伽马测井

➢ 氡(Rn)：氡有三个同位素，其中222Rn是铀系的一个子体，氡是易溶于水和有机 溶液的气体，易被吸附在各种物质的表面上。在构造破碎带常有氡富集；
➢ 铋(Bi)：214Bi是铀系中的主要伽马辐射体，特征伽马射线的能量是1.76MeV。
在自然伽马能谱测井中，主要根据214Bi的这一特征峰确定铀在地层中的含量；
➢ 钋(Po)：钋有七个同位素，其中218Po, 214Po和210Po是铀系的子体。218Po和9Be 混合可制造中子源，在铀矿普查时可利用210Po寻找铀矿；
2点认识： 1）铀的伽马辐射强度会随时间而变化，所以将碳酸盐岩或火成岩裸眼井段 作为标准井，对自然伽马强度和能谱测井都是不合适的。 2）由于铀及其子体的化学性质活跃，风化、运移、富集过程影响因素多， 通常不是泥质含量的可靠指示元素。
c) 以各类腐殖酸盐络合物形式运移，在下述条件下沉积：腐殖
酸氧化，络合物被破坏；吸附作用；与某些盐类作用形成不 溶性盐；
d) 呈铀的胶溶体U02(OH)2的形式运移，在下述条件下沉积：被带
负电荷的硅酸胶体及Fe（OH)3吸附；与还原剂相遇。
③ 铀系中的几个典型核素：
➢ 镭(Ra)：镭有四个同位素，其中226Ra是238U的一个子体。由于在采油井水驱前 沿的镭在井眼周围的富集，使自然伽马总强度增强能指示储层水淹级别的高低；
208Tl，其次是238Ac。这两个核素发
射的伽马射线的总能量约占钍系发 射的伽马射线总能量85％，而其辐 射强度约占钍系总强度的71％。 208Tl发射的能量为2.62MeV的伽马 射线，是钍系能量最高强度最大的 伽马谱线。
②散射伽马测井：测量点状伽马源生成的散射伽马辐射场； ③示踪伽马测井：测量由载体携带的放射性示踪剂发射的伽马辐
射场。
自然伽马能谱测井
自然伽马测井：只测量和利用自然伽马射线的总强度，而不 能利用辐射场的能谱和其他特性，按其原理应称为自然伽马 强度测井；
自然伽马能谱测井：不仅能测
量总强度，而且还能分析伽马 能谱，同时也包含空间和时间
高。黑云各母种粘土矿6.物7~铀8.3、钍、钾含量不同，<对0.0粘1 土岩自然放
射性白云的母Hale Waihona Puke 献也不7.同9~。9.8绿泥石
<0.05
<0.01
3~5
<5.0
绿帘石
a) 蒙脱石：也称胶岭石或微晶高岭石，它的分子中不含放射 性元素，但其比表面积很大（269m2/g），阳离子交换能力 强，对放射性物质吸附能力强，故铀和钍含量都高，对粘 土岩的放射性贡献最大；
自然界中有三个天然放射系，即铀系、钍系和锕系，其初
始的核素分别为U238、Th232和U235。U238的丰度为99.2739％，而 U235的丰度只有0.7205%，所以锕系对岩石放射性的贡献可以忽
略。岩石的自然放射性主要是由U238 和Th232开头的两个放射系 和放射性核素K40决定的。对自然伽马测井来说，只考虑这些核
（2）钍(Th)：钍有228Th、 229Th 、230Th、 231Th、 232Th 、234Th 等六个同位素，其中232Th的丰度几乎为100％。
§钍的化合价以四价为主，和四价铀物理化学性质相近，通常 与铀共生，钍铀比被认为是太阳系的基本比值之一。 §钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主。粘土矿物
信息，获取的信息量增加了到 原来的2-3个数量级。 都以天然伽马辐射场为基础。
一、地层的放射性核素和伽马辐射体
岩石的自然放射性是由岩石中放射性核素及其含量决定的。
自然界的元素有92种。天然核素约有330多种。在自然界中原子
量A小于209的核素多数是稳定的，只有少数是放射性的，例如 K40；而A>209的核素全部都是放射性的。
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 中钍的分布的主要因素。
§钍常作为粘土矿物指示剂，钍铀比可指示沉积环境和岩性。
钍系的主要伽马辐射体是208TI,特征伽马射线的能量是2.62MeV。 在自然伽马能谱测井中，主要根据这一特征峰确定钍在地层中的含 量。
（3）钾(K)：钾有三个天然同位素，39K、 40K和41K ，其中40K 是放射性同位素，它发射1.46MeV的伽马光子。
基本矿物，≧10%
长石、石英 石英、云母 石英 石英、绢云母、绿泥石 绿泥石 角闪石 方解石
次生矿物，2%~10%
云母、角闪石 铁铅榴石 长石、云母 钾长石 娟云母、绿帘石 斜长石、石英
副矿物，≦2%
石榴子石、石墨、矽线石、电气石 十字石、绿帘石、矽线石、角闪石 绿帘石、蓝晶石、石墨、磁铁矿、褐铁矿 黄铁矿
铝土矿
