CN102648424A - 可用于采矿和矿物勘探的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于基于来自样品内的特定物质的NQR信号和/或NMR信号的检测来对样品进行矿物分析的方法，包括：将RF脉冲的频率设定为近似等于所述物质的NQR或NMR频率中的一个；将该RF脉冲的一组参数设定为对于该物质是最优的；将一组接收参数设定为对于该物质是最优的；将该探头调谐为针对预定频率检测的信号的最大灵敏度和/或针对该探头发射的RF脉冲的最大功率传输效率；在发射时间段期间利用该探头以所述最优水平发射RF脉冲以辐照该样品，并且如果存在该物质，则在该物质中激发NQR或NMR信号；检测和处理由该物质发出的NQR或NMR信号；以及计算该样品中的该物质的浓度。

Description

可用于采矿和矿物勘探的方法和设备
本申请要求于2009年7月27日提交的第61/228798号美国临时申请的优先权，在此通过引用将其全文并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于矿物学分析的方法和设备。本发明更特别地涉及一种用于矿石品位估计的方法和设备。
背景技术
不同的放射性核技术(active nuclear technique)已经被广泛用于在实验室条件下生成关于岩石和矿石的化学成分的信息。这些技术包括伽马射线光谱测定法、X射线荧光法(XRF)和中子活化法。这些技术未被广泛用于采矿操作(例如在爆破孔和勘探孔中)，这是因为例如没有任何单种核技术在单独使用时是足够有用的(例如没有一种已知技术能够解决足够多的共同的、相关的矿石估计问题)。
已知的中子活化(例如中子伽马射线)方法可以用于测量矿石中的一种或多种金属(例如铜、锰和镍)的浓度(concentration)。
核磁共振(NMR)被广泛用作油气勘探的井眼测井(borehole logging)方法。地表下地质构成中的碳氢化合物储藏特性在油气产业中是相当重要的。在该产业中，使用NMR来检测液体中的质子共振。
发明内容
应当认识到，以下说明中所使用的术语“物质”被用于表示那些以期望的方式对NQR和/或NMR现象和技术做出响应的期望材料和/或物质。
与检测爆炸物相关的许多物质包含四极核，例如氮-14(14N)，并且可以使用NQR方法来检测这些物质。该物质的谱线位于低频率，在低频率所检测的NQR信号具有非常低的强度。
然而，在实地利用NQR技术作为一种探知靶向物质的存在的可靠和灵敏的技术时，出现了若干与之相关联的问题，限制了该技术的功能和/或可行性。例如，NQR信号的低强度、可以以各种方式从每个周围物品中检测到的外部干扰和/或寄生信号，它们会减小在实地使用NQR技术的功能和/或可行性。
同样地，通过使用井眼伽马射线光谱测定法对矿带的直接检测被限制在放射性矿物。因此，为了这些目的通常使用间接检测(例如富钾绢云母或者与金的矿化相关联的长石质变化)和主岩的特征(例如金伯利岩的相)。
此外，XRF方法未广泛用于勘探和采矿井眼测井主要是由于所包含的低能量和由此导致的浅的穿透深度(例如超出表面分析的有限分析(如果存在))，并且由于井眼条件(例如表面皱度)对结果有大的影响。此外，所检测的低能量通常在检测器上需要相对薄的窗口，这在充满水的井眼条件下可能是脆弱的。
并且，放射性核技术使用放射源，该放射源对于周围的人类、动物、植物生命和/或仪器可能是不安全的。因此，如果要进行的话，放射性核系统主要用于井眼测井配置中，其中在测量期间放射源被安全地容纳在孔中。应当认识到，该放射源可以是放射性同位素、电子源(例如X射线管或中子发生器)和/或任何其它已知的或将来开发的放射源的形式。
此外，放射性核技术一般不能直接区分包含相同的一种或多种元素的不同矿物。
至少部分由于与使用放射性核技术有关的许多困难，该技术未被广泛用于矿点勘探和/或矿体圈定(ore delineation)。
同样地，应用常规的NMR方法进行矿物分析目前是非常受限的。固态NMR需要复杂仪器和特殊的检测技术。因此，该方法通常用于实验室条件下。
已经认为核四极共振(NQR)技术在对承载诸如硼、锂和钾之类的元素的矿藏的井眼测井方法中是很有用的。该NQR方法可以优选于其它可用方法是由于至少以下原因中的任何原因：它是非放射性、无危险和/或无创的方法，其适用于就地固体量化分析，和/或它是相对廉价并且快速的。
