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《地球物理测井》-第1章 自然伽马测井_图文

第1章 自然伽马能谱测井
? 1935年,Atlas公司的前身Well Surveys Inc. 用电
流型电离室首次实现了对井下岩石天然放射性的

测量,自然伽马测井就此问世。自然伽马测井是
核测井中第一个提供服务并到今天仍在广泛应用 的测井方法,测量的是自然伽马射线的总强度。 自然伽马能谱测井不仅能测量总强度,而且还能 分析伽马能谱。

第1章 自然伽马能谱测井

? 一、伽马射线与物质的相互作用
? 1、光电效应: γ光子与靶物质原子发生电磁相互 作用,结果是吸收一个γ光子,并将γ光子的能量 全部转移给某个束缚电子,该束缚电子摆脱原子 对它的束缚之后发射出来,这个过程称为光电效

应。
? 发生光电效应后光子消失。

第1章 自然伽马能谱测井
? 2、康普顿效应: γ光子与原子的核外电子发生非
弹性碰撞,一部分能量转移给电子,使它脱离原

子成为反冲电子,同时光子发生散射,散射光子
的能量和运动方向发生变化,即康普顿效应。 ? 3、电子对效应:当γ光子从原子核旁经过时,在 原子核的库仑场作用下,γ光子转换为一个正电 子和一个负电子 ,这种过程称为电子对效应,是

高能γ射线与物质作用的一种主要方式。

第1章 自然伽马能谱测井
? 4、伽马射线的吸收
? 伽马射线穿过吸收物质后满足指数衰减规律:

I ? I 0e

? ?t

? 其中μ为线性衰减系数,也称线性吸收系数,单位
为cm-1,即单位体积物质与光子相互作用的总截 面,或者说单位路程上光子与物质发生三种作用 的总几率。

第1章 自然伽马能谱测井
? 5、伽马射线的探测
? 伽马射线与物质相互作用,主要通过光电效应、康

普顿效应和电子对效应产生次级电子,这些电子使
组成探测器灵敏元件的原子电离或激发,测到的伽 马能谱实际上是次生电子的能谱。

? 目前常用的闪烁体探测器主要有碘化钠[NaI(Tl)]、
BGO、GSO和LSO等。

第1章 自然伽马能谱测井
? (1)探测效率:探测效率是指一个光子进入闪烁体而
引起闪光的几率,在光子能量一定时,与闪烁体

的几何形状、大小、组成物质的密度及平均原子
数有关。 ? NaI(Tl)晶体密度较大(ρ=3.67g/cm3),对光 子的探测效率高;而BGO的密度为7.13g/cm3,平 均原子序数也大,探测效率更高 。

第1章 自然伽马能谱测井
? (2)能量分辨率:通常用137Cs的0.662MeV全能峰
的分辨率η来表征,即
??
?E E ?100%

? 其中E为γ射线的能量,为 ? E 全能峰半高宽 FWHM, NaI(Tl)分辨率最佳可达到6.5%,而 BGO最佳为9.3%。

第1章 自然伽马能谱测井
? (3)能量刻度

? 为了根据伽马射线的能量确定所测谱的道址,或
者根据所测峰位确定伽马射线的能量都需要预先

对伽马射线谱仪进行能量刻度。能量刻度就是在
谱仪所确定的条件下,利用一组已知能量的伽马 源,测出对应能量全能峰峰位,然后做出能量和 峰位的关系曲线。

第1章 自然伽马能谱测井
? 典型的能量刻度曲线近似为一直线,可用线性方 程表示为:

E ( x p ) ? Gx p ? E0
? 式中,xp—峰位; E0—对应零道所代表的能量;

