5. Радиометрические и ядерно-физические методы гис

По виду первичного радиоактивного излучения методы ГИС подразделяются на две большие группы: методы гамма-поля (-поля) и методы нейтронного поля (n-поля).

В первую группу входят методы естественного -поля и искусственного стационарного или переменного (импульсного) -поля. Кроме основных методов радиометрии скважин, основанных на регистрации интегральной интенсивности -излучения, широко используются их спектральные модификации.

Нейтронные методы, входящие во вторую группу, изучают только искусственные нейтронные поля и по частоте облучающего поля делятся на методы стационарного n-поля и методы переменного (импульсного) n-поля.

5.1. Гамма-каротаж

5.1.1. Методы естественного поля

Из этой группы методов ГИС распространение получили -каротаж (ГК) и его спектральная модификация (ГК-С).

С ущность методов ГК и ГК-С заключается в изучении естественного поля ствола скважины путем регистрации интегральной или дифференциальной интенсивностей -излучения, возникающего при самопроизвольном распаде радиоактивных изотопов, входящих в состав горных пород. Остальные составляющие общей радиоактивности, регистрируемой в скважинах (излучение промывочной жидкости, обсадной колонны и цементного камня) являются помехами и подлежат исключению.

Естественная радиоактивность горных пород в основном обусловлена присутствием в них таких элементов, как U²³⁸ и продуктов его распада Ra²²⁶ и Тh ²³² , а также изотопа К⁴⁰. Следует отметить, что во всех веществах, в том числе и в горных породах, радиоактивные элементы содержатся в очень малых количествах (порядка 10^-6 % урана, 10^-12 % радия, 10^-5 тория).

Остальные радиоактивные элементы характеризуются большими пе­риодами полураспада, а следовательно слабой интенсивностью -поля и малыми кларковыми концентрациями, поэтому заметного вклада в суммарное -поле не вносят.

С учетом сказанного можно записать:

J=J_п*k₁+J_р*k2+J_к*k₃+J_ц*k₄ , где

k₁, k₂, k₃ и k₄ - коэффициенты эффективности индикатора для спектров энергий -излучения соответственно горных пород, бурового раствора, обсадной колонны и цементного камня.

Если рассматривать горные породы как ассоциации минералов, то с другой стороны можно сказать, что радиоактивность горных пород обусловлена минералами, входящими в их состав. Низкой активностью обладают: кварц, кальцит, доломит, сидерит, ангидрит, гипс, каменая соль; средней - лимонит, магнетит, турмалин, корунд, роговая обманка, барит; повышенной - глины, слюды, полевые шпаты, калиевые соли; высокой - циркон, ортит, монацит.

Среди осадочных пород пониженной радиоактивностью характеризуются хемогенные отложения (ангидриты, гипсы, каменная соль), а также чистые пески, песчаники, известняки, угли и доломиты. Максимальной активностью обладают глины, глинистые сланцы, фосфориты, калийные соли (за счет изотопа К⁴⁰). Радиоактивность других осадочных пород зависит от количества примесей в них глинистого материала и занимает промежуточное значение между радиоактивностью глин и чистых пород. В целом, осадочные породы характеризуются самой низкой радиоактивностью, наиболее высокой - магматические и промежуточной - метаморфические. Содержание радиоактивных элементов в магматических породах закономерно связано с их кислотностью. Наибольшей активностью обладают кислые породы, минимальной - ультраосновные.

Суммарное -излучение горных пород можно оценить выразив содержание всех радиоактивных элементов в единицах, эквивалентных содержанию урана по -излучению. Так, например, 1г тория эквивалентен 0,4 г урана, 1г радия - 2,5.10^-4 г урана.

В таблице приведено эквивалентное содержание радиоактивных элементов, характеризующее - активность основных типов изверженных и осадочных пород.