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1、放射性测井放射性测井第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井自然伽马能谱测井自然伽马能谱测井授授课课内内容容应用自然伽马测井识别岩性应用自然伽马测井识别岩性 应用自然伽马测井计算泥质含量应用自然伽马测井计算泥质含量教教学学重重点点核物理基础核物理基础自然伽马测井的应用自然伽马测井的应用自然伽马测井的原理自然伽马测井的原理第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井p泥质对各种地球物理参数有着重要的影响泥质对各种地球物理参数有着重要的影响。因此因此,弄清岩石中的泥质含量弄清岩石中的泥质含量对正确利用地球物理参数对正确利用地球物理参数来解
2、决相应的地质问题至关重要来解决相应的地质问题至关重要。p虽然虽然SP测井能够在砂岩剖面中的合适条件下测井能够在砂岩剖面中的合适条件下,方便方便地确定岩石中的泥质含量地确定岩石中的泥质含量,但在很多情况下但在很多情况下,却却不能不能用来计算岩石中的泥质含量用来计算岩石中的泥质含量(例如例如:CwCmf、纯碳酸纯碳酸盐岩剖面盐岩剖面、膏盐剖面等膏盐剖面等),因此因此,发展了发展了GR,NGS测井测井。第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井 自然伽马测井（自然伽马测井（GRGR）及自然伽马）及自然伽马能谱测井（能谱测井（NGSNGS）, ,不同于不同于SPSP测井测
3、井, ,它们它们属于核测井的范畴属于核测井的范畴。即是即是根据岩石及根据岩石及其孔隙流体的核物理性质其孔隙流体的核物理性质来研究井剖来研究井剖面的一类测井方法面的一类测井方法 。一、核物理基础一、核物理基础1 1、物质的结构、物质的结构 物质由分子组成物质由分子组成, ,分子又是由原子组成的分子又是由原子组成的。原子包括原子核和核外电子两部分原子包括原子核和核外电子两部分。原子核又原子核又是由是由质子和中子质子和中子组成组成 。一、核物理基础一、核物理基础 我们把元素经核衰变释放出某种射线的性我们把元素经核衰变释放出某种射线的性质称为质称为元素的放射性元素的放射性，而原子核不稳定的元素，而原子
4、核不稳定的元素就是就是放射性元素放射性元素 。2 2、放射性、放射性 如果构成物质的原子核不稳定如果构成物质的原子核不稳定, ,那么那么, ,该元素该元素就会发生衰变，由一种原子核衰变为另一种原子就会发生衰变，由一种原子核衰变为另一种原子核，同时释放一定量的射线。如：核，同时释放一定量的射线。如： 一、核物理基础一、核物理基础 3 3、放射性射线的性质、放射性射线的性质 射线（射线（HeHe流）：带两个单位的正电荷，且流）：带两个单位的正电荷，且质量大，在运动中容易引起物质的电离或激发而质量大，在运动中容易引起物质的电离或激发而被物质吸收。所以其被物质吸收。所以其射程很短射程很短，在空气中约，
5、在空气中约2.5cm2.5cm左右左右。 射线（电子流）：由于带电荷，所以在物质射线（电子流）：由于带电荷，所以在物质中的射程也很短，如能量为中的射程也很短，如能量为1mev1mev的的射线在铅中的射线在铅中的射程仅为射程仅为1.48cm 1.48cm 左右左右，而在空气中大于，而在空气中大于2.5cm2.5cm，但，但大不了多少。大不了多少。一、核物理基础一、核物理基础 3 3、放射性射线的性质、放射性射线的性质 射线（光子流）：不带电，而且能量也射线（光子流）：不带电，而且能量也较高（较高（0.5mev0.5mev5.3mev5.3mev），所以其在物质中的），所以其在物质中的射程较大，一
