JPS6156472B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は掘さく孔が縦断する地層の測定方法に
関し、更に詳しくは、掘さく孔近傍の地層に対し
強度が変えられた高速中性子雲を放射して、地層
測定を行う方法に関するものである。本発明によ
れば、強度が変えられた高速中性子の減速によつ
て生ずる熱中性子雲の諸種のパラメーターが測定
され、この計測値によつて高速中性子に対する熱
中性子の位相関係が定まる。また本発明で利用さ
れる掘さく孔走査機にはデユウトリユム・トリチ
ユウム加速器型高エネルギー中性子発生装置が配
備され、その出力は掘さく孔内で強度変化可能に
なされている。 地層の熱中性子崩壊時間特性の検証方法には、
現在二つの方法があり、その一つは中性子を利用
する方法であり、他の一つは中性子により誘起さ
れるガンマ線を利用する方法である。 この中性子の寿命測定による方法は掘さく孔中
の地層評価に特に有用であることが立証されてき
ている。 上述の両技術による方法では、共に高エネルギ
ーまたは高速中性子（14MeV）の中性子パルス
源が、掘さく孔を縦断する走査機に配備される。
そして第一の方法では、中性子源が繰返しパルス
を発するようになされ、各パルス毎に高速中性子
雲がパルス源周辺の地層に向つておよそ対称な球
状をなして放射され、注入される。そしてこの高
速中性雲は放射されたあと、掘さく泥土、掘さく
孔ケーシング、掘さく孔とケシング間の接合剤を
貫通してゆく。放射された高速中性子パルスは、
地層内で熱中性子群（すなわち低エネルギー中性
子群）が生成されるのに充分な時間すなわち、通
常20乃至30マイクロ秒の間、ほゞ一定の強度をも
つて存在するようになる。しかし、この雲状また
は群をなす熱中性子の数は、やがて地層内の捕獲
中心によつて捕獲され指数関数的に減少する。初
期の時間（およそ300マイクロ秒）後、つまり、
掘さく孔、泥土、ケーシング内に誘起されたガン
マ線放射能の影響が実質的になくなつたのち、相
次ぐ二つの時間において走査機の近傍における熱
中性子の数を測定することによつて、地層の熱中
性子雲または群の指数関数的な崩壊特性曲線を決
定することが可能となる。この二つの連続時間の
間隔は、たとえば、400から600マイクロ秒と700
から900マイクロ秒の二期間として設定されてよ
い。もし拡散効果が無視できるなら、熱中性子の
巨視的捕獲断面積εをもつ均一媒体中の熱中性子
群の崩壊式は、次のように表わされる。 N₂＝N₁e^-〓^VT …(1) ここで N₁＝時間T₁の第１時刻点における熱中性子数 N₂＝時間T₂の後続時刻点における熱中性子数 ｅ＝自然対数の底 Ｔ＝２測定間時間間隔（T₂−T₁） Ｖ＝熱中性子速度 第１式より得られる掘さく孔周辺の岩の巨視的
捕獲断面積εは地層の有孔度、地層内水塩度、お
よびその細孔空間に含まれている石油の量や種類
に左右されるものであり、有用な測定結果を構成
するようになる。 高エネルギー源から出た中性子が掘さく孔内の
物質や媒体、および周囲の地層や媒体と互いに作
用しあう時、中性子は適度を減じてエネルギーを
失う。中性子に対する“減速”の第１原因は水素
であり、水、炭化水素中に多量に含まれている。
高速中性子は減速によつて地層内の捕獲中心に捕
獲されると、その安定状態に達する間に特有な捕
獲ガンマ線を放出する。これが、前述の二種の連
続時間間隔で検知される“捕獲ガンマ線”であ
る。検知されるガンマ線の数は走査機近傍に発生
した熱中性子群の数に比例する。 これとは別に熱中性子自体はHe³あるいは他の
中性子検出装置を用いて、上記時間間隔で検出す
ることもできる。この固定時間ゲート測定法によ
つて、捕獲断面積εを決定することができる。 熱中性子崩壊時間または中性子寿命を測定する
第二の方法は、τ（熱中性子の吸収時定数）によ
つて定義される巨視的捕獲断面積εの逆数を用
い、τによつて定義される関係式は次のように与
えられる。 Ｎ＝No〓〓ここでτ＝１／Ｖε …(2) ここで Ｎ＝任意の時刻Ｔにおける熱中性子密度 No＝初期時刻Toにおける熱中性子密度 ｅ＝自然対数 τ＝熱中性子群が崩壊してToにおける値の
１／ｅになるに要する時間 この第二の方法で使用される走査機は二つの連
続時間間隔内の崩壊曲線を決定するのに捕獲ガン
マ線をカウントする方法をとつている。この場合
測定の二つの時間間隔は、中性子の放射巾、測定
の待ち時間および測定時間を構成する値τを用い
て実際の測定値τの関数として定義されるもので
ある。 前述の如く、従来方法では、実質的に一定強度
の中性子を放射し、そのあと、時間の関数とし熱
中性子崩壊時間を決定している。これに対して本
発明では、強度が変えられた中性子源によつて発
