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油氣地球物理測井第七章第一頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三2.同位素:原子序數(shù)相同而質(zhì)量不同的原子構(gòu)成的元素稱為同位素,同位素的化學(xué)性質(zhì)相同,在元素周期表中占一個位置。如氫的三種同位素:(氕)(氘)(氚)表示方法:X—元素符號Z-質(zhì)子數(shù)A-中子數(shù)3.核衰變放射性同位素的原子核另一種原子核+α、β、γ衰變N0—初始量λ—衰變系數(shù)t—時間dN—衰變率或放射性強(qiáng)度半衰期:T平均壽命τ4.放射性射線及其性質(zhì)α射線:氦原子流,質(zhì)量大,引起電離或激發(fā),被物質(zhì)吸收,射程小,穿透能力差。β射線:高速中子流,射程小,電離程度中等。γ射線:頻率高的電磁波或光子流,不帶電,能量高,穿透力強(qiáng)。第二頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三5.伽瑪射線與物質(zhì)作用

自然伽瑪射線→穿過物質(zhì)與原子相互作用,將發(fā)生不同形式的作用,其中主要形式為:光電效應(yīng)、康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)、形成電子對(1)光電效應(yīng):當(dāng)伽瑪射線能量較低(低于0.25Mev)時,它與組成物質(zhì)元素原子中的電子相碰撞之后,把能量全部轉(zhuǎn)交電子,使電子獲得能量后脫離其電子殼層而飛出,同時伽瑪射線被吸收而消失。這一過程稱為光電效應(yīng),被釋放出來的電子叫光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的幾率,與入射伽瑪射線能量和組成物質(zhì)原子序數(shù)有關(guān)(2)康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)能量較高伽瑪射線與物質(zhì)中原子核外電子碰撞時,一部分能量轉(zhuǎn)交給電子,使之脫離原子電子殼層而飛出,同時伽瑪射線改變自己運(yùn)動方向,繼續(xù)與其它電子相撞。每碰撞一次,能量損失一部分,并改變其運(yùn)動方向,形成所謂康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)。伽瑪射線經(jīng)多次碰撞之后,能量不斷降低,最后以光電效應(yīng)結(jié)束。第三頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三(3)電子對的形成能量高于1.02Mev伽瑪射線與物質(zhì)作用時,在原子核力場作用下,可轉(zhuǎn)變成正、負(fù)電子對,即一個正電子和一個負(fù)電子。伽瑪射線在形成電子對后,本身被吸收。(4)伽瑪射線的吸收伽瑪射線能量衰減,強(qiáng)度減小過程稱為伽瑪射線被吸收。(5)電子密度與體積密度產(chǎn)生康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)幾率與單位體積中電子數(shù)(電子密度)有關(guān),電子密度ρe

一般性:N0—阿佛加德羅常數(shù);Z—質(zhì)子數(shù);A—質(zhì)量數(shù);ρb—體積密度第四頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三6.中子與物質(zhì)作用分類:(1)慢中子:能量<100電子伏特為慢中子,0.1—100電子伏特中子為超熱中子,<0.025電子伏特中子為熱中子(2)中能中子:能量:100電子伏特—10萬電子伏特(3)高能快中子:能量:>10萬電子伏特幾種作用形式:(1)非彈性作用:高能快中子與原子核碰撞(2)彈性散射:高能快中子經(jīng)一、二次非彈性散射后,能量降低,繼續(xù)碰撞原子,降低能量和運(yùn)動速度,而總能量不變,經(jīng)多次碰撞,能量損失,速度降低,最后變?yōu)闊嶂凶?。?)輻射俘獲:能量低的熱中子在其他物質(zhì)附近漫游,很容易被其他物質(zhì)俘獲而被吸收,過程為輻射俘獲其他物質(zhì)由于俘獲中子而后穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變時則易放出r射線。