深穿透跨尺度辐射场分析软件NECP-MCX研发及应用

西安交通大学核工程计算物理实验室自主研发了深穿透跨尺度辐射场分析软件NECP-MCX。针对大空间伽马射线辐射输运模拟、聚变堆停堆剂量模拟和点源屏蔽问题等新应用场景下的新问题与新挑战,在NECP-MCX中研发了对应的新方法与新功能。针对km尺度的伽马射线辐射输运问题,提出一致性共轭驱动重要性抽样(CADIS)-下次事件估计器(NEE)耦合方法,该方法能够精确高效地获得km尺度距离处的光子通量密度,计算效率比传统的NEE高6.8倍;针对聚变堆停堆剂量问题,采用粒子输运-燃耗-活化-源项耦合分析方法,获得PF线圈、TF线圈、真空室和偏滤器处停堆剂量随停堆时间的变化;对于点源屏蔽问题,提出首次碰撞源(FCS)-CADIS方法,解决CADIS方法对点源进行源偏倚的局限性,FCS-CADIS方法的计算效率比CADIS方法高2倍。

耐高温深穿透有机延迟交联酸复合体系的制备及性能评价

为实现碳酸盐岩储层高温井及深井中的延长反应和深穿透作用,创新使用钛离子缓释原理,自制了可在高温、高浓度盐酸条件下交联有机酸的交联剂OAC-1,形成了耐高温深穿透有机延迟交联酸复合体系,并对其耐温耐剪切性、破胶性、降滤失性及携砂能力进行了评价。结果表明,该体系可延迟198 s后进行交联,在温度150℃,剪切速率170 s^(-1)条件下,连续剪切100 min后,黏度仍然保持在55 mPa·s以上,具有良好的延迟交联性和耐温耐剪切性。

超低渗砂岩储层深穿透缓速解堵增注工艺

针对HQ油田超低渗砂岩储层物性差、渗流阻力大,注水井投注一段时间后易发生油层堵塞,吸水变差,达不到油田开发注水要求,且常规酸化增注效果又不理想的问题,为确保注够水、注好水,促进油藏高效开发,开展了超低渗砂岩储层欠注井解堵增注技术研究。通过分析该储层欠注井常规酸化增注效果不理想的原因,结合储层地质特征,设计出一种深穿透缓速解堵液;对该解堵液的缓速性能、解堵能力、抑制二次伤害、金属离子螯合能力等性能进行了室内评价;运用该解堵液在HQ油田开展了现场深穿透缓速解堵增注工艺设计及实验工作,与以往常规酸化增注对比,试验井增注措施有效率提高了16.7%、平均单井注水压力下降1.7MPa、平均单井有效期延长了8个月。通过室内研究和现场实验,形成了一种适应HQ油田特殊储层的解堵增注工艺。

延长油田低渗砂岩深穿透多氢酸解堵体系研究

本文通过延长油田CH-1与CH-2储层矿物组分与黏土成分的分析、敏感性实验、回用地层水结垢分析,明确了注水开发过程中出现的注入压力升高主要源于地层结垢、水敏及酸敏伤害造成的低渗砂岩孔隙堵塞。本文采用溶蚀实验、铁离子稳定实验、挂片腐蚀实验等优选出多氢酸供剂、铁离子稳定剂以及缓蚀剂,并采用正交实验的方法优化配方,得到用于延长油田低渗砂岩解堵的深穿透多氢酸酸液体系。结果表明,该酸液体系配方为15%HCl+5%NH_(4)F+5%DTPMP+1%GLDA-Na+2%XCI-1,在60~90℃范围内可使储层岩芯渗透率恢复率达400%以上,90℃条件下酸岩作用时间达180min以上,60℃条件下酸岩反应时间可达300min以上。

