Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Комплексные ядерно-геодезические исследования при разведке медноколчеданных руд на Среднем Урале

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Комплексные ядерно-геодезические исследования при разведке медноколчеданных руд на Среднем Урале"

Государственный комитет РСйСР по делам науки и высшей школы Уральской ордена Трудового Красного Знамени Горный институт имени В.В.Бахрушева

На правах рукописи Деригин Николай Васильевич

УДК 550,835 •

КалЖШКЫЕ ЗДЕРНОХЕОЗ^й'ЕСШЕ ХЭЩЦОВАШЯ Ш РАЭВВДНЕ МЕаНОКО::Ч5;ЦАНШ РУД НА СРВДНШ УРШ

Специальность 04.00.12. -■ Геофизические метода поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертаций на соискание ученей степени кандидата геолого-ыинералогичзских наук

Екатеринбург-1991.

Работа выполнена в Уральском производственном геологическом объединении "Уралгеология".

Научный руководитель:

доктор "геолого-минералогических наук, профессор Возжеников Г. С.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Краснопёрое В.А. (КазВИРГ),

кандидат геолого-шшералогических наук, доцент Сковородников И.Г. (7ГИ).

Ведущее предприятие: Институт геофизики УрО АН СССР.

Защита диссертации состоится 24 января 1992г в 10 часов на заседании специализированного совета Д.063.03.01

в Уральеком ордена Трудового Красного Знамени горном институте иы.В.В.Вахрушева, по адресу: 620219, г.Свердловск, ГСП-126, ул.Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 199'- г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физико-математических наук, профессор

Ю.Б.Давццов

I СВЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

__ Актуальность темы. Основными направле-нкяшПэкскомического и социального развития СССР на 1986--199С годы и на период до 2000 года предусматривается рас-пирение сырьевой базы горнсдобнвавщих предприятий,ускорение внедрения прогрессивных методов поисков и разведки полезных ископаемых, увеличение выпуска новых видов продукции за счет комплексного использования и переработки минерально-сырьевых ресурсов.

Комплексное использование минерального сырья является основой экономии сырьевых ресурсов и обеспечивает значительную долю стоимости товарной продукции и прибили з цветной металлургии, достигакцуп в отдельных подотраслях

Предпосылки для комплексного использования минерального сырья создастся ка стадии разведки и геолого-экономической оценки месторождений, когда изучается вещественный состав руд, определяются перечень, содержания и запасы ценных компонентов и 1определяются пути их комплексного использования в процессе последующей переработки. Однако комплексное изучение вещественного состава руд затруднительно из-за малых .концентраций ценных компонентов, содержание которых равно, а зачастую и ниже погревностея традиционных методов анализа. Поэтоьс для изучения состава комплексных руд необходимо привлечение новых более чувствительных методов элементного анализа.

Медноколчедакнве руды по вещественному составу являются комплексными, содержащими бояьшув гамму ценных попутных компонентов, где выделяют основные компоненты (3 ),

/

вредные примеси , Г,/Ур ), которые при значительных концентрациях могут переходить а ценные компоненты и извлекаемые ценные компоненты 4и,Ц^,Сс/,1п и др).

В настоящее время вецесгвенный состав меднокслчедан-ных руд исследуется традиционными химическими методами рядовых (для основных компонентов) и групповых проб (ценные компоненты). В благоприятных случаях, когда вариации содержаний цинка незначительны, а стенки скважин устойчивы, возможно содержания меди и цинка определять в скважинах по результатам рентгенорадпометрического каротажа (РРЮ. Для определения содержаний Си,¿п. и Ре применяется в различных модификациях нейгронно-акгивационный каротаж (НАК). Однако каждая модификация имеет существенные недостатки: дискретные измерения -по затратам достигают до I часа на точку, или низкой чувствительностью и значительной ошибкой измерений.

В отдельных случаях попутные компоненты изучаются нейтронно-активационньгм анализом (ННА). Несмотря на свои преимущества (высокая точность и чувствительность), метод широко не используется.

Настоящая работа посвящена разработке комплексных ядерногеофизичесхих исследований вещественного состава при разведке чедноколчеранных руд на примере Сафьяновского и, частично, Ново-Шеьхурского месторождений.

Работа является-составной.частью межотраслевой научно-производственной программы Мингео СССР по создании научных основ и методов комплексного освоения месторождений полезных ископаемых, которая предусматривает разработку и внедрение оптимальных комплексов геофизических методов и 2

регрессивных технологий их применения для поисков и разведи скрытых глубокозалегающих рудных и других видов полезных скспаекых (тема ГЛ.8.74), а также разработку типовых мето-ик по достоверному и оперативному определению количества и ачества извлекаемых из недр запасов полезных ископаемых и кнерального сырья {тема Л.1.04.01.Н.7).

Тема диссертации связана с планом опытно-методических абог ПГО "Уралгеологкя" и выполнялась в рамках проблемы Раздельное.определение меди и цинка в скважинах методом HAK на Сафьяновском медноколчеданном месторождении".

Целью настоящего неследова-и я являлась разработка»опробование и использование ядер-о-геофизических методов элементного изучения вещественного остаБа медноколчедакшх руд на стадии разведки.

В диссертации задвдаатся следующие научные о л о ж е н и я:

- по результатам нейтронно-активационного анализа (ННА) рупповых проб Сафьяновского и Ново-Шеыурского медаоколчедан-ых месторождений установлены закономерности распределения ккропркмесей,характерные для конкретного месторождения, редложена методика прогнозирования накопления микропримесей

продуктах переработки кедноколчеданного сырья по законо-ерностям их распределения и наличия взаимных корреляционных вязей. Установлено, что по корреляционным связям с медью, .инком и серой возможно определение содержаний микропримесей точностысцудовлетворящей потребности производства;

- впервые разработана и опробована в непрерывном режиме .вухзондовая модификация спектрометрического импульсного ейтронно-активацконного каротажа (СИНАК) для раздельного шределения содержаний меди, цинка и келеза;

- расчетный методой исследовано и оценено влияние основных и попутных компонентов медноколчеданной среды на результаты СИНАК. Предложено соотношение.учитывающее это влияние на основании данных ПК-Ь и ИННК.

