井中质子磁力仪与高精度井中磁测方法技术

井中质子磁力仪与高精度井中磁测方法技术

雷振英米宏泽

（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所）

一、井中高精度质子磁力仪研制

1、研制工作主要进展

在中国地质调查局的项目支持下，研制成功我国首台井中高精度质子磁力仪，为开展中弱磁性井中高精度磁测方法技术研究提供了技术支撑。主要取得以下研究进展：

（1）研制成功高精度小口径（Φ<45mm）井中质子磁力仪传感器，解决了传感器的尺寸小型化、高精度测量、封装材料及其防水性结构等技术问题。

（2）研制开发了井中仪器磁测电路，包括探头的极化电路、调谐电路、放大电路、锁相环等，以及单片机为核心控制各部分工作的逻辑电路。

（3）采用先进的单片机技术，研制了地面控制采集器，解决了与井中仪器进行数据传输及仪器控制等技术问题。

（4）采用无磁的玻璃钢和钛钢外管材料，研制了适用于小口径深孔磁测的井中仪器结构。

研制的CZJ-1井中质子磁力仪（图1）是利用氢质子磁矩在地磁场中自由旋进的原理制成的高灵敏度弱磁测量装置，主要应用于井中地球磁场总向量的观测，是中弱磁性矿体勘查的有力工具。

CZJ-1井中质子磁力仪的特点是：高分辨率、全量程自动调谐、点阵式LCD 现场显示观测数据和曲线，数据自动记录和存储，全中文菜单，可与电脑串接进行数据处理。操作简单、结构合理、体积小、重量轻、抗干扰能力强、耗电量小、工作稳定可靠。

CZJ-1井中高精度质子磁力仪研制成功，为我国中—弱磁性矿区开展井中磁测找矿提供了可用设备，填补了我国在这一领域的空白。

2、仪器主要技术指标

CZJ-1井中质子磁力仪的主要技术参数:

①磁场测量范围：30000nT—70000nT；

②分辨率：0.1nT ；

③磁场测量精度：≤±5nT；总场绝对强度50000nT时±5nT；

④梯度允许范围：≤5000nT/m

⑤环境温度：-15℃～+50℃；

⑥环境湿度：≤95%（25℃）；

⑦数据存储量：日变方式：不少于45h（在典型读数间隔为10秒时），点测方式：不少于8000个点；

⑧主机电源：锂离子电池：12.8V～16.8V/5 Ah，连续工作不少于17h（日变方式下，典型读数间隔为10s时）。探头电源：锂离子电池：18V～25.2V/2.2 Ah，连续读数不少于2200次；

⑨主机外形尺寸：（长×宽×高）：220mm×90mm×200mm；

⑩主机重量：约2Kg；探头外形尺寸及重量：φ46 mm×1620mm，4Kg。

图1 CZJ-1井中高精度质子磁力仪

3、仪器性能测试

仪器经过中国计量科学研究院测试，各项性能指标和功能达到设计要求。在

实验井中进行了两台样机的测试实验,仪器重复性好，三次测量的均方差为1.25nT；仪器的稳定性很好，257次定点测量的均方差为1.04nT；两台仪器一改性良好，排除系统误差后，测量的方差为1.97nT。

经过专家组对仪器的测试以及对中国计量科学研究院“CZJ-1井中质子磁力仪测试证书”、廊坊迪远仪器有限公司“井中高精度质子磁力仪水压实验报告”的审核，一致认为：CZJ-1型井中高精度质子磁力仪的各项性能指标和功能达到设计书的要求，测试结果真实可靠。仪器测试过程中，各项操作功能正常，工作稳定可靠。

4、仪器野外试验

CZJ-1井中△T质子磁力仪野外试验工作，分别在海南石碌铁矿、山西刁泉铜矿、江苏牛伏山、安徽当涂等矿区，完成了十几个孔的实测试验，发现了一些需要完善和改进的地方，也初步取得了一定的示范效果。如海南石碌矿区测量的ZK1102孔，CZJ-1井中△T质子磁力仪和JXC－3井中三分量磁测仪实测结果吻合较好，且质子仪器在孔底显示出异常梯度有增大趋势，效果较好。

（1）仪器工作性能检验

仪器野外工作性能检验主要检验了仪器的转向差、重复性、稳定性和仪器的梯度容限。

①在石碌镇地磁总基点对CZJ-1仪器进行了转向差和正常场测定，结果表明CZJ-1仪器转向差良好。其绝对误差范围在 1.3nT～4.6nT,能够满足△δ≤5nT 的设计要求。

②重复性检验在5个矿区11个钻孔中进行，基本测量采用在各测点上，仪器保持不动，进行5次瞬间读数方法，并用该点5次读数的均值作为测点的测量值。重复测量在全部基本测量结束后立即进行。经5个矿区11个钻孔重复测量误差统计，可以看出：在曲线平稳段，两次测量的均方差小于±3nT。

③稳定性检验在孔中进行，仪器在某一深度保持不动，采用时间采样方法进行自动读数。采样间隔为5秒，共进行3.5小时。从稳定性检验曲线图可以看出：仪器稳定性较好。经计算仪器稳定性检验的均方差为±1.79nT。

④梯度容限检验在干扰较少的野外（固安）地面进行，在依维柯汽车（5×2×2.2m3）南侧布设南北向测线一条及在依维柯汽车西侧布设东西向测线一条。

测线长10m，测点距0.5m，探头距地面1.5m。同时用CZM-4磁力仪（地面仪器）作比较测量。

南北向测线测量在距汽车3.5m以内5次读数值发散。其误差明显超差。其对应的梯度大于200nT/m。

东西向测线测量在距汽车3.5m以内5次读数值发散。其误差明显超差。其对应的梯度大于800nT/m。

通过对CZJ-1井中质子磁力仪转向差、重复性、稳定性和梯度容限的检验，有如下结论：①仪器在磁场平稳段重复性好。②仪器长时工作稳定性好。③仪器的梯度容差太小，以致造成在井中当有不均匀铁磁矿物分布时（如井壁为中基岩）仪器读数严重超差。④仪器仅能在井壁岩石无磁性的条件下，探测中弱磁性异常。

（2）野外试验

井中ΔT高精度磁测工作地区除海南石碌铁矿区外,还选择了江苏省南京市伏牛山铜矿区、安徽省池州市马头铜钼矿区等。

A、伏牛山井中ΔT磁测结果

伏牛山ZK553孔投入的测量方法有：磁化率测井、井中三分量磁测、井中高精度△T磁测。解释结果如下（见图2）：该孔钻探在613.70～614.35m和618.85～620.00m分别见到两层较薄的磁铁矿，井磁各测量方法对其均有反映。但井中高精度△T测量结果明显要高于磁化率测井和井中三分量磁测结果。这主要反映在如下三个方面:

①在钻探见到的磁铁矿层，磁化率曲线和三分量曲线反映十分明显，可以用来划分矿层厚度。但井中高精度△T测量曲线反映一般，这有可能是测量采用的是5m的测量间距，矿层较薄跳过了矿层；也有可能是仪器阀值较高，压制了强磁干扰。

②从两条△T，曲线可见，全孔大致呈较为宽缓的反‘S’形，在此背景上井中高精度△T测量曲线对该孔所见中等磁性的矽卡岩层位有很好的显示。充分显示了该仪器的独特之处。

③在该孔680～730m井段，井中高精度△T曲线显示出明显的反‘C’形旁侧异常。该异常宽度约50m，△T强度最大值达5000nT。因什么引起有待查证。

B、马头井中ΔT磁测结果