伽马测井
➢ 氡(Rn)：氡有三个同位素，其中222Rn是铀系的一个子体，氡是易溶于水和有机 溶液的气体，易被吸附在各种物质的表面上。在构造破碎带常有氡富集；
➢ 铋(Bi)：214Bi是铀系中的主要伽马辐射体，特征伽马射线的能量是1.76MeV。
在自然伽马能谱测井中，主要根据214Bi的这一特征峰确定铀在地层中的含量；
➢ 钋(Po)：钋有七个同位素，其中218Po, 214Po和210Po是铀系的子体。218Po和9Be 混合可制造中子源，在铀矿普查时可利用210Po寻找铀矿；
2点认识： 1）铀的伽马辐射强度会随时间而变化，所以将碳酸盐岩或火成岩裸眼井段 作为标准井，对自然伽马强度和能谱测井都是不合适的。 2）由于铀及其子体的化学性质活跃，风化、运移、富集过程影响因素多， 通常不是泥质含量的可靠指示元素。
c) 以各类腐殖酸盐络合物形式运移，在下述条件下沉积：腐殖
酸氧化，络合物被破坏；吸附作用；与某些盐类作用形成不 溶性盐；
d) 呈铀的胶溶体U02(OH)2的形式运移，在下述条件下沉积：被带
负电荷的硅酸胶体及Fe（OH)3吸附；与还原剂相遇。
③ 铀系中的几个典型核素：
➢ 镭(Ra)：镭有四个同位素，其中226Ra是238U的一个子体。由于在采油井水驱前 沿的镭在井眼周围的富集，使自然伽马总强度增强能指示储层水淹级别的高低；
208Tl，其次是238Ac。这两个核素发
射的伽马射线的总能量约占钍系发 射的伽马射线总能量85％，而其辐 射强度约占钍系总强度的71％。 208Tl发射的能量为2.62MeV的伽马 射线，是钍系能量最高强度最大的 伽马谱线。
②散射伽马测井：测量点状伽马源生成的散射伽马辐射场； ③示踪伽马测井：测量由载体携带的放射性示踪剂发射的伽马辐
射场。
自然伽马能谱测井
自然伽马测井：只测量和利用自然伽马射线的总强度，而不 能利用辐射场的能谱和其他特性，按其原理应称为自然伽马 强度测井；
自然伽马能谱测井：不仅能测
量总强度，而且还能分析伽马 能谱，同时也包含空间和时间
高。黑云各母种粘土矿6.物7~铀8.3、钍、钾含量不同，<对0.0粘1 土岩自然放
射性白云的母Hale Waihona Puke 献也不7.同9~。9.8绿泥石
<0.05
<0.01
3~5
<5.0
绿帘石
a) 蒙脱石：也称胶岭石或微晶高岭石，它的分子中不含放射 性元素，但其比表面积很大（269m2/g），阳离子交换能力 强，对放射性物质吸附能力强，故铀和钍含量都高，对粘 土岩的放射性贡献最大；
自然界中有三个天然放射系，即铀系、钍系和锕系，其初
始的核素分别为U238、Th232和U235。U238的丰度为99.2739％，而 U235的丰度只有0.7205%，所以锕系对岩石放射性的贡献可以忽
略。岩石的自然放射性主要是由U238 和Th232开头的两个放射系 和放射性核素K40决定的。对自然伽马测井来说，只考虑这些核
（2）钍(Th)：钍有228Th、 229Th 、230Th、 231Th、 232Th 、234Th 等六个同位素，其中232Th的丰度几乎为100％。
§钍的化合价以四价为主，和四价铀物理化学性质相近，通常 与铀共生，钍铀比被认为是太阳系的基本比值之一。 §钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主。粘土矿物
信息，获取的信息量增加了到 原来的2-3个数量级。 都以天然伽马辐射场为基础。
一、地层的放射性核素和伽马辐射体
岩石的自然放射性是由岩石中放射性核素及其含量决定的。
自然界的元素有92种。天然核素约有330多种。在自然界中原子
量A小于209的核素多数是稳定的，只有少数是放射性的，例如 K40；而A>209的核素全部都是放射性的。
对钍的选择性吸附以及钍在稳定矿物中的存在，是控制沉积岩 中钍的分布的主要因素。
§钍常作为粘土矿物指示剂，钍铀比可指示沉积环境和岩性。
钍系的主要伽马辐射体是208TI,特征伽马射线的能量是2.62MeV。 在自然伽马能谱测井中，主要根据这一特征峰确定钍在地层中的含 量。
（3）钾(K)：钾有三个天然同位素，39K、 40K和41K ，其中40K 是放射性同位素，它发射1.46MeV的伽马光子。
基本矿物，≧10%
长石、石英 石英、云母 石英 石英、绢云母、绿泥石 绿泥石 角闪石 方解石
次生矿物，2%~10%
云母、角闪石 铁铅榴石 长石、云母 钾长石 娟云母、绿帘石 斜长石、石英
副矿物，≦2%
石榴子石、石墨、矽线石、电气石 十字石、绿帘石、矽线石、角闪石 绿帘石、蓝晶石、石墨、磁铁矿、褐铁矿 黄铁矿
铝土矿
岩是海绿主石要储集岩5.0。8~5.3
3~30
10~130 3~10
155~210
膨润①土粘土岩：<0是.5指粘土矿1物~2含0 量大于560~％50的岩石，包括
泥岩蒙脱和石页岩。 0.16
2~5
6~44
高岭石
0.42
1.0~5
7~47
45~356
伊利在石油、气测井4.5常遇地层中1，.5 粘土岩铀10、~2钍5 、钾含8量0~最130
总体而言，岩浆岩中铀的含量随Na、K、Si的含量增高而增
高；花岗岩富含铀，碱性岩则相对富含钍。
岩浆岩中铀、钍、钾含量和钍铀比
岩石
铀，g/t 钍，g/t 钾，% 钍铀比
