自然伽马能谱测井
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
自然伽马能谱测井谱解析方法研究
自然伽马能谱测井谱解析方法研究伽马谱测井是石油勘探中一项重要的技术手段，是利用自然伽马射线能量谱等物理现象，结合矿物特性，查明地层矿物组成及多样性，探测和鉴定地层的经济价值的一种技术。
自然伽马谱测井能谱的数据分析技术是以测井谱的质谱解析为基础，从浅层深层等不同深度绘制出自然伽马能谱，全面、客观地反映地层成分结构，揭示地层特征和形态构造，为油气藏构造分析和储层预测奠定基础。
自然伽马谱测井谱解析多被用于油气藏质量、容量和含量研究，运用自然伽马谱测井谱解析技术可以鉴别油、气、水和无机物在岩石中的存在形态，从而对构造、层位的油气聚集规律和储层物性分布有重要决策意义。
另外，自然伽马谱测井谱解析技术也可以用于早期油气藏预测，在缺乏直接油气显示信息的情况下，利用伽马谱解析技术可以发现有潜力的油气藏，从而节省石油勘探开发费用。
自然伽马谱测井谱解析的研究得到了石油行业的广泛应用，但其研究深度和技术手段尚未获得足够的重视。
目前，我国自然伽马谱测井技术及其谱解析的研究还不够成熟，仍需要继续深入研究以达到更高的水平。
因此，研究自然伽马谱测井谱解析方法具有重要意义，主要包括以下四个方面：首先，要深入研究自然伽马谱测井谱解析的原理，提高理论水平。
研究者需要全面了解自然伽马谱测井谱解析的原理，掌握其基本流程和技术要素，以获取更准确、更全面的信息。
其次，应该进一步提高自然伽马谱测井谱解析的技术水平。
要完善和实现测井数据的采集、处理和传输，改善已有的谱解析方法，并研究新的测井解析技术，使其更完善、更精确。
再次，研究者应该研究伽马谱综合运用的技术，拓展测井解析的应用领域。
通过结合其它测井技术，辅助分析石油地质，实现对油气藏的精细描述，从而加深对油气地质的认识。
最后，还要研究自然伽马谱测井的免疫解析技术，降低其误差，提高准确性。
自然伽马谱测井谱解析技术的研究以精确为基础，因此，要提高自然伽马谱测井谱解析技术的精准度，必须对其免疫解析技术进行全面研究，以获得更高的数据准确性。
第七章 自然伽马测井
(7-6)
其中： Io 、 I--- 分别为未经吸收物质和经过吸收物 质L时伽马射线强度； μ---物质的吸收系数，μ=τ+Σ+η。 此外，还可以用质量吸收系数反映伽马射线通过物 质时的强度减弱程度。 (7-7)
m
三、伽马射线的探测
1、 放电计数管 如图7-3所示，它利用放射性辐射使气体电离的特 性来探测伽马射线。此计数管的计数效率低。 2、闪烁计数管
图7－8
自然伽马曲线
三、自然伽马测井曲线的特点及影响因素
自然伽马测井仪探测的伽马光子主要是
以仪器为球心、半径为 30～45厘米范围内岩
石放射出的伽马光子，此范围为自然伽马测
井的探测范围。
１、自然伽马测井曲线的特点（理论）
自然伽马测井 的理论曲线如图 7-9所示，从图中 不难看出曲线具 有下列特点：
其中：GR----目的层测井值；
GRcl----纯地层的测井值；
GRsh-----泥岩层测井值，API单位。
GCUR----希尔奇指数，与地层年代有关。
第三系地层，取3.7；老地层取2。
例：自然伽马测井曲线上的读数为：
纯砂岩=15API；泥岩=90API；目的层=40API。
地层为第三系碎屑岩。求地层泥质含量。
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
35-5 35-1
5559-5581
S1k1
5564-5585
S1k1
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
第三节
自然伽马能谱测井
