第4章-自然伽马测井

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。

技术与检测Һ㊀自然伽马能谱测井在油田的应用分析赵金宝摘㊀要:自然伽马能谱测井是根据铀㊁钍㊁钾放射性核素在衰变时放出的Υ射线的能谱特征不同从而确定铀㊁钍㊁钾在地层中的含量ꎮ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ꎮ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ꎬ所测是地层伽马能谱ꎬ地面仪器将接受的伽马能谱进行解谱ꎬ得到地层中铀㊁钍钾的含量ꎬ仪器最终输出伽马射线的总强度和地层中铀㊁钍㊁钾的含量ꎮ关键词:自然伽马能谱测井ꎻ储层评价ꎻ泥质含量ꎻ岩性分析一㊁自然伽马能谱测井原理油田勘探开发中ꎬ储层评价㊁解释是测井解释重要工作ꎬ其中黏土矿物识别和岩性识别是这项工作的重要内容ꎮ自然伽马能谱测井是根据铀㊁钍㊁钾放射性核素在衰变时放出的Υ射线的能谱特征不同从而确定铀㊁钍㊁钾在地层中的含量ꎮ自然伽马能谱测井是放射性测井中一种最基本的测井方法ꎬ与自然伽马不同之处是它采用能谱分析的方法ꎬ可定量测量地层中铀㊁钍㊁钾的含量ꎬ并给出地层总的伽马放射性强度ꎮ所以自然伽马能谱测井可以解决更多的地质问题ꎮ二㊁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ꎬ包括泥质含量准确计算㊁识别高放射性储层㊁识别钾盐㊁识别黏土类型㊁沉积环境分析以及变质岩岩性识别等ꎮ下面主要介绍自然伽马能谱测井资料在测井解释中的应用ꎮ(一)计算泥质含量在自然伽马能谱测井资料中ꎬ地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系ꎬ而与地层的铀含量关系较复杂ꎮ因此ꎬ可以同时利用钍㊁钾及无铀伽马曲线或根据地质情况选其中一条曲线ꎬ计算地层泥质含量ꎮ(二)识别高放射性储集层利用自然伽马能谱测井可以有效识别和划分具有高自然伽马放射性的储集层ꎮ在人们传统的概念ꎬ储集层是低放射性㊁泥质含量较少㊁比较纯的岩石ꎬ因而忽视了高放射性储集层的生产价值ꎮ在纯砂岩和碳酸盐岩的放射性元素含量都较低ꎬ但对于某些渗透性砂岩和碳酸盐岩地层ꎬ由于水中含有易溶的铀元素ꎬ并随水运移ꎬ在某些适宜条件下沉淀ꎬ形成具有高放射性渗透层ꎬ即高伽马储层ꎬ此时可用自然伽马能谱测井进行储层划分ꎮ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ꎬ另一方面又可以帮助识别流体性质ꎮ另外ꎬ硬地层中高铀会指示具有渗流能力的储集层ꎮ(三)黏土矿物类型识别一般来讲ꎬ在绝大多数黏土矿物中ꎬ钾和钍的含量高ꎬ而铀的含量相对较低ꎬ因此ꎬ根据Ｔｈ/Ｋꎬ可大致确定黏土类型ꎮＴｈ/Ｋ比值在２８以上为重钍矿ꎬ在１２~２８之间为高岭石ꎬ在３.５~１２之间为蒙脱石ꎬ在２~３.５之间为伊利石ꎬ在１.５~２之间为云母ꎬ在０.８~１.５之间为海绿石ꎬ在０.５~０.８之间为长石ꎬ小于０.５为钾蒸发岩ꎮˑ井ˑˑ组Ｔｈ测量值主要在７~２０ｐｐｍꎬＫ测量值主要在２.４~４.０％之间ꎬＴｈ/Ｋ比值在２~５之间ꎬ黏土类型为伊利石和蒙脱石为主的混合黏土层ꎬ见图１ꎮ(四)沉积环境分析由钾㊁铀㊁钍的性质可知ꎬ高能环境钍含量比低能环境高ꎬ铀和钾含量在低能环境比高能环境高ꎮ另外ꎬ铀含量与氧化还原条件有关ꎬ还原环境有机质含量高ꎬ铀含量高ꎻ钾含量与黏土关系密切ꎮＴｈ/Ｕ值可判断沉积环境的氧化还原条件ꎬ据经验统计:Ｔｈ/Ｕ值大于７时ꎬ属风化完全㊁有氧化和淋滤作用的陆相沉积ꎻＴｈ/Ｕ值２~７ꎬ岩性为灰色和绿色泥岩夹砂岩ꎬ属还原环境沉积ꎻ小于２时ꎬ属强还原环境ꎮˑ井ˑˑ组Ｔｈ/Ｋ比值主要在２~６.３之间ꎬＴｈ/Ｕ比值在２~７之间ꎬ沉积环境主要属低能还原沉积ꎮ(五)变质岩岩性分析利用自然伽马能谱测井曲线制作的测井数据交会图是识别含油气盆地内变质岩岩性的简单而有效的方法ꎮ它是图１㊀ˑ井ˑˑ组黏土类型分析图把两种测井数据在平面图上交会ꎬ根据交会点的坐标定出所求参数的数值和范围的一种方法ꎮ在交会图上能直观地看出各种岩性的分界和分布的区域ꎬ能比较直观的识别变质岩ꎮ通过对变质岩物理特性进行分析ꎬ发现作为变质岩分类指标的二氧化硅(ＳｉＯ２)含量与钾(Ｋ)含量有很强的相关性ꎬＳｉＯ２含量高则钾含量高ꎬ钍含量从酸性岩石向超基性岩石减少ꎬ而自然伽马测井测量的是地层中放射性元素的总含量ꎬ一般从基性到酸性变质岩逐渐升高ꎬ另一个指示岩性的光电吸收截面指数ꎬ一般从基性到酸性变质岩逐渐降低ꎮ自然伽马㊁光电吸收截面指数㊁钍三条测井曲线的交会图可以区分之ꎮˑ井发育的变质岩为玄武质安山岩㊁火山角砾岩㊁花岗岩ꎮ研究发现:利用ＧＲ－ＴｈꎬＰｅ－Ｔｈ交会图可以有效识别变质岩岩性ꎬＧＲ－Ｔｈ交会图版可以分成四个区:基性岩性区㊁中性岩性区㊁中性向酸性过渡岩性区㊁酸性岩性区ꎮˑ井中玄武质安山岩落在基性岩为主以及部分中性区域ꎬ显示低ＧＲ㊁低Ｔｈ特征ꎮ火山角砾岩和花岗岩落在酸性岩性区ꎬ显示高ＧＲ㊁高Ｔｈ特征ꎮＰｅ－Ｔｈ交会图中玄武质安山岩显示高Ｐｅ值ꎬ火山角砾岩和花岗岩显示低Ｐｅ值ꎮ即ˑ井中玄武质安山岩显示低ＧＲ㊁低Ｔｈ㊁高Ｐｅ特征ꎻ火山角砾岩和花岗岩显示高ＧＲ㊁高Ｔｈ㊁低Ｐｅ特征ꎮ三㊁结论自然伽马能谱测井是放射性测井中一种最基本的测井方法ꎬ它可以定量测定地层中铀㊁钍㊁钾的含量ꎬ并给出地层总的伽马放射性强度ꎮ随着勘探和开发难度的加大ꎬ自然伽马能谱测井将发挥越来越重要的作用ꎮ参考文献:[１]胡挺ꎬ潘秀萍.自然伽马能谱测井在杭锦旗地区的应用[Ｊ].工程地球物理学报ꎬ２０１７(１).作者简介:赵金宝ꎬ胜利油田油藏动态监测中心ꎮ１０２。

