自然伽马能谱测井曲线在地质上的解释与应用/汐钎一第16卷第1期地学工程进展V o1.16No.11999年6月ADV ANCEINEARTHSCIENCEENGINEERINGJun?,1999擅■通过实倒舟绍了放射性元素铀,钍,钾的地球化学特性和自然佃马能谱曲线在地质上的解释与应用.提出6种有关解释应用的意见.1)商钾多为伊利石桔土岩和钾长石砂岩,商蚀多由有机质造成.而商牡尉为^山岩有关堆层.2)平曩用钍,钾曲线可以计算地层据质古量.3)铀异常曲线可以指示地层中流体运动.4)寻拽放射性矿层与异常带.s)研究生油岩.6)进行堆层对比.关■栩地球化学特性f自然伽马瞎谱曲线}铀,钍,钾异常f解释应用数控测井中一个必不可少的测井项目自然伽马能谱测井已在世界各地的深井～超深井中得到广泛采纳和使用,它可在裸眼井和套管井中进行测量,并提供自然伽马射线总计数钾(),铀(x10)和钍(×10)测量的连续记录.70年代中期,自然伽马能谱铡井首先用于英国北海地区,当时主要为了确定云母和计算粘土含量,作为一种比较有效的测井方法已广泛用于碳酸盐岩和砂泥岩地层,它不仅有助于评价地层泥质含量,岩性变化.而且可用于操测放射性矿物,进行地层对比,研究沉积环境.同时还可做为研究生油层的重要资料.1放射性元素铀,钍,钾的地球化学特性在自然界中铀有三种同位素(u,U",U),且都具有放射性,铀在地壳中的浓度大约为3×10～,也是来源于硅酸火戚岩,而且主要戚分为放射性矿物.在自然界中铀以+4和+6两种离子价的状态而存在.四价铀盐通常不溶解但易变戚六价铀.六价铀盐不仅存在于溶液中,而且易氧化形戚uO,其氧化物极易溶解且具有很大的流动性.常和有机物碳酸盐岩结合在一起.钍同位素Th"是自然界中一种稳定的元素,其他只作为铀系的一部分,很不稳定如Th和Th,钍在地壳的平均浓度为12×10～.钍来源于硅酸火戚岩以+4价形式存在,形成化舍物Th(OH),在自然界中由于物理风化作用容易水解.故具有一定的流动性.由于Th"有较大的离子半径且易被牯土矿物所吸附.除蒙脱石钍含量较低外,绝大部分粘土矿物都有较恒定收稿日期l1999-O4-l2作者筒舟橱蕾忙,男-53岁t工程柙,现在中国新星石油公司华北石油局三瞢录井坫工作用应癣^^日¨上质墼地缀一曲塑炳舢I油澳盯谱醋营u"一R一马一Ⅱ一伽一然自～,l期扬惨伦.李侠t自髂伽马瞳谱井曲线在地质上的解释与应用49的钍含量.泥质岩经常在8x1O～2Ox1O之间变化,钍元素的分布和泥质岩类有着密切的关系.钾的同位素有K,K和K",唯独K是放射性同位素,钾在地壳的平均浓度为2.59%, 来源于硅酸火成岩.主要为钾长石和云母,长石和云母风化时析出伊利石,蒙脱土,高岭土等牯土矿物.钾少部分进入牯土矿物,太部分溶于水中,在沉积过程中由于被粘土矿物所吸附雨局部富集.2能谱测井曲线在地质上的解释应用2.1分析秸土矿糟类型,研究沉积袖自然界中钾,钍含量与地层中的牯土矿物类型和数量之间有规律性联系,钾钍曲线被经常用于确定地层中的牯土矿物类型(表1).囊1牯土矿■与K,,Th/k之闻关矗粘土矿物K平均古tThTh7KU岩相斑脱岩<O.56～50l～2O陆相铝土矿lO～l3O3～30海陆过畦相,风化亮相羹脱土O.16l4～243.7～8.72.S火山相,风化残租相伊利石5.21.7～3.51.S陆相,海相高峙土O.4-26～191l～3O1.5～3大陆相,风化残积相,tlM:,'dtR海绿石4.50.66～1.3海相伊利石牯土岩的形成条件极为广泛,陆相,海相沉积的地层中常见到.其化学成分特点K.O含量较高,高钾多为伊利石牯土岩和钾长石砂岩[1].次为海绿石矿物在海相粘土质碳酸盐岩中常见,含钍极少.钍钾比极低.在火山岩中的蒙脱土和斑脱岩中,钾含量最低,钍含量高,钍钾比值较高.