井中质子磁力仪与高精度井中磁测方法技术

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1、井中质子磁力仪与高精度井中磁测方法技术雷振英 米宏泽(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所)一、井中高精度质子磁力仪研制1、研制工作主要进展 在中国地质调查局的项目支持下，研制成功我国首台井中高精度质子磁力 仪，为开展中弱磁性井中高精度磁测方法技术研究提供了技术支撑。主要取得以 下研究进展：(1) 研制成功高精度小口径(45mm)井中质子磁力仪传感器，解决了传 感器的尺寸小型化、高精度测量、封装材料及其防水性结构等技术问题。(2) 研制开发了井中仪器磁测电路，包括探头的极化电路、调谐电路、放 大电路、锁相环等，以及单片机为核心控制各部分工作的逻辑电路。(3) 采用先进的单片机技术，研制了地

2、面控制采集器，解决了与井中仪器 进行数据传输及仪器控制等技术问题。(4) 采用无磁的玻璃钢和钛钢外管材料，研制了适用于小口径深孔磁测的 井中仪器结构。研制的CZJT井中质子磁力仪(图1)是利用氢质子磁矩在地磁场中自由旋 进的原理制成的高灵敏度弱磁测量装置，主要应用于井中地球磁场总向量的观 测，是中弱磁性矿体勘查的有力工具。CZJ-1 井中质子磁力仪的特点是：高分辨率、全量程自动调谐、点阵式 LCD 现场显示观测数据和曲线，数据自动记录和存储，全中文菜单，可与电脑串接进 行数据处理。操作简单、结构合理、体积小、重量轻、抗干扰能力强、耗电量小、 工作稳定可靠。CZJ-1 井中高精度质子磁力仪研制成

3、功，为我国中弱磁性矿区开展井中磁 测找矿提供了可用设备，填补了我国在这一领域的空白。2、仪器主要技术指标CZJ-1 井中质子磁力仪的主要技术参数: 磁场测量范围：30000nT70000nT； 分辨率： 0.1nT ； 磁场测量精度：W5nT；总场绝对强度50000nT时土5nT； 梯度允许范围：W5000nT/m 环境温度：-15C+50C； 环境湿度：W95% （25C）； 数据存储量：日变方式：不少于45h （在典型读数间隔为10秒时），点测 方式：不少于 8000 个点； 主机电源：锂离子电池：12.8V16.8V/5 Ah,连续工作不少于17h （日 变方式下，典型读数间隔为10s时

4、）。探头电源：锂离子电池：18V25.2V/2.2Ah, 连续读数不少于2200次； 主机外形尺寸：（长X宽X高）：220mmX90mmX200mm； 主机重量：约2Kg;探头外形尺寸及重量：46 mmX 1620mm, 4Kg。图 1 CZJ-1 井中高精度质子磁力仪3、仪器性能测试仪器经过中国计量科学研究院测试，各项性能指标和功能达到设计要求。在实验井中进行了两台样机的测试实验 ,仪器重复性好，三次测量的均方差为1.25nT；仪器的稳定性很好，257次定点测量的均方差为1.04nT；两台仪器一改 性良好，排除系统误差后，测量的方差为 1.97nT。经过专家组对仪器的测试以及对中国计量科学研

5、究院“ CZJ-1井中质子磁力 仪测试证书”、廊坊迪远仪器有限公司“井中高精度质子磁力仪水压实验报告”的 审核，一致认为：CZJ-1型井中高精度质子磁力仪的各项性能指标和功能达到设 计书的要求，测试结果真实可靠。仪器测试过程中，各项操作功能正常，工作稳 定可靠。4、仪器野外试验CZJ-1井中AT质子磁力仪野外试验工作，分别在海南石碌铁矿、山西刁泉 铜矿、江苏牛伏山、安徽当涂等矿区，完成了十几个孔的实测试验，发现了一些 需要完善和改进的地方，也初步取得了一定的示范效果。如海南石碌矿区测量的 ZK1102孔，CZJ-1井中AT质子磁力仪和JXC-3井中三分量磁测仪实测结果吻 合较好，且质子仪器在孔

