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1、地球物理测井课件,河北工程大学资源学院 主讲人：周俊杰 勘查教研室,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第六章自然伽马测井,第一节 放射性测井的有关知识 第二节 自然伽马测井 第三节 中子测井,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识,原子是由原子核和围绕着它的电子组成。原子核是由质子和中子组成。由于原字是中性的，所以原子核中的质子数等与外围的电子数。这个数值称为元素的原子序数，用字母Z表示，核中质子和中子总数称为元素的质量数，用字母A表示，原子核用其元素符号和电荷数、质量数表示，一般写成ZxA，原子核种子数目为A-Z。,地球物理测井
2、课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识,原子序数相同而质量数不同的元素，它们的化学性质相同，但核的习性往往不同，这样的元素称为同位素。 有的同位素稳定，核不发生改变，有的同位素不稳定，其原子核即使不发生外界因素作用，也会自动的发生变化，称为放射性同位素。 不稳定核素的原子核能自发的放射某种射线，这种现象称为放射性。原子序数比83大的元素几乎完全是由放射性同位素组成，称为天然放射性元素。原子序数小于83的某些元素，经过人为的用放射性元素照射或用带电粒子、中子等轰击后，也能引起放射性，这种元素称为人工放射性同位素。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查
3、系,第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识,放射性元素放出的射线有三种：、和射线 射线是氦原子核流，带正电； 射线是电子流，带负电； 射线是波长极短的电磁波，不带电。 在一般情况下，元素的放射性不受它所处的物理和化学状态的影响，其衰变过程完全是电子和内部一种自发的反应。 放射性同位素经和衰变后的剩余核叫做核，往往处于激发状态，激发状态的原子核要向基态跃进，在跃进过程中将放出射线。核处于不同的激发能级，放射出的射线往往也具有不同的能量。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识,在一般情况下，元素的放射性不受它所处的物理和化学状态的影响，其
4、衰变过程完全是原子核内部一种自发的反应。 放射性同位素经和衰变后的剩余核叫做核，往往处于激发状态，激发状态的原子核要向基态跃迁，在跃进过程中将放出射线，核处于不同的激发能级，放射出的射线往往具有不同能量。 如60Co经衰变，变成60Ni的过程，99%以上是变成激发态的60Ni，能极为2.505Mev（兆电子伏特）放出1.175Mev的射线，变到能级为1.333Mev的60Ni，然后放出1.333Mev的射线，回到基态。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识,原子核的半衰期（T），表示放射性衰变的几率，即为原子核衰减一半所需的时间，叫做半衰期
5、 T=ln2/=0.693/ 称为衰变系数 平均寿命，指放射性原子核平均生存的时间。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识,二、射线和x射线的性质 在核衰变或核反应中，所辐射的射线，是放射性测井探测的主要对象。原子核具有许多能级，最低的称为基级，高的称为激发能级。在正常情况下，核部处于基级，只有在衰变和核反应过程中，才可能处于激发级。处于激发态的核一般不能停留很久，会很快跃迁到基级，与此同时，放出射线。射线的能量等于两个能级间的能量差。 射线具有波动和微粒两重性，称为量子或光子，速度等于光速C。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系
