专利名称：井中磁场三分量梯度测量对井外磁性体定向、定位的方法
技术领域：
本发明涉及地球物理磁法勘查领域，具体涉及一种井中磁测可对井外发现的磁性矿体进行全方位定向的方法。
背景技术：
井中磁测是以钻井作为找矿通道，深入地下，对井外空间进行找矿。它是一种能真真深入地下，进行深部找矿的有效方法。当在井中发现井外有磁性矿体的存在时，应对磁性矿体进行定位，即确定矿体的埋深，相对于钻井的方位，以及离钻井的距离。对于井中三分量磁测系统，可由垂直分量异常确定矿体的埋深与钻井的距离；由正常水平分量确定钻井方位，由水平分量异常确定矿体相对于钻井方位。遗憾的是，现有非磁原理的井斜仪，其测斜精度过低，误差可达±2° ±5°。这样，在东西方位取值地磁正常场误差过大，导致水平异常场不能对东西方位磁性矿体定向。所谓磁异常，是将实测磁场值扣除地磁正常场值后，余下的磁场值。对于两个水平分量磁异常值A Hx和A Hy来说，有AHx = Hx-Hox (I)AHy = Hy-Hoy (2)式中，Hm和Htjy分别为x、y方向地磁正常场值。当井斜方位角为A时，x、y方向地磁正常场分别为Hox = H0COsA (3)Hoy = H0SinA (4)在井斜方位角有AA误差时，地磁正常水平场的误差为AHox = -H0SinA △A (5)AHoy = H0CosA △A (6)由于现有非磁原理测斜仪有方位误差AA= ±2° ±5°，如在北京地区正常水平磁场H。= 3000nT,当井斜方位角A = 90°时，由(5)式可知，正常场误差AHm =±1000 ±2500nT。如此大的背景误差，将导致水平异常场不能对井外矿体全方位的定向。
发明内容
井中三分量磁测对矿体的空间定向，是依靠水平磁异常AH的矢量方向来确定的。目前，由于非磁原理的井斜方位测定欠准，水平磁异常受到正常水平磁场取值的严重干扰，导致钻孔东西两侧矿体无法定向。为克服上述缺陷，本发明提出了一种通过井中磁场三分量梯度测量对井外磁性体进行全方位定向的方法。本发明是通过如下技术方案实现的一种井中磁场三分量梯度测量对井外磁性体定向的方法，其步骤包括
步骤A、对井外磁性体进行定向Al，通过安装有上、下三分量磁测元件的下井探管在钻井中测量井轴方向的轴向磁场三分量与轴向重力三分量，并将轴向磁场三分量转换为大地坐标的垂向磁场三分量，所述垂向磁场三分量包括磁场水平分量Hx上、Hy上、Hx下、Hy下和磁场垂直分量Z±、ZT;A2，通过步骤Al测得的垂向磁场三分量求取磁场三分量垂向梯度，所述磁场三分量垂向梯度包括水平磁场垂向梯度H' X、H' y和垂直磁场垂向梯度Z'；A3，通过步骤A2所得的水平磁场垂向梯度求取水平磁场垂向梯度矢量的模量以及梯度矢量与井轴方向的夹角；
A4，求取磁异常区井轴方向的方位角A5，对磁性体定向先求取各测点水平磁场垂向梯度矢量的方位角，在各测点中，选定模量最大的方位角，其相反方向即为磁性体的定向方向；步骤B、对磁性体定位；BI，将井中实测的各测点水平磁场垂向梯度分别进行定向投影，分别求取各测点定向方向和垂直于定向方向的水平磁场垂向梯度；B2，通过各测点定向方向和垂直于定向方向的水平磁场垂向梯度以及步骤A2中垂直磁场垂向梯度求取总场梯度投影矢量T' I、T' u以及投影矢量的倾角a I、a u ;B3，绘制各测点的总场梯度投影矢量T' ±的平剖图；选取各测点中最大的投影矢量T' 1，通过其倾角a ±的反方向来对磁性体进行定位。进一步地，在步骤Al中，将两组指向相同的三分量磁测元件分别安装于下井探管中的上、下部，将下井探管伸入钻井中，通过两组三分量磁测元件实测得到井轴方向的轴向
磁场三分量Mx上、My上、Mz上和M X下、My下、 Mz下以及轴向重力三分量gx上、gy上、gz上和gx下、gy下、gzT ;通过下述公式将轴向磁场三分量Mx上、My上、Mz上和Mx下、My下、Mz下转换为垂向磁场三分量
Hx上、Hy上、Z上和Hx下、Hy下、Z下
权利要求
1.一种井中磁场三分量梯度测量对井外磁性体定向的方法，其步骤包括 步骤A、对井外磁性体进行定向 Al，通过安装有上、下三分量磁测元件的下井探管在钻井中测量井轴方向的轴向磁场三分量与轴向重力三分量，并将轴向磁场三分量转换为大地坐标的垂向磁场三分量，所述垂向磁场三分量包括磁场水平分量Hx上、Hy上、Hx下、Hy下和磁场垂直分量Z上、Z T ; A2，通过步骤Al测得的垂向磁场三 分量求取磁场三分量垂向梯度，所述磁场三分量垂向梯度包括水平磁场垂向梯度H' X、H' y和垂直磁场垂向梯度Z'； A3，通过步骤A2所得的水平磁场垂向梯度求取水平磁场垂向梯度矢量的模量以及梯度矢量与井轴方向的夹角； A4，求取磁异常区井轴方向的方位角 A5，对磁性体定向先求取各测点水平磁场垂向梯度矢量的方位角，在各测点中，选定模量最大的方位角，其相反方向即为磁性体的定向方向； 步骤B、对磁性体定位； BI，将井中实测的各测点水平磁场垂向梯度分别进行定向投影，分别求取各测点定向方向和垂直于定向方向的水平磁场垂向梯度； B2，通过各测点定向方向和垂直于定向方向的水平磁场垂向梯度以及步骤A2中垂直磁场垂向梯度求取总场梯度投影矢量T' I、T' u以及投影矢量的倾角a I、a u ; B3，绘制各测点的总场梯度投影矢量T' ±的平剖图；选取各测点中最大的投影矢量T'丄，通过其倾角a ±的反方向来对磁性体进行定位。