一种井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法与流程

1.本发明涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法。


背景技术：

2.井孔岩心包含熔岩、成矿热液流向等重要方向性信息，利用这些信息可研究裂缝性矿床储集、判断古火山口方向等，从而为矿产勘探提供参考；但是岩心在钻取过程中不可避免地发生转向，丢失了重要的方向性信息，因此需要在岩心钻取过程中对井孔岩心进行定向恢复；在钻孔定向方面，前人使用过了钻孔成像法、摄影工具法、倾角仪法等方法，相对于以上方法，古地磁学定向方法具有效率高、成本低等优点，在岩心定向方法中占有重要地位，但是古地磁学重定向方法前提是针对含有较多磁性矿物的岩石；
3.现如今岩心恢复方法多采用如钻孔电视测量和解译，结构面编录等比较复杂的工程地质方法，但是上述方法仅提供恢复后的岩心方位，对已经提取出来的早年为定向岩心缺乏手段，并且并未基于特定原理，对恢复后的岩心及对应信息进行拓展应用。古地磁学重定向过程抽象复杂且方法多样，对于细碎井孔岩心的方位恢复不易理解和很难推广应用。


技术实现要素：

4.(一)发明目的
5.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法，本发明基于古地磁学方法，可以将裂隙方位、磁组构方位等重要的深部信息进行与剩磁同步的坐标转化恢复。
6.(二)技术方案
7.本发明提供了一种井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法，包括以下具体步骤:
8.s1、将待检测的岩心样块制成标准化岩心样品，其中岩心样块的直径为30～50cm；
9.s2、对取样时获得的岩心样块碎屑进行岩石磁学实验分析；
10.s3、获取标准化岩心样品的粘滞剩磁数据信息和等温剩磁数据信息；
11.s4、根据岩石磁学判定选取粘滞剩磁或特征剩磁为校正用剩磁，根据igrf或待检测的岩心样块采集地古地磁场地质记录判定参考地磁场；
12.s5、将剩磁偏角d以及倾角i进行样品方位、岩心方位、旋转方位、倾斜方位和地理方位的五次方位的坐标转换；
13.其中，设定标准化岩心样品的方位角和倾角分别为：α和β；
14.第一次方位的坐标转换公式为：
15.16.第二次方位的坐标转换公式为：
[0017][0018]
设定标准化岩心样品的旋转角度为p,第三次方位的坐标转换公式为：
[0019][0020]
设井孔岩心方位角为ξ和ζ，第四和五次的总变换公式为:
[0021][0022]
s6、判断校正用剩磁方向与参考地磁场的方向是非钝角还是钝角；
[0023]
若是非钝角，则说明标准化岩心样品是正向放置，则继续执行s8；
[0024]
若是钝角，则说明标准化岩心样品是反向放置，并继续执行s7；
[0025]
s7、重新将剩磁偏角d以及倾角i进行样品方位、岩心方位、旋转方位、倾斜方位和地理方位的五次方位的坐标转换；在第二次方位的坐标转换前，重新正确放置标准化岩心样品，并继续执行s6；
[0026]
s8、获得标准化岩心样品恢复的最佳旋转角度po
pt
，并判断裂隙方位，得到测得裂隙倾向d
f4
和裂隙倾角i
f4
；
[0027]
其中，
[0028][0029][0030]
(e
fx4
,e
fy4
,e
fz4
)为原位的深部岩心裂隙法线方向，通过旋转角度为po
pt
的同类坐标转换获得。
[0031]
优选的，s1中制备标准化岩心样品的步骤为：
[0032]
s11、将待检测的岩心样块固定于岩心定向固定架上；
[0033]
s12、使用太阳罗盘连接器搭载太阳罗盘对岩心样块进行定向；
[0034]
s13、使用样品取样器进行取样；
[0035]
s14、将得到的样品使用标准石英盒进行包装标记，得到标准化岩心样品。
[0036]
优选的，岩石磁学实验分析包括岩心样块碎屑中磁性矿物种类的鉴定、磁性矿物含量的鉴定和磁性矿物粒径的鉴定。
[0037]
与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0038]
