12中子测井讲解
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测井原理11_中子测井
一：测量原理
λa 1 一般 τ = = υ υ ⋅∑ 其中 λ a ：扩散自由程即热中子
吸收在介质中扩散所经 Q 在 25 0 C 热中子速度 单位 10 ∴ ∑ =
−3
从产生到被
1 过的距离 λa = ∑ υ = 2 . 2 × 10 5 cm / s ， 的 ∑
/ cm
4550
τ
程，热中子密度
− t
2
实际上测井中不测热中子密度而只测量与n1,n2成正比的由 成正比的由 实际上测井中不测热中子密度而只测量与 两个时间为测得的俘获γ射线的计数率 射线的计数率N1， 两个时间为测得的俘获 射线的计数率 ，N2
即： N 1 = f ⋅ K ⋅ ∆ t 1 ⋅ n 1 N 2 = f ⋅ K ⋅ ∆ t2 ⋅ n2 其中 f ：中子脉冲重复频率； K ：与探测器计数效率和 显然当 ∆ t 1 = ∆ t 2 N1 n1 lg = lg N2 n2 ∴τ = 0 . 4343 ⋅ ∆ T lg N 1 − lg N 2 吸收系数有关的参数
4)划分油水界面 划分油水界面 高矿化度地层水时， 高矿化度地层水时，油水中的氯 含量不同，含水NG高于含油。 高于含油。 含量不同，含水 高于含油
第三节脉冲中子测井─中子寿命测井 第三节脉冲中子测井 中子寿命测井
中子寿命测井也称热中子衰减时间测井（ ），它记录 中子寿命测井也称热中子衰减时间测井（TDT），它记录 ）， 热中子在地层中的衰减时间与深度的关系。 热中子在地层中的衰减时间与深度的关系。
c:天然气“挖掘”效应 天然气“挖掘” 天然气 70年代初，经数学研究表明，在井眼附近地层中的天然气对中 年代初，经数学研究表明， 年代初 子测井的影响比只考虑了天然气具有小的氢密度而预期要大得 把充满气的孔隙用岩石骨架代替的假设下进行计算的, 计算表明， 把充满气的孔隙用岩石骨架代替的假设下进行计算的 计算表明， 当附加的岩石骨架被挖掘并用气来代替地层具有较小的中子特 性减速，中子测井这种计算差异叫“挖掘效应” 性减速，中子测井这种计算差异叫“挖掘效应”，
λa 1 一般 τ = = υ υ ⋅∑ 其中 λ a ：扩散自由程即热中子
吸收在介质中扩散所经 Q 在 25 0 C 热中子速度 单位 10 ∴ ∑ =
−3
从产生到被
1 过的距离 λa = ∑ υ = 2 . 2 × 10 5 cm / s ， 的 ∑
/ cm
4550
τ
程，热中子密度
− t
2
实际上测井中不测热中子密度而只测量与n1,n2成正比的由 成正比的由 实际上测井中不测热中子密度而只测量与 两个时间为测得的俘获γ射线的计数率 射线的计数率N1， 两个时间为测得的俘获 射线的计数率 ，N2
即： N 1 = f ⋅ K ⋅ ∆ t 1 ⋅ n 1 N 2 = f ⋅ K ⋅ ∆ t2 ⋅ n2 其中 f ：中子脉冲重复频率； K ：与探测器计数效率和 显然当 ∆ t 1 = ∆ t 2 N1 n1 lg = lg N2 n2 ∴τ = 0 . 4343 ⋅ ∆ T lg N 1 − lg N 2 吸收系数有关的参数
4)划分油水界面 划分油水界面 高矿化度地层水时， 高矿化度地层水时，油水中的氯 含量不同，含水NG高于含油。 高于含油。 含量不同，含水 高于含油
第三节脉冲中子测井─中子寿命测井 第三节脉冲中子测井 中子寿命测井
中子寿命测井也称热中子衰减时间测井（ ），它记录 中子寿命测井也称热中子衰减时间测井（TDT），它记录 ）， 热中子在地层中的衰减时间与深度的关系。 热中子在地层中的衰减时间与深度的关系。
c:天然气“挖掘”效应 天然气“挖掘” 天然气 70年代初，经数学研究表明，在井眼附近地层中的天然气对中 年代初，经数学研究表明， 年代初 子测井的影响比只考虑了天然气具有小的氢密度而预期要大得 把充满气的孔隙用岩石骨架代替的假设下进行计算的, 计算表明， 把充满气的孔隙用岩石骨架代替的假设下进行计算的 计算表明， 当附加的岩石骨架被挖掘并用气来代替地层具有较小的中子特 性减速，中子测井这种计算差异叫“挖掘效应” 性减速，中子测井这种计算差异叫“挖掘效应”，
