1、第八章密度測井和巖性密度測井第八章密度測井和巖性密度測井密度測井、巖性密度測井的地質基礎密度測井、巖性密度測井的地質基礎密度測井密度測井巖性密度測井巖性密度測井內容小結內容小結思考題思考題一、巖石體密度一、巖石體密度 單原子組成的礦物的電子密度及電子密度指數單原子組成的礦物的電子密度及電子密度指數2eZAeAZnNA(8-1)(8-2)1 1、礦物的電子密度及電子密度指數、礦物的電子密度及電子密度指數第一節第一節 密度測井和巖性密度測井的地質基礎密度測井和巖性密度測井的地質基礎 化合物組成的礦物化合物組成的礦物,其電子密度和電子其電子密度和電子密度指數分別為密度指數分別為jjeAn ZnNM2

2、2jjeeAn ZnNMjn第第i i種原子的原子數。種原子的原子數。化合物的摩爾質量化合物的摩爾質量(8-3)(8-4)礦物密度電子密度指數視密度石英2.6542.652.648方解石2.712.70752.71白云石2.872.8632.876硬石膏2.962.9572.977石膏2.322.3722.351鉀鹽鉀鹽1.9841.9161.863巖鹽巖鹽2.1652.0742.032表表81 密度數據密度數據 巖石的體密度：每立方厘米巖石的質量，巖石的體密度：每立方厘米巖石的質量，單位為單位為 。 3cmg常見的幾種主要礦物的體密度為：常見的幾種主要礦物的體密度為：石英為石英為2.652.

3、65；方解石為方解石為2.712.71；白云石為白云石為2.872.87。2 2、巖石體密度、巖石體密度fmab)1 (其中：其中： 、 分別為骨架密度和孔隙分別為骨架密度和孔隙流體密度，流體密度，為孔隙度。為孔隙度。fma 孔隙內飽含淡水的純巖石的體積密度與孔隙內飽含淡水的純巖石的體積密度與孔隙度的關系孔隙度的關系為：為：(8-5)巖石的電子密度指數巖石的電子密度指數11. 1)1 (mee淡水的電子密度指數為淡水的電子密度指數為1.1101.110巖石體積密度與其電子密度指數的關系：巖石體積密度與其電子密度指數的關系：mafmafbememamefemefe(8-6)(8-7)巖石視密度巖

4、石視密度 根據方解石和淡水的體積密度及電子密度指根據方解石和淡水的體積密度及電子密度指數，得巖石的體積密度，即巖石視密度。數，得巖石的體積密度，即巖石視密度。1883. 00704. 1eb(8-8)巖石視密度與其電子密度指數的關系：巖石視密度與其電子密度指數的關系：二、康普頓散射吸收系數二、康普頓散射吸收系數 中等能量的伽馬射線和物質發生康普頓散射，散中等能量的伽馬射線和物質發生康普頓散射，散射的結果使伽馬射線強度降低，康普頓散射吸收系射的結果使伽馬射線強度降低，康普頓散射吸收系數數： bAZNeA 當入射伽馬射線的能量在一定范圍內時當入射伽馬射線的能量在一定范圍內時, , 是常數，所以，康

5、普頓散射吸收系數是常數，所以，康普頓散射吸收系數僅與巖石密僅與巖石密度有關。度有關。且正比于巖石密度。且正比于巖石密度。 e(8-9)6 .3ZPe三、巖石的光電吸收截面三、巖石的光電吸收截面 1 1、巖石的光電吸收截面指數、巖石的光電吸收截面指數PePe巖石的光電吸收截面指數：指伽馬光子與巖石巖石的光電吸收截面指數：指伽馬光子與巖石中一個電子發生的平均光電吸收截面，單位為中一個電子發生的平均光電吸收截面，單位為b/b/電子。它與原子序數的關系為：電子。它與原子序數的關系為： 其中：其中：為常數。為常數。 (8-10)2 2、體積光電吸收截面、體積光電吸收截面U U 體積光電吸收截面體積光電吸

6、收截面U U：每立方厘米物質的：每立方厘米物質的光電吸收截面。單位為光電吸收截面。單位為 。 3/cmbniiiVUU1(8-11)其中：其中：UiUi、ViVi分別為組成巖石的第分別為組成巖石的第I I部分的體積光部分的體積光電吸收截面和相對體積。電吸收截面和相對體積。 巖石體積光電吸收截面巖石體積光電吸收截面U U與光電吸收截與光電吸收截面指數面指數PePe存在近似關系存在近似關系beUP/(8-12)礦物礦物密度密度電子密度指數電子密度指數 PePeU U石英石英2.652.651.814.79方解石方解石2.712.715.0813.77白云石白云石2.872.863.149.0石膏石