酸性岩（花岗岩、花岗 闪长岩、流纹岩） 3.5
18.0 3.34 5.1
中性岩（闪长岩、安山岩、正长岩）
1.8
7.0 2.31 4.0
中数据做成能谱图如下，只表示各核素发射的伽马射线的初
始能量，故称初始谱。未考虑样品的自散射和光子与环境介
质及探测元件之间的作用。
铀系中最重要的伽马辐射体是214Bi,其次是214Pb。在铀系 的伽马射线谱线中，大于1MeV的伽马射线都是由214Bi发射的。 214Bi一次衰变的伽马射线总能量为1.574MeV，约占铀系总能 量的85.6％，214Pb占12.4％。这两个核素的伽马辐射强度占 铀系总强度的85％。
式中
Mm
m A1 1 Am
Am，A1—子核素和母核素的质量数。
(3—165)
由式(3一165)可算出与1g铀平衡时第m个子核素的质量；反
之，若能测出衰变系中任一子体的质量，也可求得系中第一个
母核素238U的质量。
铀系中能发射伽马射线的重要核素及其射线的能量和强度。
用以显示射线强度的能量分布的图，称之为能谱。将上述表
柘榴石、绿帘石、云母 氧化镁、氧化铝、硅灰石、钙铝榴石
3.岩石中的放射性核素和伽马能谱
（1）铀系的伽马辐射体
由天然放射系的长期平衡原理可知，当放射系达到长期平衡时，有：
λmNm= λ1N1 即母核素与任一子核素的衰变率都相等。
(3—164)
将原子数变换为质量，当母核素的质量为1g时，第m个子核素的质量是：
生油粘土岩中的粘土矿物以蒙脱石和高岭石为主，且富含有
机质，所以放射性物质含量高，尤其铀含量明显高于其他粘土岩
②碎屑岩：是由碎屑物和胶结物两部分组成的，其中碎屑物 是岩石的主要成分。
碎屑岩的放射性由正长石（含钾）、白云母（含钾）、 重矿物和泥质含量所决定，一般随泥质含量上升而增高。纯
石英砂岩的石英含量达80%以上，含放射性元素的矿物很少， 自然放射性很低。
b) 高岭石：本身不含放射性元素，比表面积小（19m2/g），阳 离子交换能力和吸附能力均不如蒙脱石，铀和钍含量都较 低，对粘土岩的放射性贡献较小；
c) 水白云母(伊利石）：对铀、钍吸附能力差，但它本身含钾， 具有放射性，对粘土岩的放射性有贡献；
d) 绿泥石：它本身不含放射性元素，阳离子交换能力和对放 射性物质吸附能力都低，对粘土岩的放射性贡献甚微
钾和钍都是粘土矿物主要指示元素。
2.铀、钍和钾在岩石中的分布
岩石的天然放射性是由它的放射性矿物种类和含量确定的。
在核测井中，铀和钍含量通常用μg/g为单位；记作ppm，而 钾含量用0.01g/g为单位，记作％。
(1)岩浆岩
铀、钍含量: 酸性岩＞中性岩＞基性岩＞超基性岩 钾含量: 酸性岩和中性岩＞基性岩、超基性岩
③化学岩和生物化学岩：是通过化学和生物化学作用形成的。 常见的化学岩有碳酸盐岩、石膏、硬石膏、岩盐和钾盐等。
除钾盐本身具有放射性外，其他各类纯的化学岩自然放射性都 特别低，但随泥质含量上升自然放射性略有增高。自然放射性 的高低还和成岩作用及地层水的活动有关。
岩石 砂岩 石英砂岩 杂砂岩 长石砂岩 页岩 黑色页岩 铝土矿 斑脱岩
第二节 伽 马 测 井
伽马测井概念：是依据天然或人工伽马源在地层和井眼中生成 的辐射场，测量和分析伽马射线强度和能谱，研究地层的岩性、
矿物成分、密度、孔隙度、流体运移及相关地质及工程问题的 测井方法。 伽马测井分类：按伽马源的种类划分为三类
①自然伽马测井：研究分散在地层中的天然放射性核素生成的伽
马辐射场；
碳酸盐岩
0.1~9.0
0.1~7.0
石灰岩
2.2
0.05~2.4
白云岩
0.03~2
磷酸盐
1~5
海相磷块岩
30~50
蒸发岩
<1
砂
3.0
1.2
泥
2.3~3.7
1~2.7
现代海洋沉积物
黑泥 远海粘土
36~48 1.5~4.0
3.1~11
抱球虫软泥
0.74~1
5.1~5.5
锰结核
24~124
煤
20~80
有机质
基性岩（玄武岩、辉长岩、辉绿岩）
0.5
3.0 0.83 6.0
超基性岩（橄榄岩、辉石岩、纯橄榄岩） 0.003 0.005 0.03 1.7
➢ 铋(Bi)：214Bi是铀系中的主要伽马辐射体，特征伽马射线的能量是1.76MeV。
在自然伽马能谱测井中，主要根据214Bi的这一特征峰确定铀在地层中的含量；
➢ 钋(Po)：钋有七个同位素，其中218Po, 214Po和210Po是铀系的子体。218Po和9Be 混合可制造中子源，在铀矿普查时可利用210Po寻找铀矿；
2点认识： 1）铀的伽马辐射强度会随时间而变化，所以将碳酸盐岩或火成岩裸眼井段 作为标准井，对自然伽马强度和能谱测井都是不合适的。 2）由于铀及其子体的化学性质活跃，风化、运移、富集过程影响因素多， 通常不是泥质含量的可靠指示元素。
c) 以各类腐殖酸盐络合物形式运移，在下述条件下沉积：腐殖
酸氧化，络合物被破坏；吸附作用；与某些盐类作用形成不 溶性盐；
d) 呈铀的胶溶体U02(OH)2的形式运移，在下述条件下沉积：被带
负电荷的硅酸胶体及Fe（OH)3吸附；与还原剂相遇。
③ 铀系中的几个典型核素：
➢ 镭(Ra)：镭有四个同位素，其中226Ra是238U的一个子体。由于在采油井水驱前 沿的镭在井眼周围的富集，使自然伽马总强度增强能指示储层水淹级别的高低；
208Tl，其次是238Ac。这两个核素发