本发明中提出的井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法，是基于古地磁学方法，能有效的对小样品进行取样以及精确定性采集分析，并将裂隙方位、磁组构方位等重要的深部信息进行与剩磁同步的坐标转化恢复，能够极大地帮助研究人员理解岩心重定向过程，进而对钻孔岩心的后期古地磁数据处理有一个清晰、透彻的认识；同时，钻孔岩心包含磁组构(ams)、天然剩磁、裂缝、水流层理等重要信息，使用这一系统能够帮助获得钻孔岩心的这些重要信息，对科研和生产都将具有重要意义；
[0039]
本发明提供的方法能解决目前研究人员很难想象古地磁学在钻孔岩心中如何定向的问题，有助于推动地质勘测的发展。
附图说明
[0040]
图1为本发明提出的一种井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法的流程图。
[0041]
图2为空间扫描寻找粘滞剩磁的概念图。
[0042]
图3为空间扫描倒转情况的岩心剩磁概念图。
[0043]
图4为使用华南数据预采集岩心分析后得到的校正前和校正后的磁组构数据示意图。
具体实施方式
[0044]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0045]
如图1所示，本发明提出的一种井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法，包括以下具体步骤:
[0046]
s1、将待检测的岩心样块制成标准化岩心样品，其中岩心样块的直径为30～50cm；
[0047]
待检测的岩心样块从野外采集到得到，使用小钻机获取标准化岩心样品；
[0048]
s2、对取样时获得的岩心样块碎屑进行岩石磁学实验分析；
[0049]
s3、获取标准化岩心样品的粘滞剩磁数据信息和等温剩磁数据信息；
[0050]
将获取标准化岩心样品，使用mfk多功能磁化率仪进行磁组构测量，随后使用td48热退磁炉和2g755低温超导磁力仪进行热退磁实验与测试，获取的退磁数据使用主矢量分析法获取粘滞剩磁数据信息和等温剩磁数据信息；
[0051]
s4、根据岩石磁学判定选取粘滞剩磁或特征剩磁为校正用剩磁，根据igrf或待检测的岩心样块采集地古地磁场地质记录判定参考地磁场；
[0052]
s5、将剩磁偏角d以及倾角i进行样品方位、岩心方位、旋转方位、倾斜方位和地理
方位的五次方位的坐标转换；在进行古地磁正常退磁和剩磁提取之后，需要进行一系列数据恢复方法，才能恢复至本来方位。这个过程中，涉及到样品方位、岩心方位、旋转方位、倾斜方位和地理方位的五个方位的坐标转换；
[0053]
其中，设定标准化岩心样品的方位角和倾角分别为：α和β；
[0054]
第一次方位的坐标转换公式为：
[0055][0056]
第二次方位的坐标转换公式为：
[0057][0058]
设定标准化岩心样品的旋转角度为p,第三次方位的坐标转换公式为：
[0059][0060]
设井孔岩心方位角为ξ和ζ，第四和五次的总变换公式为:
[0061][0062]
s6、判断校正用剩磁方向与参考地磁场的方向是非钝角还是钝角；
[0063]
若是非钝角，则说明标准化岩心样品是正向放置，则继续执行s8；
[0064]
若是钝角，则说明标准化岩心样品是反向放置，并继续执行s7；
[0065]
s7、重新将剩磁偏角d以及倾角i进行样品方位、岩心方位、旋转方位、倾斜方位和地理方位的五次方位的坐标转换；在第二次方位的坐标转换前，重新正确放置标准化岩心样品，并继续执行s6；
[0066]
需要说明的是，校正用剩磁方向与参考地磁场的方向是钝角，则依据最小偏差原理，在第二次坐标变换时倒转垂直岩心；
[0067]
因为较多早年井孔存在遗失编录记录甚至野外舍弃的部分岩心样品，需要加以分析利用来提升岩心样品的数据分析利用率；因此需要考量对于岩心顶底记录缺失的合理恢复方法；在这个过程中，本方法根据古地磁学原理采用最小偏差化方法判断岩心初始定向是否反向，并对反向岩心进行重新坐标改正；
[0068]
s8、获得标准化岩心样品恢复的最佳旋转角度p
opt
，并判断裂隙方位，得到测得裂隙倾向d
f4
和裂隙倾角i
f4
；
[0069]
其中，
[0070][0071][0072]
(e
fx4
,e
fy4
,e
fz4
)为原位的深部岩心裂隙法线方向，通过旋转角度为p
opt
