1.本发明属于测井技术领域，具体涉及一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法。
背景技术：2.脉冲中子仪器与传统化学源仪器相比，能够避免放射源在运输与装卸过程中存在的环保、安全等问题。因其中子源以脉冲形式发射14mev高能中子的特殊性，此类仪器可以利用高能中子与地层物质的相互作用的时间顺序，将来源于非弹性散射与辐射俘获的伽马射线以不同时间窗的方式进行收集，能够提供用于岩石物理分析和油藏质量评价的伽马能谱信息，拓宽了核测井的应用范围。
3.依据上述特性获取的信息很大程度上会受脉冲时序设计影响，且脉冲的控制存在许多不稳定性；同时，由于快中子与热中子衰减特性不同，在多脉冲测量时，未完全衰减的俘获伽马会在后续周期上堆积，使得利用常规方法进行模拟数据与实测数据匹配时的难度增加，具体体现在：
4.1、需要模拟多个周期，并在非弹窗内俘获计数的堆积达到稳定后收集对应时间窗计数，才能准确复现俘获伽马射线在时间上的堆积现象。
5.2、实际脉冲往往是非理想的，在模拟中较难复现，同时受实测过程中通讯指令延迟、信号失真等的影响，中子管脉冲可能是不稳定的，在模拟中无法考虑这类因素的干扰。
6.3、一旦仪器的脉冲设置发生变化(如占空比、周期、延迟时间等)，需要修改软件模拟参数，完成新的模型计算，浪费计算资源。
7.因此，有必要研究一种可靠且高效的方法，仅利用单次、单脉冲模拟数据，在实际仪器脉冲多次重复且可能发生变化时，对实测能谱进行匹配。
技术实现要素：8.本发明的目的在于：提供一种脉冲中子仪器多脉冲实测伽马能谱数据的模拟匹配方法，以解决中子源输出脉冲时序多样化、脉冲形状不稳定及多脉冲测量下俘获计数堆积造成的模拟难度高、精度低等问题。
9.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，包括以下步骤：
11.步骤s1、采集脉冲中子测井仪器的参数、所测地层的环境参数，利用采集的参数构建脉冲中子测井仪器与地层的三维数值模型；
12.步骤s2、获取实测伽马能谱和模拟伽马能谱；所述模拟伽马能谱数据为在步骤s1构建的三维数值模型中获取的伽马能谱，该能谱的获取过程为：
13.s2.1、设发射的中子源为14mev快中子，且均匀发射；根据脉冲占空比设置数据采集时间窗；
14.s2.2、收集一个脉冲周期内非弹窗和俘获窗内的伽马能谱，分别获得非弹窗内的
能谱计数和俘获窗内的能谱计数；其中非弹窗用于收集发射期高能中子与原子发生非弹性散射产生的伽马射线，俘获窗用于收集发射间歇期热中子与原子发生辐射俘获产生的伽马射线；
15.步骤s3、分别提取实测伽马能谱和模拟伽马能谱中的特征峰，并识别出各特征峰对应的能量-道址号；根据识别的能量-道址号建立两者之间的对应关系，得到与模拟伽马能谱-道址完全对应的实测能谱序列；
16.步骤s4、分别对模拟伽马能谱和步骤s3所得实测能谱序列进行归一化处理，使其各自的有效道址内计数之和为1；
17.步骤s5、将归一化处理后的模拟伽马能谱与归一化处理后的实测能谱序列进行匹配，以得到适用于多周期复杂脉冲时序下非弹窗能谱。
18.进一步的，所述s3中还包括提取特征峰前对实测伽马能谱的预处理，预处理步骤如下：
19.s3.1、根据3σ原理，去除各道址上误差超过3倍标准差的数据点，提高实测数据的精确度；
20.s3.2、采用高斯滤波滤除步骤s3.1处理后的伽马能谱数据中的噪声，以提升实测伽马能谱数据与理想伽马能谱数据之间的匹配度。
21.更一进步的，所述高斯滤波为5点高斯滤波。
22.进一步的，所述步骤s3中实测伽马能谱和模拟伽马能谱之间的对应关系建立过程如下：
