DE2158953B2 - Geophysikalische Meßanordnung - Google Patents

Description

verbunden ist, an dessen Ausgang die Aufzeichnungseinrichtung angeschlossen ist.

Vorteilhaft sind die Meßbereiche 1,78MeV für Vanadium und 1,43 MeV für Aluminium.

Gemäß der Erfindung liegt somit eine Vergleichsweise einfache geophysikalische Meßanordnung vor, die ohne das Erfordernis eines aufwendigen, z.B. von einem Rechner durchgeführten Spektrenvergleichs diükt eine Bestimmung des Vanadiumgehalts von auch Aluminium enthaltenden Erdformationen erlaubt und die angesichts der Tatsache, daß Aluminium als Bestandteil der häufig auftretenden AIuminosilikate bislang in hohem Maße die Bestimmung von Vanadium erschwert oder unmöglich gemacht hat, insbesondere vorteilhaft ist. j

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fe'genden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Anzeige eines Gammastrahlungsszintillattansdetektors bei Vorkorimen von Vanadium und Aluminium nach Anregung durch eine Neutronenstrah'ungsquelle,

Fig. 2 eine Anzeige eines Gammastrahlungsszintillationsdetektors bei Vorkommen von lediglich Aluminium nach Anregung durch eine Neutronenstrahlungsquelle und

F i g. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Meßanordnung.

Bei der erfindungsgemäßen geophysikalischen Meßanordnung wird eine herkömmliche Gammastrahlungsszintillationsdetektoranordnung verwendet, die einen Szintillationskristall und eine Fotovervielfacherröhre aufweist, deren Ausgangssignal die Anzahl der gemessenen Gammastrahlen pro Zeiteinheit, z. B. Zählungen pro Minute, bezeichnet.

Der Gamnastrahlungsszintillationsdetektor wird als Spektrometer verwendet, wobei ein Signal in Abhängigkeit von der Wechselwirkung eines Gammastrahls mit dem Kristall des Gammastrahlungsszintillationsdetektors abgegeben wird. Vollständig absorbierte Gammastrahlen führen zu einer verhältnismäßig schmalen Kennlinienspitze, während Gammastrahlen, die in den· Kristall gestreut werden, auf Grund der Comptonstreuung zu einem Spektrum führen.

Vanadium Sl läßt sich durch Bestrahlung mit Neutronen zu Vanadium 52 umwandeln, das radioaktiv ist, eine charakteristische Halbwcrtzeit besitzt und unter Bildung einer charakteristischen Emission zerfällt, die einen 1,43-MeV-Gammawert aufweist, der als Spitze in dem Gammaspektrum erscheint, das von dem Szintillationsdetektor gemessen wird.

Aluminium 27 läßt sich durch Bestrahlung mit Neutronen in Aluminium 28 umwandeln, das radioaktiv ist, eine charakteristische Halbwertzeit besitzt, und unter Bildung einer charakteristischen Emission zerfällt, die einen 1,78-MeV-Gammawert enthält, der als Spitze in dem Gammaspektrum erscheint, das von der Szintillationsdetektoranordnung gemessen wird. Das Gammaspektrum von Aluminium 28 weist jedoch außerdem ein Comptonspektrum auf, dessen Vorderkante bei 1,43 MeV liegt und mit der Vanadiumspitze in einem Gammaspektrum zusammenfällt.

Die von einer sowohl Vanadium als auch Aluminium aufweisenden und mit Neutronen bestrahlten Erdformation erhaltenen Gammastrahlenemissionen sind in F i g. 1 dargestellt. Die Gammastrahlenemissionen setzen sich aus den Gammaemissionen von Aluminium und von Vanadium in einem Energiebereich A-C, d. h. von ungefähr 0,80 bis 2,00 MeV zusammen. In Fig. 1 bezeichnet die Zahl 100 die Emission, die ausschließlich auf Grund von *\luminium bei einem Energiewert von 1,78MeV eifolgt, der in dem Energiebereich B-C gemessen wird. Die Zahl 200 bezeichnet die Emission, die in dem Energiebereich A-B bei 1,43 MeV auf Grund von Vanadium in Verbindung mit der Comptonstreuung von Aluminium erfolgt, die mit 300 bezeichnet ist. Da der Energiebereich A-B für Vanadium praktisch gleich demjenigen der Comptonstreuung von Aluminium ist, ist es praktisch unmöglich, eine Messung der Emissionen zu erhalten, die ausschließlich auf Grund von Vanadium erfolgen, wenn ebenfalls Aluminium vorhanden ist.

