余西垂, 沈 懿, 邵 飛, 劉 毅, 劉春月

(1.核工業(yè) 270研究所,江西南昌 330200;2.上海申核電子儀器有限公司,上海 200233)

高含量閃爍γ測井儀研制與應(yīng)用

余西垂1, 沈 懿2, 邵 飛1, 劉 毅1, 劉春月1

(1.核工業(yè) 270研究所,江西南昌 330200;2.上海申核電子儀器有限公司,上海 200233)

在鈾礦勘查工作中,揭露到的富鈾礦體鈾含量可達5%～10%,甚至更高。γ測井規(guī)范中指定的FD-3019型γ測井儀檢定線性上限為 2%(核工業(yè)國營 263廠,1989),遇鈾含量超出測量上限時,會出現(xiàn)溢出現(xiàn)象。為滿足熱液型鈾礦床高含量測井的需要,在 FD-3019改進型γ測井儀基礎(chǔ)上,研制了 FD-3019增強型γ測井儀,通過了實驗室測試和野外測井實際應(yīng)用,對當量鈾含量為 2%～6%時,應(yīng)用效果良好,基本滿足富鈾礦體測井需要。

增強型γ測井儀;富鈾礦體;γ測井軟件;應(yīng)用

近年來,隨著南方硬巖型鈾礦勘查工作(章曄等,1990)的不斷深入,在勘探中常揭露到高品位(含量)的富鈾礦體,鈾含量往往達到 5%～10%,甚至更高?，F(xiàn)有的 FD-3019γ測井儀線性上限為2%,不適用于富鈾礦體的測井工作。高含量閃爍γ測井儀 (上海申核電子儀器有限公司,2005)的研制對高含量富鈾礦體測井工作具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。

1 高含量閃爍伽瑪測井儀技術(shù)參數(shù)、電路原理及測井軟件

FD-3019增強型γ測井儀是 FD-3019改進型γ測井儀的更新?lián)Q代產(chǎn)品,保存了 FD-3019改進型的一切優(yōu)點,以增強儀器智能程度、擴展其適用范圍。FD-3019增強型γ測井儀不僅改進了數(shù)字信號的編碼,消除了信號傳輸過程中的誤碼,而且儀器可測含量線性范圍由 3019改進型的 100×10-6～20 000×10-6eU,延伸到 100×10-6～100 000×10-6eU,基本滿足了熱液型鈾礦床的需求。此外,還改進了操作臺與井下探棒的智能化連接操作。

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

測量范圍:本底～100 000×10-6eU;

靈敏度:(262±12)s-1/100×10-6(在標準飽和模型中);

穩(wěn)定性:經(jīng)連續(xù) 8 h觀測短期穩(wěn)定性 ≤ ±5%,經(jīng)連續(xù) 10 d每天觀測一次的長期穩(wěn)定性 ≤±5%;

精度:儀器讀數(shù)置信度 99%,一次讀數(shù)的均方差≤±5%;

含量線性:100×10-6～100 000×10-6相對誤差≤±5%;

使用環(huán)境:-10～+60℃,濕度 (66±15%)相比極限條件下的附加誤差 ≤±10%;

外觀尺寸:φ40×1 105 mm;重量約 3 kg;

電纜傳輸:井下儀由專用主機供電達1 100 m,綜合測井儀(根據(jù)直流供電電壓及電纜阻抗決定)達 2 000 m。

1.2 電路原理與功能

電路原理如圖 1。井下儀電路大致工作過程:NaI晶體、光電倍增管組件轉(zhuǎn)化而來的微弱電信號送至前置放大器和主放大器組成的兩級放大單元,放大信號經(jīng)由閾值整形電路轉(zhuǎn)換成脈沖信號,通過數(shù)字處理器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息,送至井下儀引出端連接絞車長電纜;信號傳輸通過電纜送至井上儀的中央處理器處理后,輸出到顯示部分和其它處理設(shè)備等。整個電路工作的關(guān)鍵在于快速前放,適中的脈寬,以及最主要的高速數(shù)字處理芯片,解決高計數(shù)條件下的脈沖堆積問題。同時在高計數(shù)情況下,工作電流增大而產(chǎn)生的高壓飄移問題得到了一定的改善。

1.3 γ測井軟件簡介

圖1 FD-3019增強型γ測井儀系統(tǒng)電路原理方框圖Fig.1 Electrical circuit block diagram of FD-3019γ-Ray l ogging Instrument(Enhanced Type)

