本發(fā)明屬于礦產(chǎn)測量，尤其涉及一種基于脈沖中子技術(shù)的鉆孔原位鋰礦含量測量方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、鋰，是21世紀(jì)重要的稀有金屬資源，在新能源汽車、鋰電池、航空航天、核工業(yè)等領(lǐng)域都有著重要的作用。其中云母類礦物鋰云和輝石類礦物，這兩種是當(dāng)前固體鋰礦最主要的賦存礦物，一般品位較低，但是由于其產(chǎn)量大，易開采，是目前鋰礦礦山開采的主要類型。由于在鋰礦礦山開采資源過程中，鋰礦礦石品位的高低可以直接反應(yīng)礦石品質(zhì)的好壞，因此對礦山的鋰礦石進(jìn)行原位品味測量用來指導(dǎo)實(shí)際中的鋰礦資源的開采，將在很大程度上提高鋰礦的開采效率，增強(qiáng)了礦山鋰資源的生產(chǎn)力和生產(chǎn)效益。

2、目前針對鋰礦品位測量方法主要分為現(xiàn)場法和實(shí)驗(yàn)室方法，其中現(xiàn)場分析方法包括激光誘導(dǎo)擊穿光譜方法，其主要是利用手持式激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀對巖心樣表面進(jìn)行分析，通過巖心測量結(jié)果來表征礦層鋰礦品位，分析簡單、快速，能在短時(shí)間分析大量的樣品。但是其儀器成本較高，也較為復(fù)雜，難以獲得基體完全匹配的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)，基體效應(yīng)大，激光散射背景干擾大，且準(zhǔn)確性、精確性受樣品的均勻性影響較大，無法準(zhǔn)確的表征地下鋰礦品位及分布。實(shí)驗(yàn)室方法主要包括電感耦合等離子體發(fā)射光譜法與火花源發(fā)射光譜法等方法，這些方法可以對巖心取樣的樣品進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，但是受到鉆探采取率的高低、選擇性磨損的大小、劈樣、縮份的隨機(jī)性等諸多因素的影響，導(dǎo)致巖心化驗(yàn)分析的精度雖然比較高，但它對地下礦層實(shí)際品位的代表性卻受到局限。因此急需鋰礦原位品位測量方法，有效的對地下的鋰礦品位及分布進(jìn)行表征，確定礦化的大小和確切邊界以及正在處理的礦石品位，指導(dǎo)礦山實(shí)際生產(chǎn)策略，提高礦山開采效率，這對于計(jì)算未來維持礦山運(yùn)營的礦產(chǎn)儲(chǔ)量至關(guān)重要。

3、1956年，首次提出脈沖測井原理，并開展井下儀器設(shè)計(jì)及試驗(yàn)工作，隨著中子測井技術(shù)的發(fā)展，其在石油、鈾礦、金屬礦產(chǎn)也得到很好應(yīng)用。其中中子壽命測井作為一種中子測量方法，最開始廣泛用于油氣測量領(lǐng)域，其主要是利用dt脈沖中子源在短時(shí)間內(nèi)向地層中發(fā)射14mev的快中子，快中子與井眼和地層中原子核發(fā)生系列反應(yīng)在幾微秒內(nèi)慢化為熱中子，因此在快中子發(fā)射后的10-50μs內(nèi)在中子源周圍形成熱中子輻射場，之后被地層中的原子核俘獲消逝。中子的俘獲是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概率問題，俘獲核的數(shù)量越多，熱中子俘獲截面(簡稱為sigma或σ)越大，中子被迅速俘獲的概率就越大。熱中子在真空中的平均壽命約為15分鐘，但在常見的地球材料中，由于各個(gè)元素對中子吸收能力的差異，中子的平均壽命在不同地層中會(huì)表現(xiàn)出巨大的差異性，比如在巖鹽中的中子壽命約5μs，而石英巖可能為900μs，而鋰元素具有較大的熱中子吸收截，因此當(dāng)?shù)貙又泻袖囋貢r(shí)，中子在地層中的壽命會(huì)大大縮短，并且隨著地層鋰含量的增加，熱中子壽命也隨之減小，因此通過中子壽命可以有效對地層低品位鋰元素進(jìn)行表征測量。但是上述技術(shù)方案中未提供關(guān)于鉆孔原位鋰礦含量測量方法，同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算的地下鋰礦層品位信息與真實(shí)地下礦層的差距較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于脈沖中子技術(shù)的鉆孔原位鋰礦含量測量方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于脈沖中子技術(shù)的鉆孔原位鋰礦含量測量方法，包括：

3、獲取鉆孔原位處探測中子的時(shí)間譜信息，所述時(shí)間譜包括時(shí)間與對應(yīng)的中子計(jì)數(shù)；

4、對所述時(shí)間譜信息進(jìn)行時(shí)間窗截取；通過時(shí)間譜方法，根據(jù)截取的時(shí)間譜信息計(jì)算得到中子壽命；

5、根據(jù)所述中子壽命計(jì)算得到不同鋰礦品位下的地層宏觀截面；根據(jù)地層宏觀截面與鋰含量的關(guān)系方程，基于所述地層宏觀截面進(jìn)行計(jì)算，得到刻度鋰含量；

6、根據(jù)地層宏觀截面的分布對所述刻度鋰含量進(jìn)行定位，并根據(jù)定位結(jié)果對刻度鋰含量的刻度曲線進(jìn)行計(jì)算，得到地層實(shí)際鋰礦品位分布。

