第7章-放射性测井
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地球物理测井重点知识
第一章自然电位1 石油钻井中产生自然电场的主要原因是什么？扩散电动势ED扩散吸附式电动势EDA和过滤电动势EF产生的机理和条件是什么？自然电位形成原因：由于泥浆与地层水的矿化度不同,在钻开岩层后,在井壁附近两种不同矿化度的溶液发生电化学反应,产生电动势,形成自然电场.一般地层水为NaCL溶液,当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势,即高浓度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移,这种过程叫离子扩散.在扩散过程中,各种离子的迁移速度不同,如氯离子迁移速度大于钠离子(后者多带水分子),这样在低浓度溶液一方富集氯离子(负电荷)高浓度溶液富集钠离子(正电荷),形成一个静电场,电场的形成反过来影响离子的迁移速度,最后达到一个动态平衡,如此在接触面附近的电动势保持一定值,这个电动势叫扩散电动势记为Ed同样离子将要扩散,但泥岩对负离子有吸附作用,可以吸附一部分氯离子,扩散的结果使浓度小的一方富集大量的钠离子而带正电,浓度大的一方富集大量的氯离子而带负电,这样在泥岩薄膜形成扩散吸附电动势记为Eda此外还有过滤电动势,这种电动势是在压力差作用下泥浆滤液向地层渗入时产生的,只有在压力差较大时才考虑过滤电动势的影响.2 影响SP曲线幅度的因素是什么？想想在SP曲线解释过程中，如何把影响因素考虑进去，从而得到与实际相符的结论？在自然电位测井时一般把测量电极N放在地面上,电极M用电缆放在井下,提升M电极,沿井轴测量自然电位(M电位)随深度变化的曲线叫自然电位曲线(SP).影响因素：1 溶液成分的影响;2岩性的影响砂岩泥岩3温度的影响;4地层电阻率的影响5地层厚度影响厚度增加SP增加6井眼的影响井径扩大截面积增加,泥浆电阻变小,SP变小3 SP的单位是什么？毫普第二章普通电阻率测井1 岩石的电阻率和岩性有什么关系？沉积岩属于什么导电类型？沉积岩石在水中沉淀的岩石碎屑或者矿物经胶结压实而成，其结构可视为矿物骨架与空隙中流体的组合。
放射性测井之自然伽马测井
自然伽马测井是利用地层中自然存在的放射性元 素，如铀、钍等，测量地层岩石的自然伽马射线 辐射强度。通过测量自然伽马射线辐射强度，可 以推断地层岩石的孔隙度、含水量等性质。
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供
第七章 自然伽马测井
(7-6)
其中： Io 、 I--- 分别为未经吸收物质和经过吸收物 质L时伽马射线强度； μ---物质的吸收系数，μ=τ+Σ+η。 此外，还可以用质量吸收系数反映伽马射线通过物 质时的强度减弱程度。 (7-7)
m
三、伽马射线的探测
1、 放电计数管 如图7-3所示，它利用放射性辐射使气体电离的特 性来探测伽马射线。此计数管的计数效率低。 2、闪烁计数管
图7－8
自然伽马曲线
三、自然伽马测井曲线的特点及影响因素
自然伽马测井仪探测的伽马光子主要是
以仪器为球心、半径为 30～45厘米范围内岩
石放射出的伽马光子，此范围为自然伽马测
井的探测范围。
１、自然伽马测井曲线的特点（理论）
自然伽马测井 的理论曲线如图 7-9所示，从图中 不难看出曲线具 有下列特点：
其中：GR----目的层测井值；
GRcl----纯地层的测井值；
GRsh-----泥岩层测井值，API单位。
GCUR----希尔奇指数，与地层年代有关。
第三系地层，取3.7；老地层取2。
例：自然伽马测井曲线上的读数为：
纯砂岩=15API；泥岩=90API；目的层=40API。
地层为第三系碎屑岩。求地层泥质含量。
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
35-5 35-1
5559-5581
S1k1
5564-5585
S1k1
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
第三节
自然伽马能谱测井
自然伽马测井只能反映地层中所有放射 性核素的总效应，而不能区分地层中所含放 射性核素的种类及含量。自然伽马能谱测井 即可完成这一任务。
放 射 性 测 井
地球物理测井— 地球物理测井 放射性测井
3、条件单位
