RU2040020C1 - Способ определения объемной плотности горных пород - Google Patents
Способ определения объемной плотности горных пород Download PDFInfo
- Publication number
- RU2040020C1 RU2040020C1 SU5031008A RU2040020C1 RU 2040020 C1 RU2040020 C1 RU 2040020C1 SU 5031008 A SU5031008 A SU 5031008A RU 2040020 C1 RU2040020 C1 RU 2040020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- density
- gamma
- rocks
- rock
- scattered gamma
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Использование: в геологии, геофизике, металлургии, в частности в процессах геофизических исследований скважин. Сущность изобретения: способ предусматривает облучение исследуемой среды потоком гамма-квантом и регистрацию на одном или нескольких расстояниях от источника потоков рассеянного гамма-излучения (Ni) в области энергий 0,2 1 МэВ. По отношению интенсивностей указанных энергий по градуировочной зависимости ρ = f(Ni) определяют объемную плотность. Дополнительно определяют эффективный атомный номер (Zэф) среды путем регистрации мягкой компоненты рассеянного гамма-излучения в области энергии менее 200 кэВ. Определение Zэф ведут методом селективного гамма-гамма-каротажа. Затем устанавливают корреляционную связь между величиной Zэф и параметром k/2 Σ FiZi/PiAi, характеризующим изменение элемента с атомным номером Zi и атомным весом Ai. На стандартных образцах плотности осуществляют градуировку приборов в единицах электронной плотности ρэ= f(Ni). Объемную плотность рассчитывают по соотношению ρ = ρэ/k. 2 табл. 2 ил.
Description
Изобретение относится к ядерной геофизике, а более конкретно к методам определения плотности горных пород с использованием ядерных излучений, и может быть использовано в геологии, геофизике, горной и металлургической промышленности и других областях народного хозяйства.
Известен способ определения объемной плотности методом взвешивания с определением объема исследуемого вещества путем вытеснения жидкости денситометрический способ [1] Способ обеспечивает высокоточное определение объемной плотности, но применим только для небольших образцов. Это исключает его применение при недеструктивных определениях, например, в естественном залегании.
Известен также способ определения плотности горных пород по кернам, штуфам горных пород или руд путем просвечивания образцов определенной формы потоком гамма-квантов с энергией 300 кэВ. Объемную плотность определяют по ослаблению излучения в образце, используя для этого зависимости типа
ρ alnNi/Nэт, где ρ объемная плотность;
а постоянный коэффициент;
Ni, Nэт потоки рассеянного гамма-излучения на i-м и эталонном образцах [2]
Основным недостатком этого аналога также является невозможность его применения в естественном залегании, а тем более в скважинах.
ρ alnNi/Nэт, где ρ объемная плотность;
а постоянный коэффициент;
Ni, Nэт потоки рассеянного гамма-излучения на i-м и эталонном образцах [2]
Основным недостатком этого аналога также является невозможность его применения в естественном залегании, а тем более в скважинах.
Наиболее близким к изобретению по техническому решению является способ определения объемной плотности, основанный на облучении среды потоком жестких гамма-квантов и регистрации на одном или нескольких расстояниях от источника диффузно рассеянных потоков гамма-квантов [3]
В качестве аналитического параметра при определении объемной плотности используется либо относительная интенсивность многократно рассеянных гамма-квантов, либо отношение потоков, регистрируемых соответственно на одном и двух расстояниях от источника гамма-квантов. Предельная погрешность определения объемной плотности этим способом определяется устойчивостью параметра К2ΣPiZi/PiAi, где Pi содержание i-го элемента в исследуемой среде с атомным номером Zi и атомным весом Ai.
В качестве аналитического параметра при определении объемной плотности используется либо относительная интенсивность многократно рассеянных гамма-квантов, либо отношение потоков, регистрируемых соответственно на одном и двух расстояниях от источника гамма-квантов. Предельная погрешность определения объемной плотности этим способом определяется устойчивостью параметра К2ΣPiZi/PiAi, где Pi содержание i-го элемента в исследуемой среде с атомным номером Zi и атомным весом Ai.
