镭氡平衡观测数据的曲线拟合

2018-02-25武永利

西部资源 2017年6期

摘要：镭氡平衡系数是地浸砂岩型铀矿储量计算的重要参数之一。通过施工物探参数钻孔，使钻孔中含矿含水层原有的镭氡平衡被暂时破坏。利用伽马测井对孔内镭氡平衡由最初破坏状态恢复到原有动态平衡进行连续观测，并将观测数据进行线性拟合，以便实际工作中开展镭氡平衡系数的研究和评价，为铀资源储量计算提供更准确的参数。

关键词：地浸砂岩型铀矿；镭氡平衡系数；线性拟合；曲线拟合

Wu Yong-li

Geologic Party No.216，CNNC， Urumqi 830011，China

Abstract：Ra-Rn equilibrium coefficient is one of the most important guidelines of leaching sandstone type uranium deposit parameters calculation。Drilling through the construction geophysical parameters，the original radium radon balance in the borehole is temporarily destroyed。Using gamma logging to observe the equilibrium of radon in the hole from the initial state of destraction to the original state of dynamic balance then fitting the observe data.According to the data above，we can study and evaluate the equilibrium coefficient of radium radon in actual work and provide more accurate parameters for the calculation of uranium resource reserves。

Key words：in-situ leachable sandstone-type uranium deposi；Ra-Rn equilibrium coefficient；linear fitting；curve fitting

在可地浸砂巖型铀矿勘查过程中，伽马测井是地浸砂岩型铀矿勘查的重要手段，通过伽马测井可以确定铀矿体的空间位置、品位及厚度，为提交铀矿资源储量提供计算依据。镭氡平衡系数是地浸砂岩型铀矿勘查工作中的一个重要参数，准确计算镭氡平衡系数是保证伽马测井定量解释准确性的必要条件之一。所以必须确定在进行伽马测井的具体条件下铀镭平衡系数、镭氡平衡系数及其他必要参数，才能利用伽马测井的结果计算真实铀含量并准确地确定含矿体边界。

1.镭氡平衡的破坏

影响镭氡平衡系数变化的主要原因是氡的迁移或屏蔽作用。地浸砂岩型铀矿含矿含水层中的铀-镭-氡总是处于动态平衡状态，然而天然铀系的伽马射线90%来自氡衰变的短寿子体RaB、RaB和RaC[1]，所以这种效应大大影响着伽马测井的结果，而γ测井定量解释计算的是铀含量钻进过程中，由于井液的循环及砂体中含铀含氧水的运动，矿层中的镭和氡的累积或迁移都会造成镭氡平衡的破坏，而氡（222Rn）又是镭（226Ra）的次级衰变产物，很容易随着钻探贯穿矿层或井液循环而流失，因此，镭氡放射性平衡状态的研究具有重要意义。其平衡很容易受到了破坏，这种破坏会使实测的γ射线强度与平衡铀系所应有的射线强度之间产生差别。

循环井液泥浆压力大于含矿段含水层的压力，在围岩和含矿层均出现了井液沁入带，井液泥浆将会进入铀矿层岩石孔隙，使得层间水及溶解于其中的氡（222Rn）一起被挤压而离开孔壁，这一过程被称为“压氡现象[2]”。“压氡现象”的存在，氡气的迁移使得岩矿石的镭氡含量出现暂时的不平衡。同时，钻进过程中，泥浆渗入井壁周围一定范围，也会在井壁形成一层厚厚的泥浆饼，都会对伽马射线有一定的屏蔽吸收作用，会使伽马测井照射量率数值降低。钻探钻进结束后进行的γ测井是在镭氡含量不平衡的条件下测量的，这造成伽马测井解释结果系统偏低[2、3]。

目前，镭氡平衡系数确定有两种方法，样品对比法和物探参数孔法。客观存在的地质情况是砂岩型铀矿床铀矿石极其松散，取芯难度大，绝大部分矿心采取率达不到85%的要求，即便从表面上看，岩心采取率为100%，但仍有可能发生放射性高点所在的矿心未取上来的情况，而实际观测法以γ探管实测物探参数孔氡气恢复过程中的放射性增长，测全了整个矿段，准确可靠稳定完全，求得的镭氡平衡系数相对准确可靠。

2.观测数据的采集和分析

物探参数孔是施工针对目的含矿含水层，为了定量确定挤压效应的校正值（镭氡平衡系数）的钻孔。利用无缝钢管和安装有止水器套管对目的含矿含水层进行密闭封堵，在套管内（物探参数孔）通过多次连续伽马测井进行恢复情况的观测。

在钻进过程中氡和镭之间的平衡被破坏，则经过氡的8～10个半衰期，它们之间的平衡就相当于铀矿石中镭含量的γ射线原始的（未钻探前）强度进行了恢复。通过可渗透性铀矿段恢复前后的γ射线强度的比较，就可以得到镭氡平衡系数[3]。

物探参数孔封孔后，接着进行参数孔矿层中氡气的恢复测试，根据氡的半衰期（t=3.82d），理论上讲，10个半衰期后，镭氡即达到平衡，因此应在38d内进行γ测井状态观测。

前4d因为氡气积累的较快，每8h进行一次γ测井，之后4d每24h测量一次，再后每2d～5d测量一次，直到镭氡达到平衡。为了前后资料的可对比性并尽可能地减少误差，状态观察使用的γ测井仪应于终孔测井（生产）使用同一台仪器，在实际观测中，为了尽可能地把恢复曲线记录完整，一般观测40d左右。endprint

3.观测数据的拟合

因为各种因素，包括每次测井的速度差异、放射性本身的涨落现象等必然造成数据的波动，在实际应用中，采用最后几次观测数据平均值作為饱和值与起始测量数据进行对比，必然不能完全反映氡气的恢复情况，观测数据只是围绕真实恢复曲线的一些观测值，因此，有必要对参数孔的观测数据进行拟合，最大限度的接近参数孔中氡气的恢复情况。通过表1得到图1观测数据的散点图1。

所谓的物探参数孔拟合就是用函数对物探参数孔实测数据进行拟合处理。通过实验我们可以确定选取幂函数对物探参数孔实测数据拟合。幂函数一般地，形如y=x^a（a为常数）的函数，即以底数为自变量，幂为因变量，指数为常量的函数称为幂函数。

通过对数据观测点时间求得实际观测值与理论值如表2和图2：

通过对观测数据进行数理计算和对拟合公式求极值分别得到镭氡平衡系数为0.8889和0.8595，相对误差-3.35%。

4.结论

从拟合结果看来，根据观测数据拟合的曲线明显比实际观测曲线符合理论上氡气的恢复情况，拟合后的计算结果均比利用实际观测数据计算结果要小一些，造成这一结果的原因有：1.仪器与放射性涨落等一些客观因素影响，2.虽然理论上来讲，40多天的观测时间足以使氡气达到饱和，但因为井中复杂环境等因素影响，40多天后氡气可能并未达到钻井施工前氡气饱和程度，也就是说，最后几次观测的数据可能并不代表氡气饱和时的数值。

根据观测数据拟合的曲线明显比实际观测曲线符合理论上氡气的恢复情况，其形态符合指数逼近形态，最大限度的消除了偶然误差的影响，以参数孔计算的镭氡平衡系数相对观测结果更为真实合理。