伽玛能谱测量在油气勘探中的应用

刘建宏，陈木森，杨瑞涛

(1.陕西延长石油国际勘探开发工程有限公司，陕西西安710075;2.中石化地球物理公司江汉分公司，湖北潜江433199)

地面伽玛能谱测量是直接测量土壤或岩石中当量铀(eU)、当量钍(eTh)和钾(K)三种放射性核素含量的地球物理勘探方法。在寻找铀矿、钾盐、油气勘探中有其独特的作用和效果。相关勘探资料统计，油气田放射性勘探在油气田勘探中地质效果显著。

根据美国森马克公司对怀俄明波德河盆地4465平方千米地区深部碳酸盐地层圈闭油气的统计，在放射性异常范围内所钻探井的成功率为61%，在放射性异常范围外所钻的干井的准确率达89%，其综合成功率为80%。

俄罗斯的科罗波科夫油田上方的航空放射性测量结果显示，在含油范围内，伽玛能谱测量值呈现明显的低值，而在油田的周围则分布有伽玛能谱增高值。伽玛能谱测量的增高位置与油田边界基本吻合。中国在大庆、塔里木盆地等油田利用放射性方法进行油田边界圈定和油气预测均取得了明显的地质效果。

中国在陕甘宁地区的数千个已知采油段进行的地表放射性勘探油气试验研究结果表明:有明显的放射性模式异常反映的已知采油段达70%，反映不明显的只有15%。

1 放射性油气勘探的基本原理

放射性元素在裂变、衰变或蜕变的过程中会产生α、β、γ和中子、氡气等并且释放出大量能量。地面放射性勘探便是通过测量放射性元素在地面强度来计量铀、钍、钾的含量(计数率)和总量，放射性异常直接反映铀及钍、钾、总量的地下富集程度，用来区分岩性及岩性段。

1.1 岩石地层中放射性元素分布规律

分布在岩石地层中的放射性元素主要有铀(U)、钍(Th)、锕(Ac)、钾(K)。

在岩浆岩中放射性元素含量的分布规律:超基性岩放射性含量最低，酸性岩放射性含量最高，从超基性岩－基性岩－中性岩－酸性岩逐渐增加;同时放射线元素的含量与岩浆岩形成的时间有关，一般新的岩浆岩放射性元素含量比老的岩浆岩高。

在沉积岩中，放射性元素的含量主要取决于泥岩的含量、钾的含量和吸附作用。泥岩、页岩中放射性元素含量最高，从泥岩和页岩、砂岩和白云岩、灰岩、石膏和盐岩放射性元素含量逐渐依次减少。

由于油气藏一般与泥岩和页岩相关，所以在油气藏上方会存在放射性异常。

1.2 油气上方的放射性异常成因机制

众多的自然伽玛测井资料表明，富含有机质的粘土层较砂层放射性强，人们常据此来推断可能的目的层(储层)。自然伽玛测井还显示了油田水层较油气本身有更强的放射性。根据油田水的测试研究发现其中除富含各种碱土金属、碱金属及其它金属离子外，还含有eU、eTh、Ra、K等放射性离子。这为放射性勘探提供了物资基础。油气田上方“地电流”与放射性离子迁移关系见图1所示。

图1 “地电流”与放射性离子迁移关系示意图

(1)油田水中的放射性离子呈“电泳”移动，在油水边部放射性离子与围岩或土壤中的某些成分结合形成相当稳定的结合物。油田边部曾发现有“沉淀型”沥青铀矿，也反证了这种现象和规律的存在。

(2)油水边部及围岩接触区域是烃类运移活动区域，也是油田水中带正电离子向上迁移的有利区域，放射性离子在电场力作用下会像其它带正电的离子一样向上迁移，尽管这种“迁移”速度极其缓慢(比液体中的离子“电泳”速度慢的多)，但用地质观点看仍具有一定意义。

(3)在氧化还原电性差异面上(潜水面以及富含烃类、伴随气体及油田水的岩柱与外部围岩接触面等)附近，由于地电流作用，放射性离子也会出现迁移。一方面围岩中的放射性离子向烃类垂向运移区迁移;另一方面烃类(或油水颗粒及烃类伴生气体H2S，CO2等)含有微量的放射性离子，在潜水面上下附近，地电流有阻止放射性离子向地面“迁移”的作用。同时由于潜水面上下氧化还原性质差异，往往在此区域有形成“放射性物质”局部富集的可能，这种“局部微量富集”作用为地面放射性勘探探测放射性“次生富集”提供了理论依据。

(4)深部放射性物质向地表的迁移。地幔及地壳深部的放射性物质会在分异作用下向地表迁移，它们及其产生的放射性遇到油水或油气层会产生较强的吸收、散射等作用，使油气田正上方的放射性相对减少而其周围的数值相对较高。尽管这种差异很有限，但在与上述三个因素形成的异常共同叠加后就会使油气田上方地表的放射性异常明显的显示出来。

