自然伽马测井
井下仪器在井内自下而上移动测量，就连续记录出井剖面岩层的自然伽马强度曲线，称为自然伽马测井曲线（用GR表示），以计数率（1/min）或标准化单位（uR/h或API）刻度。
泥岩，砂岩，泥质砂岩，砂质泥岩怎么区分：
在常规的砂泥岩剖面中，泥岩的自然伽马值较大，能够达到80API以上；砂岩的较小，一般在40API以下；而泥质砂岩与砂质泥岩的自然伽马值在40-80API。
自然伽马测井曲线的特点：
1、当上下围岩的放射线含量相同时，曲线形状对称于地层中点。
2、高放射性地层，对着地层中心曲线有一极大值，并且它随地层厚度（h）的增加而增大，当h≥3d 时（d为井直径），极大值GRmax为常数，目与地层厚度无关，只与岩石的自然放射线强度成正比。
3、当h≥3d时，由曲线的半幅度点确定为地层真实厚度。当h<3d时，因受放射性围岩的影响，自然伽马幅度值随层厚h减小而减小，地层越薄，曲线幅度值就越小。
划分岩性：
利用自然伽马测井曲线划分岩性，主要是根据岩层中泥质含量不同进行的。
在碳酸盐岩剖面中，自然伽马测井曲线值是粘土（泥岩、页岩）最高，纯的石灰岩、自云岩的自然伽马值最低，而泥灰岩、泥质石灰岩、泥质白云岩的自然伽马测井曲线值介于两者之间，且随泥质含量增加而幅值增大。
扩展资料：
自然伽马测井是沿井身测量岩层的天然伽马射线强度的方法。岩石一般都含有不同数量的放射性元素，并且不断地放出射线。例如，在火成岩中，愈近酸性，放射性强度愈大；在沉积岩中含泥质愈多，其放射性愈强。
利用这些规律，根据自然伽马测井结果就有可能划分出钻孔的地质剖面、确定砂泥岩剖面中砂岩泥质含量和定性地判断岩层的渗透性。自然伽马测井的一个直接用途是用来找出放射性矿产（铀、钍等），以及具有放射性的其他矿产。
参考资料：百度百科-自然伽马测井
自然伽马测井曲线有三种应用
1划分岩性
2进行地层对比
3确定泥质含量
自然伽马测井（natural gamma-ray logging）是沿井身测量岩层的天然伽马射线强度的方法。岩石一般都含有不同数量的放射性元素，并且不断地放出射线。例如，在火成岩中，愈近酸性，放射性强度愈大；在沉积岩中含泥质愈多，其放射性愈强。利用这些规律，根据
测井结果就有可能划分出钻孔的地质剖面、确定砂泥岩剖面中砂岩泥质含量和定性地判断岩层的渗透性。自然伽马测井的一个直接用途是用来找出放射性矿产（铀、钍等），以及具有放射性的其他矿产，如钾盐。
（一）自然伽马测井物理基础
1.岩石中的自然伽马辐射场
（1）铀、镭、钍、钾的核学性质
铀（U）在元素周期表中处于第七周期，在自然界中存在于沥青矿和钾钒铀矿中。它有三个天然同位素，即238U、235U、234U，其丰度分别为99.27%、0.01%、0.72%。铀的化学性质活泼，是典型的亲氧元素，在化合物中呈正四价和正六价。在自然界U6+和U4+相互转化，是铀的地球化学过程的主要特点。
镭（Ra）有四个同位素，其中226Ra是238U的一个子体。当铀和镭处于平衡时，镭/铀=3.14×10-7。镭的化学性质与钡相似，呈明显碱性，其离子半径与Ca2+、Ba2+和Pb2+相似，可以类质同象方式进入方解石（CaCO3）、莹石（CaF2）、磷氯铅矿（Pb10（PO4）3Cl2）等矿物。镭容易被从矿物中淋滤出来，导致天然水中富积镭。在氧化带中，淋滤作用有时能使铀矿物中85%的镭被水淋滤出来，使226Ra与母体238U分离而在氧化带循环水中富集。在油田水中，镭的浓度有时会高达7.5×10-9g/L。研究镭在油田开发过程中的再分配，对观察油田水和注入水的推进具有重大意义。