7、膏2.322.3723.428.11硬石膏硬石膏2.962.9575.0514.95淡水淡水1.01.110.3850.4鹽水鹽水0.2mg/L0.2mg/L1.121.210.121.36石油石油1.14密度密度0.1190.1360.136密度密度0表表82 巖性參數表巖性參數表四、伽馬射線通過物質時的能譜四、伽馬射線通過物質時的能譜 圖圖8-18-1為為0.661MeV0.661MeV伽馬射線打入密度相同伽馬射線打入密度相同而原子序數不同的三種地層的伽馬能譜曲線。而原子序數不同的三種地層的伽馬能譜曲線。 由圖看出：由圖看出：1 1）在低能區，原子序數越大，計數率越低在低能區，原子序數越大

8、，計數率越低，說明物質吸收的伽馬光子數越多；說明物質吸收的伽馬光子數越多；2 2）計數率最大值對應的伽馬光子能量隨）計數率最大值對應的伽馬光子能量隨Z Z值值的增大而降低；的增大而降低；3 3）高能區，計數率幾乎與高能區，計數率幾乎與Z Z無關。無關。 圖圖8-1 8-1 密度相同密度相同,Z,Z不同的介質中測得的不同的介質中測得的 散射吸收伽馬能譜散射吸收伽馬能譜 能量能量（kev)過渡帶隨過渡帶隨Z Z值值增加右移增加右移Z Z增加增加計數率計數率 圖圖8-28-2為為Z Z相同而密度不同是的散射伽馬能相同而密度不同是的散射伽馬能譜的分布曲線。從圖上看出譜的分布曲線。從圖上看出: :1)1

9、)、低能區，隨密度增加，計數率減小；、低能區，隨密度增加，計數率減小； 2 2）、計數率最大值對應的伽馬射線能量與密）、計數率最大值對應的伽馬射線能量與密度無關；度無關；3 3）、在高能區，計數率隨密度增加而減小。）、在高能區，計數率隨密度增加而減小。圖圖8-2 Z8-2 Z相同而密度不同地層的散射吸收伽馬能譜響應相同而密度不同地層的散射吸收伽馬能譜響應 不變的過渡帶不變的過渡帶密度增加密度增加計數率計數率能量能量(kev)一、密度測井的基本原理一、密度測井的基本原理 1 1、井下儀、井下儀 圖圖8-38-3為補償密度測井儀的示意圖，它包為補償密度測井儀的示意圖，它包括括一個伽馬源，兩個伽馬光

10、子探測器一個伽馬源，兩個伽馬光子探測器。它們。它們安裝在滑板上，安裝在滑板上，測井時將滑板推靠到井壁上測井時將滑板推靠到井壁上。在下井儀器的上方裝有輔助電子線路。在下井儀器的上方裝有輔助電子線路。 第二節第二節 密度測井密度測井伽馬源圖圖8-3 8-3 密度測井儀示意圖密度測井儀示意圖泥餅泥餅長源距探測器長源距探測器短源距探測器短源距探測器地層地層伽馬源伽馬源 中等能量的伽馬射線源（中等能量的伽馬射線源（ ）產生的）產生的伽馬射線的能量為伽馬射線的能量為0.661MeV0.661MeV，其穿過地層時，其穿過地層時，與地層產生光電效應和康普頓效應。伽馬射線與地層產生光電效應和康普頓效應。伽馬射線

11、通過距離為通過距離為L L的地層后，伽馬光子計數率為：的地層后，伽馬光子計數率為： 137CsLeNN0 2 2、測量原理、測量原理1 1）、長、短源距探測器計數率與地層密度的關系）、長、短源距探測器計數率與地層密度的關系(8-13) 如果只存在康普頓效應，則如果只存在康普頓效應，則為康普頓散為康普頓散射吸收系數。同時，由于沉積巖的射吸收系數。同時，由于沉積巖的Z/A0.5Z/A0.5，故：故： LAZNbAeeNN0(8-14)(8-15)LKNNb0lnln即：即：2AeNK其中：其中：(8-16)計數率計數率地層密度地層密度長源距探測器長源距探測器短源距探測器短源距探測器計數率隨地層密度

