论文导读：地浸采铀工艺具有成本低廉、环境污染小、对矿床品味要求低等特点，地浸砂岩型铀矿是我国现今和未来一段时间内找矿的重点领域。但因为铀矿测井和油气测井研究对象的不同，二者必然在仪器灵敏度、性能取舍、标定方法、纵向分辨率等具体技术细节上存在一些差异。因此油气田测井企业必须在放射性仪器的探头选型、标定、死时间校正、放射性平衡修正等方面加强研究，使之符合铀矿测井的要求。

　　关键词：铀矿，放射性测井，标定，放射性平衡修正，死时间校正

　　前言

　　地浸采铀工艺具有成本低廉、环境污染小、对矿床品味要求低等特点，地浸砂岩型铀矿是我国现今和未来一段时间内找矿的重点领域。

　　该类型铀矿的工程技术手段与油气田开发相似，都是采用钻井沟通地面和矿体，通过测井确定矿体空间位置、评价矿体有无开采价值，通过井筒将油气或含矿流体采到地面加以利用，整个过程不移动含油气（铀）的岩石[1]。

　　铀矿开发部门统计认为，在地浸采铀矿山的井场工作中，地球物理综合测井的工作量，几乎占总工作量的70％以上，它时刻以“眼睛”的作用指导着地浸采铀工艺过程中的生产管理、技术管理和工艺试验，以的有限的投入为地浸采铀带来巨大的效益[2]。

　　1 铀矿测井与油气田测井的联系和差别

　　目前国内铀矿测井界提供的测井系列主要是自然伽马、中子、密度、三侧向电阻率、声波时差、自然电位等，此外还有还有固井质量检查、井径、井斜等工程测井（铀矿测井称为机械测井）[2]。这些测井系列油气田测井企业都可以提供。

　　铀矿测井资料主要用来进行岩性识别、地层划分、泥质含量估算、沉积环境的初步判定，准确确定铀矿体空间位置、品位、厚度等，以及确定套管安装情况、固井质量等[3]。其中自然伽马测井极为关键，是最主要的评估铀含量的的测井方法。

　　铀矿测井在资料采集和解释方面和油气田测井工作极为相似，均需进行储层岩性识别、孔隙流体识别，计算砂岩层的孔隙性、渗透率等储层参数，在工程测井方面，都需要提供井径、井斜、固井质量资料。但因为铀矿测井和油气测井研究对象的不同，二者必然在仪器灵敏度、性能取舍、标定方法、纵向分辨率等具体技术细节上存在一些差异。

　　石油测井设备为寻找石油和天然气而设计，对耐温、耐压性能要求高，仪器均有较大的极距和厚重的外壳，纵向分辨率以及伽马探头的灵敏度与铀矿测井所需要的不同。

　　具体到伽马测井上，石油测井的自然伽马曲线是用大尺寸（一般为40×50mm、40×80mm）、高灵敏度的探头测量的，其死时间一般较长、而且是可变的，用API单位的记录与计数率之间联系不密切，一般相当于泥页岩放射性强度3倍的计数率可以定量使用，5倍通常是石油测井仪计数率的极限。

　　铀矿测井则强调仪器的纵向分层能力要强，对横向探测深度要求不高，要求伽马仪器的探头的死时间短、能量分辩率较高、测量的动态范围大、计数率准确等等，探头往往需要用到10×10mm这样小尺寸的晶体。

　　因此油气田测井企业必须在放射性仪器的探头选型、标定、死时间校正、放射性平衡修正等方面加强研究，使之符合铀矿测井的要求。

　　此外，因为铀矿层强烈的天然伽马射线，会对补偿密度测井产生影响，必须进行修正，补偿中子测井不受铀富集的影响，可以直接应用到铀矿开发中。

　　2 自然伽马测井的标定及各项校正

　　2.1 探头标定

　　铀矿测井工作中计算矿层铀含量的基本方法是总自然伽马法，记录的单位是脉冲数/秒（cps/s），不使用石油测井通用的API刻度体系。根据仪器测量的计数率来计算目的层的铀含量（单位通常为ppm或 ％eU3O8 ），总伽马测井计数率与铀当量的关系式为： ，

　　其中：：为井中厚度为T的矿层中平均当量铀含量；

　　A :为经过修正的长度为T的伽马曲线之下的面积，单位为“计数率－长度”，即为对计数率曲线进行长度（T）积分；

　　K:为换算系数。

　　因此为了在计数率和铀含量之间建立直接换算关系，必须知道仪器的K系数。K系数是在模型上标定测井仪时测定的比例常数，测定该系数必须使用已知铀含量的模块来进行，美国能源部和中国核工业集团均有各自的标定模块。