射的伽马射线的总能量约占钍系发 射的伽马射线总能量85％，而其辐 射强度约占钍系总强度的71％。 208Tl发射的能量为2.62MeV的伽马 射线，是钍系能量最高强度最大的 伽马谱线。
②散射伽马测井：测量点状伽马源生成的散射伽马辐射场； ③示踪伽马测井：测量由载体携带的放射性示踪剂发射的伽马辐
射场。
自然伽马能谱测井
自然伽马测井：只测量和利用自然伽马射线的总强度，而不 能利用辐射场的能谱和其他特性，按其原理应称为自然伽马 强度测井；
自然伽马能谱测井：不仅能测
量总强度，而且还能分析伽马 能谱，同时也包含空间和时间
高。黑云各母种粘土矿6.物7~铀8.3、钍、钾含量不同，<对0.0粘1 土岩自然放
射性白云的母Hale Waihona Puke 献也不7.同9~。9.8绿泥石
<0.05
<0.01
3~5
<5.0
绿帘石
a) 蒙脱石：也称胶岭石或微晶高岭石，它的分子中不含放射 性元素，但其比表面积很大（269m2/g），阳离子交换能力 强，对放射性物质吸附能力强，故铀和钍含量都高，对粘 土岩的放射性贡献最大；
自然界中有三个天然放射系，即铀系、钍系和锕系，其初
始的核素分别为U238、Th232和U235。U238的丰度为99.2739％，而 U235的丰度只有0.7205%，所以锕系对岩石放射性的贡献可以忽
略。岩石的自然放射性主要是由U238 和Th232开头的两个放射系 和放射性核素K40决定的。对自然伽马测井来说，只考虑这些核
（2）钍(Th)：钍有228Th、 229Th 、230Th、 231Th、 232Th 、234Th 等六个同位素，其中232Th的丰度几乎为100％。
§钍的化合价以四价为主，和四价铀物理化学性质相近，通常 与铀共生，钍铀比被认为是太阳系的基本比值之一。 §钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主。粘土矿物
信息，获取的信息量增加了到 原来的2-3个数量级。 都以天然伽马辐射场为基础。
一、地层的放射性核素和伽马辐射体
岩石的自然放射性是由岩石中放射性核素及其含量决定的。
自然界的元素有92种。天然核素约有330多种。在自然界中原子
量A小于209的核素多数是稳定的，只有少数是放射性的，例如 K40；而A>209的核素全部都是放射性的。
对钍的选择性吸附以及钍在稳定矿物中的存在，是控制沉积岩 中钍的分布的主要因素。
§钍常作为粘土矿物指示剂，钍铀比可指示沉积环境和岩性。
钍系的主要伽马辐射体是208TI,特征伽马射线的能量是2.62MeV。 在自然伽马能谱测井中，主要根据这一特征峰确定钍在地层中的含 量。
（3）钾(K)：钾有三个天然同位素，39K、 40K和41K ，其中40K 是放射性同位素，它发射1.46MeV的伽马光子。
基本矿物，≧10%
长石、石英 石英、云母 石英 石英、绢云母、绿泥石 绿泥石 角闪石 方解石
次生矿物，2%~10%
云母、角闪石 铁铅榴石 长石、云母 钾长石 娟云母、绿帘石 斜长石、石英
副矿物，≦2%
石榴子石、石墨、矽线石、电气石 十字石、绿帘石、矽线石、角闪石 绿帘石、蓝晶石、石墨、磁铁矿、褐铁矿 黄铁矿
铝土矿
岩是海绿主石要储集岩5.0。8~5.3
3~30
10~130 3~10
155~210
膨润①土粘土岩：<0是.5指粘土矿1物~2含0 量大于560~％50的岩石，包括
泥岩蒙脱和石页岩。 0.16
2~5
6~44
高岭石
0.42
1.0~5
7~47
45~356
伊利在石油、气测井4.5常遇地层中1，.5 粘土岩铀10、~2钍5 、钾含8量0~最130
总体而言，岩浆岩中铀的含量随Na、K、Si的含量增高而增
高；花岗岩富含铀，碱性岩则相对富含钍。
岩浆岩中铀、钍、钾含量和钍铀比
岩石
铀，g/t 钍，g/t 钾，% 钍铀比
酸性岩（花岗岩、花岗 闪长岩、流纹岩） 3.5
18.0 3.34 5.1
中性岩（闪长岩、安山岩、正长岩）
1.8
7.0 2.31 4.0
中数据做成能谱图如下，只表示各核素发射的伽马射线的初
始能量，故称初始谱。未考虑样品的自散射和光子与环境介
质及探测元件之间的作用。
铀系中最重要的伽马辐射体是214Bi,其次是214Pb。在铀系 的伽马射线谱线中，大于1MeV的伽马射线都是由214Bi发射的。 214Bi一次衰变的伽马射线总能量为1.574MeV，约占铀系总能 量的85.6％，214Pb占12.4％。这两个核素的伽马辐射强度占 铀系总强度的85％。
式中
Mm
m A1 1 Am
Am，A1—子核素和母核素的质量数。
(3—165)
由式(3一165)可算出与1g铀平衡时第m个子核素的质量；反
之，若能测出衰变系中任一子体的质量，也可求得系中第一个
母核素238U的质量。
铀系中能发射伽马射线的重要核素及其射线的能量和强度。
用以显示射线强度的能量分布的图，称之为能谱。将上述表
柘榴石、绿帘石、云母 氧化镁、氧化铝、硅灰石、钙铝榴石
3.岩石中的放射性核素和伽马能谱
（1）铀系的伽马辐射体
由天然放射系的长期平衡原理可知，当放射系达到长期平衡时，有：
λmNm= λ1N1 即母核素与任一子核素的衰变率都相等。
(3—164)
将原子数变换为质量，当母核素的质量为1g时，第m个子核素的质量是：