然而，先前已知的检测方法是基于使用连续波技术，该连续波技术对于用于分析很多期望的矿物来说是不够有效、鲁棒和/或灵敏的。
根据本发明的示例性方法、技术和/或设备特别适用于矿点勘探和/或矿体圈定的采矿操作。然而，应当认识到，根据本发明的方法、技术和/或设备的各个示例性实施例可以被用于其它应用，例如对在原地、在土壤或沙子中、在其它地质背景中和/或在研究中的岩体内的矿物含量和/或分布进行评估。
在根据本发明的方法和/或设备的各个示例性实施例中，该方法和/或该设备可被用于为了矿点勘探和/或矿体圈定的目的的矿物学分析和/或最优矿石品位估计。在各个示例性实施例中，该方法和/或该设备并未表现出与以前的检测方法和系统相关联的一些或全部缺点。
在各个示例性实施例中，根据本发明的方法、设备和/或系统可用于提供一种具有与常规放射性核方法类似或者比之更好的灵敏度和精度的非放射性方法。
在各个示例性实施例中，根据本发明的方法可用于辨别、区分和/或测量包含一种或多种相同元素的不同矿物的浓度。
在各个示例性实施例中，使用了核四极共振(NQR)和核磁共振(NMR)现象和检测技术。
应当认识到，NQR和NMR技术两者都是射频(RF)光谱学的形式。同样地，NQR和NMR都是可用于检测和勘测各种化学化合物的非放射性方法。这些方法还可以被用于检测所期望的特定物质的存在，所期望的特定物质例如是爆炸物和/或麻醉剂。
在各个示例性实施例中，可以使用NQR方法对固态的化学物质进行分析检测。该NQR方法可以提供大块材料的元素构成和矿物相两者。
此外，在各个示例性实施例中，可以使用NQR方法来描述很多期望的化合物(例如超过10000种)的特征。这些化合物可以包括元素周期表中的各种不同元素，这使得它们是令人期望的。例如，存在一些核子，例如铜(例如63Cu、65Cu)、钴(例如59Co)、钛(例如47Ti、49Ti)、铼(例如127Re)、锰(例如55Mn)、铝(例如27Al)、铋(例如209Bi)、砷(例如75As)、锑(例如123Sb)、铟(例如115I)和镓(例如71Ga)等，这些核子对于各个产业是重要的，并且由此期望识别它们。
NQR可以被定义为电磁能量的共振RF吸收和/或发射的现象。NQR现象至少部分地归因于电子-核子相互作用的一部分能量对原子核的不对称分布电荷和原子壳层电子以及原子半径外的那些电荷的相互取向的依赖性。因而，四极耦合常数和NQR频率的变化可以至少部分地归因于它们的电性源(electric origin)。核电四极矩eQ与电场梯度eq相互作用，由不对称参数η定义。因此，可以利用实验数据来计算该核四极耦合常数e2Qq和该不对称参数η，这有助于描述关于分子的结构信息。NQR实验中的主要谱参数是线宽Δf和核子的跃迁频率。其它受关注的参数包括例如获取自旋-点阵(spin-lattice)弛豫时间T1、自旋-自旋(spin-spin)弛豫时间T2和线形(line-shape)参数(与Δf成反比)。任意这些参数都可以影响对优选实验技术和/或仪器的选择。
因为NQR频率取决于这些物质的分子结构，所以NQR频率可以被用于它们的实际唯一检测和识别。
与NMR方法相反，可以在不具有强的外部静态(DC)磁场的情况下执行NQR。该技术可以被称为“纯NQR”或者直接NQR检测，并且至少对于一些应用，该技术与其它技术相比具有很多优点。例如，直接NQR特别适用于识别特定的化合物和远程NQR检测。更特别地，这些方法特别适用于检测诸如爆炸物和/或麻醉剂之类的特定物质的存在以及地雷检测。
NMR利用核子与磁场之间的相互作用。因此，通常应用强的静态场来极化核磁矩。RF场被用于激励光谱响应(NMR信号)。一些矿物(例如，诸如黄铜矿和方黄铜矿之类的铜矿)具有磁有序结构。因而，可以凭借不应用外部静态磁场的NQR技术在其局部场中检测NMR。因此，在各个示例性实施例中，可以将“纯NQR”和/或局部磁场中的NMR用于包括例如井眼测井应用的矿物分析和勘探。
