自然γ测井在铀矿普查中的应用

刘兴华，王艳丽

（广东省核工业地质调查院，广州 510800）

0 引言

放射性测井方法，按其探测射线的类型可分为两大类，即探测γ射线的γ测井法和探测中子的中子测井法。

放射性测井具有如下优点：

（1）裸眼井、套管井内均可进行测井；

（2）在油基泥浆、高矿化度泥浆以及干井中均可测井；

（3）是碳酸岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少的测井方法。

但是它的测速慢，成本高。由于生产和解释方法的改进，放射性测井解决生产问题的范围不断扩大，它仍是一项重要的测井方法。特别是核磁共振测井仪的研制成功，更加扩大了放射性测井的应用范围。

自然γ测井以地层自然放射性为基础，测井时用γ射线探测器沿井眼进行测量，只记录γ射线强度，称为自然γ测井。

1 岩石的放射性

岩石的放射性，主要是由于含有铀（U）、钍（Th）、钾（K）等放射性元素，所以岩石的放射性强度决定放射性元素的含量。

一般条件下，岩石的放射性物质含量很少，按放射性的强弱沉积岩可分为以下几类：

自然γ放射性高：放射性软泥、红色黏土、海绿石砂岩、独居石等岩石。

自然γ放射性中：浅海相和陆上沉积的泥质岩石，如泥质砂岩，泥质石灰岩，泥灰岩等。

自然γ放射性低：砂岩、石灰岩、石膏、岩盐、煤和沥青等。

2 自然γ测井的原理

测量装置由井下仪器和地面仪器组成。下井仪器有探测器（闪烁计数管）、放大器和高压电源等几部分。自然γ射线由岩层穿过泥浆、仪器外壳进入探测器，探测器将γ射线转化为电脉冲信号，经放大器把电脉冲放大后由电缆送到地面仪器。

早期的自然γ曲线采用计数率（脉冲／分钟）单位，曲线用Jγ表示，现今的自然γ测井都采用标准刻度单位API，曲线用GR表示。定义高放射性地层与低放射性地层读数之差为200API单位，作为标准刻度单位。

3 自然γ测井的曲线特征和影响因素

3.1 自然γ测井曲线特征

把自然γ测井仪下到井中，测量地层放射性强度随深度变化的曲线，称为自然γ曲线（GR）。

曲线特点。根据理论计算自然γ测井理论曲线如图。其特点为：

（1）曲线对称于地层中点，在地层中点处有极大值或极小值，反映该层放射性大小。

（2）当地层厚度h小于三倍的钻头直径d（h＜3d）时，极大值随h↗而↗（极小值随h↗而↘）。当h≥3d时，极大值（或极小值）为一常数，与地层厚度无关，与岩石的自然放射性强度成正比。

（3）h≥3d时，由曲线的半幅点确定的底厚度等于地层的真实厚度，当h＜3d时，由半幅点确定的地层厚度大于地层的真实厚度，而且越薄，大得越多。

理论曲线是在测速为零、点状计数管的条件下计算得到的，但实际测井中，计数管不是点状的，测速也不为零，所以实测曲线和理论曲线是有些差异的，但基本形状仍然相似。

3.2 自然γ测井曲线影响因素

3.2.1 层厚的影响

地层变薄会使泥岩层的自然γ测井曲线值下降，砂岩层的自然γ测井曲线值上升，并且地层越薄，这种下降和上升就越多。因此对h＜3d的地层，应用曲线时，应考虑层厚的影响。

3.2.2 井参数的影响

井径的扩大意味着下套管井水泥环增厚和裸眼井泥浆层增厚。若水泥环和泥浆不含放射性元素，则水泥环和泥浆层增厚会使GR值降低，但由于泥浆有一些放射性，所以泥浆的影响很小。套管的钢铁对γ射线的吸收能力很强，所以下了套管的井，GR值会有所下降。

3.2.3 放射性涨落的影响

在放射性源强度和测量条件不变的条件下，在相等的时间间隔内，对放射性的强度进行重复多次测量，每次记录的数值是不相同的，而总是在某一数值附近上下变化，这种现象叫放射性涨落。它和测量条件无关，是微观世界的一种客观现象，且有一定的规律性。这种现象是由于放射性元素的各个原子核的衰变彼此是独立的，衰变的次序是偶然的等原因造成的。

由于放射性涨落的存在，使得GR曲线不像电测井光滑。放射性测井曲线上读数的变化，一是由地层性质变化引起的，另一方面是由放射性涨落引起的，要对放射性测井曲线进行正确地质解释，必须正确区分这两种原因造成的曲线变化。

3.2.4 测速的影响

测井时的仪器上提速度是对GR曲线产生影响。测速越大，GR关于地层越不对称。（一般是V·τ的影响，τ为积分电路时间常数）

4 自然γ测井的应用

4.1 划分岩性

主要根据地层中泥质含量的变化引起GR曲线幅度变化来区分不同的岩性。

I.砂、泥岩剖面

Ⅱ.碳酸盐剖面

Ⅲ.膏岩剖面

4.2 进行地层对比

GR曲线与地层中所含流体性质无关，其幅度主要决定于地层中的放射性物质，通常对于不同岩性其幅度较为稳定，另外，对比的标准层也易选取，通常选用厚度泥岩作标准层，进行油田范围或区域范围内的地层对比。

