第7章自然伽马测井

身放射性附加(附泥浆含强被射性,一般 不含) 井径、泥浆、套管 （3）放射性统计起伏：统计规律—各次测 的平均值
（4）测速v和仪器积分常数τ对曲线影响
四、地质应用
1．划分岩性，确定渗透层
主要是根据地层中泥质含量的变化引起 自然伽马曲线幅度变化来区分不同的岩性， 右图是自然伽马测井曲线对不同地层响应：
需要注意的是：对某一地区来说，应该根据岩心 分析结果与自然伽马曲线进行对比分析，找出地区性 的规律，再应用于自然伽马曲线的解释。
2．进行地层对比，优点： （1）与岩石流体性质无关（油、水、地层矿化度等） （2）与泥浆性质无关（盐、水泥浆） （3）易找到标准层。
在油气水边界地带进行地层对比，因为岩石中含流体性质 变化大，使R、SP曲线形状变化不益于进行对比。另外 膏盐地区尤为重要。
β射线：高速中子流，射程小，电离程度中等。
γ射线：频率高的电磁波或光子流，不带电，能量高，穿透力强。
5．伽马射线与物质作用
自然伽马射线→穿过物质与原子相互作用，将发生不同形式的作用， 其中主要形式为：光电效应、 康普顿一吴有训效应、 形成电子 对
（1）光电效应：当伽马射线能量较低（低于0.25Mev）时，它与组 成物质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。产 生光电效应的几率，与入射伽马射线能量和组成物质原子序数有 关
（3）电子对的形成 能量高于1.02Mev伽马射线与物质作用时，在原子核力场作用下，
可转变成正、负电子对，即一个正电子和一个负电子。伽马射线 在形成电子对后，本身被吸收。 （4）伽马射线的吸收 伽马射线能量衰减，强度减小过程称为伽马射线被吸收。 （5）电子密度与体积密度 产生康普顿一吴有训效应几率与单位体积中电子数（电子密度）有 关，电子密度ρe
（1）非弹性作用：高能快中子与原子核碰撞 （2）弹性散射：高能快中子经一、二次非弹性散射后，能量降低，
继续碰撞原子，降低能量和运动速度，而总能量不变，经多次碰 撞，能量损失，速度降低，最后变为热中子。
（3）辐射俘获：能量低的热中子在其他物质附近漫游，很容易被 其他物质俘获而被吸收，过程为辐射俘获其他物质由于俘获中子 而后稳定态转变时则易放出r射线。
如氢的三种同位素： （氕） （氘） （氚）
表示方法： X—元素符号 Z-质子数 A- 中子数
3．核衰变
放射性同位素的原子核另一种原子核+α、β、γ衰变
N0—初始量 λ—衰变系数 半衰期：T 平均寿命τ
N=N0e-t t—时间 dN—衰变率或放射性强度
4．放射性射线及其性质
α射线：氦原子流，质量大，引起电离或激发，被物质吸收，射程 小，穿透能力差。
（2）康普顿一吴有训效应
能量较高伽马射线与物质中原子核外电子碰撞时，一部分能量转交 给电子，使之脱离原子电子壳层而飞出，同时伽马射线改变自己 运动方向，继续与其它电子相撞。每碰撞一次，能量损失一部分， 并改变其运动方向，形成所谓康普顿一吴有训效应。伽马射线经 多次碰撞之后，能量不断降低，最后以光电效应结束。
3．确定岩石的泥质含量
估算地层中泥质含量 首先，用自然伽马相对幅度的变化计算出泥质含量指数IGR：
I GR

GR目的－GR min GR max GR min
式中：GR目的——目的层的自然伽马幅度； GRmax——纯泥岩层的自然伽马幅度； GRmin——纯砂岩层的自然伽马幅度。
通常，泥质含量指数IGR的变化范围为0～l，用下式将IGR转化为泥质含量Vsh：
前言 原子核基本知识（预备知识）
1．原子核结构 原子： 原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 中子(不带电) ]
核外电子(带一个单位负电荷)
质子+中子→核子 质子+中子=质量数
质子数=原子序数
2．同位素：原子序数相同而质量不同的原子构成的元素称为同位 素，同位素的化学性质相同，在元素周期表中占一个位置。
C．伊利石：含放射性同位素K40，且有较强阳离子吸附能力，也可吸附较 多U2O氧化铀，有较强放射性。
D．绿泥石：同高岭石相似，天然放射性弱。
（2）碎屑岩类：放射性强度由正长石、白云母、重矿物以及泥质含量
决定，对储层的主要成份石英砂岩而言，前三种矿物很少，因此主要取 决于泥质含量及组成。
（3）化学岩类：石灰岩、白云岩、膏、盐岩、K盐等。除K具放射性
屑等，则无法正确判断泥质含量。如哈密地区，那么SH判 定需从其分资料中求取。
二、测量原理
进行自然伽马测井的简单原理 如图所示：（井下仪器、地 面仪器）
探测器——将接收到的伽马射 线转换成电脉冲
放大器——探测器输出电脉冲 加以放大->剔除->计数率->电 器积累连续电流简单变换和 刻度→自然伽马GR曲线。记 录电位差与单位时间内的脉 冲数成正比。即与周围岩石
第七章 自然伽马测井
自然伽马测井是放射性测井的一种方法。
