5.3 Метод гк-с

основан на изучении энергетических спектров 7-излучения. Как известно, -излучение, возникающее при радиоактивном распаде, имеет дискретный (линейчатый) спектр, т.е. оно квантовано. Однако, в результате рассеяния (потери энергии при взаимодействии с атомами породообразующих минералов, промывочной жидкости, стальной гильзы скважинного снаряда радиометра и т.д.) дискретный спектр излучения преобразуется в непрерывный с наложением на него отдель­ных первичных линий. Такие спектры являются индивидуальными для различных радиоактивных изотопов и могут быть использованы для иден­тификации радиоактивных изотопов, входящих в состав горных пород. Кроме того, по интенсивности характерных спектральных линий возможно количественное определение этих изотопов на уровне кларковых концентраций.

Для определения природных радиоактивных изотопов осадочных от­ложений радия (по линии спектра 1,76 мэВ), тория (2,6 мэВ) и калия (1,46 мэВ) -спектрометрические исследования могут быть сведены к одновременной регистрации трех кривых интенсивности -излучения в соответствующих энергетических диапазонах. Затем решают систему линейных уравнений, число которых равно числу определяемых элементов. В рассматриваемом случае система будет иметь вид:

где N₁, N₂, N₃ - скорости счета, зарегистрированные в трех определяемых энергетических диапазонах (измеряемая величина); C_К С_Ra ,C_Th - концентрации соответственно К⁴⁰, Ra²²⁰, Th²³² в объекте исследования; а_i , b_i , с_i - спектральные коэффициенты, представляющие собой скорости счета в i-том канале спектрометра на единицу содержания К⁴⁰, Ra²²⁰, Th²³² соответственно. Значения спектральных коэффициентов определяется на эталонных объектах с известным содержанием этих изотопов перед проведением скважинных исследований.

5.4 Метод ггк-п

Заключается в измерении интенсивности рассеянного -излучения, прошедшего от источника жесткого излучения до детектора через горные породы.

Применительно к каротажу интенсивность рассеянного -излучения зависит от плотности горных пород, активности и природы источника первичного -излучения, а также длины зонда. Под длиной зонда понимают расстояние между источником и детектором -квантов. По мере повышения плотности среды интенсивность рассеянного -излучения I_ сначала повышается, достигая максимума, а затем уменьшается. Повышение интенсивности регистрируемого излучения в области малых  обусловлено увеличением количества рассеянных -квантов в связи с увеличением числа рассеивающих центров (электронов) в единице объема горной породы и, следовательно, с увеличением ее плотности. Последующее понижение I_ связано с поглощением веществом части рассеянных квантов вследствие фотоэффекта. С повышением энергии первичного излучения и уменьшением длины зонда максимум смещается вправо по оси .

П лотностные свойства некоторых пород и минералов

Породы и рудные минералы	Плотность (средняя) г/см3	Линейный коэффициент ослабления излучения (см-1)
		Е=0,5 мэВ	E=2,0 мэВ
Гранит	2,78	0,236	0,122
Песчаник	2,30	0,198	0,102
известняк	2,75	0,237	0,122
Глина	2,10	0,181	0,093
Диабаз	3,05	0,260	0,134
Мергель	2,40	0,206	0,107
Доломит	2,67	0,229	0,119
Каменный уголь	1,30	0,116	0,060
Пирит	5,05	0,419	0,217
Хромит	4,55	0,369	0,191
Магнетит	5,05	0,411	0,212
Галенит	7,05	0,577	0,298
Вода	1.00	0,096	0,050

Глубинность исследования метода ГГК-П не велика и составляет 10-15 см (под глубинностью в данном случае понимается радиус сферы, окружающей детектор из которой последний достигает не менее 90% -квантов). С увеличением длины зонда глубинность повышается, однако при этом повышается и статистическая погрешность измерений (за счет уменьшения интенсивности 1_ ),что вызывает необходимость использования более мощных источников -излучения.