单位时间的脉冲数， 测井时记录的是单位时间的脉冲数 不同的仪器记录器在统 测井时记录的是单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在统 标准下刻度。 一标准下刻度。 采取相同的单位：微伦琴/ 采取相同的单位：微伦琴/小时 API
三、核衰变的统计涨落
同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同， 同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同， 总是围绕一平均值上下起伏 围绕一平均值上下起伏。 总是围绕一平均值上下起伏。 统计涨落是由核衰变本身的特性所决定的， 本身的特性所决定的 统计涨落是由核衰变本身的特性所决定的，与环境和人的因素 无关。 无关。
地球物理测井— 地球物理测井 放射性测井 一、原子核的衰变及放射性
1、原子的结构
原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。 原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。
原子核由质子和中子组成 原子核由质子和中子组成 质子 2、同位素
同位素：质子数相同的同一类原子。 同位素：质子数相同的同一类原子。 氢的同位素： 例：氢的同位素：氕、氘、氚
地球物理测井— 地球物理测井 放射性测井
自然伽马测井
它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用被 它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。 伽玛射线激发的物质的发光现象来探测射线的。 GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源） GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源） 测量的是岩层的自然放射性强度 岩石中主要的放射性元素： 岩石中主要的放射性元素： 238 232 40 92U 90Th 19K
岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例， 岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，其含量与岩性以 及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，GR不同 不同。 及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，GR不同。
第七章自然伽马测井
• γ射线：频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量高， 穿透力强。能够穿透地层、套管以及仪器外壳，可以 在井中被探测到。
09:13:03
第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
9
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
– 1.光电效应 •γ射线能量较低时，穿过物质与原子中的电子相碰撞， 将其能量交给电子，使电子脱离原子运动，而γ整个被 吸收，释放出光电子。光电效应发生几率τ随原子序数 的增大而增大，随γ能量增大而减小。
0.0089
Z 4.1
A
n
09:13:03
第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
10
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
–1.光电效应
•τ——线性光电吸收系数， γ光子穿过1cm吸收物质时 产生光电子的几率；
•λ——γ光子的波长；
•n——指数常数，对不同的元素取不同的值，对C、O 来说取3.05，对Na到Fe的元素来说取2.85；
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 26
第二节 自然伽马测井
一、岩石的自然放射性
– 煤中的有机质（由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机 化合物）和无机质（矿物杂质和水分）都不是放射性 物质，因此在一般情况下，煤层的放射性均很弱。 – 煤层放射性的强弱与煤的灰分合量有很密切的关系。 灰分增高，煤层的放射性也随之增强，某些高灰分煤 层的放射性甚至比围岩还要高。
