伽马能谱测井主要应用于自然伽马射线、脉冲中子测井中的散射伽马、俘获伽马射线测量，以确定地层元素种类与含量，来研究井剖面地层性质，是解决地球科学、环境科学等有关问题的主要手段之一。传统的井下伽马能谱测量系统采用单一探测器，能量响应主要集中在一个很窄的区域。而宽能域中子伽马能谱测井通常采用多探头结构，分段对伽马能谱进行测量，可以记录中子与地层作用的中子俘获伽马射线和自然伽马放射性的全伽马射线谱，通过解谱获取地层元素种类以及含量等信息。
　　本文采用理论分析与模拟仿真相结合的方法，通过采用LaBr3:Ce3+探测器与BGO探测器的双探测器组合来达到伽马能谱的宽能域测量效果。宽能域伽马测井利用LaBr3:Ce3+探测器较高的能量分辨率测量0.03MeV-3MeV的伽马射线，包括自然伽马射线和部分俘获伽马射线谱，利用BGO探测器较高的探测效率测量3MeV-10MeV的俘获伽马射线。通过蒙特卡罗程序MCNP建立了测井系统的模型，对宽能域伽马能谱测井系统的结构与材料优化选取原则进行了研究，分析了屏蔽体材料、厚度、探测器和中子源位置等对测量能谱的影响，以获取更为理想的伽马能谱。在自然伽马射线解谱研究中，推导了通过剥谱法进行解谱计算的公式。通过建立标准刻度井完成了自然伽马射线的仪器刻度校准，得到了40K、铀系和钍系三个特征峰能窗的响应系数，并利用模拟验证了解谱方法的可行性。在俘获伽马能谱解谱研究中，完成了对LaBr3:Ce3+探测器与BGO探测器所采集俘获伽马谱的线性化和归一化处理。基于测井原理推导了地层元素质量比的计算公式、最小二乘法求取产额的计算公式以及氧化物闭合模型求取地层因子的公式。通过建立混合元素地层模型，模拟获得了混合俘获伽马谱，并通过推导的公式计算得出了元素产额、地层因子、相对灵敏度因子，最终确定地层中元素的质量比。经过上述研究，获得如下主要研究成果：
　　(1)确定了宽能域伽马能谱测井系统的几何结构，采用14cm的钨铁镍合金作为屏蔽体，近端探头位于外壳上下段分界面35cm处，硼层厚度2mm；
　　(2)验证了宽能域伽马测井系统进行自然伽马能谱解谱的可行性，结果显示利用LaBr3:Ce3+探测器采集自然伽马射线效果良好，解谱求得铀、钍和钾质量比的平均相对误差小于5%；
　　(3)模拟获得了地层主要元素的标准谱，并对模拟获得的标准谱进行线性化、归一化和平滑处理；
　　(4)对归一化宽能域伽马俘获能谱进行了解谱验证，通过计算发现H元素由于相对灵敏度因子太小导致其解谱获得的元素质量比相对误差达到了7%，其他元素相对误差均在5%以内，与模型中真实的元素质量比基本一致。
　　研究结果验证了对两个探测器采集的俘获伽马能谱进行的线性化和归一化处理的有效性，证明了双探头宽能域伽马能谱测井系统进行自然和俘获伽马能谱解谱计算的可行性。