中國(guó)石油大學(xué)(北京)測(cè)井原理3

1、 9/9中國(guó)石油大學(xué)(北京)測(cè)井原理3 一、電法測(cè)井 1陣列感應(yīng)測(cè)井原理和主要特征。陣列感應(yīng)測(cè)井與常規(guī)感應(yīng)測(cè)井的優(yōu)點(diǎn)。答：陣列感應(yīng)測(cè)井儀AIT (Array Induction Imager Tool)，是基于20世紀(jì)40年代道爾(HDOLL)提出的感應(yīng)測(cè)井幾何因子理論發(fā)展起來(lái)的。陣列感應(yīng)測(cè)井的最基本原理與普通感應(yīng)測(cè)井原理類似，利用交流電的互感原理，使得在發(fā)射線圈中的交流電流在接收線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。由于發(fā)射線圈和接收線圈都在井內(nèi)，發(fā)射線圈的交流電流必然在井周圍地層中感應(yīng)出渦流，而這個(gè)渦流對(duì)接收線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)生影響。因此這個(gè)電動(dòng)勢(shì)與渦流強(qiáng)度有關(guān)，即與地層的地層電導(dǎo)率有關(guān)。陣列感應(yīng)測(cè)井通常由

2、一個(gè)發(fā)射線圈T 和n 對(duì)不同電極距的接收線圈S j -R j 組成，S j （補(bǔ)償線圈）和R j （接收線圈）串聯(lián)在一起并反向纏繞。比傳統(tǒng)感應(yīng)測(cè)井測(cè)量信息多、侵入反映明顯、分辨率高、探測(cè)深度深、地層電阻率測(cè)量準(zhǔn)確以及分辨油氣水明顯等優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)行電阻率的井下三維成像。在油氣勘探開(kāi)發(fā)中具有良好的應(yīng)用前景。 2深中淺測(cè)井怎么組合，什么情況下用什么樣組合方式，即應(yīng)用條件？答：1）雙側(cè)向-微球形聚焦測(cè)井組合主要用于水基鉆井液、低侵和高阻地層的井中：深側(cè)向測(cè)井視電阻率R LLd 主要反映地層電阻率變化；淺側(cè)向測(cè)井視電阻率R LLs 主要反映侵入帶電阻率變 化；微球形聚焦測(cè)井視電阻率R MSFL 主要反映沖

3、洗帶電阻率變化。通過(guò)三條曲線幅度的相對(duì)變化，可以快速判斷油、氣、水層。(針對(duì)井液是否導(dǎo)電)2）雙感應(yīng)八側(cè)向測(cè)井組合主要用于油基泥漿，高侵低阻的地層：深感應(yīng)測(cè)原地層，中感應(yīng)層侵入帶，八側(cè)向測(cè)沖洗帶。 3阿爾奇公式的物理意義、并說(shuō)明測(cè)井基礎(chǔ)研究的基本問(wèn)題和作用答:形式：0m W F R R a ?=，()01n n t w h I R R b S b S =-，相乘可得到m n t w w R R ab S ?=：因此，()1n m w w t S abR R ?=。地層因素F 是100%飽和地層水的巖石電阻率0R 與所含地層水電阻率W R 的比值，其大小主要取決于地層孔隙度，且與巖石性質(zhì)、膠結(jié)情

4、況和孔隙結(jié)構(gòu)等有關(guān)，但與地層水電阻率W R 無(wú)關(guān)。電阻增大系數(shù)I 是含油氣巖石真電阻率t R 與該巖石100%飽含地層水時(shí)的電阻率0R 的比值，其大小基本決定于W S （或o S ），但與地層的孔隙度和地層水電阻率無(wú)關(guān)。由阿爾奇公式可見(jiàn)，測(cè)井基礎(chǔ)研究的基本問(wèn)題是探測(cè)對(duì)象的物理性質(zhì)及變化規(guī)律，其作用是引導(dǎo)測(cè)井方法和測(cè)井系列的發(fā)展，提供測(cè)井資料解釋模型。 4電磁波傳播測(cè)井的特點(diǎn)、原理和應(yīng)用答：電磁波傳播測(cè)井是利用電磁波傳播理論，測(cè)量電磁波在井眼地層中的傳播時(shí)間和信號(hào)衰減，確定地層的介電常數(shù)的一種測(cè)井方法。電磁波傳播用麥克斯韋方程來(lái)描述。測(cè)量電磁波通過(guò)單位長(zhǎng)度的傳播時(shí)間tpe 和單位長(zhǎng)度信號(hào)衰減率A

