核测井
核测井
核测井（nuclear logging ）是指将核技术应用于井中测量，根据岩石及其孔隙流体的核物理性质，研究井的地质剖面，勘探石油、天然气、煤以及金属、非金属矿藏，研究石油地质、油井工程和油田开发的核地球物理方法，又称放射性测井。
核测井----中子测井示意图主要分类核测井大体分四类：γ测井含自然γ和γ—γ测井（散射测井）。
前者又分自然γ和自然γ能谱测井；后者又分地层密度和岩性密度测井。
中子测井主要含中子寿命测井、一般中子测井和中子诱生γ测井。
中子寿命测井也称热中子衰减时间测井；一般中子测井含热中子测井和超热中子测井；它们又含有单探测器中子和补偿中子测井；中子诱生γ能谱测井通常包括快中子非弹性散射γ能谱测井（即C/O比测井）、中子俘获γ能谱测井和中子活化γ能谱测井等。
放射性核素示踪测井这种方法是利用放射核素作为示踪剂，将掺入流体中，并注入到井内，通过流体在井中的流动而使核素分布到各种孔隙空间。
利用核γ测井对示踪剂进行追踪测量，确定流体的运动状态及其分布规律。
核成像测井如核磁共振成像测井等。
技术发展核测井技术是随着当代核技术的发展和石油、煤炭、地质矿产等对核测井技术发展的需要而迅速发展起来的尖端测井技术之一。
随着人工射线源技术、传感器技术、测量技术、信息处理技术与计算机技术的发展，核测井技术仍处在飞速发展之中。
射线源技术核测井技术的大多数方法依赖于射线源性能，少部分方法利用井下地层的天然放射性进行测量。
现有的测井用射线源主要是γ射线源和中子源。
受井眼尺寸(偏小、弯曲、不规则等) 、井下环境(高温、高压等) 制约，地面实验用加速器γ源等技术尚难以应用于测井领域。
测井常用的γ源多是放射性同位素源，主要用于示踪测井。
随着核技术发展，核反应堆、加速器的不断建造，核燃料循环体系的建立，为放射性核素应用提供了日益丰富的物质基础。
放射性同位素广泛应用研究为更好利用现有设备资源开辟了新途径。
放射性同位素制备技术是同位素辐射技术应用的物质基础。
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。
放射性测井
自然伽玛测井
定义
特点
定义
自然伽玛测井是测量地层内部天然放射性的一种测井方法。当地层含有放射性矿物时，地层会放射出伽玛射 线，伽玛射线是一种类似于光的高频电磁波，当射线被测量仪器的探头接收时，射线激发介质中原子，退激产生 可见光，然后由光电倍增管转换为电脉冲，脉冲的数量就反映了地层伽玛射线的强度。地层中的主要发射性元素 为铀系、钍系和钾40系。用自然伽玛测井曲线可以进行地层对比、划分砂泥岩、计算泥质含量、识别岩性、评价 生储盖组合等。
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影响因素
1、地层岩性成份的影响；2、井眼的影响，扩径使密度数值失真；3、仪器刻度;4、时间常数及测井速度; 5、地层孔隙流体的影响；6、泥质的影响，一般粘土矿物的密度（克/立方厘米）：伊利石2.76~3.0高岭石 2.6~2.63蒙脱石2.2~2.7。
补偿中子测井
定义
影响因素
定义
由中子源向地层放射连续的快中子流，快中子和井内地层中元素的原子核相碰撞时被减速，地层中的氢原子 对快中子的减速能力最强。因此，快中子在地层中被减速为热中子的过程主要取决于地层的含氢量。用中子计数 器直接测量下井仪器周围地层中的热中子密度。通常把淡水的含氢量规定一个单位。
介绍
介绍
放射性测井又称核测井，是以地层和井内介质的核物理性质为基础的地球物理方法。测井时，用探测器在井 中连续测量由天然放射性核素发射的或由人工激发产生的核射线，以计数率或标准化单位记录射线强度随深度的 变化，也可直接转换成测井分析所需要的地球物理参数，以更直观的形式进行记录。这类测井方法可在裸眼井和 套管井中测定岩性、进行地层评价、观察油田开发动态和研究油井的工程质量。放射性测井主要包括自然伽马、 自然伽马能谱、密度、岩性-密度、中子伽马、中子中子、中子寿命、中子非弹性散射伽马能谱、中子活化等测井 方法。
核测井1401
20
能谱测井
砂岩中，地层水中含有(UO2)2＋离子时，砂岩也
会有明显高的自然伽玛射线强度。 自然伽玛的判断可能有误。
21
也就是说，希望判断岩石的自然伽玛射线是由U、Th、 K三种核素中的哪一种核素发出的？ 希望找到所接收伽玛射线的特征，根据特征判断伽玛 射线的来源。这些核素分别与沉积环境与生油潜力有关。
38
用“生油岩”和“自然伽玛”搜索。
39
5. The GR Log
The GR log is a measurement of the natural radioactivity of the formations. In sedimentary formations the log normally reflects the shale content of the formations. The is because the radioactive elements tend to concentrate in clays and shales. Clean formations usually have a very low level of radioactivity, unless radioactive contaminant such as volcanic ash or granite wash is present or the formation water contain dissolved radioactive salts.
