中子孔隙測(cè)井PPT課件

1、 一、中子與地層的作用及擴(kuò)散理論 1、中子與地層物質(zhì)原子核的作用、中子與地層物質(zhì)原子核的作用 （1）彈性散射）彈性散射 中子與原子核發(fā)生碰撞后，系統(tǒng)的總動(dòng)能不變，中中子與原子核發(fā)生碰撞后，系統(tǒng)的總動(dòng)能不變，中子所損失的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉礇_核的動(dòng)能，剩余核子所損失的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉礇_核的動(dòng)能，剩余核處于基態(tài)處于基態(tài) ； 中子通過彈性碰撞損失能量的過程，不會(huì)伴隨伽馬中子通過彈性碰撞損失能量的過程，不會(huì)伴隨伽馬射線產(chǎn)生；射線產(chǎn)生；第1頁/共104頁 每次彈性碰撞快中子損失的能量與靶核的質(zhì)量每次彈性碰撞快中子損失的能量與靶核的質(zhì)量數(shù)數(shù)A，碰撞前中子的能量及散射角有關(guān)；，碰撞前中子的能量及散射角有關(guān)； 氫

2、核和中子彈性碰撞時(shí)損失的能量最大，氫是氫核和中子彈性碰撞時(shí)損失的能量最大，氫是最好的中子減速劑。最好的中子減速劑。 （2）輻射俘獲核反應(yīng)）輻射俘獲核反應(yīng) 靶核俘獲一個(gè)熱中子而變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的核，然后靶核俘獲一個(gè)熱中子而變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的核，然后復(fù)核放出一個(gè)或幾個(gè)光子，回到基態(tài)，這就是復(fù)核放出一個(gè)或幾個(gè)光子，回到基態(tài)，這就是輻射俘獲反應(yīng)。輻射俘獲反應(yīng)。 第2頁/共104頁 氫俘獲一個(gè)熱中子后會(huì)放出能量為氫俘獲一個(gè)熱中子后會(huì)放出能量為2.23MeV的的伽馬射線，微觀截面為伽馬射線，微觀截面為0.332b； 氯原子核俘獲熱中子后放出的主要伽馬射線有：氯原子核俘獲熱中子后放出的主要伽馬射線有：1.17、1.95

3、、6.11、6.62和和 7.42MeV，在常見地，在常見地層核素中俘獲能力最強(qiáng)；層核素中俘獲能力最強(qiáng)； 硅俘獲熱中子放出的伽馬射線：硅俘獲熱中子放出的伽馬射線：3.54MeV和和4.93MeV； 鈣俘獲熱中子放出的伽馬射線有：鈣俘獲熱中子放出的伽馬射線有：1.94、4.42和和6.42MeV。第3頁/共104頁 （3）活化反應(yīng)）活化反應(yīng) 快中子和熱中子都能使原子核活化，使穩(wěn)定核快中子和熱中子都能使原子核活化，使穩(wěn)定核素轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫院怂?，這些核素成為活化核按素轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫院怂?，這些核素成為活化核按其固有的半衰期進(jìn)行衰變，并釋放出其固有的半衰期進(jìn)行衰變，并釋放出或或粒子，粒子，這種反應(yīng)稱為中子活

4、化反應(yīng)。這種反應(yīng)稱為中子活化反應(yīng)。第4頁/共104頁 2、含氫指數(shù)、含氫指數(shù) 地層對(duì)快中子的地層對(duì)快中子的減速能力減速能力主要決定于它的主要決定于它的含氫量含氫量。 在中子測(cè)井中，將淡水的含氫量規(guī)定為一個(gè)單位，在中子測(cè)井中，將淡水的含氫量規(guī)定為一個(gè)單位，而而1cm3任何巖石或礦物中的氫核數(shù)與同樣體積的任何巖石或礦物中的氫核數(shù)與同樣體積的淡水的氫核數(shù)的比值定義為它的含氫指數(shù)，用淡水的氫核數(shù)的比值定義為它的含氫指數(shù)，用H或者或者HI來表示，與單位體積中介質(zhì)的氫核數(shù)成正來表示，與單位體積中介質(zhì)的氫核數(shù)成正比。比。第5頁/共104頁 （1）含氫指數(shù)的表達(dá)公式）含氫指數(shù)的表達(dá)公式 對(duì)于化合物，其含氫原子

