王殿學,余水泉,黃笑
(1.核工業(yè)二四三大隊,內(nèi)蒙古 赤峰 024000;2.中國鈾業(yè)有限公司,北京 100013)
核能作為清潔能源,在改善能源結(jié)構(gòu)和“減排”方面顯得尤為重要,是我國能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[1-2]。鈾礦資源作為核工業(yè)發(fā)展的“基石”,是保障核能發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[3]。我國鈾礦地質(zhì)找礦工作始于1955 年,六十多年來,國內(nèi)大多數(shù)鈾礦床是利用核地球物理勘探技術(shù)發(fā)現(xiàn)的[4]。γ測井技術(shù)作為鈾礦地質(zhì)勘查的主要手段之一,是在鉆孔內(nèi)確定鈾礦體空間位置、品位及厚度的關(guān)鍵技術(shù)[5]。鈾礦勘查中使用的“伽馬測井”是指伽馬總量(定量伽馬)測井,為凸顯其特殊性最終定義為“γ測井”,它不同于石油、煤炭等系統(tǒng)使用的“自然伽馬測井”。我國γ測井技術(shù)從無到有,經(jīng)歷了引進借鑒、自主完善和創(chuàng)新發(fā)展等階段,儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)處理水平不斷提高,標準體系的構(gòu)建得以不斷健全完善。下面將在γ測井的儀器設(shè)備、方法技術(shù)、測井模型、解釋修正和技術(shù)標準五方面,回顧總結(jié)我國γ測井技術(shù)發(fā)展歷程及其發(fā)展現(xiàn)狀和主要研究成果,并對我國γ測井技術(shù)未來發(fā)展進行了展望,旨在供同行討論,統(tǒng)一觀念進一步促進γ測井技術(shù)的發(fā)展[6]。
20 世紀50 年代,從開始使用蘇制測井儀到仿制完成第一代電子管電路的FD-107 型γ測井儀。1969年由原二機部國營二六三廠(現(xiàn)上海申核電子儀器有限公司,以下簡稱上海申核)自行設(shè)計并研制完成FD-61型輕便γ測井儀,1979年完成對FD-61 型測井儀的改進,并定型為FD-61K型γ測井儀[7]。FD-61K型γ測井儀探測部分傳感器采用的是三只伽馬計數(shù)管和分立電路組成。主機采用分立元件,模擬信號率表顯示數(shù)據(jù)。受伽馬計數(shù)管探測靈敏度和精度較低的影響,低品位礦層難以準確測量。
20世紀80年代,隨著國內(nèi)NaI晶體和光電倍增管產(chǎn)品等電子技術(shù)的日趨成熟,電子元器件的性能和質(zhì)量得以大幅度提升,上海申核開始研制高靈敏度的第二代γ測井儀,型號定為FD-3019。FD-3019型γ測井儀探測部分采用NaI晶體作為傳感器,器件體積小且靈敏度高,儀器生產(chǎn)采用小規(guī)模集成電路、閾值統(tǒng)一和防散射工藝技術(shù),通過長期的模型標定和實際應用,經(jīng)專家鑒定FD-3019型γ測井儀其技術(shù)性能和指標完全達到鈾礦勘查技術(shù)要求,從而取代了原FD-61K 型γ測井儀。FD-3019 型γ測井儀的研制成功,實現(xiàn)了γ測井數(shù)字化、高精度測量,提高了γ測井數(shù)據(jù)的可信度。