5、。由于水的介電常數(shù)比石油及其它一些巖石礦物的介電常數(shù)都高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，且礦化度的影響可以忽略（不隨含鹽量變化），因此用介電常數(shù)可以有效的區(qū)分油水層，計(jì)算含水飽和度。5對(duì)比側(cè)向測(cè)井和感應(yīng)測(cè)井原理、應(yīng)用條件 答：側(cè)向測(cè)井主要針對(duì)水基泥漿鉆井條件下測(cè)量地層電阻率的需要，采用直流信號(hào)和屏蔽方法，激發(fā)直流電磁場(chǎng)，克服鉆井內(nèi)介質(zhì)導(dǎo)電的影響，接受地層媒質(zhì)的電場(chǎng)信號(hào)，測(cè)量地層電阻率。感應(yīng)測(cè)井主要針對(duì)油基泥漿或空氣鉆井條件下測(cè)量地層電導(dǎo)率的需要，采用交流信號(hào)和聚焦方法，激發(fā)交變電磁場(chǎng)，克服鉆井內(nèi)介質(zhì)不導(dǎo)電的限制，接受地層媒質(zhì)感生的二次磁場(chǎng)信號(hào)，測(cè)量地層電導(dǎo)率。 對(duì)比分析感應(yīng)測(cè)井和側(cè)向測(cè)井可見(jiàn)，測(cè)井方法研究的基本

6、問(wèn)題是根據(jù)探測(cè)對(duì)象的物理性質(zhì)參數(shù)和測(cè)量環(huán)境，研究相應(yīng)的物理場(chǎng)性質(zhì)及變化規(guī)律，設(shè)計(jì)合適的測(cè)量方法。 6微電阻率掃描測(cè)井原理及應(yīng)用 答：以FMI 為例，儀器主要由傳輸部分、控制部分、絕緣短節(jié)、采集線路、測(cè)斜儀、四個(gè)極板和液壓裝置部分組成。FMI 有四個(gè)臂，每個(gè)臂上有一個(gè)主板和一個(gè)翼板（可以折疊），每個(gè)主板和翼板上各裝有24個(gè)鈕扣電極陣列，可獲得0.2m 的分辨率。FMI 測(cè)量時(shí)，八個(gè)極板全部緊貼井壁，由地面裝置控制推靠器極板體發(fā)射一交變電流，電流通過(guò)井內(nèi)泥漿柱和地層構(gòu)成的回路而回到儀器上部的電路電極。推靠器、極板體金屬連接形成等電位，使處于極板中部的陣列電流能垂直于極板外表面（即井壁）進(jìn)入地層。測(cè)

7、量陣列電扣上的電流強(qiáng)度，經(jīng)適當(dāng)處理可刻度為彩色或灰色等圖象，反映地層微電阻率的變化。應(yīng)用范圍包括：1）裂縫識(shí)別和評(píng)價(jià)；2）進(jìn)行高角度薄層評(píng)價(jià)；3）地層沉積環(huán)境分析；4）地層層內(nèi)結(jié)構(gòu)分析和地質(zhì)構(gòu)造解釋；5）幫助巖心定位和描述。 7簡(jiǎn)述影響地下巖層電阻率和介電常數(shù)的主要因素。地層電阻率的大小取決于下列因素：1）巖石孔隙內(nèi)地層水的電阻率；2）巖石孔隙構(gòu)造的幾何形態(tài)；3）巖石的含水（油氣）飽和度（Sw）。4）泥質(zhì)含量和成分。 地層介電常數(shù)的大小取決于下列因素：1）巖石孔隙構(gòu)造的幾何形態(tài)；2）巖石的含油氣（水）飽和度（Sw）；3）泥質(zhì)含量和成分。 8成像測(cè)井原理（參數(shù)=數(shù)據(jù)） 答：成像測(cè)量的實(shí)質(zhì)是運(yùn)用一

