自然伽马测井
测井教程第7章 自然伽马测井
自然伽马测井
自然伽马测井是放射性测井中的一种方法。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。 自然伽马测井测量的伽马射线，有较强的穿透能力，能在已经 下了套管的井中测量，因此，这种方法既可以在裸眼井中测量， 又可以在套管井中测井。 由于岩石的自然放射性与剖面上岩石的导电性无关，与井内所 充填的介质特性无关，因此，它能在任意岩层剖面，以及在井内 充满高矿化度泥浆、油基泥浆甚至空气的条件下使用。也正是由 于这些原因，这种方法已成为碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井的 地区进行测井的重要内容。 从应用的角度考虑，自然伽马测井同自然电位测井类似。定性 方面，可用以划分泥质和非泥质地层，确定渗透层。定量方面， 可以用它来计算地层的泥质含量，判断渗透层的物性好坏。
一、测量原理
进行自然伽马测井的简单原理如图所示，整个测量 装臵由井下仪器和地面仪器两大部分组成。
沉积岩的自然放射性，大体可分为高、中、低三种类型。
①高自然放射性的岩石：包括泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩、 深海沉积的泥岩，以及钾盐层等，其自然伽马测井读数约 100API以上。特别是深海泥岩和钾盐层，自然伽马测井读数 在所述沉积岩中是最高的。 ②中等自然放射性的岩石，包括砂岩、石灰岩和白云岩。 其自然伽马测井读数介于50—100API之间。 ③低自然放射性的岩石：包括岩盐、煤层和硬石膏。自然
N0 2 N 0e
t
T
T和λ一样，也是不受任何外界作用的影响，而且和时间无关的常 量。不同放射性元素的T值也是不同的。 自然界中，各种放射性元素的半衰期相差很大，有的长达几十亿年 ，有的短到若干分之一秒。例如，铀的半衰期为4.51×109 年，镭 1590年，氡为3.825天等等。 一种放射性元素的半衰期可以精确估计，但是无法估计在一个短 时间内到底有多少个原子可能发生衰变。然而，对元素整体来讲，其 衰变具有统计性，即围绕某一平均值在一定范围内变化。
放射性测井之自然伽马测井
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供
自然伽马测井
勘探开发工程监督管理中心
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（2）、同位素和放射性核素
核素指的是原子核中具有一定数量的质子和中子并 在同一能态上的同类原子，同一核素的原子核中质 子数和中子数都相等。而同位素是原子核中质子数 相同而中子数不同的核素，它们具有相同的化学性 质，在元素周期表中占有同一位置。
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
放射性核素的原子核自发地放射出一 种带电粒子（ α或β），蜕变成另 外某种原子核，同时放射出γ射线的 过程叫核衰变。核能自发地释放α、 β、γ射线的性质叫放射性。
勘探开发工程监督管理中心
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
勘探开发工程监督管理中心
一、伽马测井的核物理基础
1
核衰变及其放射性
（3）、核衰变
这里给出几种放射性核素的半衰期。
放射性核素 钾 铯 钡
铟 钴
符号 K 40
19
55 Cs137
Ba131 In113
Co60
半衰期T
1.3 109 年
3.3 年 11.8 天
100 分钟
5.27 年
勘探开发工程监督管理中心
2
伽马射线和物质的作用
γ光子和物质的这三种作用的几率和γ光子的能量有关，低能γ 光子和物质作用以光电效应为主，中能γ光子和物质发生康普顿 效应的几率最大，而电子对效应则发生在伽马光子的能量大于 1.022 MeV时。
低能
光电效应
中能
康普顿效应
大于1.022MeV
电子对效应
第七章 自然伽马测井
(7-6)
其中： Io 、 I--- 分别为未经吸收物质和经过吸收物 质L时伽马射线强度； μ---物质的吸收系数，μ=τ+Σ+η。 此外，还可以用质量吸收系数反映伽马射线通过物 质时的强度减弱程度。 (7-7)
m
三、伽马射线的探测
1、 放电计数管 如图7-3所示，它利用放射性辐射使气体电离的特 性来探测伽马射线。此计数管的计数效率低。 2、闪烁计数管
