核物理论文_-__自然伽马能谱测井原理及其应用

核物理论文_-__自然伽马能谱测井原理及其应用 自然伽马能谱测井原理及其应用 The Principle and Application ofNatural Gamma RaySpectrometry Logging 勘技(物探)11-1 摘 要: 伽马射线是原子核衰变裂解时释放的射线之一，穿透能力极强，从液体到金属的大部分 物质都能穿过，正是由于具有此特性，使其在石油工业等方面得到广泛的应用。岩石中主要 含有铀(U)、钍(Th)、钾(K)等放射性元素，在沉积岩中这些放射性元素主要反映泥质含量的 变化，在火山岩、花岗性风化层及某些盐类沉积，自然伽马测量值显著增高，常做为识别这 类岩石类型的重要曲线标志。 关键词:自然伽马能谱测井;生油岩;粘土矿物;泥质含量;高自然伽马放射性储层 Abstract: gamma ray release is one of nuclear decay during pyrolysis,penetration ability is very strong, can pass through from the liquid to thematerial of most of the metals, it is because of this characteristic, which is widely used in the petroleum industry etc.. The rock is mainly composed ofuranium (U), thorium (Th), potassium (K) and other radioactive elements,these radioactive elements in sedimentary rock mainly reflect changes in the shale content, in the volcano rock, granite weathering layer and some salt deposits, natural gamma measurement values were significantly higher, oftenmarked as important curve recognition this kind of rock types. Keywords: natural gamma ray spectrum logging; source rock; clay mineral;clay content; high natural gamma radioactivity reservoir 1 自然伽马能谱测井原理 1(1 自然伽马能谱测井的理论基础 地层中存在的放射性核素，主要是天然放射性核素，这些核素又分放射系和非放射系的天 然放射性核素。放射系为钍系、铀系和锕铀系，但锕铀系的头一个核素235U在自然界中的 丰度很低，其放射性贡献甚微，不予考虑。非放射系的天然放射性核素如表1所列。从表中 可见，主要是87Rb和40K，但是87Rb无伽马辐射。所以，在研究地层中的自然伽马能谱主 要是238U、232Th放射系和40K放射的伽马射线能谱。 因为地层岩石的自然伽马射线主要是由铀系和钍系中的放射性核素及40K产生的。而铀系和钍系所发射的伽马射线是由许多种核素共同发射的伽马射线的总和，但每种核素所发射的伽马射线的能量和强度不同，因而伽马射线的能量分布是复杂的。而40K只能发射一种伽马射线，其能量1(46Mev的单能。如果我们把横座标表示为伽马射线的能量，纵座标表示为相应的该能量的伽马射线的强度。把这些粒子发射的伽马射线的能量画在座标系中，那么就得到了伽马射线的能量和强度的关系图，这个图称为自然伽马的能谱图。 铀系和钍系在放射性平衡状态下系内核素的原子核数的比例关系是确定的，因此不同能量伽马的相对强度也是确定的，因此我们可以分别在这两个系中选出某种核素的特征核素伽马射线的能量来分别识别铀和钍。