3.2 Методика активационного опробования медноколчеданных руд в скважинах

Работы следует начинать с определения границ руд­ного подсечения по оси скважины. Для этого с помощью

свободной жилы кабеля, несущего глубинный снаряд

станции РК, записывают токовую кривую или кривую ПС. Вслед за детализацией выявленного подсечения опреде­ляют глубины точек активации, после чего дальнейшие исследования выполняют в следующей последователь­ности.

1. Натуральный фон. В каждой из точек, подлежа­щих очередному активированию, определяют натуральный фон. Статистическая погрешность при этом не должна превышать 2—5 имп/мин, что обеспечивается измерением фона Ф в течение времени t_ф, равного Ф/4 или Ф/25 мин, соответственно. Приближенное значение фона следует на­ходить в первую минуту (две) измерений. Если измерения выполняют в рудных интервалах, представленных вкра­пленными разностями (характер руды устанавливают по кривым КС или МЭП), то натуральный фон в точках акти­вации определяют при двух положениях глубинного сна­ряда, соответствующих измерениям с экранированием и без него.

2. Активирование. После измерения натурального фона глубинный снаряд поднимают и к нему на специаль­ном тросике крепят приставку с источником нейтронов. Длина тросика должна гарантировать независимость по­следующих измерений от радиационного γ-излучения. Обычно расстояние между источником и центром ближай­шего счетчика выбирают равным 3 м. В тех случаях, когда опробуют достаточно мощные интервалы, активи­рование целесообразно выполнять одновременно в не­скольких точках с помощью гирлянды источников, что увеличивает производительность. При этом расстояние между смежными источниками (точками активации)

должно быть не менее 0,5 м; это исключает соседнее

влияние.В большинстве случаев, однако, полуметровый шаг измерений не является оптимальным. Опыт показывает, что линейные запасы, с учетом результатов измерений через 0,5 и 1,0 м, отли­чаются лишь на 5%. В некоторых случаях линейные содержания хорошо согласуются при еще больших рас­стояниях между точками активации, но при этом утрачи­ваются детали количественного распределения. Поэтому целесообразный шаг следует выбирать с учетом резуль­татов активационных измерений эталонного интервала. Опыт показывает, что при опробовании медноколчеданных

подсечений достаточным является расстояние между смеж­ными точками 1 м.

Устанавливать гирлянду источников в нужном поло­жении по оси скважины лучше при подъеме снаряда, соблюдая при этом высокую точность становления источников с помощью временных меток на кабе­ле. Начало активирования фиксируют в журнале.

3. Пауза. Величина паузы, зависящая от соотношения между полезным эффектом и короткоживущей помехой, применительно к опробованию медноколчеданных руд с типичным химическим составом равна ~8-10 ч. Паузу можно уменьшить в тех случаях, когда эффект Мn⁵⁶ связан только с реак­цией (п, р) (в руде отсутствует марганец). Для этого необходимо по возможности смягчить облучающий ней­тронный спектр. Соотношение между эффектом Сu⁶⁴ и Мn⁵⁶ может быть существенно улучшено, поскольку реак­ция Сu⁶³ (п, р) Сu⁶⁴ идет на тепловых, а Fе⁵⁶ (n, р) Мn⁵⁶ на быстрых нейтронах с порогом —2,9 Мэв.

На сплошных рудах измерения с экраном не обяза­тельны.

Рядовые измерения детектированного эффекта выпол­няют обычно для одного значения паузы. Изучение актив­ности во времени производят лишь при контрольных измерениях (например, каждой десятой точки). Важное значение при регистрации имеет набор необходимого числа импульсов для обеспечения заданной статистической точности. В целях исключения случайных ошибок целесообразно фиксирование промежуточных результатов. Значительный период изотопа Сu⁶⁴ позволяет, как правило, при измере­ниях не учитывать разницу между истинной и измеренной скоростью счета, однако при необходимости (длительное измерение малого эффекта с высокой точностью), такая поправка может быть внесена.

Наконец, при измерениях очень важно соблюдать, возможно, большую точность становления центра счетчика в точку активации. Количественно предельную ошибку в становлении счетчика можно оценить по кривой активационного профилирования. Однако такая оценка возможна лишь при условии постоянства фона по оси скважины, что, как правило, не отмечается.

Рис 2.

4. Регистрация наведенного эффекта для измерения детектированной активности могут быть использованы любые γ-каротажные станции. Предпочтительнее, конечно, стабильные приборы с высокой чувствитель­ностью, поскольку речь идет о количественных измере­ниях достаточно малых активностей. При активационном опробовании медноколчеданных вкрапленников целесо­образно использование спектрометрической аппаратуры, так как в данном случае необходимо раздельное опре­деление меди и натрия. Имеющийся опыт некоторых иссле­дователей (Г. С. Возжеников, В. Е. Бабенков) показывает, что надежные результаты при опробовании вкрапленных руд могут быть получены и с помощью серийной каро­тажной аппаратуры на газоразрядных счетчиках (КРТ, РАРК) путем точечных измерений с экранированием.