图7－8
自然伽马曲线
三、自然伽马测井曲线的特点及影响因素
自然伽马测井仪探测的伽马光子主要是
以仪器为球心、半径为 30～45厘米范围内岩
石放射出的伽马光子，此范围为自然伽马测
井的探测范围。
１、自然伽马测井曲线的特点（理论）
自然伽马测井 的理论曲线如图 7-9所示，从图中 不难看出曲线具 有下列特点：
其中：GR----目的层测井值；
GRcl----纯地层的测井值；
GRsh-----泥岩层测井值，API单位。
GCUR----希尔奇指数，与地层年代有关。
第三系地层，取3.7；老地层取2。
例：自然伽马测井曲线上的读数为：
纯砂岩=15API；泥岩=90API；目的层=40API。
地层为第三系碎屑岩。求地层泥质含量。
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
35-5 35-1
5559-5581
S1k1
5564-5585
S1k1
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
第三节
自然伽马能谱测井
自然伽马测井只能反映地层中所有放射 性核素的总效应，而不能区分地层中所含放 射性核素的种类及含量。自然伽马能谱测井 即可完成这一任务。
测井解释6自然伽马测井
放射性测井1.根据岩石及其孔隙流体和井内介质（套管、水泥）的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找石油等矿藏，研究油田开发及油井工程的一类测井方法。
2.优点：唯一能够确定岩石及其孔隙流体化学元素含量的测井方法3.可在裸眼和套管井中进行，不受井眼介质的限制。
放射性测井放射性测井岩性、化学矿物成分孔隙度、岩性流体成分、孔隙度中子测井伽马测井密度测井6 自然伽马测井6.1 伽马测井核物理基础6.2 自然伽马测井6.3 自然伽马测井应用6.1 自然伽马核物理基础一. 核衰变及其放射性1. 原子的结构原子原子核电子质子中子6.1 自然伽马核物理基础一. 核衰变及其放射性2. 同位素和放射性核素¾核素:具有相同数量的质子和中子，并且在同一能态上的同类原子¾同位素:质子数相同，中子数不同不稳定核素(自发的改变结构和能量，放出射线)核素稳定核素(结构和能量不变化)不稳定核素也叫放射性核素不稳定同位素叫放射性同位素6.1 自然伽马核物理基础一. 核衰变及其放射性3. 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核衰变遵循一定规律，放射性核数随时间按指数递减的规律变化，核衰变不受外界条件的影响。
λ0e N N t⋅−=：衰变常数：衰变开始数目；：衰变后的数目其中：λ0N N6.1 自然伽马核物理基础一. 核衰变及其放射性3. 核衰变¾半衰期T 是指放射性核素的原子核数衰变至初始值一半时所需的时间。
6.1 自然伽马核物理基础一. 核衰变及其放射性4. 放射性活度和放射性比度¾放射性活度：指放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数单位：居里（Ci ）¾放射性比度：指放射性元素的放射性活度与其质量之比单位：Ci/g6.1 自然伽马核物理基础一. 核衰变及其放射性5. 放射性射线的性质¾α射线：带正电，氦原子核流¾β射线：带负电，电子流¾γ射线：不带电，波长极短的电磁波¾α射线：电离能力最强，穿透能力最差，在空气中仅穿透2.6－11.3cm ；在岩石中只有10-3cm¾β射线：电离能力较弱，穿透能力稍强，在金属中穿透0.9mm¾γ射线：电离能力最小，穿透能力很强，在空气中穿透几百米，在岩石中几厘米到几十厘米结论：测井中主要用γ射线Photoelectric Effect 光电子(photoelectron)nAZ λρτ⋅=6.40089.0τ：光子穿过1cm 吸收物质时产生光电子的几率λ：光子的波长6.1 自然伽马核物理基础二. 伽马射线和物质的作用1. 光电效应ρ：密度，g/cm 3;Z ：原子序数；A ：克原子量（原子量/摩尔）AZN A eρσσ=康普顿电子(Compton electron)γ光子(Photon )σ：康普顿效应导致的光子在穿过单位距离物质时的减弱Compton Effect6.1 自然伽马核物理基础二. 伽马和物质作用2. 