地球物理测井：第05章 伽马-密度

2020/12/12
10
（2）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。因沉积岩一般不 含放射性矿物，其放射性主要由吸附放射性物质引起的。岩浆岩及变 质岩则含较多放射性矿物 。
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； ➢ 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。可分为 高、中、低放三种类型: ✓高放岩石: 泥岩、泥质砂岩、深海泥岩及钾盐层等； ✓中放岩石: 砂岩、石灰岩和白云岩； ✓低放岩石: 岩盐、煤层和硬石膏等。
放射性测井
放射性测井是根据岩石和介质的核物理性质，研究钻井地质 剖面，寻找油气藏以及研究油井工程的地球物理方法。
放射性测井方法，按其应用射线的类型可分为两大类，即主 要利用伽马射线的伽马测井法和利用中子的中子测井法。
2020/12/12
1
放射性测井的特点：
➢裸眼井、套管井内均可进行测井； ➢在油基泥浆、高矿化度泥浆以及干井中均可测井； ➢是碳酸盐岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少的测井方法。
2020/12/12
7
康普顿效应引起伽马射线减弱，用康普顿减弱系数σ表示：
e
ZN A A
。一定条件下σ与介质密度ρ成正比, 由此发展了密度测井。
光电效应导致伽马光子被完全吸收，用宏观光电吸收截面Σ表示：
KZ4.6，测井时K为常数, 故Σ可反映岩性。另外常用光电吸收截面指
数 Pe =Σ/Z=KZ3.6 和体积光电吸收截面指数U反映岩性：U 2
1. 放射性核素和核衰变
（1）核素、同位素
➢同位素：质子数相同、中子数不同（化学性质相同） ➢核素：质子数、中子数都分别相同（核性质相同） 【如：1H1、1H2、1H3分别是氢的三种同位素，是三种不同的核素】
（2）放射性核素和核衰变
不稳定核素的原子核能够自发地释放出带电粒子(α或β)，蜕变为 另一种核素，同时放出伽马射线。
【只有伽马射线能被仪器探测到而用于放射性测井中】
2020/12/12
6
2. 伽马射线与物质的相互作用
➢ 光电效应：低能γ，与
电子碰撞，被全部吸收， 打出光电子；
➢ 康普顿效应：中能γ，
与电子碰撞，能量损失 后成为散射γ，放出康 普顿电子；
➢ 电子对效应：高能γ，
与库仑场作用，转化为 一正、负电子对。
NA
密度测井利用了康普顿效应，测量地层密度；岩性密度测井利用了康普 顿效应和光电效应，可同时测量岩性和密度。
3. 伽马射线的探测
伽马射线探测器：计数管。测井中主要应用闪烁计数管和盖革-弥勒 计数管，将探测到的γ光子转换为电脉冲进行计数。
2020/12/12
8
第五章 伽马测井
5.1 伽马测井的核物理基础 5.2 自然伽马测井 5.3 自然伽马能谱测井 5.4 放射性同位素测井 5.5 密度与岩性密度测井
但是它的测速慢，成本高。
由于生产和解释方法的改进，放射性测井解决生产问题的 范围不断扩大，它仍是一项重要的测井方法。特别是核磁共 振测井仪的研制成功，更加扩大了放射性测井的应用范围。
本部分内容主要分两章分别介绍伽马测井和中子测井。
2020/12/12
2
第五章 伽马测井
伽马测井是一类利用伽马射线性质的核测井方法，两种类型：
➢ 密度、岩性密度测井：利用伽马射线与地层的作用，测量地层密度， 解决与地层岩性和孔隙度等有关的问题。
2020/12/12
3
第五章 伽马测井
5.1 伽马测井的核物理基础 5.2 自然伽马测井 5.3 自然伽马能谱测井 5.4 放射性同位素测井 5.5 密度与岩性密度测井
2020/12/12
4
5.1 伽马测井的核物理基础
测量岩石天然放射性的方法：
➢ 自然伽马测井：是最简单的放射性测井方法。测量地层总的伽马放 射性，用于划分岩性和储集层，计算泥质含量等。
➢ 自然伽马能谱测井：除可测量总伽马放射性外，主要测得地层中放 射性核素铀、钍、钾等的含量，具有重要的地质意义。
提供人工伽马源的方法：
➢ 放射性同位素测井：利用放射性同位素做为示踪剂，解决与示踪有关 的各种生产和工程问题。
➢这种自发地释放α、β、γ等射线的性质称为放射性； ➢这些不稳定核素称为放射性核5
核衰变定律： N＝N0e-λt （λ为衰变常数）
半衰期：放射性核素因衰变而减少到原来一半所需时间
用T或T1/2表示，与λ的关系：T＝(ln2)/λ
（3）放射性活度和比度
2020/12/12
11
2. 自然伽马测井原理及影响因素
（1）测量原理：
自然伽马测井仪是通过伽马探测器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。测井曲线包括原始计数率曲线及API工程 值GR。
探测范围：大约以探测器为中心，半径30～45cm球体范围（99%贡献， 理论上最大46cm，实际认为沉积岩中约30cm，考虑泥浆影响后约20cm）。
（2）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；
2020/12/12
9
5.2 自然伽马测井
1. 岩石的自然放射性
（1）地层的主要放射性核素
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，其中起决定作用的是铀系、钍系和放射性核素K40。习 惯称铀(U238)、钍(Th232)、钾(K40) 。
铀、钍、钾含量： ➢ 粘土岩中钾含量最高，约2%；钍次之，约12ppm；铀含量 一般最低，约6ppm，但在还原环境的生油粘土岩中铀含量 明显升高； ➢ 砂岩和碳酸盐岩的铀、钍、钾含量一般随其泥质含量增加而 增加，但水流作用也可造成铀含量很高。
➢活度：单位时间内放射出粒子的数。习惯上称强度，单位Ci或Bq。 ➢比度：活度与发生衰变的物质的质量数的比值。
（4）放射线性质
➢ α：氦核(2He4)，易引起物质电离，易被吸收、穿透力差。 ➢ β：高速电子流，在物质中射程极短。
➢ γ：频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量高，穿透力强，能 穿透几十厘米的地层、套管及仪器外壳。