En 自然γ铀矿测井 LaBr3晶体探测效率的 MC 模拟

．
１ ５ ０
卡罗模 拟计算 中的系统简化描述 ［ Ｊ ］ ．核 电子学 与 探 测技 术 ， ２ ０ ０ ７， ２ ７ （ ４ ） ： ７ ９ ３— ７ ９ ５ ． ［ ８ ］ 侯 克 斌． 自然 伽 玛 测 井 及 其 影 响 因素 的 Ｍ ｏ ｎ ｔ ｅ
Ｃ ａ ｒ ｌ ｏ 模拟 ［ Ｄ］ ．成都 ： 成都理工大学 ， ２ ０ １ ０ ．
Ｐ
：
ｄ 咖 ｓ ｉ ｎ Ｏ ｄ Ｏ ｆ ｅ ｄ ｒ ＝
一
Ｋ ｑ ｐ （ １
ｅ 一 ） 。
图２ ＭＣ Ｎ Ｐ模 型 示 意 图
当为饱 和矿层 时 ， 即 卜 ∞ ， 带 人 上 式 可
得：
： 。
当进 行传 统 的平 均 含 量法 测井 时 ， 岩 石 放
射性 物质 的伽 马 常数 Ｋ、 岩 层 密 度 Ｐ以及 岩 层
探测器与矿层相对位置／ ＇ Ｇ ｍ
度地 层 ， 矿层 厚 度选 择 为 １ ０ ｃ ｍ 的薄 层 ， 伽 马射
图 ４ 单一矿层 下相同探 测器长度不同 半径 的照射量率
３ ． Ｏ ｘ ｌ ０
线能量分 别 选用 铀 、 钍、 钾 的 ３个 特 征 能 量 １ ． ４ ６ 、 １ ． ７ ６和 ２ ． ６ ２ Ｍｅ Ｖ。整 个模 拟 模 型如 图 ２
参 考文 献
长度的照射量率
１ ４ ｘ１ ｏ‘
１ ． ２ × ｌ ’ 】０ × ｌ Ｏ
褥８ ０ ｘ １ ０ ｎ 巅
拳 ６ Ｏ × １ ０
［ １ ］ 池伟．国外核 测 井技 术 的发 展状 况 ［ Ｊ ］ ．舰 船防
化， ２ ０ ０ ６ ， （ Ｓ １ ）： ２ ６— ３ ０ ．
１
瓣瓣拳 蔼罂
ｌ ５
５
×
Ｏ
×
Ｏ
ｘ
质量 吸 收系数 为 一 确定 值 时 ， 岩层 的伽 马 射
Ｏ
仃
Ｏ
线照 射率 与天然 放射 性 物质 含量 ｇ成 正 比。
－ ｒ
１ ５ ０
－ １ ０ ０
・ ５ ０
０
５ ０
１ ０ ０
１ ５ ０
１ ０ ０ ｃ ｍ 的 圆筒状 的几 何模 型 ， 其 内径 为常 用 的 铀矿 浅孔勘 查半 径 ， 外径 以 １ ０ ０ ｃ ｍ代 替无 限宽
羹 ３ ｌ ｏ
嚣２ ． ０ × 】 ０ － ４
１ ． Ｏ ｘ ｌ ０ ０ ． ０ ｌ Ｏ ０ — ５ ０ ０ ５ ０ １ ０ ０ ｌ ５ Ｏ
１ 自然 测 井 仪 及 原 理
自然 测 井 仪 器 主要 包 括 井 下 仪 器 和 地 面仪 器两 个部 分 。井下 仪器 由通 信及套 管接箍
定 位器 和 自然伽 马 探 测 器组 成 ； 地 面仪 器 由供
的铀 、 钍、 钾 等放 射 性 元 素 引起 的 ， 这 些 放 射 性
当在进 行 小 口径 测 井 时 ， 可 以适 当考 虑 增 加 Ｌ ａ Ｂ ｒ ， 探测 器 的 长 度 ， 来 弥 补 探 测 器 半 径 太 小
带 来 的探 测 效 率 不 高 ， 此外 Ｌ ａ Ｂ ｒ 探 测 器 长 度
图 ６ 单 一 矿 层 下 相 同探 测 器 半径 不 同
增加 ， 在 提高 探测 效率 的同时 ， 并不 影响探 测器 对 于矿层 的分辨率 。
所示， 模 拟过程 步骤 如 下 ： （ １ ） 在 单 一 矿 层 条 件 不 变 的情 况 下 ， 调 节
Ｌ ａ Ｂ ｒ 探 测器 的半 径 和 长度 ， 测 出不 同半 径 、 不
２ ． ５ × ｌ ０
２ １ ０ × １ ． ５ × １ ０
同长度 的探测 器探 测效 率 。 （ ２ ） 在 多层 矿 层 中 ， 模 拟 同一 半 径 下 不 同 长度 的探 测 器 ， 测 出不 同长 度 的探 测 器探 测 效 率和探 测器对 矿层 的分辨 率 。
元素在 地层 中的 聚集与 地层 的沉 积环境 有 着密 切 的联 系 。通 过这 些放 射性 元素 可 以探 测 和评
价放射 性矿床 ， 在沉 积地 层 中 ， 自然伽 马测井 读 数一般 反应 地层 的泥 质 含 量 。在 铀 矿 勘 查 中 ，