自然伽马测井只能反映地层中所有放射 性核素的总效应，而不能区分地层中所含放 射性核素的种类及含量。自然伽马能谱测井 即可完成这一任务。
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。
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。
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。
自然伽马测井原理
自然伽马测井原理自然伽马测井是一种常用的地球物理勘探技术，它通过测量地层中的自然伽马辐射来获取地层的物性参数，对地质构造和油气藏进行识别和评价。
自然伽马测井原理是基于地层中放射性元素的存在，这些元素会发出自然伽马辐射，通过测量这种辐射的强度和能量分布，可以了解地层的岩性、厚度、孔隙度等信息，为油气勘探和开发提供重要的地质信息。
自然伽马辐射是地球物理测井中常用的一种测井方法，它利用地层中含有的放射性元素（如钾、钍、铀等）所产生的自然伽马辐射进行测量。
这些放射性元素在地层中的含量和分布会影响自然伽马辐射的强度和能谱特征，因此可以通过测量自然伽马辐射来推断地层的性质。
自然伽马测井常用的测量工具是自然伽马测井仪，它能够实时测量地层中的自然伽马辐射，并将数据传输到地面进行分析和解释。
自然伽马测井原理的核心是利用地层中放射性元素的存在来获取地层的物性参数，通过测量自然伽马辐射的强度和能谱特征，可以获取地层的厚度、密度、孔隙度等信息。
在实际应用中，自然伽马测井可以用于识别地层的岩性，划分地层的界面，评价地层的孔隙度和渗透率，识别油气层和水层等。
因此，自然伽马测井在油气勘探和开发中具有重要的应用价值。
自然伽马测井原理的实现依赖于自然伽马辐射的测量和解释。
自然伽马辐射的测量需要使用自然伽马测井仪，它能够实时测量地层中的自然伽马辐射，并将数据传输到地面进行分析。
自然伽马辐射的解释则需要借助地质、物理和数学等知识，通过对自然伽马辐射数据的处理和解释，可以获取地层的物性参数，并进行地质分析和油气勘探评价。
总的来说，自然伽马测井原理是基于地层中放射性元素的存在，利用自然伽马辐射来获取地层的物性参数，为油气勘探和开发提供重要的地质信息。
通过自然伽马测井，可以实现对地层岩性、厚度、孔隙度等参数的快速获取，为油气勘探和开发提供重要的技术支持。
自然伽马测井原理的应用将进一步推动油气勘探和开发技术的进步，为油气田的发现和开发提供重要的技术手段和支持。
《测井仪器原理》第八章 自然伽马能谱测井仪器
8.1.2 伽马能谱探测原理
1.伽马射线探测器
伽马射线与物质的相互作用能引起物质中原子的 电离和激发。利用这两种物理现象可以探测伽马 射线。 利用次级电子电离气体而建立的探测器有电离室、 正比计数器和盖革一弥勒计数器等。 利用次级电子使原子核的外层电子受激发，当原 子返回基态时放出光子，发生闪光，而建立了闪 烁计数器。
伽马能谱测量要通过伽马脉冲幅度来判别它 们是从哪种放射性核素放射出来的，因而幅度信 息是重要的，必须保证不受其它因素影响。 由于闪烁晶体和光电倍增管的对温度十分灵 敏，由于温度的变化会导致谱信号记入错误的能 窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计 中很重要的一环。 NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
•解谱原理 用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13 K W a U a Th a K 2 21 22 23 W3 a31U a32Th a33 K W a U a Th a K 41 42 43 4 W5 a51U a52Th a53 K 式中,a11 ~ a53由仪器刻度时标定.
