融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于铀矿勘探和地浸采铀领域的融合瞬发中子时间谱测井修正自然γ总量测井的铀矿定量方法。具体是指：针对钻孔中的含铀岩矿层，利用自然γ总量测井和瞬发中子时间谱测井的两类测井数据，构建出基于自然γ总量测井且有“铀‑镭‑氡”平衡修正的铀矿定量解释方法；并利用标准模型井的测井数据，构建出铀矿定量所需的换算系数、本底响应等刻度参数求取方法。相比单一瞬发中子时间谱测井或自然γ总量测井的铀矿定量方法，本发明专利技术无需岩芯取样和化学分析方法，既能求取“铀‑镭‑氡”平衡系数，还能大大提高测井速度，进而具有提高钻探效率、降低勘探成本、缩短铀定量周期等优点，并能通过计算机编程实现铀矿定量的现场解析。

【技术实现步骤摘要】
融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法
本专利技术涉及用于铀矿勘探和地浸采铀领域的核测井铀矿定量方法，尤其是一种融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法。
技术介绍
固体矿产定量主要依赖于钻孔岩芯取样的化学分析方法，该法是最直接的岩矿层元素定量的传统方法，但也带来了取芯钻探效率低、岩芯取样成本高、化学分析周期长等缺点。然而，我国铀矿普遍具有含量偏低、矿厚偏薄与矿体分散等特点，例如砂岩型铀矿的最低可采品位仅为0.01％铀含量，可采厚度仅需70cm以上，因此岩芯取样的化学分析方法更是加剧了上述缺点。地壳中的铀系、钍系和钾元素贡献了约占99％的自然γ射线，因此铀矿勘探和地浸采铀几乎离不开自然γ总量或γ能谱测井。通常以自然γ总量测井的定量解释方法为主，岩芯取样的化学分析方法为辅，共同实现铀矿定量。鉴于我国铀、钍、钾等放射性混合的矿产不足5％，仅需自然γ总量测井就能初步确定矿体的铀或镭的含量。铀、钍作为铀系、钍系的母体元素，母体自身几乎不放射γ射线，而是某些衰变子体放射γ射线，称为γ核素。当母体与子体的衰变率相同时，称其达到放射性平衡，处于放射性平衡的铀系、钍系就能按各自γ核素放射的γ射线推断出铀、钍及子体含量。通常，钍系极易达到放射性平衡，按钍系γ射线确定钍含量并无悬念；然而铀系中的“铀-镭-氡”平衡很难保证，但将铀系作为铀组、镭组两个子系看待，子系放射性平衡更易保证。又因镭组占整个铀系γ射线的份额高达97％以上，依据铀系γ射线确定镭含量并非难事，但依此确定铀含量的风险很大。也就是，在镭组γ射线绝对占优的前提下，难以确保测井解释的铀含量具有可靠性，因此我国《铀矿地质勘查规范》要求不低于30％的岩芯化学分析求取“铀-镭-氡”平衡系数，并对测井解释的铀含量进行修正，才能求得真实的铀含量。可见，该法难以彻底规避取芯钻探效率低、岩芯取样成本高、化学分析周期长等缺点。从理论上说，脉冲中子引发铀裂变的瞬发中子测井方法不受铀以外的放射性元素干扰，是用于铀矿定量的理想方法。但相比自然γ总量测井，铀裂变的瞬发中子数很少，使得瞬发中子测井的速度很慢，其测井效率甚至低到难以实用。为此，将两种测井方法有机融合并形成新测井方法，即使钻孔中单个测点的瞬发中子测井计数率很低，但它在整个岩矿层中的计数率之和并不低，只要采用自然γ总量测井求取岩矿层各测点的镭或镭组元素含量，再利用瞬发中子测井的计数率之和求取整个岩矿层的平均铀含量，进而求得矿体的“铀-镭-氡”平衡系数，就能将各测点的镭含量修正到铀含量，因而无须岩芯取样和化学分析，也能快速、准确地确定各测点的真实铀含量。可见，本专利技术公开的融合瞬发中子时间谱测井修正自然γ总量测井的铀矿定量方法适用于铀矿勘探和地浸采铀，特别是在地浸采铀领域，当铀不断从岩矿层中采走之后，镭及γ核素仍然留在原地，有效区分镭和剩余铀的测井方法和刻度参数求取方法已成为亟待攻克的科技难题。因此，本专利技术具有重要的科学意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研发出一种用于铀矿勘探和地浸采铀领域的融合瞬发中子时间谱测井修正自然γ总量测井的铀矿定量方法。