第八章 密度测井
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第8章-密度测井和岩性密度测井
第八章 密度测井和岩性密度测井此两种测井方法是由伽马源向地层发射伽马射线，经与地层介质相互作用后，再由伽马探测器接收（即为伽马-伽马测井），地层不同，探测器记录的读数不同，从而被用来研究地层性质。
§1 密度测井、岩性密度测井的地质物理基础一、岩石的体积密度b ρ（即真密度）： VG b =ρ （单位体积岩石的质量）对含水纯岩石： φρφρρρρφ⋅+-=⋅+⋅=+=f ma f ma ma fma b V V V VG G )1( 单位：（g/cm 3）其中：V V V ma =+φ（1）组成岩石的骨架矿物不同，ρma 不同，如石英为2.65，方解石为2.71，白云石为2.87，对于相同孔隙度得到的体积密度也就不同，由此可判断岩性；另一方面，利用体积密度计算孔隙度时，必须得先确定岩性。
（2）孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着φ的增加ρb 减小，由此可求φ。
且（盐水泥浆）（淡水泥浆）1.10.1=f ρ二、康普顿散射吸收系数∑中等能量γ射线与介质发生康普顿散射康普顿散射而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)： A N z b A eρσ⋅⋅=∑ 沉积岩中大多数核素A z 均接近于0.5(见表8-1, P138)，常见的砂岩、石灰岩、白云岩的A z 的平均值也近似为0.5(见表8-2)，所以对于一定能量范围的伽马射线（e σ为常数），∑只与b ρ有关。
密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的γ射线的强度来测量岩石的密度。
三、岩石的光电吸收截面1、线性光电吸收系数：当γ的能量大于原子核外电子的结合能时，发生光电效应的概率。
n A Z λρτ1.40089.0=2、岩石的光电吸收截面指数Pe 它是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，即伽马光子与岩石中一个电子发生光电效应的平均光电吸收截面，单位b/电子。
而它与原子序数关系为：Pe=aZ 3.6a 为常数，地层岩性不同，Pe 有不同的值，也就是说Pe 对岩性敏感，可以以来确定岩性，Pe 是岩性密度测井测量的一个参数。
地球物理测井.密度测井及岩性密度测井
2.648
2.712
2.876
2.977
1.355～1.796
1
0.85
地球物理测井.放射性测井 影响岩石密度的因素：
2
孔隙度
孔隙性地层相当于致密地层中岩石骨架的一部分被密度
小的水、原油或天然气所代替，故其密度小于致密地层。孔
隙度越大，地层的密度越小。所以用密度测井资料可以求地 层的孔隙度。密度测井是三种主要孔隙度测井方法之一。
e
式中
e
ZN Ab A
—每个电子的康普顿散射截面。
地球物理测井.放射性测井
1.密度测井的核物理基础
3、光电效应： (E＜ 0.2 Mev )
电子
光电效应的吸收系数：
能量较低的伽马射线穿过物质与原 子中的电子相碰撞，并将其能量交 给电子，使电子脱离原子而运动， 伽马光子本身则整个被吸收，被释 放出来的电子叫自由电子，这种效 应叫光电效应。此时产生的自由电 子被称为光电子。
石英 2.654 2.65 2.648
方解石 2.71 2.708 2.712
白云石 2.87 2.863 2.876
硬石膏 2.96 2.957 2.977
无烟煤 1.4～1.8 1.442～1.852 1.355～1.796
烟煤 1.2～1.5 1.272～1.59 1.173～1.514
淡水 1 1.11 1
电子对吸收系数：t
电子
当伽马射线能量较高时，射 线粒子与物质的原子核发生碰撞， 从原子核中打出一正一负两个电 子，而本身被全部吸收，称为电 子对。射线能量降低，射线与物 质的这种作用过程称为电子对效 应。
原子核
+e -e
伽马射线
地球物理测井.放射性测井
第8章-密度测井和岩性密度测井
第八章 密度测井和岩性密度测井此两种测井方法是由伽马源向地层发射伽马射线，经与地层介质相互作用后，再由伽马探测器接收（即为伽马-伽马测井），地层不同，探测器记录的读数不同，从而被用来研究地层性质。
§1 密度测井、岩性密度测井的地质物理基础一、岩石的体积密度b ρ（即真密度）： VG b =ρ （单位体积岩石的质量）对含水纯岩石： φρφρρρρφ⋅+-=⋅+⋅=+=f ma f ma ma fma b V V V VG G )1( 单位：（g/cm 3）其中：V V V ma =+φ（1）组成岩石的骨架矿物不同，ρma 不同，如石英为2.65，方解石为2.71，白云石为2.87，对于相同孔隙度得到的体积密度也就不同，由此可判断岩性；另一方面，利用体积密度计算孔隙度时，必须得先确定岩性。
