專利名稱：可用于采礦和礦物勘探的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于礦物學分析的方法和設備。本發明更特別地涉及ー種用于礦石品位估計的方法和設備。
背景技術：
不同的放射性核技術(active nuclear technique)已經被廣泛用于在實驗室條件下生成關于巖石和礦石的化學成分的信息。這些技術包括伽馬射線光譜測定法、X射線熒光法(XRF)和中子活化法。這些技術未被廣泛用于采礦操作(例如在爆破孔和勘探孔中)，這是因為例如沒有任何單種核技術在單獨使用時是足夠有用的(例如沒有一種已知技術能夠解決足夠多的共同的、相關的礦石估計問題)。已知的中子活化(例如中子伽馬射線)方法可以用于測量礦石中的ー種或多種金屬(例如銅、猛和鎳)的濃度(concentration)。核磁共振(NMR)被廣泛用作油氣勘探的井眼測井(borehole logging)方法。地表下地質構成中的碳氫化合物儲藏特性在油氣產業中是相當重要的。在該產業中，使用NMR來檢測液體中的質子共振。
發明內容
應當認識到，以下說明中所使用的術語“物質”被用于表示那些以期望的方式對NQR和/或NMR現象和技術做出響應的期望材料和/或物質。與檢測爆炸物相關的許多物質包含四極核，例如氮-14 (14N)，并且可以使用NQR方法來檢測這些物質。該物質的譜線位于低頻率，在低頻率所檢測的NQR信號具有非常低的強度。然而，在實地利用NQR技術作為ー種探知靶向物質的存在的可靠和靈敏的技術時，出現了若干與之相關聯的問題，限制了該技術的功能和/或可行性。例如，NQR信號的低強度、可以以各種方式從每個周圍物品中檢測到的外部干擾和/或寄生信號，它們會減小在實地使用NQR技術的功能和/或可行性。同樣地，通過使用井眼伽馬射線光譜測定法對礦帶的直接檢測被限制在放射性礦物。因此，為了這些目的通常使用間接檢測(例如富鉀絹云母或者與金的礦化相關聯的長石質變化)和主巖的特征(例如金伯利巖的相)。此外，XRF方法未廣泛用于勘探和采礦井眼測井主要是由于所包含的低能量和由此導致的淺的穿透深度(例如超出表面分析的有限分析(如果存在))，并且由于井眼條件(例如表面皺度)對結果有大的影響。此外，所檢測的低能量通常在檢測器上需要相對薄的窗ロ，這在充滿水的井眼條件下可能是脆弱的。
并且，放射性核技術使用放射源，該放射源對于周圍的人類、動物、植物生命和/或儀器可能是不安全的。因此，如果要進行的話，放射性核系統主要用于井眼測井配置中，其中在測量期間放射源被安全地容納在孔中。應當認識到，該放射源可以是放射性同位素、電子源(例如X射線管或中子發生器)和/或任何其它已知的或將來開發的放射源的形式。
此外，放射性核技術一般不能直接區分包含相同的ー種或多種元素的不同礦物。至少部分由干與使用放射性核技術有關的許多困難，該技術未被廣泛用于礦點勘探和/或礦體圈定(ore delineation)。同樣地，應用常規的NMR方法進行礦物分析目前是非常受限的。固態NMR需要復雜儀器和特殊的檢測技木。因此，該方法通常用于實驗室條件下。已經認為核四極共振(NQR)技術在對承載諸如硼、鋰和鉀之類的元素的礦藏的井眼測井方法中是很有用的。該NQR方法可以優選于其它可用方法是由于至少以下原因中的任何原因它是非放射性、無危險和/或無創的方法，其適用于就地固體量化分析，和/或它是相對廉價并且快速的。然而，先前已知的檢測方法是基于使用連續波技木，該連續波技術對于用于分析很多期望的礦物來說是不夠有效、魯棒和/或靈敏的。根據本發明的示例性方法、技術和/或設備特別適用于礦點勘探和/或礦體圈定的采礦操作。然而，應當認識到，根據本發明的方法、技術和/或設備的各個示例性實施例可以被用于其它應用，例如對在原地、在土壤或沙子中、在其它地質背景中和/或在研究中的巖體內的礦物含量和/或分布進行評估。在根據本發明的方法和/或設備的各個示例性實施例中，該方法和/或該設備可被用于為了礦點勘探和/或礦體圈定的目的的礦物學分析和/或最優礦石品位估計。在各個示例性實施例中，該方法和/或該設備并未表現出與以前的檢測方法和系統相關聯的ー些或全部缺點。在各個示例性實施例中，根據本發明的方法、設備和/或系統可用于提供ー種具有與常規放射性核方法類似或者比之更好的靈敏度和精度的非放射性方法。