12.1.4. Каротаж магнитной восприимчивости (кмв)
КМВ. Каротажем магнитной восприимчивости называют метод, предназначенный для изучения магнитной восприимчивости горных пород и руд в скважинах. Метод основан на измерении характеристик вторичного поля, возникающего под воздействием намагничивания пород, окружающих скважину, если в них возбуждается первичное поле генераторной катушки индукционного зонда /28/. Устанавливаемые по данным КМВ значения магнитной восприимчивости относятся к единице объема вещества, она характеризует его способность воспринимать магнитное поле, а также определяют величину индуктивной намагниченности при помещении породы в магнитное поле напряженностью Н.
О величине магнитной восприимчивости судят по ЭДС, индуцируемой вторичным полем в измерительной катушке зонда:
∆Е = Е/Е0= К/æ,
где Е – приращение вторичной ЭДС, обусловленной средой; Е0 – первичная ЭДС; К – коэффициент, учитывающий влияние формы и размеров зонда и скважины.
Магнитная восприимчивость горных пород зависит главным образом от присутствия в них минералов, обладающих ферромагнитными свойствами. Метод КМВ основан на четкой дифференциации пород по магнитным свойствам. Применение метода эффективно при решении ряда геолого-геофизических задач: литологического расчленения и корреляции разрезов; выделения и корреляции подсеченного скважиной оруденения, определения глубин залегания, мощности рудных залежей, оценки качества руд.
Радиус исследования в каротаже магнитной восприимчивости зависит от длины зонда. Магнитную восприимчивость окружающих зонд пород определяют по приращению ЭДС в измерительном контуре, обусловленному изменением индуктивности (в однокатушечном зонде) или взаимоиндукции (в двухкатушечном зонде) при перемещении зонда из немагнитной среды в магнитную. Существуют различные приборы для измерения магнитной восприимчивости, действующие на основе амплитудно-фазовых или частотных схем измерений. Аппаратура с амплитудно-фазовыми схемами: КМВ, КШСМ, РИМВ, ЭМК; к приборам с частотными схемами относится ТМСК.
Трехкомпонетный скважинный магнитометр комплексный ТСМК 30 (40) состоит из наземного пульта и двух скважинных приборов. В одном размещены однокатушечный зонд КМВ и феррозонд для измерения вертикальной составляющей Z, а в другом – феррозонды для измерения J, Х, Zос. (осевой)составляющих вектора магнитной индукции Т.
Аппаратура электрического и магнитного каротажа ЭМК –1 состоит из наземного пульта и двух одинаковых по структуре скважинных приборов, работающих на частотах 1 и 10 кГц. В каждом из них применены двухкатушечные зонды.
В рудничном измерителе магнитного влияния среды (РИМВ –1, РИМВ-2) принцип действия и структура скважинного прибора соответствуют работе æ-канала ЭМК-1.
Комплексный шахтно-скважинный магнитометр (КШСМ) предназначен для исследования горизонтальных Нх,, Ну и вертикальной Z составляющих магнитного поля и магнитной восприимчивости пород в скважинах и горных выработках. Аппаратура каротажа магнитной восприимчивости КМВ создана на базе соленоидных индукционных зондов.
Результаты измерений оформляют в виде диаграмм КМВ, по которым устанавливаются границы раздела сред с различной намагниченностью, выделяются особенности геологического разреза. Одиночные магнитные пласты выделяются симметричными относительно центра пласта аномалиями (рис. 12.14). На диаграммах по однокатушечным зондам границы пласта при h ≥ L соответствуют точкам перегиба на половине аномалии, на диаграммах по двухкатушечным зондам границы пласта устанавливают по точкам, расположенным на расстоянии L/2 от пересечения кривой с нулевой линией к середине аномалии.
Рис. 12.14. Кривые эффективной магнитной восприимчивости горных пород в пластах различной мощности:
1 – h1; 2 - h2; 3 - h3; 4 - h4; 5 - h5
Геологическая эффективность каротажа магнитной восприимчивости зависит от дифференциации пород по магнитной восприимчивости и их связи с геологическими характеристиками исследуемых объектов.
Хорошо себя зарекомендовал каротаж магнитной восприимчивости при изучении геологического разреза сверхглубоких скважин. В Тюменской скважине СГ – 6 был проведен КМВ магнитометром-инклинометром МИ-6404, а также были выполнены измерения магнитной восприимчивости по керну пород. Сопоставление результатов, полученных двумя методами, можно сделать по рис. 12.15. Результаты показывают, что возможно выделение зон с повышенным содержанием магнитных минералов по магнитному каротажу.
Рис.12.15. Применение КМВ для изучения базит-магнетитового
тела Коршуновского месторождения Ангарской провинции
1 - оруденелая брекчия, 2 - контакт, 3 – темногорошчатые руды, 4 – светло-горошчатые руды, 5 – долериты, 6 – базальты, 7 – туффизиты, 8 – точки отбора проб, 9 – 13 - содержание железа. А – петрографическая колонка, Б – содержание железа по данным опробования, В – диаграмма каротажа магнитной восприимчивости.
По стволу Кольской сверхглубокой скважины определена намагниченность пород в условиях естественного залегания. Параллельно магнитная восприимчивость пород определена по образцам. Сопоставление показало, что предпочтение необходимо отдавать скважинной магнитометрии, когда по непрерывно записанным кривым магнитного поля и магнитной восприимчивости изучается полный разрез скважины, а не отдельные точки отбора керна. По мнению Г.В. Иголкиной /17/, измерения в скважине дают более достоверную информацию. Комплекс исследуемых параметров в скважине показан на рис. 12.16.
Рис. 12.16. Каротаж магнитной восприимчивости (а) и магнитная восприимчивость, определенная по керну (б), Тюменская СГС-6
Каротаж магнитной восприимчивости кроме решения задач литолого-стратиграфического расчленения и корреляции пород разрезов, различающихся по магнитным свойствам, может использоваться для оценки минералогических и технологических характеристик руд, таких как бокситы, хромиты, графиты, железные и марганцевые руды.