矿场地球物理学习报告

自然伽马能谱测井与沉积环境探讨——《矿场地球物理》学习报告班级： 学号： 姓名： InApril2014自然伽马能谱测井与沉积环境探讨摘要：自然伽马能谱测井是一种特殊测井方法，它能测量出地层中铀(U)、钍(Th)、钾(K)的含量，而地层中含有的放射性元素铀、钍和钾以及Th/U、U/K和Th/K与地质学和岩石结构有明确的关系，所以可以通过自然伽马能谱测井所测量的铀、钍和钾含量来研究地层的特性，为正确评价地层和沉积环境分析提供可靠的信息。关键词：自然伽马能谱；粘土矿物；沉积环境一、 自然伽马能谱测井原理不同的岩石含有的化学成分不同，其放射性物质的成分也不一样，泥岩地层的主要成分为粘土矿物，其含有的放射性元素主要为铀(U)、钍(Th)、钾(K)；纯砂岩和碳酸岩的放射性元素含量都比较低。但对于某些渗透性砂岩和碳酸岩地层，由于水中含有易溶的铀元素,并随水运移,在某些适宜的条件下沉淀,形成高放射性渗透层，此时可以通过自然伽马能谱测井划分出地层。根据实验室对铀(U)、钍(Th)、钾(K)放射性伽马射线能量的测定，发现钾放射单色伽马射线，其能量为1.46MeV；铀及其衰变产物放射的是多能谱伽马射线，在高能区内，1.76MeV的峰值明显，易于鉴别；钍及其衰变产物放射的是多能谱伽马射线，其中2.62MeV的峰值也易于鉴别。自然伽马能谱测井仪的探测器部分与自然伽马测井仪的基本相同，使用NaI(TI)闪烁计数器，其输出脉冲的幅度与入射伽马射线能量成正比例关系；所不同的是自然伽马能谱测井仪增加了多道脉冲幅度分析器，能分别测量不同幅度的脉冲数，从而得出不同能量的伽马射线能谱，用以测定不同的放射性元素。自然伽马能谱测井仪根据测出的伽马射线特征峰值，经刻度，输出的是铀(U)、钍(Th)、钾(K)三条曲线与一条总的自然伽马曲线。二、 钍铀比的地质意义据统计,钍铀比值作为沉积环境的指示有如下规律：利用钍/钾比划分沉积相的一般规律：(1)TH/K<3，陆相沉积；(2)3<TH/K<5,滨海海相或海陆过渡相沉积；（3）TH/K>5，海相沉积。利用钍/铀比分析沉积环境与沉积相的一般规律：（1）TH/U〈2,属还原环境，海相沉积；（2）2〈TH/U〈7,属于还原到氧化过渡环境，滨海海相或海陆过渡相沉积；（3）TH/U>7，属氧化环境，陆相沉积。据此可定性地确定地层沉积的氧化、还原环境。由于形成风化壳的环境条件是温暖、潮湿的古气候条件及稳定的大地构造条件，母岩被强烈风化形成的碎屑物质、易溶物质大多被搬运，而在风化壳地区被残留的矿物主要是一些风化稳定性高的矿物及化学残余物质，其中包含有抗风化性强的含钍矿物，含量相对集中，而由于铀元素易溶于水被运走含量较少。因此，风化壳环境形成的沉积物钍铀比较大，为陆相沉积，属氧化环境。地层中不同组段所对应的古气候条件不同决定了其所属的氧化、还原环境的不同，在自然伽马能谱测井的相关曲线上有相应的变化。沉积地层的放射性特点均有其地质意义，储层中含钍化合物难溶于水，是母岩风化的产物，岩石含钍量少表明其沉积环境离母岩区较远。渗透性地层中铀含量的增高与地层水的活动有密切关系，当含四价铀的原生铀矿物出露于地表时，逐渐氧化，从四价铀变为六价铀，并以铀酰络离子（UO）+形式存在。铀酰络离子极易溶于水，化学性质十分活泼，一部分与其他物质形成各种次生铀矿物；大部分被地表水带入盆地，在有机质的还原作用及有机质、粘土、磷酸盐的吸附作用下沉淀下来;还有一部分被地下岩溶水沿断裂和岩溶裂缝发育带或构造破碎带迁移到深部，在还原条件下还原成四价铀沉淀下来，在某些地层中富集。因此,岩石中钍和铀的含量比具有重要的地质含义。同时，地层中铀不但易被粘土吸附，也常随流体运移，沉积在骨架上，使得裂缝岩溶地层含有较高的放射性矿物铀。通过自然伽玛能谱铀相对含量比值（GRSL-KTH）/GRSL可识别裂缝岩溶储层，而与w（Th）/w（U）交会分析，即可确定碳酸盐岩沉积间断面。三、实例分析1、粘土矿物的鉴别以及粘土矿物与沉积环境的关系利用Th、K含量鉴别粘土矿物的图版（下白垩系吐谷鲁群至侏罗系八道湾组）

