自然伽马测井1-2

单位ev, 或Mev
三、岩石的放射性
1、 岩石放射性来源
岩石中能够放射出足够强的γ射线。 为现代测井技术所探测的放射性核素，只有:
238
232
U
Th
40
K
40
K 衰变后变成稳定的 Ar ，放出单一能量(1.46MeV)的伽
U和
232
40
马射线，
238
Th 分别经过复杂的衰变过程变成稳定的铅，因此
伽马射线能谱较复杂，
根据这点粗略估计地球年龄大约在五十亿年以上。
一、天然放射性
3、天然放射性
有一些半衰期短的放射性核素存在于地球表面或大气中， 例如：
2 1
H
半衰期为12.4a ---考古用
14 6
C 半衰期为5400a
这两个核素是由宇宙线产生的，都是放射β射线。
二、放射性的单位
1、放射性活度
国际单位制中，放射性活度单位为“贝可勒尔” (Becquerel)。符号为Bq，中文“贝可”。 1“贝可”等于每秒一次核衰变，即
变质岩的放射性 变质岩类岩石的放射性核素含量，与变质前岩石的放射性
核素含量，以及以后的变质过程有关，而且依据具体的地
质条件不同而不同。
第二节 自然伽马测井的测量原理 GR 测井
• 测量原理 • 射线探测器 • 自然伽马测井仪的刻度
定义与分类
定义：沿井身测量地层的自然放射性，并进一步研究 地层性质的方法，叫自然伽马测井。 测量自然伽马射线的方法有两种； 自然伽马测井(GR) ： 记录每一深度点上接收的自然 伽马射线总强度（射线的数量）。 自然伽马能谱测井(NGS): 记录每一深度点上不同能 量段的射线强度，从而获得该深度点的能谱,进而推测 U、TH、K放射性物质的含量。
（Sv，人体受放射线中照射， 1 J/Kg=1西弗） 放射性剂量的标准单位叫做西弗， 定义:是每千克人体组织吸收1焦耳能量为1西弗
二、放射性的单位
3、 照射量:
单位质量的物体(空气)在受X射线或γ射线辐射后 产生电离的电量。 照射量的国际单位:库仑／千克，即C／kg。 过去采用的照射量单位为伦琴(R)：
：
指放射性原子核平均生存的时间
一、天然放射性
2、放射性规律
• 原子核数衰减一半所需的时间，叫做半衰期T。 • 把N=N0/2，t=T代入
N N0e
• 则得
t
T
ln 2