23.s3.1、在实测伽马能谱数据上提取特征峰，提取的特征峰包括氢俘获峰(2.23mev)、碳非弹峰(4.43mev)及氧非弹峰(6.13mev)，根据能量-道址号之间的对应关系，求解实测伽玛能谱各特征峰能量对应的道址号；
24.s3.2、基于s3.1求解出的道址号，对实测伽马能谱数据进行插值处理，得到与模拟伽马能谱-道址完全对应的实测能谱序列。
25.进一步的，所述步骤s5匹配的详细过程为：
26.s5.1、建立探测器响应函数fwhm：
[0027][0028]
其中，e为模拟伽马射线能量，fwhm为对能量为e的伽马谱线进行展宽时，执行卷积操作的高斯函数的半峰宽；其中，系数a、b、c由实验数据拟合得出，设定上述参数的初始值为常用经验值；
[0029]
s5.2、将步骤s4所得模拟伽马能谱和探测器响应函数fwhm进行卷积，完成模拟伽马能谱展宽，使其具有与实测能谱相匹配的平滑特性；
[0030]
s5.3、采用加权最小二乘法求解展宽后模拟伽马能谱的叠加系数，对模拟伽马能谱中缺少的多个脉冲周期造成的俘获伽马在时间上的堆积进行补偿；
[0031]
s5.4、计算步骤s5.3所得模拟伽马能谱与步骤s4所得实测能谱序列之间的均方根误差；
[0032]
s5.5、重复步骤s5.2～s5.4，输出均方根误差最小时的fwhm参数取值和叠加系数，将其赋予模拟伽马能谱，即可得到适用于多周期复杂脉冲时序下非弹窗能谱。
[0033]
更进一步的，所述步骤s5还包括对模拟伽马能谱展宽的优化，优化过程为：
[0034]
围绕fwhm三个参数a、b、c的初始取值，设置搜索范围和步长；搜索范围和步长的设置应涵盖除探测器本身外其他因素导致的最大波动范围；然后采用穷举法，遍历在s5.1中确定的a、b、c所有不同取值；对每种取值情况，重复步骤s5.2完成模拟伽马能谱展宽后进入步骤s5.3。
[0035]
更进一步的，所述步骤s5.3中叠加系数的详细求解过程为：
[0036]
s5.3.1、分别用向量表示出模拟伽马能谱的非弹窗和俘获窗的能谱计数；
[0037]
非弹窗为：tp＝(a
t1
,a
t2
,
…
,a
tn
)
t
[0038]
俘获窗为：cap＝(a
c1
,a
c2
,
…
,a
cn
)
t
[0039]
设模拟伽马能谱非弹窗和俘获窗计数的线性叠加与实测的非弹窗计数u相等，则得到等式：
[0040]
u＝(u1,u2,...,un)
t
＝m1tp+m2cap
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0041]
等式(1)中m1、m2分别表示模拟伽马能谱非弹窗和俘获窗的能谱叠加系数
[0042]
s5.3.2、令：
[0043][0044][0045]
对等式(1)进行改写，得到矩阵方程：
[0046]
u＝am
[0047]
s5.3.3、采用加权最小二乘对u＝am进行改写，得到：
[0048]at
wu＝a
t
wam
[0049]
m＝(a
t
wa)-1at
wu
[0050]
s5.3.4、求解步骤s53.3所得矩阵，解得m1、m2即为模拟伽马能谱非弹窗与俘获窗用于匹配实测非弹窗计数的最优叠加系数；叠加能谱：m1tp+m2cap作为对实测非弹能谱的复现，用于对模拟伽马能谱中缺少的俘获窗时间堆积进行补偿。
[0051]
更进一步的，所述步骤s5.3所得模拟伽马能谱与步骤s4所得实测能谱序列之间的均方根误差为带惩罚因子的均方根误差rmse
′
：
[0052][0053]
式中，mi、si分别表示步骤s4所得实测能谱序列与步骤s5.3所得模拟伽马能谱在第i个道址上的计数，表示惩罚因子pi，n表示为模拟与实测伽马能谱的道址数。
[0054]