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（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。

自然伽马测井原理
自然伽马测井是一种常用的测井方法，它利用地层中天然放射性元素的辐射来获取地层信息。

自然伽马测井原理是基于地层中放射性元素的特性，通过测量地层中放射性元素的辐射强度来推断地层的性质。

本文将介绍自然伽马测井的原理及其在油田勘探中的应用。

地层中的放射性元素主要包括钍、钾和铀等，它们的放射性衰变会产生伽马射线。

当伽马射线穿过地层时，会与地层中的原子核发生相互作用，导致伽马射线的能量发生变化。

通过测量伽马射线的能量变化，可以推断地层中的放射性元素含量，从而得知地层的性质。

自然伽马测井的原理是基于伽马射线在地层中的衰减规律。

地层中的不同岩石对伽马射线的吸收能力不同，因此伽马射线在地层中的传播会受到地层岩石成分的影响。

通过测量伽马射线的衰减情况，可以推断地层的厚度、密度和岩性。

自然伽马测井在油田勘探中有着重要的应用价值。

首先，通过自然伽马测井可以获取地层的放射性元素含量，从而判断地层的含
油气性。

含油气层通常具有较高的放射性元素含量，因此可以通过自然伽马测井来识别潜在的油气层。

其次，自然伽马测井可以提供地层的密度和岩性信息，有助于评价地层的储集性能和渗透性。

最后，自然伽马测井还可以用于识别地层中的放射性矿物，对于矿产勘探具有重要意义。

总之，自然伽马测井原理是基于地层中的放射性元素的辐射特性，通过测量伽马射线的能量变化和衰减规律来推断地层的性质。

在油田勘探中，自然伽马测井具有重要的应用价值，可以帮助地质工作者更好地理解地下地层的情况，为油气勘探和开发提供重要的地质信息。

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。