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文档简介

1、井中三分量磁测在鞍山式铁矿普查勘探中的应用杨志辽(辽宁省冶金地质勘查局地质勘查院,鞍山市 114002)摘要本文主要用几个具体实例,来重点说明井中三分量磁测在鞍山式铁矿普查勘探中的应用的效果。经过几年来生产实践,我们体会到井中三分量磁测在普查勘探鞍山式铁矿时可以解决以下几个问题:1、 指导钻进,寻找井底盲矿体。2、 指导停钻,节省钻探工程量。3、 指导布钻,寻找井旁盲矿体。4、 确定矿层厚度,计算钻孔方位,用内磁场确定矿体产状等。5、 经钻探结果证实。井中三分量磁测在勘探鞍山式铁矿时,能够解决某些地面磁法所不能解决的问题,取得一定地质效果。一、前言辽宁省鞍本地区鞍山式铁矿资源极为丰富,现已查明

2、大、中、小型矿床数十处。其探明储量超过百亿吨。在该区普查勘探鞍山式铁矿,进一步寻找深部及旁侧盲矿体仍然具有十分重要现实意义。鞍本地区铁矿主要为鞍山式沉积变质型铁矿,此类铁矿具有某些自身特殊:矿体规模大、层次多、层厚且稳定。铁矿磁性最强,因此在该区开展井中三分量磁测是十分有利。近几年来,先后在鞍本地区多个普查勘探区进行了井中三分量磁测。经钻探结果证实了井中三分量磁测在指导钻探施工,协助地质布置孔位,寻找井底、井旁盲矿体,圈定矿体范围及延伸情况,确定矿层厚度等方面具有独到之处。起到了地面磁法所起不到的作用和效果,目前已成为普查勘探鞍山式铁矿时必不可少的方法之一。运用井中三分量磁测能较有效的解决一些

3、地质问题,取得一定的地质效果,对加速铁矿资源勘查起了一定的积极作用。二、地质简况及岩矿石磁性特征鞍本地区出露地层有:前震旦系鞍山群、辽河群、青白口系、震旦系、寒武系及第四系。鞍山式铁矿赋存于前震旦系鞍山群之中。该区所见岩石主要有混合岩、片麻岩类、片岩类、大理岩类、千枚岩、石英岩、页岩及灰岩等。铁矿石主要为磁铁石英岩,阳起磁铁石英岩及透闪磁铁石英岩等。鞍本地区各种主要类型磁铁矿具有强磁性特征,铁矿石磁化率(K)常见值在2.410.2A/m之间变化。近矿围岩和其它岩石均无磁性或弱磁性,铁矿与围岩磁性差异十分悬殊,铁矿则是区内唯一能引起磁异常的场源。所以在本区开展井中三分量磁测物理前提是具备的,磁异

4、常解释单一,不存在干扰因素。三、井中三分量磁测的应用1、用Z曲线划分矿层厚度利用岩、矿层分介面内磁场的跃变这一明显特点,特别是当矿层与围岩存在明显磁性差异时,能够较准确的确定钻孔内矿层位置和厚度。××矿区ZK43孔,钻探在80162米见到阳起磁铁石英岩及夹层,Z曲线在78162米为明显的负异常,用曲线半幅值法确定矿层的厚度,和钻探控制矿层厚度基本吻合(图1)。××矿区ZK8孔,钻探在101.56206.00米见到多层薄矿层,Z曲线也反映出多处异常,曲线峰值所反映的矿层虽然和钻探控制的矿层位置和厚度略有出入,但基本是能够对应起来的。从(图2)看出用Z曲线划

5、分矿层厚度细分性好,以免丢矿。 通过上述两个例子,说明井中三分量磁测能够达到较准确的确定矿层介线和位置。2、指导钻进,寻找井底盲矿体在钻探施工中,有的设计钻孔由于推断矿体位置不准或在预计深度上见不到矿时,有可能产生盲目停钻现象。这样就有可能使钻孔中深部盲矿体漏掉,而井中三分量磁测完全能够(在仪器探测范围内)判断钻孔有无磁性盲矿体,其效果则是十分明显。目前井中三分量磁测资料已成为普查勘探鞍山式铁矿时决定钻孔是否钻进重要依据之一。当钻孔底部有强磁性体赋存时,Z曲线反映出“正开口”或“负开口”异常,“正、负开口”异常分别为矿体的头部和尾部引起。众所周知,单凭Z曲线“开口”异常是不好判断孔底是否有矿,

6、为此还必须结合T矢量的指向以及矿体的产状,来进一步推测继续钻进能否见矿。不论Z曲线为“正开口”或“负开口”异常,只要T矢量指向与矿体倾向相反,一般说来继续钻进是能见矿,并用切线法可以大致估算出见矿的深度。图3是某区地面磁法平面图,磁异常所反映的地质体被第四系覆盖,异常表现规整圆滑,其强度在数千(n T )以上,推测为深部磁铁矿引起。ZK08孔打在地面磁异常2000 n T等值线内,地质设计在350米,物探推断在380米能见矿。当孔深350米时还没有见矿,井中三分量磁测结果,Z曲线随孔深增加逐渐增大,最大强度Zmax =7000 n T以上,表现出矿体上部特征,T矢量有规律的汇集在钻孔南侧,说明