第五頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三自然伽瑪測井自然伽瑪測井可以解決以下:(1)據(jù)天然放射性強(qiáng)弱,判別巖性和劃分井地層剖面。(2)在一個含油氣區(qū)或單獨(dú)構(gòu)造上,各井剖面進(jìn)行對比。(3)估計巖石中泥質(zhì)含量,從而判斷巖層的儲集性能,特別是在泥漿礦化度較高地區(qū),碳酸鹽巖剖面中,自然電位無法清楚劃分滲透性巖層,自然伽瑪可以解決。自然伽瑪測井的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):(1)裸眼井和套管井中均可以進(jìn)行(2)油基泥漿、高礦化度以及干井中均可以進(jìn)行(3)碳酸鹽巖剖面和水化學(xué)沉積剖面不可缺少。缺點(diǎn):(1)測速慢,成本高。(2)如果巖石本身組成中含放射性物質(zhì),如含火山碎屑等,則無法正確判斷泥質(zhì)含量。如哈密地區(qū),那么SH判定需從其分資料中求取。第六頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三自然伽瑪測井總述巖石的放射性是由巖石中所含的U、Th、k系放射性同位素引起的。這些元素在自然界衰變過程中的均放出γ射線,且不同元素放出的γ射線的數(shù)量和能量兩方面均有區(qū)別。如:K1.46Mev,U、Th:γ能譜較為復(fù)雜,因此,通過探測γ射線的數(shù)量(強(qiáng)度)和能量(能譜),有就可能確定巖石中放射性元素的數(shù)量(含量)及種類,并進(jìn)一步用來尋找放射性礦床和研究巖層性質(zhì)等。測量自γ射線強(qiáng)度的方法叫做自然伽瑪法,測量自然伽瑪能譜的方法叫做自然伽瑪能譜法。自然γ測井是在井內(nèi)測量巖層中自然存在的放射性元素核衰變過程中放射出來的γ射線的強(qiáng)度,通過測量巖層的自然γ射線的強(qiáng)度來認(rèn)識巖層的一種放射性測井法,其γ射線強(qiáng)度與放射性元素的含量及類型有關(guān)一、巖石的自然放射性規(guī)律(三大巖類)1.巖漿巖:其中有許多放射性礦物,如長石,云母集中了地層中絕大多數(shù)鉀K。角閃石、獨(dú)居石、輝石也有較高放射性,其中以堿性巖、鋯石、獨(dú)居石等放射性最強(qiáng)。第七頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三2.變質(zhì)巖:取決于母巖放射性,若為巖漿巖,放射性較強(qiáng),沉積巖則次之。3.沉積巖:一般比巖漿巖、變質(zhì)巖差,沉積巖中的不同巖類,放射性不同。(1)粘土巖類:含放射性元素最多,放射性最強(qiáng),主要為泥、頁巖。A.高嶺石:不含放射性元素,且對離子吸附能力差,放射性強(qiáng)度低。B.蒙脫石:不含放射性元素,但對陽離子吸附能力強(qiáng),可吸附很多放射性強(qiáng)物質(zhì),如氧化鈾。因此,其天然放射性強(qiáng)度最大,對粘土巖放射性貢獻(xiàn)最大。C.伊利石:含放射性同位素K40,且有較強(qiáng)陽離子吸附能力,也可吸附較多U2O氧化鈾,有較強(qiáng)放射性。D.綠泥石:同高嶺石相似,天然放射性弱。(2)碎屑巖類:放射性強(qiáng)度由正長石、白云母、重礦物以及泥質(zhì)含量決定,對儲層的主要成份石英砂巖而言,前三種礦物很少,因此主要取決于泥質(zhì)含量及組成。(3)化學(xué)巖類:石灰?guī)r、白云巖、膏、鹽巖、K鹽等。除K具放射性外,其他巖類主要由巖石中所含泥質(zhì)及微量無素決定。放射性規(guī)律A.放射強(qiáng)度隨泥質(zhì)含量Vsh增加,而增加。B.隨有機(jī)質(zhì)含量增加而增加。C.隨K鹽和放射性物質(zhì)的含量的增加而增加第八頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三第九頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三二、測量原理進(jìn)行自然伽瑪測井的簡單原理如圖所示:(井下儀器、地面儀器)探測器——將接收到的伽瑪射線轉(zhuǎn)換成電脈沖放大器——探測器輸出電脈沖加以放大->剔除->計數(shù)率->電器積累連續(xù)電流簡單變換和刻度→自然伽瑪GR曲線。