G—每道对应的能量间隔,又称为增益。

第1章 自然伽马能谱测井
? (4)伽马射线响应能谱

第1章 自然伽马能谱测井
? A峰为光电全能峰,是由光电效应及多次效应形
成,因此光电效应形成的脉冲幅度直接反映了入

射粒子的能量,对应的峰称为光电峰。
? B为康普顿平台,是光子发生康普顿散射产生的 电子的连续谱,由康普顿散射公式可知,散射电 子的最大能量为0.4779MeV,因此康普顿散射产 生的脉冲幅度对应的能量范围为0~0.4779MeV。

第1章 自然伽马能谱测井
? C为反散射峰,有一部分未被吸收而穿过闪烁体,又
被闪烁体后而物质散射回来,发生光电效应,根据

前面的计算知反散射γ光子的能量为0.184MeV。
? D为x射线峰,是由137Ba K层特征x射线通过光电效应 产生的,Ex=32keV。 ? 由于能量为0.661MeV,所以不会发生电子对效应。

第1章 自然伽马能谱测井
? 6、放射性测量的统计性 ? 放射性物质含有许多不稳定的原子核,每个原子核只有

衰变时才放出射线,且衰变过程是完全独立的,与其他
核衰变无关 ,属于随机过程。

? 在放射性测量中既使源的放射性活度、位臵、源与探测
器之间的距离、探测器的工作电压、增益、测量时间等 实验条件是稳定的,但对同一对象进行多次测量,每次 测量得到的计数并不完全相同,而是围绕某一平均值上 下涨落,这种现象称为放射性计数的统计性。

第1章 自然伽马能谱测井
? 在放射性原子核的衰变中,任何一个原子核在时间t
内衰变的概率为:

p ? 1? e
? 不衰变的概率为 :

? ?t

q ? 1? p ? e

? ?t

? 假设为N0时刻的原子核数,若在时间t内发生原子核 衰变数为n的概率,即放射性统计的二项式分布为:
P ( n) ? N 0! ( N 0 ? n)!n! p (1 ? p )
n N0 ?n

第1章 自然伽马能谱测井
? 在放射性测量中把经过无限多次测量得到的平均值m 或者随机数取值n的平均位臵。 ? 当N0很大而p很小时,二项式分布的一种极限就是泊 松分布:
P ( n) ? N0
n

称为期望值,即表示单位时间内平均衰变的原子核数,

p e

n

? N0 p

?

m

n

e

?m

n!

n!

? 当M较大时,泊松分布的极限是高斯分布,即:
P ( n) ? 1 2?m
? ( n?m) 2m
2

e

?

1 2? ?

?

( n?m) 2?
2

2

e

第1章 自然伽马能谱测井
? 例题:若在时间t内,放射源放出粒子的平均值 为 m ? 100 ,试求在相同时间内放出108个粒子 的概率。 ? 解:
m ? 100
( n?m ) 2?
2 2

? ?

m ?

100 ? 10
(108?100) 2?100
2

P ( n) ?

1 2? ?

?

e

?

1 2 ? 3.14 ? 10

?

e

? 0.029

第1章 自然伽马能谱测井
? 放射性测量的统计误差: ? 由于放射性核衰变具有统计分布,测量过程中射线与

物质的相互作用过程也具有随机性,因此在某个时间
内对样品进行测量得到的计数值可以看作是一个随机

变数。
? 测量过程中得到的计数值的数学期望值,是无限多次 测量计数值的平均值,称为真平均值;实际一次测量 或有限次测量值的平均值都不是真平均值,只能在某 种程度上的近似值,这样就给结果带来了误差。

第1章 自然伽马能谱测井
? 放射性测量的计数值服从正态分布,统计误差是 用相当于一定臵信度的臵信区间来表示,最常用

的是标准误差 ?

N



?
误差 :

2 N

?M

? 如对样品进行了k次测量,得到k个Ni值,则标准

?N ?

M ?

N ?

N

第1章 自然伽马能谱测井
? 求得标准误差后,对一次测量可以将测量结果表示

为:
N ??
N

? N ?

