浅析井中三分量磁测数据处理

■丰莉郭文建

（1山东科技大学 山东泰安271000；2山东省第五地质矿产勘查院 山东泰安271000）

浅析井中三分量磁测数据处理

■丰莉1郭文建2

（1山东科技大学 山东泰安271000；2山东省第五地质矿产勘查院 山东泰安271000）

井中三分量磁测作为地质勘查中的一个重要手段，对地质磁测资料起到重要的补充作用。在磁三分量测量的数据处理过程中，要综合考虑钻井工艺、井中三分量磁测仪器及陀螺测斜仪的性能与精度，根据不同钻孔轨迹特征选择适当的数据处理方法，以提高数据解译精度。

井中三分量磁测方位角数据插值精度

1　引言

井中三分量磁测作为地质勘查中的一个重要手段，可以最大程度地探知目标磁性体的矢量有效信息，对地质磁测资料起到重要的补充作用。目前，随浅部资源日益减少，井中测量手段在深部找矿中会起到一定的主导作用[1][2]。为了提高地质勘查中地质资料的解译精度，通过对影响井中三分量磁测数据处理精度因素的综合分析，使用相应处理措施，得到更准确的磁测参数[3]。

2　井中三分量磁测原理

井中三分量磁测是测量钻孔不同深度地磁场的X、Y、Z三个分量，计算磁三分量异常，进而判断井旁或井下有无磁性矿体，或分析得出磁性矿体空间位置及产状。一般地，测井探管中有三个相互独立、垂直的磁敏测量元件，借助重力作用，在钻孔倾角一定（一般大于3-5°）时自动定向，使X指向钻孔倾斜方向，Y方向与之垂直，X、Y方向组成的平面为水平面，Z方向垂直向下，三者符合右手定则。其定向方位角要采用不受磁性干扰的陀螺测斜手段测得。

数据处理时，将各点所测X、Y、Z数据与正常背景场矢量相减，即测点异常矢量。可使用绘图工具，把该点的实测矢量异常绘制成不同角度的投影图。具体公式如下：

△X、△Y、△Z为异常矢量，X、Y、Z为测点数据，T为当地背景场，Z0、H0、X0、Y0为磁场垂直矢量背景值、磁场水平矢量背景值、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为磁倾角，β为钻孔方位角。

3　数据处理精度的影响分析

根据上述计算原理，对处理结果有影响的参数分别为实测数据X、Y、Z，背景场T，磁倾角α、钻孔方位角β等。其中，背景场T为地面或无异常钻孔段的磁场总场模值，其选择数值大小对最终数据结果有方向性的影响。磁倾角α为地面或无异常钻孔段的磁场水平矢量H0与垂直矢量Z0的夹角，α值大小决定了最终矢量△H与△Z的大小，使得磁异常总矢量△T的最终方位发生变化，但变化较小。

完整的井中磁三分量测量需要使用磁三分量测井探管与井中陀螺测斜仪两种设备。三分量测井探管中的各三分量元件的灵敏度较高，但是受其相对位置、井孔倾向、倾角的影响，会产生转向差等干扰性误差。目前常用的陀螺井中定向设备为光纤自主寻北仪，其推荐使用静态测量功能（一般点测），测量一点约2-3分钟，且钻探工作中需将孔内取芯设备取出后，下放探管测量，所以一般得到的井孔轨迹数据为单点间隔数据，多为50m每点，不能满足三分量较小间距的矢量计算要求，必须对井孔方位角数据进行插值计算。根据钻井工艺特点，井孔轨迹的插值处理有不同方法，可参照对井孔轨迹插值研究的技术理论[4]。