0.693

一、天然放射性
2、放射性规律
平均寿命
假定在开始时有N0个衰变系数为λ的原子核， dN N dt 从t到t+Δt时间内衰变了λNΔt个，这个数目等于“活”t 秒的原子核数，全部原子核(N0)总寿命: t Ndt
放射性核素含量：岩浆岩>沉积岩 钍铀比: 岩浆岩>沉积岩
变质岩？
三、岩石的放射性
3、岩石放射性矿物含量规律
岩浆岩的放射性
放射性核素含量：酸性>中性>基性岩浆岩 钍铀比： 酸性>中性>基性岩浆岩
且含量随岩石酸性减弱而有规律地降低。
三、岩石的放射性
3、岩石放射性矿物含量规律
沉积岩的放射性 沉积岩中放射性核素含量与沉积物来源、沉积条件和后 生作用等密切相关。 粘土岩类，放射性核素含量较高，这是由于粘土矿物具 有较强的吸附能力造成的，其中特别是蒙托石和伊利石由于 比面很大，对岩石的放射性贡献最大。 砂岩中放射性核素含量变化较大，它与砂岩成分和粘土 含量有关。
二、放射性的单位
2、吸收剂量
射线对物质的作用多种多样，对物质造成的影响也
是多方面的，但是许多方面的影响都直接和射线对物质
的电离作用有关，而这种电离作用又与物质从射线中吸 收的能量有关，因此可以用物质从射线吸收的能量来反 映射线对物质在这方面的作用。
在考虑射线对物质的作用时，应考虑到质量不同将受到
不同的影响，所以要用单位质量的物质所吸收的能量来 表示，这个量叫做吸收剂量。
示： X ，X是元素符号。
16 如， 8 O是氧元素的一种核素。
A Z
质子数相同，中子数不同的核素称为同位素 。
氢的三种同位素： 1H 1
2 1
H
3 1
H
一、天然放射性
1、核素与放射线分类 核素：稳Fra Baidu bibliotek核素的和不稳定核素的两种。 不稳定核素能自发地放射某种射线的现象称为放射性 不稳定核素也叫做放射性核素。 原子核由于放射出射线而发生转变，称为原子核衰变。 放射性核素放射出的射线主要有三种：
237 93
一、天然放射性
3、天然放射性
原子核衰变后又形成新放射性原子核，放射性系列
铀系: U 经α衰变(半衰期4.5×109a)形成放射性 234 Th 的 ，然后 90Th又经β衰变(半衰期24.1d）形成 Pa ， 而 Pa 也是放射性的，最后形成稳定铅同位素为止。
238 92
234 90
234 91
三、岩石的放射性
2、岩石γ射线能谱
钍系中突出γ射线 (2.62MeV)铊放出
铀系中突出γ射线 (1.76MeV)为铋放出
三、岩石的放射性
2、岩石放射性矿物
地壳中 钾 钍 铀 相对丰度： 2.35％ 12×10-6 3×10-6 单位重量相对γ射线活度 1 1300 3600 钾： 地壳中常见元素，构成地壳的前十种主要元素之一。 沉积岩中含钾的矿物有许多种： 蒸发岩：钾盐、钾芒硝、无水钾镁矾和钾盐镁矾； 砂岩：长石是石英之外钾出现最多矿物，其中一组富钾， 粘土矿物：晶格中含钾的，如伊利石、云母、海绿石等。 铀和钍的矿物比较稀少。
第八章 自然伽马测井
• 原子核的基本知识和天然放射性 • 自然伽马测井的测量原理 • 自然伽马测井曲线特征 • 井的条件对自然伽马测井曲线的影响 • 自然伽马测井曲线的应用 • 自然伽马能谱测井
第一节 原子核基本知识和 天然放射性
• • • • 原子核的基本知识 天然放射性 放射性单位 岩石的天然放射性
放射性核素的单位时间衰变次数
放射性活度和强度有区别。仅当放射源的一次衰变只放出一
个粒子时，该放射性源的射线强度和放射性活度才相等。
一、天然放射性
2、放射性规律
半衰期和平均寿命 描述放射性衰变的几率的物理量: 1、衰变常数λ：放射性衰变快慢程度 2、半衰期T: 原子核数衰减一半所需的时间 3、平均寿命
1R 2.578 10 C / kg
4
二、放射性的单位
4、 射线强度:
在过去也用克镭当量来衡量γ放射性强弱。
凡放出γ射线的物质和1克镭在同样条件下所引起的
电离作用相等时，则这一物质的放射量为1克镭当量。 测定岩石放射性强度时，单位为：克镭当量每克
二、放射性的单位
4、 射线强度:
测井上：过去为ＣＰＳ，ＣＰＭ
原子核的基本知识
原子＝原子核＋电子。 原子核＝质子＋中子。 质子带有正电，电荷和一个电子相等。 原子核中的质子数等于外围的电子数，呈中性，
这个数值叫做元素的原子序数，质子数通常用符号Z
表示。原子核中质子与中子的总数叫做该元素的质
量数，用符号A表示，原子核里中子的数目为：
N=A-Z。
原子核的基本知识
一、天然放射性
60
Co 衰变
60
Co 经β衰变变成 60 Ni 的过程，99％以上是变成激发态 的 60 Ni，能级为 2.505MeV，放出1.172Mev的γ射线， 变到能级为1.333MeV，放出1.333Mev的γ射线，回到基 态。
β衰变
60
Co
e
60
Ni
2.505MeV 1.333MeV 0MeV Eγ =1.172MeV Eγ =1.333MeV
三、岩石的放射性
2、岩石放射性矿物
由于铀的化合物易溶于水，可以被搬运和吸附在有机质上， 因而在泥岩中富集。 钍不溶于水，所以常常和重矿物独居石或锆石等汇集在一 起，这些矿物也称为残余物。 不同地区、不同时代、不同岩性和不同成分的岩石， 其平均放射性核素含量往往有很大差别。
