I I0eL
式中: Ｉ0—进入物质前的射线强度； Ｉ—穿过物质后的射线强度； L—物质的厚度。
地球物理测井.放射性测井
2.地层密度测井
一、密度测井的原理（FDL）
1、岩石的真密度（b） 岩石的真密度ρb （体积密度）：单位体积岩石的质量，单位： g/cm3。
假设某纯岩石的骨架密度为ρma，孔隙流体的密度为ρf ， 依据岩石体积物理模型，该岩石饱含淡水的密度ρb与孔隙度 фD的关系为：
.Z
.(
NA A
. )
σ＝σe.ne
因此可得到物质的康普顿吸收系数与其体 密度之间的关系：
地球物理测井.放射性测井
若将伽马射线的能量限制在0.2～1.02MeV范围内，则可 使物质对伽玛射线的吸收系数以康普顿散射吸收系数为主。 这种情况下，一定强度的伽玛射线穿过厚度为L的物质后， 由于物质对散射的吸收而造成的射线强度衰减具有以下规律:
photoelectric effect
地球物理测井.放射性测井
原子的标记形式：
A Z
X
N
X是该原子的化学元素符号； A为质量数 Z---质子数（即原子序数）； N为中子数 即；N=A-Z
地球物理测井.放射性测井
1.密度测井的核物理基础
1、电子对效应electronpair effect (E>1.02Mev)
地球物理测井.放射性测井
4、岩石的视密度（ ρ a）
岩石的视密度ρ a：用密度测井仪测得的密 度值是岩石的视密度。
一般情况下，视密度值不等于它的真 密度，而是略有差别。
地球物理测井.放射性测井
密度测井的基本装置（仪器）
伽马射线源
放出伽马射线
探测器 （闪烁计数器）
探测伽马射线
铅屏
屏蔽由伽马源直接辐射进入探测器的 伽马射线
伽马射线通过单位厚度的吸收介质时，因形成电子对 效应而导致伽马射线的强度减弱，可以用吸收系数（减弱 系数）t表示：
t

Kt
N A b
A
Z 2 (Er
1.022)
当E>1.022MeV时，减弱系数t随E的增大而直线上升
，吸收介质的原子序粒Z对t有明显的影响
地球物理测井.放射性测井
1.密度测井的核物理基础
（Formation Density Log, FDL）
密度测井：根据伽马射线与地层的康普顿效应 （Compton Effect）测定地层密度（Density）的测井 方法。
（Litho Density Log, LDL）
岩性密度测井：利用伽马射线与地层的光电效应 （Photoelectric Effect）和康普顿效应（Compton Effect）同时测定地层的岩性（Lithology）和密度 （Density）的测井方法，是密度测井的改进和扩展。
电子 原子核
伽马射线
地球物理测井.放射性测井
二、伽马射线的吸收
射线通过物质时，与物质发生电子对效应、康普 顿效应和光电效应的概率除与射线能量有关外，还与物 质原子的原子序数有关。图示出了不同能量伽马射线与 物质发生三种作用的优势区域。
地球物理测井.放射性测井
二、伽马射线的吸收
在发生电子对效应、康普顿效应和光电效应过程中， 伽马射线能量将不断降低而最终自身会被吸收。
主要用途：可利用长短源距的测量结果来计算有泥饼影响条件下 被测岩石的真实密度值。
1、基本原理
1个放射性源 两个探测器
贴井壁测量
地球物理测井.放射性测井
仪器的放射源和探测器装 在压向井壁的滑板上。测 井时伽马源向地层发射伽 马光子，经地层散射吸收 后，有部分经过散射的光 子由离源不同距离的两个 伽马射线探测器所接收。 源和探测器之间由屏蔽隔 开，使源发射的伽马光子不能直接射到探测器。仪器背向地层的一方 也屏蔽起来，以减小井的影响。离源近的探测器叫短源距探测器，离 源远的另一个叫长源距探测器。地层的密度不同，对伽马光子的散射 和吸收能力不同，探测器记录到的读数也不同。
地球物理测井.放射性测井
1.密度测井的核物理基础
一、伽马射线与物质的相互作用(P136)
伽马光子与物质发生相互作用的过程中，能 量逐渐降低。随着伽马光子能量的逐渐减弱，伽 马光子与接触物质间将可能逐级产生：
电子对效应
electronpair effect
康普顿效应
compton effect
光电效应
2.876
硬石膏 2.96 2.957
2.977
无烟煤 1.4～1.8 1.442～1.852
1.355～1.796
烟煤
1.2～1.5 1.272～1.59
1.173～ 1.514
淡水 1
1.11
1
原油 0.85 0.97
0.85
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影响岩石密度的因素：
2 孔隙度
孔隙性地层相当于致密地层中岩石骨架的一部分被密度 小的水、原油或天然气所代替，故其密度小于致密地层。孔 隙度越大，地层的密度越小。所以用密度测井资料可以求地 层的孔隙度。密度测井是三种主要孔隙度测井方法之一。
地球物理测井.放射性测井
（2）讨论泥饼对记数率的影响：
L