12、的計數率隨地層密度的增加而減小；增加而減小；密度相同，短源距密度相同，短源距計數率高；計數率高；圖圖8-4 8-4 計數率與地層密度的關系計數率與地層密度的關系 （無泥餅）（無泥餅） 圖圖8-5、長、短長、短源距計源距計數率與數率與泥餅厚泥餅厚度、地度、地層密度層密度的關系的關系 地層密度地層密度計計數數率率泥餅厚度增加泥餅厚度增加泥餅密度泥餅密度地層密度地層密度測井值測井值地層密度地層密度泥餅密度泥餅密度地層密度地層密度測井值測井值地層密度地層密度當泥餅密度當泥餅密度不同于地層不同于地層密度時，泥密度時，泥餅影響隨泥餅影響隨泥餅厚度的增餅厚度的增加而增大。加而增大。 圖圖8-58-5分析分析

13、（1 1）當地層密度與泥餅密度相同時，源距相同、泥當地層密度與泥餅密度相同時，源距相同、泥餅厚度不同的直線相交于一點，泥餅厚度不影響計餅厚度不同的直線相交于一點，泥餅厚度不影響計數率；數率；（2 2）當地層密度大于泥餅密度時（交點右側），隨當地層密度大于泥餅密度時（交點右側），隨泥餅厚度的增加，計數率增大，測量的地層視密度泥餅厚度的增加，計數率增大，測量的地層視密度減小（小于地層密度）減小（小于地層密度）；（3 3）當地層密度小于泥餅密度時（交點左側），隨當地層密度小于泥餅密度時（交點左側），隨泥餅厚度增加，計數率減小，測量的地層視密度增泥餅厚度增加，計數率減小，測量的地層視密度增大（大于地層

14、密度）。大（大于地層密度）。 2 2）、測量原理）、測量原理 密度測井測量的地層視密度與下列因素有關密度測井測量的地層視密度與下列因素有關：泥餅密度與地層密度的關系、泥餅厚度。為了：泥餅密度與地層密度的關系、泥餅厚度。為了補償泥餅的影響，測量時，將長、短源距的探測補償泥餅的影響，測量時，將長、短源距的探測器測量的伽馬光子的計數率合并，以求出經過校器測量的伽馬光子的計數率合并，以求出經過校正的地層密度正的地層密度 和泥餅影響校正值和泥餅影響校正值 。這。這在很大程度上補償了泥餅的影響，同時在有限范在很大程度上補償了泥餅的影響，同時在有限范圍內補償了井壁不平產生的影響。圍內補償了井壁不平產生的影響

15、。 b如圖如圖8-6、87所示。所示。 圖圖8-6 8-6 密度測井曲線實例密度測井曲線實例二、密度測井資料的應用二、密度測井資料的應用1 1、密度測井的輸出、密度測井的輸出b地層密度地層密度泥餅影響校正值泥餅影響校正值D視石灰巖孔隙度視石灰巖孔隙度圖圖87 密度測井曲線密度測井曲線2 2、視石灰巖孔隙度、視石灰巖孔隙度D0 . 171. 271. 2bfmabmaD討論：有定義不難看出：討論：有定義不難看出：1）地層的視石灰巖孔隙度與巖性、）地層的視石灰巖孔隙度與巖性、孔隙度、孔隙度、孔隙流孔隙流體性質有關。體性質有關。2）純砂巖地層的視石灰巖孔隙度大于其孔隙度；）純砂巖地層的視石灰巖孔隙度

16、大于其孔隙度；3）含氣純灰巖的視石灰巖孔隙度大于其孔隙度；）含氣純灰巖的視石灰巖孔隙度大于其孔隙度；4）含水純白云巖的視石灰巖孔隙度小于其孔隙度。）含水純白云巖的視石灰巖孔隙度小于其孔隙度。 (8-17)2.2.含水純白云巖地層的密度為含水純白云巖地層的密度為2.6,2.6,地層水密度為地層水密度為1.0.1.0.求地求地層孔隙度和視石灰巖孔隙度層孔隙度和視石灰巖孔隙度. .解解: :地層孔隙度地層孔隙度=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14 地層視石灰巖孔隙度地層視石灰巖孔隙度=(2.71-2.60)/(2.71-1.