放射性测井是以物质原子核物理性质为基础的一组测井方法，统 称为核测井，包括自然伽马，自然伽马能谱、中子、密度测井 等。
由于物质的核物理性质不受温度、压力、化学性质等外界因素的 影响。因此有可能根据某些无素原子核特殊性质，利用放射性 测井直接研究他们存在数量多少，对于研究石油钻井具有一定 意义。
含量 矿物名称
K,％
U，mg/l
Th，mg/l
膨润土 蒙脱石
＜0.5 0.16
1～20 2～5
6～50 14～24
高岭石 伊利石
自然γ测井是在井内测量岩层中自然存在的放射性元素核 衰变过程中放射出来的γ射线的强度，通过测量岩层的 自然γ射线的强度来认识岩层的一种放射性测井法，其γ 射线强度与放射性元素的含量及类型有关
把仪器放到井下，测量地层放射性强度的方法叫作自然伽马测井， 所测量的地层放射性强度随深度的变化曲线，称为自然伽马曲线(GR)。 自然伽马与自然电位测井相配合能很好地划分岩性和确定渗透性地层。
三、曲线特征及影响因素
1．曲线特征
（1）中心对称（上下围岩放射性相同）， 中心出现极大值。
（2）h＜3d0 曲线极大值随h增加而增加, h≥3d0 极大值=const,与强度大小成正
比，与厚度无关。
（3）h≥3d0半幅点定界面，h＜3d0 厚度＞ 真实厚度。
2．影响因素
（1）厚度h对幅度影响 （2）井参数：对岩石γ射线吸收及它们自
是在泥浆矿化度较高地区，碳酸盐岩剖面中，自然电位无法 清楚划分渗透性岩层，自然伽马可以解决。
自然伽马测井的优缺点：
优点：（1）裸眼井和套管井中均可以进行 （2）油基泥浆、高矿化度以及干井中均可以进行
（3）碳酸盐岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少。
缺点：（1）测速慢，成本高。 （2）如果岩石本身组成中含放射性物质，如含火山碎
放射性强度成正比。
关于API单位--美国石油学会规定的标准单位。
自然伽马测井API单位
中子测井API单位
美国石油学会在休斯敦大学建立了
选择孔隙度精确测定过的纯灰
自然伽马刻度井，该刻度井（刻度装置） 岩地层组成模型井，地层孔隙中和
由3层模型地层组成，其中有两个低放 井中充满淡水，以此作为刻度中子
射性地层，中间为一个高放射性地层。 测井仪器的标准系统。如美国休斯
积岩则次之。
3．沉积岩：一般比岩浆岩、变质岩差，沉积岩中的不同岩类，
放射性不同。
（1）粘土岩类：含放射性元素最多，放射性最强，主要为泥、页岩。
A．高岭石：不含放射性元素，且对离子吸附能力差，放射性强度低。 B．蒙脱石：不含放射性元素，但对阳离子吸附能力强，可吸附很多放射
性强物质，如氧化铀。因此，其天然放射性强度最大，对粘土岩放射性 贡献最大。
自然伽玛测井总述
岩石的放射性是由岩石中所含的U、Th、k系放射性同位 素引起的。这些元素在自然界衰变过程中的均放出γ射 线,且不同元素放出的γ射线的数量和能量两方面均有区 别。如：K 1.46Mev,U、Th：γ能谱较为复杂，因此， 通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），有就 可能确定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类，并 进一步用来寻找放射性矿床和研究岩层性质等。测量自 γ射线强度的方法叫做自然伽马法，测量自然伽马能谱 的方法叫做自然伽马能谱法。
四、自然伽马能谱测井（NGS）
自然伽马测井虽是确定泥质含量有效方法，但自然伽马读数只
能提供岩石自然放射性的总概念，当岩石放射性是由于某些
非泥质因素引起时，则由此求得的泥质含量用于其做地质评 价时，将造成错误解释。如：把高放射性的火成岩冲积成当 成泥岩层，含高铀U的碳酸盐岩储层当成非储层等。为此， 在自然伽马测井的基础上，又引进了自然伽马能谱测井。自 然伽马能谱是测定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类型及其实际含量的测井方法。自然界 常见三种放射性元素为铀（U）系、钍（Th）系、钾（K） 系，且他们地层中放射出射线具有不同的能量并各自具有特 征的能谱（K 1.46MEV U、TH、0.5MEV）因此利用能级 窗口，可以分别记录地层中这三种放射性元素各自的强度
自然伽马测井曲线的应用： ⑴ 划分岩性 ⑵ 进行地层对比 ⑶ 估算地层中泥质含量
一、岩石的自然放射性规律(三大岩类)
1．岩浆岩：其中有许多放射性矿物，如长石，云母集中了地层中 绝大多数钾K。角闪石、独居石、辉石也有较高放射性，其中以 碱性岩、锆石、独居石等放射性最强。
2．变质岩：取决于母岩放射性，若为岩浆岩，放射性较强，沉
GR、U、Th、K、SGR曲线 粘土矿物与K、Th/K之间的关系及图版
铀、钍、钾放射的伽马射线的能谱图
1) 自然伽马能谱测井原理
不同岩石含有 的化学成分不同， 其放射性物质的成 分也不一样，泥岩 地层主要成分为粘 土矿物，粘土矿物 所含的放射性元素 如右表所示。