自然伽马测井4-5-6

原子核的基本知识和天然放射性自然伽马测井的测量原理自然伽马测井曲线特征井的条件对自然伽马测井曲线的影响

自然伽马测井曲线的应用自然伽马能谱测井第八章自然伽马测井

第四节

井的条件对GR曲线的影响

研究深度:由于介质对γ射线的衰减和吸收作用，伽马测井的有效研究深度并不大。有效研究深度:通常是指对GR读数影响占90％的以计数管为中心的介质球体半径。这个半径一般不超过50cm。研究深度的影响因素:介质对γ射线的吸收能力；①研究深度随介质密度增大而减小，γ射线本身的能量。②研究深度随γ射线能量加大而加大。由于伽马测井的研究深度不大(50cm)，使得GR曲线的幅度不仅与地层的放射性及密度有关，同时还和井的条件有关。因为泥浆、套管、水泥环等物质夹在地层与探测器之间吸收γ射线。在大井眼直径和下套管的井中，井条件的影响是必须注意的。第四节

井的条件对GR曲线的影响

井径、泥浆、套管和水泥环等对测量结果的影响可以看作是两种影响因素的综合：一是它们对岩石自然γ射线的吸收；二是它们自身的自然放射性附加在测量结果上。这两种因素，除非是做泥浆用的粘土带有强放射性，一般来说吸收作用是主要的。

井环境因素对GR测量结果的影响

当井下仪器由井中充有泥浆的部分进入空井部分时，记录的γ射线强度有些升高；1-中子-γ测井曲线(Jnγ)；2-γ测井曲线(Jγ)；１、泥浆对测量结果的影响泥浆面从没有套管的部分进入有套管的部分，或由单层套管进入到多层套管部分时，可以看到记录的γ射线强度降低；1-中子-γ测井曲线(Jnγ)；2-γ测井曲线(Jγ)；２、套管对测量结果的影响套管３、井径的影响在井径扩大的泥岩段，曲线幅度往往也要降低；1-中子-γ测井曲线(Jnγ)；2-γ测井曲线(Jγ)；3-井径曲线(d)井眼井径曲线４、水泥环的影响水泥环的存在一般也使井内γ射线强度降低。水泥环套管图8.12泥浆、套管、井径和水泥环对放射性测井曲线形状的影响1-中子-γ测井曲线(Jnγ)；2-γ测井曲线(Jγ)；3-井径曲线(d)

在对结果作一般定性分析时，上述这些影响只要在解释曲线过程中注意到就可以了。对放射性测井结果进行定量或半定量分析时，例如根据伽马测井估计岩层泥质含量时，则需要对上述这些影响进行必要的校正。其方法是把各种井条件下测得的结果校正到某一个“标准”条件下的读数。这样才便于对比和确定真正的放射性强度。

校正方法：依靠图板或程序影响因素校正的必要性第五节

自然伽马测井曲线的应用

判断岩性和划分渗透性岩层确定储集层的泥质含量地层对比一、判断岩性和划分渗透性岩层

自然伽马测井是根据岩石中放射性物质多少来划分钻井剖面的，放射性物质含量与岩性之间的关系是受多种因素影响的，每种岩石的放射性并不是一个固定的数值，而是在一定范围内变化。在一个地区开始进行自然伽马测井时，应该把自然伽马测井曲线和钻井剖面上的各种岩石进行对比，必要时可以在实验室测定一些岩样的放射性，找出本地区岩性和放射性强度之间的关系。利用这些关系才能指导我们根据自然伽马测井曲线划分岩性的工作。

同样，利用自然伽马测井曲线划分渗透性岩层也必须注意总结地区性的规律，因为利用自然伽马测井曲线区分渗透性与非渗透性岩层主要是根据泥质含量的多少，所以利用这个方法必须满足一定的条件。如，除粘土矿物之外渗透性地层中不含有其他放射性矿物，或由其他原因造成的放射性核素的富集等。一、判断岩性和划分渗透性岩层二、确定储集层的泥质含量

一般来说，沉积岩层的放射性主要和它的泥质含量有关。因此常常用自然伽马测井曲线估计泥质含量。一级近似地估计泥质含量：GR纯地层为地区放射性强度最低的纯地层放射性强度；GR泥岩层为该地区放射性强度最高的泥岩层的放射性；GR目的层为准备求泥质含量的目的层的放射性强度。确定储集层的泥质含量

在不同地区和不同层系地层中，岩层放射性强度和泥质含量的关系并不完全相同，在不同地区最好根据实验找出相应的关系。根据一些地区的实验结果，一级近似值和实际泥质含量之间的关系，可以分别用图中的A、B、C线所表示。