8、個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)被測(cè)物場(chǎng)某種特性分布的Radon 變換和逆變換。Radon 變換體現(xiàn)為對(duì)物場(chǎng)不同方向的投影測(cè)量，反映的是投影方向上某種物場(chǎng)特性分布參數(shù)對(duì)投影數(shù)據(jù)的作用變化規(guī)律；Radon 逆變換則是運(yùn)用投影數(shù)據(jù)確定該物場(chǎng)特性分布參數(shù)的過(guò)程。 Radon 公式奠定了成像測(cè)量理論和計(jì)算的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，在實(shí)際應(yīng)用中尚需解決一些具體問(wèn)題。Radon 逆變換公式是對(duì)所有方向射線進(jìn)行積分，而在成像測(cè)量中，只能獲取有限條射線上函數(shù)的積分估計(jì)值。因此必須解決數(shù)據(jù)的離散或有限等問(wèn)題，一方面需要有正確而合理的投影測(cè)量采集足夠的物場(chǎng)特性數(shù)據(jù)，另一方面需要有可靠而實(shí)用的計(jì)算方法由測(cè)量數(shù)據(jù)快速確定物場(chǎng)特性的分布參數(shù)

9、。 9試分析地層水和泥漿含鹽濃度比Cw/Cmf、泥質(zhì)含量、溫度、地層電阻率、地層厚度、井徑、侵入等因素對(duì)自然電位的影響。答：1）當(dāng)Cw Cmf 時(shí)，滲透性層段SP 負(fù)異常；當(dāng)Cw i 才存在第二臨界角（ts =90o ）()12s i n c f s v v -=)。當(dāng)i =ts 時(shí)，發(fā)生橫波臨界折射；而當(dāng)V s f 2c 。要想激發(fā)偶極子波、四極子波，聲源的頻率要大于 f 2c 和f 4c 。四極子波的幅度比偶極子波的幅度要小100多倍。井徑越大，截止頻 率越低，反之亦然。3)只有在截止頻率附近，多極子波的速度才等于地層橫波的波速。4)多極子波激發(fā)的聲場(chǎng)可大大壓抑滑行縱波，幾乎使多極子波成為

10、首波，其后有斯通利波。5)多極子波具有明顯的偏振特性，因而通常稱為彎曲波。這種測(cè)井儀器的最大優(yōu)點(diǎn)是它能夠在任意地層測(cè)量地層的橫波波速。 20.圖示說(shuō)明單發(fā)雙收聲波測(cè)井儀測(cè)量地層的中點(diǎn)與儀器記錄點(diǎn)（兩個(gè)接收探頭的中點(diǎn)）的不一致現(xiàn)象。如果井壁到探頭的距離 是0.3米，巖層的第一臨界角是620，試計(jì)算儀器記錄點(diǎn)與測(cè)量地層的中點(diǎn)之間的距離。（15分）(03,06) 答案：?jiǎn)伟l(fā)雙收聲波測(cè)井儀聲系示意圖如下，其中T為發(fā)射探頭，R1和R2為接收探頭；a為儀器的記 錄點(diǎn)，b為測(cè)量地層的中點(diǎn)。由圖可見(jiàn)，a和b是不重合的。當(dāng)井壁到探頭的距離是0.3米，巖層的第 一臨界角是620時(shí)，測(cè)量地層的中點(diǎn)b與儀器記錄點(diǎn)a之

11、間的誤差ab為:ab=0.3*tg62o=0.56(m) 21.在下圖中，橫坐標(biāo)為孔隙度（%），縱坐標(biāo)為聲波時(shí)差（）。圖中的三條線是聲波測(cè)井 中常用的M.krief、Wyllie和Raymer孔隙度與聲波時(shí)差的關(guān)系曲線。請(qǐng)指出哪一條曲線表示 Wyllie時(shí)間平均公式，為什么？ 答：曲線表示W(wǎng)yllie時(shí)間平均公式。因?yàn)閃yllie時(shí)間平均公式是聲波時(shí)差與孔隙度的 單調(diào)、線性關(guān)系式。而M.krief和Raymer公式是聲波時(shí)差與孔隙度的非線性公式。因此，曲線 表示W(wǎng)yllie時(shí)間平均公式。 22.試分析聲波在傳播過(guò)程中幅度變化的原因。 聲波在巖石中傳播時(shí)，其幅度隨著遠(yuǎn)離聲源而不斷減小。聲幅衰減的