17、0)=0.06=(2.71-2.60)/(2.71-1.0)=0.061.1.含水純砂巖地層的密度為含水純砂巖地層的密度為2.35,2.35,地層水密度為地層水密度為1.0.1.0.求地求地層孔隙度和視石灰巖孔隙度層孔隙度和視石灰巖孔隙度. .解解: :地層孔隙度地層孔隙度=(2.65-2.35)/(2.65-1.0)=0.18=(2.65-2.35)/(2.65-1.0)=0.18 地層視石灰巖孔隙度地層視石灰巖孔隙度=(2.71-2.35)/(2.71-1.0)=0.21=(2.71-2.35)/(2.71-1.0)=0.21例題分析例題分析3.3.含油氣純灰巖地層的密度為含油氣純灰巖地層

18、的密度為2.55,2.55,油氣密度為油氣密度為0.6.0.6.求地求地層孔隙度和視石灰巖孔隙度層孔隙度和視石灰巖孔隙度. .解解: :地層孔隙度地層孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-0.6)=0.08=(2.71-2.55)/(2.71-0.6)=0.08 地層視石灰巖孔隙度地層視石灰巖孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-1.0)=0.09=(2.71-2.55)/(2.71-1.0)=0.09例題分析例題分析4.含水泥質砂巖的密度為含水泥質砂巖的密度為2.25,2.25,地層水密度為地層水密度為1.0.1.0.地層泥地層泥質含量為質含量為0.24,0.24,泥巖密度為泥巖

19、密度為2.55.2.55.求地層孔隙度和視石灰求地層孔隙度和視石灰巖孔隙度巖孔隙度. .解解: : 地層孔隙度地層孔隙度=(2.65-2.25)/(2.65-1.0)=(2.65-2.25)/(2.65-1.0) -0.24 -0.24* *(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22 地層視石灰巖孔隙度地層視石灰巖孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27-0.10.00.10.20.3-0.10.00.10.20.30.4白 云 巖流 體 密 度 1.

20、0 0.8 0.6 0.4 0.2視 石灰 巖 密 度孔隙 度地 層 孔 隙 度圖圖88 視石灰巖密度孔隙度與地層孔隙度、視石灰巖密度孔隙度與地層孔隙度、 流體密度的關系（白云巖）流體密度的關系（白云巖）Df16. 116. 0當當時；時；Df16. 116. 0當當時；時；0.00.10.20.30.00.10.20.30.40.5砂 巖流 體 密 度 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2視 石灰 巖 密 度孔隙 度地 層孔隙 度圖圖89 視石灰巖密度孔隙度與地層孔隙度、視石灰巖密度孔隙度與地層孔隙度、 流體密度的關系（砂巖）流體密度的關系（砂巖）D0.00.10.20.30.00.10.

21、20.30.40.5灰 巖流 體 密 度 1.00.8 0.6 0.4 0.2視 石灰 巖 密 度孔隙 度地 層孔隙 度圖圖810 視石灰巖密度孔隙度與地層孔隙度、視石灰巖密度孔隙度與地層孔隙度、 流體密度的關系（灰巖）流體密度的關系（灰巖）D流體密度流體密度1 1，D流體密度小于流體密度小于1 1，-0.10 -0.05 0.000.050.100.150.200.250.300.35-0.10-0.050.000.050.100.150.200.250.300.35 灰 巖 白云 巖 砂巖流 體密 度 1視 石灰 巖 密 度孔隙 度地 層 密 度 孔隙 度D灰巖：D砂巖：圖圖8 811 1

22、1 視石灰巖密度孔隙度與地層巖性的關系（水層）視石灰巖密度孔隙度與地層巖性的關系（水層）D白云巖：1 1）、確定地層孔隙度）、確定地層孔隙度 在已知地層巖性及孔隙流體性質的條件下，在已知地層巖性及孔隙流體性質的條件下，應用下式即可確定地層孔隙度：應用下式即可確定地層孔隙度：3 3、地層密度測井資料的應用、地層密度測井資料的應用fmabma純地層純地層(8-18)fmashmashfmabmav泥質地層泥質地層(8-19)2）、密度曲線與中子測井曲線重疊識別氣層。、密度曲線與中子測井曲線重疊識別氣層。 氣層：密度視石灰巖孔隙度大，密度低，氣層：密度視石灰巖孔隙度大，密度低，中子孔隙度低。中子孔隙

