放射性测井
出处：按学科分类—天文学、地球科学 地质出版社《地质灾害勘查地球物理技术手册》第193页（5537字）
放射性测井是在钻孔中测量地层核物理性质的一组测井方法。通常按照放射性源分为下列几类方法：自然伽马测井、伽马－伽马测井、中子测井、岩性密度测井等。
14．3．1 基本原理
14．3．1．1 自然伽马测井
由于地层的成分、结构不同，因而含有不同数量、不同种类的天然放射性元素，这些元素的原子核衰变时，要放出不同强度、不同能量的伽马射线。自然伽马测井是通过测量钻井穿过地层自发放出伽马射线的强度而进行岩性划分、泥质含量和地层孔隙度确定的一种方法。
14．3．1．2 伽马－伽马测井
伽马－伽马测井是通过测量地层对伽马源放出的伽马射线的散射而进行岩性划分、泥质含量和地层孔隙度确定的一种方法。
14．3．1．3 中子测井
中子测井是通过对地层中子性质的测量，研究钻井剖面中各区段性质及孔隙度等的一种方法。
14．3．2 观测方法
14．3．2．1 自然伽马测井(Gamma-Ray Logging)
自然伽马测井的测量原理见图14－5。井下仪器包括伽马射线探测器、放大器及高压电源三部分。伽马射线探测器将接收到的伽马射线转变成电脉冲，经电缆传送到地面仪器，在地面仪器中经过电脉冲的放大、鉴别、整形后，经计数率测量电路将电脉冲转换为与脉冲计数率成正比的直流电压，记录直流电压差得到伽马测井曲线。根据伽马测井曲线可定性用于划分地层界面和判别岩性，进行地层对比；在定量解释方面可确定泥质含量及渗透性等。
图14－5 自然伽马测井测量原理
14．3．2．2 伽马－伽马测井
伽马－伽马测井又称为密度测井，其测量原理见图14－6。
图14－6 伽马－伽马测井的测量原理
伽马－伽马测井仪分为地面和井下两部分。井下仪主要由伽马源、伽马射线探测器及电子线路组成；地面仪器类似于自然伽马测井仪的地面仪器。在测量过程中，伽马源与探测器保持一定距离一起放入井中，伽马源连续地向地层发射出伽马射线，而探测器接收经过与地层物质相互作用后达到探测器的散射伽马射线，将接收后的伽马射线经过类似自然伽马射线的方法进行转换处理，形成伽马－伽马测井曲线。该方法除用于划分钻孔地层界面、判断岩性以外，主要用于确定地层孔隙度。
组成造岩矿物的元素大多数是原子序数较小的轻元素，他们与中等能量的伽马射线相互作用，发生康普顿散射。散射率取决于物质中的电子密度，而电子密度又与岩石密度成正比。在用长源距(c＞10cm)伽马源照射井壁时，被照射岩石的密度愈大，康普顿散射的几率也愈大，表明原子壳层吸收伽马射线多，因而散射的伽马射线弱；反之，岩石密度愈小，散射的伽马射线愈强。因此，在分析伽马－伽马测井曲线时，对应于低值部分的是密度大的岩层，而对应于高值部分的是密度小的岩层。
14．3．2．3 中子测井
中子测井是以中子与物质作用为物理基础的一种测井方法，根据探测器所记录的物理量不同，可分为中子－伽马测井和中子－中子测井两种方法。
(1)伽马－中子测井(Gamina－ray neutran logging)
伽马－中子测井是一种应用较普遍的中子测井法。其特点是：测量伽马－中子射线强度，以计数率脉冲／分钟为计量单位；当地层不含强吸收元素时，伽马－中子射线与含氢量有关，在使用长源距测量时，随含氢量增加，伽马－中子射线强度减少；当地层含吸收元素时，伽马－中子射线强度有显着增加。该方法使用的仪器与自然伽马测井仪基本相同，但伽马－中子测井仪的井下仪有人工中子源。
(2)中子－中子测井(Neutron-Brons logging)
中子－中子测井测量地层中热中子密度，这种方法使用的测井仪与自然伽马测井的电路基本一样，除了有中子源外，还要使用热中子探测器。当地层不含强吸收元素时，测量结果中子－中子射线强度反映了含氢量。
进行中子测井时，把装有中子源和探测器的下井仪器由电缆放入井中。将中子源发出的高能中子射入井内和岩层中，高能中子与物质的原子核可能发生非弹性散射、弹性散射，能量逐渐损失、减速的热中子极易被原子俘获引起核反应。因此，探测器的记录与地层的减速性质和吸收性质有关。因为氢是最特殊的减速物质，所以中子测井结果将反映地层的含氢量。在含水的地层中，孔隙被水充满，故中子测井可能反映岩层孔隙度的大小。
14．3．2．4 岩性密度测井
