孫秀國

(華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì))

井中三分量磁測在尋找磁鐵礦床中的應(yīng)用

孫秀國

(華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì))

通過對鉆孔實(shí)施三分量磁測，能夠直接有效地觀測地下磁場的分布特征，通過對磁異常分析研究，并結(jié)合地面磁測及地質(zhì)相關(guān)資料，可判斷旁側(cè)及深部礦體是否存在，進(jìn)而指導(dǎo)鉆探工程是否繼續(xù)鉆進(jìn)或者重新布置鉆孔。在對三分量磁測成果解釋過程中可能遇到的問題進(jìn)行討論的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例分析了三分量磁測在承德地區(qū)尋找磁鐵礦床中的應(yīng)用，為找礦工作提供參考。

三分量磁測 磁鐵礦 磁異常

近年來，井中三分量磁測在危機(jī)礦山及深部找礦中發(fā)揮的作用越來越突出，已成為尋找磁鐵礦床必不可少的手段。此外，井中三分量磁測也可用于航磁異常查證以及尋找與磁鐵礦、磁黃鐵礦有關(guān)有色金屬、貴金屬、稀有金屬礦床。井中三分量磁測[1]作為地球物理測井方法中的一種，是從地面磁測向地下磁測的發(fā)展，以研究巖(礦)體磁性特征為物理基礎(chǔ)。不同磁性的巖(礦)體將產(chǎn)生不同形態(tài)和強(qiáng)度的磁異常，在井中測定該類磁異常，通過推斷解釋，有助于解決地質(zhì)勘探和找礦過程中出現(xiàn)的問題。

1 三分量磁測異常解釋的注意點(diǎn)

1.1 正常場選擇

正常場選擇不當(dāng)，往往會(huì)給異常解釋帶來很大困難，幾種常用的正常場選擇方法有：①進(jìn)行正常場測定時(shí)，均應(yīng)接上測井用的電纜或配接電纜等效器在4個(gè)不同方位角上進(jìn)行測量，其最大誤差按轉(zhuǎn)向差測定誤差要求，取讀數(shù)的算術(shù)平均值作為正常場值；②在測井工作完成后，可選擇一段磁測變化平穩(wěn)的無磁性巖層對應(yīng)的磁場值作為正常場值；③利用△Z-參量圖來確定正常場改正值；④根據(jù)地面磁異常和鉆孔淺部磁異常變化趨勢獲得近似改正值。

1.2 井中異常下限確定

井中磁測類似于地面磁測異常下限方法，以超過誤差3～5倍的磁測值作為異常值，該值可以定為可靠的異常值。需要說明的是，不同精度的儀器所觀測到的異常下限是不同的，因此應(yīng)根據(jù)儀器的多次檢查或重復(fù)觀測誤差來確定異常下限。

1.3 磁性巖層的內(nèi)磁場估算

對以往一些磁測資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在一定厚度的非礦磁性巖層產(chǎn)生的內(nèi)磁場一般呈負(fù)的鋸齒狀且△T矢量很零亂的特征[2]。磁性層的內(nèi)磁場計(jì)算公式為

式中，J為磁化強(qiáng)度；h為水平巖層厚度，m；r0為鉆孔半徑，m；由于r0≤h，于是Z極大=-4πJ；如果巖層有一定的延深和延展，則Z極大=-2πJ。

在某些情況下，當(dāng)有礦體夾層時(shí)，磁場曲線會(huì)出現(xiàn)多個(gè)極值，此時(shí)取多個(gè)極值的平均值作為Z極大。此時(shí)，在曲線上劃出1個(gè)帶，在帶的范圍之外，磁場值單調(diào)遞減，取Z極大等于帶寬范圍內(nèi)面積平均值，即Z極大=磁場帶面積/磁場帶寬度。利用該公式可以計(jì)算出J的平均值，實(shí)際工作中，可根據(jù)井中磁測結(jié)果估算J。當(dāng)該值與巖礦心磁參數(shù)測定結(jié)果相近，且能引起地面磁異常時(shí)，便可以推斷地面磁異常是否屬于非礦異常。

1.4 鉆孔與礦體空間相對位置判斷

確定鉆孔與礦體空間的相對位置是三分量磁測解釋任務(wù)中的重要工作之一，對于合理布置鉆孔，指導(dǎo)進(jìn)鉆以及提高鉆孔見礦率具有重要作用。礦體與鉆孔相對位置可分為以下2種情況[1]。

