确定粘土矿物含量的自然伽马能谱测井

0 年 月刊旅游与技术一、引言岩石中含有天然的放射性元素铀（U）、钍（Th）、锕及钾（K）等，这些放射性核素的原子核会自发的释放出一种带电离子，蜕变成为另外的原子核同时放射出伽马射线，这一现象成为核衰变。

U﹑Th﹑K衰变时所放射的伽马射线能谱是不同的，而自然伽马探测到的是U﹑Th﹑K的混合谱，要从中确定U﹑Th﹑K的含量，首先要选取特征伽马射线能量。

自然伽马能谱测井中，我们通常选用铀系中的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。

自然伽马能普测井仪器包括地面仪器和井下仪器，而井下仪器又包括探测器和放大电路等。

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，转换成电脉冲幅度，并通过多道脉冲幅度分析器将能量谱分为五个能量窗，解谱得到相应的铀、钍、钾的含量，并计录在磁带上或以连续测井曲线的形式输出，这就是自然伽马能谱测井。

二、粘土岩类型的判定粘土岩含有很多天然放射性核素。

不同的粘土矿物组成的粘土岩的U、Th、K的含量也有一定的差异。

大量的分析数据表明，Th/K值是决定粘土矿物类型最好的参数。

这种不同粘土矿物的测井特征值的差异是利用测井资料解释地层中不同粘土矿物类型的依据，所以由Th/K值可进行粘土矿物类型的确定。

目前利用自然伽马能谱测井确定粘土矿物成份大多采用斯伦贝谢公司粘土矿物分析图版，该图版是将测量的钍和钾忽略掉各自的单位，计算Th/K来识别粘土矿物成份。

如图1所示，在Th-K 交会图中，当Th/K大于12时，为高岭土型粘土；在3.5～12之间时，为伊蒙混层；在2～3.5之间时，为伊利石型粘土岩；在1～2之间时，为云母型粘土等。

（一）估算泥质含量可以用总伽马计数率计算泥质含量：I GR =（GR–GRmin）/（GRmax–GRmin）V sh =（2IGR·G–1）/（2G -1）式中：I GR —总伽马计数率求得的泥质含量指数；GRmin和GRmax—纯地层计数率的最小值和泥岩总计数率的最大值；GR—目的层的总计数率：V sh —用总伽马计数率求得的泥质含量（体积）；G—希尔奇（Hilchie）指数。

自然伽马能谱测井原理及其应用The Principle and Application of Natural Gamma RaySpectrometry Logging聂万岭（长江大学资工10904班）摘要：自然伽马能谱测井就是在钻出的深井中，对地层的自然(天然)伽马射线进行能谱分析，由不同的能量的伽马射线强度确定地层中铀、钍、和钾的含量及其分布情况，从而评价地层的岩性、生油能力以及解决更多的地质和油田开发中的问题。

关键词：自然伽马能谱测井；生油岩；粘土矿物；泥质含量；高自然伽马放射性储层1 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。

自然伽马能谱测井资料在勘探中的应用（资工10904）摘要：伽马射线是原子核衰变裂解时释放的射线之一，穿透能力极强，从液体到金属的大部分物质都能穿过，正是由于具有此特性，使其在石油工业等方面得到广泛的应用。

岩石中主要含有铀(U)、钍(Th)、钾(K)等放射性元素，在沉积岩中这些放射性元素主要反映泥质含量的变化，在火山岩、花岗性风化层及某些盐类沉积，自然伽马测量值显著增高，常做为识别这类岩石类型的重要曲线标志。