电系统 、 通 信设备 、 深度 编码器 和采 集控制 计算
２
ｅ－
、
其中： ｐ为矿 层 介 质 密 度 ； 为 伽 马射 线 吸 收系数 ； ｇ为 每克 岩石 中天 然 放射 性 物质 含 量 ；
为岩石 中放射 性物 质 的伽 马 常数 。采 用球 坐 标即 ｄ ｖ＝ ２ ｒ ｓ ｉ ｎ Ｏ ｄ ｒ ｄ ｃ Ｉ ） ｄ Ｏ ， 对 其 积分 可得 ：
图 ７ 多 矿层 中相 同 探 测 器 半 径 不 同 长 度 的脉 冲计 数
３． Ｏ ｌ ０
［ ４ ］ 彭琥．基 于钟形 函数的 自然伽 马测井 响应 ［ Ｊ ］ ．测
井技术 ， ２ ０ ０ ３ ， ２ ７ （ ０ ６ ）： ４ ４ ９— ４ ５ ５ ．
［ ５ ］ 王红涛 ， 张 占松 ， 陈 子善 ．空 气钻 井补偿 中子 测井
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｌ ８ ２ ２ ． ６ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ２ ５ ８ － ０ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — １ １ ５ ６ － ０ ４
自然伽 马 测井 是 测 量 地 层 的 自然 伽 马射 线 。地层 的 自然伽 马射 线 主要是 由岩石 中所含
２ ． ０ ｘ １ ０‘
Ｏ． Ｏ
．
１ ５ ０
［ ３ ］ 秦超飞 ， 佘 冠军 ， 汤 彬．基 于蒙特 卡罗方 法 的铀矿 测井 中特征参数的求取研 究 ［ Ｊ ］ ．科技广 场 ， ２ ０ １ ｌ ，
（ Ｏ １ ）： ｌ ８— ２ ０ ．
探 测 器 与矿 联 相 对 位 置／ ｃ ｍ
２ 蒙特 卡洛模 拟模型
本 文进行 模 拟计算 采用 的蒙 特 卡洛计 算 软 件为 Ｍ ｏ ｎ ｔ ｅ Ｃ ａ ｒ ｌ ｏ Ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ
探测器 与 矿层相对位簧／ ｃ ｍ
图３ 单 一 矿 层 下 相 同 探 测 器 长 度 不 同
１ ． ０ × １ 旷
５ ． ０ × ｌ Ｏ ０ ． ０
—
１ ５ ０
一 ｌ Ｏ ０
— ５ ０
０
５ ０
ｔ ｍ
３ 模 拟 数 据 分 析
通过 Ｍ Ｃ Ｎ Ｐ软件对上述模 型计算后 ， 得出 相 应数据 绘成 图 ， 如 图 ３～图 ８所 示 。
２ ５ × １ ０
羹 ２ － １ ０
二 １ ， ５ Ｋ １ ０
ｌ ０×ｌ ０ ５． Ｏ×ｉ ０ 。 ’
响应的蒙特 卡 罗模 拟及 应 用 ［ Ｊ ］ ．石 油天 然气 学
报， ２ ０ １ １ ， ３ ３ （ ６ ） ： ２ ２ ８— ２ ３ １ ．
［ ６ ］ 于华伟 ， 孙建孟 ， 李晓鹏 ， 等．蒙特 卡罗模拟研究水
嚣 ４０ ×ｌ
．
［ ２ ］ 吴文圣 ， 何景枝 ．核 测井 Ｎ ａ Ｉ 、 Ｂ Ｇ Ｏ和 Ｌ ａ Ｂ ｒ 一 ３探测
器响应的 Ｍ —Ｃ模 拟 ［ Ｊ ］ ．核 技术 ， ２ ０ １ １ ， ３ ４（ １ ２ ） ：
９ ０ ９—９１ ５ ．
１ ０ Ｏ ． ５ Ｏ Ｏ ５ Ｏ １ ０ Ｏ １ ５ ０
平 井密度测 井 中岩屑层 的影响 ［ Ｊ ］ ．核 技术 ， ２ ０ ０ ９
（ １ ０ ） ： ７ ５ １— ７ ５ ５ ．
０ ０
［ ７ ］ 邵新生 ， 徐家云 ， 李斌 ， 等． 谱仪探测 效率用蒙特
１ ０ ０ ． ５ ０ ０ ５ ０ １ ０ ０ １ ５ ０
机组 成 。
自然 测井 主要是用来 确定矿层位置并通过 计算放射性元素含量来做储量计算 ＿ ｌ 。 。 Ｊ 。
在用 于测井 的探 测器 中 由于 闪烁体探 测器 具 有低 廉价 格 和优 异 性 能得 到广 泛应 用 ， 因此 如何 提高 闪烁 体 探 测 器 对 于 射 线 的 探 测 效 率 一 直 是测 井 仪器 研 究 设 计 中 的一 个 重 要 内