综合以上所述，认为油气田会在地表形成放射性异常，为利用地面放射性勘探找油找气奠定了基础。

2 油气田上方的伽玛能谱异常

盆地动力学认为，盆地内流体的运动与循环样式直接涉及油气与成矿物质运移的方向。放射性元素的运移与富集与盆地内流体的活动直接关联。研究放射性异常可以分析盆地流体运移的样式，达到预测油气富集区域的目的。

实践表明:在油气藏边缘的上方地表一般都存在着高出底数30%～80%的放射性异常。这为利用放射性方法寻找油气藏提供了实践基础。油气田正上方的放射性相对减少而其周围的数值相当较高。

图2是某油矿区上的伽玛能谱(eU)异常等值线图，以大于2.5 ×10－6的值为伽玛能谱异常区域，最大异常达到 4.0 ×10－6，伽玛能谱异常十分明显，与已知油井进行对比，油井位于伽玛异常低值区。推测与已知油气相邻的一个伽玛能谱(eU)低值区也为含油气有利区带。

在油田上方的放射性形态与油田的赋存形态有关，有环状、半环状、串珠状、串珠一环状和面状异常等多种类型。油气藏边界在相应地表反映的放射性异常，一般要高于油气藏顶部地表附近所反映的放射性异常，而后者相对于围岩的放射性场，则随着地质条件，地球化学环境和放射性元素本身特点等因素不同而有所差异，即有时反映相对高场，有时则是低场。

图2 某油田区域伽玛能谱(eU)含量异常图

3 伽玛能谱测量应用实例

伽玛能谱测量一般与其他综合物探方法配合使用，进行盆地内含油气区域预测。下面以一个勘探实例进行介绍。

为了摸清某区块内的区域构造特征和确定油气勘探有利区带，在该区进行了大面积的伽玛能谱测量、磁法测量及大地电磁测深勘探，通过以上综合物探工作，较好地完成了地质勘探任务。

3.1 野外施工

野外施工采用GPS技术放样和测量得到每个物理点的坐标和高程，伽玛能谱测量与磁法测量同步观测。伽玛能谱测量使用IED－3000B数字伽玛能谱仪，采用单点连续测量，每个物理点观测时间为180秒。为了保证野外采集精度，伽玛能谱仪在施工前经过计量检定机构检定合格，每天出工前和收工后都在固定点上进行仪器校对，确保仪器采集数据稳定。

3.2 伽玛能谱资料处理

为了准确提取与油气相关的伽玛能谱异常信息，采用了多元统计分析、数据圆滑及滤波等方法对原始数据进行处理。伽玛能谱资料的处理流程如图3所示。

图3 伽马能谱测量资料处理流程

3.3 伽玛能谱资料解释

首先对原始资料进行网格化、滤波、及成图等处理，根据处理结果对伽玛能谱资料进行解释。

3.3.1 综合物探剖面资料分析

图4 伽玛能谱、磁法及MT综合解释剖面

图5 伽玛能谱(eU)元素含量平面剖面图

图4是该区的一条综合物探剖面，包括了伽玛能谱(eU)、磁法和大地电磁二维反演剖面。从剖面对应分析，磁力异常起伏形态基本与盆地电性高阻基底一致，伽玛能谱(eU)高异常位置均处于地表断裂的部位，在F1、F2两条断裂上方存在明显的放射性异常，可见放射性元素在地表聚集与断裂活动相关。同时伽玛能谱强度跟地表出露的地层也存在相关性。

3.3.2 资料综合解释

图6 工区磁法、伽玛能谱综合成果解释图

图5是该区块的伽玛能谱(eU)元素含量平面剖面图。图中明显存在一个环型异常带，伽玛能谱(eTh)元素含量异常分布范围基本与伽玛能谱(eU)含量异常相似。该异常带是油气存储的最佳部位(见图6)。

4 结语

(1)随着性能稳定、轻便、智能伽玛能谱仪器出现，伽玛能谱测量技术更加可靠和方便，为大规模开展伽玛能谱勘探工作提供了技术基础。

(2)伽玛能谱测量受外界环境影响小，施工方便快捷、经济可靠。

(3)伽玛能谱资料从放射性物质运移的角度和油气藏的关系进行油气预测，具有独特的地质效果。与其他物化探方法配套使用，能够更好地发挥出作用，在油气勘探中值得推广和应用。

(1)李思田等.盆地动力学——基本思路与若干方法研究［M］.武汉:中国地质大学出版社.1999.

(2)刘海东.放射性勘探方法在油气勘探中的应用研究［J］.天然气地球科学，1991，(5):233 －237.

(3)宋子齐，景成，孙宝佃，等.自然电位、自然伽马测井曲线在文15块的应用［J］.断块油气田，2011，18(1):130 －133.