在研制增強型γ測井儀的同時,還開發(fā)了一套測井解釋軟件,稱之為“γ測井三點反褶積程序 2.0版”。本解釋軟件工作于W indows平臺,軟件的設(shè)計依據(jù)是 EJ/T611-91《γ測井規(guī)范》和 JJG(核工)023-91《γ測井儀檢定規(guī)程》。本文所涉及的實驗數(shù)據(jù)及野外測量數(shù)據(jù)都是以此軟件和專用主機為工作平臺所獲得的。

1.3.1 γ測井軟件

γ測井軟件采用的解釋方法為三點反褶積判別因子法編成,計算公式如下:

判別式為:Qi≤-E;

式中 Qi為鈾含量;Ni-1,Ni,Ni+1為測點計數(shù)率;ΔH為點距;AL為反褶積系數(shù);KH,KL為儀器靈敏度和換算系數(shù)。

1.3.2 γ測井軟件功能

γ測井軟件主要由兩大部分功能,即測井功能和校正功能。

測井功能。包括測井數(shù)據(jù)采集﹑數(shù)據(jù)處理及解釋結(jié)果輸出 3個部分。其中數(shù)據(jù)采集功能有 3種方式進行采集,分別是現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)鍵盤輸入和從儀器錄入數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理包括根據(jù)給出計數(shù)率及參數(shù)計算照射量率、鈾當量含量、三點反褶積和礦層組合等;結(jié)果輸出為輸出實際材料登記表、原始數(shù)據(jù)及反褶積結(jié)果表和礦層組合結(jié)果表。

校正功能。只需輸入儀器編號、需要校正的照射量率和所使用的固體鐳源的標準源常數(shù),隨即自動給出每個校正點標準源與探測中心的距離,計算機自動采集校正數(shù)據(jù),計算結(jié)果并輸出校正結(jié)果表。

2 增強型γ測井儀的實驗室測試

式中A為標準源常數(shù),R為標準源到探測晶體中心的距離,L為探測晶體的長度。

增強型γ測井儀探棒所選用的NaI晶體長度為 40 mm,所使用的固體鐳源的標準源常數(shù)為184.4(m2·nC)/(kg·h),相當于 10%鈾含量的測量距離為 111 mm,所以不需作非點源校正,實際的計算結(jié)果誤差均小于 3%。依據(jù)測試數(shù)據(jù),建立的測井儀線性曲線 (國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會,2007)如圖2。

圖 2 FD-3019增強型在固體鐳源標準上校正曲線圖Fig.2 Calibration curve of FD-3019γ-Ray l ogging Instrument(Enhanced Type)on the standards of solid radium

由圖 2的線性擬合曲線來看,在進行了死時間補償后的測井儀線性較好,擬合度接近于 1,完全符合線性要求。

依據(jù)檢定規(guī)程,對 3臺測井儀在標準模型上和固體鐳源標準進行檢定,各臺測井儀鈾含量靈敏度換算系數(shù)范圍均在(30.1±0.8)nC/kg·h范圍內(nèi),3臺測井儀鈾含量靈敏度換算系數(shù)見表 1,均符合檢定規(guī)程的要求。

根據(jù)γ測井規(guī)范,計算了測量值與模型標稱值的相對標準誤差(表 2),相對標準誤差在 0.04%～2.93%之間,相對誤差均小于 5%,符合γ測井規(guī)范。

表 1 FD-3019增強型γ測井儀檢定參數(shù)表Tab.1 Test param eter table of FD-3019γ-Ray logging Instrum ent(Enhanced Type)

表 2 FD-3019增強型γ測井儀模型校正對比誤差表Tab.2 Correction error contrast table of FD-3019γ-Ray logging Instrument(Enhanced Type)on the saturated model body

此外,對 3臺γ測井儀的穩(wěn)定性進行了測試,結(jié)果見表 3,各臺測井儀的短期穩(wěn)定性相對誤差最大為0.64%,即相對誤差測試結(jié)果均在 ±3%之內(nèi)。均小于γ測井規(guī)范所要求的小于5%。改進后的儀器穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

表 3 FD-3019增強型γ測井儀短期穩(wěn)定性誤差表Tab.3 Short-ter m stability error table of FD-3019γ-Ray logging Instrum ent(Enhanced Type)

