我國(guó)γ 測(cè)井技術(shù)發(fā)展的回顧與展望

王殿學(xué)，余水泉，黃笑

（1.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.中國(guó)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(guó)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(guó)鈾礦地質(zhì)找礦工作始于1955 年，六十多年來(lái)，國(guó)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(cè)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(cè)井”是指伽馬總量（定量伽馬）測(cè)井，為凸顯其特殊性最終定義為“γ測(cè)井”，它不同于石油、煤炭等系統(tǒng)使用的“自然伽馬測(cè)井”。我國(guó)γ測(cè)井技術(shù)從無(wú)到有，經(jīng)歷了引進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建得以不斷健全完善。下面將在γ測(cè)井的儀器設(shè)備、方法技術(shù)、測(cè)井模型、解釋修正和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)五方面，回顧總結(jié)我國(guó)γ測(cè)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(duì)我國(guó)γ測(cè)井技術(shù)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望，旨在供同行討論，統(tǒng)一觀念進(jìn)一步促進(jìn)γ測(cè)井技術(shù)的發(fā)展［6］。

1 儀器設(shè)備

20 世紀(jì)50 年代，從開(kāi)始使用蘇制測(cè)井儀到仿制完成第一代電子管電路的FD-107 型γ測(cè)井儀。1969年由原二機(jī)部國(guó)營(yíng)二六三廠（現(xiàn)上海申核電子儀器有限公司，以下簡(jiǎn)稱上海申核）自行設(shè)計(jì)并研制完成FD-61型輕便γ測(cè)井儀，1979年完成對(duì)FD-61 型測(cè)井儀的改進(jìn)，并定型為FD-61K型γ測(cè)井儀［7］。FD-61K型γ測(cè)井儀探測(cè)部分傳感器采用的是三只伽馬計(jì)數(shù)管和分立電路組成。主機(jī)采用分立元件，模擬信號(hào)率表顯示數(shù)據(jù)。受伽馬計(jì)數(shù)管探測(cè)靈敏度和精度較低的影響，低品位礦層難以準(zhǔn)確測(cè)量。

20世紀(jì)80年代，隨著國(guó)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(kāi)始研制高靈敏度的第二代γ測(cè)井儀，型號(hào)定為FD-3019。FD-3019型γ測(cè)井儀探測(cè)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(guò)長(zhǎng)期的模型標(biāo)定和實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)專家鑒定FD-3019型γ測(cè)井儀其技術(shù)性能和指標(biāo)完全達(dá)到鈾礦勘查技術(shù)要求，從而取代了原FD-61K 型γ測(cè)井儀。FD-3019 型γ測(cè)井儀的研制成功，實(shí)現(xiàn)了γ測(cè)井?dāng)?shù)字化、高精度測(cè)量，提高了γ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的可信度。

受當(dāng)時(shí)電子技術(shù)水平的限制，測(cè)井儀與地面測(cè)量系統(tǒng)之間采用電纜進(jìn)行模擬信號(hào)傳輸，傳輸信號(hào)存在形變、衰減和傳輸死時(shí)間等問(wèn)題。隨著數(shù)字化和計(jì)算機(jī)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(cè)井儀接入地球物理測(cè)井系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)傳輸，大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明取得了較好的效果，避免了模擬信號(hào)因傳輸過(guò)程受影響而產(chǎn)生的測(cè)量不精準(zhǔn)的缺點(diǎn)。到2007年，γ測(cè)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(cè)井儀，γ測(cè)井儀與地面測(cè)量系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理及顯示上采用計(jì)算機(jī)、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(cè)井儀前端采用NaI晶體傳感器作為探測(cè)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(cè)井儀各參數(shù)組合使用，更適應(yīng)現(xiàn)代野外測(cè)井高效率化的特點(diǎn)。γ測(cè)井儀經(jīng)歷了“引進(jìn)、仿制和自主改進(jìn)”的過(guò)程，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

2 方法技術(shù)

