用于核设施现场的非标准型中子探测系统在投用之前要进行性能测试和条件实验,通过搭建测试平台,组建基于 3He探测器的中子探测系统,开展了电子学参数选取、最佳慢化厚度和伽马辐射干扰及消除等实验.通过调整探测距离和改变慢化体厚度等条件,测得反应产物全能峰能量分辨率最优为2.94%时,对应的工作高压为900 V、成型时间为6 μs,此时中子信号可清晰地与环境伽马本底及电子学噪声分开,验证了工作高压、成型时间的调试方法可行.慢化厚度实验结果表明:该探测器对 252Cf中子源的探测效率最大值对应的聚乙烯板厚度介于6～7 cm之间;实验研究发现:实际剂量率为0.39 Sv·h-1 时,中子甄别阈值以上区域有显著计数,5 mm的铅板对伽马射线有显著的屏蔽效果.实验方法和结果可为在进行同类探测设备性能测试时提供参考.
谷露地热田是西藏亚东—谷露裂谷带上典型的高温热田,系统剖析谷露地热田水热系统及其成因机制,对亚东—谷露裂谷带乃至整个藏南地区高温地热资源开发都具有重要的科学与指导意义.基于谷露地热田深部热动力背景、水动力条件及构造控热作用,探讨了谷露地热田水热系统成因机制,认为谷露地热田属于与岩浆囊有关的高温水热型地热系统,盆地西侧海拔介于4 860～5 200 m之间的高山冰雪融水是谷露地热田深部地热流体的主要补给来源,冰雪融水在深循环过程中被SN向导热构造加热并混入了相当比例的残余岩浆流体,形成了深部高温地热流体,深部地热流体主要沿近NS向F4-2断裂与NE向断裂的交汇部位向上运移,在地表以沸泉、温热泉等形式出露,并形成了现今的南北泉华台地,同时,地热流体也主要赋存于近NS向断裂与NE向断裂交汇的张性空间内.在谷露地热田桑曲以西实施的四口钻井均成功揭露到高品位热储,钻探结果表明:谷露地热田深部水热活动主要发育于桑曲西岸,同时热田区内北部水热活动更强,热储品位更高.
针对我国铀矿科学深钻深部放射性参数的探测需求,研究了高温伽马能谱探测、小口径一体化承压耐温以及新型探测器核脉冲信号获取等技术,解决了小口径钻孔条件下伽马能谱定量探测耐高温高压技术难题.实现的小口径高温伽马能谱测井仪铀含量测量范围为100×10-6～5 000×10-6,耐温技术指标为130℃条件下可连续工作10 h,并已在相山铀矿田3000m深度铀矿科学深钻和诸广长江1号科学钻孔实际应用.该技术能够为铀资源攻深找盲、深部成矿环境研究等提供技术装备支撑.
镭氡平衡系数是地浸砂岩型铀矿勘查中重要的物探参数之一,能否正确计算镭氡平衡系数将直接影响铀矿床资源量估算结果的准确性.目前在实际工作中,镭氡平衡系数主要由物探参数孔观测法和伽马测井解释结果与取样分析结果对比法确定,而物探参数孔观测法又可分为平均值法和曲线拟合法.对松辽盆地南部海力锦地区姚家组下段地层的铀矿镭氡平衡系数进行了计算和研究,并对计算结果进行了对比与评价.两种方法在砂岩型铀矿镭氡平衡系数计算中都非常重要,可以相互验证.经过分析,物探参数孔观测法比伽马测井解释结果与取样分析结果对比法计算的镭氡平衡系数可信度更高.对于物探参数孔观测法的两种计算方法,曲线拟合法更接近氡气的恢复情况,可以避免观测值误差或氡气未达到平衡等因素导致计算结果不准确,结果更为合理.
温度测井是了解地热井内热储层位置与特征的重要手段.采用井内恢复温度测量、流温测量和井口温压测量等方法,对谷露地热田ZK1301地热钻井内热储层温度进行了系统测量.通过测量与计算,发现该地热井可以细分为7个热储层,每个热储层的温度与流量存在较大差异.其中,温度最高的热储层位于375～388 m,出水温度约为174℃,出水量约为12 m3·h-1;水量最大的热储层位于554 m,出水温度约为161℃,出水量约为82 m3·h-1.通过对测温曲线形态分析发现,该井温度在620 m出现温度倒转后,又继续升温,且之后无明显的含水层出现.因此,认为该井在620 m附近穿过了F4-2断裂破碎带.结合断裂在地表出露的位置计算,认为F4-2断裂带在此处的倾角为63°.对热储层位置与断裂产状的认识对后续探采结合井的部署具有重要的指导意义.