放射性物质发射的射线有3种，即α, β和γ。这 三种射线的特性各不相同，在核测井中有不同 的用途。
3
α射线是高速运动的氦原子核流（α 离子）。它的 穿透能力最低，但电离能力最强。在核测井，利用 α粒子与某些原子核的相互作用制造中子源。 β射线是高速运动的电子流，它的穿透能力较α射 线强，但电离能力较α射线弱。在核测井中，能发 射β射线的某些核素，可做井间监测示踪剂。
地球物理测#(第三章)核测井GR测井
Wi—为第i个能量窗的计数率 Ai、Bi、Ci—用刻度井得到的第 I能量窗的刻度系数 ：统计因子 Th、U、K：表示钍、铀、钾的含量
地球物理测井—放射性测井
自然伽马能谱测井（NGS）
输出的测井曲线：SGR （GR总计数率） THOR钍含量 URAN铀含量 POTA钾含量
地球物理测井—放射性测井 三、NGS曲线应用
自然伽马能谱测井（NGS）
自然伽马能谱测井的地质依据，是U、Th, K在矿物和 岩石中的分布规律与岩石的矿物成分、成岩环境和地下 水活动有关。 一般说来，普通粘土岩中钾和钍含量高，而铀的含量 较低（相对于钾和钍）。据 Belk-nap, W. B. 等人由 200 块不同种类的粘土岩取得的分析数据，粘土岩中放射性
钾系的特征谱：1.46Mev
钍系的特征谱：2.62Mev
铀系的特征谱：1.76Mev
P128
在特征能量峰处的伽马射线的强度最大
地球物理测井—放射性测井
自然伽马能谱测井（NGS）
二、NGS的测井原理
核心部分是：多道分析器。 能够测量分析伽马射线的能谱 将能谱分为五个能级窗 两个低能窗、三个道能窗 W1：0.15-0.5 Mev W2:0.5-1.1Mev W3:1.32-1.575Mev （钾窗） W4:1.65-2.39Mev （铀窗） W5:2.475-2.765Mev（钍窗）
自然伽马测井
砂泥岩剖面（骨架不含放射性矿物）
随着泥质含量的增加， GR值增加。 泥岩-高值；砂岩-低值
GR 泥 岩 砂 岩
碳酸盐岩剖面相同
泥 岩
H
砂 岩
地球物理测井—放射性测井
地球物理测井—放射性测井
给定岩性剖面，请定性的画出GR曲线。 GR 泥灰岩 灰岩 泥岩
核测井的原理及应用
核测井的原理及应用1. 什么是核测井核测井是指利用核技术对地下岩石进行测井的一种方法。
通过将放射性核素插入到地下井中并测量辐射线的强度，可以获取有关岩石成分、孔隙度、渗透率等信息。
2. 核测井的原理核测井利用放射性核素的辐射特性，通过测量辐射强度来推断岩石的性质。
2.1 放射性核素的选择核测井常用的放射性核素有铯（Cs）、铍（Be）、铀（U）等，这些核素具有适当的半衰期和射线能量，对地下岩石的测量具有较高的分辨率和深度范围。
2.2 辐射探测器在核测井中，辐射探测器起着重要的作用。
常用的辐射探测器有探头计数器和谱仪计数器。
2.3 数据采集与处理核测井得到的数据需要经过采集和处理才能得出准确的测量结果。
采集到的数据会经过滤波、校正等处理步骤，然后进行解释和分析。
3. 核测井的应用核测井在多个领域有广泛的应用，下面列举了一些主要的应用领域：3.1 石油勘探与开发核测井可用于评估油田储量、分析储层性质、确定油层厚度和垂直分布等。
通过核测井，可以帮助优化石油勘探与开发过程，提高油田的产量和开发效率。
3.2 水资源勘探核测井可以提供地下水层的详细信息，包括水层厚度、渗透性、含水层的位置等。
这些信息对于水资源勘探和管理非常重要，能够帮助合理利用地下水资源，预防地下水的过度开采和污染。
3.3 环境监测核测井在环境监测中也有广泛应用。
例如，可以通过核测井来测量地下水位、盐度、污染程度等指标，监测地下水资源的变化和污染情况，为保护环境和科学治理提供依据。