6、般射程较大，一般能穿透几十厘米的地层、套管、能穿透几十厘米的地层、套管、仪器的外壳仪器的外壳等等 。 所以在井眼中，能被所以在井眼中，能被探测得到的射线只探测得到的射线只有有射线射线 。一、核物理基础一、核物理基础 4 4、岩石的放射性、岩石的放射性 只要岩石中含有放射性元素，那么就会产只要岩石中含有放射性元素，那么就会产生各种射线（生各种射线（、），而且放射性物质），而且放射性物质越多（放射性越强），产生的射线越强，井眼越多（放射性越强），产生的射线越强，井眼中探测到的射线（中探测到的射线（）也就越强。）也就越强。 所以，根据探测到的射线的强弱就可研究所以，根据探测到的射线的强弱就可研究岩石
7、的放射性岩石的放射性 。 岩石中有无放射性及放射性与什么地质问题岩石中有无放射性及放射性与什么地质问题相关联，是我们关注的焦点相关联，是我们关注的焦点 。一、核物理基础一、核物理基础4 4、岩石中的放射性、岩石中的放射性 一般的岩石中或多或少有些放射性元素存一般的岩石中或多或少有些放射性元素存在，所以岩石元素具有一定的放射性。在，所以岩石元素具有一定的放射性。 放射性元素一般是：钍（放射性元素一般是：钍（ ）、铀（铀（ ） 、钾（钾（ ） 。 放射性放射性最强最强：火成岩：火成岩 放射性放射性中等中等：变质岩：变质岩 放射性放射性最弱最弱：沉积岩：沉积岩 研究结果表明：各种岩石中放射性元素的研
8、究结果表明：各种岩石中放射性元素的种类及含量不同，其放射性的强弱也有所不同种类及含量不同，其放射性的强弱也有所不同 。一、核物理基础一、核物理基础4 4、岩石的放射性、岩石的放射性 在沉积岩中在沉积岩中: : 纯地层（无泥、无放射性元素矿物）纯地层（无泥、无放射性元素矿物）放射性最弱。泥岩及含有放射性元素的岩放射性最弱。泥岩及含有放射性元素的岩石放射性最强。其它地层的放射性为中等石放射性最强。其它地层的放射性为中等 。一、核物理基础一、核物理基础4 4、岩石放射性、岩石放射性 泥岩具有较强放射性的原因泥岩具有较强放射性的原因：粘土颗粒细，沉粘土颗粒细，沉积时间长，有积时间长，有充分的时间与放射
9、性物质接触充分的时间与放射性物质接触而一而一同沉同沉积。积。 粘土颗粒的表面带粘土颗粒的表面带有有负电荷，容易吸收放射负电荷，容易吸收放射性元素性元素。如。如:K:K 某些粘土矿物中某些粘土矿物中含有放射性元素含有放射性元素，如钾矿，如钾矿（水云母、正长石等）（水云母、正长石等），钾含量较多。钾含量较多。 粘土中往往粘土中往往夹杂有大量的有机物质夹杂有大量的有机物质，有些有，有些有机物质吸收的有放射性矿物：机物质吸收的有放射性矿物：K K、U U 。一、核物理基础一、核物理基础4 4、岩石的放射性、岩石的放射性 我们打交道的是沉积岩，对于沉积岩我们打交道的是沉积岩，对于沉积岩来说，其放射性主要
10、取决于粘土的类型及来说，其放射性主要取决于粘土的类型及含量。含量。 另外，岩性及沉积环境的不同，其放另外，岩性及沉积环境的不同，其放射性元素的种类及含量也不同（如还原环射性元素的种类及含量也不同（如还原环境有利于境有利于U U的还原沉淀）。的还原沉淀）。二、自然伽马测井的原理二、自然伽马测井的原理 自然伽马测井是在井内测量自然伽马测井是在井内测量岩层中自然存在的放射性元素核岩层中自然存在的放射性元素核衰变过程中放射出来的伽马射线衰变过程中放射出来的伽马射线的强度来研究岩层的一种方法的强度来研究岩层的一种方法 。 岩石中的放射性元素产生的岩石中的放射性元素产生的射线穿过地层、泥浆、仪器的外射线穿
11、过地层、泥浆、仪器的外壳进入井下仪器的探测器。探测壳进入井下仪器的探测器。探测器每接收到一个器每接收到一个光子，就产生光子，就产生一个电脉冲。一个电脉冲。二、自然伽马测井的原理二、自然伽马测井的原理 电缆将电脉冲送到地面仪器。电缆将电脉冲送到地面仪器。 地面仪器：地面仪器： 一方面负责计数一方面负责计数，即统计，即统计单位时间内的电脉冲数。显然单位时间内的电脉冲数。显然放射性越强，单位时间内收到放射性越强，单位时间内收到的电脉冲数越多（计数率越高）的电脉冲数越多（计数率越高）。 另一方面，另一方面，将计数率转变将计数率转变为与其成比例的电位差进行记为与其成比例的电位差进行记录录 。二、自然伽马