m
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 16
第一节 伽马测井的核物理基础
三、伽马射线的探测
– 1.放电计数管
• 放电计数管是利用放射性射线使气体电离的性质来探测伽 马射线。
09:13:03
第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
9
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
– 1.光电效应 •γ射线能量较低时，穿过物质与原子中的电子相碰撞， 将其能量交给电子，使电子脱离原子运动，而γ整个被 吸收，释放出光电子。光电效应发生几率τ随原子序数 的增大而增大，随γ能量增大而减小。
0.0089
Z 4.1
A
n
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第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
10
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
–1.光电效应
•τ——线性光电吸收系数， γ光子穿过1cm吸收物质时 产生光电子的几率；
•λ——γ光子的波长；
•n——指数常数，对不同的元素取不同的值，对C、O 来说取3.05，对Na到Fe的元素来说取2.85；
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 26
第二节 自然伽马测井
一、岩石的自然放射性
– 煤中的有机质（由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机 化合物）和无机质（矿物杂质和水分）都不是放射性 物质，因此在一般情况下，煤层的放射性均很弱。 – 煤层放射性的强弱与煤的灰分合量有很密切的关系。 灰分增高，煤层的放射性也随之增强，某些高灰分煤 层的放射性甚至比围岩还要高。
m
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 16
第一节 伽马测井的核物理基础
三、伽马射线的探测
– 1.放电计数管
• 放电计数管是利用放射性射线使气体电离的性质来探测伽 马射线。
放射性测井之自然伽马测井讲解
放射性同位素：不稳定的同位素。
放射性：不稳定核素原子核自发地释放、β、 等射线
2
3） 核衰变 核衰变：原子核自发地释放出一种带电粒子，并蜕变成另外某种原子核， 同时放出伽马射线。
核衰变常数λ：决定于该放射性核素本身的性质，其值越大衰变越快。
一种元素经过放射变成另一种元素的过程称为衰变或蜕变。
例如
1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素
核素：原子核中具有相同数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子 （同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。
放射性核素：不稳定的核素 （ 其结构和能量都会发生改变， 衰变成其他核素，并放出射线）。
同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。
通式为： ZXA → Z+1YA+(一个负电荷)
例如：衰变
90Th234 → 91Pa234+
衰变：放出射线的衰变。
射线通常是在、衰变的过程中伴随放出的。
7
2) 、和 射线比较
射线种类 产生原因
实物
射线 衰变放出
氦(2He4) 原子核流
射线 衰变放出
高速运动的电子流
式中GR 、GRmax 、GRmin分别为待研究地层、纯泥岩、纯砂岩的自然伽马 测井强度。
进行非线性 校正:
Vsh
2cSH 1 2c 1
C ＝ 3.7 新地层 C ＝ 2.0 老地层
应用条件： （1）不同地层中粘土矿物放射性是相同的
（2）除了粘土矿物之外，不含有其他放射性矿物
27
200
160
特高 → 高 → 中等 → 最低
3) 碳酸盐岩剖面
放射性：不稳定核素原子核自发地释放、β、 等射线
2
3） 核衰变 核衰变：原子核自发地释放出一种带电粒子，并蜕变成另外某种原子核， 同时放出伽马射线。