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境
从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ； 碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8； 粘土岩的Th/U为2.0～4.1 ； 砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U 值变化范围也大。
第八章自然伽马能谱测井仪
8.1 自然伽马能谱测井方法原理 8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理 8.3 NGT—C自然伽马能谱测井仪电路分析 8.4 小结 习题
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
自然伽马能谱测井
主要应用
自然伽马能谱测井除了具有GR测井所拥有的功能以外，还具有：1、寻找高放射性储集层
2、计算泥质含量
3、研究沉积环境和粘土矿物类型
将测量的U、Th、K，忽略各自的单位计算比值Th/U、Th/K和U/K，则这些比值在地质上有相当大的意义。
例如：
Th/U：大于7为陆相沉积，氧化环境或风化壳，小于7为海相沉积，灰色或绿色泥岩，小于2为海相黑色泥岩，磷酸盐岩；估计泥质地层的生油能力，Th/U愈低，有机碳含量愈高；指示较大的不整合面或至古滨线的距离，Th/U愈大则愈近。
Th/K：指示沉积环境，离古滨线的距离；识别不同沉积相的岩石类型；粘土矿物分类，参看图2-3-17，图中每条直线标的数据是Th/K。
U/K：估计泥质沉积的生油能力，愈高愈好；指示天然裂缝系统，比值很高表示裂缝发育；地层对比，含铀矿物的标准层。
4、研究生油层
还原环境和有机物的富集，可以使泥质沉积物吸附大量铀离子，因而使生油层的铀含量明显升高，并使U或U/K与有机碳含量有密切关系.。
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。
自然伽马能谱操作手册
自然伽马能谱（SL1318XA）操作手册一、仪器简介1318XA能谱测井仪是一种自然伽马测井仪，能定量地辨别自然放射性的三种主要来源：钾（K）40、铀系核素和钍系核素。
基本能谱测井曲线为四条深度函数曲线，一条为总伽马射线强度（按API单位刻度），其余三条为地层中测得的钾（按百分比刻度）、铀（按ppm刻度）和钍（按ppm刻度）的浓度。
还能得到这些曲线中任意两条的比值。
1318XA能谱测井仪可以使用单芯电缆或多芯电缆，可用150V D.C.或180V A.C.供电（马龙头电压）。
二、仪器技术指标部件号：112226仪器长度：7.0ft（2.13m）外壳直径：3.63in（9.22cm），最大3.70in（9.398cm）。
重量：115LB(52.2Kg)。
最大耐压：20 000PSI（1406Kg/cm2或137.9MPa）。
电缆头供电电压：150V D.C.；45－50mA。
180V A.C.；45－50mA。
最大测速：10ft(3m)/min；（推荐值）测量基准点：从后堵头尖端至探测器晶体 12in（30.48cm）。
缆芯用法：2，10－150V D.C.；（开关S1在D.C.处）。
4， 6－180V A.C.；（开关S1在A.C.处）。
7－信号输出。
10－地。
探测器：型号：钠活化碘化铯晶体。
长度：12in（30.48cm）。
直径：2in（5.08cm）。
温度：400°F（持续4小时）。
三、仪器外形尺寸仪器外形尺寸图四、所需设备1、9204信号恢复面板内的1、2、3号插板。
2、1318XA能谱测井仪刻度筒。
五、信号流程六、开关档位设置9206面板：“7芯/临时/测试”开关置“7芯”档。
“测井/马达/扩展”开关置“测井”档。
“7芯/非标准/扩展Ⅲ”开关置“7芯”档。
“测井/模拟/扩展Ⅱ”开关置“测井”档。
9204面板：“INT/EXT”置“INT”。
“示波器监视选择开关”置“12”档。
七、能谱曲线GR 自然伽马。
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）。
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钾的离子半径较大，极化率高，易于被粘土矿物所吸收，所以钾能大 量停留在大陆上，而仅有0.038％的钾被带入海洋。
钍和铀经常是共生的，钍、铀比被认为是太阳系的基本比值之一。