受當時電子技術(shù)水平的限制,測井儀與地面測量系統(tǒng)之間采用電纜進行模擬信號傳輸,傳輸信號存在形變、衰減和傳輸死時間等問題。隨著數(shù)字化和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,自2000 年至2006 年各鈾礦勘查單位將原有的FD-3019 型γ測井儀接入地球物理測井系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化自動傳輸,大量的實驗和實踐證明取得了較好的效果,避免了模擬信號因傳輸過程受影響而產(chǎn)生的測量不精準的缺點。到2007年,γ測井儀的傳輸方式也由模擬傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字傳輸,稱為FD-3019 數(shù)字傳輸型γ測井儀,γ測井儀與地面測量系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理及顯示上采用計算機、模塊化集成電路及大屏液晶數(shù)顯。2020年,F(xiàn)D-3019數(shù)字傳輸型γ測井儀前端采用NaI晶體傳感器作為探測組件不變,外形也逐漸趨于小型輕便化,儀器精度不斷提高,性能更加的穩(wěn)定,與地球物理測井儀各參數(shù)組合使用,更適應現(xiàn)代野外測井高效率化的特點。γ測井儀經(jīng)歷了“引進、仿制和自主改進”的過程,現(xiàn)已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
1927 年9 月5 日測井技術(shù)誕生于法國,并很快得到推廣應用[8]。核測井作為測井技術(shù)的三大支柱之一,誕生于1930 年,并隨著核技術(shù)的發(fā)展和礦產(chǎn)勘查的需求而迅速發(fā)展起來[9]。核測井主要包括伽馬測井、中子測井和核磁測井三大類。我國自1955 年組建鈾礦地質(zhì)隊伍開展鈾礦勘查以來,一直采用γ總量測井(γ測井)技術(shù)和方法,提交的360余個鈾礦床全部使用γ測井確定鉆孔內(nèi)鈾礦層位置、厚度及品位等參數(shù),并全部采用γ測井解釋結(jié)果計算和提交鈾資源儲量[10],不需要通過礦心取樣和化驗分析來確定礦石品位和厚度,部分礦心取樣分析主要用于與γ測井解釋結(jié)果比對和確定鈾鐳(氡)平衡系數(shù)。實踐證明,γ測井是一種快速、經(jīng)濟、準確、實用的現(xiàn)場定量測量方法。
γ測井作為鈾礦地質(zhì)勘查過程中一種基本的井下核地球物理測井方法,利用FD-3019數(shù)字傳輸型γ測井儀沿鉆孔測量巖層和礦體的放射性強度,其能量測量范圍為(400 keV~3 MeV),測量結(jié)果為每秒的計數(shù)(cps)??衫肍D-3019 探管檢定給出的換算系數(shù)與死時間進行計算,確定鈾礦層(體)空間位置、厚度及品位,屬于放射性平衡狀態(tài)下的鈾含量“間接定量”技術(shù)[11]。
目前γ測井的測量方式有兩種,一種是點測,另一種是連續(xù)測井。法國于1960 年開始研究連續(xù)測井和相關(guān)的儀器設(shè)備,隨著電控設(shè)備自動化程度的不斷提高,絞車由恒速電動機驅(qū)動,速度由數(shù)字測井采集系統(tǒng)控制,測井深度則由滑輪和光電碼盤記錄電纜移動的長度。1984年,渭南煤礦專用設(shè)備廠引進美國MT.SOPRIS 系列Ⅲ數(shù)字測井生產(chǎn)技術(shù),經(jīng)吸收和改進后生產(chǎn)出TYSC 系列數(shù)字測井儀器系統(tǒng)[12]。20 世紀90 年代中葉,煤田測井技術(shù)和設(shè)備被引入到地浸砂巖型鈾礦找礦工作,促使我國鈾礦γ測井實現(xiàn)了連續(xù)測井,極大地提高了γ測井的精度和效率[13]。
地球物理測井工作主要是通過地球物理測井儀器觀測并記錄鉆孔內(nèi)地層巖性的各項參數(shù),從而解決各種地質(zhì)找礦問題。20世紀50年代末,光電碼盤和絞車控制器還未出現(xiàn)前,γ測井設(shè)備主要由γ測井儀和地面操作系統(tǒng)構(gòu)成,γ測井還處于模擬測井階段[14]。測井電纜采用鋼卷尺測量距離,以1~5 m 為間距做好固定標記,電纜標記經(jīng)過一段工作時間后需要進行檢查。井場測井則采用人工手搖電纜進行,到達井場先安裝電纜絞車和井口滑輪,與電纜平行地放置1 m 長標準尺一把,用于丈量測井深度。測量方式則采用由下而上逐點進行測量,點距根據(jù)地層放射性強度來確定,在放射性正常地段測量點距為1 m,增高地段點距為0.20 m,放射性異常地段(礦、礦化)點距為0.10 m。通常測井至少由3個操作人員共同完成,一個人員操作儀器并記錄,第二個人員負責測量電纜深度,第三個人員負責電纜的上提或下放。該階段測量深度和測量結(jié)果的精度有限,測井效率也很低。
