Mélyfúrási geofizika Balázs László

9.5. ábra. Lamináris agyagrétegek közötti homokkő tárolónál felvett természetes gamma szelvény (GR) és a belőle
számított agyagtartalom. (További szelvények SP, HDAR, LCAL lyukátmérő mérések)
9.2. Spektrális természetes gammamérés
Energia szelektív gammadetektor alkalmazásával, gammaspektrum felvételével lehetővé válik a kálium, tórium
és urántartalom becslése, mely még pontosabb litológia azonosítást tesz lehetővé leginkább a K/Th arány alapján.
Azonosíthatók a fontosabb agyagtípusok és magas káliumtartalmú földpátok. A K/Th arány az üledékek szállítása
és mállása során is módosulhat, ez az üledékszállítás mértékével hozható kapcsolatba.
Az urántartalom elkülönítése javíthatja az agyagtartalom becslését, ha csak a Th és K tartalmat használjuk
agyagindikátorként. Az urántartalom viszont repedésindikátor lehet, amennyiben vizes oldatokból urán kiválás
történik. Vulkanitok vagy komplex litológia esetén szintén a tagolás fontos eszközei lehetnek.
A spektrális gamma mérések esetében leggyakrabban alkalmazott energia szelektív detektor a szcintillációs detektor.
A gamma-szintillátor anyaga általában szennyezett egykristály (talliummal szennyezett NaI). A szcintilláció
mechanizmusa a sávelmélet alapján értelmezhető.
71
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

9.6. ábra. Szcintillátor sávszerkezete
A szcintillátor kristályban az elektron energianívók sávokba rendeződnek. Betöltött vegyértéksávja biztosítja a
kristály kötését. Vezetési sávja üres és egy tiltott sáv választja el a vegyértéksávtól. A gamma foton detektálása
most is az ionizáción alapul. A kölcsönhatást (szórás vagy abszorpció) követően a gerjesztett elektron felkerül a
vezetési sávba, ahonnan idővel UV foton kisugárzása mellett visszatérhet a vegyértéksávba. Az UV fotont a kristály
nagy valószínűséggel elnyeli. A szennyezési nívók biztosítják, hogy a vezetési sávba felkerült elektronok valamilyen
valószínűséggel csapdázódnak a tiltott sávban, ahonnan már látható fény kisugárzása mellett tudnak kikerülni.
Erre nézve a kristály átlátszó, tehát a gamma ionizáció eredménye látható fény felvillanása lehet.
A folyamat megértéséhez tartozik, hogy a foton energiájának leadása (konverziója elektron energiává) nem egy
lépésben történik, többnyire egy kaszkádfolyamat, Compton-szórások sorozatával veszít az energiájából, míg végül
fotoeffektus révén abszorbeálódik. Így nagy fotonenergia estén sok lépésben sok elektron kerülhet fel a vezetési
sávban és generálhat esetleg láthatófény fotont. A láthatófény intenzitás így válik arányossá a foton energiával.
A láthatófény fotonok egy, a kristályhoz csatolt fotokatódba csapódhatnak, melyből elektronokat válthatnak ki.
(9.7. ábra) Az elektronok egy gyorsító és sokszorozó rendszerre (foto-elektronsokszorozó) kerülnek, hogy végül
a leadott fotonenergiával arányos, erősített elektromos jel keletkezzen. A jel un. sokcsatornás analizátorra kerül,
mely meghatározza az amplitúdó eloszlást, mely arányos leképezése a foton energiaspektrumának.
9.7. ábra. Szcintillációs detektor felépítése
72
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

9.8. ábra. Mononergetikus gamma nyaláb szcintillációs spektruma
Ha a gammafoton csak részlegesen adja le energiáját a kristályban és kilép, akkor egy kisebb amplitúdójú elektromos
jel jelenik meg a kimeneten, azaz a spektrumon látható csúcsokhoz a kisebb energiák felé egy un. Compton
tartomány csatlakozik. A teljesenergia csúcs kiszélesedése a keltett töltéshordozók számával kapcsolatos (Gauss-
függvény). (9.8. ábra)
A csúcs alatti területből lehet meghatározni a detektort ért adott energiájú fotonintenzitást, ha ismerjük a detektor
energiafüggő hatásfokát.
A spektrális természetes gamma mérés során a spektrumból a különböző izotópokhoz tartozó csúcsokat kell
elkülöníteni és meghatározni a területüket. A spektrum összetettsége és a szcintillációs detektor viszonylag rossz
energiafelbontása miatt, általában azt a feldolgozási módszert választják, hogy az egyes izotópok jelentősebb
energiacsúcsai köré energiaablakokat definiálnak és az ablakokhoz tartozó impulzusszámlálási sebességeket (N
i
)
felírják a koncentrációk (C
i
) lineáris függvényeként (9.9. ábra). A súlyokat az egyes izotópok koncentrációihoz
tartozó hatásfokok határozzák meg.
(9.11.)
.
9.9. ábra. Természetes gamma spektrum spektrális feldolgozásának célja az izotópok elkülönítése, melyet a spektrum
megfelelően választott energiaablakaiban mért összegzett impulzusszámok alapján végeznek el. (Schlumberger
1998)
Több ablakkal – túlhatározott feladatként – a súlyozott legkisebb-négyzetek elve alapján illesztik a koncentrációkat.
A spektrum analízise után előáll az eredmény szelvény (9.10. ábra)
73
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

9.10. ábra. Spektrálgamma szelvények (jobb oldali sáv)
A Th/K arány felhasználására vonatkozó példát a 9.12. ábrán láthatunk, ahol a pontfelhő alapján azonosítható a
rétegsor jellemző agyagtípusa.
9.11. ábra. Ásványok elhelyezkedése a TH/K diagramon. Agyagtípus azonosítására alkalmas pontfelhő (illit,
szmektit)
74
Természetes gammamérés
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---