N

? 用绝对误差不能直接表示出测量结果的精确度,而
相对误差可以表示,定义相对标准误差? N 是:
?N ? ?N
N ? N N ? 1 N

第1章 自然伽马能谱测井

? 二、岩石的自然伽马放射性
? 1、伽马辐射体 ? 地层中的自然γ射线主要是由238U放射系和232Th放 射系的放射性核素以及40K衰变产生的。 ? 铀系中最重要的γ辐射体是214Bi,其次是214Pb,主

要特征γ射线为0.609MeV、1.12MeV、1.76MeV和
2.204MeV;

第1章 自然伽马能谱测井
? 钍系中最重要的γ辐射体是208Tl,其次是228Ac,主要

特征γ射线的能量分别为0.239MeV、0.583MeV、
0.908MeV、0.960MeV和2.62MeV;

? 地层中存在的40K,其丰度为0.018%,能够放出能量
为1.46MeV的单一γ射线。

第1章 自然伽马能谱测井
? 2、铀、钍和钾在岩石中的分布

? 在岩浆岩中酸性岩的铀、钍含量最高,大约比中
性岩高1倍,比基性岩高6倍,比超基性岩高1000 倍。酸性岩和中性岩中的钾的含量比基性岩和超 基性岩高。大体上说,岩浆岩中铀的含量随着钠、 钾和硅的含量的增高而增高;花岗岩富铀,碱性

岩则相对富钍。

第1章 自然伽马能谱测井
? 蒙脱石对放射性物质的吸附能力最强,故铀和钍 的含量最高,对粘土岩的放射性贡献最大;高岭

石铀和钍含量都较低,对粘土岩的放射性贡献较
小;水白云母本身含有钾,具有放射性,对粘土

岩的放射性有贡献。生油粘土岩中的粘土矿物以
蒙脱石和高岭石为主,且富含有机质,放射性物 质含量高,尤其铀含量明显高于其它粘土岩。

第1章 自然伽马能谱测井
? 沉积岩按放射性浓度可粗略分为三类: 1) 放射性高的岩石:包括粘土岩、火山灰、海绿石砂

岩、独居石砂岩、钾钒矿砂岩、含铀钒矿的灰岩及钾
盐等。深海相泥岩的放射性浓度常达90×10-12克镭当

量/克;浅海相泥岩的放射性浓度为(20-30)×10-12 克镭
当量/克。钾盐中的40K可达60×10-12克镭当量/克; ? 2) 放射性中等的沉积岩:包括砂层、砂岩和含有少量 泥质的碳酸盐岩等,其放射性浓度为(1-8)×10-12克镭 当量/克;

第1章 自然伽马能谱测井
? 3) 放射性低的沉积岩:包括石膏、硬石膏、岩盐、纯

的石灰岩、白云岩和石英砂岩等。
? 根据实验和统计,沉积岩的自然放射性变化规律有:

? (1) 随泥质含量的增加而增加。?
? (2) 随有机物含量增加而增加。如沥青质泥岩的放射 性很高。在还原条件下,六价铀能被还原成四价铀, 从溶液中分离出来而沉淀在地层中,且有机物容易吸 附含铀和钍的放射性物质。

(3) 随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。

第1章 自然伽马能谱测井

? 三、自然γ辐射场的分布特征
? 1、源强密度:含有铀、钍、钾的岩石样品就是一
种分布在有限空间的伽马源;每种放射性核素的

活度和单位时间里发射的光子数成正比;伽马源
在单位时间里发射的光子总数称为源强;单位体 积的源强称为源强密度。 ? 假设地层含有一种放射性物质,地层密度为ρ,每 克岩石中含有q克该种元素,每克核素每秒钟平均

放出a个光子,则源强密度为: A ? aq ?

第1章 自然伽马能谱测井
? 2、无限厚均匀地层中γ射线的通量 ? 为了便于研究,先考虑无限均匀放射性地层的原始

状态,即在尚未钻井之前地层中伽马射线的强度。
dV r

P

? 当伽马光子能量为1.5MeV时,纯水、石英、方解石
的线性吸收系数分别为0.0575cm-1、0.1444cm-1、 0.1404cm-1.