После измерения наведенного эффекта в каждой из активиро­ванных в предыдущую смену точек облучается следующая группа точек и т. д. Во время активирования обрабаты­вают полученные результаты.

5. Камеральная обработка. Она сводится к приведению результатов измерений к стандартным условиям и вычи­слению содержания меди через переходной коэффициент, связывающий между собой приведенную активность и содержание меди в руде. Наиболее надежно и просто этот коэффициент определяют сравнением линейных за­пасов меди в метрограммах (активационные измерения) с метропроцентами (керновое опробование) по эталон­ному интервал. Такой интервал обычно выбирают по одной из разведочных скважин, рудное подсечение в которой мощностью 5-10 м пройдено с достаточно высоким выходом керна. Распределение меди по эталон­ному интервалу, определенное на основе химических ана­лизов керна, необходимо проконтролировать повторными анализами дубликатов рудных проб. При удовлетвори­тельной сходимости интервал выбирают качестве эталонного, линейные запасы полезного компонента в кото­ром S_K подсчитывают в метропроцентах по формуле:

S_K=

P_n- среднее содержание полезного компонента в %, относящееся к l_n – части эталонного интервала.

Среднее содержание полезного компонента P_i в любом активационном интервале (~35 см)

P_i=I_i/f

Рис 3.

Тогда, считая изменение содержаний между смежными точками линейным, запасы полезного компонента по руд­ному подсечению в метропроцентах определяют из сле­дующего выражения:

6. Контроль точности измерений. Повторные измере­ния (10%) с последующим определением среднего зна­чения относительной погрешности являются внутренним контролем активационного опробования который по­зволяет судить о качестве технического исполнения работ. В отличие от рядовых контрольные измерения наве­денного эффекта целесообразно выполнять, во времени, что позволяет оценить «чистоту» детектирования по пе­риоду полураспада.

В качестве внешнего контроля могут служить сравни­тельные оценки линейных запасов по рудным под сечениям с абсолютным выходом керна. Несмотря на различие в представительности кернового и активационного опро­бования, опыт показывает, что при высоком выходе керна линейные содержания меди, определенные по результатам активации (S) и химических анализов (S_K), хорошо согласуются между собой . Поэтому разница между S и S_к ,отнесенная к среднему из них, является объективной оценкой точности активационного опробо­вания на медь.

4. Примеры использования нейтрон-активационного метода на медноколчеданных месторождениях

Впервые активационное опробование колчеданных руд в полевых условиях было осуществлено в 1957 г. на Султановском и Ново-Шайтанском месторождениях, где по рудным интервалам нескольких скважин изучали во времени наведенный эффект, вызванный облучением Ро + Ве источником мощностью —2 резерфорд .Несмотря на небольшой объем, результаты этих опытов оказались интересными, поскольку удалось различить серные и медные колчеданы непосредственно в сква­жинах.

В 1960 г. опытные исследования осуществляли по так называемой ускоренной методике, дающей возмож­ность без дополнительного активирования определять не только медь и натрий, но и алюминий , а также железо и связанную с ним серу . При этом содержание меди в руде определялось по изотопу Си⁶⁴, а количественное распределение Nа, Al, Fе и S соответственно через искусственно-радиоактивные продукты Nа²⁴, А1²⁸ и Мn⁵⁶. Ускоренные измерения проводили с помощью каротажной станции АЭКС-900, приспособленной для регистрации электрических и радиоактивных полей. С целью раздель­ного определения меди и натрия нижний счетчик в глу­бинном снаряде помещали в свинцовый экран, коэффи­циенты ослабления которого для фотонов Сu⁶⁴ и Na²⁴ были найдены экспериментом.

Технически работы выпол­няли в следующей последовательности:

1. С помощью свободной жилы кабеля, несущего глу­бинный снаряд, записывали кривую ПС, по которой опре­деляли положение рудного подсечения по оси скважины.

2. В каждой из точек, подлежащих активации, изме­ряли натуральный фон при двух положениях снаряда. Вначале с точкой активации совмещали центр экраниро­ванного, а затем неэкранированного счетчика. Расстояние между ними было 0,4 м.

3. Глубинный снаряд поднимали на поверхность и к нему на специальном тросике крепили приставку с источ­ником нейтронов активностью около 10⁷ нейтр/сек. Источник отстоял от центра ближайшего (экранирован­ного) счетчика на расстоянии 2,6 м.

4. Приставку с источником вместе с глубинным сна­рядом опускали в скважину. Источник устанавливали в верхней из точек, подлежащих активированию. Активи­рование продолжалось 1,5—2 ч.

