隨鉆方位γ能譜測(cè)井探測(cè)特性的數(shù)值模擬研究

董 奪 吳文圣 岳文正 鄭 健 高 輝 黃祿剛 段軍亞

1（中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京102249）

2（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京100029）

3（西安匯能電子設(shè)備有限責(zé)任公司 西安710065）

與隨鉆方位γ相比，隨鉆方位γ能譜除測(cè)量總計(jì)數(shù)率外還測(cè)量能譜，它不僅能提供方位γ成像圖、計(jì)算地層相對(duì)傾角［1-2］，還能計(jì)算KUTh含量、估算TOC含量，為地質(zhì)導(dǎo)向提供更加全面、準(zhǔn)確的信息，是隨鉆測(cè)井的重要測(cè)量項(xiàng)目。研究隨鉆方位γ能譜的儀器探測(cè)特性對(duì)于前期的儀器結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)及后期的資料解釋都有重要意義。本文采用雙晶體（NaI）的儀器結(jié)構(gòu)，并建立相應(yīng)的MCNP（Monte Carlo N Particle Transport Code）模型，仿照感應(yīng)測(cè)井中的幾何因子，研究?jī)x器的探測(cè)特性。然后分別模擬研究井眼尺寸、泥漿密度、地層密度、天然放射性物質(zhì)類(lèi)型對(duì)儀器探測(cè)特性的影響。

1 儀器結(jié)構(gòu)及MCNP計(jì)算模型

國(guó)內(nèi)關(guān)于隨鉆方位γ能譜的文獻(xiàn)并不多，國(guó)外直到2000年以后才有相關(guān)研究文獻(xiàn)。2002年Mickael等［3］提出了采用三個(gè)NaI（Tl）晶體的隨鉆方位γ能譜測(cè)井儀SAGR（Spectral Azimuthal Gamma Ray Tool），并于2007年，給出了單晶體儀器及三晶體儀器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)［4］，如圖1（a）圖。2013年 Nye、Marsala、Maranuk等［5-8］介紹了SAGR在非常規(guī)油氣藏（頁(yè)巖油氣藏、煤層氣等）中的應(yīng)用，所采用的儀器結(jié)構(gòu)與Mickael相同。2015年Xu等［9-10］提出了儀器結(jié)構(gòu)不同于Mickael的方案，如圖1（b）。

圖1 SAGR儀器結(jié)構(gòu)Fig.1 The instrument structure of SAGR

本文儀器以Mickael的儀器結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在保證儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，將探測(cè)器盡可能靠向鉆鋌的外邊緣，以減少地層和探測(cè)器之間γ的衰減，同時(shí)增大NaI晶體體積，以保證足夠的計(jì)數(shù)率［11］。在保證計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)精確性高、成本節(jié)約的情況下，最終采用兩個(gè)晶體互成180°的儀器結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的MCNP模型如圖2所示。

圖2 儀器的MCNP模型Fig.2 The MCNP model of SAGR instrument

MCNP模型參數(shù)：1代表鉆鋌5和地層6之間的井眼間隙ΔR；2是泥漿通道；3和30是兩個(gè)互成180°的NaI晶體。模型外半徑60.44 cm，模型高200 cm，井眼間隙ΔR=5 cm，地層6為泥質(zhì)砂巖（40%泥質(zhì)+10%H2O+50%SiO2，2.06 g·cm-3，其中 40% 泥質(zhì)=16%高嶺石+16%蒙脫石+1%U+1%Th+6%K，%代表質(zhì)量百分比），上述參數(shù)都可根據(jù)研究?jī)?nèi)容調(diào)整，且以下模擬研究只對(duì)晶體3計(jì)數(shù)。

2 儀器探測(cè)特性的MCNP模擬

仿照感應(yīng)測(cè)井中的幾何因子，采用MCNP方法模擬儀器的徑向、縱向、方位積分幾何因子來(lái)研究?jī)x器的探測(cè)特性。

2.1 徑向積分幾何因子

圖3是研究徑向積分幾何因子的建模示意圖。其中圓環(huán)柱體代表放射性地層，R代表放射性地層外柱面到井壁的徑向距離，模擬時(shí)從0～45 cm改變R，并記錄晶體3的計(jì)數(shù)，歸一化后得到徑向積分幾何因子GR，如圖4所示。

