Контрольні запитання

1. Дайте класифікацію звичайних неекранованих зондів і їх характеристику.

2. Охарактеризуйте криві уявного електричного опору звичайних неекранованих зондів.

3. Охарактеризуйте стандартний каротаж та задачі, які вирішують за його допомогою.

4. Охарактеризуйте фізичні основи мікрокаротажу та задачі, які вирішують за його допомогою.

5. Яким чином проводиться визначення питомого опору рідин у свердловині?

6. Яким чином визначають коефіцієнт мікрозонда і резистивіметра?

7. Сформулюйте фізичні основи методу БК та задачі, які вирішуються за допомогою цього методу.

8. Дайте характеристику форм кривих БК.

9. Сформулюйте фізичні основи методу індукційного каротажу та задачі, які вирішуються за його допомогою.

10. Дайте характеристику зондів низькочастотного індукційного каротажу.

11. Яка форма кривих індукційного каротажу та їх особливості?

12. Сформулюйте фізичні основи діелектричного каротажу та задачі, які вирішують за його допомогою.

13. Сформулюйте фізичні основи методу самочинної поляризації та задачі, які вирішують за його допомогою.

14. Дайте характеристику утворення дифузійно-адсорбційних потенціалів.

15. Дайте характеристику утворення фільтраційних потенціалів.

16. Дайте характеристику утворення окисно-відновних потенціалів.

17. Охарактеризуйте криві методу ПС. Що таке «лінія глин»?

18. Сформулюйте фізичні основи методу збудженої поляризації та задачі, які вирішують за його допомогою.

19. Які методи входять до стандартного каротажу і яка роль кожного методу?

3 Радіоактивні методи дослідження свердловин

Радіоактивні методи дослідження свердловин, або радіоактивний каротаж (РК) засновані на вимірюванні характеристик полів іонізуючих випромінювань (природних і викликаних штучно).

Радіоактивні методи дослідження свердловин поділяються на:

- методи природної гамма-активності:

гамма-каротаж (ГК);

спектральний гамма-каротаж (СГК);

- методи розсіяного гамма-випромінювання:

густинний (ГГК-Г);

селективний (ГГК-С);

- методи штучної гамма-активності:

нейтронний гамма-каротаж (НГК);

спектрометричний нейтронний-гамма-каротаж (СНГК);

- методи густини нейтронів:

густини теплових нейтронів (ННК-Т);

густини надтеплових нейтронів (ННК-НТ);

- імпульсні нейтронні методи:

імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж (ІННК);

імпульсний каротаж гамма випромінювання не пружного розсіювання нейтронів (ІННГК);

- інші методи радіометрії:

каротаж наведеної активності (КНА);

каротаж мічених атомів;

гамма-нейтронний каротаж (ГНК);

рентгено-радіометричний каротаж.

Найбільше розповсюдження в практиці ГДС одержали гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж, нейтронні методи та імпульсні нейтронні методи.

3.1 Методи гамма-каротажу та спектрального гамма-каротажу

Радіоактивність, основні закони радіоактивного розпаду. Радіоактивністю називається здатність нестійких ізотопів хімічних елементів самочинно перетворюватись в інші більш стійкі елементи з випромінювання альфа-, бета-, гамма-променів, а інколи і інших частинок.

Радіоактивність ізотопів, які знаходяться в природних умовах, отримала назву природної радіоактивності, а радіоактивний розпад ядер атомів при їх бомбардуванні елементарними частинками (електронами, протонами, нейтронами, альфа-частинками та іншими) – штучною радіоактивністю.

Процес перетворення одного ізотопу в інший називається радіоактивним розпадом. Радіоактивне перетворення протікає самочинно та ймовірність радіоактивного розпаду _р за одиницю часу є сталою для кожного радіоактивного елементу. Відповідно, кількість актів радіоактивного розпаду dN за час dt визначається кількістю радіоактивних ядер N у даний момент часу t

. (3.1)

Інтегруючи вираз (3.1), отримаємо:

, (3.2)

де lnC – стала інтегрування.

Використовуючи початкову умову t=0, N=N₀ отримаємо основний закон радіоактивного розпаду:

, (3.3)

де N₀ – кількість ядер радіоактивного елементу у початковий момент часу (t=0); λ_р – коефіцієнт пропорційності, або стала радіоактивного розпаду; t – час, що пройшов від початку спостереження.

