Гамма-гамма лито-плотностной каротаж (ГГК-ЛП или ГГК-С)

Используемые в ядерной геофизике источники гамма-излучения (ампульные стационарные источники, например, ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs, ⁷⁵Se, ²⁰³Pb) позволяют получить поток гамма-квантов с распределением энергии от 0.1 до 1 МэВ. Для гамма-квантов в этом энергетическом диапазоне характерны три типа реакций: комптоновское рассеяние, фотоэффект и образование пар. И общий линейный коэффициент ослабления гамма-излучения, характеризующий интенсивность ослабления потока гамма-квантов, будет иметь вид:

, (6.1)

где -плотность, -зарядовое число и атомный номер элемента, -число Авогадро, – линейный коэффициент фотопоглощения, - линейный коэффициент комптоновского рассеяния, – коэффициент (~4-4,5). Так же важно отметить что интенсивность реакций сильно зависит от энергии гамма излучения, например, фотоэффект () наиболее интенсивно идет при энергиях меньше 0,3 МэВ, в то время как комптоновское рассеяние преобладает при энергиях от 0,3 до нескольких МэВ, что дает возможность раздельного учета этих процессов. А поскольку степень ослабления гамма-потока по разному зависит от плотности и зарядового числа для комптоновского рассеяния и фотоэффекта, то становится возможным построение методики оценки этих параметров. В основе гамма-гамма плотностного каротажа (ГГК-П) лежит именно комптоновское рассеяние, для этого используются источники излучения с энергией порядка 0,6-0,8 МэВ и различные фильтры, отсекающие при регистрации мягкое гамма излучение. Для учета влияния ближней зоны аппаратура ГГК-П как правило оборудована прижимным устройством, коллиматорами источника и детектора с несколькими зондами.

Как показано на рисунке (Рисунок 37), скорости счета двухзондового прибора обратно пропорционально плотности среды, при этом относительная чувствительность к плотности горной породы (Δ I g/Δd) дальнего зонда выше, чем ближнего.

Рисунок 37. Зависимость относительных скоростей счета Ig/Ig(Al) от величины плотности горных пород d а) для дальнего зонда (дз), б) для ближнего зонда (бз)

Для учета влияния ближней зоны, представленной или кавернами, или глинистой коркой, используется специальное палеточное обеспечение, представляющее серию кривых (Рисунок 38), полученных для данного прибора при различных характеристиках промежуточного слоя. Появление, например, глинистой корки низкой плотности приводит к отклонению показаний ГГК-П от номинальной прямой вправо, высокой плотности – влево.

Для реализации селективного гамма каротажа используют источники гамма излучения с энергией менее 0,3 МэВ, например, ⁷⁵Se, с основными линиями 0,136 и 0,265 МэВ, ²⁰³Pb с основной линией 0,279 МэВ. Для таких энергий гамма квантов, основным процессом взаимодействия будет фотоэффект, и интенсивность ослабление излучения в породе будет характеризоваться в основном линейным коэффициентом ослабления фотоэффекта:

. (6.2)

Как видно из последней формулы (6.2), ослабление сильно связано с Z породы, для описания среды со сложным составом вводится понятие Z_эфф:

, (6.3)

где -массовая доля i -го компонента.

Подбор длины зонда (использование реверсивной области) и использование источников с низкой энергией позволяют построить аппаратуру гамма-гамма каротажа селективного (ГГК-С), показания которой в первую очередь связаны с Z_эфф. Другое название этого метода – гамма-гамма каротаж литоплотностной. Эту модификацию гамма-гамма-метода используют для выделения пород, обогащенных тяжелыми элементами (свинец, ртуть, вольфрам и др.), и количественного определения концентрации последних.

Поскольку показания ГГК-С зависят и от плотности горных пород, для повышения надежности интерпретации его результаты необходимо рассматривать совместно с диаграммой ГГК-П.

В отличии от традиционных коллекторов, где плотностной каротаж является методом для непосредственной оценки пористости:

, (6.4)

Рисунок 38. Результаты серий измерений, в которых моделировалась различная плотность промежуточного слоя и его толщина

где -плотность скелета породы, -плотность флюида, -плотность горной породы, в отложениях баженовской свиты, где плотность компонент породы более разнообразна (от пирита с плотностью ~5 г/см3, до керогена ~ 1,1 г/см3 и нефти ~ 0,8 г/см3) плотность может использоваться для построения одного из системы уравнений:   (6.5)   где – плотность нефти, кварца, кальцита, доломита, пирита, керогена и глинистых компонент, соответственно. Так же плотность может быть использована для выделения интервала баженовской свиты и её составляющих, что вытекает непосредственно из состава пород баженовской свиты и их характерных плотностей. Селективный каротаж интерпретируется традиционно – используется для литологического расчленения разреза. В интервалах баженовской свиты по значениям , например, можно разделять различные карбонатные породы.