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第七章自然伽马测井第七章自然伽马测井 自然伽马测井自然伽马测井 （（ natural gamma_ray log natural gamma_ray log ）） PDF created with pdfFactory Pro trial version 自然伽马测井自然伽马测井 岩石中含天然放射性核素，主要有岩石中含天然放射性核素，主要有铀系，铀系， 钍系和钾钍系和钾，自然衰减时产生，自然衰减时产生伽马射线伽马射线，使岩，使岩 石具有天然放射性。石具有天然放射性。 自然伽马测井用伽马射线探测器测量岩石自然伽马测井用伽马射线探测器测量岩石 的的总的自然伽马射线强度总的自然伽马射线强度，以研究井剖面地，以研究井剖面地 层性质的方法。层性质的方法。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 1 岩石的自然伽马放射性岩石的自然伽马放射性 一、放射性核素和核衰变一、放射性核素和核衰变 1、原子和原子核1、原子和原子核 质子数质子数Z Z 中子数N 中子数N 质量数质量数A A AZNAZN PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、2、核素核素和同位素和同位素 核素核素原子核中具有一定数目的质子和中子，原子核中具有一定数目的质子和中子， 并处在同一并处在同一能态上能态上的同类原子（或原子核）。的同类原子（或原子核）。 同一核素的原子核中，同一核素的原子核中，质子数和中子数都分别质子数和中子数都分别 相等相等。。 同位素原子核中同位素原子核中质子数相同质子数相同而中子数不同而中子数不同 的原子，它们在元素周期表中占同一位置。的原子，它们在元素周期表中占同一位置。 核素表示核素表示 ZXA PDF created with pdfFactory Pro trial version 3、稳定核素和放射性核素3、稳定核素和放射性核素 原子核能原子核能自发的发生衰变自发的发生衰变，， 由一由一种种核素变核素变为另为另一一种种核素。核素。 稳定核素稳定核素原子核不能自发的变原子核不能自发的变为另为另一一种种核。核。 放射性核素衰变时能发射放射性核素衰变时能发射α，，β 和和 γ射线射线 PDF created with pdfFactory Pro trial version 核衰变放射性核素的原子核核衰变放射性核素的原子核自发的由一自发的由一种种 核素变核素变成另成另一一种种核素的核素的过程过程。。 γβ β →→ → − − 40 18 *40 18 40 19 40 20 40 19 AAK CaK K1.46Mev PDF created with pdfFactory Pro trial version 4、核衰变定律4、核衰变定律 t eNN λ− 0 式中 N式中 N0 0t0 时的原子核数。t0 时的原子核数。 N N 时刻 t 的原子核数。时刻 t 的原子核数。 λ衰变常数。表示单位时间内每个原子核衰变常数。表示单位时间内每个原子核 发生衰变的几率。发生衰变的几率。 半半衰期衰期T T1/2 1/2 放射性核素因衰变而减少到原来一半所放射性核素因衰变而减少到原来一半所 需的时间。需的时间。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 5、放射性活度（强弱的度量单位）5、放射性活度（强弱的度量单位） 放射性放射性活活度度一定量的放射性核素在一定量的放射性核素在单单位时位时间内间内 发生衰变的核数发生衰变的核数。。 旧的强度单位为居里（Ci，1Ci3.7旧的强度单位为居里（Ci，1Ci3.7101010 10次核衰变/s 次核衰变/s 新的活度单位命名为新的活度单位命名为“贝可勒尔贝可勒尔”，简称，简称“贝可贝可”，符号，符号 为Bq。1Bq1次核衰变/s， 1Ci3.7为Bq。1Bq1次核衰变/s， 1Ci3.7101010 10 BqBq PDF created with pdfFactory Pro trial version 二、岩石中的放射性核素二、岩石中的放射性核素 自然界的自然界的元素有元素有9292种；种； 已发现的天然已发现的天然核素核素约有约有330330多种，其中多种，其中273273种种 为为稳定核素稳定核素，，6060余种余种为放射性核素；为放射性核素； 质量数小于质量数小于209209的大多数是稳定核素，只有的大多数是稳定核素，只有 少数是放射性核素，如K少数是放射性核素，如K40 40、Co 、Co60 60、Cs 、Cs137 137 ；； 而质量数大于而质量数大于209209的全部是放射性核素。的全部是放射性核素。