7、可選的，獲取鉆孔原位處探測中子的時(shí)間譜信息的過程包括：

8、通過脈沖中子發(fā)射器發(fā)射脈沖中子轟擊地層，通過中子探測器采集中子的時(shí)間譜曲線即時(shí)間譜信息。

9、可選的，對所述時(shí)間譜信息進(jìn)行時(shí)間窗截取的過程包括：

10、在所述時(shí)間譜信息中，將中子開始衰減到一定閾值且之后的井眼中的中子計(jì)數(shù)低于時(shí)間譜的計(jì)數(shù)的起始時(shí)間作為截取開始時(shí)間，將時(shí)間譜的計(jì)數(shù)為0時(shí)對應(yīng)的時(shí)間作為截取結(jié)束時(shí)間，通過截取開始時(shí)間與所述截取結(jié)束時(shí)間設(shè)置時(shí)間窗，通過時(shí)間窗對所述時(shí)間譜信息進(jìn)行截取。

11、可選的，中子壽命的獲取過程包括：

12、

13、其中，c(t)為時(shí)間譜信息中的中子計(jì)數(shù)，τ為地層的中子壽命，1/τ為衰減系數(shù)，t為時(shí)間，a為衰變項(xiàng)。

14、可選的，地層宏觀截面的獲取過程包括：

15、

16、其中，∑為地層宏觀截面，τ為地層的中子壽命，v是熱中子速度。

17、可選的，地層宏觀截面與鋰含量的關(guān)系方程為：

18、gli＝k*σmes-f

19、其中，gli為刻度鋰礦含量，k為刻度系數(shù)，∑mes為測量計(jì)算的地層宏觀截面，f為地層骨架貢獻(xiàn)系數(shù)。

20、可選的，基于所述地層宏觀截面進(jìn)行計(jì)算之前還包括：

21、獲取探管地層宏觀截面，所述探管地層宏觀截面為中子發(fā)射器的探管半徑大小的井眼測試模擬的地層中宏觀截面；

22、通模建立測井模型及鋰礦地層模型，根據(jù)測井模型及鋰礦地層模型計(jì)算不同的所述地層宏觀截面與所述探管地層宏觀截面的比值，得到不同地層宏觀截面的修正系數(shù)；

23、通過對應(yīng)的修正系數(shù)對所述地層宏觀截面進(jìn)行修正，得到修正后的地層宏觀截面進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算。

24、可選的，獲取時(shí)間譜信息之后還包括：

25、通過建立測井模型及鋰礦地層模型，根據(jù)測井模型及鋰礦地層模型，計(jì)算測氫俘獲伽馬能譜的特征峰面積與所述述井眼水修正系數(shù)的響應(yīng)規(guī)律；

26、通過伽馬探測器，獲取測氫俘獲伽馬能譜，根據(jù)測氫俘獲伽馬能譜的特征峰面積，通過響應(yīng)規(guī)律計(jì)算得到所述井眼水修正系數(shù)，通過所述井眼水修正系數(shù)對時(shí)間譜信息中的衰減系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。實(shí)現(xiàn)對含水井眼的影響的修正。

27、為了更好的實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明還提供了一種基于脈沖中子技術(shù)的鉆孔原位鋰礦含量測量裝置，包括：

28、脈沖中子發(fā)生器，中子探測器，伽馬探測器及信號(hào)處理電子學(xué)設(shè)備，其中所述脈沖中子發(fā)生器采用氘氘或氘氚脈沖中子發(fā)生器，中子探測器采用3he中子探測器。脈沖中子發(fā)生器、中子探測器、伽馬探測器及電子處理設(shè)備設(shè)置于探管內(nèi)，通過所述中子探測器采集所述脈沖中子發(fā)射器轟擊地層的中子時(shí)間譜信息，所述信號(hào)處理電子學(xué)設(shè)備用于執(zhí)行上述的基于脈沖中子技術(shù)的鉆孔原位鋰礦含量測量方法。

29、可選的，伽馬探測器，伽馬探測器采用溴化鑭伽馬探測器、碘化鈉伽馬探測器、溴化鈰伽馬探測器或鍺酸鉍伽馬探測器，所述伽馬探測器設(shè)置于探管內(nèi)，用于測氫俘獲伽馬能譜。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

31、本發(fā)明提出了基于脈沖中子測井技術(shù)的鋰礦品位原位測量方法。該方法與現(xiàn)有的測量方法不同，可以獲得地下連續(xù)的、完整的礦層品位信息，且橫向探測半徑大于巖心半徑，可以有效的消除鉆探取芯和劈樣分析過程中客觀和主觀因素干擾，提供的地下鋰礦層品位信息更加趨近于真實(shí)地下礦層，可以在礦山開采過程中在爆破孔中對開采巖石中的鋰礦品位進(jìn)行有效測量。

32、本發(fā)明通過模擬，建立飽和鋰礦模型，獲得了不同鋰礦品位地層下的中子時(shí)間譜衰減系數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的地層宏觀截面，建立鋰礦品位與地層宏觀截面的關(guān)系方程，得到了鋰礦品位與地層宏觀截面的刻度曲線，并對井眼大小的影響及井眼水中氫元素的影響做了修正，初步結(jié)果顯示，脈沖中子測井技術(shù)可以對地下鋰礦品位及分布進(jìn)行有效測量表征。