康普顿效应N A : 阿佛加德罗常数，6.025×1023个原子/molElectron Pair Effect正电子(positive electron )负电子(negative electron )E γ≥1.022Mev6.1 自然伽马核物理基础二. 伽马和物质作用3. 电子对效应)022.1(2−⋅=γρE Z AN Kt A K : 系数；N A : 阿佛加德罗常数，6.025×1023个原子/mol ；ρ：密度，g/cm 3;Z ：原子序数；A ：克原子量（原子量/摩尔）；E γ：伽马光子的能量（Mev)Electron Pair Effect6.1 自然伽马核物理基础二. 伽马和物质作用3. 电子对效应τσµ++=t 物质的吸收系数：单位长度物质对伽马射线的吸收率Le I I µ−=0伽马射线射线强度衰减规律：6.1 自然伽马核物理基础二. 伽马和物质作用4. 伽马射线的吸收I 0Iρτρσρρµµ++==t m 6.1 自然伽马核物理基础三. 伽马射线的探测1. 放电计数器I 0I电离作用：带电粒子和组成物质的原子的束缚电子间产生非弹性碰撞，使束缚电子获得足够的能量成为自由电子，原子变为正离子的过程。
第七章自然伽马测井
09:13:03
第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
9
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
– 1.光电效应 •γ射线能量较低时，穿过物质与原子中的电子相碰撞， 将其能量交给电子，使电子脱离原子运动，而γ整个被 吸收，释放出光电子。光电效应发生几率τ随原子序数 的增大而增大，随γ能量增大而减小。
0.0089
Z 4.1
A
n
09:13:03
第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
10
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
–1.光电效应
•τ——线性光电吸收系数， γ光子穿过1cm吸收物质时 产生光电子的几率；
•λ——γ光子的波长；
•n——指数常数，对不同的元素取不同的值，对C、O 来说取3.05，对Na到Fe的元素来说取2.85；
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 26
第二节 自然伽马测井
一、岩石的自然放射性
– 煤中的有机质（由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机 化合物）和无机质（矿物杂质和水分）都不是放射性 物质，因此在一般情况下，煤层的放射性均很弱。 – 煤层放射性的强弱与煤的灰分合量有很密切的关系。 灰分增高，煤层的放射性也随之增强，某些高灰分煤 层的放射性甚至比围岩还要高。
m
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 16
第一节 伽马测井的核物理基础
三、伽马射线的探测
– 1.放电计数管
• 放电计数管是利用放射性射线使气体电离的性质来探测伽 马射线。
放射性测井之自然伽马测井讲解
放射性：不稳定核素原子核自发地释放、β、 等射线
2
3） 核衰变 核衰变：原子核自发地释放出一种带电粒子，并蜕变成另外某种原子核， 同时放出伽马射线。
核衰变常数λ：决定于该放射性核素本身的性质，其值越大衰变越快。
一种元素经过放射变成另一种元素的过程称为衰变或蜕变。
例如
1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素
核素：原子核中具有相同数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子 （同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。
放射性核素：不稳定的核素 （ 其结构和能量都会发生改变， 衰变成其他核素，并放出射线）。
同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。
通式为： ZXA → Z+1YA+(一个负电荷)
例如：衰变
90Th234 → 91Pa234+
衰变：放出射线的衰变。
射线通常是在、衰变的过程中伴随放出的。
7
2) 、和 射线比较
射线种类 产生原因
实物
射线 衰变放出
氦(2He4) 原子核流
射线 衰变放出