在NMR和/或NQR光谱法中可以使用脉冲(包括多脉冲)技术。这些脉冲技术例如可用于帮助提高灵敏度，减少试验时间，和/或测量样品的弛豫时间。在NQR和NMR中，可以将单脉冲用于诸如自旋-回波(SE)序列、Carr-Purcell(CP)序列、Meiboom-Gill-modified CP(CPMG)序列、spin-locking spin-echo(SLSE)序列之类的脉冲序列以及自由感应衰减(FreeInduction Decay(FID))信号的检测。稳态自在旋进式(SSFP)的脉冲序列可能是特别受关注的。这样的序列的一个示例性序列是在NQR技术领域中公知的强偏共振梳(strong off-resonant comb(SORC))。
脉冲NQR(或NMR)检测系统的探头通常是如下的设备，该设备提供了：在共振RF发射器的射频(RF)场与样品中被靶向的特定物质之间的相互作用，用于由于NQR(或NMR)现象而产生的NQR(或NMR)信号的检测；以及来自该靶向物质的RF场响应与NQR(或NMR)检测器的接收部分之间的相互作用。使用通常具有数十或数百瓦功率的强RF脉冲。
在根据本发明的示例性实施例中，提供一种基于检测来自样品中被靶向的特定物质的NQR和/或NMR信号来对该样品进行矿物分析的方法。在各个示例性实施例中，该方法特别适用于(但不限于)矿点勘探和/或矿体圈定的领域，例如矿床(ore formation)的井眼测井。在示例性实施例中，该方法包括：
(a)将RF脉冲的频率设定为近似等于待分析的期望物质的核四极共振频率或核磁共振频率中的一个；
(b)将该RF脉冲的振幅、相位、持续时间、形状、数量、重复时间和RF脉冲之间的时间中的至少一个设定为对应于待分析的期望物质的最优水平(level)；
(c)将接收器的增益、参考相位、采集时间和采集数量中的至少一个设定为对应于待分析的期望物质的最优水平；
(d)调谐探头来为以预定频率检测的信号提供更高灵敏度和/或增大探头发送的RF脉冲的功率传输效率；
(e)在规定的发射时间段期间利用该探头发送该RF脉冲以辐照该样品，并且如果期望物质存在，则在该样品中激发NQR和/或NMR信号；
(f)检测和处理由于被分析的期望物质存在而发出的NQR和/或NMR信号；
(g)计算被分析样品中的该物质的浓度；
(h)针对被分析样品中的下一种物质重复步骤(a)到(g)。
在一个示例性实施例中，该方法还包括校准该探头，以便精确计算被分析样品中的期望物质的浓度。
在一个示例性实施例中，该方法还包括测量该样品中或其周围的温度以调节RF脉冲的预设共振频率、RF脉冲的参数和接收参数。
在一个示例性实施例中，该方法还包括应用所选择的一序列RF脉冲(例如脉冲序列)或脉冲序列的组合以对应待分析的期望物质。
在一个示例性实施例中，该脉冲序列是SE或SLSE类型。
在另一示例性实施例中，该脉冲序列可以是CPMG类型。
在另一示例性实施例中，该脉冲序列可以是SSFP类型。
在不同的示例性实施例中，该方法可以包括应用所选择的单个脉冲以对应待分析的期望物质。
在各个示例性实施例中，该方法还包括处理任何所接收的响应信号以检测对应于被靶向的期望物质的NQR和/或NMR信号的存在。
在各个示例性实施例中，该方法还包括测量任何所接收的对应于被分析的期望物质的NQR或NMR信号的强度和线宽。
在各个示例性实施例中，该方法还包括如果所接收的信号表示对应于被分析的期望物质的NQR或NMR信号，则测量第一弛豫时间T1和第二弛豫时间T2。
在各个示例性实施例中，该方法还包括计算在被分析的样品中包含相同元素的每种物质的浓度。
在各个示例性实施例中，该方法还包括计算在被分析的样品中的化学元素的总浓度。
在本发明的各个示例性实施例中，该方法还包括同时检测在被分析的样品中的多于一种物质中的NQR或NMR。
在本发明的各个示例性实施例中，一种使用NQR和/或NMR检测技术进行矿物分析和勘探的设备包括：探头，该探头包括具有线圈系统的振荡电路(tank circuit)、调谐和匹配电路以及Q因子改变电路；发射器，该发射器能够将来自该发射器的输出端的RF脉冲提供和/或施加到该振荡电路；接收器，其可被调谐到用于检测和放大在该线圈系统中接收的信号的至少一个通道；以及处理器，其用于处理由该接收器放大的信号以帮助辨别对应于该样品内的被靶向的期望物质的任何NQR和/或NMR信号的存在，该处理器还可用于计算该样品内的该物质的浓度。