12、原因有三種：1）聲波在傳播過(guò)程中能量的分散。聲波測(cè)井儀聲源發(fā)射的聲波，看似成球面波，隨傳播距離增加，聲幅衰減。2）介質(zhì)對(duì)聲波能量的吸收。聲波在介質(zhì)中傳播是依靠介質(zhì)的振動(dòng)來(lái)維持，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)要克服與周圍介質(zhì)的摩擦力而消耗能量，并將聲能轉(zhuǎn)換成介質(zhì)的熱能，因此聲波在傳播過(guò)程中能量逐漸減小，直至最后消失，停止傳播。巖石的聲速與密度越小，對(duì)聲波的吸收越多，聲幅衰減越嚴(yán)重；聲波頻率越高，聲幅的衰減也越大。3）聲波在介質(zhì)分界面的傳播。以反射和折射為主。在界面多的時(shí)候，聲波衰減大，因此在裂縫地層聲幅衰減很大。 23.在充液井眼中，井壁上的聲學(xué)邊界條件是什么？ 在充液井眼中，井壁上的聲學(xué)邊界條件是：法向位移連續(xù)、

13、法向應(yīng)力連續(xù)和切向應(yīng)力為零。 24.簡(jiǎn)述瑞利波的性質(zhì)。 答：瑞利波是存在于具有自由表面的固體表面波。它是沿著表面?zhèn)鞑ァ⒀毓腆w介質(zhì)深度方向的幅度逐漸減小的一種波。聲表面波不頻散，其傳播速度約等于橫波速度的0.9倍。聲表面波可以看成是沿著固體表面作逆進(jìn)橢圓偏振的聲波。它是一種非均勻波。 25.試敘述聲波測(cè)井的應(yīng)用。 劃分地層由于不同地層具有不同的聲波傳播速度，所以聲波時(shí)差曲線可應(yīng)用于劃分地層。致密石灰?guī)r、白云巖聲速最高，時(shí)差最低，孔隙發(fā)育的石灰?guī)r和白云巖，聲速相對(duì)降低，時(shí)差增加。砂巖聲速一般較低，時(shí)差較大，泥巖聲速更低，在時(shí)差曲線上，時(shí)差很大，對(duì)鈣質(zhì)富集層，其普遍特點(diǎn)是聲波時(shí)差小。 計(jì)算巖石孔隙度

14、巖石密度是控制地層聲波速度的重要因素，而嚴(yán)實(shí)密度又和地層孔隙度有密切關(guān)系，因此聲波速度可以較好地反映地層孔隙度。 判斷氣層、確定油氣水接觸面水、油、氣的聲速不同，由于水的聲速大于油的聲速。而油的聲速又大于氣的聲速，特別是氣的聲速和油水的聲速有很大差別，因此在高孔隙度和泥漿侵入不深的條件下，聲波測(cè)井能夠比較好的確定疏松砂巖的氣層。 三、放射性測(cè)井 26.碳氧比能譜測(cè)井（C/O）是目前在套管井中測(cè)量剩余油飽和度最重要的測(cè)井方法，試回答以下問(wèn)題：（10分） 1）簡(jiǎn)述碳氧比能譜測(cè)井的核物理基礎(chǔ)。 答：碳氧比能譜測(cè)井利用高能中子（En14MeV）與地層核素的非彈性碰撞，發(fā)生（n，n）反應(yīng)，放出特征能量和

15、數(shù)量的伽馬射線。記錄和分析特征伽馬能譜（如氧為6.13MeV，碳為4.44MeV）即可確定地層中各元素的相對(duì)含量。C/O測(cè)井采用12C和16O作為指示元素，并利用油含碳（HC）水含氧（H 2O）的特點(diǎn)，可以很好的區(qū)分油水層和計(jì)算含油飽和度。 2）傳統(tǒng)C/O測(cè)井儀有哪些主要不足？新型C/O測(cè)井儀在方法上有哪些改進(jìn)？答：由碳氧比測(cè)井方法理論可知，當(dāng)?shù)貙涌紫抖容^低（如小于15）時(shí)，由于巖石中流體的指示元素的相對(duì)含量小造成測(cè)量誤差很大，且受井眼條件的影響明顯。新型碳氧比測(cè)井方法的改進(jìn)主要體現(xiàn)在：采用兩個(gè)或更多的探測(cè)器，可以補(bǔ)償井眼影響和增加探測(cè)靈敏度；采用高性能探測(cè)器元件（如BGO晶體，HpGe 晶體