高速运动的电子流
式中GR 、GRmax 、GRmin分别为待研究地层、纯泥岩、纯砂岩的自然伽马 测井强度。
进行非线性 校正:
Vsh
2cSH 1 2c 1
C ＝ 3.7 新地层 C ＝ 2.0 老地层
应用条件： （1）不同地层中粘土矿物放射性是相同的
（2）除了粘土矿物之外，不含有其他放射性矿物
27
200
160
特高 → 高 → 中等 → 最低
3) 碳酸盐岩剖面
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。
煤田测井中自然伽马曲线的应用效果分析
煤田测井中自然伽马曲线的应用效果分析随着能源消费的不断增加，对煤矿的需求也日益增长。
而煤矿的勘探开采是一项复杂的工作，需要依靠各种技术手段进行地质勘探工作。
在煤田勘探中，测井技术是一种非常重要的手段，而自然伽马曲线作为测井数据的一部分，在煤田勘探中具有重要的应用价值。
本文将对煤田测井中自然伽马曲线的应用效果进行分析。
一、自然伽马测井介绍自然伽马测井是利用放射性同位素的自然辐射进行测井，通过测定辐射能量来了解地层的物理性质和岩性。
自然伽马测井主要包括自然伽马曲线测井和自然伽马密度测井。
自然伽马曲线测井是指利用岩石对自然放射性元素伽马能量的吸收和衰减特性，来解释地层的岩性、厚度、孔隙度、渗透率和地层的岩性叠加情况等。
自然伽马曲线是在测井中记录的一种曲线，反映了地层中的放射性元素含量和岩层的变化。
自然伽马曲线是通过探测地层中的放射性核素产生的伽马射线来获得的，它可以显示地层的岩性和成分变化，对地层属性进行反映。
自然伽马曲线在煤田测井中的应用主要有以下几个方面。
二、自然伽马曲线的应用效果分析1. 煤层识别自然伽马曲线可以反映地层的放射性元素含量和岩性变化，煤层中的放射性元素含量往往较低，因此在自然伽马曲线上通常表现为较低的数值。
利用自然伽马曲线可以识别煤层和非煤层，从而帮助确定煤层的分布范围和厚度。
2. 地层岩性分析自然伽马曲线可以反映地层的物理性质和岩性变化，通过对自然伽马曲线的解释，可以对地层的岩性进行分析。
不同的岩性在自然伽马曲线上表现为不同的特征，通过对自然伽马曲线的分析可以确定地层的岩性类型，为地层勘探提供重要的参考信息。
自然伽马曲线在煤田测井中还可用于测定地层的厚度。
通过自然伽马曲线的特征变化，可以确定地层的上、下界，从而确定地层的厚度。
这对于确定煤层的垂向变化以及煤矿勘探和开采具有很大的帮助。
自然伽马曲线具有高灵敏度和分辨率，能够反映地层的微观变化。
可以通过自然伽马曲线的特征变化来分析地层的微观变化情况，对地层的岩性叠加、层理、构造等进行解释，为地质构造分析提供帮助。
自然伽马测井名词解释
自然伽马测井名词解释
自然伽马测井是一种采用伽马射线来测量地层岩石物性的测井
方法。
在这个过程中，使用伽马探测器来测量地下岩石内的自然伽马辐射，并将其转换成对应的计数率。
这些计数率可以帮助地质学家确定地层的岩性、厚度和密度等信息。
以下是自然伽马测井中一些常见的名词及其解释：
1. 伽马射线（Gamma Ray）：一种高能电磁波，由放射性核衰变产生。
在自然伽马测井中，伽马射线可以用来测量地层的放射性特性，从而确定地层类型和分界面。
2. 自然伽马辐射（Natural Gamma Radiation）：指来自地下岩石的自然放射性元素（如铀、钍、钾等）所发出的伽马射线。
自然伽马测井利用这种辐射来识别地层特征。
3. 计数率（Count Rate）：指测量仪器在一定时间内记录到的伽马射线计数数目。
计数率越高，表示所测地层中放射性物质的含量也越高。
4. 电阻率（Resistivity）：指材料对电流通过的阻力。
自然伽马测井中，电阻率可以用来确定地层的导电特性。
通过与伽马计数率结合使用，可以帮助地质学家确定地层的矿物组成和岩性。
5. 伽马探测器（Gamma Ray Detector）：一种专门用于检测伽马射线的探测器。
常见的探测器包括NaI（Tl）闪烁体探测器、BGO晶体探测器等，这些探测器可以测量伽马射线的能量和计数率，并将其转换成电信号输出。
总的来说，自然伽马测井是一种重要的地球物理勘探方法，广泛应用于油气勘探、地质调查和环境监测等领域。
了解自然伽马测井中的相关名词及其解释，有助于深入理解这一技术，并更好地应用于实际工作中。
4自然伽马测井
二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,该分析器将能量谱分为5个能量窗.