在各个示例性实施例中，可以控制该Q因子改变电路以改变该振荡电路的Q因子。在各个示例性实施例中，可以在用于利用RF能量对该样品进行辐照的RF脉冲的规定发射时间段期间将该振荡电路的Q因子调节到期望的水平。在各个示例性实施例中，可以在紧接在发射时间段之后的规定的恢复时间段期间将该振荡电路的Q因子调节到最小水平，以迅速抑制(dampen)来自该探头的瞬态信号。
在各个示例性实施例中，紧接在该恢复时间段之后，可以在规定的接收时间段期间将该振荡电路的Q因子调节到最大水平，以便检测来自靶向物质(如果存在的话)的NQR和/或NMR信号。
在各个示例性实施例中，该探头可用于井眼内部以便进行井眼测井，并且线圈系统可以被设计为能够用于在该探头周围的样品中形成RF场并且接收来自该样品的信号。
在各个其它示例性实施例中，该探头可以被设计成当样品被放置入该探头中时能够用于分析该样品。同样地，线圈系统可以被设计成能够用于在该探头内部形成RF场和/或接收信号。
在各个其它示例性实施例中，该探头可以被设计成当样品被放置在与该探头相距期望距离时能够用于分析该样品。同样地，线圈系统可以被设计成能够用于在该探头外部的样品中形成RF场和/或接收来自该样品的信号。
在各个示例性实施例中，该设备包括用于测量待分析的样品的重量和体积的测量电路和/或传感器。
在各个示例性实施例中，该设备包括用于测量该探头与待分析的样品之间的距离的测量电路和/或传感器。
在各个示例性实施例中，该探头包括一个振荡电路，该振荡电路包括能够被调谐到待分析物质的任何期望NQR和/或NMR频率的线圈系统。
在其它各个示例性实施例中，该探头可以包括若干个振荡电路，每个振荡电路包括能够被调谐到待分析物质的不同NQR和/或NMR频率的独立的线圈系统。
在各个示例性实施例中，该线圈系统包括一个线圈。
在各个其它示例性实施例中，该线圈系统包括多于一个的线圈。
在各个其它示例性实施例中，该探头包括用于测量该探头内部和/或周围的温度的温度传感器以调节RF脉冲的预设共振频率。
在以下对根据本发明的各个设备、结构和/或方法的各个示例性实施例的具体说明中，描述了根据本发明的系统和方法的各个示例性实施例的这些和其它特征和优点，并且这些和其它特征和优点由于该具体说明变得清楚。
附图说明
参考下列附图，将详细描述根据本发明的系统和方法的各个示例性实施例，在附图中：
图1是示出了根据本发明的示例性实施例的用于矿物分析和勘探的设备的框图。
图2是示出了根据本发明的示例性实施例的用于矿物分析和勘探的探头的框图和井眼配置。
图3是示出了根据本发明的示例性实施例的用于矿物分析和勘探的探头的框图和体积(volume)配置。
图4是示出了根据本发明的示例性实施例的用于矿物分析和勘探的探头的框图和表面配置。
图5是示出了根据本发明的示例性实施例的用于矿物分析和勘探的设备的框图，该设备具有包括多个振荡电路的探头。
具体实施方式
在各个示例性实施例中，本发明涉及一种用于矿物分析和勘探的方法和设备，其应用NQR现象和NMR现象二者来检测样品中是否存在包含四极核子和具有磁矩的核子的一种或多种靶向(例如期望的)物质，并且如果存在的话测量该靶向物质的浓度。
现在将关于基于使用“纯NQR”和局部磁场中的NMR两者进行矿物分析和勘探的设备，来描述本发明的示例性实施例。然而，应当认识到，根据本发明的设备和方法的各个示例性实施例可用于其它目的。此外，各个示例性实施例优于当前所使用的放射性核技术。
图1是示出了根据本发明的示例性实施例的基于使用“纯NQR”和局部磁场中的NMR来进行矿物分析和勘探的设备的框图。如图1所示，探头40连接到接收器单元50和发射器单元60。应当认识到，该接收器单元50和发射器单元60可以是任何已知的或将来开发的接收装置和发射装置(例如常规的接收器和发射器)。探头40包括振荡电路10、Q开关单元20和温度传感器(T传感器)30。该振荡电路10可以被调谐到特别感兴趣的频率。振荡电路10通常包括线圈系统、电容器、调谐电路和匹配电路。振荡电路10连接到接收器单元50和发射器单元60。
发射器单元60生成RF脉冲并将这些RF脉冲传送到探头40和振荡电路10。脉冲以期望功率发射，该期望功率通常从数十瓦到数百瓦甚至数千瓦。这些RF脉冲可以在设置于该探头40的范围(bounds)内的被检查样品中激发NQR或NMR信号。该信号被接收器单元50放大和/或检测，并且然后被传送到控制、信号处理及计算单元70以进行进一步数学处理，控制、信号处理及计算单元70的输入端之一连接到该接收器单元50的输出端。应当认识到，该控制、信号处理及计算单元70可以是任何已知的或将来开发的处理器，例如微处理器或微控制器。在数学处理之后，在该控制、信号处理及计算单元70中，该信号被用于进一步计算在被分析样品中的物质浓度。