23、度低。注：聲波時差確定的孔隙度是地層原生孔隙度；注：聲波時差確定的孔隙度是地層原生孔隙度；密度確定的孔隙度是地層總孔隙度（原生孔隙度次密度確定的孔隙度是地層總孔隙度（原生孔隙度次生孔隙度）生孔隙度）3）、密度、密度- -中子測井交會圖確定地層巖性及孔隙中子測井交會圖確定地層巖性及孔隙度度。第三節第三節 巖性密度測井巖性密度測井 巖性密度測井利用伽馬射線與地層的光電巖性密度測井利用伽馬射線與地層的光電效應及康普頓效應，測定地層密度、孔隙度及效應及康普頓效應，測定地層密度、孔隙度及巖性。巖性。一、巖性密度測井的基本原理一、巖性密度測井的基本原理 1 1、井下儀、井下儀 巖性密度測井采用的井下儀與密

24、度測井的巖性密度測井采用的井下儀與密度測井的相似。測井時，井下儀的滑板被推倒井壁上，相似。測井時，井下儀的滑板被推倒井壁上，滑板上裝有銫伽馬源和長、短源距的伽馬光子滑板上裝有銫伽馬源和長、短源距的伽馬光子探測器。探測器。 2 2、測量原理、測量原理 銫伽馬源產生的伽馬射線的能量為銫伽馬源產生的伽馬射線的能量為0.661MeV0.661MeV，這種能量的伽馬光子通過地層時，這種能量的伽馬光子通過地層時，其高能段的伽馬射線，只受康普頓效應的影響其高能段的伽馬射線，只受康普頓效應的影響，探測到的伽馬光子數與地層密度有關。在低，探測到的伽馬光子數與地層密度有關。在低能譜段，伽馬射線主要受光電效應的影響

25、。低能譜段，伽馬射線主要受光電效應的影響。低能段的伽馬光子計數率與高能段的伽馬光子計能段的伽馬光子計數率與高能段的伽馬光子計數率的比與地層的光電吸收截面指數數率的比與地層的光電吸收截面指數PePe有線性有線性關系，如圖關系，如圖8-128-12所示。所示。 圖圖8-12 8-12 計數率比與計數率比與PePe的關系曲線的關系曲線 由此，通過測量高能段、低能段的伽馬光子數，即由此，通過測量高能段、低能段的伽馬光子數，即可確定地層密度可確定地層密度 、光電吸收截面指數和地層體積光、光電吸收截面指數和地層體積光電吸收截面電吸收截面U U。 巖性密度測井的輸出為：巖性密度測井的輸出為：地層密度、地層密

26、度的地層密度、地層密度的泥餅校正值、光電吸收截面指數泥餅校正值、光電吸收截面指數PePe和地層體積光電和地層體積光電吸收截面吸收截面U U。如圖如圖8-138-13所示。所示。 圖圖8-13 8-13 實測的實測的PePe曲線圖曲線圖 二、巖性密度測井資料的應用二、巖性密度測井資料的應用 1 1、確定巖性、確定巖性 地層的光電吸收截面指數地層的光電吸收截面指數PePe和體積光電吸收截和體積光電吸收截面面U U都可以用來識別巖性。都可以用來識別巖性。 fmaUUU)1 (8-20)1UUma(8-21) 一般流體的體積光電吸收截面遠遠低于礦物的一般流體的體積光電吸收截面遠遠低于礦物的體積光電吸收

27、截面，所以，可以利用（體積光電吸收截面，所以，可以利用（8 82121）計算）計算礦物的體積光電吸收截面。礦物的體積光電吸收截面。 另外，還可以應用另外，還可以應用PePe和孔隙度確定單礦物和孔隙度確定單礦物巖石的巖性。如圖巖石的巖性。如圖8-148-14所示。所示。圖版的使用方法：圖版的使用方法：1 1）、有孔隙度確定一點）、有孔隙度確定一點a;a;2 2）、過）、過a a點做水平線與有點做水平線與有PePe值所畫的垂線相交值所畫的垂線相交一點一點b b；3 3）、根據）、根據b b點所在區域，確定單礦物巖石的巖點所在區域，確定單礦物巖石的巖性。性。 圖圖8-14 8-14 光電吸收截面指數與孔隙度及流體性質的關系光電吸收截面指數與孔隙度及流體性質的關系2 2、計算儲