1.一种融合自然γ能谱与中子时间谱的铀矿测井刻度参数求法,具体是指:将自然γ能谱测井与铀裂变瞬发中子时间谱测井的两种测井方法有机融合在一起,构建出组合式铀矿测井方法;以及利用该测井方法获取的数据实现钻孔穿过的岩矿层内铀、钍、镭、钾等天然放射性元素定量的刻度参数求法。
2.根据权利要求1所述的一种融合自然γ能谱与中子时间谱的铀矿测井刻度参数求法,其特征在于:
1)、由于自然γ能谱与瞬发中子时间谱这两类测井方法的特征能区计数率与放射性元素含量之间的正比关系非常相似,且高能区特征γ射线在低能区将形成散射γ射线的附加计数率,对于沿钻孔分布的无数个放射性薄层,如果依此构建厚度H=H1+H2→∞的放射性矿层或岩层,则将沿钻孔方向的放射性元素含量分布函数记为qk(z),相应沿钻孔方向的特征能区计数率分布函数记为Ni(Z),则两者的函数关系将由积分表达式表示为:其中,厚度采用微分元dz表示的任一放射性薄层在钻孔任一深度坐标Z处形成的特征能区计数率的微分表达式为:式中,
Z、z分别表示钻孔中的测点深度坐标和放射性薄层的深度坐标;则|Z-z|为测点到任一放射性薄层的距离,其中放射性薄层的厚度采用微分元dz表示;
qk(z)表示深度坐标z处的放射性薄层中的各元素含量;其中,按特征能区从高能到低能的顺序,对应铀放射性元素的编号为k=1、钍放射性元素的编号为k=2、镭放射性元素的编号为k=3、钾放射性元素的编号为k=4;
Ni(Z)表示无数个放射性薄层构建处的放射性矿层在测点深度坐标Z处形成的特征能区计数率;其中,任一放射性薄层形成的特征能区计数率采用微分元dNi(Z)表示;按特征能区从高能到低能的顺序,对应铀放射性元素的特征能区编号为i=1、钍放射性元素的特征能区编号为i=2、镭放射性元素的特征能区编号为i=3、钾放射性元素的特征能区编号为i=
4,这些特征能区分别称之为铀能区、钍能区、镭能区、钾能区;
称为地质脉冲响应函数,记为 用于表达任一放射性薄
层所能响应的特征能区计数率的变化规律;也就是 的取值随测点深度坐标为Z与放射性薄层深度坐标为z之间的距离|Z-z|的加大而减小,其衰减规律由负指数函数近似描述,其中αi称为特征参数,表征了衰减速率,且αi的取值与射线种类、射线与岩矿层相互作用等因素相关;
Aki称为刻度因子;如果将放射性元素均匀分布的“无限厚”矿层称为饱和矿层,当沿钻孔对仅含第k种放射性元素的单位含量的饱和矿层进行测井时,刻度因子Aki就是该饱和矿层中心点的第i个特征能区计数率的测量值,常见的刻度因子Aki是一个常数矩阵,表明该饱和矿层内的任意一种放射性元素对任意一个特征能区计数率都能形成一定的贡献率;
Bi称为本底响应;通常包括测井仪与岩层的两类本底响应,且每个特征能区都有各自的计数率本底,它常常为一组常数;
上述(1)式和(2)式就是用来求解岩矿层放射性元素含量沿钻孔分布的定量方程,分别称为该铀矿测井的放射性元素定量方程的积分表达式和微分表达式;其中积分表达式是最常用的求解放射性元素含量分布的定量方程;
2)、对于饱和矿层,实指矿层厚度H中的H1和H2均达0.6m以上,因矿层内任一点,深度坐标为z的同一种放射性元素含量qk(z)处处相等,则其任一点的元素含量可采用矿层中心点,深度坐标为Z0来表示,即qk(z)=qk(Z0)为常数;由(1)式求得矿层中心区域任一测点,深度坐标为Z的特征能区计数率为:可见,落在饱和矿层中心区域的任一测点的特征能区计数率也处处相等,此时由矿层中心点表示的钻孔内任一测点的特征能区计数率为常数,即:
3)、为了采用积分表达式(1)式求得矿层内的放射性元素含量qk(z),就必须事先确定刻度该测井的定量特性和本底干扰的刻度因子Aki和本底响应Bi,因而统称它们为刻度参数;
在实际的放射性矿产定量,特别是铀矿定量中,并不直接求得刻度因子Aki,而是将第k种放射性元素称为主元素,例如铀作为主元素的铀矿定量,主元素以外的其它元素称为辅元素,且将主元素自身对应的特征计数率称为主特征计数率,此时i=k,相应刻度因子分量Akk称为换算系数,其它特征计数率称为辅特征计数率,同时引入灵敏度因子Ski的定义式为:Ski=Aki/Akk (4)
若有只含主元素、不含任何辅元素的饱和矿层刻度模型井又称其为标准模型井,就能方便地求得换算系数Akk与灵敏度因子Ski,即:其中,本底响应Bi由零值模型井(不含任何放射性元素的标准模型井)求得:
Bi=Ni(Z0)(i=1,2,3,4) (6)
可见,Aki=Ski·Akk,表明了刻度因子Aki是灵敏度因子Ski对换算系数Akk的修正结果,它明确了Akk和Ski的物理关系;也就是以主元素对主特征计数率的贡献率为参考,即Skk=1,则主元素对辅特征计数率的相对贡献率为Ski,其中i≠k,或者辅元素对主特征计数率的相对贡献率为Sik,其中k≠i;
通常,只需制作与野外钻孔条件相当的仅含4种主元素的标准模型井,平衡铀、平衡钍、钾元素、零值的标准模型井,就不必求解线性方程组(3)式,而是按(4)式和(5)式直接求得换算系数Akk、灵敏度因子Ski、本底响应Bi等刻度参数;由于自然γ能谱与瞬发中子时间谱相不干扰,将瞬发中子时间谱测井数据与铀的特征计数率N1(Z)相对应之后,且仅仅一个平衡铀模型井就能求得铀、镭的换算系数A11、A33,且有S1i=Sk1=0,其中i≠1,k≠1;
对于特征能区定量法,常常选择钍的特征能区覆盖2.615MeV的特征γ峰,镭的特征能区覆盖1.765MeV的特征γ峰,钾的1.461MeV的特征γ峰,此时的灵敏度因子Ski矩阵格式为:对于特征峰定量法,常常选择钍、镭、钾的三个特征γ峰分别为2.615MeV、1.765MeV、
1.461MeV的特征γ射线,按照低能特征γ射线不产生高能散射γ射线的原则,必有S23≠0、S24≠0、S34≠0,其它Ski=0,即刻度因子Aki的矩阵格式将进一步简化为:此外,模型井是否达到饱和矿层对求取灵敏度因子Ski并不重要,因此实测野外矿层也可求取灵敏度因子Ski;换句话说,只要大量统计野外矿层实测的辅特征计数率与主特征计数率的比值是否接近于相应的灵敏度因子Ski,还可检测出该测井仪的性能是否发生变化,进而提示用户该测井仪是否能继续使用。