2 自然伽马及自然伽马能谱测井

第二章自然伽马及自然伽马能谱测井长江大学地球物理学院测井工程系2自然伽马及自然伽马能谱测井•泥质对各种地球物理参数有着重要的影响。因此,弄清岩石中的泥质含量对正确利用地球物理参数来解决相应的地质问题至关重要。•虽然SP测井能够在砂岩剖面中的合适条件下,方便地确定岩石中的泥质含量,但在很多情况下,却不能用来计算岩石中的泥质含量(例如:Cw≈Cmf、纯碳酸盐岩剖面、膏盐剖面等),因此,发展了GR,NGS测井。长江大学地球物理学院测井工程系2自然伽马及自然伽马能谱测井•自然伽马测井（GR,naturalGrammaRaylogging）及自然伽马能谱测井（NGS,NaturalGrammaraySpectrometry）,不同于SP测井,它们属于核测井的范畴。即是根据岩石及其孔隙流体的核物理性质来研究井剖面的一类测井方法。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•物质的结构物质由分子组成,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。原子核又是由质子和中子组成。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•放射性(radioactivity)如果构成物质的原子核不稳定,那么,该元素就会发生衰变，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：Po(钋)→Pb+He(α)+γ长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•放射性（radioactivity）我们把元素经核衰变反应释放出某种射线的性质称为元素的放射性，而原子核不稳定的元素就是放射性元素。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•放射性射线的性质α射线（He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被物质吸收。所以其射程很短，在空气中约2.5cm左右。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•放射性射线的性质β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1mev的β射线在铅中的射程仅为1.48cm左右，而在空气中大于2.5cm，但大不了多少。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•放射性射线的性质γ射线（光子流）：不带电，而且能量也较高（0.5mev～5.3mev），所以其在物质中的射程较大，一般能穿透几十厘米的地层套管、仪器的外壳等。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•放射性射线的性质所以在井眼中，能被探测得到的射线只有γ射线。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•岩石的放射性只要岩石中含有放射性元素，那么就会产生各种射线（α、β、γ），而且放射性物质越多（放射性越强），产生的射线越强，井眼中探测到的射线（γ）也就越强。所以，根据探测到的射线的强弱就可研究岩石的放射性。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•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相关联，是我们关注的焦点。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•岩石中的放射性元素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。放射性元素一般是：钍（Th232）、铀（U238）、钾（K40）。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•岩石的放射性的强弱研究结果表明：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。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•岩石的放射性的强弱放射性最强：火成岩放射性中等：变质岩放射性最弱：沉积岩长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•岩石的放射性的强弱在沉积岩中:泥岩及含有放射性元素的岩石放射性最强。纯地层（无泥、无放射性元素矿物）放射性最弱。其它地层的放射性为中等。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•泥岩具有较强放射性的原因粘土颗粒细，沉积时间长，有充分的时间与放射性物质接触而一同沉积。粘土颗粒的表面带有负电荷，容易吸收放射性元素。如:K某些粘土矿物中含有放射性元素，如钾矿（水云母、正长石等，钾含量较多）。粘土中往往夹杂有大量的有机物质，有些有机物质吸收的有放射性矿物：K、U。长江大学地球物理学院测井工程系2.1核物理基础•岩石的放射性的强弱我们打交道的是沉积岩，对于沉积岩来说，其放射性主要取决于粘土的类型及含量。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（如还原环境有利于U的还原沉淀）。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）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衰变过程中放射出来的伽马射线的强度，通过测量岩层的自然伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性测井方法。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井的原理岩石中的放射性元素产生的射线穿过地层、泥浆、仪器的外壳进入井下仪器的探测器。探测器每接收到一个γ光子，就产生一个电脉冲。电缆将电脉冲送到地面仪器。地面仪器一方面负责计数，即统计单位时间内的电脉冲数。显然放射性越强，单位时间内收到的电脉冲数越多（计数率越高）。另一方面，将计数率转变为与其成比例的电位差进行记录。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井的原理仪器在井眼中移动就可测得各深度点反映岩石放射性强弱的电脉冲计数率，即自然伽马曲线。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井的原理自然伽马测井反映的是以探测器中点为球心，半径为45cm的球体内物质所具有的放射性。即自然伽马测井的探测范围(深度)约为45cm。