伽馬測井課件

第二節(jié)伽馬測井伽馬測井概念：是依據(jù)天然或人工伽馬源在地層和井眼中生成的輻射場，測量和分析伽馬射線強度和能譜，研究地層的巖性、礦物成分、密度、孔隙度、流體運移及相關地質及工程問題的測井方法。伽馬測井分類：按伽馬源的種類劃分為三類

①自然伽馬測井：研究分散在地層中的天然放射性核素生成的伽馬輻射場；

②散射伽馬測井：測量點狀伽馬源生成的散射伽馬輻射場；

③示蹤伽馬測井：測量由載體攜帶的放射性示蹤劑發(fā)射的伽馬輻射場。第二節(jié)伽馬測井伽馬測井概念：是依據(jù)天然或人工伽馬伽馬測井課件自然伽馬能譜測井自然伽馬測井：只測量和利用自然伽馬射線的總強度，而不能利用輻射場的能譜和其他特性，按其原理應稱為自然伽馬強度測井；自然伽馬能譜測井：不僅能測量總強度，而且還能分析伽馬

能譜，同時也包含空間和時間信息，獲取的信息量增加了到原來的2-3個數(shù)量級。

都以天然伽馬輻射場為基礎。自然伽馬能譜測井自然伽馬測井：只測量和利用自然伽馬射線的總強一、地層的放射性核素和伽馬輻射體

巖石的自然放射性是由巖石中放射性核素及其含量決定的。自然界的元素有92種。天然核素約有330多種。在自然界中原子量A小于209的核素多數(shù)是穩(wěn)定的，只有少數(shù)是放射性的，例如K40；而A>209的核素全部都是放射性的。自然界中有三個天然放射系，即鈾系、釷系和錒系，其初始的核素分別為U238、Th232和U235。U238的豐度為99.2739％，而U235的豐度只有0.7205%，所以錒系對巖石放射性的貢獻可以忽略。巖石的自然放射性主要是由U238和Th232開頭的兩個放射系和放射性核素K40決定的。對自然伽馬測井來說，只考慮這些核素就足夠了。一、地層的放射性核素和伽馬輻射體巖石的自然c)巖漿巖中，鈾的含量從酸性、中性、基性到超基性巖逐漸減少；在氧化環(huán)境中，U4+(不溶于水)U6+(可溶于水)；U6+以絡陽離子（UO2）2+的形式存在，以溶液形式運移，進入還原環(huán)境，又轉化為U4+而沉積；1.鈾、釷和鉀的地球化學特征a)化學性質活潑，典型的親氧元素，在化合物中呈正四價和正六價；b)自然界中U6+和U4+相互轉化，這是鈾的地球化學過程的主要特點；（1）鈾(U)：它有三種天然放射性同位素，即238U、235U和234U

。其相對豐度分別為99.275%，0.720%和0.005%。①鈾的地球化學特征：c)巖漿巖中，鈾的含量從酸性、中性、基性到超基性巖逐漸減少

②絡陽離子（UO2）2+在地表水和地層水中的運移與沉積：以溶解的(U02）S04的形式運移，在下述條件下沉積：pH>7;和P04、As04、V04、Si04形成相應的鹽類礦物；被有機或無機物吸附；遇還原劑，被還原成不溶性四價鈾礦物；呈Na4[U02(C03)3]形式遷移，在下述條件下沉積：pH>10.8;遇到有機物、Fe2＋或其他還原劑；與鈣或鎂的碳酸鹽作用形成不溶性鹽類；以各類腐殖酸鹽絡合物形式運移，在下述條件下沉積：腐殖酸氧化，絡合物被破壞；吸附作用；與某些鹽類作用形成不溶性鹽；呈鈾的膠溶體U02(OH)2的形式運移，在下述條件下沉積：被帶負電荷的硅酸膠體及Fe（OH)3吸附；與還原劑相遇。

不論經(jīng)過何種方式，鈾的沉積均與吸附、還原及有機物作用有關。因此，在沉積巖中處于還原環(huán)境的富含有機質的粘土巖鈾含量最高。②絡陽離子（UO2）2+在地表水和地層水中的運移與沉積：③鈾系中的幾個典型核素：

鐳(Ra)：鐳有四個同位素，其中226Ra是238U的一個子體。由于在采油井水驅前沿的鐳在井眼周圍的富集，使自然伽馬總強度增強能指示儲層水淹級別的高低；氡(Rn)：氡有三個同位素，其中222Rn是鈾系的一個子體，氡是易溶于水和有機溶液的氣體，易被吸附在各種物質的表面上。在構造破碎帶常有氡富集；鉍(Bi)：214Bi是鈾系中的主要伽馬輻射體，特征伽馬射線的能量是1.76MeV。在自然伽馬能譜測井中，主要根據(jù)214Bi的這一特征峰確定鈾在地層中的含量；釙(Po)：釙有七個同位素，其中218Po,214Po和210Po是鈾系的子體。218Po和9Be混合可制造中子源，在鈾礦普查時可利用210Po尋找鈾礦；2點認識：1）鈾的伽馬輻射強度會隨時間而變化，所以將碳酸鹽巖或火成巖裸眼井段作為標準井，對自然伽馬強度和能譜測井都是不合適的。2）由于鈾及其子體的化學性質活躍，風化、運移、富集過程影響因素多，通常不是泥質含量的可靠指示元素。③鈾系中的幾個典型核素：鐳(Ra)：鐳有四個同位素，其中§釷的化合價以四價為主，和四價鈾物理化學性質相近，通常與鈾共生，釷鈾比被認為是太陽系的基本比值之一。

§釷的化合物性質穩(wěn)定，運移以機械風化遷移為主。粘土礦物對釷的選擇性吸附以及釷在穩(wěn)定礦物中的存在，是控制沉積巖中釷的分布的主要因素。

§釷常作為粘土礦物指示劑，釷鈾比可指示沉積環(huán)境和巖性。

釷系的主要伽馬輻射體是208TI,特征伽馬射線的能量是2.62MeV。在自然伽馬能譜測井中，主要根據(jù)這一特征峰確定釷在地層中的含量。（2）釷(Th)：釷有228Th、229Th、230Th、231Th、232Th、234Th等六個同位素，其中232Th的豐度幾乎為100％。§釷的化合價以四價為主，和四價鈾物理化學性質相近，通常與鈾共（3）鉀(K)：鉀有三個天然同位素，39K、40K和41K，其中40K是放射性同位素，它發(fā)射1.46MeV的伽馬光子。鉀和釷都是粘土礦物主要指示元素?！焘浽趲r漿巖中的含量隨Si02的增加而增高。

§含鉀的硅酸巖礦物易于被風化分解，并為流水所帶走。由于鉀的溶解度大，因而在不同類型的水中都有一定量的鉀。

§巖石風化后，一部分鉀被帶入河流、湖泊、海洋和地下水中。鉀的離子半徑較大，極化率高，易于被粘土礦物所吸收，所以鉀能大量停留在大陸上，而僅有0.038％的鉀帶入海洋。（3）鉀(K)：鉀有三個天然同位素，39K、40K和41K2.鈾、釷和鉀在巖石中的分布

巖石的天然放射性是由它的放射性礦物種類和含量確定的。在核測井中，鈾和釷含量通常用μg/g為單位；記作ppm，而鉀含量用0.01g/g為單位，記作％。

2.鈾、釷和鉀在巖石中的分布巖石的天然放射性是由它伽馬測井課件伽馬測井課件鈾、釷含量:酸性巖＞中性巖＞基性巖＞超基性巖

鉀含量:酸性巖和中性巖＞基性巖、超基性巖(1)巖漿巖總體而言，巖漿巖中鈾的含量隨Na、K、Si的含量增高而增高；花崗巖富含鈾，堿性巖則相對富含釷。巖石鈾，g/t釷，g/t鉀，%釷鈾比酸性巖（花崗巖、花崗閃長巖、流紋巖）3.518.03.345.1中性巖（閃長巖、安山巖、正長巖）1.87.02.314.0基性巖（玄武巖、輝長巖、輝綠巖）0.53.00.836.0超基性巖（橄欖巖、輝石巖、純橄欖巖）0.0030.0050.031.7巖漿巖中鈾、釷、鉀含量和釷鈾比鈾、釷含量:酸性巖＞中性巖＞基性巖＞超基性巖