Достоверность научных положений и в ы в о д о 6 подтверждается воспроизводимостью данных СИНАК, ГТК-П и ШНК, а также сходимостью с данными геологического опробования керна.

Научная новизна работы состоит в следующей:

- исследованы особенности распределения микропримесей Сафьяновского и Ново-йенурского медноколчеданнкх месторождений. Предложена методика прогнозирования накопления микро-приыесей в продуктах переработки ыедноколчеданного сырья по закономерностям их распределения и наличия взаимных корреляционных связей. Установлено, что по корреляционным связям с медью, цинкоы и серой возможно определение содержания мккро-пркиеоей с иочностыо, удовлетворявшей потребности производства ;

- разработаны и внедрены двухзоцаовая приставка к аппаратуре "Кура" для выполнения ГГК-Я л двухканальные скважин-ные приборы в составе с импульсным генератором нейтронов (ИГН) для исследования сквеюш методами СИНАК иКННК;

- разработана и внедрена двухзондовая модификация СИНАК для раздельного определения содержаний меди, цинка и аелеза;

- экспериментально установлен характер распределения нейтронного поля в ыедяоколчгданной среде для различных

4

энергий нейтронов, мощность информационного слоя и пласта насыщения. Оценена представительность СШАК;

. - предложена и экспериментально подтверждена методика определения нейтронного потока генератора нейтронов по распределения индиевых или тепловых нейтронов в водородо-содержащей среде,по измерениям наведенной активности индиевые или алюминиевых индикаторов в сравнении с аналогичном распределением от остального источника с известным выходок нейтронов;'

- экспериментально установлены размеры эталонных пасс для метрологического обеспечения методов ГПС-П и СШАК;

- теоретически исследовано я оценено влияние основных и попутгалс компонентов кедноколчедонной среды и способ их учета при выполнении СШАК;

- качено сооткоЕение)связьго2кс;ее иежду собой показания двухзондового ГГК-П я плотность горных пород и руд,которое устраняет влияние диаметра сквакши, плотности бурового раствора, наличие обсадки и глинистой корки;

- пелучёно соотношение,связывающее ыезду собой зарегистрированные актквационше, нейтронные и плотностные параметры медноколчеданной среды, определенные по данным СШАК, . ИННК, ГГК-П с содерканияки определяемых элементов - меди,

А

цинка и ггелеза; . •

-. доказана достоверность данных ГГК-П и СИНАК при определении плотности «еднохолчеданной среда и содержаний _ кеди, цинкз и железа на Сефьяновсхсм месторождении.

Практическая значимость работы заключается в возможности получения оперативной и достоверной

информации о содержании основных и попутных компонентов меднокэлчеданиой среды.

Результаты диссертационной работы используются в ПГО "Уралгеологкя". При подсчете запасов Сафьяновского месторождения объемная плотность руды определена только по данным 1ТК-П. В настоящее время решается вопрос об использовании да:шых СИНАК при некондиционном выходе керна.

Апробация работ к. Основные положения работы обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: "Вопросы разработки и применения портативных генераторов нейтронов"(Кие5з,19в8), "Требования радиационной безопасности при внедрении и эксплуатации новой радиационной техники" (Свердловск, 1.986), "Применение ддерногео-физическкх методов при поисках и разведке меднорудных месторождений" (Свердловск,1984), "Ядерногеофизические метода опробования пород и руд, Петрологическое обеспечение геофизических исследований* (Свердловск,1986) и др., а также на се>яшарах ПГО "Уралгеологля", Уральской геофизической экспедиции к Ядерногеофизической партии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано II работ, вклачая одну монографию и 4 рукописные работы-(отчеты).

Структура работы. Диссертация содержит введение, 4 глйвв и заключение, объегам 170 страниц мапино-пясного текста, 12 таблиц, 25' рисунков и 5 приложений. Список литературы состоит из 175 наименований.

Автор выражает глубокуа благодарность руководители д.г.м.н.,проф.СГИ Воэгеникову Г.С. и к.г.ы.н..ведущему

научном/ сотруднику института геофизики УрО АН СССР Бехтереву В.В. за всестороннюю псмоць, советы и консультации, а также сотрудникам Ядерногеофизической партии УГЭ за помощь в выполнении полевых и лабораторных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Кроме вводной и заключительной части, диссертация содержит четыре главы, в которых изложены результаты теоретических, экспериментальных и опытно-производственных исследований, связанных с разработками методических положений комплексного изучения вещественного состава ыедноколчеданных руд ядеркогеофизическими методами на примере Сафьяновского и, частично, Ново-Шевдфского месторождений.

Обзор изученности. Основные задачи, решаемые комплексом П1С,при поисках и разведке медаоколчедан-ных руд,определены "Технической инструкцией по проведению геофизических исследований в скважинах". Для расчленения и корреляции разрезов, уточнения литологическсй характеристики подсеченных скважиной литологических образований применяются ГК, КС, ПС. С целью определения месторождения,мощности и строения рудньж интервалов, вещественного и элементного состава руд в разрезах сквакин проводят МЭП, ¿CK, PFK как основной метод определения вещественного состава, HAK - вспо-.могательный для определения содержания медй и ГГК-П. ■

Недостаточная геологическая эффективность применяемого, комплекса каротажа вызвана рядом факторов^связанных, как со сложностью геолого-геофизических условий меднокоячеданннх месторождений, техническим состоянием стволов скваттн, так' и,в большей степени, недостаточными методическими и

?

аппаратурными разработками.

