SU1122126A1 - Способ направленного детектировани гамма-излучени горных пород - Google Patents

Abstract

СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД с применение экранированного спектрометрического детектора гаммаизлучени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности и расширени  возможностей применени , детектор экранируют в направлении детектировани , регистрируют интенсивность гамма-излучени  в двух энергетических интервалах, первый из которых включает низкоэнергетическое гамма-излучение, а второй - высокоэнергетическое гамма-излучение , и по разности интенсивности гамма-излучени  в указанных интервалах суд т об интенсивности гамма-из (О лучени  определ емых элементов в направлении детектировани .

Description

Изобретение относитс  к области  дерно-геофизических и радиометрических методов опробовани  горных пород и может быть использовано в геолого-разведочной практике при по исках и разведке месторождений ради активных элементов, а также в комплексе с другими  дерно-геофизическими методами разведки. Известен способ детектировани  гамма-излучени  горных пород,, в час ности, в шпурах и скважинах, заключ ющийс  в измерени х интенсивности гамма-излучени  радиометром с неэкр нированным .детектором. Недостаток этого способа состоит в том, что на детектор попадает излучение от довольно большого объема горной пор.од на фоне которого невозможно выделит излучение отдельных исследуемых уча ков. В частности, невозможно вьвделить излучение призабойной области mnypa изучение которой представл ет наибольший интерес, т.к. излучение пр забойной области шпура несет информацию о содержании радиоактивных элементов в породах, которые еще не пересечены шпуром и залегают ниже (.или дальше) его забо . Невозможность направленного измерени  интен сивности гамма-излучени  от призабойной части шпура приводит к разубоживанию руды при опробовании взрывных шпуров на месторождени х руд (за счет отпалки пустых пород пр чрезмерном заглублении шпуров) или к пропуску первичных ореолов рассе ни радиоактивных элементов в коренных породах при поисках месторождений. Наиболее близок к изобретению способ направленного детектировани  гамма-излучени  горных пород с применением экранированного спектрометрического детектора гамма-излучени . В этом способе дл  отделени  гам ма-излучени  исследуемого участка породы от мешающего излучени  cdседних пород используют либо радиометры направленного приема, либо обычные полевые радиометры, детектор которых помещают в свинцовый экран, имеющий прорезь со стороны исследуемой породы. В этом случае дл  вьщелени  гамм излучени  исследуемого участка к не му прикладывают открытой стороной 26 экран с детектором радиометра и производ т два измерени  интенсивности излучени : первое - с открытой прорезью в экране, а при втором измерении про()езь закрывают специальным свинцовым вкладышем. Разница между первым и вторьлм измер емыми и характеризует излучение исследуемого участка . Описанный способ прост и достаточно точен, что обеспечивает его широкое распространение при поисках и разведке месторождени  радиоактивных руд. Однако этот способ имеет ограниченную производительность из-за необходимости двух измерений в одной точке и не применим при гамма-опробовании горных пород в шпурах ограниченного диаметра,где невозможно поместить детектор радиометра с экраном, а бурение шпуров большего диаметра экономически невыгодно. Цель изобретени  - повышение производительности и расширение возможности применени  способа направленного детектировани  гамма-излучени  горных пород. Цель достигаетс  тем, что в способе направленного детектировани  гамма-излучени  горных пород с применением экранированного спектрометрического детектора гамма-излучени , детектор экранируют в направлении детектировани , регистрируют интенсивность гамма-излучени  в двух энергетических интервалах, nepBbrii из которых включает низкоэнергетическое гамма-излучение, а второй - высокоэнергетическое гамма-излучение, и по разности интенсивностей гаммаизлучени  в указанных интервалах суд т об интенсивности гамма-излучени  определ емых элементов в направлении детектировани . При регистрации интенсивности гамма-излучени  в каждом из энергетических интервалов учитывают чувствительность детектора к излучению данной энергии и ослабление излучени  при прохождении его через экран. В предложенном техническом решении в отличие от известных дл  вьщелени  излучени  исследуемой области на фоне мешающего излучени  соседних участков детектор экранируют не со стороны мешающего излучени , а наоборот , со стороны исследуемой области.

Экранирование детектора от исследуемой области приводит к тому, что с этой стороны экраном поглощаетс  низкоэнергетическа  составл юща  гаммаизлучени  и на детектор попадает только гамма-излучение достаточно высокой энергии, прошедшее через экран, тогда как от вмещающих пород на детектор попадает все гамма-излучение, как низких, так и высоких энергий. Это 10 создает необходимое различие в энергии излучени  исследуемой, области и соседних участков, что и вы вл ют по разности интенсивностей гаммаизлучени  в двух энергетических ин- 15 тервалах: низкоэнергетическом, интенсивность в котором характеризует вклад окружающих пород, и высокоэиергетическом , интенсивность в котором определ ет, преимущественно, 20 вклад исследуемой области.

