§42. Спектральный гамма-метод

Спектральный гамма-метод основан на зависимости распре­деления скоростей счета по амплитудам импульсов при регист­рации моноэнергетического гамма-излучения от содержания ра­диоактивных элементов, испускающих гамма-лучи соответ­ствующих энергий.

Как указывалось выше, гамма-лучи, испускаемые атомными ядрами при радиоактивном распаде, имеют дискретный (линей­чатый) спектр энергий, который в результате рассеяния и по­глощения породой, промывочной жидкостью и стальной гиль­зой радиометра преобразуется в непрерывный спектр гамма-из­лучения с наложением на него отдельных первичных линий. Этот спектр энергии гамма-квантов является признаком самого радиоактивного ядра. Следовательно, по исходному дискрет­ному спектру энергий гамма-лучей можно установить изотоп­ный состав и число радиоактивных ядер. Гак, на энергетиче­ском спектре гамма-квантов естественного гамма-излучения ма­лоактивных осадочных горных пород характерными значениями 1_у отмечается радий в энергетических интервалах 0,6; 1,76 МэВ; торий — 0,9; 1,6; 2,6 МэВ, калий— 1,46 МэВ (рис. 93). В связи с этим для оценки содержания в породах радия, тория и калия требуется не полный дифференциальный гамма-спектр, а только результаты измерений интенсивности естественного гамма-излу­чения горных пород в трех определенных энергетических диапа­зонах. Следовательно, гамма-спектрометрические исследования скважин могут быть сведены к одновременной регистрации трех кривых интенсивности гамма-излучения при разных уровнях дискриминации или в разных энергетических диапазонах.

Эффективность таких исследований во многом зависит от правильности выбора энергетических интервалов исследуемого

гамма-излучения. Энергетиче­ские интервалы спектра гамма- излучения при измерениях выби­рают таким образом, чтобы на каждом из них преобладало гам­ма-излучение энергии одного из определяемых элементов.

Д

Рис. 93. Зависимости изменения вкладов радия (/), тория (2) и калия (3) в общую гамма-актив­ность карбонатных пород 2/у от интервала анализируемых энергий £у.

/у1 — интенсивность гамма-излучения l-го элемента. / — Ra: 2 — Th; 3— ^WK

ля количественной оценки содержания различных радиоак­тивных элементов решают сис­тему уравнений, число которых равно числу определяемых эле­ментов. Естественная радиоак­тивность малоактивных осадоч­ных отложений практически всегда обусловлена присутстви­ем в них только трех элементов (Иа, ТИ и ⁴⁰К), и для их оценки составляется система из трех уравнений:

= а\Сц 4- а + с^Сть *,

Л^₂ = вуСц 4" Ь^Сца -Ь^г^ть;

^8 ““ Яз^К "Ь ^3^Ra "Ь СзСтъ *

где iV 1, N2 и Л^з — число импульсов в трех определенных энер­гетических диапазонах гамма-спектра; Ск, Cr₃ и Сти — содер­жание калия, радия и тория в объекте соответственно; а,, и Ci — градуировочные коэффициенты, представляющие собой скорости счета в /-ом канале («окне») спектрометра на единицу содержания К, Ra и Th соответственно. Значения градуировоч­ных коэффициентов определяются при спектрометрии объектов с известными содержаниями К, Ra и Th.

Для исследования энергетического состава естественного гамма-излучения используются гамма-спектрометры — интег­ральные и дифференциальные. Среди последних различают од* ноканальные и многоканальные. Интегральными спектромет­рами регистрируют интенсивность гамма-излучения энергии Е_у, лежащей выше (или ниже) заданного порогового значения (£_у) _п. Дифференциальными спектрометрами измеряют гамма- излучение в строго ограниченных энергетических интервалах A£_v — (£_v)ni—(£_v)n2» заключенных между пороговыми значе­ниями энергий (¿“у)п1 и (£_Y)n2- Спектрометры, представляю­щие собой комбинацию нескольких одноканальных дифферен­циальных анализаторов с различными начальными порогами дискриминации, последовательно смещенными на величину ДЕ_у, называются многоканальными.

Определение раздельного содержания в породах урана, ра­дия, тория и калия по данным спектроскопии естественного

гамма-излучения позволяет решать конкретные задачи как об­щей, так и прикладной геологии: 1) выяснение механизма и скорости выветривания горных пород по состоянию радиоактив­ного равновесия в ряду уран —радий; 2) изучение геохимиче­ской цикличности, восстановление условий осадконакопления горных пород и корреляция немых толщ; 3) выяснение фаци- альных характеристик и интенсивности тектонических движе­ний структур, благоприятных для аккумуляции нефти и газа; 4) изучение особенностей и генезиса изверженных и метамор­фических горных пород и т. д.

Большие перспективы открываются перед гамма-спектроско­пией горных пород и в нефтсгазопромысловой геологии и гео­физике: выделение в карбонатном разрезе вторичных доломи­тов, определение глинистости и нерастворимого осадка пластов- коллекторов с малой погрешностью (8—10%), установление минерального состава глинистых пород и т. д.