地球物理測(cè)＃（第三章）核測(cè)井、GR測(cè)井

1、 地地 球球 物物 理理 測(cè)測(cè) 井井第三章第三章 核測(cè)井（核測(cè)井（放射性測(cè)井放射性測(cè)井）心胸有多大，事業(yè)就有多大心胸有多大，事業(yè)就有多大包容有多少，擁有就有多少包容有多少，擁有就有多少1.;2021-03-28地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井核測(cè)井（核測(cè)井（放射性測(cè)井放射性測(cè)井）：）：以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的一組測(cè)井方法礎(chǔ)的一組測(cè)井方法。它是根據(jù)巖石及其孔隙流體和井內(nèi)介質(zhì)它是根據(jù)巖石及其孔隙流體和井內(nèi)介質(zhì)（套管、水泥等）的核物理性質(zhì)，研究鉆井地質(zhì)剖面，尋找有用（套管、水泥等）的核物理性質(zhì)，研究鉆井地質(zhì)剖面，尋找有用礦藏，研究油田開發(fā)工程的一類測(cè)井方法

2、。礦藏，研究油田開發(fā)工程的一類測(cè)井方法。核測(cè)井的適用條件：一般的泥漿井、油基泥漿井、核測(cè)井的適用條件：一般的泥漿井、油基泥漿井、高礦化度泥漿井、空氣鉆井（裸眼井、套管井）高礦化度泥漿井、空氣鉆井（裸眼井、套管井）核測(cè)井的優(yōu)點(diǎn)：核測(cè)井的優(yōu)點(diǎn)：伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ) 它是唯一能夠確定它是唯一能夠確定巖石及其孔巖石及其孔隙流體化學(xué)元素含量隙流體化學(xué)元素含量的測(cè)井方法的測(cè)井方法 。地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)一、原子核的衰變及放射性一、原子核的衰變及放射性1 1、原子的結(jié)構(gòu)、原子的結(jié)構(gòu)原子：由原子核及其核外電子層組成的一種很微小

3、的粒子。原子：由原子核及其核外電子層組成的一種很微小的粒子。原子核由原子核由質(zhì)子質(zhì)子和和中子中子組成組成2 2、同位素、同位素同位素：質(zhì)子數(shù)相同的同一類原子。同位素：質(zhì)子數(shù)相同的同一類原子。例：氫的同位素：氕、氘、氚例：氫的同位素：氕、氘、氚地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3 3、核衰變、核衰變放射性：放射性： 自發(fā)地釋放出自發(fā)地釋放出 、 ， 射線的性質(zhì)射線的性質(zhì)放射性核衰變的規(guī)律：放射性核數(shù)隨時(shí)間按指數(shù)遞減的規(guī)律放射性核衰變的規(guī)律：放射性核數(shù)隨時(shí)間按指數(shù)遞減的規(guī)律變化。變化。 即：即：teNN0N:N:放射性元素個(gè)數(shù)放射性元素個(gè)數(shù)t:t:

4、時(shí)間時(shí)間 ：衰變系數(shù)衰變系數(shù)核衰變核衰變：放射性元素的原子核自發(fā)地釋放出一種帶電粒子：放射性元素的原子核自發(fā)地釋放出一種帶電粒子（ 或或 ），蛻變成另外某種原子核，同時(shí)放射出伽馬（），蛻變成另外某種原子核，同時(shí)放射出伽馬（ ）射線的過程。射線的過程。地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)半衰期半衰期：從：從N N0 0個(gè)原子開始衰變到個(gè)原子開始衰變到N N0 0/2/2時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。 用用T T表示：表示：2lnT放射性元素不同，其半衰期也不同（放射性元素不同，其半衰期也不同（見見P P115115）4 4、放射性射線的性質(zhì)、放射

5、性射線的性質(zhì)核衰變放出三種射線：核衰變放出三種射線： 、 、 地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ) 射線射線 射線射線能量衰減快、能量衰減快、穿透能力弱穿透能力弱射程短射程短帶電帶電 射線射線是頻率很高是頻率很高的電磁波、的電磁波、能量高能量高穿透能穿透能力強(qiáng)力強(qiáng)射程長(zhǎng)射程長(zhǎng)中性粒子射線中性粒子射線不是由核衰變產(chǎn)生的，不是由核衰變產(chǎn)生的，是由特殊的中子源產(chǎn)生的，特點(diǎn)是：是由特殊的中子源產(chǎn)生的，特點(diǎn)是：能量高、穿透力強(qiáng)能量高、穿透力強(qiáng)探測(cè)器能探測(cè)探測(cè)器能探測(cè)到的射線：到的射線： 中子射線、中子射線、 射線射線地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性