W1:0.15~0.5MEV W2:0.5~1.1MEV W3:1.32~1.575MEV(含特征谱1.46MEV的 钾窗) W4:1.65~2.39MEV(含特征谱1.76MEV的铀窗) W5:2.475~2.765MEV(含特征谱2.62MEV的钍窗) 5个能量窗输出的信号分别进入5个计数器进行计
三自然伽马测井曲线影响因素
1积分电路的影响(测速*积分电路时间常数) 由于记录仪器中的积分电路具有惰性(充/放电需要 时间),输出电压相对于输入要滞后一段时间而仪器 又在移动,可能使测井曲线发生畸变,主要为:
极大值减小,且不在地层中心而向上移动,视厚度 增大,半幅点上移. 一般:地层厚度越小,积分电路的影响越大,曲线畸变 越严重.实际测井中要适当控制测井速度.
GCUR：希尔奇指数
老地层为2，新地层为3.7
2)斯伦贝谢方法:
泥质含量：
V sh
b GR B0 sh GR sh B0
B 0 : 纯地层背景值
B0 sd GR sd (或 1S GR 1S )
、
b
、
sh
sd
、
1
S
分别为目的层、泥岩层
、
纯砂岩、纯石灰岩的体 积密度；
GR
、
GR
、
N
：阿伏加德罗常数（
A
6.022045
10 23 mol 1)
沉积岩：Z 0.5 A
Z N A ：单位体积电子数
自然伽马测井原理
自然伽马测井原理
自然伽马测井（Natural Gamma Ray Logging）是一种用于地质勘探和地层解释的测井方法。
其原理是通过测量地层中存在的天然伽马射线强度来获取地层的放射性元素含量，进而推断地层的成分和性质。
伽马射线是一种能够穿透物质的高能电磁辐射，常常与放射性同位素的衰变过程相关。
地层中的放射性元素如钾、铀和钍会以不同的比例存在，它们的核衰变会释放出伽马射线。
这些伽马射线的能量和强度与地层中的放射性元素含量有关。
在自然伽马测井中，测井仪器将伽马射线传感器降入井中，通过探测上下井段的伽马射线强度差异来识别地层。
伽马射线强度通常以计数率 (counts per second，cps) 的形式进行测量。
通
过观察伽马射线计数率的变化，可以确定地层中放射性元素的含量及其分布。
自然伽马测井可以提供许多地层信息。
例如，钾元素主要存在于黏土矿物中，可用于判断地层的砂岩和页岩含量。
铀和钍元素主要存在于砂岩中，可以用于识别砂岩体。
此外，自然伽马测井还可用于确定地层的厚度和边界、识别化石层、建立地质模型等。
需要注意的是，自然伽马测井的应用需要考虑伽马射线的穿透能力和侵入深度等因素。
不同元素对伽马射线的敏感度也不同，因此对于复杂地层，可能需要结合其他测井方法进行综合解释。
总之，自然伽马测井是一种重要的地质勘探工具，通过测量地层中的伽马射线强度，可以获取地层的放射性元素含量和地质信息，为勘探工作提供有价值的数据支持。
《测井仪器原理》第八章 自然伽马能谱测井仪器
8.1.2 伽马能谱探测原理
1.伽马射线探测器
伽马射线与物质的相互作用能引起物质中原子的 电离和激发。利用这两种物理现象可以探测伽马 射线。 利用次级电子电离气体而建立的探测器有电离室、 正比计数器和盖革一弥勒计数器等。 利用次级电子使原子核的外层电子受激发，当原 子返回基态时放出光子，发生闪光，而建立了闪 烁计数器。
伽马能谱测量要通过伽马脉冲幅度来判别它 们是从哪种放射性核素放射出来的，因而幅度信 息是重要的，必须保证不受其它因素影响。 由于闪烁晶体和光电倍增管的对温度十分灵 敏，由于温度的变化会导致谱信号记入错误的能 窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计 中很重要的一环。 NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
•解谱原理 用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13 K W a U a Th a K 2 21 22 23 W3 a31U a32Th a33 K W a U a Th a K 41 42 43 4 W5 a51U a52Th a53 K 式中,a11 ~ a53由仪器刻度时标定.