鉀含量:酸（2）沉積巖

沉積巖分三大類，即粘土巖、碎屑巖和化學巖。粘土巖是主要的生油巖，而碎屑巖及化學巖中的石灰?guī)r及白云巖是主要儲集巖。

①粘土巖：是指粘土礦物含量大于50％的巖石，包括泥巖和頁巖。在油、氣測井常遇地層中，粘土巖鈾、釷、鉀含量最高。各種粘土礦物鈾、釷、鉀含量不同，對粘土巖自然放射性的貢獻也不同。

礦物鉀，%鈾，g/t釷，g/tAPI鋁土礦3~3010~130海綠石5.08~5.33~10155~210膨潤土<0.51~206~50蒙脫石0.162~56~44高嶺石0.421.0~57~4745~356伊利石4.51.510~2580~130黑云母6.7~8.3<0.01白云母7.9~9.8<0.01綠泥石<0.053~5<5.0綠簾石各種粘土礦物的釷、鈾、鉀含量（2）沉積巖沉積巖分三大類，即粘土巖、碎屑巖和化學巖

生油粘土巖中的粘土礦物以蒙脫石和高嶺石為主，且富含有機質，所以放射性物質含量高，尤其鈾含量明顯高于其他粘土巖

蒙脫石：也稱膠嶺石或微晶高嶺石，它的分子中不含放射性元素，但其比表面積很大（269m2/g），陽離子交換能力強，對放射性物質吸附能力強，故鈾和釷含量都高，對粘土巖的放射性貢獻最大；高嶺石：本身不含放射性元素，比表面積?。?9m2/g），陽離子交換能力和吸附能力均不如蒙脫石，鈾和釷含量都較低，對粘土巖的放射性貢獻較小；水白云母(伊利石）：對鈾、釷吸附能力差，但它本身含鉀，具有放射性，對粘土巖的放射性有貢獻；綠泥石：它本身不含放射性元素，陽離子交換能力和對放射性物質吸附能力都低，對粘土巖的放射性貢獻甚微生油粘土巖中的粘土礦物以蒙脫石和高嶺石為主，且富含有

碎屑巖的放射性由正長石（含鉀）、白云母（含鉀）、重礦物和泥質含量所決定，一般隨泥質含量上升而增高。純石英砂巖的石英含量達80%以上，含放射性元素的礦物很少，自然放射性很低。

②碎屑巖：是由碎屑物和膠結物兩部分組成的，其中碎屑物是巖石的主要成分。③化學巖和生物化學巖：是通過化學和生物化學作用形成的。

常見的化學巖有碳酸鹽巖、石膏、硬石膏、巖鹽和鉀鹽等。除鉀鹽本身具有放射性外，其他各類純的化學巖自然放射性都特別低，但隨泥質含量上升自然放射性略有增高。自然放射性的高低還和成巖作用及地層水的活動有關。碎屑巖的放射性由正長石（含鉀）、白云母（含鉀）、重礦巖石鈾，g/t釷，g/t鉀，%砂巖0.2~0.60.7~6.70.7~3.8石英砂巖0.453~10雜砂巖2.11~206~50長石砂巖1.52~56~44頁巖3.710~137~47黑色頁巖810~1310~25鋁土礦11.448.9<0.01斑脫巖5.024<0.01沉積巖鈾、釷、鉀含量巖石鈾，g/t釷，g/t鉀，%砂巖0.2~0.60.7~6.表3—19沉積巖鈾、釷鉀含量（續(xù)表）巖石鈾，g/t釷，g/t鉀，%碳酸鹽巖0.1~9.00.1~7.00.0~2.0石灰?guī)r2.20.05~2.4白云巖0.03~2磷酸鹽1~5海相磷塊巖30~50蒸發(fā)巖<1現(xiàn)代海洋沉積物砂3.01.2泥2.3~3.71~2.7黑泥36~48遠海粘土1.5~4.03.1~11抱球蟲軟泥0.74~15.1~5.5錳結核24~124有機質煤20~80石油0.017~0.1石油灰分5~77表3—19沉積巖鈾、釷鉀含量（續(xù)表）巖石鈾，g/t釷，g/

變質巖的主要礦物成分見表3—20，放射性礦物含量較高的巖石具有較高的自然伽馬放射性。測井很少遇到變質巖，但在變質礦物勘探、地球科學及工程研究中，變質巖具有重要地位。（3）變質巖巖石基本礦物，≧10%次生礦物，2%~10%副礦物，≦2%片麻巖長石、石英云母、角閃石石榴子石、石墨、矽線石、電氣石云母片巖石英、云母鐵鉛榴石十字石、綠簾石、矽線石、角閃石石英巖石英長石、云母綠簾石、藍晶石、石墨、磁鐵礦、褐鐵礦板巖石英、絹云母、綠泥石鉀長石黃鐵礦綠泥石片巖綠泥石娟云母、綠簾石角閃巖角閃石斜長石、石英柘榴石、綠簾石、云母大理巖方解石氧化鎂、氧化鋁、硅灰石、鈣鋁榴石表3-20變質巖主要礦物變質巖的主要礦物成分見表3—20，放射性礦物含量較高的3.巖石中的放射性核素和伽馬能譜（1）鈾系的伽馬輻射體

由天然放射系的長期平衡原理可知，當放射系達到長期平衡時，有：

λmNm=λ1N1(3—164)

即母核素與任一子核素的衰變率都相等。將原子數(shù)變換為質量，當母核素的質量為1g時，第m個子核素的質量是：

(3—165)式中Am，A1—子核素和母核素的質量數(shù)。

由式(3一165)可算出與1g鈾平衡時第m個子核素的質量；反之，若能測出衰變系中任一子體的質量，也可求得系中第一個母核素238U的質量。3.巖石中的放射性核素和伽馬能譜（1）鈾系的伽馬輻射體伽馬測井課件鈾系中能發(fā)射伽馬射線的重要核素及其射線的能量和強度。鈾系中能發(fā)射伽馬射線的重要核素及其射線的能量和強度。用以顯示射線強度的能量分布的圖，稱之為能譜。將上述表中數(shù)據(jù)做成能譜圖如下，只表示各核素發(fā)射的伽馬射線的初始能量，故稱初始譜。未考慮樣品的自散射和光子與環(huán)境介質及探測元件之間的作用。用以顯示射線強度的能量分布的圖，稱之為能譜。將上述表中數(shù)據(jù)做

鈾系中最重要的伽馬輻射體是214Bi,其次是214Pb。在鈾系的伽馬射線譜線中，大于1MeV的伽馬射線都是由214Bi發(fā)射的。214Bi一次衰變的伽馬射線總能量為1.574MeV，約占鈾系總能量的85.6％，214Pb占12.4％。這兩個核素的伽馬輻射強度占鈾系總強度的85％。

自然伽馬能譜測井是根據(jù)214Bi的特征伽馬射線的強度測定地層中鈾的含量的，其前提是鈾系的平衡狀態(tài)未被破壞。若鈾—鐳平衡被破壞，用214Bi的特征伽馬射線強度只能測定鐳的含量，而推測的鈾含量將有較大誤差，有時會超過容許范圍。鈾系中最重要的伽馬輻射體是214Bi,其次是2（2）釷系的伽馬輻射體（2）釷系的伽馬輻射體伽馬測井課件釷系中主要特征伽馬射線譜線的能量分別為0.239MeV、0.583MeV、0.908MeV、0.960MeV和2.62MeV。釷系中最重要的的伽馬輻射體是208Tl，其次是238Ac。這兩個核素發(fā)射的伽馬射線的總能量約占釷系發(fā)射的伽馬射線總能量85％，而其輻射強度約占釷系總強度的71％。208Tl發(fā)射的能量為2.62MeV的伽馬射線，是釷系能量最高強度最大的伽馬譜線。

自然伽馬能譜測井就是根據(jù)208Tl發(fā)射的特征伽馬射線強度測定釷在地層中的含量的。釷系中主要特征伽馬射線譜線的能量分別為0.239MeV、0.（3）不成系的伽馬輻射體