3.4 地质灾害预警核测井可用于地质灾害预警，例如地震、滑坡和地下水涌出等。
通过监测地下岩石的变化和应力分布情况，可以提前预警地质灾害的发生，保障人民生命财产安全。
3.5 建筑工程核测井在建筑工程中也有重要应用，如地基工程的勘探、隧道工程的地质探测等。
通过核测井，可以评估地下岩石的强度、稳定性和渗透性等属性，为建筑工程的设计和施工提供可靠的依据。
4. 结论核测井是一种基于核技术的地下岩石测量方法，通过测量放射性核素的辐射强度，可以获取有关岩石的性质和构造的信息。
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。
地球物理测#核测井、GR测井
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
二、GR 测井基本原理
射线 经传输 穿过 泥浆
至
仪器 外壳 使与单位 时间的电 脉冲数成 正比
进入探 测器 记录连 续电流所产 生的电位差
至地面 仪器处理
GR曲线
见P120图7-6砂泥岩剖面GR测井曲线
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
三、GR 曲线特征（均匀理想模型地层点测）
自然伽马测井
砂泥岩剖面（骨架不含放射性矿物）
随着泥质含量的增加， GR值增加。 泥岩-高值；砂岩-低值
GR 泥 岩 砂 岩
放射性： 自发地释放出、 ， 射线的性质
放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律 变化。 即：
N N0 e
t
t:时间 ：衰变系数 N:放射性元素个数
地球物理测井—放射性测井
伽马测井的核物理基础
半衰期：从N0个原子开始衰变到N0/2时所经历的时间。 用T表示：
T
ln 2
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源）
一、岩石的自然放射性
岩石中主要的放射性元素： 238 232 40 92U 90Th 19K
岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，其含量与岩性以 及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，GR不同。
强度较低的：砂岩、灰岩、白云岩
通常情况下：地层的 GR值的高低主要取决于泥质含量 强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
沉积岩的自然放射性有以下变化规律：
a.随泥质含量的增加而增加；
b.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； c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
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
3章-核测井
第三章 核测井核测井是测量记录反映岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理性质的参数，研究井剖面岩层性质、寻找石油矿藏等的一类测井方法。
核测井包括以核物理学和核物理技术为基础的一系列测井方法，分为γ测井、中子测井和核磁测井三大类，具有下列优点：1、核测井揭示的是岩石的核物理性质，能深刻反映岩石的本质，是一种唯一确定岩石及其孔隙流体化学元素含量的测井方法；2、对测量条件有着广泛的适应性，能在含有各种井内流体的裸眼井、套管井中对各种不同类型的储层进行有效测量；3、能提供大量具有不同物理实质的参数，且大部分参数用其它方法不易获得。