生油粘土岩中的粘土矿物以蒙脱石和高岭石为主，且富含有
机质，所以放射性物质含量高，尤其铀含量明显高于其他粘土岩
②碎屑岩：是由碎屑物和胶结物两部分组成的，其中碎屑物 是岩石的主要成分。
碎屑岩的放射性由正长石（含钾）、白云母（含钾）、 重矿物和泥质含量所决定，一般随泥质含量上升而增高。纯
石英砂岩的石英含量达80%以上，含放射性元素的矿物很少， 自然放射性很低。
b) 高岭石：本身不含放射性元素，比表面积小（19m2/g），阳 离子交换能力和吸附能力均不如蒙脱石，铀和钍含量都较 低，对粘土岩的放射性贡献较小；
c) 水白云母(伊利石）：对铀、钍吸附能力差，但它本身含钾， 具有放射性，对粘土岩的放射性有贡献；
d) 绿泥石：它本身不含放射性元素，阳离子交换能力和对放 射性物质吸附能力都低，对粘土岩的放射性贡献甚微
钾和钍都是粘土矿物主要指示元素。
2.铀、钍和钾在岩石中的分布
岩石的天然放射性是由它的放射性矿物种类和含量确定的。
在核测井中，铀和钍含量通常用μg/g为单位；记作ppm，而 钾含量用0.01g/g为单位，记作％。
(1)岩浆岩
铀、钍含量: 酸性岩＞中性岩＞基性岩＞超基性岩 钾含量: 酸性岩和中性岩＞基性岩、超基性岩
③化学岩和生物化学岩：是通过化学和生物化学作用形成的。 常见的化学岩有碳酸盐岩、石膏、硬石膏、岩盐和钾盐等。
除钾盐本身具有放射性外，其他各类纯的化学岩自然放射性都 特别低，但随泥质含量上升自然放射性略有增高。自然放射性 的高低还和成岩作用及地层水的活动有关。
岩石 砂岩 石英砂岩 杂砂岩 长石砂岩 页岩 黑色页岩 铝土矿 斑脱岩
第二节 伽 马 测 井
伽马测井概念：是依据天然或人工伽马源在地层和井眼中生成 的辐射场，测量和分析伽马射线强度和能谱，研究地层的岩性、
矿物成分、密度、孔隙度、流体运移及相关地质及工程问题的 测井方法。 伽马测井分类：按伽马源的种类划分为三类
①自然伽马测井：研究分散在地层中的天然放射性核素生成的伽
马辐射场；
碳酸盐岩
0.1~9.0
0.1~7.0
石灰岩
2.2
0.05~2.4
白云岩
0.03~2
磷酸盐
1~5
海相磷块岩
30~50
蒸发岩
<1
砂
3.0
1.2
泥
2.3~3.7
1~2.7
现代海洋沉积物
黑泥 远海粘土
36~48 1.5~4.0
3.1~11
抱球虫软泥
0.74~1
5.1~5.5
锰结核
24~124
煤
20~80
有机质
基性岩（玄武岩、辉长岩、辉绿岩）
0.5
3.0 0.83 6.0
超基性岩（橄榄岩、辉石岩、纯橄榄岩） 0.003 0.005 0.03 1.7
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放射性测井之自然伽马测井
自然伽马测井是利用地层中自然存在的放射性元 素，如铀、钍等，测量地层岩石的自然伽马射线 辐射强度。通过测量自然伽马射线辐射强度，可 以推断地层岩石的孔隙度、含水量等性质。
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供
8 自然伽马测井
马射线有较强的穿透能力）。
★它能在任意岩层剖面，以及在井内充满高矿化度泥浆、油基泥浆
甚至空气的条件下使用（由于岩石的自然放射性与剖面上岩石的导电性 无关，与井内所充填的介质特性无关）。 自然伽马测井已成为碎屑岩剖面、碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井 地区进行测井的重要内容。
自然伽马测井
学习要点
自然伽马测井的核物理基础 岩石的放射性 自然伽马射线的探测 自然伽马测井原理
自然伽马测井的曲线特征和影响因素
自然伽马测井的地质应用
自然伽马测井
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（1）原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成 ，原子的中心是原子核，离原子核较远处的核外电子，按一定的轨道绕 核运动，它是一种很微小的粒子，直径约为8-10cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 一般地，原子是中性的，所以原子核中的质子数等于核外电子层的 电子数，这个数值叫做元素的原子序数，通常用Z表示，它决定了原子的 化学性质和在元素周期表中的位置。 原子核质子和中子的总数叫做元素的质量数，通常用A表示。 中子(不带电)]
通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），可以确
定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类。因此放射性测井 主要分为自然伽马测井和自然伽马能谱测井。 以研究岩石中放射性元素的相对含量，即探测自然伽马射 线总强度的测井方法叫做自然伽马测井； 测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中 放射性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能
