地-井瞬变电磁井旁板状导体响应特征分析-张杰.doc

地 井瞬变电磁井旁板状导体响应特征分析 张 杰 王兴春 邓晓红 吕国印 武军杰 杨毅 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 河北廊坊 065000 摘要 摘要 地 井瞬变电磁井旁盲矿的响应受多种因素影响 曲线特征复杂 为了研究井旁板状导体 位置 埋深 产状等因素对地 井 TEM 响应的影响 通过数值模拟方法计算了 4 类 39 个理论模型 分析了板状导体倾角 埋深变化及其与钻孔距离 相对位置变化的地 井 TEM 响应特征 并总结了响 应特征与板体几何参数之间的内在联系规律 为井旁盲矿异常的定性定量解释提供了依据 关键词 关键词 地 井瞬变电磁 井旁 板状 响应特征 0 引言引言 地 井瞬变电磁法观测的响应值不仅与矿体的导电性和几何形态有关 还与发射回线 导体 接收探头之间的位置关系密切相关 且感应二次场属于矢量场 响应曲线的形态特 征非常复杂 了解和认识典型响应曲线是地 井瞬变电磁资料解释的基础 本文利用商业 化的 EMVISION 软件对井旁板状导体模型进行了数值模拟 获取了典型响应曲线 分析研 究了井旁导电薄板响应曲线特征 总结了异常规律 为井旁盲矿异常的定性定量解释提供 了依据 1 地 井瞬变电磁法原理地 井瞬变电磁法原理 地 井瞬变电磁法 TEM 测量是将发射回线布置在井孔上方或附近地表 用接收 探头在钻孔中测量地下介质产生的感应二次场 方法原理如图 1 所示 1 2 在不接地回线 中供以双极性脉冲电流 产生激发电磁场 在一次电磁场的激励下 地下介质受感应产生 涡旋电流 当发射的脉冲电流从峰值跃变到零 激发场立即消失 而地下介质中的感应涡 流并不立即消失 而是有一个衰变过程 这个过程的特征与地下电性结构分布有关 通过 研究井中感应二次场在空间和时间上的变化特征 可以达到研究钻孔周围电性分布结构的 目的 从而可以发现井旁 井底盲矿 或推断已见矿体的空间分布与延伸方向 图图 1 地 井地 井 TEM 法工作原理示意图法工作原理示意图 图图 2 地地 井井 TEM 坐标系坐标系 Fig 1 Schematic diagram for Surface to borehole TEM Fig 2 Surface to borehole TEM coordinate system 基金项目 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所基本科研业务费项目 AS2007J08 资助 作者简介 张杰 1977 男 高级工程师 主要从事瞬变电磁法研究工作 E mail zhangjie 空间中的一次 二次场都是矢量场 分析 研究地 井 TEM 响应曲线时必须先明确 坐标系 按照加拿大 CORNE 公司地 井 TEM 系统的坐标系规定如下 3 井轴分量 A 沿指 向上为正 井经分量 U V 按右手定则规定正方向 当钻孔为直孔时 即为笛卡尔右手坐 标系 如图 2 所示 并规定发射电流方向以保证发射回线中心的一次场 Z 分量向上为前准 2 地 井瞬变电磁典型特征地 井瞬变电磁典型特征 2 1 静态特征静态特征 静态特征指响应幅值随着接收探头位置 深度 的变化特征 图 3 展示了发射回线位 于导体正上方时的四种 Z 分量响应典型特征 其中 A 孔穿过导体中部 为正异常特征 钻 孔 B 穿过导体边部 异常特征为在正异常中出现反向异常 钻孔 C 穿过导电矿体外部附近 为强而陡的负异常特征 钻孔 D 穿过导电矿体远处 异常特征为弱而缓的负异常 图图 3 地 井地 井 TEM 响应静态特征曲线响应静态特征曲线 图图 4 地 井地 井 TEM 响应动态特征曲线响应动态特征曲线 Fig 3 Surface to borehole TEM s static characteristic curve Fig 4 Surface to borehole TEM s dynamic characteristic curve 2 2 动态特征动态特征 动态特征 或称时间特征 是指响应曲线的形状及特征点 如极值 过零点等 随采 样延时的变化特征 4 反映导体中感应涡流随时间的衰变及扩散规律 通常分为早 中 晚期 如图 4 所示 2 在穿过矿体中部的 A 孔中 观测到始终为正的响应值 在穿过矿体 边缘的 B 孔中 将观测到中心由正变负 而两侧由负变正的响应值 位于矿体外侧的 C 孔 中 将观测到始终为负的响应 3 等效水平电流环响应特征等效水平电流环响应特征 Dyck A V 和 West G F 1984 5 Eadie T 和 Staltari G 1987 6 描述了导体内感 应涡流的建立与消失过程 导体内的电流分布可以用等效电流环表示 设边长为 30m 30m 的水平等效电流环 在不同位置设置取样钻孔 绘制剖面曲线 Z 分量向上为正 X 分量 向右为正 由于主剖面上 Y 分量响应幅值为零 且 X 与 Y 分量特征具有相似性 所以只 需讨论 X 与 Z 分量 A B 两孔穿过电流环内部 距电流环中心 10m X Z 分量曲线如图 5 所示 两孔 Z 分量曲线完全一致 均为单峰正异常 极大值点与电流环深度对应 两孔 X 分量曲线形态 完全相反 A 孔位于电流环中心右侧 曲线显示为反 S 型 在电流环上部 幅值先由弱变 强 达到极大值后又逐渐变弱 在电流环深度位置 z 0 处出现 过零点 在下部 幅值 变为负值 且有一极小值 B 孔位于电流环中心左侧 曲线为典型的 S 型 C D E F 四个钻孔都位于电流环外部 在 x 轴上的坐标位置分别为 50m 80m 110m 和 140m 曲线如图 6 所示 由图可见 在不同位置的 X 及 Z 分量曲线形态相似 幅 值不同 X 分量曲线显示为 S 型 Z 分量曲线显示为单峰负异常 由图可见 Z 分量极小 值点位置与电流环深度一致 曲线都有 过零点 且 过零点 均位于同一直线上 图 6 绿 线 该直线与水平夹角约为 37 72 利用 角为一常数特征可以获取异常体的定量信 息 以 D 孔为例 曲线 过零点 M 与极值点 N 的距离 MN 可以从对应孔深上获得 钻孔与 导体中心距离 NO 是需要推断的未知参数 由图 6 可见 MN NO tg 0 8 为一常数 所以 NO 1 25 MN 由于 O 点位于导体内部 则 NO 大于钻孔与导体边缘之间的距离 r 因此 可以近似地推断 r MN