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测井教程第7章 自然伽马测井

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伽马测井

伽马测井
➢ 氡(Rn)：氡有三个同位素，其中222Rn是铀系的一个子体，氡是易溶于水和有机 溶液的气体，易被吸附在各种物质的表面上。在构造破碎带常有氡富集；
➢ 铋(Bi)：214Bi是铀系中的主要伽马辐射体，特征伽马射线的能量是1.76MeV。
在自然伽马能谱测井中，主要根据214Bi的这一特征峰确定铀在地层中的含量；
➢ 钋(Po)：钋有七个同位素，其中218Po, 214Po和210Po是铀系的子体。218Po和9Be 混合可制造中子源，在铀矿普查时可利用210Po寻找铀矿；
2点认识： 1）铀的伽马辐射强度会随时间而变化，所以将碳酸盐岩或火成岩裸眼井段 作为标准井，对自然伽马强度和能谱测井都是不合适的。 2）由于铀及其子体的化学性质活跃，风化、运移、富集过程影响因素多， 通常不是泥质含量的可靠指示元素。
c) 以各类腐殖酸盐络合物形式运移，在下述条件下沉积：腐殖
酸氧化，络合物被破坏；吸附作用；与某些盐类作用形成不 溶性盐；
d) 呈铀的胶溶体U02(OH)2的形式运移，在下述条件下沉积：被带
负电荷的硅酸胶体及Fe（OH)3吸附；与还原剂相遇。
③ 铀系中的几个典型核素：
➢ 镭(Ra)：镭有四个同位素，其中226Ra是238U的一个子体。由于在采油井水驱前 沿的镭在井眼周围的富集，使自然伽马总强度增强能指示储层水淹级别的高低；
208Tl，其次是238Ac。这两个核素发
射的伽马射线的总能量约占钍系发 射的伽马射线总能量85％，而其辐 射强度约占钍系总强度的71％。 208Tl发射的能量为2.62MeV的伽马 射线，是钍系能量最高强度最大的 伽马谱线。
②散射伽马测井：测量点状伽马源生成的散射伽马辐射场； ③示踪伽马测井：测量由载体携带的放射性示踪剂发射的伽马辐

放射性测井之自然伽马测井

放射性测井之自然伽马测井
自然伽马测井是利用地层中自然存在的放射性元 素，如铀、钍等，测量地层岩石的自然伽马射线 辐射强度。通过测量自然伽马射线辐射强度，可 以推断地层岩石的孔隙度、含水量等性质。
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供

自然伽马测井

自然伽马测井
C 为12的碳原子核可表示为 12 。 6
勘探开发工程监督管理中心
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（2）、同位素和放射性核素
核素指的是原子核中具有一定数量的质子和中子并 在同一能态上的同类原子，同一核素的原子核中质 子数和中子数都相等。而同位素是原子核中质子数 相同而中子数不同的核素，它们具有相同的化学性 质，在元素周期表中占有同一位置。
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
放射性核素的原子核自发地放射出一 种带电粒子（ α或β），蜕变成另 外某种原子核，同时放射出γ射线的 过程叫核衰变。核能自发地释放α、 β、γ射线的性质叫放射性。
勘探开发工程监督管理中心
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
勘探开发工程监督管理中心
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
这里给出几种放射性核素的半衰期。
放射性核素 钾 铯 钡
铟 钴
符号 K 40
19
55 Cs137
Ba131 In113
Co60
半衰期T
1.3 109 年
3.3 年 11.8 天
100 分钟
5.27 年
勘探开发工程监督管理中心
2
伽马射线和物质的作用
γ光子和物质的这三种作用的几率和γ光子的能量有关，低能γ 光子和物质作用以光电效应为主，中能γ光子和物质发生康普顿 效应的几率最大，而电子对效应则发生在伽马光子的能量大于 1.022 MeV时。
低能
光电效应
中能
康普顿效应
大于1.022MeV
电子对效应