1、核衰变及其放射性
（5）放射性射线的性质
放射性物质能放出α射线，β射线和γ射线。它们各具如下性质：
★它能在任意岩层剖面，以及在井内充满高矿化度泥浆、油基泥浆
甚至空气的条件下使用（由于岩石的自然放射性与剖面上岩石的导电性 无关，与井内所充填的介质特性无关）。 自然伽马测井已成为碎屑岩剖面、碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井 地区进行测井的重要内容。
自然伽马测井
学习要点
自然伽马测井的核物理基础 岩石的放射性 自然伽马射线的探测 自然伽马测井原理
自然伽马测井的曲线特征和影响因素
自然伽马测井的地质应用
自然伽马测井
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（1）原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成 ，原子的中心是原子核，离原子核较远处的核外电子，按一定的轨道绕 核运动，它是一种很微小的粒子，直径约为8-10cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 一般地，原子是中性的，所以原子核中的质子数等于核外电子层的 电子数，这个数值叫做元素的原子序数，通常用Z表示，它决定了原子的 化学性质和在元素周期表中的位置。 原子核质子和中子的总数叫做元素的质量数，通常用A表示。 中子(不带电)]
通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），可以确
定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类。因此放射性测井 主要分为自然伽马测井和自然伽马能谱测井。 以研究岩石中放射性元素的相对含量，即探测自然伽马射 线总强度的测井方法叫做自然伽马测井； 测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中 放射性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能
1、核衰变及其放射性
（5）放射性射线的性质
放射性物质能放出α射线，β射线和γ射线。它们各具如下性质：
自然伽马测井
C 为12的碳原子核可表示为 12 。 6
勘探开发工程监督管理中心
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（2）、同位素和放射性核素
核素指的是原子核中具有一定数量的质子和中子并 在同一能态上的同类原子，同一核素的原子核中质 子数和中子数都相等。而同位素是原子核中质子数 相同而中子数不同的核素，它们具有相同的化学性 质，在元素周期表中占有同一位置。
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
放射性核素的原子核自发地放射出一 种带电粒子（ α或β），蜕变成另 外某种原子核，同时放射出γ射线的 过程叫核衰变。核能自发地释放α、 β、γ射线的性质叫放射性。
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一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
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一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
这里给出几种放射性核素的半衰期。
放射性核素 钾 铯 钡
铟 钴
符号 K 40
19
55 Cs137
Ba131 In113
Co60
半衰期T
1.3 109 年
3.3 年 11.8 天
100 分钟
5.27 年
勘探开发工程监督管理中心
2
伽马射线和物质的作用
γ光子和物质的这三种作用的几率和γ光子的能量有关，低能γ 光子和物质作用以光电效应为主，中能γ光子和物质发生康普顿 效应的几率最大，而电子对效应则发生在伽马光子的能量大于 1.022 MeV时。
低能
光电效应
中能
康普顿效应
大于1.022MeV
电子对效应
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一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（2）、同位素和放射性核素
核素指的是原子核中具有一定数量的质子和中子并 在同一能态上的同类原子，同一核素的原子核中质 子数和中子数都相等。而同位素是原子核中质子数 相同而中子数不同的核素，它们具有相同的化学性 质，在元素周期表中占有同一位置。
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
放射性核素的原子核自发地放射出一 种带电粒子（ α或β），蜕变成另 外某种原子核，同时放射出γ射线的 过程叫核衰变。核能自发地释放α、 β、γ射线的性质叫放射性。