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤Al中，将两组指向相同的三分量磁测元件分别安装于下井探管中的上、下部，将下井探管伸入钻井中，通过两组三分量磁测元件实测得到井轴方向的轴向磁场三分量Mx上、My上、Mz上和Mx下、My下、Mzt以及轴向重力三分量gx上、gy上、gzi；和gx下、gy下、gzT ;通过下述公式将轴向磁场三分量Mx上、My上、Mz上和Mx 下、My下、Mz下转换为垂向磁场三分量Hx上、Hy上、Z上和Hx 下、Hy下、Z下 式中，Hx±、Hy上和HxT、HyT分别为上、下水平磁场分量，Hx±、Hxt指向井斜方位，Z上、Zt分别为上、下垂直磁场分量；gj^P gT为重力加速度值，= ^g2x± + gy± + g!±，
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤A2中，求取磁场三分量垂向梯度的计算公式如下
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤A3中，求取水平磁场垂向梯度矢量的模量以及梯度矢量与井轴方向的夹角的计算公式如下 水平磁场垂向梯度矢量 水平磁场垂向梯度矢量的模量
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤A4中，求取磁异常区井轴方向的方位角的具体方法包括 (1)当钻井为斜井时，在邻近井中磁异常区的磁正常区内选定测点，由实测测点的水平磁场分量，求得井轴方向的方位角；通过方位角与实测测点的深度，求得井轴方位角随深度的变化率△，进而求取异常区各测点井轴方向的方位角； (2)当钻井为直井时，令水平磁场分量Hx所在方位为井轴方向，并通过Hy与Hx的比值求取井轴方向的方位角。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于， (I)当钻井为斜井时，求取井轴方向方位角的具体方法包括 在邻近井中磁异常区的磁正常区内选定两测点，实测该两测点的水平磁场分量Hxl、Hyl和Hx2、Hy2，并通过下式求得井轴方向的方位角牝和:
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤A5中，对磁性体定向的具体方法包括 (1)通过步骤A3所得夹角与步骤A4所得方位角之和求取各测点水平磁场垂向梯度矢量的方位角； (2)以上北下南、左西右东，采用极坐标法分别在坐标系中绘制各测点水平磁场垂向梯度矢量的模量和方位角； (3)在各测点中,选定模量最大的方位角，其相反方向即为磁性体的定向方向。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过下式求取各测点水平磁场垂向梯度矢量的方位角奶奶=3 式中，9 i为各测点的水平磁场梯度矢量与井轴方向之间的夹角；t为井轴方向的方位角。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤B中，对磁性体定位的具体方法包括 BI，定向投影 将井中实测的各测点水平磁场垂向梯度H',投影于定向方向(即为横剖面方向)，且将H' y投影于垂直于定向方向(即为纵剖面方向)，令定向方向的方位角为Ad，按照下式分别求取各测点横、纵剖面方向水平磁场垂向梯度H' xd、H' ydU1 xd = H' xcos A -U1 ysin AU1 yd = H' yCosA^-H' Ssin A 式中，A(j5 = (j5 + (j5d, (j5为井轴方向的方位角，其通过步骤A4求得； B2，定位矢量图 按照下式将各测点横、纵剖面方向水平磁场垂向梯度H' xd、H' yd分别与步骤A2所得垂直磁场垂向梯度Z'合成为总场梯度投影矢量T' ±和T', 投影矢量T' J勺倾角a丄为
全文摘要
本发明提出了一种井中磁场三分量梯度测量对井外磁性体定向、定位的方法，该方法包括对井外磁性体进行定向和对磁性体进行定位两大步骤。本发明本发明采用水平磁场梯度异常的定向方法，它不受非磁原理测斜不准带来的背景场干扰，可全方位对井外磁性矿体进行定向，不仅适用于钻孔南北方向的磁性体定向，还可以很好的对钻孔东西方向磁性体进行定向，解决了水平磁异常受井斜方位欠准，对钻孔东西方向磁性体不能定向的难题。
文档编号G01V3/18GK102621583SQ20121008596
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者徐立忠, 李学圣, 王庆乙, 邱钢 申请人:中色地科矿产勘查股份有限公司