最新8第六章自然伽马测井教学讲义ppt课件
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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
➢ 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
8第六章自然伽马测井
第二节自然伽马测井原理
• 地面仪器有前置放大、鉴别、整形和计数 率计等鉴别器的目的是消除干扰；整形器 可以把所有的脉冲信号变成幅度一样大、 宽度一样宽的矩形波，这样每一个矩形波 带的电量就是一样的；计数率计把单个的 矩形脉冲变成连续变化的电压（或电流）， 电压（或电流）的大小反映伽马脉冲的多 少再由测井记录仪记录成电压形成伽马射 线强度随井深变化的曲线—自然伽马测井 曲线。
地球物理测井课件
河北工程大学资源学院勘查系
第二节自然伽马测井原理
由于地层和泥浆对伽马射线的吸收，地层 中放射性元素发射的伽马射线是不能全 部到达探测器、为探测器所测出的，即 自然伽马测井主要探测的地层是靠近探 测器的有限地层。图3-5是自然伽马测井 的视几何因子分布曲线。从图中的积分 几何因子曲线可以看出，随着径向距离 增加，积分几何因子呈指数增加规律变 化。积分几何因子可用来研究自然伽马 测井探测范围；而图中对信号贡献曲线， 是随径向距离增加呈指数下降规律变化， 说明距探测器越远的媒体对测量信号的 贡献越小，可用来研究自然伽马测井的 探测范围。
地球物理测井课件
河北工程大学资源学院勘查系
第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识
• 在一般情况下，元素的放射性不受它所处的物理和化学状态 的影响，其衰变过程完全是原子核内部一种自发的反应。 • 放射性同位素经α和β衰变后的剩余核叫做核，往往处于激发 状态，激发状态的原子核要向基态跃迁，在跃进过程中将放 出γ射线，核处于不同的激发能级，放射出的γ射线往往具有 不同能量。 • 如60Co经β衰变，变成60Ni的过程，99%以上是变成激发态 的60Ni，能极为2.505Mev（兆电子伏特）放出1.175Mev的γ 射线，变到能级为1.333Mev的60Ni，然后放出1.333Mev的γ 射线，回到基态。
8 自然伽马测井
马射线有较强的穿透能力）。
★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（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）。 自然伽马测井已成为碎屑岩剖面、碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井 地区进行测井的重要内容。
自然伽马测井
学习要点
自然伽马测井的核物理基础 岩石的放射性 自然伽马射线的探测 自然伽马测井原理
自然伽马测井的曲线特征和影响因素
自然伽马测井的地质应用
自然伽马测井
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（1）原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成 ，原子的中心是原子核，离原子核较远处的核外电子，按一定的轨道绕 核运动，它是一种很微小的粒子，直径约为8-10cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 一般地，原子是中性的，所以原子核中的质子数等于核外电子层的 电子数，这个数值叫做元素的原子序数，通常用Z表示，它决定了原子的 化学性质和在元素周期表中的位置。 原子核质子和中子的总数叫做元素的质量数，通常用A表示。 中子(不带电)]
通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），可以确
定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类。因此放射性测井 主要分为自然伽马测井和自然伽马能谱测井。 以研究岩石中放射性元素的相对含量，即探测自然伽马射 线总强度的测井方法叫做自然伽马测井； 测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中 放射性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能
1、核衰变及其放射性
（5）放射性射线的性质
放射性物质能放出α射线，β射线和γ射线。它们各具如下性质：
★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（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）。 自然伽马测井已成为碎屑岩剖面、碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井 地区进行测井的重要内容。
自然伽马测井
学习要点
自然伽马测井的核物理基础 岩石的放射性 自然伽马射线的探测 自然伽马测井原理
自然伽马测井的曲线特征和影响因素
自然伽马测井的地质应用
自然伽马测井