自然界不成系的放射性核素有180多種，但對放射性測井有意義的只有40K一種。40K的伽馬光子能量為1.46MeV，是單能射線源，只有一條譜線。鈾、釷、鉀的能譜特性差別很大，在表3—25中列出這三種元素的伽馬光子能量分布，每次衰變產(chǎn)生的光子數(shù)少于0.05或能量小于100keV的未計入。（3）不成系的伽馬輻射體自然界不成系的放射性核素有1伽馬測井課件4.自然伽馬源密度和伽馬能譜

巖石的自然伽馬放射性是由鈾、釷、鉀的含量和伽馬射線的能譜決定的，其次受巖石自散射和自吸收的影響。（1）源強密度含有鈾、釷、鉀的巖石樣品就是一種分布在有限空間中的伽馬源。核物理中用活度來表征輻射源的強弱，它的單位是貝克勒爾（簡稱貝克），記作Bq,1Bq=1s-1。單位質量放射源的活度叫比活度，法定單位是貝克勒爾每千克，記作Bq/kg。舊用單位為居里每千克，即Ci/kg，1Ci/kg＝3.7X1010Bq/kg。4.自然伽馬源密度和伽馬能譜巖石的自然伽馬放射性是由源強：伽馬源在單位時間里發(fā)射的光子總數(shù)（平均數(shù)）。

源強密度：單位體積的源強。

設巖石中只有一種發(fā)射單能光子的放射性元素（如鉀），地層的密度為ρ，每克巖石中含q克該種放射性元素，每克該種放射性元素每秒鐘平均發(fā)射a個光子，則其源強密度為：元素衰變次數(shù)伽馬光子數(shù)伽馬光子數(shù)平均光子能量，MeVU1.28×1042.242.8×1040.80Th4.02×1032.511.0×1040.93K31.30.113.41.46Ra3.63×10102.208.0×10100.81每克鈾、釷、鉀和鐳每秒鐘平均發(fā)射的光子數(shù)單位體積巖石含放射性元素的質量源強：伽馬源在單位時間里發(fā)射的光子總數(shù)（平均數(shù)）。

源強密度（2）伽馬源的能譜當一種放射性元素（如平衡鈾或釷，并包括放射系中的所有核素）能發(fā)射多種能量的伽馬光子時，則源強密度為：（3—167）式中ai—單位質量該種元素單位時間里發(fā)射的第i種能量(Ei)的光子數(shù)，

i＝1，…，m。ai與Ei的關系圖就表示該種元素的伽馬能譜。當巖石中含有鈾、釷、鉀三種放射性元素時，總源強密度為：（3—168）式中，aij和Eij的關系圖就是巖石自然伽馬源的能譜圖。

（2）伽馬源的能譜ai與Ei的關系圖就表示該種

下圖為巖石中同時含有鈾、釷、鉀三種放射性元素時的伽馬能譜圖，圖中實線表示鈾系的伽馬譜線，點線表示釷系的伽馬譜線，而1460keV處是鉀的單能譜線。下圖為巖石中同時含有鈾、釷、鉀三種放射性元素時的伽馬二、地層中的自然伽馬輻射場

1.自然伽馬通量密度描述自然伽馬輻射場的主要參數(shù)是通量密度，其定義為：設有一球體通過球心的截面積是S，而N是時間t內進入球體的光子數(shù)，則通量密度

為：（3—169）對于平行射線束，單位時間內通過與射線方向垂直的單位截面的光子數(shù)稱為伽馬射線的強度；對于非平行射線束，也將上式定義的通量密度稱為強度。通量密度或射線強度與儀器在單位時間里的計數(shù)，即計數(shù)率成正比。二、地層中的自然伽馬輻射場1.自然伽馬通量密度對于平行射線2.無限均勻放射性地層中的自然伽馬通量密度和能譜（1）通量密度設無限、均勻、各向同性，且只有一種發(fā)射單能光子的放射性元素；ρ—地層密度；q—每克巖石中含該種放射性元素的質量；a—每克該種放射性元素每秒鐘平均發(fā)射的光子數(shù)；μ—地層對光子的吸收系數(shù)。在球坐標系中取一體積元dV，它在距離為r的球中心點M處產(chǎn)生的通量密度為：

MdV2.無限均勻放射性地層中的自然伽馬通量密度和能譜（1）通量密2.無限均勻放射性地層中的自然伽馬通量密度和能譜（1）通量密度對半徑為r的球體求積分得：若對上述無限介質積分，即r→∞，得：式中φ0—上述無限介質中任意點的仍保持初始能量光子的通量密度；

μm—質量衰減系數(shù)，它隨光子的能量增加而減?。?/p>

Am=aq—單位質量的巖石在每秒鐘內發(fā)射的光子數(shù)；

2.無限均勻放射性地層中的自然伽馬通量密度和能譜（1）通量密

沉積巖中的主要礦物μm變化較小，可以近似看成是一常量。因此可認為φ0∝q，這樣就可通過測量指定能量范圍內的光子通量以決定某種核素的含量。

若地層μ最小值為0.10cm-1

時，則相應的球半徑為46.05cm。一般認為，自然伽馬測井的探測范圍大約是一個直徑小于1米的球體。

定義探測范圍：半徑為r的球對測量結果的貢獻占全空間的貢獻的99%時球的半徑。利用下式可以估計自然伽馬測井的探測范圍：

沉積巖中的主要礦物μm變化較小，可以近似看成是一常量

在球體內來自半徑不同的光子，對球心總的通量和能譜的貢獻不同，離球心越遠對高能伽馬的相對貢獻越小。

（2）能譜

在球心可能觀測到的伽馬光子包括：①未經(jīng)受散射直接到達球心的光子，保持著初始能量；

②經(jīng)受一次或多次散射，能量降低，但最后到達球心的光子，能譜是連續(xù)的。

在每個觀測點的通量密度，或者說伽馬射線的強度，是整個能量范圍內的光子數(shù)的積分。在球體內來自半徑不同的光子，對球心總的通量和能譜的貢3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜式中

θ（1）通量密度設無限均勻各向同性單色伽馬平面源為單位脈沖信號，與井軸垂直，井眼半徑為r0，線性吸收系數(shù)為μ0，地層吸收系數(shù)μ。則在M點處產(chǎn)生的通量密度為：3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜式中

θ（1（1）通量密度整個平面源在M點的光子通量密度為：3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜將R和R0與θ角的關系代入并做變量置換，得：對坐標原點有：θ（1）通量密度3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜根據(jù)r0、μ0和μ，就能計算出井軸上任意點M處的伽馬通量密度，從而得到無限平面源的響應。從圖中取出對應于能量為1.46MeV、1.76MeV和2.62MeV的三條曲線，就可得到鉀、鈾、釷特征伽馬射線的單位脈沖響應。從圖中可以看出，能量高的伽馬射線源具有較寬的響應寬度。令t＝μr，代入上式得：單位脈沖響應3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜根據(jù)r3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜

在地層和井液中發(fā)生光電效應的光子，在井軸上觀察不到；

平面源與井軸交點為圓心半徑不同的每個圓環(huán)的光子，對井軸各點總的通量和能譜的貢獻不同，離圓心越遠，對高能伽馬的相對貢獻越小。（2）能譜

無限平面源伽馬光子從發(fā)射點到達井軸各點的過程中，要經(jīng)受地層和井眼介質的散射和吸收。在井軸上可能觀測到的伽馬光子包括：①未經(jīng)受散射直接到達井軸各點的光子，保持著初始能量；②經(jīng)受一次或多次散射、能量降低、但最后到達井軸的光子，能譜是連續(xù)的。3.無限平面伽馬源在井軸上的伽馬通量密度和能譜在地層4.有限厚放射性地層在井軸上的光子通量密度和能譜

（1）通量密度設有限厚放射性地層厚度為h，井半徑為r0，井軸與地層面垂直，M點位于井軸上且與地層下底面相距z1。則在M點處產(chǎn)生的通量密度為：在0～2π域內對φ積分，得：4.有限厚放射性地層在井軸上的光子通量密度和能譜（1）通量設μ=0.1/cm，r0=15cm，地層厚度h=15cm、30cm、60cm、90cm、150cm，可算得一組曲線，如右圖所示。其中φ為井軸上每一深度點的光子通量；φmax為地層中點通量φm的最大值。

