第七章_自然伽马测井

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1、第七章自然伽马测井和放射性同位素测井伽马测井的核物理基础自然伽马测井自然伽马能谱测井放射性同位素测井•放射性测井是根据岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找油气等矿藏，研究油田开发及油井工程的一类测井方法。•它是唯一能够确定岩石及其孔隙流体化学元素含量的测井方法；既可在裸眼井又可在套管井内进行测量；测量结果不受井内介质的限制。第一节伽马测井的核物理基础一、核衰变及其放射性1、原子结构原子的性质：原子是由原子核和核外电子层组成的8一种很微小的粒子，直径约为10cm，质量小。1413原子核由中子和质子组成，直径为10～10cm。质子是氢的原子核，带有一个单

2、位的正电荷.中子不带电，其质量几乎与质子相同。原子核内的质子数与核外电子数相同，为原子序数，用Z表示；质子数与中子数之和为元素的质量数，用A表示；原子核内的中子数为A-Z。X代表元素符号。2、同位素和放射性核素核素：原子核中具有一定数量的质子和中子，并在同一能态上的同类原子。同位素：原子核中的质子数相同而中子数不同的核素，它们具有相同的化学性质，在元素周期表中占有同一位置。放射性核素：能自发地改变其结构，衰变为其它核素，并放射出射线的核素。3、核衰变放射性核素的原子核自发地释放出一种带电粒子（α或β），蜕变成另外某种原子核，同时放射出γ射线的过程叫核衰变。核能自发地释放α、β、γ射

3、线的性质叫放射性。210Pb206*484Po→82+2He（α）206*Pb20682Pb→82+γ（0.89MeV）核衰变规律：放射性核素的数量随时间按指数递减的规律发生变化。其变化与任何外界作用无关，仅与放射性核素本身的性质有关。用公式表示为tNNe（7－1）0其中：λ----衰变常数。与放射性核素有关。N0、N---分别为t=0和t时刻的放射性核素个数。半衰期T：指从t=0时的N0个原子核开始，到N0/2个原子核发生了衰变所经历的时间。半衰期T与衰变常数λ的关系为：T=0.693/λ（7－2）常见放射性核素半衰期放射性核素符号半衰期T409钾19K1.310年137

4、铯Cs3.3年55钡Ba13111.8天铟113100分钟In钴Co605.27年4、放射性活度和放射性比度放射性活度：一定量的放射性核素，在单位时间内发生衰变的核数。单位为居里。101居里＝3.710/s放射性比度：放射性活度与其质量之比。单位为Ci/g。纯镭的放射性比度为1Ci/g。5、放射性射线的性质α射线由α粒子流组成，α粒子由两个质子和两个中子组成，与氦原子的核相同，质量大，穿透能力差，其连一张纸都穿不透。β射线是电子束，β粒子带有一个正电荷或负电荷，其穿透能力低，只能穿透几层厚纸。γ射线是高频的电磁波或光子流，能量大，穿透能力强，测井能够测量得到。二、伽马射线与物质的

5、作用放射性核素产生的γ射线，能量一般在0.5MeV到5.3MeV之间，在这一能量范围内，伽马光子与物质的作用主要有光电效应、康普顿效应和电子对效应。1、光电效应γ射线与物质原子中的电子相碰撞，并将其能量传给电子，使电子脱离原子而运动，γ光子本身则被图7-1(a)光电效应吸收，释放出的电子产生几率:叫光电子，如图7-1(a)4.1nZ所示。这种效应称为0.0089(7-3)A光电效应。2、康普顿效应中等能量的伽马射线穿过物质时，伽马射线与原子的外层电子发生作用，部分能量传给电子，使电子从某一方向射出，此电子为康普顿电子，损失图7-1(b)康普顿效应了部分能量的射线向另一康普顿

6、效应。方向散射出去叫散射伽马射线，如图7-1（b）所示ZNA(7-4)e。这种效应称为康普顿效A应。3、电子对效应当入射伽马光子的能量大于1.022MeV时，它与物质作用就会使伽马光子转化为电子对，其本身被吸收。如图图7-1（c）电子对效应7-1（c）所示。通常用产生几率:吸收系数η表示由于产2NZA生电子对效应而导致的K(E1.022)A伽马射线强度的减小。(7-5)cm2·g-1μmΣ/ρτ/ρ图7-2伽马射线与物质的作用与伽马射线的能量的关系4、伽马射线的吸收由于伽马射线与物质产生上述三种效应，因此，伽马射线的强度会随射线通过物质距离的增加而减弱，实验表

7、明，其强度的减弱与通过的距离存在下述关系：LIIe(7-6)0其中：Io、I---分别为未经吸收物质和经过吸收物质L时伽马射线强度；μ---物质的吸收系数，μ=τ+Σ+η。此外，还可以用质量吸收系数反映伽马射线通过物质时的强度减弱程度。(7-7)m三、伽马射线的探测1、放电计数管如图7-3所示，它利用放射性辐射使气体电离的特性来探测伽马射线。此计数管的计数效率低。2、闪烁计数管由光电倍增管和碘化钠晶体组成，如图7-4所示。利用被伽马射线激发的物质的发光现