CN112987117B - 基于自然γ能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于自然γ能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法，利用不同铀含量的标准铀矿模型井中天然放射性元素形成的自然γ能谱测井数据，选择能量超过400keV，光子的衰变几率较大且周边无邻近峰重叠的γ全能峰作为铀含量换算系数计算的特征峰，采用多个特征峰组合的方式，求取铀矿定量的换算系数。运用该方法进行铀矿自然γ能谱测井，其相对测量精度高，可提高铀矿自然γ能谱测井的效率。

Description

基于自然γ能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法

技术领域

本发明涉及一种用于铀矿探采的自然γ能谱测井定量解释天然放射性元素含量的换算系数求取方法，特别是一种基于自然γ能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法。

背景技术

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方法，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。特别是放射性矿产大多属于稀有贵金属，其中铀矿的矿层厚度普遍偏薄且含量很低，当砂岩铀矿的厚度仅达70cm以上、铀含量仅达0.01％以上时，就被认为是工业铀矿，更是加剧了化学分析方法带来的缺点。

为此，放射性矿产定量普遍采用以核测井的元素定量解释方法为主，岩芯取样的化学分析方法为辅的元素定量技术，其中采用自然γ测井的放射性矿产定量解释方法最为普遍。这是由于岩矿层铀系、钍系和钾元素放出的γ射线约占自然γ射线的99％，因此自然γ测井不仅是寻找放射性矿产的主要方法，还可初步实现铀、钍、钾等元素含量的定量解释。

自然γ测井又分为自然γ总量测井和自然γ能谱测井。自然γ总量测井只能反映岩矿层中含有的放射性核素的总含量，无法分辨核素的总量及各自的含量。而自然γ能谱测井通过对能谱数据的分析，不但可以获得放射性核素的总的放射性水平，还可以定量不同放射性核素的含量。而换算系数的求取是铀矿定量解释中最主要的步骤之一。

发明内容

本发明的目的在于研发一种基于自然γ能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法。

本发明的技术方案为：一种基于自然γ能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法，其步骤如下，

1)在自然γ放射性标准模型上测得γ能谱曲线，选取m个有代表性的铀子体特征峰；

2)求取自然γ放射性本底标准模型γ能谱曲线上多特征峰组合的计数率B：

B＝∑_mB_m (1)

其中B_m为自然γ放射性本底模型γ能谱曲线上m个铀子体特征峰的净计数率，m≥1；

3)求取n个自然γ放射性标准模型γ能谱曲线上多特征峰组合的计数率N_n：

N_n＝∑_mN_mn (2)

其中N_mn为n个铀含量为q_n的自然γ放射性标准模型能谱曲线上对应的m个铀子体特征峰的净计数率，m≥1，n≥1；

4)求取n个自然γ放射性标准模型能谱曲线的多特征峰组合净计数率N′_n：

N′_n＝N_n-B，n≥1 (3)

5)求取n个自然γ放射性标准模型标称含量q′_n：

q′_n＝q_n-q₀，n≥1 (4)

其中q_n为n个自然γ放射性标准模型的铀含量；q₀为自然γ放射性本底标准模型的铀含量；

6)将在自然γ放射性本底标准模型和n个自然γ放射性标准模型γ能谱曲线上求得的n个多特征峰组合净计数率组成序列S[n]：

S[n]＝{0，N′₁，N′₂…N′_n}，n≥1 (5)

7)将自然γ放射性本底标准模型和n个自然γ放射性标准模型的标称含量组成序列Q[n]：

Q[n]＝{0，q′₁，q′₂…q′_n}，n≥1 (6)

8)以S[n]为x轴、Q[n]为y轴，构建多特征峰组合净计数率与标称含量关系的校正曲线，并对校正曲线进行最小二乘拟合，得到拟合曲线：

y＝k×x (7)

曲线的斜率k，即为基于能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数。

本发明的优点在于：本方法适用于自然γ能谱测井在铀矿探采前，放射性元素铀含量换算系数求取，选择铀(子体)元素几个特征峰，构建特征峰计数率之和与铀含量关系的校正曲线，曲线的斜率即为换算系数，运用该方法进行铀矿自然γ能谱测井，其相对测量精度高，可提高铀矿自然γ能谱测井的效率，具有重要的实用价值。

