中子伽馬能譜測井資料處理研究

阮凡　楊睿　郭歡歡　戴家才

摘 要：地層元素測井能夠通過中子與地層作用反饋回來的伽馬射線信息得到地層元素的質量分數，文章采用蒙特卡羅的方法先模擬制作了地層中Fe、Ca、Si、Al、C、O六種元素的標準非彈譜，然后通過制作已知成分的混合譜求出了地層的歸一化因子F和相對靈敏度因子Srj，并用這兩個參數解譜出來了不同礦物含量地層的元素含量。

關鍵詞：標準非彈譜；解譜；蒙特卡羅；地層元素

1 中子能譜解譜

1.1 最小二乘法解譜理論

中子與地層中的元素作用主要是非彈性散射反應和俘獲反應，并釋放出相應的伽馬射線，測井中的伽馬射線用儀器探測器分多道記錄，探測器接收到的伽馬射線是地層中每一種元素與中子作用釋放出來的的伽馬射線的線性疊加。例如混合地層由m中元素組成，接收器分n道接收混合伽馬射線，則理論上第i到接收到的伽馬計數率Ci為：

2 蒙特卡羅模擬

用MCNP-5建立地層及儀器模型，根據標準刻度井群建立了標準井模型，井模型的具體參數如下：高度200cm，直徑212cm，模擬無限大地層，井眼直徑20cm，采用BGO探測器，尺寸為4.5×100mm，探測器貼近井壁，中子源為14Mev各向同性的點源，中子源和探測器中間隔有45×100mm的鉛屏蔽器，防止中子直接打在探測器上，地層填充為分別為Fe、Ca、Si、Al、C、O六種單質元素及由不同含量的Fe2O3、CaCO3、Al2O3、SiO2四種氧化物組成的混合地層，用MCNP-5進行中子能量0.1Mev截斷，模擬得到元素的標準非彈譜和混合地層的混合譜。能譜接收區為0.6-8Mev。得到Ca、Si、Fe、Al、O、C的標準非彈能譜如下圖（1-6）所示：

由于能譜的高低能區的干擾較多出現譜型的畸變，所以在擬合是要進行剔除，選取有效能區為0.8-7 Mev。混合譜共進行了4組成分的模擬

分析試驗結果可以得知計算誤差的大小和元素特征道所在位置有很大的關系一般處于能量道兩端或者元素特征道重疊較多的計算誤差會比較大，同時模型的建立與計數結果的處理與最終的結果也有很大的關系。地層礦物和地層元素之間有著穩定的數學關系，在確定了礦物成分及其化學式的基礎上可以把地層元素含量轉化為地層礦物含量，從而達到了分析地層組分的目的。

3 結束語

文章用蒙特卡羅模擬中子伽馬能譜解譜，初步證實了最小二乘法解譜的可靠性，但是由于模擬探測器計數時高低能量段的計數誤差較大造成了解譜誤差的增大，有必要進行模型的改進，由于文章的模型為理想的井眼模型，沒有地層水、套管、水泥環、儀器外殼等眾多因素的影響，實際地層元素測井中井中的干擾較多素較多，將模型應用于實際解譜還有待進一步研究和方法的校正。

參考文獻

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