深穿透地球化学勘查技术对胶东冲积土覆盖区隐伏金矿的勘查指示

胶东是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000 t的三个金矿省之一,随着地质勘查程度的不断提高,其找矿方向逐渐由浅表矿转向覆盖区深部隐伏矿。土壤微细粒分离技术是一种能反映深部异常信息的深穿透地球化学勘查技术,已在多种景观区取得成功试验案例。本文选择胶东冲积土覆盖区曲家隐伏金矿及其外围开展土壤微细粒分离技术的勘查试验。结果表明:相比于中国土壤、山东省土壤、烟台市土壤背景值,研究区内Au元素高度富集,区域浓集系数高达2.88,金、银等地球化学异常范围与已知隐伏矿体位置具有很好的对应关系,能够互相印证,且与钻孔原生晕地球化学信息有继承关系。异常形成机理是:深部成矿物质以呈类气体性质的纳米颗粒形式沿断层、地层接触面等宏观裂隙和围岩中的微裂隙等通道在多营力接续作用下迁移至地表,并被地表微细粒土壤捕获形成矿化异常。土壤微细粒分离技术对隐伏金矿的勘查指示取得理想效果,可以应用于胶东冲积土覆盖区地球化学找矿勘查。

深穿透地球化学勘查技术对隐伏稀有金属矿的勘查指示:以甲基卡X03号锂矿脉为例

花岗伟晶岩型锂矿是锂资源的重要矿产类型,目前随着勘查程度的提高,发现地表出露的伟晶岩型锂矿资源的几率越来越小,下一步的勘查重点应放到找寻隐伏型锂矿资源。近年来,深穿透地球化学勘查手段在隐伏矿勘查中发挥了重要作用。其中土壤微细粒分离测量技术能有效探测深部异常信息,已在多种景观覆盖区进行了试验,并取得了显著的效果。本文以四川甲基卡X03号隐伏锂矿脉为研究对象,利用土壤微细粒分离测量技术,开展深穿透地球化学勘查技术对隐伏锂矿脉探测的试验研究,并分析了成矿及伴生元素组合特征,结果表明:Li、Be、Rb、Cs、Sn、Nb、Ta、Bi、Pb、U等元素具有较好的相关性,富集程度高,异常明显,异常峰值显著;其中,Li-Be-Bi-Cs-Rb-Pb-U元素组合与研究区X03号矿脉成矿元素组合具有良好的耦合性;利用土壤微细粒分离测量技术取得的元素高异常范围与已知隐伏矿体具有较好的对应关系,可以将上述元素作为该区域寻找锂矿的指示元素。以上结果证实了深穿透地球化学勘查技术能有效指示深部隐伏锂矿体,可以将深穿透地球化学勘查技术应用于西部高寒山区景观覆盖区地球化学找矿勘查中。

深穿透地球化学勘查技术在黔西北大坪子铅锌矿找矿中的应用

黔西北矿集区是川滇黔铅锌多金属成矿区的重要组成部分,也是贵州省主要的铅锌资源产地。目前,地表和浅埋藏的铅锌矿体已几乎开采殆尽,找矿目标已转入被厚层基岩所覆盖的深部隐伏矿,常规的地球化学勘查方法难以获取深部隐伏矿信息,找矿效果不理想。本文利用在黔西北大坪子铅锌矿区开展土壤有机烃结合金属活动态的深穿透地球化学勘查技术方法试验,对烃类组分和金属元素活动态产生的异常进行研究,评价该技术方法的应用前景。结果显示,大坪子铅锌矿区土壤中烃类组份发育对偶双峰式和多峰式异常,金属活动态在矿体上方和断裂构造地表出露位置有清晰的异常显示,土壤有机烃和金属活动态可以有效地指示断裂构造,并很好地反映深部隐伏铅锌矿体信息。通过综合分析,在大坪子铅锌矿区12号剖面和16号剖面上共预测2个异常靶区,经钻探工程验证,发现1个铅锌矿体,矿体厚1.33m,Zn品位为2.24%,Pb品位为0.44%,推测为Ⅱ-11矿体往深部的延伸。应用实例表明,土壤有机烃结合金属活动态的深穿透地球化学勘查技术可用于黔西北地区铅锌矿的深部找矿预测,对隐伏铅锌矿的找矿勘查工作具有较好的指导意义和应用前景。