钍（Th）有两个长寿命同位素和四个短寿命同位素，其中232Th的丰度几乎为100%。化合价以四价为主，四价钍和四价铀关系密切，常呈类质同象置换。钍和铀经常是共生的，钍铀比被认为是太阳系的基本比值。确实，几乎所有的陨石，钍和铀的比值（Th／U）都等于3～4；而在岩浆岩中Th/U也几乎是定值，多数在4左右。在氧化环境中，铀和钍会发生明显的分离。钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主。粘土矿物对钍的选择性吸附，以及钍在稳定矿物中的存在是控制沉积岩中钍分布的主要因素。钍常作为粘土矿物指示剂，钍铀比可指示沉积环境和岩性。
钍系的主要伽马辐射体是208Tl，特征伽马射线的能量是2.62 MeV。
钾（K）有三个天然同位素，即39K、40K、41K。其中40K是放射性同位素，它发射1.46 MeV的伽马光子。钾在岩浆岩中的含量随SiO2的增加而增高。在沉积岩中，粘土岩的钾含量比砂岩和石灰岩都高。
（2）岩石中的自然伽马辐射场
岩石的自然伽马辐射场，主要由钾、铀、钍的空间分布决定的，其次是受到岩石自散射和自吸收的影响。
岩石自然伽马辐射场的空间分布是由单位体积或单位质量岩石中钾、铀、钍的含量决定的，含有钾、铀、钍的地层就是一种分布在有限空间中的伽马源。
每种放射性核素的活度和单位时间里发射的光子数成正比，活度相同的两种不同的核素单位时间里发射的光子数却不一定相等。单位时间里发射的光子总数称为伽马源的源强，而单位体积的源强称为源强密度。对大体积的辐射体，需要用源强密度来描述光子发射率的空间分布。若进行自然伽马能谱测井，还需研究光子的能量分布和角分布。
描述自然伽马辐射场的主要参数是通量密度，它是这样定义的：设有一球体通过球心的截面积是α，而dφ是时间间隔dt内注入球体的光子注量数，则通量密度φr定义为
地球物理测井
对平行射线束来说，单位时间通过与射线方向垂直的单位截面积的光子数称为伽马射线强度；对非平行射线，也可将式（3-1）定义的通量密度称为强度。通量密度与仪器在单位时间里的计数，即计数率成正比。
为简便，设无限、均匀、各向同性地层中只有一种发射单能光子的放射性元素（如钾），地层的密度为ρ，每克岩石中含q克该种放射性元素，每克该种放射性元素每秒钟平均发射a个光子，地层对光子的吸收系数为μ，求地层中任意点保持初始能量的光子通量密度。为此，在球坐标系中取一体积元dV，它在距离为r的M点处产生的通量密度增量为
地球物理测井
对半径为r的球体求积分得通量密度φr：
地球物理测井
若对上述无限介质积分，即r→∞，得：
地球物理测井
式中：φ0为无限介质中任意点的光子通量密度；μm为质量衰减系数，随光子的能量增加而减小；aq为单位质量岩石每秒内发射的光子数。
沉积岩中主要矿物的μm变化较小。例如，当伽马光子能量为1.5 MeV时，纯水、石英、方解石的质量衰减系数分别为0.0575 cm2/g、0.0545 cm2/g、0.0518 cm2/g。混凝土的μm是0.0519 cm2/g。对常遇地层可认为φ0∝q。
（3-3）式可以估计自然伽马测井的探测范围。用比值
地球物理测井
进行计算。当μr=4.605时，这一比值等于0.99。若μ分别取0.10/cm和0.15/cm，则相应的球半径为46.05 cm和30.7 cm。可以认为，自然伽马测井对地层的探测范围大约是一个直径为1 m的球体。
2.放射性地层的测井响应
（1）有限厚放射性地层在井轴上形成的光子通量密度
图3-1 有限厚度放射性地层示意图
设有限厚放射性地层厚度为h（图3-1），井半径为r0，井轴与地层面垂直，M点位于井轴上与地层下底面相距z1。层内物理性质均匀、各向同性，只含一种发射单能光子的放射性元素（如钾），地层的密度为ρ，每克岩石中含q克该种放射性元素，每克该种放射性元素每秒钟平均发射a个光子，地层和井内介质对光子的吸收系数均为μ，围岩不含放射性物质，求井轴上任意点M处散射光子通量密度。为此，在柱坐标系中取体积元dV=rdzdrdφ，它在M点处产生的通量密度增量为
