第八节自然伽马能谱测井仪器
合集下载
8 自然伽马测井
马射线有较强的穿透能力）。
★它能在任意岩层剖面，以及在井内充满高矿化度泥浆、油基泥浆
甚至空气的条件下使用（由于岩石的自然放射性与剖面上岩石的导电性 无关，与井内所充填的介质特性无关）。 自然伽马测井已成为碎屑岩剖面、碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井 地区进行测井的重要内容。
自然伽马测井
学习要点
自然伽马测井的核物理基础 岩石的放射性 自然伽马射线的探测 自然伽马测井原理
自然伽马测井的曲线特征和影响因素
自然伽马测井的地质应用
自然伽马测井
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（1）原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成 ，原子的中心是原子核，离原子核较远处的核外电子，按一定的轨道绕 核运动，它是一种很微小的粒子，直径约为8-10cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 一般地，原子是中性的，所以原子核中的质子数等于核外电子层的 电子数，这个数值叫做元素的原子序数，通常用Z表示，它决定了原子的 化学性质和在元素周期表中的位置。 原子核质子和中子的总数叫做元素的质量数，通常用A表示。 中子(不带电)]
通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），可以确
定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类。因此放射性测井 主要分为自然伽马测井和自然伽马能谱测井。 以研究岩石中放射性元素的相对含量，即探测自然伽马射 线总强度的测井方法叫做自然伽马测井； 测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中 放射性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能
1、核衰变及其放射性
（5）放射性射线的性质
放射性物质能放出α射线，β射线和γ射线。它们各具如下性质：
★它能在任意岩层剖面，以及在井内充满高矿化度泥浆、油基泥浆
甚至空气的条件下使用（由于岩石的自然放射性与剖面上岩石的导电性 无关，与井内所充填的介质特性无关）。 自然伽马测井已成为碎屑岩剖面、碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井 地区进行测井的重要内容。
自然伽马测井
学习要点
自然伽马测井的核物理基础 岩石的放射性 自然伽马射线的探测 自然伽马测井原理
自然伽马测井的曲线特征和影响因素
自然伽马测井的地质应用
自然伽马测井
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（1）原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成 ，原子的中心是原子核，离原子核较远处的核外电子，按一定的轨道绕 核运动，它是一种很微小的粒子，直径约为8-10cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 一般地，原子是中性的，所以原子核中的质子数等于核外电子层的 电子数，这个数值叫做元素的原子序数，通常用Z表示，它决定了原子的 化学性质和在元素周期表中的位置。 原子核质子和中子的总数叫做元素的质量数，通常用A表示。 中子(不带电)]
通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），可以确
定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类。因此放射性测井 主要分为自然伽马测井和自然伽马能谱测井。 以研究岩石中放射性元素的相对含量，即探测自然伽马射 线总强度的测井方法叫做自然伽马测井； 测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中 放射性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能
1、核衰变及其放射性
（5）放射性射线的性质
放射性物质能放出α射线，β射线和γ射线。它们各具如下性质：
自然伽马能谱测井
器进行计数解谱得到相应的铀、钍、钾 的含量。
二、自然伽马能谱测井的 应用
• 一）研究储集层 • 1、储集层的分类 • 1）陆源碎屑岩储集层 • 包括砾岩、砂或砂岩、粉砂或粉砂岩 • 2）火山碎屑岩储集层 • 主要由火山碎屑构成，按颗粒大小可
• 分为集块岩和火山砂、凝灰或火山灰 • 3）碳酸盐岩碎屑储集层 • 主要是由贝壳碎片或碳酸盐岩碎屑堆
一、自然伽马能谱测井原 理
• 自然伽马能谱测井仪器的井下仪器与自 然伽马测井基本相同，将入射的伽马射 线能量的大小以脉冲的幅度大小输出， 不同的是地面仪器，自然伽马能谱测井 仪器地面部分有多道脉冲幅度分析器， 该分析器将能量分为五个能量窗。