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一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
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一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
这里给出几种放射性核素的半衰期。
放射性核素 钾 铯 钡
铟 钴
符号 K 40
19
55 Cs137
Ba131 In113
Co60
半衰期T
1.3 109 年
3.3 年 11.8 天
100 分钟
5.27 年
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2
伽马射线和物质的作用
γ光子和物质的这三种作用的几率和γ光子的能量有关，低能γ 光子和物质作用以光电效应为主，中能γ光子和物质发生康普顿 效应的几率最大，而电子对效应则发生在伽马光子的能量大于 1.022 MeV时。
低能
光电效应
中能
康普顿效应
大于1.022MeV
电子对效应
第七章 自然伽马测井
(7-6)
其中： Io 、 I--- 分别为未经吸收物质和经过吸收物 质L时伽马射线强度； μ---物质的吸收系数，μ=τ+Σ+η。 此外，还可以用质量吸收系数反映伽马射线通过物 质时的强度减弱程度。 (7-7)
m
三、伽马射线的探测
1、 放电计数管 如图7-3所示，它利用放射性辐射使气体电离的特 性来探测伽马射线。此计数管的计数效率低。 2、闪烁计数管
图7－8
自然伽马曲线
三、自然伽马测井曲线的特点及影响因素
自然伽马测井仪探测的伽马光子主要是
以仪器为球心、半径为 30～45厘米范围内岩
石放射出的伽马光子，此范围为自然伽马测
井的探测范围。
１、自然伽马测井曲线的特点（理论）
自然伽马测井 的理论曲线如图 7-9所示，从图中 不难看出曲线具 有下列特点：
其中：GR----目的层测井值；
GRcl----纯地层的测井值；
GRsh-----泥岩层测井值，API单位。
GCUR----希尔奇指数，与地层年代有关。
第三系地层，取3.7；老地层取2。
例：自然伽马测井曲线上的读数为：
纯砂岩=15API；泥岩=90API；目的层=40API。
地层为第三系碎屑岩。求地层泥质含量。
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
35-5 35-1
5559-5581
S1k1
5564-5585
S1k1
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
第三节
自然伽马能谱测井
自然伽马测井只能反映地层中所有放射 性核素的总效应，而不能区分地层中所含放 射性核素的种类及含量。自然伽马能谱测井 即可完成这一任务。
自然伽马测井的测量原理
自然伽马测井的测量原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠自然伽马测井的测量原理。
你说这自然伽马测井啊，就好像是地层的“史官”。
它是咋工作的呢？就好比我们人啊，有一双特别的“眼睛”，能看到地层里那些看不见的秘密。
想象一下，地层里有各种矿物质吧，这些矿物质有的就带有放射性。
自然伽马测井仪呢，就专门去捕捉这些放射性物质发出的伽马射线。
这就好像是在黑暗中寻找闪光点一样，神奇吧！你可能会问啦，那它找到这些伽马射线能干啥呀？嘿嘿，这用处可大了去了！通过测量这些伽马射线的强度啥的，就能知道地层里的情况啦。
比如说，能知道地层里放射性物质的多少，这就像我们通过一个人的穿着打扮能大概了解他的性格一样。
而且啊，自然伽马测井仪可不管地层是深是浅，它都能努力去探测。
这多厉害呀！不管地层藏得多深的秘密，它都能给挖出来。
你说这自然伽马测井是不是很有意思？它就像是地层的“情报员”，默默地工作着，给我们带来关于地层的重要信息。
它不需要我们过多的操心，自己就能把活儿干得漂亮。
咱们在石油勘探、地质研究这些领域，自然伽马测井可发挥了大作用呢！没有它，很多事情可就难办咯！就像我们走路没有了眼睛，那还不得磕磕碰碰呀。
它能帮我们了解地层的岩性、划分地层啥的，这多重要啊！就好比我们要盖房子，得先知道地基稳不稳呀。
所以啊，可别小看了这自然伽马测井的测量原理。
它虽然看起来很复杂，但其实就是这么个道理，就是用特别的方法去发现地层里的秘密。
它就像是一把钥匙，能打开地层这个神秘宝库的大门。
总之呢，自然伽马测井的测量原理真的很神奇，很实用！它为我们探索地球内部的奥秘提供了有力的工具，让我们能更好地了解我们脚下的这片大地。
怎么样，是不是对自然伽马测井有了更深的认识和理解呀？。
第六章 伽马测井
第一节 自然伽马测井
计算粒度均值
第一节 自然伽马测井
计算粒度均值
3 2.5 y = 0.7957x + 1.6053 R = 0.855
M Z (Φ)
2 1.5 1 0.5 0 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
△GR
第一节 自然伽马测井
计算粒度均值
