остном ГГК (енергетичний діапазон якого лежить в області Комптон-ефекту, інтенсивність вторинного гамма-випромінювання обумовлена ??щільністю речовини і мало залежить від атомного номера) літоплотностной каротаж корисний для литологических досліджень розрізів свердловин, т. к. для впевненої інтерпретації даних літологічного каналу ( м'якої частини втраченого гамма-випромінювання, енергетичний діапазон лежить в області фотоефекту, інтенсивність якого обумовлена, в першу чергу, атомним номером речовини, тобто його хімічним складом) необхідно знати плотностном характеристику гірських порід і, навпаки, для більш точного визначення щільності гірських порід треба мати уявлення про речовинний склад порід. У зв'язку з цим використовуються свердловинні прилади з одночасною реєстрацією кривих щільності та індексу фотоелектричного поглинання.
В якості джерел гамма-квантів використовують радіоактивні ізотопи, енергія випромінювання яких лежить в діапазоні 20 кеВ - 1,33 МеВ. Як відомо, в цьому діапазоні найбільш вірогідні два види взаємодії гамма-квантів з речовиною: комптонівське розсіяння і поглинання в результаті фотоефекту, причому при енергіях більше 0,5 МеВ фотоефект практично не відбувається. Число розсіяних гамма-квантів I gg залежить, в основному, від щільності гірської породи s, а їхнє поглинання - від її ефективного атомного номера Z еф і меншою мірою від щільності.
Залежності інтенсивності реєстрованого випромінювання від щільності і атомного номера речовини мають інверсійний характер, тобто із зростанням щільності або ефективного атомного номера (Z еф) інтенсивність вторинного випромінювання зменшується через поглинання речовиною частини розсіяних гамма-квантів (фотоефект).
Таким чином, літолого-плотностной гамма-гамма-каротаж заснований на реєстрації рас?? еянного гамма-випромінювання, основними видами взаємодії якого з речовиною є комптонівське розсіювання, фотоелектричне поглинання (фотоефект) і утворення пар електрон-позитрон з наступною анігіляцією позитрона. Переріз утворення пар S z відмінно від нуля при енергії гамма-кванта S? більш тисячі двадцять-дві кеВ (тобто при перевищенні сумарної енергії спокою електрона і позитрона) і приблизно пропорційно величині:
де Z - атомний номер елемента; Sоб - об'ємна щільність речовини; N - число Авогадро; А - атомна вага елемента.
Перетин фотоефекту St приблизно пропорційно величині. Перетин комптонівського розсіяння Sс пропорційно величині. Для основних породоутворюючих елементів гірських порід у розрізах нафтогазових свердловин переріз утворення пар починає відігравати помітну роль при енергії гамма-квантів більш 3000-4000 кеВ, а перетин фотоефекту - при енергії менше 100-150 кеВ.
У дифузійному наближенні в області енергій 150-1000 кеВ потік гамма-квантів Nс на відстані R oт джерела можна представити у вигляді:
(1)
де С і А - деякі константи; Sс - перетин комптонівського розсіяння.
З виразу (1) випливає, тобто для визначення щільності породи необхідно виконати вимір потоку розсіяного гамма-випромінювання в Комптонівське інтервалі енергій. Слід пам'ятати, що для одноатомних матеріалів, де Z і A - атомний номер і атомна маса елементів. Для молекулярних сполук (ni і Zi - відповідно число атомів і атомний номер i-го елемента, М - молекулярна вага). Ефективний атомний номер гірських порід зазвичай оцінюють за формулою:
Потік гамма-квантів комптонівського інтервалу енергій (більше 150 кеВ) є джерелом гамма-квантів більш низьких енергій, тобто інтервалу енергій переважно фотоелектричного поглинання (менше 150 кеВ). Це дозволяє представити (у нульовому наближенні) потік гамма-квантів Nр на детекторі в області енергій нижче 150 кеВ у вигляді твору потоку гамма-квантів комптонівського інтервалу енергій Nc на ймовірність Рс бути непоглощенние при прольоті до детектора, а саме:
де?- Коефіцієнт, що враховує ослаблення потоку Nс при проходженні його до детектора; Е? С, Е? Р - середні енергії реєстрованих гамма-квантів комптонівського і фотоелектричного інтервалів.
На рис. 15 схематично зображені спектри розсіяного гамма-випромінювання для трьох середовищ з постійною щільністю, але різним значенням Z, що ілюструють наведену вище залежність.
З виразу (2) випливає, що ставлення Nр/Nс в основному визначається зарядом середовища Z, в якому поширюються гамма-кванти:
(3)
де?- Деякий коефіцієнт.
Для інтервалу енергій, використовуваних в літолого-плотностном каротажі, показник ступеня при Z приймається рівним 3,60. Крім того, для характеристики заряду середовища часто використовується так званий індекс фотоелектричного поглинання пропорційний перетину фотоефекту на електрон. З урахуванням цих умов вираз (3) приймає вигляд Звідси випливає
Таким чином, визн...
