9 自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井与沉积环境
沉积相及沉积环境的划分
利用钍/钾比划分沉积相的一般规律： （1）CTH/CK<3， ； （2）3<CTH/CK<5， （3）CTH/CK>5， 。
；
利用钍/铀比划分地球化学相（沉积环境）的一般规律： （1）当 CTh/ CU > 7时,为氧化环境下形成的沉积或者沉积物中含有 铝土矿,为陆相沉积,属 ; （2）当2< CTh/ CU < 7时,指示过渡性阶段沉积，为滨海海相沉积或 海陆过渡相沉积，属于 ; （3）当 CTh/ CU < 2时,为还原环境下的沉积，通常为灰色或绿色页 岩，为 作用强的沉积环境；
图4
三叠系特征参数直方图
从图4中可以看出，3<TH/K<6, 3<TH/U<7, 为滨海海相或海陆过渡相沉积为主，陆相沉积为辅， 氧化环境或氧化向还原过渡环境；
图5
石炭至二叠系特征参数直方图
从图 5中可以看出，3<TH/K<9, 3<TH/U<6, 为滨海海相沉积，还原环境或氧化到还原过渡环境；
地层中放射性元素的分布与岩石的类型及后期的分布、搬运、沉 积及成岩作用有关,虽然从理论上讲自然伽马能谱测井能反映地层的 等特征,但从以往油田实测数据看,由于直接测井 获得的铀、钍和钾的含量都较低,有些井段个别值有回零现象,应用效 果并不理想。 为了更好地应用自然伽马能谱测井反映的沉积地层的有用信息, 通过分析研究,设立如下能谱比值特征参数 PU=(γGRSL- γKTh)/γGRSL (1) PTh= CTh/ CU (2) 式中, PU为铀比值曲线, PTh为钍比值曲线;γGRSL为自然伽马能谱测井地 层总伽马,γKTh为自然伽马能谱测井地层无铀伽马, CTh为自然伽马能谱 测井钍含量, CU为自然伽马能谱测井铀含量。
自然伽马能谱测井谱解析方法研究
自然伽马能谱测井谱解析方法研究伽马谱测井是石油勘探中一项重要的技术手段，是利用自然伽马射线能量谱等物理现象，结合矿物特性，查明地层矿物组成及多样性，探测和鉴定地层的经济价值的一种技术。
自然伽马谱测井能谱的数据分析技术是以测井谱的质谱解析为基础，从浅层深层等不同深度绘制出自然伽马能谱，全面、客观地反映地层成分结构，揭示地层特征和形态构造，为油气藏构造分析和储层预测奠定基础。
自然伽马谱测井谱解析多被用于油气藏质量、容量和含量研究，运用自然伽马谱测井谱解析技术可以鉴别油、气、水和无机物在岩石中的存在形态，从而对构造、层位的油气聚集规律和储层物性分布有重要决策意义。
另外，自然伽马谱测井谱解析技术也可以用于早期油气藏预测，在缺乏直接油气显示信息的情况下，利用伽马谱解析技术可以发现有潜力的油气藏，从而节省石油勘探开发费用。
自然伽马谱测井谱解析的研究得到了石油行业的广泛应用，但其研究深度和技术手段尚未获得足够的重视。
目前，我国自然伽马谱测井技术及其谱解析的研究还不够成熟，仍需要继续深入研究以达到更高的水平。
因此，研究自然伽马谱测井谱解析方法具有重要意义，主要包括以下四个方面：首先，要深入研究自然伽马谱测井谱解析的原理，提高理论水平。
研究者需要全面了解自然伽马谱测井谱解析的原理，掌握其基本流程和技术要素，以获取更准确、更全面的信息。
其次，应该进一步提高自然伽马谱测井谱解析的技术水平。
要完善和实现测井数据的采集、处理和传输，改善已有的谱解析方法，并研究新的测井解析技术，使其更完善、更精确。
再次，研究者应该研究伽马谱综合运用的技术，拓展测井解析的应用领域。
通过结合其它测井技术，辅助分析石油地质，实现对油气藏的精细描述，从而加深对油气地质的认识。
最后，还要研究自然伽马谱测井的免疫解析技术，降低其误差，提高准确性。
自然伽马谱测井谱解析技术的研究以精确为基础，因此，要提高自然伽马谱测井谱解析技术的精准度，必须对其免疫解析技术进行全面研究，以获得更高的数据准确性。
自然伽马能谱测井谱解析方法研究
自然伽马能谱测井谱解析方法研究
自然伽马能谱测井谱解析是一项技术，在最近的年代里越来越受到注意，它已经成为油气勘探领域中的关键技术。
本文将对自然伽马能谱测井谱解析做综述性的介绍，以及它在油气勘探领域中的重要性和应用。
首先，本文介绍了自然伽马能谱测井谱解析的原理和技术特点。
