放射性測井中的常用單位及其換算關系

蒙奎文 霍敬原 布日格德

摘要：放射性測井是測井諸多方法中常用的一種方法，使用的單位也較多，有居里、貝可、倫琴、伽馬、API、PA/kg、納庫/kg·小時等。理清各單位之間的關系對于順利開展測井工作有一定的幫助。為此，本文就測井單位的含義及其相互換算關系進行介紹，以供同行參考。

關鍵詞：放射性含義關系

地球物理測井以其高效低耗、獲得井中物理信息全面而得到業內人士的廣泛認可。根據現行地質行業規范要求，所有施工鉆孔均要進行地球物理測井，無測井資料的施工鉆孔不予驗收，特別是對煤田和水文鉆孔要求極嚴。在查閱一些施工單位的測井資料時會發現，在放射性測井中各施工方使用的測井單位各不相同，有居里、貝可、倫琴、伽馬、納庫/kg·小時、PA/kg、API等等。這些單位的含義及其相互關系，測井人員普遍感到比較繁雜，使用單位無法統一，如：同是自然伽瑪測井，水文測井規范使用的單位是納庫/kg·小時，而煤田測井規范使用的單位是PA/kg。因此，搞清上述所列測井單位的含義及其相互換算關系，對于一個測井技術人員而言是非常必要的。

1. 核物理基礎

1.1原子結構

原子由原子核和圍繞原子核并沿閉合軌道旋轉的電子組成，原子核則由質子和中子組成。質子帶正電，中子不帶電，核外電子電荷的總數與核內質子的電荷總數相等，故整個原子呈電中性，不帶電。

1.2 放射性及放射性測井

元素周期表中，隨原子序數增大。原子核中的中子數與質子數之比從1:1（氘）增至1:1.59（鈾），原子核逐漸增大，當原子核過大或中子數過多時，原子核不穩定，會放出一些射線，衰變成較輕的、新的、穩定的原子核，這種性質稱為放射性。巖石中常見的自然放射性元素有鈾（U）、釷（Th）以及鉀的放射性同位素鉀（19K40）等。當元素的原子核受到人為的放射性射線轟擊時，也可能發生放射性衰變，這種放射性稱為人工放射性。利用人工放射性中的γ射線所進行的測井，即稱為放射性測井。放射性元素發生核反應時所產生的輻射主要有3種即α射線、β射線和γ射線。

α射線是帶正電的氦粒子流，它具有的能量為4-10MeV（百萬電子伏特）。α射線的電離能力很強，但穿透能力很差。因此α射線不能用于測井。

β射線是從原子核中放射出來的高速電子流，它具有的能量約為1MeV。β射線的電離能力不如α射線，但其穿透能力比α射線強，因不能穿透測井儀器外殼，因此一般放射性測井不考慮β射線。

γ射線是從原子核中發射出來的波長非常短的以光速傳播的電磁波。能量較高，但它的電離能力很弱，在射線與物質作用時所產生的二次電子往往具有較高的能量會使周圍介質的原子發生電離，放射性測井中研究的就是γ射線。

1.3 γ射線與物質的作用

γ射線與物質的相互作用有三種重要的形式，即光電效應、康普頓效應和形成電子對。當量子的能量在0.5MeV到1.02MeV之間時，主要發生康普頓效應。在伽瑪-伽瑪測井中使用的γ源，所發射的γ量子的能量為0.5-2MeV左右，而一般巖石又主要由原子序數小于30的輕元素組成，故伽瑪-伽瑪測井所記錄的結果，主要由康普頓效應來決定。

2. 兩個基本物理單位

放射性測井單位與以下兩個物理單位有著直接關系。

1、安培(A): 電流強度單位是指單位時間內通過導線某一截面的電荷量。1A=1000mA=1×106μA=1×1012PA（皮安培）。

2、庫侖(C): 電量單位，當流過某曲面的電流1 安培時，每秒鐘所通過的電量定義為1 庫侖。即：

1 庫侖（C）= 1 安培 ·秒（A · S）。

1納庫（nC）=1×10-9庫侖（C）=1000皮安培（PA） ·秒。

3 放射性測井常用單位及相互換算關系

3.1放射性強度單位

放射性強度又稱放射性活度，即通常使用的放射源的強度。放射性強度的國際單位制（SI）是用貝柯勒爾（becquerel）表示，簡稱貝可，是指1秒鐘內發生一次核衰變。符號為Bq。常用單位是居里（Ci）。指在1秒鐘內發生3.7×1010次核衰變，為一居里（curie），符號為Ci。即：

1Ci=1000mCi=1000000μCi=3.7×1010dps。

居里（curie）與貝可（becquerel）的換算關系：

1Ci=3.7×1010Bq（貝可）。

我國于1986年正式執行國際單位制（SI）。

3.2放射性濃度單位

表示的是單位質量或單位體積的物質的放射性強度。最常用的單位是：克鐳當量/克：即在一克巖石中含有相當于一克鐳的放射性物質則定義為一克鐳當量/克(1molRa/g)。所以“克鐳當量/克”單位就等于每克物質的放射性強度為一居里。濃度單位也可用百分數（%）來表示。

