高含量闪烁γ测井仪研制与应用

余西垂, 沈 懿, 邵 飞, 刘 毅, 刘春月

(1.核工业 270研究所,江西南昌 330200;2.上海申核电子仪器有限公司,上海 200233)

高含量闪烁γ测井仪研制与应用

余西垂1, 沈 懿2, 邵 飞1, 刘 毅1, 刘春月1

(1.核工业 270研究所,江西南昌 330200;2.上海申核电子仪器有限公司,上海 200233)

在铀矿勘查工作中,揭露到的富铀矿体铀含量可达5%～10%,甚至更高。γ测井规范中指定的FD-3019型γ测井仪检定线性上限为 2%(核工业国营 263厂,1989),遇铀含量超出测量上限时,会出现溢出现象。为满足热液型铀矿床高含量测井的需要,在 FD-3019改进型γ测井仪基础上,研制了 FD-3019增强型γ测井仪,通过了实验室测试和野外测井实际应用,对当量铀含量为 2%～6%时,应用效果良好,基本满足富铀矿体测井需要。

增强型γ测井仪;富铀矿体;γ测井软件;应用

近年来,随着南方硬岩型铀矿勘查工作(章晔等,1990)的不断深入,在勘探中常揭露到高品位(含量)的富铀矿体,铀含量往往达到 5%～10%,甚至更高。现有的 FD-3019γ测井仪线性上限为2%,不适用于富铀矿体的测井工作。高含量闪烁γ测井仪 (上海申核电子仪器有限公司,2005)的研制对高含量富铀矿体测井工作具有重要的现实意义和实用价值。

1 高含量闪烁伽玛测井仪技术参数、电路原理及测井软件

FD-3019增强型γ测井仪是 FD-3019改进型γ测井仪的更新换代产品,保存了 FD-3019改进型的一切优点,以增强仪器智能程度、扩展其适用范围。FD-3019增强型γ测井仪不仅改进了数字信号的编码,消除了信号传输过程中的误码,而且仪器可测含量线性范围由 3019改进型的 100×10-6～20 000×10-6eU,延伸到 100×10-6～100 000×10-6eU,基本满足了热液型铀矿床的需求。此外,还改进了操作台与井下探棒的智能化连接操作。

1.1 主要技术参数

测量范围:本底～100 000×10-6eU;

灵敏度:(262±12)s-1/100×10-6(在标准饱和模型中);

稳定性:经连续 8 h观测短期稳定性 ≤ ±5%,经连续 10 d每天观测一次的长期稳定性 ≤±5%;

精度:仪器读数置信度 99%,一次读数的均方差≤±5%;

含量线性:100×10-6～100 000×10-6相对误差≤±5%;

使用环境:-10～+60℃,湿度 (66±15%)相比极限条件下的附加误差 ≤±10%;

外观尺寸:φ40×1 105 mm;重量约 3 kg;

电缆传输:井下仪由专用主机供电达1 100 m,综合测井仪(根据直流供电电压及电缆阻抗决定)达 2 000 m。

1.2 电路原理与功能

电路原理如图 1。井下仪电路大致工作过程:NaI晶体、光电倍增管组件转化而来的微弱电信号送至前置放大器和主放大器组成的两级放大单元,放大信号经由阈值整形电路转换成脉冲信号,通过数字处理器转换成数字信息,送至井下仪引出端连接绞车长电缆;信号传输通过电缆送至井上仪的中央处理器处理后,输出到显示部分和其它处理设备等。整个电路工作的关键在于快速前放,适中的脉宽,以及最主要的高速数字处理芯片,解决高计数条件下的脉冲堆积问题。同时在高计数情况下,工作电流增大而产生的高压飘移问题得到了一定的改善。

1.3 γ测井软件简介

图1 FD-3019增强型γ测井仪系统电路原理方框图Fig.1 Electrical circuit block diagram of FD-3019γ-Ray l ogging Instrument(Enhanced Type)

在研制增强型γ测井仪的同时,还开发了一套测井解释软件,称之为“γ测井三点反褶积程序 2.0版”。本解释软件工作于W indows平台,软件的设计依据是 EJ/T611-91《γ测井规范》和 JJG(核工)023-91《γ测井仪检定规程》。本文所涉及的实验数据及野外测量数据都是以此软件和专用主机为工作平台所获得的。

1.3.1 γ测井软件

γ测井软件采用的解释方法为三点反褶积判别因子法编成,计算公式如下:

判别式为:Qi≤-E;