§3-1自然伽马测井和自然伽马能谱测井一、伽马测井的核物理基础 1、放射性和放射性衰变 （1）核素和同位素核素：一种核素是指原子核的质子数和中子数都相等并处于同一能态的同一类原子，用下列符号表示：X A Z ，其中X 为元素的符号；Z 和A 分别表示质子数和质量数，例如H 31是一种核素。
同位素：是指几种质子数相同而中子数不同的核素统称为该种元素的同位素，例如H 11、H21、H 31这三种核素都是氢的同位素。
（2）放射性和放射性核素放射性：原子核自发地放出各种射线的性质统称为放射性。
放射性核素：能自发地发生衰变，由一种核变为另一种核的核素称为放射性核素，如H31就是放射性核素；稳定核素：不能自发发生变化的核素就是稳定核素，例如H 11、H 21就是稳定核素。
（3）核射线放射性物质能放出α、β、γ三种射线，性质各不相同，用途也不同。
α射线是高速运动的氦原子核He 42（α粒子），它的穿透能力最低，但电离能力最强。
在核测井中，利用α粒子和某些原子核的相互作用可制造中子源；β射线是高速运动的电子流，它的穿透能力比α射线强，但电离能力较α射线弱；γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力最强，但电离能力最弱。
γ射线能穿透几十厘米的地层、水泥环、套管和下井仪器的外壁而被探测仪器接收到，是核测井的主要探测对象。
核测井(放射性测井)
W1 A1Th B1U C1K 1 W5 A5Th B5U C5 K 5 式中： Wi 第i个能量窗口的计数率 Ai、Bi、Ci 刻度系数
放射性核素的发现过程 △放射性核素 核素是指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.
判断1H1、1H2、1H3是否位同一核素？？ 元素？？ 同位素？？放射性同位素？？
放射性核素及其核射线
1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀的化合物 能使包在黑纸里的胶片感光，由此发现了天然放 射性核素。 放射性核素 例: Co60 Ni60 +β 27 28
信号恢复面板(3725)是裸眼井测井仪器和计算机的专用接口。其 主要功能是对各种类型的测井信号进行复原处理，然后转换成数字 信号、接收处理深度编码信号和对CRT提供显示逻辑控制等。其电 路组成，按功能划分，主要包括模拟信号道及L．S．A／D转换器， 声波测井信号道及H.S.A／D转换器，放射性脉冲信号道及计数器， 脉冲编码接收解调电路PCM，深度编码接收处理电路和主控制器等。 这些电路分别安装在9块电路板上，各插板电路的功能见下图1，面 板电路框图见下图2。
核测井(放射性测井) Nuclear(Radioactive) Logging
绪 放射性测井的种类 核测井物理基础 自然伽马及自然伽马能谱测井 密度及岩性密度测井 中子测井 其它核测井 核磁共振测井
伽马测井核物理基础
核衰变及其放射性 放射性强度与活度 伽马射线(γ)与物质的相互作用
核衰变及其放射性
井下总线
下行信号线DSIG 作用:传输下行指令,DSIG既含有数据 信息也含下行时钟信息. 上行时钟线UCLK 作用: 井下仪器的数据在UCLK作用 下逐位输出至上行数据线上 上行数据线UDATA/GO 双向运行,每帧开始时,井下遥测单元 通过UDATA/GO总线,发出GO脉冲, 通知井下仪器,做好传输数据的准备. 然后,各井下仪器在UCLK作用下,依次 把数据送至上行数据线上,向上传输.