在各個示例性實施例中，根據本發明的方法可用于辨別、區分和/或測量包含一種或多種相同元素的不同礦物的濃度。 在各個示例性實施例中，使用了核四極共振(NQR)和核磁共振(NMR)現象和檢測技術。應當認識到，NQR和NMR技術兩者都是射頻(RF)光譜學的形式。同樣地，NQR和NMR都是可用于檢測和勘測各種化學化合物的非放射性方法。這些方法還可以被用于檢測所期望的特定物質的存在，所期望的特定物質例如是爆炸物和/或麻酔剤。在各個示例性實施例中，可以使用NQR方法對固態的化學物質進行分析檢測。該NQR方法可以提供大塊材料的元素構成和礦物相兩者。此外，在各個示例性實施例中，可以使用NQR方法來描述很多期望的化合物(例如超過10000種)的特征。這些化合物可以包括元素周期表中的各種不同元素，這使得它們是令人期望的。例如，存在ー些核子，例如銅(例如63Cu、65Cu)、鈷(例如59CO)、鈦(例如47Ti、49Ti)、錸(例如127Re)、錳(例如55Mn)、鋁(例如27A1)、鉍(例如209Β )、砷(例如75As)、銻(例如123Sb)、銦(例如1151)和鎵(例如71Ga)等，這些核子對于各個產業是重要的，并且由此期望識別它們。NQR可以被定義為電磁能量的共振RF吸收和/或發射的現象。NQR現象至少部分地歸因于電子-核子相互作用的一部分能量對原子核的不對稱分布電荷和原子殼層電子以及原子半徑外的那些電荷的相互取向的依賴性。因而，四極耦合常數和NQR頻率的變化可以至少部分地歸因于它們的電性源(electric origin)。核電四極矩eQ與電場梯度eq相互作用，由不對稱參數Π定義。因此，可以利用實驗數據來計算該核四極耦合常數e2Qq和該不對稱參數H，這有助于描述關于分子的結構信息。NQR實驗中的主要譜參數是線寬Af和核子的躍遷頻率。其它受關注的參數包括例如獲取自旋-點陣(spin-lattice)弛豫
時間自旋-自旋(spin-spin)弛豫時間T2和線形(line-shape)參數Γ/ (與Δ f成反
比)。任意這些參數都可以影響對優選實驗技術和/或儀器的選擇。因為NQR頻率取決于這些物質的分子結構，所以NQR頻率可以被用于它們的實際 唯一檢測和識別。與NMR方法相反，可以在不具有強的外部靜態(DC)磁場的情況下執行NQR。該技術可以被稱為“純NQR”或者直接NQR檢測，并且至少對于ー些應用，該技術與其它技術相比具有很多優點。例如，直接NQR特別適用于識別特定的化合物和遠程NQR檢測。更特別地，這些方法特別適用于檢測諸如爆炸物和/或麻酔劑之類的特定物質的存在以及地雷檢測。NMR利用核子與磁場之間的相互作用。因此，通常應用強的靜態場來極化核磁矩。RF場被用于激勵光譜響應(NMR信號)。一些礦物(例如，諸如黃銅礦和方黃銅礦之類的銅礦)具有磁有序結構。因而，可以憑借不應用外部靜態磁場的NQR技術在其局部場中檢測NMR。因此，在各個示例性實施例中，可以將“純NQR”和/或局部磁場中的NMR用于包括例如井眼測井應用的礦物分析和勘探。在NMR和/或NQR光譜法中可以使用脈沖(包括多脈沖)技術。這些脈沖技術例如可用于幫助提高靈敏度，減少試驗時間，和/或測量樣品的弛豫時間。在NQR和NMR中，可以將單脈沖用于諸如自旋-回波(SE)序列、Carr-Purce 11 (CP)序列、Meiboom-Gill-modifiedCP (CPMG)序列、spin-locking spin-echo (SLSE)序列之類的脈沖序列以及自由感應衰減(Free Induction Decay (FID))信號的檢測。穩態自在旋進式(SSFP)的脈沖序列可能是特別受關注的。這樣的序列的一個示例性序列是在NQR技術領域中公知的強偏共振梳(strong off-resonant como(SORC))。脈沖NQR(或NMR)檢測系統的探頭通常是如下的設備，該設備提供了 在共振RF發射器的射頻(RF)場與樣品中被靶向的特定物質之間的相互作用，用于由于NQR(或NMR)現象而產生的NQR(或NMR)信號的檢測；以及來自該靶向物質的RF場響應與NQR(或NMR)檢測器的接收部分之間的相互作用。使用通常具有數十或數百瓦功率的強RF脈沖。 