Использование ядерно-геофизических методов при раз

 
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ЯДЕРНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПРИ РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТАХ НА  УРАН

В мировой экономике уран применяется в основном в качестве энергоноси¬теля на атомных электростанциях. Для современного типа атомных реакторов энергетический эквивалент урана в пересчете на условное топливо составляет око¬ло 30-104 тыс. ус.т. Соответственно урана нужно в 20 тыс. раз меньше, чем нефти, и в 40 тыс. раз меньше, чем угля, для производства того же количества энергии. Кроме того, уран и производимый на его основе плутоний применяются для изго¬товления ядерного оружия.
Урановое сырье занимает важное место в структуре минерально-сырьевых ресурсов Узбекистана. По запасам урана республика входит в первую десятку стран мира, по добыче урана занимает в мире попеременно 5-7 места. Не являясь потре¬бителем урана, Узбекистан производит и продает урановое сырье, занимая доста¬точно прочные позиции на мировом рынке, особенно в последние годы. Урановая минерально-сырьевая база Узбекистана сформирована в течение почти 70-летней деятельности ГГП «Кизилтепагеология» Госкомгеологии РУз, Навоийского ГМК и, на первых этапах формирования, Ленинабадского ГХК. Ее ос¬нову составляют в настоящее время более 30 месторождений, находящихся в Централь¬ных Кызылкумах, примерно 70% потенциала которых приходятся на запасы экзо¬генных стратиформных инфильтрационных месторождений в песчаниках или, как их в последние годы называют в большинстве   международных классификаций месторождений, «песчаникового» типа.         
Методы ядерной геофизики  на  урановых объектах  используются для решения ряда задач, среди которых наиболее  важной является определение содержания урана в недрах с последующим подсчетом  его   запасов   на  выявленном рудопроявлении. Так использование в  практике сегодняшнего дня методов  гамма- и гамма-спектрометрического каротажа ( ГК, ГКС ) направлено  на прямое определение   содержания  урана, которое   характеризуется следующей зависимостью [1, 2]  на  изучаемом  объекте:     СU ( или q ) =  %   ,
где   S =  Бmn ( площадь, занимаемая аномальной кривой )
 Кр.р.-  коэффициент радиоактивного равновесия;
 Пт. -   поправка за влияние  обсадных труб ;
 Пж. - поправка за влияние бурового раствора;
 h      -  мощность  рудного пласта, определенная по кривым ГК
   
Рис.1. Результаты гамма-каротажа по скважине (слева – реальный, справа  подвергнутый   количественной интерпретации) 

В условиях резкого и непостоянного нарушения радиоактивного равновесия U (урана)  и Ra (радия), что наблюдается на  гидрогенных месторождениях U, целесообразно вместо гамма-каротажа применять прямые методы определения  урана  в рудах.
 Для этого можно использовать следующие  методы (способы)  и модификации известных в практике методов:

1. Спектрометрию по линиям 185, 7 кэВ (235 U)  b  1001 кэВ   (UX );
2. Рентгенорадиометрический каротаж по линиям  КU$
3. Нейтронный каротаж способами природных нейтронов (ПН), запаздывающих нейтронов (ЗН), мгновенных нейтронов деления  КНД-М.

Метод мгновенных нейтронов деления   (КНД-М)   основан на регистрации мгновенных нейтронов, возникающих при делении  ядер (235U) под действием тепловых нейтронов, образующихся при замедлении быстрых нейтронов генератора. Этот метод является одним из наиболее перспективных   методов  среди прямых методов определения  содержания  урана  в скважинах.   
Решение проблемы прямого определения содержания урана на месторождениях гидрогенного типа (к которым относится большинство  месторождений Учкудукского типа) рекомендуется   большинством исследователей проводить методом каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) при облучении ураноносной залежи дейтерий-тритиевыми нейтронами импульсного генератора нейтронов с энергией 14,1 МэВ. Быстрые нейтроны генератора замедляются до тепловой энергии и вызывают деление ядер урана-235. Определение содержания урана-238 основано на существующем в природе постоянном соотношении между изотопами U-235 и U-238.       
Опыт применения   КНДМ показал как преимущества  данного метода перед  гамма- каротажем (устойчивость к смещению радиоактивного равновесия, более точное определение мощностей продуктивных интервалов), так и его недостатки (высокая чувствительности к изменению влажности горных пород). Наиболее ярко преимущества КНДМ видны в условиях смещения радиоактивного равновесия в сторону радия на разных стадиях предварительной и эксплуатационной разведки на блоках месторождения  1 группы  (Казахстан, рис 2).
Из сопоставления результатов КНДМ и ГК [3] видно, что аномалия в подошве рудного интервала обусловлена перераспределением радия и не подтверждается по интерпретации каротажа КНДМ выполненного прибором КНД-60 .
 