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ； 碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8； 粘土岩的Th/U为2.0～4.1 ； 砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U 值变化范围也大。
第八章自然伽马能谱测井仪
8.1 自然伽马能谱测井方法原理 8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理 8.3 NGT—C自然伽马能谱测井仪电路分析 8.4 小结 习题
第7章自然伽马测井
（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
第4章-自然伽马测井讲解
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幅度大 小输出。地面仪器部分不同
该仪器的核心是多道脉冲幅度分 析器，该分析器将能谱分为5个能 量窗口，各窗的能量范围是：
用剥谱器对复杂谱进行解析
W1：0.15～0.5MeV W2：0.5～1.1MeV
自然伽马能谱测井测量原理
砂
岩
锯齿状
泥 岩
实测自然伽马测井曲线特征 7
（1）测井测量的每一点计数率的涨落误差σ1
n
如能根据多次测量确定平均值，则每次的测量读数 与平均值的误差就是σ1。采用积分线路的自然伽马 测井仪，其输出结果是在输出时刻前2τ时间内的平 均值，则曲线上任何一点的相对标准误差为：
相对误差： 1
1 2n
穿过某油田的
剖面确定第1、
2类砂岩的分布
12
砂泥岩剖面：低GR的为砂岩储集层，在厚层状态下可以用半幅点分层
碳酸盐岩剖面：低GR说明含泥质少的纯岩石，结合高孔隙度、低电阻率可划分 出储集层
3、确定泥质含量
1)、地质基础（计算条件）：地层除粘土矿物外，不含其它放射性矿物时
2）相对值计算法：
IGR
GR GRmin GRmax GRmin
特征谱
19 K 40
1、铀、钍和钾的谱特征
分析谱曲线，可得岩层中所含各种放射 性元素及其含量
特征值（用以识别铀、钍、钾的特征能 量）：
19 K 40－1.46MeV Th－－2.62MeV U－－1.76MeV
钍系
特征谱
铀—镭系
铀系、钍系、K40伽马能谱
16
岩石样品的 伽马仪器谱
虽然各种谱 峰值较多， 但三个特征 峰最易识别
医学专题放射性测井之自然伽马测井
放射性：不稳定核素原子核自发地释放、β、 等射线
1
3） 核衰变 核衰变：原子核自发地释放出一种带电粒子，并蜕变成另外某种原子核， 同时放出伽马射线。
核衰变常数λ：决定于该放射性核素本身的性质，其值越大衰变越快。
一种元素经过放射变成另一种元素的过程称为衰变或蜕变。
例如
88Ra226 → 86Rn212+(粒子)
关，而这几个量与沉积环境密切相关，所以可以利用J、
SP、Ra进行沉积环境分析。
29
地层对比 30
宁东2-5井
0 SP 100 0 GR 250
延
2 LL8 200
5录井 2 ILD 200
2050延 6
延 2100 7
延 8
2150
延 9
延 10
宁东8井
-190 SP -120 10 GR 300
14
GR(API) SN S
N
S N
SN S
砂泥岩剖面GR曲线
15
二、自然伽马测井曲线分析
探测半径：
煤、金属矿钻孔直径：d ≤ 20cm
探测半径： R=25－45cm
油气田钻孔直径:
d ≤ 30cm 探测半径： R=30－50cm
ab段：探测器远离界面，直到探测器中点离 界面的距离为R，探测器的探测范围内是低 放射性物质。
Vsh
2cSH 1 2c 1
C ＝ 3.7 新地层 C ＝ 2.0 老地层
应用条件： （1）不同地层中粘土矿物放射性是相同的
（2）除了粘土矿物之外，不含有其他放射性矿物
26
200
160
GRmax
120
Shale line Vsh=100%
测井原理9自然伽马测井
第三节 自然伽马测井曲线的应用
一 划分岩性
二 地层对比 与电阻率曲线相比,GR具有: 1 与地层水和泥浆浓度无关; 2 与地层孔隙所含流体性质无关; 3)容易找到标准层.
（2）β射线—高速运动的电子流。V=2C/3 （C为光速)，对物质的电离作用较强，而贯 穿物质的本领较小。在金属中的射程约0.09 cm.