在根據本發明的示例性實施例中，提供一種基于檢測來自樣品中被靶向的特定物質的NQR和/或NMR信號來對該樣品進行礦物分析的方法。在各個示例性實施例中，該方法特別適用于(但不限干)礦點勘探和/或礦體圈定的領域，例如礦床(ore formation)的井眼測井。在示例性實施例中，該方法包括(a)將RF脈沖的頻率設定為近似等于待分析的期望物質的核四極共振頻率或核磁共振頻率中的ー個；(b)將該RF脈沖的振幅、相位、持續時間、形狀、數量、重復時間和RF脈沖之間的時間中的至少ー個設定為對應于待分析的期望物質的最優水平(level);(c)將接收器的増益、參考相位、采集時間和采集數量中的至少ー個設定為對應于待分析的期望物質的最優水平；(d)調諧探頭來為以預定頻率檢測的信號提供更高靈敏度和/或増大探頭發送的RF脈沖的功率傳輸效率；(e)在規定的發射時間段期間利用該探頭發送該RF脈沖以輻照該樣品，并且如果期望物質存在，則在該樣品中激發NQR和/或NMR信號；(f)檢測和處理由于被分析的期望物質存在而發出的NQR和/或NMR信號；(g)計算被分析樣品中的該物質的濃度； (h)針對被分析樣品中的下一種物質重復步驟(a)到(g)。在一個示例性實施例中，該方法還包括校準該探頭，以便精確計算被分析樣品中的期望物質的濃度。在一個示例性實施例中，該方法還包括測量該樣品中或其周圍的溫度以調節RF脈沖的預設共振頻率、RF脈沖的參數和接收參數。在一個示例性實施例中，該方法還包括應用所選擇的一序列RF脈沖(例如脈沖序列)或脈沖序列的組合以對應待分析的期望物質。在一個示例性實施例中，該脈沖序列是SE或SLSE類型。在另ー示例性實施例中，該脈沖序列可以是CPMG類型。在另ー示例性實施例中，該脈沖序列可以是SSFP類型。在不同的示例性實施例中，該方法可以包括應用所選擇的單個脈沖以對應待分析的期望物質。在各個示例性實施例中，該方法還包括處理任何所接收的響應信號以檢測對應于被靶向的期望物質的NQR和/或NMR信號的存在。在各個示例性實施例中，該方法還包括測量任何所接收的對應于被分析的期望物質的NQR或NMR信號的強度和線寬。在各個示例性實施例中，該方法還包括如果所接收的信號表示對應于被分析的期望物質的NQR或NMR信號，則測量第一弛豫時間Tl和第二弛豫時間T2。在各個示例性實施例中，該方法還包括計算在被分析的樣品中包含相同元素的每種物質的濃度。 在各個示例性實施例中，該方法還包括計算在被分析的樣品中的化學元素的總濃度。在本發明的各個示例性實施例中，該方法還包括同時檢測在被分析的樣品中的多于ー種物質中的NQR或NMR。在本發明的各個示例性實施例中，ー種使用NQR和/或NMR檢測技術進行礦物分析和勘探的設備包括探頭，該探頭包括具有線圈系統的振蕩電路(tank circuit)、調諧和匹配電路以及Q因子改變電路；發射器，該發射器能夠將來自該發射器的輸出端的RF脈沖提供和/或施加到該振蕩電路；接收器，其可被調諧到用于檢測和放大在該線圈系統中接收的信號的至少ー個通道；以及處理器，其用于處理由該接收器放大的信號以幫助辨別對應于該樣品內的被靶向的期望物質的任何NQR和/或NMR信號的存在，該處理器還可用于計算該樣品內的該物質的濃度。在各個示例性實施例中，可以控制該Q因子改變電路以改變該振蕩電路的Q因子。在各個示例性實施例中，可以在用于利用RF能量對該樣品進行輻照的RF脈沖的規定發射時間段期間將該振蕩電路的Q因子調節到期望的水平。在各個示例性實施例中，可以在緊接在發射時間段之后的規定的恢復時間段期間將該振蕩電路的Q因子調節到最小水平，以迅速抑制(dampen)來自該探頭的瞬態信號。