Практично тривалість життя радіоактивного ізотопу більш зручно характеризувати періодом піврозпаду T_1/2. Період піврозпаду T_1/2 – це час, протягом якого у середньому розпадається половина початкової кількості атомів даної речовини.

Із співвідношення (3.3) отримаємо:

(3.4)

звідси

(3.5)

Активність радіоактивного розпаду a_p, яка часто в радіометрії свердловин називається абсолютною радіоактивністю, оцінюється кількістю розпадів, що проходять в одиницю часу (розп./с):

(3.6)

Одиниці виміру радіоактивного випромінювання. Оцінка радіоактивності гірських порід може бути виконана за кількістю радіоактивних елементів, що містяться у породі, або за величиною дози, яка визначає міру дії радіоактивного випромінювання на речовину.

У першому випадку кількісною характеристикою радіоактивності деякої речовини є кількість розпадів, що відбувається в одиницю часу.

У системі СІ абсолютну радіоактивність оцінюють в беккерелях (Бк). Під 1 Бк розуміють кількість будь-якого радіоактивного ізотопу, в якому в 1 с відбувається в середньому один розпад (1Бк=1 розп./с). Похідні від беккереля: мегабеккерель, (10⁶ Бк), гигабеккерель (10⁹ Бк) та ін.

У практиці іноді використовують позасистемну одиницю активності кюрі – кількість радіоактивного ізотопу, в якому відбувається 3,7·10¹⁰ розпадів в 1 с (стільки ж, скільки в 1 г Ra). При цьому 1 Бк=0,27·10¹⁰ Кu.

Оскільки енергія й кількість гамма-квантів за один розпад різні для різних радіоізотопів, то їх активність, виражена в бекерелях, недостатня для судження про гамма-активність речовини. Тому для оцінки гамма-активності речовини часто користуються позасистемною одиницею виміру – міліграмом-еквівалента радію (мг-екв Ra). 1 мг-екв Ra – це активність речовини, гамма-випромінювання яке має такий же іонізаційний ефект, як і гамма-випромінювання від 1 мг ²²⁶Ra (разом з продуктами його розпаду).

Досить часто в геофізиці для оцінці концентрації радіоактивного ізотопу в деякій речовині застосовують такі величини, як: питома масова гамма-активність з одиницями виміру мг-екв Ra/г (або пкг-екв Ra/кг=(кг-екв Ra/кг)·10^-12) – активність 1 г породи у 1 мг-екв Ra (або 1 кг породи у 1 кг-екв Ra); питома об’ємна гамма-активність з одиницями виміру мг-екв Ra/см³ (або пкг-екв Ra/м³=(кг-екв Ra/м³)·10^-9)

Перехід від беккереля до грам-еквівалента радію для будь-якого ізотопу виконують за формулою:

, (3.7)

де С – коефіцієнт переходу для даного ізотопу (для ⁶⁰Со дорівнює 1,53; ⁴⁰К – 0,095; ²³⁸U – 1,25 і т. д.); q – активність ізотопу в беккерелях.

Поле ядерних випромінювань конкретного виду характеризується щільністю потоку часток і інтенсивністю випромінювання.

Для поля часток з хаотичним напрямом руху потік часток визначають добутком щільності часток n на їх швидкість V.

Інтенсивність випромінювання – це енергія випромінювання, що падає в одиницю часу на одиничну площу. Її вимірюють у Вт/м²·с, МэВ/см²·с і так далі.

Інтенсивність поля гамма-квантів характеризують потужністю експозиційної дози, а дія випромінювання на опромінюване середовище – поглиненою дозою. У практиці радіометрії як позасистемну одиницю дози випромінювання використовують рентген (Р) – така кількість рентгенівського або гамма-випромінювання, яке в 1 см³ повітря за нормальних умов створює заряди обох знаків в одну електростатичну одиницю заряду кожен. Один рентген відповідає утворенню 2,083·10⁹ пар іонів в 1 см³ сухого повітря.

Одиницею експозиційної дози в СІ є кулон на кг (Кл/кг). 1Р=2,58·10^- 4Кл/кг.

