§ 34. Метод магнитной восприимчивости

Метод магнитной восприимчивости (ДАВ) основан на изуче­нии искусственного переменного электромагнитного ноля гор­ных пород, величина э. д. с. которого определяется их магнит­ной восприимчивостью.

Известны три способа измерения магнитной восприимчиво­сти горных пород: 1) двухкатушечным зондом обычного индук­ционного метода; 2) однокатушечным зондом с соленоидом; 3) с использованием колебательного контура.

В первом способе измерения у. величина сигнала в приемной катушке для однородной магнитной изотропной среды па осно- ванни уравнений (91) и (103) описывается соотношением

Е = К_Н ji^aa = /C„(l -f х)*<т. (104)

Из выражения (104) следует, что величина э. д. с. электро­магнитного поля, наведенной в измерительной катушке при по­мещении зонда в магнитную среду, возрастает с увеличением ее магнитной восприимчивости. Доля сигнала, определяемая ве­личиной х, зависит от отношения х к электропроводности а.

Электродвижущая сила, возникающая при низкочастотном перемеиом поле за счет магнитной восприимчивости среды, представляет собой реактивную составляющую сигнала, фаза которой образует 90° с фазой тока генераторной катушки. Ак­тивная составляющая э. д. с., обусловленная электропроводно­стью среды, совпадает по фазе с питающим током и сдвинута относительно реактивной составляющей также на 90°. Регист­рировать можно либо одну составляющую сигнала — реактив­ную, либо одновременно две составляющие — реактивную и ак­тивную, получая сведения как о магнитной восприимчивости, так и о электропроводности пород.

Второй способ определения у. с использованием однокату­шечного зонда основан на регистрации изменения индуктив­ности AL соленоида с сердечником из ферромагнитного ма­териала. Изменение А/, катушки зависит от эффективной магнитной восприимчивости пород, которая связана с АЛ соот­ношением

а МП о ^ l-(b-l)M/L₀ *

где а и b — коэффициенты, зависящие от параметров скважины и определяемые с помощью эталонной промывочной жидкости, которая состоит из магнетитовой смеси, для различных диамет­ров скважин; /.о— величина индуктивности соленоида в воз­духе.

Значение х может быть найдено по од:

ИэФ = */(1-ЬЛГх), (105)

где N — коэффициент размагничивания среды, зависящий от ее геометрии; при малых изменениях d_r его можно считать по­стоянным п равным около 10,9. Соотношение (105) справедливо для немагнитной слабопроводящей промывочной жидкости.

Третий способ нахождения у. с использованием колебатель­ного контура базируется на измерении приращения его резо­нансной частоты А/, связанного с од соотношением

_ дГ2Ада»-(АЩ«1 1-М2А//Ь-(Д7/Ш ’

где [о — резонансная частота контура в воздухе.

Исследование разрезов скважин методом МВ проводится аппаратурой КМВ, АМК-3 и комплексной аппаратурой ЭМК-1, КМ К и ТСМ К*40.

Аппаратура типа КМВ разработана на основе мостовой схемы (см. рис. 75). Мост питается током частотой 1 кГц от электронного генератора через трансформатор.

Масштаб записи кривых Хэф устанавливается по данным эта­лонирования аппаратуры на моделях из материалов с извест­ными значениями магнитной восприимчивости (например, из магнетита, магнетита с гипсом).

Масштаб записи кривых МВ вычисляется по формуле

т — КШ,

где /( = 40 лп коэффициент соленоида (я — число витков, при­ходящихся на 1 см длины соленоида); / — сила тока; /—вели­чина наблюдаемого эффекта от градуировочного соленоида (от­клонение пишущего устройства).

М асштаб глубин кривых хоф при детальных исследованиях разрезов рудных скважин составляет 1 :50 или 1 :25. Оптимальная скорость записи кривых МВ порядка 1000—

1500 м/ч. Скважинный прибор ста­бильно работает при температуре г до 60 °С. ' I

Аппаратура АМК-3 по устрой­ству не отличается от аппаратуры тина КМВ. Для питания моста при­меняется ток частотой 380 Гц. Дат­чик имеет длину 10 см.