在各個示例性實施例中，緊接在該恢復時間段之后，可以在規定的接收時間段期間將該振蕩電路的Q因子調節到最大水平，以便檢測來自靶向物質(如果存在的話)的NQR和/或NMR信號。在各個示例性實施例中，該探頭可用于井眼內部以便進行井眼測井，并且線圈系統可以被設計為能夠用于在該探頭周圍的樣品中形成RF場并且接收來自該樣品的信號。在各個其它示例性實施例中，該探頭可以被設計成當樣品被放置入該探頭中時能夠用于分析該樣品。同樣地，線圈系統可以被設計成能夠用于在該探頭內部形成RF場和/或接收信號。在各個其它示例性實施例中，該探頭可以被設計成當樣品被放置在與該探頭相距期望距離時能夠用于分析該樣品。同樣地，線圈系統可以被設計成能夠用于在該探頭外部的樣品中形成RF場和/或接收來自該樣品的信號。在各個示例性實施例中，該設備包括用于測量待分析的樣品的重量和體積的測量電路和/或傳感器。在各個示例性實施例中，該設備包括用于測量該探頭與待分析的樣品之間的距離的測量電路和/或傳感器。在各個示例性實施例中，該探頭包括ー個振蕩電路，該振蕩電路包括能夠被調諧到待分析物質的任何期望NQR和/或NMR頻率的線圈系統。在其它各個示例性實施例中，該探頭可以包括若干個振蕩電路，每個振蕩電路包括能夠被調諧到待分析物質的不同NQR和/或NMR頻率的獨立的線圈系統。在各個示例性實施例中，該線圈系統包括ー個線圏。在各個其它示例性實施例中，該線圈系統包括多于ー個的線圈。在各個其它示例性實施例中，該探頭包括用于測量該探頭內部和/或周圍的溫度的溫度傳感器以調節RF脈沖的預設共振頻率。在以下對根據本發明的各個設備、結構和/或方法的各個示例性實施例的具體說明中，描述了根據本發明的系統和方法的各個示例性實施例的這些和其它特征和優點，并且這些和其它特征和優點由于該具體說明變得清楚。
參考下列附圖，將詳細描述根據本發明的系統和方法的各個示例性實施例，在附圖中圖I是示出了根據本發明的示例性實施例的用于礦物分析和勘探的設備的框圖。圖2是示出了根據本發明的示例性實施例的用于礦物分析和勘探的探頭的框圖和井眼配置。
圖3是示出了根據本發明的示例性實施例的用于礦物分析和勘探的探頭的框圖和體積(volume)配置。圖4是示出了根據本發明的示例性實施例的用于礦物分析和勘探的探頭的框圖和表面配置。圖5是示出了根據本發明的示例性實施例的用于礦物分析和勘探的設備的框圖，該設備具有包括多個振蕩電路的探頭。
具體實施例方式在各個示例性實施例中，本發明涉及ー種用于礦物分析和勘探的方法和設備，其應用NQR現象和NMR現象二者來檢測樣品中是否存在包含四極核子和具有磁矩的核子的一種或多種靶向(例如期望的)物質，并且如果存在的話測量該靶向物質的濃度。現在將關于基于使用“純NQR”和局部磁場中的NMR兩者進行礦物分析和勘探的設備，來描述本發明的示例性實施例。然而，應當認識到，根據本發明的設備和方法的各個示 例性實施例可用于其它目的。此外，各個示例性實施例優于當前所使用的放射性核技木。圖I是示出了根據本發明的示例性實施例的基于使用“純NQR”和局部磁場中的NMR來進行礦物分析和勘探的設備的框圖。如圖I所示，探頭40連接到接收器單元50和發射器単元60。應當認識到，該接收器単元50和發射器単元60可以是任何已知的或將來開發的接收裝置和發射裝置(例如常規的接收器和發射器)。探頭40包括振蕩電路10、Q開關單元20和溫度傳感器(T傳感器)30。該振蕩電路10可以被調諧到特別感興趣的頻率。振蕩電路10通常包括線圈系統、電容器、調諧電路和匹配電路。振蕩電路10連接到接收器単元50和發射器単元60。發射器単元60生成RF脈沖并將這些RF脈沖傳送到探頭40和振蕩電路10。脈沖以期望功率發射，該期望功率通常從數十瓦到數百瓦甚至數千瓦。這些RF脈沖可以在設置于該探頭40的范圍(bounds)內的被檢查樣品中激發NQR或NMR信號。該信號被接收器單元50放大和/或檢測，并且然后被傳送到控制、信號處理及計算單元70以進行進ー步數學處理，控制、信號處理及計算單元70的輸入端之一連接到該接收器単元50的輸出端。應當認識到，該控制、信號處理及計算單元70可以是任何已知的或將來開發的處理器，例如微處理器或微控制器。在數學處理之后，在該控制、信號處理及計算單元70中，該信號被用于進ー步計算在被分析樣品中的物質濃度。該控制、信號處理及計算單元70生成RF信號，該RF信號被發送到發射器単元60的輸入端之ー以進一歩形成用于RF脈沖的RF載波(carrier)，并且該RF信號被發送到該接收器單元50的輸入端之一以用作參考頻率。該控制、信號處理及計算單元70還生成去往發射器単元60的另ー輸入端的信號，并規定該RF脈沖的參數以及該控制信號的參數，該控制信號被發送到Q開關單元20的輸入端以改變或控制振蕩電路10的Q因子。該振蕩電路10的Q因子可以在RF脈沖的規定發射時間段期間被改變為第一水平以便利用所述RF能量輻照該樣品，在緊接所述發射時間段之后的規定的恢復時間段期間該振蕩電路10的Q因子被改變為第二水平以迅速抑制來自該探頭的瞬態信號，和/或緊接在該恢復時間段之后，該振蕩電路10的Q因子在規定的接收時間段期間被改變為第三水平以便檢測來自靶向物質(如果存在的話)的NQR或NMR信號。