自然电位及自然伽马

自然电位及自然伽马

������������ = ������������ lg
������2 ������������������
在泥岩和泥浆接触面上，由于扩散吸附作用，产生的扩散吸附电动势为 ������������������ 1 = ������������������ lg ������1 ������������������
������ 1
������������ = ������������ lg 或 ������������ = ������������ lg
������������������ ������������
������������ ������ ������������
图 3 井内自然电位分布示意图
在砂岩和泥岩接触面上，由于扩散吸附作用，产生的扩散吸附电动势为 ������1 ������������������ 2 = ������������������ lg ������2 在井与砂岩、泥岩接触面上，自然电流回路中的总自然电动势������������ 即 ������������ = ������������ + ������������������ 1 −������������������ 2 ������2 = klg ������������������ 式中 K=Kd+Kda，称为自然电位系数。可以写成： ������������������ ������������ = −klg = ������������������ ������������ 通常把 E。写作 S5P，称为静自然电位。实际测井时以泥岩作自然电位曲线的基线(即零 线)，当 Cw>Cmf 时，砂岩的自然电位异常为负值，因此上式右端取负号。把井中巨厚的纯砂 岩井段的自然电位幅度近似认为是 SSP。静自然电位的变化范围在含淡水岩层的+50mV 到含 高矿化度盐水岩层的-200mV 之间。 2．自然电位曲线特点 图 6 是一组含水纯砂岩的自然电位理论曲线，横坐标是自然电位与静自然电位之比Δ Usp／SSP，纵坐标为地层厚度 h，曲线号码为层厚与井径之比 h／d。当上、下围岩很厚且岩 性相同时，从曲线上可以看到下列特点：曲线关于地层中点对称，地层中点处异常值最大； 地层越厚，Δ Usp 越接近 SSP，地层厚度变小，△Usp 下降，且曲线顶部变尖，底部变宽， △Usp≤SSP；当 h>4d 时，△Usp 的半幅点对应地层的界面，因此较厚地层可用半幅点法确 定地层界面，地层变薄时，不能用半幅点法分层。实测曲线与理论曲线特点基本相同，由于 测井时受多方面因素的影响，实测曲线不如理论曲线规则(图 7)。使用自然电位曲线时应注 意：自然电位曲线没有绝对零点，是以泥岩井段的自然电位曲线幅度作基线；自然电位曲线 幅度△Usp 的读数是基线到曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。 在砂泥岩剖面中，以泥岩作为基线，Cw>Cmf 时，砂岩层段出现自然电位负异常；Cw<Cmf 时，砂岩层段出现自然电位正异常；Cw=Cmf 时，没有造成自然电场的电动势产生，则没有 自然电位异常出现。Cw 和 Cmf 差别越大，造成的自然电场的电动势越大。

自然电位、自然伽马测井基本原理

自然电位、自然伽马测井基本原理

⾃然电位、⾃然伽马测井基本原理⾃然电位测井⽅法原理在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。

这个电位是⾃然产⽣的，故称为⾃然电位。

使⽤图1所⽰电路，沿井提升M电极，地⾯仪器即可同时测出⼀条⾃然电位变化曲线。

⾃然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显⽰出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。

⾃然电位测井⽅法简单，实⽤价值⾼，是划分岩性和研究储集层性质的基本⽅法之⼀。

图 1⾃然电位测井原理⼀、井内⾃然电位产⽣的原因井内⾃然电位产⽣的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层⽔的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压⼒和泥浆柱压⼒不同，在井壁附近产⽣了⾃然电动势，形成了⾃然电场。

1．扩散电动势(Ed)的产⽣如图2所⽰，在⼀个玻璃容器中，⽤⼀个渗透性的半透膜将其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液，并且在两边分别放⼈⼀只电极，此时表头指针发⽣偏转。

此现象可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的⾃然趋势，即⾼浓度溶液中的离⼦受渗透压的作⽤要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这⼀现象称为离⼦扩散。

在扩散过程中，由于Cl-的迁移率⼤于Na+的迁移率，扩散结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，⾼浓度溶图2扩散电动势产⽣⽰意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。

这就在两种不同浓度的溶液间产⽣了电动势，所以可测到电位差。

离⼦在继续扩散，⾼浓度溶液中的Cl-，由于受⾼浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；⽽⾼浓度溶液中的Na+，由于受⾼浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。

当接触⾯附近的电荷聚集使正、负离⼦的迁移速度相等时，电荷聚集就停⽌了，但离⼦还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持⼀定值：这个电动势是由离⼦扩散作⽤产⽣的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可⽤下式表⽰：EE dd=KK dd lg cc1cc2式中EE dd为扩散电位系数，mv；cc1，cc2为溶液盐类的浓度，g/L。

自然伽马能谱测井第一节

自然伽马能谱测井第一节

• 光阴极发射光电子的效率随入射光波长而改变的现象称 光电倍增管的光谱响应。
• 光电倍增管的灵敏度和光谱响应都和光阴极的材料有关。
暗电流
• 由于次阴极的热电子发射，光电倍增管没有入射光时， 阳极上仍有微小电流流过，约为10-7～10-9A，这个电流 称为暗电流。 • 应该降低光电倍增管的工作温度和提高其灵敏度。
能窗设置
• 在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测 1.46、1.76和2.62MeV三个特征峰。
• 在低能域设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿 散射后的伽马射线。
稳谱
• 晶体和光电倍增管对温度十分灵敏，温度变化将引起光 电倍增管输出脉冲幅度的改变，等效于能谱的漂移。因 此，在测量过程需调整电压和电子线路参数保证能量谱 的稳定。
灵敏度
• 光电倍增管的灵敏度是用来描述光电倍增管的光电转换 性能。
• 光阴极灵敏度是指一个光子在光阴极上打出一个电子的 几率。
• 总灵敏度是指入射一个光子在阳极上收集到的平均电子 数，单位是μA/lm（微安/流明）。
光谱响应
• 光电倍增管的灵敏度实际上与入射光的波长有关，波长 过长或过短的光子入射到光阴极打出电子的几率都极低。源自用Th和U的比值研究沉积环境
• 从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比值增大： • 碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8 • 粘土岩的Th/U为2.0～4.1 • 砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U值变化范围也大。
某些矿物、岩石的U、Th和K的含量
岩石矿物名称 典型的泥岩 膨润土 蒙脱石 高岭石 伊利石 黑云母 白云母 绿泥石 硬石膏 岩盐 砂岩 碳酸盐岩 K，％ 2.4～4.0 ＜0.5 0.16 0.42 4.5 6.7～8.3 7.9～9.8 <0.05 0.1～0.2 0.1～0.2 0.7～3.8 0.1～2.0 U，ppm 2.0～6.0 1.0～20.0 2.0～5.0 1.50～3.0 1.50 0.5 0.5 0.2～0.6 0.1～9.0 Th，ppm 8.0～16.0 6.0～50.0 14.0～24.0 6.0～19.0 ＜0.01 ＜0.0l 0.8～1.40 0.8～1.40 0.7～2.0 0.1～7.0

