第8章 密度测井和岩性密度测井

第八章 密度测井和岩性密度测井
此两种测井方法是由伽马源向地层发射伽马射线，经与地层介质相互作用后，再由伽马探测器接收（即为伽马-伽马测井），地层不同，探测器记录的读数不同，从而被用来研究地层性质。

§1 密度测井、岩性密度测井的地质物理基础
一、岩石的体积密度b ρ（即真密度）：
V
G b =ρ （单位体积岩石的质量）
对含水纯岩石：
φρφρρρρφ
⋅+-=⋅+⋅=+=f ma f ma ma f
ma b V V V V G G )1(
单位：（g/cm 3）
其中：V V V ma =+φ
（1）组成岩石的骨架矿物不同，ρma 不同，如石英为2.65，方解石为2.71，白云石为2.87，对于相同孔隙度得到的体积密度也就不同，由此可判断岩性；另一方面，利用体积密度计算孔隙度时，必须得先确定岩性。

（2）孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着φ的增加ρb 减小，由此可求φ。

且（盐水泥浆）（淡水泥浆）1.10
.1=f ρ
二、康普顿散射吸收系数∑
中等能量γ射线与介质发生康普顿散射康普顿散射而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)： A N z b A e
ρσ⋅⋅=∑ 沉积岩中大多数核素A z 均接近于0.5(见表8-1, P 138)，常见的砂岩、石灰岩、白云
岩的A z 的平均值也近似为0.5(见表8-2)，
所以对于一定能量范围的伽马射线（e σ为常数），∑只与b ρ有关。

密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的γ射线的强度来测量岩石的密度。

三、岩石的光电吸收截面
1、线性光电吸收系数：当γ的能量大于原子核外电子的结合能时，发生光电效应的概率。

n A Z λρτ1.40089
.0=
2、岩石的光电吸收截面指数Pe 它是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，即伽马光子与岩石中一个电子发生光电效应的平均光电吸收截面，单位b/电子。

而它与原子序数关系为：
Pe=aZ 3.6
a 为常数，地层岩性不同，Pe 有不同的值，也就是说Pe 对岩性敏感，可以以来确定岩性，Pe 是岩性密度测井测量的一个参数。

3、体积光电吸收截面
体积光电吸收截面也是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，它是指每立方米物质的光电吸收截面，以U 来表示，单位b/cm 3。

地层岩性不同，其体积光电吸收截面不同（表8-2，139页）。

U 对岩性敏感，也是岩性密度测井所要确定的一个参数。

岩石的体积光电吸收截面为：
∑==n i i
i V U U 1
Ui 、Vi 分别为组成岩石各部分的光电吸收截面和相对体积。

如孔隙度为φ的纯砂岩的光电吸收截面为：
f ma U U U ϕϕ+-=)1(
体积光电吸收截面U 与光电吸收截面指数Pe 有近似关系：
b U Pe ρ/≈
故可由Pe 求得U 。

§2 地层密度测井
1. 测井原理
(1)下井仪：极板型，贴井壁测量 （图8-3，P 140），其中：滑板由伽马源、伽马探测器、屏蔽体三部分组成。

伽马源（137S C ）—发射能量为0.661Mev 的单能伽马射线。

（2）伽马探测器是由单伽马探测器和双伽马探测器（即：补偿密度测井仪，又有长源距和短源距之分）组成。

（3）屏蔽体—使源发射的γ光子不能直接到达探测器。

2．测井原理
由源发射0.661Mev 的γ射线（排除电子对形成的可能性）—照射地层发生康普顿效应（采用能量窗口，避免光电效应的影响）—散射
γ射线到达探测器—计数
率N 。

地层密度ρb 不同，对伽马光子的散射吸收能力不同，仪器记录的计数率不同，测井仪采用的正源距L 下，ρ增大，N 减小。

b e A N ρσμ⋅⋅=∑≈5.0
L e N N ∑-=0
由上两式可得：
b b e A A B L N LnN L LnN LnN ρρσ⋅+=-=∑-=5.000
即：)(1B LnN A
b -=ρ 可见单探测器就能测量b ρ。

实际测井中，泥饼影响不可忽视，为此，采用双源距探测器的补偿密度测井仪，其中长源距的计数率受泥饼影响小，短源距受影响大，用长源距得到一个视地层密度ρb ˊ，再由长短源巨计数率得到泥饼校正值ρ∆，则地层密度b ρ='ρ+ρ∆。

最终得随深度变化的一条b ρ曲线和ρ∆曲线。

三．应用
1、识别岩性（不单独用）
2、计算孔隙度：f
ma b ma D ρρρρφ--= 对含水纯岩石D φφ=（泥质油气层须作校正）
3、密度测井和中子测井曲线重叠可以识别气层，判断岩性。

（略）
4、密度—中子测井交会图，可以确定岩性，求得孔隙度。

（略）
§3 岩性密度测井
提纲：
一．测井方法的物理基础：低能量的γ与物质发生光电吸收效应的几率与原子序数Z 的关系。

二．有关概念
1．宏观光电吸收截面∑
2．光电吸收截面指数e P
3．体积光电吸收截面u
三．应用（e P 曲线和u 曲线）
内容：
一、 岩性密度测井的基本原理
伽马源产生的单能γ射线照射地层，其高能谱段的γ，只受康普顿效应影响，低能谱段，主要受光电效应的影响。

在高能区设立窗口，计数γ计数率，确定地层密度，为补偿泥饼的影响，采用长短两个探测器，得到地层密度和泥饼补偿值ρb 和Δρ；低能区开设窗口，计数γ，以测量地层的光电吸收截面指数Pe 。

实际上是利用低能窗和高能窗计数率比值进行光电吸收截面指数计算的。

二、 岩性密度测井的应用
1、 识别岩性
体积光电吸收截面U 和光电吸收截面指数Pe ，都可以用来识别岩性。

对于纯地层，体积光电吸收截面：
f ma U U U ϕϕ+-=)1(
由于Uma 比Uf 大很多，如地层的孔隙度不很大，则上式近似为：
ma U U )1(ϕ-=，则)1/(ϕ-=U U ma 。

利用测井值U 和其它测井资料得到的孔隙度φ，就可得到岩石的骨架的体积光电吸收截面Uma ，用来识别岩性。

（应用可参看146页、图8-10，Pe 与孔隙度及流体性质的关系。

）
2、 计算储集层的泥质含量
泥质含量可用下列近似式求得：
Uma
Ush Uma U Vsh ---=)1(ϕ 3、 识别地层中的重矿物
如重晶石Pe=266.8，锆石Pe=69.1，都比一般矿物高若干倍，地层中含有重矿物时，Pe 显著增大。

★石灰岩密度孔隙度单位：f
b D ρρφ--=71.271.2 即无论地层是何种岩性，均按石灰岩取骨架密度参数，由此得以石灰岩孔隙度为单位的D φ，
在砂岩 φφ>D
石灰岩 φφ=D
白云岩 φφ<D
练习：已知某含水纯砂岩地层的密度石灰岩孔隙度D φ为20%，求该地层的实际孔隙度（淡水泥浆）。