井中三分量磁测在寻找磁铁矿床中的应用

2015-02-23孙秀国

现代矿业 2015年4期

关键词：磁测产状磁性

孙秀国

(华北地质勘查局五一四地质大队)

井中三分量磁测在寻找磁铁矿床中的应用

孙秀国

(华北地质勘查局五一四地质大队)

通过对钻孔实施三分量磁测，能够直接有效地观测地下磁场的分布特征，通过对磁异常分析研究，并结合地面磁测及地质相关资料，可判断旁侧及深部矿体是否存在，进而指导钻探工程是否继续钻进或者重新布置钻孔。在对三分量磁测成果解释过程中可能遇到的问题进行讨论的基础上，结合实例分析了三分量磁测在承德地区寻找磁铁矿床中的应用，为找矿工作提供参考。

三分量磁测磁铁矿磁异常

近年来，井中三分量磁测在危机矿山及深部找矿中发挥的作用越来越突出，已成为寻找磁铁矿床必不可少的手段。此外，井中三分量磁测也可用于航磁异常查证以及寻找与磁铁矿、磁黄铁矿有关有色金属、贵金属、稀有金属矿床。井中三分量磁测[1]作为地球物理测井方法中的一种，是从地面磁测向地下磁测的发展，以研究岩(矿)体磁性特征为物理基础。不同磁性的岩(矿)体将产生不同形态和强度的磁异常，在井中测定该类磁异常，通过推断解释，有助于解决地质勘探和找矿过程中出现的问题。

1 三分量磁测异常解释的注意点

1.1 正常场选择

正常场选择不当，往往会给异常解释带来很大困难，几种常用的正常场选择方法有：①进行正常场测定时，均应接上测井用的电缆或配接电缆等效器在4个不同方位角上进行测量，其最大误差按转向差测定误差要求，取读数的算术平均值作为正常场值；②在测井工作完成后，可选择一段磁测变化平稳的无磁性岩层对应的磁场值作为正常场值；③利用△Z-参量图来确定正常场改正值；④根据地面磁异常和钻孔浅部磁异常变化趋势获得近似改正值。

1.2 井中异常下限确定

井中磁测类似于地面磁测异常下限方法，以超过误差3～5倍的磁测值作为异常值，该值可以定为可靠的异常值。需要说明的是，不同精度的仪器所观测到的异常下限是不同的，因此应根据仪器的多次检查或重复观测误差来确定异常下限。

1.3 磁性岩层的内磁场估算

对以往一些磁测资料数据统计发现，在一定厚度的非矿磁性岩层产生的内磁场一般呈负的锯齿状且△T矢量很零乱的特征[2]。磁性层的内磁场计算公式为

式中，J为磁化强度；h为水平岩层厚度，m；r0为钻孔半径，m；由于r0≤h，于是Z极大=-4πJ；如果岩层有一定的延深和延展，则Z极大=-2πJ。

在某些情况下，当有矿体夹层时，磁场曲线会出现多个极值，此时取多个极值的平均值作为Z极大。此时，在曲线上划出1个带，在带的范围之外，磁场值单调递减，取Z极大等于带宽范围内面积平均值，即Z极大=磁场带面积/磁场带宽度。利用该公式可以计算出J的平均值，实际工作中，可根据井中磁测结果估算J。当该值与岩矿心磁参数测定结果相近，且能引起地面磁异常时，便可以推断地面磁异常是否属于非矿异常。

1.4 钻孔与矿体空间相对位置判断

确定钻孔与矿体空间的相对位置是三分量磁测解释任务中的重要工作之一，对于合理布置钻孔，指导进钻以及提高钻孔见矿率具有重要作用。矿体与钻孔相对位置可分为以下2种情况[1]。

1.4.1 矿体位于钻孔旁侧或下部

如果钻孔已经钻进至一定深度，且磁测结果已经得到了完整的△Z、△H′曲线(未被内磁场截断且极大值、极小值以及零值均已出现)，说明钻孔已经从矿体旁侧通过。如果钻孔深度较浅，只能获得局部磁异常，那么矿体究竟位于钻孔旁侧还是下部便难以判断了。继续钻进可以见矿或者继续钻进不能见矿，以感磁为主的二度体为模型(其他模型可参照)介绍的几点经验：①如果△Z曲线正开口，△H′曲线趋于0或者△H＇曲线负开口，一般见矿概率较高；②如果△Z、△H＇曲线均是正开口或者均是负开口，可能见矿也可能不见矿，此时，需要结合矿体产状和磁化方向进行分析；③如果△Z曲线负开口，△H′曲线正开口，一般见矿概率较低。

1.4.2 矿体与钻孔的相对空间位置

当矿体或地面异常近乎EW走向，简单规则体斜磁化时, 走向两侧钻孔可利用△Z曲线的正反“S”形来判断矿体的相对位置。△Z曲线为反“S”形时，矿体在钻孔以北；△Z曲线为“S”形时矿体在钻孔以南。

当矿体或地面异常近乎SN走向时，走向两侧钻孔的△Z曲线与垂直磁化曲线相类似。若已知倾向，可根据△Z曲线特征判断矿体位置。这是因为，形状大小相同的磁性体垂直磁化时，只要其相对于钻孔的位置相同，即使产状不同，孔中测定的△Z曲线也相同。还可利用△H曲线判断矿头矿尾方向，△H曲线零点以上所指方向便为矿头方向，△H曲线零点以下所指的反方向便为矿尾方向。