3 增強型γ測井儀的野外應(yīng)用

FD-3019增強型γ測井儀通過出廠測試和國家二級計量站測試之后,對其進行了野外測井實際應(yīng)用,即將 FD-3019改進型與增強型γ測井儀進行了對比測井。

FD-3019改進型γ測井儀在進行高含量測量時,會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象,由此造成含量的降低(表4),221 m至 221.2 m測量的計數(shù)率均為 65 535 s-1,這個數(shù)值即為 FD-3019改進型γ測井儀測量上限,顯然不是富礦體的真實鈾含量,這對于鈾礦勘查中儲量/資源量的估算是極為不利的。

表4 FD-3019改進型γ測井儀測量高含量解譯結(jié)果表Tab.4 Interpret results table of FD-3019γ-Ray logging Instrument(I mproved Type)on high levels

野外的應(yīng)用選擇江西省樂安—崇仁縣境內(nèi)相山礦田的某鉆孔。選用 FD-3019增強型-2號γ測井儀,對該孔進行了一次完整的測井作業(yè),并同時使用 FD-3019改進型γ測井儀進行比照測量,結(jié)果見表 5﹑表 6及圖 3,對所得的解釋結(jié)果進行了對比。

圖 3 γ測井儀測量鈾含量結(jié)果曲線圖Fig.3 U ranium concentrati on results curve ofγlogging

表5 FD-3019增強型γ測井儀測量高含量解釋結(jié)果表Tab.5 Interpret results table of FD-3019γ-Ray logging Instrument(Enhanced Type)on high levels

表 6 FD-3019增強型與改進型γ測井儀測量解譯鈾含量礦層對比表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可見,增強型γ測井儀在 349.8 m至350.2 m段測量的計數(shù)率均大于 65 535 s-1,客觀的反映了富礦體的真實鈾含量,避免了改進型γ測井儀量程讀數(shù)溢出的現(xiàn)象。此外,349.3 m至 351.7 m段連續(xù) 2.4 m的礦層視厚度測量結(jié)果表明,當鈾當量含量≤2.5%時,改進型和增強型測井儀測量結(jié)果基本吻合;當鈾當量含量≥2.5%時,增強型測井儀測量更為接近實際 (圖 3)。因此,增強型測井儀對該礦層平均含量的測量結(jié)果較改進型測井儀測量的平均鈾含量高出約 23%(表 6),有利于保證對富鈾礦體的儲量/資源量估算時的真實性。

4 結(jié)論與討論

FD-3019增強型γ測井儀是在原 FD-3019改進型測井儀的基礎(chǔ)上,通過改進電路采用高性能集成運放電路新技術(shù)(高速數(shù)字處理芯片),解決了高計數(shù)條件下的脈沖堆積問題,同時采用快速編碼技術(shù),降低對傳輸電纜的要求,改善因工作電流增大而產(chǎn)生的高壓飄移問題,從而提高了儀器的探測能力,并經(jīng)核工業(yè)航測遙感中心國家二級計量站檢定和相山礦田野外測井初步應(yīng)用的結(jié)果表明,FD-3019增強型γ測井儀能基本滿足鈾礦勘探中富礦體的高含量測井需要。

增強型γ測井儀在高含量的鈾礦測井中,取得了較好的應(yīng)用效果。但限于其所使用的NaI晶體、光電倍增管組件的特性,在測量≥10%鈾含量時,由于脈沖的堆積、探測器本身死時間等問題,會出現(xiàn)計數(shù)飽和現(xiàn)象。隨著鈾礦勘探事業(yè)不斷發(fā)展,勘探技術(shù)的不斷提高,鉆探深度加大,深部發(fā)現(xiàn)富鈾礦體將成為現(xiàn)實。為此,有必要加快研制新一代γ測井儀,即采用可在高含量情況下進行線性測量的探測器組件,包括計數(shù)管、雙探測器、新型半導(dǎo)體探測器等,以推動國內(nèi)γ測井儀水平的不斷提升。

本文得到狄覺齋研究員級高工的指導(dǎo),在此表示致謝!

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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

中國核工業(yè)地質(zhì)局鈾礦地質(zhì)項目“江西省樂安縣相山礦田荷上地區(qū)鈾礦普查”(200717)

余西垂 (1953—),男,高級工程師,長期從事鈾礦地質(zhì)勘查及物探研究工作。