辽宁阜新排山楼金矿床深穿透地球化学找矿方法的应用研究

排山楼金矿床位于辽宁阜新,是目前中国发现最大的受韧性剪切带控制的糜棱岩型金矿床之一。矿体赋存于太古宇建平群蚀变糜棱岩破碎带内,矿石蚀变强烈,品位偏低。目前,该矿床经多年开采已步入危机矿山行列,迫切需要开展接替资源勘查工作,增加矿石储量,延长服务年限。应用深穿透地球化学找矿方法对排山楼金矿床进行成矿预测研究,主要包括有机烃类气体测量、吸附相态汞测量和氡气测量地球化学方法。通过布设2条剖面,采集土壤地球化学样品73件,每件样品分析测试吸附相态汞及7种有机烃类气体组分,并对36勘探线开展氡气测量研究。研究结果表明,甲烷、乙烷、丙烯、正丁烷和吸附相态汞剖面异常与矿体均有较好的空间对应关系,甲烷、乙烷在矿体上方呈单峰式剖面异常;丙烯、正丁烷和吸附相态汞为多峰式异常。最后,通过对烃、汞剖面异常特征的综合对比分析,圈定出4处成矿靶区。

鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿深穿透地球化学勘查方法实验

鄂尔多斯盆地尚未开展区域化探扫面工作。文中以东胜砂岩型铀矿区为例,开展深穿透地球化学勘查方法实验。东胜铀矿床产于侏罗系直罗组下段,为隐伏矿床。研究发现,富含细粒级地表结层是半干旱盆地砂岩型铀矿区域地球化学勘查的有效采样介质。在东胜砂岩型铀矿区及周边2 000km2的方法实验中,每4km2采集一个样品,过筛后取-200目进行全量分析,在矿化出露区及隐伏矿区圈出了铀及相关元素的地球化学异常。对元素比值R=lnU/(lnCe+lnY+lnZr+lnNb)在不同区域分布特征的研究表明,样品中活动态铀是形成铀异常的主要原因,提取细粒级土壤组分进行全量分析,可作为区域深穿透地球化学的砂岩型铀矿找矿指标。在矿床尺度深化穿透地球化学勘查方法中,因实验区地形特点使得富含细粒级地表结层样品不易普遍取得,地表土壤的全量分析不能满足勘查要求,需要采用铀专属性强的提取试剂进行元素活动态分析。文中采用作者研制的MML-U活动态提取剂,在东胜铀矿区孙家梁矿段剖面实验中,成功探测到矿体上方土壤中的U、Mo、V等元素的活动态异常。

深穿透地球化学对比研究两例

为了寻找隐伏矿床,近些年提出了深穿透地球化学的概念和发展了深穿透地球化学方法。国际勘查地球化学家协会于1997年开始组织实施了“深穿透地球化学对比计划”。这里给出了四种深穿透地球化学方法,包括金属活动态提取方法、酶提取方法、活动金属离子法和电地球化学方法,在中国和美国的两个隐伏矿进行了对比试验,结果表明,深穿透地球化学方法可以在隐伏矿上方有效地发现异常。在干旱荒漠区,由于氧化作用和蒸发作用强烈,地表形成氧化地球化学障和大量盐类的蒸发地球化学障,这些地球化学障可以将深部迁移至地表的含矿信息捕获。因此,用深穿透地球化学的铁锰氧化物膜提取和盐类蒸发障良好导电性能的电提取,可以有效地指示矿体。中国的深穿透地球化学方法在美国内华达Mike金铜矿的效果要优于加拿大的酶提取(EnzymeLeach)和澳大利亚的活动金属离子法(MMI)。