自然伽 马测 井是 沿井 深记 录各 个岩层 中 自
然存在的伽马射线强度的测井方法。岩层中的
自然伽 马射线 能量 强度 主要 是 由其 所 含 的 Ｕ、 Ｔ ｈ 、 Ｋ 、 Ｒ ａ等 同位素 产生 的 。 当探测器 位 于饱 和矿层 中心 以及矿 层介 质 密度 一致 时 ， 矿层 中 任意 一 点处 的照 射量 率 如
半径 的脉冲计数
５ ． Ｏ ×ｌ Ｏ ４ ． ０ × ｌ
Ｃ ｏ ｄ ｅ （ Ｍ Ｃ Ｎ Ｐ ） ， 它是一套通用的 、 模拟粒子联合 输运问题 的随机数值模拟计算软件 ， 由于其语
言结 构简 单且 开 发 了 图形 展 示 界 面 ， 近些 年 该 程 序在核 测井 领域 的应 用 也越来 越 广泛 。 模 型 中模 拟 所 建井 深 ３ ０ ０ ｃ ｍ， 测 井探 管 直 径为４ ｅ ｍ， 地层 设 计 内外 直径 分别 为 ７ ． ５ ｃ ｍ和
图 １ 所 示 。
Ｏ
容， 本文通过蒙 特卡洛方 法对 Ｌ ａ Ｂ ｒ 闪烁体探
测器 测井 进 行数 学 建模 ， 在 不 影 响探 测器 对 矿
层厚度分辨率的情况下通过模拟优化来提高探
测器 的探测效 率 。
ｄ ｖ
图１ 饱和矿层 中任 意一点处照射量率
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ０— ０ ９
第３ ３卷
２ ０ １ ３ 年
第 ９期
９月
核 电子学 与探 测技术
Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ＆ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． ９
Ｓｅ ｐ ｔ ． ２０１ ３
图 ５ 单 一矿层 下相同探测器半径不 同 长度的脉 冲计数
如 图 ３和 图 ４可 见 随着 Ｌ ａ Ｂ ｒ 探 测器 半径
１ １ ５ ７
４ 结 论
本 文通 过 对 自然 伽 马测 井 的蒙 特 卡 洛模
拟， 得 出了在 自然 伽 马 测 井 中 Ｌ ａ Ｂ ｒ 探 测 器 的 探 测效 率 与 探 测器 本 身 的几何 形 状 无关 ， 只与 探 测器 体 积 相 关 ， 并 且 两 者 之 间 成 正 比关 系 。
Ｅ ｎ 自然 铀 矿 测 井 Ｌ ａ Ｂ ｒ ３ 晶 体
探 测 效 率 的 ＭＣ模 拟
阳林 峰 ， 庹先 国 ， 张金钊 ， 丁逸仙
（ １ ． 成都理工大学核技术与 自动化工程学 院 ， 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ；
２ ． 成都理工大学地质灾害 防治与地质环境保 护国家重 点实验室 ， 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ）
摘要 ： 自然 铀矿测井是通过测量地层 中的天然放射性元 素 自发衰变 产生 的 射 线 ， 得 到铀矿含 量信息 的测井方法 。论文利用 Ｍ Ｃ Ｎ Ｐ ５程序模拟不 同孔径 、 不同地质层 位 的 ｕ、 Ｔ ｈ 、 Ｋ含 量等条 件下 Ｌ ａ — Ｂ ｒ ， 探测器对 自然 射线 的探测效率 ， 得 出最佳探测效率时 ， 孔径与探测器几何形 状关 系 ， 为 自然 探管 探 测器 的设计提供参考 。 关键词 ： 测井 ； Ｌ ａ Ｂ ｒ ３ 探测 器 ； ＭＣ Ｎ Ｐ ； 探测效率
饱和矿层 中任 意一点体积 为 的体积元 在距其距离为 ｒ 处的 ０点位置产生的伽马照射
量率 ， 为：
作者简 介： 阳林 峰（ １ ９ ８ ６一 ） ， 男， 在读硕士研究生 ， 研
究 方向为辐射防护与环境保护 。
１ １ ５ ６
ｄ ｌ ： Ｋｑ ｐｆ ｌ ｖ
４ ｖ ｒ ｒ