该控制、信号处理及计算单元70生成RF信号，该RF信号被发送到发射器单元60的输入端之一以进一步形成用于RF脉冲的RF载波(carrier)，并且该RF信号被发送到该接收器单元50的输入端之一以用作参考频率。该控制、信号处理及计算单元70还生成去往发射器单元60的另一输入端的信号，并规定该RF脉冲的参数以及该控制信号的参数，该控制信号被发送到Q开关单元20的输入端以改变或控制振荡电路10的Q因子。
该振荡电路10的Q因子可以在RF脉冲的规定发射时间段期间被改变为第一水平以便利用所述RF能量辐照该样品，在紧接所述发射时间段之后的规定的恢复时间段期间该振荡电路10的Q因子被改变为第二水平以迅速抑制来自该探头的瞬态信号，和/或紧接在该恢复时间段之后，该振荡电路10的Q因子在规定的接收时间段期间被改变为第三水平以便检测来自靶向物质(如果存在的话)的NQR或NMR信号。
T传感器30测量被分析的样品(或其附近)的温度。T传感器30生成的信号被传送到该控制、信号处理及计算单元70，该控制、信号处理及计算单元70的输入端之一被连接到T传感器30的输出端。根据T传感器30所感测的环境温度，该控制、信号处理及计算单元70将该RF载波调节为接近于被期望处于被分析样品中的物质的NQR频率中之一。
该控制、信号处理及计算单元70通常包括计算机、用于生成该RF脉冲的RF信号源和用于生成该控制信号的电子电路。
根据本发明的设备和方法的各个示例性实施例对于检测、识别和/或测量包含四极核和/或具有磁矩的核子的物质的浓度是特别有效的。这样的物质的示例包括例如铜矿，例如不同的硫化物和氧化物：CuS，Cu2S，CuFeS2，CuFe2S3，Cu3SbS3，Cu3BiS3，Cu2O，和CuO。已勘测过这些物质，并且已经获取了强的NQR或局部磁场中的NMR信号。
图2示出了本发明的涉及一种设备的示例性实施例，该设备具有可用于矿物勘探中的井眼测井的探头的示例性实施例。该探头的示例性实施例特别适用于以爆破孔和勘探孔、地下和露天开采两种配置的采矿操作。
如图2所示，探头40包括振荡电路10、Q开关单元20和温度传感器(T传感器)30。该探头由电缆43连接到接收器单元50、发射器单元60以及控制、信号处理及计算单元70(图1所示)。该振荡电路包括线圈系统41和供给电子器件(supplied electronics)42，该供给电子器件42包括匹配和调谐电路，其用于匹配和调谐到呈现NQR特性的待检测的物质的预定共振频率(等于或接近于该RF载波)。
如图2所示，线圈系统41被配置为提供对来自探头10周围的样品的NQR和/或NMR信号的最优激发和检测。应当认识到，线圈系统41可以包括一个、两个或多个线圈。另外，线圈系统41的每个线圈可以是单匝线圈或多匝线圈。此外，在各个示例性实施例中，可以省略Q开关单元20和/或温度传感器(T传感器)30。
图3示出了根据本发明的另一示例性实施例，其包括探头40的另一示例性实施例。与图2所示的实施例类似，探头40包括振荡电路10、Q开关单元20和温度传感器(T传感器)30。同样地，该振荡电路包括线圈系统41以及包括匹配和调谐电路的供给电子器件42。
与图2所示的实施例相比，图3所示的线圈系统41被配置为特别适用于：当样品被放置在该线圈系统41内部时提供对NQR和/或NMR信号的激发和检测。即，该线圈系统41被设计为用于样品的“体积检测(volumedetection)”。应当认识到，在各个示例性实施例中，线圈系统41可以包括一个、两个或多个线圈。同样地，线圈系统41的每个线圈可以是单匝线圈或多匝线圈。
还应当认识到，可以在矿点和实验室两者中使用图3所示的示例性实施例。此外，在各个示例性实施例中，可以省略Q开关单元20和/或温度传感器(T传感器)30。
图4示出了根据本发明的探头40的另一示例性实施例。图4所示的实施例与图3所示的实施例大体相同，除了线圈系统41被配置为特别适用于在该样品被放置于与该线圈系统41相距一定距离时提供对来自该样品的NQR和/或NMR信号的激发和检测。即，该线圈系统41被设计用于该样品的“一侧检测或表面检测”。在该实施例中，该线圈系统41包括至少一个表面线圈。应当认识到，在各个示例性实施例中，可以省略该Q开关单元20和/或温度传感器(T传感器)30。
