科学钻探中的元素测井技术
第5卷第1～2期
地学前缘(中国地质大学, 北京)
() Vol. 5No. 1～2科学钻探中的元素测井技术
李舟波 (长春科技大学, )
摘 要 活化测井、热中子俘获伽玛能谱测
; 详细讨论了在不同的岩性条件, 介绍了元素测井技术在KTB 和ODP 中的应用, 说明元素测井技术对重建岩性剖面、了解元素丰度和矿物成分的变化、研究矿物在高温高压下蚀变所涉及的地球化学作用、显示岩石的不均匀性和重建地球化学剖面等方面有特殊作用。此外, 元素测井技术对于精确计算骨架密度、孔隙度和渗透率、井与井间相关对比, 以及补足由于漏掉岩芯或岩屑而失去的有关信息, 均具有重要作用。关键词 科学钻探 元素测井 元素矿物转换C LC P63,P59
1～2〕, ①
元素测井又称为地球化学测井〔, 它是自然伽玛能谱测井、中子活化测井、非弹性散射伽玛能谱测井和热中子俘获伽玛测井等组合求取地层元素含量、并转换成地层矿物丰度的
方法的统称。在科学钻探的科学研究目标中, 了解地下岩石的矿物组成及变化是主要研究内容和目的之一。尽管各种科学钻探均要求取芯进行各种分析, 但是, 由于各种各样的原因, 岩
3〕, ②～④
芯采取率难以达到100%, 并且费用昂贵。因此, 在国际海洋钻探计划(ODP ) 〔及德国的
4～7〕, ⑤
大陆科学钻探计划(KT B ) 〔中, 均采用了地球物理测井方法来确定岩石的元素含量, 然后转换为矿物成分, 以达到沿整个钻孔剖面连续研究岩石特性的目的。
元素测井所提供的丰富信息, 对于评价地层的各种性质、获取地层的物性参数、计算粘土矿物含量、区别沉积体系、划分沉积相带和沉积环境、推断成岩演化、判断地层渗透性、了解胶结物成分等, 均有重要参考意义。
收稿日期:1997212208 修改稿收到日期:1997212224
作者简介:李舟波, 男,1933年生, 教授, 博士生导师, 地球物理学专业。本研究是地质矿产部科技司资助的“大陆科学钻探测井技术及数据处理系统研究”项目的一部分。
① Hertzog R , Colson L , Seeman B , et al. G eochemical logging with spectrometry tools. S PE 16792, also see S PEFE ,
1989, 153～162② Bartetzko A , Pechnig R , Wohlenberg J. Lithology of DSDP/ODP Hole 504B —A Reconstruction Using Well 2Logging
Data. 私人通信,1997③ Delius H , Bueker Ch , Wohlenberg J. Determination and Characterization of Volcaniclastic Sediments By Wireline Loge :
ODP Sites 953, 955,956, Canary Islands. 私人通信,1997④ Adamson A C. Basement lithostratigraphy , deep sea drilling project hole 504B. In :Anderson R N , et al. , eds. Init
Rept DS DP , 1985, 83:121～127
⑤ G atto H. Determination of elements through geochemical logging in crystalline rocks of the KTB 2Oberpfalz HB. KTB 2
Report 9321, 1993. 251～264
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1 测量原理与元素含量的确定
8～12〕
111 自然伽玛能谱测井①, 〔
岩石中能够放射出足够强的伽玛射线, , 只有
40
K , 238U 和232Th 。其中40K 衰变后变成稳定的40Ar , ,
而238U 和232Th , 复杂。在铀系和钍系中特征的伽1和2120MeV ) 和铊(2162MeV ) , 以及散射的低能部分, 可以
w i =a i w (Th ) +b i w (U ) +c i w (K ) +εr
(1)
式中εb i 和c i 分别为刻度井中的第i 个能r 表示第i 个能量窗口计数率的统计误差因子; a i 、窗的刻度系数。利用最小二乘法可以求出Th 、U 和K 三种核素的含量。用矩阵方式可表示为
T -1T
(2) M =(A PA ) A PW 式中:W —能窗计数率矩阵; M —元素含量矩阵; P —加权因子矩阵; A —刻度系数矩阵。
8,10～12〕
112 中子活化测井②, 〔
表1 热中子活化的常见地层元素③