Доза, що утворюється випромінюванням в одиницю часу, називають потужністю дози і виражають у рентгенах в годину (Р/год) або в мікрорентгенах в годину (мкР/год).

Потужність дози в одиницях СІ вимірюють в амперах на кг (А/кг).

При розпаді радіоактивних елементів випромінюються альфа-, бета-частинки та гамма-кванти, причому випромінювання гамма-квантів не є самостійним актом, воно супроводжується альфа- або бета-розпадом ядер елементів.

Альфа-промені – потік частинок, які є ядрами атомів гелію (⁴₂He), несуть подвійний додатній заряд 9,54·10^-10 електростатичних одиниць та володіють найбільшою масою (6,598·10^-12 г) серед елементарних частинок. Швидкість альфа-частинок природних радіоактивних елементів становить – 1,39·10⁹-2,05·109 м/с.

Бета-промені – представляють собою потік частинок, які несуть одинарний від’ємний (електрони) або додатній (протони) заряд 4,77·10^-10 електростатичних одиниць і мають масу 0,9035·10^-27 г. Швидкість бета-частинок коливається практично від нуля до 0,998  швидкості світла.

Гамма-промені – це потік нейтральних частинок, які мають таку ж природу, що і радіохвилі, світло, рентгенівське випромінювання, і відрізняються від них тільки більш високою частотою коливань  (>2,42·10¹⁸  с^-1).

Швидкість розповсюдження гамма-квантів у вакуумі рівна швидкості світла (300 000 000 м/с).

Енергія гамма-кванта Е_γ виражається співвідношенням:

(3.8)

де h – стала Планка, яка рівна 6,62·10^-34 Дж·с.

Довжина хвилі , яка випромінює гамма-квант, обернено пропорційна частоті коливань:

(3.9)

де с – швидкість розповсюдження гамма-квантів, ν – частота коливань гамма-випромінювання.

Природна радіоактивність гірських порід, в основному, зумовлена наявністю в них природних радіоактивних елементів – урану ²³⁸U і продукту його розпаду ²²⁶Ra, торію ²³²Th та радіоактивного ізотопу калію ⁴⁰K. Інші радіоактивні елементи (рубідій ⁸⁷Rb, самарій ¹⁴⁷La, лютецій ¹⁷⁶Lu та інші) характеризуються великими періодами піврозпаду, малими концентраціями в гірських породах, тому суттєвого вкладу в сумарну природну радіоактивність вони не вносять.

Найбільш високою радіоактивність відмічаються магматичні породи, найнижчою – осадові та проміжною – метаморфічні.

Пониженою радіоактивністю серед осадових утворень характеризуються хемогенні відклади (ангідрити, гіпси, кам’яна сіль, за виключенням калійної солі), а також чисті пісковики, пісковики, вапняки і доломіти. Максимальною радіоактивністю характеризуються глини, глинисті та бітумінозні сланці, фосфорити, а також калійні солі.

Високорадіоактивні породи зустрічаються і серед чистих незаглинизованих пісків, пісковиків та вапняків, якщо дані породи збагачені моноцитом, карнотитом, глауконітом, польовими шпатами та іншими мінералами, які містять радіоактивні елементи.

У деяких випадках радіоактивність гірських порід підвищується у результаті насичення їх пластовими водами, які збагачені ураном і радієм, наприклад, хлоркальцієвого та особливо сульфідно-барієвого типів.

Лічильники, які використовують для вимірювання радіоактивності. В апаратурі гамма-каротажу в якості датчиків використовуються газорозрядні, сцинтиляційні та напівпровідникові лічильники.

Газорозрядні лічильники. Газорозрядний лічильник представляє собою газонаповнений прилад, який забезпечує реєстрацію інтенсивності ядерних частинок за виникненням газового розряду. Газовим розрядом називають явище протікання іонізаційного струму через гази.

Газорозрядний лічильник – це своєрідний конденсатор. Одним електродом (анодом) у ньому служить тонка нитка із вольфраму, заліза або іншого металу діаметром 0,1-0,5 мм, яка натягнута вздовж осі скляного циліндра діаметром 1-3 см, другим електродом (катодом) є внутрішнє металічне покриття даного циліндра (рис. 3.1). Роль діелектрика виконує суміш газів, яка заповнює під тиском 1,33·10⁴ Па простір між електродами.