6、底显示出异常梯度有增大趋势，效果较好。（1）仪器工作性能检验 仪器野外工作性能检验主要检验了仪器的转向差、重复性、稳定性和仪器的 梯度容限。 在石碌镇地磁总基点对CZJ-1仪器进行了转向差和正常场测定，结果表明 CZJ-1仪器转向差良好。其绝对误差范围在1.3nT4.6nT，能够满足 5nT 的设计要求。 重复性检验在 5个矿区11 个钻孔中进行，基本测量采用在各测点上，仪 器保持不动，进行5次瞬间读数方法，并用该点 5次读数的均值作为测点的测量 值。重复测量在全部基本测量结束后立即进行。经 5 个矿区 11 个钻孔重复测量 误差统计，可以看出：在曲线平稳段，两次测量的均方差小于土 3nT。

7、稳定性检验在孔中进行，仪器在某一深度保持不动，采用时间采样方法进 行自动读数。采样间隔为 5秒，共进行3.5小时。从稳定性检验曲线图可以看出： 仪器稳定性较好。经计算仪器稳定性检验的均方差为土 l79nT。 梯度容限检验在干扰较少的野外（固安）地面进行，在依维柯汽车5X2 X2.2m3）南侧布设南北向测线一条及在依维柯汽车西侧布设东西向测线一条。测线长10m,测点距0.5m，探头距地面1.5m。同时用CZM-4磁力仪（地面仪器） 作比较测量。南北向测线测量在距汽车3.5m以内5次读数值发散。其误差明显超差。其 对应的梯度大于 200nT/m。东西向测线测量在距汽车3.5m以内5次读数值发散。其

8、误差明显超差。其对 应的梯度大于 800nT/m。通过对 CZJ-1 井中质子磁力仪转向差、重复性、稳定性和梯度容限的检验， 有如下结论：仪器在磁场平稳段重复性好。仪器长时工作稳定性好。仪器 的梯度容差太小，以致造成在井中当有不均匀铁磁矿物分布时（如井壁为中基岩） 仪器读数严重超差。仪器仅能在井壁岩石无磁性的条件下，探测中弱磁性异常。（ 2 ）野外试验井中AT高精度磁测工作地区除海南石碌铁矿区外，还选择了江苏省南京市伏牛山铜矿区、安徽省池州市马头铜钼矿区等。A、伏牛山井中AT磁测结果伏牛山ZK553孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中三分量磁测、井中高 精度AT磁测。解释结果如下（见图2）：该

9、孔钻探在613.70614.35m和618.85 620.00m分别见到两层较薄的磁铁矿，井磁各测量方法对其均有反映。但井中高 精度AT测量结果明显要高于磁化率测井和井中三分量磁测结果。这主要反映在 如下三个方面: 在钻探见到的磁铁矿层，磁化率曲线和三分量曲线反映十分明显，可以用 来划分矿层厚度。但井中高精度AT测量曲线反映一般，这有可能是测量采用的 是 5m 的测量间距，矿层较薄跳过了矿层；也有可能是仪器阀值较高，压制了强 磁干扰。 从两条曲线可见，全孔大致呈较为宽缓的反S形，在此背景上井 中高精度AT测量曲线对该孔所见中等磁性的矽卡岩层位有很好的显示。充分显 示了该仪器的独特之处。 在该孔

10、680730m井段，井中高精度AT曲线显示出明显的反C形旁 侧异常。该异常宽度约50m，AT强度最大值达5000nT。因什么引起有待查证。B、马头井中AT磁测结果（A）ZK901 孔井中磁测及解释结果该孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中三分量磁测、井中高精度AT磁 测。测量井段：30430m，解释结果如下：a.磁化率测井资料显示，该孔未见明 显强磁性矿层，全孔磁化率在300480X10-4 SI； b.高精度AT和三分量测井结 果均未见较大异常。测井钻探400420 一440 一460 一480 一500 一520 一540 一560 一580 一600 一620 一640 一660 一68