生される高エネルギー中性子を用い、熱中性子捕
獲ガンマ線により定義される生成熱中性子群の位
相に関連した計測がなされる。これによつて、掘
さく孔の環境が淡水、油などで満たされていて熱
中性子強度の掘さく部成分の減衰が地層部成分の
それよりも遅い場合でも地層測定が可能となり測
定環境の範囲を拡大できる。 本発明によれば、走査機は強度が変えられる高
速中性子源、熱中性子検出装置およびガンマ線検
出装置を含んで構成されている。この中性子源
は、時間と共に周期的、連続的に変化される高速
中性子群を発生し、この高速中性子群が周囲媒体
に導入される。この中性子群の減速によつて生ず
る熱中性子群は、それ自体コヒーレントな位相の
中性子雲を包含しており、ガンマ線検出装置によ
つて検知されるものである（この目的のためにガ
ンマ線検出装置が所定位置に配備されている。）。
ついで中性源によつて発生された高速中性子雲に
対する熱中性子雲（強度が変えられた）の相対位
相角が計測される。中性子検出装置は掘さく孔に
帰因する熱中性子群を主に検出する目的で走査機
の所定部位に配備されている。そして再び強度が
変えられた中性子源に関連してこの熱中性子群の
位相が計測される。ガンマ線検出装置で計測され
る合成位相（地層による成分と掘さく孔による成
分の合成と考えられる）は中性子源に対する位相
を示し、これはガンマ線検出装置の応答から決定
される。中性子源に対する掘さく孔による成分の
位相角は熱中性子検出装置の応答から算出され
る。そして掘さく孔成分に関連した位相角成分を
前述の合成位相角から差引くことによつて、地層
成分による位相角成分のみを算出することができ
るようになる。位相角は前述の二つの検出装置か
らのカウント数を特定の方法で合計し位相角に対
応するタンジエント値として算出することによつ
て決定される。この位相角に対するタンジエント
の値から、地層における熱中性子崩壊時間τまた
はそれに対応する巨視的捕獲断面積εが得られ
る。 地層内の熱中性子崩壊時間または捕獲断面積を
決定するための計測系は、ガンマ線検出装置から
の放射能カウントを表わす正の鋭い尖頭の電気パ
ルス信号と、高速中性子の強度の交番周期に対応
した正の、大きな鋭い尖頭の同期パルスと、熱中
性子検出装置によつて検出される熱中性子を表わ
す負の鋭い尖頭の電気パルス信号とを発する地下
装置を含んで構成されており、一方地表では掘さ
く孔深度の関数としての測定の記録をなす記録計
を含んで構成されている。地下における計測はそ
れぞれ独立に、ガンマ線カウント信号は第１の計
算回路に供給され、熱中性子カウント信号は第２
の計算回路に供給されるようになされている。第
１の計算回路は、前述した合成位相角のタンジエ
ント値を決定し、第２の計算回路は掘さく孔によ
る位相角のタンジエント値を決定する。地層によ
る成分に対する補正されたタンジエント値は合成
位相角タンジエント値から掘さく孔による位相角
タンジエント値を差引くことによつて決定され
る。このようにして地層による成分の値から熱中
性子捕獲断面積または崩壊時間値が決定され、記
録される。 本発明の更に他の特徴・利点は、以下に図面を
参照して述べる詳細な説明によつて明らかとなろ
う。 第１図において、掘さく孔１０は地層１１を縦
断し、所定の位置に固定された筒状ケーシングが
これを裏打ちして配される。走査機またはゾンデ
１２は、地上に配されたウインチまたはリール１
４に巻装された外装電気ケーブル１３によつて掘
さく孔１０に懸垂される。深度データは点線１６
で略示されている通常の電気的または機械的機構
により掘さく孔内の走査機１２の深度の関数とし
て滑車輪１６Ａからトラツク１５に伝達される。
こうして走査機１２による測定結果はケーブル１
３を介してトラツク１５に伝達され、深度の関数
としてごく通常の深度測定記録計（図示せず）に
よつてトラツク１５内に記録される。 本発明で用いられる走査機１２は、典型的に
は、その底部のノーズピースまたはブルプラグ１
２Ａ、中性子発生源１２Ｂ、放射線防護部１２
Ｃ、熱中性子検出装置１２Ｄ、ガンマ線検出装置
１２Ｅ、および電子装置１２Ｆを含んで構成され
ている。中性子検出装置１２ＤはHe³かBF₃（三
弗化ほう素）利用の装置である。ガンマ線検出装
置１２Ｅは光電子倍増管と結合したNal（Tl）結
晶を利用した装置である。電子装置１２Ｆは電源
と、検出装置１２Ｄおよび１２Ｅから得られるガ
ンマ線と熱中性子のカウント信号に対応した電気
信号を発生する同期パルス発生器と信号レベル検
出器によつて構成されている。 地下測定系への電力はトラツク１５内にある地
上の電力源（図示せず）から外装ケーブル１３内
の導線を介して供給される。外装ケーブルは通常