In Fig. 2 ist die Emission dargestellt, die auf Grund von lediglich Aluminium im Energiebereich A-C erfolgt, wenn eine nur Aluminium, aber kein Vanadium enthaltende Erdformation bestrahlt wird. Zum Beispiel kann ein Teil eines untersuchten Erzkörpers, der kein Vanadium enthält, mit Neutronen bestrahlt werden, um derartige Emissionen zu erhalten, oder ein anderer vanadiumfreier Erzkörper kann bestrahlt werden. In F i g. 2 ist weiterhin die Aluminium-Comptonstreustrahlung bei 300 dargestellt, und die Aluminiumemission, die vollständig von der Szintillationsdetektoreinrichtung absorbiert wird, ist bei 1,78 MeV mit 100 bezeichnet. Für einen gegebenen Szintillationsdetektor ist das Verhältnis der Fläche X zur Fläche Y konstant Das heißt, das Verhältnis der Anzahl der Gammaimpulse, die in den Energiebereich A-B fallen, zu der Anzahl der Gammaimpulse im Bereich B-C ist ein konstanter Faktor K, wobei K = XIY ist. Bei Verwendung dieses Faktors im Energiebereich B-C wird ein Signal erhalten, das lediglich die Comptonstreuung von Aluminium angibt.

Daher kann entsprechend F i g. 1 durch Subtraktion eines der K-fachen Zahl der Impulse im Energiebereich B-C entsprechenden Signals von einem den Gammaimpulsen im Energiebereich A-B entsprechenden Signal ein resultierendes Signal erhalten werden, das lediglich auf radioaktivem Vanadium beruht und dem Vanadium entspricht, das in dem das Bohrloch umgebenden Erz enthalten ist.

Bei Einführung der Bezeichnungen

V Impulszahl auf Grund von Strahlung angeregten Vanadiums,

X Impulszahl auf Grund der Comptonstreuung von Aluminium,

Y — Impulszahl auf Grund von Strahlung angeregten Aluminiums,

T = Gesamtimpulszahl im charakteristischen Energiebereich von Vanadium und

K= ^X Y

ergeben sich somit folgende einfache Gleichungen

Y	■ K	γ/·	Ο)
T	yr		(2)
V	n~>	- X

In F i g. 3 ist die geophysikalische Meßanordnung zu einem Integrierschaltkreis 12 geführt, der die Imgemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht, pulse integriert und ein Signal bildet, das der Zähldie eine Kapsel 1 aufweist, die in ein Bohrloch 6 in geschwindigkeit der gemessenen Strahlung im Enereiner Erdformation 5 abgesenkt wird. Die Kapsel 1 giebereich A-B proportional ist, die ihrerseits der kann z. B. aus einer Stahlröhre bestehen, die eine 5 Strahlung angeregten Vanadiums und der Compton-Neutronenstrahlungsquelle 2 enthält, wie etwa PoBe, streuung von Aluminium proportional ist.
AmBe oder Cf-252, und die auch einen Gammastrah- Das beide Anteile enthaltende Signal wird außerlungsszintillationsdetektor 3 aufweist, der z. B. aus dem einem zweiten Diskriminator 11 zugeführt, der einem Kristall aus NaI (Tl) oder CsI (Na) und einer nur die im Energiebereich B-C liegenden Impulse Fotovervielfacherröhre besteht, wobei die Neutronen- io durchläßt, die auf dem Vorkommen von lediglich strahlungsquelle 2 und der Detektor 3 voneinander Aluminium beruhen. Der Ausgang des Diskriminadurch geeignetes Material4, wie z.B. durch eine tors 11 ist zu einem weiteren Integrierschaltkreis 13 Polyäthylenstange und Blei abgeschirmt sind. Die geführt, der die Impulse integriert und ein Signal Erdformation 5 wird von der Neutronenstrahlungs- erzeugt, das der Zählgeschwindigkeit der gemessenen quelle 2 während einer bestimmten Zeit bestrahlt. 15 Strahlung in dem Energiebereich B-C proportional Anschließend wird die Kapsel 1 abgesenkt, wobei ist, die, wie oben erwähnt, proportional der Strahder Detektor 3 an den gleichen Punkt gebracht wird, lung auf Grund des Vorkommens von lediglich AIuder vorher von der Neutronenstrahlungsquelle 2 be- minium ist. Der Ausgang des Integrierschaltkreises strahlt worden ist. Das vom Detektor 3 abgegebene 13 ist zu einem Spannungsteiler 15 geführt, der das Signal wird von der Gammastrahlung sowohl des 20 Signal um den Faktor K verkleinert, der das Verangeregten Vanadiums als auch des angeregten Alu- hältnis der Impulse auf Grund von Aluminium innerminiums gebildet, wie bereits beschrieben und in halb des Energiebereichs A-B zu den Impulsen dar-F i g. 1 der Zeichnung dargestellt. stellt, die innerhalb des Energiebereichs B-C liegen,

