第4章-自然伽马测井..
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
自然伽马测井的测量原理
自然伽马测井的测量原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠自然伽马测井的测量原理。
你说这自然伽马测井啊，就好像是地层的“史官”。
它是咋工作的呢？就好比我们人啊，有一双特别的“眼睛”，能看到地层里那些看不见的秘密。
想象一下，地层里有各种矿物质吧，这些矿物质有的就带有放射性。
自然伽马测井仪呢，就专门去捕捉这些放射性物质发出的伽马射线。
这就好像是在黑暗中寻找闪光点一样，神奇吧！你可能会问啦，那它找到这些伽马射线能干啥呀？嘿嘿，这用处可大了去了！通过测量这些伽马射线的强度啥的，就能知道地层里的情况啦。
比如说，能知道地层里放射性物质的多少，这就像我们通过一个人的穿着打扮能大概了解他的性格一样。
而且啊，自然伽马测井仪可不管地层是深是浅，它都能努力去探测。
这多厉害呀！不管地层藏得多深的秘密，它都能给挖出来。
你说这自然伽马测井是不是很有意思？它就像是地层的“情报员”，默默地工作着，给我们带来关于地层的重要信息。
它不需要我们过多的操心，自己就能把活儿干得漂亮。
咱们在石油勘探、地质研究这些领域，自然伽马测井可发挥了大作用呢！没有它，很多事情可就难办咯！就像我们走路没有了眼睛，那还不得磕磕碰碰呀。
它能帮我们了解地层的岩性、划分地层啥的，这多重要啊！就好比我们要盖房子，得先知道地基稳不稳呀。
所以啊，可别小看了这自然伽马测井的测量原理。
它虽然看起来很复杂，但其实就是这么个道理，就是用特别的方法去发现地层里的秘密。
它就像是一把钥匙，能打开地层这个神秘宝库的大门。
总之呢，自然伽马测井的测量原理真的很神奇，很实用！它为我们探索地球内部的奥秘提供了有力的工具，让我们能更好地了解我们脚下的这片大地。
怎么样，是不是对自然伽马测井有了更深的认识和理解呀？。
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。
自然伽玛测井知识介绍
膏盐剖 面中，石膏 层的数值最 低，泥岩最 高，砂岩在 二者之间。
用自然伽马曲线进行地层对比有如下几个 优点 (1)一般与孔隙流体无关。储层含油、含 水或含气对曲线影响不大，或根本没什么影响， 用自然电位和电阻率曲线进行对比，同一储层 由于含流体性质不同差别很大。含水时自然电 位异常幅度大，电阻率低。含油气时异常幅度 小，电阻率高。(2)与地层水和钻井液的矿化 度关系不大。(3)很容易识别风化壳，薄的页 岩等，曲线特征明显。(4)在膏盐剖面及盐水 钻井液条件下，自然电位和电阻率曲线变化较 小，就显示出了GR曲线对比的优越性。（5） 套管井也可以地层对比。
4、测井速度的影响
自然伽玛测井
第一部分 自然伽马测井原理
第二部分 自然伽马测井曲线特 征和影响因素 第三部分 自然伽马测井应用
当SP曲线发生畸变（在电 阻率很高的地层中）、曲线特 征不明显（在含淡水地层或盐 水泥浆钻井中）或不能记录SP 曲线（在不导电泥浆井）时自 然伽玛测井特别有用。 在沉积岩中，自然伽玛测 井反映地层中的泥质含量。 自然伽玛测井响应基本上 和K2O含量成正比，每1%的 K2O约相当于15API。
自然伽玛测井
第一部分 自然伽马测井原理
第二部分 自然伽马测井曲线特 征和影响因素 第三部分 自然伽马测井应用
第二部分自然伽马测井曲线特征
探测范围为30-45cm
1、地层厚度（理论计算 结果）
(1) 曲线与地层厚度有关， 当h＜3d时，极大值（或极 小值）随厚度增加而增大 （或减小）。 当h＞=3d时，曲线与层厚无 关。 (2) 当h ＜3d时 半幅点不能确定界面。 (3) 当h>=3dh>=3d时 地层界面与曲线半幅点 对应。 曲线对称地层中点，地 层中心位置的平均值为地层 的伽马射线强度值。
4章-自然伽马
VSH
放射性
沉积时间
放射性
有机物含量
放射性
Φ、K
放射性
钾盐、放射性矿物
放射性
自然伽马测井原理