（2）孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着φ的增加ρb 减小，由此可求φ。
且（盐水泥浆）（淡水泥浆）1.10.1=f ρ二、康普顿散射吸收系数∑中等能量γ射线与介质发生康普顿散射康普顿散射而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)： A N z b A eρσ⋅⋅=∑ 沉积岩中大多数核素A z 均接近于0.5(见表8-1, P138)，常见的砂岩、石灰岩、白云岩的A z 的平均值也近似为0.5(见表8-2)，所以对于一定能量范围的伽马射线（e σ为常数），∑只与b ρ有关。
密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的γ射线的强度来测量岩石的密度。
三、岩石的光电吸收截面1、线性光电吸收系数：当γ的能量大于原子核外电子的结合能时，发生光电效应的概率。
n A Z λρτ1.40089.0=2、岩石的光电吸收截面指数Pe 它是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，即伽马光子与岩石中一个电子发生光电效应的平均光电吸收截面，单位b/电子。
而它与原子序数关系为：Pe=aZ 3.6a 为常数，地层岩性不同，Pe 有不同的值，也就是说Pe 对岩性敏感，可以以来确定岩性，Pe 是岩性密度测井测量的一个参数。
第8章 密度测井和岩性密度测井
U
U V
i 1 i
n
i
Ui、Vi分别为组成岩石各部分的光电吸收截面和相对体积。
2016/7/26 测井方法 8
三 岩石的光电吸收截面
如孔隙度为φ的纯砂岩的光电吸收截面为：
U (1 )U ma U f
体积光电吸收截面U与光电吸收截面指数Pe有 近似关系：
Pe U / b
且： f
2016/7/26
1.（淡水泥浆） 0 1.（盐水泥浆） 1
测井方法 4
二 康普顿散射吸收系数Σ
中等能量射线与介质发生康普顿散射康普顿散射 而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿 效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)：
z N A b e A
沉积岩中大多数核素Z/A均接近于0.5，常见的砂岩、 石灰岩、白云岩的Z/A的平均值也近似为0.5，所以对于 一定能量范围的伽马射线（σe为常数）， Σ只与ρb 有关。 密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的射线 的强度来测量岩石的密度。
2016/7/26
测井方法
14
第三节 岩性密度测井
一、岩性密度测井的基本原理 二、岩性密度测井的应用
2016/7/26
测井方法
15
一 岩性密度测井的基本原理
伽马源产生的单能γ射线照射地层，其高能谱段 的γ，只受康普顿效应影响，低能谱段，主要受光电 效应的影响。在高能区设立窗口，计数γ计数率，确 定地层密度，为补偿泥饼的影响，采用长短两个探测 器，得到地层密度和泥饼补偿值ρb和Δρ；低能区开 设窗口，计数γ，以测量地层的光电吸收截面指数Pe。 实际上是利用低能窗和高能窗计数率比值进行光电吸 收截面指数计算的。
2016/7/26
U V
i 1 i
n
i
Ui、Vi分别为组成岩石各部分的光电吸收截面和相对体积。
2016/7/26 测井方法 8
三 岩石的光电吸收截面
如孔隙度为φ的纯砂岩的光电吸收截面为：
U (1 )U ma U f
体积光电吸收截面U与光电吸收截面指数Pe有 近似关系：
Pe U / b
且： f
2016/7/26
1.（淡水泥浆） 0 1.（盐水泥浆） 1
测井方法 4
二 康普顿散射吸收系数Σ
中等能量射线与介质发生康普顿散射康普顿散射 而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿 效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)：
z N A b e A
沉积岩中大多数核素Z/A均接近于0.5，常见的砂岩、 石灰岩、白云岩的Z/A的平均值也近似为0.5，所以对于 一定能量范围的伽马射线（σe为常数）， Σ只与ρb 有关。 密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的射线 的强度来测量岩石的密度。
2016/7/26
测井方法
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第三节 岩性密度测井
一、岩性密度测井的基本原理 二、岩性密度测井的应用
2016/7/26
