利用井中磁方位异常判断磁性体位置的方法

利用井中磁方位异常判断磁性体位置的方法 利用井中磁方位异常判断磁性体位置的方 法 第34卷第6期 2010年12月 物探与化探 GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATION Vo1.34.No.6 Dec..2010 利用井中磁方位异常判断磁性体位置的方法 杨坤彪,陶德益,范新省 (1.中国冶金地质总局西北地质勘查院,陕西西安710061;2.中国冶金地质总局中南地质勘查 院,湖北武汉430081)) 摘要:根据国产井中磁力仪能计算钻孔中无磁干扰井段磁方位角,而引入受水平磁异常干扰产生磁方位异常?IB 的概念;并阐明?的符号与水平磁异常?日方向的对应特性,从而得出?曲线图型与磁性体相对于钻孑L位置的 关系,提出?为井中磁测定位解释的一个辅助参量. 关键词:磁方位角;磁方位异常;Tk平磁异常;磁性体位置 中图分类号:P631.7文献标识码:A文章编号:1000—8918(2010)06—0717—05 我国井中磁测的发展与应用已有40多年历史. 20世纪60年代初,原冶金部地质研究所先后研制 成功井中单分量和三分量磁力仪,为了适应生产需 要,原地质部上海和重庆地质仪器厂,在冶金系统研 制的井中三分量和五分量磁力仪样机的基础上,进 行改进并批量生产,在实际生产中取得广泛应用. 与此同时,地矿部第一物探队101队及大专院校,对 井中磁测的方法技术和推断解释理论进行了系统的 研究和实践,有力的推动了井中磁测工作的发展. 前人对井中磁测的基本理论,井中磁异常的初 步解释,定量计算及其应用,都作了详尽的研究和论 述.笔者在此基础上根据国产井中磁力仪能计算钻 孔中无磁干扰井段磁方位角,顶角的特点,引入受水 平磁异常对方位的干扰产生磁方位异常?的概 念,作为井中磁测定位解释的一个辅助参量. 在磁性体外磁场涉及的空间,其水平磁异常 ?日将会影响磁方位值.用有磁性影响的磁方位值 减去无磁性影响的磁方位值,其差定义为磁方位异 常.磁方位异常的"+","一"符号与水平磁异常 ?日指向东或西侧具有对应关系. 1磁方位异常 1.1磁方位异常的含义 井中磁测属对观0点磁场的绝对测量.使用国 产测磁系统的井中三(五)分量磁力仪,可以测算出 无磁干扰时的磁方位角(图1). 设Y方向(即井下仪倾斜方向)的磁方位角为卢; 方向在Y的右侧交90.为正向.正常水平地磁场 收稿日期:2OLO一02—24 图1磁方位计算示意 H0的两个水平分量为0,Yo.令=arctanI0l, 为正常水平磁场H.(/to=+Y)与井下仪Y 轴所夹的锐角,其关系如图1所示,则有 B= Ot,o<0,Y0>0; 盯一,o<0,Y0<0; 1T+ot,o>0,Yo>0; 2一,0>0,Yo>0. 若存在磁异常,则观测点的水平磁场日由H0 与水平磁异常AH合成(日=/to+AH),其模值H= 研,这时按上式计算的卢值是以H方向当作 磁北的Y方向方位角,称为视磁方位角,以表示 (图2)而Y方向的磁方位仍以磁北(/40方向)为 基准. ? 7l8?物探与化探34卷 图2视磁方位角与磁方位异常 通常卢?卢,其差异由?日所引起.如图2中方 向的磁方位为,存在?日.时,视磁方位为卢;存在 ?日时,视磁方位为卢.令=一卢;JB.<卢, ?<0;卢:>/3,?>0.可见,?是水平磁异常引 起的磁偏角差异,它因AH不同而异,且有正负值. 1.2磁方位异常的表达式 设为正常水平磁场值,日为水平磁场值,某 点水平磁异常?日的模为?,其磁方位为,?日 引起的磁方位异常为?卢.H.和日在两水平轴上 的投影分别为,和,Y,AH在两水平轴上的 投影分别为AX,?l,o图3中,<,?为负值.由 图可知, =arctan A__?Hsin . q~ TJJn'_lu 或 =arcta" A + Y ? si yc n/3 . +A — X ? cosfl s面. :,,?, 图3磁方位异常,水平磁异常关系 1.3磁方位异常的主要特点 (1)对于确定的?