В качестве источника в приборах ГГК у нас и за рубежом чаще всего используют изотоп Cs¹³⁷ . Активность применяемых источников (0,5-2)*10-4 расп/с. Повышение начальной энергии -квантов ведет к увеличению глубинности метода. Поэтому используется также изотоп Со⁶⁰ Источники -квантов

Изотоп	Период полураспада	Е, мэВ	Метод
Со60	5,27 года	1,333	ГГК-П, ГГК-М
Cz137	26,6 года	0,661	ГГК-П, ГГК-М
Se75	15,7 сут.	0,401	ГГК-С
Hg203	46,9 сут.	0,279	ГЕК-С
Co57	270 сут.	0,122	ГГК-С
Am241	458 лет	0,059	ГГК-С

Вследствие малой глубинности ГГК-П (при длине зонда L= 30 см 90% регистрируемого -излучения поступает от слоя 10-12 см, а при L = 12-15 см - от слоя 6 - 7 см), на его показания оказывает влияние изменения диаметра скважины, физических свойств промывочной жидкости, толщина глинистой корки и т.д. С целью уменьшения влияния скважинных условий на результаты измерений применяют зонды специальных конструкций. В частности, особым устройством прибор прижимается к стенке скважины стороной, на которой смонтированы коллимационные окна для источника и детектора. Тем самым уменьшается влияние диаметра скважины и слоя промывочной жидкости. Кроме того, используют скважинные приборы включают в себя два зонда различной длины, например, L₁=33 см и L₂=12 см. Из-за разной глубинности регистрируемые детекторами значения I_ при наличии промежуточной среды искажаются не одинаково и появляется возможность учета влияния скважины.

Для исключения влияния на показания ГГК-П мягкого излучения применяют комбинированные экраны из свинца (I и 2 мм для большого и малого зонда соответственно и кадмия (I и 2 мм). В коллимационные окна скважинного прибора запрессован полиэтилен (материал с небольшим Z), чтобы предотвратить проникновение промывочной жидкости в корпус прибора.

Г ГК-П применяют для решения следующих задач:

1) Расчленения геологического разреза.

Решение этой и других задач основано на различии по плотности горных пород. Минимальными показаниями характеризуются ангидриты. Слабо пористые известняки и доломиты - несколько большими. Максимальные показания ГГК-П соответствуют кавернам, а в ровной части ствола скважины - пластам каменной соли; средние и высокие - пористым известнякам, песчаникам и доломитам, а также пластам гипса. Низкие показания характерны для неразмытых глин, имеющих низкую пористость

2) Выделения рудных интервалов скважин и пластов-коллекторов. ГГК-П применяют также для выделения среди вмещающих пород хромитовых (=3,7-4,5 г/см3), колчеданных (=3,5-4,5г/см3), марганцевых (=4,5 г/см3) и железных ( =3,4г/см3) и полиметаллических руд; бокситов (=3,0г/см3) и калийных солей.

С увеличением пористости уменьшается плотность горных пород в однотипном разрезе, поэтому пласты-коллекторы отмечаются повышенными значениями I_ . Однако, в карбонатном разрезе повышение показаний ГГК-П обусловлено не только пористостью, но и наличием глинистой корки.

3) Исследования угольных пластов Рассматриваемым методом среди вмещающих пород со средней плотностью 2,3 г/см³ можно определить глубину залегания, мощность и строение угольных пластов ( = 1,2-1,8 г/см³), а в благоприятных условиях - их зольность.

4) Решения некоторых технических задач.

В частности: при инженерно-геологических работах ГГК-П применяют, как для определения плотности сред (особенно рыхлых, поскольку затруднено извлечение керна), так и для наблюдения за динамикой влажности; при исследованиях технического состояния скважин - для определения качества цементирования затрубного пространства.

5) Определения плотности горных пород.

Решение этой задачи имеет важное значение для полевых методов. Поскольку изучение плотности на воздушно-сухих образцах имеет ряд недостатков - применение ГГК-П в коренных породах в условиях естественного залегания снимает эти проблемы.

Точность определения плотности методом ГГК-П при соблюдении всех требований к качеству и обработке первичных материалов составляет ±1-3%.