Величина Zi/Ai в различных горных породах не остается постоянной, а варьирует в пределах 0,5 ± 0,05 ед. т.е. в пределах ± 10% Поэтому точность определения объемной плотности по прототипу (плотностным гамма-гамма методом) в общем случае имеет тот же порядок, т.е. в пределах ± 10% Снижение погрешности определения объемной плотности до 3-5% достигают за счет градуирования измерительной аппаратуры на моделях горных пород и руд, близких по вещественному составу к исследуемым. Однако достаточно удовлетворительные результаты в этом способе достигаются только для осадочных пород, объемная плотность которых определяется пористостью и функционально связана с последней. Тем не менее, если поры не полностью заполнены водой, также существует неопределенность из-за изменения Z/A. Для водорода значение Z/A 1, тогда как для всех прочих элементов составляет 0,5 ± 10% Именно это является основным недостатком прототипа, существенно снижающим точность определения объемной плотности в условиях естественного залегания горных пород и в скважинах.
Задача, на решение которой направлено изобретение, обеспечение высокой точности определения объемной плотности в условиях естественного залегания горных пород и в скважинах.
Поставленная задача выполняется облучением исследуемой среды потоком гамма-квантов и регистрацией на одном или нескольких расстояниях от источника потоков рассеянного гамма-излучения (Ni), по соотношению интенсивностей которых по градуировочной зависимости ρ= f(Ni) определяют объемную плотность (ρ) дополнительно определяют эффективный атомный номер (Zэф.) среды, например, путем регистрации мягкой компоненты рассеянного гамма-излучения, устанавливают корреляционную связь между величиной Zэф. и параметром К 2ΣPiZi/AiPi. характеризующим изменение электронной плотности исследуемой среды, где Pi содержание в среде i-го элемента с атомным номером Zi и атомным весом Ai, на стандартных образцах с известными значениями электронной плотности ρэнаходят градуировочную зависимость ρэ= f(Ni), а объемную плотность i-й среды рассчитывают из соотношения ρi ρiэ/k, где ρiэ электронная плотность в i-й точке исследуемой среды.
Указанные отличительные признаки не встречены в известных технических решениях, поэтому объект изобретения удовлетворяет критерию "существенные отличия".
Сущность способа заключается в следующем.
Известно, что рассеяние гамма-квантов с энергией 0,3-1 мэВ главным образом определяется эффектом Комптона, вероятность которого прямо пропорциональна числу электронов в единице объема:
μк= Nδк·ρ·2Σ Pi где N число Авогадро; Ai и Zi атомный вес и порядковый номер i-го элемента вещества;
Pi весовое содержание i-го элемента в веществе;
δк сечение комптоновского рассеяния, рассчитанное на один электрон.
μк= Nδк·ρ·2Σ Pi где N число Авогадро; Ai и Zi атомный вес и порядковый номер i-го элемента вещества;
Pi весовое содержание i-го элемента в веществе;
δк сечение комптоновского рассеяния, рассчитанное на один электрон.
Для большинства элементов Zi/Ai 0,5. Для водорода это отношение достигает максимального значения единицы. Напротив, для элементов среднего атомного номера и тяжелых (Zi > 20) величина Zi/Ai составляет менее 0,5. Поэтому линейный коэффициент комптоновского рассеяния μк в области энергии гамма-квантов, регистрируемых в прототипе, зависит не только от объемной плотности среды, но и вещественного состава руд и горных пород. Величину ρэ= ρ·ΣPi называют электронной плотностью. Именно это значение измеряется по интенсивности рассеянного гамма-излучения во втором аналоге и прототипе.
Объемная плотность с высокой точностью может быть определена при неизменной величине Κ 2Σ Pi либо если значение последнего заранее известно.
В табл.1 приведены значения параметра К для различных горных пород, руд и минералов. Из таблицы следует, что диапазон изменения К в тяжелых средах составляет 0,9-1 ед. а в ворородсодержащих горных породах величина его возрастает до 1,10 ед. Такие вариации параметра К приводят к значительному снижению точности определения объемной плотности. Градуировка приборов на стандартных образцах плотности, близких по вещественному составу к исследуемым горным породам, позволяет снизить погрешность до 2-3 отн. Однако полностью исключить влияние вариаций параметра К не представляется возможным. При этом всегда существует неопределенность в оценке ρ из-за существенных отличий в элементном составе реальных горных пород и стандартных образцах плотности.
Эффективный способ определения объемной плотности может быть разработан на основе независимого определения параметра К. Проведенный анализ многочисленных данных о вещественном составе руд и горных пород позволяет для определения параметра К предложить использование корреляционной связи К f(Zэф.).
На фиг. 1 и 2 приведены такие связи для горных пород и руд медноколчеданных месторождений Урала (фиг.1) и железорудных месторождений Кривого Рога и КМА (фиг.2). Данные статистической обработки приведены в табл.2.