移動M點，即改變z1值，利用指數(shù)積分函數(shù)表對上式做數(shù)值積分，可求出該放射性地層造成的沿井軸的光子通量密度。對變量z’來說，被積函數(shù)在z’=0處有最大值，且對稱于此點，因而當觀察點M位于地層中點時積分有最大值：設μ=0.1/cm，r0=15cm，地層厚度h=15cm、3①曲線對稱于地層中心，并在該點有最大值φm

；

②φm隨地層厚度h增加而加大，但當μh≥0.9，即h≥90cm(6r0)時φm為常數(shù)，不再隨h增減而變化，這時有φm∝q。（q代表巖石中的放射性物質的含量）

③μh≥0.9的地層為厚層，否則為薄層。厚層曲線兩個半幅點正對著上、下界面，由半幅寬確定的視厚度ha與真厚度h相等；薄層曲線的兩個半幅點將落在該層之外，視厚度ha大于真厚度h。

由此圖看出，有限厚地層沿井軸的光子通量密度分布具有以下特點：能譜：從每個點源發(fā)射的伽馬光子，在到達井軸的過程中，只有很少一部分光子能進入探測器靈敏元件。在井軸能觀測到的伽馬光子：①有少量未經(jīng)受散射和吸收，保持著初始能量；②大部分經(jīng)受一次或多次散射，能量降低，最后才到達井軸，其能譜是連續(xù)的。

來自體積源內每一發(fā)射點的光子，對井軸各點總的通量和能譜的貢獻不同，伽馬射線的強度是整個能量范圍內的光子通量的積分。

①曲線對稱于地層中心，并在該點有最大值φm；

②φm隨地層三、自然伽馬能譜測井儀器和測井響應

在伽馬樣品或地層分析中，既需要測量伽馬射線的強度，又需要測量伽馬射線的能量。根據(jù)能量分析確定射線是由那一種核素發(fā)射的，而根據(jù)強度可確定該種核素及其相應元素的含量。測井主要使用單晶閃爍譜儀，用閃爍譜儀做伽馬射線強度和能量測量時，一般要考慮以下幾個方面：1.測井儀器（1）伽馬射線強度和能量測量的一般考慮三、自然伽馬能譜測井儀器和測井響應在伽馬樣品或地②探測效率和效率刻度：要確定伽馬射線的強度，必須知道探測器的探測效率。確定伽馬射線的強度有兩種方法，即全譜法和全能峰法。全譜法：全譜下的總計數(shù)率為n，它與源的某種能量的伽馬光子發(fā)射率N之間的關系為：式中—源探測效率。①能量分辨率：能量分辨率一般達到8%左右就可以了，通常使用NaI(TI)、CsI(TI)、BGO等晶體閃爍儀均能滿足要求。全能峰法：取全能峰計數(shù)率np，它與源的發(fā)射率N之間關系為：式中—源峰探測效率。

由于巖石和地層的放射性水平很低，為了提高下井儀器的探測效率，要盡可能選用密度大且Z值高的材料做成的閃爍體，閃爍體的體積也要盡可能大一些。②探測效率和效率刻度：要確定伽馬射線的強度，必須知道探測器的

為進行能量刻度，國際原子能機構(IAEA)和中國原子能研究院各自推薦的一組標準伽馬源。③能量線性和能量刻度：對于理想的閃爍儀，脈沖幅度和能量的關系應該是線性的，但實際為非線性。定義能量刻度：就是在譜儀所確定的使用條件下，利用已知能量的伽馬放射源測出對應能量的峰位，然后做出能量與峰位（道數(shù)）的關系曲線。核素半衰期伽馬射線能量，keV國產(chǎn)源代碼活度，kBq241Am433a59.54AMSG-20337~7457Co271.8d122.06,136.47COSG-20474~111203Hg46.76d279.2022Na2.6a1274.55NASG-20937~74137Cs30.17a661.66CSSG-20637~7454Mn312.5d834.85MNSG-20774~11188Y108d898.02,1836.1360Co5.27a1173.24,1332.51COSG-20837~74表3-27譜儀能量刻度標準源（國際原子能機構（IAEA）推薦）為進行能量刻度，國際原子能機構(IAEA)和中國原子式中xp—峰位；

E(xp)—對應于該峰位的能量；

G—直線的斜率，即每道所對應的能量間隔，稱為增益，keV/道；

E0—直線的截距，即0道所代表的能量。

典型的能量刻度曲線可用下式表示：為了準確地進行能量刻度和確定未知能量，需注意：①根據(jù)測量的能量范圍適當選擇放射源；

②選擇適當?shù)姆椒ǘ史逦?；③考慮非線性，必要時用非線性解析式表達峰位和能量的關系；

④確保譜儀穩(wěn)定性好。式中xp—峰位；

E(xp)—對應于該峰位的能量；

(2)自然伽馬能譜測井儀器的組成①伽馬射線探測器：測量伽馬射線，同時也接收穩(wěn)譜源發(fā)射的伽馬射線，并輸出電脈沖串；

②脈沖幅度分析器：輸出電脈沖串，并送到數(shù)字累加器做進一步處理；③穩(wěn)譜源和穩(wěn)譜探測器：穩(wěn)譜源由241Am發(fā)射α射線和伽馬射線。穩(wěn)譜探測器測量由241Am發(fā)射的α粒子，產(chǎn)生復合脈沖，以區(qū)分由穩(wěn)譜源產(chǎn)生的伽馬射線脈沖和由自然伽馬射線產(chǎn)生的脈沖。④下井儀器控制系統(tǒng)：由計算機控制伽馬譜儀形成編碼譜，并傳輸?shù)降孛鎯x接口；

⑤數(shù)據(jù)處理和記錄系統(tǒng)：編碼譜經(jīng)解調恢復成數(shù)據(jù)譜，譜數(shù)據(jù)經(jīng)計算機解譜，求出鈾、釷、鉀含量和總放射性強度，并記錄、儲存和顯示。(2)自然伽馬能譜測井儀器的組成①伽馬射線探測器：測量伽馬射

脈沖幅度分析裝置可將全譜分成11個譜段（兩個穩(wěn)譜窗，五個自然伽馬能譜測量窗和四個穩(wěn)譜檢查窗），分別記錄每個譜段的計數(shù)率。各個譜段的能量范圍見下表。能窗分配穩(wěn)譜窗自然伽馬能譜窗及穩(wěn)譜窗檢查窗NLAmNHAmN1N2N3NLKNHKN4N5NLThNHTh能量范圍，keV40602005001100136514601590200025152610608050011001365146015902000300026102740自然伽馬能譜測井儀能窗劃分舉例脈沖幅度分析裝置可將全譜分成11個譜段（兩個穩(wěn)譜窗，增益穩(wěn)譜法的原理

穩(wěn)譜參考峰為一高斯分布，峰頂位于第20道，在它的左右兩側各開一能窗，其計數(shù)分別為NL和NH。NL＞NHNL＜NHNL=NH（1）由于峰的兩側對稱，所以NL=NH。（2）若環(huán)境或測量條件的變化而使峰位漂移，峰位向高能方向漂移NL＜NH；（3）當峰位向低能方向漂移時，NL＞NH。設計一個比較電路，使其當NL=NH時輸出為零；NL＜NH時輸出一個與∣NL-NH∣成正比的負信號；NL＞NH時輸出一個與∣NL-NH∣成正比的正信號。用此信號控制和調節(jié)探測器的電源電壓，以保持峰位的穩(wěn)定。增益穩(wěn)譜法的原理

穩(wěn)譜參考峰為一高斯分布，峰頂位于第2

（3）反符合低能譜：不包含241Am產(chǎn)生的伽馬射線的自然伽馬譜，能量范圍是150~3000keV，用于測定地層中鈾、釷和鉀的含量。

CSNG下井儀器輸出三種能譜，均為256道：（1）符合譜：伽馬射線探測器和a射線探測器符合輸出的伽馬譜，即241Am產(chǎn)生的伽馬譜，能量范圍是20~350keV，用于穩(wěn)譜。（2）反符合低能譜：伽馬射線探測器和a射線探測器符合輸出的伽馬譜，即不包含241Am產(chǎn)生的伽馬射線的自然伽馬譜，能量范圍是20~350keV，用于測定套管或巖性。（3）反符合低能譜：不包含241Am產(chǎn)生的伽馬射線的自然

