• 1、岩石的自然伽马放射性 • 岩石的自然伽马放射性决定于岩石中所含
的放射性核素的种类和数量，即主要是岩 石中铀、钍、钾的含量决定 。
• （1）钍系
23920Th
208 82
Pb
从钍 （23920Th ）开始
经6次α衰变和4次β
衰变，最后生成稳定
核素
208 82
Pb
• （2）铀系
U 238
92
• （6）放射性活度 • 一个放射源在单位时间内衰变的原子核数，
称为放射性活度 。
2、伽马射线和物质的相互作用
• （1） 射线与物质相互作用的几率
• 利用截面 来描述作用几率的大小，定
义式为：
I
INt
γ源
γ射线
地层物质
γ射线与物质 的相互作用
【问题1】伽马 射线与物质之间的 相互作用有哪些？
核外电子 入射光子
原子核 光电子
γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用， 结果是吸收一个γ光子，并将γ光子的能量全部 转移给某个束缚电子，该束缚电子摆脱原子对
它的束缚之后发射出来，这个过程称为光电 效应。
由光电效应发射出来的电子称为光电子。
图3-1伽马射线与物质的三种作用 （a）光电效应；（b）康普顿效应； （c）电子对效应
和一个负电子 ，这种过程称为电子对效 应，是高能γ射线与物质作用的一种主要方
式。
对于不同的吸收物质和能量区域，每种效应 的相对重要性不同：
• ①对于低能伽马射线和原子序数高的吸收 物质，光电效应占优势；
• ②对于中能伽马射线和原子序数较低的吸 收物质，康普顿效应占优势；
• ③对于高能伽马射线和原子序数高的吸收 物质，电子对效应占优势。
电子或俘获一个轨道电子而发生的转变，
统称为 衰变。
• ③ 跃迁：由 、 衰变产生的子核往
往处于激发态，而后可以通过发射 射线
释放多余的能量而退激到基态的过程称为
跃迁，或 衰变。
• （5）核衰变基本规律
N N0et
• 半衰期：放射性核素因衰变而减少到原来 一半所需的时间，用
T ln 2
第七章 放射性测井
放射性测井（核测井）是测量记录反 映岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理 性质的参数，研究井剖面岩层性质、寻找 石油矿藏等的一类测井方法。
§7-1自然伽马测井和自然伽马能谱测井
• 一、伽马测井的核物理基础
• 1、放射性和放射性衰变
• （1）核素和同位素
• 核素：一种核素是指原子核的质子数和
1（.γ3光）子、与康原普子顿的效核应外电子发生非弹性碰撞；
2.γ光子一部分能量转移给外层电子，光子发生 散射，其能量和运动方向发生变化；
3.束缚电子获得能量脱离原子成为反冲电子。
核外电子
原子核
反冲电子
入射光子
θ
散射光子
核外电子 入射光子
原子核
反冲电子 散射光子
γ光子与原子的核外电子发生非弹性 碰撞，一部分能量转移给电子，使它脱离
• （2）半导体探测器 • 半导体探测器的探测介质是半导体材料，
在测井中比较有前途的是高纯锗探测器， 与闪烁探测器比较，主要优点是能量分辨 率高，线性范围宽，但输出幅度小，须在 低温条件加工作。
图3-2 闪烁探测器组成示意图
二、自然伽马测井 自然伽马测井是用伽马射线探测器
测量地层总的自然伽马放射性的强度， 以研究地层性质和寻找放射性矿床的测 井方法。
中子数都相等并处于同一能态的同一类原
子，用下列符号表示：A Z
X
，其中
X
为元素
的符号；Z和A分别表示质子数和质量数，
例如
3 1
H
是一种核素。
同位素：是指几种质子数相同而中子数不同的
核素统称为该种元素的同位素，例如
1 1
H
、2 1
H
和
3 1
H，这三种核素都是氢的同位素。
（2）放射性和放射性核素
放射性：原子核自发地放出各种射线的性质
可制造中子源；
•
• 射线是高速运动的电子流，它的穿透能
力比 射线强，但电离能力较 射线弱；
• 射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能
力最强，但电离能力最弱。 射线能穿透
几十厘米的地层、水泥环、套管和下井仪 器的外壁而被探测仪器接收到，是核测井 的主要探测对象。
（4）放射性衰变 • 放射性核素的原子核自发地释放出一种粒子
统称为放射性。
放射性核素：能自发地发生衰变，由一种核
变为另一种核的核素称为放射性核素，如
3 1
H
就是放射性核素；
稳定核素：不能自发发生变化的核素就是稳
定核素，例如
1 1
H
、2 1
H
就是稳定核素。
（3）核射线
• 射线是高速运动的氦原子核（粒子），它
的穿透能力最低，但电离能力最强。在核测
井中，利用 粒子和某些原子核的相互作用
（5） 射线的衰减规律
• 射线通过吸收物质时，由于发生上述三
种效应，其强度要减弱，穿过吸收物质后 的强度与吸收物质的厚度的关系为：
I I 0 e x
3、 射线的探测
• （1）闪烁探测器 • 闪烁探测器主要有闪烁体、光电倍增管和
电子仪器三部分组成。 • 常用的闪烁体主要有碘化钠（铊）、碘化
铯（铊）和BGO等。
变成另外一种原子核的放射性现象称为放射 性衰变。
• 衰变方式：
① 衰变：原子核自发地发射 粒子
（4 He 核）转变成另一种原子核的放射性现
象称为 衰变。
• 其过程可表示为：
•
A Z
X
ZA42Y
24He
•
例如放射性核素钋（210 84
Po
）经过
衰变变成
铅
206 82
Pb
，同时放出
射线。
• ② 衰变：原子核自发地放出负电子、正
【问题2】核测 井利用这些过程怎 样来确定储集层岩 性和孔隙度呢？
储层岩性分析
储层孔隙度计算
主要作用方式 伽马源
电子对效应 康普顿效应 光电效应
地层物质
（2）、光电效应
入射光子
原子核
核外电子 光电子
1.γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用； 2.γ光子被吸收，能量全部交给内层束缚电子； 3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。
从铀（
238 92
U
）开始
经8次α衰变和6次β
衰变，最后生成稳
定核素
206 82
Pb
2、自然伽马测井原理 • （1）铀：铀系中最重要的γ辐射体是214Bi，
原子成为反冲电子，同时光子发生散射， 散射光子的能量和运动方向发生变化，即康 普顿效应。
1.γ光（子4受）到、原电子子核对库效仑应场的作用；
2.γ光子转变为一个正电子和一个负电子，自身消失
核外电子
原子核
正电子
入射光子
负电子
核外电子 入射光子
原子核
正电子
负电子
当γ光子从原子核旁经过时，在原子核 的库仑场作用下，γ光子转换为一个正电子