將GR=0.9處對(duì)應(yīng)的R稱(chēng)為徑向探測(cè)深度，一般來(lái)講，探測(cè)深度越深，原狀地層的貢獻(xiàn)占比越大，對(duì)測(cè)井解釋越有利。由圖4得，該模擬條件下的儀器探測(cè)深度為19.5 cm。

圖3 徑向積分幾何因子建模Fig.3 Schematic diagram of radial integral geometry factor modeling

圖4 徑向積分幾何因子模擬結(jié)果Fig.4 Simulation results of radial integral geometry factor

2.2 縱向積分幾何因子

圖5 是研究縱向積分幾何因子的建模示意圖，其中圓環(huán)柱體代表放射性地層（關(guān)于z=0平面對(duì)稱(chēng)），H代表放射性圓環(huán)柱體的厚度，模擬時(shí)從0～90 cm改變H，并記錄晶體3的計(jì)數(shù)，歸一化后得到縱向積分幾何因子GH，如圖6所示。

圖5 縱向積分幾何因子建模Fig.5 Schematic diagram of longitudinal integral geometric factor modeling

將GH=0.8時(shí)對(duì)應(yīng)的H稱(chēng)之為縱向分辨厚度，縱向分辨厚度越小，縱向分辨能力越高，即縱向分辨率越高。由圖6知，該模擬條件下的縱向分辨厚度為24 cm。

圖6 縱向積分幾何因子模擬結(jié)果Fig.6 Simulation results of longitudinal integral geometric factor

2.3 方位積分幾何因子

圖7 是研究方位積分幾何因子的建模示意圖，其中扇環(huán)柱體代表放射性地層（關(guān)于x=0平面對(duì)稱(chēng)），A代表放射性扇環(huán)柱體的圓心夾角，模擬時(shí)改變A（在圖7中，當(dāng)A的增量為ΔA時(shí)，y軸上半部分、下半部分源對(duì)應(yīng)的圓心角增量均為0.5×ΔA），A的取值范圍為0～360°，并記錄晶體3的計(jì)數(shù)，歸一化后得到方位積分幾何因子GA，如圖8所示。

圖7 方位積分幾何因子建模Fig.7 Schematic diagram of azimuth integral geometry factor modeling

圖8 方位積分幾何因子模擬結(jié)果Fig.8 Simulation results of azimuth integral geometry factor

綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，儀器方位分辨率通常用兩種方法表征：1）將方位積分幾何因子取0.8時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度稱(chēng)為方位角度探測(cè)范圍，并利用該角度范圍表征方位分辨率，角度探測(cè)范圍越大，方位分辨率越低，兩者成反比關(guān)系。由圖8得，GA=0.8時(shí)方位角度探測(cè)范圍為70°；2）用某方位角度范圍（將井周地層均勻劃分為16扇區(qū)時(shí)每一扇區(qū)對(duì)應(yīng)22.5°、8扇區(qū)對(duì)應(yīng)45°、4扇區(qū)對(duì)應(yīng)90°）所對(duì)應(yīng)的方位積分幾何因子值表征方位分辨率，其代表該角度范圍下的放射性地層計(jì)數(shù)率占360°放射性地層計(jì)數(shù)率的百分比，該值越大，方位分辨率越高，兩者成正比關(guān)系。

3 探測(cè)特性的影響因素分析

按照上述思路，模擬不同井眼尺寸、泥漿密度、地層密度、天然放射性物質(zhì)類(lèi)型下的徑向、縱向、方位積分幾何因子，并分析這些因素對(duì)儀器探測(cè)特性的影響。

3.1 井眼尺寸

其他條件保持不變，增大井眼尺寸（增大井眼間隙），模擬不同井眼尺寸下的徑向、縱向、方位積分幾何因子，結(jié)果如下。

3.1.1 徑向探測(cè)特性

圖9 不同井眼尺寸下的徑向探測(cè)特性Fig.9 Radial detection characteristics at different wellbore sizes

不同井眼尺寸下的徑向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖9所示，可以看出井眼尺寸對(duì)儀器方位探測(cè)特性的影響比較大。徑向積分幾何因子取0.9時(shí)，對(duì)應(yīng)的徑向探測(cè)深度R（從井壁處算起，詳見(jiàn)圖3定義）隨井眼尺寸的增大而增大。

