12-маъруза Гамма-гамма усули. Гамма нурларнинг моддалар билан ўзаро таъсири. ГГК усулининг зичлик ва селектив услублари, уланинг ечадиган вазифалари.

Гамма-гамма усулида тоғ жинсларини гамма нурлар билан нурлатилганда уларни ташкил қилувчи элементларидан қайтган сунъий гамма нурлар қайд қилинади. Қудуққа туширилган зондда (расм 12.1) гамма нур тақатувчи манбаъ 1, тоғ жинсларидан қайтган нурларни ҳисобловчи 4-индикатор, манбаъдан индикаторга тўғридан-тўғри нур тушмаслигини таъминловчи қўрғошин тўсиқ 3, зонд ичидаги электрон схемани ток билан таъминловчи блок 5, индикатор 4да гамма нурларидан ҳосил бўлган импулсларни кучайтиргич 6, қудуқнинг таъсирини камайтирувчи ва уни қудуқ деворига тақаб турувчи қурилма 8, зонд билан юқоридаги ўлчовчи қурилмаларни бир-бири билан боғловчи кабел 7, коллимацион дарчалар 2 кабилар мавжуддир.

Расм 12.1

Гамма нурлари тоғ жинсларидан ўтаётганларида муҳитнинг атомлари, электронлари ёки атом ядролари билан ўзаро таъсирда бўлишлари мумкин. Бу ўзаро таъсирда гамма нурлар бутунлай ютилишлари ёки ҳаракат йўналишларини ўзгартишлари ва бу ҳол эса уларнинг энергияларини камайтиришга олиб келиши кузатилади.

Энергиялари 10 Мэв дан кам бўлган гамма нурлар учун моддалар билан гамма нурларининг, одатда, уч ҳил ўзаро таъсири кузатилади: 1) фотоэлектрик эффект; 2) Комптон эффекти; 3) позитрон -электрон жуфтлигини ҳосил бўлиш эффекти.

Фотоэффектда (расм 12.2.а) g-нурлар элемент атомлари билан ўзаро таъсирда бўладилар ва бор энергиялари hn ни атомларнинг электрон қобиғларидаги электронларнинг бирига тўла берадилар.

 Расм 12.2

Гамма нурларнинг энергиялари катта бўлмаганида электронлар (расм 12.2.а) гамма нурларига нисбатан 90° бурчак остида юлию олинади. Гамма нурларнинг энергиялари ошиши билан бу бурчак камайиб боради.

Фотоэффект жароёнининг кузатилиш эҳтимоли таъсир қилаётган гамма нурларининг энергиясини электронларнинг атом қобиғларидаги боғланиш энергияларига қанчалик яқин бўлишига боғлиқ. Одатда электронларнинг боғланиш энергияси бирнеча юз Кэв дан ошмайди, шунинг учун фотоэффект гамма нурларининг энергиялари нисбатан кичкина бўлганда юз бериши мумкин. Оғир элементлар учун электронларнинг боғланиш энергиялари чуқур орбиталарида ортиб боради, демак оғир элементларда фотоэффектнинг кузатилиш эҳтимоли кўпроқ бўлади.

Комптон эффектида гамма нурлар электронлар билан ўзаро таъсирда бўладилар ва уларга бир қисм энергияларини бериб, тоғ жинсларида ўз йўналишларини ўзгартирган ҳолда тарқаладилар (расм 12.2.б). Тарқалган гамма нурларининг катталиги у таъсир қилган муҳитнинг хажм бирлигидаги электронлар миқдорига боғлиқ бўлади.

Моддаларнинг хажм бирлигидаги электронлар сони:

Ne+(Z/A)Nd_п                                                         (12.1)

Формулада: Z-ядро заряди;  А-атом оғирлиги; N- Авагадро сони; d_п- моддаларнинг зичлиги.

Чўкинди тоғ жинслари, одатда енгил элементлардан ташкил топганлар, шунинг учун бу жинслар учун Z/A+0.5. Демак электронлар сони Ne жисмларнинг зичлиги d_п га тўғри пропорционал бўлар экан. Шундай қилиб Комптон эффектга тоғ жинслари элементларининг атом таркиби таъсир қилмай, фақат уларнинг зичлиги таъсир этар экан. Тоғ жинсларининг зичлиги қанчалик катта бўлса, шунча гамма нурларининг интенсивлиги камаяди.

Электрон позитрон жуфтлиги гамма нурларини ядро билан ўзаро таъсирида ҳосил бўлади (расм 12.2.в). Ўзаро таъсирда ҳосил бўлган электрон ва позитронларнинг ҳарбирининг энергияси 0.51 Мэв га тенгдир. Шу сабабли бу жароён таъсир этаётган гамма нурларининг энергияси 1.02 Мэв дан кам бўлмаган тақдирдагина ҳосил бўлади.