日值,?随?日的方位而 改变.求引起磁方位异常最大值ll…的水平磁 异常?日方位角时,令a?a=0,则有cos+ AH=0,因而c0s=AH/Ho,所以=叮『?arccos (AH/Ho),即应满足如图4所示?日与.组成的 以日.为斜边的直角三角形.图中=竹一arccos (AH/Ho),:=叮『+arccos(?),这时,的极 图4磁方位异常的极值系 值为 瓴一ctan…ctan丽AH, =一ctan百AH=一etanAH, 可见,在日.一定的区内,?的极值可由?日模值计 算得出,以表示水平磁异常?日能引起的最大 磁方位异常值,有 …ctan…csin……s. 由此可见,引起最大磁方位异常值?的水平磁异 常?日,水平磁场,和水平模差?分别为 AH=Hosin(), H=HoCOS(?),?H:Ho[cos(a~)一1]. 由于国产井中五分量磁力仪可以计算孔斜方位 和顶角,因此这一特点,对于利用井中磁测资料计算 孔斜方位的可行性,具有实际意义. (2)?口的符号与?日指向的关系有:若AH~O, 则 =arctan A + H ? sinq , 可写为 一arctann卫. 由于一次场大于二次场,1to>AH,Ho/AH>1,所以 上式的分母项大于0,则磁方位异常?口的符号取决 于sin~o.当0<<盯,?日指向以磁北剖面为界的 东侧时,sinq~>0,则<0,为负值;当1T<<2盯, ?日指向以磁北剖面为界的西侧时,sin<0,则? <0,为正值.因此,的符号表征着?日指向偏东 或偏西,要判定水平磁异常?日指向偏向东或偏向 西,并不需要算出?的数值,而只要确定其符号. ?为正值,?日指向偏向西;为负值,?日指向 6期杨坤彪等:利用井中磁方位异常判断磁性体位置的方法?719? 偏向东. 2磁性体外水平磁异常的分布特征 井中磁测相对于地面磁测而言,在建立磁异常 正演概念方面,地面磁测通常只研究半空间问题, 井中磁测需研究全空间问题.要通过测定磁场来确 定磁性体的位置,必须了解磁性体外磁场的基本分 布特征.为此,对有限倾斜板状磁性体的体外全空 间磁场各分量进行理论计算,可得出磁性体外上, 中,下各部分水平切面中的磁力线的水平切向. 磁性体场域的分量值,可等效为某极性的磁荷 所引起,体外磁场的分布,遵循一定规律性.以假想 的磁力线来描述磁场,它由正磁荷源发散,聚集于负 磁荷源.基于我国所处地理位置,磁化场指向北的 下方,因而在磁性体外上部水平切面(P)中,磁力 线切向呈聚集状向等效负磁荷源收敛;在体外下部 切面(P)磁力线呈发散状,自等效正磁荷源向四周 发散;在平切磁性体(或靠近)的水平切面(P)中, 磁力线水平切向呈北散南聚状(图5). 图5磁体外上中下水平切.面磁力线水平切向 若能判断磁异常水平分量的指向沿井轴自上而 下的变化状况,就可以根据上述磁力线的水平切向 分布特征来判定磁性体相对于钻孔的方向. 由于水平磁异常指向东或西侧,它与?的正 负符号具有对应关系,因而可根据?来判定磁异 常水平分量的指向,从而确定磁性体的位置. 图6磁体外上中下水平切.面与孑L位 符号.因此,磁性体周围孔中沿井轴?的变化有 下述特征. (1)中心剖面附近的钻孔(如??),?与磁 北基本平行,因而0或很小. (2)位于磁性体东侧的孔(???孔)上部磁力 线向西侧的负磁荷源收敛,AH的指向偏西,为 正;进入平切或靠近磁性体的空间时,AH的指向偏 东,转为负;下部磁力线由西侧的正磁荷源向东 发散,?日的指向偏东,仍为负.沿井轴深度展 示出?曲线呈上正下负的反S型. (3)位于磁性体西侧的孔(???孔),按上述 分析,沿井轴深度呈上负下正的S型曲线. 表1磁体周围:FL~e?H指向,符号及曲线 孔上部中部下部曲线图形 号AHAH?8 1向南0向北0向北0 2向北0向北0向南0 3偏西+偏东一偏东一反S型 4偏西+偏西+偏东一反S型 5向西+向南0向东一反S型 6偏东一偏西+偏西+S型 7偏东一偏东一偏西+S型 8向东一向南0向西+S型 因此,可取井深为纵坐标,为横坐标,右向为 角度增大正向,沿井轴展示曲线.