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 1、主要放射性核素1、主要放射性核素 对岩石自然伽马放射性其决定作用的是对岩石自然伽马放射性其决定作用的是铀系铀系 （（ U U238 238）、 钍系（ ）、 钍系（ThTh232 232））和放射性核素 和放射性核素K K40 40。 。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 三、岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系三、岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系 1、与三大类岩石的关系1、与三大类岩石的关系 岩岩浆浆岩岩及及变质岩变质岩自然伽马放射性自然伽马放射性高于沉积高于沉积 岩，岩，它含有它含有较多较多的放射性的放射性矿物矿物。。 （（锆锆石，石，独居独居石，石，揭帘揭帘石、石、角闪角闪石石及辉及辉石石等）等） 沉积沉积岩岩一一般沉积般沉积岩的自然伽马放射性岩的自然伽马放射性低于低于岩岩 浆浆岩和变质岩。一岩和变质岩。一般般不含放射性不含放射性矿物矿物，，其其自然自然 放射性主要放射性主要是是岩石岩石吸附吸附放射性放射性物物质质引起引起的，岩的，岩 石石吸附吸附能能力又力又有有限限。。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、沉积岩的放射性2、沉积岩的放射性 粘土粘土岩放射性岩放射性最高最高，而，而石石膏膏、、硬硬石石膏膏、、盐盐 岩 等放射性岩 等放射性最低最低，，其其它岩类在它们它岩类在它们之间之间; ; 沉积沉积岩的自然放射性岩的自然放射性随随岩石岩石泥泥质含量质含量增加增加 而而增加增加（含放射 性（含放射 性矿物矿物的岩石的岩石除外除外）） PDF created with pdfFactory Pro trial version 一、光电效应一、光电效应 当当伽马伽马光光子子与物质原与物质原 子中的子中的束缚电束缚电子子作用作用 时，光子把全部能量时，光子把全部能量 转移给某个束缚电转移给某个束缚电 子，使之发射出去子，使之发射出去 （（光电光电子子），而光子），而光子 本身消失掉。本身消失掉。 2 伽马射线与物质的作用和探测伽马射线与物质的作用和探测 PDF created with pdfFactory Pro trial version 二、康普顿效应二、康普顿效应 伽马伽马光光子子与与原子的原子的 核核外电外电子子发生发生非弹非弹 性性碰撞碰撞，一部分能，一部分能 量转移给电子，使量转移给电子，使 它脱离原子成为它脱离原子成为反反 冲电冲电子子，而光子，而光子 （（散散射射光光子子）的能）的能 量和运动方向发生量和运动方向发生 变化。变化。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 三、电子对效应三、电子对效应 当伽马光子从原子核当伽马光子从原子核 旁经过时，在原子核旁经过时，在原子核 的库仑场的作用下，的库仑场的作用下， 伽马伽马光光子子转转变变为为一一个个 正电正电子和一子和一个个负电负电 子子，这种过程称为电，这种过程称为电 子对效应。子对效应。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 四、伽马射线的探测四、伽马射线的探测 1、基本原理1、基本原理 伽马光子与探测器发生三种效应，产生次级电子伽马光子与探测器发生三种效应，产生次级电子 使使气体电离气体电离，产生，产生电电 离电荷离电荷 使使NaINaI 晶体激晶体激发，产发，产 生生荧光荧光 产生的产生的电电子子到到达阳极达阳极，，输输 出出一一个个负电压脉冲负电压脉冲 在在光阴极光阴极上上打出电打出电子，使子，使电电 子子迅速增迅速增多多形形成成电电子子束束，在，在 阳极阳极上产生一上产生一个个负电压脉冲负电压脉冲 计计数数管管 闪闪烁计烁计数器数器 v记录记录一一个个伽马伽马光光子，子，输出输出一一个个电脉冲电脉冲 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2.基本术语2.基本术语 （（1 1））计计数数率率探测器探测器每每分分钟输出钟输出的的脉冲脉冲个个数数，，计计数数率率 的的大小与大小与入入射的射的射线的强度射线的强度成成正比正比。。 （（2 2）探测）探测效效率率输出输出的的脉冲脉冲数占数占入入射射粒粒子数的子数的百百分分比比。。 