T傳感器30測量被分析的樣品(或其附近)的溫度。T傳感器30生成的信號被傳送到該控制、信號處理及計算單元70，該控制、信號處理及計算單元70的輸入端之一被連接到T傳感器30的輸出端。根據T傳感器30所感測的環境溫度，該控制、信號處理及計算單元70將該RF載波調節為接近于被期望處于被分析樣品中的物質的NQR頻率中之一。該控制、信號處理及計算單元70通常包括計算機、用于生成該RF脈沖的RF信號源和用于生成該控制信號的電子電路。
根據本發明的設備和方法的各個示例性實施例對于檢測、識別和/或測量包含四極核和/或具有磁矩的核子的物質的濃度是特別有效的。這樣的物質的示例包括例如銅礦，例如不同的硫化物和氧化物CuS，Cu2S, CuFeS2, CuFe2S3, Cu3SbS3, Cu3BiS3, Cu20，和CuO0已勘測過這些物質，并且已經獲取了強的NQR或局部磁場中的NMR信號。圖2示出了本發明的涉及ー種設備的示例性實施例，該設備具有可用于礦物勘探中的井眼測井的探頭的示例性實施例。該探頭的示例性實施例特別適用于以爆破孔和勘探孔、地下和露天開采兩種配置的采礦操作。如圖2所示，探頭40包括振蕩電路10、Q開關單元20和溫度傳感器(T傳感器)30。該探頭由電纜43連接到接收器單元50、發射器単元60以及控制、信號處理及計算單元70 (圖I所示)。該振蕩電路包括線圈系統41和供給電子器件(supplied electronics)42,該供給電子器件42包括匹配和調諧電路，其用于匹配和調諧到呈現NQR特性的待檢測的物質的預定共振頻率(等于或接近于該RF載波)。如圖2所示，線圈系統41被配置為提供對來自探頭10周圍的樣品的NQR和/或NMR信號的最優激發和檢測。應當認識到，線圈系統41可以包括ー個、兩個或多個線圏。另夕卜，線圈系統41的每個線圈可以是單匝線圈或多匝線圈。此外，在各個示例性實施例中，可以省略Q開關單元20和/或溫度傳感器(T傳感器)30。圖3示出了根據本發明的另ー示例性實施例，其包括探頭40的另ー示例性實施例。與圖2所示的實施例類似，探頭40包括振蕩電路10、Q開關單元20和溫度傳感器(T傳感器)30。同樣地，該振蕩電路包括線圈系統41以及包括匹配和調諧電路的供給電子器件42。與圖2所示的實施例相比，圖3所示的線圈系統41被配置為特別適用于當樣品被放置在該線圈系統41內部時提供對NQR和/或NMR信號的激發和檢測。S卩，該線圈系統41被設計為用于樣品的“體積檢測(volume detection)”。應當認識到,在各個示例性實施例中，線圈系統41可以包括ー個、兩個或多個線圏。同樣地，線圈系統41的每個線圈可以是單匝線圈或多匝線圈。還應當認識到，可以在礦點和實驗室兩者中使用圖3所示的示例性實施例。此外，在各個示例性實施例中，可以省略Q開關單元20和/或溫度傳感器(T傳感器)30。圖4示出了根據本發明的探頭40的另ー示例性實施例。圖4所示的實施例與圖3所示的實施例大體相同，除了線圈系統41被配置為特別適用于在該樣品被放置干與該線圈系統41相距一定距離時提供對來自該樣品的NQR和/或NMR信號的激發和檢測。即，該線圈系統41被設計用于該樣品的“一側檢測或表面檢測”。在該實施例中，該線圈系統41包括至少ー個表面線圈。應當認識到，在各個示例性實施例中，可以省略該Q開關單元20和/或溫度傳感器(T傳感器)30。