岩性密度测井是与密度测井配套使用的一种测井方法。该系统测量克服了密度测井中仅测量低能伽马射线(即光电效应)或中能伽马－伽马射线(康普顿效应)中的一种而带来划分岩性不准的弊病，而是将二者结合起来进行测量的一种方法，可较准确地进行地层岩性的划分。
根据伽马射线的吸收与伽马射线能量的关系，在中能的条件下，康普顿散射的吸收系数要大得多，而光电效应的吸收系数却很小。但在低能的条件下，光电吸收系数变得比康普顿散射系数大，这就是说，在低能阶段，伽马射线受光电效应的影响比康普顿效应的影响要大。因此，该系统在充分考虑上述特点后，开展了具有进行密度测量的高能窗以及进行低能测量的低能窗。将二者一起应用有助于区分岩石类别。
14．3．3 技术要求
14．3．3．1 放射性测井的一般技术要求
(1)对所采用的仪器进行检查、校验和标定工作，确保仪器性能良好。
(2)深度比例选择为1∶50，便于对厚度较小的目的层进行定性和定量解释。
(3)横向比例采用整数比例尺，且全区一致，尽量使全部或部分地层反映清楚，超格曲线应补测。
(4)测井速度应根据仪器延时参数及测量精度要求而定，一般提升速度限值为1000m／h。
(5)电缆的标记：①电缆上必须标记准确、明显、牢固的深度记号，记号的标准间距规定为10m，特别是零记号上方处应有特殊警告记号；②在钻孔中提升标记电缆时要挂上相当于井下仪器重量的挂锤。
14．3．3．2 自然伽马测井
(1)第四纪地层自然放射性强度弱，故应选用灵敏度高且性能稳定的放射性测井仪。测量时要选择合适的横向比例、时间常数和测速。
(2)在作定量解释时，应在井场应用标准源或刻度器进行横向比例标定。
(3)统计涨落相对或然率误差不超过5%，每次测量前应在页岩(泥岩)层上记录统计起伏，记录的时间应大于记录曲线所选用的时间常数的10倍。
(4)反映岩性的最大相对幅度最好为满测程的4／5左右。
14．3．3．3 伽马－伽马测井
(1)测量时应根据计数率的多少选择仪器的测程，所记录的伽马强度应在仪器的线性范围内。
(2)有密度刻度器的应在井场标定曲线的横向比例，以g／cm3／cm标注，无刻度器的则以脉冲／min／cm标注。
(3)使用的源强应能压制天然伽马的干扰，主要目的层的伽马强度应大于孔内天然伽马曲线平均幅值20倍以上。
(4)源距一般采用0．3～0．5m。
14．3．3．4 中子测井
(1)测量时应根据计数率的多少，选择仪器的测程，所记录的中子射线强度应在仪器的线性范围内。
(2)进行中子测井前后，都要利用刻度块进行刻度，横向比例为刻度单位／cm。
(3)伽马－中子测井源距一般大于0．5m；中子－中子测井源距一般采用0．45～0．60m。
14．3．3．5 岩性密度测井
其技术要求基本上与伽马－伽马测井一致。
14．3．4 成果的表达形式
放射性测井的成果表达形式为地层的放射性强度随深度变化的坐标曲线。横坐标代表放射性强度的大小，应根据不同的测井方法采用相应的单位进行标注；纵坐标代表深度，一般以m为单位进行标注。在测井曲线的顶部应表明有关的参数，内容除曲线、岩性柱状图外，应绘出泥质含量、密度随深度变化的曲线。曲线下面标出图例及责任栏。
14．3．5 资料解释原则
14．3．5．1 自然伽马测井
(1)当地层厚度大于三倍井径时，地层中点的自然伽马强度值达到极大值，即等于无限厚地层的自然伽马强度，此时地层的界面位于曲线的半幅值点。
(2)当地层厚度小于三倍井径时，地层中点的自然伽马强度值随地层厚度的增加而增加，用半幅值点确定的地层厚度大于地层的真正厚度，称为视厚度，要得到地层的真厚度必须进行校正。
(3)自然伽马的探测半径一般取作十几到几十厘米。
14．3．5．2 伽马－伽马测井
(1)当上下围岩的密度相等时，伽马－伽马曲线与目的层中点为对称。
(2)不能以曲线的半幅值点分层，当目的层密度比围岩低时，可用1／3幅值点分层。
14．3．5．3 中子测井
(1)中子测井在划分钻孔地层界面、判断岩性时，与自然伽马测井相结合效果较好，因为各类岩石结构不同，含氢量也有不同的变化。
(2)中子测井曲线与自然伽马曲线相似，它的探测深度近似等于源距，才能用半幅值点分层。
(3)中子测井主要用于确定地层孔隙度。
14．3．6 仪器设备
放射性测井仪器设备见表14－1。
【参考文献】：
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