Вольфитейноы П.М. и др.(1985г) показана принципиальная возможность раздельного определения содержаний меди и цинка при наличии высокостабильной спектрометрической аппаратуры (дрейф энергетической икалы не должен превышать 0,3%).Однако авторы отмечают, что при значительных вариациях содержаний определяемых элементов точность метода падает. Данная методика наибольшую эффективность может дать нз колчеданно-полиметаллических месторождениях, где колебание содержаний цинка незначительно.

Дерюгиным Н.В., Лучниковым В.Н. и др.(1983г) на Ноео-Шемурском медноколчеданном месторождении Северного Урала была опробована методика FFK. Определялось содержание суммы металлов меди и цинка с точностью, не уступающей геологическое опробованию керна. Данное месторождение весьма благоприятно для постановки РЩ: руды массивные, сплошные, а стенки скважин гладкие без каверн. Несмотря на ото,раздельно определять содержание меди и цинка, с достаточной точностью, не удалось, поэтов метод не насел широкого ' практического применения при разведке месторождения;

В 'настоящее врет известны три кодификации СНАК на

медь.

Воажениховым Г.С. (19б2г) разработана методика опреде-ления■ содержания меди по долгоживущевд изотопу une* =1,3 МэВ; Ef =0,51 МэВ;. Т = 12,9 г). При общих затратах времени на точку 1,5г была достигнута чувствительность определения содержания меди 0,2-0,31? абс.с относительной погрешностью измерений.

Вторая модификация основана на выделении и регистрации

АС

заведенного гамма-излучения короткоядагзущего изотопа Си С Ер = 1,04 Lb В, Т= 5,1 мин), получающегося при облучении зреды акпулькда источи жом нейтронов (Сенько-Булатнкй И.К., Ваггерев В.В. (1967т). Наличке интенсивных помех в сочетании с низким выходом гамма-излучения ограничивает чувствительность и точность определения содержания меди. Пороговая чувствительность определения содержания меди равна 0,6$ абс, : относительной погрешностью измерений 5-2СЙ- Производительность - 20 мин.на течку.

Третья, наименее изученная и разработанная, модификация - СИНАК с генератором нейтронов, который базируется на измерении наведенной гамма-активности в области энергии ),51 МэВ, связанной с изотопами ^Cuil = 9,8 мин),

^СиСТ* 12,9 ч) и 38,4 мин).

Якубсоном К.И. и Стрельченко B.C. (1980г) на Райском «едноколчеданном месторождении били исследованы возможности методики СИНАК при определении содержания меди. Чувствительность была оценена в абс. при относительной погрешности измерений - 15%. Затраты времени, на исследование одной гочки составили 35-40 мин.

Григоряном P.C. и Давццовкм D.E. (1982г) на медноколче-инных месторождениях Южного Урала,в производственном мас-1табе применялся СКНАК в точечном варианте для определения удержаний меди и цинка, используя энергетическую и времен-ото селекцию. Пороговая чувствительность определения меди ¡оставила 0,4% абс. и цинка - 1,055 абс. при общих затратах ¡ремени на точку 50-60 мин.

э

Дерюгиным Н.В., Иузшкиым Л.В. и др.(1960г) СШАК опробоЕался с 17?ог в различных вариантах: дискретные, интегральные двухскорэстные и спектрометрические измерения. При непрерывных измерениях одиозондовой установкой раздельное определение содержаний меди и цинка с достаточной точность» не удается. Пороговая чувствительность определения содержания меди составила 0,7% абс., а цинка 1,3£ абс. В 1985г Дерюгиным Н.В. Сала опробована дяухзовдовад модификация СИНАК с длиной зондов 2,0 и 10,0«, котораг позволила использовать временную селекцию для разделения гамма-излучения изотопов ^ Сч и Расхождение между данными СШАК к'геологическим опробованием кгрна при определении содержания меди составило 0,49$ абс., о по цинку - 1,03% абс. Оптимальная скорость каротажа равнялась - 1С м/ч.

Постельниковыи АЛ. и Зиф Л.А. С 1977г),а в дальнейшем Давыдовым Ю.Б. (1931г) опробовалась методика СНГК для определения' содержания меди дискретным;, измерениями с затратами времени 10 мин на точку. Была достигнута чувствительность по меди 0,2-0,355 абс. при относительной асГреиности измерений до 106.

С'учетом достоинств и недостатков существующих методик количественного определения содержаний меди и цинка в скважинах наиболее подходящим является СШАК,разработке методики и техники которого и посвящено настоящее исследование.

Ниже излагаются основные моменты защищаемых научных положений.

Ю

I. Первое научное положение. Иедноколчодакные месторождения Урала, к которым относятся Сафьяноэское и Ново-Негрское, являются комплексными. РУды этих место рюждений, к реме основных компонентов (Сц2л,5), содержат второстепенные (PG,8a,6i ,Мо,Са ) и в редкие , tig , Р , SS) примеси, а также богатый набор микропримесей элементов: Ju.Jy, Sc tTe ,Тл tCd и т.д. Вредные примеси, при значительных концентрациях, могут войти в группу попутных полезных компонентов.

В соответствии с требованиями к комплексному изучению месторождений все Еьсеперечислеккь е- элементы могут быть отнесены к полезныы попутным компонентам, которые,при разработке осноеного полезного ископаемого, могут быть рентабельно извлечены и использованы в народном хозяйстве.

Сечевица A.M. (198?г) отмечает, что при оценке кош-лексного минерального сырья ецо в недостаточной степени учитываются потенциально ценные компоненты.. Даяе в месторождениях одного и того же премнмениого типа и при налички тесных корреллционкых связей иежду содержаниям* основного и попутных компонентов наблюдается недостаточная и неодинаковая степень изученности -и учета попутных компонентов. Отношение учитьтзаекых в запасах попутных компонентов к ценности всех компонентов, подлежащих учету, в модной подотрасли составляет 75,

С цель» выяснения наличия, степени распределения попутных компонентов к существойвчия совместных корреляционных связей по Сафьяновсхому месторождении бкли выполнены специальные работы. Для сравнения использованы результаты оценки

//

попутных компонентов при разведке Ново-Шецурского месторождения, где такие работы проводились ограниченно или вообще нв проводились.