本专利技术的技术方案为：一种融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法，其特征在于：该方法以自然γ总量测井为主、瞬发中子时间谱测井为辅，融合这两类测井数据，在钻孔中求得含铀岩矿层的“铀-镭-氡”平衡系数，并修正自然γ总量测井的铀矿定量解释结果，依此求得各个测点的真实铀含量；以及利用饱和矿层构建的标准模型井及测井数据，依此建立铀矿定量解释所需的换算系数、本底响应等刻度参数的求取方法。所述融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法，鉴于自然γ射线很难对3He正比计数管等中子探测器产生计数率贡献，但中子能激发钻孔及岩矿层物质产生非弹和俘获等γ射线，如果γ探测器和中子探测器之距不足1.5m，非弹和俘获等γ射线就将对γ探测器产生计数率贡献；因此，瞬发中子测井仪附带的自然γ测井功能难以独立实现铀矿定量，以自然γ测井解释结果实现最终的铀矿定量，并借助瞬发中子时间谱测井来修正自然γ总量测井的铀矿定量结果，就能大大提高测井速度，并实现低成本的快速铀矿定量；由于瞬发中子时间谱测井的计数率仅与含铀岩矿层的铀(235U)含量存在正比关系；对于忽略钍系和钾，甚至忽略铀系铀组γ射线的铀矿定量而言，自然γ总量的测井计数率主要与岩矿层的镭子体含量存在正比关系；如果沿钻孔方向将含铀岩矿层分解为无数个铀矿薄层，并将任一铀矿薄层的铀或镭含量记为qk(z)函数，与之对应的自然γ总量与瞬发中子时间谱的测井计数率记为Nk(Z)函数，由此构建的qk(z)与Nk(Z)之间的函数关系为：上式称为铀矿定量正演方程的积分表达式，与之相应的微分表达式为：式中，Z、z分别表示钻孔中任一测点、任一铀矿薄层的深度坐标，且|Z-z|为任一测点Z到任一铀矿薄层dz的距离；H1、H2表示当沿钻孔方向以z点将含铀岩矿层分为上下两部分时，该矿层上部和下部各自所占的厚度，即H＝H1+H2为含铀岩矿层的总厚度；qk(z)表示深度坐标z处的铀矿薄层所含铀或镭含量，由下标k(＝1,2)来区分铀或镭，即q1(z)为铀含量，q2(z)为镭含量；Nk(Z)表示含铀岩矿层在深度坐标Z处形成的测井计数率，由下标k(＝1,2)来区分与铀定量或镭定量对应的测井计数率，即N1(Z)为瞬发中子时间谱测井的计数率，N2(Z)为自然γ总量测井的计数率；此外，任一铀矿薄层在深度坐标Z处形成的测井计数率采用微分元dNk(Z)表示；称为地质脉冲响应函数近似表达式；其中用于表达任一铀矿薄层在任一测点所响应的测井计数率，与两者之距|Z-z|密切相关，近似为负指数衰减，且衰减速率称为特征参数αk，取值与射线种类、射线与岩矿层的相互作用等因素相关；Ak称为换算系数，表示单位含量的铀或镭元素在饱和矿层中心部位所能形成的测井计数率；其中，饱和矿层是指“无限厚”均匀矿层，实指厚度H中的H1和H2至少均达0.6m以上，此时的矿层中心部位基本满足饱和矿层定义；应当注意，镭含量通常采用平衡铀含量表示，对于平衡铀系构建的饱和矿层，铀与镭含量在数值上必定相等，即q1(z)＝q2(z)，但两种的计数率并不相等；可见，Ak是一个与岩矿层物质成分和结构相关的参量；Bk称为本底响应；包括测井仪、钻孔与岩矿层等环境因素产生的本底计数率，当环境因素确定后，Bk取值为常数；通常，自然γ总量的本底计数率包含非弹与俘获等γ射线产生的测井计数率，特别是中子与γ探测器之距不足1.5m时，中子激发岩矿层和钻孔物质产生非弹与俘获γ射线的效应尤为明显；上述(1)式和(2)式分别是定量解释铀、镭含量沿钻孔方向分布的积分表达式和微分表达式，统称为铀矿定量正演方程，且积分表达式最为常用。