Dieses, beide Anteile enthaltende Signal wird wie oben beschrieben. Die Ausgänge des Integriereinem üblichen Diskriminator 10 zugeführt, wie er 25 Schaltkreises 12 und des Spannungsteilers 15 sind zu z. B. in der US-PS 33 36 476 offenbart ist, der regel- einem Differenzverstärker 14 geführt. Das Ausgangsmäßig abgeglichen wird, so daß er nur die Impulse signal des Differenzverstärkers 14 entspricht der ausim Energiebereich A-B hindurchläßt, die die Emis- schließlich von Vanadium abgegebenen Strahlung, sionen auf Grund von Vanadium und der Compton- ist somit proportional dem Vanadiumgehalt der Erzstreuung von Aluminium betreffen, wie in Fig.! 30 formation und wird einer üblichen Aufzeichnungsgezeigt ist. Der Ausgang des Diskriminators 10 ist einrichtung 16 zugeführt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Geophysikalische Meßanordnung zur Bestimmung von gesuchten Elementen einer die Wand eines Bohrlochs bildenden Erdformation, die auch Aluminium enthält, mit einer eine Neutronenstrahlungsquelle sowie einen von dieser Quelle abgeschirmten Gammastrahiungsszintillalionsdetektor enthaltenden Sonde, zwei an den Detektor über eine Fotovervielfacherschaltung »ngeschiossenen Diskriminatoren, von denen der eine lediglich elektrische Impulse innerhalb des charakteristischen Energiebereichs des gesuchten Elements und der andere lediglich elektrische Impulse innerhalb des charakteristischen Energieliereichs von Aluminium durchläßt, zwei jeweils an den Ausgang eines Diskriminator» angeschlossenen lniegrierschaltkreisen, einer deren Ausgangssignale verknüpfenden Rechenschaltung und einer Aufzeichnungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Gehalts an Vanadium als gesuchtes Element der Ausgang des die Aluminium betreffenden Impulse erhaltenden Integrierschaltkreises (13) an einen Spannungsteiler (15) zur Dämpfung der Spannung um einen Faktor K — XlY angeschlossen ist, wobei X die auf Grund der Comptonstreuung von Aluminium erzeugte Impulszahl innerhalb des charakteristischen Energiebereichs von Vanadium ist, und Y die Impulszahl im charakteristischen Energiebereich von Aluminium ist; daß mit dem Ausgang des Spannungsteilers und dem Ausgang des die Vanadium betreffenden Impulse erhaltenden Integrierschaltkivises (12) ein Differenzverstärker (14) verbunden ist, an dessen Ausgang die Aufzeichnungseinrichtung (16) angeschlossen ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Meßbereiche 1,78 MeV für Vanadium und 1,43 MeV für Aluminium.

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Die Erfindung betrifft eine geophysikalische Meßanordnung zur Bestimmung von gesuchten Elementen einer die Wand eines Bohrlochs bildenden Erdformation, die auch Aluminium enthält, mit einer eine Neutronenslrahlungsquelle sowie einen von dieser Quelle abgeschirmten Gammastrahlungsszintillationsdetektor enthaltenden Sonde, zwei an den Detektor über eine Fotoverviclfacherschaltung angeschlossenen Diskriminatoren, von denen der eine lediglich elektrische Impulse innerhalb des charakteristischen Energiebereichs des gesuchten Elements und der andere lediglich elektrische Impulse innerhalb des charakteristischen Energiebereichs von Aluminium durchläßt, zwei jeweils an den Ausgang eines Disluiminators angeschlossenen Intcgriersclialtkreiscn, einer deren Ausgangssignale verknüpfenden Rechenschaltung und einer Aufzeichnungseinrichtung.

