放射性测井之自然伽马测井课件

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1、1,放射性测井是近代核物理学成果在测井工作中的应用。放射性测井方法相对其它测井方法的优点是适用范围广泛，它可以在裸眼井、套管井中、空井、水基和油基泥浆井中进行测量。,（1）自然伽马测井 （2）自然伽马能谱测井 （3）密度测井 （4）中子测井 （5）脉冲中子测井,放射性测井,2,核物理基础知识,1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素 核素：原子核中具有相同数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子 （同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。 放射性核素：不稳定的核素 （ 其结构和能量都会发生改变， 衰变成其他核素，并放出射线）。 同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但

2、具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。 放射性同位素：不稳定的同位素。 放射性：不稳定核素原子核自发地释放、 等射线,一、核衰变及放射性,3,3） 核衰变 核衰变：原子核自发地释放出一种带电粒子，并蜕变成另外某种原子核， 同时放出伽马射线。 核衰变常数：决定于该放射性核素本身的性质，其值越大衰变越快。 一种元素经过放射变成另一种元素的过程称为衰变或蜕变。 例如 88Ra226 86Rn212+(粒子) 衰变 镭 氡 (注：原子核的表示方法 ZXA X元素符号，Z为质子数，A为质量数A=N+Z) 4) 放射性强（活）度 一定量的放射性核素，在单位时间内发生衰变的核数。 放射性强（活）

3、度的单位，1居里(Ci)=3.71010次衰变/秒 5）放射性射线的性质 2He4流，极易被吸收，电离本领强，在物质中穿透距离很小。 高速运动的电子流，在物质中穿透距离较短。 频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量高，穿透力强。,4,6)衰变规律 对含有一大堆原子的放射性物质来说，其中某一个原子何时放射衰变完全是偶然的，无法预计的，但是对许多原子的整体来说，某一时刻平均有多少原子发生衰变是符合统计规律的。 这一规律是：某一时刻的衰变率dN/dt (单位时间衰变的原子核数) 与当时存在的原子核数 N，二者成正比,即 dN/dt=N 为衰变系数(比例系数)，负号表示原子核数随时间的增长而减小。 积

4、分得到：N=Noe-t No为最初参与衰变的原子核数(t=0时，N=No) N为衰变之中 t时刻存在的原子核数,5,7）半衰期T 以最先参与衰变的原子核数No为基数，衰变成No/2时，经历时间为T， 即：当N=No/2时所需的时间 No/2=Noe-T 得到Tln2/=0.693/,元素名称 半衰期 92U238 铀 4.47109年 K40 钾 1.28109年 Co60 钴 5.27年 Cs137 铯 30年,各种物质的衰变系数不同，所以半衰期不同，地质上可利用半衰期很长的元素来确定地层的地质年代。如：,6,二、天然放射性的衰变性质 1、天然放射性的来历 1）成系的 (重元素:原子序数81

5、) 铀系 92U238 82Pb206 (铅) 钍系 90Th232 82Pb208 (铅) 锕系 89Ac227 82Pb207 (铅),i)此三系通过、衰变，最后达到稳定的铅同位素82Pb206 (铅) ii)在，衰变的过程中，放出、粒子，伴随放出射线。,2） 不成系的 (中等元素:原子序数 30Z81) 主要是钾 19K39 19K40 19K41 其中，19K40 是不稳定的元素,它随时都可能放出射线,7,2、天然放射性的衰变性质 1) 天然放射性衰变分为： 衰变、衰变和 衰变 衰变：放出射线的衰变。 通式为： ZXA Z-2YA-4+(两个正电荷) 例如： 衰变 92U238 90T

6、h234+ 衰变：放出射线的衰变。 通式为： ZXA Z+1YA+(一个负电荷) 例如：衰变 90Th234 91Pa234+ 衰变：放出射线的衰变。 射线通常是在、衰变的过程中伴随放出的。,8,2) 、和 射线比较,9,三、岩石的天然放射性,U,Th,K,射线,10,1、火成岩的放射性 几点规律：1) 火成岩所含放射性零散而不均匀 2) 酸性 中性 基性 超基性 SiO2的含量 大 小 颜色 浅 深 放射性元素含量 大 小 3)火成岩放射性元素主要是：钍(Th) 钾(K) 铀(U) 镭(Ra),11,2、沉积岩的放射性 几点规律： 1)沉积岩本身不含有放射性元素，其放射性元素来自火成岩。我们

7、知道机械和化学力的综合侵蚀作用以及搬运产生了沉积岩，由于搬运和沉积的环境不同，使各种沉积岩的放射性元素的含量产生了差异 。,2)沉积岩的放射性强度取决于泥质含量(粘土含量) 原因： a.粘土颗粒细，具有较大的比面（吸附放射性元素的能力强） b.粘土颗粒细，沉积的时间长（有充分的时间与放射性元素接触） c.粘土沉积物中有含钾矿物（如：水云母、正长石等),3)沉积物的颜色由浅深，其放射性强度由小大。 4)随钾含量的增大，放射性强度增大。 5)孔隙度和渗透率减小，放射性强度增大。,12,3、变质岩的放射性,变质岩的放射性取决于变质岩的源岩 正变质岩：由火成岩变质而来 副变质岩：由沉积岩变质而来,例如