图5示出了根据本发明的基于使用“纯NQR”和局部磁场中的NMR来进行矿物分析和勘探的改进版设备的示例性实施例的框图。图5所示的该实施例与图1所示的实施例非常相似，除了探头40包括数个(多于一个)振荡电路11、12……1n。各个振荡电路被调谐到不同的NQR或NMR频率(例如被调谐到对应于不同物质的频率)。该改进版设备可用于同时检测待分析样品中的不同物质。
该改进型设备可以包括上文关于图2-4所描述的任何版本的探头10。
应当认识到，本发明的范围不限于本文所描述的特定实施例，并且可以在不脱离本发明的精神并且由此依然处于本发明的范围内的情况下，对其部件做出微小改变或变化。
还应当认识到，虽然该实施例被特别描述用于使用NQR技术的直接应用，但是这些实施例可以容易地被应用到使用NMR技术的NMR中。
一种用于对包含具有对核四极共振(NQR)和/或局部磁场中的核磁共振(NMR)现象有响应的核子的物质的样品进行矿物分析的方法，包括：激发和检测来自该样品中被靶向的特定物质的NQR和/或NMR信号，测量任何检测到的信号的强度，以及计算在被分析样品中该物质的浓度。
如之前段落中所述的方法，包括以下步骤：
(a)将射频(RF)脉冲的频率设定为等于或接近于待分析物质的核四极共振频率或核磁共振频率中的一个；以及
(b)将该RF脉冲的所有参数：振幅、相位、持续时间、形状、数量以及重复时间或脉冲之间的时间设定为对于该待分析物质是最优的；以及
(c)将包括(但不限于)增益、参考相位、采集时间和采集数量的所有接收参数设定为对于该待分析物质是最优的；以及
(d)在规定的发射时间段期间以最优水平发射RF脉冲以辐照该样品，并且如果存在提供NQR或NMR的物质，则在该样品中激发NQR或NMR信号；以及
(e)检测和处理由被分析物质发出的NQR或NMR信号；以及
(f)测量由被分析物质发出的NQR或NMR信号的强度；以及
(g)计算在被分析样品中的该物质的浓度；以及
(h)针对被分析样品中的下一种物质重复步骤(a)到(g)。
该方法还包括校准该探头以精确计算在该被分析样品中的该物质的浓度。
该方法还包括测量该样品或其周围的温度以调节RF脉冲的预设共振频率、RF脉冲的参数以及接收参数。
如之前任何段落中所述的方法，包括同时检测在被分析样品中的多于一种物质中的NQR或NMR。
如之前任何段落中所述的方法，包括处理任何接收的响应信号以检测对应于被靶向的物质的NQR或NMR信号的存在。
如之前段落中所述的方法，包括测量所接收的对应于被分析物质的NQR或NMR信号的强度和线宽。
如之前段落中所述的方法，包括如果接收到的信号是对应于被分析物质的NQR或NMR信号，则测量弛豫时间T1和T2。
如之前任何段落中所述的方法，包括计算在被分析样品中的化学元素的总浓度。
如之前段落中所述的方法，包括应用对于被分析物质是可应用的和最优的一序列RF脉冲(脉冲序列)或脉冲序列的组合。
该方法还可以包括SE或SLSE类型的脉冲序列。
可替代地，该脉冲序列可以是CPMG类型。
同样地，该脉冲序列可以是SSFP类型。
如之前任何段落中所述的方法，还包括应用对于被分析物质是可应用的和最优的单个RF脉冲。
一种用于对样品进行矿物分析的设备，该样品包含具有对核四极共振(NQR)和/或核磁共振(NMR)现象有响应的核子的物质，该设备包括：
探头，其包括具有线圈系统、调谐和匹配装置的振荡电路；以及
发射装置，其用于在该振荡电路的相应输出端提供和施加强的RF脉冲；以及
接收装置，其包括用于检测和放大在该线圈系统中接收的信号的至少一个通道；以及
处理和计算装置，其用于处理由所述接收装置放大的信号以辨别对应于该样品内的被靶向物质的任何NQR或NMR信号的存在，并且计算在该样品内的所述物质的浓度；以及
校准装置，其用于下述被分析的样品中的该物质的浓度的精确计算，该被分析的样品包括至少一个包含具有对核四极共振(NQR)和/或局部磁场中的核磁共振(NMR)有响应的核子的物质的样品，该样品中的所述物质的浓度是已知的。
如之前段落中所述的设备，包括Q因子改变装置，其中该Q因子改变装置是可控制的以便：
