自然伽马测井和自然伽马能谱测井
伽马测井
➢ 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
油气勘探常用的测井技术和方法简介
(二) 油气勘探常用的测井技术和方法简介1、电法测井－饱和度测井方法电阻率测井是最先发展起来的测井方法，从用途上分为两类：电阻率含油饱和度测井和用于地质学研究的电法测井；从测量方法上可分为三类，即普通电法（电极系）测井，电流聚焦测井和电磁聚焦测井。
在不含金属矿物的地层中，地层导电性表现在电阻率的高低主要受地层孔隙大小和所含流体性质的影响。
对于具有一定孔隙的地层，当其含水时，一般电阻率较低（与地层水矿化度有关），当其含油时电阻率较高。
因此，利用电阻率测井资料，按有关的理论和实验关系，可以确定地层含油饱和度的大小。
（1）普通电阻率测井普通电阻率测井是指早期的电极系横向测井，它采用供电电极A 、B 供给低频矩形交变电流I ，由测量电极M 、N （按不同排列方法及尺寸组成不同的电位电极和梯度电极系，我油田常用的电位电极系为0.5米，常用的梯度电极系为2.5米和4米），测量M 、N 之间的电位差为U MN ，电位差的大小反映了井内不同地层电阻率的变化，从IU K R MN a ∙=公式可以得到地层视电阻率a R （是地层真电阻率、泥浆冲洗带和侵入带的函数），地层电阻率和储层岩性、物性和含油性有密切关系，从而能确定岩性，划分油层、水层，确定地层界面和含油饱和度。
为求得地层真电阻率，通常采用浅、中、深三个径向探测深度的电阻率测量、测量三个环带的视电阻率，建立三个响应方程求之。
普通电阻率测井方法使用的电极系结构简单，不能聚焦，不能推靠到井壁上，又受井眼大小、泥浆、地层厚薄、非均质和围岩等客观条件的影响，难以求准地层真电阻率，所以趋于被淘汰，但因划分地层和岩性很直观、方便，因此保留了几种电阻率曲线。
（2）微电极测井它是将三个间距为0.025米的纽扣电极镶嵌在具有向井壁地层推靠能力的橡胶极板上，通过测量主要受泥饼影响的微梯度电阻率和主要受冲洗带影响的微电位电阻率，确定泥饼电阻率和冲洗带电阻率划分渗透性储层的测井方法。
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
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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
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
自然电位、自然伽马测井基本原理
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。
测井理论和方法
一、电阻率测井1、普通电阻率测井电阻率测井就是沿井身测量井周围地层地层电阻率的变化。
普通电阻率测井是把一个普通的电极系（由三个电极组成）放入井内，测量井内岩石电阻率变化的曲线。
在测量地层电阻率时，要受井径、泥浆电阻率、上下围岩及电极距等因素的影响，测得的参数不等于地层的真电阻率，而是被称为地层的视电阻率。
因此普通电阻率测井又称为视电阻率测井。
2、侧向测井是利用聚焦电流测量地层电阻率的一种测井方法。
在地层厚度较大，地层电阻率与泥浆电阻率相差不太悬殊的情况下，可以用普通电极系的横向测井，能比较准确地求出地层电阻率。
但是在地层较薄且电阻率很高，或者在盐水泥桨的条件下由于泥浆电阻率很低，使供电电极流出的电流，大部分都由井内和围岩中流过，流入测量层内的电流很少，因此测量的视电阻率曲线变化平缓，不能用来划分地层，判断岩性。
为了解决这些问题，创造了带有聚焦电极的侧向测井。