6、測(cè)井伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)二、常用二、常用GRGR強(qiáng)度單位強(qiáng)度單位1 1、放射性強(qiáng)度單位、放射性強(qiáng)度單位2 2、放射性劑量單位、放射性劑量單位1 1居里：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。居里：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。1 1居里居里=1=1克鐳的源強(qiáng)克鐳的源強(qiáng)=1=1克鐳當(dāng)量克鐳當(dāng)量/ /克（每克物質(zhì)的放射性強(qiáng)度克（每克物質(zhì)的放射性強(qiáng)度單位相當(dāng)于單位相當(dāng)于1 1克鐳）克鐳）=3.7=3.7* *10101010次次/ /秒秒單位質(zhì)量的物質(zhì)被射線照射時(shí)所吸收的能量來度量射線強(qiáng)度單位質(zhì)量的物質(zhì)被射線照射時(shí)所吸收的能量來度量射線強(qiáng)度為放射性劑量。用倫琴表示。而測(cè)井用的單位是為放射

7、性劑量。用倫琴表示。而測(cè)井用的單位是微倫琴微倫琴/ /小小時(shí)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的射線劑量為劑量率。，單位時(shí)間內(nèi)的射線劑量為劑量率。地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3 3、條件單位、條件單位三、三、核衰變的統(tǒng)計(jì)漲落核衰變的統(tǒng)計(jì)漲落同一放射性元素在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，衰變次數(shù)不完全相同，同一放射性元素在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，衰變次數(shù)不完全相同，總是總是圍繞一平均值上下起伏圍繞一平均值上下起伏。統(tǒng)計(jì)漲落是由核衰變統(tǒng)計(jì)漲落是由核衰變本身的特性本身的特性所決定的，與環(huán)境和人的因素所決定的，與環(huán)境和人的因素?zé)o關(guān)。無關(guān)。測(cè)井時(shí)記錄的是測(cè)井時(shí)記錄的是單位時(shí)間的脈沖數(shù)單

8、位時(shí)間的脈沖數(shù)，不同的儀器記錄器在，不同的儀器記錄器在統(tǒng)統(tǒng)一一標(biāo)準(zhǔn)下刻度。標(biāo)準(zhǔn)下刻度。采取相同的單位：采取相同的單位：微倫琴微倫琴/ /小時(shí)小時(shí) APIAPI地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)它它由光電倍增管和碘化鈉晶體組成由光電倍增管和碘化鈉晶體組成。它是利用被伽瑪射線激發(fā)的。它是利用被伽瑪射線激發(fā)的物質(zhì)的發(fā)光現(xiàn)象來探測(cè)射線的。物質(zhì)的發(fā)光現(xiàn)象來探測(cè)射線的。伽瑪射線伽瑪射線碘碘化化鈉鈉晶晶體體光電光電倍增倍增管電管電子數(shù)子數(shù)逐級(jí)逐級(jí)倍增倍增大量電子最后到大量電子最后到達(dá)陽極使陽極電達(dá)陽極使陽極電壓瞬時(shí)下降產(chǎn)生壓瞬時(shí)下降產(chǎn)生電壓負(fù)脈沖，輸電壓負(fù)脈

9、沖，輸入測(cè)量線路予以入測(cè)量線路予以記錄記錄用單位時(shí)間記錄的脈沖數(shù)來反映用單位時(shí)間記錄的脈沖數(shù)來反映伽瑪射線的強(qiáng)度伽瑪射線的強(qiáng)度地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井GRGR測(cè)量的是測(cè)量的是巖層的自然放射性強(qiáng)度巖層的自然放射性強(qiáng)度（不用任何放射性源）（不用任何放射性源）一、巖石的自然放射性一、巖石的自然放射性巖石中主要的放射性元素：巖石中主要的放射性元素：9292U U238 238 9090ThTh232232 1919K K4040巖石的自然放射性強(qiáng)度主要取決于其三者的比例，巖石的自然放射性強(qiáng)度主要取決于其三者的比例，其含量與巖性以其含量與巖性以及形成過程中的物