的同类坐标转换获得；
[0073]
一般岩心恢复方法采用如钻孔电视测量和解译，结构面编录的比较复杂的工程地质方法，仅提供恢复后的岩心位置。未基于特定原理，对恢复后的岩心及对应信息进行拓展应用。本发明基于古地磁学方法，可以将裂隙方位、磁组构方位等重要的深部信息进行与剩磁同步的坐标转化恢复。
[0074]
在一个可选的实施例中，s1中制备标准化岩心样品的步骤为：
[0075]
s11、将待检测的岩心样块固定于岩心定向固定架上；
[0076]
s12、使用太阳罗盘连接器搭载太阳罗盘对岩心样块进行定向；
[0077]
s13、使用样品取样器进行取样；其中，样品取样器选用申请号为201820235600x已公开文件提出的古地磁小样品定向采集装置进行取样；
[0078]
s14、将得到的样品使用标准石英盒进行包装标记，得到标准化岩心样品。
[0079]
在一个可选的实施例中，岩石磁学实验分析包括岩心样块碎屑中磁性矿物种类的鉴定、磁性矿物含量的鉴定和磁性矿物粒径的鉴定。
[0080]
具体例
[0081]
收集江西相山铀矿田地区早期散落无定向岩心样品，采用本发明提供的井孔岩心、裂隙及磁组构的定向恢复方法进行研究，通过获取其剩磁方向并进行岩心原位恢复，并考查其裂隙在深部的具体延伸方向和古岩浆流向。进一步如何拾取有效磁信息，为磁法勘探反演提供约束；具体过程包括以下步骤：
[0082]
步骤一：对岩心样品进行标准化样品处理，制备标准化样品；
[0083]
步骤二：首先将岩心样品切割时产生的碎屑进行磁性矿物种类、含量、粒径鉴定的岩石磁学实验；
[0084]
再将制备的标准化古地磁学样品，使用mfk多功能磁化率仪进行磁组构测量，随后使用td48热退磁炉和2g755低温超导磁力仪进行热退磁实验与测试，获取的退磁数据使用主矢量分析法获取粘滞剩磁和等温剩磁；
[0085]
步骤三：先根据岩石磁学结果，判定选取粘滞剩磁或特征剩磁为校正用剩磁，根据igrf或当地古地磁场地质记录判定参考地磁场；
[0086]
再将剩磁偏角d、倾角i进行小样品方位、岩心方位、旋转方位、倾斜方位和地理方
位的五次坐标转换；
[0087]
步骤四：在旋转扫描时，对顶底标注清楚的岩心样品，扫描中获得的剩磁方向呈现360
°
雨伞状分布(如附图2)，且伞心即扫描平均方向与参考磁场方向呈现非钝角，则最佳的扫描角度p
opt
应为伞状射线中与参考场夹角最小的射线所对应的角度；
[0088]
需要说明的是，附图2中伞盖为扫描360
°
的剩磁方位集合；射线a为总扫描方位的平均方向；射线b为参考地磁场方位；射线c为最佳匹配的剩磁方位；
[0089]
在旋转扫描时，正常坐标转换后的伞状扫描射线的平均值与参考磁场的方向为钝角(如附图3)，则说明书岩心样品反向放置，根据以上的判断，在第二次坐标转换前，重新正确放置岩心样品，随后进行相同的坐标变换，获取正确的旋转方位；
[0090]
需要说明的是，附图3中向下伞盖为原坐标系剩磁方向扫描360
°
的剩磁方位集合，向上伞盖为正确放置岩心样品后扫描360
°
的剩磁方位集合；射线e为最佳匹配的剩磁方位；
[0091]
步骤五：在考量了岩心是否反置的情况后，可以获取岩心的最佳旋转角度p
opt
，也即岩心恢复的最佳旋转角度；其中特征/粘滞剩磁方位和磁组构k1/k2/k3方位均以偏角和倾角为方向代表，进行与粘滞/特征剩磁的同类坐标变换即可获取。对于裂隙方位判断，可在固定岩心样品后使用罗盘测得裂隙倾向d
f
和倾角i
f
，进行旋转角度为p
opt
的同类坐标转换，可以获得原位的深部岩心裂隙法线方向(e
fx4
,e
fy4
,e
fz4
)，进而获得裂隙面产状。
[0092]
为了验证本发明的可行性，采集了华南地区不同矿集区6个钻孔的岩心样本共计58块，用于进一步的分析研究。通过对岩心的剩磁实验和磁组构的恢复，测试一定程度上显示了辉绿岩岩脉的西北倾斜，这与地球物理反演结果相一致，也意味着在赣南寻找岩脉深部交汇及成矿区域的可能性，如附图4所示；
[0093]
需要说明的是，附图4是使用华南数据预采集岩心(地下100m
‑
400m)校正前(a)和校正后(b)的磁组构数据，校正后磁化率三轴明显向nw倾斜。
[0094]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。