第1章 自然伽马能谱测井
? 地层对γ射线的平均线性衰减系数为μ,地层体积 元dV内的放射性物质在地层中某点P处产生的γ射

线通量dJγ为:
dJ
r

?

aq 4? r
2

? dVe

? ?r

? 采用球坐标系,则 有:
dV ? r sin ? drd ? d ?
2

第1章 自然伽马能谱测井
Jr ?

? dJ ?
aq ?

?

? 4? r

aq ?
2

dVe

? ?r

?

aq ? 4?

?

r

r r

2 2

e

? ?r

dr

0

?

?

sin ? d ?

0

?

2?

d?

0

?

?

(1 ? e

? ?r

)?

A

?

(1 ? e

? ?r

)

对于无限大均匀放射性地层, r 则在P点处产生的γ射线通量为:
J?0 ? A

??

?

无限均匀放射性地层中任意一点处的γ射线通量,其 大小取决于地层的体积密度、放射性物质的含量、 产生γ射线的平均强度和线性吸收系数。

第1章 自然伽马能谱测井
? 估算自然伽马测井的探测范围:
J? J?0 ?1? e
J?
? ?r

? 当 ? r ? 4 . 605 时, ? 99 % ,即测量得到的伽马射 J? 0 线通量是无限均匀地层的99%。 ? 若取μ分别为0.10cm-1和0.15cm-1,则相应的球半径为

46.05cm和30.7cm。可以认为,自然伽马测井对地层
的探测范围大约是直径小于1m的球体,在球心观测 不到超出这一范围的伽马辐射体的初始能量伽马。

第1章 自然伽马能谱测井
? 能谱:伽马光子从发射点到达球心的过程中,要 经受地层的散射和吸收,在球心可能观测到的包

括:①未经受散射直接到达球心的光子,保持着
初始能量;②经受一次或多次散射,能量降低,

但最后到达球心的光子,能谱是连续的。在地层
中发生了光电效应的光子是到不了球心的;来自 球体内半径不同层的光子,对球心总的通量和能

谱的贡献不同,离球心越远对高能伽马的相对贡
献越小。

第1章 自然伽马能谱测井
? 3、无限厚均匀地层沿井轴的γ射线通量
? 在无限大的均匀放射性地层,井眼半径为r0 ,井 内充满钻井液,且不含放射性物质,钻井液和地 层对γ射线的平均线性衰减系数分别为μ0 和μ,地 层为无限厚。选取柱坐标系,井轴中心一点为坐

标原点O,则地层体积元 dV内的放射性物质在井
轴O点处产生的γ射线通量dJγ为:

第1章 自然伽马能谱测井
r

z

R’ R R0

r0

第1章 自然伽马能谱测井
dJ
r

?

aq 4? R
'2

? dVe
2

? ( ? 0 R0 ? ?R )

其中

R ? ( r ? r0 )

r ? z
2

r
2

? ( r ? r0 ) 1 ? ( z / r )

2

R 0 ? r0 1 ? ( z / r )

R ?
'

r ? z
2

2

dJ

r

?

aq 4? ( r ? z )
2 2

? dVe

? [ ? 0 r0 ? ? ( r ? r0 )]

1? ( z / r )

2

第1章 自然伽马能谱测井
则整个均匀地层在O点产生的γ射线通量为:
Jr ? aq
2 ? [ ? 0 r0 ? ? ( r ? r0 )] 1? ( z / r )
2

? dJ ?
aq ? 4?
aq ? 4?

?
?

? 4? ( r
? 2 ??

? z )
2

? dVe

?
?

? ?
r0

r r ? z
1
2

e

? [ ? 0 r0 ? ? ( r ? r0 )]

1? ( z / r )

2

drdz
2

?

2?

d?
d?

0
2?

? ?
r0

?

?

