(cè)得的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。由上表可以看出,當(dāng)方位角設(shè)定為0度時(shí),Y分量接近零,X分量為最大正值,說(shuō)明X分量為指向探管的傾向方向。當(dāng)方位角為60度時(shí),X減小,Y為負(fù)值,說(shuō)明Y指向從上面看X方向的順時(shí)針90度方向(如圖1所示)。注:數(shù)據(jù)的偏差可能受三個(gè)因素影響:1.校正臺(tái)不太水平;2.校正臺(tái)附近存在磁性干擾;3.儀器本身的測(cè)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(chǎng)(IGRF),地磁場(chǎng)水平分量H0,垂直分量Z0,磁偏角D。(2)鉆孔的測(cè)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(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(深度、XYZ三個(gè)分量值)。3.2數(shù)據(jù)計(jì)算方法3.2.1剩余垂直分量z只需用測(cè)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(gè)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(jì)算見(jiàn)圖2,可以用矢量的合成分解法。具體實(shí)現(xiàn)方法:根據(jù)鉆孔方位角和地質(zhì)剖面方位角的相對(duì)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(gè)剖面上(H0⊥、H0∥),然后用前面的兩個(gè)數(shù)值分別減去后面的兩個(gè)數(shù)值,就得到了ΔH⊥和ΔH∥。4繪制曲線和矢量線得到每個(gè)測(cè)點(diǎn)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(jiǎn)單,下面重點(diǎn)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(chǎng)及剩余磁場(chǎng)我國(guó)大部分地區(qū)在北半球的中緯度地區(qū),這里的地磁場(chǎng)方向?yàn)樾毕蛳?屬斜磁化。礦體被磁化后產(chǎn)生的剩余磁場(chǎng),相當(dāng)于圖4所示的一個(gè)磁鐵。ΔZ曲線的有代表意義的特征有三個(gè),對(duì)于測(cè)井曲線的解釋很有用,分別是:5.1.1礦頭或礦頭概況見(jiàn)于見(jiàn)礦鉆孔,見(jiàn)礦前在高于礦頭(N極)位置,曲線呈現(xiàn)微弱負(fù)開(kāi)口,到達(dá)礦頭附近,曲線接近零值,礦頭以下至見(jiàn)礦前曲線呈現(xiàn)正異常逐漸加大趨勢(shì),見(jiàn)礦后由于內(nèi)磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)反向,所以曲線立即出現(xiàn)很大負(fù)異常(如果礦體品位高且品位穩(wěn)定,該負(fù)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(gè)微弱負(fù)異常并緩慢歸零。5.1.2上向海內(nèi)磁場(chǎng)見(jiàn)于井旁有礦頭的鉆孔,當(dāng)鉆孔附近有一個(gè)盲礦體,且礦體的礦頭(N極)距鉆孔較近時(shí),高于礦頭時(shí),受礦頭產(chǎn)生的向上磁場(chǎng)作用,故此產(chǎn)生一個(gè)負(fù)異常,到達(dá)礦頭標(biāo)高附近減小為接近零,在礦頭標(biāo)高以下部分礦體產(chǎn)生的磁場(chǎng)向下,故產(chǎn)生一個(gè)正異常。這種負(fù)-正異常交替出現(xiàn)的組合形狀像一個(gè)“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(dāng)鉆孔附近有一個(gè)盲礦體尾部(S極)時(shí),在礦體尾部標(biāo)高以上,磁場(chǎng)方向向下,故產(chǎn)生的異常為一個(gè)正異常;礦體尾部標(biāo)高附近,磁場(chǎng)接近水平,異常也接近零;在礦體尾部標(biāo)高以下,磁場(chǎng)方向變?yōu)橄蛏?故異常為一個(gè)負(fù)異常。反“S”異常是一個(gè)正-負(fù)異常組合。