自然伽马能谱测井谱解析是一种利用伽马射线计算油井的岩石和岩
性参数的技术。
它可以准确地测量油气层的化学成分和温度，可以用于地质结构分析，从而将获得的数据应用于油气藏的勘探。
其次，本文讨论了自然伽马能谱测井谱解析在油气勘探领域中的重要性以及其它方面的应用。
自然伽马能谱测井谱解析是油气勘探领域中关键技术之一。
它可以帮助勘探人员更准确地掌握油气藏的地质结构，有利于提高地质勘查的成功率，以及估算和预测油气藏的可采储量。
此外，自然伽马能谱测井谱解析可以用于定量分析油气藏的岩石和地层特征，进而更准确地定位储层的有利位置与识别适合开采的油气藏。
最后，本文介绍了自然伽马能谱测井谱解析的未来发展趋势。
近年来，自然伽马能谱测井谱解析技术取得了可喜的进展，但是仍然存在一些技术问题，比如测量精度计算精度等。
在未来，自然伽马能谱测井谱解析将通过研发新型探头，改进样品处理技术和模型，使测井谱解析技术更加完善，有助于改善勘探的成功率和储量的预测准确度。
综上所述，自然伽马能谱测井谱解析是油气勘探领域中一种关键
技术，具有重要的应用价值。
它可以帮助勘探人员准确地了解油气藏的地质结构，估算和预测油气藏的可采储量，进而定位有利位置和识别适合开采的油气藏。
未来，自然伽马能谱测井谱解析将继续发展，有助于改善油气勘探的成功率和储量的预测准确度。
《地球物理测井》-第1章 自然伽马测井
(3) 随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
第1章 自然伽马能谱测井
• 三、自然γ辐射场的分布特征
• 1、源强密度：含有铀、钍、钾的岩石样品就是一
种分布在有限空间的伽马源；每种放射性核素的
活度和单位时间里发射的光子数成正比；伽马源
在单位时间里发射的光子总数称为源强；单位体 积的源强称为源强密度。 • 假设地层含有一种放射性物质，地层密度为ρ，每 克岩石中含有q克该种元素，每克核素每秒钟平均
第1章 自然伽马能谱测井
• 一、伽马射线与物质的相互作用
• 1、光电效应： γ光子与靶物质原子发生电磁相互 作用，结果是吸收一个γ光子，并将γ光子的能量 全部转移给某个束缚电子，该束缚电子摆脱原子 对它的束缚之后发射出来，这个过程称为光电效
应。
• 发生光电效应后光子消失。
第1章 自然伽马能谱测井
放出a个光子，则源强密度为： A aq
第1章 自然伽马能谱测井
• 2、无限厚均匀地层中γ射线的通量 • 为了便于研究，先考虑无限均匀放射性地层的原始
状态，即在尚未钻井之前地层中伽马射线的强度。
dV r
P
• 当伽马光子能量为1.5MeV时，纯水、石英、方解石
的线性吸收系数分别为0.0575cm-1、0.1444cm-1、 0.1404cm-1.
前面的计算知反散射γ光子的能量为0.184MeV。
• D为x射线峰，是由137Ba K层特征x射线通过光电效应 产生的，Ex=32keV。 • 由于能量为0.661MeV，所以不会发生电子对效应。
第1章 自然伽马能谱测井
• 6、放射性测量的统计性 • 放射性物质含有许多不稳定的原子核，每个原子核只有
E ( x p ) Gx p E0
自然伽马能谱测井
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。
自然伽马能谱测井在寻找高放射性储层的应用
自然伽马能谱测井在寻找高放射性储层的应用姓名：班级：序号：自然伽马能谱测井在寻找高放射性储层上的应用1.理论基础通常情况下在油田勘探开发中, 遇到的沉积岩( 包括粘土岩、碎屑岩和化学岩) 的自然伽马放射性主要取决于泥质含量的多少，由于高放射性物质可能存在于不同的岩性当中, 而在测井中常常会遇到一些含放射性较高的地层。
这些高放射性地层主要是因沉积时沉积物中含有高放射性矿物, 后期地下水的流动, 以及因邻井注水时造成放射性污染等因素造成的。
而这些高放射性地层可能是很好的油气储层, 利用常规的自然伽马测井进行泥质含量计算, 确定岩性剖面, 划分地层, 显然是无法识别的, 往往因此被误认为是泥岩层而漏失掉。
因此, 采用常规的自然伽马测井在储层解释当中可能会带来一定的误差。
自然伽马能谱测井不仅能测量出地层的总自然伽马, 还能测量出地层的无铀伽马及地层铀、钍、钾的含量。