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（1）原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成 ，原子的中心是原子核，离原子核较远处的核外电子，按一定的轨道绕 核运动，它是一种很微小的粒子，直径约为8-10cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 一般地，原子是中性的，所以原子核中的质子数等于核外电子层的 电子数，这个数值叫做元素的原子序数，通常用Z表示，它决定了原子的 化学性质和在元素周期表中的位置。 原子核质子和中子的总数叫做元素的质量数，通常用A表示。 中子(不带电)]
通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），可以确
定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类。因此放射性测井 主要分为自然伽马测井和自然伽马能谱测井。 以研究岩石中放射性元素的相对含量，即探测自然伽马射 线总强度的测井方法叫做自然伽马测井； 测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中 放射性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能
1、核衰变及其放射性
（5）放射性射线的性质
放射性物质能放出α射线，β射线和γ射线。它们各具如下性质：
自然伽马测井
C 为12的碳原子核可表示为 12 。 6
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
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
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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
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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
放射性测井之自然伽马测井讲解
放射性同位素：不稳定的同位素。
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
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。
《伽马测井》课件
第二节 自然伽马测井
第二节 自然伽马测井
➢ 沉积岩的放射性低于岩浆岩和变质岩。 ➢ 沉积岩中自然伽马放射性随泥质含量的增加而增加。
这是因为： ①构成泥质的粘土颗粒较细，有较大的比表面积，在沉积过程中能够吸 附较多的溶液中放射性元素的离子。 ②泥质颗粒沉积时间长(特别是深海沉积)，有充分的时间同放射性元素 接触和进行离子交换，所以，泥质岩石就具有较强的自然放射性。
这三种射线： 电离能力：α射线的电离本领最强，γ射线最弱。 穿透能力：γ射线最强，它在空气中的射程可达几百米，在沉积 岩石中的平均穿透深度约为30公分；而α射线在岩石中的穿透距 离仅约10-3厘米；β射线在金属中仅能穿透0.9厘米。 可见，来自井下岩石的放射性射线中，γ射线才是唯一可探测到 的。
第一节 伽马测井的核物理基础
吸收介质的原子系数Z对δe有明显影响，即在重核附近形 成电子对的几率比轻核大得多。
第一节 伽马测井的核物理基础
2、康普顿效应：能量较高伽马射线与物质中原子核外电子 碰撞时，一部分能量转交给电子，使之脱离原子电子壳层而 飞出，同时伽马射线改变自己运动方向，继续与其它电子相 撞。每碰撞一次，能量损失一部分，并改变其运动方向，形 成所谓康普顿效应。
第一节 伽马测井的核物理基础
3、核衰变
放射性核素——放射出带电粒子（α、β）——激发 态的新原子核——辐射γ——稳态的原子核，这个过程 称为核衰变，核衰变具有一定的半衰期。
放射性核素随时间减小而遵循一定的规律，即核衰变 规律：
N0：初始原子个数 λ：衰变常数（反映衰变速度的参数），表示单位时间 每个核发生衰变的几率，λ越大，衰变速度越快
岩石中所含的放射性核的种类和数量不同，放射性强度 也不同，根据自然界存在的放射性核素在岩石中的丰度可知， 岩石的自然伽马放射性主要取决于铀、钍、钾的含量。
《自然伽马测井》PPT课件
(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。
绝对误差 1： n1
22
（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
相对误 2差
1 N
v hn
N－厚度为 h的地层脉冲总数
绝对误 2差 n2
vn h
（3）放射性的涨落误差： (12)
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
n
GCUR=3.7
GCUR=2
2GCURIGR 1 Vsh 2GCUR1
IGR
或者考虑体密度 对自然伽马的数 值影响