記錄電位差與單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)成正比。即與周圍巖石放射性強(qiáng)度成正比。第十頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三第十一頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三三、曲線特征及影響因素1.曲線特征(1)中心對稱(上下圍巖放射性相同),中心出現(xiàn)極大值。(2)h<3d0曲線極大值隨h增加而增加,h≥3d0極大值=const,與強(qiáng)度大小成正比,與厚度無關(guān)。(3)h≥3d0半幅點(diǎn)定界面,h<3d0厚度>真實(shí)厚度。2.影響因素(1)厚度h對幅度影響(2)井參數(shù):對巖石γ射線吸收及它們自身放射性附加(附泥漿含強(qiáng)被射性,一般不含)井徑、泥漿、套管(3)放射性統(tǒng)計起伏:統(tǒng)計規(guī)律—各次測的平均值(4)測速v和儀器積分常數(shù)τ對曲線的影響第十二頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三第十三頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三第十四頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三四、地質(zhì)應(yīng)用1.劃分巖性,確定滲透層第十五頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三第十六頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三第十七頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三2.進(jìn)行地層對比,其優(yōu)點(diǎn):(1)與巖石流體性質(zhì)無關(guān)(油、水、地層礦化度等)(2)與泥漿性質(zhì)無關(guān)(鹽、水泥漿)(3)易找到標(biāo)準(zhǔn)層。在油氣水邊界地帶進(jìn)行地層對比,因為巖石中含流體性質(zhì)變化大,使R、SP曲線形狀變化不益于進(jìn)行對比。另外膏鹽地區(qū)尤為重要。第十八頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三3.確定巖石的泥質(zhì)含量△GR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)Vsh=(2c·△GR-1)/(2c-1)C:老地層:C=2;新地層C=3.7—4第十九頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三4.確定巖石的粒度中值,作沉積環(huán)境分析C0、C1為經(jīng)驗常數(shù)。(GR=GRmin)(GR=GRmax)Md1取GRmax相應(yīng)層段的平均粒度中小值。第二十頁,共二十三頁,編輯于2023年,星期三四、自然伽瑪能譜測井(NGS)自然伽瑪測井雖是確定泥質(zhì)含量有效方法,但自然伽瑪讀數(shù)只能提供巖石自然放射性的總概念,當(dāng)巖石放射性是由于某些非泥質(zhì)因素引起時,則由此求得的泥質(zhì)含量用于其做地質(zhì)評價時,將造成錯誤解釋。如:把高放射性的火成巖沖積成當(dāng)成泥巖層,含高鈾U的碳酸鹽巖儲層當(dāng)成非儲層等。為此,在自然伽瑪測井的基礎(chǔ)上,又引進(jìn)了自然伽瑪能譜測井。自然伽瑪能譜是測定一定能量范圍內(nèi)自然伽瑪射線的強(qiáng)度以區(qū)分巖石中放射性元素類型及其實(shí)際含量的測井方法。自然界常見三種放射性元素為鈾(U)系、釷(Th)系、鉀(K)系,且他們地層中放射出射線具有不同的能量并各自具有特征的能譜(K1.46MEVU、TH、0.5MEV)因此利用能級窗口,可以分別記錄地層中這三種放射性元素各自的強(qiáng)度,在實(shí)際測量過程中,提供五條測井參數(shù)曲線:以百分含量表示的鉀含量K%以濃度表示的鈾(UPPM)以濃度表示的釷(ThPP

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