Table 1 Common formation elements activated by thermal neutron
元 素
Na Mg Al Cl Ca Ti V Mn
活化生成核
2427
Na Al Cl Ti V
Mg
28
3849
Ca
515256
俘获截面S /10-282
[***********][1**********]3
半衰期t /min
[***********]17156
伽玛射线能量E r /MeV
11369;2175401844;11014
1177911643;2116731084;4107101320;01929
11434
01847;11811;21113
一些稳定的原子核, 经过中子(包括快中子、热中子) 的作用, 生成新的放射性核素。这些活化核素一般不稳定, 通常作β衰变, 并伴随着放出伽玛射线回到稳定状态。根据伽玛射线的能量可以确定地层中化学元素的性质; 并根据这些伽玛射线的强度, 可以确定地层中受活化元素的含量。目前, 在中子活化测井仪中, 通常使用中子管、同位素自裂变中子源、以及同位素〔(α, n ) , (γ, n ) 等〕中子源等。在科学钻探中使用比较多的是放射性同位素自裂变中子源锎2252, 该中子源体积小、具有很高的中子产额, 放出的平均中子能量为21348MeV 。表1给出了地层中常见元素在中子源辐射后的一些物理参数。
元素铝在地壳内按重量百分含量分布规律排列次序上占第三位, 在确定岩石特性参数等方面具有非常重要的作用。目前在科学钻探中使用中子活化测井仪主要是用于确定元素铝的
① Serra O. Fundamental of Well 2Log Interpretation 1. The Acquisition of Logging Data. Elsevier , 1984② Serra O. Fundamental of Well 2Log Interpretation 1. The Acquisition of Logging Data. Elsevier , 1984
③ Hertzog R , Colson L , Seeman B , et al. G eochemical Logging with Spectrometry Tools. S PE 16792, also see S PEFE ,
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地 学 前 缘 含量。因此, 我们只对铝的活化测量过程进行分析和讨论。
地层中元素铝在受到放射性源252Cf 的辐射时, 其活化的反应过程如下式所示
2728
) 28Al Al (n , γ
β(212) 28
Si 3→
(3)
Si +γ(11779MeV )
在中子源辐射过程中, 铝放射性达到饱和值,
这时铝的活化产额与衰减速度达到平衡。由于28
Al 的半衰期为2124min , 速度较低, 测速一般在180h 。
,1。由于铝活化的同时存在井眼环境和地层等因素的影响, 以及自然伽玛射线的干扰, 另外由于地层密度不同, 伽玛射线的衰减也不同, 所以, 确定铝含量必须经过计数率环境校正、测速校正及其它干扰因素的校正后, 才能求得地层中真实的铝元素含量。
至于其它元素, 也可以利用相同的原理和方法求出它们的含量。113 次生伽玛能谱测井①～②, 〔8～10,13～15〕
次生伽玛能谱测井通常包括非弹性散射伽玛测井及热中子俘获伽玛测井。它是利用脉冲中子源产生的14MeV 的高能中子照射地层, 中子进入地层后, 立即与井眼周围介质发生弹性、非弹性散射而损失能量, 直至慢化为热中子。热中子与地层元素发
) 俘获反应, 放射出瞬发俘获伽玛射线。在生(n , γ
高能中子与地层介质发生非弹性散射反应和热中子俘获反应过程中, 不同的地层元素将放射出各自特
图1 元素的次生伽玛能谱Fig 11 Induced gamma 2ray spectrometry of elements
a 2非弹性散射伽玛射线谱;
b 2俘获伽玛射线谱
征的非弹性散射伽玛射线谱和俘获伽玛射线谱。不同元素的非弹性散射伽玛射线谱和俘获伽玛射线谱如图1所示③。通过次生伽玛能谱测井, 可以确定碳、氧、硅、铁、氯、氢、钛、钆、钐、硫等元素的含量。
11311 热中子俘获伽玛测井确定元素的含量〔1～2,8～9,14,16～17〕, ④～⑤
在井眼环境下用热中子俘获伽玛谱线确定绝对的元素重量百分含量是比较困难的。然
① Serra O. Fundamental of Well 2Log Interpretation 1. The Acquisition of Logging Data. ② Hertzog R , Colson L , Seeman B , et al. G eochemical Logging with Spectrometry Tools.