自然电位、自然伽马测井基本原理

自然电位、自然伽马测井基本原理

自然电位测井方法原理在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。

这个电位是自然产生的，故称为自然电位。

使用图1所示电路，沿井提升M电极，地面仪器即可同时测出一条自然电位变化曲线。

自然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显示出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。

自然电位测井方法简单，实用价值高，是划分岩性和研究储集层性质的基本方法之一。

图 1自然电位测井原理一、井内自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层水的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生了自然电动势，形成了自然电场。

1．扩散电动势(Ed)的产生如图2所示，在一个玻璃容器中，用一个渗透性的半透膜将其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液，并且在两边分别放人一只电极，此时表头指针发生偏转。

此现象可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这一现象称为离子扩散。

在扩散过程中，由于Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，扩散结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，高浓度溶图2扩散电动势产生示意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。

这就在两种不同浓度的溶液间产生了电动势，所以可测到电位差。

离子在继续扩散，高浓度溶液中的Cl-，由于受高浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；而高浓度溶液中的Na+，由于受高浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。

当接触面附近的电荷聚集使正、负离子的迁移速度相等时，电荷聚集就停止了，但离子还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持一定值：这个电动势是由离子扩散作用产生的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可用下式表示：EE dd=KK dd lg cc1cc2式中EE dd为扩散电位系数，mv；cc1，cc2为溶液盐类的浓度，g/L。