12、测井的原理二、自然伽马测井的原理 仪器在井眼中移动就可测仪器在井眼中移动就可测得各深度点反映岩石放射性强得各深度点反映岩石放射性强弱的电脉冲计数率，即自然伽弱的电脉冲计数率，即自然伽马曲线马曲线 。二、自然伽马测井的原理二、自然伽马测井的原理纵坐标为深度坐标纵坐标为深度坐标 横坐标为反映岩石放射性强弱横坐标为反映岩石放射性强弱的计数率，读值的单位有两种：的计数率，读值的单位有两种：一种是：脉冲数一种是：脉冲数/ /分；分；另一种是：另一种是：APIAPI。 APIAPI是一种美国石油学会所采是一种美国石油学会所采用的单位。两倍于北美泥岩平均用的单位。两倍于北美泥岩平均放射性的模拟地层的自然伽马
13、测放射性的模拟地层的自然伽马测井值的井值的1/2001/200，就定义为一个，就定义为一个APIAPI。 二、自然伽马测井的原理二、自然伽马测井的原理 自然伽马测井反映的是自然伽马测井反映的是以探测器中点为球心，半径以探测器中点为球心，半径为为45cm45cm的球体内物质所具有的球体内物质所具有的放射性。的放射性。 即自然伽马测井的探测即自然伽马测井的探测范围范围( (深度深度) )约为约为45cm45cm。二、自然伽马测井的原理二、自然伽马测井的原理影响因素影响因素统计起伏的影响：统计起伏的影响： 衰变是随机的，即衰变是随机的，即使是同仪器对同一点进使是同仪器对同一点进行测量，其值也是不同行
14、测量，其值也是不同的，但是是围绕某一值的，但是是围绕某一值波动的。波动的。二、自然伽马测井的原理二、自然伽马测井的原理影响因素影响因素测井速度测井速度V V和积分电路的和积分电路的充电时间常数充电时间常数的影响：的影响： 使使GRGRmaxmax下降；下降； 使使GRGRmaxmax的位置不在地层的位置不在地层的中心而是上移；的中心而是上移； 视视h ha a增大；增大； 半幅点位置上移。半幅点位置上移。地层越薄，影响越明显。地层越薄，影响越明显。 二、自然伽马测井的原理二、自然伽马测井的原理曲线特点曲线特点 具有统计起伏（曲线的具有统计起伏（曲线的 锯齿状）；锯齿状）； 对于厚层（层厚探测对
15、于厚层（层厚探测 范围）其曲线的单幅点范围）其曲线的单幅点 对应于层界面。对应于层界面。 地层中部的平均值最能地层中部的平均值最能 反映地层的真实的放射反映地层的真实的放射 性性 。三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用划分岩性及识别渗透层：划分岩性及识别渗透层： 砂泥岩面：砂泥岩面：纯砂岩：纯砂岩：GR=minGR=min渗透层渗透层纯泥岩：纯泥岩：GR=maxGR=max非渗透层非渗透层泥质砂岩：泥质砂岩：GR=minGR=minmaxmax渗透层渗透层砂质泥岩：砂质泥岩：GR= min GR= min maxmax非渗透层非渗透层 对于厚层，层界面的位置用半幅点确定对于厚层，层界面
16、的位置用半幅点确定，而非厚层，则应借助其它测井方法确定层，而非厚层，则应借助其它测井方法确定层界面界面 。三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用估计地层中的泥质含量估计地层中的泥质含量 方法是：用已知的岩样建立自然伽马方法是：用已知的岩样建立自然伽马测井值与泥质含量的关系测井值与泥质含量的关系 Vsh=f(GR) 或图版或图版 GR自然伽马测井值；自然伽马测井值； Vsh由实验室对岩样进行分析确定由实验室对岩样进行分析确定 。 三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用估计地层中的泥质含量估计地层中