地球物理测井
先在0～2π域内对φ积分，得通量密度为：
地球物理测井
对此式做变量置换，令，h′=h/r′，以及
地球物理测井
可得：
地球物理测井
移动M点，即改变z1值，利用指数积分函数表对式（3-8）做数值积分，可求出该放射性地层造成的沿井轴的光子通量密度。对变量z′来说，被积函数在z′=0处有最大值，且对称于此点。因而，当观察点M位于地层中点时，积分有最大值：
地球物理测井
设μ=0.1/cm，r0=15 cm，并使地层厚度分别等于15 cm、30 cm、60 cm、90 cm和150 cm时，利用式（3-9）可获得一组曲线，如图3-2所示。
测井仪器测得的曲线，因受到仪器参数的影响而与图3-2有所不同，或者说有不同的响应。
（2）仪器标准化和探测效率
自然伽马测井在每个深度点上测到的计数率，与地层在该点造成的通量密度成正比。计数率曲线可直接反映通量密度（或称射线强度）沿井剖面的分布。测井仪器的探测效率有很大差别，即使环境条件不变，不同的仪器在同一个测量点上测到的计数率也会不相同。所谓测井仪器标准化，实质上就是进行效率刻度。刻度过的仪器测量的计数率曲线是用标准单位表示的，国际上习惯采用API单位。API单位是美国石油学会选用的自然伽马测井单位，它是这样规定的：在美国休斯顿大学建造了一套由三层混凝土标准模块组成的刻度井，每个标准模块都是直径1.219 m，高2.438 m的带井眼的圆柱体，中间的一层是含有13 mg/L的铀、24 mg/L的钍和4%的钾的高放射性地层，而上、下两层是未添加放射性物质的低放射性地层。将仪器在井眼中测得的高放射性和低放射性两种模块的读数差定为200 API。在标准井中刻度过的同类仪器。对同一厚地层应该有同样的响应，即应具有相同的幅度（含统计误差）。这样，不同的仪器测得的自然放射性剖面才能进行对比。
图3-2 有限厚度放射地层沿井轴的光子通量密度
（二）自然伽马测井原理
1.测井原理
自然伽马测井仪有许多类型，彼此的结构、具体线路的差别还比较大，但工作原理基本相同，结构框图基本一致（图3-3）。
自然伽马测井仪分为地面仪器和下井仪器两部分。下井仪的基本组成是伽马射线探测器、放大器和高压电源等。伽马射线探测器是感知伽马射线的，并把其转变成电脉冲的装置；放大器把这些脉冲放大，以便电缆传输。
地面仪器有前置放大、鉴别、整形和计数率计等。鉴别器的目的是消除干扰；整形器可以把所有的脉冲信号变成幅度一样大、宽度一样宽的矩形波，这样每一个矩形波带的电量就是一样的；计数率计把单个的矩形脉冲变成连续变化的电压（或电流），电压（或电流）的大小反映伽马脉冲的多少。再由测井记录仪记录成电压形成伽马射线强度随井深变化的曲线——自然伽马测井曲线。
最简单的计数率计是电阻和电容元件组成的积分线路（图3-4）。电阻R与电容C的乘积RC=τ，称为时间常数。RC积分线路的输出电压U和输入的脉冲数n有以下关系：
地球物理测井
其中：q为每个矩形脉冲所携带的电荷数；t为从矩形脉冲输入开始算起所经过的时间。
图3-4表示，输出电压不能随输入电压同步变化，即积分线路存在惰性。惰性的大小由时间常数决定。计算表明，当t=2τ时，输出电压只能达到最大输出电压的86%；当t=3τ时，输出电压增至最大输出电压的95%。由此可见，积分线路的使用要对测量结果产生较大的影响。
图3-3 自然伽马测井仪原理示意
图3-4 积分线路输入输出特性
2.探测半径