自然伽馬測井在每個深度點上測到的總計數(shù)率與地層在該點造成的通量密度成正比，計數(shù)率曲線可直接反映通量密度沿井剖面的分布，但由于測井儀器的探測效率的不同，即使地層和環(huán)境條件不變，不同的儀器在同一個測量點上測到的計數(shù)率也會很不相同。

所以，必需對儀器進行標準化刻度。2.有限厚放射性地層的測井響應

因受到儀器參數(shù)的影響，測井儀器測得的曲線與理論曲線有所不同（圖3-20），或者說有不同的響應，導致差異的因素主要有以下四點：（1）探測器的計數(shù)效率和標準刻度系統(tǒng)自然伽馬測井在每個深度點上測到的總計數(shù)率與地層在該點測井儀器標準化實質就是進行效率刻度。國際上一般采用API單位作為自然伽馬輻射強度的標準單位。API單位是這樣規(guī)定的：在美國休斯敦大學的刻度井中，有高、低兩種標準放射性模塊，將儀器在井眼中測得的高放射性和低放射性兩種模塊的讀數(shù)差定為200個API單位。在標準井中刻度過的同類儀器，對同一厚地層應該有同樣的響應，即應具有相同的幅度（含統(tǒng)計誤差）。這樣，不同的儀器測得的自然伽馬剖面才能對比。三級刻度系統(tǒng)：一級刻度井：全國統(tǒng)一的刻度井（自然伽馬基準井)二級刻度井：各油田建立的刻度井（自然伽馬工作標準井）三級刻度井：用伽馬源在現(xiàn)場刻度（自然伽馬刻度器）測井儀器標準化實質就是進行效率刻度。國際上一般采用API單位

我國基準井標準巖塊由花崗巖和大理石組成，分別模擬強放射性和弱放射性地層，其鈾、釷、鉀含量和不確定度見下表。元素花崗巖模塊大理巖模塊鈾，g/t8.17±0.04＜0.2釷，g/t16.29±0.59＜0.28鉀，%3.19±0.15＜0.5我國基準井鈾、釷、鉀含量表

將儀器記錄的計數(shù)率轉換為刻度后的標準化輸出的公式為：式中nh,n1—分別為強放射性和弱放射性地層中點測得的計數(shù)率，CPS；

GRstd—基準井的API標稱值，API；

S—儀器的靈敏度；

我國基準井標準巖塊由花崗巖和大理石組成，分別模擬強放例：標準刻度井中，高放射性地層強度為400脈沖/分鐘，低放射性地層強度為200脈沖/分鐘；A探測器的探測效率為10%，B探測器的探測效率為20%。在刻度井中刻度：對一個放射性強度為300脈沖/分鐘的地層測量：

A探測器得到的計數(shù)率為：30脈沖/分鐘，而API單位為：30/0.1=300

APIB探測器得到的計數(shù)率為：60脈沖/分鐘，而API單位為：60/0.2=300

API例：標準刻度井中，高放射性地層強度為400脈沖/分鐘，低放射（2）探測器的能譜響應212Pb228Ac208Tl

①能量高的射線實測峰偏低，能量低的射線實測峰偏高，這是由于探測器對能量較低的伽馬光子具有較高的探測效率；

②實測譜中記錄了大量由康普頓散射生成的康普頓坪。譜形的變化特征：（2）探測器的能譜響應212Pb228Ac208Tl（3）探測器靈敏元件的長度

若探測器靈敏元件的尺寸與地層厚度和井徑相比足夠?。梢暈辄c狀探測器）且探測效率為100％，則其響應與理論一致。若探測器靈敏元件為有限長，相當于對理論曲線施行平滑濾波，這就會改變曲線的形狀，使測井薄層響應幅度降低而半幅寬增大。對薄層的影響顯著（3）探測器靈敏元件的長度若探測器靈敏元件的尺寸與地

從下表可以看出：①地層厚度小于100cm時，地層真厚度小于曲線半幅寬度；②地層厚度大于100cm后，地層真厚度等于曲線半幅寬度；③伽馬射線能量小時，受地層厚度影響較小，有較好的分層能力

從下表可以看出：①地層厚度小于100cm時，地層真厚（3）測井速度、厚度和統(tǒng)計偏差若計數(shù)率是在一個采樣間隔時間t中取得的，則計數(shù)率中的統(tǒng)計偏差為：而相對偏差為：地層中部計數(shù)率平均值的標準偏差為：而其相對偏差為：式中v—測井速度；h—地層厚度。

由此可知，計數(shù)率曲線每點讀數(shù)和地層的平均計數(shù)率都有統(tǒng)計起伏。計數(shù)率低，測井速度大，地層厚度小，則相對誤差大，統(tǒng)計起伏明顯。右圖顯示放射性元素含量相同但地層厚度不同的自然伽馬測井響應，下半部經(jīng)過濾波。（3）測井速度、厚度和統(tǒng)計偏差若計數(shù)率是在一個采樣間隔時間t

井中介質包括鉆井液、套管和水泥環(huán)。若鉆井液為低放射性鉆井液，則井的影響主要是對來自地層的伽馬射線的散射和吸收；若鉆井液中含有KCl，則鉆井液柱相當于一個附加的放射源，鉀的特征道區(qū)計數(shù)率會增高；而當鉆井液中含有重晶石時，鉆井液的光電吸收效應增強，將使自然伽馬譜嚴重變形。(4)環(huán)境影響

環(huán)境影響是指實際測井時遇到的井況與儀器刻度標準條件不一致而引起的測井響應的變化。井中介質包括鉆井液、套管和水泥環(huán)。若鉆井液為低放射性J.A.Crubek在研究環(huán)境影響時，引入了一個稱為“鉆井液吸收函數(shù)”的綜合校正系數(shù)Ap，它以鉆井液衰減系數(shù)μp和井半徑r0的乘積為參變量而以儀器半徑rs與井半徑r0的比為變量，如左圖所示。求出Ap后，用下式進行校正：（1）低放射性鉆井液環(huán)境影響式中J—實測值;Jc—校正值J.A.Crubek在研究環(huán)境影響時，引入了一個（2）氯化鉀和重晶石鉆井液的影響

鉆井液中加入3%～5%的氯化鉀，鉀的放射性可使自然伽馬能譜測井受到干擾，表現(xiàn)為：①

總計數(shù)率增高；②

鉀特征峰道區(qū)計數(shù)率明顯增高；③

能量低于1.46MeV的道區(qū)計數(shù)率增高；④

解譜結果鉀含量異常地高，鈾含量偏低，釷含量偏高，各種比值不正常。

重晶石鉆井液能使低能道區(qū)計數(shù)率明顯降低。（2）氯化鉀和重晶石鉆井液的影響鉆井液中加入3(5)vτ的影響(v-測井速度，τ-充放電時間常數(shù)）

當儀器在井中的測速很小，在均勻放射性地層中測得的自然伽馬曲線形狀與理論曲線形狀相似。當測井速度增大時，實際測得的自然伽馬曲線不對稱，曲線向儀器移動方向發(fā)生偏移。其原因是記錄儀器中積分電路的充電、放電都需要一定的延遲時間τ。(5)vτ的影響(v-測井速度，τ-充放電時間常數(shù)）(5)vτ的影響(v-測井速度，τ-充放電時間常數(shù)）

vτ影響使GR曲線發(fā)生畸變，使Grmax幅度值下降，且Grmax的位置不在地層中心，向測井儀器移動的方向偏移。半幅點劃分地層厚度變大。地層厚度越小，vτ乘積值越大，曲線畸變越嚴重。對畸變曲線半幅點的校正公式為：

即把畸變曲線的半幅點下移一滯后距離即地層界面位置。測井速度應小于600m/h才能防止曲線過度畸變。(5)vτ的影響(v-測井速度，τ-充放電時間常數(shù)）四、地層自然伽馬能譜解析