の複線深度測定ケーブルでよく、もし望むなら、
外装同軸ケーブルでもよい。本発明では検出装置
１２Ｄによつて検出された熱中性子は、それに対
応して電子装置１２Ｆ内で発生される負の鋭い尖
頭を有する電圧パルスとしてケーブル１３を介し
て地上に伝送される。検出装置１２Ｅによつて検
出されたガンマ線は、それに対応して電子装置１
２Ｆ内で発生される正の鋭い尖頭を有する電圧パ
ルスとしてケーブル１３を介して地上に伝送され
る。また、より大きな振幅と、正の鋭い尖頭を有
する同期パルスが、中性子源１２Ｂの強度変化の
各周期に対応して一回宛電子装置１２Ｆから伝送
される。 中性子源１２Ｂはデユウトリウム・トリチユウ
ム加速器型であることが望ましい。この種の中性
子源は、トリチユウムを含んだターゲツト物質に
重水素イオンを加速し、射突せしめる構造を有し
ている。この場合、重水素イオンは通常熱によつ
て放出される重水素を含む物質からなる補充体を
用いて供給される。このようにして得られた重水
素原子はイオン源へと導かれる。このイオン源は
補充体からの重水素をイオン化し、ターゲツト物
質上へ加速するのに適したビームに陽イオンを収
束するための電場が与えられた真空管部を含んで
構成されている。この場合ターゲツト物質は高い
負電位に保たれる。このイオン源は通常の三極管
に類似した電極構造を有し、かつコントロールグ
リツドに類似の部品を供えている。この“コント
ロールグリツド”部へ時間的に変化する電圧を加
えることによつて、加速管の中性子出力は、時間
と共に連続的、周期的に強度が変る中性子出力が
得られるように変調される。 デユウトリユム・トリチユウム加速器に代えて
機械的発生源を利用する場合、発生源は第２図に
図示されるような構造となる。同図において、ベ
リリウムの円筒状芯２０は中心軸２１の周囲に回
動可能に載置され、一定の角速度でモーター２２
によつて駆動される。そして縦に延在する２つの
ニツケル断片２３がベリリウムの外壁に取りつけ
られ、直径方向に対面している縦に延在した四分
円とは互いに90゜以内の角をなすよう配置され
る。筒状の外側ハウジング２４は同心状に軸２１
のまわりに配置され、芯２０に関して静止関係に
ある。縦に延在するプルトニウム238またはアク
チニウム227の断片２５はハウジング２４の内壁
上で直径方向に配置され、かつ互いに直径方向に
配される四分円を90゜をなすように配置される。
断片２５と２３の形状は、互いに一定の速度です
れ違う時、放射性断片によつて放射されるアルフ
ア粒子のむらのない均一な作用がベリリウムまで
達することができるように成形される。この機構
によれば芯２０を回転せしめて（時間の関数とし
て）強度が変えられた中性子雲を発生することが
できる。 本発明の理解を深めるために、最初に基礎とな
る原理の説明をする。以下の説明では、分析を容
易にするために単純化した仮定を置く。即ち、
今、空間的に分布した熱中性子（あるいは熱中性
子雲）源が高エネルギー中性子源の作用によつて
地層内に発生したと仮定する。また、中性子源か
らの高速中性子の減速時間τｓが熱中性子崩壊時
間τ（先に定義された）よりきわめて短いと仮定
する。この仮定は、たとえば高多孔性で液体によ
り飽和した砂れき層に対しては有効である。 地層内における熱中性子群Ｎの時間変化率に対
する下記の微分方程式は、基礎原理から導きうる
ものである。 ｄＮ／ｄｔ＝λ・Ｎ＋λｓ〔No＋δNoeⁱ〓^t〕 …(3) ここで No＝発生した高速中性子の平均数 δNoeⁱ〓^t＝時間ｔと共に連続的、周期的に周
波数ωで変化する高速中性子数 Ｎ＝熱中性子群密度 λ＝τを熱中性子崩壊時間としたときの１／τ λｓ＝τｓを中性子の減速時間としたときの
１／τｓ ω＝２πν＝２π／Ｔ ここでνは高速中性子
源強度変化の周波数、またＴはその周期であ
る。 時間の関数としての熱中性子群密度に関して方
程式(3)を解くと、 ここでは中性子源の強度に対する地層熱中性
子の強度の位相角であり、この位相角は高速中性
子群から熱中性子群への生成（これは地層が熱中
性子に対して持つ特性の関係である）時間遅延と
考えることができる。 熱中性子群密度Ｎ（ｔ）が発生源強度から遅れ
る位相角は次のように表わされる。 ＝ARCTAN（−ω／λ） ＝ARCTAN（−ω・τ） ＝ARCTAN（−２πτ／Ｔ） …(5) 式(5)を用いて位相角を測定し、走査した地層
の熱中性子崩壊時間τの値を導出することができ
る。本発明のように位相角測定による熱中性子崩
壊時間τの決定は、後述するように、バツクグラ
ンド放射線の影響が自動的に考慮されるので望ま
しい。 熱中性子崩壊時間または中性子寿命測定中に一
般に起きる熱中性子崩壊時間と種々の励起源周波
数とに対して予測される位相角の値を表に示
