第5章放射性測井-2008

第五章放射性測井

引入：放射性測井是近代物理的成果在測井工作中的應用。放射性測井方法較之其它測井方法的優(yōu)點是適用的范圍廣，它可以在套管井中進行測量，可以在空井和油基泥漿井中進行測量。一、核衰變及其放射性1）原子的結構：原子核（質(zhì)子+中子）+核外電子2）放射性核素

核素：原子核中具有一定數(shù)量的質(zhì)子和中子并在同一能態(tài)上的同類原子（同類核素的原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相同）。

同位素：原子核中質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，但具有相同的化學性質(zhì)，在元素周期表中占有同一位置。

放射性：原子核能自發(fā)地釋放α、β、的性質(zhì)

放射性核素：不穩(wěn)定的核素（其結構和能量都會發(fā)生改變，衰變成其他核素，并放出射線）。

放射性同位素：不穩(wěn)定的同位素。3）核衰變核衰變：原子核自發(fā)地釋放出一種帶電粒子，并蛻變成另外某種原子核，同時放出伽馬射線。核衰變常數(shù)λ：決定于該放射性核素本身的性質(zhì)，其值越大衰變越快。一種元素經(jīng)過放射變成另一種元素的過程稱為衰變或蛻變。例如88Ra226→86Rn212+(粒子)衰變鐳氡(也是種放射性元素)

(注：原子核的表示方法ZXAX元素符號，Z為質(zhì)子數(shù)，A為質(zhì)量數(shù)A=N+Z)4)放射性強（活）度一定量的放射性核素，在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的核數(shù)。單位1居里=3.7×1010/s(Bq貝可勒爾）5）放射性射線的性質(zhì)α——2He4流，極易被吸收，電離本領強，在物質(zhì)中穿透距離很小。β——高速運動的電子流，在物質(zhì)中穿透距離較短。

——頻率很高的電磁波或光子流，不帶電，能量高，穿透力強。6)衰變規(guī)律

對含有一大堆原子的放射性物質(zhì)來說，其中某一個原子何時放射衰變完全是偶然的，無法預計的，但是對許多原子的整體來說，某一時刻平均有多少原子發(fā)生衰變是符合統(tǒng)計規(guī)律的。這一規(guī)律是：某一時刻的衰變率dN/dt(單位時間衰變的原子核數(shù))二者成正比當時存在的原子核數(shù)N

即dN/dt=－N

為衰變系數(shù)(比例系數(shù))，負號表示原子核數(shù)隨時間的增長而減小。積分得到：N=Noe-t

No為最先參入衰變的原子核數(shù)(t=0時，N=No)N為衰變之中t時刻存在的原子核數(shù)7)半衰期以最先參與衰變的原子核數(shù)No為基數(shù)，衰變成No/2時作用的時間T。即當N=No/2時所需的時間No/2=Noe-T得到T＝ln2/=0.693/各種物質(zhì)的衰變系數(shù)不同，所以半衰期不同，地質(zhì)上可利用半衰期很長的元素來確定地層的地質(zhì)年代。如：

元素名稱 半衰期

92U238鈾4.5×109年K40鉀1.25×109年Co60鈷5.27年Cs137銫30年二、天然放射性的衰變性質(zhì)1、天然放射性的來歷1）成系的(重元素:原子序數(shù)>81)鈾系92U238

82Pb206(鉛)釷系90Th237

82Pb208(鉛)錒系92Ac235

82Pb206(鉛)