2.1 測(cè)井方法

1927 年9 月5 日測(cè)井技術(shù)誕生于法國(guó)，并很快得到推廣應(yīng)用［8］。核測(cè)井作為測(cè)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(lái)［9］。核測(cè)井主要包括伽馬測(cè)井、中子測(cè)井和核磁測(cè)井三大類。我國(guó)自1955 年組建鈾礦地質(zhì)隊(duì)伍開(kāi)展鈾礦勘查以來(lái)，一直采用γ總量測(cè)井（γ測(cè)井）技術(shù)和方法，提交的360余個(gè)鈾礦床全部使用γ測(cè)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(cè)井解釋結(jié)果計(jì)算和提交鈾資源儲(chǔ)量［10］，不需要通過(guò)礦心取樣和化驗(yàn)分析來(lái)確定礦石品位和厚度，部分礦心取樣分析主要用于與γ測(cè)井解釋結(jié)果比對(duì)和確定鈾鐳（氡）平衡系數(shù)。實(shí)踐證明，γ測(cè)井是一種快速、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、實(shí)用的現(xiàn)場(chǎng)定量測(cè)量方法。

γ測(cè)井作為鈾礦地質(zhì)勘查過(guò)程中一種基本的井下核地球物理測(cè)井方法，利用FD-3019數(shù)字傳輸型γ測(cè)井儀沿鉆孔測(cè)量巖層和礦體的放射性強(qiáng)度，其能量測(cè)量范圍為（400 keV～3 MeV），測(cè)量結(jié)果為每秒的計(jì)數(shù)（cps）。可利用FD-3019 探管檢定給出的換算系數(shù)與死時(shí)間進(jìn)行計(jì)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(cè)井的測(cè)量方式有兩種，一種是點(diǎn)測(cè)，另一種是連續(xù)測(cè)井。法國(guó)于1960 年開(kāi)始研究連續(xù)測(cè)井和相關(guān)的儀器設(shè)備，隨著電控設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，絞車由恒速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度由數(shù)字測(cè)井采集系統(tǒng)控制，測(cè)井深度則由滑輪和光電碼盤(pán)記錄電纜移動(dòng)的長(zhǎng)度。1984年，渭南煤礦專用設(shè)備廠引進(jìn)美國(guó)MT.SOPRIS 系列Ⅲ數(shù)字測(cè)井生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)吸收和改進(jìn)后生產(chǎn)出TYSC 系列數(shù)字測(cè)井儀器系統(tǒng)［12］。20 世紀(jì)90 年代中葉，煤田測(cè)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(guó)鈾礦γ測(cè)井實(shí)現(xiàn)了連續(xù)測(cè)井，極大地提高了γ測(cè)井的精度和效率［13］。

2.2 井場(chǎng)測(cè)量

地球物理測(cè)井工作主要是通過(guò)地球物理測(cè)井儀器觀測(cè)并記錄鉆孔內(nèi)地層巖性的各項(xiàng)參數(shù)，從而解決各種地質(zhì)找礦問(wèn)題。20世紀(jì)50年代末，光電碼盤(pán)和絞車控制器還未出現(xiàn)前，γ測(cè)井設(shè)備主要由γ測(cè)井儀和地面操作系統(tǒng)構(gòu)成，γ測(cè)井還處于模擬測(cè)井階段［14］。測(cè)井電纜采用鋼卷尺測(cè)量距離，以1～5 m 為間距做好固定標(biāo)記，電纜標(biāo)記經(jīng)過(guò)一段工作時(shí)間后需要進(jìn)行檢查。井場(chǎng)測(cè)井則采用人工手搖電纜進(jìn)行，到達(dá)井場(chǎng)先安裝電纜絞車和井口滑輪，與電纜平行地放置1 m 長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)尺一把，用于丈量測(cè)井深度。測(cè)量方式則采用由下而上逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，點(diǎn)距根據(jù)地層放射性強(qiáng)度來(lái)確定，在放射性正常地段測(cè)量點(diǎn)距為1 m，增高地段點(diǎn)距為0.20 m，放射性異常地段（礦、礦化）點(diǎn)距為0.10 m。通常測(cè)井至少由3個(gè)操作人員共同完成，一個(gè)人員操作儀器并記錄，第二個(gè)人員負(fù)責(zé)測(cè)量電纜深度，第三個(gè)人員負(fù)責(zé)電纜的上提或下放。該階段測(cè)量深度和測(cè)量結(jié)果的精度有限，測(cè)井效率也很低。