??

[1 ? ( z / r ) ] r
2

e

? [ ? 0 r0 ? ? ( r ? r0 )]

1? ( z / r )

drdz

?

0



t ? z/r

,则

dz ? rdt

第1章 自然伽马能谱测井
J? ? aq ? 4?

? ?
r0

?

?

1 1? t
2

??

e

? [ ? 0 r0 ? ? ( r ? r0 )]

1? t

2

drdt
1? t
2

?

2?

d?

0

? aq ? ?
? aq ? ?
?

?

r0

?

?

1 1? t
2

0

2

e

? [ ? 0 r0 ? ? ( r ? r0 )]

drdt
2

1 1? t
2

e

? ? 0 r0

1? t

dt

0

?

?

1

r0

? 1? t
1? t

e
2

? ? ( r ? r0 ) 1 ? t

2

d [ ? ( r ? r0 ) 1 ? t ]

?

aq ?

?

?

?

1 (1 ? t )
2 3/2

e

? ? 0 r0

2

dt

0

第1章 自然伽马能谱测井
? 4、有限厚均匀放射性地层沿井轴的γ射线通量
J? ? aq ? 2

?

z1 ? h

z1

[? Ei (? ?

r0 ? z )] dz
2 2

? Jγ的变化由z1和h决定,即由观察点在井轴上相对放 射性地层下界面的位臵和地层厚度来决定。对于确 定的放射性地层,当地层厚度为无限大时,井轴上 任一点的伽马射线强度由μr0的值决定的, μr0越小Jγ

越大;对于有限厚的地层,观察点在地层中点时,
Jγ的大小由地层厚度h决定,当 ? 3r0 h 无限厚地层的相应数值。 时就接近于

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井
? 上图给出当μ=0.1cm-1和r0=15cm时,对不同厚度的 五个地层算出伽马射线相对强度沿井轴的变化曲线。 由此图可以看出:

?
?

1) 当上下围岩的放射性相同时曲线对称于地层中
心; 2) 对着地层中心,曲线有一极大值,且它随h增大 而增大;当h≥6r0时,它不再随h的变化而变化。

第1章 自然伽马能谱测井
? 3) 当h≥6r0时,由曲线的半幅点确定的视厚度ha等 于地层的真厚度h,半幅点正对着地层界面;

h<6r0时, ha >h,相当于地层界面的点即所谓分
层点移向曲线的峰部。

第1章 自然伽马能谱测井
? 令 x ? ? 0 r0 ,
J? ? aq ?
F (x) ?

?

?

1 (1 ? t )
2 3/2

e

? x 1? t

2

dt

0

?

F (x)

? 显然F(x)函数反映井眼尺寸和井内液体的γ射线线性 吸收系数对井轴中心处的γ射线通量的影响。

第1章 自然伽马能谱测井

? 四、自然伽马能谱测井仪器和测井响应
? 1、自然伽马能谱测井仪器的组成

? 对自然伽马能谱信息利用最充分的是多功能补偿自
然伽马能谱测井仪(CSNG),下井仪器是一套具

有稳谱和数据传输功能的数控伽马能谱仪,而地面
仪器是一套计算机控制和数据处理系统。

第1章 自然伽马能谱测井
电缆驱动 编码谱 微机控制 高压控制 (稳谱信号) 0~3MeV数字谱 符合稳定脉冲 数字累加器 0~350keV数字谱 双ADC电路 光电倍增管 / 放大器 Φ50.8mm×304.8mm NaI(Tl)晶体 连续增益稳 谱探测器 数字输出 谱显示 记录仪 计算机 解调器恢复谱

第1章 自然伽马能谱测井
? (1)伽马射线探测器:包括大体积NaI闪烁晶体、

光电倍增管、信号放大器和高压电源,主要测量来
自地层的自然伽马射线,同时也接收来自安臵在晶

体顶端的稳谱源发射的伽马射线;
? (2)脉冲幅度分析器:从伽马射线探测器输出的 电脉冲串,经双ADC电路转换成两个256道的数字 谱,能量范围分别为:0~3MeV和0~350keV;

