Глава XI

МЕТОДЫ РАССЕЯННОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

§ 43. Физические основы методов рассеянного гамма-излучения

Методы рассеянного гамма-излучения основаны на изме­рении интенсивности искусственного гамма-излучения, рас­сеянного породообразующими элементами в процессе их облу­чения потоком гамма-квантов. Интенсивность этого излучения зависит от плотности и вещественного состава горных пород (рис. 94).

Как известно, основными процессами взаимодействия гамма- квантов с породой являются фотоэлектрическое поглощение, комптоновское рассеяние и образование электронно-познтрон- ных пар. В методах рассеянного гамма-излучения в основном имеют место фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние гамма-квантов породой. В зависимости от энергии гамма-квантов и вещественного состава горной породы преоб­ладает тот или иной процесс их взаимодействия.

При взаимодействии с горной породой жестких гамма-кван­тов (Е_у>0,5 МэВ) в начальный момент основную роль играет комптоновское рассеяние, в результате которого жесткое гамма- излучение, потеряв значительную часть своей энергии, перехо­дит в мягкое гамма-излучение. Следовательно, в дальнейшем основную роль играет фотоэлектрическое поглощение гамма- квантов. Как указывалось выше, вероятность комптоновского рассеяния в конечном счете находится в прямо пропорциональ­ной зависимости от плотности горной породы, а вероятность фо­тоэлектрического поглощения — от ее вещественного состава и

особенно от содержания тяжелых элементов. Благодаря этому, реги­стрируя рассеянные гамма-кванты высокой энергии, получают плотно- стную характеристику горной по­роды. Суммарная интенсивность рассеянных гамма-квантов или выделенная из нее мягкая состав­ляющая гамма-излучения зависит как от плотности, так и от вещест­венного состава породы. На этом Рис. 94. Общий вид зависи- основаны два метода рассеянного мости интенсивности рассе- гамма-излучения — плотностной

п Г^остнТрнГп^. ^{0Т ([}™;^П) " гамма-гамма-метвл „„

мягкой компоненте (ГГМ-М).

При облучении горной породы мягкими гамма-квантами с энергией £₇<0,5 МэВ в основном происходит фотоэлектрическое их поглощение наряду с компто- новским рассеянием. Вследствие этого интенсивность рассеян­ного породой мягкого гамма-излучения зависит и от присут­ствия в ней тяжелых элементов с большими атомными номерами и в меньшей степени определяется ее плотностью. Этот способ определения рассеянного гамма-излучения называется селектив­ным гамма-гамма-методом (ГГМ-С). Селективный гамма-гам- ма-метод отличается от ГГМ-М тем, что в нем применяется ис­точник мягкого гамма-излучения и на его показания оказывает влияние в основном вещественный состав горных пород.

Вероятность взаимодействия жестких гамма-квантов с гор­ной породой определяется числом электронов в единице ее объема, которое пропорционально плотности породы. Таким об­разом, если горную породу облучить гамма-квантами энергии не ниже 0,5 АДэВ и подобрать энергетический порог дискрими­нации регистрируемых гамма-квантов, то по результатам изме­рений ГГМ-П можно установить плотность этой породы.

Энергетический порог дискриминации подбирается экспери­ментально в зависимости от используемой измерительной уста­новки (скважинного прибора) и исследуемого разреза сква­жины и принимается большим 0,2 МэВ.

Как указывалось выше, при жестком гамма-облучении сум­марная интенсивность рассеянных гамма-квантов или выделен­ная из нес мягкая составляющая гамма-излучения зависит от плотности и вещественного состава горных пород, т. е. от лито- логических особенностей разреза. В этом случае плотность горных пород определяет начальное пространственное распре­деление гамма-квантов малых энергий, образовавшихся в ре­зультате комптоповского рассеяния из облучаемого жесткого гамма-излучения. Вещественный состав горных пород через фо­тоэлектрическое поглощение оказывает влияние па дальнейшее распределение мягких гамма-квантов в исследуемой среде и

в конечном счете — на интенсивность регистрируемой мягкой компоненты рассеянных гамма-квантов.

Регистрируемая ГГМ-С интенсивность гамма-квантов, рас­сеянных горной породой, зависит от вещественного состава среды (эффективного атомного номера ее плотности и осо­бенно от присутствия тяжелых элементов с большими атом­ными номерами).