核衰变常数λ：决定于该放射性核素本身的性质，其值越大衰变越快。
一种元素经过放射变成另一种元素的过程称为衰变或蜕变。
例如
1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素
核素：原子核中具有相同数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子 （同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。
放射性核素：不稳定的核素 （ 其结构和能量都会发生改变， 衰变成其他核素，并放出射线）。
同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。
通式为： ZXA → Z+1YA+(一个负电荷)
例如：衰变
90Th234 → 91Pa234+
衰变：放出射线的衰变。
射线通常是在、衰变的过程中伴随放出的。
7
2) 、和 射线比较
射线种类 产生原因
实物
射线 衰变放出
氦(2He4) 原子核流
射线 衰变放出
高速运动的电子流
式中GR 、GRmax 、GRmin分别为待研究地层、纯泥岩、纯砂岩的自然伽马 测井强度。
进行非线性 校正:
Vsh
2cSH 1 2c 1
C ＝ 3.7 新地层 C ＝ 2.0 老地层
应用条件： （1）不同地层中粘土矿物放射性是相同的
（2）除了粘土矿物之外，不含有其他放射性矿物
27
200
160
特高 → 高 → 中等 → 最低
3) 碳酸盐岩剖面
放射性测井
自然伽玛测井
定义
特点
定义
自然伽玛测井是测量地层内部天然放射性的一种测井方法。当地层含有放射性矿物时，地层会放射出伽玛射 线，伽玛射线是一种类似于光的高频电磁波，当射线被测量仪器的探头接收时，射线激发介质中原子，退激产生 可见光，然后由光电倍增管转换为电脉冲，脉冲的数量就反映了地层伽玛射线的强度。地层中的主要发射性元素 为铀系、钍系和钾40系。用自然伽玛测井曲线可以进行地层对比、划分砂泥岩、计算泥质含量、识别岩性、评价 生储盖组合等。
谢谢观看
影响因素
1、地层岩性成份的影响；2、井眼的影响，扩径使密度数值失真；3、仪器刻度;4、时间常数及测井速度; 5、地层孔隙流体的影响；6、泥质的影响，一般粘土矿物的密度（克/立方厘米）：伊利石2.76~3.0高岭石 2.6~2.63蒙脱石2.2~2.7。
补偿中子测井
定义
影响因素
定义
由中子源向地层放射连续的快中子流，快中子和井内地层中元素的原子核相碰撞时被减速，地层中的氢原子 对快中子的减速能力最强。因此，快中子在地层中被减速为热中子的过程主要取决于地层的含氢量。用中子计数 器直接测量下井仪器周围地层中的热中子密度。通常把淡水的含氢量规定一个单位。
介绍
介绍
放射性测井又称核测井，是以地层和井内介质的核物理性质为基础的地球物理方法。测井时，用探测器在井 中连续测量由天然放射性核素发射的或由人工激发产生的核射线，以计数率或标准化单位记录射线强度随深度的 变化，也可直接转换成测井分析所需要的地球物理参数，以更直观的形式进行记录。这类测井方法可在裸眼井和 套管井中测定岩性、进行地层评价、观察油田开发动态和研究油井的工程质量。放射性测井主要包括自然伽马、 自然伽马能谱、密度、岩性-密度、中子伽马、中子中子、中子寿命、中子非弹性散射伽马能谱、中子活化等测井 方法。
放射性测井基础知识
正电子
伽马光子
负电子
放射性涨落现象
当进行放射性测量时，即使仪器的稳定性很好， 操作又很细心，井的条件稳定，地层的放射性分 布很均匀，测得的曲线也绝不可能是光滑的（与 电测井曲线比较），而是有很多小的起伏，曲线 上的读数总是围绕着某个数值上下涨落。换一种 情况，如果我们将仪器固定在井中某一点对地层 进行探测也是如此。即使在实验室里，使用高精 度的测量仪器，每次测量的时间都相等，对同一 个放射性源十分细心的进行多次重复测量，所测 得的结果也不会完全相等，有时会有很大的差别。 这种性质是微观世界的自然规律，与测量条件无 关。所以即使在最理想的条件下，放射性涨落误 差或称统计误差仍是不可避免的。
眼睛
伽马
中子
核磁
岩性 孔隙度 渗透率 饱和度 流体特性
伽马测井的核物理基础
一、原子与原子核
原子由原子核和核外电子组成，核外电子绕 核运动；原子核由更小的质子和中子组成。 组成原子核的质子和中子也处在不停的运动 中，它们的运动状态不同，相应的能量状态 也不同。处于最低能量状态的原子核称为基 态，处于比基态高的能量状态称为激发态。 处于激发态的原子核是不稳定的，往往要放 出伽马射线从激发态回到基态。