1989, 153～162③ Serra O. Fundamental of Well 2Log Interpretation 1. The Acquisition of Logging Data. ④ Serra O. Fundamental of Well 2Log Interpretation 1. The Acquisition of Logging Data. ⑤ Hertzog R , Colson L , Seeman B , et al. G eochemical Logging with Spectrometry Tools.
1989, 153～162
Elsevier , 1984
S PE 16792, also see S PEFE ,
Elsevier , 1984Elsevier , 1984
S PE 16792, also see S PEFE ,
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而, 通过每个元素的产额Y i 除以相对谱线灵敏度因子S i , 可以比较容易地求得元素的相对含量值, S i 是可以在实验室确定的仪器常数。而元素的相对含量与我们所需的绝对元素含量w i 之间可以通过随深度变化的归一化因子F 值相联系, 即
w i =F
S i
(4)
式中:w i —地层中第i 种元素的重量百分含量;
F —随深度变化的归一化因子;
Y i —地层中第i S i —第i , 1。但是, 该因子是, 它不仅与井眼和地层环境的几何与物理参数有关, 而且与中子源强度有着直接的关系。由于仪器的中子源强度是有统计起伏变化的, 因此, 直接准确计算F 值几乎是不可能的。同时, 只用俘获伽玛射线谱不能确定碳、氧、钠和镁, 因此, 元素的闭合模型条件难以满足。所以, 在没有碳和氧元素的情况下, 采用了一个近似闭合模型, 即将俘获伽玛射线谱所能确定的元素转换成氧化物或碳酸盐矿物, 然后使这些氧化物和碳酸盐矿物的重量百分含量之和为1。在每一个深度点上求解以下的特定方程:衰
F
x ∑
i
i
+x (K ) w (K ) +x (Al ) w (Al ) =110伽玛S i
(5)
表2 归一化闭合模型常用的氧化物指数①
Table 2 Common oxide factors for closure normalization
元素
Si Ca Al Ti K Fe
式中:x i 为第i 种元素的氧化物或碳酸盐矿物的重量与第i
种元素的重量比, 一般定义为氧化物指数; 表2给出了常见的几种元素的氧化物指数值; w (K ) 为自然伽玛能谱测井求
氧 化 物
SiO 2
①CaCO 3; ②CaO
Al 2O 3TiO 2K 2O
得的钾的重量百分含量; w
(Al ) 为中子活化测井求得的铝S
的重量百分含量。
一旦由(5) 式求得F 值, 则可利用(4) 式求取其它元素的绝对重量百分含量。11312 非弹性散射伽玛测井确定元素的含量〔8～10,13,16～17〕, ②～③
①FeO ; ②Fe 2O 3; ③FeCO 3
①CaSO 4; ②FeS
氧化物指数21139
①21497; ②11399
[**************]
①11287; ②11430; ③21075
①11125; ②01064
非弹性散射伽玛射线谱所能确定的元素包括氧、硅、铁、钙、硫和碳等, 其中除碳和氧元素外, 其它几种元素都已由俘获伽玛射线谱求出。而碳和氧元素的产额则可以通过最小二乘拟合的方法求出, 但由于碳和氧元素的产额不仅仅反映了岩石骨架中元素的贡献, 同时也包含地层流体中元素的贡献。怎样区分它们, 现在仍是一个难题。因此, 在通常的地球化学测井的元素闭合模型中没有考虑它们的值。
① Hertzog R , Colson L , Seeman B , et al. G eochemical Logging with Spectrometry Tools. S PE 16792, also see S PEFE ,
1989, 153～162② Serra O. Fundamental of Well 2Log Interpretation 1. The Acquisition of Logging Data. Elsevier , 1984