• W1: 0.15~0.5MEV • : 0.5~1.1MEV • W3: 1.32~1.575MEV • W4: 1.65~2.39MEV • W5: 2.475~2.765MEV • 五个能量窗输出的信号分别进入5个计数
2、环境监测
• 用伽马能谱测井可对放射性矿物的开采、 加工、各类核工业和科研部门的环境进 行定期监测，主要防范铀对水体的污染。 其方法是定期在观察井中做自然伽马能 谱分析，配合取样分析，观察铀系和锕 系子体的扩散。
• 式中Th为目的层钍曲线值（ppm）； Thmin为邻近不含泥质地层的钍读数 （ppm）；Thmax为邻近泥岩层的钍读 数（ppm）。
• （2）用经验公式求出泥质含量的估值， 如用公式
二）研究生油层
• 这里主要讨论用自然 伽马能谱测井从粘土 岩中定性识别生油岩 和定量估算生油指标
1、定性识别生油岩
• 1）普遍泥岩的钾、铀、钍响应 • 普通粘土岩的钾、铀、钍含量都比较高，
其中钾和钍和粘土矿产的体积含量比铀 相关性好。
二、自然伽马能谱测井的 应用
• 一）研究储集层 • 1、储集层的分类 • 1）陆源碎屑岩储集层 • 包括砾岩、砂或砂岩、粉砂或粉砂岩 • 2）火山碎屑岩储集层 • 主要由火山碎屑构成，按颗粒大小可
• 分为集块岩和火山砂、凝灰或火山灰 • 3）碳酸盐岩碎屑储集层 • 主要是由贝壳碎片或碳酸盐岩碎屑堆
一、自然伽马能谱测井原 理
• 自然伽马能谱测井仪器的井下仪器与自 然伽马测井基本相同，将入射的伽马射 线能量的大小以脉冲的幅度大小输出， 不同的是地面仪器，自然伽马能谱测井 仪器地面部分有多道脉冲幅度分析器， 该分析器将能量分为五个能量窗。
• W1: 0.15~0.5MEV • : 0.5~1.1MEV • W3: 1.32~1.575MEV • W4: 1.65~2.39MEV • W5: 2.475~2.765MEV • 五个能量窗输出的信号分别进入5个计数
2、环境监测
• 用伽马能谱测井可对放射性矿物的开采、 加工、各类核工业和科研部门的环境进 行定期监测，主要防范铀对水体的污染。 其方法是定期在观察井中做自然伽马能 谱分析，配合取样分析，观察铀系和锕 系子体的扩散。
• 式中Th为目的层钍曲线值（ppm）； Thmin为邻近不含泥质地层的钍读数 （ppm）；Thmax为邻近泥岩层的钍读 数（ppm）。
• （2）用经验公式求出泥质含量的估值， 如用公式
二）研究生油层
• 这里主要讨论用自然 伽马能谱测井从粘土 岩中定性识别生油岩 和定量估算生油指标
1、定性识别生油岩
• 1）普遍泥岩的钾、铀、钍响应 • 普通粘土岩的钾、铀、钍含量都比较高，
其中钾和钍和粘土矿产的体积含量比铀 相关性好。
钻井自然伽马测井仪器用途
钻井自然伽马测井仪器用途
钻井自然伽马测井仪器是一种常用的地质测井仪器，用于获取钻井井眼周围地层的放射性测井参数，以便进行地层分析、岩性识别、层位对比、沉积环境分析、孔隙度和储层含油气性评价等。
它通过测量地层的自然伽马辐射反映地层中不同放射性元素的存在和分布情况以及地层的物性变化。
钻井自然伽马测井仪器主要测量目标是地层介质中的钍、铀、钾等放射性元素。
在地质勘探中，这些自然伽马辐射元素是普遍存在的，它们辐射出的γ射线可以通过测量仪器准确地定量和记录。
该仪器的使用有以下几个主要用途：
1. 地层分析和岩性识别：钻井自然伽马测井仪器能够记录地层中不同岩性的放射性元素含量，在测井曲线上显示出不同的伽马射线强度变化，从而可以通过分析伽马射线测井曲线识别和划分不同的地层岩性。
2. 沉积环境分析：钻井自然伽马测井仪器可以提供地层的放射性地层反演和层位分析，可以帮助揭示沉积相及其储集性。
3. 孔隙度和储层含油气性评价：钻井自然伽马测井仪器通过针对地层的放射性特征，可以预测地层的孔隙度和含油气性，对油气勘探和评价具有重要意义。
4. 地层层位对比：钻井自然伽马测井仪器具有较高的分辨率，可以提供地层的准确层位信息，帮助勘探人员进行区域和局部地层对比。
除了以上主要应用之外，钻井自然伽马测井仪器还可以用于测量井眼的辐射强度，以确定井眼附近地层的放射性矿石产状，为矿床勘探提供有力的线索。
总而言之，钻井自然伽马测井仪器是一种非常重要的地质测井工具，可用于获取地层放射性参数，进行地层分析、岩性识别、沉积环境分析、孔隙度和储层含油气性评价等工作，对于油气勘探和矿产资源评价具有重要意义。
自然伽马能谱测井原理
自然伽玛能谱测井是一种用于地质勘探和岩石识别的方法，通过测量地下岩石中放射性元素的能谱来获取相关信息。
其原理如下：
1. 放射性元素存在：地球上的许多岩石含有放射性元素，如钍、铀和钾等。
这些元素在衰变过程中会释放出伽马射线。
2. 伽马射线的测量与分析：自然伽马能谱测井利用探测仪器（伽马探头）记录并测量地下岩石中的伽马射线强度。
该探头通常由一个或多个伽马探测器组成。
3. 能谱数据采集：伽马探头将记录到的伽马射线强度转换为能谱数据，即不同能量范围内的伽马射线计数值。
4. 分析和解释：通过对能谱数据进行分析和解释，可以得到与地下岩石特征相关的信息。