隨著徑向深度的增加，徑向積分幾何因子之所以趨于穩(wěn)定是因?yàn)椋瑥较蛏疃仍缴畹姆派湫缘貙悠洚a(chǎn)生的γ射線被探測(cè)器接收到的越少（因?yàn)閺较蛏疃仍缴?，衰減距離越長(zhǎng)），直至到達(dá)探測(cè)器時(shí)剛好全部被井眼和地層吸收，假設(shè)此時(shí)R=R0，這表示R0處放射性地層所產(chǎn)生的γ射線對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)剛好為零，R＞R0處的地層所產(chǎn)生的γ射線還沒(méi)到達(dá)探測(cè)器就被衰減完了，對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零，使得R＞R0時(shí)積分幾何因子穩(wěn)定不變。

影響探測(cè)器γ計(jì)數(shù)率的因素有兩個(gè)：放射性地層產(chǎn)生γ射線的過(guò)程（對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生正貢獻(xiàn)）、井眼及地層對(duì)γ射線的衰減過(guò)程（對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生負(fù)貢獻(xiàn)）。

假設(shè)井眼半徑增大后R0保持不變，此時(shí)地層衰減不變，井眼半徑增大會(huì)導(dǎo)致井眼衰減增強(qiáng)（負(fù)貢獻(xiàn)），但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致放射性地層體積增大，進(jìn)而源強(qiáng)增加（正貢獻(xiàn)），又因井眼衰減變化相對(duì)源強(qiáng)變化小，最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn)，即R0處地層產(chǎn)生的γ射線在探測(cè)器處還沒(méi)有衰減完。根據(jù)R0的定義，此時(shí)應(yīng)通過(guò)增大R0引入更多地層衰減、引入負(fù)貢獻(xiàn)（這是因?yàn)镽0增大引起的地層源強(qiáng)增大不如地層衰減的增強(qiáng)），以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以，井眼半徑增大導(dǎo)致徑向探測(cè)深度增大。

3.1.2 縱向探測(cè)特性

不同井眼尺寸下的縱向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖10所示，可以看出井眼尺寸對(duì)儀器縱向探測(cè)特性的影響較大?？v向積分幾何因子取0.8時(shí)，對(duì)應(yīng)的縱向分辨厚度隨井眼尺寸的增大而增大，即井眼尺寸越大，縱向分辨能力越低。

仿照徑向積分幾何因子，縱向積分幾何因子也有類(lèi)似的定義H0，|Z|=H0/2處地層所產(chǎn)生的γ射線對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)剛好為零，|Z|＞H0/2處的地層所產(chǎn)生的γ射線還沒(méi)到達(dá)探測(cè)器就被衰減完了，對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零，使得H＞H0時(shí)積分幾何因子穩(wěn)定不變。

假設(shè)井眼半徑增大后H0保持不變，仿照徑向幾何因子的分析得知，探測(cè)范圍內(nèi)整體表現(xiàn)為源強(qiáng)增加、衰減變?nèi)酰ㄕ暙I(xiàn)）。根據(jù)H0的定義，此時(shí)應(yīng)通過(guò)增大H0引入地層衰減、引入負(fù)貢獻(xiàn)（這是因?yàn)镠0增大引起的地層源強(qiáng)增大不如地層衰減的增強(qiáng)），以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以，井眼半徑增大導(dǎo)致縱向分辨厚度增大。

圖10 不同井眼尺寸下的縱向探測(cè)特性Fig.10 Longitudinal detection characteristics at different wellbore sizes

3.1.3 方位探測(cè)特性

不同井眼尺寸下的方位積分幾何因子模擬結(jié)果如圖11所示，可以看出井眼尺寸對(duì)儀器方位探測(cè)特性有一定影響。方位積分幾何因子取0.8時(shí)，對(duì)應(yīng)的角度探測(cè)范圍隨井眼尺寸的增大而增大，如圖12所示；當(dāng)方位角度探測(cè)范圍為22.5°、45°、90°時(shí)，對(duì)應(yīng)的方位積分幾何因子均隨井眼尺寸的增加而降低，即井眼尺寸越大方位分辨率能力越低。

圖11 不同井眼尺寸下的方位積分幾何因子Fig.11 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different wellbore sizes

