Глава VIII

МЕТОДЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

§ 32. Физические основы методов

МАГНИТНОГО поля

Важнейшими магнитными характеристиками горных пород являются относительная магнитная проницаемость ц и магнит­ная восприимчивость х. Магнитная проницаемость на основа­нии (7) определяет связь между векторами магнитной индук­ции В и напряженностью магнитного поля Н:

Магнитная восприимчивость определяет связь между маг­нитным моментом породы и ее магнитным полем. Она характе­ризует способность горных пород намагничиваться под влия­нием внешнего магнитного поля и сохранять намагниченность после прекращения действия внешнего поля. Различают объем­ную магнитную восприимчивость, равную отношению интенсив­

ности намагничивания j единицы объема породы к напряжен­ности намагничивающего магнитного поля,

х = j/H.

Величина х— безразмерная и может быть как положитель­ной, так и отрицательной.

Относительная магнитная проницаемость связана с магнит­ной восприимчивостью в единицах СИ соотношением

ц=1 + х. (103)

В вакууме х=0 и |i= 1.

Магнитные свойства горных пород определяются главным образом присутствием в них ферромагнитных минералов — маг­нетита и тнтаномагнетнта. В зависимости от изменения значе­ний х и |д, минералы и горные породы могут быть разделены на диамагнетики (х<0, |х<1), парамагнетики (х>0, ц> 1) и ферромагнетики (х>0, |д^>1). Отрицательными значениями х характеризуются кварц, кальцит, ангидрит, галит, графит; по­ложительными (в несколько миллионных долей единицы) — осадочные горные породы. Весьма высокие значения х харак­терны для ферромагнитных минералов, метаморфических и магматических пород.

Магнитные свойства горных пород определяются также на­личием в них химических элементов, ядра которых обладают магнитым моментом и спином.

Разработаны следующие магнитные методы исследования разрезов скважин: метод естественного магнитного поля (ЕМП), метод магнитной восприимчивости (MB) и ядерио- магнитный метод (ЯММ).

§ 33. Метод естественного магнитного поля

Метод естественного магнитного ноля (ЕМП), называемый иногда скважинной магнитной разведкой, основан на изучении магнитных аномалий, возникновение которых об­условлено магнитным полем Земли. Наиболее интенсивные магнитные аномалии отмечаются вблизи магиетитовых руд и изверженных пород основного и ультраосновиого состава.

К

*

ак известно, магнитное ноле Земли в каждой точке про­странства характеризуется вектором напряженности Т, вели­чина и направление которого определяются составляющими X, Y, Z — северной, восточной и вертикальной. Аномальное маг­нитное поле может быть изучено по результатам измерений трех составляющих вектора Т либо двух его составляющих (вертикальной и по оси скважины), или по одной его состав­ляющей — обычно вертикальной Z. В последнем случае фикси­руется изменение вертикальной составляющей AZ. Измерение полного вектора Т обеспечивает получение материалов для наиболее полной интерпретации аномалий естественного маг­нитного поля.

Для определения величины и направления полного вектора напряженности земного магнитного поля Т измеряются три его составляющие с помощью трех взаимно перпендикулярных магниточувствительных датчиков, один из которых расположен вдоль оси скважины (измерение 2), второй —в вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины (измерение ^), и третий — в горизонтальной плоскости (измерение У).

В качестве магниточувствительного элемента применяется магннтомодуляцнонный датчик, представляющий собой стер­жень из пермаллоя, вдоль оси которого намотана катушка. По виткам катушки протекает ток такой величины, что создавае­мое нм переменное магнитное поле доводит стержень до со­стояния полного насыщения. В результате действия постоян­ного естественного магнитного поля нарушается симметрия

х арактера перемагничнвания стержня, и в сигнале переменного тока воз­никают четные гармоники, амплитуды и фазы которых однозначно связаны с интенсивностью и направлением изме­ряемого магнитного поля. Через об­мотки магнитомодуляционных датчи­ков пропускается ток частотой, напри­мер, 1 кГц. При наличии внешнего У//7777777/. магнитного поля в обмотках датчиков появляется э. д. с. удвоенной частоты (2 кГц). Этот сигнал через систему фильтров, избирательный усилитель и фазовый детектор поступает на регист­рирующий прибор. Магннтомодуляцион- ные датчики с помощью блока ком­мутации поочередно подключаются к из­мерительной схеме. Составляющие маг­нитного поля измеряют на отдельных точках прн остановке прибора. Для ориентировки датчиков в плоскости ис­кривления скважины необходимо, чтобы отклонение оси скважины от вертикали было не менее 3—4°.

Для измерения трех составляющих вектора Т используется аппаратура ТСМ-3 и ТКМ, а составляющих 7, X, У геомагнитного поля и магнитной вос­приимчивости пород — комплексная ап­паратура ТСМК-40.

Вертикальная составляющая 7 гео­магнитного поля измеряется аппарату­рой типа КМ К посредством одного маг-

ннтомодуляцнонного датчика М (рис. 75). Обмотка зонда пи­тается от наземного генератора Г1 переменным током частотой

1. кГц через трансформатор Тр 1. Вертикальная составляющая геомагнитного поля вызывает в обмотке датчика переменное напряжение удвоенной частоты (2 кГц), которое через изме­рительную съему ИС и разделительный фильтр вводного уст­ройства ВУ1 подастся на регистрирующий прибор РП1. Магниточувствительный датчик М с помощью карданного уст­ройства устанавливается в вертикальное положение, что поз­воляет измерять изменение вертикальной составляющей гео­магнитного ноля Z. Величина сигнала Z компенсируется посто­янным током от источника ИТ. Аппаратура КМК обеспечивает также измерение эффективной магнитной восприимчивости хоф с помощью датчика Д. Разделение цепей постоянного компенсационного тока и цепей переменного тока (сигналов Z и у.оф) осуществляется с помощью конденсатора С и дрос­селя Др.

Области применения естественного магнитного поля и решаемые им геологические задачи

Метод ЕМП используется для обнаружения намагниченных рудных тел в околоскважинном пространстве. Глубинность ме­тода зависит от намагниченности рудного тела, его размеров и ориентировки в пространстве. Наиболее интенсивные аномалии создаются пологозалегающнми телами, когда они находятся в стороне от скважины. Вертикальные тела обнаруживаются на больших расстояниях, если они расположены под скважиной. Панример, были выявлены магнитные аномалии от рудных тел с запасами 50—70 млн. т, когда забой скважины находился в 200—300 м над залежыо.

Метод ЕМП позволяет определить элементы залегания руд­ных тел, пересеченных скважиной, установить геологическую природу наземных магнитных аномалий.

Высокая эффективность метода ЕМП доказана на место­рождениях магнетитов, титаномагнетнтов и медистых магне- титов.