测井方法
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一 岩性密度测井的基本原理
伽马源产生的单能γ射线照射地层，其高能谱段 的γ，只受康普顿效应影响，低能谱段，主要受光电 效应的影响。在高能区设立窗口，计数γ计数率，确 定地层密度，为补偿泥饼的影响，采用长短两个探测 器，得到地层密度和泥饼补偿值ρb和Δρ；低能区开 设窗口，计数γ，以测量地层的光电吸收截面指数Pe。 实际上是利用低能窗和高能窗计数率比值进行光电吸 收截面指数计算的。
2016/7/26
第八章密度测井
*
S xS mc (1 xS ) b
*
加权和
1 xL * b L mc 1 xL 1 xS
mc
*
1 xS 1 S b xS xS
1 将后式代入前式得： b (ln N B ) A
xL 1 b L (L S ) L (L S ) xS x L K
6.散射伽马计数率与ρb的关系(=μm ρb) 由两个过程决定： （1）源发射的光子经地层一次或多次散射 后能到达探测器的光子数 ρb 越大，计数率越高 （2）射向探测器的光子被再散射而改变方 向或被吸收的光子数 ρb 越大，计数率越低
哪个过程起主导作用取决于: 源距
7.散射伽马计数率N与ρb及源距d的关系
2ne 2 ni Zi b 岩石单一化合物组成: e NA M
2.电子密度指数（电子密度）与体积密度的关系
e b
元素的 2(Z/A)数值表 元素 H C O Na Mg Al Si S Cl K Ca A 1.0079 12.011 15.999 22.9898 24.305 26.9815 28.085 32.06 35.453 39.039 40.04 Z 1 6 8 11 12 13 14 16 17 19 20 2(Z/A) 1.9843 0.9991 1.0000 0.9569 0.9875 0.9636 0.997 0.9981 0.9590 0.9734 0.9988
式中：Zi——分子中第i种原子的原子序数 ni——分子中第i种原子的个数 M——化合物分子的摩尔质量, g/mol
二 .岩石的电子密度指数（测井）
2 ne 1.电子密度指数ρe: e NA
N A b Z ne A
S xS mc (1 xS ) b
*
加权和
1 xL * b L mc 1 xL 1 xS
mc
*
1 xS 1 S b xS xS
1 将后式代入前式得： b (ln N B ) A
xL 1 b L (L S ) L (L S ) xS x L K
6.散射伽马计数率与ρb的关系(=μm ρb) 由两个过程决定： （1）源发射的光子经地层一次或多次散射 后能到达探测器的光子数 ρb 越大，计数率越高 （2）射向探测器的光子被再散射而改变方 向或被吸收的光子数 ρb 越大，计数率越低
哪个过程起主导作用取决于: 源距
7.散射伽马计数率N与ρb及源距d的关系
2ne 2 ni Zi b 岩石单一化合物组成: e NA M
2.电子密度指数（电子密度）与体积密度的关系
e b
元素的 2(Z/A)数值表 元素 H C O Na Mg Al Si S Cl K Ca A 1.0079 12.011 15.999 22.9898 24.305 26.9815 28.085 32.06 35.453 39.039 40.04 Z 1 6 8 11 12 13 14 16 17 19 20 2(Z/A) 1.9843 0.9991 1.0000 0.9569 0.9875 0.9636 0.997 0.9981 0.9590 0.9734 0.9988
式中：Zi——分子中第i种原子的原子序数 ni——分子中第i种原子的个数 M——化合物分子的摩尔质量, g/mol
二 .岩石的电子密度指数（测井）
2 ne 1.电子密度指数ρe: e NA
N A b Z ne A
第八章密度测井
矿物的密度数据表
矿物 石英 方解石 白云石 硬石膏 钾盐 岩盐 石膏 无烟煤 分子式 SiO2 CaCO3 CaMg(CO3)2 CaSO4 KCl NaCl CaSO4· 2H2O 密度/g· cm-3 2.654 2.710 2.870 2.960 1.980 2.165 2.32 1.400 1.800 1.200 1.500 H2O H2O+NaCl N(CH2) CH4 1.000 1.146 0.85 ρ(CH4)
视密度/g· cm-3 2.648 2.710 2.876 2.977 1.863 2.032 2.351 1.355 1.796 1.173 1.514 1.000 1.135 0.850 ρa(CH4)
烟煤 淡水 矿化水 原油 甲烷
1.060 1.1101 1.0797 1.1407 1.247
(1)当Δρ=0时,即没有泥饼影响,得脊线方程：
AL ln N L BL (ln N S BS ) AS
脊线的斜率为:AL/AS
