井中磁法仪器新技术2.ppt

1、井中磁法仪器新技术有色系统2009海南深部找矿培训班井 然上海地学仪器研究所,井中磁法仪器成套系列钻孔空间位置定位仪器井中磁场矢量探测仪器钻孔剖面磁性分层仪器,井中磁法仪器成套系列,钻孔空间位置定位仪器 井下陀螺测斜仪 钻孔的空间位置定位与井中磁测的精度密切相关 由于地质体引起的磁异常局部变化大，要准确测量这种磁异常的空间分布，除了要提高磁场传感器的观测精度外，钻孔空间位置的测量非常重要。,钻孔空间位置测量参数 钻孔的倾斜方向（方位） 钻孔的倾斜角（顶角） 钻孔的倾斜方向：从大地水平面正北方向开始顺时针转到钻孔在水平面的投影所转过的角度。 钻孔的倾斜角：钻孔轴线偏离垂直线，与垂线的夹角。,一.

2、确定钻孔的倾斜方向 磁性地区钻孔（或在钢套管中），目前只 能靠陀螺仪来定位。按陀螺测量的物理量 分，可以分为三大类：1.机械框架式 与角度传感器配合并经过解算输出方位角。 2.硅微机械式 输出角速度，通过积分电路计算得到方位角。 3.直接寻北式 直接测量地球自转角速度及在水平面上的分量（水平指向真北）。,光纤陀螺（FOG）是应用萨格纳克（Sagnac）效应来检测角速度的。 Sagnac 效应指出，在 一闭合回路 （比方半径为R的圆）中，沿顺时 针 （CW）和逆时针（C C W） 方向传播的两束光 的光程差L 与闭合回路的旋转角速 度、 回路面积A成正比，与真空中的光速C 成反比。 Lm=(4A

3、N/C)* 其中，N是光纤的匝数。,光纤陀螺的优势： 1.全固态的的器件，无机械活动部分，可以做成非常坚固，能耐振动，耐冲击。 2.环境适用能力强，耐温性好，不怕电磁干扰。 3.外围电路简单，测量动态范围大，响应速度快，测量精度高。 4.工作寿命长，功耗低，重量轻。,地球自 转角速度矢量 和水平 分量的 关系及地理纬度的关系。,能直接寻北的陀螺仪还有动力调谐式陀螺。 动调陀螺仪采用一挠性杆连接陀螺转子和 框架，使转子对外界转动角速度的影响非 常敏感。可以敏感到地球的自转，因此而 确定出地球的真北方向。 地球的自转角速度： 360/24小时= 0.0041666/秒 （比时针的移动速度还慢一倍）

4、,二.确定钻孔的倾斜角度钻孔倾角测量有很多成熟的方法。重锤和电位器、液摆、重力加速度传感器等等。重力加速度传感的方法最优。目前的测量精度换算到倾角是2角秒。综合精度达到了0.05分辨率0.001。,液摆测量倾角的原理,重力加速度传感器中，石英挠性重力加速度传感器的灵敏度、精度最高。石英的热胀系非常小，挠性好，是测量低频超微加速度（10-5g）以及静态角的良好装置。,陀螺测斜仪型号 JTL-50A小直径陀螺测斜仪 JTL-40D 冻结孔陀螺测斜仪 JTL-40W 无缆遥测陀螺测斜仪 JTL-40GX光纤陀螺测斜仪 JTL-50GX光纤陀螺测斜仪,陀螺测斜仪测井和数据处理软件的功能 1.钻孔倾斜剖