　　中国核工业集团为了满足地浸砂岩型铀矿测井的需要，专门建了一套量值范围能覆盖我国砂岩型铀矿的测井模型， 其中包括1个低铀（<0.01%U）测井模型， 4个不含铀砂岩测井方模型和4个含铀砂岩测井模型， 扩展了原有伽马测井模型的铀含量量值范围， 能满足低品位砂岩型铀矿测井要求， 能校准用于测量地层密度和孔隙度等的裂变中子测并仪， 可测定铀矿层对密度测井的影响系数等。

　　同油气田测井规范要求一样，每支伽马测井仪器均需进行进行单独标定，并定期校验，不可以借用同类型仪器的转换系数。仪器在更换晶体、光电管、高压电阻等关键部件后，以及调节电路的脉冲门槛等参数后也需要重新进行标定。

　　2.2 死时间校正

　　现代自然伽马测井仪的探头均由NaI晶体和光电倍增管构成，NaI晶体在接收到伽马射线后产生光信号，经光电倍增管放大后送入电路进行处理，这个过程需要一定的时间，在前一个射线处理完之前，仪器不能处理另外的事件，这段时间一般被称为“死时间”。而放射性辐射是一种随机事件，因此总会出现这样一种情况，即后一个脉冲距前一个脉冲很近，电路无法把它区别和记录下来，造成脉冲丢失，导致铀矿层和厚度解释带来误差[4]。

　　死时间长度是衡量伽马仪器探头一个重要指标，死时间越长，丢失的脉冲越多。油气井测井遇到的高放射性层的情况不多，而且对于精确记录天然射线的脉冲数没有很严格的要求或需求，所以对死时间问题不太关注，实际测井资料也不进行死时间修正。

　　但是在铀矿测井领域，脉冲数是直接和铀含量直接相关联的一个关键参数，所以铀矿测井对自然伽马仪器探头的精度有严格要求，每支仪器均需进行死时间测定，并在此基础上进行测量结果的死时间修正。

　　死时间的测定有双模型法和双源法等方法，基本原理都是通过测定已知计数率的模块或放射性源，记录实际计数率，根据真实计数率和实际测量值之间的关系，利用数学方法求取死时间。

　　死时间修正公式： ，其中：N为真实计数率值，cps/s；n是仪器记录的计数率，cps/s；是探头死时间，秒。

　　正常情况下如果一个探头的死时间是100-300 微妙，那么当测量层的伽马计数率超过300cps/s时，应该对测量结果进行修正。

　　需要注意的是，死时间修正只是一种概率修正，即修正后的N是正确值的概率较其是不正确值的概率为高。

　　2.3 放射性平衡修正

　　因为铀在衰变时不放射可被探测的伽马射线，所以无法利用伽马测井直接测算铀含量，测井探测到的与铀有关的伽马辐射主要来自铀238系第8、第9位衰变子体Pb206（铅）和Bi214（铋），即只有约2％的伽马射线来自铀组（238铀至230钍），98％的伽马射线来自镭组（226镭至206铅），因此使用伽马测井方法计算铀含量有一个重要前提是：铀与其可探测子体的数量之间直接相关，即该系列处于放射性平衡状态，铀元素本身（母体）没有与其衰变产物（子体）发生空间上的分离。

　　但实际上因为铀在地层容易发生淋失或迁移，但其可探测的衰变子体却总是留在原地，不容易迁移，此时放射性平衡会被破坏，用伽马测井方法计算的铀含量会偏高。因此，使用伽马测井资料计算铀含量必须要注意放射性平衡问题。

　　解决放射性平衡问题有二种办法：

　　一是在放射性平衡地区，该用裂变中子测井方法计算铀含量。该方法的是利用235铀的受中子轰击会发生裂变的特性，用中子发生器以脉冲形式发射能量为14MeV的中子进入地层，接收人工造成的裂变中子，从而实现对铀的直接探测，彻底消除了放射性失衡带来的测量误差[5]。

　　这种方法的成本较高，目前国内尚未见到该技术应用的报道。

　　二是利用岩心化验资料摸清区域放射性平衡破坏情况，建立修正系数图版。

　　具体方法是：利用岩心样本在实验室采用化学分析方法测定铀含量（U，％U3O8），用有自然伽马仪器在井中测量计数率，并使用该仪器的K系数，计算铀当量（eU，％eU3O8），则平衡系数。