地层中的γ光子穿过水 泥环、套管、钻井液、 仪器外壳射入探测器， 经仪器转换成电压信号， 电压信号的幅度与地层 中自然伽马放射性强度 成正比。
地面仪 高压电路
探测器
放大器
自然伽马测井的影响因素
1.放射性曲线的涨落误差
（2）套管的影响
钢和铁对伽马射线的吸收比泥浆大，因此在下套管的井段， 特别是多层套管的井段，自然伽马读数将有明显的下降，一 般情况下，在一层套管井中所测读数大约是没有套管的井段 的75%。
（3）水泥环的影响
水泥环使自然伽马读数下降。
自然伽马测井曲线的应用
识别岩性 进行地层对比 估算泥质含量
自然伽马测井曲线的应用
放射性涨落误差
放射性涨落引起的误差称放射性涨落误差 或称统计误差。
为减小这种统计起伏，在放射性测量系统 中要采用时间平均技术。
例如，在低放射性地区，为在仪器统计 特性中获得精确的数值，需要比较长的时 间常数和比较低的测井速度。
涨落误差曲线
第四章 自然伽马测井
本章内容： 岩石中的自然伽马放射性 自然伽马测井原理 自然伽马测井的影响因素 自然伽马测井曲线的应用
岩石中的自然伽马放射性
岩石的放射性主要是由铀系、钍系和放射 性同位素K40决定的。
沉积岩按放射性高低排序：
高的：粘土岩、海绿石砂岩、独居石砂岩、
钾钒矿砂岩、含钾矿灰岩、钾岩等。
中等的：砂岩、砂层、含少量泥质的碳酸岩盐。
低的： 石膏、硬石膏、盐岩、纯的石英砂
岩、白云岩和石灰岩等。
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。
4章-自然伽马解析
自然伽马 测井曲线 识别岩性
自然伽马测井曲线的应用
进行地层对比
以单井划分岩性为基础，可在构造剖面上用几 口井的曲线进行地层对比。自然伽马曲线进行 地层对比时具有以下优点：
（1）在一般情况下，自然伽马读数与岩石孔隙 中的流体性质无关（油、水或气）； （2）与泥浆矿化度无关；
（3）容易找到标准层。
自然.放射性曲线的涨落误差
2σ
σ= ( n/2τ)1/2
τ ：时间常数 n ：平均计数率
在泥岩段照涨落误差曲线3分钟 在 n+σ范围内的点占66%~ 75% 就满足要求。
n
自然伽马测井的影响因素
2.井参数的影响
（1）泥浆的影响
若井内没有泥浆，则井筒对伽马射线吸收很弱。而当井中有泥浆时， 对伽马射线有较强的吸收，可是由于泥浆中含粘土，具有一定的放射性， 这就部分补偿了伽马射线的减弱。所以泥浆对自然伽马影响不大。泥浆 密度不同，对伽马射线的吸收不同，密度越大，吸收越强。泥浆的矿化 度对自然伽马测井没有影响。
自然伽马测井原理
自然伽马测井的影响因素 自然伽马测井曲线的应用
岩石中的自然伽马放射性
岩石的放射性主要是由铀系、钍系和放射 性同位素K40决定的。
沉积岩按放射性高低排序： 高的：粘土岩、海绿石砂岩、独居石砂岩、
钾钒矿砂岩、含钾矿灰岩、钾岩等。
中等的：砂岩、砂层、含少量泥质的碳酸岩盐。
低的：
石膏、硬石膏、盐岩、纯的石英砂 岩、白云岩和石灰岩等。
伽马光子
负电子
放射性涨落现象
当进行放射性测量时，即使仪器的稳定性很好， 操作又很细心，井的条件稳定，地层的放射性分 布很均匀，测得的曲线也绝不可能是光滑的（与 电测井曲线比较），而是有很多小的起伏，曲线 上的读数总是围绕着某个数值上下涨落。换一种 情况，如果我们将仪器固定在井中某一点对地层 进行探测也是如此。即使在实验室里，使用高精 度的测量仪器，每次测量的时间都相等，对同一 个放射性源十分细心的进行多次重复测量，所测 得的结果也不会完全相等，有时会有很大的差别。 这种性质是微观世界的自然规律，与测量条件无 关。所以即使在最理想的条件下，放射性涨落误 差或称统计误差仍是不可避免的。
自然电位、自然伽马测井基本原理
自然电位测井方法原理在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。
这个电位是自然产生的，故称为自然电位。
使用图1所示电路，沿井提升M电极，地面仪器即可同时测出一条自然电位变化曲线。