自然伽马测井名词解释

自然伽马测井名词解释

自然伽马测井名词解释
自然伽马测井是一种采用伽马射线来测量地层岩石物性的测井
方法。

在这个过程中，使用伽马探测器来测量地下岩石内的自然伽马辐射，并将其转换成对应的计数率。

这些计数率可以帮助地质学家确定地层的岩性、厚度和密度等信息。

以下是自然伽马测井中一些常见的名词及其解释：
1. 伽马射线（Gamma Ray）：一种高能电磁波，由放射性核衰变产生。

在自然伽马测井中，伽马射线可以用来测量地层的放射性特性，从而确定地层类型和分界面。

2. 自然伽马辐射（Natural Gamma Radiation）：指来自地下岩石的自然放射性元素（如铀、钍、钾等）所发出的伽马射线。

自然伽马测井利用这种辐射来识别地层特征。

3. 计数率（Count Rate）：指测量仪器在一定时间内记录到的伽马射线计数数目。

计数率越高，表示所测地层中放射性物质的含量也越高。

4. 电阻率（Resistivity）：指材料对电流通过的阻力。

自然伽马测井中，电阻率可以用来确定地层的导电特性。

通过与伽马计数率结合使用，可以帮助地质学家确定地层的矿物组成和岩性。

5. 伽马探测器（Gamma Ray Detector）：一种专门用于检测伽马射线的探测器。

常见的探测器包括NaI（Tl）闪烁体探测器、BGO晶体探测器等，这些探测器可以测量伽马射线的能量和计数率，并将其转换成电信号输出。

总的来说，自然伽马测井是一种重要的地球物理勘探方法，广泛应用于油气勘探、地质调查和环境监测等领域。

了解自然伽马测井中的相关名词及其解释，有助于深入理解这一技术，并更好地应用于实际工作中。

自然伽马测井原理

自然伽马测井原理

自然伽马测井原理
自然伽马测井（Natural Gamma Ray Logging）是一种用于地质勘探和地层解释的测井方法。

其原理是通过测量地层中存在的天然伽马射线强度来获取地层的放射性元素含量，进而推断地层的成分和性质。

伽马射线是一种能够穿透物质的高能电磁辐射，常常与放射性同位素的衰变过程相关。

地层中的放射性元素如钾、铀和钍会以不同的比例存在，它们的核衰变会释放出伽马射线。

这些伽马射线的能量和强度与地层中的放射性元素含量有关。

在自然伽马测井中，测井仪器将伽马射线传感器降入井中，通过探测上下井段的伽马射线强度差异来识别地层。

伽马射线强度通常以计数率 (counts per second，cps) 的形式进行测量。

通
过观察伽马射线计数率的变化，可以确定地层中放射性元素的含量及其分布。

自然伽马测井可以提供许多地层信息。

例如，钾元素主要存在于黏土矿物中，可用于判断地层的砂岩和页岩含量。

铀和钍元素主要存在于砂岩中，可以用于识别砂岩体。

此外，自然伽马测井还可用于确定地层的厚度和边界、识别化石层、建立地质模型等。

需要注意的是，自然伽马测井的应用需要考虑伽马射线的穿透能力和侵入深度等因素。

不同元素对伽马射线的敏感度也不同，因此对于复杂地层，可能需要结合其他测井方法进行综合解释。

总之，自然伽马测井是一种重要的地质勘探工具，通过测量地层中的伽马射线强度，可以获取地层的放射性元素含量和地质信息，为勘探工作提供有价值的数据支持。

自然伽马能谱测井仪器

自然伽马能谱测井仪器
稳谱 晶体和光电倍增管对温度十分灵敏，温度变化将引起光
电倍增管输出脉冲幅度的改变，等效于能谱的漂移。因此， 在测量过程中，通过调整电压和电子线路参数保证能量谱 的稳定。
•解谱原理
用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13K
WW32
根据统计，沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：
(1)随泥质含量的增加而增加 (2)随有机物含量的增加而增加 (3)随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ；
K峰的能窗范围是1365～1460keV和1460～1590keV， Th峰的能窗范围是2515～2610kev和2610～2740keV。
和Am241峰稳谱原理一样，测量K峰和Th峰的高、 低能窗的计数率，如果高、低能窗计数率相等，则 全谱稳定。如高、低能窗计数率不等，则调节能窗 比较器的门槛电压。
能窗设置 在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测1.46、
1.76和2.62MeV个主要峰 在低能域再设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿
散射后的伽马射线。 W1：0.15～0.5Mev W2：0.5～1.1Mev W3：1.32～1.575Mev(K) W4：1.65～2.39Mev(U) W5：2.475～2.765Mev(Th)
NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
1. Am源稳谱
为了使能谱信号处于能窗的 正确位置，采用调整光电倍增管 高压的办法，使输出脉冲幅度有 所改变。为此，选用一个单能伽 马源作为能量参考，记录它的能 量谱，实现稳谱。仪器把5μCi 的Am241源紧靠着闪烁晶体，它产 生没有散射的60keV的单峰，这 个峰也不受地层谱的影响。

自然伽马测井原理

自然伽马测井原理

自然伽马测井原理自然伽马测井是一种常用的地球物理勘探技术，它通过测量地层中的自然伽马辐射来获取地层的物性参数，对地质构造和油气藏进行识别和评价。

自然伽马测井原理是基于地层中放射性元素的存在，这些元素会发出自然伽马辐射，通过测量这种辐射的强度和能量分布，可以了解地层的岩性、厚度、孔隙度等信息，为油气勘探和开发提供重要的地质信息。