自然伽马能谱测井是在自然伽马测井的基础上, 通过分析地层中钍、铀、钾的含量, 结合钻井取心资料, 准确估算泥质含量, 以进行更加精确的储层分析评价。
纯的砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低。
但有些地层中, 由于岩石骨架中含有放射性矿物而明显为高放射性地层, 有些渗透性地层因地层水活动使其放射性矿物增多, 引起高放射性地层。
石英砂岩的放射性一般很弱甚至没有, 但是当石英砂岩当中含有锆石、褐廉石、独居石等重矿物时也可呈高放射性。
碳酸盐岩具有弱或中等的放射性, 并与粘土含量有关, 有时也出现高放射性岩石, 这与磷酸盐及有机质的存在有关。
化学或生物化学成因的碳酸盐岩可能含有石膏或硬石膏。
纯的碳酸盐岩放射性很低, 钍铀比的范围为0. 3~ 2. 8。
但当裂缝带出现时, 受地下水活动影响铀的含量可能增高。
在碳酸盐岩储集层中, 常会遇到高放射性地层, 其特点为含铀量高。
2.泥质含量的计算在自然伽马测井中, 通常人们认为, 若地层的自然放射性强度主要与地层中的泥质含量有关, 而与其它岩石、矿物成分无关, 则可按下述公式计算泥岩的体积。
自然伽马能谱测井原理
自然伽玛能谱测井是一种用于地质勘探和岩石识别的方法，通过测量地下岩石中放射性元素的能谱来获取相关信息。
其原理如下：
1. 放射性元素存在：地球上的许多岩石含有放射性元素，如钍、铀和钾等。
这些元素在衰变过程中会释放出伽马射线。
2. 伽马射线的测量与分析：自然伽马能谱测井利用探测仪器（伽马探头）记录并测量地下岩石中的伽马射线强度。
该探头通常由一个或多个伽马探测器组成。
3. 能谱数据采集：伽马探头将记录到的伽马射线强度转换为能谱数据，即不同能量范围内的伽马射线计数值。
4. 分析和解释：通过对能谱数据进行分析和解释，可以得到与地下岩石特征相关的信息。
例如，不同放射性元素的能峰位置和强度可以用于鉴定岩石类型和成分。
5. 岩石识别和解释：基于能谱数据和相关模型，可以进行岩石识别和解释。
通过比较实测的能谱数据与已知的岩石库进行匹配，可以判断地下岩石的类型、组成和含量等。
自然伽马能谱测井具有广泛的应用领域，包括油气勘探、矿产资
源调查和环境监测等。
它能够提供有关地下岩石的物性参数、岩性特征和地层分布等重要信息，为地质研究和开发提供了重要参考依据。
自然伽马能谱测井--研究沉积环境
钍铀比的地质意义
从表中可以看出： 属于氧化环境的只有纸坊组 地层，钍/铀比平均值大于7； 属于还原到氧化过渡环境的 有延长组、和尚沟组、刘家 沟组、石千峰组、石盒子组、 山西组地层，钍/铀比平均 值在2.19-7之间； 属于还原环境的有太原组、 本溪组、马家沟组地层，钍 /铀平均值小于2.19。
2
利用其测量值可以研究 地层特性，计算泥质含 量、地层粘土矿物归类、 识别高自然伽马放射性 储层、评价生油岩等。 具体过程是采用交会图 技术，做出地层Th—K 交会图，按照给定的 Th—K交会图版，进行 相关工作
目 录
1
自然伽马能谱测井原理
钍铀比的地质意义
2
3
应用实例
结束语
4
1
自然伽马能谱测井原理
1
通过自然伽马能谱测井划分地层
泥岩地层的主要成分为粘土矿物，其 不同的岩石含有 的化学成分不同，
含有的放射性元素主要为铀(U)、钍 (Th)、钾(K)； 纯砂岩和碳酸岩的放射性元素含量 都比较低。
其放射性物质的
成分也不一样
某些渗透性砂岩和碳酸岩地层,由
于水中含有易溶的铀元素,并随水运移, 在某些适宜的条件下沉淀,形成高放射 性渗透层,此时可以通过自然伽马能谱 测井划分出地层。
地层中存在的放射性核素，主 要是天然放射性核素，这些核素又 分放射系和非放射系的天然放射性 核素。放射系为钍系、铀系和锕铀 系，但锕铀系的头一个核素235U在 自然界中的丰度很低，其放射性贡 献甚微，不予考虑。非放射系的天 然放射性核素如表1所列。从表中可 见，主要是87Rb和40K，但是87Rb 无伽马辐射。所以，在研究地层中 的自然伽马能谱主要是238U（铀)、 232Th（钍）放射系和40K（钾） 放射的伽马射线能谱。
9_自然伽马能谱测井
