第8-1章 密度测井和岩性密度测井

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密度测井、 第一节 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ρb （即真密度） 二、康普顿散射吸收系数Σ 三、岩石的光电吸收截面
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一 岩石的体积密度
ρ
b
G = V
单位体积岩石的质量
对含水纯岩石：
ρb =
Gma + G f V =
ρ ma ⋅ Vma + ρ f ⋅ Vφ
V
= ρ ma (1 − φ ) + ρ f ⋅ φ
Def
地层岩性不同，其体积光电吸收截面不同。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
U =
∑
i=1
U iV
i
Ui、Vi分别为组成岩石各部分的光电吸收截面和相对体积。
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三 岩石的光电吸收截面
体积光电吸收截面U与光电吸收截面指数Pe有 近似关系：
Pe ≈ U / ρ b
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。
第一节 第二节 第三节
密度测井、 密度测井、岩性密度测井的地质物理基础 地层密度测井 岩性密度测井
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2、测井原理
伽马光子的计数率取决于（1）伽马射线经过地层 一次或多次反射后能到达探测器光子数，（2）散 射的伽马光子经过在反射和吸收的光子数。 当源距较近时，密度越大，伽马光子计数率越高？ 当源距较远时，密度越大，伽马光子计数率越高？
负源距：L<d0 零源距：计数率失去对密度的灵敏性，d0。 正源距： L>d0
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（3）伽马源的选择
当伽马光子的能量hυ<0.1MeV，伽马射线与介质的 作用以光电效应为主，当hυ>1.022MeV才发生电 子对效应，因此，密度测井要求选择能量适当的伽 马源，使伽马射线与介质的相互作用以康普顿效应 为主，密度测井场选用Cs137为伽马源。伽马探测器 记录能量较高的一次或多次散射伽马光子，就很大 程度避免了光电效应，定义质量康普顿减弱系数 定义质量康普顿减弱系数
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，据此 可以识别重矿物。
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1.（淡水泥浆） 0 且： ρ f = 1.（盐水泥浆） 1
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二 康普顿散射吸收系数σ
中等能量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)：
z ⋅ N A ⋅ ρb σ =σe A
沉积岩中大多数核素Z/A均接近于0.5，常见的砂岩、 石灰岩、白云岩的Z/A的平均值也近似为0.5，所以对于 一定能量范围的伽马射线（σe 为常数）， σ与 ρb 有 关,或与电子密度(ZNAρb/A)。 密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的射线 的强度来测量岩石的密度。
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三 岩石的光电吸收截面
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=ΣA/Z=aZ3.6 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,通常a选取10-3.6。
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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：
U = (1 − ϕ )U ma + ϕU f
由于Uma比Uf大很多，如地层的孔隙度不很大，则 上式近似为：
U = (1 − ϕ )U ma
则：
U ma = U /(1 − ϕ )
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第二节 地层密度测井
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ρbˊ，再由长短源巨计数率得到泥饼 校正值Δρ ，则地层密度ρb= ρbˊ + Δρ 。最 终得随深度变化的一条ρb曲线和Δρ曲线。
单位：（g/cm3） 其中：
V ma + V φ = V
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一 岩石的体积密度 （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。
故可由Pe求得U。 如孔隙度为φ的纯砂岩的光电吸收截面为：
U = (1 − ϕ )U ma + ϕU f
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第二节 地层密度测井
1、测井仪 (1)下井仪：极板型，贴井壁测量，其中：滑板由 伽马源、伽马探测器、屏蔽体三部分组成。 伽马源（Cs137）—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—使源发射的光子不能直接到达探测 器。
为了计算物质体积密度，引入电子密度指数ρe
ρ e = 2ne / N A
则单一核素的电子密度指数为
ρ e = (2 Z / A) ρ b
则单一化合物的电子密度指数为
2∑ ni Z i ρe = ρb M
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表3-2 密度数据表 矿物 石英 方解石 白云石 硬石膏 钾盐 岩盐 石膏 无烟煤 烟煤 淡水 矿化水 原油 甲烷 天然气 H2O H2O+ NaCl(200g/Kg) n(CH2) CH4 C1.1H4.2 分子式 SiO2 CaCO3 CaMg(CO3)2 CaSO4 KCl NaCl
4. 6
/ ∑ ni Z i
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三 岩石的光电吸收截面
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/cm3。
Σ U = 2 / N A ⋅ Σ = 2 ne / N A = ρ e Pe ne
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三 岩石的光电吸收截面
化合物的光电吸收截面应该是该分子中个原子光电吸 收截面的总和，
Σ M = 10
−3.6
∑n Z
i
4 .6 i
若单位体积单一化合物含有N个分子，则其宏观吸收截面
Σ = N (10
− 3. 6
)∑ ni Z i
4. 6
化合物的光电吸收截面指数
Pe = Σ / ne = 10 −3.6 ∑ ni Z i
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第二节 地层密度测井
3、应用 （1）识别岩性（不单独用）。
φ （2）计算孔隙度： D = ρ ma − ρ b 对含水纯岩石（泥质油 ρ ma − ρ f 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。 （4）密度—中子测井交会图，可以确定岩性，求得孔 隙度。
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第二节 地层密度测井
z ⋅ N A ⋅ ρb ∑ = σe A
µ ≈ ∑ = 0 .5 N A ⋅ σ e ⋅ ρ b
N = N 0e
由上两式可得：
−∑L
Байду номын сангаас
LnN = LnN 0 − ∑ L = LnN 0 − 0.5 N Aσ e Lρ b = B + A ⋅ ρ b
即：
1 ρ b = ( LnN − B ) A
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（1）化合物的康普顿散射系数 对于化合物来说，则可以表示为
σ =σe
N A ⋅ ρ b ∑ ni Z i M
ni第i种原子的个数；Zi分子中的原子的原子序数；M摩 尔质量；ρb矿物的密度；Na阿伏伽德罗常数。而矿物的 电子密度 N A ⋅ ρ b ∑ ni Z i ne = M
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(2)电子密度指数
σ m = σ / ρb 介质对伽马射线的吸收以康普顿效应为主
µ ≈ σ = σ m ρb
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三 岩石的光电吸收截面
1、线性光电吸收系数（岩石宏观的光电吸收截面） 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，
Σ A = 0.089
ρZ 4.6
A
λn
表示一个伽马光子穿过1cm的吸收系数，也是一个 伽马光子与1cm3产生光电效用的几率，式中，n常 数，对于元素N、C、O，n=3.05；对于从Na到Fe， n＝2.85，该效应决定于原子序数Z和λ
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第二节 地层密度测井
2、测井原理 由源发射0.661Mev的射线（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。
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第三节 岩性密度测井
一、岩性密度测井的基本原理 二、岩性密度测井的应用
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2、伽马射线的能谱成分 、
图3-8在相同而Z不同的地层中的能谱
图3-9 Z相同而不同的地层中的能谱
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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。