水平X、Y测量数值在一磁敏元件旋转一周范围内，所测数值表现出正弦、余弦曲线变化状态，数据极大值和极小值相差约80000nT，所测量磁元件与磁水平矢量一致时达最大值，与之反向时为最小值，当测量元件的角度稍有变化，X、Y值就会有上千nT的变化。一般地，X或Y的测量元件与水平矢量一致时，误差较小，误差随角度变大而增大，X或Y的测量元件与水平矢量交角90°时，误差变化为最大。由于X、Y元件相互正交垂直，在X、Y元件与水平矢量方向交角45°时，其影响程度相同。所以实际测量时井中X、Y元件的准确定位依据陀螺仪测得的方位角，当井中陀螺仪所测方位角出现较小误差时，对最终数据的影响远远超过三分量测井探管自身的误差，成为影响数据处理精度的最重要因素。

4　提高数据精度的处理措施及实例

（1）三分量测井位置的磁场背景值、磁倾角、磁偏角可通过资料查询获得，为了得到更准确的数据，建议采用现场使用的磁三分量测井仪器设备对当地进行背景值采集，磁倾角数据通过换算得到，磁偏角数据也需对现场背景条件下测得的数据进行比对，消去仪器的系统误差，使陀螺仪测得方位角与磁三分量测井仪器测得方位角在背景地区拟合一致。

（2）三分量数据处理中，倾角数据要尽可能采用三分量磁测设备中连续测量的井孔倾角数据，以便准确绘制钻孔轨迹图。使用的方位角β为陀螺测斜插值给出，在井孔方位角的插值处理中，主要考虑井孔方位β与真实状态的模拟程度，以便得出更精准的方位曲线，从而绘制出更准确的磁矢量线投影图。

（3）理论上磁测三分量元件即时定位时，将该处井孔方位角与陀螺仪得到的井孔方位角β视为等同，实际上，随着二者测量条件的差异，如裸孔、套管区别，二者不一定完全吻合，应将测量探管尽可能加长，可提高一致性。

下图为某矿区的测量资料，磁测三分量数据间隔2米，陀螺仪方位角数据间隔50米。图1为方位角数据插值处理图，可以看出经过方位角插值处理后，井孔方位曲线形态变平滑，更符合实际状态。图2-A为最初处理结果图，未经方位角插值处理时绘制的磁矢量线投影图，可见由于原方位角测点间距为50米，沿井孔轨迹线上每50米出现羽状交错现象，使磁矢量线状态不连续，矢量信息失真。（图中纵坐标为空间垂直深度，由于是斜孔，陀螺测量深度与空间深度不重合），图2-B为经过方位角插值处理后的优化结果图，经方位角插值处理后绘制的磁矢量线投影图，磁矢量线状态连续，表现出完整的空间形态，矢量方向更准确。

图1　方位角数据插值处理图

5　结论

（1）井中磁三分量测量时，应根据磁异常特点，选择合适的高精度仪器，并对井孔完整性、孔斜有相应要求。钻进过程中，尽可能减少井孔斜度和方位的突然变化，使数据处理的数学模型与实际钻孔状态尽可能吻合。

图2-A　最初数据图

（2）井中陀螺仪所测方位角，是影响数据处理精度的最重要因素。由于现有陀螺仪的点测功能特征，其测量数据作为后期插值基点，所以必须保证实测数据准确可靠。

（3）磁三分量数据处理中，根据不同钻孔轨迹特征有选择地进行数据插值处理，兼顾效率与合理性。

图2-B　优化成果图

[1]马兆同,于钦仲,王玉敏.寿光磁异常区找矿方向探讨 [J],山东国土资源,2012，28 (7):22-27.

[2]王赛昕,刘天佑，欧洋.井中磁测资料预处理与弱信号识别 [J],物探与化探，2014，38(1):90-95.

[3]郭文建,等.井中三分量磁测误差分析与精度提高方案 [J],山东国土资源,2014，30 (10):42-45.

[4]王礼学,陈卫东,贾昭清.井眼轨迹计算新方法 [J],天然气工业,2003,23(增刊):57-59.

P631.8+13[文献码]B

1000-405X（2016）-2-116-1