Глава VI.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ МАГНИТОМЕТРИИ СКВАЖИН

Для изучения горных пород в скважинах по их магнитным свойствам используют измерения вертикальной составляющей земного магнитного поля (метод ∆Z) и кажущейся (эффективной магнитной восприимчивости χк — метод магнитной восприимчивости.

В зависимости от задач разведки эти методы применяют совместно или раздельно. Метод ∆Z используют преимущественно при поисках высокомагнитных руд в условиях, когда рудное тело оказывается не пересеченным скважиной. При достаточном удалении таких тел от скважины (0,5 м и более) они не отмечаются на диаграммах магнитной восприимчивости (рис. 95, а).

рис. 95. Диаграммы магнитометрии скважин.

а — рудное тело не пересечено скважиной; б — рудное тело пересечено скважиной; 1 — гранатовые скарны; 2 — роговики. Масштабы ∆Z и χк даны в усл. ед.

Кроме двух указанных способов магнитометрии скважин в настоящее время получил распространение ядерно-магнитный метод, позволяющий

изучать горные породы по величине магнитного момента ядер элементов, составляющих породу.

§ 45. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Способность горных пород намагничиваться под действием внешнего магнитного поля и сохранять это состояние после прекращения его действия определяется объемной χ или реже массовой χ = χ/δп магнитными воспри-имчивостями и интенсивностью Iz остаточной намагниченности. В ядерно-магнитном методе наведенный магнитный момент пропорционален ядерной магнитной восприимчивости χя.

Объемная магнитная восприимчивость горных пород в системе единиц СИ изменяется от —170·10-6 до 20 ед. и более. Значения χ (χ) определяются содержанием диамагнитных, парамагнитных и ферримагнитных минералов и в основном количеством последних (магнетита, пирротина, франклинита, мартита, гаммагематита и др.).

Магнитная восприимчивость горных пород зависит также от структуры ферримагнитных минералов и характера их включения в породу. С уменьшением размера ферримагнитных зерен магнитная восприимчивость породы убывает. При тонкодисперсной

132

структуре ферримагнитных минералов и относительно небольшом их содержании (до 10—20 %) магнитная восприимчивость пропорциональна их концентрации.

Из магматических пород наиболее магнитны основные и особенно ультраосновные породы, в которых ферримагнитные минералы содержатся в наибольших количествах. Кислые магматические породы менее магнитны. Еще меньшую магнитную восприимчивость имеют метаморфические и осадочные породы. Из последних наиболее магнитны пески (особенно магнетитовые). Глины менее магнитны. Еще слабее выражены магнитные свойства у карбонатных пород. Магнитная восприимчивость гидрохимических осадков в большинстве случаев отрицательна [7, 50].

Ядерная магнитная восприимчивость достигает наибольших значений в породах, содержащих свободные ядра с наибольшим гиромагнитным отношением. К таким ядрам относятся ядра водорода, лития, углерода, бора, натрия, алюминия и ряда других элементов.

§ 46. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ МАГНИТОМЕТРИИ СКВАЖИН

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ ∆Z

Поиски рудных тел, не пересеченных скважиной, по данным измерения в скважине физических полей не входят в круг задач, решаемых с помощью промысловой геофизики (эта отрасль прикладной геофизики условно называется скважинкой геофизикой.). Поэтому основы интерпретации диаграммы ∆Z рассмотрим на примере, когда скважина под углом β = π/2 пересекает однородный пласт мощностью h, магнитная восприимчивость которого отличается на ∆χ от магнитной восприимчивости χвм вмещающих пород. Такой пласт отмечается на диаграмме ∆Z симметричной аномалией (рис. 96).

Рис. 96. Кривые изменения ∆Z по оси скважины, пересекшей пласт с повышенной магнитной восприимчивостью (по С. И. Шавыкину).

а — пласты неограниченного простирания, шифр кривых — h/dc; б — пласт мощностью h = 10dc, шифр кривых D/dc

Максимальное значение ∆Zmax относится к центру пласта. В этой точке

(161)

где Hz — величина осевой составляющей напряженности земного магнитного поля; νχ

— коэффициент, учитывающий влияние мощности пласта [21], νχ	= h
	1 + hd2

Уравнение, которому удовлетворяет изменение ∆Z по оси скважины, идентично уравнению, определяющему изменение потенциала собственной поляризации пород в однородной среде. Поэтому для определения коэффициента νχ и мощности h изучаемого

133

объекта можно пользоваться зависимостями νсп = f(h/dc) (см. рис. 79) и hф/dc = f (h/dc) (см. рис. 80) для метода потенциалов собственной поляризации в случае однородной среды.