i)此三系通過、衰變，最后達到穩(wěn)定的鉛的同位素82Pb206(鉛)ii)在，衰變的過程中，放出、粒子，伴隨放出射線。2）

不成系的(中等元素:原子序數(shù)30≤Z≤81)主要是鉀19K3919K4019K41

19K40是不穩(wěn)定的元素,它隨時都會可能放出射線2、天然放射性的衰變性質(zhì)1)天然放射性衰變分為：衰變、衰變和

衰變。衰變：放出射線的衰變。通式為：ZXA→

Z-2YA-4+(二個正電荷)例如：衰變92U238→

90Th234+衰變：放出射線的衰變。通式為：ZXA→

Z+1YA+(一個負正電荷)例如：衰變90Th234

→

91Pa234+衰變：放出射線的衰變。射線通常是在、衰變的過程中，伴隨放出射線。2)、和射線比較射線種類射線射線射線產(chǎn)生原因衰變放出衰變放出、衰變伴隨放出實物氦2He4原子核流高速運動的電子流頻率很高的電磁波波長3*10-11－10-9cm波速近似于光速帶電性2He4帶有二個質(zhì)子每個粒子帶有不帶電能量二個正電荷4－10MeV一個負電荷1MeV0.05－5MeV穿透能力空氣中2.6-11.5cm巖石中10－3cm空氣中幾十cm巖石中幾cm空氣中幾百cm巖石中幾十cm測井能否利用不能不能能三、天然放射性1、火成巖的放射性幾點規(guī)律：1)火成巖所含放射性零散而不均勻2)酸性中性基性超基性SiO2的含量大→小顏色淺→深放射性元素含量大→小3)火成巖放射性元素主要是：鈾(U)鐳(Ra)釷(Th)鉀(K)

2、沉積巖的放射性幾點規(guī)律：1)沉積巖本身不含有放射性元素，其放射性元素來自火成巖。我們知道機械和化學力的綜合侵蝕作用以及搬運產(chǎn)生了沉積巖，由于搬運和沉積的環(huán)境不同，使各種沉積巖的放射性元素的含量產(chǎn)生了差異。2)沉積巖的放射性強度取決于泥質(zhì)含量(粘土含量)原因：a.粘土顆粒細，具有較大的比面(在沉積的過程中具有吸附放射性元素的能力大)比面的含義是每顆粒的表面積之和。b.粘土顆粒細，沉積的時間長(有充分的時間與放射性元素接觸)。c.粘土沉積物中含有鉀K礦物（如水云母，正長石等)。3)沉積物的顏色由淺→深,其放射性強度由小→大。4)隨鉀含量的增大，放射性強度增大。5)孔隙度和滲透率減小，放射性強度增大。3、變質(zhì)巖的放射性正變質(zhì)巖：由火成巖變質(zhì)而來副變質(zhì)巖：由沉積巖變質(zhì)而來變質(zhì)巖的放射性取決于變質(zhì)巖的源巖例如某井：正片麻巖副片麻巖角閃巖榴輝巖蛇紋巖自然r大?。ê谠菩遍L片麻巖、角閃片麻巖）（二云二長片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖）四、自然伽馬測井原理

1)射線探測器探測到地層的射線，并將射線變換成電脈沖信號(每一道射線變換成一個電脈沖信號)。2)此脈沖信號送入井下的放大器進行放大。3)井下放大器放大的脈沖信號送入地面的放大器進行放大（其原因時脈沖信號通過電纜之后會有些衰減)。4)由于脈沖信號中混合一些干擾信號，需經(jīng)過鑒別器進行鑒別，排除干擾。5)將一些畸變的脈沖信號送入整形器進行整形。6)規(guī)一后的波形送入計數(shù)率計電路，此電路把脈沖信號變換成與單位時間內(nèi)脈沖數(shù)成正比的電位差，記錄儀將該電位差連續(xù)地記錄下來，最后得到自然伽馬測井曲線。五、自然伽馬測井曲線分析探測半徑：對于煤、金屬鉆孔：d≤20cmR=25－45cm對于油田鉆孔:d≤

30cmR=30－50cmab段：探測器遠離界面上移，直到探測器中點離界面的距離為R，探測器的探測范圍內(nèi)是低放射性物質(zhì)。bcd段：探測器上移過界面，直到探測器中點離界面的距離為R。1)隨探測器上移，探測器探測范圍內(nèi)的高放射性物質(zhì)逐漸增大，使曲線上升，直到探測器中點離界面的距離為R時為止。2)探測器中點位于界面時，探測范圍內(nèi)的高低放射性物質(zhì)各占一半，所以為曲線的半幅值點。de段：探測器中點離界面的距離為R時開始，直到探測器中點離頂界面的距離為R時為止。探測器的探測范圍內(nèi)是高放射性物質(zhì)efg段：分析方法同bcd段。gh段:分析方法同ab段。

