煤田伽马伽马测井——一种经过50年生产检验的好方法
在编写这本文集的最后，我渴望知道煤伽马伽马测井自1958年底向全国推广以来50年的历史评价。电话采访了原地质部(现国土资源部)、原煤炭工业部(现煤炭建设协会)长期负责煤田测井管理工作的三位老同志:原地质部物探局曾、原煤炭工业部地质司叶庆生、段。他们对煤田伽马-伽马测井的历史评价可以总结为三句话:
*大多数煤田测井工作者将伽马-伽马测井曲线作为煤田煤层划分的王牌曲线；
*迄今为止，在煤田测井中，没有一种方法能超越伽马伽马(密度)测井方法的效果；
*煤田伽马伽马测井自推广以来，50年来一直是煤田测井最重要的方法。
这三条评论让我无比欣慰。一个新方法能得到这样的评价并不容易。经过分析，可以归纳为以下几个重要因素:
首先，物理和地质前提是可靠的
1956年夏天，我将是前苏联斯维尔德洛夫矿业技术学院(现俄罗斯乌拉尔矿业技术大学)第一届毕业生到中国留学。因此，物探部门领导特别重视，特意选择刚刚取得初步成功的煤田伽马伽马测井方法，用于我在车里雅宾斯克(челбб).)的毕业实习该方法由前苏联科学院乌拉尔分院的布拉舍维奇院士(юпбулалевич)和沃斯科博伊尼科夫(гмв)组成
煤层与构成煤田地层的各种岩石在物理性质上最大和最稳定的差别是密度，如表1所示。
表1煤田地层各种岩石的密度
科学家们想到了散射伽马射线来反映这种物理性质差异的物理效应。γ射线与物质相互作用主要产生光电效应、康普顿散射效应(国内称康普顿-吴荀攸效应)和电子对形成。这三种效应在所有与物质的相互作用中所占的比例取决于γ射线的能量，对于不同能量区间的γ射线总有一种占优势的效应。当γ射线的能量小于几万电子伏时，主要是光电效应；大于5 MeV时，主要形成电子对；对于中能(0.1.5 ~ 5 MeV)，γ射线与轻元素的相互作用主要是康普顿-吴荀攸效应，其作用过程是γ射线与原子中电子的弹性碰撞，即康普顿散射。γ射线的能量在0.6 ~ 4 MeV范围内，康普顿散射始终占优势。
康普顿-吴荀攸效应对γ射线的吸收可以用散射吸收系数σ来表示:
张玉军论地质勘探新方法
其中:a是原子的质量数；
z是原子序数；
No为阿伏伽德罗常数，即6.2486×1023mol-1；
δ是密度；
σe为每个电子的康普顿吸收系数，γ射线能量在0.25 ~ 2.5 MeV范围内时，σe可视为常数；
是单位体积的电子数，即电子密度。
可以看出，康普顿散射的吸收系数与物质的电子密度成正比，从而与附近物质的密度δ成正比。
上面的公式是针对单一元素的物质，实际上不得不面对成分复杂的物质。对于多元素物质，电子密度为
张玉军论地质勘探新方法
其中:δb是物质的体积密度；
a是当量原子量；
z是等效原子序数(即每个分子的电子数)；
n是组成物质的元素的数量；
Ai是第I个元素的原子量；
Zi是第I个元素的原子序数；
Pi是物质中第I个元素的重量百分比。
我们知道大部分造岩矿物元素接近，所以公式(1)(对于造岩矿物元素)可以写成:对于构成沉积岩的大部分元素来说，原子序数在1 ~ 20之间，岩石的原子序数接近'。考虑到这一点，将多元物质的电子密度公式(2)代入公式(1)，即一般岩石的康普顿-吴荀攸效应引起的伽马射线散射吸收系数与岩石的体积密度近似成正比。
这一结论是煤田伽马测井方法的物理基础。由于煤层与围岩的密度差≥1g/cm3，煤层在伽马测井曲线上有一个稳定的峰值，如乌拉尔某煤田的典型曲线所示(图1)。