11、0 一700 一720 一740 一h(m) H、 Z曲线 T曲线磁化率-4000 -20000Illi400420440460480500520540560图 2 ZK553 孔实测井曲线（B）ZK902 孔井中磁测及解释结果该孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中高精度AT磁测。测量井段：50 760m （760m以下孔内遇阻未测），解释结果如下：a磁化率测井资料显示，该孔 未见明显强磁性矿层，全孔磁化率在280340X10-4 SI； b.高精度AT测井结果 未见较大异常。（C）ZK903 孔井中磁测及解释结果该孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中高精度AT磁测。测量井段：50 690m。

12、解释意见如下：a.磁化率测井资料显示，全孔磁化率在360500X 10-4 SI。 其中在85100m,磁化率为410480X10-4 SI, 528690m,磁化率为360460 X10-4SI，为相对高磁化率，解释为黄铜矿化引起，综观全孔为低磁化率偶夹相 对高磁化率岩性特征；b.高精度AT测井资料显示，全孔AT在06000nT，其 中在70100m, 510690mAT值增大，解释为黄铜矿化引起。(D) ZK905 孔井中磁测及解释结果该孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中高精度AT磁测。测量井段：10 430m，解释意见如下：a磁化率测井资料显示，该孔未见明显强磁性矿层，全孔 磁化率在3

13、20340X10-4 SI； b.高精度AT测井结果未见较明显异常。(E) ZK1101 孔井中磁测及解释结果该孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中三分量磁测；3井中高精度AT 磁测。测量井段：90530m，解释意见如下：a.磁化率测井资料显示，全孔磁化率在270500X 10-4 SI。其中在108 132m，磁化率为 285440X10-4 SI，430530m，磁化率为 270360X 10-4 SI， 为相对高磁化率，解释为含弱磁性矿层，综观全孔为低磁化率偶夹相对高磁化率 岩性特征高精度AT测井资料显示，全孔AT在04000nT,其中在90140m, 250350m, 420530mA

14、T值增大，解释为含弱磁性矿物引起；c、三分量磁测 结果未见较大异常。(F) ZK1301 孔井中磁测及解释结果该孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中高精度AT磁测。测量井段：5 300m (300m 以下孔内遇阻未测)，解释意见如下： a. 磁化率测井资料显示，该 孔未见明显强磁性矿层，全孔磁化率在300350X 10-4 SI； b.高精度AT测井结 果未见较大异常。C、西庄多金属矿井中AT 磁测结果ZK1001 孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中三分量磁测、井中高精度 AT磁测。测量井段：30540m (540m以下孔内遇阻未测)，解释结果如下：a. 磁化率测井资料显示，该孔未见明显强磁

15、性矿层，全孔磁化率在260400X10-4 SI； b.高精度AT和三分量测井结果均未见较大异常。D、杨庄铁矿井中AT磁测结果ZK112孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中三分量磁测、井中高精度 T磁测。解释结果（见图3）如下：该孔钻探在912.331081.87m井段见到多层 磁铁矿化石膏和磁铁矿化粉砂岩；1098.871212.87m井段见到多层磁铁矿。磁 化率测井和井中三分量磁测结果对其均有明显反映，并对其做出了较为详细的分 层解释。该孔500900m井段AT 曲线呈S形，特别是井中高精度AT测量结果 较三分量磁测结果异常明显得多。该异常的AT 强度大致在一12002500nT之间，呈较为宽缓状。其负极值 和正极值分别对应井深大约在640m和760m处，中心埋深约在690700m。上述测量结果表明，CZJ-1型井中高精度AT质子磁力仪的灵敏度高于JCX 一2型井中三分量磁力仪。E、石碌铁矿井中AT磁测结果在石碌矿区利用CZJ-1型仪器测量共计三个孔，其中ZK1102效果较好。在 ZK1102 孔中往返两次测量的四条曲线形态基本一致，重复性良好。同时