本发明提供的基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其模拟能谱数据以脉冲的完整周期(一个脉冲爆发期后接一段间歇期)时序为基础，根据脉冲占空比设置周期内的采集时间窗，采集非弹窗与俘获窗伽马计数，且采集的能谱包含了当前地层设置下伽马特征峰的位置与相对强度信息。由于采集的模拟能谱已包含了当前地层环境下设置的伽马特征峰的位置与相对强度信息，通过非弹窗与俘获窗伽马能谱的线性叠加，即可复现任意源脉冲周期或形状设置下的伽马能谱，包括有中子管电压信号控制的源脉冲频率、占空比及由中子管性能决定的脉冲延迟、上升时间等变量。在此基础上，通过求解展
宽后模拟伽马能谱的叠加系数，对模拟伽马能谱中缺少的多个脉冲周期造成的俘获伽马在时间上的堆积进行补偿；避免了模拟中为粒子源设定模块添加脉冲形状的难度；同时还避免了对多个周期脉冲的模拟，显著提升了模型运算的效率，并且可用于评估脉冲周期性测量中俘获伽马射线的时间堆积效应，对于中子源脉冲设置优化具有重要的参考意义。
[0055]
综上可见，本发明的模拟匹配方法解决了中子源输出脉冲时序多样化、脉冲形状不稳定、多脉冲测量下俘获堆积造成的模拟难度高、精度低的问题。
附图说明
[0056]
图1为脉冲中子仪器在伽马能谱测量模式下的应用场景简化模型；
[0057]
图2为一种脉冲控制信号与实际脉冲发射示意图；
[0058]
图3为不同脉冲时序特征；
[0059]
图4为中子脉冲周期性重复时，非弹窗内俘获计数随重复测量周期增加逐渐累积的示意图；
[0060]
图5为实施例流程图；
[0061]
图6为以单周期模拟数据匹配多脉冲周期实测非弹窗能谱效果的对比图。
具体实施方式
[0062]
下面结合附图和实施例对本发明的作进一步详细说明。
[0063]
在对本发明提供的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法进行详细说明前，先对本发明的原理进行阐述。
[0064]
如图1所示，常规中子仪器在伽马能谱测量模式下，由脉冲中子源1发射能量为14mev的高能中子，该高能中子主要通过非弹性散射(图中过程3)与弹性散射迅速丢失能量，在极短的时间内(1～12μs)慢化为热中子，慢化过程集中在脉冲中子仪器周围的地层区域2中。慢化结束后，中子向更深的地层区域5输运，并最终以辐射俘获(图中过程4)的形式被地层吸收。在此过程中非弹性散射与辐射俘获反应均伴随中子诱发伽马射线的产生，分别成为非弹伽马与俘获伽马，二者因其参与反应中子能量的差异，在时间分布上有着明显的区分。本实施例正是利用这一时间特性，在伽马探测器(图中结构6)收集伽马能谱时，通过外部电路控制的时间窗，分开获取这两类伽马能谱，从伽马能谱上提取出更丰富的信息。
[0065]
理想状态下，计数时间窗的划分应严格与脉冲控制信号对应。但实际的被控中子脉冲存在很大的不稳定性与非理想性。图2为一种脉冲控制信号与实际脉冲发射示意图。如图2所示，理想状态下中脉冲控制信号周期为100μs，占空比30％，而实际脉冲输出的占空比仅为一半左右；同时由于中子管内电离过程的延迟特性，中子开始发射的时间明显晚于高电平控制信号到达时间。在图1的应用模式中，10μs，且管内电离达到平衡的过程又造成了中子脉冲10μs的上升时间。中子管内气压改变时，与电离过程相关的时间差也会随之改变。如图3所示，不同占空比的脉冲在上升时间与延迟时间上存在明显差异。这些时间上的缺陷往往受限于中子管的设计，难以完全消除，且存在很大的不确定性，最终由中子管发射的脉冲很难做到与控制信号同步上升，且控制信号还会受到井下复杂作业环境的影响发生失真。可见，仅依靠控制信号无法对真实的中子输出做出准确的预估；即使在中子源附近加设快中子探测器，用以实时监测脉冲时序特征，并在数值模型中准确复现非理想脉冲输出也