注：薄層用2/3幅值分層。六、自然伽馬測井儀的刻度1、刻度的意義和分級意義：為了使不同儀器,或者同一儀器在不同的時間,在同一的地層測定結果能夠作定量比較，必須進行儀器刻度（用不同的秤，或者同一秤在不同的時間對某一東西秤的結果應該一樣，就應該對秤進行統(tǒng)一刻度)。刻度分級：一級刻度：國家統(tǒng)一的標準稱為一級刻度（標準刻度井）。二級刻度：各制造廠和大的油田建立的標準稱為二級刻度（刻度裝置或刻度井）。三級刻度：一般現(xiàn)場使用的標準稱為三級刻度（刻度器、刻度塊）。要求：低級的刻度裝置必須用高一級刻度裝置進行檢查。2、刻度井低放射性物質(zhì)混凝土低放射性物質(zhì)混凝土高放射性物質(zhì)混凝土含有：12ppm的U24ppm的Th4%的K定義

N高為高放射性混凝土中的讀數(shù)；N低為低放射性混凝土中的讀數(shù)；API是美國石油學會的縮寫；AmericaPetroleumInstitute七、自然伽馬測井曲線的影響因素

1、巖層厚度(1)h>6ro

h增大，幅值不再增大用半幅值點分層（2）h<6ro

h減小，幅值減小用2/3幅值點分層2、統(tǒng)計起伏(也稱統(tǒng)計漲落)

1)現(xiàn)象泥巖的放射性含量是均勻的，但在同一巖層的各點讀數(shù)不一樣其讀數(shù)在平均計數(shù)率n上下波動。經(jīng)理論計算得到：絕對誤差2)產(chǎn)生的原因：衰變規(guī)律3)統(tǒng)計漲落的定義：在放射性源強不變，測量條件不變的情況下，在相等的時間間隔內(nèi)，重復觀測放射性強度，每次記錄的數(shù)值不同，總是在某一數(shù)值(平均值)上下波動，這種現(xiàn)象稱為放射性漲落。3、井參數(shù)的影響自然伽馬射線強度的吸收方程u為系數(shù)吸收，L為物質(zhì)的厚度；J與J為伽馬射線吸收前后的強度。與井參數(shù)有關的幾種吸收系數(shù)物質(zhì)鋼水泥環(huán)泥漿清水空氣u0.5cm-1二者之間0.1－0.2cm-1二者之間<0.1cm-1八、自然伽馬測井的應用1、劃分巖性1）砂泥巖剖面

粗砂巖中砂巖細砂巖泥巖J小→大SP幅度大→小Ra大→小Vsh小→大2)膏鹽剖面鉀巖泥巖砂巖及其它巖石巖鹽、石膏特高高中等最低

3)碳酸鹽巖剖面泥巖泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖純石灰?guī)r、白云巖最高中等最低2、確定泥質(zhì)含量

泥質(zhì)含量與自然伽馬射線強度成正比，推導計算泥質(zhì)含量的方法同自然電位，可推導得到的計算泥質(zhì)含量公式如下：式中J,Jmax,Jmin分布為研究地層、純泥巖、純砂巖的自然伽馬測井強度，同樣要進行非線性校正:C＝

3.7新地層C＝

2.0老地層3、劃分煤層1)煤中的有機質(zhì)與無機質(zhì)都不含放射性物質(zhì)，所以J低。2)煤的J與煤的灰分含量有關。4、其它1)地層對比J與巖石孔隙中的流體(油或水)的性質(zhì)無關；J與地層水、泥漿的礦化度無關；J曲線的標準層容易獲得。2)沉積環(huán)境分析J、SP、Ra與巖層的粒度、分選性、泥質(zhì)含量密切相關，而這幾個量與沉積環(huán)境密切相關，所以可以利用J、SP、Ra進行沉積環(huán)境分析。九、自然伽馬能譜測井1、測量原理

