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1、李维彦,地球物理与石油资源学院,第四章自然伽马及自然伽马能谱测井,主要内容 1伽马测井核物理基础 2自然伽马测井原理 3自然伽马能谱测井,伽马测井主要利用伽马射线与介质的作用研究地层的放射性特性的测井方法,主要有伽马测井,密度测井等.,4.1伽马测井核物理基础,一核衰变及其放射性 1 原子的结构 中子 原子核 原子 质子 核外电子,2同位素和放射性核素 核素:具有相同数量的质子和中子的原子核并且在同一能态上的原子 同位素:质子数相同中子数不同 稳定核素(结构和能量不变化) 核素 不稳定核素(结构和能量发生变化并放射出射线) 不稳定核素也叫放射性核素 3核衰变 放射性核素的原子核自发释放出一种带
2、电离子,蜕变成为另外原子核同时放射出伽马射线的过程称为核衰变,二伽马射线与物质的作用 由于伽马射线能量不同,与物质的作用不同,一般有光电效应,康普顿效应和电子对效应 1 光电效应 当伽马射线能量较小时它与原子中的电子碰撞,并将能量传给电子,使电子脱离原子而运动,伽马射线被吸收并释放出光电子. 发生光电效应几率与伽马射线能量以及吸收物质的原子序数有密切关系.随原子序数增加而迅速增加,但随伽马射线能量增加而迅速减小.一般发生光电效应的几率为:,2康普顿效应 当伽马射线能量中等时它与原子的外层电子发生作用,并把一部分能量传给电子,使电子从一方向射出,此电子称为康普顿电子,损失部分能量的伽马射线向另一
3、方向散射. 伽马射线通过物质时发生康普顿效应引起伽马射线能量减弱,其减弱程度用康普顿吸收系数表示:,3电子对效应 当伽马射线能量大于1.022MEV时它与物质的原子核发生作用,伽马射线转化为一对电子(正负电子). 伽马射线通过单位厚度物质时发生电子对效应引起伽马射线强度减弱,其减弱程度用电子对吸收系数表示:,4伽马射线的吸收 当伽马射线穿过物质时它与物质发生作用, 伽马射线强度减弱,其规律为:,三伽马射线探测(实验) 1 放电计数管 2闪烁计数管,四岩石的自然放射性 岩石的自然放射性确定于岩石所含的放射性核素的种类和数量,一般: 火成岩:放射性最强; 变质岩 :次之; 伽马射线强度高的岩石:
4、深海相泥质沉积岩 沉积岩 :最弱. 伽马射线强度中等的岩石: 浅海相和陆相沉积的泥岩 伽马射线强度弱的岩石: 砂岩 石灰岩等,自然伽马测井是在井内测量岩石中自然存在的放射性核素在核衰变过程中放射出来的伽马射线强度来研究地质问题的一种测井方法.,4.2 自然伽马测井原理,一自然伽马测井原理 1 自然伽马测井仪器 地面仪器 井下仪器:探测器 放大电路等 2 测量过程 地层中的伽马射线通过泥浆到达探测器,探测器把它变成电脉冲进行放大形成电信号,再通过电缆到达地面仪器,变换成电脉冲数/每分钟(强度)进行记录 井下仪器在井内自下而上移动测量,就连续记录井剖面岩层的自然伽马强度,称为自然伽马测井曲线(GR
5、). 自然伽马测井曲线(GR)单位:计数率(1/MIN)或API,二自然伽马测井曲线 1 自然伽马测井曲线探测范围 自然 伽马测井曲线记录的主要是仪器附近以探测器为球心半径为3045厘米范围内岩石放射出的自然伽马射线 2 曲线特点 1)当上下岩石相同时曲线对称; 2)在高放射性地层,曲线的极大值出现在地层中心,且随地层厚度增加而增加,当厚度大于3倍井眼直径时极大值为一常数; 3)当厚度大于3倍井眼直径时曲线半幅点对应于地层上下界面.,1积分电路的影响(测速*积分电路时间常数) 由于记录仪器中的积分电路具有惰性(充/放电需要时间),输出电压相对于输入要滞后一段时间而仪器又在移动,可能使测井曲线发
6、生畸变,主要为: 极大值减小,且不在地层中心而向上移动,视厚度增大,半幅点上移. 一般:地层厚度越小,积分电路的影响越大,曲线畸变越严重.实际测井中要适当控制测井速度.,三自然伽马测井曲线影响因素,2放射性涨落的影响 由于地层中的放射性核素的衰变是随机的且彼此独立,同时伽马射线被探测到也是偶然独立的,使得每次测量结果不完全相同但结果满足统计规律,这种现象叫放射性涨落或统计起伏现象.,3地层厚度的影响 厚度增加极大值变大 4井眼的影响 井眼直径变大相当于伽马射线通过的路程变大,被吸收的几率变大,被探测几率变小,曲线值变小;同时泥浆的种类(含放射性物质或非放射性物质)也对曲线值有影响,四自然伽马测
7、井曲线的应用,1划分岩性,2地层对比 与电阻率曲线相比,GR具有: 1 与地层水和泥浆浓度无关; 2 与地层孔隙所含流体性质无关; 3)容易找到标准层.,3 计算泥质含量 1)相对比值法:,2)斯伦贝谢方法:,4.3自然伽马能谱测井,一自然伽马能谱 铀 钍 钾放射出的伽马射线能量不同 如钾:1.46MEV 铀 钍有各种能量的伽马射线但大部分分布在1.3MEV, 钍在2.62MEV有一明显峰,可作为钍的特征峰 铀在1.76MEV有一明显峰,可作为铀的特征峰,二自然伽马能谱测井原理 自然伽马能谱测井仪器的井下仪器与自然伽马测井基本相同,将入射的伽马射线能量的大小以脉冲的幅度大小输出,不同的是地面仪
8、器,自然伽马能谱测井仪器地面部分有多道脉冲幅度分析器,该分析器将能量谱分为5个能量窗. W1:0.150.5MEV W2:0.51.1MEV W3:1.321.575MEV(含特征谱1.46MEV的 钾窗) W4:1.652.39MEV(含特征谱1.76MEV的铀窗) W5:2.4752.765MEV(含特征谱2.62MEV的钍窗) 5个能量窗输出的信号分别进入5个计数器进行计数解谱得到相应的铀 钍 钾的含量. 仪器在井中移动测量就可以得到四条曲线: 自然伽马总计数率(SGR),铀的含量(URAN),钍的含量(THOR)钾的含量(POTA),三自然伽马能谱测井资料应用,1研究生油层; 2寻找页岩储集层 3寻找高放射性储集层; 4研究沉积环境; 5求泥值含量,作业,已知纯砂岩和纯泥岩地层的自然伽马曲线 值为40API和140API且此口井一很厚的老地层的自然伽马曲线为50API， 求此层的泥值含量,