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地 学 前 缘 11313 确定元素镁(Mg ) 的含量①
元素镁在确定岩石矿物的成分中, 具有重要的作用。从表1中可以看出, 镁在受到中子
源252Cf 的辐射后, 其半衰期为915min , 难以进行连续的活化测井。如果利用岩性密度测井仪器, 通过测量岩石的光电吸收指数P e , 也可以导出镁元素的重量百分含量。
我们知道, 光电吸收指数P e 通常用于区分钻孔中的岩性, P e ρe 的乘积定义为岩石的体积光电吸收截面指数U 。, U =
i
(6)
316
对于混合物质, e P e , i 的加权平均, 其对于原子序数为Z i 的元素, P e , i 为 e , i V i ) 。
316
10, 即
。
②P e =
w e ∑
i
, i
(7)
为了与测井值P e ,log 相比较, 利用元素含量导出的P e 需作一定的校正。因为我们计算的元素含量仅仅是岩石骨架的元素, 而测井测得的光电吸收指数P e ,log 值包括孔隙流体的
P e ,f 值影响。于是, 岩石骨架的P e ,ma 值, 可以由下面公式计算
P e ,log =w f P e ,f +(1-w f ) P e ,ma
(8)
如果孔隙度为φ, 孔隙流体为水, w f =ρ, P e ,f 的值为0136; 而当孔隙流体为油时, P e ,f
b
9〕
的值则为0112〔。为了从次生伽玛能谱测井计算出的元素重量w i 来重新计算岩石骨架的
光电吸收指数P e ,ma , 我们将每种元素的光电吸收指数乘以w i
r
P e ,ma =
∑P e
, i w i +P e , K w (K ) +P e ,Al w (Al ) +P e ,O w (O ) (9)
r
式中:P e ,ma 表示重新计算的岩石骨架光电吸收指数值;
w (O ) ———岩石骨架中氧元素的重量百分含量, 通常假定其为常数0152, 即52%。如果岩石中不含或含很少的镁, 则利用(5) 式可以由次生伽玛能谱测井准确计算出元素
重量, 计算出的P e 值与测量出的P e 值吻合得很好。但是, 如果含有较多的镁, 则闭合模型的归一化因子会估计过高, 这将造成次生伽玛能谱测井计算的元素重量及重新计算的岩石骨架的光电吸收指数P e 值偏高。我们可以利用测量的和计算的P e ,ma 之差来估算镁的含量。将镁的影响考虑到闭合模型中, 我们有
F ∑
i
x i
+x (Mg ) w (Mg ) +x (K ) w (K ) +x (Al ) w (Al ) =110 (10)
测井S Y r
+P e ,Mg w (Mg ) +P e , K w (K ) +P e ,Al w (Al ) +0123=P e ,ma (11) 伽玛S i
以及F ∑
i
P e , i
通过解方程(10) 和(11) , 可求出两个未知数, w (Mg ) 和新的归一化因子F ′。式中常数
0123是氧元素的光电吸收指数的贡献。在近似结果很好的情况下, 元素镁的解w (Mg ) 可表示为
①
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w (Mg ) =
r P e ,ma -P e ,ma 。如
P e ,ma -0183
r
(12)
式中:01288是MgCO 3中Mg 的重量百分含量,0183是MgCO 3的P e 值。利用次生伽玛能谱测井求出的初始的元素重量百分含量乘以百分含量。
5,16～20〕, ①～②
2 矿物含量的确定〔
值, 就可以得到经过校正的最终的元素重量F
。211 不同的岩性, 具有不同的矿物组合, 针对科学钻探过程中可能遇到的不同岩石, 可以采用不同的矿物组合模型。以德国大陆科学钻探计划(KTB ) 为例, 他们根据在钻探过程中所遇到的岩性, 采用了两种矿物模型。对于副片麻岩, 采用了五种矿物组合模型:石英、斜长石、白云母、黑云母和绿泥石。对于角闪岩, 采用了六种矿物组合模型:石英、斜长石、白云母、绿泥石、角闪石和柘榴石。
在沉积岩地区, 对于砂泥岩剖面和碳酸盐岩剖面, 将分别建立各自的矿物模型。212 矿物含量的转换