例如，不同放射性元素的能峰位置和强度可以用于鉴定岩石类型和成分。
5. 岩石识别和解释：基于能谱数据和相关模型，可以进行岩石识别和解释。
通过比较实测的能谱数据与已知的岩石库进行匹配，可以判断地下岩石的类型、组成和含量等。
自然伽马能谱测井具有广泛的应用领域，包括油气勘探、矿产资
源调查和环境监测等。
它能够提供有关地下岩石的物性参数、岩性特征和地层分布等重要信息，为地质研究和开发提供了重要参考依据。
自然伽玛能谱测井仪(SGS)及其应用
探头 的功能是将 从地层 中入 射 的 自然伽 马射线 转 换成与其强度 和能量成正比的电信号。由碘化钠 晶体和 光 电倍增管耦 合组成伽马射线探测器 ， 以高压电源 ， 辅 信
号 跟 随 驱 动 电路 等 。 ２ ２ 电路 ．
信号的控制和采集 。
１ 自然伽马能谱 （Ｇ ） Ｓ Ｓ 测井原理
也用来 Ｔ 、 Ｋ 的计算 。为了识别各 元素对 总的伽 马 ｈ Ｕ、
前
言 在 自然界 中， （ ｈ 、 （ 、 （ 三种元 素 的含 钍 Ｔ ）铀 Ｕ） 钾 Ｋ）
射线的贡献 ， 在谱线上设置 了五个窗 口， 分别对进入各个
窗 口的伽 马射线进行累计 。
Ｉ
量 占地层 中放射性 元素 总量 的 ９ 以上 ， 它 天然 放 ９ 其
到的地层伽马放射性信息转 换成数据传送 到地 面 ， 同时 仪器的工作状 态可 由地 面指令予 以控制 ， 要与井下 的遥 测传输系统 ］ 兼容 ， ｒ （ 能够接到井下仪器 总线 上 ， 并经 其进 行数 据 与信 息交 换 。井 下 仪 器通 讯 包 括 Ｄ ＳＧ Ｉ一
［ 收稿 日 期］２ １ —０ － ２ ０２ １ ０ ［ 第一作者 简介］张明（ ９ ５ ， 工程师，０ ０年 毕业于西南石 油学院， １ ７ 一） 男。 ２０ 现在 江汉石 油管理局测 录井工程公 司从事数据采集工作 。
射性元素 只 占不 到 １ ， 全可 以忽 略不 计 ， 完 因此 自然
Ｃ
伽 马能谱测井能测量 地层 中钍 、 、 铀 钾三 种天然 放射 性 元 素含量 ， 以及伽玛总计数率 。结合 自然伽 马能谱测 井 资 料和其 它有关 资料 ， 追踪 这三种 元 素的存 在规律 ， 可 以识别火 成岩 ， 区别岩相 ， 确定 黏土含 量 ， 帮助划 分储 集 层 。同时通过 比较储集层 的渗 透性 和生产能力 ， 还可 以
自然伽马能谱测井仪器
稳谱 晶体和光电倍增管对温度十分灵敏，温度变化将引起光
电倍增管输出脉冲幅度的改变，等效于能谱的漂移。因此， 在测量过程中，通过调整电压和电子线路参数保证能量谱 的稳定。
•解谱原理
用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13K
WW32
根据统计，沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：
(1)随泥质含量的增加而增加 (2)随有机物含量的增加而增加 (3)随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ；
K峰的能窗范围是1365～1460keV和1460～1590keV， Th峰的能窗范围是2515～2610kev和2610～2740keV。
和Am241峰稳谱原理一样，测量K峰和Th峰的高、 低能窗的计数率，如果高、低能窗计数率相等，则 全谱稳定。如高、低能窗计数率不等，则调节能窗 比较器的门槛电压。
能窗设置 在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测1.46、
1.76和2.62MeV个主要峰 在低能域再设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿
散射后的伽马射线。 W1：0.15～0.5Mev W2：0.5～1.1Mev W3：1.32～1.575Mev(K) W4：1.65～2.39Mev(U) W5：2.475～2.765Mev(Th)
NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
1. Am源稳谱
为了使能谱信号处于能窗的 正确位置，采用调整光电倍增管 高压的办法，使输出脉冲幅度有 所改变。为此，选用一个单能伽 马源作为能量参考，记录它的能 量谱，实现稳谱。仪器把5μCi 的Am241源紧靠着闪烁晶体，它产 生没有散射的60keV的单峰，这 个峰也不受地层谱的影响。
电倍增管输出脉冲幅度的改变，等效于能谱的漂移。因此， 在测量过程中，通过调整电压和电子线路参数保证能量谱 的稳定。
•解谱原理
用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13K
WW32
根据统计，沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：
(1)随泥质含量的增加而增加 (2)随有机物含量的增加而增加 (3)随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ；