鈾系、釷系和鉀的伽馬線譜是自然伽馬輻射場形成的基礎。但我們用閃爍譜儀能觀察到的并不是線譜，而是通過光子與地層及閃爍晶體相互作用所復雜化了的連續(xù)譜，稱之為工作譜或儀器譜。自然伽馬儀器譜包含著鈾、釷和鉀的貢獻，是由多種核素的伽馬譜組成的混合譜。對混合譜必須通過解析才能得到初始能量不同的伽馬射線的凈計數(shù)率，進而確定地層中鈾、釷和鉀的含量，對混合譜的解析叫解譜。四、地層自然伽馬能譜解析鈾系、釷系和鉀的伽馬線譜是四、地層自然伽馬能譜解析多道脈沖幅度分析器將能譜分為五個能窗，它們的測量范圍分別是：W1:0.15~0.5MeVW2：0.5~1.1MeVW3:1.32~1.575MeV(含特征譜1.46鉀窗）W4:1.65~2.39MeV（含鈾特征譜1.76鈾窗）W5:2.475~2.765MeV（含釷特征譜2.62釷窗）a.模數(shù)轉換器將輸入脈沖幅度按比例變換成地址碼b.每個地址對應存儲器的一個記錄道，每進一個脈沖就增加一個計數(shù)c.累計每道計數(shù)，得到一個譜（計數(shù)率與道址）W5四、地層自然伽馬能譜解析多道脈沖幅度分析器將能譜分為五個能窗四、地層自然伽馬能譜解析

五個能窗輸出的信號分別送入五個計數(shù)器進行計數(shù)。由于鉀窗的計數(shù)率中含有少量的鈾、釷伽馬射線的成分，鈾窗中亦含有少量釷的成分，釷窗中又含有少量鈾的成分。所以各窗的計數(shù)率并不僅反映對應元素的含量，因而需要解譜。四、地層自然伽馬能譜解析五個能窗輸出的信號分別

解譜有不同的方法，但都需要利用各組成核素的標準譜，并假定混合核素的能譜就是各個組成核素的標準譜按各自的強度關系的線性疊加。為此，解譜要滿足以下條件：

①標準譜和混合譜（工作譜）是在相同的測量條件下獲得的，能譜儀的分辨率、探測效率和能量刻度在標準譜和工作譜的前后測量中沒有顯著變化。

②譜儀的響應性能不隨計數(shù)率顯著改變。如當?shù)貙又锈櫟暮吭龈邥r，其能譜的各道計數(shù)均按比例線性增加，整個譜形仍和標準譜一樣。

③地層中的核素種類已知，即除鈾、釷和鉀以外其他未知的放射性核素的貢獻可忽略下計。解譜有不同的方法，但都需要利用各組成核素的標1.自然伽馬標準譜

標準譜是在刻度井中測得的儀器譜，它所確定的鈾、釷、鉀含量與譜數(shù)據(jù)的關系是對測井時得到的工作譜進行解析的依據(jù)。為此，需要建立刻度井群。層位鉀，%鈾，g/t釷，g/t層位鉀，%鈾，g/t釷，g/t高鉀層5.610.971.45高混層5.1712.335.8高鈾層0.2522.11.21低混層1.052.405.41高釷層0.220.7963.5圍巖層0.230.401.12中海油刻度井模擬地層鈾、釷、鉀含量表

用測井儀在刻度井中測量只含一種放射性元素的模擬地層，可得到每種放射性元素的標準儀器譜。用標準譜可確定標準條件下單位含量的鈾、釷、鉀在各道或譜段中造成的計數(shù)率，以作為解譜的依據(jù)。1.自然伽馬標準譜標準譜是在刻度井中測得的儀器3.自然伽馬儀器譜的解析

自然伽馬儀器譜經(jīng)過濾波、峰位校正和分辨率校正（若需要）之后，即可進行解析。解譜是在測井過程中實時進行的，但也可在基地做進一步的解析。解譜方法有以下四種：（1）剝譜法（2）逆矩陣法（3）最小二乘逆矩陣法（4）加權最小二乘逆矩陣法（自學）3.自然伽馬儀器譜的解析自然伽馬儀器譜經(jīng)過濾波、峰位3.自然伽馬儀器譜的解析

剝譜法的基本思想：從混合譜中先找出一種容易識別的核素，把它的譜形求出，并從混合譜中扣除，然后從剩余譜中再找出第二種核素并做同樣處理，直到求出所有的核素為止。通常從能量最高的特征峰開始對混合譜進行層層剝析，所以稱為剝譜。適用條件：（1）只有特征能量高的核素對能量低的核素的特征峰計數(shù)有貢獻，而特征能量低的核素對能量高的核素計數(shù)無影響；（2）樣品的混合譜是各種核素標準伽馬譜強度的線性疊加。3.自然伽馬儀器譜的解析剝譜法的基本思想：從混合譜中3.自然伽馬儀器譜的解析式中：N11—鉀在第1道區(qū)的凈計數(shù)率；N12，N13—鈾和釷在第1道區(qū)的計數(shù)率；N22—鈾在第2道區(qū)的凈計數(shù)率；N23—釷在第2道區(qū)的計數(shù)率；N33—釷在第3道區(qū)的凈計數(shù)率；ck,cu,cth—鉀、鈾、釷的含量。

（3-203）

選擇釷、鈾、鉀各自特征峰位一定寬度合適的道區(qū)作為基準區(qū)，并按鉀、鈾、釷的順序分別標為i=1,2,3；而待求元素K、U、Th的標號為j=1,2,3。則第j種元素在第i個道區(qū)的計數(shù)率記作Nij，在第i個道區(qū)的總計數(shù)率則為：或寫成：3.自然伽馬儀器譜的解析式中：N11—鉀在第1道區(qū)的凈計數(shù)率3.自然伽馬儀器譜的解析設在刻度井中測得的第j種元素在第i道區(qū)的計數(shù)率為N0ij，根據(jù)假設：利用式（3-203）和（3-204），可求得鉀、鈾和釷的凈計數(shù)率：

（3-204）

3.自然伽馬儀器譜的解析設在刻度井中測得的第j種元素若令=N012/N022；=N013/N033；=N023/N033，上述三式可改寫為：3.自然伽馬儀器譜的解析

進而獲得鉀、鈾、釷的含量：

若令=N012/N022；=N013/N033；=五、自然伽馬能譜測井的應用巖性識別和地層對比；識別高放射性油氣層；研究粘土巖；監(jiān)測水淹層；尋找放射性礦物；計算巖石生熱率；監(jiān)測環(huán)境污染；五、自然伽馬能譜測井的應用巖性識別和地層對比；五、自然伽馬能譜測井的應用五、自然伽馬能譜測井的應用五、自然伽馬能譜測井的應用五、自然伽馬能譜測井的應用五、自然伽馬能譜測井的應用自然伽馬能譜測井曲線圖五、自然伽馬能譜測井的應用自然伽馬能譜測井曲線圖1.巖性識別和地層對比（1）沉積巖泥巖線砂巖線泥巖線：平行于井軸，伽馬曲線幅度高的泥、頁巖。泥巖線以上：酸性巖漿巖、富含放射性礦物的砂巖或碳酸鹽巖及富含有機質的粘土巖。純砂巖線：石膏、硬石膏、巖鹽、純砂巖或碳酸鹽巖、基性和超基性巖漿巖，形成曲線的基線。

兩線之間：含泥質的砂巖或碳酸鹽巖，白云巖放射性通常比石灰?guī)r略高。1.巖性識別和地層對比（1）沉積巖泥巖線砂巖線泥巖線：平行于

自然伽馬能譜測井可根據(jù)鈾、釷、鉀含量的差別對高放射性地層做進一步細分。

①膨潤土和凝灰?guī)r自然伽馬總強度高，鈾、釷含量高，而鉀含量低；

②含有機質的粘土巖，自然伽馬總強度高，鈾，釷和鉀含量均高；

③高含鈾的砂巖，放射性總強度高，鈾含量高，而釷和鉀含量都低。

所以能將這種砂巖儲集層與前三種地層區(qū)分開。自然伽馬能譜測井可根據(jù)鈾、釷、鉀含量的差別對高放射性A區(qū)：為低鈾低釷區(qū)，是一般油砂巖；

B區(qū)：釷含量低而鈾含量高，油砂巖附近

有鈣層或含鈣；

C區(qū)：釷含量中等而鈾含量低，為粉砂

巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、少

數(shù)鈣質粉砂巖、鈣質介形蟲；

D區(qū)：釷含量高而鈾含量低，為泥巖；

E區(qū)：釷含量高鈾含量也高，為鈣質粉砂

巖、鈣質介形蟲、少數(shù)其他粉砂巖

和泥巖。

自然伽馬能譜測井擴大了應用交會圖識別巖性的應用范圍，右圖是識別巖性的Th—U交會圖。A區(qū)：為低鈾低釷區(qū)，是一般油砂巖；

B區(qū)：釷含量低而鈾含量高

④自然伽馬能譜可與其他測井資料結合進一步提高判別巖性的可靠性。利用自然伽馬能譜測井劃分巖漿巖巖性的主要依據(jù)是：

①不同巖石的鈾、釷、鉀含量范圍不同，如深成巖中的花崗巖，鈾、釷、鉀含量都很高，而純橄欖巖這些元素的含量比花崗巖低2-3個數(shù)量級；②巖石的主要化學成分與鈾、釷、鉀含量相關。如Si02含量是巖漿巖的主要分類指標，同時這一指標與鉀含量有很強的相關性。釷和鈾的含量從酸性巖石到超基性巖石逐漸減少；

