劉建宏，陳木森，楊瑞濤

(1.陜西延長石油國際勘探開發(fā)工程有限公司，陜西西安710075;2.中石化地球物理公司江漢分公司，湖北潛江433199)

地面伽瑪能譜測量是直接測量土壤或巖石中當(dāng)量鈾(eU)、當(dāng)量釷(eTh)和鉀(K)三種放射性核素含量的地球物理勘探方法。在尋找鈾礦、鉀鹽、油氣勘探中有其獨(dú)特的作用和效果。相關(guān)勘探資料統(tǒng)計(jì)，油氣田放射性勘探在油氣田勘探中地質(zhì)效果顯著。

根據(jù)美國森馬克公司對懷俄明波德河盆地4465平方千米地區(qū)深部碳酸鹽地層圈閉油氣的統(tǒng)計(jì)，在放射性異常范圍內(nèi)所鉆探井的成功率為61%，在放射性異常范圍外所鉆的干井的準(zhǔn)確率達(dá)89%，其綜合成功率為80%。

俄羅斯的科羅波科夫油田上方的航空放射性測量結(jié)果顯示，在含油范圍內(nèi)，伽瑪能譜測量值呈現(xiàn)明顯的低值，而在油田的周圍則分布有伽瑪能譜增高值。伽瑪能譜測量的增高位置與油田邊界基本吻合。中國在大慶、塔里木盆地等油田利用放射性方法進(jìn)行油田邊界圈定和油氣預(yù)測均取得了明顯的地質(zhì)效果。

中國在陜甘寧地區(qū)的數(shù)千個(gè)已知采油段進(jìn)行的地表放射性勘探油氣試驗(yàn)研究結(jié)果表明:有明顯的放射性模式異常反映的已知采油段達(dá)70%，反映不明顯的只有15%。

1 放射性油氣勘探的基本原理

放射性元素在裂變、衰變或蛻變的過程中會產(chǎn)生α、β、γ和中子、氡氣等并且釋放出大量能量。地面放射性勘探便是通過測量放射性元素在地面強(qiáng)度來計(jì)量鈾、釷、鉀的含量(計(jì)數(shù)率)和總量，放射性異常直接反映鈾及釷、鉀、總量的地下富集程度，用來區(qū)分巖性及巖性段。

1.1 巖石地層中放射性元素分布規(guī)律

分布在巖石地層中的放射性元素主要有鈾(U)、釷(Th)、錒(Ac)、鉀(K)。

在巖漿巖中放射性元素含量的分布規(guī)律:超基性巖放射性含量最低，酸性巖放射性含量最高，從超基性巖－基性巖－中性巖－酸性巖逐漸增加;同時(shí)放射線元素的含量與巖漿巖形成的時(shí)間有關(guān)，一般新的巖漿巖放射性元素含量比老的巖漿巖高。

在沉積巖中，放射性元素的含量主要取決于泥巖的含量、鉀的含量和吸附作用。泥巖、頁巖中放射性元素含量最高，從泥巖和頁巖、砂巖和白云巖、灰?guī)r、石膏和鹽巖放射性元素含量逐漸依次減少。

由于油氣藏一般與泥巖和頁巖相關(guān)，所以在油氣藏上方會存在放射性異常。

1.2 油氣上方的放射性異常成因機(jī)制

眾多的自然伽瑪測井資料表明，富含有機(jī)質(zhì)的粘土層較砂層放射性強(qiáng)，人們常據(jù)此來推斷可能的目的層(儲層)。自然伽瑪測井還顯示了油田水層較油氣本身有更強(qiáng)的放射性。根據(jù)油田水的測試研究發(fā)現(xiàn)其中除富含各種堿土金屬、堿金屬及其它金屬離子外，還含有eU、eTh、Ra、K等放射性離子。這為放射性勘探提供了物資基礎(chǔ)。油氣田上方“地電流”與放射性離子遷移關(guān)系見圖1所示。