5、面图 2.钻孔倾斜平面投影图 3.钻孔终点垂距 4.钻孔终点水平位移 5.垂直度 6.终点工具方位角 7.终点工具垂向角,井中磁场矢量探测仪器 井中三分量测井仪 与地面磁测不同的是，井中磁测要同时测磁场的三个正交分量。 井中磁测要靠钻孔的空间位置来决定三个分量的座标系。 井中仪器受到体积和井下条件限制，仪器体积不能大，可靠性要高。 井中仪器要能自动确定座标方向。,目前能用在井中的磁场测量传感器有两类 1. 磁通门式磁场传感器 2. 巨磁阻效应磁场传感器 过去仪器里都是用磁通门式磁场传感器。其特点是物理原理简单，容易理解，价格也低廉。,磁通门式磁场传感器在井中应用不足之处 1.体积大，各分量间有

6、互相影响。 2.制作工艺复杂。 3.指向调整困难。,巨磁阻效应磁场传感器 巨磁致电阻（giant magnetoresistance, GMR）效应是由法国国家科学研究中心的物理学家阿尔贝费尔（Albert Fert）和德国尤利希 研究中心的物理学家彼得 格林贝格 （Peter Grunberg）于1988年各自独立发现。因此他 们获得了2007年的诺贝尔奖。,GMR磁致电阻效应比AMR磁致电阻效应要大很多。 AMR磁致电阻效应下铁磁性材料的电阻率有 2%-3%的变化。 GMR磁致电阻效应下铁磁性材料的电阻率有 50%的变化。实验室甚至到了200%的变化 这时称作超巨磁阻效应（CMR）。,GM

7、R传感器的特点 1.体积小，三轴间几乎没有干扰。 2.虽然元件制造工艺复杂，但应用简单。 3.指向性调整不很困难。,井中三分量测井仪信号与主要技术指标 JCC3-1型磁三分量测井仪 （501250mm ） JCC3-2型磁三分量测井仪 （401350mm ) 磁分量灵敏度：40nT 磁分量精度：优于100nT 磁分量测量范围：2105 nT,倾角精度：优于0.5度 定位精度：优于0.5度 使用环境：40MPa 、75 供电：90mA200V 1 nT= 10-9T= 10Gauss =1,井中磁法测井和数据处理软件功能 1.实时测量三分量、钻孔倾角等信息 2.计算垂向座标下三分量异常值 3.计

8、算T、H、Z、T、T、（视方位角）、I 、I 等参数 4.岩层分析剖面图 5.矢量剖面图 6.三分量异常剖面图,钻孔剖面磁性分层仪器 磁化率测井仪 物质的磁化率测量有很多种方法，但可以归并到两种基本的方法。 1.利用待测物质产生的感应磁场对实验磁荷的作用力来测量。 2.直接测量物质产生的感应磁场。,通过测作用力的方法一般适用于实验室和以化学分析为目的时候。测感应磁场法更适合于野外和井中。 早期的井中磁化率测量： 采用轴向安装的螺旋管形电磁线圈产生交变磁场，当井轴四周是顺磁性介质时，交变磁场会使其产生感应磁场，感应磁场与电磁线圈产生交变磁场相位一致（加强）。,当井轴四周是导电介质时，在导电体中会

9、激发出涡流，但涡流的磁场与电磁线圈产生的磁场是正交的。测量时，把正交的分量相敏去除就可以测出与磁化率相关的感应磁场。,轴向安装的螺旋管形电磁线圈的仪器的缺点 1.当钻孔直径大时，磁性介质与敏感元件的距离增大，敏感元件的激发作用减弱。 2.当钻孔泥浆导电率高时，涡流和其产生的磁场会很大程度上影响磁介质产生的感应磁场测量。,为克服这些问题现在采用贴壁方式测量。贴壁方式磁化率仪，测量的原理没变，但敏感元件缩小了，这更有利于提高垂直分辨。测量时敏感元件始终与井壁相贴，激发场的作用总是保持最强。,磁化率仪器型号与主要技术指标 JCH-1型磁化率测井仪（ 501280mm ） JCH-2型磁化率测井仪（ 401280mm ） 仪器尺寸：50（40）1280mm 传感器：长度为50mm的电磁传感器，采取定向激励方式工作，敏感元件安装在仪