③不同巖石的鈾、釷、鉀比值不同；（2）巖漿巖④自然伽馬能譜可與其他測井資料結合進一步提高判別巖性的從超基性巖到酸性巖，鈾和釷含量的變化，同時，風化作用使釷鈾比增大，這是由于四價鈾鹽轉變成能溶于水的六價鈾鹽而被水流淋濾帶出，致使鈾含量減少。

Th—U交會圖識別巖漿巖增大方向從超基性巖到酸性巖，鈾和釷含量的變化，同時，風化作用使釷鈾比二、部分研究成果簡介灰黑色玄武巖墨綠色英安巖玄武巖色率一般大于90巖性特征較明顯，易于區(qū)別上下砂泥巖地層二、部分研究成果簡介灰黑色玄武巖墨綠色英安巖玄武巖色率一般大

利用自然伽馬、自然伽馬能譜、密度和中子等測井資料可有效識別榴輝巖、角閃巖、正片麻巖、副片麻巖、蛇紋巖和榴輝巖與角閃巖互層等大類巖性，其測井曲線特征如下：（3）變質巖曲線名榴輝石副片麻巖正片麻巖角閃巖蛇紋巖CNL,%5.6112.0860.66110.24532.56DEN,g/cm33.1502.7462.6052.8882.922e，b/c5.1183.6432.7774.514.317GR,API29.48677.478148.11649.20618.478K,%1.7952.594.4732.2310.736Th,g/t2.3117.77416.1182.8632.34U,g/t0.5750.8962.2280.7260.446變質巖的核測井響應值統(tǒng)計表（平均值）利用自然伽馬、自然伽馬能譜、密度和中子等測井資榴輝巖

是基性巖漿巖下沉到地殼深處、甚至下沉到地慢處深度變質的產(chǎn)物。①密度（DEN）大；2.95—3.51g/cm3

②放射性強度低；基性變質巖，29API③光電吸收截面指數(shù)（Pe）大；5.18

④中子孔隙度測井值（CNL）??；含氫量少。榴輝巖最顯著的特征有以下四點：榴輝巖是基性巖漿巖下沉到地殼深處、甚至下沉到地慢處深度變片麻巖

一種具片麻狀構造及中粗?；◢徸兙ЫY構的巖石，可分為沉積巖變質而成的副片麻巖和巖漿巖變質而成的正片麻巖兩大類。

①密度??；一般不大于2.8g/cm3,②放射性強度高；正片麻巖大于副片麻巖；

③光電吸收截面指數(shù)??；

④中子孔隙度??；這兩類片麻巖的測井曲線主要特點：石榴片麻巖又稱為多硅白云母石英榴輝巖。測井顯示特征更近于片麻巖。放射性較高，為50～70API,密度值2.8～2.95g/cm3。片麻巖一種具片麻狀構造及中粗粒花崗變晶結構的巖石，可分為超基性蛇紋巖蛇紋巖的顯著測井曲線特征：

①中子孔隙度特高；含氫指數(shù)特別高，理論值39.1%。

②放射性強度低；超級性巖。

③磁化率（SUS）高；含磁鐵礦和鈦鐵礦。

④電阻率低；含磁鐵礦和鈦鐵礦。角閃巖角閃巖測井曲線特征與退變質榴輝巖有相似之處，其主要特征：

①自然放射性強度：介于榴輝巖和片麻巖之間；

②密度：介于榴輝巖和片麻巖之間；2.888g/cm3

③光電吸收截面指數(shù)：介于榴輝巖和片麻巖之間；4.5b/e

④中子孔隙度：理論響應值為3.2%～9.1%，在中子孔隙度曲線上常有5%～10%的顯示。超基性蛇紋巖蛇紋巖的顯著測井曲線特征：①特殊巖性層

除上述變質巖層外，還有幾種特殊巖性層：

①高鈾異常；②高釷異常；③高鉀異常；④斷層破碎帶；

副片麻巖（富鈣）和正片麻巖（貧鈣）屬酸性巖石；金紅石榴輝巖、多硅白云母榴輝著、退變質榴輝巖、石英榴輝巖、角閃巖、綠泥石化角閃巖屬基性巖石；蛇紋巖屬超基性巖石。這些巖石的Th、U、K和Th/U的平均值見下表特殊巖性層除上述變質巖層外，還有幾種特殊巖性層：

①

③容易找到標準層，總放射性或鈾、釷、鉀含量特別高或特別低的分布穩(wěn)定的地層均可選用。（4）地層對比

用自然伽馬測井和自然伽馬能譜測井做地層對比具有以下優(yōu)點：①由于孔隙流體（原油、天然氣、地層水）中幾乎沒有放射性物質，所以曲線的幅度和形態(tài)不受流體類型的影響；②與鉆井液礦化度無關；③容易找到標準層，總放射性或鈾、釷、鉀含量特別高或特別地層對比剖面圖地層對比剖面圖高放射性砂巖油氣層：

右圖自然伽馬能譜曲線顯示，在深度分別為420～490ft和775～900ft兩個井段有三層高放射性地層。上邊的一層鉀含量低，鈾含量高，釷含量特別高，是膨潤土和凝灰?guī)r薄層；而下邊的兩層只有鈾含量高，鉀和釷的含量都很低，是高放射性砂巖，是可能的油氣層。2.識別高放射性油氣層高放射性砂巖油氣層：

右圖自然伽馬能譜曲線顯示，在深高放射性碳酸鹽巖油氣層：

在我國華北地區(qū)的碳酸鹽巖儲集層，高放射性地層占很大比例。右圖所示，該井有些高放射性地層是高含鈾的碳酸鹽巖儲集層，在自然伽馬能譜曲線中顯示為鈾含量高而釷和鉀含量都低，而泥質含量高的地層是鈾、釷、鉀含量都高。圖中多數(shù)高放射性地層的自然伽馬能譜曲線顯示為高含鈾儲集層，而最初只憑自然伽馬高而被判為泥質含量高的非儲集層。

高放射性碳酸鹽巖油氣層：

在我國華北地區(qū)的碳酸鹽巖儲集層，高花崗巖沖積層油層：

花崗巖沖積層是由酸性巖漿巖演變而來的一種長石占25％的砂巖。

A段壓裂前后產(chǎn)量均很低，無生產(chǎn)價值；泥質含量高。

B段泥質含量低，孔隙度高，含水飽和度為40%，壓裂后日產(chǎn)油100bbl。花崗巖沖積層油層：

花崗巖沖積層是由酸性巖漿巖演變而來的一種高放射性粘土巖油氣層：

右圖為粘土巖裂縫油層。有機質含量高的高放射性黑色泥巖，若有天然裂縫則可能有很大油氣產(chǎn)能。鈣質和粉砂質夾層性脆易生成裂縫，形成可溶于水的六價鈾及其子體鐳和氡的通道。這種油氣層的自然伽馬能譜特征為總強度高、鈾含量高，而釷和鉀含量較低。

高放射性粘土巖油氣層：

右圖為粘土巖裂縫油層。有機質含量高式中GR，GRmax，GRmin—自然伽馬測井曲線當前地層的幅度值、井剖面上的最大值和最小值。3.研究粘土巖（1）求泥質含量

若儲集層中只有粘土礦物含放射性元素，且含量穩(wěn)定，并忽略吸收系數(shù)對測井響應的影響，則可用下式由自然伽馬測井求出泥質含量，即粘土體積含量的近似值：GRmaxGRmin式中GR，GRmax，GRmin—自然伽馬測井曲線當前地層的