存在效率低下的问题，不仅需要设置构造复杂的脉冲时间分布函数，在脉冲发生变化后还要修改源粒子模块重新运算。
[0066]
其次，本实施例图2仅完整展示了中子源发射的一个脉冲周期，实际测量中往往会重复数十至数百个周期。图4为中子脉冲周期性重复时，非弹窗内俘获计数随重复测量周期增加逐渐累积的示意图。如图4所示，由于快中子在地层中存在的时间很短(12μs以内)，从理论上讲，在脉冲结束10μs后开始收集由热中子与地层物质互作用产生的俘获伽马，就能获取干净的俘获能谱。而实际测量中，热中子在地层中的存在时间相对较长，通常为几十到几百微秒，由此导致前一个甚至多个周期产生的热中子仍会残留在当前周期所在时间范围内，继续与地层作用产生俘获伽马射线，在非弹时间窗内造成额外的俘获伽马计数。这种由多脉冲周期测量产生的俘获伽马射线堆积现象能够通过模拟多个脉冲在三维数值模型中复现，但会导致运算成本的大幅提高。
[0067]
实施例1
[0068]
为解决脉冲中子仪器在伽马能谱测量中，脉冲时序复杂性对数值模拟造成的难题。如图5所示，本实施例采用了如下技术方案，包括以下步骤：
[0069]
一种脉冲中子仪器多脉冲实测伽马能谱数据的模拟匹配方法，包括以下步骤：
[0070]
步骤s1、采集脉冲中子测井仪器及其所测地层的环境参数，利用采集的环境参数构建脉冲中子测井仪器与地层的三维数值模型。
[0071]
步骤s2、获取实测伽马能谱和模拟伽马能谱；所述模拟伽马能谱数据为在步骤s1构建的三维数值模型中获取的伽马能谱，该能谱的获取过程为：
[0072]
本实施例设置中子源在0-30μs期间均匀发射14mev快中子，并在该时间段内收集非弹窗伽马能谱。30-100μs中子源停止发射，并在40-100μs时间段内收集俘获窗伽马能谱。上述设定相当于模拟了频率10khz、占空比30％中子源的一个脉冲周期及其对应两个时间窗的计数，且中子源时间分布为理性化的矩形脉冲。
[0073]
步骤s3、分别提取实测伽马能谱和模拟伽马能谱中的特征峰，并识别出各特征峰对应的能量-道址号；根据识别的能量-道址号建立两者之间的对应关系，得到与模拟伽马能谱-道址完全对应的实测能谱序列。在提取特征峰之前，需要对实测能谱进行预处理，通过预处理提高实测伽马能谱与模拟伽马能谱之间的匹配度。预处理过程包括以下步骤：
[0074]
s3.1、根据3σ原理，去除各道址上误差超过3倍标准差的数据点；
[0075]
s3.2、采用高斯滤波滤除步骤s3.1处理后的伽马能谱数据中的噪声。
[0076]
在脉冲中子仪器的实际使用，受到井下高温高压环境的影响，能谱道址与能量的对应关系会发生漂移，但仪器测量的道址i与能量ei仍存在如下线性的对应关系：
[0077]
i＝z+ei/g
[0078]
式中z、g分别为待确定的系数，可根据实测能谱上任意两个确定能量的特征峰及其实际对应的道址号，求出上述两个系数。基于上述对应关系，本实施例实现与模拟伽马能谱-道址完全对应的实测能谱序列获取，具体如下：
[0079]
首先，分别从实测和模拟伽马能谱提取出氢俘获峰(2.23mev)、c非弹峰(4.43mev)及氧非弹峰(6.13mev)等特征峰，根据能量-道址之间的线性对应关系，求解出各特征峰能量对应的道址号。
[0080]
其次，基于s3.1求解出的道址号，对实测伽马能谱数据进行插值处理，得到与模拟
伽马能谱-道址完全对应的实测能谱序列。
[0081]
步骤s4、分别对模拟伽马能谱和步骤3所得实测能谱序列进行归一化处理，使各自的有效道址内计数之和为1。
[0082]
步骤s5、将归一化处理后的模拟伽马能谱与归一化处理后的实测能谱序列进行匹配，以得到适用于多周期复杂脉冲时序下非弹窗能谱。s5匹配的详细过程为：
[0083]
s5.1、建立探测器响应函数fwhm；