10、理化學(xué)條件有關(guān)及形成過程中的物理化學(xué)條件有關(guān)，因此，巖性不同，因此，巖性不同，GRGR不同。不同。 火成巖火成巖 變質(zhì)巖變質(zhì)巖 沉積巖沉積巖地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井沉積巖骨架不含重礦物，除鉀巖外，其他巖石本身基本上不含沉積巖骨架不含重礦物，除鉀巖外，其他巖石本身基本上不含放射性，但在形成過程中會(huì)多少地吸附些放射性元素。放射性，但在形成過程中會(huì)多少地吸附些放射性元素。強(qiáng)度最低的：強(qiáng)度最低的：硬石膏、石膏、不含鉀的鹽巖硬石膏、石膏、不含鉀的鹽巖強(qiáng)度較低的：強(qiáng)度較低的：砂巖、灰?guī)r、白云巖砂巖、灰?guī)r、白云巖強(qiáng)度較高的：淺海相和陸相沉積的強(qiáng)度較高的：淺海相和陸

11、相沉積的泥巖泥巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、含砂泥巖等含砂泥巖等強(qiáng)度高的：強(qiáng)度高的：鉀巖、深水泥巖、頁巖鉀巖、深水泥巖、頁巖強(qiáng)度最高的：強(qiáng)度最高的：放射性軟泥、澎土巖、火山灰放射性軟泥、澎土巖、火山灰除了鉀巖及骨架含放射性元素的巖石外，巖石的除了鉀巖及骨架含放射性元素的巖石外，巖石的GRGR強(qiáng)強(qiáng)度隨巖石顆粒變細(xì)而增加。度隨巖石顆粒變細(xì)而增加。通常情況下：地層的通常情況下：地層的GRGR值的高低主要取決于泥質(zhì)含量值的高低主要取決于泥質(zhì)含量地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井沉積巖的自然放射性有以下變化規(guī)律：沉積巖的自然放射性有以下變化規(guī)律：a.a.隨泥質(zhì)含量的增加而增加隨泥質(zhì)含

12、量的增加而增加；b.b.隨有機(jī)物含量增加而增加隨有機(jī)物含量增加而增加，如瀝青質(zhì)泥巖的放射性很高。在還原，如瀝青質(zhì)泥巖的放射性很高。在還原條件下，六價(jià)鈾能被還原成四價(jià)鈾，從溶液中分離出來而沉淀在地條件下，六價(jià)鈾能被還原成四價(jià)鈾，從溶液中分離出來而沉淀在地層中，且層中，且有機(jī)物容易吸附含鈾和釷的放射性物質(zhì)有機(jī)物容易吸附含鈾和釷的放射性物質(zhì)；c.c.隨著鉀鹽和某些放射性礦物的增加而增加隨著鉀鹽和某些放射性礦物的增加而增加。 自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井泥漿泥漿儀器儀器 外殼外殼進(jìn)入探進(jìn)入探測(cè)器測(cè)器記錄連記錄連續(xù)電流所產(chǎn)續(xù)電流所產(chǎn)生的電位

13、差生的電位差穿過穿過至至經(jīng)傳輸經(jīng)傳輸至地面至地面儀器處理儀器處理使與單位使與單位時(shí)間的電時(shí)間的電脈沖數(shù)成脈沖數(shù)成正比正比 射線射線GRGR曲線曲線見見P120P120圖圖7-67-6砂泥巖剖面砂泥巖剖面GRGR測(cè)井曲線測(cè)井曲線二、二、GR GR 測(cè)井基本原理測(cè)井基本原理地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井三、三、GR GR 曲線特征（均勻理想模型地層點(diǎn)測(cè)）曲線特征（均勻理想模型地層點(diǎn)測(cè)）GRGR（APIAPI）當(dāng)當(dāng)上下圍巖相同上下圍巖相同時(shí)，時(shí)，曲線曲線對(duì)稱對(duì)稱于地層中于地層中部，部，低低放射性地層對(duì)放射性地層對(duì)應(yīng)應(yīng)GRGR低低，高高放射性放射性地層對(duì)應(yīng)地層對(duì)應(yīng)