多级脉冲深穿透射孔技术

目前国内较先进的射孔工艺是增效射孔和三相流射孔,这2种射孔工艺均存在射孔深度和造缝深度浅的问题,尤其是对低渗油藏和纵向渗透率远大于横向渗透率的油藏,此造缝深度并不能满足油田生产的需要。介绍了一种新型的射孔技术,它是一种能进行深度射孔造缝的多级射孔技术,利用三级推进剂燃爆时产生峰值不连续的高温、高压气流,形成多级脉冲,多次冲击射孔孔眼前沿的裂缝,使其有效延伸至地层深处,从而较单独的射孔更能有效地增加油气产量。通过地面水泥靶的试验,证明了该射孔器的延缝功能和安全性;通过塘32等井的现场试验,证明该射孔技术对污染地层解堵有显著效果,可明显地降低地层破裂压力。

新疆金窝子矿区深穿透地球化学对比研究

在新疆金窝子金矿区,利用2种深穿透地球化学方法———金属活动态提取方法和电地球化学方法进行对比试验,结果表明这些方法可以在隐伏矿上方有效地发现异常。在干旱荒漠区由于氧化作用和蒸发作用强烈,地表形成氧化地球化学障和大量盐类的蒸发地球化学障,这些地球化学障可以捕获由深部迁移至地表的含矿信息,因此,用深穿透地球化学的铁锰氧化物膜提取和盐类蒸发障良好导电性能的电提取可以有效地指示矿体。

深穿透地球化学方法对比研究——以内蒙古花敖包特铅锌矿为例

在内蒙古花敖包特铅锌矿区,应用深穿透地球化学找矿方法进行地球化学调查,探索深穿透地球化学找矿新方法。分别进行了金属活动态测量、地球气测量、地电化学测量、土壤全量测量。在埋深70m的隐伏金矿体上方发现了较为明显的地球气、水提取与地电化学异常,与已知矿体位置吻合的程度较高,显示了深穿透地球化学方法在隐伏矿勘查中的良好应用前景。

深穿透地球化学迁移机理与方法技术研究新进展

系统地论述了近年来国际勘查界在深穿透地球化学迁移机理与方法技术方面的新进展。重点介绍了元素垂向迁移的新模型和新理论,包括"还原囱"模型、"雷暴电池"模型、泵压效应机制等。叙述了国内外深穿透地球化学的研究成果,主要包括加拿大矿业研究组织(CAMIRO)资助的国际合作项目、澳大利亚景观环境与矿产勘查联合研究中心(CRC LEME)的试点研究及其他国家的研究工作。在此基础上,对影响选择性提取技术的关键因素进行了探讨,认为选择性提取技术的战略选择和对单一"目标矿物"的选择性提取比较复杂,在一定程度上受土壤形成过程及其理化性质如pH、Eh等因素的影响,此外还与提取液的浓度、采样深度和提取条件与过程的控制等有关。

纳米金属微粒发现——深穿透地球化学的微观证据

在400m深度隐伏铜镍矿上方气体和固体介质中同时发现纳米级铜等金属微粒。透射电镜下显像直观、质感,图像清晰。单个金属微粒呈球形或椭球形,多个微粒大多构成团聚体。单个金属微粒粒径主体在几十纳米,最小到10nm,大到上百个nm。微粒具有有序晶体结构。原位测量微粒成分为:①单一成分纳米自然铜微粒;②金属复合成分纳米微粒Cu-Fe,Cu-Ag,Cu-Cr,Cu-Ni,Cu-Fe-Mn;③含有Si、Al、Ca、O、P复杂成分的纳米Cu微粒。在地气和土壤中微粒大小、形貌特点和成分基本相似,同时微粒具有有序晶体结构。以上事实说明二者之间具有成因联系,即都来自于矿体。在实验室建立的模拟迁移柱,证实纳米金属微粒具有极强的穿透能力和快速迁移能力。这不仅为深穿透地球化学提供了直接的微观证据,而且为利用土壤作为采样介质的微粒分离深穿透地球化学技术寻找隐伏矿具有重要的应用价值。