在RF脉冲的规定发射时间段期间将该振荡电路的Q因子改变为最优水平以利用所述RF能量辐照该样品；
在紧接所述发射时间段之后的规定的恢复时间段期间将该振荡电路的Q因子改变为最小水平，以迅速抑制来自该探头的瞬态信号；以及
紧接在该恢复时间段之后，在规定的接收时间段期间将该振荡电路的Q因子改变为最大水平，以检测来自靶向物质(如果存在的话)的NQR或NMR信号。
如之前任何段落中所述的设备，其中所述探头包括若干个振荡电路，根据待分析物质的NQR或NMR频率将各个振荡电路调谐到不同的频率。
如之前任何段落中所述的设备，其中所述探头包括至少一个温度传感器。
如之前任何段落中所述的设备，其中所述线圈系统包括一个线圈。
如之前任何段落中所述的设备，其中所述线圈系统包括多于一个的线圈。
如之前两个段落所述的设备，其中所述探头被设计为用于井眼内部以进行井眼测井，并且所述线圈系统被设计为适宜在该探头周围的样品中形成RF场以及接收来自该样品的信号。
如之前任何段落所述的设备，其中所述探头被设计用于当所述样品被放入该探头中时的样品分析，并且该线圈系统被设计为适宜在该探头内部形成RF场和接收信号。
如之前任何段落中所述的设备，其中所述探头被设计用于当所述样品被放置在相距该探头一定距离时的样品分析，并且该线圈系统被设计用于“一侧检测”，以适宜在该探头外部的样品中形成RF场和接收来自该样品的信号。
如之前两个段落中所述的设备，包括用于测量待分析样品的重量和体积的测量装置。
如之前三个段落中所述的设备，包括用于测量该探头与待分析样品之间的距离的测量装置。
公开了基于对来自样品中被靶向的特定物质的NQR和/或NMR信号的检测来对该样品进行矿物分析的方法和设备。该方法包括以下步骤：
(a)将RF脉冲的频率设定为等于或接近于待分析物质的核四极共振频率或核磁共振频率中的一个；
(b)将该RF脉冲的所有参数：振幅、相位、持续时间、形状、数量以及重复时间或脉冲之间的时间设定为对于该待分析物质是最优的；
(c)将包括(但不限于)增益、参考相位、采集时间和采集数量的所有接收参数设定为对于该待分析物质是最优的；
(d)将探头调谐为针对在预定频率检测的信号的最大灵敏度和/或针对该探头发射的RF脉冲的最大功率传输效率；
(e)在规定的发射时间段期间利用该探头以所述最优水平发送RF脉冲以辐照该样品，并且如果存在提供NQR或NMR的物质，则在该样品中激发出NQR或NMR信号；
(f)检测和处理被分析的物质发出的NQR或NMR信号；
(g)计算在被分析样品中的该物质的浓度；
(h)针对被分析样品中的下一种物质重复步骤(a)到(g)。
本发明的所述方法特别适用于(但不限于)包括矿床的井眼测井的矿点勘探和矿体圈定。

Claims (22)

1.一种用于对样品进行矿物分析以确定所述样品是否包含至少第一种期望物质的方法，所述第一种期望物质具有对核四极共振(NQR)和/或局部磁场中的核磁共振(NMR)场现象有响应的核子，所述方法包括：
使用射频(RF)脉冲来激发和检测来自所述样品内的一定量的所述第一种期望物质的NQR和/或NMR信号，如果存在该一定量的所述第一种期望物质的话；
测量任何所检测的NQR和/或NMR信号的强度；以及
基于任何所检测的NQR和/或NMR信号的强度，确定在被分析的所述样品中的所述第一种期望物质的浓度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
(a)将所述RF脉冲的频率设定为近似等于所述第一种期望物质的NQR或NMR频率中的一个；
(b)将所述RF脉冲的一组参数设定为对于所述第一种期望物质是最优的；
(c)将一组接收参数设定为对于所述第一种期望物质是最优的；
(d)在预定的发射时间段期间发射所述RF脉冲以辐照所述样品并且在所述样品中激发NQR或NMR信号；
(e)检测和处理由一定量的所述第一种期望物质发出的任何NQR或NMR信号；
(f)测量由所述第一种期望物质发出的NQR或NMR信号的强度；
(g)确定在被分析的所述样品中的所述第一种期望物质的浓度；以及
(h)针对被分析的所述样品中的第二种期望物质重复步骤(a)到步骤(g)。
3.如权利要求2所述的方法，其中：
所述RF脉冲的该组参数包括：振幅、相位、持续时间、形状、脉冲数量以及重复或脉冲之间的时间；并且
该组接收参数包括：增益、参考相位、采集时间和采集数量。
