8 自然伽马测井
自然伽马测井
进而可知道与这些光子
相联系的被测对象的组
分。
能谱图
能量
自然伽马测井
为什么岩石具有自然放射性？ 石油测井主要研究对象是沉积岩，其次是岩浆岩。岩石 的自然伽马放射性是由岩石中放射性核素的种类及其含 量决定的。对岩石自然伽马放射性起决定作用的是铀系、 钍系和放射性核素K40。习惯称U238、Th232、K40 。
★曲线特征：
➢上下围岩相同时，曲线对称，中部极值代表地层 读数；高放射性地层（如泥岩）对应极大值；
➢当地层厚度小于3倍的钻头直径（h<3d0）时，极 大值随地层厚度增大而增大（极小值随地层厚度增 大而减小）。当h≥3d0时，极值为一常数，与层厚 无关；
➢当h≥3d0时，可用“半幅点”确定地层界面。
粘土岩—铀、钍、钾多
测井原理与综合解释技术培训
汇报人：
内容
一、测井评价概述 二、自然电位测井 三、普通电阻率测井 四、声波测井 五、侧向测井 六、感应测井 七、自然伽马测井 八、密度测井、中子测井 九、纯岩石地层测井评价 十、测井资料的综合分析与应用 十一、测井新技术介绍 十二、测井资料实例分析
自然伽马测井
岩石中含有天然的放射性核素，主要是铀系、 钍系和钾的放射性同位素。它们衰变时，发射伽 马射线，使岩石有天然放射性。
自然伽马测井
★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。
★记录曲线
包括原始计数率曲线CGR和自然伽马API工程值GR。
自然伽马测井
岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系
岩石大类：一般沉积岩放射性低于岩浆岩和 变质岩。因为沉积岩一般不含放射性矿物， 其放射性主要是岩石吸附放射性物质引起的。 岩浆岩及变质岩则含有较多放射性矿物 。
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
自然伽马测井的测量原理
自然伽马测井的测量原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠自然伽马测井的测量原理。
你说这自然伽马测井啊，就好像是地层的“史官”。
它是咋工作的呢？就好比我们人啊，有一双特别的“眼睛”，能看到地层里那些看不见的秘密。
想象一下，地层里有各种矿物质吧，这些矿物质有的就带有放射性。
自然伽马测井仪呢，就专门去捕捉这些放射性物质发出的伽马射线。
这就好像是在黑暗中寻找闪光点一样，神奇吧！你可能会问啦，那它找到这些伽马射线能干啥呀？嘿嘿，这用处可大了去了！通过测量这些伽马射线的强度啥的，就能知道地层里的情况啦。
比如说，能知道地层里放射性物质的多少，这就像我们通过一个人的穿着打扮能大概了解他的性格一样。
而且啊，自然伽马测井仪可不管地层是深是浅，它都能努力去探测。
这多厉害呀！不管地层藏得多深的秘密，它都能给挖出来。
你说这自然伽马测井是不是很有意思？它就像是地层的“情报员”，默默地工作着，给我们带来关于地层的重要信息。
它不需要我们过多的操心，自己就能把活儿干得漂亮。
咱们在石油勘探、地质研究这些领域，自然伽马测井可发挥了大作用呢！没有它，很多事情可就难办咯！就像我们走路没有了眼睛，那还不得磕磕碰碰呀。
它能帮我们了解地层的岩性、划分地层啥的，这多重要啊！就好比我们要盖房子，得先知道地基稳不稳呀。
所以啊，可别小看了这自然伽马测井的测量原理。
它虽然看起来很复杂，但其实就是这么个道理，就是用特别的方法去发现地层里的秘密。
它就像是一把钥匙，能打开地层这个神秘宝库的大门。
总之呢，自然伽马测井的测量原理真的很神奇，很实用！它为我们探索地球内部的奥秘提供了有力的工具，让我们能更好地了解我们脚下的这片大地。
怎么样，是不是对自然伽马测井有了更深的认识和理解呀？。
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。
钻井自然伽马测井仪器用途
钻井自然伽马测井仪器用途
钻井自然伽马测井仪器是一种常用的地质测井仪器，用于获取钻井井眼周围地层的放射性测井参数，以便进行地层分析、岩性识别、层位对比、沉积环境分析、孔隙度和储层含油气性评价等。
它通过测量地层的自然伽马辐射反映地层中不同放射性元素的存在和分布情况以及地层的物性变化。