脊角α为: arctg AL
AS
理想脊肋示意图
(2)当Δρ≠0时，有泥饼影响,得肋线方程:
1 AL KAL ln N L BL (ln N S BS ) b K 1 AS K 1
8、密度测井采用不同源距的两个伽马射线探 测器，以补偿泥饼对测量的影响，称为补偿密 度测井。 常用短源距为15~25cm，长源距为35 ~40cm
二、泥饼对计数率的影响 1、影响的定性描述 （1）渗透性地层的井壁通常积有泥饼，它 对计数率的贡献与仪器的探测深度有关 （2）用蒙特卡罗方法，考察源距分别为30cm 和50cm的仪器对纯石灰岩骨架的探测深度。计 算结果表明，计数的90%来自经向厚度大约 5cm的地层，泥饼的影响不能忽略
第8章 密度和岩性密度测井(2课时)
一种方法。
38
13
8.2 密度测井
一、密度测井原理
所选伽马源是能量范围为0.66Mev的铯等能量中等的伽马源。这时的吸收系 数基本上是以康普顿效应的吸收系数μ为主的，其它两种效应的吸收系数都可 以忽略不计。 测井时所用的伽马源不变，所以测井时井下仪器所测到的散射伽马强度就是 与地层岩石密度有关的函数。
解:地层孔隙度=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14
地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.60)/(2.71-1.0)=0.06
38
24
8.2 密度测井
2、识别气层
密度测井和中子测井曲线重叠识别气层，判 断岩性。 天然气相对于地层水和石油而言，其密 度很低，密度测井时，其密度值也较低，故由 上式计算的孔隙度比实际孔隙度偏大，而在中
38
30
8.3 岩性密度测井
0.661MeV伽马射线通过地层介质，高能谱段的伽马 射线，受康普顿效应散射影响，到达探测器的伽马射 线数量是地层介质电子密度的函数，正比于地层体积 密度，计数伽马射线的计数率，再根据计数率和介质 密度的关系求出密度，因受泥饼影响，该密度不等于
地层的体积密度，为补偿泥饼影响，采用长、短源距
38 21
8.2 密度测井
38
22
8.2 密度测井
二、密度测井资料的应用
1、确定岩层的孔隙度 地层的岩石密度由岩石的骨架密度和其中所含流体的密度共同影响，这
两个参数是基本不变的，因而岩石的体积密度就直接和其中的流体含量，
即孔隙度有关，它们的关系可表示为：
不同的岩性，其骨架密度不同，砂岩一般为2.65，石灰岩为2.71， 白云岩为2.87。在已知岩性和孔隙流体的情况下，就可由密度测井确定 岩层孔隙度。
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8.2 密度测井
一、密度测井原理
所选伽马源是能量范围为0.66Mev的铯等能量中等的伽马源。这时的吸收系 数基本上是以康普顿效应的吸收系数μ为主的，其它两种效应的吸收系数都可 以忽略不计。 测井时所用的伽马源不变，所以测井时井下仪器所测到的散射伽马强度就是 与地层岩石密度有关的函数。
解:地层孔隙度=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14
地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.60)/(2.71-1.0)=0.06
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8.2 密度测井
2、识别气层
密度测井和中子测井曲线重叠识别气层，判 断岩性。 天然气相对于地层水和石油而言，其密 度很低，密度测井时，其密度值也较低，故由 上式计算的孔隙度比实际孔隙度偏大，而在中
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8.3 岩性密度测井
0.661MeV伽马射线通过地层介质，高能谱段的伽马 射线，受康普顿效应散射影响，到达探测器的伽马射 线数量是地层介质电子密度的函数，正比于地层体积 密度，计数伽马射线的计数率，再根据计数率和介质 密度的关系求出密度，因受泥饼影响，该密度不等于
地层的体积密度，为补偿泥饼影响，采用长、短源距
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8.2 密度测井
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8.2 密度测井
二、密度测井资料的应用
1、确定岩层的孔隙度 地层的岩石密度由岩石的骨架密度和其中所含流体的密度共同影响，这
两个参数是基本不变的，因而岩石的体积密度就直接和其中的流体含量，
即孔隙度有关，它们的关系可表示为：
不同的岩性，其骨架密度不同，砂岩一般为2.65，石灰岩为2.71， 白云岩为2.87。在已知岩性和孔隙流体的情况下，就可由密度测井确定 岩层孔隙度。