关键词：自然伽马能谱测井；沉积环境；生油岩；储集层0 引言地层中普遍含有放射性元素，但主要是铀、钍、钾三个特征元素的自然放射性最大。

丽钾是碱金属元素的代表，钍是土族元素的代表，铀是氧化还原指示剂的代表。

在某种程度上钾的含量反应了地层中钾是碱金属元素的多少，钍的含量反应了地层中土族元素的多少，铀的含量反应地层的氧化还原特性。

而自然伽马能谱测井不仅能测量地层中的总自然伽马含量，还能测量地层的无铀伽马(m)含量及铀钍钾的含量，能比较全面地反映地层的化学环境。

资料表明，许多地化指标与能谱资料有很好的相关性。

所以利用其测量值，结合岩心分析，可用来研究地层特性，如计算有关储层的渗透率参数、泥质含量、粘土矿物含量、矿物成分，分析沉积环境，识别地层高自然伽马储层、裂缝、识别生油岩等。

在勘探阶段资料较少的情况下，为正确评价探井资料提供可靠信息。

本课题主要研究在勘探中，用自然伽马能谱计算泥质含量、裂缝地层储层评价中划分储集层及确定粘土矿物成分，评价沉积环境，评价生油岩等问题。

1 自然伽马能谱测井环境校正自然伽马能谱测井仪器的标准谱与解谱时的响应矩阵都是在标准刻度井中获得的，实际测井时的环境与刻度井不可能完全相同，测量与解谱结果就会受到测量环境的影响而产生误差。

从地层到仪器计数器之间的任何介质都是其影响因素，包括水泥环、套管、钻井液、仪器外径以及井眼的大小等。

通常钻井液的放射性较低，井眼的影响主要来自于钻井液对地层伽马射线的散射和吸收，钻井液的密度越高、井眼越大对测量结果影响越大，通常会使测量结果大幅度降低，特别是当钻井液中含有重晶石时，钻井液的光电吸收效应会造成自然伽马能谱曲线的严重低值失真。

用自然伽马和中子——密度孔隙度测井曲线估算粘土含量K.Blnnyan;Q.R.Passey;张辉;孙宏伟【期刊名称】《国外测井技术》【年(卷),期】1995(010)002【摘要】用自然伽马测井和中子—密度孔隙度测井估算粘土是一项普遍应用的技术，然而对粘土和泥岩之间差别的错误认识导致由测井曲线估算粘土含量与X射线衍射分析粘土含量时发生混淆。

引起粘土算中主要误差的原因是设想泥岩由100％粘土组成。

我们的研究表明泥岩一般由50-70％的粘土质，25-45％的粉砂质以及和粘土一样大小的石英和5％由长石和碳酸盐组成的其它矿物。

泥岩中的非粘土矿物一般不影响总的自然伽马计数或中子—密度测井曲线幅度，所以估算粘土重量百分比可以用系数C乘以GRI加以修正，系数C是邻近泥岩层平均的粘土重量百分比，该系数的典型范围在50-70之间。

这个方法能较好地改善自然伽马测井估算粘土含量的方法，但是不能作与重矿物分布有关的不精确性方面的修正。

我们制定经验关系式带说明与泥岩中的粘土含量及重矿物分布有关的误差。

一个类似的方法可以用于从中子—密度测井估算粘土含量，中子孔隙度一般不受泥岩中的石英、长石、碳酸盐和黄铁矿等非粘土质矿物的影响，因此，粘土体积百分比的估算可以用常规的粘土估算方程式乘以以上讨论过的C加以校正。

斯伦贝谢中子—密度交会图中(1989)粘土点被重新解释成湿泥岩点，在净砂岩线与湿泥岩点之问刻度了体积百分比从0到60的干粘土，并确定一新的粘土点代表百分之百的湿粘土。

中子—密度交会图显示了湿泥岩点、新的湿粘土点、干粘土点和干泥岩点的分布区。

【总页数】8页(P43-50)【作者】K.Blnnyan;Q.R.Passey;张辉;孙宏伟【作者单位】无【正文语种】中文【中图分类】P618.13【相关文献】1.应用自然伽马能谱测井确定粘土矿物类型和含量 [J], 孙建孟;李召成2.确定粘土矿物含量的自然伽马能谱测井方法 [J], 王祝文;刘菁华;黄茜3.用蒙特卡洛模拟增广迭代褶积：中子孔隙度和自然伽马测井的初步地层结果 [J], Gard.,RP;谢豪元4.自然伽马能谱测井在粘土矿物含量分析中的应用 [J], 郭影文5.一种识别异常中子、密度孔隙度测井曲线新方法:以中东W油田Mishrif储层为例 [J], 方鑫鑫;田中元;郭伟;邓亚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