钻井自然伽马测井仪器主要测量目标是地层介质中的钍、铀、钾等放射性元素。
在地质勘探中，这些自然伽马辐射元素是普遍存在的，它们辐射出的γ射线可以通过测量仪器准确地定量和记录。
该仪器的使用有以下几个主要用途：
1. 地层分析和岩性识别：钻井自然伽马测井仪器能够记录地层中不同岩性的放射性元素含量，在测井曲线上显示出不同的伽马射线强度变化，从而可以通过分析伽马射线测井曲线识别和划分不同的地层岩性。
2. 沉积环境分析：钻井自然伽马测井仪器可以提供地层的放射性地层反演和层位分析，可以帮助揭示沉积相及其储集性。
3. 孔隙度和储层含油气性评价：钻井自然伽马测井仪器通过针对地层的放射性特征，可以预测地层的孔隙度和含油气性，对油气勘探和评价具有重要意义。
4. 地层层位对比：钻井自然伽马测井仪器具有较高的分辨率，可以提供地层的准确层位信息，帮助勘探人员进行区域和局部地层对比。
除了以上主要应用之外，钻井自然伽马测井仪器还可以用于测量井眼的辐射强度，以确定井眼附近地层的放射性矿石产状，为矿床勘探提供有力的线索。
总而言之，钻井自然伽马测井仪器是一种非常重要的地质测井工具，可用于获取地层放射性参数，进行地层分析、岩性识别、沉积环境分析、孔隙度和储层含油气性评价等工作，对于油气勘探和矿产资源评价具有重要意义。
自然伽马测井
钻井液和仪器外壳进入探测器，经过闪烁计数器，将伽马射线转化为电脉冲信
号，放大器把电脉冲放大后由电缆送到地面仪器，地面仪器把每分钟电脉冲数
转变成与其成正比例的电位差进行记录，井下仪器沿井身移动，就连续记录出
井剖面上自然伽马强度曲线，称为GR曲线，单位是脉冲/分，在仪器标准化后，
曲线单位是μR/h。现在使用API单位。
曲线上任何一点的计数率和真值间的偏差为：
绝对误差： 1 n1
2 2
（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
相对误差2
1 N
v hn
绝对误差 2 n 2
vn h
N－厚度为h的地层脉冲总数
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。
d0－井径
理论曲线与实际情况的差异分析
自然伽马理论曲线
理想情况：探测器在井内是进行的点测，而且每一个点上的读数是较长时间内 （＞3τ）所测脉冲数的平均值。
度变化超过上述范围，且超过(2.5～3)σ时，则 分层不正确，应重新分层。
高斯分布
3)、地层厚度的影响
◆当地层足够厚时，对应曲线的幅度平均值代 表地层的真实情况。当地层很薄时，曲线的平 均值达不到代表地层的真实性质。
测值围绕平均值的变化情况及其统 计分布规律示意图
◆在砂泥岩剖面，由于地层变薄会使得泥岩的 自然伽马测井曲线值下降，砂岩层的自然伽马 曲线值上升，并且地层越薄，这种上升和下降 的幅度越大。对于地层层厚小于3d0时，应考虑 层厚的影响。
自然伽马测井
井下仪器在井内自 下而上移动测量，就 连续记录出井剖面岩 层的自然伽马强度曲 线，称为自然伽马测 井曲线（用GR表 示），以计数率 （1/min）或标准化 单位（µR/h或API*） 刻度
砂 泥 岩 剖 面 自 然 伽 马 测 井 曲 线
三 自然伽马测井曲线的特点
1、当上下围岩的放射线含量相同时，曲线形 状对称于地层中点。 2、高放射性地层，对着地层中心曲线有一极 大值，并且它岁地层厚度（h）的增加而增 大，当h≥3d时（d为井直径），极大值 GRmax为常数，且与地层厚度无关，只与岩 石的自然放射线强度成正比。 3、当h≥3d时，由曲线的半幅度点确定为地层 真实厚度。当h<3d时，因受放射性围岩的 影响，自然伽马幅度值随层厚h减小而减小， 地层越薄，曲线幅度值就越小。
碳酸盐岩剖面放射性测井曲线
• 2 估算泥质含量 在不含放射性矿物的情况下，泥质含量的多少就 决定了沉积岩石的放射性的强弱。 相对值法 地层中的泥质含量与自然伽马读数GR 的关系往往是通过实验确定的。德莱赛测井公司在 墨西哥湾才采用下式求泥质的体积含量Vsh
2GCUR IGR - 1 vsh 2GCUR - 1
式中 GCUR——希尔奇指数，它与地层地质时代有关，可根据取心分析资 料与自然伽马测井值进行统计确Байду номын сангаас，对北美第三系地层取3.7，老地层取2 IGR——自然伽马相对值，也称泥质含量指数