8、某井： 正片麻岩 副片麻岩 角闪岩 榴辉岩 蛇纹岩 大 小,自然伽马,13,第一节 自然伽马测井 Gamma Ray Logging,GR测井是以研究岩层天然放射性为基础，进而研究岩层性质和有关地质问题的一种测井方法,14,一、自然伽马测井原理,GR测井仪工作原理,15,一、自然伽马测井原理,1) 射线探测器探测到地层的射线，并将射线变换成电脉冲信号(每一道射线变换成一个电脉冲信号)。,2)此电脉冲信号送入井下的放大器进行放大。,3)放大的脉冲信号送入地面的放大器进行放大（其原因是脉冲信号经电缆传输后会衰减)。,4)由于脉冲信号中混合了一些干扰信号，需经过鉴别器进行鉴别，排除干扰。,5)将一些

9、畸变的脉冲信号送入整形器进行整形。,6)归一后的波形送入计数电路记录单位时间内脉冲个数，最后得到自然伽马测井曲线。(单位：脉冲/分钟),16,砂泥岩剖面GR曲线,GR(API),S,S,S,N,N,SN,SN,17,探测半径： 煤、金属矿钻孔直径：d 20cm 探测半径： R=2545cm 油气田钻孔直径: d 30cm 探测半径： R=3050cm,ab段：探测器远离界面，直到探测器中点离界面的距离为R，探测器的探测范围内是低放射性物质。,bcd段：探测器上移过界面，直到探测器中点离界面的距离为R。 1)随探测器上移，探测器探测范围内的高放射性物质逐渐增大，使曲线上升，直到探测器中点离底界面

10、的距离为R时为止。 2)探测器中点位于界面时，探测范围内的高低放射性物质各占一半，所以此点为曲线的半幅值点。,de段：探测器中点离底界面的距离为R时开始，直到探测器中点离顶界面的距离为R时为止。探测器的探测范围内是高放射性物质,efg段：分析方法同bcd段。 gh段: 分析方法同ab段。 注：薄层用2/3幅值分层 。,二、自然伽马测井曲线分析,18,1、刻度的意义和分级 意义：为了使不同仪器，或者同一仪器在不同的时间，对同一的地层的测定结果能够作定量比较，必须进行仪器刻度。 （就好比用不同的秤，或者同一秤在不同的时间对某一东西进行秤量，其结果应该一样，否则就应该对秤进行统一刻度) 。,刻度分级

11、： 一级刻度：国家级的统一的标准称为一级刻度（标准刻度井）。 二级刻度：各制造厂和大的油田建立区域级的标准称为二级刻度 （刻度装置或刻度井）。 三级刻度：一般现场使用的标准称为三级刻度（刻度器、刻度块）。 要求：低级别的刻度装置必须用高一级刻度装置进行检查。,三、自然伽马测井仪的刻度 Calibration,19,2、API标准刻度井,休斯顿大学的API标准井,N高为高放射性混凝土中的读数；N低为低放射性混凝土中的读数,America Petroleum Institute-API,20,1、岩层厚度,(1) h6ro h增大，幅值不再增大 用半幅值点分层 (2) h6ro h减小，幅值减小

12、用2/3幅值点分层 ro 井眼半径,井眼、邻层影响,四、自然伽马测井曲线的影响因素,21,2、统计起伏(也称统计涨落),1)现象 泥岩的放射性含量是均匀的，但在同一岩层的各点读数不一样其读数在平均计数率n上下波动 。,经理论计算得到：,绝对误差,2)产生的原因：衰变规律,3)统计涨落的定义：在放射性源强不变，测量条件不变的情况下，在相等的时间间隔内，重复观测放射性强度，每次记录的数值不同，总是在某一数值(平均值)上下波动，这种现象称为放射性涨落。,为仪器时间常数,22,3、井参数的影响 自然伽马射线强度的吸收方程 u为系数吸收，L为物质的厚度； Jo与J为伽马射线吸收前后的强度。 与井参数有关

13、的几种吸收系数,23,五、自然伽马测井的应用,1、划分岩性 2、确定泥质含量 3 、划分煤层（煤层厚度、深度） 4、其他（地层对比、沉积微相等）,24,1、划分岩性 1）砂泥岩剖面 粗砂岩 中砂岩 细砂岩 泥岩 J 小 大 SP幅度 大 小 Ra 大 小 Vsh 小 大,2) 膏盐剖面 钾岩 泥岩 砂岩及其它岩石 岩盐、石膏 GR 特高 高 中等 最低,3) 碳酸盐岩剖面 泥岩 泥质灰岩、泥质白云岩 纯石灰岩、白云岩 GR 最高 中等 最低,GR(API),25,砂泥岩剖面,26,27,2、确定泥质含量 泥质含量与自然伽马射线强度成正比，推导计算泥质含量的方法同自然电位，可推导得到的计算泥质含

14、量公式如下：,式中GR 、GRmax 、GRmin分别为待研究地层、纯泥岩、纯砂岩的自然伽马测井强度。,C 3.7 新地层 C 2.0 老地层,（1）不同地层中粘土矿物放射性是相同的 （2）除了粘土矿物之外，不含有其他放射性矿物,应用条件：,进行非线性校正:,28,Shale line Vsh=100%,Sand line Vsh=0,GRmax,GRmin,29,GR,Vsh,30,4、其它 1)地层对比 J与岩石孔隙中的流体(油或水)的性质无关； J与地层水、泥浆的矿化度无关； J曲线的标准层容易获得。,2)沉积环境分析 J、SP、Ra与岩层的粒度、分选性、泥质含量密切相关，而这几个量与沉积环境密切相关，所以可以利用J、SP、Ra进行沉积环境分析。,3 、划分煤层（煤层厚度、深度） 1)煤中的有机质与无机质都不含放射性物质，所以GR低 2)煤的GR与煤的灰分含量有关,31,地层对比,32,小层对比,33,沉积微相分析,34,古气候研究,GR曲线,古里雅冰心氧同位素,格陵兰冰心氧同位素,