Как видно из приведенных графиков, между Zэф. и параметром К прослеживается сильная обратная корреляционная связь, позволяющая даже по обобщенной зависимости определять значения К с относительной ошибкой 1%
Следовательно, по сравнению с прототипом, предложенный способ позволяет повысить точность определения объемной плотности в 5-10 раз. Эффективный атомный номер легко определить известными способами по поглощению гамма-квантов малой энергии, альбедо гамма-излучения и др. Определения Zэф. в условиях скважины обычно осуществляется методом селективного гамма-каротажа (ГГК-С), основанного на облучении исследуемой среды потоком мягких гамма-квантов и регистрации в геометрии диффузионного прохождения потока вторичного, многократно рассеянного гамма-излучения. Непосредственное определение величины Zэф. осуществляют по градуировочной зависимости Zэф. f(lnNi/Nэт), где Ni и Nэт интенсивности потоков мягкого гамма-излучения (менее 150-200 кэВ), зарегистрированные соответственно в i-й среде и на эталоне (стандартном образце Zэф., опорном пласте).
Следовательно, по сравнению с прототипом, предложенный способ позволяет повысить точность определения объемной плотности в 5-10 раз. Эффективный атомный номер легко определить известными способами по поглощению гамма-квантов малой энергии, альбедо гамма-излучения и др. Определения Zэф. в условиях скважины обычно осуществляется методом селективного гамма-каротажа (ГГК-С), основанного на облучении исследуемой среды потоком мягких гамма-квантов и регистрации в геометрии диффузионного прохождения потока вторичного, многократно рассеянного гамма-излучения. Непосредственное определение величины Zэф. осуществляют по градуировочной зависимости Zэф. f(lnNi/Nэт), где Ni и Nэт интенсивности потоков мягкого гамма-излучения (менее 150-200 кэВ), зарегистрированные соответственно в i-й среде и на эталоне (стандартном образце Zэф., опорном пласте).
Электронная плотность ρэ определяется непосредственно по данным гамма-гамма-метода путем регистрации одного либо двух потоков рассеянного гамма-излучения с энергией более 200-300 кэВ соответственно на одном и двух расстояниях от источника гамма-квантов. В качестве аналитического параметра в однозондовом плотностном гамма-гамма-каротаже используют параметр lnNi/Nэт., в двухзондовом lnNбз/Nмз- где Ni и Nэт- потоки рассеянного излучения с энергией более 200-300 кэВ в i-й и эталонных средах; Nбз и Nмз потоки рассеянного гамма-излучения, регистрируемые большим и малым зондами. Для определения электронной плотности используют градуировочную зависимость, получаемую по стандартным образцам плотности с известными значениями ρэ.
Определив по зависимости ρiэ f(lnNi/Nэт) или ρiэ= fln электронную плотность, а по зависимости K f(Zэф.) значения поправки за изменение элементного состава, объемную плотность в i-м интервале легко определить из соотношения ρi ρiэ./k.
Реальные возможности способа оценены на стандартных образцах плотности и эффективного атомного номера, а также в условиях скважин. Среднеквадратическая относительная ошибка определения объемной плотности по прототипу даже в стандартных образцах составила ± 2% При плотности образцов от 2,6 до 4,9 г/см3 абсолютная погрешность соответственно изменяется от ± 0,05 до 0,1 г/см3.
Среднеквадратическая погрешность определения объемной плотности предложенным способом на стандартных образцах составила ± 0,5% а абсолютное расхождение объемной плотности и истинной даже при ρ= 4,9 г/см3 не превышает ± 0,02 г/см3.
Аналогичные оценки точностных характеристик прототипа и предложенного способа в условиях скважин в сопоставлении с объемной плотностью, определенной по керну денситометрическим методом, показывают, что в среднем расхождения несколько выше и составляют ± 2,5-3% для прототипа и 0,7-1% для предложенного способа.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение точности определения объемной плотности в 3-4 раза. Практическая реализация способа легко может быть осуществлена в любой серийной аппаратурой плотностного и селективного каротажа (Кура-3, РУР-2, ГГК-ПС, ПАРК и др.). Экономический эффект от предложенного технического решения по сравнению с базовым объектом может быть получен за счет повышения точности определения объемной плотности. Это, в частности, открывает возможность использования данных ГГК-П для подсчета запасов полезных ископаемых, где требуется точность не хуже ± 0,01 г/см3. В этом случае отпадает необходимость в трудоемких измерениях объемной плотности руд по кернам с использованием денситометрического метода.