GR - GR min IGR GR max - GR min
GR、GRmin、GRmax分别表示目的层的、纯砂岩层的、纯泥岩层的自然伽马读数值
自然伽马测井
一 岩石的自然放射性 二 自然伽马测井的测量原理
一 岩石的自然放射性
岩石的自然放射线决定于岩石所含的放 射性核素的种类和数量。 不同岩石所含的放射性元素的种类和含 量是不同的，火成岩在三大岩类中放射性 最强，其次是变质岩，最弱是沉积岩。 由于不同地层具有不同的自然放射性， 因而，有可能根据自然伽马测井法研究地 层的性质。
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。
自然伽马测井名词解释
自然伽马测井名词解释
自然伽马测井是一种采用伽马射线来测量地层岩石物性的测井
方法。
在这个过程中，使用伽马探测器来测量地下岩石内的自然伽马辐射，并将其转换成对应的计数率。
这些计数率可以帮助地质学家确定地层的岩性、厚度和密度等信息。
以下是自然伽马测井中一些常见的名词及其解释：
1. 伽马射线（Gamma Ray）：一种高能电磁波，由放射性核衰变产生。
在自然伽马测井中，伽马射线可以用来测量地层的放射性特性，从而确定地层类型和分界面。
2. 自然伽马辐射（Natural Gamma Radiation）：指来自地下岩石的自然放射性元素（如铀、钍、钾等）所发出的伽马射线。
自然伽马测井利用这种辐射来识别地层特征。
3. 计数率（Count Rate）：指测量仪器在一定时间内记录到的伽马射线计数数目。
计数率越高，表示所测地层中放射性物质的含量也越高。
4. 电阻率（Resistivity）：指材料对电流通过的阻力。
自然伽马测井中，电阻率可以用来确定地层的导电特性。
通过与伽马计数率结合使用，可以帮助地质学家确定地层的矿物组成和岩性。
5. 伽马探测器（Gamma Ray Detector）：一种专门用于检测伽马射线的探测器。
常见的探测器包括NaI（Tl）闪烁体探测器、BGO晶体探测器等，这些探测器可以测量伽马射线的能量和计数率，并将其转换成电信号输出。
总的来说，自然伽马测井是一种重要的地球物理勘探方法，广泛应用于油气勘探、地质调查和环境监测等领域。
了解自然伽马测井中的相关名词及其解释，有助于深入理解这一技术，并更好地应用于实际工作中。
自然伽马测井原理
自然伽马测井原理
自然伽马测井（Natural Gamma Ray Logging）是一种用于地质勘探和地层解释的测井方法。
其原理是通过测量地层中存在的天然伽马射线强度来获取地层的放射性元素含量，进而推断地层的成分和性质。
伽马射线是一种能够穿透物质的高能电磁辐射，常常与放射性同位素的衰变过程相关。
地层中的放射性元素如钾、铀和钍会以不同的比例存在，它们的核衰变会释放出伽马射线。
这些伽马射线的能量和强度与地层中的放射性元素含量有关。
在自然伽马测井中，测井仪器将伽马射线传感器降入井中，通过探测上下井段的伽马射线强度差异来识别地层。
伽马射线强度通常以计数率 (counts per second，cps) 的形式进行测量。
通
过观察伽马射线计数率的变化，可以确定地层中放射性元素的含量及其分布。
自然伽马测井可以提供许多地层信息。
例如，钾元素主要存在于黏土矿物中，可用于判断地层的砂岩和页岩含量。
铀和钍元素主要存在于砂岩中，可以用于识别砂岩体。
此外，自然伽马测井还可用于确定地层的厚度和边界、识别化石层、建立地质模型等。
需要注意的是，自然伽马测井的应用需要考虑伽马射线的穿透能力和侵入深度等因素。
不同元素对伽马射线的敏感度也不同，因此对于复杂地层，可能需要结合其他测井方法进行综合解释。
总之，自然伽马测井是一种重要的地质勘探工具，通过测量地层中的伽马射线强度，可以获取地层的放射性元素含量和地质信息，为勘探工作提供有价值的数据支持。
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。
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测量地层中放射性元素含量的方法，通过测量地层中的自然伽马辐射强度，可以推断出地层的物性参数，如密度、孔隙度、渗透率等。
