井中三分量磁測處理軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

井中三分量磁測處理軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）2006屆本科生畢業(yè)論文）測控技術(shù)與儀器A202219熊選文指導(dǎo)老師：鄒長春【摘要】：井中三分量磁測是以研究巖、礦體的磁性為基礎(chǔ)，通過在井中測定具有不同磁性的巖、礦體所產(chǎn)生的磁異常，并對(duì)這些磁場的特征進(jìn)行分析研究，從而作出地質(zhì)上的推斷解釋，以達(dá)到地質(zhì)勘探和找礦的目的。本文研究的是井中三分量磁測處理軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，首先詳細(xì)的介紹了井中三分量磁測處理方法原理，然后研究了三分量磁測資料處理方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行井中三分量磁測處理軟件的設(shè)計(jì)，最后，以中南地勘院在大冶鐵礦的ZK29-16孔磁測資料為例，對(duì)該軟件的功能進(jìn)行了測試。本文取得了如下的成果：（1）總結(jié)出了井中三分量磁測資料處理的方法，即根據(jù)原始磁測資料中計(jì)算出各磁異常的分量值；（2）開發(fā)出了一套井中三分量磁測處理軟件，該軟件能夠快速處理數(shù)據(jù)、繪制圖形，具備了井中磁測處理的基本功能?！娟P(guān)鍵詞】：井中三分量磁測；磁異常；軟件設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)處理（一）井中三分量磁測原理和處理方法井中磁測是磁法勘探和測井勘探相結(jié)合一種勘探方法，它是以研究巖、礦體的磁性為物理基礎(chǔ)的。不同磁性的巖、礦體將產(chǎn)生不同形態(tài)和強(qiáng)度的磁異常，井中三分量磁測就是測定磁性巖、礦體在它周圍所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的異常，它測量的是相互垂直的三個(gè)分量，即兩個(gè)水平分量和一個(gè)垂直分量，然后對(duì)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理，并按照解釋需要繪制成相應(yīng)的圖形，最后以此進(jìn)行推斷解釋[1]。進(jìn)行井中磁測資料處理前應(yīng)收集如下資料：（1）剖面方位角，由三分量磁力儀測得；（2）工區(qū)地磁場正常場垂直分量和水平分量，由正常地磁場測得；（3）三分量磁力儀所測得的五個(gè)參數(shù)：井的頂角、傾斜方位角、磁場的水平分量、和垂直分量，由三分量磁力儀在井中測得。這些資料都作為三分量磁測的原始資料，然后對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的處理。進(jìn)行井中磁測資料處理時(shí)，分直井和斜井兩種情況。當(dāng)井的傾斜度達(dá)到某一頂角（一般為5°）以上時(shí)，才能保證磁測元件的定向精度，可以作為斜井處理，否則作為直井處理。斜井比直井復(fù)雜，下面介紹斜井的磁測資料處理方法。1、磁異常垂直分量由于和方向相同，因此將每點(diǎn)所測的值減去就得到了磁異常的垂直分量：（1）2、磁異常水平分量磁異常水平分量是一個(gè)水平面內(nèi)的向量，可由減去求得，這是向量運(yùn)算。其中可由實(shí)測的、分量合成，方向?yàn)榇疟?，求步驟如下：（1）求在x軸和y軸上的投影和：,（2）（2）求與在x軸和y軸上的模差值：,（3）（3）求的模值：（4）（4）求的方向角，角從極算起，是沿順時(shí)針方向與的夾角：（5）式中的角由下列公式算出：（6）（5）由模值和角即可作出的矢量圖。