他是在主电极两侧加有同极性的屏蔽电极，把主电极发出的电流聚焦成一定厚度的平板状电流束，沿垂直于井轴方向进入地层，使井的分流作用和围岩的影响大大减小。
实践证明，侧向测井在高电阻率薄层和高矿化度泥浆的井中，比普通电阻率测井曲线变化明显。
3、感应测井是利用电磁感应原理来研究地层电层电阻率的一种测井方法。
电阻率测井法都需要井内有导电的液体，使供电电极电流通过它进入地层，在井内形成直流电场。
然后测量井轴上的电位分布，求出地层电阻率。
这些方法只能用于导电性能好的泥浆中。
为了获得地层的原始含油饱和度，需要在个别的井中使用油基泥浆，在这样的条件下，井内无导电性介质，就不能使用普通电阻率测井方法。
感应测井就是为了解决测量油基泥浆电阻率的需要而产生的，它也能用于淡水泥浆的井中，在一定条件下，它比普通电阻率测井法优越，受高阻临层影响小、对低电阻率地层反应灵敏。
感应测井和普通电阻率测井一样记录的是一条随深度变化的视电导率曲线，也可同时记录出视电阻率变化曲线。
二、介电测井介电测井也称电磁波传播测井，它是用来测量井下地层的介电常数。
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
自然伽马能谱测井在油田的应用分析
技术与检测Һ㊀自然伽马能谱测井在油田的应用分析赵金宝摘㊀要:自然伽马能谱测井是根据铀㊁钍㊁钾放射性核素在衰变时放出的Υ射线的能谱特征不同从而确定铀㊁钍㊁钾在地层中的含量ꎮ自然伽马能谱测井与自然伽马测井都是测量地层的自然伽马ꎮ不同之处是将入射的伽马射线的能量以幅度大小输出到多道脉冲幅度分析器ꎬ所测是地层伽马能谱ꎬ地面仪器将接受的伽马能谱进行解谱ꎬ得到地层中铀㊁钍钾的含量ꎬ仪器最终输出伽马射线的总强度和地层中铀㊁钍㊁钾的含量ꎮ关键词:自然伽马能谱测井ꎻ储层评价ꎻ泥质含量ꎻ岩性分析一㊁自然伽马能谱测井原理油田勘探开发中ꎬ储层评价㊁解释是测井解释重要工作ꎬ其中黏土矿物识别和岩性识别是这项工作的重要内容ꎮ自然伽马能谱测井是根据铀㊁钍㊁钾放射性核素在衰变时放出的Υ射线的能谱特征不同从而确定铀㊁钍㊁钾在地层中的含量ꎮ自然伽马能谱测井是放射性测井中一种最基本的测井方法ꎬ与自然伽马不同之处是它采用能谱分析的方法ꎬ可定量测量地层中铀㊁钍㊁钾的含量ꎬ并给出地层总的伽马放射性强度ꎮ所以自然伽马能谱测井可以解决更多的地质问题ꎮ二㊁自然伽马能谱测井的应用自然伽马能谱测井可以研究地层特性ꎬ包括泥质含量准确计算㊁识别高放射性储层㊁识别钾盐㊁识别黏土类型㊁沉积环境分析以及变质岩岩性识别等ꎮ下面主要介绍自然伽马能谱测井资料在测井解释中的应用ꎮ(一)计算泥质含量在自然伽马能谱测井资料中ꎬ地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系ꎬ而与地层的铀含量关系较复杂ꎮ因此ꎬ可以同时利用钍㊁钾及无铀伽马曲线或根据地质情况选其中一条曲线ꎬ计算地层泥质含量ꎮ(二)识别高放射性储集层利用自然伽马能谱测井可以有效识别和划分具有高自然伽马放射性的储集层ꎮ在人们传统的概念ꎬ储集层是低放射性㊁泥质含量较少㊁比较纯的岩石ꎬ因而忽视了高放射性储集层的生产价值ꎮ在纯砂岩和碳酸盐岩的放射性元素含量都较低ꎬ但对于某些渗透性砂岩和碳酸盐岩地层ꎬ由于水中含有易溶的铀元素ꎬ并随水运移ꎬ在某些适宜条件下沉淀ꎬ形成具有高放射性渗透层ꎬ即高伽马储层ꎬ此时可用自然伽马能谱测井进行储层划分ꎮ高自然伽马的地层一方面可以作为标志层与邻井进行对比ꎬ另一方面又可以帮助识别流体性质ꎮ另外ꎬ硬地层中高铀会指示具有渗流能力的储集层ꎮ(三)黏土矿物类型识别一般来讲ꎬ在绝大多数黏土矿物中ꎬ钾和钍的含量高ꎬ而铀的含量相对较低ꎬ因此ꎬ根据Ｔｈ/Ｋꎬ可大致确定黏土类型ꎮＴｈ/Ｋ比值在２８以上为重钍矿ꎬ在１２~２８之间为高岭石ꎬ在３.５~１２之间为蒙脱石ꎬ在２~３.５之间为伊利石ꎬ在１.５~２之间为云母ꎬ在０.８~１.５之间为海绿石ꎬ在０.