K峰的能窗范围是1365～1460keV和1460～1590keV， Th峰的能窗范围是2515～2610kev和2610～2740keV。
和Am241峰稳谱原理一样，测量K峰和Th峰的高、 低能窗的计数率，如果高、低能窗计数率相等，则 全谱稳定。如高、低能窗计数率不等，则调节能窗 比较器的门槛电压。
能窗设置 在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测1.46、
1.76和2.62MeV个主要峰 在低能域再设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿
散射后的伽马射线。 W1：0.15～0.5Mev W2：0.5～1.1Mev W3：1.32～1.575Mev(K) W4：1.65～2.39Mev(U) W5：2.475～2.765Mev(Th)
NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
1. Am源稳谱
为了使能谱信号处于能窗的 正确位置，采用调整光电倍增管 高压的办法，使输出脉冲幅度有 所改变。为此，选用一个单能伽 马源作为能量参考，记录它的能 量谱，实现稳谱。仪器把5μCi 的Am241源紧靠着闪烁晶体，它产 生没有散射的60keV的单峰，这 个峰也不受地层谱的影响。
《测井仪器原理》第八章 自然伽马能谱测井仪器
8.1.2 伽马能谱探测原理
1.伽马射线探测器
伽马射线与物质的相互作用能引起物质中原子的 电离和激发。利用这两种物理现象可以探测伽马 射线。 利用次级电子电离气体而建立的探测器有电离室、 正比计数器和盖革一弥勒计数器等。 利用次级电子使原子核的外层电子受激发，当原 子返回基态时放出光子，发生闪光，而建立了闪 烁计数器。
伽马能谱测量要通过伽马脉冲幅度来判别它 们是从哪种放射性核素放射出来的，因而幅度信 息是重要的，必须保证不受其它因素影响。 由于闪烁晶体和光电倍增管的对温度十分灵 敏，由于温度的变化会导致谱信号记入错误的能 窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计 中很重要的一环。 NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
•解谱原理 用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13 K W a U a Th a K 2 21 22 23 W3 a31U a32Th a33 K W a U a Th a K 41 42 43 4 W5 a51U a52Th a53 K 式中,a11 ~ a53由仪器刻度时标定.
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ； 碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8； 粘土岩的Th/U为2.0～4.1 ； 砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U 值变化范围也大。
第八章自然伽马能谱测井仪
8.1 自然伽马能谱测井方法原理 8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理 8.3 NGT—C自然伽马能谱测井仪电路分析 8.4 小结 习题
9_自然伽马能谱测井
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境 深部高伽马异常 层岩性主要为泥岩、 炭质泥岩等。右图异 常层为二叠系太原组 煤层底板炭质泥岩。 声波时差曲线幅值比 煤层小，电阻率电位 比煤层低，自然伽马 呈明显高值，高达 260API。
榆林242井高伽马异常层 （榆林242井位于盆地东北部） 煤层底板炭质泥 岩呈高伽马，铀 丰度高。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
① 铀的地球化学特征 在氧化环境中，酸性岩浆岩中的4价铀矿物被风化，在蚀变和 淋滤过程中，不溶于水的4价铀矿物转化为可溶于水的6价铀盐。6 价铀通常以络阳离子(UO2)2+的形式存在，并以溶液方式运移。进入 还原环境时，6价铀又转化为4价铀而沉积。 大约有60%的铀在副矿物中，30%为活性铀，而造岩矿物中只 占10%。 所谓活性铀是指：①被吸附的铀；②易溶的铀矿物；③变生矿 物中的铀；④溶解于液体包裹体和颗粒间液体中的铀。
地面仪器的核心是多道脉冲幅度分析器， 该分析器将能谱分为五个能窗，它们的测量范 围分别是： W1:0.15-0.5MeV W2:0.5-1.1MeV W3:1.32-1.575MeV(含特征谱1.46钾窗) W4:1.65-2.390MeV(含铀特征谱1.76铀窗) W5:2.475-2.765MeV(含钍特征谱2.62钍窗)
