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第四章 放射性测井（6学时） 放射性测井是根据岩石和介质的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找油气藏以及研究油井工程的地球物理方法。放射性测井方法，按其探测射线的类型可分为两大类，即探测伽马射线的伽马测井法和探测中子的中子测井法。 放射性测井的优点：①裸眼井、套管井内均可进行测井；②在油基泥浆、高矿化度泥浆以及干井中均可测井；③是碳酸岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少的测井方法。但是它的测速慢，成本高。 由于生产和解释方法的改进，放射性测井解决生产问题的范围不断扩大，它仍是一项重要的测井方法。特别是核磁共振测井仪的研制成功，更加扩大了放射性测井的应用范围。 第一节 放射性测井基础知识 一、原子核的衰变及其放射性特点 １. 原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又是由原子组成的。原子的中心是原子核，离核较远处核外电子按一定的轨道绕核运动。 ２.核素和同位素 核素：是指原子核中具有一定数目质子和中子并在同一能态上的同类原子，同一核素的原子核质子数和中子数相等。 同位素：是指核中质子数相同而中子数不同的核素，它们在元素周期表中占同一位置。核素可用下列符号表示：，其中X为元素符号，Z和A分别为原子序数和质量数。 核素有稳定核素和放射性核素之分。稳定核素的原子核不会自发地变为另一种核，而放射性核素的原子核却能自发地发生衰变，由一种核变为另一种核，并放射出射线。 ３.核衰变 放射性核素的原子核自发地发生分解，转变成另外某种原子核，并放出放射性射线，这种现象叫核衰变，放出放射性射线的性质叫放射性。如： （4-1） 设在t时刻某种放射性核素有N个原子核，在时间间隔内有个发生了核衰变，则有： （4-2） 式中：衰变常数，表征衰变速度的常数，即单位时间内每个核发生衰变的几率，越大衰变越快。 对上式积分，并令t=0时，，则有： 此式称为核衰变定律。由上式可看出，随着时间的增加，放射性元素的原子数在减少，当t →，原子数量越接近于零。除了用外，还用半衰期T来说明衰变的速度。半衰期就是从放射性元素原子核的初始量，开始到一半原子已发生衰变时所经历的时间，T和有如下关系： （4-3） 越大，T越短，放射性元素的衰变越快。 ４.放射性射线的性质 在放射性射线中，此外还有其它射线，这里只介绍射线。 ①射线：是氦的原子核流，氦的原子核是，因其质量大，易引起物质的电离或激发，被物质吸收，所以它在物质中运动时，射程很小，在空气中为2.5cm左右，在岩石中和金属矿层中，约为数十万分之一米，因射线穿透能力很差，所以在井内探测不到射线。 ②射线：是高速运动的电子流。它在物质中的射程也较短。 ③射线：是频率很高的电磁波（波长为3x10-11～10-9cm）或光子流，不带电荷，但其能量很高，一般在几十万电子伏特以上，并且有很强的穿透能力，例如要使给定的射线强度减弱到一半，则需要穿过12.7mm厚的铅层(铅的吸收能力很强)，所以射线在放射性测井中能被探测到而得到利用。伽马射线的能量为： （4-4） 式中：——普朗克常数，等于6.63×10—34J·s； 　　　——频率 5.放射性活度和放射性比度 放射性强弱通常以放射性源每单位时间内发生衰变的原子核数来表示，称为放射性活度（强度，老术语）。其单位为，1居里()定义为每秒有次核衰变。居里的单位太大，常用居里的千分之一（毫居里,）作为单位，微居里()。1975年国际计量大会对放射性活度的单位做了新的规定，按规定，国际单位制的活度单位命名为“贝可勒尔”，符号为。 1＝ （4-5） 另外，放射性测井中，也常用计数率 — 脉冲/分钟作为放射性强度的单位。放射性比度（比放射性，放射性浓度）是指单位质量或单位体积的物质的放射性活度。最常用的单位是：/g和/g。纯镭的放射性比度是1/g。 克镭当量/克：每克物质中含有相当于一克镭的放射性就称为一克镭当量/克，所以“克镭当量/克”单位就等于每克物质的放射性强度为一居里。 二、伽马射线与物质的作用 组成伽马射线的伽马光子的能量一般在0.5～5.3MeV之间。在这一能量范围内，射线穿过物质时，与构成物质的原子发生作用，主要产生如下现象：光电效应；康普顿效应；电子对效应。 1.光电