式中 Qi为铀含量;Ni-1,Ni,Ni+1为测点计数率;ΔH为点距;AL为反褶积系数;KH,KL为仪器灵敏度和换算系数。

1.3.2 γ测井软件功能

γ测井软件主要由两大部分功能,即测井功能和校正功能。

测井功能。包括测井数据采集﹑数据处理及解释结果输出 3个部分。其中数据采集功能有 3种方式进行采集,分别是现场采集、数据键盘输入和从仪器录入数据;数据处理包括根据给出计数率及参数计算照射量率、铀当量含量、三点反褶积和矿层组合等;结果输出为输出实际材料登记表、原始数据及反褶积结果表和矿层组合结果表。

校正功能。只需输入仪器编号、需要校正的照射量率和所使用的固体镭源的标准源常数,随即自动给出每个校正点标准源与探测中心的距离,计算机自动采集校正数据,计算结果并输出校正结果表。

2 增强型γ测井仪的实验室测试

式中A为标准源常数,R为标准源到探测晶体中心的距离,L为探测晶体的长度。

增强型γ测井仪探棒所选用的NaI晶体长度为 40 mm,所使用的固体镭源的标准源常数为184.4(m2·nC)/(kg·h),相当于 10%铀含量的测量距离为 111 mm,所以不需作非点源校正,实际的计算结果误差均小于 3%。依据测试数据,建立的测井仪线性曲线 (国防科学技术工业委员会,2007)如图2。

图 2 FD-3019增强型在固体镭源标准上校正曲线图Fig.2 Calibration curve of FD-3019γ-Ray l ogging Instrument(Enhanced Type)on the standards of solid radium

由图 2的线性拟合曲线来看,在进行了死时间补偿后的测井仪线性较好,拟合度接近于 1,完全符合线性要求。

依据检定规程,对 3台测井仪在标准模型上和固体镭源标准进行检定,各台测井仪铀含量灵敏度换算系数范围均在(30.1±0.8)nC/kg·h范围内,3台测井仪铀含量灵敏度换算系数见表 1,均符合检定规程的要求。

根据γ测井规范,计算了测量值与模型标称值的相对标准误差(表 2),相对标准误差在 0.04%～2.93%之间,相对误差均小于 5%,符合γ测井规范。

表 1 FD-3019增强型γ测井仪检定参数表Tab.1 Test param eter table of FD-3019γ-Ray logging Instrum ent(Enhanced Type)

表 2 FD-3019增强型γ测井仪模型校正对比误差表Tab.2 Correction error contrast table of FD-3019γ-Ray logging Instrument(Enhanced Type)on the saturated model body

此外,对 3台γ测井仪的稳定性进行了测试,结果见表 3,各台测井仪的短期稳定性相对误差最大为0.64%,即相对误差测试结果均在 ±3%之内。均小于γ测井规范所要求的小于5%。改进后的仪器稳定性满足规范要求。

表 3 FD-3019增强型γ测井仪短期稳定性误差表Tab.3 Short-ter m stability error table of FD-3019γ-Ray logging Instrum ent(Enhanced Type)

3 增强型γ测井仪的野外应用

FD-3019增强型γ测井仪通过出厂测试和国家二级计量站测试之后,对其进行了野外测井实际应用,即将 FD-3019改进型与增强型γ测井仪进行了对比测井。

FD-3019改进型γ测井仪在进行高含量测量时,会出现数据溢出现象,由此造成含量的降低(表4),221 m至 221.2 m测量的计数率均为 65 535 s-1,这个数值即为 FD-3019改进型γ测井仪测量上限,显然不是富矿体的真实铀含量,这对于铀矿勘查中储量/资源量的估算是极为不利的。

表4 FD-3019改进型γ测井仪测量高含量解译结果表Tab.4 Interpret results table of FD-3019γ-Ray logging Instrument(I mproved Type)on high levels

野外的应用选择江西省乐安—崇仁县境内相山矿田的某钻孔。选用 FD-3019增强型-2号γ测井仪,对该孔进行了一次完整的测井作业,并同时使用 FD-3019改进型γ测井仪进行比照测量,结果见表 5﹑表 6及图 3,对所得的解释结果进行了对比。

图 3 γ测井仪测量铀含量结果曲线图Fig.3 U ranium concentrati on results curve ofγlogging

表5 FD-3019增强型γ测井仪测量高含量解释结果表Tab.5 Interpret results table of FD-3019γ-Ray logging Instrument(Enhanced Type)on high levels

