中子測井教學(xué)課件PPT

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1、利用中子和地層的相互作用的各種效應(yīng)，來研究井剖面地層性質(zhì)的各種測井方法的總稱。它包括中子—熱中子、中子—超熱中子、中子—伽馬測井、中子活化測井以及非彈性散射伽馬能譜測井和中子壽命測井。測井時，中子源向地層發(fā)射快中子，快中子在地層中運動與地層物質(zhì)的原子核發(fā)生各種作用，由探測器探測超熱中子、熱中子或次生伽馬射線的強度，研究地層的孔隙度、巖性及孔隙流體性質(zhì)等地質(zhì)問題。第九章中子測井第九章中子測井第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)第二節(jié)超熱中子測井第三節(jié)補償中子孔隙度測井第四節(jié)中子伽馬測井一、中子和中子源1.中子中子：原子核中不帶電的中性微小粒子，它與質(zhì)子以很強

2、的核力結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。中子分類：根據(jù)中子的能量可將中子分為：快中子：能量大于0.5Mev；中能中子：1kev—0.5Mev之間；慢中子：0—1Kev之間；其中0.2—10eV中子為超熱中子；能量等于0.025eV的中子為熱中子。第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)2.中子源中子源：能將原子核中的中子釋放出來的裝置。質(zhì)子和中子在核中存在很強的核力作用，要使之從核中釋放出來，必須提供足夠的能量。用高能(帶電)粒子轟擊作靶的原子核，引起核反應(yīng)，釋放出中子。測井用的中子源有兩類：同位素中子源（連續(xù)，產(chǎn)生快中子）：加速器中子源（脈沖，產(chǎn)生高能中子）：平

3、均能量為5MeV第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)二、中子和物質(zhì)的作用高能快中子+靶核=>激發(fā)態(tài)復(fù)核=>能量較低中子+非彈性散射伽馬射線=>基態(tài)靶核1.快中子的非彈性散射特點：將入射中子靶核作為一個系統(tǒng)，碰撞前后能量(動能)發(fā)生損失，所以是非彈性散射，或稱（n，n’）核反應(yīng)，放出的伽馬射線稱為非彈性散射伽馬射線。能量大于14MeV的中子發(fā)生非彈性散射的幾率較大，而能量<5MeV的中子發(fā)生非彈性散射的幾率較小。中子射入物質(zhì)后，會發(fā)生一系列核反應(yīng)：使用同位素中子源可以不考慮非彈性散射，而使用脈沖中子源會存在非彈性散射核反應(yīng)。第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)2、快中

4、子對原子核的活化硅活化(n,p)：快中子+穩(wěn)定原子核=>放射性原子核=>活化核衰變+活化伽馬射線第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)3、快中子的彈性散射（1）快中子的彈性散射中等能量的快中子與靶核碰撞，將部分能量傳給靶核，使之能量(動能)增加，仍處于穩(wěn)態(tài)，而快中子速度減慢，系統(tǒng)總的動能守恒，此過程即為快中子的彈性散射。對于同位素中子源中子測井，中子的初始能量較低，因此，從開始就基本上以彈性散射為主，多次彈性散射后，變?yōu)闊嶂凶印?4Mev的高能快中子經(jīng)一兩次非彈性散射后就不能再發(fā)生非彈性散射或核活化反應(yīng)，只能發(fā)生彈性散射而繼續(xù)減速，直至其能量為0.025ev

5、左右，成為熱中子。快中子+穩(wěn)定靶核=>能量較低的中子+反沖核=>熱中子+基態(tài)靶核第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)彈性碰撞能量損失：與靶核的A，入射中子能量E。及散射角φ(中子散射方向和入射方向的夾角)有關(guān)。當(dāng)為正碰撞φ=180°時，中子損失能量最大。實驗證明，中子一次彈性碰撞可能損失的最大能量和平均能量分別為：對氫核來說，A=1，a=0，ΔEmax=E0，ΔE=1/2E0，而對碳核，A=12，a=0.716，ΔEmax=0.284E0，ΔE=0.142E0。因此氫是巖石中最主要的減速元素，巖石對快中子的減速能力取決于巖石的含H量。第一節(jié)中子測井的核物理

6、基礎(chǔ)散射截面：微觀散射截面σs：一個中子與一個原子核發(fā)生彈性散射的幾率，單位1b=10-24cm2；宏觀散射截面Εs：單位體積物質(zhì)中的原子核的微觀散射截面之和，單位cm-1結(jié)論：氫是巖石中最主要的減速元素，巖石對快中子的減速能力取決于巖石的含H量，純巖石的宏觀減速能力基本上決定于純巖石的孔隙度(含淡水條件)。?用中子測井估算孔隙度的物理基礎(chǔ)。2Mev中子彈性散射的特點第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)減速能力大小可用減速時間和減速距離表示。減速時間：快中子從初始能量減速為熱中子能量所需時間；減速距離Ls：在減速時間內(nèi)，中子移動的直線距離Rd。Ls=SQR

7、T(Rd2/6)基本規(guī)律：散射截面越大，散射能量損失越大，減速能力越強，減速時間越短，減速距離Ls越小。第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)4.熱中子擴散和俘獲(1)熱中子的擴散形成熱中子后，中子不再減速，而像氣體分子一樣處于擴散過程。由密度大的地方向密度小的區(qū)域擴散，直到被地層原子核俘獲為止。(2)輻射俘獲核反應(yīng)靶核俘獲一個熱中子而變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的復(fù)核，然后，復(fù)核放出一個或多個幾個光子，回到基態(tài)。熱中子從密度大的區(qū)域向外擴散=>被原子核俘獲（復(fù)核）=>俘獲伽馬射線+基態(tài)靶核第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)(3)巖石對熱中子的宏觀俘獲截面Εa：微觀俘獲截面σ：一個原

8、子核俘獲熱中子的幾率；宏觀俘獲截面Εa：一立方厘米所有原子微觀俘獲截面的總和。常見元素中：幾種核素的微觀俘獲截面結(jié)論：氯元素的俘獲截面最