第七章自然伽马测井

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。

• γ射线：频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量高， 穿透力强。能够穿透地层、套管以及仪器外壳，可以 在井中被探测到。
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第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
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第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
– 1.光电效应 •γ射线能量较低时，穿过物质与原子中的电子相碰撞， 将其能量交给电子，使电子脱离原子运动，而γ整个被 吸收，释放出光电子。光电效应发生几率τ随原子序数 的增大而增大，随γ能量增大而减小。
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第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
–1.光电效应
•τ——线性光电吸收系数， γ光子穿过1cm吸收物质时 产生光电子的几率；
•λ——γ光子的波长；
•n——指数常数，对不同的元素取不同的值，对C、O 来说取3.05，对Na到Fe的元素来说取2.85；
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第二节 自然伽马测井
一、岩石的自然放射性
– 煤中的有机质（由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机 化合物）和无机质（矿物杂质和水分）都不是放射性 物质，因此在一般情况下，煤层的放射性均很弱。 – 煤层放射性的强弱与煤的灰分合量有很密切的关系。 灰分增高，煤层的放射性也随之增强，某些高灰分煤 层的放射性甚至比围岩还要高。
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第一节 伽马测井的核物理基础
三、伽马射线的探测
– 1.放电计数管
• 放电计数管是利用放射性射线使气体电离的性质来探测伽 马射线。

–
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第一节 伽马测井的核物理基础
•二、伽马射线和物质的作用形式
–2.康普顿效应
• 伽马射线与物质作用发生康普顿效应引起伽马射线强 度减弱，其减弱程度用康普顿系数Σ表示。
e
NAZb
A
• σe——每个电子的康普顿散射截面，当伽马光子的能
量在0.25～2.5MeV的范围内时，它可看成是常数；
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第一节 伽马测井的核物理基础
•一、原子核的衰变及其放射性
–5.放射性射线
• α射线：是氦原子核2He4流，带有两个单位正电荷， 容易引起物质的电离或激发，极易被吸收，电离能力 强，在物质中穿透距离很小，在井中探测不到。
• β射线：高速运动的电子流，在物质中穿透距离较短。 • γ射线：频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量
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第一节 伽马测井的核物理基础
•一、原子核的衰变及其放射性
– 1、原子的结构
• 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分 子又是由原子组成的。原子的中心是原子核，离核 较远处核外电子按一定的轨道绕核运动。
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• 放射性：不稳定的核素所具有的自发地改变自身结构， 衰变成其它核素并释放射线（α、β、γ） 的性质。
• 放射性同位素：具有放射性的同位素。
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第一节 伽马测井的核物理基础
•一、原子核的衰变及其放射性
–3. 核衰变

器进行计数解谱得到相应的铀、钍、钾 的含量。
二、自然伽马能谱测井的 应用
• 一）研究储集层 • 1、储集层的分类 • 1）陆源碎屑岩储集层 • 包括砾岩、砂或砂岩、粉砂或粉砂岩 • 2）火山碎屑岩储集层 • 主要由火山碎屑构成，按颗粒大小可
• 分为集块岩和火山砂、凝灰或火山灰 • 3）碳酸盐岩碎屑储集层 • 主要是由贝壳碎片或碳酸盐岩碎屑堆
一、自然伽马能谱测井原 理
• 自然伽马能谱测井仪器的井下仪器与自 然伽马测井基本相同，将入射的伽马射 线能量的大小以脉冲的幅度大小输出， 不同的是地面仪器，自然伽马能谱测井 仪器地面部分有多道脉冲幅度分析器， 该分析器将能量分为五个能量窗。
• W1: 0.15~0.5MEV • : 0.5~1.1MEV • W3: 1.32~1.575MEV • W4: 1.65~2.39MEV • W5: 2.475~2.765MEV • 五个能量窗输出的信号分别进入5个计数
2、环境监测
• 用伽马能谱测井可对放射性矿物的开采、 加工、各类核工业和科研部门的环境进 行定期监测，主要防范铀对水体的污染。 其方法是定期在观察井中做自然伽马能 谱分析，配合取样分析，观察铀系和锕 系子体的扩散。
• 式中Th为目的层钍曲线值（ppm）； Thmin为邻近不含泥质地层的钍读数 （ppm）；Thmax为邻近泥岩层的钍读 数（ppm）。
• （2）用经验公式求出泥质含量的估值， 如用公式
二）研究生油层
• 这里主要讨论用自然 伽马能谱测井从粘土 岩中定性识别生油岩 和定量估算生油指标
1、定性识别生油岩
• 1）普遍泥岩的钾、铀、钍响应 • 普通粘土岩的钾、铀、钍含量都比较高，
其中钾和钍和粘土矿产的体积含量比铀 相关性好。