Интерпретация результатов

Качественная интерпретация диаграмм ГК заключается в литологическом расчленении разреза, которое основано на различии горных пород по их радиоактивности. В общем случае однозначное определение пород по одним лишь диаграммам ГК невозможно и решать эту задачу следует при комплексном использовании диаграмм всех видов каротажа (КС, ПС, АК и др.).

При количественной интерпретации диаграмм ГК получают исходные данные (мощность рудных интервалов и содержание радионуклида) для подсчета запасов радиоактивных руд. Количественная интерпретация диаграмм ГК основывается на зависимости площади аномалии S от мощности радиоактивного интервала h и содержания в нем радиоактивного элемента q, выражаемой уравнением:

S = K₀∙q∙h,                                                   (3)

 

где: Ко – коэффициент пропорциональности, определяющий интенсивность γ – излучения пласта. (Величина Ко зависит от типа и размеров детектора, а также от плотности и z_эф руды. Поскольку учесть все эти факторы аналитически весьма сложно, то величину Ко определяют экспериментально по измерениям на моделях пластов с известным содержанием радионуклида. Например, для урановых руд гидрогенного типа и счетчика МС–13 К₀ = 115 мкР/час на 0,01% U). Значение площади S в см*мкР/час определяется по замкнутому контуру, ограниченному кривой ГК, осью глубин и контактами пласта.

Определение мощности. Для определения мощности рудного интервала используют способ 1/2∙I_γ^max, 4/5∙I_γ^max заданной интенсивности и др. Выбор способа зависит от мощности рудного подсечения, равномерности оруденения и некоторых других факторов.

Определение содержаний естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ) производится по формуле:

q = S/(100∙K₀∙h)∙%,                                       (4)

где h– мощность интервала, м.

Введение поправок. При определении содержаний ЕРЭ необходимо учитывать, что какая–то часть γ–излучения поглощается в буровом растворе и обсадных трубах. Поправка на поглощение в буровом растворе П_б.р и обсадных трубах П_т.р определяется по одной и той же номограмме, на которой нанесено 2 кривых: одна – для раствора (воды), другая – для железа (обсадных труб).

При определении по ГК содержания U необходимо вводить еще поправку на состояние радиоактивного равновесия между ураном и радием, поскольку сам уран γ – квантов практически не дает, а все γ –излучение идет от радия и продуктов его распада. Состояние радиоактивного равновесия определяют по содержанию в руде U и Ra, которые находят по лабораторным анализам керна.  В скважинах нефтяных и газовых месторождений по диаграммам ГК определяют глинистость коллекторов. На диаграммах ГК проводят одну линию, соответствующую глинам, другую – соответствующую чистым кварцевым пескам. Величину отклонения 1_γ от этих линий на исследуемом пласте полагают линейно связанной с глинистостью коллектора С_гл.

Гамма–гамма–каротаж.

Гамма–гамма–каротаж (ГГК) заключается в облучении горных пород  γ – квантами искусственного источника и измерении рассеянного γ –излучения. Аппаратура ГГК устроена так же, как и аппаратура ГК, но скважинный снаряд дополняется источником γ – квантов.

Расстояние между центрами детектора и источника называется длиной зонда. Чтобы прямое γ – излучение источника не попадало на детектор, между ними помещают свинцовый экран (рис. 4).

Поскольку рассеянное излучение имеет более низкую энергию, чем прямое, то для уменьшения его поглощения в буровом растворе детектор γ – квантов так же, как и источник, прижимают к стенке скважины, а для уменьшения влияния кавернозности стволов скважин и детектор, и источник обычно размещают в небольшом выносном блоке, прижимаемом к стенке скважины и способном заходить в каверны.

 

 

Рисунок 4.  Устройства скважинных приборов для гамма –гамма – каротажа.

 

Процессы взаимодействия γ – излучения с веществом.

 

Существуют 3 основных процесса, которые носят названия фотопоглощения, комптоновского рассеяния и образования пар.

Фотопоглощение (или фотоэффект) заключается в поглощении γ – кванта атомом вещества, при этом его энергия уходит на отрыв электрона от атома и сообщение последнему импульса энергии (рис. 5, а).

Рисунок 5.  Виды взаимодействия гамма – квантов с веществом, где: а – фотоэффект; б – комптоновское рассеяние; в – образование пар; в – ядерный фотоэффект.

 

Атом остается возбужденным и переходит в нормальное состояние, испуская фотон рентгеновского излучения. (Фотоэффект наблюдается при самых малых энергиях γ – квантов). Вероятность поглощения τ_ф, при фотоэффекте зависит от энергии γ – кванта Е_γ и химического состава вещества.

Комптоновское рассеяние – это рассеяние γ – квантов на электронах вещества, в результате которого γ – квант теряет часть своей энергии и меняет направление движения (рис.3.28,б). Наблюдается Комптон – эффект при более высоких энергиях, условно можно считать Е_γ > 0,5 МэВ.

Вероятность комптон–эффекта τ_γ зависит от сечения комптоновского рассеяния σ_к, которое, в свою очередь, является функцией энергии и атомного номера элемента, и от числа электронов в единице объема вещества п_e.

Образование пар происходит при взаимодействии γ – кванта с полем ядра атома, γ – квант прекращает свое существование, а вместо него образуется пара: электрон и позитрон (рис. 4,в).Вероятность этого процесса невелика поскольку ядро занимает лишь небольшую часть объема всего атома и энергия γ – кванта должна быть достаточной для этой реакции (E_γ > 1,02 МэВ). Процесс образования пар в геофизических методах исследования скважин пока не используют.

Ядерный фотоэффект заключается в поглощении γ – кванта ядром атома, после чего ядро становится возбужденным и переходит в нормальное состояние через испускание нейтрона (рис.4, г).

Нейтрон имеет тепловую энергию. Эта реакция пороговая – энергия γ – кванта должна быть больше энергии связи нейтрона в ядре, а она зависит от массы последнего.

Все рассмотренные процессы в горных породах при облучении их

γ – квантами искусственного источника происходят не по отдельности, а совместно. Быстрые γ – кванты исчезают в результате образования пар и замедляются в результате комптоновского рассеяния, рассеянные поглощаются в результате фотоэффекта. Преобладание того или иного процесса зависит от энергии γ – квантов и свойств горной породы – ее плотности и эффективного номера (рис. 6).