圖5示出了根據本發明的基于使用“純NQR”和局部磁場中的匪R來進行礦物分析和勘探的改進版設備的示例性實施例的框圖。圖5所示的該實施例與圖I所示的實施例非常相似，除了探頭40包括數個(多于ー個)振蕩電路11、12……In。各個振蕩電路被調諧到不同的NQR或NMR頻率(例如被調諧到對應于不同物質的頻率)。該改進版設備可用于同時檢測待分析樣品中的不同物質。該改進型設備可以包括上文關于圖2-4所描述的任何版本的探頭10。應當認識到，本發明的范圍不限于本文所描述的特定實施例，并且可以在不脫離本發明的精神并且由此依然處于本發明的范圍內的情況下，對其部件做出微小改變或變化。 還應當認識到，雖然該實施例被特別描述用于使用NQR技術的直接應用，但是這些實施例可以容易地被應用到使用NMR技術的NMR中。—種用于對包含具有對核四極共振(NQR)和/或局部磁場中的核磁共振(NMR)現象有響應的核子的物質的樣品進行礦物分析的方法，包括激發和檢測來自該樣品中被靶向的特定物質的NQR和/或NMR信號，測量任何檢測到的信號的強度，以及計算在被分析樣品中該物質的濃度。如之前段落中所述的方法，包括以下步驟(a)將射頻(RF)脈沖的頻率設定為等于或接近于待分析物質的核四極共振頻率或核磁共振頻率中的ー個；以及(b)將該RF脈沖的所有參數振幅、相位、持續時間、形狀、數量以及重復時間或脈沖之間的時間設定為對于該待分析物質是最優的；以及(C)將包括(但不限于)増益、參考相位、采集時間和采集數量的所有接收參數設定為對于該待分析物質是最優的；以及(d)在規定的發射時間段期間以最優水平發射RF脈沖以輻照該樣品，并且如果存在提供NQR或NMR的物質，則在該樣品中激發NQR或NMR信號；以及(e)檢測和處理由被分析物質發出的NQR或NMR信號；以及(f)測量由被分析物質發出的NQR或NMR信號的強度；以及(g)計算在被分析樣品中的該物質的濃度；以及(h)針對被分析樣品中的下一種物質重復步驟(a)到(g)。該方法還包括校準該探頭以精確計算在該被分析樣品中的該物質的濃度。該方法還包括測量該樣品或其周圍的溫度以調節RF脈沖的預設共振頻率、RF脈沖的參數以及接收參數。如之前任何段落中所述的方法，包括同時檢測在被分析樣品中的多于ー種物質中的 NQR 或 NMR。如之前任何段落中所述的方法，包括處理任何接收的響應信號以檢測對應于被靶向的物質的NQR或NMR信號的存在。如之前段落中所述的方法，包括測量所接收的對應于被分析物質的NQR或NMR信號的強度和線寬。如之前段落中所述的方法，包括如果接收到的信號是對應于被分析物質的NQR或NMR信號，則測量弛豫時間Tl和T2。
如之前任何段落中所述的方法，包括計算在被分析樣品中的化學元素的總濃度。如之前段落中所述的方法，包括應用對于被分析物質是可應用的和最優的一序列RF脈沖(脈沖序列)或脈沖序列的組合。該方法還可以包括SE或SLSE類型的脈沖序列。可替代地，該脈沖序列可以是CPMG類型。同樣地，該脈沖序列可以是SSFP類型。如之前任何段落中所述的方法，還包括應用對于被分析物質是可應用的和最優的單個RF脈沖。一種用于對樣品進行礦物分析的設備，該樣品包含具有對核四極共振(NQR)和/或核磁共振(NMR)現象有響應的核子的物質，該設備包括探頭，其包括具有線圈系統、調諧和匹配裝置的振蕩電路；以及發射裝置，其用于在該振蕩電路的相應輸出端提供和施加強的RF脈沖；以及接收裝置，其包括用于檢測和放大在該線圈系統中接收的信號的至少ー個通道；以及處理和計算裝置，其用于處理由所述接收裝置放大的信號以辨別對應于該樣品內的被靶向物質的任何NQR或NMR信號的存在，并且計算在該樣品內的所述物質的濃度；以及校準裝置，其用于下述被分析的樣品中的該物質的濃度的精確計算，該被分析的樣品包括至少ー個包含具有對核四極共振(NQR)和/或局部磁場中的核磁共振(NMR)有響應的核子的物質的樣品，該樣品中的所述物質的濃度是已知的。如之前段落中所述的設備，包括Q因子改變裝置，其中該Q因子改變裝置是可控制的以便在RF脈沖的規定發射時間段期間將該振蕩電路的Q因子改變為最優水平以利用所述RF能量輻照該樣品；在緊接所述發射時間段之后的規定的恢復時間段期間將該振蕩電路的Q因子改變為最小水平，以迅速抑制來自該探頭的瞬態信號；以及緊接在該恢復時間段之后，在規定的接收時間段期間將該振蕩電路的Q因子改變為最大水平，以檢測來自靶向物質(如果存在的話)的NQR或NMR信號。如之前任何段落中所述的設備，其中所述探頭包括若干個振蕩電路，根據待分析物質的NQR或NMR頻率將各個振蕩電路調諧到不同的頻率。如之前任何段落中所述的設備，其中所述探頭包括至少ー個溫度傳感器。如之前任何段落中所述的設備，其中所述線圈系統包括ー個線圏。如之前任何段落中所述的設備，其中所述線圈系統包括多于ー個的線圈。