自然伽马能谱测井原理及其应用Word文档下载推荐.docx

1、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。非放射系的天然放射性核豪核素在岩石圏内的 丰度（mg/kg）半寰期-和0肘线能量（險切（括号内为百分强度了射线能（keV） （括号内为百分强度）3t.28xl（f陀314（1461（11）（U6X1015EC783（30）3554（70）册Rb7554.8X1O10几274（100）无,）5ln0J6X1014480（100）0-011.12Xl（Pl价210（30）810（30）,1430（70）,4

2、7Sm11.05X1011矶23300.012,2 xlO10艮4308（15）.202（85）306（95）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

3、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。当我们把伽马射 线按我们所选定的特征能量分别计数， 那么这就叫测谱。 测谱测出的 结果打印成数据表或绘成能

4、谱图。 因而将测得的自然伽马能谱转换成 地层的铀、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。要用自然伽马能谱测井，必须满足 两个条件： （1） 地层岩石中必须存在具有 7 辐射的放射性核素，或者 说，岩石中的放射性核素必须具有 7辐射；（2） 放射性核素在地层岩 石中的分布必须具有特异性。1.2 自然伽马能谱测井仪器自然伽马测井仪的测量装置由井下仪器和地面仪器组成。 井下仪 由伽马射线探测器 （ 由闪烁晶体和光电倍增管组成 ） 、脉冲幅度鉴别 器、分频器、整形器及电缆驱动器等电路组成。这几大部分组成一套 完整的测井仪器。 自然伽马测井仪是一种沿着井眼剖

5、面测量岩层自然 放射性活度分布的测量仪器。 测井时，闪烁晶体把地层伽马射线转变 成光脉冲信号， 由光电倍增管的光阴极转换为光电子， 经光电倍增管 放大后输出负电压脉冲，经幅度鉴别、分频、整形、功放，然后经电 缆输送到地面。 并下仪器沿井身自下而上移动测量， 就连续记录出井 剖面上岩层的自然伽马强度曲线，称为自然伽马测井曲线。2 自然伽马能谱测井分析与应用自然伽马能谱测井资料包括：地层总自然伽马（ GR）,地层无铀 伽马（KTh），及地层中铀（URAN、钍（ThOR）、钾（POTA）的含量。利用 其测量值可以研究地层特性，计算泥质含量、地层粘土矿物归类、识 别高自然伽马放射性储层、 评价生油岩等

6、。 具体过程是采用交会图技 术，做出地层Th K交会图，按照给定的Th K交会图版，归类粘土 矿物，定性识别粘土矿物。同样，采用 Th U交会，可分析沉积环境 的变化情况。 在还原环境和有机质富集的条件下， 可以使泥质沉积吸 附大量的铀离子，自然伽马能谱测井中铀曲线代表地层中铀的含量， 因而可用来评价生油岩。2.1 评价生油层自然伽马能谱资料中的铀曲线反映地层中放射性矿物铀的含量。研究表明，放射性元素铀与有机质的丰度有很密切的关系， 有机质越 富集的地方，能谱曲线中所显示的铀含量越高，指示与油气关系越密切。S1老27井的自然颔马能谓曲线根据这一结果，分析老27井的自然伽马能谱资料如图1所示，

7、在泥岩出油层段铀含量大于3X10-6。对没有自然伽马能谱资料的樊 41井、罗42井、大93井等进行分析结果发现：在地质录井或井壁 取心资料中，反映的岩性为泥岩与油页岩或油泥岩互层，或者距油页 岩或油泥岩距离较近，是较好的生油层。2.2确定地层岩性由于地层中天然放射性核素的分布具有一定的规律性， 因此，利 用自然伽马能谱测井可以确定地层的岩性， 特别是对于一些复杂地层 的岩性识别，自然伽马能谱测井将优于其它测井方法。（1）利用Th U交会图划分岩性一般情况下， 地层中的钍 （Th） 含量随岩石的粒度变细而增加， 利 用钍值可以把地层中的砂岩、粉砂岩和泥岩等划分得很清楚，因此 Th 是一个识别岩性