几乎所有陨石的钍铀比(Th／U)都等于3～4；而在岩浆岩中Th／U也 几乎是定值，多数在4左右。在氧化环境中，铀和钍会发生明显地分离。 钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主。粘土矿物对钍的选择 性吸附、以及钍在稳定矿物中的存在，是控制沉积岩中钍分布的主要因 素。钍常作为粘土矿物指示剂，钍铀比可指示沉积环境和岩性。
2、自然伽马能谱测井原理
(2)测井原理 五个能窗输出的信号分别送入五个计数器进
行计数。由于钾窗的计数率中含有少量铀、钍γ 射线的成分，U窗中亦含有少量Th的成分，Th窗中 又含有少量U的成分。所以各窗的计数率并不仅仅 反映对应的元素的含量，因而还需要解谱。
所谓解谱就是对各能窗均综合考虑三种元素 的贡献，列出方程组求解。解线性方程组的仪器 装置叫解谱仪。
自然伽马能谱测井原理是根据铀、钍和钾的自然伽马能谱的特 征，用能谱分析的方法，将测量到的铀、钍、钾的伽马放射性的混 合谱，进行谱的解析，从而来确定铀、钍、钾在地层中的含量。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
① 铀的地球化学特征
铀(U)在元素周期表中处于第七周期，是自然界最重的元素。 它有三个天然同位素，即U238、U235和U234，其丰度分别为99.27% 、0.0l％和0.72％。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
② 沉积岩 A. 粘土岩中铀(238U)、钍(232Th)和钾(40K)的分布
一般说来，普通粘土岩中钾和钍的含量 高，而铀相对钾和钍来说含量较低。统计表 明粘土岩中平均含量：钾2％，铀6ppm，钍 12ppm。在还原环境中，铀的含量会增高， 如黑色海相页岩中铀含量可高达l00ppm。还 原环境下，若粘土中富含有机物或硫化物时 ，铀含量明显增高。
3、自然伽马能谱测井曲线特征
曲线特征同 自然伽马测 井曲线特征☺
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑴ 研究生油层
大量研究表明，岩石中的有机物对铀富集 起着重要作用，因此应用自然伽马能谱测井， 可在纵向和横向上，追踪生油层和评价生油层 生油能力。
钍系的主要γ辐射体是Th208，特征γ射线的能量是2.62MeV。在自然γ 能谱测井中，主要根据这一特征峰确定钍在地层中的含量。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
③ 钾的地球化学特征
钾有三个天然同位素，K39、K40和K41，其中K40是放射性同位素，它 发射1.46 MeV的γ 光子。
鄂尔多斯盆地铀矿分布图
4、自然伽马能谱测井资料的应用
鄂尔多斯盆地油、气、煤、铀共存关系
THE END
榆林242井高伽马异常层 （榆林242井位于盆地东北部）
煤层
煤层底板炭质泥 岩呈高伽马，铀
丰度高。
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境
鄂尔多斯盆地已发现的 铀矿化均为砂岩型铀矿。
到目前为止，盆地内发 现大型铀矿1处，小型铀矿 床2处，矿点8个，矿化点数 10个，总体上构成环盆周边 分布的5个砂岩型铀矿集中 区。
自然界中的有机质，一来自水生有机物， 二来自陆生植物。它们与铀之间都有亲和力存 在。虽然这种亲和力机理还在研究中。但这种 亲和力使有机质与铀含量有明显相关关系。
这种现象的另一种解释是，海水中的铀离 子与其他微量元素为浮游生物所吸附；陆生植 物的腐质酸也容易吸附铀离子。从而，源岩的 自然放射性明显高于非源岩，并且这种增加是 铀引起的。
从解谱仪输出信号送至照像记录设备进行记 录。最后输出四个量：自然伽马总计数率(SGR)， 钍含量(THOR)、铀含量(URAN)、钾含量(POTA)。
谱特征有 包含情形
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
计算方法同于自然伽马测井,定量计算公式形式: △GR= (GR-GRmin)/(GRmax-GRmin) Vsh=(2c·△GR-1)/(2c-1)
其中老地层 C=2, 新地层 C=3.7—4
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境 统计表明：陆相沉积、氧化环境、风化层，Th／U＞7； 海相沉积、灰色或绿色页岩，Th／U＜7； 海相黑色页岩、磷酸盐岩，Th／U＜2。 用Th/U、U/K和Th／K比值还可研究许多其它地质问题，如从
富含有机质生 油层
页岩
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑵ 求泥质含量 研究发现，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小。 因为铀除了伴随碎屑沉积存在外，还与地层的有机质含量以及一