自然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显示出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。
自然电位测井方法简单，实用价值高，是划分岩性和研究储集层性质的基本方法之一。
图 1自然电位测井原理一、井内自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层水的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生了自然电动势，形成了自然电场。
1．扩散电动势(Ed)的产生如图2所示，在一个玻璃容器中，用一个渗透性的半透膜将其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液，并且在两边分别放人一只电极，此时表头指针发生偏转。
此现象可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这一现象称为离子扩散。
在扩散过程中，由于Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，扩散结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，高浓度溶图2扩散电动势产生示意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。
这就在两种不同浓度的溶液间产生了电动势，所以可测到电位差。
离子在继续扩散，高浓度溶液中的Cl-，由于受高浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；而高浓度溶液中的Na+，由于受高浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。
当接触面附近的电荷聚集使正、负离子的迁移速度相等时，电荷聚集就停止了，但离子还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持一定值：这个电动势是由离子扩散作用产生的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可用下式表示：EE dd=KK dd lg cc1cc2式中EE dd为扩散电位系数，mv；cc1，cc2为溶液盐类的浓度，g/L。
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。
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。
4章-自然伽马
γ射线不带电，具有很强的穿透能力。
测井中为什么使用γ射线
α射线穿透能力很小，在空气中只有2.611.5cm，而在岩石中只有10-3cm数量级。β 射线穿透能力虽比α射线大些，在空气中射 程也只有几至几十厘米，在金属中最大只有 9mm。所以α、β射线在测井上都没有使用
VSH
放射性
沉积时间
放射性
有机物含量
放射性
Φ、K
放射性
钾盐、放射性矿物
放射性
自然伽马测井原理
地层中的γ光子穿过水 泥环、套管、钻井液、 仪器外壳射入探测器， 经仪器转换成电压信号， 电压信号的幅度与地层 中自然伽马放射性强度 成正比。
地面仪 高压电路
探测器
放大器
自然伽马测井的影响因素
1.放射性曲线的涨落误差
2σ
σ= ( n/2τ)1/2
n
τ ：时间常数 n ：平均计数率
在泥岩段照涨落误差曲线3分钟 在 n+σ范围内的点占66%~ 75% 就满足要求。
自然伽马测井的影响因素
2.井参数的影响
（1）泥浆的影响
若井内没有泥浆，则井筒对伽马射线吸收很弱。而当井中有泥浆时， 对伽马射线有较强的吸收，可是由于泥浆中含粘土，具有一定的放射性， 这就部分补偿了伽马射线的减弱。所以泥浆对自然伽马影响不大。泥浆 密度不同，对伽马射线的吸收不同，密度越大，吸收越强。泥浆的矿化 度对自然伽马测井没有影响。
β粒子就是电子。
