[发明专利]基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量技术

权利要求书

1.一种基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量技术，该技术由小型可控中子发生器向钻孔周围的地层岩石发射快中子，该快中子被地层岩石与钻孔介质相继慢化为超热中子与热中子，热中子诱发²³⁵U裂变并放射出铀裂变瞬发中子，瞬发中子又相继慢化成为超热中子与热中子，并可再次诱发²³⁵U裂变，如此反复，将形成与铀裂变密切相关的超热中子随时间的特有变化规律；其特征在于：利用超热中子探测器沿井轴测量由该快中子与瞬发中子慢化而来的超热中子，由超热中子时间谱仪将其形成为超热中子时间谱，从该时间谱中提取表示该快中子慢化能力和铀裂变持续能力的两个系数1/τ₂和1／τ₁，定义n_E(t₁)／n_E(t₂)为“裂变／慢化”比，最后以“裂变/慢化”比构建基于饱和矿层的铀定量实时算法。

2.根据权利要求1所述基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量技术，其特征在于：选用³He正比计数管制作超热中子探测器，其内部充气压力为0.6Mpa～1.2Mpa；超热中子探测器的正比计数管外围包裹5mm～6mm壁厚的含氢量很高的聚乙烯中子慢化材料，慢化材料外围再包裹0.5mm～1.5mm壁厚的金属镉皮，其中慢化材料用于将热中子慢化为超热中子，金属镉皮用于阻挡热中子进入超热中子探测器的正比计数管；超热中子探测器的正比计数管紧靠中子发生器。

3.根据权利要求1所述基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量技术，其特征在于：超热中子时间谱仪内部包含³He正比计数管、包裹³He正比计数管的聚乙烯中子慢化材料、包裹在慢化材料外的0.5mm～1.5mm壁厚的金属镉皮、探测器高压电源、前置放大器、成形与甄别电路，以及记录超热中子探测器输出信号的脉冲计数器、时间谱分析与缓存电路；其中，探测器高压电源与正比计数管相连，正比计数管输出端与前置放大器相连，前置放大器输出端与成形及甄别器相连；成形及甄别器输出端与脉冲计数器相连，脉冲计数器输出端连接时间谱分析与数据缓存电路；超热中子时间谱仪可记录快中子慢化而来的中子时间谱；超热中子时间谱仪采用485总线与地面测井计算机进行数据传输。

4.根据权利要求1所述基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量技术，其步骤：利用已经刻度了的测井仪，该测井仪参数事先调整到固定状态，并确定t_≤200、t₁、t_≤40、t₂，以及η、K参数；然后在野外井中沿井轴逐点提升测量或匀速提升测量，由超热中子时间谱仪获得各测点的超热中子时间谱N_E(t)，并传送到地面测井计算机；然后采用指数函数、负指数函数的对超热中子时间谱N_E(t)的自t₂至t_≤40时段的指数规律增长段、自t_≤200至t₁时段的负指数规律衰减段分别进行数值拟合，求得增长速率1/τ₁与衰减速率1/τ₂的取值，并由该时间谱N_E(t)求得超热中子衰减量N_E(t_≤200～t₁)和超热中子增长量N_E(t₂～t_≤40)，由下式计算“裂变／慢化”比N_f/m(t₁，t₂)：

Nf/m(t1,t2)=τ2·(1-e-(t≤40-t2)/τ2)τ1·(1-e-(t1-t≤200)/τ1)·NE(t≤200~t1)NE(t2~t≤40)]]>

最后以井轴为纵坐标，以N_f／m(t₁，t₂)-η横坐标，绘制测井曲线，该曲线称为“裂变／慢化”比测井曲线；采用平均含量法求得矿层铀含量的平均效应，即饱和矿层铀含量的计算公式为：

qu=Nf/m(t1,t2)-ηK]]>

其中，本底干扰η、换算系数K，以及超热中子时间谱N_E(t)的指数规律增长段的时间点t₂和t_≤40、负指数规律衰减段的时间点t_≤200与t₁均在模型井中进行刻度测井来求得；也就是，刻度测井应至少具备两个以上的模型井，这些模型井铀含量q_u已知，但取值不同；在模型井的饱和矿层中部进行精细测量，获得“标准”的超热中子时间谱N_E(t)，通过超热中子时间谱N_E(t)中的指数规律增长段、负指数规律衰减段的指数函数、负指数函数拟合，选择拟合函数的相关系数尽量高，一般达到0.95以上的t_≤200、t₁、t_≤40、t₂参数，并根据这些拟合函数求得τ₁、τ₂的取值，然后计算“裂变／慢化”比N_f／m(t₁，t₂)，代入饱和矿层铀含量的计算公式，通过解方程组或线性拟合，求得η与K的取值。