第7章 放射性测井

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1、第七章放射性测井放射性测井（核测井）是测量记录反映岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理性质的参数，研究井剖面岩层性质、寻找石油矿藏等的一类测井方法。§7-1自然伽马测井和自然伽马能谱测井一、伽马测井的核物理基础1、放射性和放射性衰变（1）核素和同位素核素：一种核素是指原子核的质子数和中子数都相等并处于同一能态的同一类原子，用下列符号表示：，其中为元素的符号；Z和A分别表示质子数和质量数，例如是一种核素。同位素：是指几种质子数相同而中子数不同的核素统称为该种元素的同位素，例如、和，这三种核素都是氢的同位素。（2）放射性和放射性核素放射性：原子核自发地放出各种射线的性质统称

2、为放射性。放射性核素：能自发地发生衰变，由一种核变为另一种核的核素称为放射性核素，如就是放射性核素；稳定核素：不能自发发生变化的核素就是稳定核素，例如、就是稳定核素。（3）核射线射线是高速运动的氦原子核（粒子），它的穿透能力最低，但电离能力最强。在核测井中，利用粒子和某些原子核的相互作用可制造中子源；射线是高速运动的电子流，它的穿透能力比射线强，但电离能力较射线弱；射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力最强，但电离能力最弱。射线能穿透几十厘米的地层、水泥环、套管和下井仪器的外壁而被探测仪器接收到，是核测井的主要探测对象。（4）放射性衰变放射性核素的原子核自发地释放出一种

3、粒子变成另外一种原子核的放射性现象称为放射性衰变。衰变方式：①衰变：原子核自发地发射粒子（核）转变成另一种原子核的放射性现象称为衰变。其过程可表示为：例如放射性核素钋（）经过衰变变成铅，同时放出射线。②衰变：原子核自发地放出负电子、正电子或俘获一个轨道电子而发生的转变，统称为衰变。③跃迁：由、衰变产生的子核往往处于激发态，而后可以通过发射射线释放多余的能量而退激到基态的过程称为跃迁，或称衰变。（5）核衰变基本规律半衰期：放射性核素因衰变而减少到原来一半所需的时间，用（6）放射性活度一个放射源在单位时间内衰变的原子核数，称为放射性活度。2、伽马射线和物质的相互作用（1）

4、射线与物质相互作用的几率利用截面来描述作用几率的大小，定义式为：储层岩性分析储层孔隙度计算γ射线γ源地层物质γ射线与物质的相互作用【问题1】伽马射线与物质之间的相互作用有哪些？【问题2】核测井利用这些过程怎样来确定储集层岩性和孔隙度呢？伽马源地层物质康普顿效应电子对效应光电效应主要作用方式（2）、光电效应原子核核外电子入射光子光电子1.γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用；2.γ光子被吸收，能量全部交给内层束缚电子；3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。原子核核外电子入射光子光电子γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用，结果是吸收一个γ光子，并将γ光子的能量全部转移给某个

5、束缚电子，该束缚电子摆脱原子对它的束缚之后发射出来，这个过程称为光电效应。由光电效应发射出来的电子称为光电子。图3-1伽马射线与物质的三种作用（a）光电效应；（b）康普顿效应；（c）电子对效应（3）、康普顿效应原子核核外电子入射光子散射光子反冲电子1.γ光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞；2.γ光子一部分能量转移给外层电子，光子发生散射，其能量和运动方向发生变化；3.束缚电子获得能量脱离原子成为反冲电子。θ原子核核外电子入射光子散射光子反冲电子γ光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，同时光子发生散射，散射光子的能量和运动方

6、向发生变化，即康普顿效应。（4）、电子对效应原子核核外电子入射光子负电子正电子1.γ光子受到原子核库仑场的作用；2.γ光子转变为一个正电子和一个负电子，自身消失原子核核外电子入射光子负电子正电子当γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库仑场作用下，γ光子转换为一个正电子和一个负电子，这种过程称为电子对效应，是高能γ射线与物质作用的一种主要方式。对于不同的吸收物质和能量区域，每种效应的相对重要性不同：①对于低能伽马射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势；②对于中能伽马射线和原子序数较低的吸收物质，康普顿效应占优势；③对于高能伽马射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优

7、势。（5）射线的衰减规律射线通过吸收物质时，由于发生上述三种效应，其强度要减弱，穿过吸收物质后的强度与吸收物质的厚度的关系为：3、射线的探测（1）闪烁探测器闪烁探测器主要有闪烁体、光电倍增管和电子仪器三部分组成。常用的闪烁体主要有碘化钠（铊）、碘化铯（铊）和BGO等。（2）半导体探测器半导体探测器的探测介质是半导体材料，在测井中比较有前途的是高纯锗探测器，与闪烁探测器比较，主要优点是能量分辨率高，线性范围宽，但输出幅度小，须在低温条件加工作。图3-2闪烁探测器组成示意图二、自然伽马测井自然伽马测井是用伽马射线探测器测量地层总的自然伽马放射性的强度，以