Юқорида кўриб чиқилган гамма нурларининг жисмлар билан ўзаро таъсирини гамма-гамма каротаж (ГГК) усулида ўрганилади ГГК усулига Комптон эффектининг таъсири кўпроқ бўлса, бу гамма-гамма усулини зичлик услуби деб, ГГК-П деб белгиланади. Агарда ўлчанаётган катталикка фотон эффекти кўпроқ таъсир кўрсатса, бу усулни гамма-гамма усулнинг селектив услуби деб, ГГК-С деб белгиланади.

ГГК-П усулида (расм 12.1) қўлланиладиган гамма нур тарқатувчи манбаъ 1 сифатида нисбатан юқори энергияли гамма нур тақатувчи Со⁶⁰ изотопи қўлланилади. Бу изотоп 1.17 ва 1.33 Мэв энергияли гамма нурлар тарқатади. Қудуққа туширилган зонд пўлат ғилофли бўлиб, юмшоқ (кичкина) энергияли гамма нурларини ютиб қолади. Шунинг учун бу зондларда фотоэффектнинг таъсири йўқ даражада бўлади ва ёзиб олинаётган нурларнинг интенсивлиги Igg теварак-атроф муҳитнинг зичлигига боғлиқ бўлади. Энг зич чўкинди тоғ жинси ангидрит (d_п=2.9 г/ см³) ГГК-П диаграммаларида энг кичкина кўрсаткичга эга бўладилар ва, аксинча, энг кичкина зичликка эга бўлган гиллар (d_п=2.2 г/ см³) эса энг катта кўрсаткичга эга бўладилар. Қумтошлар (d_п=2.65 г/ см³), оҳактошлар (d_п=2.71 г/ см³) ва доломитлар (d_п=2.85 г/ см³) зичликларига қараб гиллар ва ангидритлар кўрсаткичлари оралиғидаги қийматларга эга бўладилар.

12.3 расмда кўрсатилган диаграммага асосан зичликлари кам бўлган ош тузи,калий тузи,гипсларда ГГК-П нинг кўрсаткичлари юқори ГГК -П айниқса диаметри ювилиб кетган гилларда жуда юқори кўрсаткичга эгалигини кузатамиз.

Ангидридда ва метаморфик тоғ жинсларида зичликлари катта бўлганлиги туфайли энг кичкина ГГК-П нинг кўрсаткичи кузатилади.

Нефт,газ,сувга тўйинган коллектор тоғ жинсларида ғовакликларига қараб ўртача, гил ва ангидрид кўрсаткичларининг оралиғида бўлади.

ГГК-П нинг асосий мақсадларидан бири бу коллекторларнинг ғоваклик коэффициенти Кп аниқлашдир. ГГК-П да ўлчанаётган Igg катталикни тоғ жинсларининг хажмий зичлигига боғлиқлиги ва бу катталикни ГГК-П диаграммаларидан катта аниқликда топабилишимиз, ғоваклик коэффициенти Кп ни ушбу усул орқали топишга асос бўлгандир. Тоғ жинсларининг хажмий зичлиги d_п ва ғоваклик коэффициенти Кп орасида қуйидаги боғлиқлик мавжуддир:

d_п=(1-Кп)d_ск+Кпd_ж                                           (12.2)

Формулада: d_ск-минералогик зичлик (тоғ жинси скелетининг зичлиги); d_ж-тоғ жинси ғоваклари ичидаги флюид (сув, газ ёки нефт) нинг зичлиги. Бу формулани қуйидаги кўринишда ёзсак:

Кп=(d_ск-d_п)¤ (d_ск-d_ж)                                       (12.3)

ГГК-П диаграммаларидан d_п -тоғ жинсларининг хажмий зичлигини топамиз. Тоғ жинсларининг минералогик зичлиги d_ск эса, уларниниг литологик таркибига асосан: қумтошлар учун-2.65 г/ см³, оҳактошлар учун -2.71 г/ см³, доломитлар учун-2.85 г/ см³, аргиллитлар учун-2.81 г/ см³ қабул қилиш мумкин. Қатлам ичидаги флюиднинг зичлиги d_ж қатламнинг нима билан тўйинганлигига боғлиқ. Лекин ГГК-П нинг ўрганиш радиуси жуда кичкина, атиги 8-10 см. ни ташкил этганлиги туфайли қатламнинг қудуқ деворларига яқин зонасида (тўла ювилган зонада) бурғи қоришмасининг филтрати жойлашган деб фараз қиламиз ва d_ж нинг қиймати қилиб 1 г/ см³ оламиз. Шундай қилиб (12.3) формуладиги ҳамма катталикларни аниқлашимиз ва бу формула орқали коллекторларнинг ғоваклик коэффииенти Кп ни топишимиз мумкин.