3.3放射性劑量單位

放射性劑量是指單位質量的被照射物質中所吸收的能量。

（1） 吸收劑量

放射線能使物質的中性原子或分子形成正負離子，即所說的電離，這種能夠直接或間接地誘生離子的粒子的輻射，稱作電離輻射。直接電離輻射通常是α射線和β射線，間接電離輻射是γ射線，還伴隨其他射線。電離輻射傳遞給被照射物質的平均能量，稱為吸收劑量。其國際單位是戈瑞（Gy）,一戈端表示一千克物質吸收一焦耳的輻射能量時的吸收劑量。1戈端（Gy） = 1焦耳（J）/千克（ kg），專用單位是拉德（rad）,兩者的換算關系是:1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德=1希沃特（希佛）。

（2） 照射劑量

照射劑量是描述X射線或γ射線使空氣產生電離能力的物理量。是指單位質量的物體，在X射線或γ 射線輻射后產生電離的電量。照射量的國際單位是庫侖/千克(C/Kg) ，專用單位是倫琴（R）,即在溫度0℃，壓力760mmHg的1cm3空氣中，生成正負電荷各一個靜電單位的離子的伽瑪射線的劑量為一倫琴（1R)。兩者的換算關系是：

1庫侖/千克≈3.877x103倫琴。

1倫琴=2.58x10-4庫侖/千克。

1微倫琴=0.258×10-9庫侖（C）/千克（Kg）。

（3） 劑量率

單位時間內受到的劑量便是劑量率。劑量率的單位為倫琴/小時（R/h)。

吸收劑量率： 單位時間內的吸收劑量就稱為吸收劑量率，單位是戈瑞/小時（Gy/h）。

照射量率：單位時間內的照射量就稱為照射量率，其國際單位是庫侖/千克·秒,專用單位是倫琴/小時或微倫琴/小時。

1倫琴/小時=106微倫琴/小時。

1微倫琴/小時=7.17×10-14庫侖/千克·秒。

放射性測井中所用的單位為照射率，其單位要小很多,水文測井使用的單位是納庫(n·c)/kg·小時，而煤田測井使用的單位是皮安培(PA)/kg。

（4） 伽馬射線強度單位

在一定條件下，可用照射量率表示伽馬射線強度，即借用微倫琴/小時作輻射強度單位。即1微倫琴/小時=1伽馬（γ），但不要誤以為照射量率和輻射強度是同一概念，只是借用。

（5） API單位

在美國休斯敦大學建立的刻度井（稱為標準刻度井），井內裝有三種不同的均勻放射性地層，上面為低放射性的用來屏蔽宇宙射線，中間為高放射性的（混有12ppm的U、24ppm的Th和4%的K相當于北美大陸中部地區頁巖的放射性平均值的2倍）底部是一層低放射性的，在高低放射性地層的模擬地層中，儀器分別測得不同的計數率（脈沖/每秒）以計數差值的1/200定義為一個API單位，該刻度是使北美大陸中部地區普通泥巖的讀數大約為100API單位。

4. 放射性單位相互換算關系

（1） 居里（curie）與貝可（becquerel）的換算關系：

1居里（Ci）=3.7×1010貝可（Bq）

（2） 戈端（Gy）與焦耳（J）/千克、拉德（rad）的換算關系：

1戈瑞（Gy）=1焦耳（J）/千克=100拉德（rad）。

（3） 照射量庫侖/千克(C/Kg)與倫琴（R）的換算關系：

1庫侖（C）/千克（Kg）≈3.877x103倫琴（R)。

1倫琴（R)=2.58×10-4庫侖（C）/千克（Kg）。

1微倫琴=0.258×10-9庫侖（C）/千克（Kg）。

（4） 照射量率國際單位庫侖/千克·秒,與專用單位微倫琴/小時的換算關系：

1微倫琴/小時=7.17×10-14庫侖/千克·秒=1伽馬（γ）。

（5） 電量單位庫侖(C)與電流強度單位安培(A)的換算關系：

1庫侖（C）= 1 安培·秒（A·S） （量綱：IT）

1皮安培（PA）=1×10-12安培(A) 。

1納庫（n·C）=1×10-9庫侖（C）。

1納庫（n·C）=1×103皮安培（PA）·秒。

（6） 水文測井使用的納庫(n·C)/Kg·小時與煤田測井使用的皮安培(PA)/kg的換算關系：

1納庫(n·C)/kg·秒=1000皮安培(PA)/kg。即：

36納庫(n·C)/kg·小時=10皮安培(PA)/kg。

（7） 伽馬（γ）與皮安培(PA)/kg、納庫（n·C）/kg·小時的換算關系：根據上面提到的1倫琴（R)=2.58×10-4庫侖（C）/千克（Kg），1微倫琴/小時=1伽馬（γ），則有：

1伽馬（γ）=0.258×10-9庫侖（C）/千克（kg）·小時

=0.258納庫（n·C）/千克（kg）·小時。

又因為36納庫(n·C)/kg·小時=10皮安培(PA)/kg，所以計算出：

1伽馬（γ）=7.17×10-2皮安培(PA)/kg

=0.258納庫（n·C）/千克（kg）·小時。

5. 結束語

由于放射性測井使用的物理量的單位較多，其間換算關系也較復雜，在具體工作中極易產生錯誤，最終影響測井數據的質量。因此，筆者根據多年工作的經驗，對測井單位的概念及其相互換算關系進行了較詳細的介紹，供廣大測井技術人員在實際工作中參考。

參考文獻：

[1] JohnH. Doveton<美>.地下地質測井分析的原理與計算機方法.

[2] 黃智輝等（編譯）.現代煤田測井技術.

[3] 賈文懿（編）.利用天然放射性找地下水.