第8章密度测井
⑴ 电子对效应--当能量大于1.02MeV的伽马射线穿过原子核附近时，在 原子核库仑场的作用下形成一对正、负电子，伽马射线本身被吸收，这种过 程称为电子对效应。
电子对效应
伽马射线穿过单位距离的物质时，由于电子对效应使其强度减弱，用吸 收系数k表示。经验表明k与原子序数Z的平方成正比。
⑵ 康普顿效应--当伽马射线的能量中等时，伽马射线与原子中的电子发生 碰撞，把一部分能量传给电子，使电子沿某一方向射出，损失了部分能量的 伽马射线沿另一方向射出，这种效应为康普顿效应，碰撞后射出的电子叫作 康普顿电子。
右图为补偿地层测井 曲线，图中右侧的密度
校正值Δρ 曲线用来表
示测井曲线的质量，不 代表真正的校正值，利
用密度校正值Δρ 曲线与
井径曲线配合，即可判 断测井质量是否可靠。
补偿地层测井曲线
三、 密度刻度
直接用密度记录测井曲线，需对密度测井仪进行制度
一级刻度：在标准刻度井内进行的刻度
二级刻度：利用根据标准刻度井制作的刻度器对仪器进行制度 为二级刻度。
Al 2.7g/cm3
Mg 1.76g/cm3
三级刻度：一种便携式带标定源的刻度器。利用标定源所放出 已知强度的信号模拟某种地层密度放射伽马射线强度。常用 于现场对仪器进行刻度。
用充满水的石灰岩对仪器进行刻度，得出体积密度
ρb与电子密度系数ρe之间的关系：线通过物质的吸收规律
γ射线通过物质时，与物质发生作用其能量不断减弱，强度逐渐 减小的过程称为γ射线被吸收。吸收规律
I=I0e- μ L
lnI=lnI0-N0σcρbL/2
I0——初始强度；L——距离；μ——物质总吸收系数。
→距放射源为L处，接收到强度I是体积密度的函数。
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4.含水泥质砂岩的密度为2.25,地层水密度为1.0.地层泥 质含量为0.24,泥岩密度为2.55.求地层孔隙度和视石灰 岩孔隙度. 解: 地层孔隙度=(2.65-2.25)/(2.65-1.0)
-0.24*(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22 地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27
不变的过渡带
计
密度增加
数
率
能量(kev) 图8-2 Z相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应
第二节 密度测井
一、密度测井的基本原理 1、井下仪
图8-3为补偿密度测井仪的示意图，它包 括一个伽马源，两个伽马光子探测器。它们 安装在滑板上，测井时将滑板推靠到井壁上 。在下井仪器的上方装有辅助电子线路。
图8-12 计数率比与Pe的关系曲线
由此，通过测量高能段、低能段的伽马光子数，即 可确定地层密度 、光电吸收截面指数和地层体积光 电吸收截面U。
岩性密度测井的输出为：地层密度、地层密度的 泥饼校正值、光电吸收截面指数Pe和地层体积光电 吸收截面U。如图8-13所示。
图8-13 实测的Pe曲线图
2）、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。 气层：密度视石灰岩孔隙度大，密度低，中
子孔隙度低。
3）、密度-中子测井交会图确定地层岩性及孔隙 度。
第三节 岩性密度测井
岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电效 应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及岩 性。 一、岩性密度测井的基本原理
1、井下仪 岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的相 似。测井时，井下仪的滑板被推倒井壁上，滑 板上装有铯伽马源和长、短源距的伽马光子探 测器。
Pe Z 3.6
其中：α为常数。
(8-10)
2、体积光电吸收截面U来自体积光电吸收截面U：每立方厘米物质的光
电吸收截面。单位为 b / cm3。
n
U U iVi i 1
(8-11)
其中：Ui、Vi分别为组成岩石的第I部分的体积光电
吸收截面和相对体积。
岩石体积光电吸收截面U与光电吸收截面
2）、测量原理
密度测井测量的地层视密度与下列因素有关
：泥饼密度与地层密度的关系、泥饼厚度。为了
补偿泥饼的影响，测量时，将长、短源距的探测
器测量的伽马光子的计数率合并，以求出经过校
正的地层密度
和泥饼影响校正值
b
。这在很
大程度上补偿了泥饼的影响，同时在有限范围内
补偿了井壁不平产生的影响。
二、密度测井资料的应用 1、密度测井的输出
0.30 0.25 0.20 0.15 0.10
灰岩 白云 岩 砂岩
流 体密 度 ＝ 1