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境 深部高伽马异常 层岩性主要为泥岩、 炭质泥岩等。右图异 常层为二叠系太原组 煤层底板炭质泥岩。 声波时差曲线幅值比 煤层小，电阻率电位 比煤层低，自然伽马 呈明显高值，高达 260API。
榆林242井高伽马异常层 （榆林242井位于盆地东北部） 煤层底板炭质泥 岩呈高伽马，铀 丰度高。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
① 铀的地球化学特征 在氧化环境中，酸性岩浆岩中的4价铀矿物被风化，在蚀变和 淋滤过程中，不溶于水的4价铀矿物转化为可溶于水的6价铀盐。6 价铀通常以络阳离子(UO2)2+的形式存在，并以溶液方式运移。进入 还原环境时，6价铀又转化为4价铀而沉积。 大约有60%的铀在副矿物中，30%为活性铀，而造岩矿物中只 占10%。 所谓活性铀是指：①被吸附的铀；②易溶的铀矿物；③变生矿 物中的铀；④溶解于液体包裹体和颗粒间液体中的铀。
地面仪器的核心是多道脉冲幅度分析器， 该分析器将能谱分为五个能窗，它们的测量范 围分别是： W1:0.15-0.5MeV W2:0.5-1.1MeV W3:1.32-1.575MeV(含特征谱1.46钾窗) W4:1.65-2.390MeV(含铀特征谱1.76铀窗) W5:2.475-2.765MeV(含钍特征谱2.62钍窗)
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学Fra bibliotek征① 铀的地球化学特征 铀(U)在元素周期表中处于第七周期，是自然界最重的元素。 它有三个天然同位素，即U238、U235和U234，其丰度分别为99.27% 、0.0l％和0.72％。 铀的化学性质活泼，是典型的亲氧 元素，在化合物中呈正4价 和正6价。在自然界U6+和U4+相互转化，是铀的地球化学过程的主 要特点。 岩浆岩中铀含量，从酸性、中性、基性到超基性岩逐渐减少。
试论自然伽马能谱测井在高放射储层中的应用
一、自然伽马能谱测井原理自然伽马能谱测井是根据铀、钍、钾放射性核素在衰变时放出的Υ射线的能谱特征不同从而确定铀、钍、钾在地层中的含量。
自然伽马能谱测井与自然伽马测井都是测量地层的自然伽马。
不同之处是将入射的伽马射线的能量以幅度大小输出到多道脉冲幅度分析器,所测是地层伽马能谱,地面仪器将接受的伽马能谱进行解谱,得到地层中铀、钍钾的含量，仪器最终输出伽马射线的总强度和地层中铀、钍、钾的含量。
二、自然伽马能谱测井的应用1.计算泥质含量在自然伽马能谱测井资料中，地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系，而与地层的铀含量关系较复杂。
因此，可以同时利用钍、钾及无铀伽马曲线或根据地质情况选其中一条曲线，计算地层泥质含量。
2.识别高放射性储集层利用自然伽马能谱测井可以有效的识别和划分具有高自然伽马放射性的储集层。
在人们传统的概念，储集层是低放射性、泥质含量较少、比较纯的岩石，因而忽视了高放射性储集层的生产价值。
在纯砂岩和碳酸盐岩的放射性元素含量都较低，但对于某些渗透性砂岩和碳酸盐岩地层，由于水中含有易溶的铀元素，并随水运移，在某些适宜条件下沉淀，形成具有高放射性渗透层，即高伽马储层，此时可用自然伽马能谱测井进行储层划分。
高自然伽马的地层一方面可以作为标志层与邻井进行对比，另一方面又可以帮助识别流体性质。
另外，硬地层中高铀会指示具有渗流能力的储集层。
如图1，2967～2969m，3816～3819m，电阻率、孔隙度资料显示为储层，但呈现高自然伽马特征，从自然伽马能谱资料可见，总自然伽马含量增高主要是由铀含量显著增高引起的，该层为高放射性储集层。
图1 自然伽马能谱识别高放射性储集层3.粘土矿物类型识别一般来讲，在绝大多数粘土矿物中，钾和钍的含量高，而铀的含量相对较低，因此，根据Th/K，可大致确定粘土类型。
Th/K比值在28以上为重钍矿，在12～28之间为高岭石，在3.5～12之间为蒙脱石，在2～3.5之间为伊利石，在1.5～2之间为云母，在0.8～1.5之间为海绿石，在0.5～0.8之间为长石，小于0.5为钾蒸发岩。
自然伽马能谱测井
主要应用
自然伽马能谱测井除了具有GR测井所拥有的功能以外，还具有：1、寻找高放射性储集层
