第七章自然伽马测井

3、稳定核素和放射性核素 放射性核素： 原子核能自发的发生衰变，
由一种核素变为另一种核素
放射性核素衰变时能发射， 和 射线 r射线:波长小于0.2纳米的电磁波, 具有极强的穿 透能力。 稳定核素：原子核不能自发的变为另一种核
核衰变： ， 和 放射性核素的原子核自发地由一种核素变 成另一种核素的过程
1、放射系：连续衰变时放射性核素所构成的 系列 1) 钍系：钍系是从232Th开始的，到208Pb结束， 它的半衰期为1.41×1010年 ２)铀系：238U开始，到206Pb结束， 238U的半 衰期４.4７×10９年 2、放射系长期平衡： 子核与母核的核数比为常数
子核放射性活度恒等于母核放射性活度
3、铀系、钍系、钾的伽马射线初始谱
初始谱：根据放射系中核素的原子核初始衰变产 生的伽马光子的能量和相对强度画出的能谱图 相对强度：衰变100个核产生的伽马光子数
钍系中最重要的
γ辐射体是208Tl
自然伽马能谱测井 中，选择208Tl发射 的2.62Mev 的伽马 射线来识别钍
214B 铀系中最重要的γ 辐射体是 i 40K产生的伽马射线是单能的，为1.46Mev 自然伽马能谱测井中选择214Bi发射的1.76Mev 的 伽马射线来识别铀
核测井的优点
1、对测量条件有广泛的适应性，能在各种泥 浆的裸眼井、套管井中进行测量，服务期包括 勘探、开发的全过程。 2、能提供大量的物理参数，且大部分参数不 可能用其它方法获得，即具有不可替代性。
核安全:
1986年4月26日,切尔诺贝利核 电站反应堆发生爆炸 2011年3月11日，日本大地震 引发的核电站核泄露事故
3、1945年, purcell发现了 核磁共振现象，1949年出 现核磁测井技术，1988年 研制出第一台核磁测井样 机，1990—1995年核磁测 井得到市场的普遍确认， 区分油气水、可动与束缚 流体，求渗透率及研究孔 珀赛尔 (E.dward Purcell) 吼分布 1952年诺贝尔物理学奖
几种矿物的钍含量和钍铀比
矿物
石英 长石 黑云母 橄榄石 独居石 揭帘石 锆石 榍石 磷灰石 绿帘石
钍含量/g·t-1 0.5~10 0.5~10 0.5~50 0.02 12500~49700
9100 560 510 50~250 50~250
质量数:A
A=Z+N
2、核素和同位素
同位素：是具有相同原子序数的同一化学元素 的两种或多种原子之一, 它们在元素周期表中占 同一位置。
核素：原子核中具有一定数目的质子和中子， 并处在同一能态上的同类原子（或原子核）,同一 核素的原子核中，质子数和中子数都分别相等。
核素表示:
Z
A X
A 同位素表示： X
5、放射性活度（强弱的度量单位）
放射性活度：一定量的放射性核素在单位时 间内发生衰变的核数。
活度单位:“贝可勒尔”，简称“贝可”，符号 为Bq。1Bq=1次核衰变/s 单位质量的活度叫比活度，单位为Bq/kg 吸收剂量:每1千克受照物质吸收1焦耳核辐射 能时，其核辐射剂量称为1戈瑞 西弗:用于衡量辐射对生物组织的伤害, 定义为 1西弗=1焦耳（辐射能量）/公斤
核测井发展的三个时期
1、1896年，Becquerel 发现了自然放射性，随 后研究人员发展了伽马 射线探测技术和探测仪 器，到1935—1939年自 然伽马测井得到市场的 确认，成为当时唯一的 核测井方法，用于划分 1903年诺贝尔物理学奖 岩性、确定泥质含量 -因发现自然发放射性
2、1932年， Chadwick发现中子， 随后科学界研究了中 子与物质的相互作用 和中子的探测技术， 1941年以后中子测井 成为代表核测井技术 的测井方法，确定岩 性、孔隙度、套管井 1935年诺贝尔物理学奖 -因发现中子 饱和度
测量方法：用伽马射线探测器测量地层中总
的自然伽马射线强度（自然伽马测井）
测量方法：对伽马射线进行能谱分析,分别测
量岩石的铀、钍、钾含量（自然伽马能谱测井）
主要用途：划分岩性及渗透层，求泥质含量，
地层对比，沉积环境研究，烃源岩研究
§1 伽马测井基础
一Fra Baidu bibliotek放射性核素和核衰变
1、原子和原子核
元素符号:X 质子数:Z 中子数:N
40 19
K ek
40 18 r

40 m 18 r
A
（11%）
40 m 18
Ar A
40 20
1.46Mev （89%)
40 19
k Ca e
4、核衰变定律
N N 0e
t
式中 ： N0 ——t=0 时的原子核数 N ——时刻 t 的原子核数 ——衰变常数 （表示单位时间内每个原子核发生衰变的几率） 半衰期T1/2：放射性核素因衰变而减少到原来 一半所需的时间
二、岩石中的放射性核素及能谱 截至2007年, 总共有118种元素被发现,94种存 在于地球上 ,已发现的天然核素约有330多种， 其中273种为稳定核素，60余种为放射性核素 质量数小于209(质子数大于82)的大多数是稳 定核素，只有少数是放射性核素，如K40、Co60 、Cs137 、I131 而质量数大于209(质子数大于82)的全部是放 射性核素
第七章
自然伽马测井（GR)
（ natural gamma_ray log ）
自然伽马能谱测井(NGS) (natural gamma_ray spectral log )
自然伽马和自然伽马能谱测井
地质及核物理基础：岩石中含天然放射性核
素，主要有铀系，钍系和钾，自然衰变时产生 不同能量的伽马射线
三、岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系 1、与三大类岩石的关系 岩浆岩及变质岩：放射性高于沉积岩，它含有 较多的放射性矿物 （锆石，独居石，揭帘石，角闪石及辉石等） 沉积岩：一般放射性低于岩浆岩和变质岩。通 常不含放射性矿物，其自然放射性主要是岩石 吸附放射性物质引起的，吸附能力有限
几种造岩矿物和副矿物的铀含量范围 矿物 石英、长石 黑云母、角闪石、磁铁 矿 磷灰石、榍石 揭帘石、独居石、锆石 铀含量的范围/g·t-1 1~2 3~10 n×10 n×100~1000