５~０.８之间为长石ꎬ小于０.５为钾蒸发岩ꎮˑ井ˑˑ组Ｔｈ测量值主要在７~２０ｐｐｍꎬＫ测量值主要在２.４~４.０％之间ꎬＴｈ/Ｋ比值在２~５之间ꎬ黏土类型为伊利石和蒙脱石为主的混合黏土层ꎬ见图１ꎮ(四)沉积环境分析由钾㊁铀㊁钍的性质可知ꎬ高能环境钍含量比低能环境高ꎬ铀和钾含量在低能环境比高能环境高ꎮ另外ꎬ铀含量与氧化还原条件有关ꎬ还原环境有机质含量高ꎬ铀含量高ꎻ钾含量与黏土关系密切ꎮＴｈ/Ｕ值可判断沉积环境的氧化还原条件ꎬ据经验统计:Ｔｈ/Ｕ值大于７时ꎬ属风化完全㊁有氧化和淋滤作用的陆相沉积ꎻＴｈ/Ｕ值２~７ꎬ岩性为灰色和绿色泥岩夹砂岩ꎬ属还原环境沉积ꎻ小于２时ꎬ属强还原环境ꎮˑ井ˑˑ组Ｔｈ/Ｋ比值主要在２~６.３之间ꎬＴｈ/Ｕ比值在２~７之间ꎬ沉积环境主要属低能还原沉积ꎮ(五)变质岩岩性分析利用自然伽马能谱测井曲线制作的测井数据交会图是识别含油气盆地内变质岩岩性的简单而有效的方法ꎮ它是图１㊀ˑ井ˑˑ组黏土类型分析图把两种测井数据在平面图上交会ꎬ根据交会点的坐标定出所求参数的数值和范围的一种方法ꎮ在交会图上能直观地看出各种岩性的分界和分布的区域ꎬ能比较直观的识别变质岩ꎮ通过对变质岩物理特性进行分析ꎬ发现作为变质岩分类指标的二氧化硅(ＳｉＯ２)含量与钾(Ｋ)含量有很强的相关性ꎬＳｉＯ２含量高则钾含量高ꎬ钍含量从酸性岩石向超基性岩石减少ꎬ而自然伽马测井测量的是地层中放射性元素的总含量ꎬ一般从基性到酸性变质岩逐渐升高ꎬ另一个指示岩性的光电吸收截面指数ꎬ一般从基性到酸性变质岩逐渐降低ꎮ自然伽马㊁光电吸收截面指数㊁钍三条测井曲线的交会图可以区分之ꎮˑ井发育的变质岩为玄武质安山岩㊁火山角砾岩㊁花岗岩ꎮ研究发现:利用ＧＲ－ＴｈꎬＰｅ－Ｔｈ交会图可以有效识别变质岩岩性ꎬＧＲ－Ｔｈ交会图版可以分成四个区:基性岩性区㊁中性岩性区㊁中性向酸性过渡岩性区㊁酸性岩性区ꎮˑ井中玄武质安山岩落在基性岩为主以及部分中性区域ꎬ显示低ＧＲ㊁低Ｔｈ特征ꎮ火山角砾岩和花岗岩落在酸性岩性区ꎬ显示高ＧＲ㊁高Ｔｈ特征ꎮＰｅ－Ｔｈ交会图中玄武质安山岩显示高Ｐｅ值ꎬ火山角砾岩和花岗岩显示低Ｐｅ值ꎮ即ˑ井中玄武质安山岩显示低ＧＲ㊁低Ｔｈ㊁高Ｐｅ特征ꎻ火山角砾岩和花岗岩显示高ＧＲ㊁高Ｔｈ㊁低Ｐｅ特征ꎮ三㊁结论自然伽马能谱测井是放射性测井中一种最基本的测井方法ꎬ它可以定量测定地层中铀㊁钍㊁钾的含量ꎬ并给出地层总的伽马放射性强度ꎮ随着勘探和开发难度的加大ꎬ自然伽马能谱测井将发挥越来越重要的作用ꎮ参考文献:[１]胡挺ꎬ潘秀萍.自然伽马能谱测井在杭锦旗地区的应用[Ｊ].工程地球物理学报ꎬ２０１７(１).作者简介:赵金宝ꎬ胜利油田油藏动态监测中心ꎮ１０２。
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。
第7章 自然伽马测井
2 沉积岩的自然放射性
自然界的岩石和矿石均不同程度的具有一定的放射性，它们几乎全 部是由放射性元素铀、钍、锕以及放射性同位素钾19K40在其中存在并 进行衰变的结果。铀、钍、锕这三个放射性系列，分别由半衰期较长 的铀的一种同位素92U238、钍元素90Th232和铀的另一种同位素92U235 开始进行衰变，产生一系列新的放射性同位素，并继续衰变向着稳定 元素过渡。
3 伽马射线的探测
目前使用较为普遍的伽马射线探测器主要是闪烁计数器， 图1是闪烁计数器的简单结构。它主要由NaI萤光晶体和光电 倍增管组成。
其工作原理是，伽马射线射到萤光体(如碘化钠晶体)上， 从其原子中打出电子，并在该电子的激发下发出闪光。光电 倍增管将闪光转变为电脉冲，电脉冲的数量与进入萤光体的 伽马射线成正比，这就是闪烁计数器的基本工作原理。
1.2 自 然 伽 马 测 井