表 6 FD-3019增强型与改进型γ测井仪测量解译铀含量矿层对比表Tab.6 Interpret results contrast table between FD-3019γ-Ray logging Instrument(Enhanced Type)and FD-3019γ-Ray l ogging Instrument(I mproved Type)

由表 5可见,增强型γ测井仪在 349.8 m至350.2 m段测量的计数率均大于 65 535 s-1,客观的反映了富矿体的真实铀含量,避免了改进型γ测井仪量程读数溢出的现象。此外,349.3 m至 351.7 m段连续 2.4 m的矿层视厚度测量结果表明,当铀当量含量≤2.5%时,改进型和增强型测井仪测量结果基本吻合;当铀当量含量≥2.5%时,增强型测井仪测量更为接近实际 (图 3)。因此,增强型测井仪对该矿层平均含量的测量结果较改进型测井仪测量的平均铀含量高出约 23%(表 6),有利于保证对富铀矿体的储量/资源量估算时的真实性。

4 结论与讨论

FD-3019增强型γ测井仪是在原 FD-3019改进型测井仪的基础上,通过改进电路采用高性能集成运放电路新技术(高速数字处理芯片),解决了高计数条件下的脉冲堆积问题,同时采用快速编码技术,降低对传输电缆的要求,改善因工作电流增大而产生的高压飘移问题,从而提高了仪器的探测能力,并经核工业航测遥感中心国家二级计量站检定和相山矿田野外测井初步应用的结果表明,FD-3019增强型γ测井仪能基本满足铀矿勘探中富矿体的高含量测井需要。

增强型γ测井仪在高含量的铀矿测井中,取得了较好的应用效果。但限于其所使用的NaI晶体、光电倍增管组件的特性,在测量≥10%铀含量时,由于脉冲的堆积、探测器本身死时间等问题,会出现计数饱和现象。随着铀矿勘探事业不断发展,勘探技术的不断提高,钻探深度加大,深部发现富铀矿体将成为现实。为此,有必要加快研制新一代γ测井仪,即采用可在高含量情况下进行线性测量的探测器组件,包括计数管、双探测器、新型半导体探测器等,以推动国内γ测井仪水平的不断提升。

本文得到狄觉斋研究员级高工的指导,在此表示致谢!

国防科学技术工业委员会.2005.γ测井仪规范[S].EJ/T 611-2005.

国防科学技术工业委员会.2007.γ测井仪检定规程[S].EJ/J 1-2007.

核工业国营二六三厂 1989.9 FD-3019γ测井仪企业标准.

胡茂梅,邵飞.2010.相山西部河元背地区构造及找矿方向探讨[J].东华理工大学学报:自然科学版,33(1):39-41.

李用林.1987.铀矿山放射性物探[M].北京:核工业部教育司.

上海申核电子仪器有限公司 2005.8 FD-3019改进型γ测井仪企业标准.

汤彬.1993.γ测井分层解释法[M].北京:原子能出版社.

章晔.1990.放射性方法勘查[M].北京:原子能出版社.

Development and Application of High Levels Scintillationγ Loggi ng System I nstruments

YU Xi-chui1, SHEN Yi2, SHAO Fei1, L IU Yi1, L IU Chun-yue1
(1.Research Institute NO.270 CNNC,NanchangCounty,Jiangxi 330200,China;2.Shanghai Shenhe Electronic Instrument Co.,Ltd.,Shanghai County 200233,China)

Abundant uranium ore can be discovered in the uranium exploration.Someti mes the uranium concentration can be more than 5%～10%,even higher.The measure maximum of FD-3019γ-Ray logging Instrument is 2%in the specification forγlogging,if the uranium concentration ismore than 2%,will appearovermeasuremaximum.To meet the hydrother mal type uranium deposit high levels uranium exploration,FD-3019γ-Ray logging Instrument(Enhanced Type)is developed on the basis ofγ-Ray logging Instrument(I mproved Type).The resules ofγ-Ray logging on the uranium concentration between 2%～6%have been verified by the test in the laboratory and logging in fieldwork,which can meet the requirements in the abundant uranium oreγ-Ray logging.

γ-Ray logging Instrument(Enhanced Type);abundant uranium ore;γlogging software;application

P631.8+17

A

1674-3504(2011)02-168-06

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.02.012

2011-02-21

中国核工业地质局铀矿地质项目“江西省乐安县相山矿田荷上地区铀矿普查”(200717)

余西垂 (1953—),男,高级工程师,长期从事铀矿地质勘查及物探研究工作。