A、B、C线是根据岩心分析资料对不同时代的地层用统计方法确定的。与泥质含量经验关系曲线图确定储集层的泥质含量

应该指出，利用自然伽马测井确定泥质含量，必须满足下列条件：

(1)不同地层中粘土矿物的放射性强度应该是相同的。

(2)除了粘土矿物外，岩石中不含有其它放射性矿物。确定储集层的泥质含量

实际上，地层中经常含有钾长石、云母等含放射性的矿物存在。地下水的活动造成铀的富集情况也常见到。根据放射性测井估计泥质含量只在满足上述条件下才能给出近似值，在一般情况下，给出的是上限值，即Vsh≤V’shVsh是实际泥质含量。

利用自然伽马测井曲线进行地层对比有下列优点：

(1)自然伽马测井曲线读数，在一般情况下和岩石孔隙中的流体性质(油或水，地层水矿化度)无关；

(2)自然伽马测井曲线一般与泥浆性质无关；

(3)在自然伽马测井曲线上容易找到标准层。GR地层对比的优点地层对比

图8.16利用自然伽马测井曲线进行剖面对比的实例1-硬石膏；2-致密石灰岩；3-泥质石灰岩；4-地层对比线；5-推断的地层对比线第六节

自然伽马能谱测井

自然伽马能谱测井：测量多个能级的伽马射线数量，并进一步确定出地层钾、钍、铀浓度的一种测井方法。由于岩石中某种放射性核素的多少，往往和沉积环境、物质来源、成岩作用、地下水活动和粘土数量与类型等一系列地质因素有关，因此自然伽马能谱测井大大地拓宽了自然伽马测井的应用领域。物理原理

前面介绍的自然伽马测井是记录岩石放出的自然伽马射线总强度，是由岩石中铀、钍系放射性核素和钾()所产生的伽马射线总和。钾()放出1.46MeV伽马射线变成稳定同位素氩。然而铀()和钍()衰变成稳定同位素之前，要顺序通过一系列子体同位素，将放出许多不同能量的伽马射线，而产生相当复杂的能谱。

图8.1放射性元素发射的γ射线能谱铀系和钍系中比较突出的γ射线分别为铋(1.76MeV)和铊(2.62MeV)放出的。物理原理

通常，假定地层处于长期平衡状态，即子体同位素衰变的速率和它们由母体同位素产生的速率相等，也就是说，在一个特定系列中母体与子体元素的相对比例保持不变。因此，通过观测能谱中某一部分的伽马射线数量，就可以推断出任何其它部分的伽马射线数量。物理原理

钍系，以铊()产生的2.62MeV射线为特征谱线，铀系，以铋()产生的1.76MeV的射线为特征谱线。但是，由于介质的吸收和衰减作用，实际记录到的伽马射线谱已经和图8.1所示的分立的单条谱线不同，而是一个连续谱，并形成很大的背景值，精细的谱线结构已经消失，如图8.17所示。

物理原理

通过确定特征谱线的强度，便可以推断出母体同位素的数量。

利用能谱仪探测器得到的钾、钍、铀γ射线能谱测量原理

伽马射线谱中，钾、钍、铀三部分谱线的相对幅度，取决于它们的含量。因此，按特征谱把总谱分解成三部分记录，就可以得到钾、钍、铀的定量评价。测量时，仪器对着三个高能的特征谱开三个窗口，分别记录对应的谱线强度，则可以计算出铀、钍、钾的数量。

测量原理

由于传播过程的影响，散射到低能部分的伽马射线强度远大于高能部分。为了减小统计误差的影响，通常在低能部分也开两个窗口。这样，在一个观测点上要记录五个窗口的读数(w1～w5)，它们和地层中铀、钍、钾的含量之间，可以写成如下矩阵形式的关系测量原理

上式中A为一个3×5的系数矩阵。如果我们在一个已经准确知道铀、钍、钾含量的专门地层上对仪器进行刻度，则可以求得A的逆矩阵A-1，即刻度系数矩阵。于是，利用下式便可以算出未知地层的铀、钍、钾含量自然伽马能谱测井曲线的表现形式自然γ能谱测井曲线

自然伽马能谱测井的想法，很久以前已经提出，但只是在20多年前才由于仪器水平和数据处理技术的提高，这个方法得到了较快的发展。应用－找矿

对于以寻找放射性铀矿床为目的和以寻找钾盐为目的的勘探工作而言，自然伽马能谱测井可以给出直接有效的回答，因此是非常重要的一种手段。1、U矿2、K盐矿

应用－油气层评价

在利用地球物理测井资料评价油气储层时，粘土含量是一个很重要的数据。在一些地区，由于矿物成分比较复杂，常常含有大量带放射性的矿物，如云母、钾长石等。这时，无法用普通的自然伽马测井或其它方法准确估计粘土含量，从而使得储层孔隙度、含油饱和度的评价精度受到影响。利用自然伽马能谱测井或配合其它测井曲线，有可能提供更有用的结果。

应用－粘土矿物

根据自然伽马能谱测井提供的K、Th数据，可以判断粘土矿物的类型及数量，而粘土矿物类型和岩石中束缚水含量、岩石电阻率，以及储层生产能力有着密切关系。人们正试图利用这种关系对储层进行深入一步的研究。