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学Fra bibliotek征① 铀的地球化学特征 铀(U)在元素周期表中处于第七周期，是自然界最重的元素。 它有三个天然同位素，即U238、U235和U234，其丰度分别为99.27% 、0.0l％和0.72％。 铀的化学性质活泼，是典型的亲氧 元素，在化合物中呈正4价 和正6价。在自然界U6+和U4+相互转化，是铀的地球化学过程的主 要特点。 岩浆岩中铀含量，从酸性、中性、基性到超基性岩逐渐减少。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无输出(高电平)。 当输入环信号幅度在0.8～1.0V 之间,N1输出一负脉冲。
（f) U6端6
（g) U9端9 （h) U7端15
当输入环信号幅 度在0.8～1.0V， 即相当于核脉冲 能量在40～60keV， 比较逻辑电路工 作时序
7
9 5 13
6 4 11
（a) U3端7
15
（b) U8端5
➢ 结构及工作原理
环信号比较逻辑电路
➢ 作用：检出能量在40keV—60keV和60keV—80keV 的环信号脉冲，送高低两个能窗计数
➢ 结构 ➢ 工作原理
1.谱信号和环信号放大电路
环信号放大电路由两级放大器构成。 每级放大器都由二个运算放大器组成同相放大器
U10和U12是HA2620宽带放大器 U11和U13是LH0002电流放大器 先宽带放大后电流放大组合的作用：既考虑放大脉冲的高频成分，又照顾到
1.2V：对应能级为80keV 1V： 对应能级为60keV 0.8V：对应能级为40keV
脉冲读出、复位定时逻辑
脉冲记忆触发器
脉冲输出 选通门
（a) U3端7
（b) U8端5 （c) U8端13 （d) U5端11 （e) U4端4
无信号输入时，三个比较器的输 出都是高电平，每个比较器输出端 的R-S触发器置零。 因此N1、H2均
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ；
碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8； 粘土岩的Th/U为2.0～4.1 ； 砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U
在能谱曲线上，除了光电效应造成的光电峰或全能峰外，还有康普 顿散射产生的峰，穿过晶体的伽马射线反射回来产生的光电峰以及电 子对效应产生的逃逸峰等。
能窗设置 在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测1.46、
1.76和2.62MeV个主要峰 在低能域再设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿
主要放射性核素： 铀、钍、钾
岩石放射性： 火山岩>变质岩>沉积岩
沉积岩：
高放射性：深海泥质沉积物
中放射性：浅海、陆相泥质
低放射性：砂岩、石灰岩、煤等
根据统计，沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：
(1)随泥质含量的增加而增加 (2)随有机物含量的增加而增加 (3)随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。Fra bibliotek•解谱原理
用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13K
WW32
a21U a31U
a22Th a23K a32Th a33K
W4 a41U a42Th a43K
W5 a51U a52Th a53K
式中,a11 ~ a53由仪器刻度时标定.
放电计数管： γ辐射使气体电离探测γ射线，效率比较低。
闪烁计数管
射线γ+NaI——e——激发原子—— 回到稳定态时产生光子——光电子——在阳极记录
光 电 倍 增 管
自然伽马能谱测井仪测得的仪器谱
仪器谱
当用NaI（Tl）晶体探测伽马射线能谱时，由于伽马射线与物质的 三种作用产生次级电子的能量不同，因此既使是单能伽马光子，其脉 冲幅度仍有一个很宽的分布。实际能谱曲线是连续的，称仪器谱。
第八章自然伽马能谱测井仪
8.1 自然伽马能谱测井方法原理 8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理 8.3 NGT—C自然伽马能谱测井仪电路分析 习题
8.1自然伽马能谱测井方法原理
8.1.1 岩石的自然放射性 8.1.2 自然伽马能谱探测原理 8.1.3 自然伽马能谱测井仪器测量原理
8.1.1 岩石的自然放射性
计数率寄存和传输号比送较环器信的号参能考级电比压较分CC器别S接为U1口、1.U22V、、U13V。、 0.8V，对应的能级为80keV、60keV、
40keV。经窗口逻辑电路后输出
Am241峰高（60～80keV）和低
（40～60keV）能窗的计电数源率值N2和 N1，N2和N1的差值通过电路或软件
和用Am241源通过调光电倍增管高压实现稳谱相 比，这是一种稳谱的“细调”。