[0084][0085]
其中，e为模拟伽马射线能量，fwhm为对能量为e的伽马谱线进行展宽时，与之执行卷积操作的高斯函数的半峰宽；其中，系数a、b、c由实验数据拟合得出，设定上述参数的初始值为常用经验值。
[0086]
s5.2、将步骤s4所得模拟伽马能谱和探测器响应函数fwhm进行卷积，完成模拟伽马能谱展宽，使其具有与实测能谱相匹配的平滑特性。
[0087]
实测能谱的谱线展宽不仅与探测器所选材料本身有关，还受仪器、环境、及统计误差等的影响，预设的fwhm展宽函数系数选择仅依赖经验值确定，实际情况下会有所波动。此外，在进行伽马能谱匹配时，因为在脉冲中子伽马能谱测井的应用中，特征峰峰高决定了地层元素信息反演的精度，特征峰所在道址的计数差异尤为关键，有时甚至可以牺牲其他能量区段的匹配程度，以减小实测与模拟数据在特征峰区段的计数差异。所以，本实施例对模拟能谱展宽进行了优化，具体的：
[0088]
围绕fwhm三个参数a、b、c的初始取值，设置搜索范围和步长；搜索范围和步长的设置应涵盖除探测器本身外其他因素导致的最大波动范围；然后采用穷举法，遍历在s5.1中确定的a、b、c所有不同取值；对每种取值情况，重复步骤s5.2完成模拟伽马能谱展宽后进入步骤s5.3。
[0089]
s5.3、采用加权最小二乘法求解展宽后模拟伽马能谱的叠加系数，对模拟伽马能谱中缺少的多个脉冲周期造成的俘获伽马在时间上的堆积进行补偿。其中叠加系数的详细求解过程为：
[0090]
s5.3.1、分别用向量表示出模拟伽马能谱的非弹窗和俘获窗的能谱计数；
[0091]
非弹窗为：tp＝(a
t1
,a
t2
,
…
,a
tn
)
t
[0092]
俘获窗为：cap＝(a
c1
,a
c2
,
…
,a
cn
)
t
[0093]
设模拟伽马能谱非弹窗和俘获窗计数的线性叠加与实测的非弹窗计数u相等，则得到等式：
[0094]
u＝(u1,u2,...,un)
t
＝m1tp+m2cap
ꢀꢀ
(1)
[0095]
等式(1)中m1、m2分别表示模拟伽马能谱非弹窗和俘获窗的能谱叠加系数
[0096]
s5.3.2、令：
[0097][0098][0099]
对等式(1)进行改写，得到矩阵方程：
[0100]
u＝am
[0101]
s5.3.3、由于实测能谱各道址的计数不等，统计误差也不同。因此，采用加权最小二乘法对矩阵方程u＝am进行改写：
[0102]
权值矩阵：
[0103][0104]
则加权最小二乘法需求解的矩阵方程应改写为：
[0105]at
wu＝a
t
wam
[0106]
m＝(a
t
wa)-1at
wu
[0107]
s5.3.4、求解步骤s53.3所得矩阵，解得m1、m2即为模拟伽马能谱非弹窗与俘获窗用于匹配实测非弹窗计数的最优叠加系数；叠加能谱：m1tp+m2cap作为对实测非弹能谱的复现用于对模拟伽马能谱中缺少的俘获窗时间堆积进行补偿。
[0108]
s5.4、计算步骤s5.3所得模型拟马能谱与步骤s4所得实测能谱序列之间带惩罚因子的均方根误差rmse
′
：
[0109]
均方根误差rmse的计算公式为：
[0110][0111]
式中，mi、si分别表示步骤s4所得实测能谱序列与步骤s5.3所得模拟伽马能谱在第i个道址上的计数。
[0112]
引入惩罚因子pi对均方根误差rmse进行改写得到最终误差评估rmse
′
公式：
[0113][0114]
式中，n表示为模拟与实测伽马能谱的道址数。
[0115]
通过引入惩罚因子增大了特征峰所在道址在误差计算中的权重，使得最优匹配时，特征峰区段模拟与实测数据的误差更小。
[0116]
s5.5、在遍历s331中确定的a、b、c所有取值情况后，记录使得rmse
′