20 世紀(jì)60 年代中期，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)記錄技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字自動(dòng)記錄階段，測(cè)井設(shè)備主要由地面絞車控制器、綜合數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)、絞車、光電碼盤(pán)、電纜、滑輪和下井儀等組成［15］。測(cè)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(cè)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(shí)綜合數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)通過(guò)電纜向下井儀供電和發(fā)送信號(hào)，絞車電纜的長(zhǎng)度則由光電碼盤(pán)記錄下來(lái)與下井儀記錄信號(hào)一同傳輸至地面綜合數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)。測(cè)井開(kāi)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(yīng)位于井口正上方，地滑輪需正對(duì)絞車滾筒中心。天滑輪的位置應(yīng)能使電纜盡量垂直入井，以減少電纜的磨損。在測(cè)井過(guò)程中，天、地滑輪的位置應(yīng)保持固定，以免造成深度誤差。開(kāi)展地球物理測(cè)井工作時(shí)，測(cè)井起始深度零點(diǎn)應(yīng)與鉆探的零點(diǎn)統(tǒng)一，零點(diǎn)對(duì)齊后，下放（上提）下井儀開(kāi)始測(cè)井工作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)連續(xù)測(cè)井。20 世紀(jì)70 年代中期，計(jì)算機(jī)被應(yīng)用于測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，標(biāo)志著地球物理測(cè)井步入了數(shù)控測(cè)井時(shí)代［16］，20 世紀(jì)70 年代中葉，由計(jì)算機(jī)和測(cè)井設(shè)備組成的數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)才被引入砂巖型鈾礦勘查中，γ測(cè)井實(shí)現(xiàn)了數(shù)控測(cè)井。現(xiàn)階段，γ測(cè)井已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化傳輸，并以時(shí)間域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣點(diǎn)間距最小可在0.01～0.05 m 之間，極大地提高了γ測(cè)井工作的效率和測(cè)量結(jié)果的精度。

3 測(cè)井模型

自1955 年鈾礦地質(zhì)勘查工作開(kāi)展以來(lái)，我國(guó)在石家莊核工業(yè)航測(cè)遙感中心建立了國(guó)家放射性儀器標(biāo)定系列模型，其全稱為γ測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置，以下簡(jiǎn)稱“γ測(cè)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(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置Fig.1 Standard device of γ logging model

γ測(cè)井模型始建于20世紀(jì)70年代，依據(jù)IAEA 174 號(hào)技術(shù)報(bào)告相關(guān)要求建造了系列模型若干個(gè)，并于1983 年7 月通過(guò)部級(jí)鑒定，成為我國(guó)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)模型，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白［17］。20世紀(jì)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(gè)含鈾、釷、鉀等放射性核素的γ測(cè)井模型，以滿足生產(chǎn)需求，該系列γ測(cè)井模型總數(shù)達(dá)13 個(gè)?！笆濉逼陂g，隨著我國(guó)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(gè)高鈾含量γ測(cè)井模型［18］。γ測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置主要分為鈾、釷、鉀、本底和混合五類，共計(jì)15個(gè)模型，是我國(guó)迄今為止唯一的γ測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置［19］。各γ測(cè)井模型按統(tǒng)一的規(guī)格建造，其外形邊長(zhǎng)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(zhǎng)1.20 m 的立方體，上、下圍巖層厚度為0.60 m。γ測(cè)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(shù)脂密封。國(guó)內(nèi)使用的γ測(cè)井探管均需要通過(guò)γ測(cè)井模型的標(biāo)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(cè)井工作。