16、），提高探測(cè)效率和增強(qiáng)能量分辨率；采用先進(jìn)的激勵(lì)、測(cè)量控制時(shí)序，提高能譜數(shù)據(jù)的信噪比等。 3）C/O測(cè)井中，有哪些非（n，n）反應(yīng)對(duì)測(cè)井產(chǎn)生干擾？如何消除？答：在碳氧比測(cè)井中，除（n，n）反應(yīng)外，還會(huì) 產(chǎn)生（n，n）、（n，P）、（n，）和（n，）等核反應(yīng)。由于（n，n）反應(yīng)主要發(fā)生在中子發(fā)射后的10-8-10-6s左右，因此只要 使中子脈沖寬度小于快中子在地層中的衰減時(shí)間（10s左右）并在此時(shí)間內(nèi)測(cè)量非彈性散射伽馬能譜（由于含有背景伽馬輻射，有時(shí)也稱為伽馬總譜），即可在很大程度上避免受俘獲伽馬射線（俘獲伽馬射線測(cè)量是中子壽命測(cè)井的物理基礎(chǔ)）、活化伽馬射線以及自然伽馬射線等的干擾。 4）C/O

17、測(cè)井儀主要由哪幾部分組成？簡(jiǎn)述各部分的作用。答：C/O測(cè)井儀主要由以下幾部分組成。（1）中子發(fā)生器（包括超高壓電源）：按照控制命令向地層發(fā)射高能脈沖中子；（2）伽馬探測(cè)器（NaI晶體PMT）：探測(cè)地層的非彈性散射伽馬射線；（3）高壓電源：為PMT提供陽(yáng)極高壓，該電壓通常由MPU 控制；（4）脈沖放大器：放大伽馬脈沖信號(hào)至能夠被PHA 數(shù)據(jù)采集的電平；（5）PHA 電路：由脈沖鑒別、峰值保持、ADC、FIFO存儲(chǔ)器和控制邏輯等組成，進(jìn)行脈沖幅度到能譜數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；（6）MPU及控制電路：井下儀器系統(tǒng)的數(shù)字控制；（7）數(shù)據(jù)傳輸接口電路：完成能譜數(shù)據(jù)的發(fā)送和對(duì)地面系統(tǒng)控制命令的接收等。 （5）C/O

18、測(cè)井的數(shù)據(jù)處理方法有哪幾種？各自的特點(diǎn)是什么 答:a）伽馬能窗法。選擇指示元素的特征伽馬能區(qū)來(lái)表示元素的濃度，如碳窗選在3.174.64MeV，氧窗選在4.866.34MeV。伽馬能窗法數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，寬的能窗對(duì)儀器的穩(wěn)譜性能要求較低，且由于總計(jì)數(shù)較高使統(tǒng)計(jì)漲落誤差相對(duì)較小。 b）逆矩陣法。用逆矩陣法解析非彈性散射伽馬能譜須對(duì)儀器的響應(yīng)進(jìn)行16O、12C、28Si 和24Ca 等指示元素標(biāo)定，并根據(jù)微觀反射截面函數(shù)聯(lián)立求解，可得到各指示元素非彈性散射伽馬的相對(duì)產(chǎn)額。然后，可對(duì)實(shí)際未知的非彈性散射伽馬能譜進(jìn)行求解。用逆矩陣法求解的特點(diǎn)是對(duì)元素含量的相對(duì)變化有較高的靈敏度。 27.放射性元素衰變常數(shù)