Оценка наличия ковдого попутного компонента определялась НАА с облучением проб в реакторе. Активациокный анализ позволил выделить практически все микропримеси, содержащиеся в анализируемых пробах. По 157 проанализированным групповым пробам было выявлено повышенное над кларковвм содержание скандия и лантана, анализы и изучение которых.по существующим критериям, ве проводятся.

Сопоставление средних содержаний примесей по Сафькнов-скочу и Ново-Шекурскому месторождениям показывает, что средние содержангл вредных примесей- по Ково-В.емурскоцу месторождению на порядок ккке, а второстепенных примесей в 2-3 раза выше, за исключением 8л и Рё , содержание' которых понижено в 5 раз. Шкропрммеси можно сгруппировать в три группы. Среднее содержание ТЕ, Сл , Ju и по Сафьяновскоыу ыес-торовденга выше примерно в 6 рез ,.5е и 1п равны,а содержания Сс1 , Те и &е в два раза ниже, чем по Ново-Еецурскоцу. Различия в распределениях примесей ,по-вцдимовд, связана с особенностями генезиса этих месторождений.

Проведенный парный корреляционный анализ между всеми компонентами руд Сафьяновекого местороадения выявил наличие устойчивых корреляционных связей всех компонентов с основными: Си , ¿п и 5. По этим связям содержанке каждого компонента определяется с погрешностью 20-60$ отн. Учитывая, что групповые пробы состоят не менее чем из четырех рядовых проб,погрешности уменьшатся более чем в 2 раза и содержание

микропримесей медноколчедзкных руд можно определять с погрешностями, не превосходящим: допустимые погрешности для методов Ш категории согласно ОСТ 41-08-205-81.

По корреляционным связям уверенно прогнозируется на- • копление каждого компонента в концентратах обогащения или хвостах при переработке ыеднокоячеданного сырья.

2. Второе научное положение.

При облучении медноколвдданной среды быстрыми (14,1 АЬВ) нейтронами образуются искусственные радиоактивные ядра элементов,входящих в состав среды. Наиболее вероятны следующие реакции: ^Си( п,2гг) д^е иин>

£/= 0,51 ШВ); 63Си{пб4Си(Т= 12,88ч,§.=0,51 ¿ЬВ);

п,2п) 63¿л (Т» 38,4 дан, = 0,51 ЫэВ) 56Ре(п,р )

56Мп(Т = 2,58ч) Ер* 0,84, 1,81 и 2,12 МэВ); 2б/^( п )

Т» 10 шш, 0,84 и 1,01 МэВ); ( п ) Щр

%£(Т = 2,3 пин, 1,78 МэВ); ^З/ (.п ,р )

Из приведенных реакций наиболее интенсивные линии наведенного гамма-излучения 1,78 и 1,01 МэВ принадлежат изотопам алюминия и кремния, 0,84 МэВ - Мр , Л и Ре и 0,51 МэВ -Си и 2п . В реальных аппаратурных спектрах в области энергии 0,51 МэВ будет регистрироваться комптойовское рассеяние гамма-излучения от всех изотопов, обладающих более высокими энергетическими линиями. Для учета юс вклада целесообразно ■ измерения проводить в двух энергетических областях - 0,51 и 0,84 МэВ. Однако и в этом случае исключить вклад в излучение изотопов меди, излучение! от изотопа цинка невозможно.

Для этого необходимо использовать их разницу в периодах полураспада, т.е. применить временную селекции. Основное излучение в области энергии 0,51 МэВ создается изотопом 62 Си(Т = 9,76 мин) и 63£л(Т = 33,4 мин), поэтоц^ выполняя непрерывные измерения по скважине двумя спектрометрическими установками отстоящих на различных расстояниях от излучателя ИГН, можно подучить в них различное соотношение гамма-излучения от обоих изотопов.

Для подтверждения этого заключения в сплошной медно-колчедвнной руде скважины были измерены энергетические спектры спада наведенной активности во времени, по которым выполнен изотопный анализ в области энергий 0,34-0,6 МэВ. Ввделены следующие изотопы: Си, ^Си, и ^ Ип.

Удельная активность» т.е. количество импульсов на 1% содержания исходного элемента, при нулевой паузе остывания для изотопов Си , примерно. в 20 раз превосходит от изотопа 2п , после паузы 12 мин - в 10 раз, а после паузы бОиин они сравниваются. Следует отметить, что после паузы 60 мин

КС

удельная активность изотопа Мп довольно высокая,поэтому представляется возможность по нему определять содержание железа.

Данние исследования позволили изготовить двухзондовый спектрометрический схважинкый прибор импульсного нейтронного каротажа (ССП-ШК), состоящего из основного прибора, в котором размещены генератор нейтронов и спектрометрический детектор гаша-квантов на расстоянии 2,0 и от мишени'излучателя ИГН. К хвостовой части этого прибора, через специальный разъец, на бронированном каротажном кабеле! подсоединен

вгорой спектрометрический детектор,отстоящий от мишени излучателя на расстоянии Юм. Оптимальная скорость каротажа для изотопа ^ Си и 2-х метрового зонда равна примерно 10 ы/ч. При этой скорости первый зонд попадает в мгновенную точку активации иерез 12 мин, а второй - через 60 мин. Проводя раздельные измерения в обоих зондах в областях энергий 0,3*0,6 МэЗ и 0,74-1,2 МэВ и составляя линейные уравнения по этим измерениям, определяются содержания меди, цинка и железа.

Для учета нестабильности нейтронного потока ИГО можно использовать отношения зарегистрированных интенсивностей в областях энергий 0,3-0,6 ИэВ к 0,7-1,2 МэВ для кавдого зонда в отдельности. В этом случае можно определять содержания только меди и цинка с большой точностьо. Содержание железа можно оценивать по измеренной интенсивности тела-излучения Ю-иетрового зонда в области энергий 0,64-1,2 ШВ, снормиро-вашой за "старение" нейтронной трубки во времени.