第八章-中子测井PPT课件
同位素中子源（连续，产生快中子）：
95 A2m 4 19N 3 2p372H4(ea)
平均能量为5MeV
4B9 e2H4 e6C12 0n1Q(5.70M 1)ev
加速器中子源（脉冲，产生高能中子）：
D T 2H4 e0n11.7 58 M 8ev
•3
第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用
任何物质单位体积（1立方厘米）的氢核数与同样体积淡水氢核数 的比值。
根据规定，将淡水含氢指数定义为1，而任何其他物质的含氢指数 将与其单位体积内的氢核数成正比。
即： H K x
M
式中：ρ——介质密度，g/cm3；
x——介质分子中的氢原子数；
M——介质的分子量；
K——比例常数。 对于水：ρ=1，x=2，M=18 (水分子)，规定其
含氢指数为1，解得K=9
•19
第二节 超热中子测井
(1)饱和淡水纯石灰岩的含氢指数
孔隙度为φ的石灰岩，则含氢指数为：
H=Hma(1-φ)+Hwφ 中子孔隙度测井仪在饱和淡水的纯石灰岩刻度井中进行含 氢指数刻度，使它测量的含氢指数即为饱和淡水纯石灰岩的 φ。这里，也就人为的将岩石骨架的含氢指数定为0，也就是 没有考虑石灰岩骨架的减速能力。若孔隙度为φ，则含氢指 数为：φ×Hw=φ×1=φ，将中子孔隙度测井得到的含氢指 数记为φN ，并称为中子孔隙度，其单位是石灰岩孔隙度单 位。
决于岩石的含H量。
•7
第一节 中子测井的核物理基础
•散射截面： 微观散射截面σs：一个中子与一个原子核发生弹性散射的几 率，单位1b=10-24cm2； 宏观散射截面Εs：单位体积物质中的原子核的微观散射截面 之和，单位cm-1 结论：氢是岩石中最主要的减速元素，岩石对快中子的减速 能力取决于岩石的含H量，纯岩石的宏观减速能力基本上决 定于纯岩石的孔隙度(含淡水条件)。 用中子测井估算孔隙 度的物理基础。
中子测井原理及应用教学提纲
超热中子测井可以用API单位显示出可以直接用孔隙度线性比例尺记录。 因仪器是以石灰岩为标准刻度的，所以测得结果以石灰岩孔隙度为单位。图73右边的曲线就是井壁中子孔隙度(SNP)测井线。利用这条曲线可以和图中左 边的自然伽马和井径曲线组合，定性地划分岩性剖间。
1)确定地层孔隙度 中子测井仪是用石灰岩进行刻度的。对石灰岩地层，中子测井的 读数即为地层的真孔隙度。 但对于其他岩性，就要进行岩性校正。图2-20是由图2-18转换而来 的，图中标出了不同岩性的曲线，实线为井壁中子，虚线为补偿中 子，由图中可以看出，对于石灰岩，井壁中子和补偿中子是同一条 线，而且是直线，即中子测井得出的视石灰岩孔隙度即为地层的真 孔隙度。 例如用补偿中子测井得出视石灰岩孔隙度14%，对于石灰岩即为地 层的真孔隙度；对于白云岩，地层的真孔隙度为7%；对于砂岩， 地 层的真孔隙度为18%，如图2-20中标有的虚线所示。单独用中子测井 确定孔隙度时。。。！
元素的原子核俘获热中子之后，处于激发状态，当它回到稳定的基态时，多余的能量便以 伽马射线的形式释放出来。该射线称为俘获伽马射线，或次生伽马射线。不同元素俘获热中 子后放出的俘获伽马射线的能量存在一定的差别，特别是氯元素释放出的俘获伽马射线能量 要比一般元素高一些，且伽马射线的数目也相对多些。因此，当岩石中有氯元素存在时，测 得的热中子数讲显著减少，但测得的俘获伽马射线却又会普遍提高。
中子—伽玛的应用
一、划分地质剖面
1.砂泥岩剖面 在砂泥质剖面中，中子伽马测井曲线能清楚地把砂层与泥岩区别开：砂岩的读数高、泥岩的读数低 。砂岩的读数随孔隙度增大(孔隙中为油或水)和泥质含量增高而降低。通常，中子伽马出线与自然伽 马曲线配合能有效地识别岩性。 2.碳酸盐岩剖面 致密的石灰岩或白云岩显示为高读数，泥岩、泥灰岩显示为低读数。石灰岩、白云岩的孔隙度(孔 隙中为油或水)越大、或含泥质趣高读数越低。在大段致密石灰岩中，低自然伽马和低中子伽马，往 往是孔際裂缝带的特征。 3.膏盐剖面 当井剖面中有石膏、岩盐等化学岩时，放射性测井资料显得特别重要。因对这些地层，电测井曲线 一般显示不好。硬石膏在中子伽马曲线上是高读数；石膏含氢指数为0.49故显示为低读数。钾盐和岩 盐本来应该有很高的中子伽马读数，但往往由于井径扩大而形成较低的读数。