岩是海绿主石要储集岩5.0。8~5.3
3~30
10~130 3~10
155~210
膨润①土粘土岩：<0是.5指粘土矿1物~2含0 量大于560~％50的岩石，包括
泥岩蒙脱和石页岩。 0.16
2~5
6~44
高岭石
0.42
1.0~5
7~47
45~356
伊利在石油、气测井4.5常遇地层中1，.5 粘土岩铀10、~2钍5 、钾含8量0~最130
总体而言，岩浆岩中铀的含量随Na、K、Si的含量增高而增
高；花岗岩富含铀，碱性岩则相对富含钍。
岩浆岩中铀、钍、钾含量和钍铀比
岩石
铀，g/t 钍，g/t 钾，% 钍铀比
酸性岩（花岗岩、花岗 闪长岩、流纹岩） 3.5
18.0 3.34 5.1
中性岩（闪长岩、安山岩、正长岩）
1.8
7.0 2.31 4.0
中数据做成能谱图如下，只表示各核素发射的伽马射线的初
始能量，故称初始谱。未考虑样品的自散射和光子与环境介
质及探测元件之间的作用。
铀系中最重要的伽马辐射体是214Bi,其次是214Pb。在铀系 的伽马射线谱线中，大于1MeV的伽马射线都是由214Bi发射的。 214Bi一次衰变的伽马射线总能量为1.574MeV，约占铀系总能 量的85.6％，214Pb占12.4％。这两个核素的伽马辐射强度占 铀系总强度的85％。
式中
Mm
m A1 1 Am
Am，A1—子核素和母核素的质量数。
(3—165)
由式(3一165)可算出与1g铀平衡时第m个子核素的质量；反
之，若能测出衰变系中任一子体的质量，也可求得系中第一个
母核素238U的质量。
铀系中能发射伽马射线的重要核素及其射线的能量和强度。
用以显示射线强度的能量分布的图，称之为能谱。将上述表
柘榴石、绿帘石、云母 氧化镁、氧化铝、硅灰石、钙铝榴石
3.岩石中的放射性核素和伽马能谱
（1）铀系的伽马辐射体
由天然放射系的长期平衡原理可知，当放射系达到长期平衡时，有：
λmNm= λ1N1 即母核素与任一子核素的衰变率都相等。
(3—164)
将原子数变换为质量，当母核素的质量为1g时，第m个子核素的质量是：
生油粘土岩中的粘土矿物以蒙脱石和高岭石为主，且富含有
机质，所以放射性物质含量高，尤其铀含量明显高于其他粘土岩
②碎屑岩：是由碎屑物和胶结物两部分组成的，其中碎屑物 是岩石的主要成分。
碎屑岩的放射性由正长石（含钾）、白云母（含钾）、 重矿物和泥质含量所决定，一般随泥质含量上升而增高。纯
石英砂岩的石英含量达80%以上，含放射性元素的矿物很少， 自然放射性很低。
b) 高岭石：本身不含放射性元素，比表面积小（19m2/g），阳 离子交换能力和吸附能力均不如蒙脱石，铀和钍含量都较 低，对粘土岩的放射性贡献较小；
c) 水白云母(伊利石）：对铀、钍吸附能力差，但它本身含钾， 具有放射性，对粘土岩的放射性有贡献；
d) 绿泥石：它本身不含放射性元素，阳离子交换能力和对放 射性物质吸附能力都低，对粘土岩的放射性贡献甚微
钾和钍都是粘土矿物主要指示元素。
2.铀、钍和钾在岩石中的分布
岩石的天然放射性是由它的放射性矿物种类和含量确定的。
在核测井中，铀和钍含量通常用μg/g为单位；记作ppm，而 钾含量用0.01g/g为单位，记作％。
(1)岩浆岩
铀、钍含量: 酸性岩＞中性岩＞基性岩＞超基性岩 钾含量: 酸性岩和中性岩＞基性岩、超基性岩
③化学岩和生物化学岩：是通过化学和生物化学作用形成的。 常见的化学岩有碳酸盐岩、石膏、硬石膏、岩盐和钾盐等。
除钾盐本身具有放射性外，其他各类纯的化学岩自然放射性都 特别低，但随泥质含量上升自然放射性略有增高。自然放射性 的高低还和成岩作用及地层水的活动有关。
岩石 砂岩 石英砂岩 杂砂岩 长石砂岩 页岩 黑色页岩 铝土矿 斑脱岩
第二节 伽 马 测 井
伽马测井概念：是依据天然或人工伽马源在地层和井眼中生成 的辐射场，测量和分析伽马射线强度和能谱，研究地层的岩性、
矿物成分、密度、孔隙度、流体运移及相关地质及工程问题的 测井方法。 伽马测井分类：按伽马源的种类划分为三类
①自然伽马测井：研究分散在地层中的天然放射性核素生成的伽
马辐射场；
碳酸盐岩
0.1~9.0
0.1~7.0
石灰岩
2.2
0.05~2.4
白云岩
0.03~2
磷酸盐
1~5
海相磷块岩
30~50
蒸发岩
<1
砂
3.0
1.2
泥
2.3~3.7
1~2.7
现代海洋沉积物
黑泥 远海粘土
36~48 1.5~4.0
3.1~11
抱球虫软泥
0.74~1
5.1~5.5
锰结核
24~124
煤
20~80
有机质
基性岩（玄武岩、辉长岩、辉绿岩）
0.5
3.0 0.83 6.0
超基性岩（橄榄岩、辉石岩、纯橄榄岩） 0.003 0.005 0.03 1.7