當用自然伽馬能譜測井求地層粘土體積含量時，用總計數(shù)率及鈾、釷、鉀含量或“去鈾曲線（CGR)”的相應讀數(shù)代替上式中的GR，GRmax和GRmin即可。

嚴格地講，地層粘土體積含量與測井值的關系并不是線性的，通常用下列經(jīng)驗公式做非線性校正：式中Vsh

—

校正后的粘土體積含量；

H—Hilchie指數(shù)，古近—新近系地層取3.7，老地層取2，具體地區(qū)或層系可通過實驗選用更合適的值。當用自然伽馬能譜測井求地層粘土體積含量時，用總計數(shù)率Vsh＝aGR－b

通常所說的泥質是粘土與粉砂的混合物。泥質含量Vsh與總計數(shù)率(GR)通常有很好的相關性，在去除某些含鈾明顯偏高的數(shù)據(jù)點后，根據(jù)巖樣分析(粒度分析資料）數(shù)據(jù)可得到下列計算公式中的a和b兩個常數(shù)：相關系數(shù)為0.826。大慶對175塊巖樣數(shù)據(jù)做回歸分析，得到：Vsh＝aGR－b

根據(jù)鈾、釷、鉀含量可區(qū)分粘土礦物，從而確定粘土巖的類型。主要粘土礦物的鈾、釷、鉀含量范圍見下表。

（2）識別粘土礦物礦物名稱鈾含量，g/t釷含量，g/t鉀含量，%蒙脫石2~7.714~240~1.5高嶺石1.5~76~190~0.5伊利石1.520≥4.5綠泥石17.4~38.20~80~0.3海綠石2~43.2~5.8黑云母1~405~506.2~10白云母2~820~257.8~9.8鋁土礦3~3010~130膨潤土1~206~50＜0.5鈾、釷、鉀含量數(shù)據(jù)表根據(jù)鈾、釷、鉀含量可區(qū)分粘土礦物，從而確定粘土巖的類釷鉀交會圖確定粘土或泥質類型釷鉀交會圖確定粘土或泥質類型巖石的比表面與釷含量的相關性也比較好，如右圖所示。

（3）估算陽離子交換容量和比表面

巖心分析證明，釷含量與粘土礦物含量的關系比較穩(wěn)定，因而與陽離子交換容量CEC相關。左圖是大慶油田由128個巖樣分析數(shù)據(jù)得到的CEC—Th含量散點圖和回歸線，回歸方程為：巖石的比表面與釷含量的相關性也比較好，如右圖所示。（3）估上圖表面：生油巖中的有機碳含量與鈾鉀比或鈾含量呈簡單的線性關系。（4）研究生油層

普通粘土巖的鈾、釷、鉀含量都比較高。生油粘土巖有機物含量高，所以鈾含量特別高，而釷和鉀含量與普通粘土巖相同。該圖表面：上部是富含有機物的生油巖；下部的一層顯示為普通泥巖。上圖表面：生油巖中的有機碳含量與鈾鉀比或鈾含量呈簡單的線性關

陸相沉積氧化環(huán)境，風化層，Th/U>7；海相沉積，氧化還原過度帶，灰色或綠色頁巖，2＜Th/U＜7

；海相還原環(huán)境，黑色頁巖、磷酸鹽巖，Th/U＜2。

自然伽馬測井對識別沉積環(huán)境和確定巖相均有明顯的優(yōu)勢，根據(jù)國內外的研究，一般認為：（5）研究沉積環(huán)境

Th/U通過盆地的剖面圖，往往和盆地的地形剖面一致，邊緣高而內部低，可反映沉積物源和推進方向。U，Th/U和粘土巖電阻率Rsh結合，可更有效地劃分沉積環(huán)境，陸相沉積氧化環(huán)境，風化層，Th/U>7；海相沉積，氧判別主要沉積相的一般規(guī)則表沉積環(huán)境Ush,mg/L(Th/U)shRsh陸相河流相＜4＞7≥Rsh,c濱湖—分流河道＜4＞2Rsh,L-Rsh,c淡水湖泊＜4＞2≈Rsh,L半咸水湖泊＜4＞2Rsh,s-Rsh,L咸水湖泊＜4＞2≤Rsh,s海相濱海10~200.4~2≥Rsh,s淺海20~400.3~0.5Rsh,s-Rsh,L正常海20~28＜0.3~0.35≈Rsh,s

表中的Rsh,c表示河流環(huán)境粘土巖電阻率；Rsh,L表示淡水湖泊環(huán)境粘土巖電阻率；Rsh,s表示正常海相環(huán)境粘土巖電阻率。判別主要沉積相的一般規(guī)則表沉積環(huán)境Ush,mg/L(Th/U沉積環(huán)境判別圖沉積環(huán)境判別圖4.監(jiān)測水淹層

水驅油過程中，水驅前沿往往會聚集高放射性物質，并可在水泥環(huán)和套管上富集而形成放射性積垢，使鈾曲線幅度明顯增高，鈾曲線幅度增高的程度可定性劃分水淹的等級。兩條GR曲線相隔11年，之后測的自然伽馬能譜總計數(shù)率明顯升高，表明井眼附近放射性積垢，說明此井段已被水淹。高放射性井段是由管外竄槽水流造成的放射性積垢引起的。4.監(jiān)測水淹層水驅油過程中，水驅前沿往往會聚集高放找鉀鹽5.尋找放射性礦物找鈾礦實例找5.尋找放射性礦物找鈾礦實例式中DEN—巖石密度，kg/m3；

CU，CTh，CK—鈾、釷、鉀的含量；

A—生熱率，LW/m3

。

巖石生熱率（或稱熱產(chǎn)率）是指單位巖石體積內放射性元素衰變所釋出的熱量，是地學研究的一個重要參數(shù)。通常，放射性熱產(chǎn)量由K、U、Th的含量和巖石密度來確定，許多學者通過研究提出了巖石中U,Th,K的含量與生熱率A的關系：6.計算巖石生熱率式中DEN—巖石密度，kg/m3；巖石生熱

①放射性礦物采礦、運輸、尾礦堆放造成的環(huán)境污染；

②鈾礦石加工提煉、轉化、濃縮、元件制造等過程造成的環(huán)境污染；

③核電站廢氣、廢水和固體廢棄物及其存儲地的監(jiān)測；

④地下核試驗環(huán)境監(jiān)測；

⑤貧鈾彈環(huán)境污染監(jiān)測；

⑥注水開發(fā)油田水推進前沿鐳的富集和出水層位放射性積垢的監(jiān)測；

⑦核事故環(huán)境監(jiān)測；

⑧示蹤測井和井間監(jiān)測施工后的環(huán)境監(jiān)測。

7.監(jiān)測環(huán)境污染

自然伽馬和自然伽馬能譜測井可用于監(jiān)測放射性物質造成的環(huán)境污染，包括：①放射性礦物采礦、運輸、尾礦堆放造成的環(huán)境污染；

散射伽馬能譜測井散射伽馬能譜測井：以伽馬射線與地層的相互作用為基礎的測井方法。補償密度測井：只利用康普頓效應測定地層的密度；巖性密度測井：同時利用光電效應和康普頓效應，測定地層的巖性和密度；

散射伽馬能譜測井中伽馬射線源光子能量比較低，電子對效應可忽略不計，只需考慮光電效應和康普頓效應。散射伽馬能譜測井散射伽馬能譜測井：以伽馬射線與地層的相互作用1.巖石的體積密度、電子密度指數(shù)和視密度式中Z—原子序數(shù)；

σc,e—電子的散射截面。（1）原子的康普頓散射截面和荷質比原子的康普頓散射截面：由一種原子組成的礦物散射線性衰減系數(shù)（宏觀散射截面）為：式中N—

每立方厘米該種礦物的原子數(shù)，即原子數(shù)密度。一、礦物、巖石的康普頓散射線性衰減系數(shù)

1.巖石的體積密度、電子密度指數(shù)和視密度式中Z—原子序數(shù)為使用方便定義一個與它成正比的參數(shù)，即電子密度指數(shù)：式中NA—阿伏加德羅常數(shù)；

ρ—體積密度；

Z/A—荷質比。若用ne表示電子密度，即每立方厘米中的電子數(shù)，則有：為使用方便定義一個與它成正比的參數(shù)，即電子密度指數(shù)：式中N

下表列出