如之前兩個段落所述的設備，其中所述探頭被設計為用于井眼內部以進行井眼測井，并且所述線圈系統被設計為適宜在該探頭周圍的樣品中形成RF場以及接收來自該樣品的信號。如之前任何段落所述的設備，其中所述探頭被設計用于當所述樣品被放入該探頭中時的樣品分析，并且該線圈系統被設計為適宜在該探頭內部形成RF場和接收信號。如之前任何段落中所述的設備，其中所述探頭被設計用于當所述樣品被放置在相距該探頭一定距離時的樣品分析，并且該線圈系統被設計用干“ー側檢測”，以適宜在該探、頭外部的樣品中形成RF場和接收來自該樣品的信號。如之前兩個段落中所述的設備，包括用于測量待分析樣品的重量和體積的測量裝置。如之前三個段落中所述的設備，包括用于測量該探頭與待分析樣品之間的距離的
測量裝置。公開了基于對來自樣品中被靶向的特定物質的NQR和/或NMR信號的檢測來對該樣品進行礦物分析的方法和設備。該方法包括以下步驟(a)將RF脈沖的頻率設定為等于或接近于待分析物質的核四極共振頻率或核磁共振頻率中的ー個； (b)將該RF脈沖的所有參數振幅、相位、持續時間、形狀、數量以及重復時間或脈沖之間的時間設定為對于該待分析物質是最優的；(C)將包括(但不限于)増益、參考相位、采集時間和采集數量的所有接收參數設定為對于該待分析物質是最優的；(d)將探頭調諧為針對在預定頻率檢測的信號的最大靈敏度和/或針對該探頭發射的RF脈沖的最大功率傳輸效率；(e)在規定的發射時間段期間利用該探頭以所述最優水平發送RF脈沖以輻照該樣品，并且如果存在提供NQR或NMR的物質，則在該樣品中激發出NQR或NMR信號；(f)檢測和處理被分析的物質發出的NQR或NMR信號； (g)計算在被分析樣品中的該物質的濃度；(h)針對被分析樣品中的下一種物質重復步驟(a)到(g)。本發明的所述方法特別適用于(但不限干)包括礦床的井眼測井的礦點勘探和礦體圈定。
權利要求
1.一種用于對樣品進行礦物分析以確定所述樣品是否包含至少第一種期望物質的方法，所述第一種期望物質具有對核四極共振(NQR)和/或局部磁場中的核磁共振(NMR)場現象有響應的核子，所述方法包括 使用射頻(RF)脈沖來激發和檢測來自所述樣品內的一定量的所述第一種期望物質的NQR和/或NMR信號，如果存在該一定量的所述第一種期望物質的話； 測量任何所檢測的NQR和/或NMR信號的強度；以及 基于任何所檢測的NQR和/或NMR信號的強度，確定在被分析的所述樣品中的所述第一種期望物質的濃度。
2.如權利要求I所述的方法，還包括 (a)將所述RF脈沖的頻率設定為近似等于所述第一種期望物質的NQR或NMR頻率中的ー個； (b)將所述RF脈沖的ー組參數設定為對于所述第一種期望物質是最優的； (c)將ー組接收參數設定為對于所述第一種期望物質是最優的； (d)在預定的發射時間段期間發射所述RF脈沖以輻照所述樣品并且在所述樣品中激發NQR或NMR信號； (e)檢測和處理由一定量的所述第一種期望物質發出的任何NQR或匪R信號； (f)測量由所述第一種期望物質發出的NQR或NMR信號的強度； (g)確定在被分析的所述樣品中的所述第一種期望物質的濃度；以及 (h)針對被分析的所述樣品中的第二種期望物質重復步驟(a)到步驟(g)。
3.如權利要求2所述的方法，其中 所述RF脈沖的該組參數包括振幅、相位、持續時間、形狀、脈沖數量以及重復或脈沖之間的時間；并且 該組接收參數包括增益、參考相位、采集時間和采集數量。
4.如權利要求2所述的方法，還包括測量所述樣品或其周圍的溫度，并且基于所測量的溫度來調節所述RF脈沖的預設共振頻率中的至少ー個、所述RF脈沖的該組參數中的至少ー個以及所述接收參數中的至少ー個。
5.如權利要求I所述的方法，還包括同時檢測對應于被分析的所述樣品中的多于ー種期望物質的NQR或NMR信號。
6.如權利要求I所述的方法，還包括接收和處理至少一個響應信號以檢測對應于所述第一種期望物質的NQR或NMR信號的存在。
7.如權利要求6所述的方法，還包括測量任何所接收的對應于所述第一種期望物質的NQR或NMR信號的強度和線寬。
8.如權利要求6所述的方法，還包括測量至少ー個響應信號的第一弛豫時間和第二弛豫時間，所述至少一個響應信號是對應于所述第一種期望物質的NQR或NMR信號。
