室内高精度自然伽马能谱应用——以渤南洼陷为例

郭昭江

（1.中国石油大学（华东），山东青岛 266555；2.胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257000）

室内高精度自然伽马能谱应用
——以渤南洼陷为例

郭昭江1，2

（1.中国石油大学（华东），山东青岛 266555；2.胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257000）

岩心中含有天然的放射性元素，它们自然衰变发射伽马射线。自然伽马能谱是对岩心自然伽马射线进行的能谱分析，通过测量岩心中铀、钍、钾的含量从而研究地层性质，室内高精度自然伽马能谱的应用具有分辨率高、测量精度准、稳定性强等特点，结合对渤南洼陷单井自然伽马能谱解释，分别介绍自然伽马能谱在室内的主要应用，同时对未来自然伽马能谱数据的研究提出了展望。

自然伽马能谱 应用 岩心

所谓自然伽马测井就是利用伽马射线探测器测量地层总的自然伽马射线的强度，也就是测量地层岩石的放射性强度。这种测量方法简单，安全，成本低，但由于受到现场因素的影响，如泥浆、围岩、泥饼等影响，测量的数据往往不是非常准确。随着测井技术的发展及岩心处理技术的改进，室内高精度自然伽马能谱仪的应用越来越受到重视。这种伽马能谱仪不仅测量岩心的总自然伽马强度，还能分别测出岩心中铀、钍、钾的含量以及无铀伽马。对于经过处理的岩心进行高精度自然伽马能谱测量，较现场测井具有以下几个方面的优势：（1）分辨率高。室内高精度自然伽马能谱仪较现场测井测量点要更密集，最低能达到1cm一个点，大大提高了测量数据的精度；（2）测量精度准。室内测量的岩心是经过处理的岩心，较现场测井排除了泥饼、滤液、泥浆等影响因素，使测量数据更准确；（3）稳定性强。室内高精度自然伽马能谱仪较现场测井排除了很多自然环境的影响，稳定性能更高。随着室内高精度自然伽马能谱仪的使用，我们也积累了很多应用方面的经验，以渤南洼陷为例，跟大家共同探讨。

1 区域概况

渤南洼陷位于渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷的中东部，北与埕东凸起、义东断裂相连，南以罗家鼻状构造与垦西洼陷以及陈家庄凸起相连，西与四扣洼陷以及义和庄凸起接壤，东与孤岛凸起毗邻。勘探面积约为600km2，构造上表现为北断南超、东西双断的断陷湖盆。渤南洼陷主要含油层系为古近系沙河街组，洼陷内自北向南分布有渤南油田、罗家油田，通过对渤南洼陷地区沙河街组岩心室内测量自然伽马能谱，对于弄清该地区沉积相类型、古沉积环境以及古水深具有重要意义。

2 高精度自然伽马能谱仪在渤南单井应用

2.1 岩心归位

由于钻井深度与测井深度存在误差且岩心取心时存在缺失现象。为建立准确的岩心四性关系，需要将岩心和样品的钻井深度归位到测井曲线上。所谓的岩心归位就是将钻井深度校正到测井深度上，准确建立匹配的岩电关系；将样品位置校正到测井深度，建立物性、含油性、电性之间的关系。

岩心归位内容是将室内测得的自然伽马数据去匹配现场测井数据。渤南洼陷某井室内测得的自然伽马数据与现场测井数据的比对。经比对，自然伽马测井曲线近似度比较高，而无铀伽马以及U、Th、K的曲线由于受钻井泥浆、泥饼、冲洗带等的影响，其所测的两者曲线近似度比较低。通过岩心归位主要是通过自然伽马数据的比对从而将取心深度进行校正。

2.2 泥质含量计算

当地层不含泥质以外的放射性物质时，自然伽马能谱曲线是计算岩心泥质含量的最好方法。泥质在自然伽马能谱曲线中，地层的泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系，与地层的铀含量关系较小。用无铀伽马、钍、钾含量计算泥质含量比自然伽马要准确的多，而室内高精度自然伽马能谱的应用，不仅使泥质含量的关系变化变得更直观，还大大提高测量数据的精度，及时计算出岩心的泥质含量，为研究人员提供参考依据。

