Инструкция по проведению геофизических исследований рудных скважин
2.1.2. Метод рассеянного гамма-излучения (плотностной и селективный гамма-гамма-каротаж)
2.1.2.1. Общие сведения физико-геологического характера
2.1.2.1.1. Методы гамма-гамма-каротажа (ГГК) применяются для измерения в скважинах плотности горных пород и руд (плотностной гамма-гамма-каротаж - ГГК-П), литологического расчленения геологических разрезов и оценки содержащихся полезных компонентов в рудах по эффективному атомному номеру () горных пород и руд (селективный гамма-гамма-каротаж - ГГК-С).
2.1.2.1.2. Методы гамма-гамма-каротажа основаны на облучении горных пород и руд гамма-квантами радиоизотопного источника и регистрации рассеянного гамма-излучения, возникающего при взаимодействии первичных гамма-квантов с электронными оболочками атомов.
2.1.2.1.3. В качестве источников гамма-квантов используются обычно радиоактивные изотопы с энергией фотонов от нескольких десятков до сотен килоэлектронвольт (табл.2.7). В этом диапазоне энергий происходят два основных процесса взаимодействия гамма-квантов с веществом: комптоновское рассеяние в результате неупругого (с потерей энергии) столкновения с электронами вещества и фотоэлектрический эффект, представляющий собой процесс полного поглощения гамма-квантов атомами вещества.
Таблица 2.7
Основные характеристики радиоизотопных источников, используемых в гамма-гамма-методах
Изотоп | Период полураспада, лет | Тип распада | Энергия основных гамма-линий, кэВ |
Америций-241 | 458 | альфа | 14,5; 18 ( |
Самарий-145 | 1,12 | ЭЗ | 38,7 ( |
Кадмий-109 | 1,3 | ЭЗ | 22,3 ( |
Кобальт-57 | 0,75 | ЭЗ | 14,4 (6); 123 (88); 136 (2) |
Барий-133 | 9,5 | ЭЗ | 81 (32); 292 (26); 360 (74) |
Селен-75 | 0,33 | ЭЗ | 121 (15); 136 (54); 265 (56); 280 (23); 401 (12,5) |
Цезий-137 | 30 | бета | 662 (82) |
Кобальт-60 | 5,27 | бета | 1130 (100); 1330 (100) |
Примечание: ЭЗ - электронный захват.
2.1.2.1.4. В области энергий гамма-квантов от 150-200 кэВ до 1 МэВ основную роль в их ослаблении веществом играет процесс комптоновского рассеяния, вероятность которого прямо пропорциональна числу электронов в единице объема исследуемой среды. Для сред сложного вещественного
состава
связано с объемной плотностью выражением
,
где - число Авогадро;
- объемная плотность, г/см
;
,
,
- соответственно атомный номер, атомная масса и содержание
-элемента;
- так называемая электронная плотность, связанная с объемной плотностью формулой
.
Для большинства горных пород и руд значение
близко к 1 и его колебаниями, как правило, можно пренебречь. Для руд тяжелых металлов значения параметра снижаются до 0,8-0,9 и его вариации необходимо учитывать.
2.1.2.1.5. В области энергий гамма-квантов меньших 100-150 кэВ основную роль в их ослаблении играет фотоэффект, сечение которого , рассчитанное на один атом вещества, зависит от порядкового атомного номера
элемента и энергии
гамма-кванта и определяется формулой
,
где - постоянный коэффициент.
Для характеристики взаимодействия гамма-излучения со средами сложного вещественного состава в низкоэнергетической области (500 кэВ) введено понятие эффективного атомного номера среды
, численно равного атомному номеру такого условного элемента, у которого линейный коэффициент фотоэлектрического поглощения совпадает с коэффициентом фотопоглощения для данной среды.