最小化时的fwhm参数取值与模拟非弹与俘获能谱的叠加系数，即可实现单周期理想脉冲模拟数据对多周期复杂脉冲时序下实测非弹窗能谱的匹配。
[0117]
图6为利用模拟非弹窗能谱(tp)与模拟俘获窗能谱(cap)对实测非弹窗计数(measured inn)完成匹配的结果示意图。图中线性叠加后的模拟能谱在低能与高能段都实现了对特征峰高度及峰展宽更好的匹配。而仅采用非弹窗模拟计数匹配的曲线明显在2mev左右的两处特征峰位置计数偏低。该实例中，实测数据所用中子源脉冲时序特征未知，模拟数据采用s1中的理想单周期脉冲设计，说明本发明可利用简单的脉冲模拟实现对复杂甚至未知时序设计下中子诱发伽马能谱的匹配。
技术特征：1.一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤s1、采集脉冲中子测井仪器的参数、所测地层的环境参数，利用采集的参数构建脉冲中子测井仪器与地层的三维数值模型；步骤s2、获取实测伽马能谱和模拟伽马能谱；所述模拟伽马能谱数据为在步骤s1构建的三维数值模型中获取的伽马能谱，该能谱的获取过程为：s2.1、设发射的中子源为14mev快中子，且均匀发射；根据脉冲占空比设置数据采集时间窗；s2.2、收集一个脉冲周期内非弹窗和俘获窗内的伽马能谱，分别获得非弹窗内的能谱计数和俘获窗内的能谱计数；其中非弹窗用于收集发射期高能中子与原子发生非弹性散射产生的伽马射线，俘获窗用于收集发射间歇期热中子与原子发生辐射俘获产生的伽马射线；步骤s3、分别提取实测伽马能谱和模拟伽马能谱中的特征峰，并识别出各特征峰对应的能量-道址号；根据识别的能量-道址号建立两者之间的对应关系，得到与模拟伽马能谱-道址完全对应的实测能谱序列；步骤s4、分别对模拟伽马能谱和步骤3所得实测能谱序列进行归一化处理，使其各自的有效道址内计数之和为1；步骤s5、将归一化处理后的模拟伽马能谱与归一化处理后的实测能谱序列进行匹配，以得到适用于多周期复杂脉冲时序下非弹窗能谱。2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：所述s3中还包括提取特征峰前对实测伽马能谱的预处理，预处理步骤如下：s3.1、根据3σ原理，去除各道址上误差超过3倍标准差的数据点；s3.2、采用高斯滤波滤除步骤s3.1处理后的伽马能谱数据中的噪声。3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：所述高斯滤波为5点高斯滤波。4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：所述步骤s3中实测伽马能谱和模拟伽马能谱之间的对应关系建立过程如下：s3.1、在实测伽马能谱数据上提取特征峰，提取的特征峰包括氢俘获峰(2.23mev)、碳非弹峰(4.43mev)及氧非弹峰(6.13mev)，根据能量-道址号之间的对应关系，求解实测伽玛能谱各特征峰能量对应的道址号；s3.2、基于s3.1求解出的道址号，对实测伽马能谱数据进行插值处理，得到与模拟伽马能谱-道址完全对应的实测能谱序列。5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：所述步骤s5匹配的详细过程为：s5.1、建立探测器响应函数fwhm：