Экспериментально на модели скважида диаметром и высотой 1м, состоящей из медного концентрата, получено по индикаторам радиальное распределение потока нейтронов различной энергии. В качзстве индикаторов использовались цилиндры диаметром 20мы р высотой ХООми из алкжнкя {тепловые нейтроны), кндия ( Еа- 1,46 эВ), кремния ( £я3,55 МэВ) и меди (Еп > 10,84 &В), которые располагались на различных расстояниях от' оси модели скважин, где помещался излучатель-генератора нейтронов. Измерения выполнялись в сухой и ачаж-ной (35£) модели сквгжкнн.

В сухой среде поток индиевых нейтронов постепенно падает,

достигая 1СЙ на расстоянии 50 см от центра оси модели, а потоки быстрых нейтронов (кремниевый и медный индикаторы) резко падают, достигая 1055 на расстоянии 10 см. Промежуточное значение' занимает распределение потока нейтронов от алюминиевого индикатора, гак как здесь конкурируют две реакции на тепловых нейтронах и пороговая с £«^1,8 МэВ.

Во- влажной среде распределение потока нейтронов по индиевом/ и алпкиниевому индикаторам совпадают и полого убывают, достигая 1056 на расстоянии 30 см, а по кремниевому и медновдг резко падает, достигая 10% на расстоянии 12 см.

Разные распределения потока нейтронов различных энергий в сухой и водородосодержащей среде объясняются тем,что в сухой среде замедлялцие свойства значительно ниже и нейтроны, не потерявшие своей первоначальной энергии, распространяются на более дальнее расстояние. Во влажной среде нейтроны в ближайшем слое претерпевают столкновение с водородом и1терла? энергия в два раза при каждом соударении, поэтсьу ка дальних расстояниях (более 15 см) вероятность пороговых реакций незначительна. Более пологое распределение нейтронов во влажной среде объясняется вкладом реакций на тепловых нейтронах.

. Установленная по мершгм индикаторам глубинность,равная 15 см, характеризует радиус проникновения поля быстрых нейтронов (свыше 10,8 ЫэВ). При активационном каротаже глубинность метода определяет также поглощение средой наведенного гамма-излучения. >

Для определения глубинности СИНАК измерялась зависимость активацконного эффекта в области энергии 0,3-0,6 МэВ

от изменения радиального слоя медного концентрата в модели скважины. Насыщение наведенной активности на уровне 90$ наступает при радиусе цилиндрического слоя в 24 см. Полученная глубинность СШАК в 1,5 раза превосходит глубинность проникновения быстрых нейтронов, что объясняется значительным вкладом в наведенную активность гамма-излучения ; изотопа ^Сообразующегося от реакции меди на тепловых нейтронах.

Глубинность СИНАЯ в 24 см определена при плотности сгзди,равной 3,0 г/смЗ. Средняя плотность сплошных медно-колчеданных руд составляет 4,8 г/скЗ, при которой глубинность метода не превысит 15 см. Для данной глубинности представительность опробования по СЖАК в 35 раз превосходит керновое опробование при диаметра бурения 59 мм и в 20 раз-при диаметре'бурения 76 км.

По результатам модельных работ определен минимальный насыщенный пласт (функция насыщения пласта), который равен 30 см.

Использование генератора нейтронов для определения элементного состава сред требует постоянного контроля за потоком нейтронов генерируемых ЙГН. Установки по определению нейтронного потока ИЕН серийно не выпускаются. Имеются два опытных образца таких установок - в Киевском заводе геофиз-приборостроения (г.Киев) и ШИИГеоинформсисгем (г.Москва).

Для определения нейтронного потока генерируемого ИГН предложена относительно' простая и досадная методика.

Захарченко В.Ф. (1262г) предложено соотношение,описы-' вающее перенос поля замедляющихся нейтронов водородосодер-

жащей средой:

где $(1)-значение поля тепловых нейтронов в точке, отстоящей, от источника нейтронов мощностью ф ( на расстоянии Т.\

¿5 - длина замедления нейтронов; ¿г - коэффициент, зависящий от единиц измерения интенсивности излучения. В сяу -чае, когда известна функция распределения, полл нейтронов в среде ( можно найти по (I) мощность источника. Для

этого была изготовлена модель скважины диаметром и высотой 1,0м, состоящей из Влажной иеднохо'лчеданноЯ руда, в центре которой помещался излучатель ИГН, е не различных расстояниях от него помещались индикаторы из индия. Измеренная наведенная активность индиевых индикаторов является функцией распределения ивдиевых нейтронов (^(г) ). Произведя аналогичные измерения с емпульныи источником нейтронов

с известным выходом нейтронов и резая совместно уравнение (I) для обоих источника, находки выход нейтронов генерируемых ИИ, который на момент эксперимента составлял 60.9'Ю6 н/е. '

Для текущего контроля за выходом нейтронного потока ИГН изготовлен специальный медный эталон, наведенная интенсивность от ИГН которого проградуировака в" нейтронах/с.

Экспериментально установлено, что такая методике определения нейтронного потока справедлива для любой Еодородо-содержсщей среда^вплсть до воды, а вместо индиевых индкка-торов можно использовать более доступные 8люмикиезне.

3. Третье научное положение.