8.2.2 NGT-C 仪器测量原理和框图
结构
✓ 探头组成 ✓ 电子短节：由测量、稳谱和接口三大部分组成
工作原理
NGT-C原理框图
探头部分
谱信号与环 信号放大
环路信 号就是 Am241 稳谱峰 信号
谱信号的 能窗逻辑
增大脉冲输出功率，有较好的信噪比。 第一级放大器对光电倍增管输出的谱信号和环信号放大：
谱信号的动态范围是0～3000keV， 放大器输出为0—6V 环信号的动态范围是0～400keV ， 放大器输出为0—800mV 第二级放大器使环信号对应的输出电压进一步放大到0—6V R10用以调节环路增益
谱信号的 能窗逻辑
高压控制和 谱误差控制
计数率寄存和传输
CCS接口 电源
探头部分
谱信号的 能窗逻辑
谱信号与环 信号放大
高压控制和 谱误差控制
计数率寄存和传输
指令用户字所载的数据 送NGC-053板的16位移 位寄存器。如果控制数 据是调节高压的则送入 由U10、U13、U12组成 的锁存一可逆计数器， 再经D/A转换器U14和放 大器U1去调整光电倍增 管的高压。如果用户字 的数据C用C来S接微口调比较器 门槛，则把数据送入U8、 U5和U7组成的寄存器， 再经12位D/A转换器和 放大器U2，作为谱误差 控制电压送电NG源C-052板 的放大器U22的输入端， 微调谱信号比较器的门 槛。
APLW APUW 0 APLW APUW
式中APLW——镅源低能窗计数率； APUW——镅源高能窗计数率。
2. K、Th能谱峰稳谱
为了进一步稳定全谱，在NGT-C自然伽马能谱测 井仪中又增添了用地层的K峰（1460kev）和Th峰 （2615keV）稳谱，为此，在K峰和Th峰的两侧都设 置高、低能窗：
7.2.1 稳谱原理
✓Am源稳谱 ✓K、Th能谱峰稳谱
7.2.2 NGT-C 仪器测量原理和框图 7.2.3 刻度能量和电压的转换关系
8.2.1 稳谱原理
伽马能谱测量要通过伽马脉冲幅度来判别它 们是从哪种放射性核素放射出来的，因而幅度信 息是重要的，必须保证不受其它因素影响。
由于闪烁晶体和光电倍增管的对温度十分灵 敏，由于温度的变化会导致谱信号记入错误的能 窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计 中很重要的一环。
K峰的能窗范围是1365～1460keV和1460～1590keV， Th峰的能窗范围是2515～2610kev和2610～2740keV。
和Am241峰稳谱原理一样，测量K峰和Th峰的高、 低能窗的计数率，如果高、低能窗计数率相等，则 全谱稳定。如高、低能窗计数率不等，则调节能窗 比较器的门槛电压。
指令改变高压值使Am241峰稳定在
60keV。
NGT被-测C的原地理层谱框信图号送测量能级比较器U1、U2、U3、U4、U11、U12、U13、U14、U15、
UN116、和NU21。7，这输9探个出头信9部个号分能与窗Am的24信1稳号谱，峰即的W1N、1、W2N、2一W3道、加W至4、NWG5C、-0K5稳4板谱的谱 信 峰1号信的1个放号N18大与、位环N计2和数T器h稳，谱在峰下的传 命令的控制下，再从计数器信号加载进11个8位移位寄存器，与此同时，高压状态信号和 仪器状态也载入另外三个8位移位寄存器。这14个移位寄存器的112个数据位在上传时钟的 节拍下串行输出，经CCS接口板沿电缆送到地面。
8.3 NGT-C自然伽马能谱测井仪电路分析
7.3.1 环信号放大、比较逻辑电路 7.3.2 谱信号比较逻辑电路 7.3.3 高压环路控制和谱误差控制 7.3.4 能窗计数率的发送
8.3.1环信号放大、比较逻辑电路
环信号放大电路
➢ 作用：放大谱信号、环信号（稳谱峰信号），适应 能级比较电路的要求
值变化范围也大。
8.1.2 伽马能谱探测原理
1.伽马射线探测器
伽马射线与物质的相互作用能引起物质中原子的 电离和激发。利用这两种物理现象可以探测伽马 射线。
利用次级电子电离气体而建立的探测器有电离室、 正比计数器和盖革一弥勒计数器等。
利用次级电子使原子核的外层电子受激发，当原 子返回基态时放出光子，发生闪光，而建立了闪 烁计数器。
Q
Th
2
Wi ai1U ai2Th ai3K ai2 0
Q
K
2
Wi ai1U ai2Th ai3K ai3 0
三个方程，三个未知量，适定方程组，克莱姆法则直接求解。
•输出值：自然伽玛总计数率CTS、U、Th、K四条曲线。
8.1.3 伽马能谱测井仪器测量原理
8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理
高压控制和 谱误差控制
计数率寄存和传输
CCS接口 电源
探头部分
谱信号与环 信号放大
谱信号的 能窗逻辑
由光电倍增管输出的计数脉冲
包含了地层的自然伽马谱信号和稳
谱源Am241的谱信号。经U10/U11组
成的放大级放大后，地层的谱信号
高压控制和 谱误差控制
送NGC-052测量信号比较器。Am源的 信号再经U12/U13组成的放大级放大 后作为控制光电倍增管高压的环信
NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