这种被选定的某种核素称为特征核素，它发射的伽射线的能量称为特征能量，在自然伽马能谱测井中，通常选用铀系中的214Bi发射的1(76MeV的伽马射线来识别铀，选用钍系中的208Tl发射的2. 62MeV的伽马射线来识别钍，用1(46MeV的伽马射线来识别钾。 1(2自然伽马能谱测井仪器 自然伽马测井仪的测量装置由井下仪器和地面仪器组成。井下仪由伽马射线探测器(由闪烁晶体和光电倍增管组成)、脉冲幅度鉴别器、分频器、整形器及电缆驱动器等电路组成。这几大部分组成一套完整的测井仪器。自然伽马测井仪是一种沿着井眼剖面测量岩层自然放射性活度分布的测量仪器。测井时，闪烁晶体把地层伽马射线转变成光脉冲信号，由光电倍增管的光阴极转换为光电子，经光电倍增管放大后输出负电压脉冲，经幅度鉴别、分频、整形、功放，然后经电缆输送到地面。并下仪器沿井身自下而上移动测量，就连续记录出井剖面上岩层的自然伽马强度曲线，称为自然伽马测井曲线。 2 自然伽马能谱测井分析与应用 自然伽马能谱测井资料包括:地层总自然伽马(GR)，地层无铀伽马(KTh)，及地层中铀(URAN)、钍(ThOR)、钾(POTA)的含量。利用其测量值可以研究地层特性，计算泥质含量、地层粘土矿物归类、识别高自然伽马放射性储层、评价生油岩等。具体过程是采用交会图技术，做出地层Th—K交会图，按照给定的Th—K交会图版，归类粘土矿物，定性识别粘土矿物。同样，采用Th—U交会，可分析沉积环境的变化情况。在还原环境和有机质富集的条件下，可以使泥质沉积吸附大量的铀离子，自然伽马能谱测井中铀曲线代表地层中铀的含量，因而可用来 评价生油岩。 2(1评价生油层 自然伽马能谱资料中的铀曲线反映地层中放射性矿物铀的含量。研究表明，放射性元素铀与有机质的丰度有很密切的关系，有机质越富集的地方，能谱曲线中所显示的铀含量越高，指示与油气关系越密切。 根据这一结果，分析老27井的自然伽马能谱资料如图1所示，在泥岩出油层段铀含量大于3×10-6。对没有自然伽马能谱资料的樊41井、罗42井、大93井等进行分析结果发现:在地质录井或井壁取心资料中，反映的岩性为泥岩与油页岩或油泥岩互层，或者距油页岩或油泥岩距离较近，是较好的生油层。 2(2确定地层岩性 由于地层中天然放射性核素的分布具有一定的规律性，因此，利用自然伽马能谱测井可以确定地层的岩性，特别是对于一些复杂地层的岩性识别，自然伽马能谱测井将优于其它测井方法。 (1)利用Th—U交会图划分岩性 一般情况下，地层中的钍(Th)含量随岩石的粒度变细而增加，利用钍值可以把地层中的砂岩、粉砂岩和泥岩等划分得很清楚，因此Th是一个识别岩性的较好参数。此外，在地层原始沉积的过程中，铀(U)的含量与地下水的溶解和迁移程度有关，而油气藏的形成与地下水的活动也有关系，并且油气藏的形成还要求有良好的封闭条件，因此油气藏的形成与U有一定的关系，为此，利用Th—U交会图可以更准确地区分岩石的岩性。 (2)利用Th—K交会图划分岩性 在地层中，钾(K)的含量也与岩性有关。一般情况下，钾的含量随岩石的粒度变细而增加。此外，在碳酸盐中钾含量较多，这是由于碳酸盐在形成过程中的淋滤作用而造成的。为此，利用Th—K交会图也可以区分岩石的岩性。 2(3粘土矿物类型的识别 图2是用自然伽马能谱测井识别不同粘土矿物，定量计算粘土图版。该图版首先以测井深度对岩心深度进行归位，然后按不同地区、同一层系对伽马射线衍射资料进行统计，当某种粘土矿物超过50,时，就以该矿物为主要的粘土矿物，该粘土矿物就对应一定的铀、钍、钾测井值;然后再分别以测井的铀一钍、铀一钾、钍,钾的测井值(API)为纵坐标和横坐标，将这个层系的粘土矿物点于坐标中，经过统计得到一个图版。从图中易知，伊利石、高岭石、绿泥石、伊蒙混层相互交错，个别伊蒙混层能明显地区分。