На величий- наведенной активности, при выполнении ак-тивационного каротажа, влияет ряд факторов, в том числе содержание анализируеизго элемента в среде, времегаще и энергетические реяимы измерений. 'лсггальзуемцг Детекторов гамма-квантов и источников нейтроккого излучения, нейтронные и гаммя-дучевке свойства среди, диаметр скважины,влажность среды, обсадка и др. В настоящее время влияние многих факторов,например, влажность.« плотность горных пород, обсадка, диаметр ехгажкнь' к др. хорошо изучено. Влияние изменчивости вещественного состгвп изучено слабо,хотя еще э первых теоретических и экспериментальных работах по ак-тивациенноьу каротагу отмечалась нелинейность рсста окти-еационного эффекта от содержания анализируемого элемента (Вулаиевмч Ю.П., 19б0г), Возженикоэ Г.С. (1962г), Шимеле-вич Ю.С. (1958г), Бехтерев В.В. (1989г). В настоящее время систематических расчетов и экспериментов по изучении влияния вещественного состава не проведено. Имеющиеся работы (Якубсон К.И., Баренбаум A.A. (1987г), Бехтерев В.В.(Г989г) выполнены,как правило, для определенных целей, поэтоцу имеют узкую направленность.

Приближенная теория нейтронного актнвационгаго каротв-жа показывает, что связь между гамма-излучением активированного изотопа ( Г ) и количеством его в среде (Р) в 'лучевом приближении с учетом поглощающих и рассеивающих нейтроны и гамма-кванты свойств среды дается формулой (Булаше* вкч Ю.П. (1960г)

I

J-Q •

___Pz*_____

PZ3 +ZPi~Z3i

при выводе которой принято экспоненциальное распределение для плотности тепловых нейтронов вида Вехр (- -«}. В форггуле (2) - коэффициент, зависящий от единиц измерения интенсивности излучения; РиР[- содержание исследуемого и I -го элементов, в среде; 2а- макросечение активации исследуемого элемента; и макросеченкя поглоще-

ния исследуемого и С -го элемента среда; линейный

. коэффициент ослабления гамма-излучения; длина замед-

ления быстрых нейтронов. Из.выражения (2) следует, что условием сохранения линейности наведенного гамма-излучения от содержания исследуемого элемента, является постоянство макросечения поглощения тепловых нейтронов + ЕРс£з1).

Поэтому третий сомножитель уравнения (2) характеризует изменение вещественного состава анализируемой среды. Обозначив его через параметр а:

а ------------, о)

рассмотрим предельные случаи, имея в виду, что для элементов с большим сечением активации Еа ~ • При ^ ZPt'Zj¿ а при PZз *>1Р1£з1 1 » 470 показывает

на-изменение в широких пределах величины наведенной активности при одном и том же содержании анализируемого элемента,

ко изменении вещественного состава среды, т.е. £¿1 , ' I

Для выяснения степени влияния на величину.наведенной

активности изменчивости каждого элемента медноколчедакной

среды, по результатам полных химических анализов 197 груп-

"повкх проб, определены корреляционные связи типа )■

го

где О) агп ,0.ре- значение параметра (X , когда определяемыми элементами являются соответственно Си ,Еп и Ре . Установлены значимые корреляционные связи параметра 12 от содержания следувдих элементов медноколчеданных руд: Си, 2п , Ре , 1п , ^ , ¿V , % Ju . Причем связи этих элементов набетдвптся для случаев, когда элемен-таш-кндикатореми являвтся Си, 2/7 и Ре , однако степень связи и их характер различны. Когда анализируемым элементом являетсг Си , корреляционные зависимости параметров <Х от содержаний элементез имеют обратные связи, за исключением 1п » где наблюдается прямая связь. При анализируемом элементе цинка обратные связи наблюдаются с Ре и Си , а при анализируемом элементе железе наблпдахзтея только обратные связи. На характер этих связей влияет наличие и вид корреляционных связей содержаний анализируемых элементов с элементами медноколчеданных руд.

По уравнения (2) рассчитаны интенсивности наведенной гамма-активности по результатам химических анализов 197 групповых проб и.найдены значения переходного коэффициента, когда элементом-индикатором является медь:

К - , (4)

где К - пересчетный коэффициент, представляющий собой величину наведенной активности гамма-излучения, полученной при активации руды с 1% содержанием исследуемого элемента и приведенного к стандартным условиям, Р - содержание меди. На распределении коэффициента К выделяются два максимума при К =0,25 (сплошные руды) и К = 1,8 (вкрапленные руда). Полное изменение К колеблется от 0,1 до 2,8, т.е.в 28 раз,

Пересчегнкй коэффициент является параметром сз в уравнении (2), поэтовдг на постоянство его значения сильно сказываются нейтронные свойства исследуемой среда.

Для выяснения влияния на К нейтронных свойств среды, по этим ке 197 пробам били рассчитаны нейтронные параметры: длина замедления нейтронов ( ¿5 ), длина диффузии тепловых нейтронов,( ¿*с! ), эффективная длина миграции ( М ),коэффициент диффузии ( £) ) и время киэни ( V ) тепловых нейтронов. Характер распределения этих параметров совпадает с распределением К , за исключением длины замедления, которая имеет распределение^близкое к нормальному.

Используя нейтронные параметры, найдено уравнение,которое максимально снижает влияние изменчивости вещественного состава ыедноколчеданных руд;

Си%*к,1 + Кг1г+ + Кг>М + к5р , (5)

где. • ^уО- плотность среды,рассчитанная по химсоставу проб.

Данное соотношение было использовано при обработке результатов двухзондового СИНАК, полученных при исследовании скважин Сафьяновскокьместоровдения. Поправка за плотностные свойства вводилась по интенсивности рассеянного гамма-излучения, зарегистрированного в большом зонде ГТК-П, а 'Г и М определялись по данЗным двухзовдового ИННК. Содержания цеди и цинка определялись по соотношению вида: Р'Л кг* к3Ки£ + К5

а содержание железа и серы оценивались соответственно по уравнениям: ' •

РгсХ" К,1б$ +кл1р , (?)