5、核數(shù)目為：對(duì)于化合物，其含氫原子核數(shù)目為： 其中其中NA為阿伏伽德羅常數(shù)，為阿伏伽德羅常數(shù)，x為一個(gè)化合物分子為一個(gè)化合物分子中含有的氫原子數(shù)，中含有的氫原子數(shù)，為化合物的密度，為化合物的密度，M為化為化合物的摩爾質(zhì)量。合物的摩爾質(zhì)量。MxNNA)(MxNkHA第6頁/共104頁 對(duì)于淡水，其含氫指數(shù)可以表示為：對(duì)于淡水，其含氫指數(shù)可以表示為： 則有則有 化合物的含氫指數(shù)為：化合物的含氫指數(shù)為：1911812)(AAAkNkNMxNkH9AkNMxH9第7頁/共104頁 （2）原油和天然氣的含氫指數(shù)）原油和天然氣的含氫指數(shù) 液態(tài)烴的含氫指數(shù)與淡水接近，而天然氣（分子液態(tài)烴的含氫指數(shù)與淡水接近，

6、而天然氣（分子式為）的氫濃度很低，并且隨溫度和壓力而變化，式為）的氫濃度很低，并且隨溫度和壓力而變化， 含氫指數(shù)很小。含氫指數(shù)很小。 烴的分子式為烴的分子式為 ，其含氫指數(shù)可以寫為：，其含氫指數(shù)可以寫為：xxxnnxH129)12(9xnCH第8頁/共104頁 甲烷（甲烷（CH4)的含氫指數(shù)為：的含氫指數(shù)為： 原油（原油（CH2）的含氫指數(shù)為：）的含氫指數(shù)為： 若原油密度為若原油密度為0.85g/cm3，含氫指數(shù)為，含氫指數(shù)為1.09；地層條件下若天然氣密度為地層條件下若天然氣密度為0.2g/cm3，含氫指，含氫指數(shù)為數(shù)為0.45。44425. 241249129CHCHCHxxHOOOxxH

7、286. 121229129第9頁/共104頁 （3）與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)）與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù) 對(duì)于石膏，其分子式為對(duì)于石膏，其分子式為 ，密度，密度為為2.32g/cm3，則有，則有 泥質(zhì)：主要包括束縛水、粘土礦物結(jié)晶水等，泥質(zhì)：主要包括束縛水、粘土礦物結(jié)晶水等，因此泥質(zhì)具有很高的含氫指數(shù)，主要取決于泥因此泥質(zhì)具有很高的含氫指數(shù)，主要取決于泥質(zhì)孔隙體積和礦物成分，一般可達(dá)質(zhì)孔隙體積和礦物成分，一般可達(dá)0.150.3。OHCaSO24249. 03664324032. 2499MxH第10頁/共104頁 （4）與巖性有關(guān)的等效含氫指數(shù)）與巖性有關(guān)的等效含氫指數(shù) 對(duì)快中子減速其主要

8、作用的是氫，但其他原子核也對(duì)快中子減速其主要作用的是氫，但其他原子核也有減速作用。有減速作用。 假設(shè)能量為假設(shè)能量為2MeV的中子要熱化成熱中子，選用不的中子要熱化成熱中子，選用不同的減速劑所需要的熱化碰撞次數(shù)相差很大，同的減速劑所需要的熱化碰撞次數(shù)相差很大，1H核：核：18.2， 12C核：核：114，16O核：核：150；而能量為；而能量為1MeV的中子熱化成熱中子，的中子熱化成熱中子，28Si核：核：244；40Ca核：核：340。 因此巖石骨架雖然不含氫，但具有等效的含氫指數(shù)。因此巖石骨架雖然不含氫，但具有等效的含氫指數(shù)。第11頁/共104頁 （5）孔隙性純巖石地層的含氫指數(shù)）孔隙性純