要把元素的重量百分含量转换成矿物含量, 关键是确定合适的转换关系。这种关系可通过对大量岩芯样品分析数据的统计结果得到。如果还没有建立起以本区数据为基础的转换关系, 开始时可以采用全球性“通用”的平均转换关系或条件类似地区的转换关系, 然后逐渐由本地区分析数据结果加以修正。
起初看来, 这种转换似乎不可能, 因为目前已发现地壳中的元素有100多种, 而元素测井测量的元素仅为二十余种左右。然而, 进一步的研究证实, 地壳中的化学元素只相对集中于少数几种。其中的九种元素(O (49113%) ,Si (26100%) ,Al (7145%) ,Fe (4120%) ,Ca (3125%) ,Na
〔18〕
(2140%) , K (2135%) ,Mg (2135%) ,H (1100%) ) 已占地壳总重量的98113%, 其余的元素仅
占1187%。同样, 地壳岩石中已发现的矿物达2200多种, 而火成岩中主要常见的矿物种类也不过十余种。因此, 利用可以确定二十余种元素含量的元素测井, 就有充分可能鉴别出地壳岩石中矿物的丰度。如德国的大陆科学钻探(KT B ) 所遇到的两种岩性, 其主要矿物的种类仅为七种。实际上, 除泥岩之外的一般沉积岩所含主要矿物的数量还要少些。
18〕
M. M. Herron 提出的元素含量与矿物含量之间的定量关系〔, 是经过大量岩芯的中子
活化分析及X 衍射分析后提出的。这种定量关系包含两个方面的内容:其一是通过样品的中子活化分析确定出21种元素含量, 然后是对样品进行X 衍射分析确定出四种或六种矿物含量, 最后将21种元素含量和六种矿物含量值、样品的CEC 值以及粒径小于20μm 的矿
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地 学 前 缘 物作为变量进行统计因子分析; 其二是建立闭合模型, 将所选定的元素和矿物进行多元回归
分析。Herron 采用数理统计中的因子分析法得出元素含量与矿物的转换关系为〔18〕
m
E i =
C ∑
j
ij M j
i =1, 2, 3, …, n (13)
式中:E i 为第i 种元素的含量; M j 为第j 种矿物的含量; 系数C ij 是第j 种矿物中第i 种元素的含量。上式写成矩阵形式, 为
E =(14)
1
(15) 求解得20 Herron 等() 〔, C (表3) 。
14〕
3 转换系数表〔
Table 3 Conversion coefficient table
矿物
长石 石英 方解石高岭石伊利石蒙脱石黄铁矿金红石菱铁矿
Al [1**********]000
Si [***********]
Fe [1**********]0
K [1**********]0
Ti [**************]0
S [1**********]
Ca [1**********]
XS Fe 0000000048
w (H 2O ) min /%
0014832000
注:表中的XS Fe 表示剩余铁, w (H 2O ) min 表示矿物中的水百分含量。
在科学钻探中, 针对所遇到的岩性, 可以利用取芯比较全的井段的岩芯分析数据和元素测井数据, 首先确定岩石中的矿物种类, 然后采用不同的模型和数学方法, 从而求得研究中所需的各种矿物含量信息。下面以德国的大陆科学钻探计划(KTB ) 以及国际海洋钻探计划(ODP ) 的实例来说明元素测井在科学钻探中的应用情况。
3 在科学钻探中的应用〔3～6〕, ①～④
311 德国大陆科学钻探计划(KTB)
德国大陆科学钻探计划(KTB ) 自1987年9月18日开钻, 至1994年10月10日主孔完
井, 历时八年有余, 共钻井两口:先导孔深400011m , 主孔深9101m 。为了达到大陆科学钻探的科学研究目标, 他们采用斯仑贝谢公司(Schlumberger ) 所提供的地球化学测井仪, 对
15,19〕
先导孔全孔、主孔的3000～6000m 井段进行了元素测井〔。在此之前, 元素测井都是
① G atto H. Determination of Elements Through G eochemical Logging in Crystalline Rocks of the KTB 2Oberpfalz HB.
