Способ гамма-гамма каротажа
Изобретение относится к геофизике для поиска и разведке полезных ископаемых. Сущность изобретения: способ реализуется с помощью прижимного зонда и предусматривает выделение необходимого объема внутри горной породы, ограниченного пересечением под острым углом узких телесных углов распространения первичного и регистрируемого однократно рассеянного гамма-излучения, сформированных коллиматорами источниками детектора. Ориентируют плоскость, в которой лежат оси узких телесных углов распространения первичного и регистрируемого рассеянного гамма-излучения, вдоль направления напластования пород разреза скважин. 3 ил.
Изобретение относится к геофизическим способам разведки полезных ископаемых, а именно к способам радиоактивного каротажа, и может быть использовано при исследовании пород, имеющих тонкослоистое строение. Целью предлагаемого изобретения является увеличение чувствительности при одновременном повышении детальности исследований, что обеспечивает полноту и точность излучения тонкослоистого разреза. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1-а представлено сечение объема пород, формирующего регистрируемое рассеянное гамма-излучение, в плоскости, проходящей через оси малых телесных углов распространения первичного и регистрируемого гамма-излучения и пересекающей плоскость напластования пород, что соответствует известному способу-прототипу. На фиг. 1-б показана схема измерений по предлагаемому способу, в которой плоскость, проходящая через оси малых телесных углов распространения первичного и регистрируемого рассеянного гамма-излучения, ориентирована параллельно плоскости напластования пород того же разреза. В этом случае регистрируемое рассеянное гамма-излучение формируется в объеме пород, сечение которого показано на данной фигуре. На этой же фиг. 1 приведены диаграммы распределения регистрируемого гамма-излучения I вдоль разреза при наличии слоистой структуры пород. На фиг. 2 представлены результаты экспериментальных исследований в виде зависимости амплитуды аномалии регистрируемого рассеянного гамма-излучения IhA на пласте (прослое) ограниченной мощности h нормированной на амплитуду аномалии IhA -> 
на пласте (прослое), неограниченной мощности h -> , от мощности пласта (прослоя) при L const. Пласт представлен углем, прослой породой (глина). Условные обозначения: 1 аномалия на пласте угля, заключенном в породе; 2 аномалия на прослое породы, заключенном в угле. Сплошные кривые соответствуют результатам по предлагаемому способу, пунктирные по прототипу. На фиг. 3 приведены диаграммы гамма-гамма каротажа по разрезу месторождения горючих сланцев, записанные по предлагаемому способу (а) и по способу-прототипу (б). Условные обозначения: 1 горючие сланцы; 2 высокозольные горючие сланцы; 3 глинистые известняки; 4 известняки. В способе-прототипе при расположении осей малых телесных углов распространения первичного и регистрируемого рассеянного гамма-излучения в плоскости, секущей плоскость напластования пород тонкослоистого разреза, сложенного пластами, мощность h каждого из которых меньше размера зонда L, регистрируемое гамма-излучение определяется длиной зонда и значениями телесных углов переноса первичного и регистрируемого рассеянного излучения и усредняется в пределах длины зонда, не достигая величины насыщения по интенсивности I, которой характеризуются пласты и прослои неограниченной мощности (фиг. 1, а). Изменение регистрируемого рассеянного гамма-излучения на границе раздела двух сред, отличающихся свойствами по отношению к гамма-излучению, в способе-прототипе наблюдается на характерном интервале глубины, равном размеру зонда плюс полусумма размеров окон коллиматоров источника и детектора на рабочей поверхности вдоль зонда, прижатой к стенке скважины. По этим причинам в способе-прототипе тонкие пласты (h < L) на кривой распределения регистрируемого рассеянного гамма-излучения выделяются неясно, а их границы и мощность определяются с погрешностью, тем большей, чем больше размер зонда. В предлагаемом способе плоскость, в которой расположены оси телесных углов распространения первичного и регистрируемого гамма-излучения (дальше, для краткости, плоскость зонда), параллельна плоскости напластования пород, и протяженность объема пород, формирующего регистрируемое излучение по оси глубины, определяемая величиной телесных углов переноса первичного рассеянного излучения, при малых значениях этих углов, мала существенно меньше длины зонда L (фиг. 1, б). Поэтому интенсивность регистрируемого гамма-излучения I для тонких пластов и прослоев достигает