9、巖石地層的含氫指數(shù) 孔隙度為孔隙度為、充滿淡水的純巖石含氫指數(shù)表達(dá)式為：、充滿淡水的純巖石含氫指數(shù)表達(dá)式為： 中子測(cè)井時(shí)測(cè)得的孔隙度實(shí)質(zhì)上就是等效含氫指數(shù)；中子測(cè)井時(shí)測(cè)得的孔隙度實(shí)質(zhì)上就是等效含氫指數(shù)；刻度條件：使飽含淡水石灰?guī)r地層的含氫指數(shù)等于刻度條件：使飽含淡水石灰?guī)r地層的含氫指數(shù)等于充淡水孔隙度，則石灰?guī)r地層充淡水孔隙度，則石灰?guī)r地層 其他巖性地層，需要進(jìn)行巖性校正；只有巖性、孔其他巖性地層，需要進(jìn)行巖性校正；只有巖性、孔隙流體、井眼條件與儀器刻度條件相同時(shí)含氫指數(shù)隙流體、井眼條件與儀器刻度條件相同時(shí)含氫指數(shù)等于總孔隙度。等于總孔隙度。WmaHHH)1 (0maHH第12頁/共104頁

10、（6）挖掘效應(yīng)）挖掘效應(yīng) 與飽含淡水的地層相比，地層含有天然氣時(shí)，與飽含淡水的地層相比，地層含有天然氣時(shí)，一部分孔隙空間的水被氣代替，不僅含氫指數(shù)一部分孔隙空間的水被氣代替，不僅含氫指數(shù)減小，而且還會(huì)造成巖石對(duì)快中子的減速能力，減小，而且還會(huì)造成巖石對(duì)快中子的減速能力，即天然氣使中子孔隙度減小的量比含氫指數(shù)減即天然氣使中子孔隙度減小的量比含氫指數(shù)減小的量還要小，相等于挖掘了一定體積的骨架，小的量還要小，相等于挖掘了一定體積的骨架，生成了一個(gè)負(fù)的含氫指數(shù)附加值，這一效應(yīng)稱生成了一個(gè)負(fù)的含氫指數(shù)附加值，這一效應(yīng)稱為挖掘效應(yīng)。為挖掘效應(yīng)。第13頁/共104頁中子能量中子能量/MeVH（g=1）C(=

11、1.6)O（g=1）H2OD2O3.00.7250.86519.219.856.862.66.410.511.92.00.6030.70717.718.248.650.05.310.110.91.00.4630.5215.916.242.242.63.89.710.20.500.3750.41114.715.038.639.13.19.49.90.250.3280.35213.714.137.938.22.79.19.50.100.2930.30913.213.336.837.12.48.89.2中子能量從E0變到1.44eV時(shí)相應(yīng)的中子減速長(zhǎng)度 第14頁/共104頁 挖掘效應(yīng)的大小與巖性、孔

12、隙度、含水飽和度及挖掘效應(yīng)的大小與巖性、孔隙度、含水飽和度及天然氣的含氫指數(shù)有關(guān)，天然氣的含氫指數(shù)越小，天然氣的含氫指數(shù)有關(guān)，天然氣的含氫指數(shù)越小，氣占的孔隙體積越大，挖掘效應(yīng)的作用就越強(qiáng)。氣占的孔隙體積越大，挖掘效應(yīng)的作用就越強(qiáng)。第15頁/共104頁 3、擴(kuò)散理論、擴(kuò)散理論 （1）中子注量和中子注量率）中子注量和中子注量率 中子注量：在空間一定點(diǎn)上，在一段時(shí)間間隔中子注量：在空間一定點(diǎn)上，在一段時(shí)間間隔內(nèi)，不論以任何方向射入以該點(diǎn)為中心的小球內(nèi)，不論以任何方向射入以該點(diǎn)為中心的小球體的中子數(shù)目與該球體的最大截面積的比值定體的中子數(shù)目與該球體的最大截面積的比值定義為中子注量，常用義為中子注量，

13、常用表示，單位是表示，單位是n/cm2或或cm-2。第16頁/共104頁 中子注量率：空間一定點(diǎn)上，單位時(shí)間內(nèi)接收到的中中子注量率：空間一定點(diǎn)上，單位時(shí)間內(nèi)接收到的中子注量稱為中子注量率，常用子注量稱為中子注量率，常用表示，單位為表示，單位為n/(cm2s) 或或(cm-2s-1)，又稱為中子通量。，又稱為中子通量。 對(duì)于放射性核素中子源，設(shè)測(cè)量位置和源相距為對(duì)于放射性核素中子源，設(shè)測(cè)量位置和源相距為R，且且R遠(yuǎn)大于源的尺寸，則可以把中子源看成點(diǎn)源，由遠(yuǎn)大于源的尺寸，則可以把中子源看成點(diǎn)源，由于其放出的中子基本上是各向同性的，所以在于其放出的中子基本上是各向同性的，所以在R處的處的中子注量率可