%Г К,163. + К5РСи *Кв Р£а , (8)

гг

где 4 о - отношение интенсивностей,зарегистрированные

в областях энергий 0,3-0,6 1&В и 0,6-1,2 МэВ, соответствен--но в малом и большом зондах СЩАК; ±р- интенсивность ГГК-Г1) зарегистрированная в большом зонде; ±53- зарегистрированная интенсивность в области энергии 0,6-1,2 МэВ в большом зонде,сноршрованная к наведенной активности медного эталона. Расхождение в определении содержания' меди между данными СШАК и геологическим опробованием керна без учета нейтронных и плотностных свойств равно 0,81% абс. ( Ъ - 0,59), с учетом 0,65%'абс.( X =0,86), при определении цинка соответственно 1,06$ абс. (1= 0,18) и 0,2% абс. ( 1 = 0,65)»железа соответственно 8,63% абс. ( X =0,11) и 2,47% абс.(2 = 0,46) и серы соответственно 10,2% обе. ( X =0,2) и 5,0® абс. ( X =0,34) по 96 сопоставлениям средней мощностью 5 м.

Для выяснения достозерности данных СШАК по скважине 2209 были выполнены контрольные измерения СШАК и проведено контрольное опробование по вторым половинкам керна. Воспроизводимость данных СШАК при определении содержания меди равна 0,1% абс., цинка 0,14% абс., нелеза 0,8$ абс. и соры 1,0% абс. Сходимость данных опробования керна составила по меди - 0,4% абс.,.по цинку - 0;41% абс. и по сере 0,9% абс. Расхождение'между данными СИНАК и опробование? керна при определении содержаний меди равно 0,54% абс., цинка 0,56% абс., железа 2,47% абс. и серы по связи с плотностью по ГТК-П 3,65% абс. Порог обнаружения содержания меди по СШлК равен 0,12% абс., цинка 0,15% абс. и серы 7,60% абс.Бортовое содержание меди равно 0,5%, цинка 1,0% и серы 35%.

Значение плотности горных пород и руд входит как один иа основных параметров при подсчете запасов,поэтому знание о плотносгньх свойствах горных пород, максимально приближенных к естественным условиям, имеет большое значение. Наиболее достоверную информацию о плотности горных пород можно получить по данным плотносгного гамма-гамма-каротажа, теоретические и методические положения которого разработаны Зоскобойниковым Г.МД1952г), Арцкбапевыы В.А. <1975г), Мейером В.А. (1988г), Очкуром А.П. (1976г). Несмотря на это, внедрение ПГК-П в практику работ на объектах плотностью 2,5-5. гУсмЗ сдерживается из-за отсутствия серийной аппаратуры.

На основании экспериментальных исследований на моделях скважин и литературных данных была изготовлена приставка с выносным двухговдовым (доинверсионный зонд равен 6см, заккверсионккй - 20 см) блоком в контактной 25Г - геометрии, которая сочленяется со сквежикным прибором "Кура-2м штатным разъемом. .Данная аппаратура прошла производственные испытания на Сафьяновеком месторождении. Для нормирования сквакгншх измерений и контроля чувствительности были изготовлены контрольно-калибровочные устройства из алюминия и титана размерами, обеспечивагащкжполное насщение рассеянного излучения.источника - 137.

Связь между интенсивностью гамма-издучения и плотностью установлена по замерам образцов керна денситометром:

Еп ТхзЛез = 0,617/9 + 0,452 , (12)

где 1мъ и 263 - нормированная к алвминиевому ККУ интенсивности гамма-излучения иалого и большого зондов соответственнс

гч

уЭ- плотность.

Соотнесение (I) учитывает изменение диаметра скважины, плотность бурового рестворз, наличия обсадки и глинистой корки.

Для доказательства достоверности данных ГГО-П по одной из сквеккн были выполнены основные я контрольные измерения ГГК-П, а также проведен промер плотности всего материала керна гидростатическим взвешиванием с погрешность*) 0,02 г/сиЗ. Плотность, замеренная по единичный образцам, усреднялась в интервалах геологического опробования керна (2м). Расхождение между плотностью единичных образцов я средней плотностью по интервалом составило 0,28 г/смЗ при колебании от 0,15 гУсмЗ, для сплошных руд, до 0,38 гУсмЗ— для скрепленных руд. Воспроизводимость данных ГТК-П равна 0,05 г/скЗ. Расхокдениа меяду данными ГГК-П и средней плотностью в интервалах усреднения образцов составило 0,09г/сиЗ при отсутствии значимых систематических погрешностей.

Высокая достоверность, непрерывность я представительность данных ГГК-П, по сравнения с существующей методикой определения плотности по единичным образцам, позволили использовать плотность, подученной по ГГК-П для подсчета запасов Сафьянорского место рездеккя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты настоящего исследования сводятся к следующему:

- Исследованы особенности распределения кикропримесей медноколчедагаых месторождений на примере Ново-Шемурского

и Сафьяновского месторождений. Показана возможность прогнозирования накопления и извлечения микропримесей в продуктах переработки кедноколчедешого срръя. Установлено, что по корреляционным сеязяы с содержаниями основных компонентов меди, цинка и серы возможно определение микропримесей с точностью, удовлетворяющей нужды производстве.

- Установлено, что по физическим свойствам ыеднокояче-данные руды резко отличаются от вмещающих пород, а по ядер-ногеофизическим свойствам разделяются на сплошные и вкрапленные.

- Теоретически оценено влияние на величину наведенной активности изменение содержания каждого элемента меднокол-чеданной среды. Расчегно подучено соотношение, учитывающее изменчивость вещественного состава среды по нейтронным и плотностным свойствам.

- Экспериментально установлен характер распределения нейтронного поля в медноколчеданной среде для различных энергий нейтронов, а также мощность информационного слоя и пласта насыщения. Оценана представительность СИНАК.

. - Экспериментально установлены размеры эталонных масс для метрологического обеспечения методов ГГК-В и СИНАК.

- Предложена и экспериментально подтверждена методика

г$

определения нейтронного потока генератора нейтронов по распределении индиевых или тепловых нейтронов в водородо-содержащей среде, по измерениям наведенной активности индиевых или алюминиевых индикаторов в сравнении с аналогичным распределением от амлульного источника с известным выходом нейтронов.