計數(shù)率地球上的伽馬輻射大多數(shù)來源于三種放射性同位素的衰變：半衰期為1.3×109年的鉀40（40K）；半衰期為4.4×109年的鈾238（238U）；半衰期為1.4×1010年的釷232（232Th）。通過伽馬能譜測井，可以獲得5條參數(shù)曲線：（1）以百分比表示的鉀含量曲線（K%）。（2）以濃度表示的鈾含量曲線（Ｕppm）及釷含量曲線（Thppm）。（3）合成的自然伽馬曲線(總計數(shù)率曲線GRSL)(API)。（4）無鈾自然伽馬曲線（KTh）(API)。測量譜段（能窗）的選擇：對K40選用1.46Mev的光電峰；對U選用Bi214的能量為1.764Mev的光電峰；對Th選用Ti208能量為2.614Mev的光電峰。其測量結果可列出三元一次聯(lián)立方程組求解： N1=a1U＋b1Th＋c1 N2=a2U＋b2Th＋c2K N3=a3U＋b3Th＋c3K式中N1、N2、N3─分別為三個能譜段的計數(shù)率（扣除本底計數(shù)）；U、Th、K─表示地層中鈾、釷、鉀的含量；ai、bi、ci─為換算系數(shù)，表示地層中單位含量的鈾、釷、鉀在相應能譜段的計數(shù)率1）確定泥質(zhì)含量

2、應用2）劃分巖性

主要火成巖和沉積巖的Th、U、K礦物名稱U(ppm)Th(ppm)K（％）Th/U花崗巖4…715…403.4…4.03.5…5.6花崗閃長巖2.18.32.34.0閃長巖1.86.01.83.3輝長巖0.61.80.73.0輝巖0.030.080.152.7純橄欖巖0.010.010.021.0橄欖巖0.020.050.22.5流紋巖2…79…255.74.5…12.5玄武巖0.531.960.613.7粘土2.1112.55.24泥巖3.712.02.75.24硅質(zhì)粘土巖4.011.52.72.88油質(zhì)泥巖<5001…30<4.0粉砂1.2…4.31.49.31.3…2.12.17…7砂巖0.51.71.13.4石灰?guī)r2.01.5<0.40.75高硼潤土、凝灰?guī)r砂巖測井曲線表明U異常所造成的結果，若未被探測出，將影響整個層段粘土含量的確定（引自SPEPetroleumProductionHandbook）說明一個富含鈾的地層，可能被錯誤地解釋為泥巖（采用簡單伽馬射線分析）。鈾含量的突然增加，是和附近深度處單一泥巖不同的現(xiàn)象。巖心分析表明，該層富含有機質(zhì)，這和鈾易被有機合成物所吸收相符合。

自然伽馬測井顯示在低于泥巖層下邊界的12836ft處有一個較純的砂巖。然而，從K的記錄道看到，頁巖層高濃度的鉀在12836ft下面繼續(xù)保持了幾英尺。經(jīng)后來的巖心分析發(fā)現(xiàn)：過量的鉀是由于長石存在的結果，這是一條重要的經(jīng)驗，因為長石影響密度測井解釋中所用顆粒密度的選擇。（SPEPetroleumProductionHandbook）表明長石對自然伽馬能譜測井和自然伽馬測井有影響自然伽馬能譜測井指明Th、U、K的濃度。標明含有云母的層段，表示了異常高的鉀含量。在這個層段上，GR測井曲線錯誤地暗示有不可忽略的粘土存在（引自SPEPetroleumProductionHandbook）3）確定粘土類型4）判斷沉積環(huán)境Th/U>7陸相氧化環(huán)境Th/U<7海相沉積Th/U<2海相黑色頁巖第二節(jié)