在陆相环境中沉积的高岭土钍含量较高,钍钾比为高值.而海陆过渡相,风化壳相环境下形成钍含量特别高.因铀元素化学性能不稳定,有溶于水的特性,所以在钻井中用能谱仪测试到的铀含量是残余量,无规律性可寻.例如某并总计效率曲线是铀,钍,钾道三条曲线计数率之和,它相当于普通自然伽马曲线.图中曲线上段总计数率离的岩层铀,钍曲线均高,钾曲线低.其岩性为膨润土(又称蒙脱石粘土岩).该岩性其物理特性吸水性极强,极易把水及溶于水的铀,钍元素吸附,使铀,钍曲线出现高值.图中下段两层总计效率高的岩层,钾,钍曲线值均不高,雨铀曲线为高值,所以,总计效率高是由于有机质中铀的富集引起的,正好这两层所对应的岩性为高放射性的砂岩油层r2J(图1).,.—帕1Ic萼一圉l某井自妻!}伽马瞳谱曲线地学工程进展16卷2.2利用健谱曲绒求取储集层的泥质含量地层中铀与粘土矿物含量之间没有规律性的联系.但由于粘土颗粒细有较大的比面,沉积时间漫长,有较宽的结晶格子,因而铀元素有时容易被粘土颗粒所吸附,或与有机物和碳酸盐岩相结台.而钍和钾的含量则与地层中粘土含量有很好的相关性.而棵海相的泥,页岩,钾盐,海绿石砂岩,台钾钒矿砂砾岩等钍,钾放射性矿物被粘土徽细颗粒所吸附,所以,利用自然伽马能谱测井的钍和钾曲线以及无铀曲线能够比较精确地计算地层泥质含量0].下面三个公式计算的泥质含量具有较好的一致性.公式如下:O(Vsh)Th=②(sh)K=min一一纯砂岩中最小值sh一一纯泥岩中最大值③(GRs)GRS=是兰GRs一一无铀曲线2.3健谱井指示地层掩体的运移以豆在采油井中识别放射性的积垢因为6价铀元素很活跃易溶于水中,台铀盐的流体长期活动迁移,常常引起伪马测井曲线上的放射性异常,如果地下水中铀丰度高,在井壁及射孔部位极易出现放射性的积垢堵塞孔眼,使油井产量受到影响.当流体在地层孔隙或裂缝中运移时,这些铀盐有机会被离析井沉淀在岩石骨架上.在开发区内打的注水井或调整检查井内生产层出现高铀显示是地层水溶解了铀盐的缘故,水载体携带铀分子运移到井中,常常可以指示流体运动的标志.根据这一标志能够指示我们寻找水淹油层,高渗透带或裂踪断裂带等部位.2.4配合地质囊井寻找识别放射性矿层与异常带常规自然伽马测井曲线不能分辨,而能谱'n,测井能给予圆满解答.国外已在7o年代利用能谱测井技术勘探到了有经济意义的钾盐和铀矿床.如在南美新墨西哥东南部广大范围内进行了多次能谱测井.从曲线资料发现地层中几乎无钍,无铀,含量极低,当仪器采用1.46Mev的伽马射线计数率定量地确定了钾含量(图2).从图中得知井深826~231m井段上取心分析所得到岩性资料台有丰富的钾盐,与能谱测井钾道曲线上的高浓度高含量互为一致.而总伽马曲线上突出的高异常值对应的位置深度不是因为泥质夹层所引起的,而是卤化物中高钾元素所致,钾道的高计数率清楚地划分出了岩心分析得到的钾矿床的深度位置,同时,总计数率曲线对于勘探台有粘土的地层是}曼,,\～j垫,L,手f皇一一一,辜(}～—'～'-●_一叼商一_桔05loI5田2某井总伽马曲线与钾曲线比较很有用的,如果得不到此信息,对钾矿层的台矿深度也卡不准.2.5研究生油岩l期杨恪伦.李侠:自然伽马螗谱测井曲线在地质上的解释与应用51在一个沉积区开展石油普查勘探工作寻找油气藏,单纯依靠物化探资料是远远不能满足石油地质研究工作,生油岩厚度大小,埋藏深浅,变质程度,母质类型,分析指标高低,这些是生成油气的先决条件.此区首次利用能谱曲线结舍生油岩分析指标开展生油岩有机质研究例如某井层位为下侏罗统,井深为4308~4315irn,其对应剖面岩性为深灰色泥质岩,在铀道曲线上出现2个高值尖峰,经生油岩样的有机碳分析为2.18,氯仿沥青"A"为247×10～,属腐泥型生油岩,生油母质偏好,从铀道曲线可知铀含量为6×10～7.1×1O一,尽管含量不很高曲线形状呈尖峰突起.