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1、自然伽馬能譜資料原理及粘土礦物方面應用摘要：粘土礦物是儲集層的重要組成部分,其含量及特性對油田開發(fā)效果有著較大的影響。伽馬射線是原子核衰變裂解時釋放的射線之一，穿透能力極強，從液體到金屬的大部分物質都能穿過，正是由于具有此特性，使其在石油工業(yè)等方面得到廣泛的應用。巖石中主要含有鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)等放射性元素，在沉積巖中這些放射性元素主要反映泥質含量的變化，在火山巖、花崗性風化層及某些鹽類沉積，自然伽馬測量值顯著增高，常做為識別這類巖石類型的重要曲線標志。自然伽馬能譜測井就是在鉆出的深井中，對地層的自然(天然)伽馬射線進行能譜分析，由不同
2、的能量的伽馬射線強度確定地層中鈾、釷、和鉀的含量及其分布情況，從而評價地層的巖性、生油能力以及解決更多的地質和油田開發(fā)中的問題。關鍵詞：自然伽馬能譜測井；沉積環(huán)境；生油巖；儲集層；粘土礦物1.引言自然伽馬能譜測井（naturalgamma-rayspectrallogging）是按不同能量范圍記錄自然伽馬射線的一種測井方法。因為地層放出的伽馬射線大多數是由三種放射性同位素——鉀、釷、鈾衰變產生的，所以自然伽馬能譜測井可以給出地層中鉀、釷、鈾的含量。這些數據對于準確地確定儲集層泥質含量、分析沉積環(huán)境和生油條件，以及劃分巖性都是很有用的。此外，在鉀鹽礦
3、床和某些釷變型金礦床也能取得滿意的地質效果。為了進一步研究儲集層的有關特征，為油田開發(fā)生產提供一些基本的參數，了解儲集層的泥質含量以及粘土礦物的種類，有著很現實的意義。運用自然伽馬測井資料對儲集層的有關特征進行描述，特別是泥質中粘土礦物含量的描述，這對當前的石油生產具有十分重要的意義。對于沉積巖層而言，由于粘土礦物對放射性元素有著強烈的吸附作用，沉積巖自然放射性的強弱與粘土礦物的含量密切相關。因此，可以利用自然伽馬能譜測量數據來確定沉積巖粘土礦物的類型和成分。2.自然伽馬能譜資料原理自然伽馬能譜測井能直接測量地層中U、Th、K等元素的含量，以此來判
4、斷地層性質，定量計算可用于確定泥質含量、鑒別高滲透率、碳酸鹽巖裂縫層的劃分和粘土成分的確定；定性分析可用于對泥質地層生油巖特性的識別和沉積環(huán)境的研究.2.1自然伽馬能譜自然伽馬射線主要是由地層巖石中的238U放射系、232Th放射系和40K產生的。原始伽馬射線能譜均呈現離散的線譜形態(tài)，而伽馬射線觸發(fā)伽馬譜儀探測器后卻得到連續(xù)的譜線，通常把這種連續(xù)譜稱為伽馬實測譜或儀器譜。在自然伽馬能譜測井中，表征238U通常選用U系中214Bi發(fā)射的1．76Mev伽馬射線；表征232Th選用Th系中208Tl發(fā)射的2．62Mev伽馬射線；表征K只能用40K唯一的1
5、．46Mev伽馬射線.2.2自然伽馬能譜測井原理自然伽馬能譜測井可以同時做到強度測量和能譜分析，根據能量分析確定射線由哪一種核素發(fā)射，依據強度確定該種核素及其相應元素的含量。對自然伽馬能譜信息利用最為充分的是多功能補償自然伽馬能譜測井儀，其測井過程如圖1所示。3粘土礦物的結構類型及其性質3.1粘土礦物的結構類型粘土是由細的、分散的含水層狀構造硅酸鹽礦物和鏈狀硅酸鹽礦物及含水的非晶質硅酸鹽礦物組成。粘土礦物是由極小的、層狀構造的硅酸鹽組成,其內部質點(原子)在三維空間呈周期性排列。粘土礦物的基本結構是硅氧構成的四面體片或八面體,其結構比較復雜。在石油
6、地質中,粘土礦物一般由伊利石、蒙脫石、高嶺石、綠泥石、伊利石與蒙脫石混層以及綠泥石與蒙脫石混層組成。3.2粘土礦物的性質粘土礦物具有不飽和電荷,比表面積大。這決定了粘土礦物具有吸附性、離子交換性、膨脹性、分散性、凝聚性和可塑性等特點。其吸附性分為物理性吸附和化學性吸附,這一特性決定了其在沉積過程中會吸附大量的放射性物質,從而導致在地層中由于泥質的增加,造成放射性含量的增加。不同粘土礦物對放射性元素鈾、釷、鉀的吸附能力不同,這在自然伽馬能譜測井中所測得的鈾、釷、鉀的含量中就有所表現,因此可以利用自然伽馬能譜測量數據來識別粘土礦物種類及其含量。要區(qū)分粘
7、土礦物種類及其含量,首先應該知道不同粘土礦物的一些性質。4.自然伽馬能譜測井分析與應用自然伽馬能譜測井資料包括：地層總自然伽馬（GR)，地層無鈾伽馬(KTh)，及地層中鈾(URAN)、釷(ThOR)、鉀(POTA)的含量。利用其測量值可以研究地層特性，計算泥質含量、地層粘土礦物歸類、識別高自然伽馬放射性儲層、評價生油巖等。具體過程是采用交會圖技術，做出地層Th—K交會圖，按照給定的Th—K交會圖版，歸類粘土礦物，定性識別粘土礦物。同樣，采用Th—U交會，可分析沉積環(huán)境的變化情況。在還原環(huán)境和有機質富集的條件下，可以使泥質沉積吸附大量的鈾離子，自然伽
8、馬能譜測井中鈾曲線代表地層中鈾的含量，因而可用來評價生油巖。4.1評價生油層自然伽馬能譜資料中的鈾曲線反映地層中放射性礦物
