中子测井教学课件PPT

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1、利用中子和地层的相互作用的各种效应，来研究井剖面地层性质的各种测井方法的总称。它包括中子—热中子、中子—超热中子、中子—伽马测井、中子活化测井以及非弹性散射伽马能谱测井和中子寿命测井。测井时，中子源向地层发射快中子，快中子在地层中运动与地层物质的原子核发生各种作用，由探测器探测超热中子、热中子或次生伽马射线的强度，研究地层的孔隙度、岩性及孔隙流体性质等地质问题。第九章中子测井第九章中子测井第一节中子测井的核物理基础第二节超热中子测井第三节补偿中子孔隙度测井第四节中子伽马测井一、中子和中子源1.中子中子：原子核中不带电的中性微小粒子，它与质子以很强

2、的核力结合在一起，形成稳定的原子核。中子分类：根据中子的能量可将中子分为：快中子：能量大于0.5Mev；中能中子：1kev—0.5Mev之间；慢中子：0—1Kev之间；其中0.2—10eV中子为超热中子；能量等于0.025eV的中子为热中子。第一节中子测井的核物理基础2.中子源中子源：能将原子核中的中子释放出来的装置。质子和中子在核中存在很强的核力作用，要使之从核中释放出来，必须提供足够的能量。用高能(带电)粒子轰击作靶的原子核，引起核反应，释放出中子。测井用的中子源有两类：同位素中子源（连续，产生快中子）：加速器中子源（脉冲，产生高能中子）：平

3、均能量为5MeV第一节中子测井的核物理基础二、中子和物质的作用高能快中子+靶核=>激发态复核=>能量较低中子+非弹性散射伽马射线=>基态靶核1.快中子的非弹性散射特点：将入射中子靶核作为一个系统，碰撞前后能量(动能)发生损失，所以是非弹性散射，或称（n，n’）核反应，放出的伽马射线称为非弹性散射伽马射线。能量大于14MeV的中子发生非弹性散射的几率较大，而能量<5MeV的中子发生非弹性散射的几率较小。中子射入物质后，会发生一系列核反应：使用同位素中子源可以不考虑非弹性散射，而使用脉冲中子源会存在非弹性散射核反应。第一节中子测井的核物理基础2、快中

4、子对原子核的活化硅活化(n,p)：快中子+稳定原子核=>放射性原子核=>活化核衰变+活化伽马射线第一节中子测井的核物理基础3、快中子的弹性散射（1）快中子的弹性散射中等能量的快中子与靶核碰撞，将部分能量传给靶核，使之能量(动能)增加，仍处于稳态，而快中子速度减慢，系统总的动能守恒，此过程即为快中子的弹性散射。对于同位素中子源中子测井，中子的初始能量较低，因此，从开始就基本上以弹性散射为主，多次弹性散射后，变为热中子。14Mev的高能快中子经一两次非弹性散射后就不能再发生非弹性散射或核活化反应，只能发生弹性散射而继续减速，直至其能量为0.025ev

5、左右，成为热中子。快中子+稳定靶核=>能量较低的中子+反冲核=>热中子+基态靶核第一节中子测井的核物理基础弹性碰撞能量损失：与靶核的A，入射中子能量E。及散射角φ(中子散射方向和入射方向的夹角)有关。当为正碰撞φ=180°时，中子损失能量最大。实验证明，中子一次弹性碰撞可能损失的最大能量和平均能量分别为：对氢核来说，A=1，a=0，ΔEmax=E0，ΔE=1/2E0，而对碳核，A=12，a=0.716，ΔEmax=0.284E0，ΔE=0.142E0。因此氢是岩石中最主要的减速元素，岩石对快中子的减速能力取决于岩石的含H量。第一节中子测井的核物理

6、基础散射截面：微观散射截面σs：一个中子与一个原子核发生弹性散射的几率，单位1b=10-24cm2；宏观散射截面Εs：单位体积物质中的原子核的微观散射截面之和，单位cm-1结论：氢是岩石中最主要的减速元素，岩石对快中子的减速能力取决于岩石的含H量，纯岩石的宏观减速能力基本上决定于纯岩石的孔隙度(含淡水条件)。用中子测井估算孔隙度的物理基础。2Mev中子弹性散射的特点第一节中子测井的核物理基础减速能力大小可用减速时间和减速距离表示。减速时间：快中子从初始能量减速为热中子能量所需时间；减速距离Ls：在减速时间内，中子移动的直线距离Rd。Ls=SQR

7、T(Rd2/6)基本规律：散射截面越大，散射能量损失越大，减速能力越强，减速时间越短，减速距离Ls越小。第一节中子测井的核物理基础4.热中子扩散和俘获(1)热中子的扩散形成热中子后，中子不再减速，而像气体分子一样处于扩散过程。由密度大的地方向密度小的区域扩散，直到被地层原子核俘获为止。(2)辐射俘获核反应靶核俘获一个热中子而变为激发态的复核，然后，复核放出一个或多个几个光子，回到基态。热中子从密度大的区域向外扩散=>被原子核俘获（复核）=>俘获伽马射线+基态靶核第一节中子测井的核物理基础(3)岩石对热中子的宏观俘获截面Εa：微观俘获截面σ：一个原

8、子核俘获热中子的几率；宏观俘获截面Εa：一立方厘米所有原子微观俘获截面的总和。常见元素中：几种核素的微观俘获截面结论：氯元素的俘获截面最