1)确定地层孔隙度 中子测井仪是用石灰岩进行刻度的。对石灰岩地层，中子测井的 读数即为地层的真孔隙度。 但对于其他岩性，就要进行岩性校正。图2-20是由图2-18转换而来 的，图中标出了不同岩性的曲线，实线为井壁中子，虚线为补偿中 子，由图中可以看出，对于石灰岩，井壁中子和补偿中子是同一条 线，而且是直线，即中子测井得出的视石灰岩孔隙度即为地层的真 孔隙度。 例如用补偿中子测井得出视石灰岩孔隙度14%，对于石灰岩即为地 层的真孔隙度；对于白云岩，地层的真孔隙度为7%；对于砂岩， 地 层的真孔隙度为18%，如图2-20中标有的虚线所示。单独用中子测井 确定孔隙度时。。。！
元素的原子核俘获热中子之后，处于激发状态，当它回到稳定的基态时，多余的能量便以 伽马射线的形式释放出来。该射线称为俘获伽马射线，或次生伽马射线。不同元素俘获热中 子后放出的俘获伽马射线的能量存在一定的差别，特别是氯元素释放出的俘获伽马射线能量 要比一般元素高一些，且伽马射线的数目也相对多些。因此，当岩石中有氯元素存在时，测 得的热中子数讲显著减少，但测得的俘获伽马射线却又会普遍提高。
中子—伽玛的应用
一、划分地质剖面
1.砂泥岩剖面 在砂泥质剖面中，中子伽马测井曲线能清楚地把砂层与泥岩区别开：砂岩的读数高、泥岩的读数低 。砂岩的读数随孔隙度增大(孔隙中为油或水)和泥质含量增高而降低。通常，中子伽马出线与自然伽 马曲线配合能有效地识别岩性。 2.碳酸盐岩剖面 致密的石灰岩或白云岩显示为高读数，泥岩、泥灰岩显示为低读数。石灰岩、白云岩的孔隙度(孔 隙中为油或水)越大、或含泥质趣高读数越低。在大段致密石灰岩中，低自然伽马和低中子伽马，往 往是孔際裂缝带的特征。 3.膏盐剖面 当井剖面中有石膏、岩盐等化学岩时，放射性测井资料显得特别重要。因对这些地层，电测井曲线 一般显示不好。硬石膏在中子伽马曲线上是高读数；石膏含氢指数为0.49故显示为低读数。钾盐和岩 盐本来应该有很高的中子伽马读数，但往往由于井径扩大而形成较低的读数。
第四章核测井—中子测井
(四)热中子扩散与被俘获 形成热中子后, 中子不再减速, 热中子与周围介质的 原子核处于热平衡状态，热中子不停地运动着，中子与物 质的作用进入扩散与被俘获阶段。 1.热中子的扩散 热中子在介质中的扩散与气体分子的扩散相似，即从 热中子密度大的地方向密度小的地方扩散，一直到被原子 核俘获为止。 2.俘获核反应 靶核俘获一个热中子而变为处于激发态的复核，恢复到 基态时，以辐射射线方式释放能量，这种反应叫做辐射俘 获反应，或称（n,γ）反应。
由地层对中子减速和俘获的两个特性可知，中子- 伽马 射线强度决定于岩层的含氢量和含氯量，其中含氢量多少 反映岩层的孔隙度大小，含氯量反映地层水的矿化度高低。 这就是中子－伽马测井研究煤层特性的原理。
二、中子-伽马射线与源距的关系 由于计算公式较复杂，通常采用实验的办法来定量研 究，下面讨论不同源ห้องสมุดไป่ตู้的情况下，中子-伽马射线的特点。
(二)中子源 由于自由中子的平均寿命较短，自然界中往往不存在 自由中子 ,所以必须通过核反应获得中子。 比较简单的中子核反应有(α,n)、(d,n)、(p,n) 及(γ,n) 等。 1.中子源的主要性质 通常选用一些轻原子核作为靶核，这是因为带电粒 子轰击靶核要受到库仑力的排斥，它们与轻核反应时能 量不需要太高，较易实现。测井中所用的中子源常选用 9 3 4 Be和1 H作靶材料。 描述中子源主要特性除了本篇第三章第一节已讲的 活度、半衰期、能量外，还经常用到“产额”这个概念。 所谓产额，就是每个轰击粒子在靶上产生的中子数。
线称为次生活化伽马射线。 对测井有实际意义的活化核反应有硅化核反应和铝 化核反应，称为硅、铝测井, 用以识别岩性和测定泥质 含量。
(三)快中子的弹性散射和减速过程 1.快中子的弹性散射 快中子由中子源发射出来后，在与原子核发生1～2 次 非弹性散射中，很快就失去很大的能量而不能发生非弹 性碰撞和(n,p)核反应，这时中子与原子核的作用转入了 以弹性碰撞为主散射过程。
中子测井操作流程