密度測井一、伽馬射線與物質(zhì)的作用

1、光電效應光電效應或稱光電吸收，在伽馬射線的能量<0.5Mev(低能)時產(chǎn)生，過程如下：a量子與原子核發(fā)生作用時，它將所有的能量交給原子；b原子又將能量幾乎全部交給一個殼層電子；c電子克服電離能脫離電子軌道，成為自由電子，稱為光電子。d而量子被吸收，這種作用稱為光電效應。注意:a光電效應在K，L層等靠近核的內(nèi)層產(chǎn)生光電子的幾率(可能性)最大。b光電吸收系數(shù)：伽馬量子穿過物質(zhì)時產(chǎn)生光電效應的幾率τ＝KZ4.6

K為與入射伽馬量子有關的系數(shù)，K近似與Er的三次方成反比，Z為原子序數(shù)。kLe2、康普頓－吳有順散射在伽馬射線的能量為0.5<Er<1.02Mev時產(chǎn)生，過程如下：a當入射量子與原子中的一個電子發(fā)生作用b量子將部分能量傳給電子

c量子本身成為散射量子，即與原來運動方向成θ角射出。d而電子獲得能量脫離電子軌道，成為反沖電子，反沖電子與量子原入射方向成Φ角注意:a可以證明θ＝00時，量子無能量損失，反沖電子沒有獲得能量。即量子與物質(zhì)沒有發(fā)生作用。θ＝1800時，量子能量損失最大，反沖電子獲得能量最大。θ＝0~1800時，θ越大，量子能量損失越大，反沖電子獲得能量越大。b康吳散射的吸收系數(shù)：量子與物質(zhì)作用時產(chǎn)生康吳散射的幾率；

注有的書中用ne

，一般書中用ρe

σe為每個量子與原子產(chǎn)生康吳散射的幾率

稱為電子密度：單位體積中電子數(shù)稱為電子密度。ρ為體積密度，Z為原子序數(shù)，A為質(zhì)量數(shù)，Na為阿佛加德羅常數(shù)6.602486*1023

克/分子

θ3、形成電子對在伽馬射線的能量為Er>1.02Mev時產(chǎn)生，過程如下：

量子與原子核(主要是重元素的原子核)的力場相互作用，此時量子的能量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生一個正電子和一個負電子，每個電子的能量為0.51Mev。

吸收系數(shù)：形成電子對的幾率K＝C1Z2（Ero-1.02)C1為比例系數(shù)Z為原子序數(shù)Ero為入射量子的能量4、吸收方程

射線通過物質(zhì)時，以上三種效應都有可能產(chǎn)生，此時吸收方程吸收系數(shù)μ：正比于物質(zhì)的密度注：1.當量子的能量Er<0.51Mev時，u=τ以光電效應為主。當量子的能量0.51<Er<1.02Mev時，u=σ以康吳效應為主。當量子的能量Er>1.02Mev時，u=K以形成電子對為主。

2.測井使用的是中等能量的源所以u=σ，則 中σe、Na為常數(shù)，Z/A=0.5，

因此，當L、Io一定時，I與ρ有關，這是密度測井的物理基礎。二、－測井原理1、

－測井原理概述

1)－測井與自然測井的區(qū)別

自然：測量天然射線強度(源)

-測井：測量人工射線強度(散射)，因此根本區(qū)別在于：-測井儀中的下部有源，鉛餅(a防止源直接照射探測器影響計數(shù)率，b延長探測器的壽命)。2)測量a目前-測井使用的源為Cs137(銫)源能量為0.66MevCo60(錮)源能量為1.33Mev和1.17Mev入射的是中等能量的量子b中等能量的量子入射物質(zhì)，產(chǎn)生康吳散射，探測器接收散射射線的強度。二、-

測井原理1、

-

測井原理概述

3)值得注意的是a.探測器記錄一次散射射線的強度。原因是到探測器的散射射線的散射角較大，所以散射射線的能量較小(與入射的射線的能量相比，能量損失很多)，故-測井主要記錄到一次散射射線，多次散射射線能量很低，容易產(chǎn)生光電效應，被巖層吸收。

b.隨r距離加大，θ增大，隨散射角的增大，散射射線的能量很快減小，所以-測井的探測深度不大，探測范圍不大。探測范圍為：半徑為L/2左右，高度為L的圓柱體，一般L＝50－60cm，所以r≤30cm。c.記錄為探測器與源的中點。d.J(-測井)的單位為：脈沖/分。2、J與密度ρ，源距L的關系