自然伽马辐射是地球物理测井中常用的一种测井方法，它利用地层中含有的放射性元素（如钾、钍、铀等）所产生的自然伽马辐射进行测量。

这些放射性元素在地层中的含量和分布会影响自然伽马辐射的强度和能谱特征，因此可以通过测量自然伽马辐射来推断地层的性质。

自然伽马测井常用的测量工具是自然伽马测井仪，它能够实时测量地层中的自然伽马辐射，并将数据传输到地面进行分析和解释。

自然伽马测井原理的核心是利用地层中放射性元素的存在来获取地层的物性参数，通过测量自然伽马辐射的强度和能谱特征，可以获取地层的厚度、密度、孔隙度等信息。

在实际应用中，自然伽马测井可以用于识别地层的岩性，划分地层的界面，评价地层的孔隙度和渗透率，识别油气层和水层等。

因此，自然伽马测井在油气勘探和开发中具有重要的应用价值。

自然伽马测井原理的实现依赖于自然伽马辐射的测量和解释。

自然伽马辐射的测量需要使用自然伽马测井仪，它能够实时测量地层中的自然伽马辐射，并将数据传输到地面进行分析。

自然伽马辐射的解释则需要借助地质、物理和数学等知识，通过对自然伽马辐射数据的处理和解释，可以获取地层的物性参数，并进行地质分析和油气勘探评价。

总的来说，自然伽马测井原理是基于地层中放射性元素的存在，利用自然伽马辐射来获取地层的物性参数，为油气勘探和开发提供重要的地质信息。

通过自然伽马测井，可以实现对地层岩性、厚度、孔隙度等参数的快速获取，为油气勘探和开发提供重要的技术支持。

自然伽马测井原理的应用将进一步推动油气勘探和开发技术的进步，为油气田的发现和开发提供重要的技术手段和支持。

自然伽马测井

自然伽马测井

• 闪烁计数管的工作原理
• a 伽马射线进入NaI晶体，从它的原子中打出电子 伽马射线进入NaI晶体，从它的原子中打出电子 NaI晶体 来。 • b 次级电子使NaI晶体激发，产生闪烁光。 次级电子使NaI晶体激发，产生闪烁光 NaI晶体激发 闪烁光。 • c 将闪烁光光子收集到光电倍增管的光阴极上， 将闪烁光光子收集到光电倍增管的光阴极上， 产生光电子 光电子。 产生光电子。 • d 光电倍增管中电压逐级增大，光电子数量逐级 光电倍增管中电压逐级增大， 倍增，使阳极电压下降，产生电压负脉冲 负脉冲。 倍增，使阳极电压下降，产生电压负脉冲。 • e 脉冲信号被传送到地面系统，处理并记录。 脉冲信号被传送到地面系统，处理并记录。 • 原理图
放电计数管和 放电计数管和闪烁计数管
• 放电计数管由于对伽马射线的记录率很低 ），基本上不被采用 （1%~2%），基本上不被采用。 ），基本上不被采用。 • 闪烁计数管：由光电倍增管和碘化钠晶体及电子 闪烁计数管： 元件组成。 元件组成。 • 一般光电倍增管联极的极数为 一般光电倍增管联极的极数为9~11个，放大倍数 个 左右， 为105~106左右，由光电倍增管和碘化钠晶体构成 的计数管具有计数效率高，分辨时间短的优点。 的计数管具有计数效率高，分辨时间短的优点。
一
岩石的自然放射性
• 1 伽马放射性高的岩石 深海相的泥质沉积 如海绿石砂岩，高放射性独居石， 物，如海绿石砂岩，高放射性独居石，钾 钡矿砂岩，含铀钒矿的石灰岩以及钾岩等。 钡矿砂岩，含铀钒矿的石灰岩以及钾岩等。 • 2 伽马放射性中等的岩石 包括浅海相和 陆相沉积的泥质岩石，如泥质砂岩、 陆相沉积的泥质岩石，如泥质砂岩、泥灰 岩和泥质石灰岩。 岩和泥质石灰岩。 • 3伽马放射性低的岩石 砂层、砂岩和石灰 伽马放射性低的岩石 砂层、 煤和沥青等。（ 。（煤和沥青放射性含量 岩、煤和沥青等。（煤和沥青放射性含量 变化较大） 变化较大）

自然伽马测井的测量原理

自然伽马测井的测量原理
自然伽马测井原理
华北石油工程公司测井分公司
目
1
录
岩石的自然放射性 2 自然伽马测井的测量原理 3 自然伽马测井曲线的影响因素
一、岩石的自然放射性
自然伽马测井是在井内测量岩层中自然存在的γ射线强 度，是研究地层问题的一种测井方法。 一般来说，三大岩类中放射性：火成岩>变质岩>沉积岩 沉积岩按放射性由强到弱又可分为以下三类： 1、自然放射性高，放射性软泥，红色粘土，海绿石砂 岩等岩石。 2、自然放射性中等，浅海相和陆相沉积的泥质岩石， 如泥质砂岩、泥灰岩和泥质石灰岩。 3、自然放射性低，砂层、砂岩和石灰岩、煤和沥青等。 由于不同地层具有不同的自然放射性，因而，有可能根 据自然伽马测井法研究地层的性质。
③由于测井速度过快，曲线
变形失真。
自然伽马测井曲线的影响因素（3）
井参数对自然伽马测井曲 线的影响： 泥浆、套管、水泥环会吸 收伽马射线，所以这些物 质会使自然伽马测井值降 低。一层套管时的自然伽 马测井值大约是没有套管 的75%，如有多层套管则自 然伽马值明显下降。 井参数对自然伽马测井曲线 的影响： 泥浆、套管、水泥环会吸收 伽马射线，所以这些物质 会使自然伽马测井值降低。 一层套管时的自然伽马测 井值大约是没有套管的 75%， 如有多层套管则自然伽马 值明显下降。
二、自然伽马测井的测量原理
自然伽马测井仪器包括 两部分： ①地面仪器：地面系统 ②井下仪器: 探测器、放大 电路等 地层中的伽马射线通过 泥浆到达探测器,探测器把它 变成电脉冲进行放大形成电 信号,再通过电缆到达地面仪 器,变换成电脉冲数/每分钟 (强度)进行记录。
华北石油工程公司测井分公司
1、闪烁探测器
GR值的相关问题—GR值低
问题描述：GR值偏低原因：源自①GR刻度失准。 ②伽马测井仪长期测 套管有磁化现象的井， 或不慎将伽马测井仪 和磁定位仪器长期放 在一起，这都将导致 光电倍增管被化，光 电倍增管受磁场的影 响，计数率降低。

