孫秀國

(華北地質勘查局五一四地質大隊)

井中三分量磁測在尋找磁鐵礦床中的應用

孫秀國

(華北地質勘查局五一四地質大隊)

通過對鉆孔實施三分量磁測，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，并結合地面磁測及地質相關資料，可判斷旁側及深部礦體是否存在，進而指導鉆探工程是否繼續(xù)鉆進或者重新布置鉆孔。在對三分量磁測成果解釋過程中可能遇到的問題進行討論的基礎上，結合實例分析了三分量磁測在承德地區(qū)尋找磁鐵礦床中的應用，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。不同磁性的巖(礦)體將產生不同形態(tài)和強度的磁異常，在井中測定該類磁異常，通過推斷解釋，有助于解決地質勘探和找礦過程中出現的問題。

1 三分量磁測異常解釋的注意點

1.1 正常場選擇

正常場選擇不當，往往會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進行正常場測定時，均應接上測井用的電纜或配接電纜等效器在4個不同方位角上進行測量，其最大誤差按轉向差測定誤差要求，取讀數的算術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，因此應根據儀器的多次檢查或重復觀測誤差來確定異常下限。

1.3 磁性巖層的內磁場估算

對以往一些磁測資料數據統計發(fā)現，在一定厚度的非礦磁性巖層產生的內磁場一般呈負的鋸齒狀且△T矢量很零亂的特征[2]。磁性層的內磁場計算公式為

式中，J為磁化強度；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，當有礦體夾層時，磁場曲線會出現多個極值，此時取多個極值的平均值作為Z極大。此時，在曲線上劃出1個帶，在帶的范圍之外，磁場值單調遞減，取Z極大等于帶寬范圍內面積平均值，即Z極大=磁場帶面積/磁場帶寬度。利用該公式可以計算出J的平均值，實際工作中，可根據井中磁測結果估算J。當該值與巖礦心磁參數測定結果相近，且能引起地面磁異常時，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中的重要工作之一，對于合理布置鉆孔，指導進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 礦體位于鉆孔旁側或下部

如果鉆孔已經鉆進至一定深度，且磁測結果已經得到了完整的△Z、△H′曲線(未被內磁場截斷且極大值、極小值以及零值均已出現)，說明鉆孔已經從礦體旁側通過。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還是下部便難以判斷了。繼續(xù)鉆進可以見礦或者繼續(xù)鉆進不能見礦，以感磁為主的二度體為模型(其他模型可參照)介紹的幾點經驗：①如果△Z曲線正開口，△H′曲線趨于0或者△H＇曲線負開口，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開口，可能見礦也可能不見礦，此時，需要結合礦體產狀和磁化方向進行分析；③如果△Z曲線負開口，△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

當礦體或地面異常近乎EW走向，簡單規(guī)則體斜磁化時, 走向兩側鉆孔可利用△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，礦體在鉆孔以北；△Z曲線為“S”形時礦體在鉆孔以南。

當礦體或地面異常近乎SN走向時，走向兩側鉆孔的△Z曲線與垂直磁化曲線相類似。若已知傾向，可根據△Z曲線特征判斷礦體位置。這是因為，形狀大小相同的磁性體垂直磁化時，只要其相對于鉆孔的位置相同，即使產狀不同，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曲線零點以上所指方向便為礦頭方向，△H曲線零點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，采用△T⊥矢量便可判斷礦體相對于鉆孔的方向。△T⊥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，說明鉆孔位于礦體傾向側旁；否則，說明鉆孔位于礦體沿走向端部一側。

1.5 利用井中磁異常特征判斷礦體產狀

在某些情況下，難以確定礦體產狀時，可通過井中磁測方法來對礦體的產狀進行分析。井中磁測對礦體三分產狀的判斷是基于磁性體空間磁場特征理論的。為此，總結了以感磁為主的板狀體產狀判斷方法：①當△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，板狀體是北傾(或者北東、北西傾)；②當△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，板狀體是北傾(或者北東、北西傾)；③當△Z為“S”或“C”形，△H＇曲線為很小的正值或者“3”字形時，△Z曲線異常幅度應比△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△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 應用實例

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

2.1 實例一

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。為了驗證該異常，在異常中心設計了ZKA0-1#、ZKA0-2#鉆孔，結果表明，在ZKA0-1#鉆孔中89～185 m(厚約96 m)范圍內，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%，并未向預期的結果打到富礦。于是投入了三分量磁測工作，結果顯示在該2個鉆孔中并未發(fā)現旁側異常和開口異常，對磁測曲線分析可以發(fā)現，根據物性測定結果，按照 -2～-4πJ的簡單關系來估算，含磁鐵輝石閃長巖所引起的異?；旧吓c實測結果吻合，并且實測異常分布范圍基本上與巖體分布范圍對應，結合地面磁測結果以及地質資料，建議停止鉆進。

2.2 實例二

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，部分技術人員認為地面磁異常應該可以解釋這一現象，故而是否繼續(xù)打孔在很大程度上取決于井中磁測結果。井中磁測至井底500m處，除上述所見的幾層薄礦的△Z曲線負值跳躍外，從520m以下△Z曲線有向負開口異常變化的趨勢且單調遞增。△H′曲線亦出現同樣的變化，因此，該異常不可能由上部磁性層引起，它指示在深部不遠處應該存在強磁性體。

據此分析，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)鉆進至800m，△Z、△H曲線均具歸零趨勢，可以認為，在孔底旁側以及深部一定范圍內無規(guī)模較大的磁性體存在。

由上述分析并結合該鉆孔△T矢量圖可知，該鉆孔在520～625 m出現完整的△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向北傾。事實上，該結果正是鉆孔南部約100 m處23#Fe礦體的反應，進一步驗證了磁測結果解釋推斷的正確性。

3 常見的井中事故處理方法

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

(2)操作絞車時必須集中注意力，當發(fā)現遇阻、被卡現象時，應立即停車處理。

(3)儀器下至孔底后應立即提升電纜進行測量，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留有弱點，其拉斷強度應小于電纜額定拉力。當井下儀器在井下被卡住，如果經上下松動不能解脫時，可嘗試加大拉力，仍無效時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，當鉆桿接近被卡處時，應放緩鉆桿下降速度；②進一步加大拉力使之從弱點處斷開，在此基礎上進行井底打撈。

4 結 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證、巖(礦)體產狀的判斷，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鍵技術上仍與國外水平相距甚遠，建議進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，陳思南，楊顯勤，等.井中磁測[M].北京：地質出版社，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。