为提高在海砂资源调查中单道地震勘探效果,文章对海南岛西部海域单道地震数据进行细致分析和参数试验,制定针对性的处理流程,处理后剖面的深部能量得到加强,分辨率和信噪比明显提高,真实层位同相轴更加连续,多次波得到有效压制后对真实地层的影响较小,有助于更精确的厘定研究区地层结构、圈定出砂体范围,为钻孔施工设计提供充分的依据.本次研究提出,在类似环境单道地震数据的处理中,采用相对保幅处理有助于保护有效信号,主要处理参数须经过反复对比分析后确认,去除海底反射多次波前须对随机噪音进行衰减,采用精细拾取的海底静态漂移作为多次波模型可获得较好的多次波压制效果.
构造变异部位是热液型铀矿定位的有利空间,解决构造变异部位复杂三维形态分析问题对热液型铀矿定位具有重要意义.为探究瞬变电磁三维拟合技术在解决构造变异部位复杂三维形态分析中的效果,文章以甘肃龙首山芨岭地区为例,从定源回线装置测量、三分量数据处理、地质体三维形态分析等角度对瞬变电磁三维建模方法进行了应用,并与前人中心回线瞬变电磁测量视电阻率结果进行了对比,结果认为:引入三分量测量提升了数据量,为地质体复杂三维形态分析提供了必要的网格数据;瞬变电磁三维拟合建模结果的横向、纵向分辨率均优于前人测量视电阻率结果.甘肃龙首山芨岭地区瞬变电磁三维拟合应用表明:该技术对解决复杂构造变异部位三维形态分析问题,尤其是局部的形态、展布、埋深等具有较好效果,可较好的应用于热液型铀矿床浅部构造变异部位探测、断裂带及褶皱形态分析工作中.
航空热红外高光谱遥感作为近年新发展起来的对地观测技术,同时具有高空间分辨率和高光谱分辨率的技术特点,具备从空间大尺度上精细探测和分析地表造岩矿物成分的能力.基于航空热红外高光谱TASI数据,在分析常见矿物发射波谱特征的基础上,开展了柳园研究区岩性识别和分类研究,充分发掘TASI数据图谱合一特点,图像分类,光谱定性,从每种岩体、地层岩性单元的光谱角度对所属岩性进行判定.结合研究区花岗岩地质背景,系统分析标型矿物SiO2受岩石共生矿物影响的光谱规律变化特性,进行岩性识别和评价试验.结果表明:航空热红外高光谱可全面提高遥感岩矿识别的种类和精度,为大区域的矿物识别和岩性分类提供了一种新的快速有效的手段.
膨润土由于其高膨胀、低渗透和良好的核素吸附能力,被公认为高放废物深地质处置库的缓冲/回填屏障首选材料.实际工程中,高压实膨润土的膨胀力是缓冲屏障设计的关键指标之一,但影响因素众多、作用机制复杂,现有理论模型难以综合考虑多种因素的影响.为此,运用作为数据分析可靠手段的机器学习方法,采用泛化能力出众的梯度提升决策树(GBDT)算法,以目前世界上的典型膨润土类型为研究对象,基于对国内、外相关实验研究成果的搜集与梳理,搭建了基于GBDT回归算法的膨润土膨胀力预测模型,并结合既有实验数据进行了验证与应用效果分析.GBDT算法的预测准确率可达91.7%,明显优于随机森林等其他回归算法,模型可为我国已开建的地下实验室现场试验与处置库建设等提供技术参数和理论支撑.
桂北苗儿山中段红桥矿床位于华南加里东陆块江南地块南缘.分析了红桥矿床铀成矿地质特征,初步认为:区内铀源丰富,主要出露护卫岩体、张家岩体以及石坪岩体,属高硅、强过铝质花岗岩;相对富集铷、钾、钍和铀,亏损钡、锶、磷和钛,轻重稀土元素分馏明显,具有强烈的Eu负异常,显示出壳源花岗岩特征,并指出石坪岩体细粒二云母花岗岩可能具有更强的产铀能力.区内NW向含矿断裂数量多,规模大,且次级断裂密集发育.铀矿体多呈脉状和透镜状产出,严格受断裂构造控制,并且主矿体沿走向延伸稳定;常见的矿物共生组合类型为铀-萤石型、铀-赤铁矿型以及两者的叠加型.围岩蚀变强烈,成矿期蚀变为紫黑色萤石化、赤铁矿化、黄铁矿化和硅化,其中尤以紫黑色萤石化与铀矿化关系密切.综合分析认为:下一步可继续在红桥矿床外围对NW向断裂带进行揭露,同时适当地进行深部探索,扩大找矿空间.