KTB 2Report 9321, 1993. 251～264② Bartetzko A , Pechnig R , Wohlenberg J. Lithology of DSDP/ODP Hole 504B —A Reconstruction Using Well 2Logging
Data. 私人通信,1997③ Delius H , Bueker Ch , Wolenberg J. Determination and Characterization of Volcaniclastic Sediments By Wireline Logs :
ODP Sites 953,955,956Canary Islands. 私人通信,1997④ Adamson A C. Basement lithostratigraphy , deep sea drilling project hole 504B. In :Anderson R N , et al. , eds. Init
Rept DS DP , 1985, 83:121～127
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在沉积岩地区用于油气勘探。在结晶岩地区能否成功地应用元素测井技术描述矿物组成
,
从而研究矿物在高温、高压环境下蚀变所涉及的地球化学作用, 当时还没有经验。因此, 首先需要证实现有能谱测井仪能否在结晶岩地
区提供精确的元素测井数据, 利, 针对测, 。按照,95%的测量结果应保持在±5%的准确度。试验结果表明, 该模型能满
4〕
足这个要求〔。但是, 存在一些系统偏差。仔细分析发现, 较大的差异出现在含钙量较高的样品上。这是由于岩石中出现与模型假定的CaCO 3不同的CaO 所引起的。为了消除这一影响, 对氧化物指数x (Ca ) 引入一个修正。经过修正后的结果, 进一步明确地说明该模型在结晶岩条件下同样是有效的。当然, 在个别井段上, 有可能出现某种稀有矿物使闭合模型的准确性受到影响, 但是经过仔细分析不难加以解决。
进一步的验证工作是把随深度记录的元素测井曲线和实验室岩屑分析数据对比, 也都清楚地说明测井结果的适用性。在对比过程中有一些有意义的现象, 值得在今后的应
图2 元素测井计算矿物含量与岩屑实验
分析结果对比(副片麻岩)
Fig 12 A comparis on between calculated mine 2用中注意。例如, 钻杆磨损造成岩屑受铁污ral content from elemental logging and analyses 染, 以及片麻岩井段富含钾的小颗粒岩屑重results in lithoclast experiment (para 2gneiss ) 新进入泥浆再循环, 引起岩屑分析与测井结果之间出现差异。这些现象进一步说明, 利用测井连续描述岩石元素含量是有用的。在KTB 先导孔, 尽管100%取芯且对岩芯样品进行分析, 测井结果仍有很大价值。首先, 测
4〕
表4 KTB 副片麻岩矿物模型的转换系数〔Table 4 Conversion coefficients of mineral model
in KTB para 2gneiss
表5 KTB 角闪岩矿物模型的转换系数〔4〕
Table 5 Conversion coefficients of mineral model in KTB amphibolite
矿物石英 斜长石白云母绿泥石角闪石柘榴石
P w (H O ) /%S i Ca Fe K Al
[***********]81010
P e w (H 2O ) min /%矿物 S i Ca Fe K Al
石英 [***********]81010
斜长石[***********]192白云母[***********]140黑云母[***********]170绿泥石[***********]85
[1**********]010
[***********]170
[***********][***********][***********][***********][1**********]00
[***********]
井结果是比室内分析样品体积大得多的体积平均值, 测井结果与室内岩样分析结果的差异—126
—
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地 学 前 缘 可能说明岩石的不均匀性。其次, 测井数据可以作为单独的测量结果证明室内样品分析的
正确性。在KTB 先导孔中, 曾经遇到的另一个例子也可以说明这一点。在1690m ～1710m 井段, 测井与样品分析的钙含量出现明显差异, 而其它井段却吻合得很好。经过分析注意到, 岩屑样品是在刚刚处理完钻井事故打新孔之后取的, 而新孔穿过了部分封堵旧孔的水泥, 岩屑被水泥污染, , 响小, 而能更正确地反映该井段的元素含量。
在KTB 钻孔中, 所遇到的主要岩石有两类:副片麻岩和角闪岩。根据镜下观察和X 射线分析, 副片麻岩重量的99%由石英、斜长石、白云母、黑云母和绿泥石等五种矿物组成, 所以采用了五种矿物的模型。角闪岩重量的96%由石英、斜长石、白云母、绿泥石、角闪石和石榴石组成, 所以角闪岩井段采用这六种矿物建立模型。根据KTB 钻孔的具体情况, 矿物闭合模型的转换系数如表4和表5所示, 表中还列出了光电吸收指数P e 值和w (H 2O ) min , 后者与矿物中的结合水有关。
图2和图3分别是对副片麻岩
图3 元素测井计算矿物含量结果与岩屑实验室
分析结果对比(角闪岩)
Fig 13 A comparison between calculated mineral content from elemental logging and analyses results
in lithoclast experiment (amphibolite )
〔4〕
和角闪岩两种模型用元素测井资料计算的矿物含量与实验室岩屑分析结果的对比图。总的来说, 副片麻岩井段吻合得很好。在角闪岩井段, 由于有些矿物未包含在模型内, 吻合程度不如副片麻岩那样好, 但仍是可以接受的。
关于模型的选择, 除了依据实验室分析鉴定的结果之外, 在一些井段可能出现剖面上不常见的矿物时, 往往可以通过综合利用其它测井方法加以识别, 并对局部模型加以修改, 从
而达到更好的效果。312 国际海洋钻探计划(ODP)