自然伽马测井可以解决以下问题： ➢根据天然放射性强弱，判别岩性和划分井地层剖面。 ➢在一个含油气区或单独构造上，各井剖面进行对比。 ➢估计岩石中泥质含量，从而判断岩层的储集性能，特别是在泥浆矿化度 较高地区，碳酸盐岩剖面中，自然电位无法清楚划分渗透性岩层，自然伽 马可以解决。 自然伽马测井的优缺点： 优点：（1）裸眼井和套管井中均可以进行
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。
J N0et
显然
J J0et
自然伽马测井原理6
半衰期：从N0个原子开始有N0 /2发生了衰变， 所经历的时间。用T表示：
ln 2 T
放射性元素不同，其半衰期也不同，见P135 2、放射性射线的性质核衰变 核衰变放出三种射线：、、 射线 带电 能量衰减快、 射程短 射线 穿透能力弱
射线
是频率很高 的电磁波、 能量高
穿透 能力强
V合适
五：GR曲线的解释应用 1、划分岩层 砂泥岩剖面（骨架不含放射性矿物） GR 泥 岩 砂 岩 碳酸盐岩剖面相同 砂 岩
泥 岩
给定岩性剖面，请定性的画出GR曲线（5分钟 GR 泥岩 灰岩 泥岩 白云岩
石膏
2、确定地层的泥质含量 不含放射性矿物的地层，GR主要取决 于地层的泥质含量 当泥质含量低时：
沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩 石本身基本上不含放射性，但在形成过程中 会多少地吸附些放射性元素。
强度最低的：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩 强度 低的：砂岩、灰岩、白云岩 强度较高的：浅海相和陆相沉积的泥岩、泥 灰岩、钙质岩、泥质砂岩等 强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩 强度最高的：放射性软泥、彭土灰 除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩 石的GR强度随岩石颗粒变细而增加的。 通常情况下：地层的GR主要取决与泥质含量
Vsh GR GRmin GRmax GRmin
当泥质含量高时：
gcur=2(老地层） gcur=3.7(新地层）
I sh
GR GRmin GRmax GRmin
2
gcur Ish
Vsh
2 gcur
1 1
3、进行地层对比 用GR曲线进行对比的优点：
与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关 与地层水和泥浆矿化度无关 在GR曲线上容易找到标准层
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
自然伽马能谱测井在储层识别中的应用
百家述评•270自然伽马能谱测井在储层识别中的应用1 自然伽马能谱测井原理自然伽马能谱测井是根据铀、钍、钾放射性核素在衰变时放出的Υ射线的能谱特征不同从而确定铀、钍、钾在地层中的含量。
自然伽马能谱测井与自然伽马测井都是测量地层的自然伽马。
不同之处是将入射的伽马射线的能量以幅度大小输出到多道脉冲幅度分析器，所测是地层伽马能谱，地面仪器将接受的伽马能谱进行解谱，得到地层中铀、钍钾的含量，仪器最终输出伽马射线的总强度和地层中铀、钍、钾的含量。
2 自然伽马能谱测井的应用2.1 计算泥质含量在自然伽马能谱测井资料中，地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系，而与地层的铀含量关系较复杂。
因此，可以同时利用钍、钾及无铀伽马曲线或根据地质情况选其中一条曲线，计算地层泥质含量。
2.2 识别高放射性储集层利用自然伽马能谱测井可以有效地识别和划分具有高自然伽马放射性的储集层。
在人们传统的概念，储集层是低放射性、泥质含量较少、比较纯的岩石，因而忽视了高放射性储集层的生产价值。