圖1 “地電流”與放射性離子遷移關(guān)系示意圖

(1)油田水中的放射性離子呈“電泳”移動，在油水邊部放射性離子與圍巖或土壤中的某些成分結(jié)合形成相當(dāng)穩(wěn)定的結(jié)合物。油田邊部曾發(fā)現(xiàn)有“沉淀型”瀝青鈾礦，也反證了這種現(xiàn)象和規(guī)律的存在。

(2)油水邊部及圍巖接觸區(qū)域是烴類運(yùn)移活動區(qū)域，也是油田水中帶正電離子向上遷移的有利區(qū)域，放射性離子在電場力作用下會像其它帶正電的離子一樣向上遷移，盡管這種“遷移”速度極其緩慢(比液體中的離子“電泳”速度慢的多)，但用地質(zhì)觀點(diǎn)看仍具有一定意義。

(3)在氧化還原電性差異面上(潛水面以及富含烴類、伴隨氣體及油田水的巖柱與外部圍巖接觸面等)附近，由于地電流作用，放射性離子也會出現(xiàn)遷移。一方面圍巖中的放射性離子向烴類垂向運(yùn)移區(qū)遷移;另一方面烴類(或油水顆粒及烴類伴生氣體H2S，CO2等)含有微量的放射性離子，在潛水面上下附近，地電流有阻止放射性離子向地面“遷移”的作用。同時(shí)由于潛水面上下氧化還原性質(zhì)差異，往往在此區(qū)域有形成“放射性物質(zhì)”局部富集的可能，這種“局部微量富集”作用為地面放射性勘探探測放射性“次生富集”提供了理論依據(jù)。

(4)深部放射性物質(zhì)向地表的遷移。地幔及地殼深部的放射性物質(zhì)會在分異作用下向地表遷移，它們及其產(chǎn)生的放射性遇到油水或油氣層會產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收、散射等作用，使油氣田正上方的放射性相對減少而其周圍的數(shù)值相對較高。盡管這種差異很有限，但在與上述三個(gè)因素形成的異常共同疊加后就會使油氣田上方地表的放射性異常明顯的顯示出來。

綜合以上所述，認(rèn)為油氣田會在地表形成放射性異常，為利用地面放射性勘探找油找氣奠定了基礎(chǔ)。

2 油氣田上方的伽瑪能譜異常

盆地動力學(xué)認(rèn)為，盆地內(nèi)流體的運(yùn)動與循環(huán)樣式直接涉及油氣與成礦物質(zhì)運(yùn)移的方向。放射性元素的運(yùn)移與富集與盆地內(nèi)流體的活動直接關(guān)聯(lián)。研究放射性異?？梢苑治雠璧亓黧w運(yùn)移的樣式，達(dá)到預(yù)測油氣富集區(qū)域的目的。

實(shí)踐表明:在油氣藏邊緣的上方地表一般都存在著高出底數(shù)30%～80%的放射性異常。這為利用放射性方法尋找油氣藏提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。油氣田正上方的放射性相對減少而其周圍的數(shù)值相當(dāng)較高。

圖2是某油礦區(qū)上的伽瑪能譜(eU)異常等值線圖，以大于2.5 ×10－6的值為伽瑪能譜異常區(qū)域，最大異常達(dá)到 4.0 ×10－6，伽瑪能譜異常十分明顯，與已知油井進(jìn)行對比，油井位于伽瑪異常低值區(qū)。推測與已知油氣相鄰的一個(gè)伽瑪能譜(eU)低值區(qū)也為含油氣有利區(qū)帶。

在油田上方的放射性形態(tài)與油田的賦存形態(tài)有關(guān)，有環(huán)狀、半環(huán)狀、串珠狀、串珠一環(huán)狀和面狀異常等多種類型。油氣藏邊界在相應(yīng)地表反映的放射性異常，一般要高于油氣藏頂部地表附近所反映的放射性異常，而后者相對于圍巖的放射性場，則隨著地質(zhì)條件，地球化學(xué)環(huán)境和放射性元素本身特點(diǎn)等因素不同而有所差異，即有時(shí)反映相對高場，有時(shí)則是低場。