本文将介绍自然伽马测井的原理、仪器、应用及优缺点。
一、原理自然伽马辐射是指地球表面及地下物质中，由于天然放射性元素（如钾、铀、钍）的存在而产生的辐射。
这种辐射可以穿透物质，被探测器捕获后转化为电信号，再通过信号处理系统转化为伽马射线强度。
地层中的自然伽马辐射强度与地层中放射性元素的含量有关，因此可以通过测量自然伽马辐射强度来推断地层中放射性元素的含量，从而推断出地层的物性参数。
二、仪器自然伽马测井仪器主要由辐射源、探测器、信号处理系统和数据采集系统等部分组成。
辐射源通常是钚-铍源或铯-137源，探测器通常是锂离子探测器或硅探测器，信号处理系统通常是多道分析器或微机处理器，数据采集系统通常是电缆或无线传输系统。
三、应用自然伽马测井广泛应用于石油、天然气、地热、水文等领域，主要用于以下几个方面：1.测量地层中放射性元素的含量，推断地层的物性参数，如密度、孔隙度、渗透率等。
2.判断地层中矿物成分的类型和含量，如石英、长石、云母、方解石等。
3.判断地层中的岩性类型，如砂岩、泥岩、灰岩、页岩等。
4.判断地层中的构造类型，如断层、褶皱、岩浆侵入等。
5.判断地下水的分布和含量，预测水文地质条件。
四、优缺点自然伽马测井具有以下优点：1.测量范围广，可以测量地层中放射性元素的含量，推断地层的物性参数，如密度、孔隙度、渗透率等。
2.测量速度快，可以在钻井过程中进行实时测量，提高钻井效率。
3.测量精度高，可以达到0.1%的测量精度。
4.测量成本低，仪器价格相对较低，使用成本也较低。
但自然伽马测井也存在以下缺点：1.受地层中其他元素的影响，如矿物质、水等，容易受到干扰。
2.无法直接测量地层中的水含量和流速，需要通过其他方法进行补充。
3.无法测量地层中的化学元素含量，如碳、氢、氧等。
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测井方法，它利用地层中天然放射性元素的辐射来获取地层信息。
自然伽马测井原理是基于地层中放射性元素的特性，通过测量地层中放射性元素的辐射强度来推断地层的性质。
本文将介绍自然伽马测井的原理及其在油田勘探中的应用。
地层中的放射性元素主要包括钍、钾和铀等，它们的放射性衰变会产生伽马射线。
当伽马射线穿过地层时，会与地层中的原子核发生相互作用，导致伽马射线的能量发生变化。
通过测量伽马射线的能量变化，可以推断地层中的放射性元素含量，从而得知地层的性质。
自然伽马测井的原理是基于伽马射线在地层中的衰减规律。
地层中的不同岩石对伽马射线的吸收能力不同，因此伽马射线在地层中的传播会受到地层岩石成分的影响。
通过测量伽马射线的衰减情况，可以推断地层的厚度、密度和岩性。
自然伽马测井在油田勘探中有着重要的应用价值。
首先，通过自然伽马测井可以获取地层的放射性元素含量，从而判断地层的含
油气性。
含油气层通常具有较高的放射性元素含量，因此可以通过自然伽马测井来识别潜在的油气层。
其次，自然伽马测井可以提供地层的密度和岩性信息，有助于评价地层的储集性能和渗透性。
最后，自然伽马测井还可以用于识别地层中的放射性矿物，对于矿产勘探具有重要意义。
总之，自然伽马测井原理是基于地层中的放射性元素的辐射特性，通过测量伽马射线的能量变化和衰减规律来推断地层的性质。
在油田勘探中，自然伽马测井具有重要的应用价值，可以帮助地质工作者更好地理解地下地层的情况，为油气勘探和开发提供重要的地质信息。
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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：
α射线(2He4)：是一种带正电荷的粒子流，带有两个单位的正电荷，相当 于一个氦原子核。
β射线(-1e0)：是一种带负电荷的高速运动的粒子流，相当于一个电子，
带一个单位的负电荷。 γ射线：γ射线是频率很高的电磁场或光子流，不带电荷,能量很高，一
这些放射性元素在衰变过程中都能同时放出伽马射线，且不同元素放
出的γ射线的数量和能量两方面均有区别。如：K：1.46Mev；U、Th：γ能 谱较为复杂，因此，通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），就