α衰变和β衰变，在衰变时往往伴有γ射 线产生， β衰变时放出的射线强度比α 衰变时放出的射线强度大得多。
γ衰变 γ衰变的概念：放射γ射线的衰变。
伽马测井——精选推荐
伽马测井第四节伽马测井⼀、⾃然伽马测井1.岩⽯的⾃然伽马放射性岩⽯的⾃然放射性是由岩⽯中的放射性同位素的种类和含量决定的。
岩⽯中的⾃然放射性核素主要是铀(U238)、钍(Th232 )、锕(Ac227)及其衰变物和钾的放射性同位素K40等，这些核素的原⼦核在衰变过程中能放出⼤量的α、β、γ射线，所以岩⽯具有⾃然放射性。
沉积岩按放射性浓度可粗略分为三类：1)放射性⾼的岩⽯：包括粘⼟岩、⽕⼭灰、海绿⽯砂岩、独居⽯砂岩、钾钒矿砂岩、含铀钒矿的灰岩及钾盐等。
深海相泥岩的放射性浓度常达90×10-12克镭当量/克；浅海相泥岩的放射性浓度为(20-30)×10-12克镭当量/克。
钾盐中的K４０可达60×10-12 克镭当量/克2) 放射性中等的沉积岩：包括砂层、砂岩和含有少量泥质的碳酸盐岩等，其放射性浓度为(1-8)×10-12克镭当量/克。
3)放射性低的沉积岩：包括⽯膏、硬⽯膏、岩盐、纯的⽯灰岩、⽩云岩和⽯英砂岩等。
根据实验和统计，沉积岩的⾃然放射性⼀般有以下变化规律：(1)随泥质含量的增加⽽增加。
(2)随有机物含量增加⽽增加。
如沥青质泥岩的放射性很⾼。
在还原条件下，六价铀能被还原成四价铀，从溶液中分离出来⽽沉淀在地层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质。
(3)随着钾盐和某些放射性矿物的增加⽽增加。
在油⽓⽥中常遇到的沉积岩的⾃然伽马放射性主要决定于泥质含量的多少。
但必须注意：从问题的实质来看，岩⽯⾃然放射性的强度是由单位质量或单位体积岩⽯的放射性同位素的含量决定的，当利⽤⾃然伽马测井资料求地层泥质含量时应做全⾯考虑。
2.⾃然伽马射线强度分布研究⾃然伽马射线在地层中和沿井轴的强度分布，是⾃然伽马测井基本理论的重要组成部分。
现按⼏种情况分别进⾏讨论。
1)⽆限均匀放射性地层中伽马射线的强度为了便于研究，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。
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
第4章-自然伽马测井
测值围绕平均值的变化情况及其统 计分布规律示意图
薄泥岩层 厚砂层
4)、井的影响
井内钻井液的放射性强弱对数值有影响。井径 大，井内钻井液降低了岩层的数值。套管和管 外的水泥环有很强的吸收能力，也降低了曲线 的数值。在大井眼和套管井中，要做曲线校正。
薄砂层 厚泥岩层
地层厚度对自然伽 马曲线的影响
9
4.2.3 自然伽马曲线的应用
1、划分岩性
GR
GRmax
自然伽马测 井响应曲线 砂泥岩剖面 自然伽马测 井曲线
1) 、在砂泥岩剖面，纯砂岩 GR 最低，粘 土最高，泥质砂岩较低，泥质粉砂岩和砂 质泥岩较高。即自然伽马随泥质含量的增 加而升高。
GRmin
10
砂岩储层
砂岩储层
碳酸盐岩剖面自然伽马测井曲线
用自然伽马测井曲线划分膏盐剖 面砂岩储集层
用剥谱器对复杂谱进行解析
自然伽马能谱测井测量原理 自然伽马总计数率 (SGR) 、钍含量，铀含 量、钾含量、去铀自然 18 伽马CGR
W3：0.32～1.575MeV（含1.46MeV钾的特征谱）
(2) 、与地层水和钻井液的 矿化度关系不大。 (3) 、很容易识别风化壳、 薄的页岩等，曲线特征明 显。 (4) 、在膏盐剖面及盐水钻 井液条件下，自然电位和 电阻率曲线变化较小，就 显示出了自然伽马曲线进 行对比的优越性。 (5) 、在套管井也可以进行 地层比。 穿过某油田的 剖面确定第1、 2类砂岩的分布
4
4)、当岩层厚度较厚时 当h大于3倍d0井径或者大于 2倍探测半 径时，地层中心处的平均值为地层的 伽马射线强度值，可用曲线上最大幅 度一半的地方（半幅值点）划分岩层 的上下界面。 5)、当岩层变薄时 当 h ＜ 3d0 时，受低放射性围岩的影响， 自然伽马幅度值对厚度h减小而减小， 岩层界面的位置移向曲线的顶端。