6、,第一节 放射性测井的有关知识,三、射线与物质的作用 由放射性同位素衰变放出的射线，能量一般在几万电子伏到几百万电子伏之间，当它们与物质相互作用时，主要产生光电效应、散射效应（康普顿吴有训效应）和电子对形成。 1.光电效应 低能的量子与原子中的电子相互作用时，把全部能量交给了电子，使电子脱离轨道而成自由电子（主要是低能级的K层或L层的束缚电子），而量子本身由于能量耗尽而被原子所吸收，被打出的自由电子称为光电子，它可以使邻近的原子电离，失去电子的原子则处于激发状态，其内层电子的空位很快地由较外层的电子所补充，从而放出x射线。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关
7、知识,2.康普顿散射 当量子的能量为中等数值时，但比核外绕行的电子的能量大得多时，它们之间的作用就属于弹性碰撞，碰撞前后的动量和能量都守恒，这时，量子的一部分能量传给电子，使电子脱离轨道，并伴随有x射线辐射，损失了部分能量的量子则偏离最初的路径，与原方向成角散射出去，成为散射射线。 3.电子对的形成 当量子能量大于两个电子的静止能量，即大于1.022Mev时，在核力作用下可以形成正、负电子对。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识,射线与物质的作用,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识,四、放射性单位 在国际单位制中，
8、为“贝可勒尔”（Becquerel），符号为Bq，贝可 1贝可等于每秒一次核衰变 原单位为居里（Gi），如果有一放射源，每秒钟产生3.71010次衰变，这个源的活度为1Gi，显然，1Gi=3.71010Bq,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识,五、岩石的天然放射性 岩石中能够放射出足够强的射线，并为现代测井技术所探测的放射性核素，只有40K、238U、232Th，其中40K衰变后变为稳定的40Ar，放射出一能量（1.46Mev）的射线，而238U和232Th分别经过复杂的衰变过程才变成稳定的206Pb，因此，放出的射线能谱也较复杂。,地球物理测井课件,河
9、北工程大学资源学院勘查系,第一节 放射性测井的有关知识,五、岩石的天然放射性 地壳中钾、钍、铀相对丰度2.36%，1210-6和310-6。钾是地壳中常见的元素，沉积岩中含钾的矿物有多样，如蒸发岩中的钾盐、钾芒硝、无水钾镁矾和钾盐镁矾等，砂岩中的长石是除石英之外出现最多的矿物，其中一组是含钾石，晶格中含钾的粘土矿物，如伊利石、云母、海绿石等，在沉积石中常见。铀和钍的矿物较稀少，由于铀的化合物溶与水，可被搬迁和吸附在有机质上，在泥岩中富集，钍不溶与水，常和重矿物独居石或锆石等汇集在一起，称为残余物。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第二节自然伽马测井原理,自然伽马测井仪分为地面仪器
10、和下井仪器两部分。下井仪的基本组成是伽马射线探测器、放大器和高压电源等。 伽马射线探测器是感知伽马射线的，并把其转变成电脉冲的装置；放大器把这些脉冲放大，以便电缆传输。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第二节自然伽马测井原理,地面仪器有前置放大、鉴别、整形和计数率计等鉴别器的目的是消除干扰；整形器可以把所有的脉冲信号变成幅度一样大、宽度一样宽的矩形波，这样每一个矩形波带的电量就是一样的；计数率计把单个的矩形脉冲变成连续变化的电压（或电流），电压（或电流）的大小反映伽马脉冲的多少再由测井记录仪记录成电压形成伽马射线强度随井深变化的曲线自然伽马测井曲线。,地球物理测井课件,河北工程大
11、学资源学院勘查系,第二节自然伽马测井原理,由于地层和泥浆对伽马射线的吸收，地层中放射性元素发射的伽马射线是不能全部到达探测器、为探测器所测出的，即自然伽马测井主要探测的地层是靠近探测器的有限地层。图3-5是自然伽马测井的视几何因子分布曲线。从图中的积分几何因子曲线可以看出，随着径向距离增加，积分几何因子呈指数增加规律变化。积分几何因子可用来研究自然伽马测井探测范围；而图中对信号贡献曲线，是随径向距离增加呈指数下降规律变化，说明距探测器越远的媒体对测量信号的贡献越小，可用来研究自然伽马测井的探测范围。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第二节自然伽马测井原理,在无限均匀地层中，探测范