有可能确定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类，并进一步用来寻找
放射性矿床和研究岩层性质等。
2、沉积岩的自然放射性
自然伽马测井
Gamma ray log or Natural gamma ray log
自然伽马测井
放射性测井是以物质原子核物理性质为基础的一组测井方法，统称
为核测井，包括自然伽马，自然伽马能谱、中子、密度测井等。 自然伽马测井是放射性测井中的一种方法。
★它既可以在裸眼井中测井，又可以在套管井中测井（它测量的伽
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。
放射性不同。
2、沉积岩的自然放射性
（1）粘土岩类：含放射性元素最多，放射性最强，主要为泥、页岩
A．高岭石：不含放射性元素，且对离子吸附能力差，放射性强度低。 B．蒙脱石：不含放射性元素，但对阳离子吸附能力强，可吸附很多放射
性强物质，如氧化铀。故其天然放射性强度最大，对粘土岩放射性贡献最大。
C．伊利石：含放射性同位素K40，且有较强阳离子吸附能力，也可吸附 较多U2O氧化铀，有较强放射性。 D．绿泥石：同高岭石相似，天然放射性弱。 （2）碎屑岩类：放射性强度由正长石、白云母、重矿物以及VSH决定，对储 层的主要成份石英砂岩而言，前三种矿物很少，因此主要取决于VSH及组成。 （3）化学岩类：石灰岩、白云岩、膏、盐岩、K盐等。除K具放射性外，其 他岩类主要由岩石中所含泥质及微量无素决定。
鄂尔多 斯盆地 铀异常 形成机 理
2、沉积岩的自然放射性
根据实验和统计，沉积岩的自然放射性强度一般有以下变化规
律：
①随泥质含量的增加而增加； ②随有机物含量的增加而增加，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；
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
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，这就方法特点
优点：（1）裸眼井和套管井中均可以进行
（2）油基泥浆、高矿化度以及干井中均可以进行 （3）碳酸盐岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少。 缺点：（1）测速慢，成本高。 （2）如果岩石本身组成中含放射性物质，如含火山碎屑 等，则无法正确判断泥质含量。如哈密地区，那么 VSH判定需从其它资料中求取。 自然伽马测井可以解决以下问题： (1)根据天然放射性强弱，判别岩性和划分井地层剖面。 (2)在一个含油气区或单独构造上，各井剖面进行对比。 (3)估计岩石中泥质含量，从而判断岩层的储集性能。
般多在几十万电子伏特以上，并有很强的穿透能力。
这三种射线中，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30cm；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。
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。
8.2 自然伽马测井
2、测量原理
进行自然伽马测井的简单原理如图所示。井
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。 这也成为我们利用自然伽马测井曲线区分岩石性质、进行 地层对比，以及定量估计岩石中泥质含量的依据。
8.1 自然伽马测井的核物理基础
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。 它主要由NaI萤光晶体和光电倍增管组成。
然伽马测井读数介于50—100API之间。 ③低自然放射性的岩石：包括岩盐、煤层和硬石膏。自然伽马 读数约50API以下。其中硬石膏最低，10API以下。
2、沉积岩的自然放射性
石油测井的主要研究对象是沉积岩，通常认为，铀、钍、钾等放射性元