核测井
(c).计数管记录一个伽马光子就输出一个电压脉冲
(d).通常把单位时间(分钟）的脉冲数称为计数 率，计数率与伽马射线强度成正比。
(f).探测效率：记录脉冲数占入射粒子数的比值 （约1%）
(3)、闪烁探测器 组成单元：闪烁体、光电倍增管、电子元件
工作过程：
a.γ射线进入晶体，通过三种效应产生次级电子
137Cs137mBa e ,137mBa137Ba
0.662Mev
峰A：全能峰(0.662Mev),是由光电效应形成的 峰峰CD平：：E台为XmB射反Ei：nmr线散a是xe峰射康1(峰m普302（c2顿E2mkE2光e效r20Er2vc电E应)r2r效产应0生.040的7..171898M44MeMveevv）
(1).散射光子和反冲电子的能量
散射光子的能量为：
Er
1
Er
Er m0 c 2
(1
cos )
反冲电子的动能为：
Ee
Er 2 (1 cos ) m0c2 Er (1 cos )
Er
1
Er
Er m0 c 2
(1
cos )
ab..当当θθ==018o时0o，时散，射这光时子散的射能光量子达能到量最最大小，，这为时： 反冲电子的能量为0，光子能量没有损失。
三、岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系
1、与三大类岩石的关系 岩浆岩及变质岩：放射性高于沉积岩，它含有 较多的放射性矿物 （锆石，独居石，揭帘石，角闪石及辉石等）
沉积岩：一般放射性低于岩浆岩和变质岩。通 常不含放射性矿物，其自然放射性主要是岩石 吸附放射性物质引起的，吸附能力有限
几种造岩矿物和副矿物的铀含量范围
核测井
c):放射性核素示踪测井。这 种方法是利用放射核素作为示踪剂，将 掺入流体中，并注入到井内，通过流体 在井中的流动而使核素分布到各种孔隙 空间。利用核γ测井对示踪剂进行追踪 测量，确定流体的运动状态及其分布规 律。 d):核成像测井。如核磁共 振成像测井等。
第一章放射性基本知识
a)：原子与原子结构:原子—原子是处于中心的带 正电的原子核和核外绕核运动的一 个或若干个电 子组成。 原子核——由质子和中子组成。 b):原子质量单位：原子质量的国际单位是以碳的 同位素¹C的原子质量为标准确定。 ² 一个原子质量单位u——定义为¹C原子静止质量 ² 的1/12， 1u=mc×1/12=1.992678×10— 26×1/12 =1.660566×10－27 Kg。
H H H
3 2
三种核素都是氢的同位素
同中子素—中子数相同，质子数不同的几
中核素；如： 2
H 1
He
同量异能素—质子数和中子数都相同，而能量
状态不同的核素。如：
60 27
Co
60m 27
Co
加写m的核
素能量状态较高，处于激发态。不加 m的核素表示最低能量状态，即处于 最低能量状态，即基态。 基态—原子核可处于不同的能量状态，能量最 低状态。
秒， 1和 2可认为是“同
60
时”发射的。这时子核 Ni获得反冲能量为：
1 2 2 ER ( Eγ1 Eγ2 2 Eγ1 Eγ2 cos ) 2 M RC 2
式中，θ为 γ1和γ2发射方向之间的夹 角。当 γ1与γ2朝同一方向发射，即夹 角θ=0时
ER 1 ( Eγ1 Eγ2 ) 2 2 M RC 2
生核转变的过程。
表达式：A X A- 4 Y 4 He( )
地球物理测井方法 第三章 核测井
➢ 而质量数大于209(质子数大于82)的核素全
部是放射性核素
GaoJ-3-1
13
1. 放射系：连续衰变时放射性核素所构成的 系列
1) 钍系：钍系是从232Th开始的，到208Pb结 束，它的半衰期为1.41×1010年
２)铀系：238U开始，到206Pb结束， 238U的 半衰期４.4７×10９年
X 核素表示: A Z
例：
1 1
H,
K 40
19
➢同位素：是指核中质子数相同而中子数不同的 核素, 它们在元素周期表中占同一位置。
核素也可表示为：AX 1H, 2 H, 3 H 氕氘氚
GaoJ-3-1
7
3. 稳定核素和放射性核素
➢放射性核素： 原子核能自发的发生衰变， 由一种核素变为另一种核素
放射性核素衰变时能发射、 和 射线
➢吸收剂量：每1kg受照物质吸收1焦耳核辐射 能时，其核辐射剂量称为1戈瑞
➢西弗：用于衡量辐射对生物组织的伤害, 定义