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•GR的影响因素⑴地层厚度的影响：长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•GR的影响因素⑵井参数的影响：①井眼或套管的尺寸在探测范围内所占的比例②井内流体密度及类型（对γ的吸收能力及是否是有放射性）③油管、套管的厚度、密度及其性质④水泥的类型、添加物质的性质、密度等。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•GR的影响因素⑶统计起伏的影响：衰变是随机的，即使是同仪器对同一点进行测量，其值也是不同的，但是是围绕某一值波动的。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•GR的影响因素⑷测井速度V和积分电路的充电时间常数τ的影响：①使GRmax下降；②使GRmax的位置不在地层的中心而是上移；③ha增大；④半幅点位置上移。地层越薄，影响越明显。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线自然伽马测井图的纵坐标为深度坐标，横坐标为反映岩石放射性强弱的计数率，读值的单位有脉冲数/分和API两种。API是美国石油学会所采用的单位。两倍于北美泥岩平均放射性的模拟地层的自然伽马曲线值的1/200，就定义为一个API。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的特点①具有统计起伏（曲线的锯齿状）；②对于厚层（层厚＞探测范围）其曲线的单幅点对应于层界面。③地层中部的平均值最能反映地层的真实的放射性。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑴划分岩性及识别渗透层：①砂泥岩面：纯砂岩：GR=min——渗透层纯泥岩：GR=max——非渗透层泥质砂岩：GR=min～max——渗透层砂质泥岩：GR=min～max——非渗透层对于厚层，层界面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界面。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑴划分岩性及识别渗透层：②纯碳酸盐岩（不含泥质）：致密石灰岩：GR=a1（某一低值）致密白云岩：GR=a2（某一低值）致密的过渡型岩性：GR=a1～a2渗透层：GR≤a1(或a2)（地层中水无放射性）GR≥a1(或a2)（地层中水有放射性）。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑴划分岩性及识别渗透层：③含泥质碳酸盐岩：粘土（泥岩、页岩）：GR=max石灰岩、白云岩：GR=min过渡性岩石：GR=min～max由于泥质的存在给渗透层的划分带来了一定的困难。水无放射性时，渗透层的GR最低；水有放射性时之后，与泥质的响应相混淆。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑴划分岩性及识别渗透层：某一地区的岩性及渗透层与自然伽马测井值之间的关系需要自己去总结。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑵估计地层中的泥质含量在岩石中的放射性只取决于泥质时，GR能很好地用来确定岩石中的泥质含量。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑵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测井值与泥质含量的关系Vsh=f(GR)或图版。GR——自然伽马测井值；Vsh——由实验室对岩样进行分析确定。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑵估计地层中的泥质含量相对值法公式（德莱赛公司）:1212minmaxmin−−=−−=⋅CICshGRGRVGRGRGRGRI长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）值目的层的自然伽马测井纯地层自然伽马测井值值纯泥岩的自然伽马测井−−−−−=−−=⋅GRGRGRVGRGRGRGRICICshGRGRminmaxminmaxmin1212长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑵估计地层中的泥质含量绝对值法公式（斯仑贝谢公司）:伽马值目的层的密度值、自然、伽马值纯地层的密度值、自然、伽马值纯泥岩的密度值、自然、−−−⋅=−⋅−⋅=GRGRGRGRBBGRBGRVbsdsdshshsdsdshshbshρρρρρρ000长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）•自然伽马测井曲线的应用⑵地层对比：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；了解油藏的横向变化。长江大学地球物理学院测井工程系2.2自然伽马测井（GR）与自然电位测井及其它测井相比，用GR测井进行地层对比具有以下优点：⑴GR测井值与地层水和泥浆的矿化度关系不大；⑵GR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；⑶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；⑷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。长江大学地球物理学院测井工程系2.3自然伽马能谱测井（NGS）•自然伽马(GR)测井的测量结果:岩石中的几种主要放射性元素（U、Th、K）都可以产生伽马射线，所以GR测井值反映岩石的总放射性，而不能用来分析岩石中各种放射性元素的多少。长江大学地球物理学院测井工程系2.3自然伽马能谱测井（NGS）•分析岩石中各种元素放射性的重要性:⑴有助于准确、详细地划分岩性：不同的岩石，U、Th、K的含量不同：①砂泥岩剖面：泥岩中的Th和K含量较高，且粘土类型不同（高岭石、伊利石、绿泥石……），Th、K的含量不同。泥岩中含有大量的有机物成为了生油岩之后，U含量高。长江大学地球物理学院测井工程系2.3自然伽马能谱测井（NGS）•分析岩石中各种元素放射性的重要性:⑴有助于准确、详细地划分岩性：不同的岩石，U、Th、K的含量不同：①砂泥岩剖面：砂岩中Th、K、U的含量都很低。砂岩中含有了放射性矿物之后，放射性将会异常高,如云母砂岩：K很高,且Th/K≈2.58×10-4,U→0含锆石、独居石等重矿物后：K低，Th高、U特别高且Th/K高)。长江大学地球物理学院测井工程系2.3自然伽马能谱测井（NGS）•分析岩石中各种元素放射性的重要性:⑴有助于准确、详细地划分岩性：不同的岩石，U、Th、K的含量不同：②碳酸盐岩剖面：纯碳酸盐岩（化学成因）：Th很低，K很低；泥质含量增加，则Th、K的含量增加。长江大学地球物理学院测井工程系2.3自然伽马能谱测井（NGS）•分析岩石中各种元素放射性的重要性:⑴