深穿透勘查集成技术在高原寒冷区找矿预测中的应用--以甘肃南部碌曲地区忠曲金矿为例

应用深穿透集成技术,在常规勘查方法难以奏效的高原寒冷区开展了隐伏金矿预测研究。选定的技术手段是可控源大地地磁法、地球电化学法与吸附相态Hg法组合。通过对已知区的示范研究,验证了该方法组合的有效性,并总结了适合高原寒冷景观条件下的综合找矿模式。利用建立的综合找矿模式,在忠曲矿区外围开展了预测隐伏金矿的工作,圈定了综合找矿靶区8处。

水力深穿透井下射孔深度检测方法探讨

随着水力深穿透射孔技术的应用推广,如何检测井下射孔的实际深度,进而评价该技术的作业效果,改进施工工艺措施,成为技术研究者与油田用户共同关注的课题。据此,探讨了井下射孔深度检测的基本方法,包括地面模拟检测法、井下液压行程开关检测法和井下电磁检测记录法。在分析3种检测方法的工作原理的基础上,指出了各自的优缺点,说明在实际水力深穿透射孔应用中,可根据不同层次的要求选择合适的测试方法,也可以将不同的方法联合使用。

深穿透地球化学方法在十红滩砂岩型铀矿中的试验研究

深穿透地球化学方法在盆地及覆盖区的应用正逐步取得进展,笔者在十红滩砂岩型铀矿试验研究中,采用活动态提取技术,取得了较为理想的结果。同时,针对活动态提取目前没有标样用于质量监控这一事实,在分析过程中利用插入重复样的方法对分析质量进行相对监控,并将分析结果进行相对误差对比,总体上可认为分析结果能满足本区研究的需要。

深穿透地球化学新进展

叙述了深穿透地球化学近年来在方法技术与理论上的新进展。列举了在国际合作项目“Deep penetratingGeochemistry”中使用中国发展的新分析技术与国外一些方法在两个隐伏矿区比较的结果。在内华达Mike隐伏金矿上方使用中国的有机结合态提取方法 (OBM )效果最好 ;Mike隐伏铜矿上方使用中国的铁锰氧化物包裹及吸附态提取方法 (FMM )效果最好。在智利GabySur隐伏斑岩铜矿上方 ,应用国外Actlabs的水提取及酶提取方法仅在隐伏矿两侧断层上方地表圈出Cu和Ag异常峰值 ,而应用中国的水提取 (WEM )及吸附态提取 (AEM)方法则在整个隐伏矿床上方地表都圈出明显的Cu及Ag异常。两者明显差异的原因正在进一步研究中。在中国“973”及地质大调查项目中例举了在新疆东天山采集弱胶结层细粒物质进行战略性深穿透填图取得的成果 ,发现多处可找到Au ,U ,Cu ,W ,Pt,Pd隐伏矿床的远景区 ,特别是两个可能发现大型隐伏铀矿的靶区 ,为在该地区找寻可地浸砂岩型铀矿提供了重要线索。在理论研究方面报道了国际项目中提出的地震泵、大气压泵、冬季呼气、CO2 发生器等驱动活动态金属向上迁移的理论将之与中国近年提出的地球气搬运活动态金属的理论相结合 ,提出了一个新的以地球气为主的活动态元素向上迁移的多营力接力搬运模型。

深穿透屏蔽计算中MCNP减方差技巧应用及比较

在中子输运的深穿透屏蔽计算中,采用有效的MCNP减方差技巧可以有效缩减计算时间提高计算效率。以一维聚变反应堆(CFETR)平板模型作为深穿透屏蔽计算实例,分别应用了几何分裂与轮盘赌、源偏倚、强迫碰撞、权窗、指数变换等减方差技巧,对各种减方差技巧应用过程中遇到的如中子平分布问题,全零权窗问题等问题,进行了分析总结,并在此基础上提出了针对深穿透问题的新的解决思路。通过不同方法分析和组合,获得了权窗和指数变换的最佳组合,使计算效率加速了162倍。