9.如權利要求I所述的方法，還包括確定在被分析的所述樣品中的至少ー種化學元素的總濃度。
10.如權利要求I所述的方法，使用射頻(RF)脈沖來激發和檢測來自所述樣品內的一定量的所述第一種期望物質的NQR和/或NMR信號包括施加對于所述第一種期望物質是可應用和最優的RF脈沖序列。
11.如權利要求10所述的方法，其中從由SE、SLSE、CPMG和SSFP類型構成的組中選擇所述RF脈沖序列。
12.如權利要求I所述的方法，其中使用射頻(RF)脈沖來激發和檢測來自所述樣品內的一定量的所述第一種期望物質的NQR和/或NMR信號包括施加對于第一種期望物質是可應用和最優的單個RF脈沖。
13.一種用于對樣品進行礦物分析的設備，所述樣品包括至少ー種具有對核四極共振(NQR)和/或核磁共振(NMR)現象有響應的核子的物質，所述設備包括 探頭，其包括具有線圈系統、調諧和匹配裝置的振蕩電路； 發射裝置，其可用于在所述振蕩電路的相應輸出端提供和施加強的射頻(RF)脈沖； 接收裝置，其包括用于檢測和放大在所述線圈系統中接收的信號的至少ー個通道； 處理和確定裝置，其可用于處理由所述接收裝置放大的信號以幫助辨別對應于所述樣品內的被靶向的物質的任何NQR或NMR信號的存在，并且確定所述樣品內的被靶向的所述物質的濃度；以及 校準裝置，其可用于改進對被分析的所述樣品中的被靶向的所述物質的濃度的確定，所述校準裝置包括至少ー個測試樣品，所述至少ー個測試樣品包含具有對核四極共振(NQR)和/或局部磁場中的核磁共振(NMR)有響應的核子的測試物質，所述測試樣品中的所述測試物質的濃度是已知的。
14.如權利要求13所述的設備，還包括Q因子改變裝置，其中，所述Q因子改變裝置是可控制的，從而 在RF脈沖的預定發射時間段期間將所述振蕩電路的Q因子改變為最優水平，以利用RF能量輻照所述樣品； 在緊接所述發射時間段之后的預定恢復時間段期間將所述振蕩電路的Q因子改變為最小水平，以迅速抑制來自所述探頭的瞬態信號；以及 緊接在所述恢復時間段之后，在預定的接收時間段期間將所述振蕩電路的Q因子改變為最大水平，以檢測來自被靶向的所述物質的NQR或NMR信號。
15.如權利要求13所述的設備，其中所述探頭包括若干個振蕩電路，各個振蕩電路被調諧到對應于若干個待分析物質的NQR或NMR頻率的不同頻率。
16.如權利要求13所述的設備，其中，所述探頭包括至少ー個溫度傳感器。
17.如權利要求13所述的設備，其中，所述線圈系統包括至少ー個線圈。
18.如權利要求13所述的設備，其中，所述探頭被配置為可用于井眼內部以進行井眼測井，并且所述線圈系統被配置為適宜在所述探頭周圍的所述樣品中形成RF場以及接收來自所述樣品的信號。
19.如權利要求13所述的設備，其中，所述探頭被配置為對被放入所述探頭的外殼內的所述樣品進行樣品分析，并且所述線圈系統被配置為適宜在所述探頭的所述外殼內形成RF場并且接收信號。
20.如權利要求19所述的設備，還包括用于測量待分析的所述樣品的重量和體積中的至少ー個的測量裝置。
21.如權利要求13所述的設備，其中所述探頭被配置為對被放置在相距所述探頭一定距離的所述樣品進行樣品分析，并且所述線圈系統被配置為用于一側檢測，以適宜在所述探頭外部的所述樣品中形成RF場和接收來自所述樣品的信號。
22.如權利要求21所述的設備，還包括用于測量所述探頭與待分析的所述樣品之間的距離的測量裝置。
全文摘要
一種用于基于來自樣品內的特定物質的NQR信號和/或NMR信號的檢測來對樣品進行礦物分析的方法，包括將RF脈沖的頻率設定為近似等于所述物質的NQR或NMR頻率中的一個；將該RF脈沖的一組參數設定為對于該物質是最優的；將一組接收參數設定為對于該物質是最優的；將該探頭調諧為針對預定頻率檢測的信號的最大靈敏度和/或針對該探頭發射的RF脈沖的最大功率傳輸效率；在發射時間段期間利用該探頭以所述最優水平發射RF脈沖以輻照該樣品，并且如果存在該物質，則在該物質中激發NQR或NMR信號；檢測和處理由該物質發出的NQR或NMR信號；以及計算該樣品中的該物質的濃度。
文檔編號G01V3/00GK102648424SQ201080041792
公開日2012年8月22日 申請日期2010年7月26日 優先權日2009年7月27日
發明者T·魯達科夫 申請人:倫斯雷爾公司