国际海洋钻探计划(ODP ) 的前身是始于1968年的深海钻探计划(DSDP ) , 从钻探计划的启动至今, 已经在全球的许多地方进行了上百口的科学钻探孔, 取得了令人瞩目的成果。自从斯仑贝谢公司推出地球化学测井仪后,ODP 的每次钻探航行均采用了元素测井技术来
—127
—
1998,5(1～2) 地 学 前 缘
重建地层岩性剖面。图4为ODP 计划第157航次沿Gran Canaria
周围所钻的四个钻孔之
图4 956B 钻孔中元素测井与其它测井方法确定的岩性与岩芯的对比Fig 14 A comparison between the lithology derived from elemental logging
and other logging and the results from core analysis in 956B bore
一的956B 孔利用元素测井及其它测井资料重建的岩性地质剖面(H. Delius 等,1996) ①。
4 结束语
由于元素测井数据采集、处理和解释技术的发展, 在地层中至少可以得到二十余种化学元素的含量, 这些元素大多数都集中在地层的骨架中, 对地质和岩石物性的解释有着极强的
①Delius H , Bueker Ch , Wohlenberg J. Determination and Characterization of Volcaniclastic Sediments by Wireline Logs :
ODP Sites 953, 955,956Canary Islands. 私人通信,1997
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1998,5(1～2) 地 学 前 缘 诊断能力。在各种目的的科学钻探中, 元素测井技术发挥了其独特的作用。例如, 利用求得的矿物含量可以精确地计算出岩石骨架密度, 这种骨架密度与传统的体积密度一起可计算出一个精确的总孔隙度曲线; 利用各种矿物含量曲线或任一解释出的地层参数来划分地层及进行井与井之间的相关对比, 比使用传统的测井曲线要准确得多。德国大陆科学钻探计划(KTB ) 、国际海洋钻探计划(ODP ) 以及美国、法国、证明, 、芯样、显示岩石的不均匀性, , 在油气藏的勘。
参 考 文 献
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TECHNIQUE OF E L EMENTAL LOGGING
IN SCIENTIFIC D Li (of , Changchun , 130026)
of logging is a general designation of a set of nuclear logging for in 2situ the element concentrations in formation and transferring them to the min 2eral contents. This paper has made a fully introduction to the principles and methods of natural gamma 2ray logging , activation logging , thermal neutron capture spectrometry and induced neu 2tron gamma 2ray inelastic scatter spectrometry to determine the element concentration in scien 2tific drilling project. And a detail discussion has been made for how to select and establish the models of transform relations from element concentrations to mineral contents in accordance with the geological lithostratigraphy. Finally , some application examples of the elemental log 2ging technique in the KTB and ODP are presented. It is indicated that the elemental logging technique may play an important role in the following fields :the reconstruction of lithological section , the research of the variation about element concentrations and mineral contents , the study on the geochemical process of mineral alteration in the condition of high 2temperature and high 2pressure , the identification of lithological inhomogeneity , and the reconstruction of geo 2chemical section , etc. Furthermore , the elemental logging technique can also be used to derive accurately the porosity and permeability from the calculation of the matrix density , to make correlation between wells , and to provide the lost information resulted from the incomplete cor 2ing or cutting collection , etc.
K ey w ords scientific drilling project , elemental logging , transformation from element concen 2tration to mineral contents
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