自然伽马测井的测量原理

自然伽马测井的测量原理

GR值的相关问题—GR值低
问题描述：GR值偏低
原因：
①GR刻度失准。 ②伽马测井仪长期测 套管有磁化现象的井， 或不慎将伽马测井仪 和磁定位仪器长期放 在一起，这都将导致 光电倍增管被化，光 电倍增管受磁场的影 响，计数率降低。
GR值的相关问题—GR值低
③碘化纳晶体十分容易潮解，变 成黄色，并且抗震能力差，在测 井和运输过程中容易产生裂纹， 使 NaI 晶体产生的光子数减少， 计数率偏低。
自然伽马测井曲线的影响因素（3）
井参数对自然伽马测井曲 线的影响： 泥浆、套管、水泥环会吸 收伽马射线，所以这些物 质会使自然伽马测井值降 低。一层套管时的自然伽 马测井值大约是没有套管 的75%，如有多层套管则自 然伽马值明显下降。 井参数对自然伽马测井曲线 的影响： 泥浆、套管、水泥环会吸收 伽马射线，所以这些物质 会使自然伽马测井值降低。 一层套管时的自然伽马测 井值大约是没有套管的 75%， 如有多层套管则自然伽马 值明显下降。
④晶体与光电倍增管耦合不好，
晶体和光电倍增管的接触面上有 空气，使光子在交界面上发生全
反射，不利于将大部分光子收集
到光电倍增管的光阴极上，从而 使伽马仪器的计数率偏低。
GR值的相关问题—GR值高
问题描述：GR值偏高。 原因分析 ①刻度不准
②伽马仪器长期与放射
性放在仪器导致晶体被
活化。
GR值的相关问题—GR值高
组成单元： 闪烁体（NaI晶体） 光电倍增管
电子仪器
2、伽马曲线的测量过程
①γ射线进入晶体，产生次级电子； ②次级电子使闪烁体激发，产生荧光； ③荧光通过光导物质到达光电倍增管的光阴极，产生光电子； ④光电子在光电倍增管中高压的作用下增加几个数量级，形 成的电子流在阳极负载上产生电脉冲信号； ⑤电脉冲信号被放大器放大、由电缆传送至地面仪器； ⑥地面仪器将单位时间形成的脉冲（计数率）转变成与其成 比例的电位差进行记录。 ⑦井下仪器在井内沿着单一方向移动测量，地面仪器就连续 记录出井剖面的自然伽马强度曲线，这就是自然伽马测井曲 线（GR表示），用标准化单位API表示。

自然伽马能谱测井原理及其应用

自然伽马能谱测井原理及其应用

班级资工11101班学号 201107964 姓名陈强目录自然伽马能谱测井原理 (3)自然伽马能谱测井分析与应用 (5)关于自然伽玛能谱的几点认识与总结 (9)自然伽马能谱测井原理及其应用The Principle and Application of Natural Gamma RaySpectrometry Logging1 自然伽马能谱测井原理1.1 自然伽马能谱测井的理论基础地层中存在的放射性核素，主要是天然放射性核素，这些核素又分放射系和非放射系的天然放射性核素。

放射系为钍系、铀系和锕铀系，但锕铀系的头一个核素235U在自然界中的丰度很低，其放射性贡献甚微，不予考虑。

非放射系的天然放射性核素如表1所列。

从表中可见，主要是87Rb和40K，但是87Rb无伽马辐射。

所以，在研究地层中的自然伽马能谱主要是238U、232Th放射系和40K放射的伽马射线能谱。

因为地层岩石的自然伽马射线主要是由铀系和钍系中的放射性核素及40K产生的。

而铀系和钍系所发射的伽马射线是由许多种核素共同发射的伽马射线的总和，但每种核素所发射的伽马射线的能量和强度不同，因而伽马射线的能量分布是复杂的。

而40K只能发射一种伽马射线，其能量1．46Mev的单能。

如果我们把横座标表示为伽马射线的能量，纵座标表示为相应的该能量的伽马射线的强度。

把这些粒子发射的伽马射线的能量画在座标系中，那么就得到了伽马射线的能量和强度的关系图，这个图称为自然伽马的能谱图。

铀系和钍系在放射性平衡状态下系内核素的原子核数的比例关系是确定的，因此不同能量伽马的相对强度也是确定的，因此我们可以分别在这两个系中选出某种核素的特征核素伽马射线的能量来分别识别铀和钍。

这种被选定的某种核素称为特征核素，它发射的伽射线的能量称为特征能量，在自然伽马能谱测井中，通常选用铀系中的214Bi发射的1．76MeV 的伽马射线来识别铀，选用钍系中的208Tl发射的2. 62MeV的伽马射线来识别钍，用1．46MeV的伽马射线来识别钾。