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在进行中子测井之前，需要充分做好准备。
地球物理测#(第三章)中子测井
中子测井的原理
中子源向地层发射中子，中子与地层中的原子核发生碰撞， 损失能量并减速，通过测量中子的能量和速度变化，可以推 断地层的岩性、孔隙度、含油气性等信息。
中子测井利用了中子与地层物质的相互作用，包括弹性散射 、非弹性散射、俘获等，通过测量这些相互作用来获取地层 信息。
中子测井的应用
中子测井广泛应用于石油、天然气等矿产资源的勘探和开发中，可以用于确定地 层的岩性、孔隙度、含油气性等信息，为地质学家和工程师提供重要的数据支持 。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
性。
实例三：中子测井在油气勘探中的综合应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
该实例概述了中子测井在油气勘探中的综合应用，强调了 中子测井与其他地球物理测井方法的协同作用。
在油气勘探过程中，中子测井技术常与其他地球物理测井 方法结合使用，如密度、声波和电阻率测井等。通过综合 分析各种测井数据，可以更准确地评估地层的岩性、孔隙 度和含油性。该实例详细介绍了中子测井在油气勘探中的 综合应用流程，包括数据采集、处理和解释等环节，并强 调了中子测井与其他方法的协同作用，以提高勘探效率和 准确性。
优点
能够提供较为准确的地层含油性信息， 同时测量孔隙度、渗透率等参数。
缺点
对测量环境要求较高，容易受到其他 因素的影响。
04 中子测井解释
岩石孔隙度的确定
总结词
中子孔隙度指数
总结词
孔隙度模型
详细描述
中子孔隙度指数是利用中子测井数据计算岩石孔 隙度的常用方法。它基于中子孔隙度与岩石骨架 密度的关系，通过测量中子孔隙度来间接确定岩 石孔隙度。
05 中子测井实例分析
实例一：某油田的中子测井解释
中子测井原理及应用
常规中子孔隙度测井
授课人：李品 单位：武汉地大华睿地学技术有限责任公司
常规中子孔隙度测井
• 一、中子测井的一般原理
• 二、中子-中子测井
• 三、中子-伽玛测井
一、中子测井的一般原理
（一）弹性碰撞中的快中子能量损失
在实际的弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，每次碰撞 后，中子损失的能量并不相同，这与散射角有关。当快中子与原子核碰撞多次，使 中子能量降低为0.025ev时，这时的中子为热中子。中子变为热中子时，就像分子 热运动一样在物质中进行扩散，当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几 乎相等。 对于初始能量为2Mev的快中子，在不同元素中减速为热中子所需的评价碰撞次 数如下表所示
例如用补偿中子测井得出视石灰岩孔隙度14%，对于石灰岩即为
地层的真孔隙度；对于白云岩，地层的真孔隙度为7%；对于砂岩， 地层的真孔隙度为18%，如图2-20中标有的虚线所示。单独用中子 测井确定孔隙度时。。。！
2)中子-密度、中子-声波组合确定地层 孔隙度和判断岩性 图2-21是中子-密度测井确定岩性和孔 隙度的交会图。通过补偿密度测井和补偿 中子测井读数,在图中得出交会点,由交会点 的位置即可得出相应的岩性和孔隙度。
直接反映着孔隙度的大小，因此，中子-热中子测井读数同岩石的孔隙度之间
具有如下的关系：
lgN=−aφ +b
式中：N为热中子计数率
（2-26）
a为与井径、源距等有关的系数， b为仪器常数
二、中子-中子测井
（一）中子-中子测井原理
1、中子-热中子测井
利用式（2-26），可以在已知系数a和b的情况下，由中子 -热中子测井读数求得探测地层的孔隙度。但是，当含氢量一定 的岩石中还含有俘获能力很大的元素（如氯元素时），由于热 中子被强烈吸收，使热中子密度明显降低（见图2-13）.此时， 测井读数将不再是岩石含氢量的单衣反映，由此计算的岩石孔 隙度将产生较大的误差。
授课人：李品 单位：武汉地大华睿地学技术有限责任公司
常规中子孔隙度测井
• 一、中子测井的一般原理
• 二、中子-中子测井
• 三、中子-伽玛测井
