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第九章 中子测井(Neutron log) 利用中子与地层相互作用的各种效应，来研究钻井地质剖面的一类测井方法统称中子测井。 它是利用岩石的另一种特性，即岩石中的含氢量来研究岩石性质和孔隙度等地质问题。 这种测井方法在于将装有中子源和探测器的井下仪器下入井中，由中子源→中子→进入岩层, 同物质的原子核发生碰撞将产生减速、扩散和被俘获几个过程，到达探测器。 在这些过程中，探测器周围的中子分布状况，以及中子被俘获后所放出的伽马射线强度，与仪器周围的岩石性质，特别是岩石的含氢量有关。 而储集层的含氢量又取决于它的孔隙度，因此，中子测井是目前广泛使用的一种孔隙度测井。 根据中子测井的记录内容：可以将它分为中子-中子测井和中子-伽马测井。根据仪器的结构特点，中子—中子测井又可分为 中子-超热中测井（SNP）—井壁中子测井 中子-热中子测井（CNL）—补偿中子测井 一、中子测井的核物理基础 1 中子和中子源 中子是组成原子核的一种不带电荷的中性粒子，其质量与氢核的质量相近。中子与物质作用时，能穿过原子的电子壳层而与原子核相碰撞，所以它对物质的穿透能力较强。 通常中子与质子以很强的核力结合在一起，形成稳定的原子核。要使中子从原子核里释放出来，就必须供给一定的能量。如果使原子核获得的能量大于中子结合能，中子就可能从核中发射出来。 可以用α粒子、氘核d、质子p或γ光子轰击原子核，引起各种核反应，使中子从核内释放出来。这种产生中子的装置称中子源。 一、中子测井的核物理基础 因为不同能量的中子与原子核作用时有着不同的特点，所以通常根据中子的能量大小，可以把它分成几类： ?高能快中子：能量大于10万电子伏特； ?中能中子：能量在100电子伏特—10万电子伏特之间； ?慢中子：能量小于100电子伏特； 其中0.1—100电子伏特的中子为超热中子； 能量等于0.025电子伏特的中子为热中子。 中子测井的核物理基础 1 中子和中子源 中子测井所用的中子源有两类： 即同位素中子源和加速器中子源。 ? 同位素中子源：如镅—铍（Am-Be）中子源，利用镅衰变产生的α粒子去轰击铍原子核，发生核反应而放出中子。产生的中子的平均能量约5MeV。 该类中子源的特点是连续发射中子。 ? 加速器中子源：（亦称脉冲中子源），如D-T加速器中子源，用加速器加速氘核（D）去轰击氚核（T）产生快中子，其能量是14MeV。 该类中子源的特点是人为控制脉冲式发射中子。 二、中子与物质作用 几种作用形式： （1）非弹性作用：高能快中子与原子核碰撞 （2）弹性散射：高能快中子经一、二次非弹性散射后，能量降低，继续碰撞原子，降低能量和运动速度，而总能量不变，经多次碰撞，能量损失，速度降低，最后变为热中子。 （3）辐射俘获：能量低的热中子在其他物质附近漫游，很容易被其他物质俘获而被吸收，其他物质由于俘获中子后则处于激发态，在由激发态向稳定态转变时，则易放出r射线。 二、中子与物质的相互作用 由中子源发射出来的快中子与组成物质的原子核发生作用，可以分为以下几个阶段： 1.快中子的减速过程 平均能量约4Mev的高能快中子→碰撞原子核--发生弹性散射——中子一部分能量→传给原子核，成为原子核动能，中子本身的能量减少，运动速度降低--继续碰撞其它原子核.反复多次，能量不断损失，速度不断减慢，最后中子成为热中子，此过程为快中子的减速过程。  岩石中不同元素对中子产生弹性散射几率(散射截面)不同，H元素弹性散射截面最大。不同元素减速能力不同，轻原子核对中子减速起主要作用，特别是氢原子核与H碰撞，减速成热中子过程最快，因此，高含H岩石中，快中子将很快减速成热中子。 1.快中子的减速过程 在减速过程中，中子与原子核正面碰撞一次可损失的最大能量ΔE为 式中El中子碰撞前的能量 式中A为原子量 对于氢元素，质量A＝1，因而a＝0，ΔE＝El，即中子与氢核发生碰撞时，中子就失去全部能量。对于碳元素，A＝12，a＝0.716，中子与碳核碰撞时，中子损失的最大能量为0.28E1。显然A越大的元素，中子与它碰撞时能量损失越小。 在实际的弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，每次碰撞后，中子损失的能量并不相同，这与散射角有关。当快中子与原子核碰撞多次，使中子能量降低为0.025电子伏特时，这时的中子为热中子。中子变为热中子之后，就象分子热运动一样在物质中进行扩散，当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几乎相等。 1.快中子的减速过程 一个中子与一个原子核发