На фиг. 1 изображен датчик дл  шпурового гамма-опробовани  по предложенному способу и геометри  измерений излучени  исследуемой области 25 и окружающих пород; на фиг.. 2 - энергетическое распределение гамма-излучени  исследуемой (призабойной) области шпура и окружающих пород; на фиг. 3 - диаграмма направленности зо приема излучени  датчика шпурового гамма-опробовани  в предложенном способе; на фиг. 4 - результаты применени  предложенного способа гаммаопробовани  при картировании контакта горных пород с различным содержанием радиоактивных элементов под слоем наносов.

Датчик шпурового гамма-опробовани  согласно предложенному способу до (см.фиг.1) содержит так же, как и в способе - прототипе, металлический защитный корпус 1, в котором размещены сцинтилл ционный детектор гаммаизлучени  2 и фотоэлектрический умно-45 итель , (ФЭУ) 3. В отличие от прототипа , здесь же располагаетс  экран 4, поглощающий низкоэнергетическое излучение со стороны забо  шпура. Экран 4 имеет форму круглой пластины 50 и изготовлен из материала с большой плотностью, например, свинца.

Полный дифференциальный спектр естественного гамма-излучени  горных пород-при его непосредственной ре- гистрации открытым детектором в диапазоне энергий до 500 кэВ приведен на фиг. 2 - крива  Н(0о„) . Максимум

1264

спектра располагаетс  в диапазоне, энергии пор дка 100 кэВ и соответствует многократно рассе нным в горных породах гамма-квантам. Интенсивность рассе нного излучени  зависит .от эффективного дтомното номера горных пород Z . Дл  исключени  вли ни  Z на определение содержани  радиоактивных элементов примен ют либо дискриминацию рассе нного гамма-излучени , т.е. регистрацию гамма-квантов с энергетическим порогом Е, - 20U-250 кэВ, либо поглощение рассе нного излучени  специальным экраном, роль которого играет металлический корпус 1 датчика (сталь пл небольшой, до 1,5 мм, слой свинца). После прохождени  металлического корпуса спектральное распределение гамма-квантов от горных пород имеет форму, пример которой приведен на фиг. 2 - крива  N(3on . При поглощении рассе нного излучени  металлическим корпусом энергетический порог регистрации может быть установлен на уровне Е, пор дка 20-40 кэ ( фиг.2), что повьш1ает стабильность измерений. Пороги Е, и Е, по измер емой интенсивности излучени  дл  своих условий измерений  вл ютс  эквивалентными.

Дл  создани  различи  в формах регистрируемых спектров гамма-излучени  от окружающих пород К (До„ ) или N (Ло„) и от пород призабойной области N (Д ) или N (J ) детек тор излучени  спектрометрического типа, например, сцинтилл ционный детектор 2 на фиг. 1, экранируют от излучени  пород призабойной области экраном 4, толщину которого выбирают такой, чтобы в области низкоэнергеТического гамма-излучени  спектр гамма-квантов, проход щих на детектор через экран от призабойной области, существенно отличалс  от спектра излучени  окружающих пород. Примеры спектров приведены на фиг.2. N(J,) дл  открытого детектора и N (З J) дл  детектора в металлическом корпусе.

При вьше сформулированных услови х измерений осуществл ют регистрацию интенсивности гамма-излучени  в двух энергетических интервалах спектра излучени . Энергетические интервалы регистрации выбирают таким образом, чтобы вклады излучени 

51

призабойнон области i х н окружающих пород Jon в суммарную регистрируемую интенсивность в каждом энергетическом интервале существенно различались формы спектров (фиг.2), первый энергетический интервал устанавливают таким, чтобы он включал низкоэнергетическую часть излучени  Зо  от окружающих пород, т.е. ту часть котора  дл  излучени  3, в максималь ной степени поглощаетс  экраном: интервал Е, - EJ дл  спектра N (3(,„ ) или интервал Е, - Е дл  N () . Если Z пород имеет стабильный характер, то дл  спектра N (3) в регистрируемую интенсивность может включатьс  интервал Е, - Ej. Основное условие дл  установлени  нижней границы первого энергетического интервала регистрации - чтобы гамма-кванты ниже пороговой энергии, приход щие со стороны пород забо  гапура, существенно поглощались экраном 4 (фиг.1), через который проходит их путь к детектору т.е. коэффициент их поглощени  в экране (веро тность поглощени ) должен быть не менее 0,50, что обеспечивает достаточную дл  измерений .разницу в форме спектров. Верхн   граница энергий регистрируемых гамма квантов в первом интервале может включать либо все высокоэнергётическое естественное гамма-излучение (в том числе проход щее через экран), либо может быть ограничена по какойлибо величине, например, по значению порога Ej , где различие в форме спектра излучени  от окружающих пород К (Зд, ) или N(3on) форме спектра, проход щего через экран 4, К(З) начинает сглаживатьс . Принципиального значени  дл  это не имеет.