20 世紀60 年代中期,測井數(shù)據(jù)記錄技術(shù)進入了數(shù)字自動記錄階段,測井設(shè)備主要由地面絞車控制器、綜合數(shù)控測井系統(tǒng)、絞車、光電碼盤、電纜、滑輪和下井儀等組成[15]。測井設(shè)備由電纜連接著下井儀(探管)、地面絞車控制器和綜合數(shù)控測井系統(tǒng),絞車控制器主要控制絞車的上升、下降以及速度,同時綜合數(shù)控測井系統(tǒng)通過電纜向下井儀供電和發(fā)送信號,絞車電纜的長度則由光電碼盤記錄下來與下井儀記錄信號一同傳輸至地面綜合數(shù)控測井系統(tǒng)。測井開始前,先安裝好滑輪,滑輪分為天滑輪和地滑輪,天滑輪的位置應位于井口正上方,地滑輪需正對絞車滾筒中心。天滑輪的位置應能使電纜盡量垂直入井,以減少電纜的磨損。在測井過程中,天、地滑輪的位置應保持固定,以免造成深度誤差。開展地球物理測井工作時,測井起始深度零點應與鉆探的零點統(tǒng)一,零點對齊后,下放(上提)下井儀開始測井工作,實現(xiàn)了自動連續(xù)測井。20 世紀70 年代中期,計算機被應用于測井現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理,標志著地球物理測井步入了數(shù)控測井時代[16],20 世紀70 年代中葉,由計算機和測井設(shè)備組成的數(shù)字測井系統(tǒng)才被引入砂巖型鈾礦勘查中,γ測井實現(xiàn)了數(shù)控測井?,F(xiàn)階段,γ測井已實現(xiàn)了數(shù)字化傳輸,并以時間域進行數(shù)據(jù)采集,采樣點間距最小可在0.01~0.05 m 之間,極大地提高了γ測井工作的效率和測量結(jié)果的精度。
自1955 年鈾礦地質(zhì)勘查工作開展以來,我國在石家莊核工業(yè)航測遙感中心建立了國家放射性儀器標定系列模型,其全稱為γ測井模型標準裝置,以下簡稱“γ測井模型”,主要用于放射性儀器換算系數(shù)和其他相關(guān)參數(shù)的刻度(圖1)。
圖1 γ測井模型標準裝置Fig.1 Standard device of γ logging model
γ測井模型始建于20世紀70年代,依據(jù)IAEA 174 號技術(shù)報告相關(guān)要求建造了系列模型若干個,并于1983 年7 月通過部級鑒定,成為我國一級標準模型,填補了國內(nèi)空白[17]。20世紀90 年代,鈾礦地質(zhì)勘查工作重心由南方“硬巖型”鈾礦轉(zhuǎn)向北方“砂巖型”鈾礦,又建造了若干個含鈾、釷、鉀等放射性核素的γ測井模型,以滿足生產(chǎn)需求,該系列γ測井模型總數(shù)達13 個?!笆濉逼陂g,隨著我國鈾礦地質(zhì)勘查高品位鈾礦的陸續(xù)發(fā)現(xiàn),2014 年又新建了2 個高鈾含量γ測井模型[18]。γ測井模型標準裝置主要分為鈾、釷、鉀、本底和混合五類,共計15個模型,是我國迄今為止唯一的γ測井模型標準裝置[19]。各γ測井模型按統(tǒng)一的規(guī)格建造,其外形邊長為1.20 m,高為2.40 m,中心設(shè)置有內(nèi)徑為95 mm 的井孔用于放置γ探管[20]。模型自上而下為上圍巖層、輻射體源和下圍巖層,輻射體源為棱長1.20 m 的立方體,上、下圍巖層厚度為0.60 m。γ測井模型主要由含天然放射性鈾、釷、鉀元素的礦粉、石英砂、水泥和水按一定比例配比攪拌后澆筑而成,模型外表、頂蓋和井內(nèi)孔壁則用環(huán)氧樹脂密封。國內(nèi)使用的γ測井探管均需要通過γ測井模型的標定,經(jīng)檢定合格的γ探管才能用于鈾礦地質(zhì)勘查中的γ測井工作。