自然伽马 40 230 段 小 层 自然电位 20 80 20 井径 35 深 度 (m) 深侧向 2 2000 浅侧向 2 2000 声波时差 450 150 补偿密度 1.7 2.9 补偿中子 70 0 0 0 0 泥质 岩屑 石英 1 1 1 粒度均值 -1 4 计算均值 -1 4 薄片分析结果 岩石相
第六章 放射性测井
放射性测井分类：（按测量的放射性类型划分） 1、伽马测井：以研究伽马辐射为基础，包括 GR、NGS、地层密度、岩性密度、放射性同位 素示踪测井等。 2、中子测井：以研究中子与岩石及孔隙流体 相互作用为基础，包括热中子、超热中子、中子 伽马、脉冲中子非弹性散射伽马能谱、中子寿命 及活化测井等。
电子对效应：γ在能量大于1.022Mev时，它在物质的原子核附 电子对效应 近与核的库伦力相互作用，可以转化为一个负电子和一个正电 子，而光子本身被全部吸收。 吸收（衰减）系数 吸收（衰减）系数：伽马射线通过单位厚度的吸收介质，因此 效应导致伽马射线强度的减弱，用吸收系数标示:
NAρ 2 ∂e = K Z ( Eγ − 1.022) A
第一节 自然伽马测井
一、伽马测井的核物理基础 2、伽马射线与物质的相互作用
光电效应：当伽马射线能量较低（低于0.25Mev）时，它与组成物质 光电效应 元素原子中的电子相碰撞之后，把能量全部转交电子，使电子获得 能量后脱离其电子壳层而飞出，同时伽马射线被吸收而消失。这一 过程称为光电效应，被释放出来的电子叫光电子。
自然伽马能谱测井
器进行计数解谱得到相应的铀、钍、钾 的含量。
二、自然伽马能谱测井的 应用
• 一）研究储集层 • 1、储集层的分类 • 1）陆源碎屑岩储集层 • 包括砾岩、砂或砂岩、粉砂或粉砂岩 • 2）火山碎屑岩储集层 • 主要由火山碎屑构成，按颗粒大小可
• 分为集块岩和火山砂、凝灰或火山灰 • 3）碳酸盐岩碎屑储集层 • 主要是由贝壳碎片或碳酸盐岩碎屑堆
一、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， 该分析器将能量分为五个能量窗。
• W1: 0.15~0.5MEV • : 0.5~1.1MEV • W3: 1.32~1.575MEV • W4: 1.65~2.39MEV • W5: 2.475~2.765MEV • 五个能量窗输出的信号分别进入5个计数
2、环境监测
• 用伽马能谱测井可对放射性矿物的开采、 加工、各类核工业和科研部门的环境进 行定期监测，主要防范铀对水体的污染。 其方法是定期在观察井中做自然伽马能 谱分析，配合取样分析，观察铀系和锕 系子体的扩散。
• 式中Th为目的层钍曲线值（ppm）； Thmin为邻近不含泥质地层的钍读数 （ppm）；Thmax为邻近泥岩层的钍读 数（ppm）。
• （2）用经验公式求出泥质含量的估值， 如用公式
二）研究生油层
• 这里主要讨论用自然 伽马能谱测井从粘土 岩中定性识别生油岩 和定量估算生油指标
1、定性识别生油岩
• 1）普遍泥岩的钾、铀、钍响应 • 普通粘土岩的钾、铀、钍含量都比较高，
其中钾和钍和粘土矿产的体积含量比铀 相关性好。
二、自然伽马能谱测井的 应用
• 一）研究储集层 • 1、储集层的分类 • 1）陆源碎屑岩储集层 • 包括砾岩、砂或砂岩、粉砂或粉砂岩 • 2）火山碎屑岩储集层 • 主要由火山碎屑构成，按颗粒大小可
• 分为集块岩和火山砂、凝灰或火山灰 • 3）碳酸盐岩碎屑储集层 • 主要是由贝壳碎片或碳酸盐岩碎屑堆
一、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， 该分析器将能量分为五个能量窗。
• W1: 0.15~0.5MEV • : 0.5~1.1MEV • W3: 1.32~1.575MEV • W4: 1.65~2.39MEV • W5: 2.475~2.765MEV • 五个能量窗输出的信号分别进入5个计数
2、环境监测
• 用伽马能谱测井可对放射性矿物的开采、 加工、各类核工业和科研部门的环境进 行定期监测，主要防范铀对水体的污染。 其方法是定期在观察井中做自然伽马能 谱分析，配合取样分析，观察铀系和锕 系子体的扩散。
• 式中Th为目的层钍曲线值（ppm）； Thmin为邻近不含泥质地层的钍读数 （ppm）；Thmax为邻近泥岩层的钍读 数（ppm）。
• （2）用经验公式求出泥质含量的估值， 如用公式
二）研究生油层
• 这里主要讨论用自然 伽马能谱测井从粘土 岩中定性识别生油岩 和定量估算生油指标
1、定性识别生油岩
• 1）普遍泥岩的钾、铀、钍响应 • 普通粘土岩的钾、铀、钍含量都比较高，
其中钾和钍和粘土矿产的体积含量比铀 相关性好。
第2章自然伽马和伽马能谱测井
（北京）
CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM
油气地球物理测井工程
★自然伽马测井的测量原理
通过探测器（晶体和光电倍增管）把地层中放射的伽马射线转变为电脉冲，经过放大输送到地面仪器记录下来。
高放射性地层，地层中点取得极大值；
V：测井速度；
τ：积分电路的时间常数。
值低）；
与地层分别地质年代有关的经验参数，
；
y = 8.4179e2.7793x
R = 0.937
20