4 解釋修正

γ測(cè)井解釋首先需要將測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加工整理繪制出曲線，然后對(duì)繪制出的曲線進(jìn)行分析和解釋，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈾礦（化）層空間位置、厚度和品位的確定［21］。

4.1 資料解釋

γ測(cè)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(jì)50 年代，平均含量法被最早提出用于γ測(cè)井曲線的定量解釋。我國(guó)在鈾礦地質(zhì)勘查初期，所使用的γ測(cè)井儀和γ測(cè)井儀的換算系數(shù)均由蘇聯(lián)提供，按蘇聯(lián)的γ測(cè)井規(guī)程要求，長(zhǎng)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(cè)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(jì)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(cè)井所采集到的計(jì)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(cè)井曲線圖；然后，依據(jù)解釋?duì)脺y(cè)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(guò)異常面積的求取來(lái)計(jì)算出礦層的平均品位。平均含量法以往因礦體形態(tài)復(fù)雜且γ測(cè)井曲線的繪制、礦層厚度的確定、異常面積的計(jì)算等均采用人工解釋計(jì)算，解釋工作量大導(dǎo)致無(wú)法快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行礦層鈾含量定量計(jì)算。直到20 世紀(jì)80 年代初，分層解釋法的引入，平均含量法的應(yīng)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(xì)分布，并且可以實(shí)現(xiàn)按不同品級(jí)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(jì)60 年代初由美國(guó)學(xué)者提出，并編制了GAMLOG 計(jì)算機(jī)程序。到了20 世紀(jì)70 年代初，逆矩陣法被提出，但均未得到推廣應(yīng)用。70 年代末，反褶積技術(shù)的出現(xiàn)，促使三點(diǎn)反褶積方法應(yīng)用于γ測(cè)井定量解釋。我國(guó)則是在20 世紀(jì)70 年代末引進(jìn)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(jì)80 年代初，反褶積法被引入我國(guó)［25］，之后便在鈾礦地質(zhì)勘查中得到廣泛地應(yīng)用與研究，經(jīng)大量的研究與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，提出了多種反褶積法，如：五點(diǎn)反褶積法、七點(diǎn)反褶積法等。在此期間，核工業(yè)地質(zhì)局組織了“鈾礦γ測(cè)井分層解釋方法研究”和“γ測(cè)井分層解釋理論、技術(shù)與軟件系統(tǒng)”等項(xiàng)目的開(kāi)展與實(shí)施，其研究成果為分層解釋的全面推廣及應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1991 年分層解釋技術(shù)已被收錄于《γ測(cè)井規(guī)范》（EJ/T 611—91）中［26］。目前硬巖型鈾礦常采用三點(diǎn)反褶積法定量解釋，砂巖型鈾礦則常采用五點(diǎn)反褶積法定量解釋。

軟件方面，東華理工大學(xué)湯彬教授于1989年基于固態(tài)Basic 語(yǔ)言計(jì)算機(jī)編寫(xiě)了反褶積程序，各生產(chǎn)單位因當(dāng)時(shí)不具備相應(yīng)的硬件設(shè)施，從而未得到推廣應(yīng)用［27］。核工業(yè)二一六大隊(duì)于2002 年開(kāi)發(fā)完成五點(diǎn)反褶積解釋軟件，核工業(yè)二七〇研究所于2007 年開(kāi)發(fā)完成三點(diǎn)反褶積解釋軟件，核工業(yè)二〇三研究所于2005 年完成測(cè)井資料自動(dòng)化解釋系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)［28］，這些解釋軟件先后通過(guò)部級(jí)鑒定并應(yīng)用于鈾礦地質(zhì)勘查中。2014 年，中國(guó)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(duì)等單位聯(lián)合研發(fā)了“鈾礦測(cè)井資料處理解釋系統(tǒng)”，將γ測(cè)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(zhǔn)確地在測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)確定鈾礦層品位、厚度和空間位置［29］。