19、與衰變期的關(guān)系。 衰變常數(shù)：表示單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)原子核發(fā)生衰變的幾率。半衰期T 1/2：放射性核素因衰變而減少到原來(lái)一半所需的時(shí)間。對(duì)于遞次衰變系列，不管各子體的衰變常數(shù)如何，只有半衰期最長(zhǎng)者支配整個(gè)衰變系列的衰變。也即在足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，整個(gè)系列只剩下半衰期最長(zhǎng)者及其后面的子體，且都按最長(zhǎng)的衰變常數(shù)衰變。 28.砂巖骨架為石英，其分子式為SiO 2，已知O 的原子序數(shù)（核電荷數(shù)）為8；Si 的原子序數(shù)為14。(10分) 試求氧和硅元素的光電吸收指數(shù)Pe；由此求化合物SiO 2的光電吸收指數(shù)Pe；化合物SiO 2的等效電荷數(shù)Z eq 是多少。 解:由Pe 定義： P e O ()().=81004

20、47836(b/e)P e S i ()().b/e)由化合物Pe 求法：Pe l Z l Z i i i i =-1036 46.P e S iO ()()236464610142814281806=+?+?=-(b/e)由Z eq 定義：Z l Z l Z eq i i i i =()./.46 136可得SiO 2的等效電荷數(shù)：Z eq =+?+?=()./.14281428 117842464613629.已知N =0.08，Sand ma =2.653/cm g ，Limestone ma =2.713/cm g ,f =1.03/cm g ,求。（10分）

21、(03)答案：該地層的()0.08(1.0 2.71) 2.71 2.5732Limestone Limestone b N f ma ma ?=-+=-+=(灰?guī)r中中子孔隙度為零) ()()()()2.65 2.5732 2.651 4.66% Sand Sand ma b ma f ?=-=-= 30.圖示并說(shuō)明含有天然氣純石灰?guī)r的快中子挖掘效應(yīng)。（10分）(03) 答案：如下圖所示的兩塊巖石均為純石灰?guī)r，體積均為一立方厘米。設(shè)左邊的巖塊巖石骨架占的體 積為V1+V2，而淡水占的體積為V3。因巖石骨架中不含氫，所以這塊巖石的含氫指數(shù)為H=V3。又設(shè)右 邊的巖塊V2被天然氣充填，為了方便先設(shè)

22、天然氣的含氫指數(shù)H g =0，其它條件與左邊的巖塊相同；這樣， 兩塊巖石的含氫指數(shù)相同，都等于V3。但用超熱中子法分別測(cè)定它們的孔隙度，對(duì)左邊的巖石有N =H=V3；而對(duì)右邊巖石卻有N H g =V3。這就是說(shuō)，在右邊的巖塊中，由于有V2體積的巖石骨架被“挖空”，而使得測(cè)出的孔隙度比實(shí)際的含氫 指數(shù)還要小，這種現(xiàn)象稱為“挖掘效應(yīng)”。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因?yàn)槌瑹嶂凶訙y(cè)井并不直接測(cè)定巖石的含氫指數(shù)，而是測(cè)定地層的中子減速長(zhǎng)度。盡管兩塊巖石的含氫指數(shù)相同，但是由于右邊那塊巖石的快中子減速長(zhǎng)度較大，所以出現(xiàn)挖掘效應(yīng)。 31.說(shuō)明伽馬射線和物質(zhì)作用的過(guò)程和機(jī)制。（10分）(06) 答：由于伽馬射線能量不同

23、,與物質(zhì)的作用不同,一般有光電效應(yīng),康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。1)光電效應(yīng)：當(dāng)伽馬射線能量較小時(shí)(能量大約在0.01MeV0.1MeV)，它與原子中的電子碰撞，將全部能量傳給一個(gè)電子，使電子脫離原子而運(yùn)動(dòng)，而伽馬光子本身被完全吸收。2）康普頓效應(yīng)：當(dāng)伽馬射線能量中等時(shí)，它與原子的外層電子發(fā)生作用,把一部分能量傳給電子,使該電子從某一方向射出,而損失了部分能量的伽馬射線向另一方向散射出去。這種效應(yīng)稱為康普頓效應(yīng)，發(fā)生散射的伽馬射線稱為散射伽馬射線。3）電子對(duì)效應(yīng)：當(dāng)伽馬射線能量大于1.022MEV 時(shí)，它與物質(zhì)的原子核發(fā)生作用,伽馬射線轉(zhuǎn)化為一對(duì)電子(正負(fù)電子)，而伽馬光子本身被全部吸收。這種效應(yīng)

