(226)

где Аn,п,п , Аn,п,вм — поглощающие нейтронные активности изучаемой и вмещающих

пород.

По формуле (226) можно приближенно рассчитать Аn,п,п или τп, если известно значение Аn,п,вм (τвм) или наоборот

(227)

§ 63. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ НЕЙТРОННЫХ МЕТОДОВ

Геологическая интерпретация кривых нейтрон-нейтронного метода и нейтронного гамма-метода (см. рис. 107, In и Inv) основывается на следующих положениях.

При обычно применяемых зондах размера большего инверсионного [см. рис. 107,

кривые In (Ln > Ln,и ) , Inγ( Lnγ > Lnγ,и)]отмечаются:

а) повышенными интенсивностями Inγ ,Inт и In,н плотные породы — известняки, доломиты, песчаники, ангидриты, а также многие магматические и метаморфические породы; в обсаженных и сухих скважинах — газоносные пласты;

б) повышенной интенсивностью Inγ и пониженным значением Inт породы, насыщенные высокоминерализованными водами по хлору, хлориды и руды, содержащие марганец, кадмий, ртуть и некоторые другие элементы, в частности, редкоземельные;

в) пониженными интенсивностями Inγ ,Inт и In,н высокопористые водонасыщенные породы, глины, глинистые сланцы и другие отложения, обогащенные глинистым материалом, гипсы, а также породы, образующие крупные каверны и содержащие бор и литий.

Минимальными значениями In,т на кривых импульсного нейтрон-нейтронного метода выделяются породы, обогащенные элементами с высоким сечением радиационного захвата

(Cl, Mn, Hg и и др.).

§64. МЕТОД НАВЕДЕННОЙ ГАММА-АКТИВНОСТИ

Вметоде наведенной гамма-активности горные породы изучают по данным измерения периодов T1/2 полураспада гамма-активных изотопов, образующихся при

облучении пород нейтронами, интенсивности Iγa и спектра энергии этого излучения. По периодам полураспада и энергиям гамма-излучения активации определяют гамма-активные изотопы, по которым устанавливают исходные элементы, присутствующие в горных породах. Измерение интенсивности Iγa позволяет определить их концентрацию.

Определение активирующих элементов основано на измерении во времени интенсивности гамма-излучения активации, удовлетворяющего уравнению:

(228)

где

τа и τ — времена активации и распада (τа и τ — в единицах времени T1/2 полураспада i-гo изотопа); λi — постоянная распада;

Iγ,a,i — интенсивности гамма-излучения активации (в имп/м) i-го изотопа;

168

Q (в Мнейтр/с) — мощность источника нейтронов; Ва

( в Мнейтримп м)—параметр, определяемый экспериментально и зависящий от

характеристик и конструкции измерительной аппаратуры, глубины исследования, замедляющих и поглощающих свойств изучаемой среды к нейтронному потоку, поглощения и рассеяния гамма-излучения активации, а следовательно, и от конструкции

скважины; ∑ai — макроскопическое сечение активации i-гo изотопа,

(229)

υi —распространенность в смеси определяемого элемента с относительной атомной массой A i(в кг) и массовым содержанием в по-

pi ;σаi,(в м2 ) микроскопическое сечение активации

ядро

i-ro изотопа; σп (в кг/м3) — плотность породы.

Для определения активирующего элемента и его содержания в изучаемой породе, уравнение (228) решают относительно T1/2, и Iγ0,a при τа = ∞. Это может быть выполнено аналитическим путем решения системы уравнений (228), записанных для различных времен, или в тех случаях, когда количество активирующих изотопов невелико и период полураспада каждого из них отличается от других не менее чем в 5 раз — графически.

Графический способ решения задачи

При использовании графического способа решения задачи по данным измерения Iγ,a строят зависимости lg Iγ,a = f (τ).

При одном радиоактивном изотопе зависимости lg Iγ,a = f(τ) — прямая (рис. 117, линии 1 и 2). Период T1/2 полураспада численно равен отрезку времени, на положении которого Iγ,a уменьшается в 2 раза (рис. 117).

При содержании в породе нескольких радиоактивных изотопов зависимость lg Iγ,a = f(τ) криволинейна. В этом случае для определения периодов T1/2 полураспада присутствующих радиоактивных элементов проводят к правой ветви кривой распада 3 (рис. 117) асимптоту до пересечения ее с осью ординат (точка а). Численное значение Iγ,a в этой точке определяет величину Iγ0,а долгоживущего изотопа. Интенсивности по кривой распада 1 вычитают из интенсивностей по кривой распада 3. В результате получают прямолинейную зависимость 2 (при одном короткоживущем изотопе) либо новую кривую (при нескольких короткоживущих изотопах). Пересечение получаемых при этом кривых линейных зависимостей с осью ординат дает значение Iγ,a для других изотопов.

