Сделай Сам Свою Работу на 5

МЕТОД ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ (ГАММА-МЕТОД)





 

Во всех горных породах в небольших количествах присутствуют радиоактивные элементы. Содержание радиоактивных элемен­тов в различных горных породах, а следовательно, и интенсивность испускаемых ими ядерных излучений различны. Поэтому, регистрируя их, можно судить о типе горных пород, пройденных скважиной. Метод исследования геологического разреза сква­жин, основанный на регистрации излучений, испускаемых есте­ственно радиоактивными элементами горных пород, носит назва­ние метода естественной радиоактивности. По­скольку обычно альфа- и бета-лучи, имеющие малый пробег в веществе, полностью поглощаются буровым раствором и корпу­сом скважинного снаряда, а индикатора достигают лишь гамма-лучи, этот метод называют также гамма-методом и сокращенно обозначают ГМ.

 

 

Рис. 39. Схема зондов радиометрии скважин.

1 - детекторы гамма-излучения (Г), тепловых (Т) и надтепловых (Н) нейтронов;

ис­точники: 2 - гамма-излучения; 3 - быстрых нейтронов; 4 - вещество, хорошо погло­щающее гамма-кванты (Pb, Fe и т. п.); 5 - водородсодержащее вещество, рассеи­вающее и поглощающее нейтроны (парафин, полиэтилен и т. п.); УТ - ускоритель­ная трубка генератора нейтронов; ВБ - высоковольтный блок; ЭС - электронная схема прибора



 

При исследовании гамма-методом в скважину опускают при­бор, который содержит детектор гамма-излучения и электрон­ную схему (рис. 39), служащую для питания индикатора, усиле­ния его сигналов и передачи их через кабель на поверхность. Часто используют многоканальные приборы, регистрирующие одновременно диаграммы гамма-метода и нейтронного гамма-метода. Точка записи ГМ совпадает с серединой детектора.

Радиоактивность горных пород обусловлена в основном при­сутствием в них урана, тория, радиоактивных продуктов их распада и, наконец, калия, один из изотопов которого 40К так­же радиоактивен.

При разработке ряда нефтяных и газовых месторождений обнаружено резкое повышение радиоактивности некоторых продуктивных пластов при их обводнении, а возможно, и по другим причинам. Этот эффект, названный радиогеохимическим, широ­ко используется при контроле разработки месторождений (см, гл. X).



Если не считать урановых и ториевых руд, наибольшей гам­ма-активностью обладают кислые изверженные породы, напри­мер граниты, а также глины. По интенсивности гамма-излуче­ния 1 г этих пород эквивалентен (4—6)·10-12 г 226Ra. Наименее активны (менее 10-12 г Ra) ультраосновные породы, а среди осадочных пород — чистые разности известняков, песчаников, большинства каменных углей и особенно гидрохимических по­род (кроме калийных солей). В осадочных породах, как прави­ло, радиоактивность тем больше, чем выше содержание глини­стой фракции. Это позволяет по кривым Iγ различать глины, глинистые и чистые разности известняков, песчаников и т. п.

Повышенная радиоактивность глинистых горных пород объ­ясняется тем, что благодаря большой удельной поверхности они в процессе осадконакопления сорбируют большее количество соединений урана и тория, чем неглинистые породы. Имеет зна­чение и калий, входящий в состав некоторых глинистых минера­лов.

Диаграммы ГМ используют также для выделения в разрезе скважин урановых и ториевых руд, калийных солей, а также других полезных ископаемых, обладающих повышенной радио­активностью (фосфориты, иногда марганцевые руды и др.). На рис. 40 показана типичная кривая, полученная гамма-методом в разрезе осадочных пород.

Применяя специальные приборы — спектрометры гамма-из­лучения, можно регистрировать вдоль скважины диаграмму из­менения интенсивности гамма-квантов с заданной энергией. Та­кой спектрометрический гамма-метод (ГМ-С) позволяет опреде­лять отдельно содержание в породе радия, тория и калия. По соотношению этих радиоактивных элементов в принципе можно определить условия образования осадков, минеральный состав глин, разделить урановые и ториевые руды, а также некоторые другие полезные ископаемые с повышенной радиоактивностью (фосфориты, бокситы и др.).