在纯砂岩和碳酸盐岩的放射性元素含量都较低，但对于某些渗透性砂岩和碳酸盐岩地层，由于水中含有易溶的铀元素，并随水运移，在某些适宜条件下沉淀，形成具有高放射性渗透层，即高伽马储层，此时可用自然伽马能谱测井进行储层划分。
高自然伽马的地层一方面可以作为标志层与邻井进行对比，另一方面又可以帮助识别流体性质。
另外，硬地层中高铀会指示具有渗流能力的储集层。
2.3 粘土矿物类型识别一般来讲，在绝大多数粘土矿物中，钾和钍的含量高，而铀的含量相对较低，因此根据Th/K，可大致确定粘土类型。
Th/K 比值在28以上为重钍矿，在12～28之间为高岭石，在3.5～12之间为蒙脱石，在2～3.5之间为伊利石，在1.5～2之间为云母，在0.8～1.5之间为海绿石，在0.5～0.8之间为长石，小于0.5为钾蒸发岩。
×井××组Th 测量值主要在7～20ppm，K 测量值主要在2.4～4.0%之间，Th/K 比值在2～5之间，粘土类型为伊利石和蒙脱石为主的混合粘土层，见图。
第七章自然伽马测井
(5)基本参数 （1）计数率： 探测器每分钟输出的脉冲个数， 计数率的大小与入射的射线的强 度成正比 （2）探测效率： 输出的脉冲数占入射粒子数的百分比(20%左右) （3）能量的分辨率： 脉冲能谱分布的半高宽与入射γ光子的能量比 (约10%)
ΔE
E
通常用对137Cs产生的0.662Mev的伽马光子的 全能峰的分辨率η来表征(标定)
闪烁计数器 在光阴极上打出电子，
使电子迅速增多形成电 子束，在阳极上产生一 个负电压脉冲
记录一个伽马光子，输出一个电脉冲
2.盖革-弥勒计数管(G-M计数器)
（1） G-M计数器结构 阴极：用金属圆筒或在玻璃内壳上涂一层金属膜 阳极：管中央的一根细导线 管内：充以惰性气体(加少量的乙醇或乙醚等）
高压电源 R 计数管探头
b.次级电子使闪烁体激发，退激时产生荧光 c.将荧光光子收集到光电倍增管的光阴极上， 产生光电子 d. 光电子在光电倍增管中数量增加几个数量级， 形成的电子流在阳极负载上产生电信号 e.电信号经电子仪器处理、记录
(3)闪烁探测器输出脉冲幅度和能谱响应 1）输出脉冲幅度：与入射伽马光子在闪烁体 中损失的能量成正比(次级电子能量)，而光子 是通过三种效应损失能量的，且各不相同。 2）输出脉冲的个数：
137 m
Ba Ba
137
0.662Mev
平台B：是康普顿效
应产生的
峰C：为反散射峰
（光电效应） 峰D：X射线峰 峰A：称为全能峰，它主要是由光电效应形成的
E maxe 2E 2 r 0.4779Mev 2 m0c 2 Er
E
min
r
Er 0.184Mev 2 Er 1 2 m0 c
核素：原子核中具有一定数目的质子和中子， 并处在同一能态上的同类原子（或原子核）。 同一核素的原子核中，质子数和中子数都分别 相等。
自然伽马测井和自然伽马能谱测井
②准确计算地层中的泥质含量 ： 地层中的泥质含量与 Th和K的含量之间关 系密切，而与地层中铀的关系不大，所以用 NGS中的Th和K的含量确定 Vsh，其结果比 用GR（U、Th、K的共同效应）确定 Vsh可 靠。
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
放射性测井
第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井
核物理基础
授
自然伽马测井的原理
课
内 容
自然伽马测井的应用
自然伽马能谱测井
教
应用自然伽马测井识别岩性
学
重
点
应用自然伽马测井计算泥质含量
第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井
?泥质对各种地球物理参数有着重要的影响。因此 ,
弄清岩石中的泥质含量对正确利用地球物理参数
三、自然伽马测井的应用 （3）地层对比：