（3）γ射线—由γ光子组成的粒子流。γ光子 是不带电的中性粒子，以光速运动。 γ 射线 又是一中波长很短的电磁波 ，具有 两重性， 即波动性和粒子性。对物质的电离作用很小， 而贯穿本领很大。能穿过地层和 钢铁。
Z n 0.0089 A : 光电吸收系数（cm） ：光子波长
4.1
2
康普顿效应 当伽马射线能量中等时，它与原子的外层电子发生作用, 把一部分能量传给电子,使该电子从某一方向射出,而损失了 部分能量的伽马射线向另一方向散射出去。这种效应称为康 普顿效应，发生散射的伽马射线称为散射伽马射线。
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
一般:
火成岩:放射性最强;
变质岩 :次之; 伽马射线强度高的岩石: 伽马射线强度弱的岩石: 深海相泥质沉积岩 砂岩 石灰岩等
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进而可知道与这些光子
相联系的被测对象的组
分。
能谱图
能量
自然伽马测井
为什么岩石具有自然放射性？ 石油测井主要研究对象是沉积岩，其次是岩浆岩。岩石 的自然伽马放射性是由岩石中放射性核素的种类及其含 量决定的。对岩石自然伽马放射性起决定作用的是铀系、 钍系和放射性核素K40。习惯称U238、Th232、K40 。
★曲线特征：
➢上下围岩相同时，曲线对称，中部极值代表地层 读数；高放射性地层（如泥岩）对应极大值；
➢当地层厚度小于3倍的钻头直径（h<3d0）时，极 大值随地层厚度增大而增大（极小值随地层厚度增 大而减小）。当h≥3d0时，极值为一常数，与层厚 无关；
➢当h≥3d0时，可用“半幅点”确定地层界面。
粘土岩—铀、钍、钾多
测井原理与综合解释技术培训
汇报人：
内容
一、测井评价概述 二、自然电位测井 三、普通电阻率测井 四、声波测井 五、侧向测井 六、感应测井 七、自然伽马测井 八、密度测井、中子测井 九、纯岩石地层测井评价 十、测井资料的综合分析与应用 十一、测井新技术介绍 十二、测井资料实例分析
自然伽马测井
岩石中含有天然的放射性核素，主要是铀系、 钍系和钾的放射性同位素。它们衰变时，发射伽 马射线，使岩石有天然放射性。
自然伽马测井
★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。
★记录曲线
包括原始计数率曲线CGR和自然伽马API工程值GR。
自然伽马测井
岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系
岩石大类：一般沉积岩放射性低于岩浆岩和 变质岩。因为沉积岩一般不含放射性矿物， 其放射性主要是岩石吸附放射性物质引起的。 岩浆岩及变质岩则含有较多放射性矿物 。
自然伽马测井
岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系
沉积岩石的放射性： 沉积岩中，放射性矿物的含量一般都不高，并且是分散分布 在岩石中的 ； 除钾盐层以外，沉积岩自然放射性的强弱与岩石中含泥质的 多少有密切的关系。岩石泥质含量越大，自然放射性就越强。
自然伽马测井
岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系
沉积岩的自然放射性，可分为高、中、低三种类型。 ➢高放岩石：泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩、深海泥岩，以
γ射线探测器（射线能谱仪）
人的视觉对可见光是很灵敏的，例如每秒有5个波 长为500nm的蓝绿光子射到视网膜，就会有光的感觉。 而对波长非常短的光子，即使光的强度已能对眼睛 造成伤害，却仍无光的感觉。为扩大我们的视觉范 围，需要有一种能看得见光子的“眼睛”。 这个 “眼睛”就是射线能谱仪。
自然伽马测井
（6）电脉冲经电子仪器处理，输出。
光电倍增管 闪烁体
电子信号 处理系统
显示仪器
暗 盒
高压电源
自然伽马测井
射线探测器（射线能谱仪）
作用过程可分为下述几个相互联系的步骤：
若在仪器中配有脉冲幅
度分析器，就构成了一
计
套能谱仪。它能逐一
数
测定入射光子的能量，
率
并按能量分组累积计数，
这样就可得到一幅人眼
能看得见的能谱图，
及钾盐层等，其自然伽马测井读数约100API以上。特别 是深海泥岩和钾盐层，自然伽马测井读数在所有沉积岩 中是最高。 ➢中放岩石：砂岩、石灰岩和白云岩。自然伽马测井读数 介于50～100API之间。 ➢低放岩石：岩盐、煤层和硬石膏。自然伽马读数约为 50API以下。其中硬石膏最低10API以下。
自然伽马测井
