Гамма-метод: физические основы, принцип измерений в скважине, область применения

В горных породах 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.

При исследовании гамма-методом в скважину опускают прибор, который содержит детектор гамма-излучения и электронную схему (Рисунок слева – Схема зонда: Г – детектор, ЭС – электронная схема), 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 так же радиоактивен. При разработке ряда нефтяных и газовых месторождений обнаружено резкое повышение радиоактивности некоторых продуктивных пластов при их обводнении. Этот эффект, названный радиогеохимическим, широко используется при контроле разработки месторождений.

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 I_γ различать глины, глинистые и чистые разности известняков, песчаников.

Повышенная радиоактивность глинистых 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). На рисунке не следующей странице показана типичная кривая, полученная гамма-методом в разрезе осадочных пород.

Кроме радиоактивности горных пород, на показания метода влияют: 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 общую массовую радиоактивность пород.

.