第1章 自然伽马能谱测井
? (3)稳谱源和稳谱探测器:稳谱参考源采用强度为 30~50μCi的241Am,能够同时发射能量为5.4MeV的α

射线和59.5keV的伽马射线,稳谱探测器测量241Am
产生的α射线,产生符合脉冲,用以将由稳谱源产的

59.5keV伽马射线产生的脉冲与自然伽马射线产生的
脉冲区分开; ? (4)下井仪器控制系统 ? (5)数据处理和记录系统

第1章 自然伽马能谱测井
? 2、能谱 ? (1)符合谱:伽马射线探测器和α射线探测器符合 输出的伽马谱,能量范围为20~350keV,用于稳谱; ? (2)反符合低能谱:伽马射线探测器和α射线探测

器反符合输出的伽马谱,即不包括241Am产生伽马射
线的自然伽马能谱,能量范围20~350keV,用于测定 套管或岩性; ? (3)反符合高能谱:不包括241Am产生伽马的自然 伽马能谱,能量范围150~3000keV,测定铀钍钾。

第1章 自然伽马能谱测井
? 脉冲幅度分析器可将全谱分为11个谱段:
能窗 分配 稳谱窗 NL(Am) NH(Am) 首道 keV 末道 keV 40 60 60 80 N1 200 500 N2 500 1100 自然伽马能谱窗及稳谱检查窗 N3 1100 1365 NL(K) 1365 1460 NH(K) 1460 1590 N4 1590 2000 N5 2000 3000 NL(Th) NH(Th) 2515 2610 2610 2740

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井
? 3、效率刻度

? 即使地层和环境条件不变,不同仪器在同一测量
点上测到的计数率也会很大不同。测井仪器的标

准化就是效率刻度,国际上采用API作为自然伽
马辐射强度的标准单位。

第1章 自然伽马能谱测井
? 规定:在美国休斯顿大学建造了一套三层混凝土标 准模块组成的刻度井,每个模块都是直径1.219m,

高2.438m的带井眼的圆柱体,中间的一层是含有
13ppm(13g/t)铀、24ppm钍和40%钾的高放射层,

而上下两层是未加放射性物质的低放射层,将仪器
在井眼中测到的高放射性和低放射性两种模块的读 数差定为200个API单位。

第1章 自然伽马能谱测井
? 4、环境影响 ? 井中介质包括钻井液、套管和水泥环,若钻井液为 低放射性钻井液,则井的影响主要是对来自地层的 伽马射线的散射和吸收;

? 若钻井液中含有KCl,则钻井液柱相当于一个附加的
放射源,K的特征道区计数会增高; ? 当钻井液含有重晶石时,钻井液的光电吸收截面指 数增强,将使自然伽马谱严重变形。

第1章 自然伽马能谱测井
? 钢铁的伽马线性吸收系数平均为0.5cm-1,而泥浆

和岩石的线性吸收系数约为0.1~0.2cm-1;若水泥
环中不含放射性物质时,水泥环的存在将使放射

性计数率读数降低,水泥环越厚读数降低越多。

第1章 自然伽马能谱测井

? 五、自然伽马能谱解析
? 1、自然伽马仪器谱和标准谱

? 用闪烁谱仪观察到的并不是铀系、钍系和钾的伽马
线谱,而是通过光子与地层及闪烁晶体相互作用后

的连续谱,称为仪器谱;
? 用自然伽马能谱测井仪在刻度井中测量只含铀、钍 或者钾一种放射性元素且尺寸足够大的模拟地层, 可以得到每种放射性元素的标准仪器谱。

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井
? 2、解谱方法

? 显然伽马能谱中包含多种能量的伽马射线,且高能伽

马射线由于康普顿效应,在低能伽马射线的能窗内有
计数贡献,要确定每种核素的含量,必须对能谱进行 谱分析。 ? 剥谱法又称康普顿分布除去法,是从混合谱中找出一 种容易识别的核素,求出它的能谱,并从混合谱中扣 除,然后用同样的方法依次扣除其他核素的能谱。通 常从能量高的特征峰开始,对混合谱进行层层剥析,