自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井的应用 3、研究沉积环境和粘土矿物类型 利用Th、U比值，研究沉积环境。
自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井的应用 3、研究沉积环境和粘土矿物类型 利用ThTH/、K=28K交会，确定粘TH/土K=12 矿物类型
TH/K=3.5
蒙脱石
伊利石
TH/K=2
云母
TH/K=1.5
光电倍增管 闪烁体
电子信号 处理系统
显示仪器
暗 盒
高压电源
自然伽马测井
γ射线探测器（射线能谱仪）
作用过程可分为下述几个相互联系的步骤：
（（4）利用反射物质和光耦合剂使光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴 极上，并经光电效应产生光电子；
（5）光电子在光电倍增管中倍增，电子数量增加几个数量级，并收集到阳极 上，经过倍增的电子流在阳极负载上产生电脉冲，其幅度与入射光子被闪烁体 吸收的能量成正比；
γ射线探测器（射线能谱仪）
我们要对光子做类似的观测，研制了一种仪器，它既能测量每个光 子的能量又能对光子按能量分组计数，这就是射线能谱仪。测井常 用的是在井眼环境中能正常工作的闪烁探测器。
闪烁探测器如下图主要由闪烁体、光电倍增管、电子信号处理系统 及显示仪器等几部分组成，闪烁体和光电倍增管装在暗合中，核测 井中使用的闪烁体主要是碘化钠（铊）、碘化铯（铊）和BGO等晶体。
光电倍增管 闪烁体
电子信号 ห้องสมุดไป่ตู้理系统
显示仪器
暗盒
高压电源
自然伽马测井
γ射线探测器（射线能谱仪）
作用过程可分为下述几个相互联系的步骤：
（1）射线进入闪烁体，通过光电效应、康普顿效应和电子对效应 产生次级电子；
（2）闪烁体吸收电子的能量，使原子、分子电离和激发； （3）被电离和激发的原子、分子退激时产生光子，即发生闪烁；
自然伽马测井是用伽马射线探测器测量地层 岩石总的自然伽马射线强度，以研究井剖面地层 性质的测井方法。
自然伽马测井
自然伽马测井是用γ射线探测器测量地 层总的自然γ放射性的强度
自然伽马测井
光子的物理特性：
◆ 光子是原子核从较高的能级跃遣到较低的能级时释放出来 的，而与此相近的x射线却是核外电子能级跃遣时释放出来的， 通常光子比x射线的光子能量高，即波长短。做胸部透视时，x 射线能透过肌肉而不能穿透骨骼。而半米厚的岩石仍阻不断光， 射线能携带着丰富的信息从地层中穿出来，这为测井提供了有 利条件。
自然伽马测井
GR测井主要应用
3.计算地层泥质含量
当地层不含泥质以外的放射性物质时，自然伽马曲线是指示地层
泥质含量的最好方法。 相对值法计算Vsh。
板3
100
80 y = 8.4179e2.7793x R = 0.937
60
岩心泥质含量(%)
40
20
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
自然伽马相对值
自然伽马测井
放射性强度高
砂 岩—铀、钍、钾少
放射性强度低
粘土岩—铀、钍、钾多
放射性强度高
自然伽马测井
GR测井主要应用
1.划分岩性和地层对比 SP不能用时，是代替SP测井的最好方法，其应用还优于SP测井。
自然伽马测井
GR测井主要应用
2.划分储集层 在砂泥岩剖面，低自然伽马异常一般就是砂岩储集层，“半幅点”确定 储集层界面。
GR测井主要应用
3.计算地层泥质含量 当地层不含泥质以外的放射性物质时，自然伽马曲线是指示地层 泥质含量的最好方法。
自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井原理
自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井曲线
自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井的应用
1、寻找高放射性储集层
自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井的应用
2、利用无铀自然伽马曲线计算储层的泥质含量 一般，钍完全与粘土含量有关，钾也与粘土含量有一定关系。 而铀与粘土（泥质）含量无关，铀的存在，对泥质含量计算是一种 干扰。 因此，在某些情况下，必须用无铀自然伽马（Th、K）曲线计算 储层的泥质含量
2950-3120(东营) 3130-3475(沙一上)
利用TH-K交会图识别粘土矿物类型
自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井的应用 4、利用U或U/K研究生油岩 5、在油田开发中，利用U研究油水界面变化情况或油层水淹状况
谢谢!