По величине амплитуды аномалии ∆Z = - νχ∆χНz рассчитывают приращение ∆χ магнитной восприимчивости и далее определяют χп = χвм + ∆χ при условии, если известна магнитная восприимчивость χвм вмещающих пород. При χп >> χвм, что наблюдается при пересечении пород, обогащенных ферри-магнитными минералами, χп ≈ ∆χ. В слабомагнитных породах напряженность Нz земного магнитного поля может быть принята равной 40 А/м, если нет более точных данных для исследуемого района.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ По диаграммам χк, зарегистрированным одноэлементным зондом, пласты,

однородные по магнитной восприимчивости χп, отличающейся на ∆χп,вм от магнитной восприимчивости χвм вмещающих пород, проявляются на диаграммах кажущейся магнитной восприимчивости χк симметричными аномалиями — положительными при ∆χп,вм > 0 (рис. 97) или отрицательными при ∆χп,вм < 0. Оптимальное значение ∆χопм (где ∆χк дано в единицах и χп∞)— амплитуды аномалии при h > lМ (lМ — длина датчика) приурочено к середине пласта.

Рис. 97. Кривые ∆χк/ ∆χк∞ при пересечении одноэлементным зондом магнитометрии скважин пласта повышенной магнитной восприимчивости.

Шифр кривых — h/lм

Границы пластов достаточно большой мощности (h >5lм) относятся к точкам, в которых ∆χк,гр = 0,5 ∆χопт. С уменьшением мощности пласта эти точки смещаются относительно границ пласта в сторону вмещающих пород. Для определения мощности пласта и положения его границ используют кривые зависимости hф/lм = f (h/lм) и hф/lм = f (∆z/lм) (рис. 98). Определив hф и вычислив hф/lм, находят по графикам (рис. 98, а) отношения h/lм и ∆z/lм и далее рассчитывают

(162)

134

Рис.98. Кривые зависимостей некоторых параметров магнитометрии скважин. a— hф/lм=f(∆z/Iм) [кривая

1] и hф/lм=f(h/lм) [кривая 1];б—νχ= f(h/lм);в=ηχ= f(dc/dэт);1—зонд у стенки скважины,2—зонд по оси скважины;1—N=f(χп*)

(163)

(164)

здесь Hа, Hв, Hп, Hк — глубины точек а и b, в которых ∆χк = 0,5 ∆χк,опт в подошве и кровле пласта, и глубины залегания этих границ; ∆z— расстояние от глубин нахождения

точек Hа и Hв до границ пласта.

Для одноэлементного зонда истинные значения магнитной восприимчивости находят по оптимальной величине χк,опт путем внесения поправок за мощность пласта и диаметр скважины. Влияние h и dc учитывается коэффициентами

(165)

(166)

где χк,п, χ∞к,п — кажущиеся магнитные восприимчивости изучаемой породы заданной мощности и неограниченной мощности; χк,вм—кажущаяся магнитная восприимчивость пород, вмещающих исследуемую (мощность этих пород должна превышать не менее чем в 5 раз длину датчика); χк,п,d=dэт магнитная восприимчивость, определенная по данным эталонировки прибора в скважине эталонного диаметра.

После введения поправок за dc и мощность изучаемой породы ее магнитная восприимчивость

(167)

При χп > 50000 значение χп, рассчитанное по формуле (167), будет меньше истинного. Обозначив в этом случае величину χп, определенную по формуле (167), через χп*, будем иметь

(168)

где коэффициент размагничивания N — f (χп*) может быть найден по кривым,

135

полученным моделированием. Одна из таких кривых изображена на рис. 98, г.

Кривые кажущейся магнитной восприимчивости двухэлементного зонда имеют более сложную конфигурацию; а общий фон аномалии искажен локальными минимумами и максимумами вблизи границ породы, по магнитной восприимчивости отличающуюся от вмещающей среды (см. рис. 97, б).

Количественная интерпретация данных двухэлементного зонда сводится к решению (обычно графическому) уравнения

(169)

где Gp, Gп, Gп∞ — пространственные (геометрические) факторы глинистого раствора, породы (пласта) заданной мощности h и неограниченной мощности. На рис. 99 приведены зависимости пространственных факторов Gp и Gп от отношения размера Lм магнитного зонда к диаметру dc скважины и зависимость Gп от отношения мощности h магнитного тела к

диаметру dc скважины при LM/dс = const. В частном случае при χп >> χвм и χп >> χр (случай магнитных руд) χк,опт = χпGп и

(170)

Рис. 99. Зависимости пространственных факторов Gp и Gп∞ от Lм/dc(a) и Gпh от h/Lм (б). Шифр кривых —

Lм/dc

136