14、按照下式計(jì)算：中子注量率可按照下式計(jì)算： 式中：式中：Q是中子源的強(qiáng)度，即每秒鐘放出的中子總數(shù)。是中子源的強(qiáng)度，即每秒鐘放出的中子總數(shù)。24 RQ第17頁/共104頁 （2）擴(kuò)散方程）擴(kuò)散方程 若介質(zhì)的宏觀俘獲截面為若介質(zhì)的宏觀俘獲截面為a，中子的通量為，中子的通量為，則每秒鐘每立方厘米被吸收的中子數(shù)為則每秒鐘每立方厘米被吸收的中子數(shù)為a，滿，滿足平衡方程：足平衡方程： 除中子源所在的位置外，除中子源所在的位置外，S=0，故有，故有0a2SD02222kdrdrdrdDka/2第18頁/共104頁 根據(jù)邊界條件，最終可以得到：根據(jù)邊界條件，最終可以得到： 表示無限介質(zhì)內(nèi)每秒鐘放出一個(gè)中子點(diǎn)源周

15、圍表示無限介質(zhì)內(nèi)每秒鐘放出一個(gè)中子點(diǎn)源周圍在定態(tài)下的中子通量分布。在定態(tài)下的中子通量分布。 定義擴(kuò)散長(zhǎng)度為定義擴(kuò)散長(zhǎng)度為L(zhǎng) ：kreDrr41)(aDkL/1/1LreDrr/41)(第19頁/共104頁 （3）雙組擴(kuò)散理論）雙組擴(kuò)散理論 把中子減速過程分為兩個(gè)階段：快中子減速階把中子減速過程分為兩個(gè)階段：快中子減速階段和熱中子擴(kuò)散階段。段和熱中子擴(kuò)散階段。 快中子減速階段快中子減速階段 快中子的通量分布為快中子的通量分布為 ： D1為快中子擴(kuò)散系數(shù)，為快中子擴(kuò)散系數(shù)，L1為快中子減速長(zhǎng)度。為快中子減速長(zhǎng)度。LrerDr/1141)(第20頁/共104頁 熱中子的擴(kuò)散階段熱中子的擴(kuò)散階段 慢化

16、的快中子經(jīng)過地層的進(jìn)一步作用變成熱中慢化的快中子經(jīng)過地層的進(jìn)一步作用變成熱中子，熱中子在擴(kuò)散過程中又會(huì)被原子核吸收，子，熱中子在擴(kuò)散過程中又會(huì)被原子核吸收，因此熱中子的通量滿足方程為：因此熱中子的通量滿足方程為： 其解為其解為 ：0112a2222aD)(41)(21/22212222LrLreeLLLrDr第21頁/共104頁 4、中子伽馬射線的空間分布、中子伽馬射線的空間分布 熱中子通量在地層中的分布主要由地層的減速熱中子通量在地層中的分布主要由地層的減速性質(zhì)（含氫量）決定，但發(fā)生熱中子性質(zhì)（含氫量）決定，但發(fā)生熱中子 反反應(yīng)放出的中子伽馬射線與氫及其它幾種核素都應(yīng)放出的中子伽馬射線與氫及

17、其它幾種核素都有關(guān)。有關(guān)。 熱中子分布的整個(gè)范圍就是一個(gè)空間伽馬源，熱中子分布的整個(gè)范圍就是一個(gè)空間伽馬源，其源強(qiáng)度是地層中的核素每俘獲一個(gè)熱中子平其源強(qiáng)度是地層中的核素每俘獲一個(gè)熱中子平均產(chǎn)生的光子數(shù)均產(chǎn)生的光子數(shù)a、宏觀俘獲截面、宏觀俘獲截面和熱中子通和熱中子通量量的乘積。的乘積。 ),(n第22頁/共104頁熱中子分布伽馬分布第23頁/共104頁二、超熱中子測(cè)井井壁中子孔隙度測(cè)井（SNP） 超熱中子測(cè)井記錄能量略高于熱中子的中子，超熱中子測(cè)井記錄能量略高于熱中子的中子，記錄超熱中子仍采用熱中子探測(cè)器，如記錄超熱中子仍采用熱中子探測(cè)器，如He-3管。管。 方法：探測(cè)器外加熱中子吸收劑（鎘）