1.4.1 礦體位于鉆孔旁側(cè)或下部

如果鉆孔已經(jīng)鉆進(jìn)至一定深度，且磁測結(jié)果已經(jīng)得到了完整的△Z、△H′曲線(未被內(nèi)磁場截?cái)嗲覙O大值、極小值以及零值均已出現(xiàn))，說明鉆孔已經(jīng)從礦體旁側(cè)通過。如果鉆孔深度較淺，只能獲得局部磁異常，那么礦體究竟位于鉆孔旁側(cè)還是下部便難以判斷了。繼續(xù)鉆進(jìn)可以見礦或者繼續(xù)鉆進(jìn)不能見礦，以感磁為主的二度體為模型(其他模型可參照)介紹的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：①如果△Z曲線正開口，△H′曲線趨于0或者△H＇曲線負(fù)開口，一般見礦概率較高；②如果△Z、△H＇曲線均是正開口或者均是負(fù)開口，可能見礦也可能不見礦，此時(shí)，需要結(jié)合礦體產(chǎn)狀和磁化方向進(jìn)行分析；③如果△Z曲線負(fù)開口，△H′曲線正開口，一般見礦概率較低。

1.4.2 礦體與鉆孔的相對空間位置

當(dāng)?shù)V體或地面異常近乎EW走向，簡單規(guī)則體斜磁化時(shí), 走向兩側(cè)鉆孔可利用△Z曲線的正反“S”形來判斷礦體的相對位置?！鱖曲線為反“S”形時(shí)，礦體在鉆孔以北；△Z曲線為“S”形時(shí)礦體在鉆孔以南。

當(dāng)?shù)V體或地面異常近乎SN走向時(shí)，走向兩側(cè)鉆孔的△Z曲線與垂直磁化曲線相類似。若已知傾向，可根據(jù)△Z曲線特征判斷礦體位置。這是因?yàn)?，形狀大小相同的磁性體垂直磁化時(shí)，只要其相對于鉆孔的位置相同，即使產(chǎn)狀不同，孔中測定的△Z曲線也相同。還可利用△H曲線判斷礦頭礦尾方向，△H曲線零點(diǎn)以上所指方向便為礦頭方向，△H曲線零點(diǎn)以下所指的反方向便為礦尾方向。

無論礦體走向如何，只要鉆孔分布于礦體長軸兩側(cè)，采用△T⊥矢量便可判斷礦體相對于鉆孔的方向?！鱐⊥收斂矢量正方向一般指示礦頭方向，△T⊥發(fā)散矢量的反方向通常指示礦尾方向。通常，△T⊥收斂矢量正向交匯與發(fā)散矢量的反向交匯方向一致時(shí)，說明鉆孔位于礦體傾向側(cè)旁；否則，說明鉆孔位于礦體沿走向端部一側(cè)。

1.5 利用井中磁異常特征判斷礦體產(chǎn)狀

在某些情況下，難以確定礦體產(chǎn)狀時(shí)，可通過井中磁測方法來對礦體的產(chǎn)狀進(jìn)行分析。井中磁測對礦體三分產(chǎn)狀的判斷是基于磁性體空間磁場特征理論的。為此，總結(jié)了以感磁為主的板狀體產(chǎn)狀判斷方法：①當(dāng)△Z曲線為對稱或不對稱的正、反“S”形，△H＇曲線為對稱或不對稱的反“C”形時(shí)，板狀體是北傾(或者北東、北西傾)；②當(dāng)△Z曲線為對稱或不對稱的正、反“C”形，△H＇曲線為對稱或不對稱的反“S”形時(shí)，板狀體是北傾(或者北東、北西傾)；③當(dāng)△Z為“S”或“C”形，△H＇曲線為很小的正值或者“3”字形時(shí)，△Z曲線異常幅度應(yīng)比△H＇曲線大的多，則板狀體為東、西傾，但很難確定是東傾還是西傾，至于傾斜的陡緩程度可根據(jù)△Z曲線形態(tài)大致判斷：△Z曲線為“S”形，陡傾；△Z為“C”形，緩傾。

2 應(yīng)用實(shí)例

井中三分量磁測在危機(jī)礦山和深部找礦中的作用主要有：①判斷異常性質(zhì)，驗(yàn)證地面磁異常；②指導(dǎo)進(jìn)鉆，提高鉆探命中率；③探測旁側(cè)及深部盲礦體，判斷其空間位置；④確定礦體規(guī)模和范圍，估算礦山儲(chǔ)量。

2.1 實(shí)例一

由河北省寬城縣某銅鐵礦三分量磁測綜合圖件可知，在輝石閃長巖與輝石閃長巖與薊縣系霧迷山組燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r接觸帶附近有一磁異常，走向近EW，長約1 500 m，寬約270 m，異常強(qiáng)度高，△Tmax=6 321 nT，△Tmin=-10 00 nT。該異常位于成礦有利地段，且異常幅值較高，找礦潛力很大。為了驗(yàn)證該異常，在異常中心設(shè)計(jì)了ZKA0-1#、ZKA0-2#鉆孔，結(jié)果表明，在ZKA0-1#鉆孔中89～185 m(厚約96 m)范圍內(nèi)，為含磁鐵輝石閃長巖，TFe平均品位11.66%，mFe平均品位5.80%。在136.4～140.4 m 處見銅礦化，厚度6.0 m，Cu平均品位0.25%。ZKA0-2#鉆孔在196.20～199.20 m處見銅礦化，厚度3.0 m，Cu平均品位0.18%，并未向預(yù)期的結(jié)果打到富礦。于是投入了三分量磁測工作，結(jié)果顯示在該2個(gè)鉆孔中并未發(fā)現(xiàn)旁側(cè)異常和開口異常，對磁測曲線分析可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)物性測定結(jié)果，按照 -2～-4πJ的簡單關(guān)系來估算，含磁鐵輝石閃長巖所引起的異?；旧吓c實(shí)測結(jié)果吻合，并且實(shí)測異常分布范圍基本上與巖體分布范圍對應(yīng)，結(jié)合地面磁測結(jié)果以及地質(zhì)資料，建議停止鉆進(jìn)。