无论矿体走向如何，只要钻孔分布于矿体长轴两侧，采用△T⊥矢量便可判断矿体相对于钻孔的方向。△T⊥收敛矢量正方向一般指示矿头方向，△T⊥发散矢量的反方向通常指示矿尾方向。通常，△T⊥收敛矢量正向交汇与发散矢量的反向交汇方向一致时，说明钻孔位于矿体倾向侧旁；否则，说明钻孔位于矿体沿走向端部一侧。

1.5 利用井中磁异常特征判断矿体产状

在某些情况下，难以确定矿体产状时，可通过井中磁测方法来对矿体的产状进行分析。井中磁测对矿体三分产状的判断是基于磁性体空间磁场特征理论的。为此，总结了以感磁为主的板状体产状判断方法：①当△Z曲线为对称或不对称的正、反“S”形，△H＇曲线为对称或不对称的反“C”形时，板状体是北倾(或者北东、北西倾)；②当△Z曲线为对称或不对称的正、反“C”形，△H＇曲线为对称或不对称的反“S”形时，板状体是北倾(或者北东、北西倾)；③当△Z为“S”或“C”形，△H＇曲线为很小的正值或者“3”字形时，△Z曲线异常幅度应比△H＇曲线大的多，则板状体为东、西倾，但很难确定是东倾还是西倾，至于倾斜的陡缓程度可根据△Z曲线形态大致判断：△Z曲线为“S”形，陡倾；△Z为“C”形，缓倾。

2 应用实例

井中三分量磁测在危机矿山和深部找矿中的作用主要有：①判断异常性质，验证地面磁异常；②指导进钻，提高钻探命中率；③探测旁侧及深部盲矿体，判断其空间位置；④确定矿体规模和范围，估算矿山储量。

2.1 实例一

由河北省宽城县某铜铁矿三分量磁测综合图件可知，在辉石闪长岩与辉石闪长岩与蓟县系雾迷山组燧石条带白云质灰岩接触带附近有一磁异常，走向近EW，长约1 500 m，宽约270 m，异常强度高，△Tmax=6 321 nT，△Tmin=-10 00 nT。该异常位于成矿有利地段，且异常幅值较高，找矿潜力很大。为了验证该异常，在异常中心设计了ZKA0-1#、ZKA0-2#钻孔，结果表明，在ZKA0-1#钻孔中89～185 m(厚约96 m)范围内，为含磁铁辉石闪长岩，TFe平均品位11.66%，mFe平均品位5.80%。在136.4～140.4 m 处见铜矿化，厚度6.0 m，Cu平均品位0.25%。ZKA0-2#钻孔在196.20～199.20 m处见铜矿化，厚度3.0 m，Cu平均品位0.18%，并未向预期的结果打到富矿。于是投入了三分量磁测工作，结果显示在该2个钻孔中并未发现旁侧异常和开口异常，对磁测曲线分析可以发现，根据物性测定结果，按照 -2～-4πJ的简单关系来估算，含磁铁辉石闪长岩所引起的异常基本上与实测结果吻合，并且实测异常分布范围基本上与岩体分布范围对应，结合地面磁测结果以及地质资料，建议停止钻进。

2.2 实例二

为了探明河北省承德大庙铁矿深部矿体赋存情况，在异常边缘布置了ZK05#钻孔。钻孔打至550m左右，仅见几层薄矿，部分技术人员认为地面磁异常应该可以解释这一现象，故而是否继续打孔在很大程度上取决于井中磁测结果。井中磁测至井底500m处，除上述所见的几层薄矿的△Z曲线负值跳跃外，从520m以下△Z曲线有向负开口异常变化的趋势且单调递增。△H′曲线亦出现同样的变化，因此，该异常不可能由上部磁性层引起，它指示在深部不远处应该存在强磁性体。

据此分析，钻孔继续加深至625m，观测到了完整的磁异常。但仍未见到厚矿体。继续钻进至800m，△Z、△H曲线均具归零趋势，可以认为，在孔底旁侧以及深部一定范围内无规模较大的磁性体存在。

由上述分析并结合该钻孔△T矢量图可知，该钻孔在520～625 m出现完整的△Z曲线正“S”及△H＇曲线反“C”型特征，并且△T⊥矢量线呈明显的发散状态。说明该钻孔附近不远处存在较大的磁性体，矿体与该钻孔的相对位置为钻孔位于矿体北部且该矿体应向北倾。事实上，该结果正是钻孔南部约100 m处23#Fe矿体的反应，进一步验证了磁测结果解释推断的正确性。

3 常见的井中事故处理方法

(1)到达井场后，应向有关人员了解孔内安全情况，比如说钻孔中哪些部位岩性破碎容易造成井内塌方掉块，以便采取相关方法进行预防。对于停钻12 h以上的钻孔，要求钻探人员进行扫孔和循环井液。

(2)操作绞车时必须集中注意力，当发现遇阻、被卡现象时，应立即停车处理。

(3)仪器下至孔底后应立即提升电缆进行测量，不允许仪器在孔底停留过久，防上部掉块掩埋探头。

(4)井下仪器与电缆连接处应留有弱点，其拉断强度应小于电缆额定拉力。当井下仪器在井下被卡住，如果经上下松动不能解脱时，可尝试加大拉力，仍无效时则可采取以下方法解决：①将电缆线穿过钻具，下钻杆至井下仪器被卡处，以钻杆下压井下仪器顶部使之解脱，当钻杆接近被卡处时，应放缓钻杆下降速度；②进一步加大拉力使之从弱点处断开，在此基础上进行井底打捞。