将上述特征归纳 于表1,可见,磁性体在西侧?曲线呈反S型,磁性 体在东侧?曲线呈S型. 3磁方位异常的符号与磁性体位置的关系4确定磁方位异常的符号 图6中P,P:,P,自上而下为有限板状磁性体 周围八个钻孔的三个水平截面,磁性体周围任意一 个钻孑L都可根据?日的指向偏东或偏西得知?的 4.1基本方法 判断?日指向东侧还是西侧,无需考虑?的 数值,只判定是否存在?,并确定是正还是负.为 物探与化探34卷 此,可根据上述分析从视磁方位曲线进行判断, 具体方法如下. (1)看曲线是否有明显的变化段. (2)根据?z,?日曲线分出正常或异常井段,正 常井段的视磁方位近似于磁方位值(卢).以磁 异常井段与曲线变化段对比,二者的井深对应 时,定存在?. (3)异常段的|B曲线呈C型为负异常,反C型 为正异常. (4)有不受磁干扰的仪器(如陀螺仪)测定的方 位资料时,则用来作为卢曲线,判断?的符号. 4.2主要影响因素 钻孔总有一定的设计方位(以A表示).由于 钻孔工艺,钻进参数以及岩层受力异向性等因素的 影响,钻进时往往会偏离设计方位.如以?A表示 钻探因素造成的偏离,则某点的磁方位包括设计 方位和钻探偏离?A,即=A+?A,故该点视磁方 位包括需要判别的水平磁异常引起的和钻探造 成的偏离?A.然而,通常钻探造成的偏离远小于水 平磁异常引起的磁方位异常值. 5判定磁性体相对于钻孔的位置 若井轴周围存在磁性体,在磁场涉及空间的仪 器探测范围内,沿井轴测定的磁场分量分别为,l,, Z,水平模差?日= Z;设垂直磁异常?z=z— ~/+y2一,视磁方位角J8,顶角6. 在一定条件下,?日可视为?日的磁北分量, ,SZ和AH合成矢量?,视为磁异常总矢量在磁 北剖面中的投影.在仪器探测范围内,沿井轴测定 的矢量?向线簇会收敛(矢量指向负磁荷源)或 发散(矢量反延指向正磁荷源),其指向交点在北 (或南)侧,则磁性体在北(或南)侧,但尚不能确定 是在北东(南东)还是北西(南西).从而再利用 曲线来判断对应的磁源是在东侧还是在西侧. 5.1定性确定磁性体位置的方法步骤 (1)由?矢量图确定磁性体磁荷源的极性,深 度及其处于井轴以东西剖面为界的南或北半空间. ?矢量沿井轴分布的向线簇呈收敛状为负磁荷极 性(约磁体头部);发散状为正磁荷极性(磁体尾部 引起).?矢量收敛于正交点或发散的反延交点, 在剖面图中处于井轴的左(右)侧,则相应的磁荷源 在该剖面的反(正)方位那一侧;那么,磁异常总矢 量在磁北剖面中的投影?,则相应的磁荷源在南 (北)侧;垂直磁异常?z曲线零值点的深度,为对应 的磁荷源深度. (2)由卢曲线按前述分析判定?的存在及其 符号,再根据的特征判定磁性体在磁北剖面为 界的东或西半侧. (3)对照在磁北剖面中的AT矢量图及(2)的 情况,进行综合分析进行定位解释(表2). 表2沿井轴?,?与磁性体位置对应关系 ?磁性体 交点位于左或右符号形态磁源极性位置 上反c北两 正右C北东 交+反c磁源头部南西 左C南东 +反C北东 反右C北西 交+反C磁源尾部南东 左C南西 上+下一反S北西 同右上一 下+S北东 侦0上+下一反S整体南西 左上一 下+S南东 上+下一反S南头北尾西侧 反左正交右反交上一 下+S北倾东侧 侧上+下一反S北头南尾西侧右正交左反交 上一下+S南倾东侧 5.2磁荷源空间坐标的计算 根据实测异常求取磁荷源的空间坐标.设? 矢量在垂直地质体的剖面(横剖面)中投影为?, 在平行地质体的剖面(纵剖面)中投影为AT//,其正 \Ls/I. /\,,Y\纵剖面y 图7磁源相对于钻孔的位置 (反延)交点至井口的距离在横剖面中为.,在纵 剖面中为,剖面方位为4(图7),则有 X=~/zl+L~cos[arctan(L?/L)+A] Y=?+LZ//sin[arctan(L?/Li)+] 将,Y分别加上已知钻孔坐标的,l,,则磁源的水 平坐标为(+,Y+). 6应用实例 图8为大冶铁矿44—46线立体剖面图,ZK46~ 孔全孔为闪长岩,?