些含铀重矿物的含量等因素有关，所以一般不用铀含量求泥质含量 ，而用总计数率、钍含量和钾含量的测井值计算泥质含量。
大约有60%的铀在副矿物中，30%为活性铀，而造岩矿物中只 占10%。
所谓活性铀是指：①被吸附的铀；②易溶的铀矿物；③变生矿 物中的铀；④溶解于液体包裹体和颗粒间液体中的铀。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
② 钍的地球化学特征 钍化合价以4价为主，4价钍和4价铀关系密切，常呈类质同象置换。
自然伽马能谱测井是根据铀、钍、钾三种放射性元素在衰变时放 出的γ射线能谱不同，测定地层中铀、钍、钾含量的一种测井方法。
(1)自然伽马能谱
K40只有能量为1.46MeV伽马射
线，铀系和钍系有各种能量伽马射
1.46MeV
线，但大部分分布在1.3MeV以下。
钍系在2.62MeV处有一明显峰 值，可作为钍系的特征谱；
化学沉积物到碎屑沉积物Th／U比增加，随着沉积物的成熟度增加 ，Th/K比增大。
用Th/U、U/K和Th／K比值还可以识别粘土矿物。
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境
深部高伽马异常 层岩性主要为泥岩、 炭质泥岩等。右图异 常层为二叠系太原组 煤层底板炭质泥岩。 声波时差曲线幅值比 煤层小，电阻率电位 比煤层低，自然伽马 呈明显高值，高达 260API。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
① 岩浆岩
岩浆岩中铀、 钍和钾含量和钍 铀比见表。
蚀变岩石与未蚀变岩石相比，通常近 矿蚀变围岩中的铀含量会普遍升高，蚀变 岩石中活性铀含量也高于未蚀变岩石。不 同时代或不同地区的同一种岩性的岩石， 铀、钍、钾含量也有差异。一般来说。时 代越新，岩石铀含量也越高。
一般情况，粘土岩中钍与铀含量之比 (Th／U)在2.0～4.1。
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
② 沉积岩 B. 砂岩和碳酸盐岩中铀、钍和钾的分布
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
2、自然伽马能谱测井原理
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
自然伽马能谱测井
自然伽马测井探测的是பைடு நூலகம்然伽马射线总强度，它反映的是地层 中所有放射性元素的总效应，而不能区分地层中所含放射性元素的 种类及含量。
在此基础上，发展起来的自然伽马能谱测井(NGS)，采用能谱分 析的办法，可以定量测定铀、钍、钾的含量，同时，还给出地层总 的伽马放射性强度。所以自然伽马能谱测井可以解决更多的勘探和 开发中的地质问题。
自然伽马能谱测井
Natural gamma ray spectrometry log or Spectral gamma-ray log
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
自然伽马能谱测井 学习内容
铀的化学性质活泼，是典型的亲氧 元素，在化合物中呈正4价 和正6价。在自然界U6+和U4+相互转化，是铀的地球化学过程的主 要特点。
岩浆岩中铀含量，从酸性、中性、基性到超基性岩逐渐减少。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
① 铀的地球化学特征
在氧化环境中，酸性岩浆岩中的4价铀矿物被风化，在蚀变和 淋滤过程中，不溶于水的4价铀矿物转化为可溶于水的6价铀盐。6 价铀通常以络阳离子(UO2)2+的形式存在，并以溶液方式运移。进入 还原环境时，6价铀又转化为4价铀而沉积。
铀系在1.76MeV处也出现一个 峰值，作为铀系的特征谱。
2.62MeV 1.76MeV
0.5
2、自然伽马能谱测井原理
(2)测井原理 自然伽马能谱测井仪的下井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的幅度大小输 出，不同之处是地面仪器部分，其测量原理如图。
地面仪器的核心是多道脉冲幅度分析器， 该分析器将能谱分为五个能窗，它们的测量范 围分别是：
W1:0.15-0.5MeV W2:0.5-1.1MeV W3:1.32-1.575MeV(含特征谱1.46钾窗) W4:1.65-2.390MeV(含铀特征谱1.76铀窗) W5:2.475-2.765MeV(含钍特征谱2.62钍窗)