计计数数管管约约11，闪烁计数器，闪烁计数器2020左右左右 PDF created with pdfFactory Pro trial version 3 自然伽马测井自然伽马测井自然伽马测井自然伽马测井 用自然伽马探测用自然伽马探测 器测量地层总的自然器测量地层总的自然 伽马放射性的强度，伽马放射性的强度， 研究地层性质的测井研究地层性质的测井 方法方法 主要用主要用于于划划分岩分岩 性，性，计算泥计算泥质含量等质含量等 PDF created with pdfFactory Pro trial version 一、自然伽马测井曲线一、自然伽马测井曲线 1. 1.测井测井仪标准化仪标准化 （（1 1））标准标准刻刻度井度井 由于仪器计数效率不同，电子线路和仪器由于仪器计数效率不同，电子线路和仪器 外壳的吸收条件等差别，都会造成对于外壳的吸收条件等差别，都会造成对于同一同一 测量测量对对象得象得到到不同的不同的计计数数率率的现象，需要统的现象，需要统 一记录单位。一记录单位。 低放射性地层两个，高放射性地层一个（在中低放射性地层两个，高放射性地层一个（在中 间，模拟泥岩，总放射性是低放射性地层的2倍间，模拟泥岩，总放射性是低放射性地层的2倍）） PDF created with pdfFactory Pro trial version （2）API单位（2）API单位 美国石油学会（American Petroleum Institute）规定美国石油学会（American Petroleum Institute）规定 200API200API高高放射性地层放射性地层计计数数率率−低低放射性地层放射性地层计计数数率率 对不同的仪器，一个API单位对应的计数率是不同对不同的仪器，一个API单位对应的计数率是不同 的，从而可使不同的仪器对相同的测量对象得出相同的，从而可使不同的仪器对相同的测量对象得出相同 的API读数。的API读数。 一级刻度井全国统一的刻度井。一级刻度井全国统一的刻度井。 二级刻度井各油田建立的自己的刻度井。二级刻度井各油田建立的自己的刻度井。 三级刻度井用伽马源现场刻度。三级刻度井用伽马源现场刻度。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 例例标准标准刻刻度井中，度井中，高高放射性地层强度放射性地层强度为为400400个个光光子子/ /分分钟钟，， 低低放射性地层强度放射性地层强度为为200200个个光光子子/ /分分钟钟；；甲甲探测器的探测探测器的探测效效率为率为 1010，，乙乙探测器探测器为为2020；； 在刻度井中刻度在刻度井中刻度 甲一个API单位对应的计数率甲一个API单位对应的计数率 40010−200 10 200 0.1 乙乙一一个个APIAPI单单位位对对应应的的计计数数率率 40020−200 20 200 0.2 PDF created with pdfFactory Pro trial version 甲探测器得到的计数率为甲探测器得到的计数率为3030个个脉冲脉冲/ /分分钟钟，， 而API单位为30/0.1而API单位为30/0.1300 API300 API 乙探测器得到的计数率为乙探测器得到的计数率为6060个个脉冲脉冲/ /分分钟钟，， 而API单位为60/0.2而API单位为60/0.2300 API300 API 对对一一个个放射性强度放射性强度为为300300个个光光子子/ /分分钟钟的地层测量的地层测量 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2.伽马探测范围2.伽马探测范围 规规定定以计数管中点为球心，当球内介质造成的伽以计数管中点为球心，当球内介质造成的伽 马射线强度占全空间造成伽马射线强度的马射线强度占全空间造成伽马射线强度的9999时，时， 球的半径为探测半径球的半径为探测半径 r 46cmr 46cm 。。 径径向向探测探测深深度度最大为最大为46cm;46cm; 纵纵向向分分辨辨率约为率约为1m;1m; 一一般般认认为为自然伽马测井自然伽马测井对对地层的探测地层的探测范围范围大约大约 是是一一个个直径直径为为1m1m的的球球体体. . PDF created with pdfFactory Pro trial version 3.自然伽马曲线特点3.自然伽马曲线特点 a. a. 对称于对称于地层中地层中点点；； b. 厚层（大于1m，b. 厚层（大于1m， 曲线曲线半半幅点幅点对对应应地层地层界界 面面；； d. 异常极值是其代表值。d. 异常极值是其代表值。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 二、伽马曲线应用二、伽马曲线应用 识别岩性、划分储层识别岩性、划分储层 PDF created with pdfFactory Pro trial version 计算泥质含量计算泥质含量 PDF created with pdfFactory Pro trial version
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