7、矿头在钻孔之南。矿体向北倾斜,因而判断继续钻进能够见矿。用切线法求其见矿的深度(图5)用Z曲线求得矿体顶介面埋深为472米,用T曲线求得矿体顶介面埋深为424米,二者平均值为448米。为此推断450米左右能打到矿,继续钻进后分别见到假象磁铁赤铁石英岩和磁铁石英岩两层矿(图4)。从剖面图看出上部矿体由于氧化而呈假象磁铁赤铁石英岩弱磁性,Z曲线异常应为下部磁铁石英岩引起。××区地面C2磁异常低缓(图6),以1000 n T等值线圈定磁异常范围走向呈北东方向,异常北部相对南部梯度变化陡,南部异常曲线变化平缓,磁性体北浅南深。并由北东向南西倾伏,从异常轴两侧曲线看,北西侧较南东侧变

8、化稍缓,接近对称,两侧没有负值。推断磁性体向北西倾,并倾角较陡,异常北部呈现多峰值,为一多层板状体引起。ZK104孔,打在地面磁异常500 n T等值线附近。设计深度500米。孔深490米时,除了在100米地方见到一层5米厚的磁铁石英岩外,其余所见岩石主要为混合岩、片麻状混合岩及安山斑岩等,此时地质人员难以决定该孔是打还是停。井中三分量磁测结果(图7),Z曲线从360米开始有逐渐增加趋势。为“正开口”异常。最大强度Zmax =10000 n T以上,T矢量有规律指向钻孔南侧。说明矿头位于钻孔之南,而矿尾是向北倾斜,钻孔钻进方向于矿体产状相反,因而推断继续钻进能打到矿(图8)。用切线法求其矿体埋

9、深(图9)用Z曲线求得矿层顶板埋深为532米,用T曲线求得矿层顶板埋深为536米,两者平均值为534米。故推断在534米左右能打到矿。根据井中三分量磁测解释意见,该孔继续钻进后分别在520.40533.59米和558.24562.19米见到二层矿(图8)。3、指导停钻,节省钻探工程量用Z曲线,其形状不论是“S”型或反“S”型,均为钻孔旁侧盲矿体引起,没有钻进必要,应停钻。××区地面C2磁异常1400线(图10)。已施工ZK57和ZK28两个孔分别在136.65167.78米和197.00263.68米见到同一层矿。ZK28孔Z曲线除在矿层上有明显异常外,过矿后无异常反映,说

10、明钻孔深部没有盲矿。考虑到矿体产状向北西向倾斜并有一定延伸,所以在距ZK28孔北西170米地方施工了ZK27。当孔深560米时还没见到上述二个孔已控制的那层矿。所见岩石主要为混合岩。其余为辉绿岩、云母石英岩。经井中三分量磁测Z曲线为负异常,在510米出现极小值Zmin=11900 n T,下部曲线有靠近正常场的趋势。500米以下T矢量指向北西并呈明显发散状态。Z曲线和F矢量均反映矿尾特征,并说明矿尾在钻孔的南东侧,虽然钻孔深度还没有超过矿体尾部,但继续钻进不能见矿,勘探队采纳了我们的意见而停钻。Z曲线不论是“正开口”或“负开口”异常,如果T矢量指向与矿体倾向一致时,一般情况下钻孔不必加深,继续

11、钻进是不能见矿,此时应亦停钻。××区极东部地面磁异常(图11)范围大,宽缓圆滑,强度在200 n T以上,异常形态呈半椭圆形,走向为近东南,此异常分布范围比已知极东部矿体大很多,并非是出露矿体所引起,故推测深部有盲矿体存在。为解剖××区极东部地面磁异常,打了3个钻孔均未见矿,所见岩石为混合岩、千枚岩、角闪片岩及石英岩等。其中ZK34孔位于地面磁异常中心北部6000 n T,等值线的边缘上,孔深550米,经井中三分量磁测。Z曲线为“正开口”异常,从(图12)看出T矢量亦规律指向南东,钻孔是向北西打的,矿体向南东倾斜,故认为继续钻进不能见矿,为此停钻。综合三

12、个钻孔井中三分量磁测资料,我们认为ZK26孔打在矿体北侧。4、指导布钻,寻找井旁盲矿体井中三分量磁测不但能寻找孔底盲矿,还能发现钻孔旁侧盲矿。Z曲线出现“S”型或反“S”型异常,为钻孔旁侧盲矿体引起。如果异常曲线完整,可以计算出矿头、矿尾的埋深及二者距钻孔的距离,为配合地质合理布钻提供依据。××区地面C2异常800线ZK4孔,在0120米见到4层磁铁石英岩,为了解矿体沿倾向延伸情况,于北西方向距ZK4孔150米的地方打了ZK5孔进行控制。ZK5孔打到420米时已超过预计见矿深度,经井中三分量磁测Z曲线为“S”型旁侧异常,在270280米出现极小Zmin=10500 n T,