1. Am源稳谱
为了使能谱信号处于能窗的 正确位置，采用调整光电倍增管 高压的办法，使输出脉冲幅度有 所改变。为此，选用一个单能伽 马源作为能量参考，记录它的能 量谱，实现稳谱。仪器把5μCi 的Am241源紧靠着闪烁晶体，它产 生没有散射的60keV的单峰，这 个峰也不受地层谱的影响。
（f) U6端6
（g) U9端9 （h) U7端15
当输入环信号幅 度在0.8～1.0V， 即相当于核脉冲 能量在40～60keV， 比较逻辑电路工 作时序
7
9 5 13
6 4 11
（a) U3端7
15
（b) U8端5
➢ 结构及工作原理
环信号比较逻辑电路
➢ 作用：检出能量在40keV—60keV和60keV—80keV 的环信号脉冲，送高低两个能窗计数
➢ 结构 ➢ 工作原理
1.谱信号和环信号放大电路
环信号放大电路由两级放大器构成。 每级放大器都由二个运算放大器组成同相放大器
U10和U12是HA2620宽带放大器 U11和U13是LH0002电流放大器 先宽带放大后电流放大组合的作用：既考虑放大脉冲的高频成分，又照顾到
1.2V：对应能级为80keV 1V： 对应能级为60keV 0.8V：对应能级为40keV
脉冲读出、复位定时逻辑
脉冲记忆触发器
脉冲输出 选通门
（a) U3端7
（b) U8端5 （c) U8端13 （d) U5端11 （e) U4端4
无信号输入时，三个比较器的输 出都是高电平，每个比较器输出端 的R-S触发器置零。 因此N1、H2均
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ；
碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8； 粘土岩的Th/U为2.0～4.1 ； 砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U
在能谱曲线上，除了光电效应造成的光电峰或全能峰外，还有康普 顿散射产生的峰，穿过晶体的伽马射线反射回来产生的光电峰以及电 子对效应产生的逃逸峰等。
能窗设置 在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测1.46、
1.76和2.62MeV个主要峰 在低能域再设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿
主要放射性核素： 铀、钍、钾
岩石放射性： 火山岩>变质岩>沉积岩
沉积岩：
高放射性：深海泥质沉积物
中放射性：浅海、陆相泥质
低放射性：砂岩、石灰岩、煤等
根据统计，沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：
(1)随泥质含量的增加而增加 (2)随有机物含量的增加而增加 (3)随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。Fra bibliotek•解谱原理
用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13K
WW32
a21U a31U
a22Th a23K a32Th a33K
W4 a41U a42Th a43K
W5 a51U a52Th a53K
式中,a11 ~ a53由仪器刻度时标定.
放电计数管： γ辐射使气体电离探测γ射线，效率比较低。
闪烁计数管
射线γ+NaI——e——激发原子—— 回到稳定态时产生光子——光电子——在阳极记录
光 电 倍 增 管
自然伽马能谱测井仪测得的仪器谱
仪器谱
当用NaI（Tl）晶体探测伽马射线能谱时，由于伽马射线与物质的 三种作用产生次级电子的能量不同，因此既使是单能伽马光子，其脉 冲幅度仍有一个很宽的分布。实际能谱曲线是连续的，称仪器谱。
第八章自然伽马能谱测井仪
8.1 自然伽马能谱测井方法原理 8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理 8.3 NGT—C自然伽马能谱测井仪电路分析 习题
8.1自然伽马能谱测井方法原理
8.1.1 岩石的自然放射性 8.1.2 自然伽马能谱探测原理 8.1.3 自然伽马能谱测井仪器测量原理
8.1.1 岩石的自然放射性
计数率寄存和传输号比送较环器信的号参能考级电比压较分CC器别S接为U1口、1.U22V、、U13V。、 0.8V，对应的能级为80keV、60keV、
40keV。经窗口逻辑电路后输出
Am241峰高（60～80keV）和低
（40～60keV）能窗的计电数源率值N2和 N1，N2和N1的差值通过电路或软件
和用Am241源通过调光电倍增管高压实现稳谱相 比，这是一种稳谱的“细调”。
8.2.2 NGT-C 仪器测量原理和框图
结构
✓ 探头组成 ✓ 电子短节：由测量、稳谱和接口三大部分组成
工作原理
NGT-C原理框图
探头部分
谱信号与环 信号放大
环路信 号就是 Am241 稳谱峰 信号
谱信号的 能窗逻辑
增大脉冲输出功率，有较好的信噪比。 第一级放大器对光电倍增管输出的谱信号和环信号放大：