4.2 系數(shù)修正

20世紀(jì)50 年代鈾礦勘查初期，γ測(cè)井技術(shù)從蘇聯(lián)引進(jìn)，同時(shí)按蘇聯(lián)的規(guī)程要求進(jìn)行γ測(cè)井解釋，其中包括放射性平衡的計(jì)算及修正。隨著國(guó)內(nèi)鈾礦勘查的推進(jìn)，積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，1958 年《放射性伽瑪測(cè)井方法》一書(shū)中，提出了泥漿和套管吸收的修正、平衡破壞和射氣擴(kuò)散的修正［30］。1963 年《伽瑪測(cè)井規(guī)范》系統(tǒng)性地闡述了γ測(cè)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(kuò)散的修正。1983 年γ測(cè)井系列模型的建成，促進(jìn)了γ測(cè)井試驗(yàn)的開(kāi)展，積累了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升了影響γ測(cè)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(cè)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(cè)井規(guī)范》中作了明確的規(guī)定。

常見(jiàn)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(cè)井儀因自身對(duì)輻射的響應(yīng)存在一定的恢復(fù)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間的存在將直接使高品位γ測(cè)井計(jì)數(shù)率偏低，從而使γ測(cè)井解釋出的鈾含量偏低，因此在γ測(cè)井解釋時(shí)還必須進(jìn)行死時(shí)間的修正。

γ測(cè)井是沿鉆孔井深記錄測(cè)量地層每個(gè)點(diǎn)的放射性總強(qiáng)度，影響其記錄的數(shù)值大小因素較多。影響γ測(cè)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(duì)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(cè)井結(jié)果。間接影響γ測(cè)井結(jié)果的有以下三點(diǎn)：

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(duì)地層原環(huán)境的破壞導(dǎo)致的“壓氡效應(yīng)”，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(wú)井液，礦層射氣的逃逸，二者均導(dǎo)致γ測(cè)井解釋結(jié)果偏低；

2）γ測(cè)井的本質(zhì)是測(cè)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(shí)際情況是，鈾的成礦期較晚，鈾、鐳因本身化學(xué)性質(zhì)不同，受地層地球化學(xué)環(huán)境的影響，鈾與鐳往往會(huì)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(cè)井解釋結(jié)果；

3）天然放射性元素的232Th、40K 對(duì)γ測(cè)井的干擾，常常會(huì)出現(xiàn)γ測(cè)井“假”異常。以上影響因素都在鈾礦勘查γ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理解釋中得以修正。