13、在359米出现下部零点,T矢量呈发散状态,并指向北西,说明矿尾在钻孔南东侧,钻孔向南东方向钻进,没有钻进必要,应停钻(图13)。根据ZK4孔控制矿体情况,对盲矿体按无限延伸倾斜薄板进行简单计算(图14)。矿尾埋深h :按坐标原点深度公式用Z曲线。Zmax +Zmin=10500 n T5100 n T=5400 n T h 1=339米用H曲线。Hmax +Hmin=4800 n T10000 n T=5200 n T h 2=324米取其平均值h =(h 1h 2)/2=(339+324)/2=331.5米,推断矿尾埋深为331.5米。钻孔与矿尾的距离D:利用特征点法坐标公式:D1=(Zma

14、x×Zmin)1/2=62.5米用Z曲线极值间距离一半,D2=63米用H曲线极值间距离一半,D3=64米三者平均值D=(D1+D2+D3)/3=(62.5+63+64)/3=63.2米所以推断矿尾与钻孔距离为63.2米。根据井中三分量资料,在ZK5孔右方66米处施工了ZK68孔,钻探结果在195.27292.13米见到很厚的一层矿(图13)。证实了井中三分量磁测资料推断解释结果的准确性。5、计算钻孔方位用井中三分量磁测资料计算钻孔方位,在非磁性地区的钻孔其精度远较普通测斜仪要高得多,而且简单方便。在磁性矿区未见矿的边缘钻孔或Z曲线梯度变化不大的钻孔,也可用井中磁测资料进行钻孔方位角计

15、算。非磁性地区:在本溪市温泉寺勘探地下热水时,6号孔在130米处见到地下热水,热水来源于岩石裂隙,由于钻孔发生严重弯曲,需要十分准确的把地下热水的位置投影到地表上来,以便再打一个大口径的开采热水井。为此对6号孔必须进行方位角及顶角的测量。由于直孔其它几种测斜仪不能进行方位角及顶角的测量,采用井中三分量磁力仪测量方位角及顶角。表1 6号孔方位角、顶角计算表 孔深(米)5060708090100110120125顶角5°6°157°358°3510°10°2010°5012°3013°方位角第一次68

16、6;4568°3670°1670°2072°0471°3073°5874°0374°03第二次69°0969°1370°3871°0872°4471°5274°1073°4973°49利用上述数据计算出地下热水出水点在地表投影位置,位于6号孔71°40方向,距离为13.26米的点上。根据上述两个数据确定的大径孔位,钻探打出热水,证实了用井中三分量磁测资料计算的方位角及顶角较为准确。磁性矿区:××矿

17、区ZK21孔设计深度800米。预计在300500米能见到一层大约200米厚的直立矿体。当钻孔深650米未见矿,所见岩石均为变粒岩,为此进行井中三分量磁测。Z曲线为负异常,在470米以上有些变化,以下基本为直线,其强度Zmin=5000 n T。从Z曲线变化情况看不出井底存在盲矿体。但从X、Y水平分量数值及符号变化,看出钻孔方位跑的很严重,为此用进行方位角计算。发现方位角不但变化大,而且很有规律。因此提出ZK21孔方位有问题,并建议用陀螺仪验证方位。经陀螺仪几次验证后,证明方位属实跑了。方位角从86°到终孔的188°,相差102°之多。从(图15)很明显看出陀螺仪测

18、的方位角曲线和用井中三分量磁测资料计算的方位角曲线基本吻合,证明井中三分量磁测资料计算方位角基本可靠。6、利用钻孔内磁场大致确定矿体产状××铁矿张家沟矿区是一个老矿区,虽经多次勘探,但前人一直认为矿体形态是倾斜板状,其产状是向北东倾斜,多数钻孔深部未见矿。综合以前资料提出张家沟矿体在深部可能发生倒转。这个观点首先被ZK1206孔井中三分量磁测资料所证实。ZK1206孔是张家沟矿区12剖面上的钻孔,孔深520米,见到厚薄不等几层矿,最厚可达58米,最薄的为0.4米,大多数矿层厚度在1090米之间变化。从理论分析可知,对于沿走向和倾向都是无限延伸的薄板矿层,其内磁场T矢量是垂直板面的。因此可以根据钻孔内实测的矿体内磁场大致确定矿体的倾向。ZK1206孔所见的矿均属薄板矿体,适用于内磁场大致指确定矿体倾向的条件。尽管ZK1206孔T矢量指向很乱,但在矿层(除一个点外)反映出一定规律,从图16明显看出;在井深350米以上矿层内磁场T矢量指向NE。350米以下矿体内磁场T矢量指向SW,根据上述原理,所以认为在350米以上矿体的产状是倾向NE,350米以下矿体产状应向SW倾斜,矿体转折部位应是350米左右。其次,张家沟矿体倾转的观点也被地面磁法正演计算所证实。正演采取方案进行;第一方案矿体向北东倾斜,第二方案矿体在深部趋于直立,第三方案矿体在深度转向南西倾斜。计算结果

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