为1西弗=1焦耳（辐射能量）/公斤
GaoJ-3-1
11
137 Cs 半衰期：30.174年 134 Cs 半衰期2年
137 55
Cs
137 56
Ba*
e
137 Ba* 137 Ba 0.662MeV
✓主要用途：划分岩性及渗透层、求泥质含量、地
层对比和沉积环境研究等
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§1 伽马测井基础
一、放射性核素和核衰变
1. 原子和原子核
质子数:Z
中子数:N
质量数:A A=Z+N
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2. 核素和同位素
➢核素：原子核中具有一定数目的质子和中子并 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。
放射性测井
储层岩性分析
储层孔隙度计算
主要作用方式 伽马源
电子对效应 康普顿效应 光电效应
地层物质
（2）、光电效应
入射光子
原子核
核外电子 光电子
1.γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用； 2.γ光子被吸收，能量全部交给内层束缚电子； 3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。
图3-6注入放射性活化液找窜槽管柱图
图3-7 放射性同位素找窜测井曲线 1、参考曲线 2、放射性同位素测井曲线
检查封堵效果
检查压裂效果
放射性同位素吸水剖面测井图
思考题
• 1、伽马射线与物质相互作用时，可能产生 的三种效应为_____________、________ 和_______________。
4、自然伽马测井曲线的应用 • （1）划分岩性和地层对比 • 主要依据：岩层中Vsh不同，GR读数不同。
• 砂泥岩剖面：砂岩显示最低值，粘土（泥岩 和页岩）最高值，粉砂岩泥质砂岩介于中间， 随泥质含量增加曲线幅度变大；
• （2）划分储集层 • 砂泥岩剖面：低自然伽马异常就是砂岩储
集层，异常半幅点确定储集层界面；
• 一、放射性同位素测井方法 • 1、测井过程 • 井内注入被放射性同位素活化的溶液或固
体悬浮物质 ；压入套管外 ；测量注入示踪 剂前后的伽马射线强度 ；对比评价。 • 2、放射性同位素的选择和配制
• 二、放射性同位素测井的应用
• 1、放射性同位素测井找窜槽位置 • 2、检查封堵效果 • 3、检查压裂效果 • 4、测定吸水剖面，计算相对吸水量
变成另外一种原子核的放射性现象称为放射 性衰变。
• 衰变方式：
地球物理测#(第三章)核测井GR测井
自然伽马能谱测井（NGS）
研究发现：泥质含量与钍和钾的含量成线性关系
(Vsh ) x
X X min X max X min
X=Th,k
含钾的岩石（云母、长石）不能用该公式计算泥质含量
地球物理测井—放射性测井
2、研究生油层
自然伽马能谱测井（NGS）
研究发现：岩石中的有机物对铀的富集起着重要作用。 有机碳含量与U/K存在线性关系 、 计 数 率 比 有机碳含量 U U/K
GR（API） 当上下围岩相同时， 曲线对称于地层中 部，低放射性地层对 应GR低，高放射性 地层对应GR高 h>3d 曲线幅度不受 岩层厚度的影响； h<3d 曲线的最大或 最小受岩层厚度的 影响（？）
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
地球物理测井—放射性测井 四、影响因素
1、岩层厚度的影响
GR
地球物理测井—放射性测井
2、确定地层的泥质含量
自然伽马测井
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：
Vsh
GR GRmin GRmax GRmin
当泥质含量高时：
I sh
GR GRmin GRmax GRmin
2 gcur Ish 1 2 gcur 1
gcur=2(老地层） gcur=3.7(新地层）
Vsh
地球物理测井—放射性测井
3、进行地层对比 用GR曲线进行对比的优点：
自然伽马测井
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