5.2剖面方向的選取ΔT∥矢量在測(cè)井成果圖的解釋中沒(méi)有用,之所以畫(huà)出ΔT∥矢量,是為了確認(rèn)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(chǎng)方向大體都平行于剖面方向,投影后很接近真實(shí)的磁場(chǎng)方向、失真很小,但當(dāng)剖面到達(dá)礦體的邊緣或礦體沒(méi)有一個(gè)明顯走向時(shí),地質(zhì)剖面方向的選取就可能不是很合理,這樣對(duì)測(cè)井異常的解釋會(huì)造成偏差,甚至判斷錯(cuò)誤。所以繪制測(cè)井曲線時(shí)畫(huà)出該矢量可以加以驗(yàn)證,如果該矢量沒(méi)有明顯規(guī)律,呈現(xiàn)比較凌亂的樣子,就說(shuō)明原剖面方向選取正確。5.3判斷盲礦體的方位這個(gè)矢量其實(shí)就是礦體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在觀測(cè)剖面的投影,其方向?yàn)榇帕€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?yàn)榇怪钡V體走向,這樣礦體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在地質(zhì)剖面的投影較強(qiáng),在其垂直剖面的投影較弱。ΔZ曲線雖然可以通過(guò)“S”異常、反“S”異常判斷有井旁礦體頭部、尾部,但是對(duì)于該礦體頭、尾部處于鉆孔的哪個(gè)方位卻無(wú)能為力,因?yàn)椴还茉谀膫€(gè)方位都能產(chǎn)生一樣的曲線。這時(shí)就得依靠ΔT⊥矢量。要想準(zhǔn)確判斷盲礦體的方位,就得找到一個(gè)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(cè)井曲線圖,然后觀察兩個(gè)矢量的特征,如果有一個(gè)明顯有優(yōu)勢(shì),而另一個(gè)幅度較小且比較雜亂,說(shuō)明有優(yōu)勢(shì)的那個(gè)矢量所在的剖面是合適的。如果是ΔT⊥矢量有明顯優(yōu)勢(shì),則就用該圖來(lái)判斷盲礦體,如果不是,就改變剖面方位角并重新計(jì)算成圖,直到ΔT⊥矢量有明顯優(yōu)勢(shì)而ΔT∥矢量幅值較小且比較凌亂為止。下面是一個(gè)很好實(shí)際例子,用來(lái)判斷盲礦體的方向。該孔的200~300m附近出現(xiàn)一個(gè)明顯的“S”型ΔZ曲線,由此可知該孔附近存在一個(gè)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(cè)井曲線,可見(jiàn)ΔT⊥矢量比較凌亂,不太容易解釋,如果沒(méi)繪制出ΔT∥矢量,也就無(wú)法準(zhǔn)確判斷盲礦方位。后來(lái)把勘探線旋轉(zhuǎn)90度后再繪制出測(cè)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(gè)明顯的矢量反向交匯,說(shuō)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(yàn),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(jiàn)圖6。5.4磁異常的因素我國(guó)大部分處于北半球中緯度地區(qū),這里地磁場(chǎng)為斜向下,故此礦體產(chǎn)生的磁異常一般也斜向下。對(duì)于低緯度地區(qū),由于地磁場(chǎng)接近水平,利用ΔZ曲線很難對(duì)異常進(jìn)行解釋,這時(shí)就用到了ΔH⊥曲線,解釋方法與ΔZ曲線類(lèi)似。6地面模擬磁線計(jì)算為對(duì)礦體進(jìn)行定量解釋,可以利用地面精測(cè)剖面進(jìn)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(dāng)微弱,甚至低于磁測(cè)的測(cè)量誤差,這時(shí),很難再單純使用地面異常進(jìn)行正反演計(jì)算了。如果礦區(qū)已經(jīng)有了部分深部鉆孔,并進(jìn)行了井中三分量磁測(cè),這樣就可以利用這些數(shù)據(jù)來(lái)和地面數(shù)據(jù)一起進(jìn)行正反演計(jì)算,可以大大提高找礦效果(即見(jiàn)礦率)。實(shí)現(xiàn)方法為:鉆孔可以當(dāng)作一個(gè)縱剖面,地面磁測(cè)為橫剖面,三分量磁測(cè)井的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行合成與分解,得到想要計(jì)算的分量(或總場(chǎng)),然后計(jì)算出每個(gè)位置的理論磁異常。圖7為一個(gè)例子。7地質(zhì)解釋更完善,容易實(shí)現(xiàn)磁法解釋的