Полная версия

Главная arrow География arrow Каротаж при изучении и освоении месторождений урана

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Теоретические основы метода гамма-каротажа

Теория ГК базируется на предположении, что рудное тело можно представить в виде слоистой структуры.

В результате математического и физического моделирования процесса гамма-каротажа установлены следующие закономерности, на которых базируется вся методика ГК:

  • 1) если среда однородна по элементному составу, то спектр N(E) в расчете на единицу массы среды не зависит от плотности среды;
  • 2) в однородной слоистой среде с источниками G(z, Е) (z - координата, Е - энергия гамма-излучения), проинтегрированный по координате z спектр гамма-излучения N(z, Е) S(E)= J N[z,E}dz идентичен

СО

спектру N(E) в однородной бесконечной среде с равномерно распределенными источниками мощностью G0(?)= J G^z.E^dz. Это утвержде-

ние известно в геофизике как «теорема о площади»;

3) если s{E) - эффективность детектора к гамма-квантам с энергией Е в режиме интегрального счета, то зарегистрированная этим детектором интенсивность излучения

пропорциональна массовой доле источников излучения q, т. е.

где К0 - пересчетный коэффициент, численно равен интенсивности у-излучения в бесконечной однородной среде с единичной равновесной массовой долей урана. Соответственно,

так что площадь каротажной диаграммы пропорциональна произведению массовой доли урана в рудном интервале q и его мощности h или т. и. «линейному запасу»;

4) получение данных о мощности рудного интервала h и массовой доли в нем урана q по материалам ГК основано на связи этих параметров с измеренной над рудными интервалами интенсивностью гамма-излучения

При интерпретации исходят из допущения, что массовая доля равновесного урана q(z) изменяется только в направлении оси скважины z и связана с интенсивностью гамма-излучения J(z) зависимостью

которая представляет собой интегральное уравнение первого рода относительно массовой доли равновесного урана q(x) и в которой:

  • К0 - пересчетный коэффициент;
  • • П - поправочный коэффициент, который учитывает поглощение гамма-излучения промывочной жидкостью и обсадными трубами;

• ^(z) - нормированная на единицу форма гамма-аномалии над бесконечно тонким пластом с единичным содержанием равновесного урана, которая зависит от плотности руды, конструкции скважины и скважинного прибора:

0(z) представляет собой «эквивалентную интенсивность гамма-

излучения», выраженную в единицах равновесного урана (сотые доли процента);

5) в среде, представленной смесью различных химических элементов, измеряемых при гамма-каротаже, эффект зависит от двух параметров

первый из которых - коэффициент приведения к нормальной среде, а второй - эффективный атомный номера

6) произведение NKQ является однозначной функцией эффективного атомного номера Z.

Влажность приводит к увеличению N, а наличие тяжелых элементов (в том числе урана) - к его уменьшению. Увеличение содержаний тяжелых элементов приводит к увеличению эффективного атомного номера Z.

Например, для воды

для руды силикатного состава (чистый Si02) с массовой долей урана q= 1 %

При <7 = 3 % N= 0,993, Z = 28,0; q = 5 % N= 0,989, Z = 32,7; gr= 10% 0,977, Z = 40,8 и т. д.

Пересчетный коэффициент

Как было показано выше, пересчетный коэффициент зависит от эффективности детекторов и вычисляется по формуле

в которой спектр N(E) соответствует единичной массовой доле урана, s(E) - эффективность регистрации детектора, равная отношению частоты зарегистрированных импульсов N к числу моноэнергетических (с начальной энергией Е) частиц или у-квантов, падающих на детектор, Л,

В сцинтилляционных детекторах, которые применяют в настоящее время для регистрации данных гамма-каротажа, используют ионизацию электронами некоторых органических и неорганических веществ, которая приводит к образованию возбужденных атомов. Переходя в основное состояние, эти атомы испускают энергию в виде световых вспышек в фиолетовой или ультрафиолетовой частях спектра. Вспышки преобразуются фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) в импульсы тока. Интенсивность световых вспышек, а следовательно, и амплитуды импульсов тока, на выходе ФЭУ пропорциональны энергии вызвавших их электронов. Наиболее широко распространенный тип детектора - кристаллы натрий йод, активированные таллием - Nal(Tl). Практически все типы геофизических приборов используют этот тип детектора. Детекторы большого объема (несколько десятков литров), применяемые при аэро- гамма-съемке, часто изготавливают из органических веществ антрацена или стильбена.

