Лекция 5. Геофизические методы изучения геологического разреза скважин, основанные на измерении радиоактивных излучений

ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД. ГАММА-КАРОТАЖ (ГК). СТАЦИОНАРНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ ГАММА-КАРОТАЖ (НГК). ГАММА-ГАММА-КАРОТАЖ (ГГК).

Геофизические методы изучения геологического разреза скважин, основанные на измерении радиоактивных излучений, называются радиоактивным каротажем. Различают естественные и искусственно вызванные радиоактивные процессы. Соответственно различают различные виды каротажей: гамма-каротаж (ГК), основанный на изучении естественного гамма-излучения; нейтронный гамма-каротаж (НГК), основанный на эффекте взаимодействия с горной породой источников нейтронов; гамма-гамма-каротаж (ГГК), основанный на эффекте взаимодействия с горной породой источников гамма-излучения. Искусственно вызванные радиоактивные процессы возникают при облучении горных пород специальными источниками, помещенными в скважинном приборе. Методы, основанные на использовании радиоактивных источников, называются стационарными. К этим методам относятся все методы с аббревиатурой типа НГК, ГГК. В этом случае первая буква указывает на вид используемого источника (Н- источник нейтронов, Г- источник гамма-излучения), вторая буква – вид регистрируемого излучения (Г-гамма-излучение). Существуют импульсные модификации нейтронного каротажа, основанные на использовании в качестве источника излучения генераторы нейтронов. Для импульсных методов в название метода добавляется буква И (ИНГК). Кроме методов, основанных на регистрации интегральной интенсивности радиоактивного излучения, существуют спектральные модификации, основанные на регистрации энергетических спектров – спектрометрия естественного (СГК), нейтронного (СНГК) с использованием стационарных источников излучения и нейтронного с использованием импульсного источника (СИНГК). Соответственно для этих методов используется для обозначения буква С, добавляемая в название метода.

Особенностью РК является малая глубинность исследования (10-30см); возможность исследования скважин через обсадную колонну, зависимость показаний методов, в первую очередь, от элементного состава пород, а не от их структурных особенностей.

Гамма-каротаж

Закон радиоактивного распада, регистрация излучений. Измерение интенсивности естественного гамма-излучения пород вдоль ствола скважины называется гамма-каротажем (ГК).

Естественная радиоактивность представляет собой самопроизвольный распад неустойчивых ядер атомов. Радиоактивный распад приводит к изменению строения, состава и энергии ядер и сопровождается испусканием a- и b-частиц или захватом электрона. При захвате электрона происходит коротковолновое излучение электромагнитной природы, которое называется g - излучением. Так как a- и b-частицы обладают очень маленькой проникающей способностью, в радиометрии скважин используется только g - излучение.

Гамма-лучи представляют собой электромагнитное излучение с длиной волны менее 10^-10 см. Длина пробега g - квантов в горных породах достигает десятков сантиметров. Благодаря высокой проникающей способности, они являются основным видом излучения, регистрируемым в методе естественной радиоактивности.

Энергию частиц выражают в электрон-вольтах (эВ). Энергия g-квантов обычно колеблется от долей до нескольких мега-эВ (МэВ). Гамма-излучение с энергий квантов более 500 КэВ называется жестким, а с энергией менее 500 КэВ – мягким. Воздействие гамма-излучения на среду количественно оценивается в единицах дозы и мощности дозы. Единицей мощности дозы является рентген в час. В практике радиоактивного каротажа обычно пользуются миллионной долей рентгена в час (мкр/ч).

Закон радиоактивного распада радиоактивных ядер описывает зависимость между количеством распадающихся и имеющихся радиоактивных атомов. Закон изменения количества радиоактивных атомов во времени имеет вид:

N(t)=N_oexp(-lt),

где N_o – число атомов в начальный момент времени (начало распада при t=0);

l - постоянная, характеризующая скорость распада данного элемента.