一种井中铜镍矿产品位测量装置及方法与流程

本发明涉及金属矿产勘探领域，尤其涉及一种井中铜镍矿产品位测量装置及方法。

背景技术：

目前对金属矿产勘探的手段主要包括航空物探、地面物探及综合测井方法，利用这些方法可对矿体可能埋藏的位置、规模和产状做出判断，了解矿体在地下的分布和延伸情况。针对金属矿产品位确定方法，常采用对矿体和围岩进行系统的取样和分析，了解矿体和围岩的物质成分。

瞬发伽马中子活化分析技术(pgnaa)常应用于地面的在线金属矿产品位计算，利用pgnaa技术在井中测量过程中，中子源发射快中子进入井眼和地层，与矿产金属元素发生辐射俘获反应，产生俘获特征伽马射线，被探测器记录，通过在俘获伽马能谱上截取特征能窗的方法获取金属元素特征伽马计数，利用伽马能窗计数与金属品位的拟合关系，最终计算得到金属矿产品位。常见铜镍金属矿产中，铜镍铁元素常相互伴生聚集成矿，以铜镍硫化物矿床为例，其矿石中的金属矿物以磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿为主。因此，利用能窗法获取不同元素特征俘获伽马计数的过程中，易受到相互之间特征伽马射线的影响，特别是，铁、铜、镍三种金属元素产生的俘获伽马射线均集中与7.0-9.5mev处，会对伽马产额计算结果产生较大影响。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过在井中采集不同深度的伽马能谱和热中子计数信息，根据特征伽马产额与热中子计数的比值确定金属矿产品位井中铜镍矿产品位测量装置及方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种井中铜镍矿产品位测量装置，包括井下设备和地面数据处理设备，所述井下设备包括壳体，壳体内自下而上依次设置有d-t可控中子源、钨屏蔽体、clyc双粒子探测器和遥测短节。

优选地，所述壳体为钛钢筒状壳体。

一种井中铜镍矿产品位测量方法，采用如上所述的一种井中铜镍矿产品位测量装置，包括以下步骤：

步骤一：d-t可控中子源以脉冲形式向地层发射快中子，clyc双粒子探测器同时探测俘获伽马能谱和热中子计数，遥测短节将测量得到的数据上传至地面数据处理设备；

步骤二：截取7.0-9.5mev处的俘获伽马能谱，利用最小二乘方法，计算得到铜和镍元素的伽马产额；

步骤三：根据伽马产额/热中子计数与铜镍金属矿产品位的线性关系，计算得到铜镍金属矿产品位。

优选地，所述步骤一中的d-t可控中子源脉冲周期为400μs，一个脉冲周期内，0-40μs发射快中子，40-400μs快中子停止发射。

优选地，所述步骤一中的clyc双粒子探测器探测周期和d-t可控中子源脉冲周期一致，探测周期为400μs，一个探测周期内，0-50μs停止探测，50-400μs探测热中子和俘获伽马能谱。

优选地，所述步骤三中的铜镍金属矿产品位计算时，伽马产额-热中子计数比值与铜镍金属矿产品位的线性关系在刻度井中获取。

本发明具有如下有益效果：本发明利用可控d-t可控中子源，一个clyc双粒子探测器，同时测量俘获伽马能谱和热中子计数，避免了化学中子源对操作人员的，减少了热中子通量对伽马产额的影响，克服了铜、镍、铁等元素产生的俘获伽马计数之间的相互影响，可提供连续深度的铜和镍金属矿产品位，有益于金属矿产勘探的定量化，提升了金属矿产勘探效率。

附图说明

图1为井中铜镍金属矿产品位测量结构原理示意图；

图2为铜、镍、铁三种金属元素在7.0-9.5mev处的俘获伽马能谱；

图3为模拟井条件下，伽马产额-热中子计数比与铜镍金属矿产品位的关系图；

图4为铜镍金属矿产品位井中测量效果图。

其中，1为d-t可控中子源，2为钨屏蔽体，3为clyc双粒子探测器，4为井眼，5为遥测短节，6为金属矿藏，7为矿藏围岩，8为壳体，9为地面数据处理设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，一种井中铜镍矿产品位测量装置，包括井下设备和地面数据处理设备9，井下设备和地面数据处理设备9通过电缆相连，井下设备包括壳体9，壳体9为钛钢筒状壳体，壳体9内自下而上依次设置有d-t可控中子源1、钨屏蔽体2、clyc双粒子探测器3和遥测短节5。

上述测量装置在井眼4中进行连续深度的测量，井眼4周围为金属矿藏6，或者金属矿藏围岩7。

上述d-t可控中子源1发射中子的平均能量约为14mev。

上述clyc双粒子探测器3对伽马光子探测的能量分辨率约为4.1％(相对cs-137的0.662mev伽马射线)。

上述clyc双粒子探测器3利用晶体中的⁶li同位素与热中子作用产生带电粒子，实现热中子的测量。

一种井中铜镍矿产品位测量方法，采用如上所述的一种井中铜镍矿产品位测量装置，包括以下步骤：

步骤一：d-t可控中子源1以脉冲形式向地层发射快中子，clyc双粒子探测器3同时探测俘获伽马能谱和热中子计数，遥测短节5将测量得到的数据上传至地面数据处理设备9；

步骤二：截取7.0-9.5mev处的俘获伽马能谱，利用最小二乘方法，计算得到铜和镍元素的伽马产额；

步骤三：根据伽马产额/热中子计数与铜镍金属矿产品位的线性关系，计算得到铜镍金属矿产品位。

步骤一中的d-t可控中子源1脉冲周期为400μs，一个脉冲周期内，0-40μs发射快中子，40-400μs快中子停止发射。

步骤一中的clyc双粒子探测器3探测周期和d-t可控中子源1脉冲周期一致，探测周期为400μs，一个探测周期内，0-50μs停止探测，50-400μs探测热中子和俘获伽马能谱。

步骤三中的铜镍金属矿产品位计算时，伽马产额-热中子计数比值与铜镍金属矿产品位的线性关系在刻度井中获取。

如图2所示，铜、镍、铁三种金属元素在7.0-9.5mev能量范围伽马计数分布的不同，建立元素标准谱矩阵a，矩阵的每列数据代表某种金属元素在不同能量道的伽马计数，矩阵每行数据代表不同金属元素。将测量得到的7.0-9.5mev能量范围伽马计数设为向量x，按照式(1)计算各金属元素伽马产额y。

y＝(a^ta)^-1a^tx(1)

计算得到各元素的伽马产额之后，可以利用式(2)计算同一深度点处的各金属矿品位。

其中，gi为第i种金属矿产品位，yi为第i种金属元素伽马产额，nn为热中子计数，k1和k2为线性拟合系数。

如图3所示，利用上述金属矿产测量方法与装置，在模拟井条件下，测量得到的伽马产额-热中子计数比值与不同铜镍金属矿产品位的线性关系图，可以看出，伽马-热中子计数比与金属矿产品位具有较高的线性关系，根据该线性关系，可计算得到金属矿产品位。

如图4所示，为本发明的井中测量效果图，第一道为深度；第二道为地层岩性剖面，第三道为计算得到铜和镍金属元素伽马产额和热中子计数，第四道为计算得到的镍金属矿产品位(虚线)和理论镍金属矿产品位(灰度充填)，第五道为计算得到的铜金属矿产品位(虚线)和理论铜金属矿产品位(灰度充填)。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。