Способ направленного детектирования гамма-излучения горных пород

(71) Свердловский орденКрасного Знамени горныйим. В.В. Вахрушева(53) 550.85(08 (56) Нагля В.В Радиометрическ ческие методы 1982с. 238-2Шашкин В.Я, тинных руд по Атомиздат, 197 ков Л.И.о-геофизиМ., "Недра",ие ралиоакучению,М 265. 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ д)4 С О 1 Ч 5/00; С 01 Я 23/(54) (57) СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД с применение экранированногоспектрометрического детектора гаммаиэлучения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности и расширения возмошностей применения, детектор экранируютв направлении детектирования, регистрируют интенсивность гамма-излученияв двух энергетических интервалах,первый из которых включает низкоэнергетическое гамма-излучение, а второй - высокоэнергетическое гамма-излучение, и по разности интенсивностигамма-излучения в указанных интервалах судят об интенсивности гамма-излучения определяемых элементов в направлении детектирования11221 30 В этом способе для отделения гамма-излучения исследуемого участка породы от мешающего излучения сдседних пород используют либо радио- метры направленного приема, либо обычные полевые радиометры, детектор которых помещают в свинцовый экран, имеющий прорезь со стороны исследуемой породы.В этом случае для выделения гамма- излучения исследуемого участка к нему прикладывают открытой стороной 50 55 Изобретение относится к области ядерно-геофизических и радиометрических методов опробования горных пород и может быть использовано в геолого-разведочной практике при поисках и разведке месторождений радиоактивных элементов, а также в комплексе с другими ядерно-геофизическими методами разведки.Известен способ детектирования 1 О гамма-излучения горных пород,. в частности, в шпурах и скважинах, заключающийся в измерениях интенсивности гамма-излучения радиометром с неэкранированным детектором. Недостаток 15 этого способа состоит в том, что на детектор попадает излучение от довольно большого объема горной породы, на фоне которого невозможно выделить излучение отдельных исследуемых участков.В частности, невозможно выделить излучение призабойной области шпура, изучение которой представляет наибольший интерес, т.к, излучение при забойной области шпура несет информацию о содержании радиоактивных элементов в породах, которые еще не пересечены шпуром и залегают ниже или дальше) его забоя. Невозможность направленного измерения интенсивности гамма-.излучения от приэабойной части шпура приводит к разубоживанию руды при опробовании взрывных шпуров на месторождениях руд (эа счет отпалки пустых пород при чрезмерном заглублении шпуров) или к пропуску первичных ореолов рассеяния радиоактивных элементов в коренных породах при поисках месторождений. 40Наиболее близок к изобретению способ направленного детектирования гамма-излучения горных пород с применением экранированного спектрометрического детектора гамма-излучения. 262экран с детектором радиометра и производят два намерения интенсивностиизлучения: первое - с открытой прорезью в экране, а при втором измерении про 1 езь закрывают специальнымсвинцовым вкладышем. Разница междупервым и вторым измеряемыми и характеризует излучение исследуемого участка.Описанный способ прост и достаточно точен, что обеспечивает его широ"кое распространение при поисках иразведке месторсцкдения радиоактив"ных руд.Однако этот способ имеет ограниченную производительность иэ-за необходимости двух измерений в однойточке и не применим при гамма-опробовании горных пород в шпурах ограниченного диаметра,где невозможно поместить детектор радиометра с экраном,а бурение шпуров большего диаметраэкономически невыгодно,Цель изобретения - повышение производительности и расширение возможности применения способа направленного детектирования гамма-излучениягорных пород.Цель достигается тем, что в способе направленного детектированиягамма-йзлучения горных пород с применением экранированного спектрометрического детектора гамма-излучения, детектор экранируют в направлении детектирования, регистрируютинтенсивность гамма-излучения в двухэнергетических интервалах, первый изкоторых включает низкоэнергетическоегамма-излучение, а второй - высокоэнергетическое гамма-излучение, ипо разности интенсивностей гаммаизлучения в указанных интервалах судят об интенсивности гамма-излученияопределяемых элементов в направлениидетектирования.При регистрации интенсивности гамма-излучения в каждом из энергетических интервалов учитывают чувствительность детектора к излучению даннойэнергии и ослабление излучения припрохождении его через экран. В предложенном техническом решении в отличие от известных для выделения излучения исследуемой области на фоне мешающего излучения соседних участков детектор экранируют не со стороны мешающего излучения, а наоборот, со стороны исследуемой области, 3 1122 Экранирование детектора от исследуемой области приводит к тому, что с этой стороны экраном поглощается низкоэнергетическая составляющая гамма- излучения и на детектор попадает толь. 5 кб гамма-излучение достаточно высокой энергии, прошедщее через экран, тогда как от вмещающих пород на детектор попадает все гамма-излучение, как низких, так и высоких энергий. Это 1 О создает необходимое различие в энергии излучения исследуемой. области и соседних участков, что и выявляют по разности интенсивностей гамма- излучения в двух энергетических ин тервалах: низкоэнергетическом, интенсивность в котором характеризует вклад окружающих пород, и высокоэнергетическом, интенсивность в котором определяет, преимущественно, 20 вклад исследуемой области.