В качестве примера на рис. 4.1 приведены характеристики эффективности регистрации /-излучения детекторов в режиме интегрального счета импульсов некоторых наиболее часто используемых для опробования по у-излучению детекторов.

Эффективность регистрации у-излучения детектором на основе монокристалла Ма1(Т1)размерами 18 х 30 мм

Рис. 4.1. Эффективность регистрации у-излучения детектором на основе монокристалла Ма1(Т1)размерами 18 х 30 мм:

1 - в стальном корпусе толщиной 2,5мм; 2 и 3 -с дополнительными экранами толщиной 1 и 2 мм РЬ

Экранировка детектора свинцовым экраном позволяет существенно снизить влияние атомного номера Z на пересчетный коэффициент, а предварительная градуировка прибора точечным источником из 226Ra позволяет исключить влияние индивидуальных особенностей детектора на результаты измерений. При этом условно традиционно принимают, что 1 мг 226Ra в стальной или латунной упаковке (типа Р-1 или С-41) создает на расстоянии 1 м значение МЭД 840 мкР/ч (для источников типа ЕР в алюминиевой упаковке это соответствует значению 760 мкР/ч).

На рис. 4.1.2 изображены (в соответствии с принципами подобия) в виде графиков зависимостей NKqot Z результаты расчетов значений пересчетного коэффициента. На этих же рисунках нанесены значения NKq, полученные экспериментально на моделях, имитирующих условия измерений в геометрии 4л .

Из приведенных результатов можно сделать следующие выводы:

  • 1) произведение NK0 характеризуется однозначной зависимостью от Z среды и растет по мере уменьшения объема монокристалла, что обусловлено сравнительно малой эффективностью небольших детекторов к жесткой составляющей спектра у-излучения;
  • 2) при экранировании монокристалла Nal(Tl) свинцовыми фильтрами влияние Z на пересчетный коэффициент К0 значительно снижается;
  • 3) урановый эквивалент тория для детекторов с экранированными монокристаллами Nal(Tl) равен 0,35 ± 0,03, а урановый эквивалент калия изменяется от 1,4*10-4 до 2,1*10-4, увеличиваясь пор мере роста Z среды.
Зависимость NK от Z для урановых руд с детекторами на основе

Рис. 4.2. Зависимость NK0 от Z для урановых руд с детекторами на основе

Nal(Tl) 18 х 30 мм (а) и 10 х 10 мм (б) в различных экранах:

1-2,5 мм Fe; 2-2,5 мм Fe +1 мм РЬ; 3-2,5 мм Fe +2 мм РЬ.

Знаками «о», «*» и «+» показаны результаты измерений

Таблица 4.2

Детекторы на основе монокристаллов Nal(Tl) различных размеров и их экранировка, обеспечивающие для рядовых урановых руд значение пересчетного коэффициента К0 = 115 ± 3 мкР/ч на 0,01 % равновесного урана

Размер монокристалла Nal(Tl)

Экран

30 х 70 мм

2,5 мм Fe + 1,10 мм РЬ

18 х 30 мм

2,5 мм Fe + 1,35 мм РЬ

10 х Ю мм

2,5 мм Fe + 1,50 мм РЬ

В настоящее время экранировку монокристаллов Na(Tl) выбирают из расчета, чтобы для N= 1 и при изменении Z в интервале от 10 до 18

значение пересчетного коэффициента было равным (115 + 3) мкР/ч на 0,01 % равновесного урана. Рекомендуемые значения свинцовых экранов для монокристаллов различных размеров приведены в табл. 4.2.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>