•百家述评217自然伽马能谱测井在储层识别中的应用1 自然伽马能谱测井原理自然伽马能谱测井与自然伽马测井都是测量地层的自然伽马。

不同之处是将入射的伽马射线的能量以幅度大小输出到多道脉冲幅度分析器，所测是地层伽马能谱，地面仪器将接受的伽马能谱进行解谱，得到地层中铀、钍钾的含量，仪器最终输出伽马射线的总强度和地层中铀、钍、钾的含量。

2 自然伽马能谱测井的应用自然伽马能谱测井可以研究地层特性，包括泥质含量准确计算、识别高放射性储层、识别钾盐、识别粘土类型、沉积环境分析以及变质岩岩性识别等。

2.1 计算泥质含量在自然伽马能谱测井资料中，地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系，而与地层的铀含量关系较复杂。

可以同时利用钍、钾及无铀伽马曲线或根据地质情况选其中一条曲线，计算地层泥质含量。

2.2 识别高放射性储集层利用自然伽马能谱测井可以有效的识别和划分具有高自然伽马放射性的储集层。

在纯砂岩和碳酸盐岩的放射性元素含量都较低，但对于某些渗透性砂岩和碳酸盐岩地层，由于水中含有易溶的铀元素，并随水运移，在某些适宜条件下沉淀，形成具有高放射性渗透层，即高伽马储层，此时可用自然伽马能谱测井进行储层划分。

高自然伽马的地层一方面可以作为标志层与邻井进行对比，另一方面又可以帮助识别流体性质。

另外，硬地层中高铀会指示具有渗流能力的储集层。

如图1，2967～2969m，3816～3819m，电阻率、孔隙度资料显示为储层，但呈现高自然伽马特征，从自然伽马能谱资料可见，总自然伽马含量增高主要是由铀含量显著增高引起的，该层为高放射性储集层。

图1 自然伽马能谱识别高放射性储集层2.3 粘土矿物类型识别一般来讲，在绝大多数粘土矿物中，钾和钍的含量高，而铀的含量相对较低，因此，根据Th/K，可大致确定粘土类型。

Th/K 比值在28以上为重钍矿，在12～28之间为高岭石，在3.5～12之间为蒙脱石，在2～3.5之间为伊利石，在1.5～2之间为云母，在0.8～1.5之间为海绿石，在0.5～0.8之间为长石，小于0.5为钾蒸发岩。

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。

主要应用
自然伽马能谱测井除了具有GR测井所拥有的功能以外，还具有：1、寻找高放射性储集层
2、计算泥质含量
3、研究沉积环境和粘土矿物类型
将测量的U、Th、K，忽略各自的单位计算比值Th/U、Th/K和U/K，则这些比值在地质上有相当大的意义。

例如：
Th/U：大于7为陆相沉积，氧化环境或风化壳，小于7为海相沉积，灰色或绿色泥岩，小于2为海相黑色泥岩，磷酸盐岩；估计泥质地层的生油能力，Th/U愈低，有机碳含量愈高；指示较大的不整合面或至古滨线的距离，Th/U愈大则愈近。

Th/K：指示沉积环境，离古滨线的距离；识别不同沉积相的岩石类型；粘土矿物分类，参看图2-3-17，图中每条直线标的数据是Th/K。

U/K：估计泥质沉积的生油能力，愈高愈好；指示天然裂缝系统，比值很高表示裂缝发育；地层对比，含铀矿物的标准层。

4、研究生油层
还原环境和有机物的富集，可以使泥质沉积物吸附大量铀离子，因而使生油层的铀含量明显升高，并使U或U/K与有机碳含量有密切关系.。

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。