原子核的基本知識和天然放射性自然伽馬測井的測量原理自然伽馬測井曲線特征井的條件對自然伽馬測井曲線的影響

自然伽馬測井曲線的應用自然伽馬能譜測井第八章自然伽馬測井

第四節

井的條件對GR曲線的影響

研究深度:由于介質對γ射線的衰減和吸收作用，伽馬測井的有效研究深度并不大。有效研究深度:通常是指對GR讀數影響占90％的以計數管為中心的介質球體半徑。這個半徑一般不超過50cm。研究深度的影響因素:介質對γ射線的吸收能力；①研究深度隨介質密度增大而減小，γ射線本身的能量。②研究深度隨γ射線能量加大而加大。由于伽馬測井的研究深度不大(50cm)，使得GR曲線的幅度不僅與地層的放射性及密度有關，同時還和井的條件有關。因為泥漿、套管、水泥環等物質夾在地層與探測器之間吸收γ射線。在大井眼直徑和下套管的井中，井條件的影響是必須注意的。第四節

井的條件對GR曲線的影響

井徑、泥漿、套管和水泥環等對測量結果的影響可以看作是兩種影響因素的綜合：一是它們對巖石自然γ射線的吸收；二是它們自身的自然放射性附加在測量結果上。這兩種因素，除非是做泥漿用的粘土帶有強放射性，一般來說吸收作用是主要的。

井環境因素對GR測量結果的影響

當井下儀器由井中充有泥漿的部分進入空井部分時，記錄的γ射線強度有些升高；1-中子-γ測井曲線(Jnγ)；2-γ測井曲線(Jγ)；１、泥漿對測量結果的影響泥漿面從沒有套管的部分進入有套管的部分，或由單層套管進入到多層套管部分時，可以看到記錄的γ射線強度降低；1-中子-γ測井曲線(Jnγ)；2-γ測井曲線(Jγ)；２、套管對測量結果的影響套管３、井徑的影響在井徑擴大的泥巖段，曲線幅度往往也要降低；1-中子-γ測井曲線(Jnγ)；2-γ測井曲線(Jγ)；3-井徑曲線(d)井眼井徑曲線４、水泥環的影響水泥環的存在一般也使井內γ射線強度降低。水泥環套管圖8.12泥漿、套管、井徑和水泥環對放射性測井曲線形狀的影響1-中子-γ測井曲線(Jnγ)；2-γ測井曲線(Jγ)；3-井徑曲線(d)

在對結果作一般定性分析時，上述這些影響只要在解釋曲線過程中注意到就可以了。對放射性測井結果進行定量或半定量分析時，例如根據伽馬測井估計巖層泥質含量時，則需要對上述這些影響進行必要的校正。其方法是把各種井條件下測得的結果校正到某一個“標準”條件下的讀數。這樣才便于對比和確定真正的放射性強度。

校正方法：依靠圖板或程序影響因素校正的必要性第五節

自然伽馬測井曲線的應用

判斷巖性和劃分滲透性巖層確定儲集層的泥質含量地層對比一、判斷巖性和劃分滲透性巖層

自然伽馬測井是根據巖石中放射性物質多少來劃分鉆井剖面的，放射性物質含量與巖性之間的關系是受多種因素影響的，每種巖石的放射性并不是一個固定的數值，而是在一定范圍內變化。在一個地區開始進行自然伽馬測井時，應該把自然伽馬測井曲線和鉆井剖面上的各種巖石進行對比，必要時可以在實驗室測定一些巖樣的放射性，找出本地區巖性和放射性強度之間的關系。利用這些關系才能指導我們根據自然伽馬測井曲線劃分巖性的工作。

同樣，利用自然伽馬測井曲線劃分滲透性巖層也必須注意總結地區性的規律，因為利用自然伽馬測井曲線區分滲透性與非滲透性巖層主要是根據泥質含量的多少，所以利用這個方法必須滿足一定的條件。如，除粘土礦物之外滲透性地層中不含有其他放射性礦物，或由其他原因造成的放射性核素的富集等。一、判斷巖性和劃分滲透性巖層二、確定儲集層的泥質含量

一般來說，沉積巖層的放射性主要和它的泥質含量有關。因此常常用自然伽馬測井曲線估計泥質含量。一級近似地估計泥質含量：GR純地層為地區放射性強度最低的純地層放射性強度；GR泥巖層為該地區放射性強度最高的泥巖層的放射性；GR目的層為準備求泥質含量的目的層的放射性強度。確定儲集層的泥質含量

在不同地區和不同層系地層中，巖層放射性強度和泥質含量的關系并不完全相同，在不同地區最好根據實驗找出相應的關系。根據一些地區的實驗結果，一級近似值和實際泥質含量之間的關系，可以分別用圖中的A、B、C線所表示。

A、B、C線是根據巖心分析資料對不同時代的地層用統計方法確定的。與泥質含量經驗關系曲線圖確定儲集層的泥質含量

應該指出，利用自然伽馬測井確定泥質含量，必須滿足下列條件：

(1)不同地層中粘土礦物的放射性強度應該是相同的。

(2)除了粘土礦物外，巖石中不含有其它放射性礦物。確定儲集層的泥質含量

實際上，地層中經常含有鉀長石、云母等含放射性的礦物存在。地下水的活動造成鈾的富集情況也常見到。根據放射性測井估計泥質含量只在滿足上述條件下才能給出近似值，在一般情況下，給出的是上限值，即Vsh≤V’shVsh是實際泥質含量。

