铀的化学性质活泼，是典型的亲氧 元素，在化合物中呈正4价 和正6价。在自然界U6+和U4+相互转化，是铀的地球化学过程的主 要特点。
岩浆岩中铀含量，从酸性、中性、基性到超基性岩逐渐减少。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
① 铀的地球化学特征
在氧化环境中，酸性岩浆岩中的4价铀矿物被风化，在蚀变和 淋滤过程中，不溶于水的4价铀矿物转化为可溶于水的6价铀盐。6 价铀通常以络阳离子(UO2)2+的形式存在，并以溶液方式运移。进入 还原环境时，6价铀又转化为4价铀而沉积。
几乎所有陨石的钍铀比(Th／U)都等于3～4；而在岩浆岩中Th／U也 几乎是定值，多数在4左右。在氧化环境中，铀和钍会发生明显地分离。 钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主。粘土矿物对钍的选择 性吸附、以及钍在稳定矿物中的存在，是控制沉积岩中钍分布的主要因 素。钍常作为粘土矿物指示剂，钍铀比可指示沉积环境和岩性。
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
自然伽马能谱测井
自然伽马测井探测的是自然伽马射线总强度，它反映的是地层 中所有放射性元素的总效应，而不能区分地层中所含放射性元素的 种类及含量。
在此基础上，发展起来的自然伽马能谱测井(NGS)，采用能谱分 析的办法，可以定量测定铀、钍、钾的含量，同时，还给出地层总 的伽马放射性强度。所以自然伽马能谱测井可以解决更多的勘探和 开发中的地质问题。
榆林242井高伽马异常层 （榆林242井位于盆地东北部）
煤层
煤层底板炭质泥 岩呈高伽马，铀
丰度高。
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境
鄂尔多斯盆地已发现的 铀矿化均为砂岩型铀矿。
到目前为止，盆地内发 现大型铀矿1处，小型铀矿 床2处，矿点8个，矿化点数 10个，总体上构成环盆周边 分布的5个砂岩型铀矿集中 区。
大约有60%的铀在副矿物中，30%为活性铀，而造岩矿物中只 占10%。
所谓活性铀是指：①被吸附的铀；②易溶的铀矿物；③变生矿 物中的铀；④溶解于液体包裹体和颗粒间液体中的铀。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
② 钍的地球化学特征
钍化合价以4价为主，4价钍和4价铀关系密切，常呈类质同象置换。 钍和铀经常是共生的，钍、铀比被认为是太阳系的基本比值之一。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
① 岩浆岩
岩浆岩中铀、 钍和钾含量和钍 铀比见表。
蚀变岩石与未蚀变岩石相比，通常近 矿蚀变围岩中的铀含量会普遍升高，蚀变 岩石中活性铀含量也高于未蚀变岩石。不 同时代或不同地区的同一种岩性的岩石， 铀、钍、钾含量也有差异。一般来说。时 代越新，岩石铀含量也越高。
计算方法同于自然伽马测井,定量计算公式形式: △GR= (GR-GRmin)/(GRmax-GRmin) Vsh=(2c·△GR-1)/(2c-1)
其中老地层 C=2, 新地层 C=3.7—4
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境 统计表明：陆相沉积、氧化环境、风化层，Th／U＞7； 海相沉积、灰色或绿色页岩，Th／U＜7； 海相黑色页岩、磷酸盐岩，Th／U＜2。 用Th/U、U/K和Th／K比值还可研究许多其它地质问题，如从
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
② 沉积岩 A. 粘土岩中铀(238U)、钍(232Th)和钾(40K)的分布
一般说来，普通粘土岩中钾和钍的含量 高，而铀相对钾和钍来说含量较低。统计表 明粘土岩中平均含量：钾2％，铀6ppm，钍 12ppm。在还原环境中，铀的含量会增高， 如黑色海相页岩中铀含量可高达l00ppm。还 原环境下，若粘土中富含有机物或硫化物时 ，铀含量明显增高。
钍系的主要γ辐射体是Th208，特征γ射线的能量是2.62MeV。在自 然γ能谱测井中，主要根据这一特征峰确定钍在地层中的含量。
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(1) 铀、钍和钾的地球化学特征
③ 钾的地球化学特征
钾有三个天然同位素，K39、K40和K41，其中K40是放射性同位素，它 发射1.46 MeV的γ 光子。
一般情况，粘土岩中钍与铀含量之比 (Th／U)在2.0～4.1。
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
② 沉积岩 B. 砂岩和碳酸盐岩中铀、钍和钾的分布
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
2、自然伽马能谱测井原理