盐池县小马鞍山地区具有较好的铀成矿条件,但地表90%以上的面积被第四系所覆盖,运用常规的地质物探地面调查测量方法,获得的找矿信息甚微,导致找矿成效不明显.选择在小马鞍山地区开展活性炭吸附测氡,在40、80和120 cm不同深度探坑测量氡气浓度,并进行地面伽马照射量率测量,建立了氡气浓度随探坑深度变化的线性关系,初步总结出氡气浓度与地面伽马照射量率之间的变化相关性规律.结果表明:研究区氡气浓度随探坑深度的增加,氡气浓度增加变化特征显著,地面伽马照射量率普遍较低,基本为第四系背景值,去除地表放射性核素铀、镭对氡气浓度的贡献值,研究区氡气主要为地下逸散扩散而来,表明研究区地下赋存较强的辐射源(体),初步判定研究区可能存在较好的隐伏铀矿化体.
查干哈达花岗岩体位于华北板块北缘,是我国重要的有色金属矿集区.针对查干哈达花岗岩体开展岩相学、锆石U-Pb定年和岩石地球化学等研究,探讨岩体成因及其地质意义.结果表明:查干哈达花岗岩成岩年龄为147.9±1.5 Ma,在由弱过铝质花岗岩向强过铝质花岗岩演化过程中,显示了由碱性、镁质向碱钙性、铁质演化的特征,属于A型花岗岩,岩体同时显示K、Rb、Zr、Hf、Th和LREE的相对富集,Ba、P、Ti、Nb、Ta和HREE的相对亏损,在成岩过程中经历较强的分异演化.查干哈达岩体εHf(t)=1.1～5.0,TDMc=870～1 122 Ma,具有高的εHf(t)值以及低的TDMc值,表明其主要来源于新生地壳物质部分熔融,同时有少量老的地壳物质再循环,查干哈达岩体形成于拉张伸展的构造环境,显示在晚侏罗世—早白垩世时期,研究区转入了板内伸展的环境.
在热液型铀钍混合矿床勘查、钾盐勘探应用中,利用伽马能谱测井反褶积分层解释法准确圈定放射性元素矿(化)层空间位置,计算各元素含量及厚度.基于标准模型井主元素含量剖面曲线,采用伽马强度微分分布曲线的半对数直线段法和伽马强度分布曲线的半对数直线段法分析反褶积分层解释中地质脉冲响应特征参数α提取的影响因素,诸如测井条件、地层环境和探测器尺寸等.并结合实测钻孔不同铀钍含量比矿段,采用伽马强度分布曲线的半对数直线段法提取上述参数,分析对比其应用效果.认为:为获取目标元素含量及厚度,应当分别通过各自的反褶积滤波算子对元素含量进行滤波处理;就伽马能谱测井而言,与地层密度和伽马射线能量相比,特征参数α值对于探测器长度更敏感.
缓冲/回填材料在地下水的作用下会形成凝胶体/胶体,有可能发生侵蚀.研究膨润土悬浮液的流变特性是评价土-岩界面缓冲/回填材料长期稳定性的必要条件.使用旋转流变仪对高庙子膨润土开展不同液固比、水化学条件,以及不同离子浓度和类型的一系列流变试验,为后期膨润土颗粒侵蚀数值模拟工作提供技术支持.研究结果表明:高庙子膨润土悬浮液随着液固比增大逐渐从假塑性流体向牛顿流体转变,Herschel-Bulkley模型可以很好拟合高庙子膨润土-北山地下水悬浮液的流变曲线;随着膨润土悬浮液中添加盐的浓度增大,悬浮液表观黏度先减小后小幅增大;相同浓度条件下二价阳离子比一价阳离子使得悬浮液的表观黏度有更明显的降低.
岩心成像光谱扫描与编录将是数字化时代地质调查和矿产资源勘查的新一代技术,通过相山铀矿田CUSD2-2孔中的应用,改进岩心成像光谱编录中的数据预处理流程及方法,并结合地质分析合理确定端元光谱和蚀变带.在CUSD2-2孔岩心成像光谱编录中,提取了长波云母、短波云母、绿泥石+云母、赤铁矿、方解石和蒙脱石共6种光谱端元,根据矿物学原理和相山铀矿田蚀变特征,认为长波云母为水云母(伊利石)化,短波云母应为绢云母(白云母)化,绿泥石+云母主要为绿泥石化;在已识别的6类热液蚀变中,赤铁矿化主要受岩石破碎带控制,其余5种蚀变受岩性和断裂破碎带双重控制.整个钻孔从上到下可分为浅部(0～980 m)中度碱性蚀变,中部(980～1 230 m)原生岩石及深部(1 230～2 600 m)弱酸-碱耦合蚀变3个蚀变带;由于CUSD2-2孔位于两条NNE向断裂夹持部位,深部弱酸-碱耦合蚀变带的发现表明该区深部存在热液作用,进一步认为其邻区可能存在更强的酸性蚀变和伴生较好铀矿化.