2、计算泥质含量
3、研究沉积环境和粘土矿物类型
将测量的U、Th、K，忽略各自的单位计算比值Th/U、Th/K和U/K，则这些比值在地质上有相当大的意义。
例如：
Th/U：大于7为陆相沉积，氧化环境或风化壳，小于7为海相沉积，灰色或绿色泥岩，小于2为海相黑色泥岩，磷酸盐岩；估计泥质地层的生油能力，Th/U愈低，有机碳含量愈高；指示较大的不整合面或至古滨线的距离，Th/U愈大则愈近。
Th/K：指示沉积环境，离古滨线的距离；识别不同沉积相的岩石类型；粘土矿物分类，参看图2-3-17，图中每条直线标的数据是Th/K。
U/K：估计泥质沉积的生油能力，愈高愈好；指示天然裂缝系统，比值很高表示裂缝发育；地层对比，含铀矿物的标准层。
4、研究生油层
还原环境和有机物的富集，可以使泥质沉积物吸附大量铀离子，因而使生油层的铀含量明显升高，并使U或U/K与有机碳含量有密切关系.。
关于自然伽玛能谱测井曲线质量控制与异常分析
一、能谱测井质量控制的相关理论沉积自然放射性的反映就是自然伽马能谱井，通过对华北地区某油田油井资料进行查阅，获取了铀的相对比值曲线和钍铀比值-能谱的测井特征比值，通过这种自然伽马能谱井的构建，实现对碳酸盐岩风化壳的有效识别，在此基础上，准确划分岩溶地层，最终完成对自然伽马能量井质量的判断。
在母岩风化产物之中，一部分化合物的主要成分是钍，故此类化合物被学者称为含钍化合物，该化合物与水融合难度高，如果岩石中钍含量较少，则反映出沉积环境与母岩区之间的距离较大。
与此同时，地层水活动的频繁与否，与地层中U含量增减变化存在直接关联，如果地表上部存在含有4价铀的矿物，则这个矿物会在氧化作用的影响下发生变化，具体表现为4价铀会增加至6价铀，其存在形式为铣络离子。
在查阅资料后得知，与其他离子相比，这种离子在水中的融合效率较高，具有十分活泼的化学性质，会在水的作用下流动，在受到有机质影响后，易沉淀，除有机质之外，黏土和磷酸盐的吸附作用可以取得与之相同的结果。
二、铀相对比值为了充分发挥能谱测井的作用，使沉积地层和碳酸盐岩岩溶地层相关信息得到反映，在应用这项检测方法前，需要完成铀相对比值的设立，究其原因。
主要是这个比值可以作为岩溶地层指示器，UR=1-KTh/GRSL；在这个式子中，铀相对比值由UR代表；无铀伽马含量由KTh代表；总伽马含量由GRSL代表。
基于油田实际资料，在将铀相对比值UR作为指示运用过程中，所产生的规律如下所述：（1）如果铀对比值小于0.5，岩溶作用强，其所属地层为海相地层；（2）如果铀对比值小于0.2，岩溶作用无，其所属地层为陆相地层；（3）如果铀对比值小于0.5，岩溶作用弱，其所属地层为过渡带。
三、应用实例和评价1.华北地区某油田地层基本特征通过查阅资料，钻芯取样和测井曲线分析等技术方法的使用，得知该油田的地层为过渡带，存在不同的环境，主要包括氧化环境和还原环境，且呈现出交替出现的特点，但其下的部分房组却与之不同，属于典型的海相沉积，且稳定性较强，其所属环境为还原。
自然伽马及伽马能谱测井在注水开发油田的应用
及其受注水的影响 三.在裸眼井中的应用 四.在套管井中的应用 五.结论
常规水淹层测井综合解释方法
水淹层基本特征： 油藏注水开发后，随着注入水的不断推
进，储层内部会发生一系列变化，与原始的 储层相比，水淹层主要有以下特征： （1）含水饱和度增大。 （2）孔隙度结构发生变化。 （3）地层电阻率发生变化。
注水对铀、钍、钾含量影响
随着油田的开采，油水界面上升，边水、 底水上移，已有的资料显示边水、底水中铀 、镭浓度较高，具有较高的放射性，此类情 况下，铀的放射性升高，钍、钾的浓度基本 不变；当注入水形成高渗透性水道时，携带 的铀、钍、钾等放射形物质有时会被水道的 围岩吸附，形成高自然伽马特征。
目录
自然伽马判断水淹层机理
注水常在高渗透层形成水道，放射性物质 有时吸附围岩上，形成明显高自然伽马值， 成为判断水淹的标准，此时为强水淹，此种 情况下电阻率一般会有所降低；注入放射性 较高的水，会在注入层段形成明显高自然伽 马，根据自然伽马值高低可以判断水淹程度 ，一般自然伽马越高水淹程度越高。
例1 自然伽马判断水淹层
纯的砂岩，对岩性成分复杂的油藏，由于所含
的放射性物质变化大，其应用受到限制，但仍
有一定的参考作用。
感谢专家指正!