附图说明

图1为多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法步骤流程图；

图2为实测UF-0.03模型井(铀含量为0.03％eU)获得的自然γ能谱曲线；

图3为实测UF-0.1模型井(铀含量为0.1％eU)获得的自然γ能谱曲线；

图4为实测UF-0.2模型井(铀含量为0.2％eU)获得的自然γ能谱曲线；

图5为实测UF-0.5模型井(铀含量为0.5％eU)获得的自然γ能谱曲线；

图6为实测UF-1.0模型井(铀含量为1.0％eU)获得的自然γ能谱曲线；

图7为实测UF-2.0模型井(铀含量为2.0％eU)获得的自然γ能谱曲线；

图8a为铀矿定量换算系数校正曲线-多特征峰组合；

图8b为铀矿定量换算系数校正曲线-1.765MeV特征峰；

图9为实测UTHF-0.07-0.2模型井(铀含量0.07％eU、钍含量0.2％eU)获得的自然γ能谱曲线；

图10为实测UTHF-0.2-0.07模型井(铀含量0.2％eU、钍含量0.07％eU)获得的自然γ能谱曲线。

具体实施方式

1、放射性元素铀特征峰选取

1)首先测定自然γ放射性标准模型能谱。将放在标准铀矿模型井中的γ能谱探测器中心点对准模型井中心，记录测井数据，获得本底标准模型和不同铀含量标准模型的自然γ能谱曲线。

2)其次选取自然γ能谱曲线中的铀子体元素特征峰。天然放射性铀系衰变子体均放出多种特征γ射线，选取衰变几率较大、能量较高，且无重叠峰的γ射线作为特征峰，铀系子体衰变特征γ射线能量数据如表1所示。

表1铀系衰变的γ核素数据表(仅列出放射几率与能量均较高的特征γ射线)

注：仅仅放射几率>0.001(指单次放射性衰变的放射几率)、能量>0.4MeV的铀系放出的特征γ射线及其γ核素的数据被列于表中。

由表可知，放射几率大于0.1、能量超过400keV(不受低能峰影响)，且周边无邻近峰重叠的γ射线特征峰有三个：0.609MeV、1.120MeV和1.765MeV。

2、放射性元素铀含量与特征峰计数率之和关系

将以上三个特征峰产生的计数率相加与模型铀元素含量做关系曲线，求取换算系数，具体方法如下：

1)在自然γ放射性本底标准模型上测得γ能谱曲线，求取以上3个铀子体特征峰的净计数率B_m(m＝1，2，3)，并计算这几个特征峰的净计数率之和B，称为自然γ放射性本底标准模型的多特征峰组合计数率：

B＝∑_mB_m，m＝1，2，3

2)在n个铀含量为q_n的自然γ放射性标准模型上分别测得γ能谱曲线，求取3个特征峰的净计数率N_mn，并计算这3个铀子体特征峰的净计数率之和N_n，称为自然γ放射性标准模型的多特征峰组合计数率：

N_n＝∑_mN_mn，m＝1，2，3，n≥1

3)将不同铀含量的自然γ放射性标准模型γ能谱曲线上计算的多特征峰组合计数率N_n减去自然γ放射性本底标准模型γ能谱曲线上计算的多特征峰组合计数率B，得到多特征峰组合净计数率N′_n：

N′_n＝N_n-B，n≥1

测量n个含量的自然γ放射性标准模型，一共求得n个多特征峰组合净计数率N′_n。

4)将自然γ放射性标准模型的铀含量q_n减去自然γ放射性本底标准模型的铀含量q₀，得到n个自然γ放射性标准模型标称含量q′_n：

q′_n＝q_n-q₀，n≥1

5)将自然γ放射性本底标准模型和n个自然γ放射性标准模型γ能谱曲线上计算出的多特征峰组合净计数率组成序列S[n]：

S[n]＝{0，N′₁，N′₂…N′_n}，n≥1

4)将自然γ放射性本底标准模型和n个自然γ放射性标准模型的标称含量组成序列Q[n]：

Q[n]＝{0，q′₁，q′₂…q′_n}，n≥1

5)以S[n]为x轴，以Q[n]为y轴，作出多特征峰组合方式的净计数率与标称含量校正曲线图，并对校正曲线进行最小二乘拟合，得到拟合曲线为：y＝k×x

其拟合曲线的斜率k即为基于能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数。

3、基于能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法示例

在开展野外生产测井之前，需在自然γ放射性标准模型井中对测井仪进行刻度，求得该测井仪的换算系数。测井仪在自然γ放射性本底标准模型井和不同铀含量的自然γ放射性标准模型井中测得示例数据(如图2-图7所示)，选定铀系放出的衰变几率较大、能量较高，且无重叠峰的特征γ射线，依此确定铀特征峰，求出这些特征峰计数率之和。