40
60
80
100
00.20.40.60.81
自然伽马相对值
岩
心
泥
质
含
量
(
%
)
密度中子交会法自然伽马法
泥质
指示
长
4
＋
52
原解释厚度4m，现解释
厚度11m
油：22.1t/d
X衍射和薄片分析表明：该段岩石骨架为石英、长石；石英
含量47.23%，长石含量38.63%，粘土含量较常规高
粘土中富含高放射性的云母等矿物。
1) 钍系：钍系是从232Th开始的，到206Pb结束，半衰
放射系长期平衡：
Examples of Spectral Gamma Ray Log。
自然伽马测井名词解释
自然伽马测井名词解释
自然伽马测井是一种采用伽马射线来测量地层岩石物性的测井
方法。
在这个过程中，使用伽马探测器来测量地下岩石内的自然伽马辐射，并将其转换成对应的计数率。
这些计数率可以帮助地质学家确定地层的岩性、厚度和密度等信息。
以下是自然伽马测井中一些常见的名词及其解释：
1. 伽马射线（Gamma Ray）：一种高能电磁波，由放射性核衰变产生。
在自然伽马测井中，伽马射线可以用来测量地层的放射性特性，从而确定地层类型和分界面。
2. 自然伽马辐射（Natural Gamma Radiation）：指来自地下岩石的自然放射性元素（如铀、钍、钾等）所发出的伽马射线。
自然伽马测井利用这种辐射来识别地层特征。
3. 计数率（Count Rate）：指测量仪器在一定时间内记录到的伽马射线计数数目。
计数率越高，表示所测地层中放射性物质的含量也越高。
4. 电阻率（Resistivity）：指材料对电流通过的阻力。
自然伽马测井中，电阻率可以用来确定地层的导电特性。
通过与伽马计数率结合使用，可以帮助地质学家确定地层的矿物组成和岩性。
5. 伽马探测器（Gamma Ray Detector）：一种专门用于检测伽马射线的探测器。
常见的探测器包括NaI（Tl）闪烁体探测器、BGO晶体探测器等，这些探测器可以测量伽马射线的能量和计数率，并将其转换成电信号输出。
总的来说，自然伽马测井是一种重要的地球物理勘探方法，广泛应用于油气勘探、地质调查和环境监测等领域。
了解自然伽马测井中的相关名词及其解释，有助于深入理解这一技术，并更好地应用于实际工作中。
第四章核测井-伽马测井
成1峰峰37的CCD平：s：E台为Xm 1B3射反E7i：nmmr线散Ba是xae峰射康1(峰me普302（c2顿E2mkE2光e效r20Er2v,c电1E应)3r27r效m产B应0a生.040的7..171138987M44BMeaMveevv）
八、 散射伽马射线仪器谱
b.每个地址对应存储 器的一个记录道， 每进一个脉冲就增 加一个计数
c.累积每道计数,得到一 个谱(计数率与道址)
道址∝脉冲幅度∝能量(伽马在晶体中损失的能量）
计数率∝伽马射线强度 仪器谱：用伽马谱仪测的自然伽马射线脉冲幅度 谱(计数率与道址)
探测器主要参数
（1）计数率： 探测器每分钟输出的脉冲个数， 计数率的大小与入射的射线的强 度成正比
（二）自然伽马仪器的探测特性
定义探测范围：半径为r 的球（或柱）对测 量结果的贡献占全空间的贡献的90%时，球 （或柱）的半径
主要由地层的吸收系数、探测器长度、伽马 射线的能量等决定
探测特性
径向：探测深度最大为46cm 纵向：分辨率约为1m
（三）自然伽马曲线特点 （1）曲线有统计性涨落变化（不光滑曲线）
)
θ=0,180
（ （12））当当θθ==018o时0o，时E, r散'=射Er，光电子子能的量能最量小为,为0：，光 子能量没有损失。
E m in r
Er
1
2Er m0c 2
康普顿电子能量最大值：
E
max e
2E2r m0c2 2Er
（三）电子对效应 h Ee Ee 2moc2
闪烁探测器输出脉冲幅度和能谱响应
1）输出脉冲幅度：与入射伽马光子在闪烁体 中损失的能量成正比，而光子是通过三种效应 损失能量的，且各不相同。
八、 散射伽马射线仪器谱
b.每个地址对应存储 器的一个记录道， 每进一个脉冲就增 加一个计数
c.累积每道计数,得到一 个谱(计数率与道址)
道址∝脉冲幅度∝能量(伽马在晶体中损失的能量）
计数率∝伽马射线强度 仪器谱：用伽马谱仪测的自然伽马射线脉冲幅度 谱(计数率与道址)
探测器主要参数
（1）计数率： 探测器每分钟输出的脉冲个数， 计数率的大小与入射的射线的强 度成正比
（二）自然伽马仪器的探测特性
定义探测范围：半径为r 的球（或柱）对测 量结果的贡献占全空间的贡献的90%时，球 （或柱）的半径
主要由地层的吸收系数、探测器长度、伽马 射线的能量等决定
探测特性
径向：探测深度最大为46cm 纵向：分辨率约为1m
（三）自然伽马曲线特点 （1）曲线有统计性涨落变化（不光滑曲线）
)
θ=0,180
（ （12））当当θθ==018o时0o，时E, r散'=射Er，光电子子能的量能最量小为,为0：，光 子能量没有损失。
E m in r
Er
1
2Er m0c 2
康普顿电子能量最大值：
E
max e
2E2r m0c2 2Er
（三）电子对效应 h Ee Ee 2moc2
闪烁探测器输出脉冲幅度和能谱响应
1）输出脉冲幅度：与入射伽马光子在闪烁体 中损失的能量成正比，而光子是通过三种效应 损失能量的，且各不相同。