VshsbhG GsR h R BB 00
这 里 ： B0 是 不 含 泥质纯地层的背
B0 sdGsR d
景值
3)、经验法：用统计法得到Vsh～GR的 经验公式
利用IGR确定泥质含量Vsh的图版 13
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
ZGPJD自然伽马能谱测井讲义PPT教案学习
（三）伽马射线探测过程 伽马射线→电子→电离和激发→退激 →荧光
→光电倍增管→脉冲信号 伽马射线能量∝脉冲信号的幅度
第10页/共38页
（四）解谱方法
1.剥谱法 2.逆矩阵法 3.最小二乘法
第11页/共38页
条件：
（1）混合样品中的核素都是已 知的；
（2）测量标准谱和混合谱，测 量条件一致；
二、主要技术指标
测量范围：自然伽马总强度：0500API； 铀含量：0.510620106； 钍含量：0.510640106； 钾含量：0.1%10%；
测量准确度：自然伽马总强度的相对误差为5%； 钾含量的绝对误差为0.5%； 铀含量的绝对误差为2.0106； 钍含量的绝对误差为2.0106；
响应系数的定义
第j中核素标准谱在第i窗口的计数率 Aij=—————————————————
第j中核素的含量
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1.剥谱法
三个窗口 由高向低剥（钍、铀、钾）
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仪器标准谱形
第16页/共38页
2.逆矩阵法
三个窗口
X A1N
式中，X是（31）浓度矩阵，A是（33）响应系数矩阵， ，N 是（31）计数率矩阵。
（3）进行叠加时，探测系统幅 度不随计数率改变；
（4）混合样第品12页/中共38页，各核素具有 各自的谱形，并能选出特征峰。
地层：
1.钾、铀系、钍系（占99%以上）
2.特征峰
40K →1.46MeV
214Bi（铀系） →1.76MeV
208Tl（钍系） →2.62MeV
满足解谱条件
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第29页/共38页
8.PHA（脉冲幅度分析）电路
自然伽马材料
对于厚层，层界面的位置用半幅点确定 ，而非厚层，则应借助其它测井方法确定层
界面 。
三、自然伽马测井的应用
三、自然伽马测井的应用
三、自然伽马测井的应用
⑵估计地层中的泥质含量 方法是：用已知的岩样建立自然伽马
测井值与泥质含量的关系 Vsh=f(GR) 或图版 GR——自然伽马测井值； Vsh——由实验室对岩样进行分析确定 。
四、自然伽马能谱测井
应用 用总计数率计算Vsh,方法与GR相同 。
IGR
SGR SGRmin SGRmax SGRmin
2CIGR 1 Vsh 2C 1
四、自然伽马能谱测井
应用
② 准确计算地层中的泥质含量 ：
用去铀自然伽马总计数率求Vsh,方法与GR 相同 。
IGR
CGR CGRmin CGRmax CGRmin
的总放射性，而不能用 来分析岩石中各种放射 性元素的多少。
四、自然伽马能谱测井
分析各种放射性元素含量的重要性
⑴有助于准确、详细地划分岩性： 砂泥岩剖面：
泥岩中的Th和K含量较高，且粘土类型
不同（高岭石、伊利石、绿泥石……）， Th、K的含量不同。
泥岩中含有大量的有机物成为了生油岩
之后，U含量高。
四、自然伽马能谱测井
2CIGR 1 Vsh 2C 1
四、自然伽马能谱测井
应用
② 准确计算地层中的泥质含量 ： 用钍含量求 Vsh,方法与GR相同 。
IGR
Th Thmin Thmax Thmin
2CIGR 1 Vsh 2C 1
四、自然伽马能谱测井
应用
② 准确计算地层中的泥质含量 ： 用钾含量求 Vsh,方法与GR相同 。
界面 。
三、自然伽马测井的应用
三、自然伽马测井的应用
三、自然伽马测井的应用
⑵估计地层中的泥质含量 方法是：用已知的岩样建立自然伽马
测井值与泥质含量的关系 Vsh=f(GR) 或图版 GR——自然伽马测井值； Vsh——由实验室对岩样进行分析确定 。
四、自然伽马能谱测井
应用 用总计数率计算Vsh,方法与GR相同 。
IGR
SGR SGRmin SGRmax SGRmin
2CIGR 1 Vsh 2C 1
四、自然伽马能谱测井
应用
② 准确计算地层中的泥质含量 ：
用去铀自然伽马总计数率求Vsh,方法与GR 相同 。
IGR
CGR CGRmin CGRmax CGRmin
的总放射性，而不能用 来分析岩石中各种放射 性元素的多少。
四、自然伽马能谱测井
分析各种放射性元素含量的重要性
⑴有助于准确、详细地划分岩性： 砂泥岩剖面：
泥岩中的Th和K含量较高，且粘土类型
不同（高岭石、伊利石、绿泥石……）， Th、K的含量不同。
泥岩中含有大量的有机物成为了生油岩
之后，U含量高。
四、自然伽马能谱测井
2CIGR 1 Vsh 2C 1
四、自然伽马能谱测井
应用
② 准确计算地层中的泥质含量 ： 用钍含量求 Vsh,方法与GR相同 。
IGR
Th Thmin Thmax Thmin
2CIGR 1 Vsh 2C 1
四、自然伽马能谱测井
应用
② 准确计算地层中的泥质含量 ： 用钾含量求 Vsh,方法与GR相同 。
自然伽马测井PPT.