S

1 AL 1 AS
(ln (ln
NL NS
BL ) BS )
(ln
NL
BL )

AL AS
(ln
NS
BS )
b (a )L
显然，地层的真密度等于长源距测得的视密 度加上一个校正值。
这样极大的减少了井眼的影响，但当井壁不规则、仪器与井壁
接触不好，特别是目的层（渗透层）上泥饼的影响仍不能消除。为 此提出了补偿密度测井以解决该问题。
5、FDL测井的原理
地球物理测井.放射性测井
2.地层密度测井
每个电子的康普顿吸收系数：e 物质的康普顿吸收系数：=e* ne
电子密度：
ne

b
A
N AZ
(0.2Mev＜E＜1.02Mev ） ≌
I I e Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Z / A) N A eb γ射线强度的衰减仅与
0
物质的密度有关
地球物理测井.放射性测井
2.地层密度测井
6、FDL存在的问题 泥饼的影响 不规则井眼 贴井壁不好
地球物理测井.放射性测井
2.地层密度测井
二、补偿密度测井的原理（FDC）
地球物理测井.放射性测井
三、密度测井仪的刻度
刻度标准有一级刻度井、二级刻度块和三级刻度器。
地球物理测井.放射性测井
四、补偿密度测井仪的输出曲线
从前面的推导可以看出， 要测得地层岩石的真密度，首 先需要计算Δ ρ 。因此在实际 测井时，通常记录有两条曲线， 即ρb（DEN）、 Δρ，另外还带 测一条自然伽马（GR）和井径 曲线（CAL）。
方解石 2.71 2.708 2.712
白云石 2.87 2.863 2.876
硬石膏 2.96 2.957 2.977
无烟煤
烟煤
1.4～1.8
1.2～1.5
1.442～1.852 1.272～1.59
1.355～1.796 1.173～1.514
淡水 1
1.11 1
原油 0.85 0.97 0.85
吸收系数：单位长度物质对伽马射线的吸收概率
分别以t、σ、τ表示电子对效应、康普顿效应、光电 效应的吸收系数，则物质对伽马射线的的总吸收系数为 三种吸收系数之和，即：
＝t+σ+τ
地球物理测井.放射性测井
二、伽马射线的吸收
具有一定能量，一定强度的伽马射线穿过厚度为L的物 质后，由于物质对射线的吸收而造成射线强度衰减。其衰 减遵循伽马射线强度衰减规律：
I I0eL
I I e
(
Z A
)
N
A
e

b
L
0
因此，当L一定时，伽玛射线强度的衰减 就仅与物质的密度有关。
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3、电子密度指数的定义（ ρ e）
e 2ne / N A
ne

N A.Z A
.b
由单一元素组成的物质， 其电子密度指数为：
e

( 2Z A
)b
地球物理测井.放射性测井
由于伽马源的能量限制，密度测井的探测范围很浅，通常只 有10＋cm。因此井的影响相当严重。研究表明，当仪器处于井内泥
浆中测量时，由于泥浆散射而进入探测器的伽马射线强度大大超过
的层岩石。也就是说泥浆做的贡献远大于地层，所以用这种方
式进行测井是很不利的。
现在的密度测井仪将伽马源和探测器装在压向井壁的滑板上，同 时伽马源放在一个带定向窗口的铅屏，使之只向一个方向发射，探 测器也定向放置，以增强地层散射伽马射线的记录。

e
ZN A b
A
式中 e —每个电子的康普顿散射截面。
地球物理测井.放射性测井
1.密度测井的核物理基础
3、光电效应： (E＜ 0.2 Mev )
光电效应的吸收系数：
能量较低的伽马射线穿过物质与原 子中的电子相碰撞，并将其能量交 给电子，使电子脱离原子而运动， 伽马光子本身则整个被吸收，被释 放出来的电子叫自由电子，这种效 应叫光电效应。此时产生的自由电 子被称为光电子。
3.2 密度测井及岩性密度测井
资源与环境学院 程超
地球物理测井.放射性测井
密度测井是放射性测井中伽马测井中的一类， 这类测井的轰击粒子和探测对象都是伽马光子，因 此也叫做伽马～伽马测井，有的参考书也称作为散 射测井。主要分为地层密度测井（FDL）和岩性密 度测井(LDL)。
地球物理测井.放射性测井