仿照徑向積分幾何因子，方位積分幾何因子也有類(lèi)似的定義A0，|α|=A0/2處的地層所產(chǎn)生的γ射線對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)剛好為零（α定義見(jiàn)圖7），|α|＞A0/2的地層所產(chǎn)生的γ射線還沒(méi)到達(dá)探測(cè)器就被衰減完了，對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零，使得A＞A0時(shí)積分幾何因子穩(wěn)定不變。

假設(shè)井眼半徑增大后A0保持不變，仿照徑向幾何因子的分析得知，探測(cè)范圍內(nèi)整體表現(xiàn)為源強(qiáng)增加、衰減變?nèi)酰ㄕ暙I(xiàn)）。根據(jù)A0的定義，此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大A0引入地層衰減、引入負(fù)貢獻(xiàn)（這是因?yàn)锳0增大引起的地層源強(qiáng)增大不如地層衰減的增強(qiáng)），以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以，井眼半徑增大導(dǎo)致方位角度探測(cè)范圍增大、方位分辨率降低。

圖12 不同井眼尺寸下的方位分辨率Fig.12 Azimuth resolution at different wellbore sizes

3.2 泥漿密度

其他條件保持不變，只改變泥漿密度（常規(guī)泥漿，不含放射性物質(zhì)KCl），模擬不同泥漿密度下的徑向、縱向、方位積分幾何因子，結(jié)果分別如圖13～圖15所示，可以看出，儀器的徑向、縱向、方位探測(cè)特性基本不受泥漿密度影響。泥漿密度變化只改變井眼衰減，不改變地層衰減和地層源強(qiáng)，并且井眼衰減與地層衰減、地層源強(qiáng)相比較小。所以，泥漿密度的變化對(duì)三種幾何因子的影響很小。

圖14 不同泥漿密度下的縱向探測(cè)特性Fig.14 Longitudinal detection characteristics at different mud densities

圖15 不同泥漿密度下的方位積分幾何因子Fig.15 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different mud densities

3.3 地層密度

其他條件保持不變，只改變地層密度，模擬不同地層密度下的徑向、縱向、方位幾何因子，結(jié)果如下。

3.3.1 徑向探測(cè)特性

不同地層密度下的徑向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖16所示，可以看出，儀器的徑向探測(cè)特性受地層密度影響較大。徑向積分幾何因子取0.9時(shí)，對(duì)應(yīng)的徑向探測(cè)深度隨地層密度的增大而減小。

圖16 不同地層密度下的徑向探測(cè)特性Fig.16 Radial detection characteristics at different formation densities

假設(shè)地層密度增大后R0保持不變，此時(shí)井眼衰減不變，但地層密度增大會(huì)導(dǎo)致地層衰減增強(qiáng)（負(fù)貢獻(xiàn)）、地層源強(qiáng)增大（正貢獻(xiàn)），因?yàn)榈貙铀p變化的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位，最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)。根據(jù)R0的定義，此時(shí)應(yīng)通過(guò)減小R0引入正貢獻(xiàn)，以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以，地層密度增大導(dǎo)致徑向探測(cè)深度減小。

3.3.2 縱向探測(cè)特性

不同地層密度下的縱向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖17所示，可以看出，儀器的縱向探測(cè)特性受地層密度影響，但不如徑向探測(cè)特性明顯。縱向積分幾何因子取0.8時(shí)，所對(duì)應(yīng)的縱向分辨厚度隨地層密度的增大而降低，即地層密度越大縱向分辨能力越高。

仿照§3.3.1的分析，假設(shè)地層密度增大后H0保持不變，最終會(huì)導(dǎo)致|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)。根據(jù)H0的定義，此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)減小H0引入正貢獻(xiàn)，以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零。所以，地層密度增大導(dǎo)致縱向分辨厚度減小。

圖17 不同地層密度下的縱向探測(cè)特性Fig.17 Longitudinal detection characteristics at different formation densities

3.3.3 方位探測(cè)特性

不同地層密度下的方位積分幾何因子模擬結(jié)果如圖18所示，可以看出地層密度對(duì)儀器方位探測(cè)特性有影響。當(dāng)方位積分幾何因子取0.8時(shí)，對(duì)應(yīng)的方位角度探測(cè)范圍隨地層密度增大而減小，如圖19所示；當(dāng)方位角度探測(cè)范圍為22.5°、45°、90°時(shí)，對(duì)應(yīng)的方位積分幾何因子均隨地層密度的增加而增高，即地層密度越大方位分辨能力越強(qiáng)。