3、磁異常水平分量在橫剖面和縱剖面中的投影磁異常水平分量在橫剖面和縱剖面中的投影分別以和表示，計(jì)算公式如下：,（7）4、磁異常總矢量在橫剖面和縱剖面中的投影磁異?？偸噶吭跈M剖面和縱剖面中的投影分別以和表示。因?yàn)榫话闶菑澢?，繪制沿井軸分布的和矢量圖時(shí)，應(yīng)取相應(yīng)點(diǎn)在剖面中的投影點(diǎn)位，所以需要先將井軸投影到剖面上，再取該投影點(diǎn)的點(diǎn)位（圖1）。其中剖面磁方位角為，測點(diǎn)井段的磁方位角為，頂角為，井段長度為，則井段在橫剖面和圖1斜井井軸投影圖縱剖面中的投影分別為：,（8）該井段在垂直長度為：（9）以井口為坐標(biāo)原點(diǎn)，取各井段的累計(jì)數(shù)之和、和表示出測點(diǎn)在相應(yīng)剖面中的坐標(biāo)，則在橫剖面中中的投影點(diǎn)為（，），在縱剖面中的投影點(diǎn)為（，）。相應(yīng)剖面中的投影點(diǎn)連線，即為斜井井軸在剖面中的投影，投影點(diǎn)即為磁異常矢量和的起始點(diǎn)。畫矢量線時(shí)，為與的合成矢量，其中為縱坐標(biāo)，向下為正，向上為負(fù)，正值為剖面的方向，負(fù)值為的反向；為與的合成矢量，其中為縱坐標(biāo)，向下為正，向上為負(fù)，正值為剖面+90°的方向，負(fù)值為的反向[2]。（二）軟件設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)思想首先，將原始磁測資料按照一定的格式存放在文本文件之中，運(yùn)行軟件時(shí)，直接讀取該文件，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理，并將結(jié)果也按照一定的格式保存在新的文本文件之中；然后，按照解釋需要，將處理后的數(shù)據(jù)繪制成相應(yīng)的曲線圖或者矢量圖；最后，根據(jù)繪制的圖形進(jìn)行相應(yīng)的推斷解釋。2、設(shè)計(jì)功能軟件的主要功能分為以下幾個(gè)部分：（1）數(shù)據(jù)處理：根據(jù)測區(qū)正常地磁場和井的原始磁測資料，計(jì)算出各磁異常分量值，并保存為可用于直接繪圖的數(shù)據(jù)；（2）繪制圖形：包括繪制道和繪制道中圖形兩個(gè)部分，道分為深度道和圖形道兩種，圖形分為曲線圖和矢量圖兩種，本軟件先繪制道，后繪制圖形；（3）道和圖形編輯：對(duì)道和圖形的各個(gè)屬性進(jìn)行全面和具體的編輯；（4）文件操作：新建、打開、保存、打印等。3、設(shè)計(jì)流程軟件的總流程是：處理數(shù)據(jù)－>添加道－>加載曲線數(shù)據(jù)并繪圖－>編輯道和圖形－>推斷解釋－>文件操作或獲取圖片（圖2）。圖2軟件設(shè)計(jì)流程圖圖3類和窗體4、編程語言基礎(chǔ)上的進(jìn)一步改進(jìn)，它是一種成熟的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)語言。它的語言簡單易學(xué)，界面操作方便，而且它的GDI+繪圖功能非常強(qiáng)大，還兼容API函數(shù)繪圖，很適合快速開發(fā)小型軟件[3~6]。5、類和窗體本軟件用VB.2005編寫，其中設(shè)計(jì)的類和窗體如圖3所示。（1）類CBase：其屬性包括頂深、底深和深度比例；CCurve和CCurveData：包括原始磁測數(shù)據(jù)和處理后曲線數(shù)據(jù)的屬性，用于讀取和處理數(shù)據(jù)；CLayout：包括邊距和邊界線等具體屬性，用于編輯頁面的邊距和邊界線；CTrackBase：最基本和最重要的類，類的屬性和方法函數(shù)眾多，道和圖形（曲線和矢量線）的全部屬性都包含其中，繪制道和圖形的函數(shù)也在其中。