三、岩石的放射性
3、岩石放射性矿物含量规律
自然伽马测井测量原理
一、射线探测器
射线探测器利用放射性射线通过物质时，对物质有 电离或激发等作用，间接地测出射线的强度和能量。 按照射线分类：探测α、β、γ的探测器 按照探测原理分类: （1）气体电离式探测器 （2）闪烁计数器 （3）半导体探测器
234 91
一、天然放射性
3、天然放射性 目前已经知道的中等质量的天然放射性元素 有 40 K 、 Rb、 In、 La 、 Sm 、 Lu 和 Re 等，近年来还在陆 续发现。其中 Sm 钐是放射α的，其他都是放射β的， 衰变过程中大多数还伴随着γ射线。
87
115
138
147
176
187
147
目前，地球上没有半衰期低于108a的天然放射性 核素，但是地球存在的初期，半衰期更短的放射性核 素肯定是有过的，只是都已经衰变完了。
α、β、γ
一、天然放射性
1、核素与放射线分类
α射线带正电， α粒子就是氦原子核， β射线带负电， β粒子就是电子， γ射线不带电，γ射线为波长极短的电磁波。
一、天然放射性
天然放射性-γ射线是伴生的
放射性核素经α和β衰变后的剩余核，叫做子核， 往往处于激发状态。 激发态的原子核向基态跃迁过程中将放出γ射线。 γ射线是伴生的 由于核处于不同的激发能级，放射出的γ射线往往也 具有几种不同的能量。
第八章 自然伽马测井
Gamma Ray Log ---GR
吉林大学 潘保芝
定义与应用
定义:以测量钻孔中岩层或矿体天然放射性为基础， 进而研究岩层性质和有关地质问题的一种测井方法。 或称自然放射性测井. 在石油勘探中应用： (1)按天然放射性强弱，判别岩性和划分地质剖面。 (2)估计岩石中泥质含量，从而判断岩层储集性能。 (3)在一个含油气区或单独构造上，多井剖面对比。
质子与中子的质量几乎相等，接近于一个原 子质量单位(碳单位）。 因为原子的质量绝大部分集中在原子核上，
所以质量数A基本上代表了这个元素的质量。
原子核的基本知识-核素
具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核，称 为一种核素，或把具有相同原子序数 Z和质量数A的
一类原子核，称为一种核素。
核素是用它所属的化学元素的符号按下列方式表
二、放射性的单位
2、吸收剂量
在国际单位制中，吸收剂量的单位叫做戈瑞(Gray)。 1戈瑞（Gy）： 1kg物质吸收1焦耳辐射能量时的吸收剂量
1Gy 1J / kg
因为直接测定在放射线照射下物质吸收的能量比较困 难，而用电离室测定电离电量较方便，所以常常测定照射 量或称照射剂量，而很少直接测吸收剂量。
一、天然放射性
2、放射性规律
放射性核素的衰变遵从统计规律，在某一时间的衰变 率和当时存在的可以衰变的原子核数N成正比： dN N dt 比例系数λ称为衰变系数。负号是表示原子核数随时间而减少。 如果开始时的原子核数是No，把上式积分则得：
N N0e
t
放射性核素的数目具有指数衰减规律。
美国的测井公司和石油公司采用API单位表示物质的总γ 射线强度。
在休斯敦美国石油研究所的γ射线刻度井中，低放射性层 (奥斯町灰岩)和高放射性层（白垩）的放射性差值，被定 义为200API单位。
API 已经成为国际测井行业的ＧＲ通用单位。
二、放射性的单位
5、 射线能量:
射线能量是指单个射线所携带的能量，
三、岩石的放射性
3、岩石放射性矿物含量规律
沉积岩的放射性 纯石英砂岩的放射性核素含量很低， 当砂岩中含有长石、云母和粘土矿物时，放射性将随这些矿 物的含量增多而加大。
碳酸盐岩的放射性一般较低。
岩盐、石膏、硬石膏等也都是低放射性的矿物。 钾盐是高放射性的岩石。
三、岩石的放射性
3、岩石放射性矿物含量规律
1Bq 1s
1
贝可是很小的单位，往往需要较大的单位，如兆贝可等。
二、放射性的单位
1、放射性活度
放射性活度的旧单位叫做居里(Ci)。 定义： 若放射源每秒钟产生3.7×1010次衰变，源的活度是1Ci。
1Ci 3.7 1010 Bq
活度是按核的衰变数定义的，并不表示放射性物质放出的 射线数量。
一、天然放射性
2、放射性规律
放射性活度 放射性核素的衰变率(单位时间的衰变数-dN/dt)叫放射性 活度A， 由上两式可得
dN A N0e t A0e t dt
A0=λN0是t=0时的放射性活度。 放射性活度具有同样的指数衰减规律。
一、天然放射性
2、放射性规律
射线强度： 测定放射性衰变过程中单位时间放出射线数， 放射性活度：
0
N0个原子核的平均寿命为
1 N0


0
t Ndt
1

一、天然放射性
3、天然放射性
放射性核素=天然放射性核素+人工放射性核素 天然放射性核素是自然界中天然存在的放射性核素。
天然放射性核素包括两部分：
一部分是原子序数大于81的重元素， 一部分是中等质量的元素。 最早发现的重天然放射性核素有三个系列： 铀系、钍系和锕系。 镎系：寿命最长的 Np的半衰期也只有2.2×106a，所以天然 状态下已经不存在了。