利用自然伽馬測井曲線進行地層對比有下列優點：

(1)自然伽馬測井曲線讀數，在一般情況下和巖石孔隙中的流體性質(油或水，地層水礦化度)無關；

(2)自然伽馬測井曲線一般與泥漿性質無關；

(3)在自然伽馬測井曲線上容易找到標準層。GR地層對比的優點地層對比

圖8.16利用自然伽馬測井曲線進行剖面對比的實例1-硬石膏；2-致密石灰巖；3-泥質石灰巖；4-地層對比線；5-推斷的地層對比線第六節

自然伽馬能譜測井

自然伽馬能譜測井：測量多個能級的伽馬射線數量，并進一步確定出地層鉀、釷、鈾濃度的一種測井方法。由于巖石中某種放射性核素的多少，往往和沉積環境、物質來源、成巖作用、地下水活動和粘土數量與類型等一系列地質因素有關，因此自然伽馬能譜測井大大地拓寬了自然伽馬測井的應用領域。物理原理

前面介紹的自然伽馬測井是記錄巖石放出的自然伽馬射線總強度，是由巖石中鈾、釷系放射性核素和鉀()所產生的伽馬射線總和。鉀()放出1.46MeV伽馬射線變成穩定同位素氬。然而鈾()和釷()衰變成穩定同位素之前，要順序通過一系列子體同位素，將放出許多不同能量的伽馬射線，而產生相當復雜的能譜。

圖8.1放射性元素發射的γ射線能譜鈾系和釷系中比較突出的γ射線分別為鉍(1.76MeV)和鉈(2.62MeV)放出的。物理原理

通常，假定地層處于長期平衡狀態，即子體同位素衰變的速率和它們由母體同位素產生的速率相等，也就是說，在一個特定系列中母體與子體元素的相對比例保持不變。因此，通過觀測能譜中某一部分的伽馬射線數量，就可以推斷出任何其它部分的伽馬射線數量。物理原理

釷系，以鉈()產生的2.62MeV射線為特征譜線，鈾系，以鉍()產生的1.76MeV的射線為特征譜線。但是，由于介質的吸收和衰減作用，實際記錄到的伽馬射線譜已經和圖8.1所示的分立的單條譜線不同，而是一個連續譜，并形成很大的背景值，精細的譜線結構已經消失，如圖8.17所示。

物理原理

通過確定特征譜線的強度，便可以推斷出母體同位素的數量。

利用能譜儀探測器得到的鉀、釷、鈾γ射線能譜測量原理

伽馬射線譜中，鉀、釷、鈾三部分譜線的相對幅度，取決于它們的含量。因此，按特征譜把總譜分解成三部分記錄，就可以得到鉀、釷、鈾的定量評價。測量時，儀器對著三個高能的特征譜開三個窗口，分別記錄對應的譜線強度，則可以計算出鈾、釷、鉀的數量。

測量原理

由于傳播過程的影響，散射到低能部分的伽馬射線強度遠大于高能部分。為了減小統計誤差的影響，通常在低能部分也開兩個窗口。這樣，在一個觀測點上要記錄五個窗口的讀數(w1～w5)，它們和地層中鈾、釷、鉀的含量之間，可以寫成如下矩陣形式的關系測量原理

上式中A為一個3×5的系數矩陣。如果我們在一個已經準確知道鈾、釷、鉀含量的專門地層上對儀器進行刻度，則可以求得A的逆矩陣A-1，即刻度系數矩陣。于是，利用下式便可以算出未知地層的鈾、釷、鉀含量自然伽馬能譜測井曲線的表現形式自然γ能譜測井曲線

自然伽馬能譜測井的想法，很久以前已經提出，但只是在20多年前才由于儀器水平和數據處理技術的提高，這個方法得到了較快的發展。應用－找礦

對于以尋找放射性鈾礦床為目的和以尋找鉀鹽為目的的勘探工作而言，自然伽馬能譜測井可以給出直接有效的回答，因此是非常重要的一種手段。1、U礦2、K鹽礦

應用－油氣層評價

在利用地球物理測井資料評價油氣儲層時，粘土含量是一個很重要的數據。在一些地區，由于礦物成分比較復雜，常常含有大量帶放射性的礦物，如云母、鉀長石等。這時，無法用普通的自然伽馬測井或其它方法準確估計粘土含量，從而使得儲層孔隙度、含油飽和度的評價精度受到影響。利用自然伽馬能譜測井或配合其它測井曲線，有可能提供更有用的結果。

應用－粘土礦物

根據自然伽馬能譜測井提供的K、Th數據，可以判斷粘土礦物的類型及數量，而粘土礦物類型和巖石中束縛水含量、巖石電阻率，以及儲層生產能力有著密切關系。人們正試圖利用這種關系對儲層進行深入一步的研究。