18、作屏方法：探測(cè)器外加熱中子吸收劑（鎘）作屏蔽層蔽層目的是用來吸收熱中子；目的是用來吸收熱中子； 屏蔽層與探測(cè)器之間加慢化劑（塑料，石蠟屏蔽層與探測(cè)器之間加慢化劑（塑料，石蠟等高等高H物質(zhì)）物質(zhì)）目的是使穿過屏蔽層的超熱中目的是使穿過屏蔽層的超熱中子迅速變?yōu)闊嶂凶?。子迅速變?yōu)闊嶂凶印?第24頁/共104頁 1、超熱中子通量的空間分布、超熱中子通量的空間分布 測(cè)井時(shí)分布于中子源周圍的中子能量較寬，若只記測(cè)井時(shí)分布于中子源周圍的中子能量較寬，若只記錄超熱中子可以把中子源發(fā)出的快中子和地層的作錄超熱中子可以把中子源發(fā)出的快中子和地層的作用看成超熱中子在地層中的擴(kuò)散過程，此時(shí)用看成超熱中子在地層中的擴(kuò)散

19、過程，此時(shí) 超熱中子的通量分布為超熱中子的通量分布為 ： 式中式中 和和 分別為超熱中子的平均擴(kuò)散長(zhǎng)度和擴(kuò)分別為超熱中子的平均擴(kuò)散長(zhǎng)度和擴(kuò)散系數(shù)。散系數(shù)。eeeDDLL11,eLreeerDr/41)(eDeL第25頁/共104頁 其中超熱中子的平均減速長(zhǎng)度和中子的減速長(zhǎng)其中超熱中子的平均減速長(zhǎng)度和中子的減速長(zhǎng)度近似相等，不同能量的中子減速長(zhǎng)度不同。度近似相等，不同能量的中子減速長(zhǎng)度不同。 由于對(duì)中子減速起主要作用的是氫元素，而巖由于對(duì)中子減速起主要作用的是氫元素，而巖石地層的減速能力能夠反映孔隙中的油和水的石地層的減速能力能夠反映孔隙中的油和水的多少，即因此就可以確定地層孔隙度的大小，多少，

20、即因此就可以確定地層孔隙度的大小，這就是超熱中子孔隙度測(cè)井的基本原理。這就是超熱中子孔隙度測(cè)井的基本原理。第26頁/共104頁01020304050601E-91E-81E-71E-61E-51E-41E-30.01/cm-2r/cm 3% 33.8% 100%02468100.01.0 x10-32.0 x10-33.0 x10-3 3% 33.8% 100%/cm-2r/cm不同孔隙度砂巖地層超熱中子計(jì)數(shù)與源距的關(guān)系第27頁/共104頁 隨著源距的增加，超熱中子通量減小，且開始隨著源距的增加，超熱中子通量減小，且開始減小得快，然后呈對(duì)數(shù)線性減少；減小得快，然后呈對(duì)數(shù)線性減少； 當(dāng)源距為某一

21、確定值當(dāng)源距為某一確定值r0時(shí)，中子通量對(duì)地層無時(shí)，中子通量對(duì)地層無分辨能力，稱為零源距；不同地層組合零源距不分辨能力，稱為零源距；不同地層組合零源距不同；同； 當(dāng)源距小于當(dāng)源距小于r0時(shí)，地層孔隙度越大，減速能力時(shí)，地層孔隙度越大，減速能力越強(qiáng)，超熱中子通量越高，這一范圍稱為負(fù)源距；越強(qiáng)，超熱中子通量越高，這一范圍稱為負(fù)源距； 當(dāng)源距大于當(dāng)源距大于r0時(shí)，地層孔隙度越大，減速能力時(shí)，地層孔隙度越大，減速能力越弱，超熱中子通量越低，這一范圍稱為正源距。越弱，超熱中子通量越低，這一范圍稱為正源距。第28頁/共104頁 設(shè)有兩個(gè)中子減速性質(zhì)不同的均勻無限地層，相設(shè)有兩個(gè)中子減速性質(zhì)不同的均勻無限地