四、自然伽马能谱测井
自然伽马能谱测井 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 度来研究岩层的一种 方法。
四、自然伽马能谱测井
岩石中的几种主要放射 性元素（U、Th、K）都 可以产生伽马射线，所 以GR测井值反映岩石的
三、自然伽马测井的应用
（3）地层对比：
与自然电位测井及其它测井相比， 用GR测井进行 地层对比具有以下优点： ①GR测井值与地层水和泥浆的矿化度关系不大； ②GR测井值一般情况下与地层中所含流体类型（油、 气、水）关系不大； ③标准层（如海相泥岩），在很大区域内稳定，其测井 值及特征明显并且稳定； ④它不仅能很好地应用于砂泥岩剖面，而且还能很好地 应用于其它剖面 。
，其放射性主要取决于粘土的类型及含量 。
另外，岩性及沉积环境的不同，其放射性 元素的种类及含量也不同（如还原环境有 利于U的还原沉淀）。
第二章----常规测井方法及地质响应---(2)GR测井
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第二节 自然伽马测井
三、自然伽马测井曲线
2、放射性涨落误差（统计误差）
涨落现象：多次测量，各次读数与全部读数的平均值之差大部分 分布在一定范围内。 由于涨落现象，使GR曲线呈现“锯齿状”。 涨落误差：由于放射性涨落引起的误差，记为σ 。 物理意义：同一地层各点的读数落在 n 的几率为68.3%。 因此，只有当曲线幅度变化超过上述范围，且超过（2.5～3）σ 时，曲线才做分层或作为其它地层解释。
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第一节 伽马测井的核物理基础
四、伽马射线与物质的相互作用
1、电子对效应
γ 在能量大于1.022Mev时，它在物质的原子核附近与核的库仑场 相互作用，可以转化为一个负电子和一个正电子，而光子本身被 全部吸收。 吸收系数(衰减系数)：伽马射线通过单位厚度的吸收介质，由于 此效应而导致γ 射线强度的减弱，用吸收系数 表示：
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第一节 伽马测井的核物理基础
四、伽马射线与物质的相互作用
3、光电效应
光电效应：当一个低能量的伽马光子与原子发生作用时，将全部能 量交给一个电子，使它脱离原子成为光电子，而光子本身被完全吸 收，这种效应称为光电效应。 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。(光子穿过1cm吸收物质时产生的光电子的几率, 也称线性光电吸收系数) Z 4.1 n 0.0089 A 此式说明: 光电吸收系数主要取决于原子序数，由此发展了岩性密 度测井。
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第二节 自然伽马测井
二、GR（自然伽马）测井原理 1、仪器
地面仪器
核测井原理
核测井原理概述 (2)第一章自然伽马测井和自然伽马能谱测井 (3)§1 伽马射线及其探测 (3)§2 岩石的自然伽马放射性（自然伽马测井的地质基础） (6)§3自然伽马射线强度沿井轴的分布 (13)§4 自然伽马测井的仪器刻度、井眼校正 (14)§5 自然伽马测井资料的应用 (15)§6 自然伽马能谱测井 (17)§7 自然伽马能谱测井资料的应用 (20)第二章中子测井 (21)§1中子测井基本原理 (22)§2超热中子测井 (25)第三章核磁共振 (50)§1顺磁共振的相关结果 (50)§2岩石孔隙中流体的核自旋驰豫及描述这种驰豫的方法 (58)概述核测井这门课程是和《原子核物理基础》是相互衔接的一门课程。