12、围是以探测器中点为球心的球体，球体半径就是探测半径。设探测范围内的地层产生总自然伽马强度的90%，则计算的探测半径小于25 cm。实际上，它的大小和伽马射线能量、地层和泥浆密度有关。能量降低或密度增加，探测半径减小。再者，探测范围并不是严格的球形。这是因为井的存在和探测器有一定体积等原因。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第二节自然伽马测井原理,设厚度大于二倍探测半径的放射性地层的上、下围岩中均不含放射性（图3 -6）。当自然伽马测井仪在放射性地层以下时，因其探测范围内，不含放射性，自然伽马强度为零。随着仪器向上移动，探测范围内放射性逐渐增加，自然伽马强度逐渐增强。当仪器探测范围
13、内全是放射性地层时，自然伽马强度最大。如果地层的厚度较大，自然伽马测井曲线上有段平直段。以后，随仪器向上移动，直至进入上围岩。探测范围内放射性地层逐渐减少，直至完全没有，自然伽马强度逐渐降低，而逼近于零。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,第二节自然伽马测井原理,一、理论曲线 曲线规律： 1.曲线对地层中点成对称，探测器为有限长度时，曲线变化较平缓，探测器愈长，这种平均化现象愈显著。 2.当厚度大于三倍井径时，异常幅度与层厚及探测长度（长度小于井径）无关，极大值在地层中部，当厚度小于三倍井径时，异常幅值随层厚的增加和探测器长度的减小而增加。 3.当层厚大于三倍井径时，可根据异常的半
14、幅值点划分界面，对于薄层，用半幅值点定出的厚度大于厚度h，需要进行校正，而实际测得的自然伽马曲线受众多因素的影响，使曲线形状变化。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,二、自然伽马测井曲线特征和影响因素,1曲线特点 可以归纳自然伽马测井曲线的特点：当围岩的放射性相同时，自然伽马测井曲线以地层中点为对称；地层中点的自然伽马幅度最大，其幅度与地层厚度有关。当地层较薄时，测得的地层中点的自然伽马幅度了J与它应具有的自然伽马幅度Jmax满足： 其中：h为地层的厚度；r为探测半径。 当地层厚度大于二倍探测半径（或大于三倍井径）时，利用半幅点确定地层界面。,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院
15、勘查系,影响因素 实际的自然伽马测井曲线（图3-7）和理论自然伽马测井曲线有明显的差别，造成这种差别的原因主要是统计涨落。,二、自然伽马测井曲线特征和影响因素,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,放射性测量的统计涨落现象，造成自然伽马测井曲线上的锯齿变化。这种变化与地层岩性变化，仪器不稳定的变化都可能同时在测井曲线上出现。正确识别曲线上的各种变化是正确利用自然伽马测井曲线的前提。 统计涨落用标准误差衡量。标准误差要用多次测量的平均值计算。但是，在自然伽马测井中，通常只测一次这样，就不叮能求得平均值，而只能以这次的测量结果作为平均值。于是 我们知道，测井结果是以“c/min, ( c指
16、counts)”作单位的。所以，N=。t是测井仪器在该地层的停留时间，n是该地层的平均计数率。从而，式（(3 -11)就成为 测井计数率的误差是：,二、自然伽马测井曲线特征和影响因素,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,自然伽马测井涨落误差的大小与计数率仪时间常数有关。大，说明所取的平均范围大，利用了较多个侧量结果进行平均。显然，这个平均值比较接近真实值，误差较小。为了使测量结果接近真实值，应选大的计数率仪。,二、自然伽马测井曲线特征和影响因素,地球物理测井课件,河北工程大学资源学院勘查系,不同V值条件下测得的自然加马曲线： 1.随V值增加曲线变平缓，幅值和统计起伏都减小，曲线的对称性也遭到破坏 2.极大值向探测器移动的方向偏移。 显然这种曲线的变化与地层的放射性沿井剖面的分布不相符，往往会把薄层滤掉，应选择合适的V、R.C值，以满足地质解释要求。一般认为，当曲线上异常的幅值大于标准误差三倍时，可以确定为地质异常，进行分层定厚。,二、自然伽马测井曲线特征和影响
