§ 49. Гамма-нейтронныи метод

Гамма-нейтронный (фотонейтронный) метод (ГНМ)—ме­тод определения некоторых элементов в горных породах, осно­ванный на измерении тепловых нейтронов, которые возникают при ядерном фотоэффекте взаимодействия жесткого гамма-из­лучения с ядрами элементов по ядерной реакции у, п.

Эта реакция протекает в условиях, когда энергия бомбарди­рующих гамма-квантов превышает энергию связи нейтронов в ядре. Самым низким порогом этой реакции характеризуется бериллий, на ядрах которого она осуществима с радиоизотоп-

11. ым источником ^,2<$Ь:

\ Ве + т ®• Ве + п -1,67 МэВ-* 2 \ Не + £ п — 1,67 МэВ,

Ядра атомов бериллия и дейтерия обладают наименьшей энергией связи нейтронов в ядре, равной соответственно 1,666 и 2,226 МэВ. Для всех других элементов энергия связи находится в области высоких энергий — от 4 до 20 МэВ.

Так как максимальная энергия гамма-излучения, испускае­мого радиоактивными изотопами элементов, не превышает

3. МэВ, то в геофизической практике гамма-нейтронный метод применяется лишь для выделения и оценки содержания в гор­ных породах бериллия и дейтерия. В первом случае в качестве источников излучения обычно используют изотоп ^Ш5Ь, а для выделения дейтерия — изотоп ²⁴Ыа.

Д ля проведения ГНМ в производственных условиях приме­няют скважинные приборы, в которых используются инди­каторы плотности тепловых нейтронов (борные пропорциональ­ные газоразрядные или сцинтилляционные счетчики серни­стого цинка). Длина зонда устанавливается 12—13 см. Радиус зоны исследования ГНМ прибли­зительно равен глубинности ННМ-Т.

На показания ГНМ оказыва­ют влияние скважинные условия измерения. При выборе скорости подъема скважинного прибора и постоянной интегрирования ру­ководствуются теми же сообра­жениями, что и в гамма-методе (см. § 41).

Пласты, содержащие в не­больших концентрациях берил­лий или дейтерий, на кривых ГНМ выделяются повышенными значениями плотности тепловых нейтронов (рис. 101), так как ес­тественный нейтронный фон в скважинах весьма мал. Гам­ма-нейтронный метод широко применяется для обнаружения и количественной оценки берилли- евых руд.

Имеется принципиальная воз- ^Рпс' ^,01- ^пР^имеР выделения бе- можность отбивать гамма-нейт- ,^Р_7р2^_: „Г

ронным методом в нефтяных скважинах водонефтяные кон­такты (ВНК), что основано на различии содержания в воде и нефти дейтерия, а также изотопа углерода ^,3С. Содержание дейтерия в нефти примерно в 1,5 раза больше, чем в воде, а изотоп ¹³С в воде вообще отсутствует, поэтому нефтеносная часть пласта должна отмечаться повышенными значениями ин­тенсивности тепловых нейтронов /_уп, образовавшихся в резуль­тате ядерной реакции у, п. Основное преимущество этого ме­тода при отбивке ВНК — независимость его результатов от ми­нерализации пластовых вод. Одиако при работе с углеродом уже требуется источник гамма-квантов с энергией около 5 МэВ, так как изотоп ^,3С характеризуется порогом реакции V, п, рав­ным 4,95 МэВ.

В принципе при использовании скважинных источников гам­ма-квантов больших энергии область применения гамма-ней­тронного метода может быть расширена. В частности, им можно выделят!» и оценивать содержание в горных породах почтн всех элементов.