放射性测井中的常用单位及其换算关系

蒙奎文 霍敬原 布日格德

摘要：放射性测井是测井诸多方法中常用的一种方法，使用的单位也较多，有居里、贝可、伦琴、伽马、API、PA/kg、纳库/kg·小时等。理清各单位之间的关系对于顺利开展测井工作有一定的帮助。为此，本文就测井单位的含义及其相互换算关系进行介绍，以供同行参考。

关键词：放射性含义关系

地球物理测井以其高效低耗、获得井中物理信息全面而得到业内人士的广泛认可。根据现行地质行业规范要求，所有施工钻孔均要进行地球物理测井，无测井资料的施工钻孔不予验收，特别是对煤田和水文钻孔要求极严。在查阅一些施工单位的测井资料时会发现，在放射性测井中各施工方使用的测井单位各不相同，有居里、贝可、伦琴、伽马、纳库/kg·小时、PA/kg、API等等。这些单位的含义及其相互关系，测井人员普遍感到比较繁杂，使用单位无法统一，如：同是自然伽玛测井，水文测井规范使用的单位是纳库/kg·小时，而煤田测井规范使用的单位是PA/kg。因此，搞清上述所列测井单位的含义及其相互换算关系，对于一个测井技术人员而言是非常必要的。

1. 核物理基础

1.1原子结构

原子由原子核和围绕原子核并沿闭合轨道旋转的电子组成，原子核则由质子和中子组成。质子带正电，中子不带电，核外电子电荷的总数与核内质子的电荷总数相等，故整个原子呈电中性，不带电。

1.2 放射性及放射性测井

元素周期表中，随原子序数增大。原子核中的中子数与质子数之比从1:1（氘）增至1:1.59（铀），原子核逐渐增大，当原子核过大或中子数过多时，原子核不稳定，会放出一些射线，衰变成较轻的、新的、稳定的原子核，这种性质称为放射性。岩石中常见的自然放射性元素有铀（U）、钍（Th）以及钾的放射性同位素钾（19K40）等。当元素的原子核受到人为的放射性射线轰击时，也可能发生放射性衰变，这种放射性称为人工放射性。利用人工放射性中的γ射线所进行的测井，即称为放射性测井。放射性元素发生核反应时所产生的辐射主要有3种即α射线、β射线和γ射线。

α射线是带正电的氦粒子流，它具有的能量为4-10MeV（百万电子伏特）。α射线的电离能力很强，但穿透能力很差。因此α射线不能用于测井。

β射线是从原子核中放射出来的高速电子流，它具有的能量约为1MeV。β射线的电离能力不如α射线，但其穿透能力比α射线强，因不能穿透测井仪器外壳，因此一般放射性测井不考虑β射线。

γ射线是从原子核中发射出来的波长非常短的以光速传播的电磁波。能量较高，但它的电离能力很弱，在射线与物质作用时所产生的二次电子往往具有较高的能量会使周围介质的原子发生电离，放射性测井中研究的就是γ射线。

1.3 γ射线与物质的作用

γ射线与物质的相互作用有三种重要的形式，即光电效应、康普顿效应和形成电子对。当量子的能量在0.5MeV到1.02MeV之间时，主要发生康普顿效应。在伽玛-伽玛测井中使用的γ源，所发射的γ量子的能量为0.5-2MeV左右，而一般岩石又主要由原子序数小于30的轻元素组成，故伽玛-伽玛测井所记录的结果，主要由康普顿效应来决定。

2. 两个基本物理单位

放射性测井单位与以下两个物理单位有着直接关系。

1、安培(A): 电流强度单位是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量。1A=1000mA=1×106μA=1×1012PA（皮安培）。

2、库仑(C): 电量单位，当流过某曲面的电流1 安培时，每秒钟所通过的电量定义为1 库仑。即：

1 库仑（C）= 1 安培 ·秒（A · S）。

1纳库（nC）=1×10-9库仑（C）=1000皮安培（PA） ·秒。

3 放射性测井常用单位及相互换算关系

3.1放射性强度单位

放射性强度又称放射性活度，即通常使用的放射源的强度。放射性强度的国际单位制（SI）是用贝柯勒尔（becquerel）表示，简称贝可，是指1秒钟内发生一次核衰变。符号为Bq。常用单位是居里（Ci）。指在1秒钟内发生3.7×1010次核衰变，为一居里（curie），符号为Ci。即：

1Ci=1000mCi=1000000μCi=3.7×1010dps。

居里（curie）与贝可（becquerel）的换算关系：

1Ci=3.7×1010Bq（贝可）。

我国于1986年正式执行国际单位制（SI）。

3.2放射性浓度单位

表示的是单位质量或单位体积的物质的放射性强度。最常用的单位是：克镭当量/克：即在一克岩石中含有相当于一克镭的放射性物质则定义为一克镭当量/克(1molRa/g)。所以“克镭当量/克”单位就等于每克物质的放射性强度为一居里。浓度单位也可用百分数（%）来表示。

