газовых месторождений, достаточно высокая гамма-активность (до 20	нгк экв Ra
		м3

наблюдается в глинах и особенно в глубоководных, битуминозных глинистых осадках, в

	калийных солях. Существенно меньшую гамма-активность2 −10	нгк экв Ra	имеют
		м3

глинистые песчаники и известняки, некоторые доломиты и мергели, полимиктовые песчаные породы, углистые сланцы и часто континентальные глинистые осадки. К породам,

характеризующимся низкой гамма-активностью (до 2 нгк экв Ra ), относятся чистые

м3

кварцевые пески, песчаники, чистые известняки, некоторые доломиты, низкозольные ископаемые угли и гидрохимические натриевые и кальциевые осадки.

Так как многие породы имеют близкую гамма-активность, то однозначное определение пород в общем случае по данным гамма-метода во многих случаях невозможно, и для решения этой задачи диаграммы Іγ интерпретируют в комплексе с диаграммами других геофизических методов исследования скважин. Иногда диаграммы гамма-метода в общих чертах повторяют диаграмму потенциалов собственной поляризации пород, однако в деталях они существенно ее дополняют. Так, например, потенциалы Uсц в сильно глинистых известняках, вмещающих их глинах и мергелях обычно близки. Наоборот, эти породы часто существенно различаются по гамма-активности. Накопление радиоактивных элементов отражает геохимическую обстановку седиментации осадочных пород. Как следствие этого, диаграммы гамма-метода иногда позволяют выделить в однородных по другим параметрам (ρп, Ада, kпn, δп, ∆τя) глинистых толщах прослои повышенной гамма-активности, не отмечаемые по другим геофизическим методам. Эти прослои являются надежными реперами при корреляции разрезов скважин, нередко расположенных на значительных расстояниях.

Особенно большие возможности в изучении процессов генезиса осадочных толщ имеет спектроскопия естественно гамма-излучения. Условия накопления радия, тория и калия резко различны, и раздельное изучение концентрации этих элементов дает возможность точнее определять литологию изучаемых пород.

§ 53. ДИАГРАММЫ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗОТОПОВ

Интерпретация диаграмм интенсивности Іγ,и гамма-излучения изотопов, искусственно введенных в коллекторы, аналогична интерпретации диаграмм естественного гаммаизлучения.

В методе изотопов за нулевую линию диаграмм принимают линию, параллельную оси глубин с ординатой, равной минимальному значению Іγ,и,min в плотных породах — ангидритах, плотных известняках и других практически непроницаемых породах (см. рис. 107, кривая Іγ,и)- Для вычисления гамма-активности пород, созданной активными изотопами, определяют приращение ∆Іγ,и интенсивности Іγ,и над интенсивностью Іγ,иmin .

Если активированный раствор закачивают после бурения скважины, при расчете ∆Іγ,и предварительно из значения Іγ,и в пласте и Іγ,и,min в породах с минимальной интенсивностью вычитают интенсивности естественного гамма-излучения, измеренного до закачки изотопов. Активация раствора должна быть такой, чтобы значение ∆Іγ,и не менее чем в 20 раз превосходило величину максимального изменения ∆Іγ интенсивности естественного гаммаизлучения. Концентрацию активирующего реагента в растворе рассчитывают по формуле

(197)

где ∆kγ — наибольшее изменение концентрации гамма-активных элементов в породах, слагающих разрез скважины; kп,д — среднее значение коэффициента динамической пористости в изучаемых коллекторах в долях единицы объема;

а — коэффициент, учитывающий адсорбцию изотопов, их распад и вероятную

150

глубину проникновения фильтрата; коэффициент а обычно варьирует в пределах 1,2—5. Если скважину бурят на неактивированном растворе и до закачки активированного раствора регистрируют диаграмму интенсивности естественного гамма-излучения, концентрацию активирующего реагента можно взять в 2—5 раз меньшей, чем это дается формулой (197).

Вычислив ∆Іγ,и , и вводят поправку υγ за мощность изучаемой породы; ее избыточную гамма-активность рассчитывают по формуле

(198)

где Cγ — постоянная эталонирования радиометра.

§ 54. ДИАГРАММЫ ГАММА-ГАММА-МЕТОДОВ И ИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

При использовании источников, энергия гамма-излучения которых превосходит 1 МэВ, — плотностной вариант — интенсивность Іγγ,п рассеянного гамма-излучения определяется электронной плотностью δэ среды, окружающей зонд, и при обычно применяемых зондах размера Lγγ >20 см убывает с увеличением плотности тем значительнее, чем больше размер зонда [27, 28].

Электронная плотность

(ki — объемное содержание молекулярного соединения с относительной молекулярной массой Мi и плотностью δi; nj — число атомов элемента с атомным номером Zj в молекуле) для большинства пород с точностью до третьего знака соответствует плотности δп, поэтому закон изменения зависимости Iγγ,п от δэ распространяется и на связь между Iγγ,п и

δп.

При источниках мягкого гамма-излучения (Eγ < 0,5 МэВ)— фотоили селективный вариант — интенсивность Iγγ,ф рассеянного гамма-излучения зависит в основном от эффективного атомного номера изучаемой среды:

(199)

где ρi — массовое содержание в породах элемента с атомным номером Zi; βi = Zi/Ai (Ai

— атомная масса i-го элемента); m — величина, близкая к 4 и определяемая главным образом содержанием элементов с большим атомным номером).