значений, соответствующих пластам и прослоям неограниченной мощности. Протяженность интервала глубины, на котором изменяется регистрируемое излучение на границе раздела двух сред, равна размеру большего окна коллиматора (источника или детектора) на рабочей поверхности зонда и не зависит от длины зонда (фиг. 1, б). По указанным причинам в предлагаемом способе тонкие пласты (h < L) ясно выделяются на кривой распределения регистрируемого рассеянного гамма-излучения, а их границы и мощность определяются с высокой точностью (фиг. 1, б). Повышение детальности информации о разрезе соответствует и увеличение чувствительности измерений, поскольку, как показывают эксперименты, аномалия рассеянного гамма-излучения на пласте угля мощностью 1 см примерно в 9 раз превышает ту же аномалию при наблюдениях по способу-прототипу (фиг. 2). Изложенный в предлагаемом способе прием ориентирования плоскости, в которой лежат оси телесных углов, ранее не применялся (для решения поставленной задачи), в силу чего предлагаемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия". Способ осуществляется следующим образом. Измерения проводят с помощью аппаратуры ГГК с управляемым с поверхности прижимом зонда ГГК к стенке скважины. Скважинный прибор имеет специальную головку, позволяющую поворачивать прибор относительно бронированного кабеля на азимутальный угол от 0 до 360о при освобождении зонда от прижима, и устройство вращения плоскости зонда с осью вращения перпендикулярной оси прибора (для изменения угла 
между плоскостью зонда и осью скважинного прибора в пределах от 0 до 
90о). Последнее осуществляется перемещением источника гамма-излучения вместе с коллиматором по окружности плавно или дискретно вокруг оси коллиматора детектора, составляющей с осью скважинного прибора прямой угол, так, чтобы сохранялась геометрия измерений зонда ГГК (длина зонда, величина и углы наклона осей телесных углов), выбранная по способу-прототипу. Обе операции поворот скважинного прибора на азимутальный угол относительно кабеля и изменение положения плоскости зонда ГГК осуществляется сигналами управления по кабелю. Алгоритмы ориентировки плоскости зонда по напластованию пород разреза (параллельно плоскости напластования). Общий случай положение плоскости напластования пород разреза в пространстве неизвестно. 1. Перед измерениями в скважине плоскость зонда ГГК устанавливают перпендикулярно оси скважинного прибора ( 0). 2. Выполняют гамма-гамма каротаж прижатым зондом по произвольной образующей стенки скважины (азимутальное положение 1, фиг. 4), выделяют пласт породы, отличающийся аномалией и определяют его границы. 3. Последовательно поворачивают скважинный прибор (освобождая его от прижима зонда) на азимутальные углы 120о (азимутальное положение 2) и 240о (азимутальное положение 3) относительно первоначального положения 1 и при каждом положении прибора восстанавливают прижим зонда ГГК, выполняют каротаж и выделяют тот же пласт породы (фиг. 4). 4. По результатам каротажа по трем образующим стенки скважины определяют положение границ пласта и величины максимального 
Нmax и минимального Нmin смещений одной и той же границы пласта по оси глубин (фиг. 4). 5. Угол между плоскостью напластования пород и осью скважины, а равно и угол , под которым необходимо расположить плоскость зонда по отношению к оси прибора, определяются формулой: arctg
, где D диаметр скважины, определяемый по данным кавернометрии (диаметрометрии) скважины. 6. Угол азимутального доворота 
скважинного прибора от образующей стенки скважины, на которой зафиксирована средняя из глубины граница пласта, до образующей, по которой нужно вести каротаж, определится формулой: 2arctg
1-2
. 7. Освободив прибор от прижима, азимутально поворачивают его на образующую стенки скважины, отстоящую от образующей, на которой зафиксирована средняя из глубин границы пласта, на угол . Плоскость зонда располагают под углом к оси прибора и, восстановив прижим прибора, проводят каротаж при ориентировке плоскости зонда параллельно напластованию пород разреза (фиг. 4). В частном случае, когда угол падения или азимут падения пород известен, ориентировка плоскости зонда ГГК упрощается. Например, в вертикальной скважине при 0 залегание пород горизонтальное плоскость зонда ГГК устанавливают перпендикулярно оси скважинного прибора ( 0) и проводят каротаж. Примеры выполнения предлагаемого способа гамма-гамма каротажа в сравнении со способом-прототипом. 