本课程的重点是自然伽马测井、自然伽马能谱测井，密度测井，中子测井以及核磁测井方法原理的讨论，资料的解释应用只稍作提及。
核测井，在核磁共振测井出现之前，我们又叫做放射性测井。
放射性测井主要有三种方法：自然伽马测井测量地层的天然放射性；密度测井测量人工伽马源与地层作用后的 射线；中子测井利用中子作用于地层作用，然后测量经地层慢化后的中子，或中子核反应产生的伽马射线。
这些测井方法主要用于了解地层的岩性和测量地层的孔隙度。
密度测井与中子测井结合也可用来判别储集层空间中的流体性质。
核磁测井严格地说不是放射性测井方法，核磁测井利用氢核具有核磁矩在外磁场作用下的共振吸收特性，测量地层中的氢核的状态和数目，进而求得地层的孔隙度及孔隙结构，束缚水饱和度等参数。
第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井自然伽马测井测量地层中天然放射性矿物放出的伽马射线来了解地层的岩性等方面的特性。
本章从五个方面来讨论：1.伽马射线的测量（自然伽马测井的物理基础）；2.岩石的放射性来源(自然伽马测井的地质基础)；3.井中自然伽马的测量；4. 自然伽马测井资料的应用;5.最后介绍自然伽马能谱测井的原理及其应用。
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二、自然伽马测井的原理
自然伽马测井是在井内测量岩 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 强度来研究岩层的一种方法 。
岩石中的放射性元素产生的射 线穿过地层、泥浆、仪器的外壳 进入井下仪器的探测器。探测器 每接收到一个γ光子，就产生一个 电脉冲。
属于核测井的范畴。即是根据岩石及 其孔隙流体的核物理性质来研究井剖
面的一类测井方法 。
一、核物理基础
1、物质的结构 物质由分子组成,分子又是由原子组成的。原
子包括原子核和核外电子两部分。原子核又是
由质子和中子组成 。
一、核物理基础
2、放射性 如果构成物质的原子核不稳定,那么,该元素就
会发生衰变，由一种原子核衰变为另一种原子核 ，同时释放一定量的射线。如：
所以在井眼中，能被探测得到的射线只有γ 射线 。
一、核物理基础
4、岩石的放射性 只要岩石中含有放射性元素，那么就会产生
各种射线（α、β、γ），而且放射性物质越多 （放射性越强），产生的射线越强，井眼中探 测到的射线（γ）也就越强。
所以，根据探测到的射线的强弱就可研究岩 石的放射性 。
岩石中有无放射性及放射性与什么地质问题 相关联，是我们关注的焦点 。
地层越薄，影响越明显。
影响因素
二、自然伽马测井的原理
①具有统计起伏（曲线的 锯齿状）；
②对于厚层（层厚＞探测 范围）其曲线的单幅点 对应于层界面。
③地层中部的平均值最能 反映地层的真实的放射 性。
曲线特点
三、自然伽马测井的应用
⑴划分岩性及识别渗透层： 砂泥岩面：
纯砂岩：GR=min——渗透层 纯泥岩：GR=max——非渗透层 泥质砂岩：GR=min～max——渗透层 砂质泥岩：GR= min ～ max——非渗透层
左右。
β射线（电子流）：由于带电荷，所以在物质中 的射程也很短，如能量为1mev的β射线在铅中的
射程仅为1.48cm 左右，而在空气中大于2.5cm，
但大不了多少。
一、核物理基础
3、放射性射线的性质 γ射线（光子流）：不带电，而且能量也较高 （0.5mev～5.3mev），所以其在物质中的射
程较大，一般能穿透几十厘米的地层、套管、 仪器的外壳等 。
即自然伽马测井的探测范 围(深度)约为45cm。
二、自然伽马测井的原理
①统计起伏的影响：
衰变是随机的，即使 是同仪器对同一点进行 测量，其值也是不同的 ，但是是围绕某一值波 动的。
影响因素
二、自然伽马测井的原理
