Естественная радиоактивность горных пород

Введение.

 

Геофизические методы исследования скважин – один из разделов прикладной геофизики. Они применяются для решения геологических и технических задач, связанных с поисками, разведкой и разработкой месторождений полезных ископаемых, а также с изучением гидрогеологических и других особенностей исследуемых районов.

 

Изучение геологического разреза скважин, их технического состояния и контроль режима разработки месторождений в на­стоящее время осуществляются в основном геофизическими методами. О геолого-геофизических свойствах разреза и усло­виях залегания пород на глубине судят главным образом по результатам интерпретации комплексных геолого-геофизиче­ских данных. Геофизическими методами исследуется весь раз­рез, вскрываемый скважиной, и наиболее детально — его про­дуктивная часть. Полученные данные используются для выде­ления в продуктивной толще прослоев, по литологическим и коллекторским свойствам отличающихся от вмещающих пород. Это имеет важное практическое значение при послойном изуче­нии геологического строения отдельных зон продуктивного пласта, оценке его эффективной мощности, выборе систем раз­работок и, в частности, режима закачки в пласт воды для поддержания пластового давления.

Каротажные диаграммы, характеризуя разрез непрерывно по всему стволу скважины, дают наиболее полное представ­ление о закономерностях изменения литологии и о строении пластов как по вертикали, так и по площади. Благодаря мас­совости каротажных материалов, их доступности и относитель­ной простоте обработки, они часто дают единственную геолого-геофизическую информацию, на основании которой судят о гео­логическом разрезе, целесообразности дальнейших исследований и оперативных работ в скважине. От полноты и достоверности интерпретации данных каротажа зависят надежность выявле­ния в разрезе продуктивных горизонтов, выбор среди них наи­более перспективных на нефть и газ пластов для испытания в данной скважине, успех их вскрытия и ввода в эксплуатацию.

По комплексу геофизических исследований скважин и геоло­гических наблюдений в настоящее время решают ряд важных задач, основные из которых:

а) расчленение разреза, оценка литологии, определение гра­ниц пластов, последовательности и закономерности их залега­ния и распределения по площади, изучение геологического строения месторождения и др.;

б) выделение в разрезе пластов-коллекторов, оценка харак­тера их насыщения и количественное определение коллекторских свойств, нефтегазонасыщенности и эффективной мощности.

 

Геофизические методы исследования скважин, основанные на использовании радиоактивных процессов (естественных и искус­ственно вызванных), происходящих в ядрах атомов элементов, называют радиоактивным каротажем (РК). При изу­чении скважин, бурящихся на нефть и газ, широкое распрост­ранение получили следующие виды радиоактивного каротажа: гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж и нейтронный каротаж

 

Радиоактивные методы исследования скважин зародились в СССР в 1933-1934 гг., когда советские специалисты Г.В. Горшков, Л.М. Курбатов, А.Г. Граммаков, В.А. Шпак и другие предложили и опробовали в скважинах гамма-метод.

 

Гамма-каротаж (ГК) основан на измерении естественной гамма-активности горных пород. В данной работе будут рассмотрены физические основы метода, аппаратура и методика исследования ГК, методика проведения измерения ГК, области применения ГК и решаемые им геологические задачи.

 

Естественная радиоактивность горных пород.

Естественная радиоактивность горных пород q_γ обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов урана , радия , тория , нестабильного изотопа калия . Содержание урана, тория и изотопа калия в земной коре составляет десяти­тысячные доли процента. Уран и торий входят в состав собственно урановых и ториевых минералов, а также уран- и торийсодержащих минералов.

Наиболее высокой радиоактивностью отли­чаются магматические породы, самой низкой — осадочные, промежуточной — метаморфические.

Радиоактивность осадочных пород изменяется в широких пределах и в первую очередь определяется радиоактивностью породообра­зующих минералов. Радиоактивностью основных минералов, входящих в состав осадочных горных пород, колеблется в весьма широких пределах – от сотых долей до нескольких тысяч пг-экв Ra/г. Все эти минералы по радиоактивности могут быть разбиты на четыре группы.

 

Соотношение вклада радиоактивных элементов в общую гамма-активность пород различно. Основной вклад вгамма-активность известняков и особенно доломитов даютRa (соответственно 64% и 75%),вклад Ra, Th, K в радиоактивность песчаников примерно одинаков (Ra 23-26%, Th 40%, K 35%).В связи с этим спектр естественного гамма-излучения терригенных и карбонатных пород различен.

 

В первую группу, характеризующуюся низкой радиоактивностью, входят основные составляющие осадочных горных пород минералы:

· кварц

· доломит

· ангидрит

· гипс

· кальцит

· сидерит

· каменная соль.

Вторая группа минералов со средней радиоактивностью представлена отдельными минеральными разностями типа:

· лимонит

· магнетит

· турмалин

· корунд

· барит

· олигоклаз

· роговая обманка и др.

К третьей группе минералов относятся:

· глины

· слюды

· полевые шпаты

· калийные соли, характеризующиеся повышенной радиоактивностью, и некоторые другие минералы.

В четвертую группу входят акцессорные минералы, радиоактивность которых более чем в 1000 раз превышает радиоактивность минералов первой группы.

 

 

 

Рис.1 Классификация минералов входящих в состав горных пород по радиоактивности

Максимальной радиоактивностью [(3,7—5,55) 10⁵ расп./ сг] обладают глины, глинистые и битуминозные сланцы, фос­фориты, а также калийные соли.

Радиоактивность обломочных пород обусловлена не только присутствием обломков радиоактивных минералов, но, прежде всего адсорбцией ионов урана, калия и соединений урана и тория на поверхности частиц. Максимальной радиоактивностью характе­ризуются глины благодаря их огромной поверхности, минималь­ной — чистые кварцевые песчаники. Полимиктовые песчаники даже при малой глинистости обладают значительной радиоактивностью, поскольку у них часть зерен скелетной фракции представлена калийсодержащими минералами — полевой шпат, глау­конит, микроклин. Радиоактивность песчаников и алевролитов возрастает с увеличением глинистости. Радиоактивность карбо­натных пород, как правило, низкая. С ростом содержания нерас­творимого остатка радиоактивность известняков и доломитов увеличивается. Низкой радиоактивностью характеризуются большин­ство хемогенных пород, за исключением калийных солей.