一、中子测井的一般原理
（一）弹性碰撞中的快中子能量损失
在实际的弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，每次碰撞 后，中子损失的能量并不相同，这与散射角有关。当快中子与原子核碰撞多次，使 中子能量降低为0.025ev时，这时的中子为热中子。中子变为热中子时，就像分子 热运动一样在物质中进行扩散，当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几 乎相等。 对于初始能量为2Mev的快中子，在不同元素中减速为热中子所需的评价碰撞次 数如下表所示
例如用补偿中子测井得出视石灰岩孔隙度14%，对于石灰岩即为
地层的真孔隙度；对于白云岩，地层的真孔隙度为7%；对于砂岩， 地层的真孔隙度为18%，如图2-20中标有的虚线所示。单独用中子 测井确定孔隙度时。。。！
2)中子-密度、中子-声波组合确定地层 孔隙度和判断岩性 图2-21是中子-密度测井确定岩性和孔 隙度的交会图。通过补偿密度测井和补偿 中子测井读数,在图中得出交会点,由交会点 的位置即可得出相应的岩性和孔隙度。
直接反映着孔隙度的大小，因此，中子-热中子测井读数同岩石的孔隙度之间
具有如下的关系：
lgN=−aφ +b
式中：N为热中子计数率
（2-26）
a为与井径、源距等有关的系数， b为仪器常数
二、中子-中子测井
（一）中子-中子测井原理
1、中子-热中子测井
利用式（2-26），可以在已知系数a和b的情况下，由中子 -热中子测井读数求得探测地层的孔隙度。但是，当含氢量一定 的岩石中还含有俘获能力很大的元素（如氯元素时），由于热 中子被强烈吸收，使热中子密度明显降低（见图2-13）.此时， 测井读数将不再是岩石含氢量的单衣反映，由此计算的岩石孔 隙度将产生较大的误差。
中子测井
弹性散射的结果是使中子减速。
能量较低的快中子（5mev以下）通常 以这种作用为主。
一、中子源及岩石的中子特征 ①快中子与地层间的作用
使原子核活化：
快中子与稳定的靶核作用，生成新的 放射性核素，新的放射性核素发生核衰变 产生伽马射线。
活化作用的结果：
Ⅰ中子被吸收 Ⅱ产生伽马射线（称为活化伽马射线）
一、中子源及岩石的中子特征
e r1 / Le e r1 / Lt K1 KQL N t1 2 2 r1 4Dt ( Le Lt ) r1
2 t
r2 / Le r2 / Lt K1 KQL2 e e t Nt2 2 2 r2 4Dt ( Le Lt ) r2
地层中是否存在使中子容易发生非弹性
散射和弹性散射的核素；
中子与核素之间每发生一次作用，其能量损
失的多少。
一、中子源及岩石的中子特征
⑤地层的减速特性
研究结果表明：
中子与氢核发生弹性散射的几率最大（45%）
中子与氢核每发生一次散射损失的能量最大
（≈100%） 所以，地层对快中子减速能力主要取决于地 层中的含氢量。含氢量越多，则对快中子的减速 能力越强。
N f (H )
二、超热中子测井（井壁中子测井SNP）
原理
④超热中子的测量结果（计数率）：
N f (H )
H (1 )H ma H f
对于某一类岩石，Hma= C1，当Hf=C2时， H的值的高低就仅由φ决定。
二、超热中子测井（井壁中子测井SNP）
原理
⑤超热中子的输出（记录的内容）： 在已知岩性和孔隙流体的条件下用各种 孔隙度的岩石对测井值进行刻度就可确定：
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显然A越大的元素，中子与它碰撞时能量损失越小。
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
① 快中子的减速过程
在实际弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，
每次碰撞后，中子损失能量并不相同，这与散射角有关。
当快中子与原子核碰撞多次，使中子能量降低为 0.025电子伏
特时，这时的中子为热中子。
2、中子测井的核物理基础
