3、稳定核素和放射性核素 放射性核素： 原子核能自发的发生衰变，
由一种核素变为另一种核素
放射性核素衰变时能发射， 和 射线 r射线:波长小于0.2纳米的电磁波, 具有极强的穿 透能力。 稳定核素：原子核不能自发的变为另一种核
核衰变： ， 和 放射性核素的原子核自发地由一种核素变 成另一种核素的过程
3、铀系、钍系、钾的伽马射线初始谱
初始谱：根据放射系中核素的原子核初始衰变产 生的伽马光子的能量和相对强度画出的能谱图 相对强度：衰变100个核产生的伽马光子数
钍系中最重要的
γ辐射体是208Tl
自然伽马能谱测井 中，选择208Tl发射 的2.62Mev 的伽马 射线来识别钍
214B 铀系中最重要的γ 辐射体是 i 40K产生的伽马射线是单能的，为1.46Mev 自然伽马能谱测井中选择214Bi发射的1.76Mev 的 伽马射线来识别铀
第七章
自然伽马测井（GR)
（ natural gamma_ray log ）
自然伽马能谱测井(NGS) (natural gamma_ray spectral log )
自然伽马和自然伽马能谱测井
地质及核物理基础：岩石中含天然放射性核
素，主要有铀系，钍系和钾，自然衰变时产生 不同能量的伽马射线
质量数:A
A=Z+N
2、核素和同位素
同位素：是具有相同原子序数的同一化学元素 的两种或多种原子之一, 它们在元素周期表中占 同一位置。
核素：原子核中具有一定数目的质子和中子， 并处在同一能态上的同类原子（或原子核）,同一 核素的原子核中，质子数和中子数都分别相等。
核素表示:
Z
A X
A 同位素表示： X
三、岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系 1、与三大类岩石的关系 岩浆岩及变质岩：放射性高于沉积岩，它含有 较多的放射性矿物 （锆石，独居石，揭帘石，角闪石及辉石等） 沉积岩：一般放射性低于岩浆岩和变质岩。通 常不含放射性矿物，其自然放射性主要是岩石 吸附放射性物质引起的，吸附能力有限
几种造岩矿物和副矿物的铀含量范围 矿物 石英、长石 黑云母、角闪石、磁铁 矿 磷灰石、榍石 揭帘石、独居石、锆石 铀含量的范围/g·t-1 1~2 3~10 n×10 n×100~1000
1、放射系：连续衰变时放射性核素所构成的 系列 1) 钍系：钍系是从232Th开始的，到208Pb结束， 它的半衰期为1.41×1010年 ２)铀系：238U开始，到206Pb结束， 238U的半 衰期４.4７×10９年 2、放射系长期平衡： 子核与母核的核数比为常数
子核放射性活度恒等于母核放射性活度
40 19
K ek
40 18 r

40 m 18 r
A
（11%）
40 m 18
Ar A
40 20
1.46Mev （89%)
40 19
k Ca e
4、核衰变定律
N N 0e
t
式中 ： N0 ——t=0 时的原子核数 N ——时刻 t 的原子核数 ——衰变常数 （表示单位时间内每个原子核发生衰变的几率） 半衰期T1/2：放射性核素因衰变而减少到原来 一半所需的时间
测量方法：用伽马射线探测器测量地层中总
的自然伽马射线强度（自然伽马测井）
测量方法：对伽马射线进行能谱分析,分别测
量岩石的铀、钍、钾含量（自然伽马能谱测井）
主要用途：划分岩性及渗透层，求泥质含量，
地层对比，沉积环境研究，烃源岩研究
§1 伽马测井基础一、放射性核和核衰变1、原子和原子核
元素符号:X 质子数:Z 中子数:N
3、1945年, purcell发现了 核磁共振现象，1949年出 现核磁测井技术，1988年 研制出第一台核磁测井样 机，1990—1995年核磁测 井得到市场的普遍确认， 区分油气水、可动与束缚 流体，求渗透率及研究孔 珀赛尔 (E.dward Purcell) 吼分布 1952年诺贝尔物理学奖
几种矿物的钍含量和钍铀比
矿物
石英 长石 黑云母 橄榄石 独居石 揭帘石 锆石 榍石 磷灰石 绿帘石
钍含量/g·t-1 0.5~10 0.5~10 0.5~50 0.02 12500~49700
9100 560 510 50~250 50~250
核测井的优点
1、对测量条件有广泛的适应性，能在各种泥 浆的裸眼井、套管井中进行测量，服务期包括 勘探、开发的全过程。 2、能提供大量的物理参数，且大部分参数不 可能用其它方法获得，即具有不可替代性。
核安全:
1986年4月26日,切尔诺贝利核 电站反应堆发生爆炸 2011年3月11日，日本大地震 引发的核电站核泄露事故
二、岩石中的放射性核素及能谱 截至2007年, 总共有118种元素被发现,94种存 在于地球上 ,已发现的天然核素约有330多种， 其中273种为稳定核素，60余种为放射性核素 质量数小于209(质子数大于82)的大多数是稳 定核素，只有少数是放射性核素，如K40、Co60 、Cs137 、I131 而质量数大于209(质子数大于82)的全部是放 射性核素
核测井发展的三个时期
1、1896年，Becquerel 发现了自然放射性，随 后研究人员发展了伽马 射线探测技术和探测仪 器，到1935—1939年自 然伽马测井得到市场的 确认，成为当时唯一的 核测井方法，用于划分 1903年诺贝尔物理学奖 岩性、确定泥质含量 -因发现自然发放射性
2、1932年， Chadwick发现中子， 随后科学界研究了中 子与物质的相互作用 和中子的探测技术， 1941年以后中子测井 成为代表核测井技术 的测井方法，确定岩 性、孔隙度、套管井 1935年诺贝尔物理学奖 -因发现中子 饱和度
5、放射性活度（强弱的度量单位）
放射性活度：一定量的放射性核素在单位时 间内发生衰变的核数。
活度单位:“贝可勒尔”，简称“贝可”，符号 为Bq。1Bq=1次核衰变/s 单位质量的活度叫比活度，单位为Bq/kg 吸收剂量:每1千克受照物质吸收1焦耳核辐射 能时，其核辐射剂量称为1戈瑞 西弗:用于衡量辐射对生物组织的伤害, 定义为 1西弗=1焦耳（辐射能量）/公斤