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加拿大发明介子探矿技术
时间:2018-03-08 12:40:00 来源:国土资源部           字体[       ] [ 打印 ]
     据MiningWeekly报道,来自加拿大温哥华市的CRM层析成像技术公司(CRM Geotomography Technologies)开发了一种新技术,能够利用宇宙射线介子来发现深部隐藏矿床。

    CRM是从加拿大国家原子能研究中心(TRIUMF)——加拿大国家粒子加速实验室剥离出来的公司,该公司开发研制了一套功能强大能够适合野外工作的介子探测器,已经在多个矿山试验成功。

           


    CRM公司首席执行官(CEO)唐·弗尔塞斯(Don Furseth)向记者解释说,介子探测器与电子计算机断层扫描原理非常相似,通过多个二维X射线图像可以建立一个物体的三维(3D)模型。这项技术将把多个探测器的信息集成,建立地表之下地质结构的三维模型。

     另外,这些信息可以结合地质背景,以及其他地球物理和地质数据,比如重力测量和钻探岩芯样品分析结果等来进行地质解释。
  
    弗尔塞斯表示,该技术在棕地和绿地矿产勘探方面有明显的优势。他认为,任何与周边物质存在密度差异的地质构造都能够采用这项技术。

    介子是一种“重量级”的电子,在宇宙射线中非常丰富。高能量介子运行速度与光速相近,理论上不受磁场或大气层中温压变化的影响。因此,无论从空间上还是时间上,到达地球表面的介子流近乎一致。

    由于介子能量强大,与其它带电粒子相比,其在物质中的穿透力更强。其能量衰减速度取决于穿透的物质数量,其次就是其穿透的媒介的原子性质。

    也就是说,介子在高密度物质面前更容易受阻。因此,通过测量介子沿某个方向穿透深部物体的速度,就可以直接测量从地表到某个深度范围内物质的平均密度。

    弗尔塞斯认为,这一点很重要,因为密度是一种非常重要的地球物理属性,可以揭示许多非常有价值的地质信息,比如矿床。

    根据对介子性质和传播的已有知识,人们可以开发一种精密工具,通过探测每个方向的介子流,可以确定深部矿床。如果能计算沿每个方向部署的探测器意外出现的介子数量,然后与预计数目对比,就可以确定探测器覆盖范围内密度异常的位置。不仅仅如此,还可以测量密度。


    野外应用    


    弗尔塞斯透露,CRM公司已经在几种类型矿床的现有矿山成功获取了介子层析成像。例如,他们已经获得了火山块状硫化物(VMS)矿床,以及密西西比河谷型(MVT)铅锌矿床,包括新星矿业公司(Nyrstar)在加拿大不列颠哥伦比亚省的迈拉弗尔斯(Myra Falls)矿山,以及泰克资源公司在美国华盛顿州的彭德奥瑞勒(Pend Oreille)矿山。在2018年加拿大勘探开发者年会上,将展示通过介子层析成像技术在600米深处发现的高品位铀矿床。

    目前型号的介子探测仪长两米,宽1米,高1.5米。适合于在有开拓面的条件下使用。目前,CRM公司已经研发能在恶劣和不可预料矿山环境下使用的新型介子探测仪,在无人工干涉条件下已经运行了几个月。

    棕地工作目前主要是寻找现有矿山附近的矿床,估算其规模、位置和形状;确定更好的钻探靶区;帮助矿山地质师对地质模型进行优化。

     然而,矿业整体面临资源耗竭的困境,这项新技术为绿地勘探提供了一个良好的解决方案。今年底,CRM公司将开发出一种更紧凑、精度更高的下一代介子探测器。这是开发可供绿地勘探使用的孔内探测器的重要一步。    

    弗尔塞斯称,利用自身专业知识,结合在棕地勘探领域的真实经验,CRM公司在孔内探测仪的研发方面取得重大进展,对其功能进行了模拟。

    孔内探测仪的一个重要功能是能够对地下不同深度的矿床进行成像,为解决三维建模提供有力工具。棕地勘探所用的探测仪只能放在现有矿山掌子面的固定深度范围内。然而,孔内探测仪的一个重要优点是几乎在任何地方都可以部署,无论棕地还是绿地勘探。

    弗尔塞斯描述了一种应用情景:一个火山块状硫化物矿床,由两个密度与围岩差别分别为0.7克/立方厘米和1克/立方厘米,为进行层析成像,按照400米的间隔,部署了一系列孔内探测仪。三个月内,探测仪提供的数据表明矿体存在的概率在99%以上。结合三维建模,其结果与VMS矿床吻合的非常好。

    另外,CRM认为,介子探测仪在块断崩落法采矿中能够发挥关键的作用。
    但是,弗尔塞斯指出,这种方法安全隐患场景是在覆盖层崩塌过程中产生的空气间隙中使用时。在矿山范围内可突然崩塌,而产生强烈和极度危险的空气爆炸。典型案例是在1999年11月25日,澳大利亚的诺斯帕克斯(Northparkes)矿山的一个总容积在400万立方米的空气间隙突然崩溃,导致多人死亡。

    由于存在大的密度差异和堆积扩大,可以利用介子层析成像技术在短时间内找到空气间隙,为块段崩落采矿提供安全保障。
    
    TRIUMF创新公司首席执行官卡瑟琳·哈亚什(Kathryn Hayashi)向媒体表示,CRM层析成像技术公司已经成为世界利用宇宙射线介子进行矿产勘查的创始者。
 

 

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