从解谱仪输出信号送至照像记录设备进行记录 。最后输出四个量：自然伽马总计数率(SGR)，钍 含量(THOR)、铀含量(URAN)、钾含量(POTA)。
谱特征有 包含情形
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
1、自然伽马能谱测井的地质基础
(2) 铀、钍和钾在岩石中的分布
① 岩浆岩
已知的铀矿物和含铀矿物主要是铀的氧化物、含氧盐以及少量氢氧化物 和有机化合物。在岩浆岩中酸性岩的铀、钍含量最高，大约比中性岩高1倍 ，比基性岩高6倍，比超基性岩高1000倍。酸性岩和中性岩中的钾含量比基 性岩、超基性岩高。
大体上说，岩浆岩中铀的含量随Na、K、Si的含量增高而增高。花岗岩 富铀，碱性岩则相对富钍。在酸性岩中，一部分铀因铁、镁沉淀剂作用形成 钛铀矿、钍、铀矿、晶质铀矿等显微包裹体分散在多种造岩矿物(如黑云母 、角闪石)中，而大部分铀则呈类质同象混入物形式进入到副矿物(如锆石、 榍石、揭帘石、独居石、烧绿石等)中。分散在造岩矿物中的铀约占10％， 分散在副矿物中的约占60％，还有30％以上的铀可呈活性铀分散吸附在各种 矿物颗粒的表面，或溶于毛细水或薄膜水中。
鄂尔多斯盆地铀矿分布图
4、自然伽马能谱测井资料的应用
鄂尔多斯盆地油、气、煤、铀共存关系
THE END
富含有机质生 油层
页岩
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑵ 求泥质含量 研究发现，地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系，
而与地层的铀含量关系较小。 因为铀除了伴随碎屑沉积存在外，还与地层的有机质含量以及一
些含铀重矿物的含量等因素有关，所以一般不用铀含量求泥质含量， 而用总计数率、钍含量和钾含量的测井值计算泥质含量。
化学沉积物到碎屑沉积物Th／U比增加，随着沉积物的成熟度增加 ，Th/K比增大。
用Th/U、U/K和Th／K比值还可以识别粘土矿物。
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑶ 用Th/U比值研究沉积环境
深部高伽马异常 层岩性主要为泥岩、 炭质泥岩等。右图异 常层为二叠系太原组 煤层底板炭质泥岩。 声波时差曲线幅值比 煤层小，电阻率电位 比煤层低，自然伽马 呈明显高值，高达 260API。
自然界中的有机质，一来自水生有机物， 二来自陆生植物。它们与铀之间都有亲和力存 在。虽然这种亲和力机理还在研究中。但这种 亲和力使有机质与铀含量有明显相关关系。
这种现象的另一种解释是，海水中的铀离 子与其他微量元素为浮游生物所吸附；陆生植 物的腐质酸也容易吸附铀离子。从而，源岩的 自然放射性明显高于非源岩，并且这种增加是 铀引起的。
2、自然伽马能谱测井原理
(2)测井原理 五个能窗输出的信号分别送入五个计数器进行
计数。由于钾窗的计数率中含有少量铀、钍γ射线 的成分，U窗中亦含有少量Th的成分，Th窗中又含 有少量U的成分。所以各窗的计数率并不仅仅反映 对应的元素的含量，因而还需要解谱。
所谓解谱就是对各能窗均综合考虑三种元素的 贡献，列出方程组求解。解线性方程组的仪器装置 叫解谱仪。
自然伽马能谱测井是根据铀、钍、钾三种放射性元素在衰变时放 出的γ射线能谱不同，测定地层中铀、钍、钾含量的一种测井方法。
(1)自然伽马能谱 K40只有能量为1.46MeV伽马射
线，铀系和钍系有各种能量伽马射 线，但大部分分布在1.3MeV以下。
钍系在2.62MeV处有一明显峰值 ，可作为钍系的特征谱；
3、自然伽马能谱测井曲线特征
曲线特征同 自然伽马测井
曲线特征☺
自然伽马能谱测井 学习内容
1、自然伽马能谱测井的地质基础 2、自然伽马能谱测井原理 3、自然伽马能谱测井曲线特征 4、自然伽马能谱测井资料的应用
4、自然伽马能谱测井资料的应用
⑴ 研究生油层
大量研究表明，岩石中的有机物对铀富集 起着重要作用，因此应用自然伽马能谱测井， 可在纵向和横向上，追踪生油层和评价生油层 生油能力。
铀系在1.76MeV处也出现一个峰 值，作为铀系的特征谱。
1.46MeV
2.62MeV 1.76MeV
0.5
2、自然伽马能谱测井原理
(2)测井原理 自然伽马能谱测井仪的下井仪器与自然伽马测井仪基本相同，使
用NaI闪烁计数器，将入射的伽马射线能量的大小以脉冲的幅度大小输 出，不同之处是地面仪器部分，其测量原理如图。
钾在岩浆岩中的含量随SiO2的增加而增高。 含钾的硅酸岩矿物易于被风化分解，钾被淅出并被流水所雨水中钾含量为0.2～3 ppm(0.2～3g／t)。岩石风化后，一部分钾被带入河 流、湖泊、海洋和潜水中。 钾的离子半径较大，极化率高，易于被粘土矿物所吸收，所以钾能大 量停留在大陆上，而仅有0.038％的钾被带入海洋。
自然伽马能谱测井
Natural gamma ray spectrometry log or Spectral gamma-ray log
西安石油大学 油气资源学院 赵军龙
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