（1）中子和中子源 中子测井所用的中子源有两类：同位素中子源和加速器中子源。 ① 同位素中子源：如镅—铍（Am-Be）中子源，利用镅衰变产生 的α粒子去轰击铍原子核，发生核反应而放出中子。产生的中子的
平均能量约5MeV。
该类中子源的特点是连续发射中子。
② 加速器中子源：（亦称脉冲中子源），如D-T加速器中子源，
中子变为热中子之后，就象分子热运动一样在物质中进行扩散， 当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几乎相等。
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
描述减速过程的三个重要概念
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
① 快中子的减速过程
A.微观弹性散射截面：一个中子与一个原子核发生弹性散射的几率 称为微观弹性散射截面δs，单位为巴（10-24cm2）。 B.宏观弹性散射截面：1cm3物质的原子核的微观弹性散射截面之和 叫宏观弹性散射截面Σs。
态，在由激发态向稳定态转变时，则易放出俘获伽马射线。
下面介绍作用的几个阶段
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
3个作用阶段
由中子源发射出来的快中子与组成物质的原子核发生作用，可 以分为以下几个阶段：
① 快中子的减速过程
平均能量约4Mev的高能快中子--→碰撞原子核(发生弹性散射)-→中子一部分能量传给原子核--→成为原子核动能，中子本身的能 量减少，运动速度降低--→继续碰撞其它原子核。反复多次，能量 不断损失，速度不断减慢，最后成为热中子，此过程为快中子减速
慢中子：能量小于100电子伏特；
其中0.1—100电子伏特的中子为超热中子；
能量等于0.025电子伏特的中子为热中子。
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
3种作用形式
① 非弹性作用：高能快中子与原子核碰撞 (先吸收形成复核->放 出低能中子和非弹散伽马射线)； ② 弹性散射：系统总能量不变。快中子与靶核发生碰撞后中子和 靶核的总动能不变，中子能量继续降低、速度减慢，损失的能量 转变为靶核的动能，靶核仍处于基态。 ③ 辐射俘获：能量低的热中子在其他物质附近漫游，很容易被其 他物质俘获而被吸收，其他物质靶核由于俘获中子后则处于激发
中子
原子核
电子
通常中子与质子以很强的核力结合在一起，形成稳定的原子核。 要使中子从原子核里释放出来，就必须供给一定的能量。如果使原子
核获得的能量大于中子结合能，中子就可能从核中发射出来。
可以用α粒子、氘核d、质子p或γ光子轰击原子核，引起各种核 反应，使中子从核内释放出来。这种产生中子的装置称中子源。
式中A为原子量。
A 1 A 1
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
① 快中子的减速过程
E (1 ) E1
A 1 A 1
对于氢元素，质量A＝1，因而α＝0，ΔE＝El，即中子与氢核 发生碰撞时，中子就失去全部能量。对于碳元素， A＝12，α＝
0.716，中子与碳核碰撞时，中子损失的最大能量为0.28E1。
通常可以利用宏观弹性散射截面来描述这个减速过程。
中子-热中子测井（CNL）—补偿中子测井
Compensated Neutron Log
中子测井
学习内容 1、中子测井方法分类 2、中子测井的核物理基础 3、中子-中子测井方法原理 4、中子-伽马测井方法原理
2、中子测井的核物理基础
（1）中子和中子源
中子是组成原子核的一种不带电荷的
中性粒子，其质量与氢核质量相近。中子 与物质作用时，能穿过原子的电子壳层而 与原子核相碰撞，所以它对物质的穿透能 力较强。
过程。
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
① 快中子的减速过程
岩石中不同元素对中子产生弹性散射几
率(散射截面)不同，氢元素弹性散射截面最大。不同元素减速能力 不同，氢原子核对中子减速起主要作用，特别是中子与氢原子核碰 撞，减速成热中子过程最快。因此，高含氢量岩石中，快中子将很 快减速成热中子。 在减速过程中，中子与原子核正面碰撞一次可损失的最大能量 ΔE，有：ΔE=(1-α)E1，式中E1为中子碰撞前的能量，而α为