1 – скляний балон; 2 – металічний циліндр, або металічне покриття (катод); 3 – анод; 4 – контакти та ізолятори; С – ємність; R – опір

Рисунок 3.1 – Принципова схема та включення газорозрядних лічильників

Основні переваги газорозрядних лічильників:

- стабільність роботи у великому діапазоні зміни температури – від -55 до +300С;

- необов’язковість стабільності напруги живлення;

- підвищена ефективність до жорсткого гамма-випромінювання при - розв’язуванні деяких геолого-промислових задач.

Недоліки газорозрядних лічильників:

- висока робоча напруга живлення (700-1600 В);

- обмежений термін роботи внаслідок розходу багатоатомних молекул на дисоціацію;

- мала максимальна швидкість рахунку.

Сцинтиляційні лічильники. Сцинтиляційний лічильник (рис. 3.2) має два основних елемента: сцинтилятор, який реагує на ядерне випромінювання спалахами світла, і фотоелектронний помножувач (ФЕП), який перетворює дані слабкі спалахи світла в електричний імпульс та підсилює їх у мільйони разів.

Принцип роботи сцинтилятора полягає в наступному. Гамма-квант, який попадає в сцинтилятор, взаємодіє з його атомами (фотоефект, комптон-ефект, утворення електронно-позитронних пар), що приводить до виникнення вільних зарядів (електронів і позитронів). Даним зарядам передається або вся енергія кванта (фотоефект), або її частка (комптон-ефект, утворення пар). Енергія вільних зарядів використовується на іонізацію та збудження атомів сцинтилятора. При переході зі збудженого стану в основний атоми сцинтилятора втрачають енергію, яка отримана при збудженні, у вигляді електромагнітних коливань (світлових фотонів) – люмінесценції.

1 – сцинтилятор (люмінофор); 2 – відбивач; 3 – ФЕП; 4 – фотокатод; 5 – фокусуючий діафрагма; 6 – діноди; 7 – збираючий електрод (анод); 8 – дільник напруги

Рисунок 3.2 – Принципова схема сцинтиляційного лічильника

Із багато чисельних сцинтиляторів найбільш часто використовують монокристали йодистого натрію NaJ(Tl), йодистого калію KJ(Tl), йодистого цезію CsJ(Tl), які активовані талієм Tl з метою створення в решітках неорганічних кристалів додаткових центрів люмінесценції, а також пластмасові сцинтилятори.

Фотоелектронний помножувач (ФЕП) – пристрій, який з’єднує в собі фотоелемент і електронний підсилювач, дія якого базується на явищі вторинної електронної емісії. Електрони, які вилітають із фотокатода 4, прискорюються електричним полем і через діафрагму 5 прямують на перший електрод (динод 6) помножувача. Внаслідок вторинної емісії кожний впавший електрон вибиває із динода декілька вторинних електронів, кількість яких залежить від прикладеної між електродами різниці потенціалів. Дані електрони, знаходячись у полі притягання другого динода, також прискорюються та викликають вторинну електронну емісію на наступному диноді. Таким чином, проходить стрибкоподібне збільшення кількості електронів на кожному диноді ФЕП. Останнім електродом у даній ланці служить анод 7, який виготовлений у вигляді сітки та оточується екраном, що з’єднаний з передостаннім електродом.

Основні переваги сцинтиляційних лічильників:

- висока чутливість (ефективність);

- велика роздільна здатність;

- здатність розділяти частинки за їх енергіями та вимірювати їх, тобто проводити спектрометрію радіоактивних променів.

Недоліки сцинтиляційних лічильників:

- висока чутливість до зміни температури навколишнього середовища;

- підвищені вимоги до стабільності напруги живлення;

- великий розкид параметрів фотопомножувачів і зміна характеристик та параметрів фотопомножувачів у процесі їх роботи.