所述融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法，由铀矿定量正演方程求解岩矿层内任一点铀、镭含量的前提是：必须事先确定换算系数Ak、本底响应Bk等刻度参数；选取一个饱和矿层的模型井，因该饱和矿层内任一点的铀、镭含量qk(z)处处相等，则可将深度坐标z处的铀、镭含量作为常数看待，并采用该岩矿层中心点的含量表示该常数，即qk(z)＝qk(Z0)，其中Z0为该岩矿层中心点的深度坐标；由此求得深度坐标为Z的任一测点的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法，其特征在于：该方法以自然γ总量测井为主、瞬发中子时间谱测井为辅，融合这两类测井数据，在钻孔中求得含铀岩矿层的“铀‑镭‑氡”平衡系数，并修正自然γ总量测井的铀矿定量解释结果，依此求得各个测点的真实铀含量；以及利用饱和矿层构建的标准模型井及测井数据，依此建立铀矿定量解释所需的换算系数、本底响应等刻度参数的求取方法。

【技术特征摘要】
1.一种融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法，其特征在于：该方法以自然γ总量测井为主、瞬发中子时间谱测井为辅，融合这两类测井数据，在钻孔中求得含铀岩矿层的“铀-镭-氡”平衡系数，并修正自然γ总量测井的铀矿定量解释结果，依此求得各个测点的真实铀含量；以及利用饱和矿层构建的标准模型井及测井数据，依此建立铀矿定量解释所需的换算系数、本底响应等刻度参数的求取方法。2.根据权利要求1所述融合瞬发中子时间谱修正自然γ总量的铀矿测井定量方法，其特征在于：鉴于自然γ射线很难对3He正比计数管等中子探测器产生计数率贡献，但中子能激发钻孔及岩矿层物质产生非弹和俘获等γ射线，如果γ探测器和中子探测器之距不足1.5m，非弹和俘获等γ射线就将对γ探测器产生计数率贡献；因此，瞬发中子测井仪附带的自然γ测井功能难以独立实现铀矿定量，以自然γ测井解释结果实现最终的铀矿定量，并借助瞬发中子时间谱测井来修正自然γ总量测井的铀矿定量结果，就能大大提高测井速度，并实现低成本的快速铀矿定量；由于瞬发中子时间谱测井的计数率仅与含铀岩矿层的铀(235U)含量存在正比关系；对于忽略钍系和钾，甚至忽略铀系铀组γ射线的铀矿定量而言，自然γ总量的测井计数率主要与岩矿层的镭子体含量存在正比关系；如果沿钻孔方向将含铀岩矿层分解为无数个铀矿薄层，并将任一铀矿薄层的铀或镭含量记为qk(z)函数，与之对应的自然γ总量与瞬发中子时间谱的测井计数率记为Nk(Z)函数，由此构建的qk(z)与Nk(Z)之间的函数关系为：(其中，k＝1,2)(1)上式称为铀矿定量正演方程的积分表达式，与之相应的微分表达式为：(其中，k＝1,2)(2)式中，Z、z分别表示钻孔中任一测点、任一铀矿薄层的深度坐标，且|Z-z|为任一测点Z到任一铀矿薄层dz的距离；H1、H2表示当沿钻孔方向以z点将含铀岩矿层分为上下两部分时，该矿层上部和下部各自所占的厚度，即H＝H1+H2为含铀岩矿层的总厚度；qk(z)表示深度坐标z处的铀矿薄层所含铀或镭含量，由下标k(＝1,2)来区分铀或镭，即q1(z)为铀含量，q2(z)为镭含量；Nk(Z)表示含铀岩矿层在深度坐标Z处形成的测井计数率，由下标k(＝1,2)来区分与铀定量或镭定量对应的测井计数率，即N1(Z)为瞬发中子时间谱测井的计数率，N2(Z)为自然γ总量测井的计数率；此外，任一铀矿薄层在深度坐标Z处形成的测井计数率采用微分元dNk(Z)表示；称为地质脉冲响应函数近似表达式；其中用于表达任一铀矿薄层在任一测点所响应的测井计数率，与两者之距|Z-z|密切相关，近似为负指数衰减，且衰减速率称为特征参数αk，取值与射线种类、射线与岩矿层的相互作用等因素相关；Ak称为换算系数，表示单位含量的铀或镭元素在饱和矿层中心部位所能形成的测井计数率；其中，饱...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤彬，王海涛，陈锐，黄凡，张雄杰，刘志锋，王仁波，张积运，周书民，管少斌，瞿金辉，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36