水淹层测井综合解释方法
（4）地层水电阻率发生变化。 （5）产层内部油气水分布状态和流体力学特性
的变化。 （6）水淹层分布与沉积的韵律性有密切关系。 （7）储层的非均质性造成水淹程度上的差异。
水知识等判断储层是否水淹比较容易，但按产水率FW 的大小对水淹层进行分级解释较为困难。目前水淹
1.1 铀、钍、钾的地球化学特征
钍和铀经常是共生的，钍、铀比被认为是太阳 系的基本比值之一。确实，几乎所有的陨石， 钍和铀的比值（ Th/ U）都等于3~4；而在岩浆 岩中Th/ U的比值多数为4。在氧化环境中钍和 铀发生明显地分离。钍(Th)的化学性质稳定， 在地下氧化还原环境基本不变，其迁移主要是 随粘土迁移的物理过程。
测井原理9自然伽马测井
c):放射性核素示踪测井。这种方法是利 用放射核素作为示踪剂，将掺入流体中，并 注入到井内，通过流体在井中的流动而使核 素分布到各种孔隙空间。利用核γ测井对示 踪剂进行追踪测量，确定流体的运动状态及 其分布规律。 d):核成像测井。如核磁共振成像测井等。 20世纪30年代末，在美国以及前苏联出现 自然伽马测井； 我国1956年最先在玉门油田使用。
4 核衰变
放射性核素的原子核自发释放出一种带电离子,蜕变 成为另外原子核同时放射出伽马射线的过程称为核衰变
基态—原子核可处于不同的能量状态，能量最低状 态。 激发态—原子核处于比基态高的能量状态，即原子 核被激发了。 放射性—放射性核素都能自发的放出各种射线。 有的发射α射线，有的发射β射线，有 的在发射α射线或β射线的同时还在发 射γ射线，有的三种射线都有。原子核 自发的放射出各种射线而自身发生变化 的现象称为放射性。 235 238 232 放射性核素有天然（自然）的： U U Th 等，和人工（生产）放射性核素： 40 K 60 137
例如：
通常写成
12
C
12C的质量为：11.996709u，则质量数为：12
4
He
的质量为4.001506u，则质量数
A=4；
2 原子的结构
中子
原子核
原子
质子 正电荷 核外电子 负电荷
A 原子的标记形式： Z
XN
X是该原子的化学元素符号； A为质量数----即以u为单位原子核质量四舍五入的整数. Z---质子数（即原子序数）； N为中子数 即；N=A-Z，在实际工作中往 往只写出元素符 号和质量数，即写成 ：
2 曲线测量过程
自然伽马测井仪器包括两部分， 地面仪器： 井下仪器: 探测器 放大电路等 地层中的伽马射线通过泥浆到达探测器,探 测器把它变成电脉冲进行放大形成电信号,再通 过电缆到达地面仪器,变换成电脉冲数/每分钟 (强度)进行记录 井下仪器在井内自下而上移动测量,就连续 记录井剖面岩层的自然伽马强度,称为自然伽马 测井曲线(GR). 一般认为伽马射线在沉积岩中的平均穿透深 度约30cm，在考虑到井内泥浆的吸收作用，对 实际地层的探测深度往往不超过20cm，只在储 集层冲洗带范围内。
第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井
‘0、核测井原理概述核测井这门课程是和《原子核物理基础》是相互衔接的一门课程。
本课程的重点是自然伽马测井自然伽马能谱测井，密度测井，中子测井以及核磁测井方法原理的讨论，资料的解释应用只稍作提及。
核测井，在核磁共振测井出现之前，我们又叫做放射性测井。
放射性测井主要有三种方法：自然伽马测井测量地层的天然放射性；密度测井测量人工伽马源与地层作用后的γ射线；中子测井利用中子作用于地层作用，然后测量经地层慢化后的中子，或中子核反应产生的伽马射线。
这些测井方法主要用于了解地层的岩性和测量地层的孔隙度。
密度测井与中子测井结合也可用来判别储集层空间中的流体性质。
核磁测井严格地说不是放射性测井方法，核磁测井利用氢核具有核磁在外磁场作用下的共振吸收特性，测量地层中的氢核的状态和数目，进而求得地层的孔隙度，束缚水饱和度等参数。
第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井自然伽马测井测量地层中天然放射性矿物放出的伽马射线来了解地层的岩性等方面的特性。
本章从五个方面来讨论：1.伽马射线的测量（自然伽马测井的物理基础）；2.岩石的放射性来源(自然伽马测井的地质基础)；3.井中自然伽马的测量；4. 自然伽马测井资料的应用;5.最后介绍自然伽马能谱测井的原理及其应用。
§1 伽马射线及其探测 1、 伽马射线及其性质(1)伽马射线：处于激发态的原子核，回到基态时，放出伽马射线。
伽马射线是一种能量很高，波长很短的电磁波。
γ+→X X AZ mAZ △E=h ν=hλc式中 h ν是伽马射线的能量，h 是普郎克常数，ν是频率，c 是光速，λ是波长。
岩石地层中放出的伽马射线的能量范围为1kev~7Mev.(2)伽马射线与物质的相互作用如前所述，伽马射线射入物质后主要与物质发生三种相互作用。
光电效应：伽马射线的全部能量转移给原子中的电子，使电子从原子中发射出来，伽马光子本身消失的现象，称为光电效应。
康普顿效应：入射的伽马光子与核外电子发生非弹性散射，光子的一部分能量转移给电子，使原子中的电子被反冲出来，而散射光子的能量和运动方向发生变化的现象。
