淺析井中三分量磁測數(shù)據(jù)處理

■豐莉郭文建

（1山東科技大學 山東泰安271000；2山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 山東泰安271000）

淺析井中三分量磁測數(shù)據(jù)處理

■豐莉1郭文建2

（1山東科技大學 山東泰安271000；2山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 山東泰安271000）

井中三分量磁測作為地質(zhì)勘查中的一個重要手段，對地質(zhì)磁測資料起到重要的補充作用。在磁三分量測量的數(shù)據(jù)處理過程中，要綜合考慮鉆井工藝、井中三分量磁測儀器及陀螺測斜儀的性能與精度，根據(jù)不同鉆孔軌跡特征選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，以提高數(shù)據(jù)解譯精度。

井中三分量磁測方位角數(shù)據(jù)插值精度

1　引言

井中三分量磁測作為地質(zhì)勘查中的一個重要手段，可以最大程度地探知目標磁性體的矢量有效信息，對地質(zhì)磁測資料起到重要的補充作用。目前，隨淺部資源日益減少，井中測量手段在深部找礦中會起到一定的主導作用[1][2]。為了提高地質(zhì)勘查中地質(zhì)資料的解譯精度，通過對影響井中三分量磁測數(shù)據(jù)處理精度因素的綜合分析，使用相應(yīng)處理措施，得到更準確的磁測參數(shù)[3]。

2　井中三分量磁測原理

井中三分量磁測是測量鉆孔不同深度地磁場的X、Y、Z三個分量，計算磁三分量異常，進而判斷井旁或井下有無磁性礦體，或分析得出磁性礦體空間位置及產(chǎn)狀。一般地，測井探管中有三個相互獨立、垂直的磁敏測量元件，借助重力作用，在鉆孔傾角一定（一般大于3-5°）時自動定向，使X指向鉆孔傾斜方向，Y方向與之垂直，X、Y方向組成的平面為水平面，Z方向垂直向下，三者符合右手定則。其定向方位角要采用不受磁性干擾的陀螺測斜手段測得。

數(shù)據(jù)處理時，將各點所測X、Y、Z數(shù)據(jù)與正常背景場矢量相減，即測點異常矢量。可使用繪圖工具，把該點的實測矢量異常繪制成不同角度的投影圖。具體公式如下：

△X、△Y、△Z為異常矢量，X、Y、Z為測點數(shù)據(jù)，T為當?shù)乇尘皥?，Z0、H0、X0、Y0為磁場垂直矢量背景值、磁場水平矢量背景值、水平矢量中的X分量背景值、水平矢量中的Y分量背景值，α為磁傾角，β為鉆孔方位角。

3　數(shù)據(jù)處理精度的影響分析

根據(jù)上述計算原理，對處理結(jié)果有影響的參數(shù)分別為實測數(shù)據(jù)X、Y、Z，背景場T，磁傾角α、鉆孔方位角β等。其中，背景場T為地面或無異常鉆孔段的磁場總場模值，其選擇數(shù)值大小對最終數(shù)據(jù)結(jié)果有方向性的影響。磁傾角α為地面或無異常鉆孔段的磁場水平矢量H0與垂直矢量Z0的夾角，α值大小決定了最終矢量△H與△Z的大小，使得磁異?？偸噶俊鱐的最終方位發(fā)生變化，但變化較小。

完整的井中磁三分量測量需要使用磁三分量測井探管與井中陀螺測斜儀兩種設(shè)備。三分量測井探管中的各三分量元件的靈敏度較高，但是受其相對位置、井孔傾向、傾角的影響，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)向差等干擾性誤差。目前常用的陀螺井中定向設(shè)備為光纖自主尋北儀，其推薦使用靜態(tài)測量功能（一般點測），測量一點約2-3分鐘，且鉆探工作中需將孔內(nèi)取芯設(shè)備取出后，下放探管測量，所以一般得到的井孔軌跡數(shù)據(jù)為單點間隔數(shù)據(jù)，多為50m每點，不能滿足三分量較小間距的矢量計算要求，必須對井孔方位角數(shù)據(jù)進行插值計算。根據(jù)鉆井工藝特點，井孔軌跡的插值處理有不同方法，可參照對井孔軌跡插值研究的技術(shù)理論[4]。

