Файл: Заворотько Ю.М. Методика и техника геофизических исследований скважин учеб. пособие.pdf

Т а б л и ц а 16

Так как горные породы облучаются мягкими гамма-квантами, то преобладающим взаимодействием их с горными породами -будет являться фотоэффект. Линейный коэффициент фотопоглощения про­ порционален Z ^ 5 (эффективный атомный номер) и плотности среды 6П и обратно пропорционален энергии гамма-излучения источника [2, 3, 28, 29, 53]'.

Средние значения Z3ф для различных сред следующие: вода — 7,72; уголь каменный — 6,92; песчаник — 12,89; глина — 13,07; мергель — 14,74; известняк — 15,13; гранит — 13,64; пирит — 21,6; хромит — 22; магнетит — 23,2; халькопирит — 24,6; барит — 45,6; галенит — 77,2; киноварь — 76. Как видно из приведенных данных, на кривой ГГК-С угольные пласты среди вмещающих пород (глины, лесчанпки, известняки) будут отмечаться максимальными показа­ ниями, а руды тяжелых металлов — минимальными. В общем слу­ чае зависимость между интенсивностью рассеянного мягкого гаммаизлучения и Z3ф среды отличается от линейной. Однако для руд определенного вещественного состава и энергии гамма-излучения можно подобрать такие источники гамма-квантов, при использова­ нии которых обеспечивается максимальная чувствительность метода и линейность зависимости / тѵ = / (Z3ф). Например, при изучении железных руд, хромитов, сульфидных руд с небольшим 2эф (пирит, халькопирит) целесообразно использовать источники l70Tu, І23Те, при изучении бедных свинцовых и ртутных руд — 75Se, а богатых — 13?Сз.

Метод ГГК-С в интегральном варианте дает хорошие результаты в том случае, если руды отличаются постоянством вещественного •состава и равномерным распределением рудных элементов. На место­ рождениях, характеризующихся одновременным изменением плот­ ности руд и их эффективного атомного номера, применение одного метода (ГГК-П или ГГК-С) не всегда эффективно [1]. Если в методе

154

і

ГГК-П вещественный состав руд не оказывает существенного влия­ ния на результат измерений, то в методе ГГК-С влияние плотности ничуть не меньше, чем в методе ГГК-П. Примерно в одинаковой сте­ пени в обоих методах влияет изменение мощности промежуточной зоны (воздушный промежуток или слой бурового раствора между, прибором вблизи зонда и стенками скважины). Влияние промежуточ­ ной зоны можно уменьшить путем применения зонда с выносным блоком, в котором источник и индикатор прижимаются к стенкам скважины (прибор РУР-1).

В методе ГГК-С, так же как и в методе ГГК-П, применяют такие размеры зондов (инверсионные зонды), в которых регистрируемая интенсивность рассеянного гамма-излучения не зависит от плотности среды. Область инверсии зависит от плотности и вещественного состава среды и типа применяемого источника и определяется выра­

и др. [32] рассмотрены примеры применения инверсионного зонда с источником 7fiSe на железорудных месторождениях Кривого Рога. Учитывая, что плотность железных руд бп «=: 3 г/см3,,размер инвер­ сионного зонда для данного случая и источника 75Se должен быть равен 4 см. Так как .глубинность метода ГГК-С при работе с инвер­ сионным зондом не превышает. 1,0—1,5 см, то на показания кривой оказывает существенное влияние толщина глинистой корки и неров­ ности стенок скважины, однако предложенный вариант метода может, быть использован для предварительной оценки содержания железа в разрезах скважины.

Уменьшить влияние изменения диаметра скважины, плотности и текстуры пород на кривую ГГК-С при разведке на руды тяжелых металлов можно путем одновременного применения двух зондов, одип из которых должен иметь размер L x<; Lm (дбинвереионный зонд), а другой — Z,2 > Lm (заинверсионный зонд). Так как в доинверсионном зонде зависимость между интенсивностью рассеян­ ного гамма-излучения и плотностью среды прямая, а в заинверсионном — обратная, то двойной зонд позволяет взаимно скомпенсиро­ вать изменение плотности пород. Аналогично можно подобрать двойной зонд и для исключения влияния диаметра скважины, так

При использовании двойного зонда в рудных скважинах с источни­

диаметра скважин от 4 до 23 см не сказывается на результатах изме-' рений, т. е. интенсивность рассеянного гамма-излучения будетопределяться содержанием тяжелых элементов в породе [8].

Наиболее благоприятные результаты дает метод ГГК-С при иссле­ довании однокомпонентных руд тяжелых металлов (свинца, ртути *

155.

сурьмы, железа). Руды сложного состава методом ГГК-С расчленить на отдельные компоненты невозможно, но зато он позволяет выделить зону оруденения общей аномалией минимальных показаний.