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第七章
自然伽马测井
自然伽马测井是放射性测井中的一种方法。放射性测井是以 物质原子核物理性质为基础的一组测井方法，统称为核测井，包 括自然伽马，自然伽马能谱、中子、密度测井等。 自然伽马测井测量的伽马射线，有较强的穿透能力，能在已经 下了套管的井中测量，因此，这种方法既可以在裸眼井中测量， 又可以在套管井中测井。 由于岩石的自然放射性与剖面上岩石的导电性无关，与井内所 充填的介质特性无关，因此，它能在任意岩层剖面，以及在井内 充满高矿化度泥浆、油基泥浆甚至空气的条件下使用。也正是由 于这些原因，这种方法已成为碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井的 地区进行测井的重要内容。 从应用的角度考虑，自然伽马测井同自然电位测井类似。定性 方面，可用以划分泥质和非泥质地层，确定渗透层。定量方面， 可以用它来计算地层的泥质含量，判断渗透层的物性好坏。
一、测量原理
进行自然伽马测井的简单原理如图所示，整个测量 装臵由井下仪器和地面仪器两大部分组成。
沉积岩的自然放射性，大体可分为高、中、低三种类型。
①高自然放射性的岩石：包括泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩、 深海沉积的泥岩，以及钾盐层等，其自然伽马测井读数约 100API以上。特别是深海泥岩和钾盐层，自然伽马测井读数 在所述沉积岩中是最高的。 ②中等自然放射性的岩石，包括砂岩、石灰岩和白云岩。 其自然伽马测井读数介于50—100API之间。 ③低自然放射性的岩石：包括岩盐、煤层和硬石膏。自然
N0 2 N 0e
t
T