22、層，相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)和減速長(zhǎng)度分別為應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)和減速長(zhǎng)度分別為D1、D2和和L1、L2，則超熱中子通量分別為：則超熱中子通量分別為： 其比值為：其比值為： 若地層若地層1孔隙度大于地層孔隙度大于地層2，則，則D1D2和和L1；NN； 白云巖：白云巖：D；DN； 石灰?guī)r：石灰?guī)r：D=；N=；D=N； 硬石膏：硬石膏： DN； 泥巖：泥巖： D150g/l 油水層的含氫量基本相同，地層水的礦化度較高油水層的含氫量基本相同，地層水的礦化度較高時(shí)，水層的含氯量顯著大于油層，水層相對(duì)高，時(shí)，水層的含氯量顯著大于油層，水層相對(duì)高，油層相對(duì)低，與電測(cè)資料結(jié)合，可劃分油水過渡油層相對(duì)低，與電測(cè)資料結(jié)合，可劃分

23、油水過渡帶。帶。 在無孔隙度測(cè)井條件，可近似計(jì)算孔隙度在無孔隙度測(cè)井條件，可近似計(jì)算孔隙度 條件：低地層水礦化度和淡水泥漿。條件：低地層水礦化度和淡水泥漿。第69頁/共104頁 2、中子伽馬能譜測(cè)井、中子伽馬能譜測(cè)井地層元素能譜測(cè)井（地層元素能譜測(cè)井（ECS) （1） 地質(zhì)基礎(chǔ)地質(zhì)基礎(chǔ) 地殼中的化學(xué)元素只相對(duì)集中于少數(shù)幾種，其中的地殼中的化學(xué)元素只相對(duì)集中于少數(shù)幾種，其中的九種元素九種元素O(49.13%)，Si(26.00%)，Al(7.45%)，F(xiàn)e(4.20%)，Ca(3.25%)，Na(2.40%)，K(2.35%)，Mg(2.35%)，H(1.00%) 已占地殼總重量的已占地殼總重量

24、的98.13%，其余的元素僅占，其余的元素僅占1.87%。 第70頁/共104頁 地殼巖石中已發(fā)現(xiàn)的礦物達(dá)地殼巖石中已發(fā)現(xiàn)的礦物達(dá)2200多種，而火成多種，而火成巖中主要常見的礦物種類也不過十余種。因此，巖中主要常見的礦物種類也不過十余種。因此，利用可以確定二十余種元素含量的元素測(cè)井，利用可以確定二十余種元素含量的元素測(cè)井，就有充分可能鑒別出地殼巖石中礦物的豐度。就有充分可能鑒別出地殼巖石中礦物的豐度。第71頁/共104頁 (2)儀器介紹儀器介紹 地層元素測(cè)井地層元素測(cè)井( Elemental Capture Spectroscopy，ECS)測(cè)量記錄非彈性散射與俘獲測(cè)量記錄非彈性散射與俘獲時(shí)

25、產(chǎn)生的瞬發(fā)時(shí)產(chǎn)生的瞬發(fā)射線，利用剝譜分析直接得到鈣、射線，利用剝譜分析直接得到鈣、氯、鉻、硅、鐵、硫、鈦、釓等地層元素含量氯、鉻、硅、鐵、硫、鈦、釓等地層元素含量 ，通過氧化物閉合模型、聚類因子分析和能譜巖性通過氧化物閉合模型、聚類因子分析和能譜巖性解釋可定量得到地層的礦物含量。解釋可定量得到地層的礦物含量。第72頁/共104頁測(cè)速：1800ft/h (549m/h)垂直分辨率：18in（45.72cm）探測(cè)深度： 9in（22.86cm）外徑： 5in長(zhǎng)度： 10.15ft（3.09m）第73頁/共104頁無鈣和硫條件下ECS的閃爍晶體伽馬能譜第74頁/共104頁 （3）元素含量和礦物含量的

