El registro de rayos gamma es un método para medir la radiación gamma natural para caracterizar la roca o el sedimento en un pozo o pozo de perforación. Es un método de registro con cable utilizado en minería, exploración de minerales, perforación de pozos de agua, para evaluación de formaciones en perforación de pozos de petróleo y gas y para otros fines relacionados. [1] Los diferentes tipos de roca emiten diferentes cantidades y diferentes espectros de radiación gamma natural . En particular, las lutitas suelen emitir más rayos gamma que otras rocas sedimentarias, como arenisca , yeso , sal , carbón , dolomita o piedra caliza porque el potasio radiactivo es un componente común en su contenido de arcilla y porque la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla provoca para que absorban uranio y torio . Esta diferencia en radiactividad entre lutitas y areniscas/rocas carbonatadas permite que la herramienta de rayos gamma distinga entre lutitas y no lutitas. Pero no puede distinguir entre carbonatos y arenisca porque ambos tienen desviaciones similares en el registro de rayos gamma. Por lo tanto, no se puede decir que los registros de rayos gamma sean buenos registros litológicos por sí solos, pero en la práctica, los registros de rayos gamma se comparan uno al lado del otro con los registros estratigráficos.
El registro de rayos gamma, al igual que otros tipos de registro de pozos , se realiza bajando un instrumento por el pozo de perforación y registrando la variación de la radiación gamma con la profundidad. En los Estados Unidos , el dispositivo suele registrar mediciones a intervalos de 1/2 pie. La radiación gamma suele registrarse en unidades API , una medida originada por la industria petrolera. Los rayos gamma se atenúan según el diámetro del pozo, principalmente debido a las propiedades del fluido que llena el pozo, pero debido a que los registros gamma generalmente se usan de manera cualitativa, las correcciones de amplitud generalmente no son necesarias.
Tres elementos y sus cadenas de desintegración son los responsables de la radiación emitida por las rocas: potasio , torio y uranio . Las lutitas a menudo contienen potasio como parte de su contenido de arcilla y también tienden a absorber uranio y torio. Un registro de rayos gamma común registra la radiación total y no puede distinguir entre los elementos radiactivos, mientras que un registro de rayos gamma espectral (ver más abajo) sí puede hacerlo.
Para los registros de rayos gamma estándar, el valor medido de la radiación de rayos gamma se calcula a partir de la concentración de uranio en ppm, torio en ppm y potasio en porcentaje en peso: por ejemplo, GR API = 8 × concentración de uranio en ppm + 4 × concentración de torio en ppm + 16 × concentración de potasio en porcentaje en peso. Debido a la naturaleza ponderada de la concentración de uranio en el cálculo de GR API, las concentraciones anómalas de uranio pueden hacer que los yacimientos de arena limpios parezcan esquistos. Por esta razón, los rayos gamma espectrales se utilizan para proporcionar una lectura individual para cada elemento, de modo que se puedan encontrar e interpretar adecuadamente concentraciones anómalas.
Una ventaja del registro gamma sobre otros tipos de registros de pozo es que funciona a través de las paredes de acero y cemento de los pozos revestidos. Aunque el hormigón y el acero absorben parte de la radiación gamma, a través del acero y el cemento viaja una cantidad suficiente para permitir determinaciones cualitativas.
En algunos lugares, las zonas que no son de esquisto exhiben niveles elevados de radiación gamma. Por ejemplo, las areniscas pueden contener minerales de uranio, feldespato potásico , relleno de arcilla o fragmentos líticos que hacen que la roca tenga lecturas gamma más altas de lo habitual. El carbón y la dolomita pueden contener uranio absorbido. Los depósitos de evaporita pueden contener minerales de potasio como silvita y carnalita . Cuando este sea el caso, se debe realizar un registro espectral de rayos gamma para identificar la fuente de estas anomalías.
El registro espectral es la técnica de medir el espectro, o número y energía, de los rayos gamma emitidos a través de la radiactividad natural de la formación rocosa. Hay tres fuentes principales de radiactividad natural en la Tierra: potasio (40K), torio (principalmente 232Th y 230Th) y uranio (principalmente 238U y 235U). Cada uno de estos isótopos radiactivos emite rayos gamma que tienen un nivel de energía característico medido en MeV. La cantidad y energía de estos rayos gamma se pueden medir con un centelleómetro. Un registro de la respuesta espectroscópica a la radiación natural de rayos gamma generalmente se presenta como un registro total de rayos gamma que representa la fracción en peso de potasio (%), torio (ppm) y uranio (ppm). Los patrones primarios para las fracciones en peso son formaciones geológicas con cantidades conocidas de los tres isótopos. Los registros de espectroscopia de rayos gamma naturales se empezaron a utilizar de forma rutinaria a principios de la década de 1970, aunque se habían estudiado desde la década de 1950.
La línea característica de rayos gamma asociada a cada componente radiactivo:
Otro ejemplo del uso de registros espectrales de rayos gamma es para identificar tipos de arcilla específicos, como caolinita o illita . Esto puede ser útil para interpretar el entorno de deposición, ya que la caolinita se puede formar a partir de feldespatos en suelos tropicales mediante lixiviación de potasio; y las lecturas bajas de potasio pueden indicar la presencia de uno o más paleosoles . [2] La identificación de minerales arcillosos específicos también es útil para calcular la porosidad efectiva de la roca yacimiento.
Los registros de rayos gamma también se utilizan en la exploración de minerales, especialmente en la exploración de fosfatos, uranio y sales de potasio .