粤北长江地区花岗斑岩脉呈近EW向分布于长江铀矿田中东部.通过对该花岗斑岩脉岩石学、锆石U-Pb年代学和地球化学特征开展研究,探讨了成岩年龄、岩石成因类型、物质来源、构造背景及与铀成矿的关系.长江地区花岗斑岩脉LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为151.8±0.7 Ma(MSWD= 1.8),为燕山早期岩浆活动的产物.地球化学研究结果表明:其在主量元素方面具高w(SiO2)(平均为74.67%)、富w(Al2O3)(平均为13.39%)、高w(K2O)/w(Na2O)值(平均为2.15)和高A/CNK值(平均为1.28)的特征,在微量元素方面具高w(Rb)/w(Sr)值(平均为9.93)和高w(Rb)/w(Nb)值(平均为 20.03),Rb、Th和Hf富集,Ba、Sr、P和Ti亏损的特征,在稀土元素方面具Eu亏损明显(δEu平均为0.31)、轻稀土略富集右倾型配分曲线的特征,属于典型的壳源型花岗岩.综合研究认为:长江地区花岗斑岩脉主要形成于挤压造山向非造山转换的后造山拉张构造环境,由中-上地壳的泥质岩组分部分熔融形成.花岗斑岩脉的贯入,增加了含矿围岩结构的不均匀性,可能为铀成矿提供有利成矿空间.
在高放废物地质处置地下实验室建设阶段,井巷地质编录是一项基础性的现场工作,可获得不同硐室的地质信息、查明场址区域内岩体与构造特征,其编录数据可为场址精细化三维地质建模与围岩长期稳定性分析提供基础资料,为工程开挖过程中的现场试验设计和未来地下实验室中的科研试验提供支撑.传统的地质编录方法,其编录目标、对象和内容等存在诸多方面的差异,通过借鉴国外地下实验室的编录经验,并参考了国内相关领域的编录标准和规范,结合北山地下实验室的工程特点,编制了一套适用于北山地下实验室的井巷地质编录技术方法.该方法不仅填补了我国在高放废物地质处置地下实验室井巷地质编录技术规范的空白,同时也可为地下工程的编录方法提供参考.
针对半导体工业原料高纯石英砂,放射性元素钍和铀的含量是其中的一个需要关注的指标.建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定高纯石英样品中放射性钍和铀的方法.称取一定质量的高纯石英样品后,加入氢氟酸和硝酸使其完全消解,蒸干后加入硝酸复溶杂质元素,最后用2%的硝酸溶液定容至5 mL,使用 187Re作为在线内标,测量 232Th和 238U.石英样品称样量可以多达1g以上,测量样品溶液中盐含量较低,无需考虑基体效应.标准工作曲线的范围为0、0.05、0.1、0.2、0.5和1.0µg·L-1,工作曲线的相关系数均大于0.999 5,该方法钍和铀的检出限分别为0.02和0.03 ng·g-1.对钍、铀含量分别为0.32 ng·g-1和0.62 ng·g-1的样品,7次测量精密度分别为5.7%和7.7%,通过3组加标实验样品,钍和铀的平均加标回收率分别为94.8%和91.4%.该分析方法精密度和加标回收率符合一般化学分析方法验证的要求,可以应用于高纯石英样品中放射性钍和铀的测量,其他元素也可参考该方法进行测量.
为了研究黏土岩原生节理在往复循环荷载作用下的力学特性,采用TAW-2000微机控制电液伺服岩石三轴试验机对倾斜闭合节理类黏土岩进行循环加载试验,分析了3种围压、3种节理面积占比和2种循环加载方式对其力学特性的影响,结果表明:围压和节理面积占比均对倾斜闭合节理类黏土岩抗压强度影响较大;倾斜闭合节理类黏土岩动弹性模量和阻尼比均受节理面积占比、循环加载方式和围压影响;节理面积占比是决定倾斜闭合节理类黏土岩动泊松比的主要因素.试验结果对黏土岩的力学特性研究有重要参考意义,并为黏土岩高放废物处置库的实际工程建设和围岩长期稳定性分析与预测提供一定的参考依据.
在高放废物地质处置库中,温度升高会改变缓冲材料的渗透性能.以混合型缓冲砌块为研究对象,在不同温度(25、60和90℃)和含盐度(蒸馏水DI、模拟北山地下水平均值和最大值)条件下进行渗透试验,测试其在Z、θ方向的水力传导系数K.结果表明:水力传导系数K随温度升高而增加,其中在常温条件下,K在10-12 m·s-1数量级;而当温度从25℃升高到60 或90℃时,K分别升高到1.49～1.76倍或1.09～2.45倍.混合型缓冲砌块的θ方向的K略大于Z方向的K,但不超过2倍,表现为各向同性.干燥状态试样的K值比保湿状态试样的K值高2～7倍,仍满足低于10-10 m·s-1的高放废物处置缓冲材料防渗性能要求,干湿状态对水力传导系数影响不大.