γ射线是波长很短的电磁波，是高速运动 的电子流。 γ射线是核内状态变化而产生的，在原子 核内并不存在γ光子。
γ射线不带电，具有很强的穿透能力。
测井中为什么使用γ射线
α射线穿透能力很小，在空气中只有2.611.5cm，而在岩石中只有10-3cm数量级。β 射线穿透能力虽比α射线大些，在空气中射 程也只有几至几十厘米，在金属中最大只有 9mm。所以α、β射线在测井上都没有使用
岩石中的自然伽马放射性
岩石的放射性主要是由铀系、钍系和放射 性同位素K40决定的。
伽马光子
负电子
放射性涨落现象
当进行放射性测量时，即使仪器的稳定性很好， 操作又很细心，井的条件稳定，地层的放射性分 布很均匀，测得的曲线也绝不可能是光滑的（与 电测井曲线比较），而是有很多小的起伏，曲线 上的读数总是围绕着某个数值上下涨落。换一种 情况，如果我们将仪器固定在井中某一点对地层 进行探测也是如此。即使在实验室里，使用高精 度的测量仪器，每次测量的时间都相等，对同一 个放射性源十分细心的进行多次重复测量，所测 得的结果也不会完全相等，有时会有很大的差别。 这种性质是微观世界的自然规律，与测量条件无 关。所以即使在最理想的条件下，放射性涨落误 差或称统计误差仍是不可避免的。
眼睛
伽马
中子
核磁
岩性 孔隙度 渗透率 饱和度 流体特性
伽马测井的核物理基础
一、原子与原子核
原子由原子核和核外电子组成，核外电子绕 核运动；原子核由更小的质子和中子组成。 组成原子核的质子和中子也处在不停的运动 中，它们的运动状态不同，相应的能量状态 也不同。处于最低能量状态的原子核称为基 态，处于比基态高的能量状态称为激发态。 处于激发态的原子核是不稳定的，往往要放 出伽马射线从激发态回到基态。
γ射线是波长很短的电磁波，是高速运动 的电子流。 γ射线是核内状态变化而产生的，在原子 核内并不存在γ光子。
γ射线不带电，具有很强的穿透能力。
测井中为什么使用γ射线
α射线穿透能力很小，在空气中只有2.611.5cm，而在岩石中只有10-3cm数量级。β 射线穿透能力虽比α射线大些，在空气中射 程也只有几至几十厘米，在金属中最大只有 9mm。所以α、β射线在测井上都没有使用
岩石中的自然伽马放射性
岩石的放射性主要是由铀系、钍系和放射 性同位素K40决定的。
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• 1、岩石的自然伽马放射性 • 岩石的自然伽马放射性决定于岩石中所含
的放射性核素的种类和数量，即主要是岩 石中铀、钍、钾的含量决定 。
• （1）钍系
23920Th
208 82
Pb
从钍 （23920Th ）开始
经6次α衰变和4次β
衰变，最后生成稳定
核素
208 82
Pb
• （2）铀系
U 238
92
• （6）放射性活度 • 一个放射源在单位时间内衰变的原子核数，
称为放射性活度 。
2、伽马射线和物质的相互作用
• （1） 射线与物质相互作用的几率
• 利用截面 来描述作用几率的大小，定
义式为：
I
INt
γ源
γ射线
地层物质
γ射线与物质 的相互作用
【问题1】伽马 射线与物质之间的 相互作用有哪些？
核外电子 入射光子
原子核 光电子
γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用， 结果是吸收一个γ光子，并将γ光子的能量全部 转移给某个束缚电子，该束缚电子摆脱原子对
它的束缚之后发射出来，这个过程称为光电 效应。
由光电效应发射出来的电子称为光电子。
图3-1伽马射线与物质的三种作用 （a）光电效应；（b）康普顿效应； （c）电子对效应
和一个负电子 ，这种过程称为电子对效 应，是高能γ射线与物质作用的一种主要方
式。
对于不同的吸收物质和能量区域，每种效应 的相对重要性不同：
• ①对于低能伽马射线和原子序数高的吸收 物质，光电效应占优势；
• ②对于中能伽马射线和原子序数较低的吸 收物质，康普顿效应占优势；
• ③对于高能伽马射线和原子序数高的吸收 物质，电子对效应占优势。
电子或俘获一个轨道电子而发生的转变，
统称为 衰变。
• ③ 跃迁：由 、 衰变产生的子核往
往处于激发态，而后可以通过发射 射线
释放多余的能量而退激到基态的过程称为
跃迁，或 衰变。
• （5）核衰变基本规律
N N0et
• 半衰期：放射性核素因衰变而减少到原来 一半所需的时间，用
T ln 2
第七章 放射性测井