素最初存在于火成岩当中，当火成岩风化以及地表水的作用，一部分易溶的 放射性物质 (如铀的化合物 )便以溶液的形式搬运，不易溶解的则在水中与胶 体和岩石及矿物的碎屑一起搬运，最后随同沉积岩一起沉积下来。因而沉积 岩中放射性元素的含量取决于岩石的矿物成分、岩性及形成过程中的物理化 学条件等。
1、核衰变及其放射性
（4）核衰变规律
一种放射性物质的放射性强弱，是以单位时间内发生衰变的原子核的数
目来量度，称为放射性强度，用符号J表示。
J dN dt
J N 0 e t
显然
J J 0 e t ，式中J0—物质的初始放射性强度。
可见，放射性物质的放射性强度也以同样的指数规律衰减。同时，它也
在自然界中，有些同位素是稳定的，即它们的结构和能量不会发生改
变。而有些同位素则是不稳定的，能自发地改变其结构，放射出射线并变 成其它元素。这种不稳定的同位素称为放射性同位素。
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（3）核衰变
放射性同位素通过放射出射线而从不稳定到稳定的过渡称为核衰变。 这种衰变有两种形式: 一种是从原子核中放出α粒子(2He4)，叫做α衰变； 一种是从原子核中放出β粒子(-1e0)，称为β衰变。 不稳定同位素在向稳定转化(衰变)的过程中，原子核中多余的能量将以 高能电磁波的形式辐射出去，它就是γ射线，所以γ射线是放射性同位素发 生衰变使原子核内部能量发生改变时的伴随产物。
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（2）同位素和放射性元素 我们把原子核中质子数相同而中子数不同的元素，称为同位素。它们
在元素周期表中占有同一位置，具有相同的化学性质，但有不同的原子量
，因而具有不同的物理性质，如1H1、1H2、1H3是氢的同位素，铀92U235、
92U 234和 92U 238是铀的同位素等等。
谱测井。
2、沉积岩的自然放射性
对于三大类岩石而言，一般说来，火成岩在三大岩类中放射性
最强，变质岩次之，沉积岩最弱。
A 岩浆岩：其中有许多放射性矿物，如长石、云母集中了地层
中绝大多数钾K。角闪石、独居石、辉石也有较高放射性，其中以
碱性岩、锆石、独居石等放射性最强。 B 变质岩：取决于母岩放射性，若为岩浆岩，放射性较强，沉 积岩则次之。 C 沉积岩：一般比岩浆岩、变质岩差，沉积岩中的岩类不同，
2、沉积岩的自然放射性
API是美国石油学会的缩写，API单位是该学会规定的自然伽马测井标准 单位，并已在许多国家广泛应用。这一单位是将自然伽马测井仪器放在标准 的刻度井中进行标定得出的。标定时，规定刻度井中最高和最低放射性地层 自然伽马读数之差为 200个API单位。于是，其它地层即可按它的实际读数得 出相应的API数。表中对于每一种岩石都有一定自然伽马射线强度的变化范围 ，并用横线的纵向宽度来表示出现这一放射性强度的频率。
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
T 和λ一样，也是不受任何外界作用的影响，而且和时间无关的常量。 一种放射性元素的半衰期可以精确估计，但无法估计在一个短时间内到 不同放射性元素的 T值也是不同的。自然界中，各种放射性元素的半衰期相 底有多少个原子可能发生衰变。但对元素整体而言，其衰变具有统计性，即 差很大，有的长达几十亿年，有的短到若干分之一秒。如，铀的半衰期为 围绕某一平均值在一定范围内变化。 4.51×109年，镭1590年，氡为3.825天等等。
③随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
可见，除特殊的放射性矿物如钾盐层以外，油气田中常遇到的 沉积岩的自然放射性强弱与岩石中含泥质的多少有密切的关系。
2、沉积岩的自然放射性 岩石含泥质越多，自然放射性就越强。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。
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（4）核衰变规律 在习惯上，常用另一常数来表示衰变快慢。这一常数是某种放射性元素 从t＝0时的N0个原子开始，到N0/2个原子发生了衰变所经历的时间，称为半 衰期，用T表示: