γ射线在数字岩心中沉积谱的蒙特卡罗模拟.pdf

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1、第34卷第2期核电子学与探测技术V01．34No．22014年2月NuclearElectronics&DetectionTechnologyFeb．2014射线在数字岩心中沉积谱的蒙特卡罗模拟唐朝云，吴文圣，吴冲，卢贵武(1．中国石油大学(北京)理学院102249；2．中国石油大学(北京)地球物理与信息工程学院102249)摘要：为分析含孔隙结构地层的射线响应特性，编写了一种MonteCarlo方法模拟射线散射的程序，使用该程序除了能建立一般的几何模型外，还能在数字岩心的基础上进行模拟。利用该程序对光子在NaI晶体中的脉冲沉积谱做了模拟，

2、并与MCNP4C相应的计算结果进行了对比，对比显示，该程序能提供正确、有效的模拟手段。在正确性验证的基础上，以数字岩心构建地层，对不同孔隙度的砂岩做了密度测井的能谱模拟，得到了一些有益的结果。关键词：蒙特卡罗方法；数字岩心；测井；能谱中图分类号：P631．8文献标志码：A文章编号：0258-0934(2014)02-0226-05MonteCarlo方法也可称为随机模型(rail—方法模拟射线与物质作用的程序，该程序可domsimulation)方法，是数理统计与计算机相读取用户建立的计算模型文件，并支持包含二结合的产物，40年代起源于核物

3、理领域，它既维和三维数字岩心模型。使用该程序首先进行能求解定性的数学问题，也能求解随机问题。了光子在地层中沉积谱的模拟，并与MCNP程20世纪8O年代，用于核测井的模拟，取得很大序的计算结果进行了对比分析，然后以数字岩的成功。到了2O世纪9O年代，MonteCarlo模心构建地层，对不同孔隙度的砂岩做了密度测拟已经成为核测井科研和生产中的重要工井的能谱模拟。具¨。1模拟程序的设计数字岩心是根据岩石微观结构信息重建的反映岩石真实孔隙空间的三维数字模型，基于1．1程序结构三维数字岩心借助于数值方法可进行岩石物理该程序共包括5个部分：(1)输入文

4、件处实验模拟，这种数值模拟是一种岩心无损测试理部分，主要对输入文件进行处理，读人用户所方法，数字岩心一旦建立可以重复使用，可以进建计算模型，初始化程序，为下一步模拟做准行岩石的电性、声学特性、核磁共振特性及渗流备；(2)几何处理部分，根据飞行距离判断粒子特性等数值模拟实验J。与模型的位置关系；(3)物理过程模拟部分，程序的核心部分，该模块描述光子与各种材料的现在的核放射测井的模拟大多是利用MC—碰撞过程，以随机抽样来得到各种反应类型；NP软件进行，用MCNP建模时所建模型难以描(4)散射截面处理部分，根据粒子类型和能量述具体的孔隙结构。为了

5、研究孔隙尺度岩石物及材料的组成类型计算散射截面；(5)计数部理模型下的测井响应，编写了一种MonteCarlo分，模拟过程中根据定义的计数器对相应的物理量进行统计。程序结构图如图l。收稿日期：2013—04—22作者简介：唐朝云(1982一)男，河南人，硕士研究生，主要从事孔隙尺度下核辐射测井的模拟。226落的影响，保证分析结果的准确可信。可以看出，孔隙度不同时散射峰位置基本不变，峰值大妊茛罂约在90keV地方，随孔隙度增大，所得计数增高，该曲线与理论预期一致，但物理图像更加清晰。2．2．2包含孔隙结构与否的模拟结果对比与含孔隙结构的两种成

6、分等价的单一结构的物质，为质量相等、组成成分一致的物质。如含水14％的砂岩，等价材料为元素组成比例分别为11％、28％、61％的H、Si和0，密度2．4l图6不同孔隙度能谱g／cm的单一结构的材料。各孔隙度等价组成如表1所示。表1与不同孔隙度数字岩心对应的等价单一地层成分fl美罂为了分析含孔隙结构地层与单一结构的地涨落带来的计数误差。从表2和图8可以看层对密度测井的影响，对含有岩心的地层结构出，随孑L隙度增大两种结构所得的计数都增大，与相应等价的均匀的单一结构地层分别模拟，趋向一致，并且二者计数之差亦随孔隙度增大然后对结果进行比较。每次模拟

7、抽样次数为而增大。1O。次。图7为孔隙度为0．33时的包含孔隙结构和不包含时的两种模拟结果对比，实点为直接模拟结果，曲线为FFT平滑后的结果。红色圆点线代表单一结构的光子能谱，黑色方点线则为含有孔隙结构的模型模拟得到的光子能谱，两者曲线形状相似，但孔隙结构的模拟所得计数则较小。7．0~1图8不同孔隙度总计数对比6．o×l表2两种模型相对计数率的差值5．0~1孔隙度0．140．160．220．250．334．O×10计彰瞎澎％3．44834．35996．55566．97899．29983．0~1矿相对鹾／％0．70190．69100．6621

8、0．64950．60392．0~11．0~1nO3结论0．00．10．20．30．40．50，6能量／~Mev在公开的散射截面数据基础上，以康普顿图7含岩心与不含时能谱散射和光电