26、關(guān)系）元素含量和礦物含量的關(guān)系 利用氧化物閉合模型確定礦物含量利用氧化物閉合模型確定礦物含量 利用測(cè)量伽馬能譜和標(biāo)準(zhǔn)譜可以確定各種元素在利用測(cè)量伽馬能譜和標(biāo)準(zhǔn)譜可以確定各種元素在地層中的絕對(duì)含量，用地層中的絕對(duì)含量，用 來表示，則相對(duì)元素來表示，則相對(duì)元素含量與絕對(duì)元素含量的關(guān)系為：含量與絕對(duì)元素含量的關(guān)系為： 其中其中 F是隨深度而變化的歸一化因子，是隨深度而變化的歸一化因子， 為元素為元素的相對(duì)產(chǎn)額，的相對(duì)產(chǎn)額， 為元素的探測(cè)靈敏度因子。為元素的探測(cè)靈敏度因子。 tiWiitiSYFW iYiS第75頁/共104頁 歸一化因子歸一化因子F滿足閉合條件，即所有元素的重量滿足閉合條件，即所有元

27、素的重量百分含量之和為百分含量之和為1。 由于用俘獲伽馬不能測(cè)出碳、氧、鈉和鎂，元由于用俘獲伽馬不能測(cè)出碳、氧、鈉和鎂，元素的閉合條件不滿足，閉合模型可以用一近似素的閉合條件不滿足，閉合模型可以用一近似值解決沒有碳和氧的測(cè)量值問題，使這些元素值解決沒有碳和氧的測(cè)量值問題，使這些元素的氧化物和碳酸鹽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為的氧化物和碳酸鹽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為1，每個(gè)，每個(gè)深度點(diǎn)有特定方程：深度點(diǎn)有特定方程：1tAlAtKKiiiiWXWXSYXF第76頁/共104頁 氧化物指數(shù)：第氧化物指數(shù)：第i元素的氧化物或碳酸鹽的質(zhì)量元素的氧化物或碳酸鹽的質(zhì)量與第與第i種元素的質(zhì)量比，定義為該元素的氧化物種元素的質(zhì)

28、量比，定義為該元素的氧化物指數(shù)，用指數(shù)，用 表示。表示。 iX第77頁/共104頁第78頁/共104頁 數(shù)理統(tǒng)計(jì)因子分析法數(shù)理統(tǒng)計(jì)因子分析法 通過樣品的中子活化分析確定出通過樣品的中子活化分析確定出21種元素含量，種元素含量，然后是對(duì)樣品進(jìn)行然后是對(duì)樣品進(jìn)行X衍射分析確定出四種或六種衍射分析確定出四種或六種礦物含量，最后將礦物含量，最后將21種元素含量和六種礦物含種元素含量和六種礦物含量值以及粒徑小于量值以及粒徑小于20m的礦物作為變量進(jìn)行統(tǒng)的礦物作為變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)因子分析計(jì)因子分析 。第79頁/共104頁 Herron采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的因子分析法得出元素采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的因子分析法得出元素含量與礦

29、物的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：含量與礦物的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 式中式中 為第為第i種元素的含量，種元素的含量， 為第為第j種礦物中種礦物中第第i種元素的含量，種元素的含量， 為第為第j種礦物的含量。種礦物的含量。 jmjijiMCE1iEijCjM第80頁/共104頁轉(zhuǎn)換系數(shù)表第81頁/共104頁第82頁/共104頁第83頁/共104頁 （4）地層元素能譜測(cè)井的應(yīng)用）地層元素能譜測(cè)井的應(yīng)用 巖性識(shí)別巖性識(shí)別 地層中各種礦物的化學(xué)元素成分較固定，而巖石地層中各種礦物的化學(xué)元素成分較固定，而巖石是由不同的礦物所組成。用是由不同的礦物所組成。用ECS測(cè)量的主要元素測(cè)量的主要元素包括包括Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd等

30、，其中等，其中Si主要與主要與石英關(guān)系密切，石英關(guān)系密切，Ca與方解石和白云石密切相關(guān)，與方解石和白云石密切相關(guān)，利用利用S和和Ca可以計(jì)算石膏的含量，可以計(jì)算石膏的含量，F(xiàn)e 與黃鐵礦和與黃鐵礦和菱鐵礦等有關(guān)，鋁元素與粘土菱鐵礦等有關(guān)，鋁元素與粘土(高嶺石、伊利石、高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石、海綠石等蒙脫石、綠泥石、海綠石等)含量密切相關(guān)。含量密切相關(guān)。第84頁/共104頁 Ti 與粘土礦物的含量有關(guān)；與粘土礦物的含量有關(guān)；Gd的中子俘獲截面的中子俘獲截面非常大，遠(yuǎn)大于其他元素的俘獲截面，非常大，遠(yuǎn)大于其他元素的俘獲截面，Gd又與又與粘土礦物和一些重礦物的含量有一定關(guān)系，通粘土礦物和一些