經(jīng)理論推導探測器接收到的散射射線強度為：

式中K為常數(shù)，Q為源強，ρ為密度，L為源距C=0.06Cs137(銫)源能量越低0.07Co60(鈷)源C值越大利用上式可以繪制J，ρ，L的關系圖1)當L<Lo時（小源距的情況下）J1.5<J2.7密度小的J小，密度大的J大，這說明J與密度成正比

2)當L=Lo時（零源距的情況下)J1.5=J2.7這說明J與密度無關3)當L>Lo時（大源距的情況下)J1.5>J2.7密度大的J小，密度小的J大，這說明J與密度成反比

測井使用大源距L＝50－60cmJ與密度成反比密度測井-----康普頓效應三、貼壁式密度測井

測井方法-密度測井單源距貼壁式密度測井雙源距井眼補償密度測井源距L=SR=50-60cmL=SR=50-60cmL長＝35-45cmL短＝15-25cm所記錄參數(shù)J1.J2.ρa1.Nl,Ns長短源距計數(shù)率2.(ρa)l，(ρa)s長短源距視密度與ρ的關系成反比1.J與ρ成反比2.ρa與ρ成正比1.Nl與ρ成反比Ns與ρ成正比2.(ρa)l，(ρa)s與ρ成正比影響因素1擴孔2泥餅泥餅消除擴孔的影響雙源距貼壁的目的消除擴孔，泥餅的影響注意幾點:1.擴孔對-密度測井的影響由于泥漿的密度比地層低得多，所以擴孔后，當記錄點位于巖層中部時，探測范圍內(nèi)平均密度降低，而J與ρ成反比，因此J產(chǎn)生假異常。2.視密度的定義

在滲透層處，在井壁存在泥餅，因為泥餅的密度一般低于巖層的密度，所以用密度測井儀在井中測量時，所測到的密度值要小于實際的地層密度值ρb，為了將所測到的密度與實際地層的密度相區(qū)別，我們把所測到的密度稱為視密度，用ρa表示：ρmc為泥餅密度ρb為地層密度K為與泥餅厚度，源距等有關的參數(shù)3.雙源距井眼補償密度測井原理以上講到當泥餅不存在時：(ρa)l=

(ρa)s,ρ=0，所以ρb=(ρa)l當泥餅存在時：(ρa)l

(ρa)s

ρ0所以ρb=(ρa)l+ρ所以有：解方程得到:短源距長源距四、巖性密度測井光電吸收系數(shù)為：

K為與入射伽馬量子有關的系數(shù)，K近似與Er的三次方成反比；Z為原子序數(shù)。為了突出光電效應，定義光電吸收指數(shù)：同時定義體光電吸收指數(shù)：對于多礦物來說：巖性密度測井同時測量光電吸收指數(shù)、體光電吸收指數(shù)和體積密度巖性密度測井-----康普頓效應+光電效應對泥質(zhì)砂巖來說有：五、密度測井的應用1、確定孔隙度對于純地層來說：Vsh=03、識別煤層煤的J值大，GR小第三節(jié)中子測井一、中子與物質(zhì)的作用（中子測井理論基礎）

中子分類：

快中子能量>0.1Mev(105ev)速度快中能中子能量105ev－102ev速度中等慢中子能量<100ev速度慢超熱中子0.1ev－100ev熱中子0.025ev1.非彈性散射高能快中子與原子核碰撞屬非彈性碰撞(或稱為非彈性散射)。非彈性散射截面：快中子與原子核發(fā)生非彈性碰撞的幾率(稱為非彈性散射截面)；1)的大小取決于a中子能量b原子核的種類；2)的不同會使散射射線的強度不同。2、彈性散射中等能量快中子與原子核碰撞屬彈性碰撞(或稱為彈性散射)