1. Результаты измерений, приведенные на фиг. 2, получены моделированием тонкослоистого разреза, состоящего из пластов угля и прослоев глины различной мощности. Измерения проведены коллимированным зондом ГГК 2,8 см (источник гамма-излучения радионуклид америций-241, активность 74 ГБк, детектор-кристалл NaI(TI), размером 10х10 мм), плоскость которого ориентирована (параллельна) по напластованию разреза (сплошные кривые) по предлагаемому способу и по способу-прототипу (пунктирные) тот же зонд, но его плоскость пересекает плоскость напластования пород под прямым углом. Кривые фиг. 2 показывают, что как для пластов угля (1), так и для глины (2) аномалии рассеянного гамма-излучения достигают величины насыщения, соответствующей неограниченной мощности пласта (прослоя), при значительно меньших по мощности прослоях глины и, что более важно, при значительно меньших по мощности пластах угля. При этом величина аномалии на угле многократно превышает эту величину для способа-прототипа: так, для пласта угля 1 см мощностью, отношение величин аномалий составляет 0,9:0,1 для предлагаемого способа и способа-прототипа, а для прослоя глины той же мощности это соотношение составляет 0,18: 0,11. 2. Результаты каротажа разведочной скважины по разрезу месторождения сланцев тем же зондом ГГК длиной 2,8 см с записью диаграмм рассеянного гамма-излучения в масштабе глубины 1:20 приведены на фиг. 3. Из сравнения кривых, записанных по предлагаемому способу (фиг. 3,a) и способу-прототипу (фиг. 3, б) видно, что диаграмма ГГК по предлагаемому способу позволяет выделять глинистые известняки (и даже отдельные тонкие пласты и прослои среди них) и отличать их от известняков, четко разделять пласты горючих сланцев и высокозольных горючих сланцев, с высокой точностью определять их границы и мощность. По способу-прототипу интенсивность рассеянного излучения на известняках и глинистых известняках одного порядка и они практически не дифференцируются, высокозольные тонкие слои горючего сланца также не выделяются, мощность всех пластов и прослоев определяется с большей погрешностью, чем по предлагаемому способу. Предлагаемый способ ГГК практически осуществлен на месторождениях горючих сланцев, а также диктионемовых сланцев. Последние весьма неоднородны, и использование предлагаемого способа ГГК позволило детально расчленить диктионемовые сланцы, в частности, выделять среди них многочисленные тонкие прослои пиритизированных песчаников (мощностью до долей сантиметров). Область применения предлагаемого способа гамма-гамма каротажа включает осадочные и метаморфические геологические разрезы, месторождения полезных ископаемых: горючих сланцев, бокситов, марганцевых руд, железа и др. Использование предлагаемого способа позволяет резко повысить детальность и точность литологического расчленения тонкослоистого разреза скважин, выделять самые тонкие, вплоть до долей сантиметра, пласты и прослои. На месторождениях углей и горючих сланцев, подготовляемых для шахтных разработок, самостоятельной целью разведки является поиск нарушений сплошности кровли угольных (сланцевых) пластов, связанных с наличием в породах кровли рабочих пластов тонких пропластков угля, углистых пород (сланцевых пропластков), глин, по которым может происходить обрушение кровли при разработке пласта угля (горючего сланца). Поэтому выделение таких тонких пропластков в породах кровли рабочих пластов необходимо при разведке. Кроме того, на угольных месторождениях многие пласты углей по мощности находятся на грани кондиционных (например в Донбассе), на месторождениях горючих сланцев также (например в Прибалтийском бассейне). В этих условиях необходимо выделять тонкие прослои и включения углистых (сланцевых) пород, пустых пород в пластах углей (горючих сланцев), чтобы определить их кондиционность либо некондиционность. Таким образом, предлагаемый способ гамма-гамма-каротажа имеет первостепенное значение на месторождениях углей и горючих сланцев.
Формула изобретения
СПОСОБ ГАММА-ГАММА КАРОТАЖА, включающий выделение объема внутри горной породы, определяемого коллимацией источника и детектора в заданных телесных углах, на установленном расстоянии друг от друга, при расположении осей телесных углов в заданной плоскости, регистрацию в процессе каротажа рассеяного гамма-излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения детальности излучения тонкослоистого разреза при одновременном повышении чувствительности, в процессе каротажа ориентируют плоскость расположения осей телесных углов распространения первичного и регистрируемого рассеянного гамма-излучения параллельно напластованию пород разреза скважины.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000
Извещение опубликовано: 20.10.2000