γ測井解釋首先需要將測井數(shù)據(jù)經(jīng)過加工整理繪制出曲線,然后對繪制出的曲線進行分析和解釋,實現(xiàn)對鈾礦(化)層空間位置、厚度和品位的確定[21]。
γ測井異常曲線解釋方法可分為兩大類,即平均含量法和分層解釋法。
20 世紀50 年代,平均含量法被最早提出用于γ測井曲線的定量解釋。我國在鈾礦地質(zhì)勘查初期,所使用的γ測井儀和γ測井儀的換算系數(shù)均由蘇聯(lián)提供,按蘇聯(lián)的γ測井規(guī)程要求,長期采用平均含量法確定礦層厚度和品位[22]。所謂的平均含量法是根據(jù)γ測井異常曲線形態(tài)劃分出礦層的邊界,確定礦層厚度,用確定的礦層厚度和曲線異常面積計算出礦層的平均鈾含量,即平均品位。首先,平均含量法需要將γ測井所采集到的計數(shù)率根據(jù)儀器換算系數(shù)轉(zhuǎn)換成照射量率,依據(jù)深度和照射量率繪制出γ測井曲線圖;然后,依據(jù)解釋γ測井曲線確定礦層的厚度,礦層厚度的確定有三種方法,分別為二分之一最大γ照射量率法、五分之四最大γ照射量率法和給定γ照射量率法[23];最后,通過異常面積的求取來計算出礦層的平均品位。平均含量法以往因礦體形態(tài)復雜且γ測井曲線的繪制、礦層厚度的確定、異常面積的計算等均采用人工解釋計算,解釋工作量大導致無法快速、準確地進行礦層鈾含量定量計算。直到20 世紀80 年代初,分層解釋法的引入,平均含量法的應用才逐步被分層解釋法所替代[24]。
分層解釋法是將異常段分成厚度為0.10 m不同含量的單元層解釋,可揭示礦層內(nèi)鈾含量的詳細分布,并且可以實現(xiàn)按不同品級圈出礦層。其方法分為解線性方程組的分層解釋法(迭代法、逆矩陣法等)和反褶積分層解釋法兩種。逐次迭代分層解釋法于20 世紀60 年代初由美國學者提出,并編制了GAMLOG 計算機程序。到了20 世紀70 年代初,逆矩陣法被提出,但均未得到推廣應用。70 年代末,反褶積技術(shù)的出現(xiàn),促使三點反褶積方法應用于γ測井定量解釋。我國則是在20 世紀70 年代末引進逐次迭代法和逆矩陣法分層解釋技術(shù),并在此基礎(chǔ)上提出了矩陣分解法。直到20 世紀80 年代初,反褶積法被引入我國[25],之后便在鈾礦地質(zhì)勘查中得到廣泛地應用與研究,經(jīng)大量的研究與生產(chǎn)實踐相結(jié)合,提出了多種反褶積法,如:五點反褶積法、七點反褶積法等。在此期間,核工業(yè)地質(zhì)局組織了“鈾礦γ測井分層解釋方法研究”和“γ測井分層解釋理論、技術(shù)與軟件系統(tǒng)”等項目的開展與實施,其研究成果為分層解釋的全面推廣及應用奠定了堅實的基礎(chǔ)。1991 年分層解釋技術(shù)已被收錄于《γ測井規(guī)范》(EJ/T 611—91)中[26]。目前硬巖型鈾礦常采用三點反褶積法定量解釋,砂巖型鈾礦則常采用五點反褶積法定量解釋。
軟件方面,東華理工大學湯彬教授于1989年基于固態(tài)Basic 語言計算機編寫了反褶積程序,各生產(chǎn)單位因當時不具備相應的硬件設(shè)施,從而未得到推廣應用[27]。核工業(yè)二一六大隊于2002 年開發(fā)完成五點反褶積解釋軟件,核工業(yè)二七〇研究所于2007 年開發(fā)完成三點反褶積解釋軟件,核工業(yè)二〇三研究所于2005 年完成測井資料自動化解釋系統(tǒng)的開發(fā)[28],這些解釋軟件先后通過部級鑒定并應用于鈾礦地質(zhì)勘查中。2014 年,中國核工業(yè)地質(zhì)局組織核工業(yè)二〇三研究所、核工業(yè)二七〇研究所、核工業(yè)二四三大隊等單位聯(lián)合研發(fā)了“鈾礦測井資料處理解釋系統(tǒng)”,將γ測井規(guī)范中的五種解釋方法集成到系統(tǒng)軟件中,適用于不同性質(zhì)鈾礦層的解釋,從而更加快速準確地在測井現(xiàn)場確定鈾礦層品位、厚度和空間位置[29]。