5 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)20 世紀(jì)50 年代鈾礦勘查初期，γ測(cè)井使用前蘇聯(lián)提供的《伽瑪測(cè)井規(guī)程》，采用平均含量法解釋礦體厚度和品位，測(cè)井儀器和換算系數(shù)也由蘇聯(lián)提供。該《伽瑪測(cè)井規(guī)程》是由Т.Ф.依瓦申科和А.К.奧夫欽尼柯夫編寫(xiě)，1954 年出版，蘇聯(lián)專家提供給中國(guó)后，由當(dāng)時(shí)地質(zhì)部三局于銘強(qiáng)翻譯，朱志祥審校（圖2）［32］。該規(guī)程涵蓋了準(zhǔn)備儀器和裝備進(jìn)行工作、鉆井上的工作、測(cè)井結(jié)果的編錄和整理、γ測(cè)井曲線圖的定量解釋等四個(gè)部分，建議在巖礦心采取率很低的鈾礦床采用γ測(cè)井資料進(jìn)行儲(chǔ)量估算。1960 年下半年蘇聯(lián)專家全部撤走以后，二機(jī)部三局于1961 年在總結(jié)前期經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒蘇聯(lián)版本，補(bǔ)充修訂了我國(guó)第一部《伽瑪測(cè)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(duì)測(cè)量放射性平衡系數(shù)的要求進(jìn)行了補(bǔ)充，明確了沖孔時(shí)間和電纜標(biāo)定誤差等問(wèn)題，并且對(duì)釷、鉀含量干擾的修正進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。1963 年9 月，三局根據(jù)中國(guó)鈾礦床特征和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了《伽瑪測(cè)井規(guī)范》（1963 版）。該規(guī)范分為序言、測(cè)井儀器設(shè)備及測(cè)井前的準(zhǔn)備工作、井場(chǎng)工作方法及質(zhì)量檢查、測(cè)井資料的整理、測(cè)井曲線的定量解釋、測(cè)井解釋的誤差修正、測(cè)井結(jié)果的驗(yàn)證、成果報(bào)告、技術(shù)安全和勞動(dòng)保護(hù)、生產(chǎn)管理和附件十一個(gè)部分，對(duì)γ測(cè)井工作全流程進(jìn)行了規(guī)定，增加了γ測(cè)井的中間測(cè)井、重復(fù)測(cè)井和檢查測(cè)井等環(huán)節(jié)測(cè)井內(nèi)容，進(jìn)一步完善了γ測(cè)井勞動(dòng)安全和管理等內(nèi)容。按照規(guī)范要求隨著當(dāng)時(shí)鈾礦勘查的需要，1969 年研制了γ測(cè)井儀器和裝備，使鈾礦地質(zhì)隊(duì)伍的測(cè)井裝備國(guó)產(chǎn)化、輕型化，適應(yīng)了小口徑鉆探的需要，儀器采用國(guó)內(nèi)實(shí)測(cè)的換算系數(shù)進(jìn)行測(cè)井解釋。

圖2 歷年γ 測(cè)井規(guī)范Fig.2 Versions of γ logging specification over the years

20 世紀(jì)70 年代末γ測(cè)井分層解釋技術(shù)的引進(jìn)和國(guó)家γ測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立，在方法技術(shù)全面發(fā)展的情況下，γ測(cè)井規(guī)范的修訂就顯得勢(shì)在必行。1991 年，在趙廷業(yè)主持下，對(duì)1963 版《伽瑪測(cè)井規(guī)范》進(jìn)行了全面的修訂，編寫(xiě)了新的《γ測(cè)井規(guī)范》（EJ/T 611—91），主要起草人為趙廷業(yè)、狄覺(jué)齋、湯彬、劉富寶、杜建農(nóng)。該標(biāo)準(zhǔn)增加了標(biāo)準(zhǔn)模型井和固體點(diǎn)狀鐳源對(duì)γ測(cè)井儀的標(biāo)定，以確定γ測(cè)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(jì)90 年代中葉開(kāi)始，鈾礦勘查開(kāi)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(lái)，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(biāo)準(zhǔn)體系。于2005年，修訂了1991 版《γ測(cè)井規(guī)范》（EJ/T 611—91），增加了地浸砂巖型鈾礦床γ測(cè)井的內(nèi)容，刪除淘汰了FD-61K 型γ測(cè)井儀器的相關(guān)內(nèi)容，2005 版《γ測(cè)井規(guī)范》（EJ/T 611—2005）一直沿用至今。

6 發(fā)展展望

我國(guó)γ測(cè)井技術(shù)發(fā)展至今，是從無(wú)到有逐漸發(fā)展起來(lái)，經(jīng)歷了由引入學(xué)習(xí)到逐步建立和掌握，形成了我國(guó)特色完整的γ測(cè)井體系，大部分測(cè)井儀器和設(shè)備已國(guó)產(chǎn)化，方法技術(shù)和理論也得到不斷改進(jìn)和完善，但與世界發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在一些差距，今后的一段時(shí)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(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，γ測(cè)井技術(shù)已趨于成熟。測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器也逐漸取代了早期的氣體探測(cè)器和閃爍探測(cè)器，促使儀器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性得以顯著的提升，測(cè)井技術(shù)也歷經(jīng)了模擬、數(shù)字、數(shù)控和成像測(cè)井四個(gè)階段，γ測(cè)井也逐步從手搖電纜測(cè)井轉(zhuǎn)變?yōu)殡S鉆γ測(cè)井、光纖γ測(cè)井和無(wú)線γ測(cè)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(luò)為手段的γ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸。