②测井速度V和积分电路的 充电时间常数τ的影响： Ⅰ使GRmax下降； Ⅱ使GRmax的位置不在地 层的中心而是上移； Ⅲ视ha增大； Ⅲ半幅点位置上移。
放射性测井
第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井
核物理基础
授
自然伽马测井的原理
课
内 容
自然伽马测井的应用
自然伽马能谱测井
教
应用自然伽马测井识别岩性
学
重
点
应用自然伽马测井计算泥质含量
第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井
泥质对各种地球物理参数有着重要的影响。因此,
弄清岩石中的泥质含量对正确利用地球物理参数
粘土颗粒的表面带有负电荷，容易吸收放射性 元素。如:K
某些粘土矿物中含有放射性元素，如钾矿（水
云母、正长石等），钾含量较多。
粘土中往往夹杂有大量的有机物质，有些有机
物质吸收的有放射性矿物：K、U 。
一、核物理基础
4、岩石的放射性 我们打交道的是沉积岩，对于沉积岩来说
，其放射性主要取决于粘土的类型及含量 。
210 84
Po(钋)
206 82
Pb
4 2
He( ) (0.89mev)
我们把元素经核衰变释放出某种射线的性质
称为元素的放射性，而原子核不稳定的元素就 是放射性元素 。
一、核物理基础
3、放射性射线的性质
α射线（He流）：带两个单位的正电荷，且质 量大，在运动中容易引起物质的电离或激发而被
物质吸收。所以其射程很短，在空气中约2.5cm
放射性最弱：沉积岩
一、核物理基础
4、岩石的放射性 在沉积岩中: 纯地层（无泥、无放射性元素矿物）放 射性最弱。泥岩及含有放射性元素的岩石 放射性最强。其它地层的放射性为中等 。
一、核物理基础
4、岩石放射性 泥岩具有较强放射性的原因：粘土颗粒细，沉积
时间长，有充分的时间与放射性物质接触而一同
沉积。
来解决相应的地质问题至关重要。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ然SP测井能够在砂岩剖面中的合适条件下,方便
地确定岩石中的泥质含量,但在很多情况下,却不能 用来计算岩石中的泥质含量(例如:Cw≈Cmf、纯碳酸 盐岩剖面、膏盐剖面等),因此,发展了GR,NGS测井
。
第一节自然伽马测井和自然伽马能谱测井
自然伽马测井（GR）及自然伽马能 谱测井（NGS）,不同于SP测井,它们
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
一、核物理基础
4、岩石中的放射性
一般的岩石中或多或少有些放射性元素存在
，所以岩石元素具有一定的放射性。
放射性元素一般是：钍（
）Th、92032铀（
）
、钾 U 238 88
（
） 。K 40 19
研究结果表明：各种岩石中放射性元素的种
类及含量不同，其放射性的强弱也有所不同 。
放射性最强：火成岩
放射性中等：变质岩
二、自然伽马测井的原理
纵坐标为深度坐标
横坐标为反映岩石放射性强弱 的计数率，读值的单位有两种： 一种是：脉冲数/分； 另一种是：API。
API是一种美国石油学会所采 用的单位。两倍于北美泥岩平均 放射性的模拟地层的自然伽马测 井值的1/200，就定义为一个API
。
二、自然伽马测井的原理
自然伽马测井反映的是以 探测器中点为球心，半径为 45cm的球体内物质所具有 的放射性。
二、自然伽马测井的原理
电缆将电脉冲送到地面仪器。 地面仪器：
一方面负责计数，即统计单
位时间内的电脉冲数。显然放 射性越强，单位时间内收到的 电脉冲数越多（计数率越高） 。
另一方面，将计数率转变为 与其成比例的电位差进行记录
。
二、自然伽马测井的原理
仪器在井眼中移动就可测得 各深度点反映岩石放射性强弱 的电脉冲计数率，即自然伽马 曲线 。