Аппаратура ЭМК-1 предназна­чена для одновременного определе­ния магнитной восприимчивости п электропроводности разрезов руд­ных скважин. Применяется с трех­жильным бронированным кабелем длиной до 2000 м. Аппаратура скон­струирована на основе трехкату­шечного зонда, состоящего из гене­раторной ГК, измерительной ПК и

Рис. 76. Блок-схема аппаратуры ЭМК-1. ПУ— панель управления: УГ1 — универсальны!) генератор: БП — блок питания; Г — генератор; У — усилитель: ФВ1. ФВ2 — фазовращатели; ФЧВ1, ФЧВ2 — флзочувсгвнтслмше выпрями телн: Ф|. Ф2 фильтры

фокусирующей генераторной ФГ катушек (рис. 76). В ком­плект аппаратуры входят два скважинных прибора, работаю­щих на частотах 1 и 10 кГц с зондами ЗФ02; ЗФ04 и ЗФОб. Вы­бор того или иного скважинного прибора определяется величи­ной электропроводности пород и руд.

Аппаратура ЭМК-1 позволяет измерять магнитную воспри­имчивость пород в диапазоне от 10-10^-6 до 1 ед. СИ и элек­тропроводность пород от 2*10^-2 до 10⁴ См/м при температуре до 60 °С.

В комплексной аппаратуре типа КМК для измерения маг­нитной восприимчивости использована мостовая схема (см. рис. 75).

В комплексной аппаратуре ТМСК-40 использована схема измерения хпф с колебательным контуром. Соленоид включен в колебательный контур генератора, имеющего частоту генера­ции в воздухе 3,2 кГц. Различные значения магнитной воспри­имчивости пород вызывают изменение частоты тока генера­тора. Напряжение со скважинного генератора поступает по ка­налу связи в наземную панель, где этот сигнал сравнивается с частотой опорного генератора. Разностная частота усилива­ется, калибруется по амплитуде, выпрямляется и подается на регистрирующий прибор. Наряду с Хлф этой аппаратурой изме­ряется изменение вертикальной составляющей магнитного поля 7,.

Кривые метода магнитной восприимчивости

О днородные пласты на кривых х_:,«[, отмечаются симметрич­ными аномалиями относительно их середины (рис. 77). Харак­терные значения х=>ф приурочены к середине пласта — макси­мальные при магнитной восприимчивости пласта больше маг­нитной восприимчивости ■X вмещающих пород х_Пл>х»_м. * минимальные при х_Пл<х»_м. Кривые Хэф, записанные в маломощных пластах (А</с, где /_с — длина дат­чика), имеют два макси­мума с минимумом в цен­тральной части.

Границы пластов доста­точной мощности {Н>21_с) определяются точками, где величина сигнала равна по­ловине его максимального значения — Ахшах/2, т. с. мощность таких пластов оп­ределяется шириной ано-

малии на уровне половины ее максимального значения Д*„л шах- С уменьшением мощности пластов точки с координатами Дхпл шах/2 смещаются относительно границ пласта в сторону вмещающих пород.

Области применения метода магнитной восприимчивости и решаемые им геологические задачи

Метод магнитной восприимчивости наиболее эффективен при исследовании разрезов скважин, пробуренных на магнетитовых и титаномагнетитовых месторождениях. Его можно применять также для выявления в разрезах скважин скоплений бокситов, марганцевых, хромитовых, никеленосных, сидернтовых и оло­вянных руд.

Основные геологические задачи, решаемые методом МВ при изучении разрезов скважин: литологическое расчленение разре­зов и их корреляция, выделение рудных зон, определение со­держания железа в магнетитовых рудах, получение данных о величине магнитной восприимчивости пород для интерпрета­ции аномалии магнитного поля, отмеченных магниторазведкой.

Литологическое расчленение разрезов скважин по методу МВ основано на различной магнитной восприимчивости пород. Наибольшие и характерны для магнетита и титаномагнетита; за ними идут ультраосновные породы (габбро, диабазы, порфн- риты, и др.)» затем кислые породы (граниты, гранодиориты). Самой низкой магнитной восприимчивостью обладают карбо­натные и гидрохимические осадки [6].

Рис. 78. Выделение в разрезах скважин марганцевых руд (в)

И бОКСИТОВ (б) ПО КРИВЫМ Хиф.

У — млргапцепая руда; 2 — бокситы; 3 — глинистый сланец; 4 — глина; 6 — песчаник; 6 — карбонаты

Выделение в разрезах руд основано на их высокой по срав­нению с вмещающими породами (глинами, песчаниками, кар­бонатами) магнитной восприимчивости (рис. 78). Процентное содержание железа в рудах определяется по зависимости вели­чины магнитной восприимчивости от количества содержащегося в них магнетита.