14、GRGR高高h(yuǎn)3dh3d 曲線幅度曲線幅度不受不受巖層厚度的影響；巖層厚度的影響；h3d h3d 曲線的最大或曲線的最大或最小最小受巖層厚度受巖層厚度的的影響（影響（？）地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井四、影響因素四、影響因素1 1、巖層厚度的影響、巖層厚度的影響2 2、井參數(shù)影響、井參數(shù)影響d d增加增加裸眼井：對(duì)裸眼井：對(duì)GRGR吸收增加，但泥漿中所含一定吸收增加，但泥漿中所含一定的放射性補(bǔ)償了一部分，影響小的放射性補(bǔ)償了一部分，影響小套管井：水泥環(huán)厚度增加套管井：水泥環(huán)厚度增加-GR-

15、GR減小減小巖層厚度增加或減小，巖層厚度增加或減小，GRGR曲線減小或增大。曲線減小或增大。地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井3 3、統(tǒng)計(jì)漲落誤差、統(tǒng)計(jì)漲落誤差由于漲落誤差的存在，由于漲落誤差的存在，實(shí)測(cè)的實(shí)測(cè)的GRGR曲線出現(xiàn)許曲線出現(xiàn)許多多“小鋸齒小鋸齒”地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井4 4、測(cè)井速度、測(cè)井速度V V增加增加V V合適合適GRGR（APIAPI）滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象積分電路的特點(diǎn)所至積分電路的特點(diǎn)所至當(dāng)當(dāng)h h一定：一定：GRGR受受V V測(cè)測(cè)和時(shí)間和時(shí)間常數(shù)的影響常數(shù)的影響t=h/vt=h/v；v v增加

16、，增加，tt7 TH/U7 陸相沉積、氧化環(huán)境、風(fēng)化層陸相沉積、氧化環(huán)境、風(fēng)化層TH/U7 TH/U7 海海相沉積、灰色、綠色頁巖相沉積、灰色、綠色頁巖TH/U2TH/U2 海相黑色頁巖、磷酸鹽巖海相黑色頁巖、磷酸鹽巖地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井 純的碎屑巖儲(chǔ)集層純的碎屑巖儲(chǔ)集層K K、ThTh、U U的含量的含量均很低。但當(dāng)這些巖石中含有高放射性均很低。但當(dāng)這些巖石中含有高放射性礦物（如獨(dú)居石、鋯石等）時(shí)，純砂巖礦物（如獨(dú)居石、鋯石等）時(shí)，純砂巖的的K K、ThTh、U U含量也能顯著增高。右圖中含量也能顯著增高。右圖中420-49

17、0ft420-490ft之間的膨潤(rùn)土和凝灰?guī)r薄層之間的膨潤(rùn)土和凝灰?guī)r薄層顯示為低含鉀、高含鈾和釷。顯示為低含鉀、高含鈾和釷。775-775-900ft900ft之間為高含鈾的砂巖地層。故總之間為高含鈾的砂巖地層。故總計(jì)數(shù)率不能作為泥質(zhì)指示曲線用。計(jì)數(shù)率不能作為泥質(zhì)指示曲線用。高放射性碎屑巖儲(chǔ)集層高放射性碎屑巖儲(chǔ)集層地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井放射性測(cè)井放射性測(cè)井 和碎屑巖儲(chǔ)集層一樣，純的碳酸鹽巖和碎屑巖儲(chǔ)集層一樣，純的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集層K K、U U、ThTh的含量都很低。但當(dāng)?shù)貙拥暮慷己艿汀５?dāng)?shù)貙又杏锈泬A、長(zhǎng)石和粘上礦物時(shí)、中有鉀堿、長(zhǎng)石和粘上礦物時(shí)、K K含量會(huì)明含量會(huì)明顯上升；而在還原條件下，地層水中的鈾顯上升；而在還原條件下，地層水中的鈾在滲透帶沉積，可使地層的在滲透帶沉積，可使地層的U U含量高達(dá)含量高達(dá)20ppm20ppm。 因此在碳酸鹽巖剖面中，自然伽馬能因此在碳酸鹽巖剖面中，自然伽馬能譜測(cè)井有助于區(qū)分巖性，對(duì)