Метод магнітної сприйнятливості

Метод магнітної сприйнятливості (МС) базується на вивченні штучного змінного електромагнітного поля гірських порід, величина е.р.с. якого визначається їх магнітною сприйнятливістю.

Для однорідного магнітного ізотропного середовища у випадку двокотушечного зонда можна записати

 

(2.34)

 

З формули випливає, що величина ЕРС електромагнітного поля, наведеної в прийомній котушці при переміщенні зонда в магнітне середовище, зростає зі збільшенням її магнітної сприйнятливості. Частка сигналу, обумовлена величиною c, залежить від відношення c і електропровідності δ.

Електрорушійна сила, що виникає при низькочастотному змінному полі за рахунок магнітної сприйнятливості середовища, являє собою реактивну складову сигналу, фаза якої утворить 90° з фазою струму генераторної котушки. Активна складова ЕРС, обумовлена електропровідністю середовища, збігається по фазі з струмом живлення і зміщена щодо реактивної складової також на 90°. Реєструвати можна або одну складову сигналу – реактивну, або одночасно дві складові – реактивну й активну, одержуючи свідчення як про магнітну сприйнятливість, так і про електропровідність порід.

У випадку однокотушечного зонда, складеного із соленоїда із сердечником з феромагнітного матеріалу, виміряється зміна індуктивності котушки, що залежить від магнітної сприйнятливості порід.

Зміна індуктивності D L в однорідному середовищі з магнітною сприйнятливістю χ при низькочастотному змінному полі визначається виразом

, (2.35)

 

де L – індуктивність соленоїда в повітрі; C –коефіцієнт, що визначає чутливість апаратури; g ₀ =f (d _c/ λl _c) – геометричний фактор (d _c – діаметр свердловини, λ – коефіцієнт скорочення соленоїда, що залежить від неоднорідності намагнічування сердечника, λ =0.64, l _c – довжина сердечника соленоїда, λl _c – діюча довжина чуттєвого елемента; χ _еф – ефективна магнітна сприйнятливість, зв’язана з дійсним значенням χ співвідношенням

, (2.36)

 

де N – коефіцієнт розмагнічування середовища, що залежить від її геометрії; при малих змінах d _c його можна вважати постійним і рівним 10.9.

Апаратура методу МС

Магнітна сприйнятливість гірських порід може бути виміряна двома принципово різними способами: по зміні індуктивності соленоїда і величині реактивної складової напруженості вторинного магнітного поля.

Дослідження розрізів свердловин методом МС здійснюється апаратурою КМВ, АМК-3 і комплексною апаратурою ЕМК-1, КМК і ТСМК-40.

Апаратура типу КМВ розроблена на основі мостової схеми. Міст живиться струмом частотою 1 кГц від електронного генератора через трансформатор. Напруга розбалансу моста надходить на підсилювач, потім на фазовий випрямляч для випрямлення реактивної складової поля, далі через фільтри подається на прилад, що реєструє. Свердловинний прилад живиться від генератора струмом частотою 50 Гц, анодна напруга знімається з випрямляча. Фільтри призначені для поділу живильної і вимірювальної ланцюгів.

В апаратурі КМВ застосовуються два датчики: перший чутливий – для вимірів у слабомагнітних породах і рудах; другий грубий – для вимірів у сильно магнітних рудах. Чутливий датчик довжиною 20 см з феритовим сердечником має високу індуктивність при низькому омічному опорі (велика добротність датчика). Його чутливість складає 3-5 мільйонних частинок одиниці. Довжина грубого датчика 12 см, індуктивність його порівняно невелика (мала добротність датчика). Датчики поміщені в заповнений маслом неметалічний кожух.

Масштаб запису кривих c _еф встановлюється за даними еталонування апаратури на моделях з матеріалів з відомими значеннями магнітної сприйнятливості (наприклад, з магнетиту, магнетиту з гіпсом).

Масштаб запису кривих МС обчислюється за формулою:

 

, (2.37)

 

де K =40·π· n – коефіцієнт соленоїда (п – число витків, що приходяться на 1 см довжини соленоїда); I – сила струму; l – величина ефекту, що спостерігається, від градуйованого соленоїда.

Масштаб глибин кривих χ _ефпри детальних дослідженнях розрізів рудних свердловин складає 1:50 або 1:25. Оптимальна швидкість запису кривих МС порядку 1000-1500 м/с.

Свердловинний прилад стабільно працює при температурі до 60°С.

Криві методу МС

Однорідні пласти на кривих χ _еф відзначаються симетричними аномаліями щодо їх середини (Рис. 2.24). Характерні значення χ _еф приурочені до середини пласта – максимальні при магнітній сприйнятливості пласта більше магнітної сприйнятливості вміщуючих порід χ_п>χ_вм, мінімальні при χ_п<χ_вм. У малопотужних пластах (h < 1 _с, де 1 _с– довжина датчика) криві χ _еф мають два максимуми з мінімумом у центральній частині кривої.

Границі шарів достатньої потужності (h > 21 _с)визначаються точками, де величина сигналу дорівнює половині його максимального значення Δ χ _max/2, тобто потужність таких пластів визначається шириною аномалії на рівні половини її максимального значення Δ χ _{п max}. З зменшенням потужності пластів точки з координатами Δ χ _{п max}/2 зміщаються щодо границь пласта в бік вміщуючих порід.

Області застосування методу МС

Метод магнітної сприйнятливості найбільш ефективний при дослідженні розрізів свердловин, пробурених на магнетитових і титаномагнетитових родовищах. Його можна застосовувати також для виявлення в розрізах свердловин скупчень бокситів, марганцевих, хромітових, нікелевих, сидеритових і олов’яних руд.

 

1 – h ₁; 2 – h ₂; 3 – h ₃; 4 – h ₄; 5 – h ₅

Рисунок 2.24 – Криві ефективної магнітної сприйнятливості гірських порід при різній товщині

Основні геологічні задачі, розв’язувані методом МС при вивченні розрізів свердловин, складаються в літологічному розчленовуванні розрізів і їх кореляції, виділенні рудних зон, визначенні змісту заліза в магнетитових рудах, одержанні даних про величину магнітної сприйнятливості порід для інтерпретації аномалій магнітного поля, відзначених магніторозвідкою.

Літологічне розчленовування розрізів свердловин за методом МС базується на різній магнітній сприйнятливості порід. Найбільші величини χ _П характерні для магнетиту і титаномагнетиту, за ними йдуть ультраосновні породи (габро, діабази, порфірити й ін.), потім кислі породи (граніти, гранодіорити). Найнижчими значеннями χ _п володіють карбонатні і гідрохімічні осадки.

Виділення в розрізах руд базується на їх високій, порівняно з вміщуючими породами (глинами, піщаниками, карбонатами), магнітної сприйнятливості. Процентний вміст заліза в рудах визначається по залежності величини магнітної сприйнятливості від кількості магнетиту, що міститься в них.