24、稱為電子對(duì)效應(yīng)。 32.在井下高溫環(huán)境中，最常用的伽馬探測(cè)器由什么元件組成？對(duì)137Cs 伽馬射線的能量分辨率可達(dá)多少？耐溫指標(biāo)可達(dá)多少？試 列出其它幾種伽馬探測(cè)器并簡(jiǎn)述其特點(diǎn)，在測(cè)井應(yīng)用中有哪些限制。（10分）(06)最常用的伽馬探測(cè)器由NaI（Tl）閃爍晶體和光電倍增管（PMT）組成，對(duì)137Cs的能量分辨率可達(dá)7，耐溫可達(dá)150200。 常見(jiàn)的現(xiàn)代伽馬探測(cè)器有BGO（Bi 4Ge 3O 12）、和高純鍺半導(dǎo)體探測(cè)器（HpGe）等。（寫(xiě)出其中的2種即算答對(duì)） BGO有較高的探測(cè)效率，不潮解，缺點(diǎn)是能量分辨率較低，不耐高溫，如加保溫瓶可用于測(cè)井。HpGe具有極好的能量分辨率，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，

25、必須在超低溫（液態(tài)氮）環(huán)境下工作，并且探測(cè)效率較低，因此限制了在測(cè)井中的應(yīng)用。 33.巖性密度測(cè)井是當(dāng)前勘探測(cè)井中重要的核測(cè)井方法，試回答以下問(wèn)題：（10分）(06，07) （1）巖性密度測(cè)井采用什么核素作為伽馬放射源？主要是基于什么考慮？ 答：巖性密度測(cè)井采用137Cs作為伽馬放射源，光子能量為662keV。能量適中使康普頓散射截面較大且不產(chǎn)生電子對(duì)效應(yīng)，源的半衰期較長(zhǎng)，適合于測(cè)井密度應(yīng)用。 （2）簡(jiǎn)述地層（真）密度b 、電子密度指數(shù)e 和視（石灰?guī)r）密度a 的概念和相互關(guān)系。 答：體積密度也稱為巖石密度b ，為單位體積巖石的質(zhì)量（g/cm 3），對(duì)于不含水的純巖石骨架密度為巖石的真實(shí)密度m

26、a 。伽馬 射線與地層作用后產(chǎn)生的散射伽馬射線特征反映的是地層的電子密度，為計(jì)算方便，定義電子密度指數(shù)e ，e 2n e /N A ，式中n e 為電子密度（電子數(shù)/cm 3），N A 為阿佛伽德羅常數(shù)。對(duì)于單元素物質(zhì)e （2Z/A）b ，其中Z 為原子序數(shù)，A 為原子量。 為確定多元素組成的不同巖石的密度必須以某種標(biāo)準(zhǔn)巖性刻度儀器的響應(yīng)。在經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)巖石（石灰?guī)r）井中刻度后，儀器的測(cè)量值稱為視（石灰?guī)r）密度a 。在砂巖中b a ，在白云巖中b a 。對(duì)于飽含水的石灰?guī)r有b ma （ma f ）*2.71-1.71 ，式中f 為流體密度，為孔隙度（100）。 （3）通過(guò)密度測(cè)井方法演變（改進(jìn)）說(shuō)明

27、巖性密度測(cè)井利用了哪幾種核反應(yīng)類型？ 答：早期的密度測(cè)井利用康普頓散射測(cè)量地層的電子密度，通過(guò)雙探測(cè)器的補(bǔ)償作用可求得體積密度，儀器在石灰?guī)r標(biāo)準(zhǔn)井中刻度成視體積密度?，F(xiàn)代巖性密度測(cè)井方法利用康普頓散射和光電效應(yīng)測(cè)量地層密度和巖性。巖性密度測(cè)井中的關(guān)鍵技術(shù)是進(jìn)行伽馬能譜測(cè)量，而傳統(tǒng)的密度測(cè)井僅對(duì)高于門(mén)檻電平的脈沖計(jì)數(shù)，因此巖性密度測(cè)井具有高的多的測(cè)量精度。 （4）簡(jiǎn)述巖石的（質(zhì)量）光電吸收截面Pe與體積光電吸收截面U的概念和相互關(guān)系并作典型的Pe區(qū)不同U值時(shí)的伽馬能譜示意圖。 答：巖石中一個(gè)電子的平均光電吸收截面稱為光電吸收截面指數(shù)Pe，Pef /n e =kZ 3.6，式中f 為 巖石的宏觀光

