对于铀矿勘探与地浸采铀而言,铀矿伽马测井主要是解决放射性矿产资源的储量估算问题,即通过γ测井数据,快速确定地层铀(镭)、钍、钾等放射性元素含量沿钻孔的分布规律,进而获得放射性矿产(特别是铀矿)储量估算所需的基础数据。
铀矿伽马测井
在井孔中对铀矿开展的γ辐射测量,以此获得含铀地层释放的γ射线及其沿钻孔的分布规律,进而解决地层铀含量或其他地学问题的方法。又称井中γ总量测量。
- 英文名称
- uranium gamma-ray logging
- 又称
- 井中γ总量测量
- 所属学科
- 地质学/地质资源与地质工程
γ射线能量和γ照射量率是最重要的两个物理量。铀矿伽马测井是测量自然γ射线在较高能区所产生的γ照射量率总量,或者在较高能区内的特征γ射线的能谱计数率(称为γ能谱测井),以此获得放射性核素的总含量(称为当量铀含量)。
γ测井仪获取的基本数据是γ射线与井中探测器相互作用所形成的脉冲计数,其中铀矿γ测井仪将获取0.4兆电子伏以上全能区内的γ射线所形成的脉冲计数率。因此,采用该γ测井仪实施γ照射量率或能谱测量时,首先必须建立γ射线能量(E)与脉冲幅度(V,或能谱道址CH)之间的关系,即完成该γ测井仪的能量刻度;同时,还必须建立脉冲计数率(N,单位时间内的脉冲计数)与照射量率之间的关系,即完成该γ测井仪的γ照射量率刻度。在U系、Th系、40K放射的特征γ射线中,这些γ射线的能量均不超过2.8兆电子伏,考虑仪器的能谱漂移,该γ测井仪的能区上限设计为3兆电子伏即可;对于铀矿γ测井而言,该类γ总量测井仪的能区下限设计很有讲究,一般设计约为0.4兆电子伏。即按照0.4~3兆电子伏确定该测井仪的全能区,即γ总量测井仪只有这一个能区,因而只能反映全部放射性核素的“总含量”,称其为当量含量。
从U系和Th系的放射性平衡特点可知,Th系仅需70余年就可建立放射性平衡,可认为自然界的Th系始终处于放射性平衡;但U系需250万余年才能建立放射性平衡,很难确定自然界的U系是否处于放射性平衡。由此可见,测量U系的γ总量推算铀含量,因其镭(氡)子体的γ照射量率贡献占97%以上,由此推算的铀含量风险很大,一般都需要进行放射性平衡修正(主要是铀镭平衡修正,甚至有镭氡平衡修正)。为此,中国铀矿《γ测井规范》要求:采用γ测井进行铀矿定量时,必须在30%以上的矿段进行岩心取样和化学分析,并以此求得矿段内的铀镭平衡系数(对于γ总量测井还需求得矿段中Th系和40K贡献的γ照射量率),进而修正γ测井的铀矿定量解释结果。可见,铀矿γ测井很难直接测铀,主要反映镭(氡)子体的γ照射量率。
采用该类γ总量测井的铀矿定量方法,或许还能去掉更多的干扰因素。对于能量小于0.4兆电子伏的γ射线低能区,不仅占有很高的自然γ射线份额,而且高能γ射线在低能区产生较大的康普顿散射效应,因而地层差异带来的影响因素也会引起较大的计数率偏差。因此,占份额很高的低能区自然γ射线并不适用于铀矿定量。研究发现:如果将能区下限提高到0.4兆电子伏,对于纯铀矿定量而言,此时的γ总量测井只有214Bi的γ射线贡献,也就是该类γ总量测井只反映了214Bi的含量,相比此时的γ能谱测井,其干扰因素可达最小化。
在不同的应用领域,常将γ照射量率换算为诸如辐射剂量、源活度、核素含量等物理量,此时必须建立脉冲计数率与这些物理量之间的换算关系,称为γ测井的仪器刻度或仪器标定。仪器刻度是井中γ测量中的一项重要内容,其目的是求取刻度系数,也就是将仪器的脉冲计数率换算为其他物理量的转换系数,因而又称为换算关系。对于不同的应用领域,应采用不同的刻度方法。刻度方法的正确与否,直接影响测井解析结果的准确度。
扩展阅读
- 章晔,华荣洲,石柏慎.放射性方法勘查.北京:原子能出版社,1990.