8、的较好参数。此外，在地层原始沉积的过程中， 铀（U）的含量与地下水的溶解和迁移程度有关，而油气藏的形成与地 下水的活动也有关系，并且油气藏的形成还要求有良好的封闭条件， 因此油气藏的形成与U有一定的关系，为此，利用Th U交会图可以 更准确地区分岩石的岩性。 利用Th K交会图划分岩性在地层中，钾 （K） 的含量也与岩性有关。一般情况下，钾的含量 随岩石的粒度变细而增加。此外，在碳酸盐中钾含量较多，这是由于 碳酸盐在形成过程中的淋滤作用而造成的。 为此，利用Th K交会图 也可以区分岩石的岩性。2.3 自然伽马能谱测井研究沉积环境由于源岩层含有固体有机质， 这些有机质富含有机碳， 而有机质 具

9、有密度低和吸附性强等特征。 因此，源岩层在许多测井曲线上具有 异常反应。在正常情况下，含碳越高的源岩层，其测井曲线上的异常反应就 越大。自然伽马曲线常表现为高异常。 铀和有机质之间有良好的经验 关系，海相富含有机质的页岩和石灰岩，浮游生物吸附铀离子，呈高 放射性，可用此法划分海相烃源岩。富含碳的源岩层，在体积密度曲 线上表现为低密度异常， 在声波时差曲线上表现为高时差异常； 电阻 率的高低随源岩层成熟与否发生变化。在还原环境和有机质富集的条件下， 可以使泥质沉积吸附大量的 铀离子， 自然伽马能谱测井中铀曲线代表地层中铀的含量， 可以用来 评价生油岩。有关研究资料表明，在还原环境下，铀含量的高低

10、与有 机碳的含量有密切的关系，有机碳含量越高，铀的含量也越高，有机 碳含量与铀含量是一种递增关系， 因此铀值越高， 评价生油岩就越有 利。用 Th/U 比值研究沉积环境的评判标准： 陆相沉积、氧化环境、风化层，Th/7;海相沉积、灰色或绿色页岩，Th/ Uv 7;海相黑色页岩、磷酸盐岩，Th/ U 2。用Th/U、U/K和Th/ K比值还可研究许多其它地质问题， 如从化 学沉积物到碎屑沉积物 Th/U 比增加，随着沉积物的成熟度增加， Th/K比增大。用Th/U、U/K和Th/K比值还可以识别粘土矿物。 2.4 计算泥质含量可以用总伽马计数率计算泥质含量：V = GR - GRjnin 出_G

11、Rma厂以価2.5寻找高放射性储层。岩石放射性强度，火成岩放射性最强，变质 岩放射性中等，沉积岩放射性最低。纯砂岩和碳酸盐岩放射性元素含 量很低，但有些地层中，由于岩石骨架中含有放射性矿物而明显呈现 高放射性，有些渗透性地层由于地层水活动使其放射性矿物增多， 引起放射性升高。传统观念认为储集层是低放射性的、泥质含量较少的、 比较纯的岩石，而忽视了高放射性储层的生产价值。 运用自然伽马能 谱测井中的无铀伽马计算泥质含量， 可以弥补常规方法的不足。准确 识别高放射性储层，确定岩性剖面。3认识与总结1自然伽马能谱测井测量的地层中铀（U）、钍（Th）、钾（K）的含量， 为地质研究提供了非常重要的资料，

12、利用能谱资料可以计算泥质含 量，识别粘土矿物类型，评价生油岩等。在高放射性储层中，用无铀 伽马能精确计算泥质含量，确定岩性剖面，判断高放射性（裂缝）储层, 避免了高放射性储层的漏失，弥补了用自然伽马计算泥质含量的不 足，为储层评价提供了精确的解释依据。2在油田沉积相带及储层评价中，也可以结合自然伽马、自然电 位测井曲线，利用自然伽马、自然电位曲线同步减小幅度评价渗砂层， 指示划分水下分流河道主体微相带；利用自然伽马、自然电位减小幅度差评价低 渗砂、致密砂层，指示划分水下分流河道堤泛（侧翼）微相带；并以自然电位 比自然伽马减小幅度的相对细小差异识别油水层；形成一种更有效地 识别划分沉积相带和储层的方法。参考文献1庞巨丰，迟云鹏等.现代核测井技术与仪器M.北京，石油 工业出版社，1998, 6.2白运台.自然伽马能谱测井在高自然伽马裂缝地层中的应用J.国外测井技术，2001, 16（5）.3李风琴，秦菲莉等.自然伽马能谱资料在油田勘探中的应用J.石油天然气学报，2005, 27（6）.4郭余峰，单秀兰等.利用自然伽马能谱确定地层岩性的方法J.物探与化探，1996, 20（3）.5王祝文.确定粘土矿物含量的自然伽马能谱测井方法J.岩 性油气藏，2007, 19（2）.