Хорошие'результаты дает метод ГГК-С на угольных месторожде­ ниях. Поскольку вмещающие породы угольных месторождений имеют практически постоянный химический состав (Ъщ = 12 -і-15), то кривая ГГК-С не'дифференцирует их на отдельные литологиче­ ские разности, зато уверенно выделяет угольные пласты и углистые породы, четко отражая их строение. Так как величины Z3(р глини­ стого раствора и вмещающих пород лгало различаются, влияние каверн на показания кривой ГГК-С несколько меньше, челг на кривую ГГК-П. При диаметре и протяженности каверн 25—30 см

30 см, диаметр раскрытия 25 с.м), прижимаемом к стенке скважины, и экранированы свинцом со стороны бурового раствора. Однако локальные каверны, протяженность которых меньше длины вынос­ ного блока, будут отмечаться па кривой ГГК-С аналогично угли­ стым и слабоуглистым породам. Применение лгетода ГГК-С. в ком­ плексе с электрическими методами каротажа и кавернометрией дает возможность однозначно выделять угольные пласты, опреде­ лять их мощность, строение, глубину залегания и зольность [33].

Как указывалось выше, метод ГГК-С не позволяет однозначно выделять отдельные компоненты в рудах сложного состава, содержа­ щих тяжелые элементы, поэтому определение природы аномалий селективного каротажа — довольно сложная задача, особенно тогда, когда наряду с полезными компопепталга в разрезах скважин при­ сутствуют элементы больших порядковых номеров, которые при достаточной концентрации создают ложные анолгалии. В этом случае применяют селективный каротаж в спектральном варианте (ГГК-СС) или рентгено-радиометрический каротаж (PFK).

Известно, что если энергия гамма-квантов соизмерима с энергией Ек связи электрона с ядром на оболочке К (табл. 17), то гаммакванты испытывают максимум поглощения (так называемый К- скачок или «провал»). При полной передаче энергии гамма-кванта одиоліу из электронов атома на К-оболочке электрон захватывается ядром или покидает электронную оболочку. Выбивание электрона гамліа-кваитом с той или иной электронной оболочки происходит в том случае, если энергия гамма-кванта превосходит величину потенциала ионизации этой оболочки [2, 25, 29]. В результате этого атом оказывается возбужденным и возвращение его в норліальное состояние сопровождается характеристическим рентгеновским излучением (несколько линий К-серии: а г, а2> ß і>ßз^ ßз)-

- Регистрация характеристического рентгеновского излучения по стволу скважины и составляет сущность РРК. Для получения характеристического рентгеновского излучения необходимо, чтобы энергия Ек возбуждающего гамма-излучения была несколько больше энергии Ец. Отличительной особенностью метода РРК является то,

156

ври определении ртути не влияет на количественную оценку ртут­ ного и сурьмяного оруденения. При больших концентрациях «меша­ ющих» элементов количественные содержания ртути и сурьмы зна­ чительно занижаются [9, 34].

Количественные определения элементов по способу спектраль­ ных отношений требуют предварительного градуирования аппара­ туры при помощи образцов-эталонов с известным содержанием ис­ следуемого элемента. Применение РРК в варианте спектральных отношений и наличие коллимационных отверстий у источника и детектора, вмонтированных в выносном блоке и экранированных со стороны скважины, значительно уменьшает влияние неровностей стенок скважины, бурового раствора и рассеянного гамма-излуче­ ния на результаты измерений. Влияние рассеянного гамма-излуче­ ния на показания кривой РРК минимально в том случае, если угол между коллимационными каналами равен 90°. Однако отклонение от этого угла на 20—30° не влияет на чувствительность метода РРК. Оптимальный диаметр коллимационного канала детектора должен быть 8—10 мм.

На величину спектрального отношения ф существенное влияние оказывают материал и толщина корпуса скважинного прибора. Лучше всего для изготовления зондов использовать текстолит или другой материал с невысоким атомным номером. При использовании текстолита толщиной 3—4 мм или алюминия толщиной 5 мм ано­ мальный эффект уменьшается соответственно на 6—7% и 25—30%. Недопустимо изготовлять стальные корпуса установок, так как величина ф при этом уменьшается почти вдвое.

Существенным недостатком методов РРК и ГГК-СС является их малый радиус исследования (не более 1—1,5 см для тяжелых металлов) и влияние неравномерности (дискретности) оруденения. при которой наблюдается значительное поглощение гамма-излуче­ ния во вмещающей среде.

Наибольшая чувствительность метода РРК к концентрации того или иного элемента в породе будет иметь место в том случае, если энергия гамма-квантов источника превышает энергию связи элек­ трона К-оболочки в 2,0—2,5 раза. Поэтому для возбуждения анали­ тических линий олова, сурьмы, бария рекомендуется применять источники 170 Tu или 123Те, а для вольфрама, ртути, свинца, вис­ мута — 75Se, 133Ва, 203Hg.

Метод РРК обладает достаточным порогом чувствительности (примерно 0,2—0,4%) для элементов с порядковым номером Z — =' 50 -f- 85j что вполне достаточно для подсчета запасов полезных ископаемых. Однозначное выделение угольных пластов можно успешно осуществить комплексным применением методов ГГК-С и ГГК-СС [51]. При регистрации гамма-излучения в области энер­ гий 40—60 кэВ значительно уменьшается влияние плотностного эффекта, а следовательно, кавернозности скважин, и повышается чувствительность методов к изменению 2Э . Пользуясь отношением к = А г}А2 (где А г и А 2 — амплитуды аномалий спектрального и

158