由于地层和泥浆对伽马射线的吸收，地层中放射性元素发射的伽马射线是不能全部到达探测器、为探测器所测出的，即自然伽马测井主要探测的地层是靠近探测器的有限地层。图3-5是自然伽马测井的视几何因子分布曲线。从图中的积分几何因子曲线可以看出，随着径向距离增加，积分几何因子呈指数增加规律变化。积分几何因子可用来研究自然伽马测井探测范围；而图中对信号贡献曲线，是随径向距离增加呈指数下降规律变化，说明距探测器越远的媒体对测量信号的贡献越小，可用来研究自然伽马测井的探测范围。在无限均匀地层中，探测范围是以探测器中点为球心的球体，球体半径就是探测半径。设探测范围内的地层产生总自然伽马强度的90%，则计算的探测半径小于25 cm。实际上，它的大小和伽马射线能量、地层和泥浆密度有关。能量降低或密度增加，探测半径减小。再者，探测范围并不是严格的球形。这是因为井的存在和探测器有一定体积等原因。
利用探测范围内，放射性地层多少的变化，也可近似绘制放射性测井曲线。设厚度大于二倍探测半径的放射性地层的上、下围岩中均不含放射性（图3-6）。当自然伽马测井仪在放射性地层以下时，因其探测范围内，不含放射性，自然伽马强度为零。随着仪器向上移动，探测范围内放射性逐渐增加，自然伽马强度逐渐增强。当仪器探测范围内全是放射性地层时，自然伽马强度最大。如果地层的厚度较大，自然伽马测井曲线上有段平直段。以后，随仪器向上移动，直至进入上围岩。探测范围内放射性地层逐渐减少，直至完全没有，自然伽马强度逐渐降低，而逼近于零。
图3-5 自然伽马测井视几何因子分布曲线
（三）自然伽马测井曲线特征和影响因素
1.曲线特点
可以归纳自然伽马测井曲线的特点：当围岩的放射性相同时，自然伽马测井曲线以地层中点为对称；地层中点的自然伽马幅度最大，其幅度与地层厚度有关。当地层较薄时，测得的地层中点的自然伽马幅度Jγ与它应具有的自然伽马幅度Jγmax满足：
地球物理测井
其中：h为地层的厚度；r为探测半径。
当地层厚度大于二倍探测半径（或大于三倍井径）时，利用半幅点确定地层界面。
2.影响因素
实际的自然伽马测井曲线（图3-7）和理论自然伽马测井曲线有明显的差别，造成这种差别的原因主要是统计涨落。
图3-6 自然伽马测井探测范围
放射性测量的统计涨落现象，造成自然伽马测井曲线上的锯齿变化。这种变化与地层岩性变化，仪器不稳定的变化都可能同时在测井曲线上出现。正确识别曲线上的各种变化是正确利用自然伽马测井曲线的前提。
统计涨落用标准误差衡量。标准误差要用多次测量的平均值计算。但是，在自然伽马测井中，通常只测一次。这样，就不可能求得平均值，而只能以这次的测量结果作为平均值。于是
图3-7 实际的自然伽马测井曲线
地球物理测井
我们知道，测井结果是以“c/min，（c指counts）”作单位的。所以，N=nt。t是测井仪器在该地层的停留时间，n是该地层的平均计数率。从而，式（3-11）就成为
地球物理测井
测井计数率的误差是：
地球物理测井
地层厚度为H，下井仪运动速度（测进速度）为v，式（3-12）变为
地球物理测井
σ1表示：当以测井读数代替平均值时，将带来误差，误差大小为σ1。如果能进行多次测量，求得平均值的话，则平均值应该有68.3%的可能分布在的范围内。
一般认为，采用了积分线路的自然伽马测井仪，其输出结果是在输出时刻前2τ时间内的平均值。于是，地层的总读数N=2τ·n-。从而有：
地球物理测井
测井计数率的误差是：
地球物理测井
定义σ2为：如能根据多次测量确定平均值，则每次的测量读数与平均值的误差为σ2。
显然，由于统计涨落的影响，自然伽马测井曲线的相对误差为σ1+σ2，即
地球物理测井
根据∑的大小，评价测井仪器的性能，判断曲线变化引起的原因。
为检查仪器性能，通常的做法是把下井仪放入井中某一位置，持续测量一段时间的自然伽马强度。当仪器性能正常时，曲线上的幅度变化，应该是统计涨落引起的，即测量的相对误差应该符合统计规律。否则，说明仪器不稳定，需要对仪器进行修理、调试。下面的例子说明计算误差的方法。
