γ測(cè)井儀標(biāo)定與校準(zhǔn)影響因素分析

黑龍江省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所 修 博

γ測(cè)井屬于放射性測(cè)井范疇，是根據(jù)巖石及其孔隙流體的核物理性質(zhì)，通過(guò)研究井的地質(zhì)剖面，勘探石油、天然氣、煤以及鈾等有用礦藏。野外地質(zhì)工作中，對(duì)于鉆孔的測(cè)量常用的儀器有γ測(cè)井儀、中子測(cè)井儀、密度測(cè)井儀等，利用γ測(cè)井儀能夠有效地確定鈾礦體的厚度、品位等。FD-3019 數(shù)字型γ測(cè)井儀普遍應(yīng)用于野外鉆孔測(cè)量工作中，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)這類(lèi)儀器的標(biāo)定、校準(zhǔn)影響因素進(jìn)行分析具有有重要意義。

一、γ 測(cè)井儀的工作原理

γ射線(xiàn)打入晶體產(chǎn)生的光子由光電倍增管轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，進(jìn)入前置放大器成為正脈沖信號(hào)輸出，γ測(cè)井儀將單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)量顯示在示值窗口上。由于脈沖數(shù)量正比于被測(cè)對(duì)象中放射性元素含量，因此通過(guò)γ測(cè)井儀可測(cè)量鉆孔中放射性元素的含量，其工作原理如圖1所示。

圖1 γ 測(cè)井儀工作原理

二、死時(shí)間τ

為達(dá)到高質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下的線(xiàn)性指標(biāo)，F(xiàn)D-3019 型γ測(cè)井儀采用了死時(shí)間補(bǔ)償電路，因此不需要測(cè)定儀器的死時(shí)間，但要對(duì)FD-3019 數(shù)字型γ測(cè)井儀進(jìn)行死時(shí)間修正，死時(shí)間修正計(jì)算公式如下。

式（1）中，τ為γ測(cè)井儀的死時(shí)間，N1為在低含量模型體源上的測(cè)量結(jié)果，R為低模型體源的含量與高模型體源的含量的比值，N2為在高含量模型體源上的測(cè)量結(jié)果。試驗(yàn)抽取的部分FD-3019 數(shù)字型γ 測(cè)井儀的死時(shí)間測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 γ 測(cè)井儀的死時(shí)間測(cè)量結(jié)果

由表1可知，F(xiàn)D-3019 數(shù)字型γ測(cè)井儀的死時(shí)間約4 ms，有較好的穩(wěn)定性。

三、非線(xiàn)性L(fǎng)

用固體鐳標(biāo)準(zhǔn)源檢驗(yàn)儀器的非線(xiàn)性，在γ測(cè)井儀的測(cè)量范圍內(nèi)，選擇均勻分布且空氣比釋動(dòng)能率最大值與最小值之差不少于100 倍的至少3 個(gè)點(diǎn)分別進(jìn)行測(cè)量，要求各點(diǎn)測(cè)量次數(shù)不少于10 次，累計(jì)計(jì)數(shù)不少于104次，按公式（2）計(jì)算各點(diǎn)的

空氣比釋動(dòng)能率靈敏度，計(jì)算公式如下。

式（2）中，為個(gè)測(cè)量點(diǎn)的空氣比釋動(dòng)能率靈敏度，Ni為γ測(cè)井儀在第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)的儀器示值，N0為γ測(cè)井儀在標(biāo)定場(chǎng)內(nèi)測(cè)得的儀器本底示值，為 固體鐳標(biāo)準(zhǔn)源在第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)γ測(cè)井儀探測(cè)器中心產(chǎn)生的空氣比釋動(dòng)能率值。

采用固體鐳點(diǎn)源標(biāo)定儀器，以空氣比釋動(dòng)能率標(biāo)準(zhǔn)值為橫坐標(biāo)，測(cè)量結(jié)果為縱坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合得到的斜率即為γ 測(cè)井儀的空氣比釋動(dòng)能率靈敏度，將代入公式（3）計(jì)算γ測(cè)井儀的非線(xiàn)性L(fǎng)。

所選儀器的非線(xiàn)性測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 γ 測(cè)井儀的非線(xiàn)性測(cè)量結(jié)果

由表2可知，F(xiàn)D-3019 數(shù)字型γ測(cè)井儀的非線(xiàn)性普遍較好，能夠滿(mǎn)足高質(zhì)量分?jǐn)?shù)礦體與低質(zhì)量分?jǐn)?shù)礦體的測(cè)量要求。

四、其他影響因素

γ測(cè)井儀標(biāo)定的重要影響因素還有鈾換算系數(shù)、相對(duì)示值誤差等，本文，筆者進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)量工作，測(cè)量了FD-3019數(shù)字型γ測(cè)井儀的一些實(shí)際參數(shù)（鈾換算系數(shù)、誤差、角響應(yīng)等），結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 γ 測(cè)井儀的鈾換算系數(shù)、誤差、角響應(yīng)測(cè)量結(jié)果

由表3可知，F(xiàn)D-3019 數(shù)字型γ測(cè)井儀的鈾換算系數(shù)都分布在1 000 nGyh-1/（0.01%eU）左右，符合γ測(cè)井儀的檢定要求，儀器的示值誤差都小于10%，有較好的測(cè)量準(zhǔn)確度，儀器的角響應(yīng)較低。

五、討論

1.γ測(cè)井儀在進(jìn)行野外地質(zhì)工作前必須進(jìn)行儀器的標(biāo)定，儀器的合格標(biāo)定是野外工作的保障，利用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)γ測(cè)井儀進(jìn)行標(biāo)定，能夠有效地對(duì)其標(biāo)定影響因素進(jìn)行分析，通過(guò)大量測(cè)量可以看出γ測(cè)井儀的標(biāo)定受標(biāo)定場(chǎng)所本身影響，其中測(cè)井模型大廳中積累著大量的氡及子體，排氣系統(tǒng)的好壞不僅影響到儀器的標(biāo)定結(jié)果，還會(huì)影響到計(jì)量工作人員的身體健康。

2.多數(shù)測(cè)井儀的死時(shí)間都符合野外工作的要求，部分測(cè)井儀的死時(shí)間偏大，會(huì)使實(shí)測(cè)結(jié)果與修正結(jié)果產(chǎn)生較大差距，對(duì)礦藏儲(chǔ)量的正確評(píng)估具有一定的影響。

3.部分測(cè)井儀的非線(xiàn)性較差，晶體存在一定的老化現(xiàn)象，另外一些電子學(xué)器件的損害也影響到儀器的線(xiàn)性程度。

4.采用固體鐳點(diǎn)源對(duì)測(cè)井儀標(biāo)定過(guò)程中，放射源的抖動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生了很大的影響，另外，放射源的移動(dòng)也給測(cè)量本底帶來(lái)了影響。

5.多數(shù)測(cè)井儀的角響應(yīng)很小，符合檢定要求，但也有一些儀器由于做工原因而導(dǎo)致存在一定的角響應(yīng)。

6.標(biāo)定場(chǎng)所一定要做好輻射監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常要立即處理，隨著γ測(cè)井儀在實(shí)際應(yīng)用中的不斷加深和試驗(yàn)方法的改進(jìn)，儀器的標(biāo)定工作一定會(huì)取得更好的效果。