白云岩：D
0.05
0.00
-0.05
-0.10 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
地 层密 度 孔隙度
图8－11 视石灰岩密度孔隙度与地层岩性的关系（水层）
1.11
0.385
1.21
0.12
1.14密度
0.119
U
4.79 13.77 9.0 8.11 14.95 0.4 1.36
0.136密 度
四、伽马射线通过物质时的能谱 图8-1为0.661MeV伽马射线打入密度相
同而原子序数不同的三种地层的伽马能谱曲 线。 由图看出： 1）在低能区，原子序数越大，计数率越低， 说明物质吸收的伽马光子数越多； 2）计数率最大值对应的伽马光子能量随Z值 的增大而降低； 3）高能区，计数率几乎与Z无关。
1.0
0.3
0.8
0.6
0.2
0.4
0.2
0.1
灰岩
0.0 0.0
0.1
0.2
地 层孔 隙 度
流体密度＝1，
D
流体密度小于1，
D
0.3
图8－10 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（灰岩）
视 石 灰 岩 密 度 孔 隙度
砂岩：D 灰岩：D
0.35
指数Pe存在近似关系
Pe U / b
(8-12)
矿物
密度
石英
2.65
方解石 2.71
白云石 2.87
石膏
2.32
硬石膏 2.96
淡水
1.0
盐水
1.12
0.2mg/L
石油
0
表8－2 岩性参数表 电子密度指数 Pe
2.65
1.81
2.71
5.08
2.86
3.14
2.372
3.42
2.957
5.05
3、地层密度测井资料的应用 1）、确定地层孔隙度 在已知地层岩性及孔隙流体性质的条件下，应
用下式即可确定地层孔隙度：
纯地层
ma b ma f
(8-18)
泥质地层
ma b ma f
vsh
ma sh ma f
(8-19)
注：声波时差确定的孔隙度是地层原生孔隙度； 密度确定的孔隙度是地层总孔隙度（原生孔隙度＋次 生孔隙度）．
过渡带随Z值 增加右移
计 数 率
Z增加
能量（kev) 图8-1 密度相同,Z不同的介质中测得的
散射吸收伽马能谱
图8-2为Z相同而密度不同是的散射伽马能谱 的分布曲线。从图上看出: 1)、低能区，随密度增加，计数率减小； 2）、 计数率最大值对应的伽马射线能量与密度无关； 3）、在高能区，计数率随密度增加而减小。
第一节 密度测井和岩性密度测井的地质基础
一、岩石体密度
1、矿物的电子密度及电子密度指数
单原子组成的矿物的电子密度及电子密度指数
ne
NA
Z A
(8-1)
e
2
Z A
(8-2)
化合物组成的矿物,其电子密度和电子 密度指数分别为
ne N A
njZj
M
(8-3)
e
2ne NA
e
ma me
f fe
me
ma
(8-7)
岩石视密度 根据方解石和淡水的体积密度及电子密度指
数，得岩石的体积密度，即岩石视密度。
岩石视密度与其电子密度指数的关系：
b 1.0704 e 0.1883 (8-8)
二、康普顿散射吸收系数Σ
中等能量的伽马射线和物质发生康普顿散射，散射
视 石 灰 岩 密 度 孔隙度
0.4
流 体密 度
0.3
1.0
0.8
0.6
0.2
0.4
0.2
0.1
0.0
-0.1
-0.1
0.0
白云 岩
地 层孔 隙度
0.1
0.2
当 0.16 时；
1.16 f
D
当 0.16 时；
1.16 f
0.3
D
图8－8 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（白云岩）
地层密度 b
泥饼影响校正值
视石灰岩孔隙度 D
如图8-6、8－7所示。
图8-6 密度测井曲线实例
图8－7 密度测井曲线
2、视石灰岩孔隙度 D
D
ma b ma f
2.71 b
2.71 1.0
(8-17)
讨论：有定义不难看出： 1）地层的视石灰岩孔隙度与岩性、孔隙度、孔隙流 体性质有关。 2）纯砂岩地层的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度； 3）含气纯灰岩的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度； 4）含水纯白云岩的视石灰岩孔隙度小于其孔隙度。
增加而减小；
计
数
率
密度相同，短源距
计数率高；
短源距探测器 长源距探测器
地层密度
图8-4 计数率与地层密度的关系 （无泥饼）
图8-5、 长、短 源距计 数率与 泥饼厚 度、地 层密度
的关系
泥饼厚度增加
当泥饼密度 不同于地层
密度时，泥
饼影响随泥
饼厚度的增
计
加而增大。
数
率 泥饼密度<地层密度
泥饼密度>地层密度
的结果使伽马射线强度降低，康普顿散射吸收系数Σ
：
e
NAZ A
b
(8-9)
常数当，入所射以伽，马康射普线顿的散能射量吸在收一系定数范Σ围仅内与时岩, 石密度e 是
