地球物理测井方法与原理-中子测井ppt课件.ppt

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1、第九章中子测井（Neutronlogging）中子测井主要用于识别岩性，计算孔隙度、饱和度利用中子源照射地层（向地层发射中子）根据中子与地层的相互作用研究地层性质主要测井方法有：中子孔隙度测井、中子伽马测井、中子寿命测井、次生伽马能谱测井(C/O)§1中子测井的核物理基础一、中子和中子源1.中子：静止质量为一个原子质量单位的中性微粒，半衰期为11.7分钟，由核反应产生。高能中子：En>10MeV快中子：10KeV10MeV中能中子：100eV10KeV慢中子：0.03eV100eV按能量可分：En1ev,超热中子En0.025ev,热中子2

2、.中子源：由核反应产生中子的装置，分为连续中子源和脉冲中子源（1）连续中子源（同位素中子源）：镅-铍中子源：5Mev（2）脉冲中子源（加速器中子源）靶14Mev用加速器加速到0.126Mev能量优点：强度高，发射单色中子，可人为控制中子源强度：中子源单位时间内发射的中子数二、中子与地层的作用（一）快中子的非弹性散射1、概念2、非弹性散射（微观）截面一个中子与单位面积上的一个靶核发生非弹性散射的几率，单位是巴，即10-24cm2快中子被靶核吸收形成复核，再放出一个较慢的中子，而仍处于激发态的靶核一般发射γ光子后回到基态。中子的能量必须大于靶核的最低激发

3、能级才能发生非弹性散射3、中子非弹性散射的应用一般用中子发生器产生的14MeV中子射入地层，在10-8-10-6秒内主要由非弹性散射产生γ射线，选择记录具有某些特征能量值的γ射线强度，可测出相应核素的相对含量。如：分别测量由C12和O16非弹散射产生的4.43MeV和6.13MeV的γ射线强度的“碳氧比能谱测井”——用以区分油水层（二）快中子对核的活化快中子可以与某些核素发生核反应产生的新核是放射性核素（称为活化核），可发生衰变，产生或对测井有实用价值的活化核反应：Al28半衰期为2.3min，发射γ光子能量为1.728MeV—对应于活化测井中的

4、“硅测井”，用于识别岩性Mg27半衰期为9.5min，发射两个γ光子，能量分别为0.84MeV和1.015MeV.——对应于活化测井中的“铝测井”，可求泥质含量。活化伽马射线的强度很低且变化较慢（三）快中子的弹性散射及减速过程1、快中子的弹性散射是指中子与原子核发生碰撞前后，系统的总动能不变，中子所损失的能量全部转变为原子核的动能，而原子核仍处于基态。中子发生器发射的14MeV的中子进入地层后，弹性散射一般发生在10-6-10-3s之间。而同位素中子源产生的中子能量较低，开始就以弹性散射为主。一次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：A为靶核的质量数、

5、E0为入射中子的初始能量氢核，质量数A=1，中子与氢核发生正碰撞时，中子将失去的最大能量是全部动能碳核,A=12，,中子与碳核发生正碰撞时，中子可能损失的最大能量是0.284E0中子与靶核每次弹性碰撞时，平均能量损失为：靶核质量数A越小，中子的能量损失越大氢核A=1，中子与氢核弹性碰撞时失去能量最多（平均失去50%的能量），氢核对中子的减速能力最强。这是中子测井测定地层含氢量及解决与含氢量有关的各种地质问题的依据。1cm3物质的所有原子核微观弹性散射截面的总和3、岩石的快中子减速时间和减速长度在岩石中，快中子由初始能量E0减速到能量为En=0.025

6、eV的热中子所需的时间τf称为减速时间，所移动的直线距离R称为减速距离2、岩石的宏观弹性散射截面岩石对快中子的宏观减速能力主要由含氢量决定石英：Lf=37cm方解石：Lf=35cm淡水：Lf=7.7cm中子在岩石中的减速长度定义为：R（四）热中子扩散和被俘获快中子经过一系列碰撞后能量逐渐减小，最终与原子共处于热平衡状态，不再减速，此时称为热中子1、热中子的扩散：热中子从中子密度大的区域向中子密度小的区域扩散，直至被介质的原子核俘获为止。温度25℃时，标准热中子能量为0.025eV，速度为2.2×105cm/s2、辐射俘获核反应靶核俘获一个热中子后成

7、为激发态的复核，放出γ光子后回到基态，反应中放出的γ射线称为俘获γ射线不同原子核放出的γ射线具有不同的特征能量。测量地层中俘获伽马总强度——中子伽马测井测量特定能量的俘获伽马——俘获伽马能谱测井3、岩石的宏观俘获截面及热中子寿命宏观俘获截面Σa：1cm3的介质中所有原子核微观俘获截面的和地层中常见核素的宏观俘获截面：ClHCOMgAlSiCaB31.60.3290.00450.00160.460.2150.130.43710氯的俘获截面比岩石中其它常见元素的俘获截面大得多岩石中若含微量的硼，宏观俘获截面也会显著增大热中子的寿命τ：中子从变为热中子的瞬

8、间起，到被吸收的时刻止，所经过的平均时间。当地层中含有高俘获截面的核素时，τ就大大减小。高矿化度水层的τ要比