第二，在两个煤田的成功试验
1956年8月，原地质部代表团访问苏联。原地球物理勘查局总工程师顾先生访问我校物探系。系主任伊万诺夫博士接待他的时候(我有幸被系主任任命)，向他介绍了乌拉尔科学分会的最新研究成果——煤伽马伽马测井，以及我的学术成果和我在毕业实习中的收获。1957物探研究所一成立，所长顾先生就决定开展煤伽马测井实验。
地质部地球物理勘探研究所504实验队(蓝本杰任组长，、周、、张贵元、叶振民、黄竹仁等。)与煤科院地质所密切配合，在濉溪煤田(褐煤)和1958(任组长，朱成仁、周、叶振民、黄竹仁等。参与综合测井实验(包括自然伽马测井、电阻率测井、自然电位测井、电解测井、井径测量等。)在河北峰峰煤矿(烟煤和无烟煤)，特别是伽马伽马测井的技术参数(源强、源距、提升速度、时间常数等。)充分证明了γ-γ测井方法是一种独特而有效的划分煤岩层的方法，为煤田测井划分煤层、对比煤岩层、综合分析测井剖面提供了新的参数。
图65438乌拉尔煤田(高电阻率褐煤)的+0伽马测井和电流测井曲线。
1-角砾岩；2-砂岩；3-粉砂岩；4-泥质岩；5-含煤岩系；6-煤
虽然电测井自1955开始应用于煤炭勘探，但往往不能有效解决正确划分煤层的问题。例如，当高电阻率煤层与高电阻率灰岩接触时，高电阻率煤层中存在高电阻率夹矸，低电阻率煤层与低电阻率泥岩、砂岩或砂质泥岩接触时，低电阻率煤层中存在低电阻率夹矸，用电阻率曲线很难正确划分煤层，此时散射伽马测井就成为划分煤岩层不可缺少的方法。(实验工作详情，请参阅本集第二部分)。
第三，适时向全国推广
在1957和1958年成功试验成果的基础上，由地质部、煤炭部测井司主办，地质部、煤炭部、建设部参加，在峰峰煤田1958至11段举办了推广培训班。1959年，全国一半以上的煤田测井队使用伽马伽马测井方法，到1960年，全国所有煤田测井队都采用这种方法。因此，推广这种方法是最明显的物探方法之一。
利用苏制单通道便携式放射性测井仪(PAPK)和全自动测井站，在1957和1958进行了实验研究。为了推广，还使用了苏制的单通道便携式放射性测井仪(PAPK)和半自动记录仪。中科院401原子能反应堆在1958开始生产放射性同位素，γ-γ测井使用的Co60和Cs137不需要进口。这些都构成了顺利推广的有利因素。
放射性测井(γ-γ法和自然γ法)的应用是我国煤田测井技术的突破，不仅有效地解决了煤岩层定性定厚的问题，大大减少了井壁取心的工作量，而且解决了漏钻、钻套管的测井问题。也为测井资料综合研究、全井解释和曲线对比提供了条件。1978获国家科技大会奖。
自1958推广应用以来，50年的生产实践证明，散射伽马测井是解决各种情况下煤层定性定厚解释问题的最佳方法。因此，地质部和煤炭部广大煤田测井工作者把散射伽马测井曲线作为煤田测井的王牌曲线。到目前为止，还没有一种方法在效果上可以超越伽马伽马(密度)测井方法，所以它仍然是公认的煤田测井最重要的方法。
作者本人被送留苏联，毕业实习和毕业论文以煤伽马伽马测井为主。1957年7月回国后，504实验队正在准备野外实验。按照顾主任的安排，他在汇报后的第三天就立即出发到现场，投入到该方法的现场研究中，与同志们共同努力。经过两年的试验和推广，这种方法的研究成果终于转化为生产力，在生产中生根发芽。