礦場地球物理學習報告

自然伽馬能譜測井與沉積環(huán)境探討——《礦場地球物理》學習報告班級： 學號： 姓名： InApril2014自然伽馬能譜測井與沉積環(huán)境探討摘要：自然伽馬能譜測井是一種特殊測井方法，它能測量出地層中鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)的含量，而地層中含有的放射性元素鈾、釷和鉀以及Th/U、U/K和Th/K與地質(zhì)學和巖石結(jié)構(gòu)有明確的關系，所以可以通過自然伽馬能譜測井所測量的鈾、釷和鉀含量來研究地層的特性，為正確評價地層和沉積環(huán)境分析提供可靠的信息。關鍵詞：自然伽馬能譜；粘土礦物；沉積環(huán)境一、 自然伽馬能譜測井原理不同的巖石含有的化學成分不同，其放射性物質(zhì)的成分也不一樣，泥巖地層的主要成分為粘土礦物，其含有的放射性元素主要為鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)；純砂巖和碳酸巖的放射性元素含量都比較低。但對于某些滲透性砂巖和碳酸巖地層，由于水中含有易溶的鈾元素,并隨水運移,在某些適宜的條件下沉淀,形成高放射性滲透層，此時可以通過自然伽馬能譜測井劃分出地層。根據(jù)實驗室對鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)放射性伽馬射線能量的測定，發(fā)現(xiàn)鉀放射單色伽馬射線，其能量為1.46MeV；鈾及其衰變產(chǎn)物放射的是多能譜伽馬射線，在高能區(qū)內(nèi)，1.76MeV的峰值明顯，易于鑒別；釷及其衰變產(chǎn)物放射的是多能譜伽馬射線，其中2.62MeV的峰值也易于鑒別。自然伽馬能譜測井儀的探測器部分與自然伽馬測井儀的基本相同，使用NaI(TI)閃爍計數(shù)器，其輸出脈沖的幅度與入射伽馬射線能量成正比例關系；所不同的是自然伽馬能譜測井儀增加了多道脈沖幅度分析器，能分別測量不同幅度的脈沖數(shù)，從而得出不同能量的伽馬射線能譜，用以測定不同的放射性元素。自然伽馬能譜測井儀根據(jù)測出的伽馬射線特征峰值，經(jīng)刻度，輸出的是鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)三條曲線與一條總的自然伽馬曲線。二、 釷鈾比的地質(zhì)意義據(jù)統(tǒng)計,釷鈾比值作為沉積環(huán)境的指示有如下規(guī)律：利用釷/鉀比劃分沉積相的一般規(guī)律：(1)TH/K<3，陸相沉積；(2)3<TH/K<5,濱海海相或海陸過渡相沉積；（3）TH/K>5，海相沉積。利用釷/鈾比分析沉積環(huán)境與沉積相的一般規(guī)律：（1）TH/U〈2,屬還原環(huán)境，海相沉積；（2）2〈TH/U〈7,屬于還原到氧化過渡環(huán)境，濱海海相或海陸過渡相沉積；（3）TH/U>7，屬氧化環(huán)境，陸相沉積。據(jù)此可定性地確定地層沉積的氧化、還原環(huán)境。由于形成風化殼的環(huán)境條件是溫暖、潮濕的古氣候條件及穩(wěn)定的大地構(gòu)造條件，母巖被強烈風化形成的碎屑物質(zhì)、易溶物質(zhì)大多被搬運，而在風化殼地區(qū)被殘留的礦物主要是一些風化穩(wěn)定性高的礦物及化學殘余物質(zhì)，其中包含有抗風化性強的含釷礦物，含量相對集中，而由于鈾元素易溶于水被運走含量較少。因此，風化殼環(huán)境形成的沉積物釷鈾比較大，為陸相沉積，屬氧化環(huán)境。地層中不同組段所對應的古氣候條件不同決定了其所屬的氧化、還原環(huán)境的不同，在自然伽馬能譜測井的相關曲線上有相應的變化。沉積地層的放射性特點均有其地質(zhì)意義，儲層中含釷化合物難溶于水，是母巖風化的產(chǎn)物，巖石含釷量少表明其沉積環(huán)境離母巖區(qū)較遠。滲透性地層中鈾含量的增高與地層水的活動有密切關系，當含四價鈾的原生鈾礦物出露于地表時，逐漸氧化，從四價鈾變?yōu)榱鶅r鈾，并以鈾酰絡離子（UO）+形式存在。鈾酰絡離子極易溶于水，化學性質(zhì)十分活潑，一部分與其他物質(zhì)形成各種次生鈾礦物；大部分被地表水帶入盆地，在有機質(zhì)的還原作用及有機質(zhì)、粘土、磷酸鹽的吸附作用下沉淀下來;還有一部分被地下巖溶水沿斷裂和巖溶裂縫發(fā)育帶或構(gòu)造破碎帶遷移到深部，在還原條件下還原成四價鈾沉淀下來，在某些地層中富集。因此,巖石中釷和鈾的含量比具有重要的地質(zhì)含義。同時，地層中鈾不但易被粘土吸附，也常隨流體運移，沉積在骨架上，使得裂縫巖溶地層含有較高的放射性礦物鈾。通過自然伽瑪能譜鈾相對含量比值（GRSL-KTH）/GRSL可識別裂縫巖溶儲層，而與w（Th）/w（U）交會分析，即可確定碳酸鹽巖沉積間斷面。三、實例分析1、粘土礦物的鑒別以及粘土礦物與沉積環(huán)境的關系利用Th、K含量鑒別粘土礦物的圖版（下白堊系吐谷魯群至侏羅系八道灣組）