す。この表から、低い動作周波数ほど、位相角測
定のダイナミツクレンジが広くなることがわか
る。

【表】 ダイナミツクレンジと位相ずれ効果の大きさ間
の実際的折衷点として、発明の好適な実施例では
約400Hzの強度変化周波数が用いられる。 しかしながら場合によつては正弦波以外の他の
波形が同様に利用することができ、またある条件
下ではその方が好ましい場合があることは勿論で
ある。 実際の掘さく孔測定においては、掘さく孔周囲
部の影響をも考慮に入れなければならない。実際
測定された位相角は掘さく孔および地層部によ
る位相角の重畳位相角であり、次のように表わさ
れる。 Ｒ・ｅⁱ＝Ｒ_Be ^{i B}＋Ｒ_Fe ^{i F} …(6) ここで Ｒは発生源に対する位相角がのときの熱中性
子測定の強度の合成振幅、 Ｒ_Bは熱中性子強度の掘さく部成分の振幅、 Ｒ_Fは熱中性子強度の地層部成分の振幅、 _Bは掘さく孔部成分に対する位相角、 _Fは地層部成分に対する位相角である。 掘さく孔部成分と地層部成分の合成位相角の
タンジエント値は、 TAN＝（Ｒ_BSIN_B＋Ｒ_FSIN_F）／ （Ｒ_BCOS_B＋Ｒ_FCOS_F） …(7) または TAN＝〔TAN_F＋Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ｆ ・TAN_B・（ＣＯＳ_Ｂ／ＣＯＳ_Ｆ）〕 ／〔１＋Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ｆ・（ＣＯＳ_Ｂ／ＣＯＳ_Ｆ）
〕 と表わされる。 通常生じる位相角と、500Hz以下の周波数と、
表に示したＲ_B／Ｒ_Fの比とに対して、比COS
_B／COS_Fを数パーセント以上の誤差を生ず
ることなく値「１」に等しくすることができる。
それゆえ(7)式は次のごとく近似される。 TAN〓 （Ｘ・TAN_B＋TAN_F）／（１＋Ｘ）
…(8) または TAN_F〓 TAN＋Ｘ・（TAN−TAN_B） ここでＸ＝Ｒ_B／Ｒ_Fであり、TANがTAN_F
に近づくと、この比 Ｘ＝掘さく部成分の大きさ／地層部成分の大きさ＝Ｒ
_Ｂ／Ｒ_Ｆ はTANと比べて小さくなければならない。 掘さく孔部分における熱中性子崩壊時間は典型
的な湾岸掘さく孔の場合小さなTAN_Bを結果す
る平均35マイクロ秒程度で測定された。掘さく孔
部成分に起因する誤差を除くため、Ｘ＝Ｒ_B／Ｒ_F
の比はTANと同時に測定されねばならない。
何故ならＸは有孔度により変るからである。この
Ｘ＝Ｒ_B／Ｒ_Fの比はプルトニウムベリリウム中性
子源と、汚れのない石灰水中の2″（約５cm）×
4″（約10cm）NaI（TI）ガンマー線検出器と、ケ
ーシングされかつ水に満たされた掘さく孔とに対
して表に示すごとく、発生源と検出器との間隔
を増加させることによつて小さくすることができ
る。

【表】 表は表の25.5％の有孔性をもつ石灰層に対
する正確な地層位相測定の改良結果を上記間隔と
比Ｘによつて示したものである。

【表】 NaI（Tl）ガンマ線検出器を用いた塩素掘さく
孔測定装置の詳細な研究によつて、掘さく孔ガン
マ線成分の全検出器応答に対する寄与が掘さく孔
内の熱中性子束に比例することが判明している。
掘さく孔内の熱中性子束は、He³またはBF₃カウ
ンタのような熱中性子検出器による別個の熱中性
子測定により決定される。適当な較正を行なえば
ガンマ線検出器の応答内に含まれている掘さく孔
成分Ｒ_Bは熱中性子測定を用いて減算により求め
ることができ、その結果地層部成分Ｒ_Fだけが残
る。また、掘さく部成分位相角_Bは掘さく部成
分の測定によつて得ることができる。求められた
Ｒ_B，Ｒ_F、および_Bから、地層部成分の真の位
相角_Fは掘さく部成分と地層部成分の位相遅延
の合成位相角から得られ、TAN_Fの値は(7)お
よび(8)式から得られる。TAN_Fの値を用いて地
層熱中性子崩壊時間が(5)式により得られる。 熱中性子に対する巨視的捕獲断面積εは熱中性
子崩壊時間τの関数であり、ある場合には次のよ
うに定義される。 ε＝４５４５／τ …(9) ここでτの単位はマイクロ秒、εはcm²／cm³であ
る。 掘さく部分の熱中性子崩壊時間は、掘さく部液
体の均質性のために、掘さく孔中において全体的
に小さく、事実上一定である。この量はまた任意
の地域内における掘さく孔群でふつう同じ値をと
る。このような場合には、TAN_Bを測定する必
要はないだろうし、ある特定の地域における代表
値を測定装置の較正定数として決めることができ
る。 位相角および_Bのタンジエント値は、中性
子源強度変化周期の連続した1/4同期で地層の熱
中性子捕獲を表わすガンマ線と掘さく孔内の熱中
性子束を表わす熱中性子とをカウントすることに