Напівпровідникові лічильники. У напівпровідникових лічильниках використовується властивість детекторів – одностороння провідність електричного струму. Для цього створюють деякий шар, який називається p-n-переходом і володіє високим питомим опором. Дві пластини напівпровідника, одна з електронною провідністю, а друга з дірковою, приводять у тісне доторкання. У місцях їх доторкання починається дифузія електронів, яка нейтралізує частину дірок у тонкому граничному шарі з дірковою провідністю, і даний шар заряджається негативно. Аналогічно тонкий граничний шар з електронною провідністю заряджається позитивно. У результаті утворюється перехід p-n, який перешкоджає подальшій дифузії носія заряду. Такий перехід p-n володіє властивостями детектора. Якщо пластину з електронною провідністю приєднати до катода, а пластину з дірковою провідністю – до аноду, то через перехід іде струм. При зворотній полярності товщина переходу p-n росте і система не проводить струм.

При проходженні іонізуючої частинки через чутливий шар у ньому відбувається іонізація та утворюються вільні носії заряду, які під дією електричного поля дрейфують до відповідних електродів, тобто утворюється імпульс електричного струму.

Для реєстрації гамма-квантів необхідні напівпровідникові лічильники з великою товщиною чутливого шару. Даний ефект досягається використанням літію, який володіє великим коефіцієнтом дифузії, в одному із торців напівпровідника із дірковою провідністю. У результаті чого отримують тришаровий детектор з p–i–n-переходом (рис. 3.3). У шарі I, куди не проникали атоми літію, зберігається діркова провідність. Тонкий шар III, у якому переважає “донор” (літій), набуває електронної провідності. У проміжному шарі II концентрації “донорів” і акцепторів рівні. Даний шар називається i-шаром. Товщину i-шару в окремих випадках вдається довести до 8 мм, що достатньо для отримання доброї енергетичної здатності та непоганої ефективності напівпровідникового лічильника гамма-квантів.

Рисунок 3.3 – Схема напівпровідникового лічильника

Основні переваги напівпровідникових лічильників:

- економія живлення;

- компактні;

- не чутливі до магнітного поля;

- амплітудне розділення в 20-30 разів краще, ніж у сцинтиляційних лічильниках.

Недоліки напівпровідникових лічильників:

- використання обмежене порівняно невеликими розмірами;

- нестабільність роботи при підвищених температурах.

Гамма-каротаж необсаджених та обсаджених свердловин. У методі ГК вимірюють інтенсивність радіоактивного випромінювання гірських порід в свердловинах за допомогою індикатора гамма-випромінювання. В якості індикатора використовують лічильник Гейгера-Мюллера, або більш ефективні і сучасні сцинтиляційні лічильники.

Одержана в результаті виміру крива, яка характеризує інтенсивність гамма-випромінювання пластів уздовж стовбура свердловини, називається гамма-каротажною кривою.

Гамма-випромінювання, що реєструється при гамма-каротажі, включає випромінювання від пластів гірських порід і фонове випромінювання. Фонове випромінювання викликане забрудненням радіоактивними речовинами матеріалів, з яких виготовлений прилад, і космічного випромінювання.

При дослідженні розрізів свердловин гамма-каротажем отримують безперервну криву вимірювання гамма-випромінювання гірських порід у заданих масштабах запису та глибини.

Конфігурації кривих інтенсивності гамма-випромінювання I_ спотворюються із-за наявності інтегруючої комірки у вимірювальній апаратурі. Внаслідок цього криві I_ на діаграмах ГК набувають асиметричної форми відносно середини пласта та зсуваються у напрямку руху приладу, а максимальна величина інтенсивності I_ max занижується, особливо в пластах обмеженої потужності (рис. 3.4).

Границі пласта підвищеної радіоактивності можна визначити з достатньою для практики точністю за точками, які відповідають початку підйому кривої ГК у підошві пласта і початку її спаду в його покрівлі.

Крива радіоактивного каротажу (будь-якого, не тільки ГК) має відхилення, не пов’язані із зміною фізичних властивостей пластів гірських порід, які називаються статистичними флуктуаціями. Статистична флуктуація – це коливання інтенсивності радіоактивного випромінювання навколо деякої середньої величини в одних і тих же умовах.

У загальному випадку інтенсивність γ-випромінювання від пластів, що реєструється, пропорційна дійсній їх гамма-активності.