（2）窗體frmMain：主窗體，就是軟件的主界面，其對(duì)應(yīng)的程序代碼也是整個(gè)軟件的主體；frmAddSourceData和frmAddCurveData：加載原始磁測數(shù)據(jù)對(duì)話框和加載曲線數(shù)據(jù)對(duì)話框；frmEditAllTrack,frmEditDepthTrack等：編輯具體的界面、道和圖形等的對(duì)話框。（三）功能的實(shí)現(xiàn)1、數(shù)據(jù)處理測井原始數(shù)據(jù)是按照一定的格式保存在文本文件之中，軟件直接讀取這些數(shù)據(jù)，再進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算處理，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠直接用于繪圖的數(shù)據(jù)，然后仍然以一定的格式保存在新的文本文件之中。（圖4）2、繪制道道分深度道和圖形道兩大類，而圖形道又按圖形的名稱分為很多種。每一條道都是CTrackBase類的一個(gè)具體的對(duì)象。道的全部屬性都包括在Ctrackbase這個(gè)類中，如：道類型，道各部分的高度，道邊框的顏色、線型、寬度，各部分字體、顏色等等。程序中專門創(chuàng)建了一個(gè)ArrayList類型的數(shù)組：ObjList。因?yàn)锳rrayList類的數(shù)組的數(shù)據(jù)類型為Objlist，其長度是可變的，其元素可以隨意增減，故可用來存放CTrackBase類的圖4數(shù)據(jù)處理流程圖具體對(duì)象——道。添加一條道時(shí)，ObjList增加一個(gè)元素，反之，刪除一條道，ObjList去掉一個(gè)相應(yīng)的元素。道的排列順序也都是通過更改ObjList的元素的前后次序來實(shí)現(xiàn)的。另外，還在繪圖區(qū)外畫了邊界線。與此相對(duì)應(yīng)的類是CLayout，其中包括了很多屬性，如：邊界線的顏色、樣式、寬度，邊界線與繪圖區(qū)的距離，繪圖區(qū)和窗體邊界的距離等等。3、繪制圖形斜井不僅能算出垂直磁異常分量和水平磁異常分量，還能算出在橫（縱）剖面中的投影模值（），而磁異?？偸噶吭跈M（縱）剖面中的投影（）也可由和（）合成。故一般需要繪制的圖形有六個(gè)：曲線圖、矢量圖、（）曲線圖和（）矢量圖，繪制方法如下：abcdef圖5斜井的圖形（1）曲線圖：以深度為縱坐標(biāo)（向下為正），為橫坐標(biāo)（向右為正），正常垂直磁場為0線，連成曲線（圖5a）；（2）矢量圖：已知的模值和磁方位角，以向上為磁北方向，其起始點(diǎn)的橫坐標(biāo)為0，縱坐標(biāo)為深度（如圖5b）；（3）（）曲線圖：以深度為縱坐標(biāo)（向下為正），（）為橫坐標(biāo)（向右為正），正常垂直磁場為0線，聯(lián)成曲線（圖5c,d）；（4）（）矢量圖：該圖采用剖面矢量圖的形式表示，起始點(diǎn)為井井軸在剖面中的投影點(diǎn)，以區(qū)縱坐標(biāo)的投影值，（）為橫坐標(biāo)值，兩者的合成矢量線即為（）的矢量線（圖5e,f）。4、道和圖形的編輯道和圖形都繪制完畢，然后按照需要進(jìn)行編輯，具體如下：（1）繪圖參數(shù)設(shè)置：設(shè)置繪圖的頂深、底深和深度比例；（2）頁面屬性設(shè)置：包括兩大部分，即邊距和邊界線的設(shè)置；（3）道的公共屬性設(shè)置：道有很多公共的屬性，如道的邊框的顏色、樣式和寬度，道類型框的高度和字體，以及曲線名稱框的高度和標(biāo)注字體等；（4）所有道的編輯：主要是道的增減和排列順序；（5）深度道的編輯：深度道的屬性相對(duì)較少，主要包括道寬，單位，刻度線，標(biāo)注字等，用鼠標(biāo)雙擊深度道的道類型框時(shí)，就會(huì)彈出深度道對(duì)話框；（6）圖形道的編輯：圖形道相對(duì)較復(fù)雜，其屬性主要包括：道的基本屬性（道類型、圖形名和道寬）、網(wǎng)格線（橫向和縱向）、橫坐標(biāo)（起點(diǎn)、終點(diǎn)、間隔、單位和標(biāo)注）以及畫筆（顏色、樣式和寬度），其中畫筆是用來繪制圖形（曲線圖和矢量圖）的。