Кроме радиоактивности горных пород, на показания гамма-метода оказывают влияние: а) поглощение гамма-излучения в скважине, зависящее от диаметра скважины, плотности буро­вого раствора, наличия и толщины обсадной колонны и цемент­ного кольца; б) радиоактивность среды, заполняющей ствол скважины. Показания ГМ растут при увеличении диаметра скважины, если радиоактивность горных пород меньше радиоактив­ности среды, заполняющей скважину. При обратном соотноше­нии радиоактивностей горной породы и скважинной среды по­казания ГМ уменьшаются с ростом диаметра скважины. Обсад­ная колонна всегда уменьшает показания ГМ. При строгом уче­те влияния перечисленных факторов по результатам ГМ можно количественно определить концентрацию радиоактивных элемен­тов в горных породах.

На показания любого ядерного метода основное влияние оказывает относительно небольшая часть окружающей среды, удаленная от зонда не более чем на несколько десятков санти­метров. Влияние остальной более удаленной части среды составляет не более нескольких процентов. Радиус сферы, из ко­торого приходит 90—95% регистрируемого излучения, назы­вается радиусом зоны исследования ГМ. Считается, что радиус исследования ГМ составляет примерно 30 см.

Форма диаграмм ГМ определяется усреднением (по специ­альному закону) радиоактивности в интервале равном размеру зоны исследования; на нее оказывает влияние также инерцион­ность измерительной схемы, вносимой интегрирующей ячейкой (см. § 6). При отсутствии интегрирующей ячейки (постоянная времени интегрирующей ячейки τя=0) или при измерении на отдельных точках при нулевой скорости прибора (v = 0) кри­вая Iγ против однородного одиночного пласта симметрична (рис. 41, кривая с шифром 0). При мощности пласта h ≥ 0,8÷1 м амплитуда кривой Iγ не зависит от значения h, а границе пласта соответствует середине аномалии.

 

 

Рис. 40. Схематические диаграммы, полученные ядерными методами в раз­резе осадочных пород.

1 - каменная соль; 2 - калийная соль; 3 - глина; 4 - размытый пласт с глубокой каверной; 5 - гипс; 6 - ангидрит; 7 - известняк низкопористый; 8 - известняк вы­сокопористый; песчаник (песок); 9 - газоносный; 10 - нефтненосный; 11 - водоносный; 12 - метаморфизованная порода

 

При vτя = 0 кривая Iγ сдвигается по направлению движения прибора и становится асимметричной. Искажение тем сильнее, чем больше vτя. При недостаточно большой мощности пласта (h < 3vτя) происходит уменьше­ние амплитуды (тем сильнее, чем меньше h/3vτя). Границы пластов приблизительно определяют по началу подъема и снижения показаний ГМ.

Показания ГМ зависят не только от интенсивности излу­чения, но и от индивидуальных особенностей прибора (тип счетчика, его размер, толщина корпуса, режим питания и т. п.). В зависимости от не­больших изменений этих факторов чувствительность может меняться незаметных пределах даже для серийных приборов одного и того же типа. Для исключения влияния этих фак­торов осуществляют эталони­рование аппаратуры: в результате специальных измерений устанавливают график или ко­эффициенты перехода от величины отклонения пишущего уст­ройства (или от числа импульсов в единицу времени) к истин­ной интенсивности гамма-излучения, выраженной в дозовых еди­ницах (в А/кг или мкР/ч).

Рис. 41. Кривые Iγ против пластов большой (а) и малой (б) мощности. Шифр кривых - vτ, м·с/ч

 

Для исключения влияния рассеянного гамма-излучения при­бор при эталонировании подвешивают на высоте 2—3 м над пло­щадкой с низкоактивным грунтом. На высоте детектора на не­котором расстоянии r от него помещают радиевый эталонный источник. Показания прибора регистрируют самописцем.

Истинная интенсивность излучения в точке расположения детектора определяется по формуле.

,

где А - активность радиевого эталона; Kγ - гамма-постоянная радия, равная мощности дозы, создаваемой на расстоянии 1 м источником единичной активности; r - расстояние от эталона до детектора.

Подобные измерения и вычисления осуществляют при нес­кольких значениях r и строят эталонировочный график — зави­симость показаний прибора от Iγ.

В последние годы получает также распространение эталони­рование в специальных эталонных (метрологических) скважинах, пробуренных на исследуемой территории или вблизи гео­физической базы. В этом случае в качестве условной единицы измерений принимают различие в показаниях против двух мощ­ных опорных пластов с различной активностью или же среднеквадратические колебания показаний в некотором фиксирован­ном интервале разреза эталонной скважины.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.