故称剥谱。

第1章 自然伽马能谱测井
? 能谱解析是确定对应于能量为1.46MeV、1.76MeV和

2.62MeV三种伽马射线的特征道域计数率与铀、钍、
钾在地层中含量之间的关系,这三个道域分别用I、

II、III特征道域表示,其计数率分别是 n1、n2、n3。

n1 ? n11 ? n12 ? n13
n2 ? n22 ? n23
n 3 ? n 33

第1章 自然伽马能谱测井
? 根据标准谱得到以下实验关系:
n 120 ? a 12 n 220

n 130 ? a 13 n 330

n 230 ? a 23 n 330

? 则得到相应的解谱系数:
a 12 ? n 120 / n 220
a 13 ? n 130 / n 330

a 23 ? n 230 / n 330

第1章 自然伽马能谱测井
? 利用剥谱方法得到相应能量道内的净计数率来表

示成铀、钍、钾含量,即

Th ? K Th n 33 ? K Th n 3
U ? K U n 22 ? K U ( n 2 ? a 23 n 3 )
K ? K K n 11 ? K K [ n 1 ? a 12 ( n 2 ? a 23 n 3 ) ? a 13 n 3 ]

第1章 自然伽马能谱测井

? 六、自然伽马能谱测井的应用
? (1)划分岩性和地层对比

? 自然伽马测井或自然伽马能谱测井总计数率曲线是岩
性识别和地层对比应用最光的测井曲线。

? 岩层中Vsh不同,GR读数不同。在砂泥岩剖面:砂岩
显示最低值,粘土(泥岩和页岩)最高值,粉砂岩泥 质砂岩介于中间,随泥质含量增加曲线幅度变大;

第1章 自然伽马能谱测井
? 在碳酸盐岩剖面:泥岩、页岩的GR幅度最高,纯

的石灰岩、白云岩GR幅度最低,而泥质灰岩、泥
质白云岩GR界于中间;在膏盐剖面:盐岩、石膏

层的GR较低,泥岩层GR幅度最高。
? 自然伽马能谱测井可以根据铀、钍、钾含量的差 别对高放射性地层进一步细分。 ? 优点:曲线形状和幅度不受孔隙流体影响;不受 泥浆矿化度影响;容易找到标准层。

第1章 自然伽马能谱测井
? (2)识别粘土矿物

第1章 自然伽马能谱测井
? (3)计算泥质含量

? 利用总计数率求泥质含量:
SVCT ? CTS ? CTS CTS
max min min

? CTS

SVCE ?

2

SVCT ?GCUR SVCT

?1

? 利用钍的含量求泥质含量:
SVTH ? Th ? Th min Th max ? Th min

2

?1

SVTE ?

2

SVTH ?GCUR SVTH

?1

? 利用钾的含量求泥质含量:
SVK
40

2

?1

? K

K
40

40

?K

40 min 40 min

max

?K

SVKE ?

2

SVK

40

?GCUR
40

?1

2

SVK

?1

第1章 自然伽马能谱测井
? (4)研究生油岩

? 由于有机物对铀的富集起十分重要的作用,铀异
常通常指示出地层富含有机物,大量的资料已经

证实,在泥岩中铀含量与有机碳的含量关系密切,
因此高铀含量指示储生油岩的生油能力强,且有 机碳的含量与铀含量与钾含量的比值呈现出线性 关系。

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井
? (5)研究生油岩

? 高放射性砂岩油气层:若只有铀含量高,而钍和钾含
量低,是高放射性砂岩,也可能是油气层。 ? 高放射性含铀的碳酸盐岩油气层:在自然伽马能谱曲 线中显示铀含量高、而钍和钾含量低; ? 高放射性粘土岩油气层:有机含量高的高放射性黑色 泥岩存在天然裂缝;钙质和粉砂质夹层生成的裂缝, 是可溶于水的六价铀及子体镭和氡的通道,自然伽马