Проте, при однаковій гамма-активності породи з більшою густиною відмічаються меншими показами ГК через більш інтенсивне поглинання гамма-променів. Таким чином, покази ГК є функцією радіоактивності, густини гірських порід та умов вимірювань (діаметра свердловини, густини промивної рідини, її радіоактивності, товщини обсадної колони, властивостей цементного каменю та ін.).

Шифр кривих – Vτ в м·с/год

Рисунок 3.4 – Конфігурація кривих гамма-каротажу

Умовно вважають, що ефективний радіус дії установки гамма-каротажу (радіус сфери, з якої виходить 90% випромінювань, сприйманих індикатором) відповідає приблизно 0,3 м. Випромінювання від більш віддалених ділянок гірської породи поглинається навколишнім середовищем, не досягнувши індикатора.

Гамма-каротаж знаходить широке застосування для вивчення літології гірських порід, виділення глинистих порід, якісної та кількісної оцінки їх глинистості, при кореляції розрізів свердловин. Гамма-каротаж використовується також для виявлення радіоактивних (калієвих або уранових) і нерадіоактивних руд, включаючи і вугільні пласти.

Гамма-каротаж проводиться в будь-яких свердловинах: обсаджених, необсаджених, з розчином або без нього.

Прилади гамма-каротажу суміщають часто з іншими видами досліджень в свердловинах: гамма-гамма-каротажем (ГГК), нейтрон-нейтронним каротажем (ННК), індукційним або боковим каротажем і ін..

Недоліки методу ГК: на покази гамма-каротажу істотно впливає діаметр свердловини, товщина металевої обсадної колони і цементного каменя.

Гамма-каротаж спектральний (ГК-С). У методі ГК-С міряють у вздовж стовбура свердловини зміну інтенсивності гамма-квантів із заданою енергією.

За вихідним дискретним (лінійному) спектром енергій гамма-випромінювання можна встановити ізотопний склад і число радіоактивних ядер. Характерними значеннями в спектральному складі гамма-випромінювання осадових гірських порід відмічаються: радій – (0,6; 1,76 МеВ); торій – 0,9; 1,6; 2,6 МеВ); калій – (1,46 МеВ) (рис. 3.5). У зв’язку з цим для оцінки вмісту в породах радію, торію і калію потрібні тільки результати вимірювання інтенсивності природного γ-випромінювання гірських порід в трьох певних енергетичних діапазонах.

Таким чином, гамма-спектрометричні дослідження свердловин можуть бути зведені до одночасної реєстрації трьох кривих інтенсивності гамма-випромінювання при різних рівнях дискримінації або в різних енергетичних діапазонах. Енергетичні інтервали спектра гамма-випромінювання при замірах вибирають так, щоб на кожному з них переважало гамма-випромінювання енергії одного з елементів, що визначаються, наприклад: калієвий канал – 1,3-1,6 МеВ; урановий (радієвий) канал – 1,65-1,95 МеВ; торієвий канал – 2,4-2,8 МеВ.

Рисунок 3.5 – Графік зміни вкладу радію (1), торію (2) та калію (3) в загальну гамма-активність гірських порід

Для кількісної оцінки вмісту різних радіоактивних елементів вирішують систему рівнянь, число яких рівне числу елементів, що визначаються. Для осадових гірських порід це буде система з трьох рівнянь:

N₁=а₁С_К+b₁С_Ra+с₁С_Th (3.10)

N₂=а₂С_К+b₂С_Ra+с₂С_Th (3.11)

N₃=а₃С_К+b₃С_Ra+с₃С_Th (3.12)

де N₁, N₂, N₃ – число імпульсів, що визначаються, в трьох енергетичних діапазонах гамма-спектру; С_К, С_Ra, С_Th – вміст калію, радію і торію в об’єкті дослідження; а_і, b_і, і с_і – градуювальні коефіцієнти, що є швидкостями рахунку в і-тому каналі “вікні” спектрометра на одиницю вмісту К, Ra та Th.

Значення градуювальних коефіцієнтів визначаються при гамма-спектрометрії об’єкту з відомим вмістом К, Ra та Th. Це можна здійснити 2 шляхами:

- вимірюванням на насичених моделях пластів, що містять мірну кількість якого-небудь одного типу природних гамма-ипромінювачів (стандартний зразок з відомою концентрацією природних радіоактивних елементів);

- зіставленням результатів інтерпретації вимірювань свердловин з даними аналізу керна на вміст природних радіонуклідів.