地球物理测井— — 核测井 地球物理测井 放射性测井
自然伽马测井
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(2)通过测量伽马射线与地层相互作用后诱发产生的伽马射 线的强度来研究地层物理性质的一类测井方法，如FDL、FDC、 （LDL）。
(3)通过测量中子射线与地层相互作用后诱发产生的伽马射 线的强度来研究地层物理性质的一类测井方法，如NG、CNL。
射性强度，而且能对接收到的伽马射线进行频谱分
析，定量获得地层岩石中铀、钍、钾的含量，能更
好地指导油气田的开发。
自然伽马测井原理
自然伽马测井过程中: 石 油 工 程 测 井
来自地下岩层的自然伽马射线由岩层穿过钻井 液、仪器外壳进入伽马射线探测器。 探测器将射线转换为脉冲信号并放大后通过 电缆送至地面仪器记录。 地面仪器对信号进行再次放大并剔除干扰信号 后，再将脉冲信号转换成连续电流，该电流与射线 强度成正比。
沉积岩类自然伽马测井读数范围
石 油 工 程 测 井
自然伽马测井的影响因素
自然伽马测井在测井过程中会受到很多 因素的影响： 石 油 工 程 测 井
钻井液 地层厚度 井参数 测井速度等
此外，放射性涨落对自然伽马测井响应 也有较大影响。
放射性涨落现象:在放射性源强度和测量 条件不变的条件下，在相等的时间间隔内， 对放射性射线的强度进行重复多次测量，每 次记录的数值不同。
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
用GR曲线进行地层对比
多井剖面对比图
自然伽马能谱测井
1地层的放射性元素 石 油 工 程 测 井
地面仪器的核心是 多通道分析器，进 行剥谱(P69)分析
特征谱:
40K——1.46Mev 232Th——2.62Mev
主讲教师：吴
丰
单 位 ：资源与环境学院
二零一二年十二月
一、地层的地球物理特性
7个→核特性/放射性
二、阿尔奇公式
适用条件→纯岩石
三、岩石体积物理模型
三.核测井
核测井（放射性测井）： 石 油 工 程 测 井
根据岩石及其孔隙流体的核物理性质， 研究钻井地质剖面，勘探石油、天然气、煤 以及铀等有用矿藏的地球物理方法。
1自然伽马与自然伽马能谱测井
自然伽马测井(Natural Gamma Ray Log —
GR)是放射性测井中最早应用的一种测井方法，
石 油 工 程 测 井
测量地层岩石总的自然放射性强度。 自然伽马能谱测井(Natural Gamma Ray Spectrum log —NGS)则不仅能够测量地层总的放
由于各个窗的记数率并不仅反映对应元素的含 量，因此还需要剥谱（对能量窗均综合考虑三 种元素的贡献，即得到一组方程：
W1=A1Th+B1U+C1K+1 W2=A2Th+B2U+C2K+2 W3=A3Th+B3U+C3K+3 W4=A4Th+B4U+C4K+4 W5=A5Th+B5U+C5K+5
同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变 次数不完全相同，总是围绕一平均值上下起伏。
统计涨落是由核衰变 本身的特性所决定的，与 环境和人的因素无关。
放射性涨落是自然现象，由于放射性涨落的 存在，自然伽马测井曲线即使在厚地层也会出现 如图3－5所示的随机振荡现象，因此，对GR曲 线读值应读其平均值。
GR曲线的解释应用
岩浆岩（火成岩） >变质岩> 沉积岩
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。
最低：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩，煤，沥青 较低：砂岩、灰岩、白云岩 较高：泥岩、泥灰岩、钙质岩、泥质砂岩等
高 ：钾岩、深水泥岩、页岩 最高：放射性虫软泥、火山灰
石 油 工 程 测 井 （2）TH/U<7 海相沉积、灰色、绿色页岩 （3） TH/U<2 海相黑色页岩、磷酸盐岩
6、确定粘土矿物类型
石 油 工 程 测 井
（各种粘土矿物由于各自的地质成因 及地球化学性质的不同，铀（U）、钍(Th) 、钾(K)的含量也各不相同。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，根据钍 、钾含 量的比值，可以大致确定粘土矿物的类型。