Второй энер гетический интервал измерений выбирают таким образом, чтобы в нем регистрировалось, в основно высокоэнергетическое излучение пород призабойной области, проход щее на детектор 2 через экран 4 с малой степенью ослаблени , т.е. коэффициент поглощени  которого в экране существенно ниже поглощени  низкоэнергетического излучени , например - с порогом Ej , где форма спектра излучени  N (3,), проход щего от забо  на детектор через экран, начинает приближатьс  к форме спектра излучени  от окружающих пород.

266

При таких услови х интенсивность (скорость счета) импульсов п,.в первом энергетическом интервале и втором энергетическом интервале будут определ тьс  выражени ми:

n,e,otD« + e,Jon;

(1) ,;о„„,

где , , Ej чувствительности детектора (в единицах скорости счета импульсов на единицу интенсивности гамма-излучени ) соответственно в первом и во втором энергетических интервалах спектра к излучению от пород призабойной области, проход щему через экран, и к излучению от окружающих пород{ ,, j)i л - коэффициент ослаблени  экраном излучени  от призабойной области.

Совместное проведение измерений И, и п позвол ет определить значение интенсивности излучени  от пород призабойной области:

«(,e;ih-it

Дл  установленных значений порогов регистрации (энергетических интервалов регистрации) и конструкции датчика значени  всех коэффициентов и oi в уравнении (2)  вл ютс  посто нными , откуда:

(3)

3,-А(пг-Вп,),

где А и 6 - посто нные коэффициенты датчика опробовани . Интенсивность гамма-излучени  от призабойной области зависит от содержани  в ней радиоактивных элементов ( :

...(4)

,

где К - пересчетный коэффициент в единицах интенсивности излучени  на единицу содержани  радиоактивных элементов. Отсюда: А

,(,V-K nj-6n,). (5)

к

Значени  посто нных коэффициентов Kg и & определ ют опытным путем при измерени х на модел х исследуемой среды с двум  известными содержани ми радиоактивных элементов ({ и (| .

7

Ц реальных услови х измерений {фиг.1) присутствуют не только излучени  Зод и 3 , но и излучени  on и З , гамма -кванты которьвс проход т через часть тoJlЩины экрана (оп в малой степени, 3 в большей степени ) , поэтому фактические коэффициенты сС и будут несколько отличатс  от чисто теоретических, рассчитанных по спектрам на фигуре 2, т.е. иметь эффективные значени  и определ ть соответствующую эффективную направленность приема гамма-излучени  по формуле (3), котора , как и в датчиках направленного приема, харак теризуетс  угловой чувствительностью и пример которой приведен на фигуре 3. Эффективный угол направленности приема излучени  датчика, определи-, ющий размеры зоны опробовани  в при забойной области, соответствует углу If (относительно оси датчика) на половине максимума угловой чувствительности датчика опробовани . Как видно из фиг.З, способ обеспечивает четкую направленность гамма-опробовани  на призабойиую область. Эффективный угол направленности зависит от соотношени  размеров (диаметров) детектора 2 и экрана 4, рассто ни  между центрами детектора и экрана, и дополнительно может измен тьс  путем изменени  энергетических интервалов регистрации интенсивностей П, и iTj (через соответствующее изменение коэффициентов и, в первую

1268

очередь, С /, ) и изме ением толщины экрана (через изменение коэффициента об ) .

На фиг. 3 приведены результаты лабораторного измерени  угловой чувствительности датчика, на фиг. А сравнительные результаты измерений при проведении профильной шпуровой гамма-съемки известным способом крива  5 и предложенным способом направленного детектировани  гамМаизлучени  - крива  6.

Измерени  проведены по чехлу рыхлых отложений 7, мощность которого по профилю измен етс  от 0,2 до 1,5 метров, что вызывает существенные флюктуации измер емой интенсивности гамма-излучени  при использовании способа ненаправленного в сторону забо  измерени  излучени  и практическую невозможностью четкого выделени  границы двух типов пород габоро 8 и гранодиоритов 9 по данным обычной шпуровой гамма-съемки. Анализ данных предложенного способа направленного детектировани  гаммаизлучени  показывает, что его результаты имеют повышенную точность за счет измерени  гамма-излучени  i oренных пород, при этом мощность рыхлых отложений 8 и содержание в них радиоактивных элементов мало вли ют на результаты измерений, а граница двух типов пород 9 и 10 разной радиоактивности выдел етс  с высокой точностью и достоверностью.

N,Unn./MUH H() / f .f(f

Claims (1)

1. СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД с применение экранированного спектрометрического детектора гаммаизлучения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и расширения возможностей применения, детектор экранируют в направлении детектирования, регист рируют интенсивность гамма-излучения в двух энергетических интервалах, первый из которых включает низкоэнергетическое гамма-излучение, а второй - высокоэнергетическое гамма-излучение, и по разности интенсивности гамма-излучения в указанных интервалах судят об интенсивности гамма-из лучения определяемых элементов в направлении детектирования.

   Фиа1