圖19 不同地層密度下的方位分辨率Fig.19 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different formation densities

假設(shè)地層密度增大后A0保持不變，仿照§3.3.1徑向幾何因子的分析得知，地層密度增大最終導(dǎo)致|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)。根據(jù)A0的定義，此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)減小A0引入正貢獻(xiàn)，以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以，地層密度增大導(dǎo)致方位角度探測(cè)范圍變小、方位分辨率增大。

3.4 天然放射性物質(zhì)類(lèi)型

井眼條件不變（井眼流體設(shè)為純水），改變地層物質(zhì)組分（具體見(jiàn)表1），模擬研究不同天然放射性物質(zhì)下的徑向、縱向、方位幾何因子，模擬結(jié)果如下。

表1 模擬地層的組分Table 1 The composition of the simulated formation

3.4.1 徑向探測(cè)特性

三種放射性地層的徑向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖20所示，可以看出徑向探測(cè)深度的變化規(guī)律：U層＜K層≈Th層。保持U層組分不變，只改變特征能量，模擬不同源能量下的徑向積分幾何因子，結(jié)果如圖21所示，可以看出源能量越大徑向探測(cè)深度越大。

圖20 不同天然放射性物質(zhì)下的徑向探測(cè)特性Fig.20 Radial detection characteristics at different natural radioactive materials

首先，分析源能量對(duì)徑向積分幾何因子的影響。源能量增大后假設(shè)R0保持不變，此時(shí)井眼衰減、地層衰減、地層源強(qiáng)均不變，但源能量增大會(huì)使R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增大，表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)R0的定義，此時(shí)，應(yīng)通過(guò)增大R0引入負(fù)貢獻(xiàn)，以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以，源能量增大導(dǎo)致探測(cè)深度增大。

圖21 不同能量下的徑向探測(cè)特性Fig.21 Radial detection characteristics at different energies

然后，分析三種放射性物質(zhì)對(duì)徑向積分幾何因子的影響。當(dāng)?shù)貙佑蒛層變成K層時(shí)，假設(shè)R0保持不變，此時(shí)，地層密度變?。ǖ貙铀p變?nèi)?，?duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)為正貢獻(xiàn)）、源強(qiáng)密度變小（負(fù)貢獻(xiàn)）、源能量變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn)，由1.76 MeV到1.46 MeV），其中地層密度變化的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位，最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增強(qiáng)，表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)R0的定義，此時(shí)，應(yīng)在此基礎(chǔ)上增大R0引入負(fù)貢獻(xiàn)，以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零，所以徑向探測(cè)深度的變化規(guī)律為U層＜K層。當(dāng)?shù)貙佑蒏層變成Th層時(shí)，假設(shè)R0保持不變，此時(shí)，地層密度增大（負(fù)貢獻(xiàn)）、源強(qiáng)密度增大（正貢獻(xiàn)）、源能量增大（正貢獻(xiàn)，由1.46 MeV到2.62 MeV），由于源能量增大幅度很大，其對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)明顯增加，與地層密度變化引起的貢獻(xiàn)大致相抵，加上源強(qiáng)密度的貢獻(xiàn)程度很小，最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)大致保持不變，所以徑向探測(cè)深度的變化規(guī)律為K層≈Th層。

3.4.2 縱向探測(cè)特性

三種放射性地層的縱向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖22所示，可以看出縱向分辨厚度的變化規(guī)律：U層＜K層＜Th層。保持U層組分不變，只改變特征能量，模擬不同源能量下的縱向積分幾何因子，結(jié)果如圖23所示，可以看出源能量越大縱向分辨厚度越大。

圖22 不同天然放射性物質(zhì)下的縱向探測(cè)特性Fig.22 Longitudinal detection characteristics at different natural radioactive materials

圖23 不同能量下的縱向探測(cè)特性Fig.23 Longitudinal detection characteristics at different energies

首先，分析源能量對(duì)縱向積分幾何因子的影響。假設(shè)源能量增大后H0保持不變，此時(shí)，井眼衰減、地層衰減、地層源強(qiáng)均不變，但能量增大會(huì)使|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增大，表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)H0的定義，此時(shí)，應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大H0引入負(fù)貢獻(xiàn)，以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以，能量增大導(dǎo)致縱向分辨厚度增大。