Claims (1)
- СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий облучение исследуемой горной породы потоком гамма-квантов источника и регистрацию на одном или нескольких расстояниях от источника интенсивностей Ni потоков рассеянного гамма-излучения в области энергий 0,2 1,0 МэВ, проведение градуировки и определение объемной плотности с учетом соотношения интенсивностей потоков рассеянного гамма-излучения, отличающийся тем, что дополнительно для исследуемой горной породы определяют эффективный атомный номер Zэ ф, например, путем регистрации мягкой компоненты рассеянного гамма-излучения в области энергий менее 200 кэВ, априорно устанавливают корреляционную зависимость между Zэ ф и параметром K=2ΣPiZi/Ai, где Pi массовое содержание в горной породе элемента с атомным номером Zi и атомным весом Ai, для чего отбирают, проводят анализ и определяют массовое содержание каждого элемента и Zэ ф для образцов разных типов горных пород, предварительно на стандартных образцах с известной электронной плотностью осуществляют градуировку прибора в единицах электронной плотности ρэ=f)Ni), при регистрации интенсивностей Ni потоков рассеянного гамма-излучения в области энергий 0,2 1,0 МэВ определяют с учетом их соотношения величину ρэ исследуемой горной породы, по найденному для исследуемой горной породы значению Zэ ф и зависимости K f (Zэ ф) определяют соответствующую ему величину K, а объемную плотность ρ исследуемой горной породы рассчитывают по соотношению r=ρэ/K.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5031008 RU2040020C1 (ru) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Способ определения объемной плотности горных пород |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5031008 RU2040020C1 (ru) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Способ определения объемной плотности горных пород |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2040020C1 true RU2040020C1 (ru) | 1995-07-20 |
Family
ID=21598708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5031008 RU2040020C1 (ru) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Способ определения объемной плотности горных пород |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2040020C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492454C1 (ru) * | 2012-04-03 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" | Способ измерения объемной плотности горной породы в составе горной массы и система для его осуществления |
-
1992
- 1992-03-06 RU SU5031008 patent/RU2040020C1/ru active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Справочник геофизика. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика)./Под редакцией И.Б.Дортман. М.: Недра, 1976, с.265. * |
2. Гамма-методы в рудной геологии./Под ред. А.П.Очкура. Л.: Недра, 1976, с.407. * |
3. Алексеев Ф.А. и др. Ядерная геофизика при исследовании нефтяных месторождений. М.: Недра, 1978, с.359. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492454C1 (ru) * | 2012-04-03 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" | Способ измерения объемной плотности горной породы в составе горной массы и система для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tittman et al. | The physical foundations of formation density logging (gamma-gamma) | |
Pitkin et al. | Design parameters for aerial gamma-ray surveys | |
US4566114A (en) | X- and γ-Ray techniques for determination of the ash content of coal | |
US4415804A (en) | Annihilation radiation analysis | |
Scott et al. | Quantitative interpretation of gamma-ray logs | |
US5377105A (en) | Enhanced vertical resolution processing of dual-spaced neutron and density tools | |
Ellis et al. | Litho-density tool calibration | |
RU2040020C1 (ru) | Способ определения объемной плотности горных пород | |
Ross et al. | High-resolution gamma ray attenuation density measurements on mining exploration drill cores, including cut cores | |
Hubbell | Survey of industrial, agricultural, and medical applications of radiometric gauging and process control | |
Hearst et al. | The RIDS: A density logger for rough holes | |
Smith Jr et al. | A multi-function compensated spectral natural gamma ray logging system | |
Cássaro et al. | Improved laboratory calibration of a single-probe surface gamma-neutron gauge | |
Gardner et al. | A quality factor concept for evaluation of the surface type gamma-ray backscatter soil density gauges | |
Rose et al. | A nuclear gage for in-place measurement of sediment density | |
KURANZ¹ | Measurement of moisture and density in soils by the nuclear method | |
RU1693992C (ru) | Зонд рентгенорадиометрического каротажа | |
Charbucinski et al. | A backscatter gamma-ray spectrometric method for the determination of ash in coal | |
RU2088956C1 (ru) | Способ опробования радиоактивных горных пород и руд по их естественному гамма-излучению | |
Culley et al. | Single and dual probe nuclear instruments for determining water contents and bulk densities of a clay loam soil | |
RU2086955C1 (ru) | Способ измерения параметров газожидкостного потока | |
RU2040021C1 (ru) | Способ определения содержания общего железа в рудах | |
Keller | XCT analysis of drill cores of Opalinus clay and determination of sample size for effective properties evaluation | |
Hamza et al. | Analysis of Heat Flow Data–Vertical Variations of Heat Flow and Heat Producing Elements in Sediments | |
Hooshyari-Far et al. | A method to indicate heavy minerals in logging-while-drilling |