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
– 2.康普顿效应 • 中等能量的γ光子与原子的外层电子发生碰撞时，把一部分 能量传给电子，使电子从一个方向射出——康普顿电子， 损失了部分能量的射线向另一个方向散射出去——康普顿 射线。γ发生康普顿效应时，γ损失的能量与原子序数及单 位体积内的电子数有关。
自然伽马测井
第一节 伽马测井的核物理基础
➢一、原子核的衰变及其放射性
– 1、原子的结构 • 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分 子又是由原子组成的。原子的中心是原子核，离核 较远处核外电子按一定的轨道绕核运动。
第一节 伽马测井的核物理基础
➢一、原子核的衰变及其放射性
–2、同位素和放射性核素 • 核素：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（或原子核）。同类核素的原子核 中质子数和中子数都分别相同。 • 同位素：原子核中质子数相同而中子数不同的核素。 具有相同的化学性质，在元素周期表中占有同一位置。 • 放射性：不稳定的核素所具有的自发地改变自身结构， 衰变成其它核素并释放射线（α、β、γ） 的性质。 • 放射性同位素：具有放射性的同位素。
第一节 伽马测井的核物理基础
➢一、原子核的衰变及其放射性
–5.放射性射线 • α射线：是氦原子核2He4流，带有两个单位正电荷，容 易引起物质的电离或激发，极易被吸收，电离能力强， 在物质中穿透距离很小，在井中探测不到。 • β射线：高速运动的电子流，在物质中穿透距离较短。 • γ射线：频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量高， 穿透力强。能够穿透地层、套管以及仪器外壳，可以 在井中被探测到。
汽车公司做培训的时候，曾问了他们几个问题：
大家想想看，你们的汽车公司里面有豫剧的CD吗？可能99%的回答是没有。但是这家店就有。销售人员立刻到总台把豫剧碟调出来，
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第二节自然伽马测井原理
• 自然伽马测井仪分为地面仪器和 下井仪器两部分。下井仪的基本 组成是伽马射线探测器、放大器 和高压电源等。
• 伽马射线探测器是感知伽马射线 的，并把其转变成电脉冲的装置； 放大器把这些脉冲放大，以便电 缆传输。
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第二节自然伽马测井原理
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第一节 放射性测井的有关知识
• 2.康普顿散射 • 当γ量子的能量为中等数值时，但比核外绕行的电子的
能量大得多时，它们之间的作用就属于弹性碰撞，碰 撞前后的动量和能量都守恒，这时，γ量子的一部分能 量传给电子，使电子脱离轨道，并伴随有x射线辐射， 损失了部分能量的γ量子则偏离最初的路径，与原方向 成θ角散射出去，成为散射γ射线。 • 3.电子对的形成 • 当γ量子能量大于两个电子的静止能量，即大于 1.022Mev时，在核力作用下可以形成正、负电子对。
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第二节自然伽马测井原理
由于地层和泥浆对伽马射线的吸收，地层 中放射性元素发射的伽马射线是不能全 部到达探测器、为探测器所测出的，即 自然伽马测井主要探测的地层是靠近探 测器的有限地层。图3-5是自然伽马测井 的视几何因子分布曲线。从图中的积分 几何因子曲线可以看出，随着径向距离 增加，积分几何因子呈指数增加规律变 化。积分几何因子可用来研究自然伽马 测井探测范围；而图中对信号贡献曲线， 是随径向距离增加呈指数下降规律变化， 说明距探测器越远的媒体对测量信号的 贡献越小，可用来研究自然伽马测井的 探测范围。
• 二、γ射线和x射线的性质 • 在核衰变或核反应中，所辐射的γ射线，是放射性测