28、電吸收截面，n e 為電子密度，k 為系數(shù)，Z 為原子序數(shù)。由于Pe 不便在體積模型中使 用，引入體積光電吸收截面指數(shù)U，設(shè)U2f /N A ，則有Ue Peb Pe，式中N A 為阿佛伽德羅常 數(shù)。U 對(duì)巖性非常敏感，如：石英為4.8，方解石為13.7，白云巖為9。對(duì)于復(fù)雜巖石成分，有 =i UiVi U ，式中Ui 為第i 種物質(zhì)的體積光電吸收截面，Vi 為第i 種物質(zhì)的相對(duì)體積含量。 34.自然伽馬能譜測(cè)井是重要的核測(cè)井方法之一，試回答以下問(wèn)題。（本題10分，每問(wèn)5分）（06，07） （1）自然伽馬能譜測(cè)井儀主要由哪幾部分組成？簡(jiǎn)述各部分的作用。儀器一般采用什么方法穩(wěn)譜？ 答：自然伽馬能

29、譜測(cè)井儀一般采用40K核素作為能道指使，并由地面系統(tǒng)發(fā)送命令碼通過(guò)調(diào)節(jié)井下PMT高壓增益穩(wěn)譜。 （2）常用的自然伽馬能譜測(cè)井解譜處理方法有哪幾種？試說(shuō)明其中一種的設(shè)計(jì)思想。 答：常用的自然伽馬能譜測(cè)井解譜處理方法有剝譜法（逐次差引解析法）、逆矩陣法和最小二乘法等。（以下對(duì)設(shè)計(jì)思想的論述只回答一種即可） 剝譜法以混合譜的線性疊加原理為基礎(chǔ)。按照各核素成分特征伽馬射線的全能峰能量順序，m種核素取m個(gè)全能峰，并假設(shè)這些峰不受伽馬射線能量較之為低的核素影響，對(duì)混合核素伽馬能譜的多個(gè)特征峰窗從最高峰區(qū)逐次差引求解，再跟據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)源刻度峰區(qū)的計(jì)數(shù)比較，最后得到各核素的含量。 逆矩陣法通過(guò)對(duì)混合核素伽馬譜的代

30、數(shù)解析獲得各核素的含量。設(shè)m種核素的待求含量（x i ）m1X ， 并測(cè)得m個(gè)特征峰窗口計(jì)數(shù)（c i ）m1C ，通過(guò)對(duì)一系列標(biāo)準(zhǔn)刻度獲得系數(shù)矩陣（a ij ）mm A ，則有線性方程組A ?X C ，由X A -1?C 求解得到各核素的含量。 最小二乘法：為提高總計(jì)數(shù)減少統(tǒng)計(jì)漲落誤差，可利用低能譜區(qū)計(jì)數(shù)，這時(shí)伽馬能窗個(gè)數(shù)k多于核素種數(shù)m。設(shè)m種核素的待求含量 （x i ）m1X ，并測(cè)得m個(gè)特征峰窗口計(jì)數(shù)（c i ）m1C ，通過(guò)刻度可得到系數(shù)矩陣（a ij ）km A 和轉(zhuǎn)秩矩陣（a ij ）mk A T ，利用加權(quán)最小 二乘法計(jì)算出權(quán)重因子矩陣（w ij ）kk W （為對(duì)角矩陣），則可得到各核素含量X A T ?W ?A -1A T ?W ?C 。 （3）地層巖石的自然伽馬射線主要由哪些核素產(chǎn)生？其典型的射線能量是多少？ 答：地層巖石的自然伽馬射線主要由40K、238U和232Th產(chǎn)生。其中40K產(chǎn)生1.46MeV的單能伽馬射線，238U系采用214Bi的1.76MeV作為特征能量，232Th系采用208Tl的2.62MeV作為特征能量。 （4）自然伽馬能譜測(cè)井成果的地質(zhì)應(yīng)用有哪些？（寫(xiě)出其中的4項(xiàng)即算答對(duì)）