圖1利用釗?鉀常就巻別粘上礦物的國版表】粘土礦物屮的鈾越匕鉀含呈曠物名稱廿于式■t成環(huán)境說明K騙 UAn才L1ThAn才L1験脫石(CaNa)?(AJMgFe)4(SLAl)4O20(OH)4(H2O)b還原對放射性吸附能力強，含較多的氧化鈾<016 >-51424伊利nIK.i---lsAL{Si----e?iAL11)還原、本身含鉀.對氧化拙有45 L5半還原—定的吸附作用高嶺打AbSnO.J.OH}s氧化放射性低042 15-36-19録泥打(MgF€Al)4(StAl)4Oio(OH)s氧化放射性低<005

2、Th/U曲線與沉積環(huán)境分析圖中(如下圖)w(Th)/w(U)值在0?2反映地層是在強還原環(huán)境下沉積，該區(qū)一間房組風化面以下地層，屬于強還原的臺內(nèi)或臺緣礁灘相沉積；w(Th)/w(U)值大于7,為氧化環(huán)境下的沉積，最明顯的是恰爾巴克組棕紅色瘤狀灰?guī)r為廣海陸棚相沉積;w(Th)/w(U)值為2?7,為氧化一還原環(huán)境的廣海陸棚相交互沉積。s.1 性1 \\513 伽(13產(chǎn)H.4t*3'」LliS7UD5T9D:mlFg.tr-和他比: jio.ggnct idB6&0Es.1 性1 \\513 伽(13產(chǎn)H.4t*3'」LliS7UD5T9D:mlFg.tr-和他比: jio.ggnct idB6&0E?泗6620nfifiQSOTO5*naE7205730E740E750HTTDGfi/APISJDiK^U???￡"m-?MP]aLSQABHOC1DUD圖1 1X1TXT井自楚ftl耳能譜測井解釋卓果雨比3、Th/U曲線與沉積環(huán)境判別Y地區(qū)Y512井自上而下的地層層序為：第四系、延長組、紙坊組、和尚溝組、劉家溝組、石千峰組、石盒子組、山西組、太原組、本溪組和馬家溝組,利用能譜測井資料對該地區(qū)的儲層沉積環(huán)境及沉積相進行分析：表1口然伽馬能譜THAI曲線沉積環(huán)境分析數(shù)據(jù)表地層層段統(tǒng)計井段(in)TH/U最燦TK/U最彳媲TH/U平鮒値沉積環(huán)境延細481.22-130Q071.&70.774.39還眾到氧化過^1300.0-173&01184.730.257.44氧化和尚溝組178機0-1927.019.590.935.26還原到氧優(yōu)過渡劉殊購組1927.(5-2363LU苗.般1.15■1.87還匣到氧化過披石「犀組乂固工0-20詢5-&5還原到氧化過液石魚子組2529-0-2W5l0霑的0,311.45述原到氧化過液11倆組2&*5,o-swa022,500.474.03遷原到氧化過鍛2969,0-3007,010,500.091.25述原擁組3007.0-303&85.790.272.L93038.0-3fl7a04.190.531.57還除表3沉積環(huán)境判別表沉積環(huán)境 Sh/fag。L」(Th!U*乩h河流相<4>7Rshc陸濱湖份流河道<4>2R誹LL—/?妣C淡水湖泊<4>28R也L相半咸水湖泊<4>2R誹L$—R灶LL咸水湖泊<4>2Rshs海相濱海10-20Q5-2為RSilS淺海20-24Q3-05Rsh,s7?shL正常海2(b28<03-035a&hs從表中可以看出：屬于氧化環(huán)境的只有紙坊組地層，釷/鈾比平均值大于7；屬于還原到氧化過渡環(huán)境的有延長組、和尚溝組、劉家溝組、石千峰組、石盒子組、山西組地層，釷/鈾比平均值在2.19-7之間；屬于還原環(huán)境的有太原組、本溪組、馬家溝組地層，釷/鈾平均值小于2.19。三、結(jié)束語自然伽馬能譜測井的主要曲線為鈾(U)、釷(TH)、鉀(K)、自然伽馬(GR)和無鈾伽馬(KTH)。沉積環(huán)境、巖性及地球化學性質(zhì)上的差別，使地層中的放射性元素鈾、釷、鉀的富集程度及相對含量發(fā)生變化，放射性鈾在一定程度上反映了生物富集及演化特征，成巖后生變化及地下水溶蝕的裂縫也可形成放射性鈾的富集，而釷、鉀的含量在很大程度上反映了泥質(zhì)的性質(zhì)，因而自然伽馬能譜對沉積環(huán)境的響應是有規(guī)律的，可以利用自然伽馬能譜測井資料識別生油巖和高鈾儲層、劃分沉積相、判別粘土礦物和研究沉積環(huán)境等。參考文獻：基于自然伽馬能譜測井的巖溶型碳酸鹽巖儲層層位劃分與對比—張松揚有關自然伽馬能譜