5. Источник нейтронов вместе со снарядом опускали для активирования следующей точки на 3 м глубже, тем самым центр неэкранированного счетчика совмещали с центром только что облученного интервала.

6. Во время активирования каждой последующей точки в предыдущей регистрировался наведенный эффект во времени, связанный с одновременным распадом ряда искусственно-радиоактивных гамма-излучателей. Опыт показывает, что в течение 40—50 мин после снятия с облу­чения, успевают распасться практически все короткоживущие продукты, среди которых выделяется изо­топ А1²⁸. Эта часть кривой записывается автоматически на самописце ПАСК-8. После распада короткоживущих изотопов остается эффект, связанный в массивных колче­данах с изотопами Мn⁵⁶ и Сu⁶⁴, а во вкрапленных рудах с изотопами Мn⁵⁶, Сu⁶⁴ и Na²⁴. Суммарные эффекты этих продуктов промеряли по электромеханическому счетчику спустя 1-1,5 ч после снятия с облучения.

7. Снятие с активации. Активирование следующей точки и одновременное изучение наведенного эффекта в предыдущей и т. д. Активирование с одновременными промерами продолжалось до конца рабочей смены, после чего снаряд с источником поднимали на поверхность.

Обычно активировалось четыре точки за смену.

8. После ночной пау­зы, в течение которой практически полностью распадается изотоп Мn⁵⁶, в каждой из активирован­ных в предыдущую смену точек измеряли наведен­ный эффект, связанный в сплошных рудах с изото­пом Сu⁶⁴, во вмещающих породах с Na²⁴, а во вкра­пленных рудах с тем и другим вместе. Измерения проводили с экраном, что давало возможность раз­дельно определять медь и натрий во вкрапленных рудах.

9. Глубинный снаряд поднимали на поверх­ность, к нему крепили приставку с источниками нейтронов и начинался новый цикл активирова­ния, измерений и т. д.

Рис 4.

Пример опробования рудных интервалов ускоренной методикой по скв. 833 одного их месторождений Южного Урала.

Количественное распре­деление меди получено независимо от керна через коэф­фициент содержания, определенный по эталонному интер­валу 95,6-109,45 м скв. 600 (рис.2)Линейные запасы меди в интервале 96,5—108,2 м скв. 833 составляют

по данным активационного опробования 46,7 м %, отли­чаясь от результатов выполненного позднее, кернового опробования по относительной погрешности на 13,6%. Такая погрешность объясняется в основном статистиче­скими ошибками при регистрации наведенного эффекта и разницей в представительности кернового и актива­ционного опробования. Сравнивая эти результаты, нельзя не учитывать неточностей химического анализа кернового материала. Мы имели возможность оценить ошибку хи­миков лишь по эталонному интервалу, где разница по анализам проб и их дубликатов превышает 17%. Характер распределения натрия и алюминия по интервалу 96,5— 108,2 м свидетельствует о практически сплошном, мас­сивном оруднении. Это же обстоятельство подтверждается спокойным поведением кривой распределения железа и связанной с ним серы.

Результаты бескернового определения линейных запа­сов меди по интервалу 82,0—92,0 ж скв. 48 резко отли­чаются от данных кернового опробования, составляя 44,4 против 18,25 м%. Такую разницу погрешностями анали­зов объяснить нельзя. До кривой ПС (рис. 4) отчет­ливо фиксируется руда в интервале 82—92 м, в то время как по керну рудное подсечение выделяется в пределах 86,9—94,2 м. По кривым КС, записанным на этой же скважине другой станцией, рудный интервал также отби­вается в пределах 82—92 м. Таким образом, в данном случае при бурении пропущено 2,7 м руды, что привело к существенному занижению линейных запасов меди. Количественное распределение алюминия по этому интер­валу свидетельствует о его вкрапленном характере. Это же подтверждается низким содержанием железа и серы по сравнению с интервалом 96,5—108,2 м скв. 833. Для оценки точности активационного анализа были выпол­нены контрольные измерения в объеме 10%. При этом относительные ошибки в определении содержания меди по различным активационным интервалам колеблются от 1,5 до 25,6%, составляя в среднем ~12%.

Примеры произ­водственного применения активационного опробования на Молодежном месторождении Челябинской области.

Следует отметить, что по нескольким скважи­нам этого месторождения линейные запасы меди были определены активацией значительно раньше, чем это было выполнено но керну. При последующем сравнении оказа­лось, что разница в линейных запасах меди по активации и керну колебалась от 3,5 до 25%, составляя в среднем около 15%. Учитывая преимущественно вкрапленный характер оруденения (влияние натрия) и сравнительно бедные концентрации меди (низкий эффект), такую точ­ность следует признать хорошей.

Рис. 5. График количественного распределения меди по результатам (1) кернового и (2) активационного опробования по скв. 536