能谱特征:总强度和铀含量高,钍和钾含量低。

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井
? (6)在指示古环境、沉积环境中的应用 ? 铀的化学性质比较活泼,岩石中铀的富集机理主要 是有机物质在成岩过程中对铀的还原和吸附作用, 因此岩石中铀的富集反映一种还原环境。

? 在氧化状态下,随着岩石中铀元素的减少,w ( Th) /
w (U) 会增大;在还原状态下,随着岩石中铀元素的

富集,w(Th) / w (U) 会减小,因此w ( Th) / w (U) 也
可以用来指示古环境的氧化或还原程度

第1章 自然伽马能谱测井
? 自然伽马能谱在指示沉积环境中也有很大的意义,

w (Th) / w (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、灰色和绿色泥岩;小于

2为海相黑色泥岩、磷酸盐岩。
? (7)监测水淹层 ? 在水驱油过程中,常在水驱前沿形成高放射性带, 镭的活度可以达到10-9~10-8Ci/cm3,比普通水高 1~2倍,铀曲线幅度增高的程度可定性划分水淹的

等级。

第1章 自然伽马能谱测井

? 七、随钻方位自然伽马测井
? 第一支可靠的商用随钻测井仪器是Teleco公司1978
年推出的,采用泥浆压力脉冲传输测量数据。1980

年又推出了能进行自然伽马和短电位电阻率测量的
随钻测井仪,至此,用于地层评价的随钻测井仪器 问世。

第1章 自然伽马能谱测井
? 随钻测井已拥有了裸眼井电缆测井所拥有的各种 测井方法;信息采集采用泥浆信道实时传输和井

下贮存相结合的办法。在海上已有90%测井作业
采用随钻测井,在水平井和大斜度井也有大致相

同的比例。
? 采用盖革米勒计数管或者闪烁晶体探测器,能够 进行方位测量,介绍几种情况。

第1章 自然伽马能谱测井

高温方位伽马测井仪(HAGR)

第1章 自然伽马能谱测井
? 这种伽马测井仪被设计成在高温条件下工作,必 须要求利用盖革米勒计数管而不是闪烁晶体探测

器,其探测效率低,要进行方位测量必须在测井
仪上进行管子阵列排列。4.75英寸测井仪装配每

个有两个计数管的五组探测体,而6.75和8英寸的
测井仪配有八组探测体,计数管的数目、尺寸和 分布要考虑统计精度和方位灵敏度而选择。

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井
? 随钻测井仪器和电缆测井仪相比,对钾有相对高

的计数而对铀和钍具有相对低的计数,主要是因
为相对铀和钍来说钾的能量高(K是1.46MeV,

而铀和钍的平均能量大约是0.85MeV)造成的,
在随钻测井仪上钾的高能伽马射线相比铀和钍来 说更容易穿透一定厚度的钻铤。

第1章 自然伽马能谱测井

方位自然伽马能谱测井仪(SAGR)

第1章 自然伽马能谱测井
? 伽马能谱测井仪有三个增益相对独立的直径为1.15 英寸、长为5.6英寸的探测器装配在钻铤外侧,探

测器和地层之间有很薄的金属罩,不仅可以和电缆
测井一样得到定量伽马能谱测量,而且还可以进行

精确的总伽马计数测量。另外它还在转动和滑动时
提供方位测量。仪器钻速在400ft/hr,而常规电缆 测井速度一般为15ft/min。

第1章 自然伽马能谱测井

四个碘化钠晶体探测器,旋转可以得到16个方位。

第1章 自然伽马能谱测井

第1章 自然伽马能谱测井


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