因此，可以同时利用无铀伽马、钍、钾曲线中的任意一条计算岩心的泥质含量。当用多种曲线同时计算时，应选各种计算数据中的最小值为结果。泥质含量的计算公式如下：

ΔGR=（GR-GRmin）/（GRmax-GRmin）

Vsh=（2C.ΔGR-1）/（2C-1）

其中老地层C=2，新地层C=3.7

式中GRmin表示本井段最纯的储集层岩石的自然伽马读数（本井段无铀伽马或钍活钾的最小值）、GRmax表示本井段纯泥岩自然伽马的平均值。本方法适用于只有泥质放射性物质的岩心，如果非泥质成分含有放射性物质（如含有放射性矿物的火山碎屑物质等），将使计算结果明显偏高。当三种曲线计算结果都偏高时，取计算的最小值为计算的近似泥岩含量。

2.3 四线关系

自然伽马与无铀伽马有明显差异的部分有4处，其对应的自然伽马能谱有以下特征：（1）U曲线：差异越大，U值越高，出现差异的部位，U值普遍在12ppm上下。（2）自然伽马曲线与K曲线趋势较为接近，趋势重合度较高，与Th曲线趋相关性不强。（3）出现差值处，U高、Th低，Th一般低于16ppm。因此，2882.50处，其Th值低于16ppm，无铀伽马与伽马有出现差异的趋势，但其U曲线并未达到12ppm，由此可以推断，该处U值受上下低值影响，才造成曲线上该段未达到12ppm。因此，铀、钍以及差异处，知道其中两者，就能推断出另外一值的范围或有无差异。

3 前景展望

3.1 高伽马储集层的判别

一般地，砂岩储层中铀、钍、钾的含量都很低， 当储层中含有高放射性矿物（如独居石、锆石）和地层水中含有铀时，砂岩储层的放射性元素会出现高值。这种储层在自然伽马曲线上难以识别，给储层划分造成困难。在伽马能谱曲线上可以通过钍、铀、钾的变化来识别它。所以通过对该类储层的伽马能谱做进一步研究，可以总结伽马能谱变化特征，为该类储层的识别和划分提供手段。

3.2 古气候研究

这些年来在古气候研究中发现了一些快速的气候变化事件，寻找高分辨率的古气候信息载体对于研究这些气候事件非常重要。地层中的碳酸盐含量对古气候变化比较敏感，当气候偏干时，碳酸盐含量升高，反之降低，利用碳酸盐含量指标可以研究古气候演变特征。在大套泥岩剖面中，无铀伽马曲线的变化主要反映地层中泥质和碳酸盐含量的变化，碳酸盐含量高则泥质低，碳酸盐含量低则泥质高。在碳酸盐实验数据无法连续获得的情况下，可以运用自然伽马曲线替代碳酸盐含量变化研究古气候。

4 结语

目前岩心伽马能谱测试技术已在油田重点取心井中进行应用，能及时为科研人员提供准确的测试资料，随着测试资料的积累和广大科研人员的使用，岩心伽马测试资料将在油田的勘探开发中发挥更大的作用。

［1］白云台，陈汉林，杜淑艳等.高放射性碳酸盐岩储层评价技术及其应用［J］.断块油气田， 2002，9（5）：80-82.

［2］黄龙基.放射性测井原理［M］.北京：石油工业出版社，1985.

［3］赵杏缓，张有喻.粘土矿物与粘土矿物分析［M］.北京：海洋出版社，1990.

［4］吴三省.自然伽马测井译文选［M］.北京：石油工业出版社，1988.

［5］马正.油气测井地质学［M］.武汉：中国地质大学出版社，1994.

郭昭江（1986—），男，山东莱州人，工程师，现为中国石油大学（华东）在职硕士研究生。