矢量在标高501Tl处向南侧收 敛,说明南侧存在负磁荷源,其对应井段呈正方位 6期杨坤彪等:利用井中磁方位异常判断磁性体位置的方法?721? O 一 20H0 图8大冶铁矿44—46线立体剖面 —— 40o57l3 ?T/nTAT#1nT 图9ZK29-16孔AT1和AT//异常曲线 异常,其下部呈现负方位?异常,曲线为反s形, 则矿体在南西标高50In处.该结论经ZK44-6孔见 矿所验证.而46线的46—6孑L没有见矿. 图9为ZK29—16孔?.和??异常曲线.L= 95111,L//=一58131,A=40.5753":40.9647222.. 根据上式计算出X=109.67In,Y=18.98In,加上井 口坐标即为负磁荷源的平面坐标,取垂直异常零值 点?z的标高为其深度高程. 7结论 国产井中磁力仪能计算钻孔中井段视磁方位 角,从而引入受水平磁异常影响而产生的磁方位异 常?,根据测定的磁方位异常的符号判断磁性体相 对于钻孔的位置,是行之有效的一个解释磁性体位 置的方法.引用磁方位异常作为井中磁测定位 解释的一个辅助参量是可行的. 参考文献: [1]王庆乙,李学圣,徐立忠.高精度井中三分量磁测是矿山深部 找矿的有效手段[J].物探与化探,2009,32(3):235—239. [2]地质矿产部第一综合物探大队.井中磁测[M].北京:地质出 版社,1985. [3]蔡柏林.井中磁测物理一地质模型及其应用[M].北京:地质 出版社,1989. [4]邵梦林,李学圣.利用三分量磁测井资料计算钻孔磁方位角 [J].地质与勘探,1972(3). [5]熊选文,邹长春.井中三分量磁测数据转换及绘图软件的设计 和实现[J].物探与化探,2008,32(6):685—689. [6]任振波,贾京柏,苑守成.关于JCX-3型井磁仪器及其资料整 理[J].物探与化探,2009,32(1):59—62. THEAPPLICATIoNoFTHEMAGNETICAZIMUTHANoMALYMETHoD ToDETERMININGTHELoCATIoNoFAMAGNETICBoDY YANGKun—biao,TAODe.yi,FANXin.sheng (1.No~hwestMetallurgicalandGeologicalProspectingInstituteofCMGB,Xi"an710061, China;2.Central—SouthMetallurgicalandGeologicalPros— pectingInstituteofCMGB,Wuhan430081,China) Abstract:Withthedomesticboreholemagnetometer,theauthorscalculatedmagneticazimut hinthenon—magneticinterferenceholeand introducedtheconceptof ?,whichiscalledmagneticazimuthanomaly.Therelationshipbetweenthesymbolof?卢 andthedirection ofAHwasclarified,andtherelationshipbetweenthefigureofandthemagneticbodyposition wasobtmned.Itisthusheldthatwe canuse?8asanauxiliaryparameterinthecalculationofmagneticsourceposition. Keywords:magneticazimuthangle;magneticazimuthanomaly;horizontalmagneticanom aly;magneticsourceposition 作者简介:杨坤彪(1944一),教授级高级工程师,毕业于中国地质大学(北京),长期从 事专业技术工作.获研制井中小口径 五分量磁力仪器奖和多次优秀论文奖,找矿奖.