4.如权利要求2所述的方法，还包括测量所述样品或其周围的温度，并且基于所测量的温度来调节所述RF脉冲的预设共振频率中的至少一个、所述RF脉冲的该组参数中的至少一个以及所述接收参数中的至少一个。
5.如权利要求1所述的方法，还包括同时检测对应于被分析的所述样品中的多于一种期望物质的NQR或NMR信号。
6.如权利要求1所述的方法，还包括接收和处理至少一个响应信号以检测对应于所述第一种期望物质的NQR或NMR信号的存在。
7.如权利要求6所述的方法，还包括测量任何所接收的对应于所述第一种期望物质的NQR或NMR信号的强度和线宽。
8.如权利要求6所述的方法，还包括测量至少一个响应信号的第一弛豫时间和第二弛豫时间，所述至少一个响应信号是对应于所述第一种期望物质的NQR或NMR信号。
9.如权利要求1所述的方法，还包括确定在被分析的所述样品中的至少一种化学元素的总浓度。
10.如权利要求1所述的方法，使用射频(RF)脉冲来激发和检测来自所述样品内的一定量的所述第一种期望物质的NQR和/或NMR信号包括：施加对于所述第一种期望物质是可应用和最优的RF脉冲序列。
11.如权利要求10所述的方法，其中从由SE、SLSE、CPMG和SSFP类型构成的组中选择所述RF脉冲序列。
12.如权利要求1所述的方法，其中使用射频(RF)脉冲来激发和检测来自所述样品内的一定量的所述第一种期望物质的NQR和/或NMR信号包括：施加对于第一种期望物质是可应用和最优的单个RF脉冲。
13.一种用于对样品进行矿物分析的设备，所述样品包括至少一种具有对核四极共振(NQR)和/或核磁共振(NMR)现象有响应的核子的物质，所述设备包括：
探头，其包括具有线圈系统、调谐和匹配装置的振荡电路；
发射装置，其可用于在所述振荡电路的相应输出端提供和施加强的射频(RF)脉冲；
接收装置，其包括用于检测和放大在所述线圈系统中接收的信号的至少一个通道；
处理和确定装置，其可用于处理由所述接收装置放大的信号以帮助辨别对应于所述样品内的被靶向的物质的任何NQR或NMR信号的存在，并且确定所述样品内的被靶向的所述物质的浓度；以及
校准装置，其可用于改进对被分析的所述样品中的被靶向的所述物质的浓度的确定，所述校准装置包括至少一个测试样品，所述至少一个测试样品包含具有对核四极共振(NQR)和/或局部磁场中的核磁共振(NMR)有响应的核子的测试物质，所述测试样品中的所述测试物质的浓度是已知的。
14.如权利要求13所述的设备，还包括Q因子改变装置，其中，所述Q因子改变装置是可控制的，从而：
在RF脉冲的预定发射时间段期间将所述振荡电路的Q因子改变为最优水平，以利用RF能量辐照所述样品；
在紧接所述发射时间段之后的预定恢复时间段期间将所述振荡电路的Q因子改变为最小水平，以迅速抑制来自所述探头的瞬态信号；以及
紧接在所述恢复时间段之后，在预定的接收时间段期间将所述振荡电路的Q因子改变为最大水平，以检测来自被靶向的所述物质的NQR或NMR信号。
15.如权利要求13所述的设备，其中所述探头包括若干个振荡电路，各个振荡电路被调谐到对应于若干个待分析物质的NQR或NMR频率的不同频率。
16.如权利要求13所述的设备，其中，所述探头包括至少一个温度传感器。
17.如权利要求13所述的设备，其中，所述线圈系统包括至少一个线圈。
18.如权利要求13所述的设备，其中，所述探头被配置为可用于井眼内部以进行井眼测井，并且所述线圈系统被配置为适宜在所述探头周围的所述样品中形成RF场以及接收来自所述样品的信号。
19.如权利要求13所述的设备，其中，所述探头被配置为对被放入所述探头的外壳内的所述样品进行样品分析，并且所述线圈系统被配置为适宜在所述探头的所述外壳内形成RF场并且接收信号。
20.如权利要求19所述的设备，还包括用于测量待分析的所述样品的重量和体积中的至少一个的测量装置。
21.如权利要求13所述的设备，其中所述探头被配置为对被放置在相距所述探头一定距离的所述样品进行样品分析，并且所述线圈系统被配置为用于一侧检测，以适宜在所述探头外部的所述样品中形成RF场和接收来自所述样品的信号。
22.如权利要求21所述的设备，还包括用于测量所述探头与待分析的所述样品之间的距离的测量装置。
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