水平X、Y測量數(shù)值在一磁敏元件旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi)，所測數(shù)值表現(xiàn)出正弦、余弦曲線變化狀態(tài)，數(shù)據(jù)極大值和極小值相差約80000nT，所測量磁元件與磁水平矢量一致時達最大值，與之反向時為最小值，當測量元件的角度稍有變化，X、Y值就會有上千nT的變化。一般地，X或Y的測量元件與水平矢量一致時，誤差較小，誤差隨角度變大而增大，X或Y的測量元件與水平矢量交角90°時，誤差變化為最大。由于X、Y元件相互正交垂直，在X、Y元件與水平矢量方向交角45°時，其影響程度相同。所以實際測量時井中X、Y元件的準確定位依據(jù)陀螺儀測得的方位角，當井中陀螺儀所測方位角出現(xiàn)較小誤差時，對最終數(shù)據(jù)的影響遠遠超過三分量測井探管自身的誤差，成為影響數(shù)據(jù)處理精度的最重要因素。

4　提高數(shù)據(jù)精度的處理措施及實例

（1）三分量測井位置的磁場背景值、磁傾角、磁偏角可通過資料查詢獲得，為了得到更準確的數(shù)據(jù)，建議采用現(xiàn)場使用的磁三分量測井儀器設(shè)備對當?shù)剡M行背景值采集，磁傾角數(shù)據(jù)通過換算得到，磁偏角數(shù)據(jù)也需對現(xiàn)場背景條件下測得的數(shù)據(jù)進行比對，消去儀器的系統(tǒng)誤差，使陀螺儀測得方位角與磁三分量測井儀器測得方位角在背景地區(qū)擬合一致。

（2）三分量數(shù)據(jù)處理中，傾角數(shù)據(jù)要盡可能采用三分量磁測設(shè)備中連續(xù)測量的井孔傾角數(shù)據(jù)，以便準確繪制鉆孔軌跡圖。使用的方位角β為陀螺測斜插值給出，在井孔方位角的插值處理中，主要考慮井孔方位β與真實狀態(tài)的模擬程度，以便得出更精準的方位曲線，從而繪制出更準確的磁矢量線投影圖。

（3）理論上磁測三分量元件即時定位時，將該處井孔方位角與陀螺儀得到的井孔方位角β視為等同，實際上，隨著二者測量條件的差異，如裸孔、套管區(qū)別，二者不一定完全吻合，應(yīng)將測量探管盡可能加長，可提高一致性。

下圖為某礦區(qū)的測量資料，磁測三分量數(shù)據(jù)間隔2米，陀螺儀方位角數(shù)據(jù)間隔50米。圖1為方位角數(shù)據(jù)插值處理圖，可以看出經(jīng)過方位角插值處理后，井孔方位曲線形態(tài)變平滑，更符合實際狀態(tài)。圖2-A為最初處理結(jié)果圖，未經(jīng)方位角插值處理時繪制的磁矢量線投影圖，可見由于原方位角測點間距為50米，沿井孔軌跡線上每50米出現(xiàn)羽狀交錯現(xiàn)象，使磁矢量線狀態(tài)不連續(xù)，矢量信息失真。（圖中縱坐標為空間垂直深度，由于是斜孔，陀螺測量深度與空間深度不重合），圖2-B為經(jīng)過方位角插值處理后的優(yōu)化結(jié)果圖，經(jīng)方位角插值處理后繪制的磁矢量線投影圖，磁矢量線狀態(tài)連續(xù)，表現(xiàn)出完整的空間形態(tài)，矢量方向更準確。

圖1　方位角數(shù)據(jù)插值處理圖

5　結(jié)論

（1）井中磁三分量測量時，應(yīng)根據(jù)磁異常特點，選擇合適的高精度儀器，并對井孔完整性、孔斜有相應(yīng)要求。鉆進過程中，盡可能減少井孔斜度和方位的突然變化，使數(shù)據(jù)處理的數(shù)學模型與實際鉆孔狀態(tài)盡可能吻合。

圖2-A　最初數(shù)據(jù)圖

（2）井中陀螺儀所測方位角，是影響數(shù)據(jù)處理精度的最重要因素。由于現(xiàn)有陀螺儀的點測功能特征，其測量數(shù)據(jù)作為后期插值基點，所以必須保證實測數(shù)據(jù)準確可靠。

（3）磁三分量數(shù)據(jù)處理中，根據(jù)不同鉆孔軌跡特征有選擇地進行數(shù)據(jù)插值處理，兼顧效率與合理性。

圖2-B　優(yōu)化成果圖

[1]馬兆同,于欽仲,王玉敏.壽光磁異常區(qū)找礦方向探討 [J],山東國土資源,2012，28 (7):22-27.

[2]王賽昕,劉天佑，歐洋.井中磁測資料預處理與弱信號識別 [J],物探與化探，2014，38(1):90-95.

[3]郭文建,等.井中三分量磁測誤差分析與精度提高方案 [J],山東國土資源,2014，30 (10):42-45.

[4]王禮學,陳衛(wèi)東,賈昭清.井眼軌跡計算新方法 [J],天然氣工業(yè),2003,23(增刊):57-59.

P631.8+13[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-116-1