自然伽马测井的测量原理
GR值的相关问题—GR值低
问题描述：GR值偏低
原因：
①GR刻度失准。 ②伽马测井仪长期测 套管有磁化现象的井， 或不慎将伽马测井仪 和磁定位仪器长期放 在一起，这都将导致 光电倍增管被化，光 电倍增管受磁场的影 响，计数率降低。
GR值的相关问题—GR值低
③碘化纳晶体十分容易潮解，变 成黄色，并且抗震能力差，在测 井和运输过程中容易产生裂纹， 使 NaI 晶体产生的光子数减少， 计数率偏低。
自然伽马测井曲线的影响因素（3）
井参数对自然伽马测井曲 线的影响： 泥浆、套管、水泥环会吸 收伽马射线，所以这些物 质会使自然伽马测井值降 低。一层套管时的自然伽 马测井值大约是没有套管 的75%，如有多层套管则自 然伽马值明显下降。 井参数对自然伽马测井曲线 的影响： 泥浆、套管、水泥环会吸收 伽马射线，所以这些物质 会使自然伽马测井值降低。 一层套管时的自然伽马测 井值大约是没有套管的 75%， 如有多层套管则自然伽马 值明显下降。
④晶体与光电倍增管耦合不好，
晶体和光电倍增管的接触面上有 空气，使光子在交界面上发生全
反射，不利于将大部分光子收集
到光电倍增管的光阴极上，从而 使伽马仪器的计数率偏低。
GR值的相关问题—GR值高
问题描述：GR值偏高。 原因分析 ①刻度不准
②伽马仪器长期与放射
性放在仪器导致晶体被
活化。
GR值的相关问题—GR值高
组成单元： 闪烁体（NaI晶体） 光电倍增管
电子仪器
2、伽马曲线的测量过程
①γ射线进入晶体，产生次级电子； ②次级电子使闪烁体激发，产生荧光； ③荧光通过光导物质到达光电倍增管的光阴极，产生光电子； ④光电子在光电倍增管中高压的作用下增加几个数量级，形 成的电子流在阳极负载上产生电脉冲信号； ⑤电脉冲信号被放大器放大、由电缆传送至地面仪器； ⑥地面仪器将单位时间形成的脉冲（计数率）转变成与其成 比例的电位差进行记录。 ⑦井下仪器在井内沿着单一方向移动测量，地面仪器就连续 记录出井剖面的自然伽马强度曲线，这就是自然伽马测井曲 线（GR表示），用标准化单位API表示。
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n
曲线上任何一点的计数率和真值间的偏差为：
绝对误差： 1 n 1
2 2
（2）某段地层内测量的平均记数率的涨落误差σ2 即以某一深度上一次测量的测井读数代替应由多 次重复测量计算的平均值时所带来的误差
1 v h n N－厚度为h的地层脉冲总数 N vn 绝对误差 2 n 2 h （3）放射性的涨落误差： ( 1 2 ) 相对误差 2
锯齿状
泥 岩
实测自然伽马测井曲线特征
Hale Waihona Puke 7（1）测井测量的每一点计数率的涨落误差σ1
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
统计 涨落 2)、放射性涨落误差的影响 放射性涨落：在放射性源强度和测量条件不 变的情况下，在相同的时间间隔内，对放射 性射线的强度进行反复测量，每次记录的数 值不相同，但总在平均值 n ）附近变化
n －地层的平均计数率
砂 岩
GR
SP
它和测量条件无关，是微观世界的一种客观 现象，并且有一定的规律。这是由于放射性 元素的各个原子核的衰变彼此独立，衰变的 次序是偶然原因造成的。这种现象的存在， 使得自然伽马曲线不光滑，有许多起伏的变 化。这些起伏是放射性涨落引起的，不是由 于地层放射性元素含量变化引起的。放射性 测井曲线上读数的变化，一种是地层性质引 起的变化，用它可以划分地质剖面。另一种 变化是放射性涨落引起的。区分这两种变化 是正确解释应用的前提。放射性涨落符合统 计规律，其误差可以计算。
RC 时间常数：
计数电路
输入电压
输出 电压
整形 器
计数 率计
输入 电压
自然伽马测井原理
积分线路输入输出特性
3
4.2.2 自然伽马测井曲线的特点
1、理论曲线特征
1)、探测范围
岩石放射的伽马射线能到达探测器的 一个以探测器中点为球心的球体，其 半径约为30～45cm。