当下井仪器在井内连续移动时，地面仪器就可 以连续记录出一条反映井剖面上岩层自然伽马强度 的曲线，这就是自然伽马(GR)测井曲线。
GR测量的是岩层的自然放射性强度 （不用任何放射性源） （一）：岩石的自然放射性
岩石中主要的放射性元素： 238 232 40 U Th K 92 90 19
岩石的自然放射性强度主要取决于其三者 的比例，其含量与岩性、形成过程中的物理化 学条件有关，因此，岩性不同，GR不同。 放射性的强度：
特点：SGR高、铀或者钾含量高 原因岩层中含有放射性矿物、云母、长石 石 4 、鉴别泥岩储集层 油 工 富含有机物的高放射性黑色页结，在 程 局部地段有裂缝、燧石、粉砂或灰岩夹层 测 ，可能成为产油层。 井
曲线特点
K、TU含量低，而铀含量高
5、用TH/U比值研究沉积环境
（1）TH/U>7 陆相沉积、Fra bibliotek化环境、风化层
238U——1.76Mev
和自然伽马测井相同， 自然伽马能谱测井也受 到放射性涨落的影响。
NGS的测井原理
核心部分是：多道分析器。能够测量分析伽 马射线的能谱将能谱分为五个能级窗两个低 能窗、三个高能窗
石 油 工 程 测 井
W1:0.15-0.5 Mev W2:0.5-1.1Mev
低能窗
W3:1.32-1.575Mev （钾窗） W4:1.65-2.39Mev （铀窗） 高能窗 W5:2.475-2.765Mev（钍窗）
核测井的适用条件： 一般的泥浆井、油基泥浆井、高矿化度泥 浆井、空气钻井（裸眼井、套管井） 核测井的优点： 它是唯一能够确定岩石及其孔隙流体化学 元素的含量的测井方法 核测井的缺点：
成本高，测速低，需要有一定的保护措施 ，否则会对人体有伤害。
分类：伽马类测井、中子类测井以及核磁类测井 放射性测井
通常情况下，沉积岩自然放射性强度有以下规律：
地层的GR主要取决于泥质含量——VSH 随着泥质含量的增多，强度增大； 随着有机质的增多强度增大； 随着钾盐和其他放射性矿物的增多强度增大
在油气田开发中常见的沉积岩类，如果骨架不含放射性 元素，那么自然伽马放射性强度高低就主要取决于其中泥质
的含量。
用自然伽马判断泥质含量高低层段
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
回 忆 的岩 大石 小的 关 系
GR
GR曲线的解释应用
2、确定地层的泥质含量 (P148) 石 油 工 程 测 井
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： 当泥质含量高时：
Vsh
GR GRmin
GRmax GRmin
I sh
gcur=2(老地层） gcur=3.7(新地层）
GR GRmin GRmax GRmin
2 gcur Ish 1 2 gcur 1
Vsh
GR曲线的解释应用
3、进行地层对比 石 油 工 程 测 井 用GR曲线进行对比的优点：
X X min X max X min
X=Th、k
含钾的岩石（云母、长石） 不能用该公式计算泥质含量
2、研究生油层 研究发现：岩石中的有机物对铀的富集 起着重要作用。 有机碳含量与U/K存在线性关系
U、U/K越高，生油能力越强
石 油 工 程 测 井
U U/K
、 计 数 率 比
有机碳含量
3、寻找放射性异常储集层
式中：Wi为第i个能量窗的计数率 Ai、Bi、Ci用刻度井得到的第i能量窗的刻度系数 ：统计因子 Th、U、K：表示钍、铀、钾的含量
输出的测井曲线：
CGR THOR
URAN
SGR POTA
NGS曲线应用 1：确定泥质含量 石 油 工 程 测 井
研究发现：泥质含量与钍和钾的含量成线性关系
(Vsh ) x
1、划分岩层 石 油 工 利用自然伽马测井曲线 程 划分岩性，则主要依据不同 测 岩层泥质含量不同进行。 井
GR
利用GR曲线划分岩性的一般原则：
在砂泥岩剖面，纯砂岩的GR曲线显示为 最低值；泥页岩显示为最高值；粉砂岩、泥质 砂岩介于两者之间，随着其中泥质含量增高， 其自然伽马读数也增高。 在碳酸盐岩剖面，泥页岩的自然伽马读数 也最高；石灰岩、白云岩读数最低；泥质灰岩 、泥质白云岩介于两者之间，且随泥质含量的 增加而增高。