　　实际上，需要使用大量的试验结果进行统计回归分析，确定地区平衡系数，以便消除岩心取样以及测量带来的误差。一般具体矿床的放射性失衡情况是稳定的，采取的抽样调查的方式建立上述平衡系数，并对测量结果进行修正仍然可以取得满意的效果。

　　2.4 非标准井眼环境校正

　　钻井过程中井眼如果发生严重垮塌，或者钻井液中含有重晶石等伽马射线吸收物质，会对自然伽马测量结果产生影响，这些井眼环境因素一般会使测量值偏低，需要对坏井眼井段的测量结果进行校正。

　　石油测井对坏井眼条件有充足的考量，各大测井仪器供应商均提供有和仪器匹配的井眼和钻井液校正图版，在各种测井解释系统的预处理模块中均可以调用这些图版对测井资料进行令人满意的校正，一般不需另外进行修正。另外，井径小于8英寸的井眼中，井径变化的校正一般是不重要的[7]。

　　3 铀矿层天然伽马计数率对补偿密度测井的影响及修正办法

　　补偿密度测井是一种伽马测井，一般采用137铯作为伽马源，其伽马射线的能谱是单能，为0.62MeV，仪器设计上一般将激发阈值定为0.1-0.3MeV，以去除光电效应的干扰[6]。在普通地层，天然伽马射线计数率较低，而且与刻度时的环境差别不大，通过仪器刻度可以有效消除天然放射性干扰，正常情况下不足以对密度测井值产生太大影响。

　　但在铀矿层，天然放射性极强，地层中几种重要的天然放射性物质（214Pb、214Bi、40K等）的伽马能谱主要在0.2-1.46MeV之间，与铀有关的几种放射性元素其谱峰更是集中在1MeV以下，因此地层铀含量高时，极高的天然伽马射线会突破密度仪器探头的能量阈值，同时对长、短道计数率造成干扰，进而对密度值产生影响。在鄂尔多斯铀矿测井实践中已经发现了由此原因导致的密度曲线畸变现象[8]，图1中的140－150m井段，可以明显观察到与铀富集有关的密度曲线畸变。因此在使用长、短道计数率计算地层体积密度前，必须对测量值进行修正。

　　图1 鄂尔多斯一口钻井中的密度曲线畸变现象[8]

　　根据密度测井的原理，可以采用如下方法进行校正：首先正常进行密度测井，取得有源状态下长、短道计数率曲线，然后仪器提出地面卸掉伽马源后，在铀矿层再次测井，取得无源状态下的长、短道计数率曲线，即取得探头在矿层的本底计数率曲线，从有源状态下的长、短道计数率曲线上扣除本底值后，在地面调用仪器刻度再次计算体积密度值，应该就可以消除天然伽马放射性的干扰。

　　如果累计的资料多了，可以对自然伽马仪器记录的伽马计数率曲线和补偿密度仪器记录的无源状态下的计数率曲线进行统计分析，计算二者的转换系数，这样就可以避免二次下井。

　　结论

　　油气田测井企业完全具备介入地浸砂岩型铀矿的技术和设备条件，但需要在设备选型、仪器标定、伽马测井的各项校正、密度测井值修正等方面进行深入研究，使之符合铀矿测井的需求。

　　参考文献：[1] 余水泉 等。铀资源勘查地球物理测井现状与今后主要的任务[J].铀矿地质。第20卷第1期，2003年3月

　　[2] 刘则尧 许暑生李仲秋。地球物理综合测井技术在我国地浸采铀矿山的应用[J]. 铀矿冶。第18卷 第1期。 1999年2月

　　[3] 地浸砂岩型铀矿地球物理测井规范。 核行业标准。标准号：EJ/T 1162-2002 ，国防科工委 2002年发布

　　[4] 于铭强 译 .铀矿测井方法[M]. 原子能出版社。1988年

　　[5] W.W.Givens著，霍全明 译。 探测铀矿的瞬变中子测井[J]. 国外测井技术。第5卷第2期。 1990年

　　[6] 黄隆基 .放射性测井原理[M]. 石油工业出版社。1985年

　　[7] B.L. 劳森 等主编 .自然伽马、中子和密度测井[M]. 石油工业出版社。1987年

　　[8] 梁齐端 .鄂尔多斯盆地北部地区矿层密度测井曲线畸变原因分析[J] .铀矿地质。 第2l卷第2期，2005年3月