Расм 12.3

Рамс 12.3 да келтирилган ГГК-П диаграммаларида қудуқ кесими қуйидаги тоғ жинсларидан иборат: 1-- ош тузи; 2- калий тузи; 3- гил; 4- диаметри ювилган гил; 5- гипс; 6- ангидрит; 7- кичик ғовакли оҳактош; 8- юқори ғовакли оҳактош ва қумтош; 9- газга тўйинган; 10- нефтга тўйинган; 11- сувга тўйинган; 12-метаморфик тоғ жинслари.

ГГК-П билан Кп аниқлаш бошқа геофизик усулларга нисбатан бирнеча афзалликка эгадир. Асосий афзаллиги усулни Кп ни кичкина қийматларида ҳам, катта қийматларида ҳам ғовакликни ўзгаришига бирҳил сезгирлигидадир.

Электр усулига нисбатан бу вазифани ечишда ГГК-П қатлам сувлари ва бурғи қоришмасининг минерализаиясига, ва яна унинг тоғ жинсларининг текстура-структура тузилишига боғлиқ эмаслигидадир.

Гамма-гамма каротажнинг селектив услуби ГГК-С да гамма нур тарқатувчи манбаъ 1 (расм 12.1) сифатида юмшоқ g-нурлар тарқатувчи изотоплар: цезий-137 (Cs¹³⁷), қалай-113 (Sn¹¹³), селен-75 (Se⁷⁵), қўрғошин-203 (Hg²⁰³) ишлатилади.

Индикатор 4 (расм 12.1) сифатида юмшоқ (кичкина) энергияли g-нурларларига таъсирчан ҳисоблагичлар ишлатилади. Зонд эса алюмин ёки плексиксиглас ғилофли материаллардан ташкил топган бўлади.Одатда  зонд узунлиги 10-12 см бўлади. Бу шароитда манбаъдан чиққан  g-нурлар билан жисм ўртасидаги ўзаро таъсирда Комптон эффекти билан бир қаторда фотоэффект ҳам кузатилади. Шунинг учун бу ГГК-С усулида ўзаро таъсирда тарқалган нурлар муҳитларнинг зичлиги билан бир қаторда уларнинг таркибига ҳам боғлиқ бўлади, айниқса тоғ жинслари таркибида оғир, катта атом номерига эга бўлган элементларнинг иштироки ГГК-С усулида ёзиб олинаётган катталикка таъсир кўрсатади.

ГГК-С усули оғир металлар (қўрғошин, симоб, сурма, темир) рудаларини излаш ва разведка қилишда яхши натижалар беради. ГГК-С диаграммаларида юқорида қайд этилган металлар Igg нинг кичкина қийматлари билан ажралиб турадилар.

Расм 12.4 да ГГК-С ни кўмир конларида қўлланиши ва унинг ечадиган вазифалари кўрсатилган.

Расм 12.4

Расм 12.4.а да ГГК-С кўрсаткичларининг кўмирларнинг таркибидаги куллилиги А^с билан боғлиқлиги акс эттирилган. Куллилик ошиши билан Igg ни кўрсаткичи шунча кам бўлади.

Расм 12.4.б да қудуқ кесимларида кўмир қатламларини (шартли белгида 2) Igg диаграммарида яққол катта кўрсаткичлар билан ажралиб туришини кузатамиз Кўмир қатламларида кулни кўпайиши (шартли белгида 3) Igg кўрсаткичларини камайишига олиб келади.

Нефт ва газ қудуқларида ГГК-С, асосан, қумтош,оҳакиош ва доломитларнинг бир-биридан ажратиш учун ишлатилиши мумкун,ГГК-С диаграммаларида бир хил зичликга эга бўлган қумтош,оҳактош ва доломитларда қумтошлар энг катта кўрсаткичга,оҳактошлар энг кичкина кўрсаткичга,доломитлар эса ўртача кўрсаткичга эга бўладилар.

Гамма-гамма усулининг қудуқларда цементланганлик сифатини аниқлашда ишлатишини қудуқларни техник ҳолатларини ўрганиш бобида кўриб чиқамиз.

катта ўқитувчи Абдулла Набихоновнинг "Қудуқларни геофизик усулларда ўрганиш" қўлланмасидан