井探测的主要对象。原子核具有许多能级，最低的称 为基级，高的称为激发能级。在正常情况下，核部处 于基级，只有在衰变和核反应过程中，才可能处于激 发级。处于激发态的核一般不能停留很久，会很快跃 迁到基级，与此同时，放出γ射线。γ射线的能量等于 两个能级间的能量差。 • γ射线具有波动和微粒两重性，称为量子或光子，速 度等于光速C。
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第一节 放射性测井的有关知识
• 三、γ射线与物质的作用 • 由放射性同位素衰变放出的γ射线，能量一般在几万电子伏到
几百万电子伏之间，当它们与物质相互作用时，主要产生光 电效应、散射效应（康普顿—吴有训效应）和电子对形成。 • 1.光电效应 • 低能的γ量子与原子中的电子相互作用时，把全部能量交给了 电子，使电子脱离轨道而成自由电子（主要是低能级的K层 或L层的束缚电子），而γ量子本身由于能量耗尽而被原子所 吸收，被打出的自由电子称为光电子，它可以使邻近的原子 电离，失去电子的原子则处于激发状态，其内层电子的空位 很快地由较外层的电子所补充，从而放出x射线。
• 地面仪器有前置放大、鉴别、整形和计数 率计等鉴别器的目的是消除干扰；整形器 可以把所有的脉冲信号变成幅度一样大、 宽度一样宽的矩形波，这样每一个矩形波 带的电量就是一样的；计数率计把单个的 矩形脉冲变成连续变化的电压（或电流）， 电压（或电流）的大小反映伽马脉冲的多 少再由测井记录仪记录成电压形成伽马射 线强度随井深变化的曲线—自然伽马测井 曲线。
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第一节 放射性测井的有关知识
• γ射线与物质的作用
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第一节 放射性测井的有关知识
• 四、放射性单位 • 在国际单位制中，为“贝可勒尔”
（Becquerel），符号为Bq，贝可 • 1贝可等于每秒一次核衰变 • 原单位为居里（Gi），如果有一
放 射 源 ， 每 秒 钟 产 生 3.7×1010 次 衰变，这个源的活度为1Gi，显然， 1Gi=3.7×1010Bq
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第一节 放射性测井的有关知识
• 五、岩石的天然放射性 • 岩石中能够放射出足够强的γ射线，
并为现代测井技术所探测的放射性 核素，只有40K、238U、232Th，其中 40K衰变后变为稳定的40Ar，放射出 一 能 量 （ 1.46Mev ） 的 γ 射 线 ， 而 238U和232Th分别经过复杂的衰变过 程才变成稳定的206Pb，因此，放出 的γ射线能谱也较复杂。
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第二节自然伽马测井原理
• 在无限均匀地层中，探测范围是以探测器中点为球 心的球体，球体半径就是探测半径。设探测范围内 的地层产生总自然伽马强度的90%，则计算的探测 半径小于25 cm。实际上，它的大小和伽马射线能 量、地层和泥浆密度有关。能量降低或密度增加， 探测半径减小。再者，探测范围并不是严格的球形。 这是因为井的存在和探测器有一定体积等原因。
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第一节 放射性测井的有关知识
• 五、岩石的天然放射性 • 地壳中钾、钍、铀相对丰度2.36%，12×10-6
和3×10-6。钾是地壳中常见的元素，沉积岩 中含钾的矿物有多样，如蒸发岩中的钾盐、 钾芒硝、无水钾镁矾和钾盐镁矾等，砂岩中 的长石是除石英之外出现最多的矿物，其中 一组是含钾石，晶格中含钾的粘土矿物，如 伊利石、云母、海绿石等，在沉积石中常见。 铀和钍的矿物较稀少，由于铀的化合物溶与 水，可被搬迁和吸附在有机质上，在泥岩中 富集，钍不溶与水，常和重矿物独居石或锆 石等汇集在一起，称为残余物。
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第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识