На фиг. 1 изображен датчик для шпурового гамма-опробования по предложенному способу и геометрия измере-. ний излучения исследуемой области 25 и окружающих пород; на фиг. 2 - энергетическое распределение гамма-излучения исследуемой (призабойной) области шпура и окружающих пород на фиг. 3 - диаграмма направленности ЗО приема излучения датчика шпурового , гамма-опробования в предложенном способе; на фиг. 4 - результаты применения предложенного способа гамма- опробования при картировании контакта горных пород с различным содержанием радиоактивных элементов под слоем наносов.Датчик шпурового гамма-опробования согласно предложенному способу 4 п (см.фиг.1) содержит так же, как и в способе - прототипе, металлический защитный корпус 1, в котором размещены сцинтилляционный детектор гамма- излучения 2 и фотоэлектрический умножитель,(фЭУ) 3. В отличие от прототипа, здесь же располагается экран 4, поглощающий низкоэнергетическое излучение со стороны забоя шпура, Экран 4 имеет форму круглой пластины и изготовлен из материала с большой плотностью, например, свинца.Полный дифференциальный спектрестественного гамма-излучения горных пород при его непосредственной регистрации открытым детектором в диапазоне энергий до 500 кэВ приведен на фиг. 2 - кривая 11 Д ) . Иаксимум 126 4спектра располагается в диапазоне энергии порядка 100 кэВ и соответствует многократно рассеянным в горных породах гамма-квантам. Интенсивность рассеянного излучения зависит от эффективного атомного номера горных пород Е . Для исключения влияния Е на определение содержания радиоактивных элементов применяют либо дискриминацию рассеянного гамма-излучения, т,е. регистрацию гамма-квантов с энергетическим порогом200-250 кэВ, либо поглощение рассеянного излучения специальным экраном, роль которого играет металлический корпус 1 датчика (сталь плюс небольшой, до 1,5 мм, слой свинца). После прохождения металлического корпуса спектральное распределение гамма-квантов от горных пород имеет форму, пример которой приведен на1фиг. 2 - кривая 1(3 ) . При поглощении рассеянного излучения металлическим корпусом энергетический порог регистрации может быть установлен на уровне Е, порядка 20-40 кэВ (фиг.2), что повышает стабильность измерений, Пороги Е, и Е, по измеряемой интенсивности излучения для своих условий измерений являются эквивалентными.Для создания различия в формах регистрируемых спектров гамма-излучения от окружающих пород М (3, ) или Н (3, ) и от пород призабойной области Й ( Д ) или Й (3 ) детек тор излучения спектрометрического типа, например, сцинтилляционный детектор 2 на фиг. 1, экранируют от излучения пород призабойной области экраном 4, толщину которого выбирают такой, чтобы в области низкоэнергетического гамма-излучения спектр гамма-квантов, проходящих. на детектор через экран от призабойной области, существенно отличался от спектра излучения окружающих пород. Примеры спектров приведены на фиг.2; Й(3) для открытого детектора и й(3) для детектора в металлическом корпусе.При выше сформулированных условиях измерений осуществляют регистрацию интенсивности гамма-излучения в двух энергетических интервалах спектра излучения. Энергетические интервалы регистрации выбирают таким образом, чтобы вклады излучения1127В реальных условиях измерений (фиг.1) присутствуют не только иэлу 1 чения 3,и 3, но и излучения 3и 3 , гамма.-кванты которых проходят через часть тощины экрана 4 (3 - 1в малой степени, 3- в большей степени), поэтому фактические коэффициенты К и Е будут несколько отличаться от чисто теоретических, рассчитанных по спектрам на фигуре 2, т.е. 10 иметь эффективные значения и определять соответствующую эффективную направленность приема гамма-излучения по формуле (3), которая, как и в датчиках направленного приема, харак териэуется угловой чувствительностью и пример которой приведен на фигуре 3. Эффективный угол направленности приема излучения датчика, определя-, ющий размеры зоны опробования в при забойной области, соответствует углу щ (относительно оси датчика) на половине максимума угловой чувствительности датчика опробования. Как видно из фиг.3, способ обеспечивает 25 четкую направленность гамма-опробования на призабойную область. Эффективный угол направленности зависит от соотношения размеров (диаметров) детектора 2 и экрана 4, расстояния 30 между центрами детектора и экрана, и дополнительно может изменяться путем изменения энергетических интервалов регистрации интенсивностей П, и п (через соответствующее изменение коэффициентов Е и, в первую 126 8очередь, 6 7 Я, ) и изменением толщины экрана (через изменение коэффициента К ).На фиг. 3 приведены результаты лабораторного измерения угловой чувствительности датчика, на фиг. 4 - сравнительные результаты измерений при проведении профильной шпуровой гамма-съемки известным способом - кривая 5 и предложенным способом направленного детектирования гамма- излучения - кривая 6.Измерения проведены по чехлу рыхлых отложений 7, мощность которого по профилю изменяется от 0,2 до 1,5 метров, что вызывает существенные флюктуации измеряемой интенсивности гамма-излучения при использовании способа ненаправленного в сторону забоя измерения излучения и практическую невозможностью четкого выделения границы двух типов пород - габоро 8 и гранодиоритов 9 по данным обычной шпуровой гамма-съемки. Ана" лиз данных предложенного способа направленного детектирования гамма- излучения показывает, что его результаты имеют повышенную точность за счет измерения гамма-излучения коренных пород, при этом мощность рыхлых отложений 8 и содержание в них радиоактивных элементов мало влияют на результаты измерений, а граница двух типов пород 9 и 10 разной радиоактивности выделяется с высокой точностью и достоверностью.1127126 орректор В. Бутяг актор Н. К Техред М,Хо одписн оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 6054/1 Тираж ВНИИПИ Государственног по делай изобретений 113035, Москва, Ж, Ра