注意：1)彈性散射截面微觀散射截面：一個中子與原子核發(fā)生彈性碰撞的幾率稱為微觀散射截面，用s表示；宏觀散射截面：單位體積中全部的原子核微觀散射截面之和稱為宏觀散射截面，用s表示s＝Ns為單位體積中的原子核數(shù)其中H的散射截面最大與原子核發(fā)生彈性碰撞原子核獲得能量，此部分能量只能使原子核作熱運動碰撞幾次后，中子能量損失最后變?yōu)槁凶影ǔ瑹嶂凶雍蜔嶂凶?、彈性散射2)碰撞前后的能量變化A能量損失與Φ角的關系＝00時；E2＝E1；能量無損失＝1800時； ；中子能量損失最大B能量損失與原子核質(zhì)量的關系當A＝1時，即M=m，Φ=1800時，E2＝0，這說明經(jīng)彈性碰撞后，中子的能量全部損失。這種情況僅在原子核為H(氫)時，因為m中子＝M氫。由此可見：氫原子對中子的減速能力最大,即是一種減速劑。E1=中子碰撞前的能量E2=中子碰撞后的能量3、熱中子俘獲1）概述

2）注意(1)俘獲截面微觀俘獲截面：一個原子核俘獲熱中子的幾率稱為微觀俘獲截面用a表示。宏觀俘獲截面：單位體積中微俘獲截面之和稱為宏觀俘獲截面用a表示。

a＝Na為單位體積中的原子核數(shù)(2)熱中子壽命從熱中子產(chǎn)生到熱中子被俘獲所需要的時間稱為熱中子壽命t熱中子速度V＝2.2×105cm綜上所述（中子作用）:原子核獲得能量,放出非彈性散射射線高能快中子快中子超熱中子熱中子熱中子俘獲

減速過程擴散過程(被俘獲)放出俘獲射線

減速長度Lf擴散長度Lt與H有關與Cl有關(35Cl是影響熱中子擴散的主要核素)注1：ξ=lnE1-lnE2=ln(E1/E2)中子碰撞一次能量的自然對數(shù)減少的平均值二次射線——也稱俘獲射線吸收截面——也稱俘獲截面注2：中子活化：一個穩(wěn)定的原子核，在中子的作用下變成新的放射性原子核的過程。中子源—將中子從原子核中釋放出來的裝置同位素中子源（連續(xù)中子源）加速器中子源（脈沖中子源）二、中子－測井2、引入含氫指數(shù)Hf1、中子-測井與-測井比較方法-測井中子-測井測量散射射線強度俘獲射線強度單位脈沖/分脈沖/分源距L=50－60cmL=50－60cm記錄點SR中點SR中點與巖性的關系J與密度成正比Jn與氫量成反比Jn與Cl成正比分層點1/3幅值點1/2幅值點

為密度，X為氫原子個數(shù)，M為總原子量。二、中子－測井例如：水的含氫指數(shù)H2O＝1M＝2×1＋1×16＝18H＝2二個氫原子一個氧原子所以Hf(氣)=2.25*氣=0.18Hf(油)=1.28*油=1.09Hf(煤)=(0.38(無煙煤)，0.52(褐煤)，0.60(煙煤))

三、中子－中子測井1、中子－熱中子測井測量1)Jnn即為中子－熱中子計數(shù)率采用大源距L＝50－60cmJnn與含H量成反比，與含Cl量成反比(原因是Cl的俘獲截面大，俘獲

的熱中子多，使留下來的熱中子數(shù)減小)實際：補償中子測井CNL測量孔隙度稱為視石灰?guī)r孔隙度。視石灰?guī)r孔隙度：CNL儀通常在已知孔隙度的純石灰?guī)r上進行刻度，此種刻度儀器如果在純石灰?guī)r中進行測量便是真孔隙度，但在非石灰?guī)r上進行測量，測到的孔隙度與地層的真孔隙度不同，稱為視石灰?guī)r孔隙度。2)補償中子測井CNL→中子孔隙度（單位%）R2R1S長源距探測器lgNl=-a1+b+c短源距探測器lgNs=-a2+b+cNl，Ns分別為長短源距計數(shù)率a1,a2分別為為長短源距等有關參數(shù)b為儀器常數(shù)c為Cl對測量結果的影響以上二式相減得：消除Cl的影響