31、重礦物的含量有一定關(guān)系，通過過 Gd的測(cè)量可準(zhǔn)確計(jì)算其他元素的含量。的測(cè)量可準(zhǔn)確計(jì)算其他元素的含量。第85頁/共104頁不同巖性中含Si、Al、Fe礦物的含量變化第86頁/共104頁X井巖性識(shí)別曲線第87頁/共104頁 地層對(duì)比地層對(duì)比 僅根據(jù)常規(guī)測(cè)井曲線的形態(tài)和變化特征的相似性、僅根據(jù)常規(guī)測(cè)井曲線的形態(tài)和變化特征的相似性、測(cè)井值的大小進(jìn)行對(duì)比，測(cè)井值的大小進(jìn)行對(duì)比， 往往會(huì)存在一定的不確往往會(huì)存在一定的不確定性。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，定性。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ECS具有較好的巖性識(shí)別具有較好的巖性識(shí)別能力，能力， 尤其是泥質(zhì)含量尤其是泥質(zhì)含量(Al) 曲線、硅曲線、硅(Si) 曲線和曲線和鐵鐵(Fe )

32、曲線。通過曲線。通過 給出的巖性剖面給出的巖性剖面, 將曲線將曲線ECS(物理量物理量) 的對(duì)比轉(zhuǎn)化為巖性的對(duì)比轉(zhuǎn)化為巖性( 地質(zhì)地質(zhì)) 的對(duì)比，的對(duì)比， 在一定程度上可以減少地層對(duì)比的不確定性。在一定程度上可以減少地層對(duì)比的不確定性。第88頁/共104頁第1道：GR第2道泥質(zhì)第3道：Fe含量第4道：Ga含量第89頁/共104頁 確定儲(chǔ)層粘土含量確定儲(chǔ)層粘土含量 ECS探測(cè)可定量得到如下礦物含量：探測(cè)可定量得到如下礦物含量：a.硅酸鹽巖中硅酸鹽巖中有石英、燧石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石；有石英、燧石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石；b.碳酸碳酸鹽巖中有方解石、白云石、鐵白云石、文石、菱鐵鹽巖中有方解石、

33、白云石、鐵白云石、文石、菱鐵礦、鎂菱鐵礦、菱鎂礦和高鎂方解石；礦、鎂菱鐵礦、菱鎂礦和高鎂方解石；c.粘土巖中粘土巖中有伊利石、蒙脫石、高嶺石、綠泥石和海綠石；有伊利石、蒙脫石、高嶺石、綠泥石和海綠石；d.其他礦物有白云母、黑云母、黃鐵礦、蛋白石、石其他礦物有白云母、黑云母、黃鐵礦、蛋白石、石膏、硬石膏、重晶石、赤鐵礦、天青石和螢石。膏、硬石膏、重晶石、赤鐵礦、天青石和螢石。 第90頁/共104頁 利用利用ECS測(cè)井獲得的地層元素含量，結(jié)合自然測(cè)井獲得的地層元素含量，結(jié)合自然能譜測(cè)量的地層能譜測(cè)量的地層中中Th、K含量等微觀測(cè)井特征，可區(qū)分和計(jì)算地層粘土含量及含量等微觀測(cè)井特征，可區(qū)分和計(jì)算地層粘土含量及其類型；其類型； 第91頁/共104頁 區(qū)分泥巖和高放射性砂巖地層：區(qū)分泥巖和高放射性砂巖地層： 使用自然伽馬求取泥質(zhì)含量時(shí)將地層中的所有放使用自然伽馬求取泥質(zhì)含量時(shí)將地層中的所有放射性物質(zhì)都當(dāng)作泥質(zhì)來處理。當(dāng)?shù)貙訋r石骨架中射性物質(zhì)都當(dāng)作泥質(zhì)來處理。當(dāng)