设由曲线确定的平均值线离基线5.5 cm（基线不是零线），基线补偿10 cm（即对零线移动10 cm）；横向比例尺为380 c/min.cm，时间常数4s。则：
地球物理测井
和
地球物理测井
σ2在曲线上的距离是：
地球物理测井
在自然伽马测井曲线平均值的两侧、各0.57 cm处，画两条直线。这两条直线包括的范围，就是68.3%的测量结果应分布的范围。把超出这个范围的曲线，按纵向长度累计起来为3.9 cm，该曲线的纵向总长度为12.3 cm，据此可算出超出误差的比例数100%=31.7%。这就表明，该曲线符合统计规律，测井仪性能正常。
一般认为，曲线幅度的变化大于时，才是地层岩石发生了改变，应该分层，确定界面。由上可知，自然伽马测井涨落误差的大小与计数率仪时间常数τ有关。τ大，说明所取的平均范围大，利用了较多个测量结果进行平均。显然，这个平均值比较接近真实值，误差较小。为了使测量结果接近真实值，应选τ大的计数率仪。
3.环境影响
环境影响是指井眼环境对测井响应的影响。在裸眼井中，主要是钻井液对来自地层的伽马射线的屏蔽作用，而井径变化改变仪器与地层间钻井液的厚度。可以用数值积分法、蒙特卡罗法或物理模型实验来研究环境影响。在研究环境影响时，引入一个称之为“钻井液吸收函数”的综合校正系数Ap，它以钻井液衰减系数μp和井半径R的乘积为参变量，而以仪器半径Rs与井半径R的比为变量，如图3-8所示。求出Ap后，用下式进行校正：
地球物理测井
式中：J为实测值；Jc为校正值。
对套管井，同样可根据实际模型计算或测定校正公式或校正曲线图。
图3-8 下井仪居中时钻井液的吸收函数
图3-9 自然伽马测井响应曲线API为美国石油学会规定单位
（四）自然伽马测井曲线应用
1）划分岩性。主要是根据地层中泥质含量的变化引起自然伽马曲线幅度变化来区分不同的岩性，图3-9是自然伽马测井曲线对不同地层的响应，对于纯石灰岩、纯砂岩、白云岩、硬石膏、石膏、煤层及盐岩等，自然伽马显示低值；对于火山灰、泥岩显示高自然伽马值；而对于含泥质岩石自然伽马显示中等，并且随着泥质含量增减而变化。一般来说，泥岩的自然伽马幅度为75～150 API，平均为100 API，硬石膏和纯石灰岩为15～20 API，白云岩和纯砂岩的自然伽马幅度为20～30 API。对某一地区来说，应该根据岩心分析结果与自然伽马曲线进行对比分析，找出地区性的规律，再应用于自然伽马曲线的解释。
2）进行地层对比。自然伽马曲线与地层中所含流体性质无关，地层水矿化度对其也没有影响。因此，自然伽马曲线幅度主要取决于地层中放射性物质钾、钍、铀的含量，通常对于不同岩性其幅度较为稳定。另外，对比的标准层也易于选取，通常用厚泥岩作为标准层，进行油田范围或区域范围内的地层对比（图3-10）。
3）计算地层的泥质含量。为了计算地层的泥质含量，先由解释井段的纯地层和纯泥岩的自然伽马幅度，计算解释地层的泥质含量指数：
地球物理测井
其中：CGR、CGR，sh、CGR，clean分别为解释地层、纯泥岩层和纯地层的自然伽马测井值。
显然，纯泥岩层的Ish=1，纯地层的Ish=0。用下式将Ish转化为泥质含量Vsh：
图3-10 穿过某油田的东/西剖面确定第1、2类砂岩的分布
地球物理测井
式中G为地区经验系数，可由本地区的实验资料统计获得（一般来说，对第三纪地层用3.7，老地层则用2）。
自然伽马测井的介绍
答：地球物理测井是用地球物理探测手段，了解被测井眼不同井段的导电、传热、声学、 放射性等物理性质，用以确定岩层的岩性、物性、含油气性、含盐卤矿化度与地球物理 特性的关系，进而研究地质、矿产状况和钻井技术。
地球物理测井是什么?