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4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑴ 研究生油层
大量研究表明，岩石中的有机物对铀富集 起着重要作用，因此应用自然伽马能谱测井， 可在纵向和横向上，追踪生油层和评价生油层 生油能力。 自然界中的有机质，一来自水生有机物， 二来自陆生植物。它们与铀之间都有亲和力存 在。虽然这种亲和力机理还在研究中。但这种 亲和力使有机质与铀含量有明显相关关系。 这种现象的另一种解释是，海水中的铀离 子与其他微量元素为浮游生物所吸附；陆生植 物的腐质酸也容易吸附铀离子。从而，源岩的 自然放射性明显高于非源岩，并且这种增加是 铀引起的。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
② 钍的地球化学特征
钍化合价以4价为主，4价钍和4价铀关系密切，常呈类质同象置换。 钍和铀经常是共生的，钍、铀比被认为是太阳系的基本比值之一。 几乎所有陨石的钍铀比(Th／U)都等于3～4；而在岩浆岩中Th／U也 几乎是定值，多数在4左右。在氧化环境中，铀和钍会发生明显地分离。 钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主。粘土矿物对钍的选择 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γ辐射体是Th208，特征γ射线的能量是2.62MeV。在自 然γ能谱测井中，主要根据这一特征峰确定钍在地层中的含量。
自然伽马能谱测井
Natural gamma ray spectrometry log or Spectral gamma-ray log
西安石油大学 油气资源学院 赵军龙
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
煤层
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境 鄂尔多斯盆地已发现的 铀矿化均为砂岩型铀矿。 到目前为止，盆地内发 现大型铀矿1处，小型铀矿 床2处，矿点8个，矿化点数 10个，总体上构成环盆周边 分布的5个砂岩型铀矿集中 区。
鄂尔多斯盆地铀矿分布图
4、自然伽马能谱测井资料的应用
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境 统计表明：陆相沉积、氧化环境、风化层，Th／U＞7； 海相沉积、灰色或绿色页岩，Th／U＜7； 海相黑色页岩、磷酸盐岩，Th／U＜2。 用Th/U、U/K和Th／K比值还可研究许多其它地质问题，如从 化学沉积物到碎屑沉积物Th／U比增加，随着沉积物的成熟度增加 ，Th/K比增大。 用Th/U、U/K和Th／K比值还可以识别粘土矿物。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
① 铀的地球化学特征 在氧化环境中，酸性岩浆岩中的4价铀矿物被风化，在蚀变和 淋滤过程中，不溶于水的4价铀矿物转化为可溶于水的6价铀盐。6 价铀通常以络阳离子(UO2)2+的形式存在，并以溶液方式运移。进入 还原环境时，6价铀又转化为4价铀而沉积。 大约有60%的铀在副矿物中，30%为活性铀，而造岩矿物中只 占10%。 所谓活性铀是指：①被吸附的铀；②易溶的铀矿物；③变生矿 物中的铀；④溶解于液体包裹体和颗粒间液体中的铀。
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境 深部高伽马异常 层岩性主要为泥岩、 炭质泥岩等。右图异 常层为二叠系太原组 煤层底板炭质泥岩。 声波时差曲线幅值比 煤层小，电阻率电位 比煤层低，自然伽马 呈明显高值，高达 260API。
榆林242井高伽马异常层 （榆林242井位于盆地东北部） 煤层底板炭质泥 岩呈高伽马，铀 丰度高。
鄂尔多斯盆地油、气、煤、铀共存关系础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
① 铀的地球化学特征 铀(U)在元素周期表中处于第七周期，是自然界最重的元素。 它有三个天然同位素，即U238、U235和U234，其丰度分别为99.27% 、0.0l％和0.72％。 铀的化学性质活泼，是典型的亲氧 元素，在化合物中呈正4价 和正6价。在自然界U6+和U4+相互转化，是铀的地球化学过程的主 要特点。 岩浆岩中铀含量，从酸性、中性、基性到超基性岩逐渐减少。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
② 沉积岩 A. 粘土岩中铀(238U)、钍(232Th)和钾(40K)的分布 一般说来，普通粘土岩中钾和钍的含量 高，而铀相对钾和钍来说含量较低。统计表 明粘土岩中平均含量：钾2％，铀6ppm，钍 12ppm。在还原环境中，铀的含量会增高， 如黑色海相页岩中铀含量可高达l00ppm。还 原环境下，若粘土中富含有机物或硫化物时 ，铀含量明显增高。 一般情况，粘土岩中钍与铀含量之比 (Th／U)在2.0～4.1。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