• 原子核的半衰期（T），表示放射 性衰变的几率，即为原子核衰减 一半所需的时ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，叫做半衰期
• T=ln2/λ=0.693/λ • λ称为衰变系数 • 平均寿命τ，指放射性原子核平均
生存的时间。
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第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识
8第六章自然伽马测井
第六章自然伽马测井
• 第一节 放射性测井的有关知识 • 第二节 自然伽马测井 • 第三节 中子测井
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第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识
• 原子是由原子核和围绕着它的电子组成。原 子核是由质子和中子组成。由于原字是中性 的，所以原子核中的质子数等与外围的电子 数。这个数值称为元素的原子序数，用字母Z 表示，核中质子和中子总数称为元素的质量 数，用字母A表示，原子核用其元素符号和电 荷数、质量数表示，一般写成ZxA，原子核种 子数目为A-Z。
第二节自然伽马测井原理
• 自然伽马测井仪分为地面仪器和 下井仪器两部分。下井仪的基本 组成是伽马射线探测器、放大器 和高压电源等。
• 伽马射线探测器是感知伽马射线 的，并把其转变成电脉冲的装置； 放大器把这些脉冲放大，以便电 缆传输。
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第二节自然伽马测井原理
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第一节 放射性测井的有关知识
• 2.康普顿散射 • 当γ量子的能量为中等数值时，但比核外绕行的电子的
能量大得多时，它们之间的作用就属于弹性碰撞，碰 撞前后的动量和能量都守恒，这时，γ量子的一部分能 量传给电子，使电子脱离轨道，并伴随有x射线辐射， 损失了部分能量的γ量子则偏离最初的路径，与原方向 成θ角散射出去，成为散射γ射线。 • 3.电子对的形成 • 当γ量子能量大于两个电子的静止能量，即大于 1.022Mev时，在核力作用下可以形成正、负电子对。
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第二节自然伽马测井原理
由于地层和泥浆对伽马射线的吸收，地层 中放射性元素发射的伽马射线是不能全 部到达探测器、为探测器所测出的，即 自然伽马测井主要探测的地层是靠近探 测器的有限地层。图3-5是自然伽马测井 的视几何因子分布曲线。从图中的积分 几何因子曲线可以看出，随着径向距离 增加，积分几何因子呈指数增加规律变 化。积分几何因子可用来研究自然伽马 测井探测范围；而图中对信号贡献曲线， 是随径向距离增加呈指数下降规律变化， 说明距探测器越远的媒体对测量信号的 贡献越小，可用来研究自然伽马测井的 探测范围。
• 二、γ射线和x射线的性质 • 在核衰变或核反应中，所辐射的γ射线，是放射性测
井探测的主要对象。原子核具有许多能级，最低的称 为基级，高的称为激发能级。在正常情况下，核部处 于基级，只有在衰变和核反应过程中，才可能处于激 发级。处于激发态的核一般不能停留很久，会很快跃 迁到基级，与此同时，放出γ射线。γ射线的能量等于 两个能级间的能量差。 • γ射线具有波动和微粒两重性，称为量子或光子，速 度等于光速C。
河北工程大学资源学院勘查系
第一节 放射性测井的有关知识
• 三、γ射线与物质的作用 • 由放射性同位素衰变放出的γ射线，能量一般在几万电子伏到
几百万电子伏之间，当它们与物质相互作用时，主要产生光 电效应、散射效应（康普顿—吴有训效应）和电子对形成。 • 1.光电效应 • 低能的γ量子与原子中的电子相互作用时，把全部能量交给了 电子，使电子脱离轨道而成自由电子（主要是低能级的K层 或L层的束缚电子），而γ量子本身由于能量耗尽而被原子所 吸收，被打出的自由电子称为光电子，它可以使邻近的原子 电离，失去电子的原子则处于激发状态，其内层电子的空位 很快地由较外层的电子所补充，从而放出x射线。