2）γ測(cè)井解釋方法與理論的不斷完善，γ測(cè)井解釋已由手工繪制γ測(cè)井曲線圖定量解釋鈾含量，轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算軟件自動(dòng)分層解釋。針對(duì)不同礦層特點(diǎn)采用不同解釋方法以確定礦層鈾含量，而“鈾礦測(cè)井資料處理解釋一體化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)”的研發(fā)，將使γ測(cè)井解釋在方法選擇上實(shí)現(xiàn)智能化，進(jìn)一步提高γ測(cè)井解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3）在全球節(jié)能減排的大形勢(shì)下，鈾礦地質(zhì)勘查對(duì)γ測(cè)井的需求逐年增加，γ測(cè)井技術(shù)迎來(lái)多元化發(fā)展，伽馬能譜測(cè)井、元素俘獲測(cè)井和瞬發(fā)中子測(cè)井等也將逐漸應(yīng)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(cè)井難以準(zhǔn)確地確定礦層鈾礦（化）空間位置和含量，隨著瞬發(fā)中子測(cè)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(cè)鈾技術(shù)，無(wú)需鈾鐳、鐳氡等平衡修正便可實(shí)現(xiàn)地層鈾含量的準(zhǔn)確測(cè)量［35］。

4）以往手動(dòng)和半自動(dòng)化測(cè)井時(shí)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(lái)展示呈現(xiàn)，資源量大部分是以傳統(tǒng)的塊段法進(jìn)行估算，資源量不能實(shí)時(shí)更新。近些年，數(shù)字測(cè)井的普及，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和三維軟件技術(shù)的不斷完善并趨于成熟，γ測(cè)井解釋將基于三維礦體數(shù)字模型的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法以其直觀、準(zhǔn)確、高效地揭示礦體空間展布特征和資源量估算的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，瞬發(fā)中子技術(shù)測(cè)定巖心鈾鐳（氡）平衡系數(shù)的成功推廣和應(yīng)用，新型快速準(zhǔn)確的解釋成果將逐步推廣和普及。

5）γ測(cè)井儀器設(shè)備與技術(shù)方法的改進(jìn)，驅(qū)動(dòng)著γ測(cè)井規(guī)范的不斷更新。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法是以大量的樣本個(gè)體為基礎(chǔ)，γ測(cè)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(cè)井規(guī)范，不符合現(xiàn)代規(guī)范書(shū)寫(xiě)要求且特殊鈾礦體分層解釋品位存在邊界畸形，未來(lái)γ測(cè)井規(guī)范將刪除反褶積技術(shù)理論部分的論述，增加γ測(cè)井解釋方法對(duì)比的相關(guān)內(nèi)容，著重于γ測(cè)井解釋結(jié)果與實(shí)際鉆孔礦化情況的貼合度和可信度的評(píng)價(jià)。

展望未來(lái)，隨鉆無(wú)線γ測(cè)井技術(shù)的日益成熟，采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式開(kāi)展測(cè)井遠(yuǎn)程作業(yè)，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸，γ測(cè)井解釋的智能化，現(xiàn)場(chǎng)定量解釋轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)自動(dòng)解釋，進(jìn)一步提高γ測(cè)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(jì)算多參數(shù)測(cè)井解釋技術(shù)的推廣應(yīng)用，計(jì)算機(jī)三維可視化礦體模型的構(gòu)建，必將實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確、科學(xué)的礦床資源量的估算和礦山資源量的動(dòng)態(tài)管理。γ測(cè)井技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)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(shí)現(xiàn)鈾礦勘查的“探采一體化”，縮短鈾礦勘查和開(kāi)采的周期，提高鈾礦勘查和開(kāi)采效率。