Mélyfúrási geofizika Balázs László

9.1. ábra. Kőzetek összetett gamma spektruma. A spektrumon megjelöltük az izotópok azonosítására alkalmas
gamma vonalakat.
A forrástól (kőzet térfogatelem) a mérőhelyig (detektor) való eljutás során a gamma tér gyengül a szórási folyamatok
és az abszorpció révén. A gyengülést a makroszkopikus hatáskeresztmetszetek határozzák meg.
Ha adott energiájú fotonnyaláb gyengülését vizsgáljuk – nem törődve a szórt térrel -, akkor a transzport leírása
egyszerű, a lokális gyengülést a makroszkopikus totális hatáskeresztmetszet határozza meg.
(9.5.)
.
Ennek megoldásaként (hengerszimmetrikus problémánál) a detektor régióra kapható adott energiájú (E)
fotonintenzitás (I), ha a hatáskeresztmetszet térbeli változása elhanyagolható:
(9.6.)
.
9.1. Természetes gamma szondák
A természetes gamma szondák segítségével az átfúrt kőzeteknél mérhető gammaintenzitásokat mérjük, amely a
radioaktív izotópok eloszlása miatt litológiai információt hordoznak. A mérőeszközben egy gamma-detektor és a
kiszolgáló elektronika foglal helyet. Gamma fotonokat ionizáló képességük alapján detektálhatjuk, ennek
eredményeképp valamilyen speciálisan kialakított detektortérfogatban szabad töltéshordozók jönnek létre, amelyeket
„kigyűjtve” a kimeneten elektromos jel jelenik meg. A legegyszerűbb gammaszondák detektora a GM-cső. A GM
cső egy gáztöltésű detektor, belsejében egy anódszállal. A központba helyezett anódszál és a katód szerepét játszó
67
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

burkolat között olyan feszültséget hozunk létre, hogy a gáz atomjain bekövetkező ionizációból származó elektronok
az anód felé gyorsulva olyan energiára tegyenek szert, hogy újabb ionizációra legyenek képesek.
9.2. ábra. GM-cső szerkezete és az elektronlavina kialakulása az anód szálnál
A sorozatos ionizáció egy elektronlavinát (és a rekombináció miatt kapcsolódó fotonlavinát) hoz létre, melynek
következtében az anódszál nagy részére kiterjedő kisülés jön létre. Az anódszálon, mint kimeneten ez
feszültségleesést (jel) okoz. Az ismertetett mechanizmusból következően, szinte minden primer ionizáció ugyanazt
a detektorválaszt idézi elő. Így az eszköz nem érzékeny a foton energiára, így csak fotonszámlálásra alkalmas.
A detektortervezés egyik fontos eleme a lavina gyors kioltásának biztosítása, ezzel együtt a GM-cső detektálás
után rövid ideig nem képes újabb foton detektálására (holtidő). Geofizikai méréseknél általában a fotonintenzitás
nem olyan nagy, hogy a holtidő hatását korrigálni kelljen.
Fontos tulajdonsága a detektoroknak a hatásfok (η), mely a detektált fotononszámlálási sebesség (n) és a detektort
ért teljes fotonintenzitás aránya. A detektorhatásfok pl. függ a töltőgáz sűrűségtől és a detektortérfogattól, de függ
a fotonok energiaspektrumától, szögeloszlásától stb. is.
A GM-cső jeleit kétféleképpen használják fel. Vagy összegzik (ratemeter) a töltésimpulzusokat áramkimenetként
vagy számlálóval számlálják a diszkrét impulzusokat.
Az összegzés lényeges mivel a fotonintenzitás mért értéke fluktuál, rögzített ideig tartó mérés, a mérés idő
növelésével sztochasztikusan konvergál a várható értékhez.
(9.7.)
.
A becsült intenzitás szórása – ha az esetleges háttérfolyamattól eltekintünk -
-el arányos.
Fontos megjegyezni, hogy a szonda folyamatos mozgása miatt a jelösszegzés egy adott mélységtartomány
gammaintenzitását jellemzi, a szórás csökkentése a mélységfelbontás romlását idézi elő. A mélységfelbontás
másoldalról a gammatranszport által meghatározott, pl. a vékony rétegek hatása a mért szelvényeken ennek
megfelelően szélesedik ki.
68
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

9.3. ábra. Vékonyréteg kiszélesedés a gamma szelvényen.
A természetes gamma szelvény értékét csökkenthetik a nagyobb kavernák, ha viszont a fúróiszap magas kálium
tartalmú, akkor
40
K tartalom miatt, a kavernáknál tovább növekedhet a mért természetes gamma szint.
A természetes gamma szelvény könnyű mérhetősége miatt, több szondavonattal is felvéve, a mélységegyeztetés
referencia szelvénye is lehet.
A természetes gamma mérések falhasználásnál fordulópontot jelentett a szondák egységes kalibrálása,
standardizálása. Ez gyakorlatban egy új abszolút egység (API) bevezetését jelentette standard kőzetmintáknál
mérhető intenzitás alapján. Így nemcsak a gamma intenzitás relatív változását elemezhetjük, hanem a kőzettípusokhoz
köthető abszolút intenzitást is.
A standardokat úgy állapították meg, hogy az agyagmentes üledékes kőzetek (homokkő, mészkő) intenzitás az
API egységben 20-30 körüli tartományba, míg a nagyobb radioaktív izotóp koncentrációval bíró agyagok a 100-
130 API tartományba essenek.
A gammaintenzitás litológia függése miatt a természetes gammamérések jól használhatók üledékes sorozatok,
tagolására és agyagtartalom (V
sh
) becslésére, fúrások közötti rétegkorrelációra. Közvetve érzékeny a
szemcseátmérőre, a természetes gamma jelalakok az SP-hez hasonlóan jól használhatók üledékes sorozatok fácies
analízisénél.
69
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

9.4. ábra. Régi típusú természetes gammamérés pannon üledékes sorozatban. Látható az összhang az SP görbével
és érzékelhető a gamma szelvény jobb mélységfelbontása. (GR mértékegysége impulzus/századperc)
Az agyagtartalom számítása (a forráseloszlás lineáris modelljéből következően) közelítő lineáris modellen alapul.
Először az agyagra jellemző alapvonalat (GR
sh
) határozzák meg, majd az agyagmentesnek feltételezett kőzetre
jellemző értéket (GR
t
). Ezek segítségével számítható a relatív gamma intenzitás (I
GR
):
(9.8.)
.
Ez egyben az agyagtartalom becslése is, ha eltekintünk az agyag és agyagmentes kőzet eltérő gammagyengítési
tulajdonságaitól:
(9.9.)
.
Ha pontosítani szeretnénk a modellt, akkor általában a két közeg sűrűség arányaitól függő korrekciót is végrehajtunk:
(9.10.)
.
Ismeretes, hogy a fenti közelítés nem mindig alkalmazható, vannak nagyobb aktivitású tároló kőzetek (vulkanitok,
gránit, nagyobb aktivitású homokkövek stb.). Az urán mobilitása, vízben oldódó sóinak köszönhetően szintén
nehezítheti a litologia azonosítását, más oldalról viszont segíthet a repedésrendszer azonosításában, ahol esetleg
uránkiválás jöhet létre, a repedés környezetében megemelve a természetes gamma szintet.
70
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---