Die Verwendung einer Neutronenstrahlungsquclle zur Analyse von Erdformationen, wobei eine Erdformation mit Neutronen bestrahlt und angeregt wird, ist bereits bekannt und wird als Neutronenaktivierungsanalyse bezeichnet.

Aus der US-PS 34 63 922 ist die Anwendung der Neutronenaktivierungsanalyse bei der Exploration von Erzen, insbesondere von Silber, bekannt Wird zur Bestimmung des gesuchten Elements Neutronenstrahlung einer Energie von 14 MeV verwendet, die eine 15 cm dicke Paraffinschicht durchlaufen hat, so tritt bei Vorkommen von Aluminium ein hoher Störpegel auf Grund der von dem angeregten Aluminium emittierten Strahlung und der Comptonstreustrahlung des Aluminiums auf. Bei Verwendung von Neutronenstrahlung einer Energie von 3 MeV, die eine etwa 1 cm dicke Paraffinschicht durchlaufen hat läßt sich der Rauschabstand vergrößern.

Ferner ist es aus der US-PS 35 21 064 bekannt, ein von einer unbekannten Erdformation bzw. von einem gesuchten Element erhaltenes Spektrum der nach Neutroneneinfang emittierten Gammastrahlung mittels eines Rechners mit einem auf den bekannten und vermuteten Bestandteilen basierenden, vorher angefertigten Spektrum zu vergleichen.

In der US-PS 35 09 346 ist ein ebenfalls auf der Neulronenaktivierungsanalyse basierendes Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe sowohl Porosität als auch Zusammensetzung einer Erdfonnation gleichzeitig besrimmt werden sollen.

Des weiteren ist aus der US-PS 35 14 598 ein Verfahren zur Bestimmung des Vorkommens von Natrium in einer Erdformation bekannt, die auch Sauerstoff enthält. Bei diesem, ebenfalls auf der Neutronenaktivierungsanalyse beruhenden, bekannten Verfahren werden zwei aufeinanderfolgende Messungen für den gleichen Energiebereich vorgenommen. Das Verhältnis der ersten zur zweiten Messung für diesen Energiebereich ergibt eine relative Anzeige des Natriumgehalts und der Geschwindigkeit, mit der sich die Meßanordnung entlang eines Bohrloches bewegt, wobei zu beachten ist, daß bei diesem Verfahren die Meßanordnung außerdem mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden muß.

Den genannten Verfahren und Meßanordnungen des Standes der Technik ist vor allem der Nachteil gemeinsam, daß Elemente, die im angeregten Zustand im Bereich der Aluminium-Comptonstreustrahlung liegende Gammastrahlung rbgeben, bei Vorkommen von Aluminium nicht sicher bestimmt werden können. Angesichts der häufig auftretenden Aluminiumsilikate ist dieser Nachteil besonders schwerwiegend und erschwert speziell die Bestimmung von Vanadium, dessen Emissionsbereich mit dem Compton-Streustrahlbereich von Aluminium zusammenfällt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die genaue Bestimmung von Vanadium in einer auch Aluminium enthaltenden Erdformation zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bestimmung des Gehalts an Vanadium als gesuchtes Element der Ausgang des die Aluminium betreffenden Impulse erhaltenden Integrierschaltkreises an einen Spannungsteiler zur Dämpfung der Spannung um einen Faktor K = XIY angeschlossen ist, wobei X die auf Grund der Comptonstreuung von Aluminium erzeugte Impulszahl innerhalb des charakteristischen Energiebereichs von Vanadium ist, und Y die Impulszahl im charakteristischen Energiebercich von Aluminium ist; daß mit dem Ausgang des Spannungsteilers und dem Ausgang des die Vanadium betreffenden Impulse erhaltenden Intcgrierschaltkreises ein Differenzverstärker