17、的泥质含量 相对值法公式（德莱赛公司）相对值法公式（德莱赛公司）: : 三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用估计地层中的泥质含量估计地层中的泥质含量 绝对值法公式（斯仑贝谢公司绝对值法公式（斯仑贝谢公司 ）: : 三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用（3 3）地层对比：）地层对比： 从曲线的形状、幅度进行分析对比。从曲线的形状、幅度进行分析对比。 地层对比的意义：预测层位的深度；地层对比的意义：预测层位的深度；了解油藏的横向变化。了解油藏的横向变化。三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用（3 3）地层对比：）地层对比： 与自然电位测井及其它测井相比，与自然电位测井及其它测
18、井相比， 用用GRGR测井进测井进行地层对比具有以下优点：行地层对比具有以下优点：GRGR测井值与地层水和泥浆的矿化度关系不大；测井值与地层水和泥浆的矿化度关系不大；GRGR测井值一般情况下与地层中所含流体类型（油、气、测井值一般情况下与地层中所含流体类型（油、气、水）关系不大；水）关系不大；标准层（如海相泥岩），在很大区域内稳定，其测井标准层（如海相泥岩），在很大区域内稳定，其测井值及特征明显并且稳定；值及特征明显并且稳定；它不仅能很好地应用于砂泥岩剖面，而且还能很好地它不仅能很好地应用于砂泥岩剖面，而且还能很好地应用于其它剖面应用于其它剖面 。三、自然伽马测井的应用三、自然伽马测井的应用（
19、3 3）地层对比：）地层对比： 四、自然伽马能谱测井四、自然伽马能谱测井 自然伽马能谱测自然伽马能谱测井是在井内测量岩层井是在井内测量岩层中自然存在的放射性中自然存在的放射性元素核衰变过程中放元素核衰变过程中放射出来的伽马射线的射出来的伽马射线的强度来研究岩层的一强度来研究岩层的一种方法。种方法。四、自然伽马能谱测井四、自然伽马能谱测井 岩石中的几种主要放岩石中的几种主要放射性元素（射性元素（U U、ThTh、K K）都可以产生伽马射线，都可以产生伽马射线，所以所以GRGR测井值反映岩石测井值反映岩石的总放射性，而的总放射性，而不能用不能用来分析岩石中各种放射来分析岩石中各种放射性元素的多少性
20、元素的多少。四、自然伽马能谱测井四、自然伽马能谱测井 有助于准确、详细地划分岩性：有助于准确、详细地划分岩性： 砂泥岩剖面：砂泥岩剖面： 泥岩中的泥岩中的ThTh和和K K含量较高含量较高，且粘土类型，且粘土类型不同（高岭石、伊利石、绿泥石不同（高岭石、伊利石、绿泥石），），ThTh、K K的含量不同。的含量不同。 泥岩中含有大量的有机物成为了生油岩泥岩中含有大量的有机物成为了生油岩之后，之后，U U含量高含量高。 分析各种放射性元素含量的重要性分析各种放射性元素含量的重要性四、自然伽马能谱测井四、自然伽马能谱测井分析各种放射性元素含量的重要性分析各种放射性元素含量的重要性 砂岩中砂岩中ThT
21、h、K K、U U的含量都很低。的含量都很低。 砂岩中含有了放射性矿物之后，放射砂岩中含有了放射性矿物之后，放射性将会异常高性将会异常高, ,如云母砂岩：如云母砂岩：K K很高很高, ,且且Th/K 2.5810Th/K 2.5810-4-4,U0,U0 含锆石、独居石等重矿物后：含锆石、独居石等重矿物后：K K低，低，ThTh高、高、U U特别高且特别高且Th/KTh/K高高 。四、自然伽马能谱测井四、自然伽马能谱测井分析各种放射性元素含量的重要性分析各种放射性元素含量的重要性 有助于研究沉积环境：有助于研究沉积环境： 不同的沉积环境，不同的沉积环境，U U、ThTh、K K的含量不同：的含量不同： 陆相沉积、氧化环境、风化层：陆相沉积、氧化环境、风化层：Th/U7Th/U7 海相沉积、灰色或绿色页岩：海相沉积、灰色或绿色页岩：Th/U7Th/U7 海相黑色页岩、磷酸盐岩：海相黑色页岩、磷酸盐岩：Th/U2Th/U7Th/U7；海相沉积、灰色或绿色页海相沉积、灰色或绿色页岩，岩，Th/U7Th/U7；而海相黑色页岩、磷酸盐而海相黑色页岩、磷酸盐岩，碳酸盐岩岩，碳酸盐岩22。