① 岩浆岩
已知的铀矿物和含铀矿物主要是铀的氧化物、含氧盐以及少量氢氧化物 和有机化合物。在岩浆岩中酸性岩的铀、钍含量最高，大约比中性岩高1倍 ，比基性岩高6倍，比超基性岩高1000倍。酸性岩和中性岩中的钾含量比基 性岩、超基性岩高。 大体上说，岩浆岩中铀的含量随Na、K、Si的含量增高而增高。花岗岩 富铀，碱性岩则相对富钍。在酸性岩中，一部分铀因铁、镁沉淀剂作用形成 钛铀矿、钍、铀矿、晶质铀矿等显微包裹体分散在多种造岩矿物(如黑云母 、角闪石)中，而大部分铀则呈类质同象混入物形式进入到副矿物(如锆石、 榍石、揭帘石、独居石、烧绿石等)中。分散在造岩矿物中的铀约占10％， 分散在副矿物中的约占60％，还有30％以上的铀可呈活性铀分散吸附在各种 矿物颗粒的表面，或溶于毛细水或薄膜水中。
地面仪器的核心是多道脉冲幅度分析器， 该分析器将能谱分为五个能窗，它们的测量范 围分别是： W1:0.15-0.5MeV W2:0.5-1.1MeV W3:1.32-1.575MeV(含特征谱1.46钾窗) W4:1.65-2.390MeV(含铀特征谱1.76铀窗) W5:2.475-2.765MeV(含钍特征谱2.62钍窗)
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
② 沉积岩 B. 砂岩和碳酸盐岩中铀、钍和钾的分布
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
2、自然伽马能谱测井原理
自然伽马能谱测井是根据铀、钍、钾三种放射性元素在衰变时放 出的γ射线能谱不同，测定地层中铀、钍、钾含量的一种测井方法。 (1)自然伽马能谱 K40只有能量为1.46MeV伽马射 线，铀系和钍系有各种能量伽马射 线，但大部分分布在1.3MeV以下。 钍系在2.62MeV处有一明显峰值 ，可作为钍系的特征谱；
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
① 岩浆岩
岩浆岩中铀、 钍和钾含量和钍 铀比见表。
蚀变岩石与未蚀变岩石相比，通常近 矿蚀变围岩中的铀含量会普遍升高，蚀变 岩石中活性铀含量也高于未蚀变岩石。不 同时代或不同地区的同一种岩性的岩石， 铀、钍、钾含量也有差异。一般来说。时 代越新，岩石铀含量也越高。
页岩
富含有机质生 油层
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑵ 求泥质含量 研究发现，地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系， 而与地层的铀含量关系较小。 因为铀除了伴随碎屑沉积存在外，还与地层的有机质含量以及一 些含铀重矿物的含量等因素有关，所以一般不用铀含量求泥质含量， 而用总计数率、钍含量和钾含量的测井值计算泥质含量。 计算方法同于自然伽马测井,定量计算公式形式: △GR= (GR-GRmin)/(GRmax-GRmin) Vsh=(2c·△GR-1)/(2c-1) 其中老地层 C=2, 新地层 C=3.7—4
1.76MeV 2.62MeV 1.46MeV
铀系在1.76MeV处也出现一个峰 值，作为铀系的特征谱。
0.5
2、自然伽马能谱测井原理
(2)测井原理 自然伽马能谱测井仪的下井仪器与自然伽马测井仪基本相同，使 用NaI闪烁计数器，将入射的伽马射线能量的大小以脉冲的幅度大小输 出，不同之处是地面仪器部分，其测量原理如图。
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
自然伽马能谱测井
自然伽马测井探测的是自然伽马射线总强度，它反映的是地层 中所有放射性元素的总效应，而不能区分地层中所含放射性元素的 种类及含量。 在此基础上，发展起来的自然伽马能谱测井(NGS)，采用能谱分 析的办法，可以定量测定铀、钍、钾的含量，同时，还给出地层总 的伽马放射性强度。所以自然伽马能谱测井可以解决更多的勘探和 开发中的地质问题。 自然伽马能谱测井原理是根据铀、钍和钾的自然伽马能谱的特 征，用能谱分析的方法，将测量到的铀、钍、钾的伽马放射性的混 合谱，进行谱的解析，从而来确定铀、钍、钾在地层中的含量。
谱特征有 包含情形
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
3、自然伽马能谱测井曲线特征
曲线特征同 自然伽马测井 曲线特征☺
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
③ 钾的地球化学特征
钾有三个天然同位素，K39、K40和K41，其中K40是放射性同位素，它 发射1.46 MeV的γ 光子。 钾在岩浆岩中的含量随SiO2的增加而增高。 含钾的硅酸岩矿物易于被风化分解，钾被淅出并被流水所带走。由于 钾的溶解度大，因而在不同类型的水中都有一定量的钾。在世界范围内， 雨水中钾含量为0.2～3 ppm(0.2～3g／t)。岩石风化后，一部分钾被带入河 流、湖泊、海洋和潜水中。 钾的离子半径较大，极化率高，易于被粘土矿物所吸收，所以钾能大 量停留在大陆上，而仅有0.038％的钾被带入海洋。