よつて測定される。第３図に、中性子源強度の変
化サイクルの一周期が曲線Ｎで示されている。検
出器応答曲線Ｄは第４図に示されている。時間t₀
は中性子強度が中性子発生器の平均中性子出力を
越える瞬間の“時間軸ゼロ”通過点である。時間
間隔t₀−t₁（中性子源の強度変化周期の四分の
一）内で、検出器からカウントされた数C₁はあ
るカウンタに蓄積される。各連続した1/4周期に
対する時間間隔t₁−t₂，t₂−t₃，t₃，t₄、それに対
応する計数C₂，C₃，C₄は他のカウンタに蓄積さ
れる。曲線Ｎに関する検出器反応曲線Ｄの位相ず
れは時間と位相角の関数であり、次式で与えら
れる。 △ｔ＝／２π／Ｔ …(10) 発生器出力曲線Ｎに対する検出器応答曲線Ｄの
位相ずれによるタンジエント値は次式で与えられ
る。 TAN＝（Ｃ_１＋Ｃ_４）−（Ｃ_２＋Ｃ_３）／（Ｃ_１＋
Ｃ_２）−（Ｃ_３＋Ｃ_４）…(11) 式(11)より、中性子源強度変化周期よりきわめて
長い半減期をもつた自然放射能によるいかなるバ
ツクグランドも、測定中に自動的に消去されるこ
とがわかる。なぜなら、バツクグランドが強度変
化周期の各1/4周期内で実質的に一定であると考
えられる（バツクグランドの周期は強度変化周期
より長い）からである。 第５図には、合成位相角および掘さく部成分
位相角_Bから、合成成分に対する掘さく孔部成
分の比Ｒ_B／Ｒ_F、熱中性子崩壊時間τ、または巨
視的捕獲断面積εなどを決定するデータ処理装置
が示してある。この装置は第１図の測定トラツク
１５に配備され、全地層部成分の値（Ｒ_F＋Ｒ
_B）、掘さく孔部成分の値Ｒ_Bおよび比Ｒ_B／Ｒ_Fを
もまた決定する。周辺部媒体の合成成分に対する
熱中性子崩壊時間τは第１の処理チヤンネル３０
で決定され、掘さく孔部分の崩壊時間τ_Bは第２
の処理チヤンネル３１で決定される。合成された
地層部成分（Ｒ_F＋Ｒ_B）の大きさは第３のチヤン
ネル３２で決定される。掘さく孔部成分Ｒ_Bの大
きさは第４のチヤンネル３３で決定される。 第５図に示されるように、第１図の１２Ｆから
の正の大きな同期パルスを含んだ電圧信号と、ガ
ンマ線測定に対応する第１図の検出器１２Ｅから
の正の電圧パルスと、熱中性子測定に対応する第
１図の検出器１２Ｄからの負のパルスはパルス分
離装置４０に加えられ、大きい振幅の正の同期パ
ルスと小さい振幅のプラスのガンマ線検出パルス
が、ダイオードロジツクにより、極性によつて熱
中性子検出器パルスから分離される。同期パルス
およびガンマ線データパルスはパルス増幅器４１
に送られ、増幅される。単チヤンネルのパルス高
さ分析器４２は増幅器４１の出力側に接続され、
選択的に振幅に基づいてガンマ線パルスを分離す
る。分析器４２の出力は導線４３を介して、この
値を用いて次の計算のためにチヤンネル３０およ
び３２に加えられる。同期をとるため、もう一つ
の単チヤンネルパルス高さ分析器４４は増幅器４
１に接続され、振幅によつて選択的に同期パルス
を分離し、このパルスを出力導線４５に加える。
導線４５に加えられる同期パルス出力は、上述の
中性子強度変化周期に関して適切な時間間隔でデ
ータゲートをコンデイシヨニングする出力信号を
供給するための時間ゲート装置４６および４７を
同期するのに用いられる。前述したように、一つ
の同期パルスは第１図の中性子発生器１２Ｂの中
性子強度変化期間の各周期ごとに発せられる。分
析器４２からのガンマ線データパルス出力は導線
４３を介して複入力ANDゲート５０に加えられ
る。時間ゲート装置４６は時間t₀−t₁，t₁−t₂，t₂
−t₃，t₃−t₄として定められた1/4周期間にガンマ
線パルスを出すANDゲート５０をコンデイシヨ
ニングする（図４参照のこと）ように作動する。
この時間に発生するカウント総量は、C₁，C₂，
C₃，C₄として示される。中性子発生中性子強度
変化の一周期に対し、時間間隔は一周期の連続的
な90゜の範囲（または1/4周期）に対応する。こ
のようにして、第１のチヤンネル３０において計
測されたガンマ線カウントは４つの等しい1/4時
間周期に分離され、時間t₀からはじまる中性子強
度変化された中性子発生に同期される。 AND回路５０はカウンタ５２の加算・減算入
力端子のどちらかにパルスを加える加減カウント
論理回路５１にパルスカウントO₁とO₄を加える
ようになされている。パルスカウントC₁および
C₄がカウンタ５２の加算入力端子に加えられて
代数的に加算される。論理回路５１によりカウン
タ５２の減算入力端子にパルスカウントC₂およ
びC₃が加えられ、C₂およびC₃は代数的にパルス
カウントC₁＋C₄から減ぜられる。このようにし
てカウンタ５１は動作の一周期（中性子強度変化