2)、总体特征
对着高放射性地层，曲线显示高读数， 并在岩层中心处出现极大值。对于厚 岩层，该极大值能很好地反映岩层的 放射性，随着岩层厚度的变薄，极大 值随之降低。 3)、曲线的对称性 自然伽马测井的探测半径和岩 层厚度与GR曲线的解释关系 上下围岩放射性含量相同时，曲线对称 于地层中点，反之，曲线不对称。
2、自然伽马测井曲线的影响因素
1)、测井速度v和记录仪中电路的积分时间常数τ的影响
vτ越大，曲线幅度越小，对称性越差，极值向提升方向偏移越远，即曲线的深度 位移和形态畸变随之加剧。 仪
器 移 动 方 向
时间常数RC对放射性测井曲线的影响
不同测井速度对自然伽马测井曲线的影响
深度位移：指根据实测自然伽马测井曲线的分层原则（如用半幅值点）定出的岩 层界面深度与实际深度之间有一偏差，而且前者比后者偏浅。 实际测井要选择合适的提升速度和仪器时间常数，同时，在整理资料时，需通过 6 与其它曲线的对比，将整个曲线下移一定深度（深度校正）。
自然伽马测井
1
4.2 自然伽马测井
岩石中所含的放射性元素的种类和数量不同，放射性强度也不同。岩石的自然 伽马放射性水平主要决定于铀U、钍Th、钾K的含量。 自然伽马测井GR：通过测量岩层的自然伽马射线的强度来认识岩层的一种放射 性测井方法。是在井内测量岩层中自然存在的放射性元素核衰变过程中放射出 来的伽马射线的强度。
放射性测井曲线涨落误差
即是每一点的涨落误差范围（2σ1）加上每次测量的平均计数率的涨落误差范围 8 （2σ2）
物理意义：同一地层各点的读数n落在n 的 几率为 68.3%。如果分层正确，那么该层内就 应有70%左右的读数不超出 n ，如果曲线幅 度变化超过上述范围，且超过(2.5～3)σ时，则 分层不正确，应重新分层。 3)、地层厚度的影响
4.2.1 自然伽马测井的测量原理
井下仪器包括：伽马射线探测器（将接收到的伽马射线转换成电脉冲的装置）、 供给该探测器所需的高压电源，以及将探测器输出的电脉冲进行放大的放大器等。 地面仪器主要包括：将来自地下的一连串电脉冲转换成连续电流的一整套电路， 以及记录仪和电源等。 测量原理：当井下仪器在井内由下向上提升时，来自岩层的自然伽马射线穿过 钻井液和仪器外壳进入探测器，经过闪烁计数器，将伽马射线转化为电脉冲信 号，放大器把电脉冲放大后由电缆送到地面仪器，地面仪器把每分钟电脉冲数 转变成与其成正比例的电位差进行记录，井下仪器沿井身移动，就连续记录出 井剖面上自然伽马强度曲线，称为GR曲线，单位是脉冲/分，在仪器标准化后， 2 曲线单位是μR/h。现在使用API单位。
4
4)、当岩层厚度较厚时 当h大于3倍d0井径或者大于 2倍探测半 径时，地层中心处的平均值为地层的 伽马射线强度值，可用曲线上最大幅 度一半的地方（半幅值点）划分岩层 的上下界面。 5)、当岩层变薄时 当 h ＜ 3d0 时，受低放射性围岩的影响， 自然伽马幅度值对厚度h减小而减小， 岩层界面的位置移向曲线的顶端。
d0－井径
理论曲线与实际情况的差异分析
自然伽马理论曲线
理想情况：探测器在井内是进行的点测，而且每一个点上的读数是较长时间内 （＞3τ）所测脉冲数的平均值。
实际测井情况（有v和τ参数）：
◆仪器有一定的上提速度v，使得探测器在井内每一深度的停留时间有限
◆地面仪器中将脉冲数平均转化为连续电流的计数率电路的时间常数 τ有一定 5 的数值，且不可能太长－－记录电路的“延迟性”。
高斯分布
◆当地层足够厚时，对应曲线的幅度平均值代 表地层的真实情况。当地层很薄时，曲线的平 均值达不到代表地层的真实性质。
◆在砂泥岩剖面，由于地层变薄会使得泥岩的 自然伽马测井曲线值下降，砂岩层的自然伽马 曲线值上升，并且地层越薄，这种上升和下降 的幅度越大。对于地层层厚小于 3d0时，应考虑 层厚的影响。
测值围绕平均值的变化情况及其统 计分布规律示意图
薄泥岩层 厚砂层
4)、井的影响
井内钻井液的放射性强弱对数值有影响。井径 大，井内钻井液降低了岩层的数值。套管和管 外的水泥环有很强的吸收能力，也降低了曲线 的数值。在大井眼和套管井中，要做曲线校正。