探索地球深部油气的眼睛——核测井

核测井是可以透视千米岩层探索深部油气资源的眼睛，可以揭示地层深处原子核的奥秘，探寻石油、天然气和其他矿藏。

提起核能，人们就会想到核武器，就会联到氢弹、原子弹、贫铀弹，产生恐惧感。其实放射性是物质的普遍特性，放眼全世界，几乎到处都有放射性物质。岩石中普遍含有天然放射性元素钾、钍和铀，具有天然放射性。严格来说，没有任何一种岩石是非放射性的，只是放射性的水平有高有低。研究表明，天然岩石的放射性并不会对人体造成伤害，很多天然石材如花岗石、大理石广泛应用于日常生活中。

石油、天然气资源是现代人类赖以生存的基础性资源，石油工业为人类提供了食品、汽油、衣物、日常用品等。但石油、天然气资源往往储存在地下几千米的空间中，人类想开发和利用这些资源，就必须具备透视地下的能力。除了人工地震以外，测井是可以给地质学家提供地下情报的关键技术，核测井是其中必不可少的一个环节。

地下岩石的放射性是石油核测井的指路灯，高放射性地层通常没有产油能力，而放射性比较低的地层往往能产油。核测井可透过厚厚的钢套管和水泥环看到后面的地层，能看清这些地层是砂岩、石灰岩、白云岩还是火山岩，能看清地层的孔隙有多大，能分辨孔隙中的流体是原油还是水。核测井测量的γ射线、中子和核磁等三类信号，携带着来自地层的丰富信息，就像红、黄、蓝三原色一样能调和出色彩斑斓的多种图像，以适应地质和工程应用需求。靠着这双特殊的眼睛，测井分析家可以把地层深处的核现象看得一清二楚，追溯地球演化史中的原子核演化过程，进而重现几亿年前的地质景观和生油环境。

比较常见的核测井有三种：一是自然伽马测井。深藏于地层中的铀、钍、钾是天然放射性元素，都能“发光”，但它们发射的光子能量不同，就像三盏具有不同光谱的灯，各有各的能谱。探测这些元素在地层的分布，必须采用自然伽马能谱测井。每个放射性核素都有标志能量的γ射线，通过测量这些γ射线的强度就可以确定放射性核素在地层中的含量。γ射线能谱仪捕捉不同能量的γ射线，并转变为电脉冲，由此可确认这三种元素的含量，进而可划分岩性，研究沉积环境，确定泥质含量并识别黏土矿物，区分生油层和储油层，寻找钾矿和铀矿。二是中子测井。将中子源放入钻井内，中子源放出的中子与井壁周围的物质发生不同程度的作用，当快中子与氢核相碰撞时，由于两者质量相近，快中子的大部分动能传递给氢核而变成了慢中子，后者易被各种物质的原子核俘获，释放出强度较大的γ射线。若快中子与其他物质的原子核相碰撞，损失的动能较少，能到达地层深处，经多次碰撞才会变成慢中子。这时它将被其他物质的原子核俘获而释放出γ射线，因γ射线要穿过较深的地层，衰减较大，到达地面时的强度较小。根据探测仪上测到的γ射线强度变化就可推断钻井周围地层的含氢量，由此划出石油层或水层分布。三是核磁测井。如果在井下仪器中用极化线圈产生与地磁场垂直的强脉冲磁场，迫使氢核的自旋轴离开地磁场的方向，当极化磁场去掉后，它们绕地磁场旋进并逐渐恢复到原有状态。氢核的旋进在感应线圈中产生逐渐衰减的射频信号，其幅度取决于地层中自由流体的氢核数，被称自由流体指数。根据自由流体指数可获得岩石的自由流体孔隙度，配合其它资料可计算渗透率。□

（作者单位：自然资源部中国地质调查局油气资源调查中心）