巖石孔隙度2、中子－超熱中子測井測量1)Jnn中子－超熱中子，即為中子－超熱中子計數(shù)率。采用大源距L＝50－60cmJnn與含H量成反比，與含Cl量無關(原因是Cl俘獲熱中子，不能俘獲比熱中子能量大的超熱中子)2)貼壁中子SNP→

中子孔隙度(視石灰?guī)r孔隙度)單位%。為了減小井孔的影響采用貼壁方式，SNP與巖石的孔隙度成正比。四、中子測井的應用1、確定巖石的孔隙度CNL對于純地層來說：

對泥質(zhì)砂巖來說有：注1：流體（水）的中子響應為100%當Vsh=0時可以退化到純地層的計算公式注2：當?shù)貙雍瑲?，求孔隙度時，需作校正。所以有:3.識別氣層

氣層上聲波時差大、或周波跳躍偏大氣層上密度測井值偏小偏大CNL氣層上CNL偏小（Jnr大）偏小

1、C/O比測井原理第四節(jié)脈沖中子測井(介紹）一、碳氧比（C/O）能譜測井

碳氧比（C/O）能譜測井是一種脈沖中子測井方法，是目前唯一受地層水礦化度影響小、可在套管井中測定含油飽和度的測井方法。C/O能譜測井利用14百萬電子伏特（MeV）的脈沖快中子轟擊地層中各元素的原子核，發(fā)生非彈性散射，使其處于激發(fā)態(tài)后散放出伽馬射線（射線），對這些射線進行時間和能譜分析，可以得到地層中碳（C）、氧（O）、硅（Si）、鈣（Ca）等元素的含量，從而計算出產(chǎn)層的含油飽和度、監(jiān)視油田開發(fā)過程中產(chǎn)層含油飽和度的變化情況。處于激發(fā)態(tài)的地層各種元素的原子核將同樣釋放出具有不同核輻射特征能量的非彈性散射射線。例如碳（C12）的非彈性散射射線的特征能量為4.43MeV氧（16O）為6.13MeV硅（28Si）為1.78MeV鈣（40Ca）為3.75MeV等非彈性散射：快中子與元素的原子核碰撞，中子被核吸收形成復合核，中子以較低能量散射出來，核處于激發(fā)態(tài)，放出伽馬射線又回到基態(tài)。

由于各種核反應所誘發(fā)的分布在不同的時間里，中子源又是可控的脈沖式的單色源，所以只要適當?shù)夭捎门c中子脈沖同步的測量技術，就可以有效地把非彈性散射射線與其它反應所產(chǎn)生的射線區(qū)分開來。

在實際測井中是采用碳的三個峰（即4.43、3.92、3.41MeV）和氧的三個峰（即6.13、5.62、5.11MeV）范圍內(nèi)即C窗與O窗所包含的γ射線總計數(shù)之比來評價產(chǎn)層的油水含量和有關地質(zhì)參數(shù)（圖），這就是為什么稱之“C/O能譜”測井的理由所在。由于采用比值法，也減少了非彈性散射之外的射線的影響，同時克服了可控脈沖中子源產(chǎn)額不穩(wěn)對測井所帶來的影響；提高了區(qū)分產(chǎn)層油水關系的靈敏度。在油桶、水桶模型中所測得的C和O非彈性散射伽馬能譜2、實際測量的參數(shù)

隨著微處理機的發(fā)展，在C/O能譜測井儀器中已將多道脈沖幅度分析器置于井下儀器中，在井下對脈沖信號進行數(shù)字化處理，使數(shù)字信號通過電纜運輸?shù)降孛鎯x器，克服了因用電纜傳輸脈沖信號造成脈沖失真與丟失，提高了計數(shù)率和信噪比，從而提高了能譜測井的質(zhì)量。我國引進西方阿特拉斯公司的C/O能譜測井儀已作了上述的改進。斯侖貝謝公司使用次生伽馬能譜測井儀（GST）不僅具有高計數(shù)率傳輸；還可進行