自然γ放射性标准模型井的铀元素含量为已知，利用不同铀含量的标准铀矿模型井测得的实测数据，作多特征峰组合净计数率与标称含量关系曲线，由曲线斜率求得该测井仪的换算系数，如图8所示。图中，曲线的拟合度非常高，说明采用多特征峰组合方式，对铀含量换算系数进行求取的方法是可行的。应当注意，铀矿定量换算系数的应用是有一定范围的，本发明求得的换算系数范围适用于铀含量(0.03-2.0)％eU。

将组合方式求得的换算系数反算标准模型铀含量，并通过测井仪测量两个混合标准模型井UTHF-0.07-0.2(铀含量0.07％eU和钍含量0.2％eU)和UTHF-0.2-0.07(铀含量0.2％eU和钍含量0.07％eU)(如图9和图10)对这种换算系数求取方法进行验证，计算的铀含量解释结果及相对误差见表2。

表2换算系数验证解释结果

由表可看出，解释含量的相对误差在要求允许范围内。与1.765MeV特征峰求取铀含量换算系数的传统方法作对比(表2)，计算的铀含量相对误差明显减小，说明该方法对提高铀含量解释精度的有效性，这也是本方法的优点所在。

但需注意，这种方法对钍含量相对铀含量较小的混合矿层的解释结果较好，但对于钍含量较大的铀钍混合矿层可能会出现较大误差。还应当注意，如果野外钻孔的情况与标准模型井相差较大，还应当制作各类修正量版，包括孔径修正量版、井液修正量版、套管修正量版等，以便将修正系数修正到野外钻孔的实际情况中。

综上所述，本发明选取铀系子体衰变几率较大、能量较高，且无重叠峰的γ特征峰，采用多特征峰组合方式，作校正曲线图求取放射性元素铀含量换算系数。

Claims (1)

1.一种基于自然γ能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数求法，其步骤如下，

1)在自然γ放射性标准模型上测得γ能谱曲线，选取m个有代表性的铀子体特征峰；

2)求取自然γ放射性本底标准模型γ能谱曲线上多特征峰组合的计数率B：

B＝∑_mB_m (1)

其中B_m为自然γ放射性本底标准模型γ能谱曲线上m个铀子体特征峰的净计数率，m≥1；

3)求取n个自然γ放射性标准模型γ能谱曲线上多特征峰组合的计数率N_n：

N_n＝∑_mN_mn (2)

其中N_mn为n个铀含量为q_n的自然γ放射性标准模型γ能谱曲线上对应的m个铀子体特征峰的净计数率，m≥1，n≥1；

4)求取n个自然γ放射性标准模型γ能谱曲线的多特征峰组合净计数率N′_n：

N′_n＝N_n-B，n≥1 (3)

5)求取n个自然γ放射性标准模型标称含量q′_n：

q′_n＝q_n-q₀，n≥1 (4)

其中q_n为n个自然γ放射性标准模型的铀含量；q₀为自然γ放射性本底标准模型的铀含量；

6)将在自然γ放射性本底标准模型和n个自然γ放射性标准模型γ能谱曲线上求得的n个多特征峰组合净计数率组成序列S[n]：

S[n]＝{0，N′₁，N′₂…N′_n}，n≥1 (5)

7)将自然γ放射性本底标准模型和n个自然γ放射性标准模型的标称含量组成序列Q[n]：

Q[n]＝{0，q′₁，q′₂…q′_n}，n≥1 (6)

8)以S[n]为x轴、Q[n]为y轴，构建多特征峰组合净计数率与标称含量关系的校正曲线，并对校正曲线进行最小二乘拟合，得到拟合曲线：

y＝k×x (7)

曲线的斜率k，即为基于能谱测井多特征峰组合的铀矿定量换算系数。

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