从成因分析因6价铀盐易于有机物结合,因此,富含有机物的泥质岩层往往具有高铀显示,这一特征可做为确定生油层研究指标的重要标志,而常规的总伽马曲线是望尘莫及的(图3).2.6进行地层对比圈3我国西部某井自然伽马能谱曲线圈如果某地区处在同一沉积构造背景之下,构造活动不发育,地层产状平缓沉积连续,无间断及岩浆活动破坏髟响,那么在该区可利用能谱测井K,Th曲线出现的异常进行地层对比,这是由于K,Th曲线的异常往往带有大面积分布特征.例如早期邻区出现的火山活动,大量火山灰,泥等物质经风的飘移搬运在适当的时候随大气降落在沉积物中堆积受压成岩.如地层中膨润土就是火山活动形成的产物,在K,Th道曲线上都有明显的特征和形态(图1),做为地层中标志层有利于开展地层划分对比.又如某井井深2622~2624m井段对应的岩性为斑脱岩地层,能谱测井曲线显示具有相当高的钍含量(图4),而该段在常规自然伽马测井图上与相邻井段没有明显差0,而斑脱岩地层钍含量是一个很有用的标志,是一个时间标志层,也是地层对比很得力的辅助手段,它来源于分布范围较大火山灰,代表着同时代地质上发生的事件,如果采用通常的测井技术无法将它们从高放射性的泥岩中区分开.由于斑脱岩含有高钍的特点,利用钍谱曲线与邻区进行地层对比很有意义.此外,能谱测井在解释地层沉积特征,火成岩,冲积储集层及地质综合研究方面具有重要的应用价值.但目前由于开展自然伽马能谱测井价格昂贵,经济投入大,浅井一般不使用,只应用于新区探井或区域普查深井.'考文■1华东石袖学院教研室主编.沉軎}岩石学.北京,石油工业出敝牡.1981蚴,—,霎{=≤c:={'地学工程进晨l6卷2吴三省.自然伽马船谱测井文集.北京r石油工业出版社,19883张守谦.石袖地璋物理测井.北京,石油工业出版社t1986 APPLICATIoNANDEXPLANATIoNINGEoLoGYoFNGSGRAPHYangXiulunLiXia(No.3ExplorationandProspectingBrigadeofNCBCNSPC,Xianyang712000) AbstractAccordingtoactualexamples,thegeochemicalcharacteristicsofNGSgrapnand theaplicatiouandexplanationingeologyareintroduced.Sixopinionsaboutapplicationareas follows:(1)highconcertKalwayspresentsillite-clayrockorpolashfeldspar-sandstone,high concertUisrelatedtosoil-ulmin,andhighconce~Thpresentsthestratumbeingrelatedwithvolcanite.(2)acquiringtheclaypercentageofreservoirwithK&Thgraph.(3)the anomalyonUgraphindicatesthefluidmigrationinlayers.(4)recognizingtheradiativemin—erallayersandabnormalzones.(5)studyingsourcerocksbeingrelatedtooil.(6)comparising stratum.Keywordsgeochemicalcharacteristics,thegraphofnaturalGammaraySpectroscopywell, theanomalyofthegraphforelementU,ThandK,applicationandexplanation'。