20世紀50 年代鈾礦勘查初期,γ測井技術(shù)從蘇聯(lián)引進,同時按蘇聯(lián)的規(guī)程要求進行γ測井解釋,其中包括放射性平衡的計算及修正。隨著國內(nèi)鈾礦勘查的推進,積累了大量的實驗數(shù)據(jù),1958 年《放射性伽瑪測井方法》一書中,提出了泥漿和套管吸收的修正、平衡破壞和射氣擴散的修正[30]。1963 年《伽瑪測井規(guī)范》系統(tǒng)性地闡述了γ測井的誤差修正[31],包括了套管和沖洗液、釷和鉀元素、平衡位移、射氣擴散的修正。1983 年γ測井系列模型的建成,促進了γ測井試驗的開展,積累了大量的實測數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗,提升了影響γ測井解釋因素的研究程度,鈾鐳平衡系數(shù)新概念被創(chuàng)新提出。歷經(jīng)數(shù)年,影響γ測井結(jié)果因素的確定及修正方法得以全面發(fā)展,并在1991 版《γ測井規(guī)范》中作了明確的規(guī)定。
常見的修正有:鐵、水吸收系數(shù)(井液吸收系數(shù))、鈾鐳平衡系數(shù)、射氣系數(shù)、鐳氡平衡系數(shù)、釷和鉀元素的干擾修正、濕度修正等。γ測井儀因自身對輻射的響應存在一定的恢復時間,恢復時間的存在將直接使高品位γ測井計數(shù)率偏低,從而使γ測井解釋出的鈾含量偏低,因此在γ測井解釋時還必須進行死時間的修正。
γ測井是沿鉆孔井深記錄測量地層每個點的放射性總強度,影響其記錄的數(shù)值大小因素較多。影響γ測井結(jié)果因素可分為兩類:直接影響和間接影響兩種。夾在地層與探管之間,對γ射線具有吸收作用的泥漿、水、套管等,這些因素將直接影響到γ測井結(jié)果。間接影響γ測井結(jié)果的有以下三點:
1)具有較好的水飽和孔隙度的砂巖型鈾礦,常因鉆探施工對地層原環(huán)境的破壞導致的“壓氡效應”,鐳氡出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。硬巖型鈾礦常常出現(xiàn)鉆孔內(nèi)無井液,礦層射氣的逃逸,二者均導致γ測井解釋結(jié)果偏低;
2)γ測井的本質(zhì)是測量氡及其子體的含量,然后換算成鈾鐳平衡狀態(tài)下鈾的含量。實際情況是,鈾的成礦期較晚,鈾、鐳因本身化學性質(zhì)不同,受地層地球化學環(huán)境的影響,鈾與鐳往往會產(chǎn)生空間分離,平衡遭到破壞,出現(xiàn)“鈾鐳不平衡”現(xiàn)象,影響γ測井解釋結(jié)果;
3)天然放射性元素的232Th、40K 對γ測井的干擾,常常會出現(xiàn)γ測井“假”異常。以上影響因素都在鈾礦勘查γ測井數(shù)據(jù)處理解釋中得以修正。
我國20 世紀50 年代鈾礦勘查初期,γ測井使用前蘇聯(lián)提供的《伽瑪測井規(guī)程》,采用平均含量法解釋礦體厚度和品位,測井儀器和換算系數(shù)也由蘇聯(lián)提供。該《伽瑪測井規(guī)程》是由Т.Ф.依瓦申科和А.К.奧夫欽尼柯夫編寫,1954 年出版,蘇聯(lián)專家提供給中國后,由當時地質(zhì)部三局于銘強翻譯,朱志祥審校(圖2)[32]。該規(guī)程涵蓋了準備儀器和裝備進行工作、鉆井上的工作、測井結(jié)果的編錄和整理、γ測井曲線圖的定量解釋等四個部分,建議在巖礦心采取率很低的鈾礦床采用γ測井資料進行儲量估算。