谱信号的动态范围是0～3000keV， 放大器输出为0—6V 环信号的动态范围是0～400keV ， 放大器输出为0—800mV 第二级放大器使环信号对应的输出电压进一步放大到0—6V R10用以调节环路增益
谱信号的 能窗逻辑
高压控制和 谱误差控制
计数率寄存和传输
CCS接口 电源
探头部分
谱信号的 能窗逻辑
谱信号与环 信号放大
高压控制和 谱误差控制
计数率寄存和传输
指令用户字所载的数据 送NGC-053板的16位移 位寄存器。如果控制数 据是调节高压的则送入 由U10、U13、U12组成 的锁存一可逆计数器， 再经D/A转换器U14和放 大器U1去调整光电倍增 管的高压。如果用户字 的数据C用C来S接微口调比较器 门槛，则把数据送入U8、 U5和U7组成的寄存器， 再经12位D/A转换器和 放大器U2，作为谱误差 控制电压送电NG源C-052板 的放大器U22的输入端， 微调谱信号比较器的门 槛。
APLW APUW 0 APLW APUW
式中APLW——镅源低能窗计数率； APUW——镅源高能窗计数率。
2. K、Th能谱峰稳谱
为了进一步稳定全谱，在NGT-C自然伽马能谱测 井仪中又增添了用地层的K峰（1460kev）和Th峰 （2615keV）稳谱，为此，在K峰和Th峰的两侧都设 置高、低能窗：
7.2.1 稳谱原理
✓Am源稳谱 ✓K、Th能谱峰稳谱
7.2.2 NGT-C 仪器测量原理和框图 7.2.3 刻度能量和电压的转换关系
8.2.1 稳谱原理
伽马能谱测量要通过伽马脉冲幅度来判别它 们是从哪种放射性核素放射出来的，因而幅度信 息是重要的，必须保证不受其它因素影响。
由于闪烁晶体和光电倍增管的对温度十分灵 敏，由于温度的变化会导致谱信号记入错误的能 窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计 中很重要的一环。
K峰的能窗范围是1365～1460keV和1460～1590keV， Th峰的能窗范围是2515～2610kev和2610～2740keV。
和Am241峰稳谱原理一样，测量K峰和Th峰的高、 低能窗的计数率，如果高、低能窗计数率相等，则 全谱稳定。如高、低能窗计数率不等，则调节能窗 比较器的门槛电压。
指令改变高压值使Am241峰稳定在
60keV。
NGT被-测C的原地理层谱框信图号送测量能级比较器U1、U2、U3、U4、U11、U12、U13、U14、U15、
UN116、和NU21。7，这输9探个出头信9部个号分能与窗Am的24信1稳号谱，峰即的W1N、1、W2N、2一W3道、加W至4、NWG5C、-0K5稳4板谱的谱 信 峰1号信的1个放号N18大与、位环N计2和数T器h稳，谱在峰下的传 命令的控制下，再从计数器信号加载进11个8位移位寄存器，与此同时，高压状态信号和 仪器状态也载入另外三个8位移位寄存器。这14个移位寄存器的112个数据位在上传时钟的 节拍下串行输出，经CCS接口板沿电缆送到地面。
8.3 NGT-C自然伽马能谱测井仪电路分析
7.3.1 环信号放大、比较逻辑电路 7.3.2 谱信号比较逻辑电路 7.3.3 高压环路控制和谱误差控制 7.3.4 能窗计数率的发送
8.3.1环信号放大、比较逻辑电路
环信号放大电路
➢ 作用：放大谱信号、环信号（稳谱峰信号），适应 能级比较电路的要求
值变化范围也大。
8.1.2 伽马能谱探测原理
1.伽马射线探测器
伽马射线与物质的相互作用能引起物质中原子的 电离和激发。利用这两种物理现象可以探测伽马 射线。
利用次级电子电离气体而建立的探测器有电离室、 正比计数器和盖革一弥勒计数器等。
利用次级电子使原子核的外层电子受激发，当原 子返回基态时放出光子，发生闪光，而建立了闪 烁计数器。
Q
Th
2
Wi ai1U ai2Th ai3K ai2 0
Q
K
2
Wi ai1U ai2Th ai3K ai3 0
三个方程，三个未知量，适定方程组，克莱姆法则直接求解。
•输出值：自然伽玛总计数率CTS、U、Th、K四条曲线。
8.1.3 伽马能谱测井仪器测量原理
8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理
高压控制和 谱误差控制
计数率寄存和传输
CCS接口 电源
探头部分
谱信号与环 信号放大
谱信号的 能窗逻辑
由光电倍增管输出的计数脉冲
包含了地层的自然伽马谱信号和稳
谱源Am241的谱信号。经U10/U11组
成的放大级放大后，地层的谱信号
高压控制和 谱误差控制
送NGC-052测量信号比较器。Am源的 信号再经U12/U13组成的放大级放大 后作为控制光电倍增管高压的环信
NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
1. Am源稳谱
为了使能谱信号处于能窗的 正确位置，采用调整光电倍增管 高压的办法，使输出脉冲幅度有 所改变。为此，选用一个单能伽 马源作为能量参考，记录它的能 量谱，实现稳谱。仪器把5μCi 的Am241源紧靠着闪烁晶体，它产 生没有散射的60keV的单峰，这 个峰也不受地层谱的影响。