中子测井利用岩石的另一种特性，即岩石中的含氢量来研究岩石
性质和孔隙度等地质问题。 这种测井方法在于将装有中子源和探测器的井下仪器下入井中， 由中子源→中子→进入岩层 , 同物质的原子核发生碰撞将产生减速、 扩散和被俘获几个过程，到达探测器。 在这些过程中，探测器周围的中子分布状况，以及中子被俘获 后所放出的伽马射线强度，与仪器周围的岩石性质，特别是岩石的 含氢量有关。 而储集层的含氢量又取决于它的孔隙度，因此，中子测井是目 前广泛使用的一种孔隙度测井。
中子测井 Neutron log
中子测井
学习内容 1、中子测井方法分类 2、中子测井的核物理基础 3、中子-中子测井方法原理 4、中子-伽马测井方法原理
中子测井
学习内容 1、中子测井方法分类 2、中子测井的核物理基础 3、中子-中子测井方法原理 4、中子-伽马测井方法原理
中子测井
1、中子测井方法分类
用加速器加速氘核（ D ）去轰击氚核（ T ）产生快中子，其能量是
14MeV。 该类中子源的特点是人为控制脉冲式发射中子。
2、中子测井的核物理基础
（1）中子和中子源
由于不同能量的中子与原子核作用时有着不同的特点，所以通
常根据中子的能量大小，可以把它分成几类： 高能快中子：能量大于10万电子伏特； 中能中子：能量在100电子伏特—10万电子伏特之间；
中子测井
1、中子测井方法分类
根据中子测井的记录内容：可以将它分为
中子-中子测井 Neutron-Neutron Log
中子-伽马测井 Neutron-Gamma Ray Log
根据仪器的结构特点，中子—中子测井又可分为
中子-超热中子测井（SNP）—井壁中子测井 Sidewall Neutron Log
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
① 快中子的减速过程
在实际弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，
每次碰撞后，中子损失能量并不相同，这与散射角有关。
当快中子与原子核碰撞多次，使中子能量降低为 0.025电子伏
特时，这时的中子为热中子。
2、中子测井的核物理基础
（1）中子和中子源 中子测井所用的中子源有两类：同位素中子源和加速器中子源。 ① 同位素中子源：如镅—铍（Am-Be）中子源，利用镅衰变产生 的α粒子去轰击铍原子核，发生核反应而放出中子。产生的中子的
平均能量约5MeV。
该类中子源的特点是连续发射中子。
② 加速器中子源：（亦称脉冲中子源），如D-T加速器中子源，
中子变为热中子之后，就象分子热运动一样在物质中进行扩散， 当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几乎相等。
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
描述减速过程的三个重要概念
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
① 快中子的减速过程
A.微观弹性散射截面：一个中子与一个原子核发生弹性散射的几率 称为微观弹性散射截面δs，单位为巴（10-24cm2）。 B.宏观弹性散射截面：1cm3物质的原子核的微观弹性散射截面之和 叫宏观弹性散射截面Σs。
态，在由激发态向稳定态转变时，则易放出俘获伽马射线。
下面介绍作用的几个阶段
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
3个作用阶段
由中子源发射出来的快中子与组成物质的原子核发生作用，可 以分为以下几个阶段：
① 快中子的减速过程
平均能量约4Mev的高能快中子--→碰撞原子核(发生弹性散射)-→中子一部分能量传给原子核--→成为原子核动能，中子本身的能 量减少，运动速度降低--→继续碰撞其它原子核。反复多次，能量 不断损失，速度不断减慢，最后成为热中子，此过程为快中子减速
慢中子：能量小于100电子伏特；
其中0.1—100电子伏特的中子为超热中子；