2.2 實(shí)例二

為了探明河北省承德大廟鐵礦深部礦體賦存情況，在異常邊緣布置了ZK05#鉆孔。鉆孔打至550m左右，僅見幾層薄礦，部分技術(shù)人員認(rèn)為地面磁異常應(yīng)該可以解釋這一現(xiàn)象，故而是否繼續(xù)打孔在很大程度上取決于井中磁測結(jié)果。井中磁測至井底500m處，除上述所見的幾層薄礦的△Z曲線負(fù)值跳躍外，從520m以下△Z曲線有向負(fù)開口異常變化的趨勢且單調(diào)遞增。△H′曲線亦出現(xiàn)同樣的變化，因此，該異常不可能由上部磁性層引起，它指示在深部不遠(yuǎn)處應(yīng)該存在強(qiáng)磁性體。

據(jù)此分析，鉆孔繼續(xù)加深至625m，觀測到了完整的磁異常。但仍未見到厚礦體。繼續(xù)鉆進(jìn)至800m，△Z、△H曲線均具歸零趨勢，可以認(rèn)為，在孔底旁側(cè)以及深部一定范圍內(nèi)無規(guī)模較大的磁性體存在。

由上述分析并結(jié)合該鉆孔△T矢量圖可知，該鉆孔在520～625 m出現(xiàn)完整的△Z曲線正“S”及△H＇曲線反“C”型特征，并且△T⊥矢量線呈明顯的發(fā)散狀態(tài)。說明該鉆孔附近不遠(yuǎn)處存在較大的磁性體，礦體與該鉆孔的相對位置為鉆孔位于礦體北部且該礦體應(yīng)向北傾。事實(shí)上，該結(jié)果正是鉆孔南部約100 m處23#Fe礦體的反應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證了磁測結(jié)果解釋推斷的正確性。

3 常見的井中事故處理方法

(1)到達(dá)井場后，應(yīng)向有關(guān)人員了解孔內(nèi)安全情況，比如說鉆孔中哪些部位巖性破碎容易造成井內(nèi)塌方掉塊，以便采取相關(guān)方法進(jìn)行預(yù)防。對于停鉆12 h以上的鉆孔，要求鉆探人員進(jìn)行掃孔和循環(huán)井液。

(2)操作絞車時(shí)必須集中注意力，當(dāng)發(fā)現(xiàn)遇阻、被卡現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停車處理。

(3)儀器下至孔底后應(yīng)立即提升電纜進(jìn)行測量，不允許儀器在孔底停留過久，防上部掉塊掩埋探頭。

(4)井下儀器與電纜連接處應(yīng)留有弱點(diǎn)，其拉斷強(qiáng)度應(yīng)小于電纜額定拉力。當(dāng)井下儀器在井下被卡住，如果經(jīng)上下松動(dòng)不能解脫時(shí)，可嘗試加大拉力，仍無效時(shí)則可采取以下方法解決：①將電纜線穿過鉆具，下鉆桿至井下儀器被卡處，以鉆桿下壓井下儀器頂部使之解脫，當(dāng)鉆桿接近被卡處時(shí)，應(yīng)放緩鉆桿下降速度；②進(jìn)一步加大拉力使之從弱點(diǎn)處斷開，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行井底打撈。

4 結(jié) 語

井中三分量磁測作為地球物理測井的一種方法，無論是地面磁異常驗(yàn)證、巖(礦)體產(chǎn)狀的判斷，還是鉆孔與礦體相對位置的判定又或者是資源儲(chǔ)量的估算，該方法扮演的角色越顯突出。但目前三分量磁測在某些關(guān)鍵技術(shù)上仍與國外水平相距甚遠(yuǎn)，建議進(jìn)一步提高三分量磁測資料的解釋水平，研發(fā)更高精度的三分量觀測儀器。

[1] 黃衡遠(yuǎn)，陳思南，楊顯勤，等.井中磁測[M].北京：地質(zhì)出版社，1985.

[2] 董永春.下楊子地區(qū)磁測井異常的類型與找礦效果[J].地質(zhì)與勘探,1987(5)：47-48.

2014-12-18)

孫秀國 (1987—)，男，工程師,067000 河北省承德市雙橋區(qū)山神廟溝口1號。