期間）において代数的にパルスカウントC₁およ
びC₄を加算し、パルスカウントC₂およびC₃を減
算し、それによつて式(11)の右辺の分子を形成す
る。 同様にAND回路５０は、時間ゲート４６およ
び加減カウント論理回路５３によつてコンデイシ
ヨニングされ、パルスカウントC₁およびC₂をデ
ータパルスカウントC₁およびC₂を合計するカウ
ンタ５４の加算入力端子に加えられる。加減カウ
ント論理回路５３はまたパルスカウントC₃およ
びC₄をカウンタ５４の減算入力端子に加え、パ
ルスカウントC₃およびC₄をパルスカウントC₁お
よびC₂から代数的に減ずる。その結果得られる
値はカウンタ５４内で式(11)の分母となる。カウン
タ５２および５４はそれぞれ伝達信号を受けるた
びにカウンタに貯蔵された数を読み出す関連デコ
ード回路５５および５６を有している。伝達信号
を得るために、同期分析器４４の出力線４５は同
期パルスをカウントするスケーラー回路５７に接
続されている。前もつて選択された周期数を受け
ると、スケーラー回路５７はデコーダ５５，５６
のそれぞれに伝達ワンシヨツトマルチバイプレー
タ５８を作動させて、伝達信号を発生し、同時に
マルチバイブレータ５８はリセツト回路５９を励
起してカウンタ５５および５６をリセツトする。
デコード回路５５および５６のそれぞれはデジタ
ル数をアナログ信号に変換するデジタル・アナロ
グ回路５７および５８に接続される。アナログ回
路５７および５８出力はカウンタから導き出され
る値を比率回路５９に与えるようになされてい
る。比率回路出力は掘さく孔周囲部成分と地層成
分の総成分に対する位相角のタンジエント値で表
わされる。前述のように、ずれ位相角のタンジエ
ント値は次式によつて与えられる。 TAN＝（Ｃ_１＋Ｃ_４）−（Ｃ_２＋Ｃ_３）／（Ｃ_１＋
Ｃ_２）−（Ｃ_３＋Ｃ_４）…(12) 積分器および時定数回路装置６０はアナログ出
力を受けて、その出力信号をアナログレコーダ６
１に供給する。レコーダ６１は直接にあるいは変
換した形で位相角のタンジエント値、崩壊時間
τ、または捕獲断面積εを記録する。 また、分析器４２からの出力信号は地層および
掘さく孔成分に起因するC₁からC₄までの総パル
スカウントをカウントする導線４３を介してチヤ
ンネル３２に加えられる。1/2周期で、タイミン
グ同期パルス導線６６に与えられ伝達回路装置６
７を励起し、この回路６７がデコード回路６８を
作動させる。デコード回路６８は、伝達パルス発
生時点のカウンタ６５のカウント数を読み取る。
デコード回路６８の出力は、ガンマ線数の関数と
してアナログ信号を差動増幅器７０に対してその
出力を与えるデジタル・アナログ回路６９に加え
られる。伝達回路６７からの伝達パルスが発生さ
れると、リセツト回路７１が動作してカウンタ６
５をリセツトする。Ｄ／Ａ変換器６９の出力は、
地層および掘さく孔部成分の合計である（Ｒ_F＋
Ｒ_B）を表わしている。 熱中性子パルスは分離装置４０により分析器４
９にパルスを与えるパルス増幅器４８へ加えられ
る。分析器４９の出力は複入力ANDゲート回路
７２へ加えられる。時間ゲート装置４７は、これ
まで述べてきたと同様に、４つの1/4周期ごとの
熱中性子パルス量C₁，C₂，C₃，C₄を連続して出
力するようにANDゲート回路７２をコンデイシ
ヨニングする。 AND回路７２はその時間内に検出されたパル
スカウントC₁およびC₄を加減カウント論理回路
７３に加えるようになされており、この回路７３
がカウンタ７４の加算入力端子にパルスを加える
ようになる。カウンタ７４はデータパルスC₁お
よびC₄を合計する。またAND回路７２は、パル
スカウントC₂およびC₃を加減カウント論理回路
７３に加えるようになされていて、この回路７３
がカウンタ７４の減算入力端子にパルスを加える
ようになる。カウンタ７４ではC₂およびC₃のパ
ルスカウントをC₁およびC₄のパルスカウントか
ら減ずる代数計算が行なわれる。 さらに、AND回路７２はパルスカウントC₁お
よびC₂を加減論理回路７５に加えるようになさ
れていて、この回路７５が加減カウンタ７６の加
算あるいは減算入力端子のどちらかにパルスを加
えるようになつている。カウンタ７６は加算入力
端子に加えられるデータパルスカウントC₁およ
びC₂を合計する。論理回路７５はパルスカウン
トC₃およびC₄を加減カウンタ７６の減算入力端
子に加え、そしてパルスカウントC₃およびC₄を
パルスカウントC₁およびC₂から減ずる代数計算
が行なわれる。カウンタ７４，７６はそれぞれに
関連したデコード回路７７，７８を有していて、
このデコーダ回路によつて伝達信号受信にともな
いカウンタ内に蓄積される数が読みとられる。伝
達信号を得るため分析器４４の出力線４５はスケ