Для досліджень енергетичного складу природного гамма-випромінювання використовують гамма-спектрометри інтегральні та диференціальні.

Інтегральні спектрометри реєструють гамма-випромінювання з енергією, що лежить вище (або нижче) за задане порогове значення.

Диференціальні спектрометри вимірюють γ-випромінювання в строго обмежених енергетичних інтервалах, укладених між пороговими значеннями.

Метод ГК-С дозволяє вирішувати конкретні задачі загальної і прикладної геології, а саме:

- з’ясовувати механізм і швидкість вивітрювання гірських порід за станом радіоактивної рівноваги в ряду “уран-торій”;

- вивчати геохімічну циклічність, відновлювати умови осадконакопичення гірських порід і проводити кореляцію “німих” товщ;

- з’ясовувати фаціальні характеристики і інтенсивність тектонічних рухів структур, сприятливих для акумуляції нафти і газу;

- вивчати особливості і генезис вивержених і метаморфічних гірських порід;

- виділяти у вапняках вторинні доломіти, визначати глинистість і нерозчинний залишок,

- встановлювати мінеральний склад глинистих порід.

Способи еталонування апаратури радіоактивного каротажу.У даний час широко використовуються два способи еталонування апаратури ГК: спосіб радієвих еталонів і спосіб еталонних свердловин.

Спосіб радієвих еталонів. Задана інтенсивність гамма-випромінювання в даному способі забезпечується радієвими еталонами наступних марок: Ra¹³-Ra¹⁵, Ra²⁴ на стаціонарній площадці.

Еталон і радіометр розміщують на висоті не менше 2 м від поверхні землі, на відстані не менше 4 м від сторонніх предметів і на лінії, яка перпендикулярна до осі приладу в середній точці індикатора.

Інтенсивність гамма-випромінювання на відстані r від індикатора розраховують за формулою:

(3.13)

де I_ет – інтенсивність еталона на відстані 1 м; j_ – поправочний коефіцієнт, який враховує вплив розсіяного гамма-випромінювання.

Шляхом зміни відстані r від 0.3 до 4 м через певні інтервали отримують набір заданих інтенсивностей гамма-випромінювання, які реєструються пристроєм, що їх записує. У кожному положенні r еталона ведеться запис величини I_ не менше 1,0-1,5 хв. при максимальній сталій часу інтегруючої комірки _к. За отриманими відхиленнями l для кожного розміщення радієвого еталону будують графіки еталонування, які представляють собою залежність величини відхилення пишучого пристрою від інтенсивностей, що задаються (рис. 3.6).

Для переводу показів натурального фону в мкР/год криву еталонування екстраполюють до перетину з віссю інтенсивностей та після чого шкалу інтенсивностей зміщують вліво на величину натурального фону I_ф.

Рисунок 3.6 – Графік еталонування одноканальної апаратури гамма-каротажу

За графіком еталонування визначають перерахунковий коефіцієнт (см/(мкР/год)):

(3.14)

де l – різниця між двома відхиленнями; I_γ – відповідно, різниця між двома інтенсивностями.

Спосіб еталонної свердловини. За еталонну свердловину беруть таку, щоб розріз відкладів і умови вимірювання в ній були такі ж як і в тих, що досліджують. Таким чином при еталонуванні апаратури виключають різні спотворюючі фактори. Суть даного способу полягає в тому, що криві ГК при різних умовах їх запису приводять до умов вимірювань в еталонній свердловині. За еталонну одиницю, так звану ймовірну нормалізовану одиницю |I_|_йм, приймають подвоєну величину середньоквадратичного відхилення  інтенсивності I_ і, яку зареєстрували в еталонному середовищі, від її середнього значення I_ сер:

(3.15)

де n_i – число значень I_,і в загальному числі інтервалів _n,i, на які розбивають розріз еталонної свердловини.

При цьому покази ГК отримують у нормалізованих одиницях у вигляді I_,н:

(3.16)

де I_ – інтенсивність гамма-випромінювання, яка виміряна в свердловині, що досліджують. Число 3,5 введено для того, щоб нормалізована величина I_,н була додатною.