然后，分析三種放射性物質(zhì)對(duì)縱向積分幾何因子的影響。當(dāng)?shù)貙佑蒛層變成K層時(shí)，假設(shè)H0保持不變，此時(shí)地層密度變?。ㄕ暙I(xiàn)）、源強(qiáng)密度變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn)）、源能量變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn)），其中地層密度變化的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位，最終導(dǎo)致|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增強(qiáng)，表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)H0的定義，此時(shí)，應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大H0引入負(fù)貢獻(xiàn)，以保持H0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零，所以縱向分辨厚度變化規(guī)律為U層＜K層。當(dāng)?shù)貙佑蒏層變成Th層時(shí)，假設(shè)H0保持不變，此時(shí)地層密度增大（負(fù)貢獻(xiàn)）、源強(qiáng)密度增大（正貢獻(xiàn)）、源能量增大（正貢獻(xiàn)），源能量增幅很大，其對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)明顯增加，最終導(dǎo)致|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn)，此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大H0引入負(fù)貢獻(xiàn)，以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零，所以縱向分辨厚度變化規(guī)律為K層＜Th層。

3.4.3 方位探測(cè)特性

三種放射性地層的方位積分幾何因子模擬結(jié)果如圖24所示，可以看出方位角度探測(cè)范圍的變化規(guī)律：U層≈K層＜Th層。保持U層組分不變，只改變特征能量，模擬不同源能量下的方位積分幾何因子，結(jié)果如圖25所示，可以看出源能量越大方位角度探測(cè)范圍越大。

圖24 不同天然放射性物質(zhì)下的方位積分幾何因子Fig.24 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different natural radioactive materials

圖25 不同能量下的方位積分幾何因子Fig.25 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different energies

首先，分析源能量對(duì)方位積分幾何因子的影響。源能量增大后假設(shè)A0保持不變，此時(shí)井眼衰減、地層衰減、地層源強(qiáng)均不變，但能量增大會(huì)使|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)增大，為正貢獻(xiàn)。根據(jù)A0定義，此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大A0引入負(fù)貢獻(xiàn)，以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零。所以，源能量增大導(dǎo)致方位角度探測(cè)范圍增大。

然后，分析三種放射性物質(zhì)對(duì)方位積分幾何因子的影響。當(dāng)?shù)貙佑蒛層變成K層時(shí)，假設(shè)A0保持不變，此時(shí)，地層密度變?。ㄕ暙I(xiàn)）、源強(qiáng)密度變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn)）、源能量變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn)），由于A0整體較小使得上述三種因素造成的貢獻(xiàn)之間差異變小，并且U層與K層的能量接近，最終導(dǎo)致|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)變化很小，所以，方位角度探測(cè)范圍的變化規(guī)律為U層≈K層。地層由K層變成Th層時(shí)，假設(shè)A0保持不變，此時(shí)地層密度增大（負(fù)貢獻(xiàn)）、源強(qiáng)密度增大（正貢獻(xiàn)）、源能量增大（正貢獻(xiàn)），源能量增幅度很大，其對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)明顯增加，最終導(dǎo)致|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn)，此時(shí)，應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大A0引入負(fù)貢獻(xiàn)，以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零，所以方位角度探測(cè)范圍規(guī)律為K層＜Th層。

4 結(jié)語(yǔ)

1）泥漿密度對(duì)儀器徑向、縱向、方位探測(cè)特性基本無(wú)影響。

2）井眼尺寸對(duì)儀器探測(cè)特性的影響比較明顯，井眼尺寸越大，徑向探測(cè)深度越大，縱向分辨厚度越大（縱向分辨能力越低），方位角度探測(cè)范圍越大（方位分辨能力越低）。

3）地層密度對(duì)儀器探測(cè)特性的影響同樣比較明顯，地層密度越大，徑向探測(cè)深度越小，縱向分辨厚度越小（縱向分辨能力越高），方位角度探測(cè)范圍越?。ǚ轿环直婺芰υ礁撸?。

4）當(dāng)井眼尺寸變大、地層密度變小時(shí)，探測(cè)深度增大，而縱向分辨能力、方位分辨能力反而降低，三者難以兼顧。

5）地層放射性物質(zhì)能量增大使徑向探測(cè)深度、縱向分辨厚度、方位角度探測(cè)范圍均增大。