4.3 估算地层中泥质含量

首先用自然γ相对幅度的变化计算出泥质含量指数IGR：

式中：GR目的——目的层自然γ幅度；

GRmax、GRmin为纯泥岩、纯砂岩的自然γ幅度。

通常IGR的变化范围为0～1，用下式将IGR转化成泥质含量Vsh：

G为希尔奇指数，可根据实验室取心分析资料确定。

5 实际案例分析

5.1 工程概况

该项目为广东省仁化县学堂坳地区铀矿普查，为2014年广东省铀矿风险勘查专项资金找矿新开项目。工作区位于广东省仁化县长江镇。

工作任务是：寻找、评价各类异常、蚀变和矿化，通过有限的揭露工程，大致查明区内是否有进行下一步工作价值的矿体或矿化带、异常带，大致掌握其分布规律、规模、产状以及与成矿有关的地质条件，推断矿体的连续性、进行可行性评价的概略研究，估算相应类型的矿产资源／储量，提出是否有进行下一步工作的价值或圈出详查区。

5.2 仪器设备

本次测斜采用FD－3019改进型闪烁γ测井仪（见图1）。FD－3019改进型闪烁γ测井仪主要用于地面钻孔中的放射性γ强度测量。确定铀矿床的矿石品位。也可用于放射性方法测量地下水情等。

图1 FD－3019改进型闪烁γ测井仪

5.3 工作方法

放射性γ测井分为基本测井、重复测井、检查测井［5］。

5.3.1 基本测井

基本测井包括中间测井和终孔测井两种。钻孔揭穿上部矿层后，应立即进行中间测井；钻孔达到地质设计孔深和全部设计目的时，应进行终孔测井。完成全部测井任务前，不得拆除钻机场地任何设施。基本测井按测量方式又分为点法测井和连续γ测井。采用点法测井时，探管由下而上逐点进行测量，测量点距在放射性正常地段采用1m；偏高地段和异常幅度变化不大的地段采用0.2～0.5m；异常地段采用0.1m。应用计算机进行分层解释时，点距只采用1m和0.1m，且异常测量段应伸入正常地段五个点。采用连续γ测井时，测井速度应保持匀速，速度变化不超过5%。点距采用0.05m。

5.3.2 重复测井

重复测井是在基本测井结束后，以同一仪器、同一操作者进行的；是检查γ测井仪器连续工作期间的稳定性，发现孔内是否存在增长着的放射性水等干扰和操作过程中的偶然误差。

5.3.3 检查测井

检查测井由测井组长或负责测井工作的物探人员承担，是检查多台仪器的一致性，解决基本测井存在的问题，发现不同人操作过程中的系统偏差。检查测井的数量不少于钻孔总数的10%，应选择具有代表性的工业矿化孔或可疑孔，以不同仪器、不同人进行全孔检查。

5.4 自然γ测井资料解释方法

γ测井资料解释采用三点式或五点式反褶积测井程序对测井数据进行解释。反褶积程序处理数据首先是搜索异常段最高照射量率值，通过计算判别因子（E），求取反褶积参数α，最后输出Qi与α。

三点式计算公式为：

五点式计算公式为：

式中：Qi——第i个单元层含量的数值，%；

Ii——测点i的γ照射量率的数值，nC／（kg·h）；

K0——换算系数，单位为（nC·0.01%eU）／（kg·h）；

α——反褶积参数，l／m；

h——单元层厚度的数值，m。

γ测井解释时矿段边界的确定：用给定强度法确定矿段边界。分0.01%、0.03%和0.05%等不同品级。在解释时黄、蓝品级矿段厚度大于30cm时（即测井解释反褶积结果连续三个点属于同一品级时），才单独作为一个层解释，否则与相邻的下一品级矿段合并或不作解释；品级大于0.05%点的连续出现两个或两个以上单独解释，一个红点时与相邻的矿段合并。

5.5 自然γ测井质量要求

根据《γ测井规范》（EJ／T 611—2005）要求，γ测井包括基本测井、重复测井和检查测井，其质量要求应满足表1。

5.6 自然γ测井数据解译

原始数据由仪器导入电脑，进而进行数据处理，解译软件采用核工业二一六大队编制的γ测井解释系统1.2版。数据处理之前，应填写γ测井实际材料登记表，见表2。

表1 γ测井基本测井、重复测井和检查测井质量要求

表2 钻孔γ测井实际材料登记表

图2为自然γ测井解释成果图，从中可得到：矿段品位、矿段厚度、矿段米百分数、矿段起始和终止深度。结合岩心编录和测斜等资料分析，判别数据的准确性、合理性，以便为后续成果分析提供依据。

图2 γ测井解释成果图

5 结论与建议

放射性测井在研究钻井地质剖面，寻找油气藏以及研究油井工程中具有广泛应用。本文仅从其中一分支即自然γ测井，讨论其在铀矿找矿中应用的合理性和可行性。

项目实施过程中，必须对γ测井仪的三性检查进行严格检测，以保证采集数据的准确性和可靠性，如其相对误差超出相关规范要求或合同要求，应及时送往厂家维修。

实际工作中可同时开展普通物探工作，以加强工作区矿化蚀变带、断裂构造及裂隙发育带的研究，结合钻孔资料加强对工区地质情况的认识。

［1］吴传芝，杨宁，李翻平，卢丽.地表放射性油气勘探技术研究现状分析［J］.勘探地球物理进展，2009，32（4）：239－247.

［2］刘东海，邱晓红.放射性测量在油气勘探中的应用［J］.石油勘探与开发，1992，19（6）：37－42.

［3］刘庆成.放射性测量技术在油气勘查中的应用［J］.华东地质学院学报，1995，18（1）：43－47.

［4］尹航，王喜君，李成立，等.放射性勘探探寻油气藏的实验效果［J］.吉林大学学报，2005，28（1）：65－67.

［5］国防科学技术工业委员会.《γ测井规范》EJ／T611－2005［S］.