3.3放射性剂量单位

放射性剂量是指单位质量的被照射物质中所吸收的能量。

（1） 吸收剂量

放射线能使物质的中性原子或分子形成正负离子，即所说的电离，这种能够直接或间接地诱生离子的粒子的辐射，称作电离辐射。直接电离辐射通常是α射线和β射线，间接电离辐射是γ射线，还伴随其他射线。电离辐射传递给被照射物质的平均能量，称为吸收剂量。其国际单位是戈瑞（Gy）,一戈端表示一千克物质吸收一焦耳的辐射能量时的吸收剂量。1戈端（Gy） = 1焦耳（J）/千克（ kg），专用单位是拉德（rad）,两者的换算关系是:1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德=1希沃特（希佛）。

（2） 照射剂量

照射剂量是描述X射线或γ射线使空气产生电离能力的物理量。是指单位质量的物体，在X射线或γ 射线辐射后产生电离的电量。照射量的国际单位是库仑/千克(C/Kg) ，专用单位是伦琴（R）,即在温度0℃，压力760mmHg的1cm3空气中，生成正负电荷各一个静电单位的离子的伽玛射线的剂量为一伦琴（1R)。两者的换算关系是：

1库仑/千克≈3.877x103伦琴。

1伦琴=2.58x10-4库仑/千克。

1微伦琴=0.258×10-9库仑（C）/千克（Kg）。

（3） 剂量率

单位时间内受到的剂量便是剂量率。剂量率的单位为伦琴/小时（R/h)。

吸收剂量率： 单位时间内的吸收剂量就称为吸收剂量率，单位是戈瑞/小时（Gy/h）。

照射量率：单位时间内的照射量就称为照射量率，其国际单位是库仑/千克·秒,专用单位是伦琴/小时或微伦琴/小时。

1伦琴/小时=106微伦琴/小时。

1微伦琴/小时=7.17×10-14库仑/千克·秒。

放射性测井中所用的单位为照射率，其单位要小很多,水文测井使用的单位是纳库(n·c)/kg·小时，而煤田测井使用的单位是皮安培(PA)/kg。

（4） 伽马射线强度单位

在一定条件下，可用照射量率表示伽马射线强度，即借用微伦琴/小时作辐射强度单位。即1微伦琴/小时=1伽马（γ），但不要误以为照射量率和辐射强度是同一概念，只是借用。

（5） API单位

在美国休斯敦大学建立的刻度井（称为标准刻度井），井内装有三种不同的均匀放射性地层，上面为低放射性的用来屏蔽宇宙射线，中间为高放射性的（混有12ppm的U、24ppm的Th和4%的K相当于北美大陆中部地区页岩的放射性平均值的2倍）底部是一层低放射性的，在高低放射性地层的模拟地层中，仪器分别测得不同的计数率（脉冲/每秒）以计数差值的1/200定义为一个API单位，该刻度是使北美大陆中部地区普通泥岩的读数大约为100API单位。

4. 放射性单位相互换算关系

（1） 居里（curie）与贝可（becquerel）的换算关系：

1居里（Ci）=3.7×1010贝可（Bq）

（2） 戈端（Gy）与焦耳（J）/千克、拉德（rad）的换算关系：

1戈瑞（Gy）=1焦耳（J）/千克=100拉德（rad）。

（3） 照射量库仑/千克(C/Kg)与伦琴（R）的换算关系：

1库仑（C）/千克（Kg）≈3.877x103伦琴（R)。

1伦琴（R)=2.58×10-4库仑（C）/千克（Kg）。

1微伦琴=0.258×10-9库仑（C）/千克（Kg）。

（4） 照射量率国际单位库仑/千克·秒,与专用单位微伦琴/小时的换算关系：

1微伦琴/小时=7.17×10-14库仑/千克·秒=1伽马（γ）。

（5） 电量单位库仑(C)与电流强度单位安培(A)的换算关系：

1库仑（C）= 1 安培·秒（A·S） （量纲：IT）

1皮安培（PA）=1×10-12安培(A) 。

1纳库（n·C）=1×10-9库仑（C）。

1纳库（n·C）=1×103皮安培（PA）·秒。

（6） 水文测井使用的纳库(n·C)/Kg·小时与煤田测井使用的皮安培(PA)/kg的换算关系：

1纳库(n·C)/kg·秒=1000皮安培(PA)/kg。即：

36纳库(n·C)/kg·小时=10皮安培(PA)/kg。

（7） 伽马（γ）与皮安培(PA)/kg、纳库（n·C）/kg·小时的换算关系：根据上面提到的1伦琴（R)=2.58×10-4库仑（C）/千克（Kg），1微伦琴/小时=1伽马（γ），则有：

1伽马（γ）=0.258×10-9库仑（C）/千克（kg）·小时

=0.258纳库（n·C）/千克（kg）·小时。

又因为36纳库(n·C)/kg·小时=10皮安培(PA)/kg，所以计算出：

1伽马（γ）=7.17×10-2皮安培(PA)/kg

=0.258纳库（n·C）/千克（kg）·小时。

5. 结束语

由于放射性测井使用的物理量的单位较多，其间换算关系也较复杂，在具体工作中极易产生错误，最终影响测井数据的质量。因此，笔者根据多年工作的经验，对测井单位的概念及其相互换算关系进行了较详细的介绍，供广大测井技术人员在实际工作中参考。

参考文献：

[1] JohnH. Doveton<美>.地下地质测井分析的原理与计算机方法.

[2] 黄智辉等（编译）.现代煤田测井技术.

[3] 贾文懿（编）.利用天然放射性找地下水.