圖2 某油田區(qū)域伽瑪能譜(eU)含量異常圖

3 伽瑪能譜測量應(yīng)用實(shí)例

伽瑪能譜測量一般與其他綜合物探方法配合使用，進(jìn)行盆地內(nèi)含油氣區(qū)域預(yù)測。下面以一個(gè)勘探實(shí)例進(jìn)行介紹。

為了摸清某區(qū)塊內(nèi)的區(qū)域構(gòu)造特征和確定油氣勘探有利區(qū)帶，在該區(qū)進(jìn)行了大面積的伽瑪能譜測量、磁法測量及大地電磁測深勘探，通過以上綜合物探工作，較好地完成了地質(zhì)勘探任務(wù)。

3.1 野外施工

野外施工采用GPS技術(shù)放樣和測量得到每個(gè)物理點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，伽瑪能譜測量與磁法測量同步觀測。伽瑪能譜測量使用IED－3000B數(shù)字伽瑪能譜儀，采用單點(diǎn)連續(xù)測量，每個(gè)物理點(diǎn)觀測時(shí)間為180秒。為了保證野外采集精度，伽瑪能譜儀在施工前經(jīng)過計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格，每天出工前和收工后都在固定點(diǎn)上進(jìn)行儀器校對，確保儀器采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3.2 伽瑪能譜資料處理

為了準(zhǔn)確提取與油氣相關(guān)的伽瑪能譜異常信息，采用了多元統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)圓滑及濾波等方法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。伽瑪能譜資料的處理流程如圖3所示。

圖3 伽馬能譜測量資料處理流程

3.3 伽瑪能譜資料解釋

首先對原始資料進(jìn)行網(wǎng)格化、濾波、及成圖等處理，根據(jù)處理結(jié)果對伽瑪能譜資料進(jìn)行解釋。

3.3.1 綜合物探剖面資料分析

圖4 伽瑪能譜、磁法及MT綜合解釋剖面

圖5 伽瑪能譜(eU)元素含量平面剖面圖

圖4是該區(qū)的一條綜合物探剖面，包括了伽瑪能譜(eU)、磁法和大地電磁二維反演剖面。從剖面對應(yīng)分析，磁力異常起伏形態(tài)基本與盆地電性高阻基底一致，伽瑪能譜(eU)高異常位置均處于地表斷裂的部位，在F1、F2兩條斷裂上方存在明顯的放射性異常，可見放射性元素在地表聚集與斷裂活動相關(guān)。同時(shí)伽瑪能譜強(qiáng)度跟地表出露的地層也存在相關(guān)性。

3.3.2 資料綜合解釋

圖6 工區(qū)磁法、伽瑪能譜綜合成果解釋圖

圖5是該區(qū)塊的伽瑪能譜(eU)元素含量平面剖面圖。圖中明顯存在一個(gè)環(huán)型異常帶，伽瑪能譜(eTh)元素含量異常分布范圍基本與伽瑪能譜(eU)含量異常相似。該異常帶是油氣存儲的最佳部位(見圖6)。

4 結(jié)語

(1)隨著性能穩(wěn)定、輕便、智能伽瑪能譜儀器出現(xiàn)，伽瑪能譜測量技術(shù)更加可靠和方便，為大規(guī)模開展伽瑪能譜勘探工作提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

(2)伽瑪能譜測量受外界環(huán)境影響小，施工方便快捷、經(jīng)濟(jì)可靠。

(3)伽瑪能譜資料從放射性物質(zhì)運(yùn)移的角度和油氣藏的關(guān)系進(jìn)行油氣預(yù)測，具有獨(dú)特的地質(zhì)效果。與其他物化探方法配套使用，能夠更好地發(fā)揮出作用，在油氣勘探中值得推廣和應(yīng)用。

(1)李思田等.盆地動力學(xué)——基本思路與若干方法研究［M］.武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社.1999.

(2)劉海東.放射性勘探方法在油氣勘探中的應(yīng)用研究［J］.天然氣地球科學(xué)，1991，(5):233 －237.

(3)宋子齊，景成，孫寶佃，等.自然電位、自然伽馬測井曲線在文15塊的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2011，18(1):130 －133.