- Разработана и внедрена двухзондовая приставка к аппаратуре "Кура" для выполнения ГГК-П, а также двухканаль-ные скважинные приборы в составе с ИГН для исследования скважин методами СШАК и ГГК-П.

- Найдено соогноссние, связывающее между собой покаоа-ния двухзондового ГГК-П и плотность горных пород и руд, которое устраняет влияние диаметра скважины, плотности бурового раствора я глинистой корки.

- Разработана и внедрена модификация двухзондового непрерывного СИНАК с генератором нейтронов для определения основных компонентов меднсколчеданных руд.

- Получены соотношения, связывающие между собой зарегистрированные а',:гивационные, нейтронные и плотностные параметры медноколчеданной среды с содержаниями определяемых элементов - меди, цинка и железа.

- Доказана достоверность данных ГГК-П и СШАК при определении плотности медноколчеданной среды и содержаний основных компонентов - меди, цинка, серы к железа.

Воспроизводимость ГГК-П составила 0,05 п/смЗ. Расхож- • дение между плотностью единичного образца керна и средней плотностью интервала усреднения для всех пород и руд равно 0,28 г/смЗ при колебаниях от 0,15 г/смЗ (сплошные руды) до'

0,3В гУсмЗ (вкрапленные руды). Расхождение между данными ГГК-П и усредненной в интервалах плотностью равно 0,09 г/с).:3.

Воспроизводимость данных СЙНАК составила 0,1% абс. и 0,15% абс.при определении содержаний меди и цинка соответственно. Расхождение данных геологического опробования первой и второй половинок керна при определении содержаний меди составило 0,4% абс. и цинка - 0,41% абс. Расхождение между данными СИНАК и опробованием керна составило 0,54% абс. при определении содержания меди и 0,56% абс. при определении содержания цинка. Порог обнаружения (ЖАК по меди равен 0,12% Си и цинку 0,15% Еп при бортовых содержаниях 0,5%-и 1,0% соответственно.Расхождение между данными СШАК и опробованием керна при определении содержания железа равно 2,47% абс. или 8,72?отн. Среднеквадратическое расхождение при оппеделении содержания .серы по данным геологического опробования керна и ГГК-П равно 3,65% абс. или 13,62% отн.

Таким обрэзоы;при определении содержаний меди и цин-кг данные СЙНАК по достоверности не уступают геологическому опробования керна, поэтому они могут использоваться взамен геологического опробования. Содержание аелеза по данным СИНАК и серы по данным ГП(-П можно оценивать с удовлетворительной точностью и использовать для выделения сплопных и вкрапленных руд. Поэтому НТС ПГ0 "Уралгеология" рекомендовало подготовить соответствующие материалы для представления в Научно-методический'Совет ВКИИГеслкнформ-систем. Высокая достоверность данных ГГК-П при определении

плотности в диапазоне 2,5-5 г/смЗ позволила Государственной комиссии по запасам дать положительное решение по использованию объемной плотности, полученной по ГТК-П при подсчете запесов Сафьяновского медноколчеданного месторождения.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Применение ядерных методов для оценки качества руд медноколчеданных месторождений.-Свердловск, 1986. - 95с. (Монография).

2. Опыт применения генератора нейтронов ня медкоколче-даннкх месторождениях Урала // Третье Всессюз.неучно-технич. совец. Вопросы разработки и применения нормативных генераторов нейтронов: Тез.докл. - М.,1988.- с.46-48.

3. Спектрометрический скважинкый прибор на базе генератора нейтронов ИГН-б.^Там же.-с.60-62 (Соавт.Деев Л.Л.).

4. Опыт обеспечения радиационной безопасности при использовании скважинного генератора'нейтронов // Доклад на семинаре .-„Требования радиационной безопасности при внедрении и эксплуатации кчвой радиационной техники!»Свердловск,1984.

5. Ядерногеофизические метода каротажа на медноколче-данных месторождениях ]] Применение геофизических методов при поисках а разгадке меднорудных месторождений: Тез.докл. научно-технич.конф.-Свердловск, 1984.-с.54-55 (Соавт.Лучников В.Н.).

6. Опит использования РРК на меднорудных и редкометаль-нкх объектах Среднего Урала У/ Ядерно-геофизические методы опробования пород и руд: Тез.докл.научно-тетнич.конф.-Сверд-ловек, 1986."с.18-19. (Соавт.Мезенцев А.И.).

7. Развитие ядерногеофизических методов исследований в Уральской геофизической экспедиции JJ Доклад на науч. конф.,посвященной 40-летию Уральской геофизической экспеди-пии.-Свердловс:-:, 1985. (Соавт.Лучников В.Н.).

8. Современное состоять аппаратурного обеспечения ядерногеофизическкх исследований скважин, типы и характеристики применяемых источников и пути технического перевооружения // Докл.не науч.семинаре. Внедрение новых технических средств при проведении геофизических работ, первичной обработке и интерпретации матерналовг-Свердловск, 1986. (Соавт.Лучников В.К., Мурахтанов Ю.Б.).

9. Особенности распределения микроэлементов в медно-колчеданных.рудах JJ Информационный листок }р 148-90. ЦНТК,-Свердловск, 1990'(Соавт.Возжеников Г.С.).

10. Достоверность данных ГГК-П на примере Сафьянозско-го медноколчеданного месторождения /У Научно-технич.совещ. НТС Ыинметаляургии СССР. Результаты геофизических исследований в ХЕ пятилбгке и перспективы их развития при разведке и эксплуатации цветных :* черных ызталлов: Докл.- Свердловск, 1990 (Соавт.Макаров В.Л.).

11. Влияние изменения вещественного состава ыеднокол-чеданной среды и способ его учета при определении содержаний меди и цинка по СШАК // Там же. (Соавт. Бехтерев В.В.).

/ /