第八章 自然伽马能谱测井仪器

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1、第八章自然伽马能谱测井仪8.1自然伽马能谱测井方法原理8.2NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理8.3NGT—C自然伽马能谱测井仪电路分析习题8.1自然伽马能谱测井方法原理8.1.1岩石的自然放射性8.1.2自然伽马能谱探测原理8.1.3自然伽马能谱测井仪器测量原理8.1.1岩石的自然放射性主要放射性核素：铀、钍、钾岩石放射性：火山岩>变质岩>沉积岩沉积岩：高放射性：深海泥质沉积物中放射性：浅海、陆相泥质低放射性：砂岩、石灰岩、煤等根据统计，沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：(1)随泥质含量的增加而增加(2)随有机物含量的增加而增加(3)随着钾盐和某些放射性矿

2、物的增加而增加。铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱各种粘土矿物的Th/K比因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。用Th和U的比值研究沉积环境从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比值增大；碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8；粘土岩的Th/U为2.0～4.1；砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U值变化范围也大。8.1.2伽马能谱探测原理伽马射线与物质的相互作用能引起物质中原子的电离和激发。利用这两种物理现象可以探测伽马射线。利用次级电子电离气体而建立的探测器有电离室、正比计数器和盖革一弥勒计数器等。利用次级电子使原子核的外层电子受激发，当原子返回基态时

3、放出光子，发生闪光，而建立了闪烁计数器。1.伽马射线探测器放电计数管：γ辐射使气体电离探测γ射线，效率比较低。闪烁计数管射线γ+NaI——e——激发原子——回到稳定态时产生光子——光电子——在阳极记录光电倍增管自然伽马能谱测井仪测得的仪器谱仪器谱当用NaI（Tl）晶体探测伽马射线能谱时，由于伽马射线与物质的三种作用产生次级电子的能量不同，因此既使是单能伽马光子，其脉冲幅度仍有一个很宽的分布。实际能谱曲线是连续的，称仪器谱。在能谱曲线上，除了光电效应造成的光电峰或全能峰外，还有康普顿散射产生的峰，穿过晶体的伽马射线反射回来产生的光电峰以及电子对效应产生的逃逸峰等。能

4、窗设置在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测1.46、1.76和2.62MeV个主要峰在低能域再设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿散射后的伽马射线。W1：0.15～0.5MevW2：0.5～1.1MevW3：1.32～1.575Mev(K)W4：1.65～2.39Mev(U)W5：2.475～2.765Mev(Th)稳谱晶体和光电倍增管对温度十分灵敏，温度变化将引起光电倍增管输出脉冲幅度的改变，等效于能谱的漂移。因此，在测量过程中，通过调整电压和电子线路参数保证能量谱的稳定。解谱原理用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表五个能窗的计数率，

5、则五个方程，3个未知数，其求解方法采用最小二乘法构造目标函数当该目标函数Q达到最小时（理想值为零），则上述方程组得到满足。因此，求解超定方程组问题转化为函数求极值问题。根据函数求极值方法可得：三个方程，三个未知量，适定方程组，克莱姆法则直接求解。输出值：自然伽玛总计数率CTS、U、Th、K四条曲线。8.1.3伽马能谱测井仪器测量原理8.2NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理7.2.1稳谱原理Am源稳谱K、Th能谱峰稳谱7.2.2NGT-C仪器测量原理和框图7.2.3刻度能量和电压的转换关系8.2.1稳谱原理伽马能谱测量要通过伽马脉冲幅度来判别它们是从哪种放射性核素

6、放射出来的，因而幅度信息是重要的，必须保证不受其它因素影响。由于闪烁晶体和光电倍增管的对温度十分灵敏，由于温度的变化会导致谱信号记入错误的能窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计中很重要的一环。NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。1.Am源稳谱为了使能谱信号处于能窗的正确位置，采用调整光电倍增管高压的办法，使输出脉冲幅度有所改变。为此，选用一个单能伽马源作为能量参考，记录它的能量谱，实现稳谱。仪器把5μCi的Am241源紧靠着闪烁晶体，它产生没有散射的60keV的单峰，这个峰也不受地层谱的影响。在60keV峰的两旁设置二个能窗，低能窗是40～60ke

7、V，高能窗是60～80keV。在电路上用三个比较器来实现，比较器的参考电压分别为：0.8V（相对于40keV）1V（相对于60keV）1.2V（相对于80keV）记录高、低能窗的计数率，如果满足下式就认为全谱处于正确位置。为满足这个条件，测井过程中将不断地调节光电倍增管的高压。式中APLW——镅源低能窗计数率；APUW——镅源高能窗计数率。稳谱条件2.K、Th能谱峰稳谱为了进一步稳定全谱，在NGT-C自然伽马能谱测井仪中又增添了用地层的K峰（1460kev）和Th峰（2615keV）稳谱，为此，在K峰和Th峰的两侧都设置高、低能窗：K峰的能窗范围是1365～146

8、0keV和