Определив периоды полураспада и зная периоды полураспада тех или иных изотопов и энергии гамма-излучения активации, устанавливают наличие исходных элементов в породе.

Рис. 117. Кривые распада отдельных радиоактивных изотопов и их смеси. 1— изотопа 64Сu (T1/2 = 12,8 ч);2 —

азотопа 56Мn (T1/2= 2,6 ч);3− смеси,

содержащей изотопы 56Мn и 64Сu

169

Определение содержания элемента, образующего гамма-активный изотоп Для расчета содержания химического элемента, образующего гамма-активный изотоп,

рассчитывают, зная I0γ.a,i значение I∞γ,a,i приведенное к единице мощности источника нейтронов:

(230)

далее, зная по эталонировке Ва, определяют; и затем вычисляют ∑аi искомое.

(231)

При решении задачи наиболее сложно учесть параметр Ва; величину которого определяют по соответствующим модельным работам в обстановке, максимально приближающейся к условиям скважины. Изучение спектра гамма-излучения активации позволяет значительно уточнить решение задачи, особенно в случае наличия гаммаактивных изотопов с близкими периодами полураспада и различной энергией гамма-квантов.

§ 65. ИСКАЖЕНИЯ ДИАГРАММ РАДИОМЕТРИИ СКВАЖИН

На диаграммах гамма-метода и нейтронного гамма-метода могут наблюдаться аномалии, не связанные с изменением радиоактивных свойств горных пород. Эти аномалии могут быть обусловлены рядом причин, главнейшими из которых являются: а) флуктуация интенсивности излучения; б) режим работы аппаратуры; в) влияние космического излучения; г) изменение технического состояния скважины.

Флуктуация интенсивности излучения. Аномалии, связанные с флуктуа-циями, обусловлены статистическим характером протекания ядерных процессов во времени. При средней интенсивности IР измеряемого излучения его значения могут изменяться в некоторых пределах, определяющих погрешность наблюдения:

(232)

где τ— время, в течение которого регистрировалось Iр на изучаемом участке скважины. Относительное значение этой погрешности

(233)

при τ>>τя

(234)

(235)

170

Рис. 118. Влияние уровня глинистого раствора (а), обсадных колонн (б), диаметра скважины (в), цемента (г) и активированного цемента (д) на показания радиометрии скважин.

Пунктирной линией показаны средние значения измеряемых параметров

Линии, отстоящие от линии среднего значения IР в масштабе регистрации на расстояниях ± σIР, ограничивают дорожку флуктуации, в пределах которой сосредоточивается 70 % возможных отклонений.

В тех случаях (например, в нейтронном гамма-методе), когда при обработке диаграмм используется разность Iпγ — Iγ (где Iγ — интенсивность стороннего измеряемого гаммаизлучения, например, естественного), средняя квадратичная погрешность измерений вычисляется по формуле

(236)

где σIпγ и σIγ — вычисляются по формулам, аналогичным (232).

Чем больше мощность h изучаемого объекта, меньше скорость υ регистрации (больше τ), больше постоянная времени τя интегрирующей ячейки и выше среднее значение регистрируемой интенсивности излучения, тем меньше относительная погрешность и выше точность регистрации измеряемого излучения.

Режим работы аппаратуры. Искажения, связанные с режимом работы измерительной аппаратуры возникают вследствие усредняющего действия интегрирующей ячейки, нелинейности аппаратуры, неточности ее градуировки и наличия собственного фона индикаторов.

Космическое излучение. Аномалии, обусловленные космическим излучением, могут наблюдаться на диаграммах Iγ при исследовании верхних (20—30 м) участков раздела скважины.

Изменение технического состояния скважины. Переход измерительного устройства в часть скважины, незаполненную раствором, сопровождается увеличением интенсивности естественного и рассеянного гамма-излучений и особенно резким возрастанием гаммаизлучения радиационного захвата (рис. 118, а).

Переход измерительного устройства из необсаженной скважины в обсаженную или часть скважины, закрепленную большим числом колонн, отмечается уменьшением интенсивностей Iγ , Inγ и Iγγ (рис. 118, б).

Увеличение диаметра скважины в литологически однородных породах (рис. 118, в, зона 1) вызывает снижение интенсивностей Iγ,In и Inγ и увеличение Iγγ; на диаграммах Iγ это снижение может не проявляться, если каверна приурочена к породам повышенной радиоактивности, например, к глинам (рис. 118, в, зона 2).

Цементное кольцо в зависимости от соотношения между гамма-активностью, плотностью и нейтронными свойствами цемента и изучаемых пород может как повышать, так и понижать измеряемые излучения Iγ ,Iγγ, In и Inγ. Особенно существенно влияние цементного кольца в тех случаях, когда закрытие вод осуществлялось цементом или химическим реагентом с добавкой в него радиоактивных изотопов. В этом случае на участках повышенного скопления цемента наблюдается значительное возрастание интенсивности гамма-излучения (рис. 118, д).

171