5、模板和文件的相關(guān)操作井中三分量磁測繪圖，有一些經(jīng)常需要繪制的圖形，而模板就是為了方便繪制這些圖形所預(yù)先繪制好的空白道。模板可以隨時(shí)裝入、修改和保存。模板的修改就是對(duì)道的相關(guān)屬性進(jìn)行編輯；模板的保存涉及到串行化的知識(shí)，也就是將模板的相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)據(jù)流；而模板的裝入其實(shí)就是將數(shù)據(jù)流進(jìn)行反串行化。文件，指的是繪制好圖形的整個(gè)圖形，包括道、道中的圖形以及與之相關(guān)的所有數(shù)據(jù)。文件的操作包括：新建、打開、保存、另存為和打印等。文件的新建就是打開一個(gè)新的空白的文件；文件的保存和模板的保存原理一樣，不過多了一條信息，那就是道中繪制的圖形；同樣，文件的打開也是反串行化[7]。（四）應(yīng)用實(shí)例以中南地勘院在大冶鐵礦的ZK29-16孔磁測資料為例，進(jìn)行磁測資料的計(jì)算和繪圖。中南地勘院在大冶鐵礦的ZK29-16孔磁測資料，原本是五分量的數(shù)據(jù)，即測得磁異常的三個(gè)分量：、、，還有、兩個(gè)分量，從而計(jì)算出井軸磁方位角和井斜頂角和其它各分量值。本論文取其測得磁異常的三個(gè)分量：、、和計(jì)算出井軸磁方位角和井斜頂角來作為三分量的原始數(shù)據(jù)（圖6），進(jìn)行三分量磁測資料的處理和繪制圖形。繪制的圖形包括：曲線圖、矢量圖、（）曲線圖和（）矢量圖（圖7）。圖6原始數(shù)據(jù)圖7ZK29-16孔的圖形由以上應(yīng)用實(shí)例可見，本軟件界面美觀，操作簡單，數(shù)據(jù)處理迅速，繪制圖形漂亮且標(biāo)準(zhǔn)，具備井中三分量磁測資料處理的功能。（五）結(jié)論井中三分量磁測方法，是一種成本低、效率高，工作又比較簡單的井中物探方法。近年來，它的重要地位得到了進(jìn)一步的提升，已經(jīng)成為井中地球物理勘探的主要方法之一。本文研究的是井中三分量磁測處理軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，所做工作和取得的成果如下：（1）總結(jié)出了井中三分量磁測資料處理的方法。本文在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了歸納和整理，然后總結(jié)出了井中三分量磁測資料處理的方法原理，并在軟件中實(shí)現(xiàn)了其相關(guān)算法。（2）開發(fā)出了一套井中三分量磁測處理軟件。本文研究了井中三分量磁測處理的原理和方法，然后結(jié)合實(shí)際工作的需要，利用VB.NET語言設(shè)計(jì)出一套井中三分量磁測處理軟件。它能夠加載原始磁測數(shù)據(jù)，經(jīng)過快速的計(jì)算處理，得到各磁異常分量值，并將計(jì)算結(jié)果按照解釋需要繪制成相關(guān)的曲線圖和矢量圖，從而為地質(zhì)勘探和找礦等提供參考性建議。參考文獻(xiàn)[1]陜西省地質(zhì)局第二物探隊(duì).井中三分量磁測.北京：地質(zhì)出版社，1974.[2]蔡柏林.鉆孔地球物理勘探.北京：地質(zhì)出版社，1986.[3]曹祖圣，吳明