有关。且正比于岩石密度。
三、岩石的光电吸收截面 1、岩石的光电吸收截面指数Pe
岩石的光电吸收截面指数：指伽马光子与岩石 中一个电子发生的平均光电吸收截面，单位为 b/电子。它与原子序数的关系为：
2、测量原理 铯伽马源产生的伽马射线的能量为
0.661MeV，这种能量的伽马光子通过地层时 ，其高能段的伽马射线，只受康普顿效应的影 响，探测到的伽马光子数与地层密度有关。在 低能谱段，伽马射线主要受光电效应的影响。 低能段的伽马光子计数率与高能段的伽马光子 计数率的比与地层的光电吸收截面指数Pe有 线性关系，如图8-12所示。
N N 0e L
(8-13)
如果只存在康普顿效应，则μ为康普顿散
射吸收系数。同时，由于沉积岩的Z/A≈0.5，
故：
N N e
e
ZN A
A
b
L
0
(8-14)
即： ln N ln N 0 Kb L (8-15)
其中： K e N A 2
(8-16)
计数率随地层密度的
2
njZj
M
(8-4)
nj
-0.24*(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22 地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27
不变的过渡带
计
密度增加
数
率
能量(kev) 图8-2 Z相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应
第二节 密度测井
一、密度测井的基本原理 1、井下仪
图8-3为补偿密度测井仪的示意图，它包 括一个伽马源，两个伽马光子探测器。它们 安装在滑板上，测井时将滑板推靠到井壁上 。在下井仪器的上方装有辅助电子线路。
图8-12 计数率比与Pe的关系曲线
由此，通过测量高能段、低能段的伽马光子数，即 可确定地层密度 、光电吸收截面指数和地层体积光 电吸收截面U。
岩性密度测井的输出为：地层密度、地层密度的 泥饼校正值、光电吸收截面指数Pe和地层体积光电 吸收截面U。如图8-13所示。
图8-13 实测的Pe曲线图
2）、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。 气层：密度视石灰岩孔隙度大，密度低，中
子孔隙度低。
3）、密度-中子测井交会图确定地层岩性及孔隙 度。
第三节 岩性密度测井
岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电效 应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及岩 性。 一、岩性密度测井的基本原理
1、井下仪 岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的相 似。测井时，井下仪的滑板被推倒井壁上，滑 板上装有铯伽马源和长、短源距的伽马光子探 测器。
Pe Z 3.6
其中：α为常数。
(8-10)
2、体积光电吸收截面U来自体积光电吸收截面U：每立方厘米物质的光
电吸收截面。单位为 b / cm3。
n
U U iVi i 1
(8-11)
其中：Ui、Vi分别为组成岩石的第I部分的体积光电
吸收截面和相对体积。
岩石体积光电吸收截面U与光电吸收截面
2）、测量原理
密度测井测量的地层视密度与下列因素有关
：泥饼密度与地层密度的关系、泥饼厚度。为了
补偿泥饼的影响，测量时，将长、短源距的探测
器测量的伽马光子的计数率合并，以求出经过校
正的地层密度
和泥饼影响校正值
b
。这在很
大程度上补偿了泥饼的影响，同时在有限范围内
补偿了井壁不平产生的影响。
二、密度测井资料的应用 1、密度测井的输出
0.30 0.25 0.20 0.15 0.10
灰岩 白云 岩 砂岩
流 体密 度 ＝ 1
白云岩：D
0.05
0.00
-0.05
-0.10 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
地 层密 度 孔隙度
图8－11 视石灰岩密度孔隙度与地层岩性的关系（水层）
1.11
0.385
1.21
0.12
1.14密度
0.119
U
4.79 13.77 9.0 8.11 14.95 0.4 1.36
0.136密 度
四、伽马射线通过物质时的能谱 图8-1为0.661MeV伽马射线打入密度相
同而原子序数不同的三种地层的伽马能谱曲 线。 由图看出： 1）在低能区，原子序数越大，计数率越低， 说明物质吸收的伽马光子数越多； 2）计数率最大值对应的伽马光子能量随Z值 的增大而降低； 3）高能区，计数率几乎与Z无关。
1.0
0.3
0.8
0.6
0.2
0.4
0.2
0.1
灰岩
0.0 0.0
0.1
0.2
地 层孔 隙 度
流体密度＝1，
D
流体密度小于1，
D
0.3