T和λ一样，也是不受任何外界作用的影响，而且和时间无关的常 量。不同放射性元素的T值也是不同的。 自然界中，各种放射性元素的半衰期相差很大，有的长达几十亿年 ，有的短到若干分之一秒。例如，铀的半衰期为4.51×109 年，镭 1590年，氡为3.825天等等。 一种放射性元素的半衰期可以精确估计，但是无法估计在一个短 时间内到底有多少个原子可能发生衰变。然而，对元素整体来讲，其 衰变具有统计性，即围绕某一平均值在一定范围内变化。
可见，来自井下岩石的放射性射线中，γ射线才是唯一可探测到的
。
2
沉积岩的自然放射性
自然界的岩石和矿石均不同程度的具有一定的放射性，它们几乎 全部是由放射性元素铀、钍、锕以及放射性同位素钾 19K40在其中存在 并进行衰变的结果。铀、钍、锕这三个放射性系列，分别由半衰期较 长的铀的一种同位素 92U238、钍元素90Th232和铀的另一种同位素 92U235开 始进行衰变，产生一系列新的放射性同位素，并继续衰变向着稳定元 素过渡。
质； ③随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。 可见，除特殊的放射性矿物如钾盐层以外，油气田中常遇 到的沉积岩的自然放射性强弱与岩石中含泥质的多少有密切
的关系。
岩石含泥质越多，自然放射性就越强。
这是因为：①构成泥质的粘土颗粒较细，有较大的比表面
积，在沉积过程中能够吸附较多的溶液中放射性元素的离子。
第七章
一、核衰变及其放射性
⑴原子的结构
自然伽马测井
1.1 自然伽马测井的核物理基础
矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成， 原子的中心是原子核，离较远处的核外电子，按一定的轨道绕核运动， 它是一种很微小的粒子，直径约为l0-8cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 中子(不带电)]
所有这些放射性元素在衰变过程中都能同时放出伽马射线，且不 同元素放出的γ射线的数量和能量两方面均有区别。如：K：1.46Mev ；U、Th：γ能谱较为复杂，因此，通过探测γ射线的数量（强度）和 能量（能谱），就有可能确定岩石中放射性元素的数量（含量）及种 类，并进一步用来寻找放射性矿床和研究岩层性质等。 以研究岩石中放射元素的相对含量，即探测自然伽马射线总强度 的测井方法叫做自然伽马测井；
其导出单位是毫居里和微居里：1mCi=3.7×l07/s 1μCi=3.7×l04/s
1975年国际计量大会对放射性强度的单位作了新的规定，按规定， 国际单位制的强度单位命名为“贝可勒尔”，符号为Bq。
1Bq=1/s
1Ci=3.7×l010 Bq
⑸放射性射线的性质
放射性物质能放出三种本质不同的射线，它们分别是α射线，β射 线和γ射线。它们各具如下性质：
而测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中放射 性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能谱测井。
2
沉积岩的自然放射性
对于三大类岩石而言，一般说来，火成岩在三大岩类中放 射性最强，变质岩次之，沉积岩最弱。 1）岩浆岩：其中有许多放射性矿物，如长石、云母集中了地 层中绝大多数钾K。角闪石、独居石、辉石也有较高放射性， 其中以碱性岩、锆石、独居石等放射性最强。
一起沉积下来。因而沉积岩中放射性元素的含量取决于
岩石的矿物成分、岩性及形成过程中的物理化学条件等。
根据实验和统计，沉积岩的自然放射性强度一般有以下
变化规律： ①随泥质含量的增加而增加； ②随有机物含量的增加而增加，如沥青质泥岩的放射性很高。 在还原条件下，六价铀能被还原成四价铀，从溶液中分离出
来而沉淀在地层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物
84Po 82Pb 210→ 82Pb 206*+ 2He 4（α） 206*→ 82Pb 206+γ（0.89mev）
⑷核衰变规律 任何放射性元素从不稳定到稳定的衰变过程，遵循着一个总 的趋势，即随时间呈指数规律递减。而且这种变化与任何外界作 用无关，如温度、压力和电场、磁场等都不能影响放射性衰变的 速度，这一速度唯一地取决于放射性元素本身的性质。
②泥质颗粒沉积时间长(特别是深海沉积)，有充分的时间同
放射性元素接触和进行离子交换，所以，泥质岩石就具有较
强的自然放射性。 这也成为我们利用自然伽马测井曲线区分岩石性质、进行 地层对比，以及定量估计岩石中泥质含量的依据。
3 伽马射线的探测
目前使用较为普遍的伽马射线探测器主要是闪烁计数器，
图1是闪烁计数器的简单结构。它主要由NaI萤光晶体和光电
⑷核衰变规律
一种放射性物质的放射性强弱，是以单位时间内发生衰变的原子核 的数目来量度，称为放射性强度，用符号J表示。
J dN dt
t
J N 0e
t
显然
J J 0e
式中：J0—物质的初始放射性强度。 可见，放射性物质的放射性强度也以同样的指数规律衰减。同时， 它也符合统计的规律。 放射性强度的单位是居里（Ci），它的定义是： 1Ci=3.7×l010/s，即每秒钟有3.7×l010次核衰变。
是氢的同位素，铀92U235、92U234和92U238是铀的同位素等等。
在自然界中，有些同位素是稳定的，即它们的结构和能量不会
发生改变。而有些同位素则是不稳定的，这种能自发地改变结构
，放射出射线，并变成其它元素的同位素。这种不稳定的同位素 称为放射性同位素。
⑶核衰变
放射性同位素通过放射出射线而从不稳定到稳定的过渡称为核衰变。 这种衰变有两种形式 一种是从原子核中放出α粒子(2He4)，叫做α衰变； 另一种是从原子核中放出β粒子(-1e0)，称为β衰变。 在这些衰变过程中，多余的能量以γ射线的形式释放。 不稳定同位素在向稳定转化的过程中，原子核中多余的能量将以高能电磁 波的形式辐射出去，它就是γ射线，所以γ射线是放射性同位素发生衰变使 原子核内部能量发生改变时的伴随产物。 如：放射性元素钋（84Po210），α衰变，由钋变为激发态的铅（82Pb206）， 并迅速以γ射线形式释放出能量，跃升为基态的铅（82Pb206）
2）变质岩：取决于母岩放射性，若为岩浆岩，放射性较强，
沉积岩则次之。 3）沉积岩：一般比岩浆岩、变质岩差，沉积岩中的不同岩 类，放射性不同。
（1）粘土岩类：含放射性元素最多，放射性最强，主要为泥、页岩。
A．高岭石：不含放射性元素，且对离子吸附能力差，放射性强度低。 B．蒙脱石：不含放射性元素，但对阳离子吸附能力强，可吸附很多 放射性强物质，如氧化铀。因此，其天然放射性强度最大，对粘土岩 放射性贡献最大。 C．伊利石：含放射性同位素K40，且有较强阳离子吸附能力，也可 吸附较多U2O氧化铀，有较强放射性。 D．绿泥石：同高岭石相似，天然放射性弱。 （2）碎屑岩类：放射性强度由正长石、白云母、重矿物以及泥质含量 决定，对储层的主要成份石英砂岩而言，前三种矿物很少，因此主要 取决于泥质含量及组成。 （3）化学岩类：石灰岩、白云岩、膏、盐岩、K盐等。除K具放射性外， 其他岩类主要由岩石中所含泥质及微量无素决定。
API是美国石油学会的缩写，API单位是该学会规定的自然伽马测井标准 单位，并已在许多国家广泛应用。这一单位是将自然伽马测井仪器放在标准 的刻度井中进行标定得出的。标定时，规定刻度井中最高和最低放射性地层 自然伽马读数之差为200个API单位。于是，其它地层即可按它的实际读数得 出相应的API数。表中对于每一种岩石都有一定自然伽马射线强度的变化范围 ，并用横线的纵向宽度来表示出现这一放射性强度的频率。
α射线(2He4)：是一种带正电荷的粒子流，带有两个单位的正电荷， 相当于一个氢原子核。 β射线(-1e0)：是一种带负电荷的高速运动的粒子流，相当于一个电 子，带一个单位的负电荷。 γ射线：γ射线是频率很高的电磁场或光子流，不带电荷,能量很高 ，一般多在几十万电子伏特以上，并有很强的穿透能力。 这三种射线： 电离能力：α射线的电离本领最强，γ射线最弱。 穿透能力：γ射线最强，它在空气中的射程可达几百米，在沉积岩 石中的平均穿透深度约为30公分；而α射线在岩石中的穿透距离仅约 10-3厘米；β射线在金属中仅能穿透0.9厘米。
若以No和N分别表示任一放射性元素在时间t=0和t时的原子数， 则放射性元素的衰变规律为 N＝N0e-λt 式中λ为衰变常数，其值仅决定于该放射性元素本身的性质。 不同的元素，λ值可以相差很大。显然，λ越大，衰变越快。 这个规律说明，随时间增长，放射性元素的原子个数减少。