放射性测井（核测井）是测量记录反 映岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理 性质的参数，研究井剖面岩层性质、寻找 石油矿藏等的一类测井方法。
§7-1自然伽马测井和自然伽马能谱测井
• 一、伽马测井的核物理基础
• 1、放射性和放射性衰变
• （1）核素和同位素
• 核素：一种核素是指原子核的质子数和
1（.γ3光）子、与康原普子顿的效核应外电子发生非弹性碰撞；
2.γ光子一部分能量转移给外层电子，光子发生 散射，其能量和运动方向发生变化；
3.束缚电子获得能量脱离原子成为反冲电子。
核外电子
原子核
反冲电子
入射光子
θ
散射光子
核外电子 入射光子
原子核
反冲电子 散射光子
γ光子与原子的核外电子发生非弹性 碰撞，一部分能量转移给电子，使它脱离
• （2）半导体探测器 • 半导体探测器的探测介质是半导体材料，
在测井中比较有前途的是高纯锗探测器， 与闪烁探测器比较，主要优点是能量分辨 率高，线性范围宽，但输出幅度小，须在 低温条件加工作。
图3-2 闪烁探测器组成示意图
二、自然伽马测井 自然伽马测井是用伽马射线探测器
测量地层总的自然伽马放射性的强度， 以研究地层性质和寻找放射性矿床的测 井方法。
中子数都相等并处于同一能态的同一类原
子，用下列符号表示：A Z
X
，其中
X
为元素
的符号；Z和A分别表示质子数和质量数，
例如
3 1
H
是一种核素。
同位素：是指几种质子数相同而中子数不同的
核素统称为该种元素的同位素，例如
1 1
H
、2 1
H
和
3 1
H，这三种核素都是氢的同位素。
（2）放射性和放射性核素
放射性：原子核自发地放出各种射线的性质
可制造中子源；
•
• 射线是高速运动的电子流，它的穿透能
力比 射线强，但电离能力较 射线弱；
• 射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能
力最强，但电离能力最弱。 射线能穿透
几十厘米的地层、水泥环、套管和下井仪 器的外壁而被探测仪器接收到，是核测井 的主要探测对象。
（4）放射性衰变 • 放射性核素的原子核自发地释放出一种粒子
统称为放射性。
放射性核素：能自发地发生衰变，由一种核
变为另一种核的核素称为放射性核素，如
3 1
H
就是放射性核素；
稳定核素：不能自发发生变化的核素就是稳
定核素，例如
1 1
H
、2 1
H
就是稳定核素。
（3）核射线
• 射线是高速运动的氦原子核（粒子），它
的穿透能力最低，但电离能力最强。在核测
井中，利用 粒子和某些原子核的相互作用
（5） 射线的衰减规律
• 射线通过吸收物质时，由于发生上述三
种效应，其强度要减弱，穿过吸收物质后 的强度与吸收物质的厚度的关系为：
I I 0 e x
3、 射线的探测
• （1）闪烁探测器 • 闪烁探测器主要有闪烁体、光电倍增管和
电子仪器三部分组成。 • 常用的闪烁体主要有碘化钠（铊）、碘化
铯（铊）和BGO等。
变成另外一种原子核的放射性现象称为放射 性衰变。
• 衰变方式：
① 衰变：原子核自发地发射 粒子
（4 He 核）转变成另一种原子核的放射性现
象称为 衰变。
• 其过程可表示为：
•
A Z
X
ZA42Y
24He
•
例如放射性核素钋（210 84
Po
）经过
衰变变成
铅
206 82
Pb
，同时放出
射线。
• ② 衰变：原子核自发地放出负电子、正
【问题2】核测 井利用这些过程怎 样来确定储集层岩 性和孔隙度呢？
储层岩性分析
储层孔隙度计算
主要作用方式 伽马源
电子对效应 康普顿效应 光电效应
地层物质
（2）、光电效应
入射光子
原子核
核外电子 光电子
1.γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用； 2.γ光子被吸收，能量全部交给内层束缚电子； 3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。
从铀（
238 92
U
）开始
经8次α衰变和6次β
衰变，最后生成稳
定核素
206 82
Pb
2、自然伽马测井原理 • （1）铀：铀系中最重要的γ辐射体是214Bi，
原子成为反冲电子，同时光子发生散射， 散射光子的能量和运动方向发生变化，即康 普顿效应。
1.γ光（子4受）到、原电子子核对库效仑应场的作用；
2.γ光子转变为一个正电子和一个负电子，自身消失
核外电子
原子核
正电子
入射光子
负电子
核外电子 入射光子
原子核
正电子
负电子
当γ光子从原子核旁经过时，在原子核 的库仑场作用下，γ光子转换为一个正电子