Формула (199) для большинства горных пород приводится к виду

При отнесении точки записи к середине расстояния между источником гамма-квантов и индикатором рассеянного гамма-излучения кривые Іγγ (при υτя = 0) в случае симметричного распределения плотности и химического состава изучаемого объекта относительно его середины симметричны относительно этой области. Границы объекта, отличающегося от вмещающих пород по плотности и эффективному атомному номеру, мощность объекта, поправки в Іγγ за его ограниченную мощность определяются по правилам решения этой задачи гамма-методом (см. § 50 и рис. 104),

Интенсивность Іγγ резко зависит от плотности среды, окружающей зонд. Поэтому на показания метода существенно влияют плотность и толщина глинистой корки, плотность глинистого раствора и величина зазора между измерительной частью зонда и изучаемой породой. Влияние перечисленных факторов на результаты интерпретации значительно снижается при использовании измерений Іγγ с зондами двух размеров.

151

На рис. 108 приведены зависимости относительного прираще-

ния	Iγγ ,x − Iγγ ,н	от толщины слоя (глинистый раствор, глинистая корка) плотностью δсл
	I yy,п

отделяющего прибор от [изучаемой породы (δп = 2ּ7ּ103 кг/м3) при различных значениях бсл. Слева условно показана шкала кажущихся, определенных по величине Іγγ без введения поправок, плотностей, иллюстрирующая величину погрешностей, создаваемых слоем.

Рис. 108. Зависимость относительного приращения интенсивности рассеянного гамма-излучения от толщины и плотности слоя, отделяющего зондовую часть гамма-гамма-радиометра от стенки скважины. Шифр кривых — δcл ּ10-3,кг/м3

Рис. 109. Палетка для определения плотности горных пород по данным гамма-гамма-метода (по Ю. А. Гулину).Шифр кривых — δп ּ10-3, кг/м

Количественную интерпретацию результатов исследования скважин гамма-гамма методом выполняют по данным относительного или относительного разностного

параметров.

За опорные среды с интенсивностями І΄γγ,оп и І΄΄γγ,оп меньшей и большей плотности

152

обычно берут воду (Іγγ,оп,δэ,в 1,111×103 кг/м3) и блоки алюминия (δ э,AI — 2,59ּ103 кг/м3) или бетона (δэ,б ≈ 2 ּ103 кг/м3). Использование относительного разностного параметра позволяет

получить более точные результаты.

При расчете Іγγ особенно при источниках гамма-квантов малой мощности следует из зарегистрированного значения Ірγγ вычесть величину Іγ, измеренную тем же индикатором, которым регистрируется Іγγ .

На рис. 109 приведена одна из палеток зависимостей		Ιγγ ,б	= f (		Ιγγ , м	)
	Ι	γγ ,эт,б		Ι
					γγ ,эт,м

для двухзондового радиометра (при δп = const — [28 ] (Индексами σ и м отмечены интенсивности, измеренные с зондами большого (360 мм) и малого (155 мм) размеров; индексом эт — то же в эталонном устройстве).

Использование подобных зависимостей дает возможность определять плотность пород при наличии глинистой корки.

Количественная интерпретация диаграмм фотоварианта метода основывается на использовании связей между Іγγ,ф и Zэф и между Zэф и содержанием рудных элементов (см. гл. XVIII).

Для исключения влияния плотностного эффекта предложены способы решения уравнений, связывающих Іγγ с δп и Zэф для зондов различных типов [27].

Геологическая интерпретация диаграмм Іγγ зависит от варианта метода. При плотностном варианте зонами минимальных значений Іγγ,п выделяются плотные породы — низкопористые известняки, доломиты, ангидриты и песчаники (см. рис. 107, кривая Іγγ), большинство магматических и особенно рудосодержащих пород. Зонами максимумов Іγγ,п отмечаются высокопористые разности пород, некоторые серпентины и особенно ископаемые угли (см. гл. XVII). Средние значения Іγγ,п относятся к породам с плотностью, варьирующей от 2,2 до 2,5ּ103 кг/м3. По глубоким депрессиям диаграмм Іγγ,ф выделяются породы, обогащенные элементами с высоким атомным номером. Чем выше содержание этих элементов и больше их атомный номер, тем значительнее амплитуды аномалий ∆ Іγγ,ф.

§ 55.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ РЕНТГЕНОРАДИОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА

Интерпретацию диаграмм рентгено-радиографического метода, основанного на изучении интенсивности Iрр характеристического излучения, выполняют по данным анализа величины спектрального отношения (В. А. Мейер, В. С. Нахабцев):

где Iрр,х и Iγγ,пр — интенсивности рассеянного гамма-излучения в области энергий характеристического излучения и в прилегающей к ней области несколько более высоких энергий [30]. Интервалы энергий излучений Ipp,х + Iγγ,x и Iγγ,пр зависят от элемента, для поисков которого используют рентгено-радиографический метод (см. гл. XVIII), и варьируют от 20 до 120 кэВ.

Спектральное отношение, нормированное по его величине во вмещающих (безрудных) породах

(200)

пропорционально концентрации qN изучаемого элемента N. В формуле (200) ηрр,x и ηрр,вм — величины спектральных отношений в рудном теле и во вмещающих породах (ηрр,вм минимально); kp — постоянная эталонирования.

Рентгено-радиографический метод успешно используют для выделения ряда металлов (Sn, Mo, Ba, Pb, и др., см. гл. XVIII). Эффективность использования метода во многом определяется чистотой скважины, отсутствием заглинизированности ее стенок и правильным

153