1960 年下半年蘇聯(lián)專家全部撤走以后,二機部三局于1961 年在總結(jié)前期經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,借鑒蘇聯(lián)版本,補充修訂了我國第一部《伽瑪測井規(guī)程》(1961 版)[33],共101 條內(nèi)容,新增加了換算系數(shù)的確定方法,對測量放射性平衡系數(shù)的要求進行了補充,明確了沖孔時間和電纜標定誤差等問題,并且對釷、鉀含量干擾的修正進行了詳細規(guī)定。1963 年9 月,三局根據(jù)中國鈾礦床特征和實踐經(jīng)驗,制定了《伽瑪測井規(guī)范》(1963 版)。該規(guī)范分為序言、測井儀器設(shè)備及測井前的準備工作、井場工作方法及質(zhì)量檢查、測井資料的整理、測井曲線的定量解釋、測井解釋的誤差修正、測井結(jié)果的驗證、成果報告、技術(shù)安全和勞動保護、生產(chǎn)管理和附件十一個部分,對γ測井工作全流程進行了規(guī)定,增加了γ測井的中間測井、重復測井和檢查測井等環(huán)節(jié)測井內(nèi)容,進一步完善了γ測井勞動安全和管理等內(nèi)容。按照規(guī)范要求隨著當時鈾礦勘查的需要,1969 年研制了γ測井儀器和裝備,使鈾礦地質(zhì)隊伍的測井裝備國產(chǎn)化、輕型化,適應了小口徑鉆探的需要,儀器采用國內(nèi)實測的換算系數(shù)進行測井解釋。
圖2 歷年γ 測井規(guī)范Fig.2 Versions of γ logging specification over the years
20 世紀70 年代末γ測井分層解釋技術(shù)的引進和國家γ測井模型標準裝置的建立,在方法技術(shù)全面發(fā)展的情況下,γ測井規(guī)范的修訂就顯得勢在必行。1991 年,在趙廷業(yè)主持下,對1963 版《伽瑪測井規(guī)范》進行了全面的修訂,編寫了新的《γ測井規(guī)范》(EJ/T 611—91),主要起草人為趙廷業(yè)、狄覺齋、湯彬、劉富寶、杜建農(nóng)。該標準增加了標準模型井和固體點狀鐳源對γ測井儀的標定,以確定γ測井換算系數(shù);新采用反褶積理論和技術(shù)規(guī)范了分層解釋。從20 世紀90 年代中葉開始,鈾礦勘查開始逐步由南方硬巖型鈾礦轉(zhuǎn)向北方中新生代盆地地浸砂巖型鈾礦地質(zhì)工作,2000年以來,在張金帶的組織和支持下,逐步建立起地浸砂巖型鈾礦勘查技術(shù)標準體系。于2005年,修訂了1991 版《γ測井規(guī)范》(EJ/T 611—91),增加了地浸砂巖型鈾礦床γ測井的內(nèi)容,刪除淘汰了FD-61K 型γ測井儀器的相關(guān)內(nèi)容,2005 版《γ測井規(guī)范》(EJ/T 611—2005)一直沿用至今。
我國γ測井技術(shù)發(fā)展至今,是從無到有逐漸發(fā)展起來,經(jīng)歷了由引入學習到逐步建立和掌握,形成了我國特色完整的γ測井體系,大部分測井儀器和設(shè)備已國產(chǎn)化,方法技術(shù)和理論也得到不斷改進和完善,但與世界發(fā)達國家仍存在一些差距,今后的一段時間內(nèi)可能其主要發(fā)展方向有:
1)伴隨著電子技術(shù)和電子計算機的飛速發(fā)展,γ測井技術(shù)已趨于成熟。測井設(shè)備電子元器件的模塊化,外形逐步的小型輕便化,數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化和多功能一體化,高性能半導體探測器也逐漸取代了早期的氣體探測器和閃爍探測器,促使儀器的準確性和穩(wěn)定性得以顯著的提升,測井技術(shù)也歷經(jīng)了模擬、數(shù)字、數(shù)控和成像測井四個階段,γ測井也逐步從手搖電纜測井轉(zhuǎn)變?yōu)殡S鉆γ測井、光纖γ測井和無線γ測井,終將發(fā)展成以數(shù)據(jù)中心為核心,數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡為手段的γ測井數(shù)據(jù)采集實時遠程傳輸。
