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
地球物理测井—核测井
伽马测井的核物理基础
一、原子核的衰变及放射性 1、原子的结构 原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小 的粒子。 原子核由质子和中子组成
地球物理测井—核测井
自然伽马测井
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
强度较低的：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 质泥岩、含砂泥岩等 强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩 强度最高的：放射性软泥、澎土岩、火山灰
地球物理测井—核测井
伽马测井的核物理基础
3、条件单位
测井时记录的是单位时间的脉冲数，不同的仪器记
录器在统一标准下刻度。
采取相同的单位：微伦琴/小时
API
三、核衰变的统计涨落
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。
地球物理测井
第三章 核测井（放射性测井）
资源与环境学院 桑琴
2007年7月
地球物理测井—核测井
伽马测井的核物理基础
核测井（放射性测井）：以物质的原子核物理性质为基
础的一组测井方法。它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质
（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找有用 矿藏，研究油田开发工程的一类测井方法。
和碎屑岩储集层一样，纯的 碳酸盐岩储集层K、U、Th的含量 都很低。但当地层中有钾碱、长 石和粘上矿物时、K含量会明显 上升；而在还原条件下，地层水 中的铀在渗透带沉积，可使地层 的U含量高达20ppm。
因此在碳酸盐岩剖面中，自 然伽马能谱测井有助于区分岩性， 对剖面进行详细对比，更可靠地 估算泥质含量，寻找高产裂缝带 及确定施行增产措施的层位。
地球物理测井—核测井
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：Leabharlann 92U23890Th232
19K40
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。
火成岩 >变质岩> 沉积岩
二、常用GR强度单位 1、放射性强度单位 1居里：单位时间内发生衰变的原子核数。
1居里=1克镭的源强=1克镭当量/克（每克物质的放 射性强度单位相当于1克镭）=3.7*1010次/秒
2、放射性剂量单位
单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射 线强度为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位 是微伦琴/小时，单位时间内的射线剂量为剂量率。
地球物理测井—核测井
本节的重点： 岩石的自然放射性
自然伽马能谱测井（NGS）
GR曲线的应用及影响因素
2、同位素 同位素：质子数相同的同一类原子。 例：氢的同位素：氕、氘、氚
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伽马测井的核物理基础
3、核衰变
核衰变：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电 粒子（或），蜕变成另外某种原子核，同时放射出 伽马（）射线的过程。
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
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。 通常情况下：地层的GR值的高低主要取决与泥质含量
地球物理测井—核测井
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；
GR
自然伽马测井
回 的忆 大岩 小石 关的 系
石膏
地球物理测井—核测井
自然伽马测井
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：
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
的规律变化 即：
t:时间
N N0et
：衰变系数 N:放射性元素个数
地球物理测井—核测井
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

放射性元素不同，其半衰期也不同，见P135 4、放射性射线的性质
核衰变放出三种射线：、、
在特征能量峰处的伽马射线的强度最大
地球物理测井—核测井
二、NGS的测井原理
自然伽马能谱测井（NGS）
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）

GR GRmin GRmax GRmin
Vsh 2 gcurIsh 1 2 gcur 1
地球物理测井—核测井
自然伽马测井
3、进行地层对比 P147
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
地球物理测井—核测井
c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
地球物理测井—核测井
二、GR 测井基本原理
穿过
射线
泥浆
至 仪器 外壳
经传输 至地面 仪器处理
使与单位 时间的电 脉冲数成 正比
自然伽马测井
进入探 测器
记录连 续电流所产 生的电位差
GR曲线
见P141图3-7
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自然伽马测井
三、GR 曲线特征（均匀理想模型地层点测）
地球物理测井—核测井
自然伽马能谱测井（NGS）
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
三、NGS曲线应用 1、确定泥质含量
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
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自然伽马能谱测井（NGS）
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。
曲线特点
K、TU含量低，而铀含量高
地球物理测井—核测井
自然伽马能谱测井（NGS）
5、用TH/U比值研究沉积环境 TH/U>7 陆相沉积、氧化环境、风化层
TH/U<7 海相沉积、灰色、绿色页岩
TH/U<2 海相黑色页岩、磷酸盐岩
纯 的 碎 屑 岩 储 集 层 K 、 Th 、 U的含量均很低。但当这些岩 石中含有高放射性矿物（如独 居石、锆石等）时，纯砂岩的 K、Th、U含量也能显著增高。 右 图 中420-490ft 之间的膨润 土和凝灰岩薄层显示为低含钾、 高 含 铀 和 钍 。 775-900ft 之 间 为高含铀的砂岩地层。故总计 数率不能作为泥质指示曲线用。
纯的砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低，但有些地层 也可能具有很高的放射性，这些高放射性地层又可能是储集 层，此类储集层用普通自然伽马测井是无法识别的，而用自 然伽马能谱测井却往往能成功地将其和泥岩区别开。
渗透性地层中U含量的增高与地层水的活动有密切关系。 有些储集层还由于岩石骨架中含有放射性重矿物而显示为高 放射性地层。
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伽马测井的核物理基础
射线 射线
射线
带电 能量衰减快、 穿透能力弱
射程短
是频率很高 的电磁波、 能量高
穿透 能力强
射程长
中性粒子射线不是由核衰变产生的， 是由特殊的中子源产生的，特点是： 能量高、穿透力强
探测器能探测 到的射线：
中子射线、 射线
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伽马测井的核物理基础
2、井参数影响
d增加
裸眼井对GR吸收增加，但泥浆中所 含一定的放射性补偿了一部分，影响小
套管井：水泥环厚度增加-----GR减小
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3、统计涨落误差
由于涨落误差的存在， 实测的GR曲线出 现许多“小锯齿”
自然伽马测井
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4、测井速度
当h一定：GR受V测和时间 常数的影响t=h/v ； v增加，t<时间常数， 探测器无法全部探测 到地层发出的GR，导致 GR下降，还会使其发生 崎变，深度错位。
地球物理测井—核测井
伽马测井的核物理基础
它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用被伽玛 射线激发的物质的发光现象来探测射线的。
碘
化
伽玛射线
钠
晶
体
光电倍增 管电子数 逐级倍增
用单位时间记录的 脉冲数来反映伽玛 射线的强度