答：2.自然伽马测井曲线的应用 自然伽马测井曲线可以配合其他测井资料或地质录井资料进行综合解释,确定岩层岩性。泥岩吸附放射性元素离子能力大,在自然伽马测井曲线上幅度值高;砂岩、碳酸盐岩、石膏等岩层在曲线上显示低幅度值;对于含泥质岩层,根据泥质含量多少,其在曲线上的幅度值介于上述两者之间,如图3-16所示。此外,曲...
自然伽马测井曲线的主要用途为()
答：自然伽马测井曲线的主要用途为进行地层对比。根据查询相关资料信息，自然伽马测井曲线主要有三个方面的应用划分岩性，进行地层对比，确定泥质含量。
测井技术
答：以下依次对页岩气储层在常规测井曲线上的响应特征进行分析：① 自然伽马测井：泥页岩气储层的自然伽马值显示高值，这是由于：①泥页岩中泥质含量较高，泥质含量越高放射性就越强；②含气页岩中有机质含量丰富，通常情况下干酪根形成于一个使铀沉淀的还原环境，从而具有较强的放射性，导致自然伽马值...
煤层的测井曲线怎样识别
答：1.测井曲线识别（图5-26）人工伽马（密度DEN）曲线：煤层处有明显异常反映；视电阻率曲线（RT）：煤层、灰岩处有明显的高幅值异常，泥岩为低幅值反映；自然伽马曲线（GR）：煤层为相对低的幅值，但泥岩、炭质泥岩、铝土岩等为较高幅值。图5-26测井参数曲线与煤层的对应关系曲线 2.煤层在各种测井曲线...
测井曲线的选择
答：因而，在不同程度上记录着地质演化的历史，从不同侧面反映着地层形成演化的条件和影响因素，如海平面变化、古环境、古地理、古气候信息及其变化情况等。受各方面因素的限制，这里将只利用砂泥岩剖面的自然伽马GR曲线数据进行小波分析，来分析一些地质问题。自然伽马测井法是放射性测井中最简单的一种方法，它...
测井曲线sp的单位是什么?
答：测井曲线名称及单位符号：①曲线符号：SP，记录单位：mv ②自然伽马测井曲线 ：GR，记录单位：API ③井径测井曲线-曲线符号： CAL，记录单位：in 或 cm ④岩性密度测井曲线（光电吸收界面指数）-曲线符号：PE 测井曲线内容及其含义：一、自然电位测井：测量在地层电化学作用下产生的电位。二、普通视电阻...
自然伽马测井单位
答：实际测井数据应该是计数率，也就是CPS.换算成为Pa/Kg前必须对测井仪进行刻度才行。
自然伽马测井单位转换
答：这个要看你测量时的仪器刻度。仪器会进行刻度。API，美国石油学会规定的自然伽马和中子伽马测井的计量单位。规定在美国休斯顿大学自然伽马测井刻度井中测得的高放射性地层和低放射性地层的读数差的1/200为一个API自然伽马测井单位.对中子伽马测井，在中子测井刻度井中将仪器零线与孔隙度为19%的印第安纳石灰...
地球物理测井包括哪些方法?
答：三、放射性测井放射性测井是根据岩石和介质的核物理性质研究钻井地质剖面、寻找油气藏以及研究油井工程问题的地球物理方法。根据探测射线的类型,放射性测井可分为两类,即探测伽马射线的伽马测井和探测中子的中子测井。 1. 伽马测井伽马测井方法包括自然伽马测井、伽马—伽马测井和放射性同位素测井等方法。这里只介绍自然伽...