图8－10 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（灰岩）
视 石 灰 岩 密 度 孔 隙度
砂岩：D 灰岩：D
0.35
指数Pe存在近似关系
Pe U / b
(8-12)
矿物
密度
石英
2.65
方解石 2.71
白云石 2.87
石膏
2.32
硬石膏 2.96
淡水
1.0
盐水
1.12
0.2mg/L
石油
0
表8－2 岩性参数表 电子密度指数 Pe
2.65
1.81
2.71
5.08
2.86
3.14
2.372
3.42
2.957
5.05
3、地层密度测井资料的应用 1）、确定地层孔隙度 在已知地层岩性及孔隙流体性质的条件下，应
用下式即可确定地层孔隙度：
纯地层
ma b ma f
(8-18)
泥质地层
ma b ma f
vsh
ma sh ma f
(8-19)
注：声波时差确定的孔隙度是地层原生孔隙度； 密度确定的孔隙度是地层总孔隙度（原生孔隙度＋次 生孔隙度）．
过渡带随Z值 增加右移
计 数 率
Z增加
能量（kev) 图8-1 密度相同,Z不同的介质中测得的
散射吸收伽马能谱
图8-2为Z相同而密度不同是的散射伽马能谱 的分布曲线。从图上看出: 1)、低能区，随密度增加，计数率减小； 2）、 计数率最大值对应的伽马射线能量与密度无关； 3）、在高能区，计数率随密度增加而减小。
第一节 密度测井和岩性密度测井的地质基础
一、岩石体密度
1、矿物的电子密度及电子密度指数
单原子组成的矿物的电子密度及电子密度指数
ne
NA
Z A
(8-1)
e
2
Z A
(8-2)
化合物组成的矿物,其电子密度和电子 密度指数分别为
ne N A
njZj
M
(8-3)
e
2ne NA
e
ma me
f fe
me
ma
(8-7)
岩石视密度 根据方解石和淡水的体积密度及电子密度指
数，得岩石的体积密度，即岩石视密度。
岩石视密度与其电子密度指数的关系：
b 1.0704 e 0.1883 (8-8)
二、康普顿散射吸收系数Σ
中等能量的伽马射线和物质发生康普顿散射，散射
视 石 灰 岩 密 度 孔隙度
0.4
流 体密 度
0.3
1.0
0.8
0.6
0.2
0.4
0.2
0.1
0.0
-0.1
-0.1
0.0
白云 岩
地 层孔 隙度
0.1
0.2
当 0.16 时；
1.16 f
D
当 0.16 时；
1.16 f
0.3
D
图8－8 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（白云岩）
地层密度 b
泥饼影响校正值
视石灰岩孔隙度 D
如图8-6、8－7所示。
图8-6 密度测井曲线实例
图8－7 密度测井曲线
2、视石灰岩孔隙度 D
D
ma b ma f
2.71 b
2.71 1.0
(8-17)
讨论：有定义不难看出： 1）地层的视石灰岩孔隙度与岩性、孔隙度、孔隙流 体性质有关。 2）纯砂岩地层的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度； 3）含气纯灰岩的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度； 4）含水纯白云岩的视石灰岩孔隙度小于其孔隙度。
增加而减小；
计
数
率
密度相同，短源距
计数率高；
短源距探测器 长源距探测器
地层密度
图8-4 计数率与地层密度的关系 （无泥饼）
图8-5、 长、短 源距计 数率与 泥饼厚 度、地 层密度
的关系
泥饼厚度增加
当泥饼密度 不同于地层
密度时，泥
饼影响随泥
饼厚度的增
计
加而增大。
数
率 泥饼密度<地层密度
泥饼密度>地层密度
的结果使伽马射线强度降低，康普顿散射吸收系数Σ
：
e
NAZ A
b
(8-9)
常数当，入所射以伽，马康射普线顿的散能射量吸在收一系定数范Σ围仅内与时岩, 石密度e 是
有关。且正比于岩石密度。
三、岩石的光电吸收截面 1、岩石的光电吸收截面指数Pe
岩石的光电吸收截面指数：指伽马光子与岩石 中一个电子发生的平均光电吸收截面，单位为 b/电子。它与原子序数的关系为：
2、测量原理 铯伽马源产生的伽马射线的能量为
0.661MeV，这种能量的伽马光子通过地层时 ，其高能段的伽马射线，只受康普顿效应的影 响，探测到的伽马光子数与地层密度有关。在 低能谱段，伽马射线主要受光电效应的影响。 低能段的伽马光子计数率与高能段的伽马光子 计数率的比与地层的光电吸收截面指数Pe有 线性关系，如图8-12所示。
N N 0e L
(8-13)
如果只存在康普顿效应，则μ为康普顿散
射吸收系数。同时，由于沉积岩的Z/A≈0.5，
故：
N N e
e
ZN A
A
b
L
0
(8-14)
即： ln N ln N 0 Kb L (8-15)
其中： K e N A 2
(8-16)
计数率随地层密度的
2
njZj
M
(8-4)
nj