中子伽马能谱测井资料处理研究

阮凡　杨睿　郭欢欢　戴家才

摘 要：地层元素测井能够通过中子与地层作用反馈回来的伽马射线信息得到地层元素的质量分数，文章采用蒙特卡罗的方法先模拟制作了地层中Fe、Ca、Si、Al、C、O六种元素的标准非弹谱，然后通过制作已知成分的混合谱求出了地层的归一化因子F和相对灵敏度因子Srj，并用这两个参数解谱出来了不同矿物含量地层的元素含量。

关键词：标准非弹谱；解谱；蒙特卡罗；地层元素

1 中子能谱解谱

1.1 最小二乘法解谱理论

中子与地层中的元素作用主要是非弹性散射反应和俘获反应，并释放出相应的伽马射线，测井中的伽马射线用仪器探测器分多道记录，探测器接收到的伽马射线是地层中每一种元素与中子作用释放出来的的伽马射线的线性叠加。例如混合地层由m中元素组成，接收器分n道接收混合伽马射线，则理论上第i到接收到的伽马计数率Ci为：

2 蒙特卡罗模拟

用MCNP-5建立地层及仪器模型，根据标准刻度井群建立了标准井模型，井模型的具体参数如下：高度200cm，直径212cm，模拟无限大地层，井眼直径20cm，采用BGO探测器，尺寸为4.5×100mm，探测器贴近井壁，中子源为14Mev各向同性的点源，中子源和探测器中间隔有45×100mm的铅屏蔽器，防止中子直接打在探测器上，地层填充为分别为Fe、Ca、Si、Al、C、O六种单质元素及由不同含量的Fe2O3、CaCO3、Al2O3、SiO2四种氧化物组成的混合地层，用MCNP-5进行中子能量0.1Mev截断，模拟得到元素的标准非弹谱和混合地层的混合谱。能谱接收区为0.6-8Mev。得到Ca、Si、Fe、Al、O、C的标准非弹能谱如下图（1-6）所示：

由于能谱的高低能区的干扰较多出现谱型的畸变，所以在拟合是要进行剔除，选取有效能区为0.8-7 Mev。混合谱共进行了4组成分的模拟

分析试验结果可以得知计算误差的大小和元素特征道所在位置有很大的关系一般处于能量道两端或者元素特征道重叠较多的计算误差会比较大，同时模型的建立与计数结果的处理与最终的结果也有很大的关系。地层矿物和地层元素之间有着稳定的数学关系，在确定了矿物成分及其化学式的基础上可以把地层元素含量转化为地层矿物含量，从而达到了分析地层组分的目的。

3 结束语

文章用蒙特卡罗模拟中子伽马能谱解谱，初步证实了最小二乘法解谱的可靠性，但是由于模拟探测器计数时高低能量段的计数误差较大造成了解谱误差的增大，有必要进行模型的改进，由于文章的模型为理想的井眼模型，没有地层水、套管、水泥环、仪器外壳等众多因素的影响，实际地层元素测井中井中的干扰较多素较多，将模型应用于实际解谱还有待进一步研究和方法的校正。

参考文献

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