这 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 各地区不同地层粘土矿物与能谱测井值的响应是不同的，其响应关系与地层成岩过程中的母岩、地层水放射性的含量有关。由于某些粘土矿物具有特殊的U，Th，K含量，所以自然伽马能谱测井可用于鉴定粘土矿物和矿物类型。 2.4 识别粘土矿物类型及沉积环境分析 组成岩石矿物的晶体结构和化学结构，在温度、压力、水体PH值等的作用下，在不断变 化。处在地面上的风化作用首先破坏岩石的晶体结构，继而破坏岩石的化学结构，在搬运过程中被分选和沉积。 在风化搬运沉积的过程中，影响化学环境的因素主要是水和温度的作用，在此过程中，大部分暴露的碱金属和碱土金属被溶解，土族元素氧化物一般不被溶解，而是成为胶体进入水中，氧化硅的溶解受PH值和温度的控制，但它大部分是以石英晶体的形式存在，组成砂粒。 氧化铝在碱性和酸性环境下极易溶于水中，而大部分则以胶体的形式进入水中。 这些胶体和真溶液进入湖海之中，在入口处，氧化硅、氧化铝等的胶体的电荷被中和而沉积成泥岩。而各种物质的沉积都需要一定的温度、PH值、化学成分、气候等条件。在蒸发过程中，可形成蒸发沉积岩;在潮湿气候下，淋滤作用较强，碱金属和碱土金属被水溶液带走，在三 角洲平原及其上游各相，多形成高岭土或高钍钾比泥岩沉积。干旱气候下各相沉积的泥岩含碱量较高，钍钾比较低，以伊蒙混层和伊利石为主。因此在能谱分析总的钍钾交会中，钍钾比大于12的是高岭土型粘土，3(5一12是伊蒙混层，2,3(5是伊利石型粘土，1—2是云母型粘土等。 如庆古2井石炭一二叠系煤系地层，属潮湿环境下的平原沼泽相沉积，该井在录井中发现多层纯的铝土矿层，在进行钍钾交会时发现，泥岩钍钾比普遍较高，多数在9左右，高的可达20以上。粘土矿物以高岭石为主，而且有不同程度的伊蒙混层化。视地层水电阻率是上部地层的近十倍。濮深8井和明8井钍钾比都在4(5左右，是典型的泻湖相沉积环境，具有高矿化度的地层水。 一般情况下，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。在Th、K交会图上，可画出不同粘土矿物的分区带，根据自然伽马能谱测井得到的Th、K含量，即可鉴别地层粘土矿物类型。 2(5寻找高放射性储层 纯砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低，但有些地层中，由于岩石骨架中含有放射性矿物而明显呈现高放射性，有些渗透性地层由于地层水活动使其放射性矿物增多，引起放射性升高。传统观念认为储集层是低放射性的、泥质含量较少的、比较纯的岩石，而忽视了高放射性储层的生产价值。运用自然伽马能谱测井中的无铀伽马计算泥质含量，可以弥补常规方法的不足。准确识别高放射性储层，确定岩性剖面。 3总结 自然伽马能谱测井测量的地层中铀(U)、钍(Th)、钾(K)的含量，为地质研究提供了非常重要的资料，利用能谱资料可以计算泥质含量，识别粘土矿物类型，评价生油岩等。在高放射性储层中，用无铀伽马能精确计算泥质含量，确定岩性剖面，判断高放射性(裂缝)储层，避免了高放射性储层的漏失，弥补了用自然伽马计算泥质含量的不足，为储层评价提供了精确的解释依据。 参考文献 [1]庞巨丰，迟云鹏等(现代核测井技术与仪器[M](北京，石油工业出版社，1998，6( [2]白运台(自然伽马能谱测井在高自然伽马裂缝地层中的应用[J](国外测井技术，2001，16(5)( [3]李风琴，秦菲莉等(自然伽马能谱资料在油田勘探中的应用[J](石油天然气学报，2005，27(6)( [4]郭余峰，单秀兰等(利用自然伽马能谱确定地层岩性的方法[J](物探与化探，1996，20(3)( [5]王祝文(确定粘土矿物含量的自然伽马能谱测井方法[J](岩性油气藏，2007，19(2) [6] 贾文玉，闫安宇，田素月(渗透率的理论计算方法(测井技术(2000，24(3) [7] 吴三省译(自然伽马能谱测井译文选(石油工业出版社