一、基本原理

自然伽马测井测量的是地层中天然放射性核素（主要是铀 U、钍 Th、钾 K⁴⁰）自发衰变释放的伽马射线强度。不同岩石因其形成环境和矿物组成的差异，放射性核素的富集程度不同，因此伽马射线强度（用 API 单位或计数率表示）成为区分岩性的重要依据。

核心逻辑：岩石的放射性高低主要取决于泥质（黏土）含量。黏土矿物因晶体结构、比表面积大、吸附能力强，且沉积过程中对 U、Th、K 有富集作用，因此不同岩性表现出规律性的伽马值差异（见表 1）。

表 1  典型岩性的自然伽马响应特征

岩石类型	伽马射线强度（API）	放射性特征
泥岩、页岩	80～150 以上	高（黏土吸附 U、Th、K）
砂岩（纯）	20 以下	低
石灰岩、白云岩（纯）	10～20	最低之一
硬石膏、岩盐、煤	接近零	极低
钾盐、黑色页岩	异常高	富 K 或有机质吸附铀

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二、定性区分方法

1. 利用伽马绝对值高低

典型序列（从高到低）：深水泥岩/黑色页岩 > 泥岩 > 粉砂岩 > 砂岩 > 石灰岩 ≈ 白云岩 > 硬石膏、岩盐、煤。

2. 利用曲线形态

• 岩性单一、质地均匀时，曲线平直；
• 砂泥岩互层时，曲线呈锯齿状跳跃，泥岩段高、砂岩段低；
• 正粒序（底部粗、顶部细）曲线呈钟形；反粒序呈漏斗形。

 

3. 结合自然伽马能谱（NGS）

普通伽马仅测总计数率，遇到特殊情况（如砂岩中含铀、白云岩化）易误判。自然伽马能谱测井可分别测定 U、Th、K 三条分量曲线：

• Th/K 比值：泥岩 Th/K 高（约 10～15），钾长石砂岩 Th/K 低（<2），可用于区分泥质与长石；
• K 含量高、U 低：可能是云母、钾长石或钾盐；
• U 异常高：常指示有机质富集、裂缝或还原环境（海相页岩、烃源岩）；
• 无铀伽马（CGR = Th+K）：可剔除铀的干扰，更真实反映泥质含量。

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三、定量应用：计算泥质含量

自然伽马是定量计算泥质含量 Vsh 最常用的方法。

1.相对伽马指数：

 

其中：

SH自然伽马相对值；

GR_min 为纯砂岩（骨架）读数，GR_max 为纯泥岩读数。

2.非线性校正（应对黏土放射性被压实稀释的问题）：

其中：

V_sh泥质含量；

GCUR与地层年代有关的经验系数，新地层取3.7，老地层取2。

求出 V_sh 后即可定量命名岩石：如 V_sh < 15% 为纯砂岩，15%< V_sh <35% 为泥质砂岩，V_sh > 65% 为泥岩，从而实现岩性的连续自动划分。

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四、应用限制

1. 放射性倒置陷阱：长石砂岩、云母质砂岩因富含 K，伽马值偏高，可能被误判为泥质砂岩；海绿石砂岩同样高钾高伽马；某些石灰岩沿裂缝铀沉淀，伽马异常高。
2. 需与其他测井联合解释：实际中伽马测井通常与声波、密度、中子、电阻率曲线组合使用（如密度-中子交会图识别岩性），伽马主要负责提供泥质含量和地层对比信息。
3. 井眼条件影响：井径扩大、钻井液密度和放射性重晶石含量都会影响读数，需做环境校正。

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五、总结

自然伽马测井区分岩性的本质是：利用不同岩石（尤其是泥质与非泥质岩石）中天然放射性核素丰度的系统差异，通过伽马值高低、曲线形态和能谱组分（U/Th/K）识别岩性，并进一步定量计算泥质含量。它是最快速、廉价、适用于任何井筒流体条件的岩性识别手段，但对放射性异常岩性需结合能谱和其他测井曲线综合判断。

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六、自然伽马测井实测案例

1.仪器设备

• 仪器型号名称：YKCJ90/360矿用钻孔测井仪

 

• 工作原理

YKCJ90/360矿用钻孔测井仪是一款综合性多参数检测设备，用于检测钻孔围岩的自然伽玛射线强度、钻孔温度、空间轨迹、孔壁高清全景成像及动态窥视录像等参数指标，多参数结合，准确判定围岩类型及完整性，评估围岩支护范围，定位突水及瓦斯涌出位置，指导顶底板围岩支护方案设计及水与瓦斯防治。

• 检测指标：

1. 钻孔围岩的温度；
2. 钻孔围岩的自然伽玛射线强度；
3. 钻孔空间轨迹（方位角、倾角、深度）及与设计轨迹的偏离距离；
4. 钻孔孔壁高清全景展开拼接成像、动态视频录像及关键部位抓拍图片。

• 功能

1. 自然伽玛射线强度；
2. 钻孔温度；
3. 空间轨迹；
4. 孔壁高清全景成像；
5. 动态窥视录像。

2.检测成果