ーラー回路８０に接続されており、この回路８０
は同期パルスをカウントし、前もつて選別された
サイクル数に達するとワンシヨツトマルチバイブ
レータ８１を動作させて、デコーダ７７および７
８のそれぞれに伝達信号を供給する。同時に、前
記バイブレータ８１はリセツト回路８２を作動さ
せてカウンタ７４，７６をリセツトする。各デコ
ード回路７７，７８はデジタル数をアナログ信号
に変換するデジタル・アナログ回路８１，８２に
接続されている。アナログ回路８１，８２の出力
はカウンタから得られる値を除す比率回路８３に
与えられる。次いで、この比率回路の出力は式(11)
の掘さく孔周辺成分に対応する位相角tan_Bの値
として表わされる。積分回路装置８４はアナログ
出力を受け、アナログレコーダ８５へ出力信号を
供給する。 分析器４３からの出力信号は導線９０を介して
熱中性子検出器からの総カウント数を加算するカ
ウント回路９１を有するチヤンネル３３に加えら
れる。1/2周期で同期パルスが導線６６に与えら
れ伝達回路装置９２を励起しデコード回路９１を
作動させる。このデコード回路９１は伝達パルス
発生時のカウンタ９０における数値を読み取る。
デコード回路９１の出力はデジタル・アナログ回
路９４に加えられ、この回路はその出力として熱
中性子数の関数としてのアナログ信号をアナログ
乗算器９５に与える。乗算器は乗算機能を持つた
調整回路９６を有している。乗算器９５の出力は
導線９７を介して差動増幅器７０およびアナログ
比率回路９８に与えられる。差動増幅器７０は
Ｄ／Ａ変換器６９による（Ｒ_B＋Ｒ_F）と乗算器９
５によるＲ_Bとの関数とを合成し、Ｒ_Fの関数を出
力する。比率回路９８はＲ_B／Ｒ_Fの比を得、この
値をレコーダ９９に出力する。 積分回路６０の出力はTANに対する値を表
わし、一方積分器８４はTAN_Bに対する値を表
わす。これら二つの出力は差動増幅器８６内で合
成され、差TAN−TAN_Bに対応する出力を作
り、その差はレコーダ８７で記録される。 また、関係式 TAN_F＝TAN ＋Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ｆ（TAN−TAN_B） …（13） で示されるTAN_Fの値は比率回路９８のＲ_B／
Ｒ_F信号値と増幅器８６からの（TAN−TAN
_B）の値とを乗算器８８を介して合成することに
より決定される。乗算器回路８８の出力は、加算
器回路８９によつて積分器回路６０の出力に加え
られ、前記加算器の出力であるTAN_Fはレコー
ダ８９Ａによつて記録される。 第６図には時間ゲート４６、ANDゲート５
０、論理回路５１，５３、カウントおよび記録回
路の更に詳細を示した。この要部詳細図によつ
て、同型チヤンネルの同型回路構成が容易に理解
されよう。同期信号１００（第７図参照）は４つ
の時間ゲート４６（Ａ−Ｄ）のそれぞれに与えら
れ、ついで中性子発生強度変化周期（曲線Ｎ）の
各90゜に対してゲート駆動パルス１０１から１０
４が生じ、このゲート駆動パルスはAND回路５
０（Ａ−Ｄ）に加えられる。ゲート駆動パルス１
０１から１０４の発生は、次いでAND回路（Ａ
−Ｄ）を作動させ、その間に生じたカウントを論
理回路５１および５３に伝達する。この論理回路
５１，５３はOR回路であり、OR回路５１Ａはデ
コードカウンタ５２の加算入力に接続されてお
り、一方OR回路５１Ｂはカウンタ５２の減算入
力に接続されている。カウンタ５４の加算入力は
OR回路５３Ａに接続されており、一方減算入力
はOR回路５３Ｂに接続される。AND回路５０Ａ
はOR回路５１Ａ，５３Ａの入力に接続され、
AND回路５０ＢはOR回路５１Ｂ，５３Ａの入力
に接続され、さらに、AND回路５０ＣはOR回路
５１Ｂ，５３Ｂに接続され、さらにまた、AND
回路５０ＤはOR回路５１Ａ，５３Ｂに接続され
る。このようにしてOR回路５１Ａはカウンタ５
２に加算カウントC₁，C₄を供給し、OR回路５１
Ｂはカウンタ５２に減算カウントC₂，C₃を供給
し、そしてOR回路５３Ａはカウンタ５４に加算
カウントC₁，C₃を供給し、さらにOR回路５３Ｂ
は減算カウントC₃，C₄をカウンタ５４に供給す
る。 デコードカウンタ５２，５４はカード・ラツチ
（quad latch）デコード回路５５，５６にそれぞ
れ接続されている。このデコーダ５５，５６が伝
達パルスを受けて、カウンタがリセツトパルスに
よつてリセツトされると、それらデコーダ５５，
５６がカウンタの計数を読み取る。伝達パルスは
同期パルスに関連して発生する。分析器４４から
の同期パルスはスケール回路５７Ａに与えられ、
それによつて該同期パルスがカウントされる。ス
ケールスイツチ５７Ｂは伝達パルスの発生前の望
ましい同期あるいは同期パルスの数を決定する。
