自然伽马能谱测井论文.doc

自然伽马能谱资料原理及粘土矿物方面应用

摘要：粘土矿物是储集层的重要组成部分,其含量及特性对油田开发效果有着较大的影响。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。自然伽马能谱测井就是在钻出的深井中，对地层的自然(天然)伽马射线进行能谱分析，由不同的能量的伽马射线强度确定地层中铀、钍、和钾的含量及其分布情况，从而评价地层的岩性、生油能力以及解决更多的地质和油田开发中的问题。

关键词：自然伽马能谱测井；沉积环境；生油岩；储集层；粘土矿物

1.引言
自然伽马能谱测井（naturalgamma-rayspectrallogging）是按不同能量范围记录自然伽马射线的一种测井方法。因为地层放出的伽马射线大多数是由三种放射性同位素——钾、钍、铀衰变产生的，所以自然伽马能谱测井可以给出地层中钾、钍、铀的含量。这些数据对于准确地确定储集层泥质含量、分析沉积环境和生油条件，以及划分岩性都是很有用的。此外，在钾盐矿床和某些钍变型金矿床也能取得满意的地质效果。
为了进一步研究储集层的有关特征，为油田开发生产提供一些基本的参数，了解储集层的泥质含量以及粘土矿物的种类，有着很现实的意义。运用自然伽马测井资料对储集层的有关特征进行描述，特别是泥质中粘土矿物含量的描述，这对当前的石油生产具有十分重要的意义。对于沉积岩层而言，由于粘土矿物对放射性元素有着强烈的吸附作用，沉积岩自然放射性的强弱与粘土矿物的含量密切相关。因此，可以利用自然伽马能谱测量数据来确定沉积岩粘土矿物的类型和成分。
2.自然伽马能谱资料原理
自然伽马能谱测井能直接测量地层中U、Th、K等元素的含量，以此来判断地层性质，定量计算可用于确定泥质含量、鉴别高渗透率、碳酸盐岩裂缝层的划分和粘土成分的确定；定性分析可用于对泥质地层生油岩特性的识别和沉积环境的研究.
2.1自然伽马能谱
自然伽马射线主要是由地层岩石中的238U放射系、232Th放射系和40K产生的。原始伽马射线能谱均呈现离散的线谱形态，而伽马射线触发伽马谱仪探测器后却得到连续的谱线，通常把这种连续谱称为伽马实测谱或仪器谱。在自然伽马能谱测井中，表征238U通常选用U系中214Bi发射的1．76Mev伽马射线；表征232Th选用Th系中208Tl发射的2．62Mev伽马射线；表征K只能用40K唯一的1．46Mev伽马射线.
2.2自然伽马能谱测井原理
自然伽马能谱测井可以同时做到强度测量和能谱分析，根据能量分析确定射线由哪一种核素发射，依据强度确定该种核素及其相应元素的含量。对自然伽马能谱信息利用最为充分的是多功能补偿自然伽马能谱测井仪，其测井过程如图1所示。

3粘土矿物的结构类型及其性质
3.1粘土矿物的结构类型
粘土是由细的、分散的含水层状构造硅酸盐矿物和链状硅酸盐矿物及含水的非晶质硅酸盐矿物组成。粘土矿物是由极小的、层状构造的硅酸盐组成,其内部质点(原子)在三维空间呈周期性排列。粘土矿物的基本结构是硅氧构成的四面体片或八面体,其结构比较复杂。在石油地质中,粘土矿物一般由伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石、伊利石与蒙脱石混层以及绿泥石与蒙脱石混层组成。
3.2粘土矿物的性质
粘土矿物具有不饱和电荷,比表面积大。这决定了粘土矿物具有吸附性、离子交换性、膨胀性、分散性、凝聚性和可塑性等特点。其吸附性分为物理性吸附和化学性吸附,这一特性决定了其在沉积过程中会吸附大量的放射性物质,从而导致在地层中由于泥质的增加,造成放射性含量的增加。不同粘土矿物对放射性元素铀、钍、钾的吸附能力不同,这在自然伽马能谱测井中所测得的铀、钍、钾的含量中就有所表现,因此可以利用自然伽马能谱测量数据来识别粘土矿物种类及其含量。要区分粘土矿物种类及其含量,首先应该知道不同粘土矿物的一些性质。

4.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。
4.1评价生