能量等于0.025电子伏特的中子为热中子。
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
3种作用形式
① 非弹性作用：高能快中子与原子核碰撞 (先吸收形成复核->放 出低能中子和非弹散伽马射线)； ② 弹性散射：系统总能量不变。快中子与靶核发生碰撞后中子和 靶核的总动能不变，中子能量继续降低、速度减慢，损失的能量 转变为靶核的动能，靶核仍处于基态。 ③ 辐射俘获：能量低的热中子在其他物质附近漫游，很容易被其 他物质俘获而被吸收，其他物质靶核由于俘获中子后则处于激发
中子
原子核
电子
通常中子与质子以很强的核力结合在一起，形成稳定的原子核。 要使中子从原子核里释放出来，就必须供给一定的能量。如果使原子
核获得的能量大于中子结合能，中子就可能从核中发射出来。
可以用α粒子、氘核d、质子p或γ光子轰击原子核，引起各种核 反应，使中子从核内释放出来。这种产生中子的装置称中子源。
式中A为原子量。
A 1 A 1
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
① 快中子的减速过程
E (1 ) E1
A 1 A 1
对于氢元素，质量A＝1，因而α＝0，ΔE＝El，即中子与氢核 发生碰撞时，中子就失去全部能量。对于碳元素， A＝12，α＝
0.716，中子与碳核碰撞时，中子损失的最大能量为0.28E1。
通常可以利用宏观弹性散射截面来描述这个减速过程。
中子-热中子测井（CNL）—补偿中子测井
Compensated Neutron Log
中子测井
学习内容 1、中子测井方法分类 2、中子测井的核物理基础 3、中子-中子测井方法原理 4、中子-伽马测井方法原理
2、中子测井的核物理基础
（1）中子和中子源
中子是组成原子核的一种不带电荷的
中性粒子，其质量与氢核质量相近。中子 与物质作用时，能穿过原子的电子壳层而 与原子核相碰撞，所以它对物质的穿透能 力较强。
过程。
2、中子测井的核物理基础
（2）中子与物质的作用
① 快中子的减速过程
岩石中不同元素对中子产生弹性散射几
率(散射截面)不同，氢元素弹性散射截面最大。不同元素减速能力 不同，氢原子核对中子减速起主要作用，特别是中子与氢原子核碰 撞，减速成热中子过程最快。因此，高含氢量岩石中，快中子将很 快减速成热中子。 在减速过程中，中子与原子核正面碰撞一次可损失的最大能量 ΔE，有：ΔE=(1-α)E1，式中E1为中子碰撞前的能量，而α为
中子测井利用岩石的另一种特性，即岩石中的含氢量来研究岩石
性质和孔隙度等地质问题。 这种测井方法在于将装有中子源和探测器的井下仪器下入井中， 由中子源→中子→进入岩层 , 同物质的原子核发生碰撞将产生减速、 扩散和被俘获几个过程，到达探测器。 在这些过程中，探测器周围的中子分布状况，以及中子被俘获 后所放出的伽马射线强度，与仪器周围的岩石性质，特别是岩石的 含氢量有关。 而储集层的含氢量又取决于它的孔隙度，因此，中子测井是目 前广泛使用的一种孔隙度测井。
中子测井 Neutron log
中子测井
学习内容 1、中子测井方法分类 2、中子测井的核物理基础 3、中子-中子测井方法原理 4、中子-伽马测井方法原理
中子测井
学习内容 1、中子测井方法分类 2、中子测井的核物理基础 3、中子-中子测井方法原理 4、中子-伽马测井方法原理
中子测井
1、中子测井方法分类
用加速器加速氘核（ D ）去轰击氚核（ T ）产生快中子，其能量是
14MeV。 该类中子源的特点是人为控制脉冲式发射中子。
2、中子测井的核物理基础
（1）中子和中子源
由于不同能量的中子与原子核作用时有着不同的特点，所以通
常根据中子的能量大小，可以把它分成几类： 高能快中子：能量大于10万电子伏特； 中能中子：能量在100电子伏特—10万电子伏特之间；
中子测井
1、中子测井方法分类
根据中子测井的记录内容：可以将它分为
中子-中子测井 Neutron-Neutron Log
中子-伽马测井 Neutron-Gamma Ray Log
根据仪器的结构特点，中子—中子测井又可分为
中子-超热中子测井（SNP）—井壁中子测井 Sidewall Neutron Log