このスイツチ５７Ｂはワンシヨツトマルチバイブ
レータに接続されていて、このバイブレータはデ
コード回路５５，５６のおのおのに対して伝達パ
ルスを発生させ、カウンタ５２および５４にリセ
ツトパルスを加えるリセツト回路５９をトリガす
る。 前述した装置の操作中、走査機１２は外装測定
ケーブル１３によりケーシングされた掘さく孔内
を航行し、トラツク１５においては記録計、例え
ばテープまたはアナログ記録装置がケープル動作
で駆動され、時間の関数として記録がとられる。
走査機内の高エネルギー中性子発生源１２Ｂは周
囲媒体に均一に強度が変えられた中性子源を提供
するように強度変化されている。 この走査機は熱中性子検出装置１２Ｄおよびそ
れに隣接して設けられたガンマ線検知装置１２Ｅ
を含んで構成されている。ガンマ線検出装置１２
Ｅは周囲媒体からの熱中性子捕獲ガンマ線に応答
し、掘さく孔と地層とに起因する成分を含む。熱
中性子検出装置１２Ｄは掘さく孔中の熱中性子束
に応答する。 中性子発生の周期それぞれに対し同期タイミン
グパルスが発生され、熱中性子検出が中性子数の
関数であるマイナスの電気パルスを発生させる。
一方ガンマ線検出装置は周囲媒体の熱中性子捕獲
の関数であるプラスの電気パルスを発生させる。
これらの電気信号はトラツク記録装置１５に伝達
される。 トラツク記録装置１５において電気パルスは１
つの計算回路から送られた熱中性子信号と他の計
算回路から送られたガンマ線信号とに分離され
る。１つの角に対するタンジエント値は数学的に
カウントの代数的演算によつて決定され、これは
次式で与えられる。 TAN＝（Ｃ_１＋Ｃ_４）−（Ｃ_２＋Ｃ_３）／（Ｃ_１＋
Ｃ_２）−（Ｃ_３＋Ｃ_４）…（14） ここでC₁は発生源強度変化期間の最初の1/4周
期で計算されたカウントであり、タンジエント角
は初期中性子源密度に比例する熱中性子密度の位
相ずれ（あるいは時間遅れ）に関連しており、タ
ンジエント値によつて崩壊時間あるいは捕獲断面
積が決定される。 それぞれの計算チヤンネルは同期パルスにより
時間調整され、希望する発生源周期の数倍の時間
間隔までTANの計算を行う。 同時に熱中性子信号とガンマ線信号はそれぞれ
1/2周期ごとにカウントされ、地層部成分に対す
る掘さく孔成分の比を求めるため比率回路９８に
与えられる。掘さく孔および地層部成分の位相角
と比率は地層部成分の位相角を導出するため合成
され、崩壊時間または捕獲断面積が記録される。 場合によつては掘さく部成分Ｒ_Bは一定とみな
すこともでき、すでに明らかに述べた方法で装置
に入力することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は地層を横ぎる掘さく孔中における本発
明による測定法を実施する測定系の概略断面図、
第２図は強度変化高エネルギー中性子を発する中
性子源の斜視図、第３図は時間の関数として表わ
した中性子発生の一周期を示すグラフ、第４図は
第３図の曲線と時間的関連をとりつつ時間の関数
として表わした熱中性子応答の一周期を示す図、
第５図は本発明の方法を実施した掘さく孔内で得
られる信号処理のための地上装置ブロツク線図、
第６図は第５図の部分詳細図、第７図は高速中性
子と熱中性子雲に関連した電気信号のグラフであ
る。 １０……掘さく孔、１１……地層、１２……走
査機（ゾンデ）、１２Ｂ……中性子発生源、１２
Ｄ……熱中性子検出装置、１２Ｅ……ガンマ線検
出装置、２０……ベリリウムの円筒状芯、２１…
…中心軸、２３……ニツケル断片（筒状外側ハウ
ジング）、２５……プルトニウム238またはアクチ
ニウム227の断片、４１……パルス増幅器、５
２，５４……カウンタ、５５，５６……デコード
回路（デコーダ）、５８……伝達ワンシヨツトマ
ルチバイブレータ、６５……カウンタ、６３……
デコード回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地層を横切る掘さく孔内で発生される熱中性
   子特性を用いて前記掘さく孔が横切る地層のバラ
   メーターを決定して地層を測定する方法におい
   て、掘さく孔内で高エネルギー中性子を連続的に
   発生せしめて前記掘さく孔周辺媒体を照射し、前
   記高エネルギー中性子の強度を正弦波のような連
   続的、周期的に変化する波で時間の関数として変
   化し、前記周辺媒体内に時間の関数として強度変
   化された熱中性子雲を創成し、前記周辺媒体に関
   する関連パラメーターの決定を前記強度変化され
   た熱中性子雲に対する周辺媒体による熱中性子特
   性を表わすガンマ線の測定によつて行うことを特
   徴とする強度変化された中性子を用いる地層測定
   方法。