图1利用钊•钾常就巻别粘上矿物的国版表】粘土矿物屮的铀越匕钾含呈旷物名称廿于式■t成环境说明K騙 UAn才L1ThAn才L1験脱石(CaNa)?(AJMgFe)4(SLAl)4O20(OH)4(H2O)b还原对放射性吸附能力强，含较多的氧化铀<016 >-51424伊利nIK.i---lsAL{Si----e»iAL11)还原、本身含钾.对氧化拙有45 L5半还原—定的吸附作用高岭打AbSnO.J.OH}s氧化放射性低042 15-36-19録泥打(MgF€Al)4(StAl)4Oio(OH)s氧化放射性低<005

2、Th/U曲线与沉积环境分析图中(如下图)w(Th)/w(U)值在0〜2反映地层是在强还原环境下沉积，该区一间房组风化面以下地层，属于强还原的台内或台缘礁滩相沉积；w(Th)/w(U)值大于7,为氧化环境下的沉积，最明显的是恰尔巴克组棕红色瘤状灰岩为广海陆棚相沉积;w(Th)/w(U)值为2〜7,为氧化一还原环境的广海陆棚相交互沉积。s.1 性1 \\513 伽(13产H.4t*3'」LliS7UD5T9D:mlFg.tr-和他比: jio.ggnct idB6&0Es.1 性1 \\513 伽(13产H.4t*3'」LliS7UD5T9D:mlFg.tr-和他比: jio.ggnct idB6&0E•泗6620nfifiQSOTO5*naE7205730E740E750HTTDGfi/APISJDiK^U・・・£"m-・MP]aLSQABHOC1DUD图1 1X1TXT井自楚ftl耳能谱测井解释卓果雨比3、Th/U曲线与沉积环境判别Y地区Y512井自上而下的地层层序为：第四系、延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组、石千峰组、石盒子组、山西组、太原组、本溪组和马家沟组,利用能谱测井资料对该地区的储层沉积环境及沉积相进行分析：表1口然伽马能谱THAI曲线沉积环境分析数据表地层层段统计井段(in)TH/U最灿TK/U最彳媲TH/U平鮒値沉积环境延細481.22-130Q071.&70.774.39还眾到氧化过^1300.0-173&01184.730.257.44氧化和尚沟组178机0-1927.019.590.935.26还原到氧优过渡刘殊购组1927.(5-2363LU苗.般1.15■1.87还匣到氧化过披石「犀组乂固工0-20询5-&5还原到氧化过液石魚子组2529-0-2W5l0霑的0,311.45述原到氧化过液11俩组2&*5,o-swa022,500.474.03迁原到氧化过锻2969,0-3007,010,500.091.25述原擁组3007.0-303&85.790.272.L93038.0-3fl7a04.190.531.57还除表3沉积环境判别表沉积环境 Sh/fag。L」(Th!U*乩h河流相<4>7Rshc陆滨湖份流河道<4>2R诽LL—/?妣C淡水湖泊<4>28R也L相半咸水湖泊<4>2R诽L$—R灶LL咸水湖泊<4>2Rshs海相滨海10-20Q5-2为RSilS浅海20-24Q3-05Rsh,s7?shL正常海2(b28<03-035a&hs从表中可以看出：属于氧化环境的只有纸坊组地层，钍/铀比平均值大于7；属于还原到氧化过渡环境的有延长组、和尚沟组、刘家沟组、石千峰组、石盒子组、山西组地层，钍/铀比平均值在2.19-7之间；属于还原环境的有太原组、本溪组、马家沟组地层，钍/铀平均值小于2.19。三、结束语自然伽马能谱测井的主要曲线为铀(U)、钍(TH)、钾(K)、自然伽马(GR)和无铀伽马(KTH)。沉积环境、岩性及地球化学性质上的差别，使地层中的放射性元素铀、钍、钾的富集程度及相对含量发生变化，放射性铀在一定程度上反映了生物富集及演化特征，成岩后生变化及地下水溶蚀的裂缝也可形成放射性铀的富集，而钍、钾的含量在很大程度上反映了泥质的性质，因而自然伽马能谱对沉积环境的响应是有规律的，可以利用自然伽马能谱测井资料识别生油岩和高铀储层、划分沉积相、判别粘土矿物和研究沉积环境等。参考文献：基于自然伽马能谱测井的岩溶型碳酸盐岩储层层位划分与对比—张松扬有关自然伽马能谱