2)γ測井解釋方法與理論的不斷完善,γ測井解釋已由手工繪制γ測井曲線圖定量解釋鈾含量,轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎丬浖詣臃謱咏忉尅a槍Σ煌V層特點采用不同解釋方法以確定礦層鈾含量,而“鈾礦測井資料處理解釋一體化網(wǎng)絡平臺”的研發(fā),將使γ測井解釋在方法選擇上實現(xiàn)智能化,進一步提高γ測井解釋結(jié)果的準確性。
3)在全球節(jié)能減排的大形勢下,鈾礦地質(zhì)勘查對γ測井的需求逐年增加,γ測井技術(shù)迎來多元化發(fā)展,伽馬能譜測井、元素俘獲測井和瞬發(fā)中子測井等也將逐漸應用于鈾礦地質(zhì)勘查中,尤其是部分含有其他放射性元素伴生的鈾礦床,γ測井難以準確地確定礦層鈾礦(化)空間位置和含量,隨著瞬發(fā)中子測井技術(shù)的逐漸成熟,該類放射性元素伴生的鈾礦床其鈾含量的確定也將迎刃而解[34]?;?38U 第二代子體的伽馬能譜直接測鈾技術(shù),無需鈾鐳、鐳氡等平衡修正便可實現(xiàn)地層鈾含量的準確測量[35]。
4)以往手動和半自動化測井時代,鈾礦地質(zhì)勘查成果主要以二維平面圖和剖面圖的形式來展示呈現(xiàn),資源量大部分是以傳統(tǒng)的塊段法進行估算,資源量不能實時更新。近些年,數(shù)字測井的普及,大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)得到了長足的發(fā)展,電子計算機技術(shù)和三維軟件技術(shù)的不斷完善并趨于成熟,γ測井解釋將基于三維礦體數(shù)字模型的地質(zhì)統(tǒng)計學法以其直觀、準確、高效地揭示礦體空間展布特征和資源量估算的獨特優(yōu)勢,瞬發(fā)中子技術(shù)測定巖心鈾鐳(氡)平衡系數(shù)的成功推廣和應用,新型快速準確的解釋成果將逐步推廣和普及。
5)γ測井儀器設(shè)備與技術(shù)方法的改進,驅(qū)動著γ測井規(guī)范的不斷更新。地質(zhì)統(tǒng)計學法是以大量的樣本個體為基礎(chǔ),γ測井解釋平均含量法和反褶積法所提供的鈾礦化段平均含量則難以滿足要求,以0.05 m 為樣本的給定單元層鈾含量能更好地滿足三維礦體數(shù)字建模。而反褶積理論技術(shù)收錄于γ測井規(guī)范,不符合現(xiàn)代規(guī)范書寫要求且特殊鈾礦體分層解釋品位存在邊界畸形,未來γ測井規(guī)范將刪除反褶積技術(shù)理論部分的論述,增加γ測井解釋方法對比的相關(guān)內(nèi)容,著重于γ測井解釋結(jié)果與實際鉆孔礦化情況的貼合度和可信度的評價。
展望未來,隨鉆無線γ測井技術(shù)的日益成熟,采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式開展測井遠程作業(yè),測井數(shù)據(jù)采集的實時遠程傳輸,γ測井解釋的智能化,現(xiàn)場定量解釋轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)中心實時自動解釋,進一步提高γ測井資料的解釋效率和鈾礦勘查效率,為鈾礦勘查的降本增效提供技術(shù)保障。大數(shù)據(jù)云計算多參數(shù)測井解釋技術(shù)的推廣應用,計算機三維可視化礦體模型的構(gòu)建,必將實現(xiàn)高效、準確、科學的礦床資源量的估算和礦山資源量的動態(tài)管理。γ測井技術(shù)的發(fā)展將促進智能數(shù)字化鈾礦勘查和綠色科技鈾礦山建設(shè),逐步建立“智慧”鈾礦勘查體系,實現(xiàn)鈾礦勘查的“探采一體化”,縮短鈾礦勘查和開采的周期,提高鈾礦勘查和開采效率。