Рис.2. Сопоставление результатов дифференциальной интерпретации КНДМ и ГК по скв.2020 

  Современным вариантом однозондовой аппаратуры КНДМ является аппаратура АИНК-60, используемая на рудниках НГМК. Использование современных генераторов нейтронов позволило значительно снизить статистические погрешности измерений.  Так  интерпретационные данные КНДМ, проведенного в контрольно-поверочной  скважине (КПС) месторождения Кетменчи (Узбекистан) показали их высокую сходимость  при определении  содержания урана. По результатам полевых испытаний скважинной аппаратуры была создана программа комплексной интерпретации данных КНДМ. В основу программного обеспечения положены интерпретационные зависимости для методов КНДМ и ИНКт, полученные в ходе математического моделирования скважинного прибора КНД-48 ( выполненные проф. МГА А.Л. Поляченко).
Совместное использование данных КНДМ и ГК позволяет оценивать коэффициент радиоактивного равновесия. Полученное среднее взвешенное значение коэффициента радиоактивного равновесия не противоречит принятому  результату по керновому опробованию. Таким образом, современная многозондовая аппаратура КНДМ и соответствующее методическое, программное и метрологическое обеспечение позволяют значительно улучшить точность оценки содержания урана в продуктивных интервалах, а также в комплексе с ГК оценить в них коэффициент радиоактивного равновесия.
 Еще сравнительно   поиски месторождений  поиски  радиоактивных руд осуществлялись  поверхностными   методами исследований  ( аэро-гамма-съемки, наземные  ;-поиски, шпуровые  ;-наблюдения,  эманационные съемки, литохимические методы   по элементам –спутникам урана), которые  привели  к обнаружению большинства рудопроявлений  урановых и ториевых руд (некоторые из них в последствии были переведены в разряд месторождений  разных масштабов, в  т.ч. и крупных, как например группа месторождений  Учкудука). Кстати само Учкудукское  месторождение    было обнаружено  впервые с помощью  аэрометодов, включивших  тогда измерения  магнитных и радиационных полей.
Затем  при применении  скважинных  методов   обнаружения  и разведки   упор  стал делаться на   гамма-каротаж, а позднее   и на его  спектрометрический аналог  (ГКс ).
На  гидрогенных месторождениях   урана (названных учкудукскими)   впоследствии был апробирован целый цикл  скважинных методов  - так называемых   методов  каротажа скважин.  Существенные  результаты  на таких объектах дали отдельные классические методы геофизики:  методы гамма-каротажа, каротажа КС и ПС, термометрия, расходометрия, кавернометрия, эманационный каротаж и др.).
Особенностью ГИС на действующих  уже  предприятиях является необходимость проведении измерений в обсаженных скважинах и агрессивных средах. Методы ГИС  на  отрабатываемой площади  используются для решения следующих  задач:
• определение содержания урана в недрах (гамма-каротаж и каротаж КНД);
расчленение разреза  по фильтрационным свойствам  электро-каротаж КС, ПС, нейтрон-нейтронный каротаж;
• изучение динамики движения растворов в недрах (термометрия, индукционный каротаж);
• изучение динамики выщелачивания урана и степени его извлечения  (каротаж КНД-М);
• обеспечения оборудования скважин (уточнения мест остановки фильтров) и контроль  за их техническим состоянием (гамма-каротаж, каротаж КС и ПС, термометрия, расходометрия, кавернометрия и др.).

На конечном  этапе исследований  - при подсчете запасов    урана, наиболее эффективные со всех точек зрения  оказались методы   ГК,    ГКс,  и особенно  метод КНДМ.   Поиски  новых методов   обнаружения   радиоактивных руд продолжаются.  В разработке  значатся   и методы высокоточной магнитометрии, так как сравнительно недавно замечен эффект  преобразования (изменения)  магнитных свойств радиоактивных руд и вмещающих их пород под действием  постоянно действующих  радиационных излучений.


Литература
 
1. Сим Л.А. Геология, поиски и разведка месторождений урана. - Т.: ГП «НИИМР», 2010. 
2.Учкудукский тип урановых месторождений Республики Узбекистан/ Каримов Х.К., Бобоноров Н.С., Бровин К.Г. и др.- Ташкент: Фан, 1996.
 3.Современные геофизические технологии при прогнозно-поисковых работах на уран.  Голомолзин В.Е., Высокоостровская Е.Б., Краснов А.И. и др.  «Разведка и Охрана Недр» - М.  2009, № 3, с. 46-54.