• 地面仪器有前置放大、鉴别、整形和计数 率计等鉴别器的目的是消除干扰；整形器 可以把所有的脉冲信号变成幅度一样大、 宽度一样宽的矩形波，这样每一个矩形波 带的电量就是一样的；计数率计把单个的 矩形脉冲变成连续变化的电压（或电流）， 电压（或电流）的大小反映伽马脉冲的多 少再由测井记录仪记录成电压形成伽马射 线强度随井深变化的曲线—自然伽马测井 曲线。
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第一节 放射性测井的有关知识
• γ射线与物质的作用
河北工程大学资源学院勘查系
第一节 放射性测井的有关知识
• 四、放射性单位 • 在国际单位制中，为“贝可勒尔”
（Becquerel），符号为Bq，贝可 • 1贝可等于每秒一次核衰变 • 原单位为居里（Gi），如果有一
放 射 源 ， 每 秒 钟 产 生 3.7×1010 次 衰变，这个源的活度为1Gi，显然， 1Gi=3.7×1010Bq
河北工程大学资源学院勘查系
第一节 放射性测井的有关知识
• 五、岩石的天然放射性 • 岩石中能够放射出足够强的γ射线，
并为现代测井技术所探测的放射性 核素，只有40K、238U、232Th，其中 40K衰变后变为稳定的40Ar，放射出 一 能 量 （ 1.46Mev ） 的 γ 射 线 ， 而 238U和232Th分别经过复杂的衰变过 程才变成稳定的206Pb，因此，放出 的γ射线能谱也较复杂。
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第二节自然伽马测井原理
• 在无限均匀地层中，探测范围是以探测器中点为球 心的球体，球体半径就是探测半径。设探测范围内 的地层产生总自然伽马强度的90%，则计算的探测 半径小于25 cm。实际上，它的大小和伽马射线能 量、地层和泥浆密度有关。能量降低或密度增加， 探测半径减小。再者，探测范围并不是严格的球形。 这是因为井的存在和探测器有一定体积等原因。
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第一节 放射性测井的有关知识
• 五、岩石的天然放射性 • 地壳中钾、钍、铀相对丰度2.36%，12×10-6
和3×10-6。钾是地壳中常见的元素，沉积岩 中含钾的矿物有多样，如蒸发岩中的钾盐、 钾芒硝、无水钾镁矾和钾盐镁矾等，砂岩中 的长石是除石英之外出现最多的矿物，其中 一组是含钾石，晶格中含钾的粘土矿物，如 伊利石、云母、海绿石等，在沉积石中常见。 铀和钍的矿物较稀少，由于铀的化合物溶与 水，可被搬迁和吸附在有机质上，在泥岩中 富集，钍不溶与水，常和重矿物独居石或锆 石等汇集在一起，称为残余物。
河北工程大学资源学院勘查系
第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识
• 原子核的半衰期（T），表示放射 性衰变的几率，即为原子核衰减 一半所需的时ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，叫做半衰期
• T=ln2/λ=0.693/λ • λ称为衰变系数 • 平均寿命τ，指放射性原子核平均
生存的时间。
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第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识
8第六章自然伽马测井
第六章自然伽马测井
• 第一节 放射性测井的有关知识 • 第二节 自然伽马测井 • 第三节 中子测井
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第一节 放射性测井的有关知识 有关的基本知识
• 原子是由原子核和围绕着它的电子组成。原 子核是由质子和中子组成。由于原字是中性 的，所以原子核中的质子数等与外围的电子 数。这个数值称为元素的原子序数，用字母Z 表示，核中质子和中子总数称为元素的质量 数，用字母A表示，原子核用其元素符号和电 荷数、质量数表示，一般写成ZxA，原子核种 子数目为A-Z。