其中，e为模拟伽马射线能量，fwhm为对能量为e的伽马谱线进行展宽时，执行卷积操作的高斯函数的半峰宽；其中，系数a、b、c由实验数据拟合得出，设定上述参数的初始值为常用经验值；s5.2、将步骤s4所得模拟伽马能谱和探测器响应函数fwhm进行卷积，完成模拟伽马能谱展宽，使其具有与实测能谱相匹配的平滑特性；s5.3、采用加权最小二乘法求解展宽后模拟伽马能谱的叠加系数，以补偿模拟伽马能谱中缺少的多个脉冲周期造成的俘获伽马在时间上的堆积；s5.4、计算步骤s5.3所得模拟伽马能谱与步骤s4所得实测能谱序列之间的均方根误差；s5.5、重复步骤s5.2～s5.4，输出均方根误差最小时的fwhm参数取值和叠加系数，将其赋予模拟伽马能谱，即可得到适用于多周期复杂脉冲时序下非弹窗能谱。6.根据权利要求5所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：所述步骤s5还包括对模拟伽马能谱展宽的优化，优化过程为：围绕fwhm三个参数a、b、c的初始取值，设置搜索范围和步长；搜索范围和步长的设置应涵盖除探测器本身外其他因素导致的最大波动范围；然后采用穷举法，遍历在s5.1中确定的a、b、c所有不同取值；对每种取值情况，重复步骤s5.2完成模拟伽马能谱展宽后进入步骤s5.3。7.根据权利要求6所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：所述步骤s5.3中叠加系数的详细求解过程为：s5.3.1、分别用向量表示出模拟伽马能谱的非弹窗和俘获窗的能谱计数；非弹窗为：tp＝(a
t1
,a
t2
,
…
,a
tn
)
t
俘获窗为：cap＝(a
c1
,a
c2
,
…
,a
cn
)
t
设模拟伽马能谱非弹窗和俘获窗计数的线性叠加与实测的非弹窗计数u相等，则得到等式：u＝(u1,u2,...,u
n
)
t
＝m1tp+m2cap
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)等式(1)中m1、m2分别表示模拟伽马能谱非弹窗和俘获窗的能谱叠加系数s5.3.2、令：s5.3.2、令：对等式(1)进行改写，得到矩阵方程：u＝ams5.3.3、采用加权最小二乘对u＝am进行改写，得到：a
t
wu＝a
t
wamm＝(a
t
wa)-1
a
t
wus5.3.4、求解步骤s53.3所得矩阵，解得m1、m2即为模拟伽马能谱非弹窗与俘获窗用于匹配实测非弹窗计数的最优叠加系数；叠加能谱：m1tp+m2cap作为对实测非弹能谱的复现，用于对模拟伽马能谱中缺少的俘获窗时间堆积进行补偿。
8.根据权利要求7所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，其特征在于：所述步骤s5.3所得模拟伽马能谱与步骤s4所得实测能谱序列之间的均方根误差为带惩罚因子的均方根误差rmse
′
：式中，m
i
、s
i
分别表示步骤s4所得实测能谱序列与步骤s5.3所得模拟伽马能谱在第i个道址上的计数，表示惩罚因子p
i
，n表示为模拟与实测伽马能谱的道址数。
技术总结本发明公开了一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法，属于测井技术领域。本发明是以脉冲的完整周期时序为基础，根据脉冲占空比设置周期内的采集时间窗，采集非弹窗与俘获窗伽马计数，且采集的能谱包含当前地层设置下伽马特征峰的位置与相对强度信息。通过非弹窗与俘获窗伽马能谱的线性叠加，复现出任意源脉冲周期或形状设置下的伽马能谱。在此基础上，求解展宽后模拟伽马能谱的叠加系数，来补偿模拟伽马能谱中缺少的多个脉冲周期造成的俘获伽马在时间上的堆积；避免了模拟中为粒子源设定模块添加脉冲形状的难度，解决了中子源输出脉冲时序多样话、脉冲形状不稳定及多脉冲测量下俘获堆积造成的模拟难度高、精度低的问题。精度低的问题。精度低的问题。
技术研发人员：唐微 张琼 葛忆
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2022.06.21
技术公布日：2022/11/1
