El registro de rayos gamma es un método de medición de la radiación gamma natural para caracterizar la roca o el sedimento en un pozo o perforación. Es un método de registro con cable utilizado en minería, exploración mineral, perforación de pozos de agua, para evaluación de formaciones en la perforación de pozos de petróleo y gas y para otros fines relacionados. [1] 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 la arenisca , el yeso , la sal , el carbón , la dolomita o la caliza porque el potasio radiactivo es un componente común en su contenido de arcilla y porque la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla hace que absorban uranio y torio . Esta diferencia en radiactividad entre las lutitas y las areniscas/rocas carbonatadas permite que la herramienta de rayos gamma distinga entre lutitas y no lutitas. Pero no puede distinguir entre carbonatos y areniscas, ya que ambos tienen deflexiones similares en el registro de rayos gamma. Por lo tanto, no se puede decir que los registros de rayos gamma constituyan buenos registros litológicos por sí solos, pero en la práctica, los registros de rayos gamma se comparan lado a lado 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 registra con mayor frecuencia las mediciones a intervalos de 1/2 pie. La radiación gamma generalmente se registra en unidades API , una medida originada por la industria petrolera. Los rayos gamma se atenúan de acuerdo con el diámetro del pozo, principalmente debido a las propiedades del fluido que lo llena, pero debido a que los registros gamma generalmente se utilizan de manera cualitativa, las correcciones de amplitud generalmente no son necesarias.
Tres elementos y sus cadenas de desintegración son responsables de la radiación emitida por las rocas: potasio , torio y uranio . Las lutitas suelen contener potasio como parte de su contenido de arcilla y tienden a absorber también 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 espectrales (ver más abajo) sí puede.
En el caso de 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 de peso: p. ej., GR API = 8 × concentración de uranio en ppm + 4 × concentración de torio en ppm + 16 × concentración de potasio en porcentaje de 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 limpia parezcan lutosos. Por este motivo, se utilizan rayos gamma espectrales para proporcionar una lectura individual de cada elemento, de modo que se puedan encontrar concentraciones anómalas e interpretarlas correctamente.
Una ventaja del registro gamma sobre otros tipos de registros de pozos es que funciona a través de las paredes de acero y cemento de pozos entubados. Si bien el hormigón y el acero absorben parte de la radiación gamma, una cantidad suficiente atraviesa el acero y el cemento para permitir determinaciones cualitativas.
En algunos lugares, los yacimientos que no son de esquisto presentan 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 presente 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 la silvita y la 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 una técnica que mide el espectro, o la cantidad y la energía, de los rayos gamma emitidos por la radiactividad natural de las formaciones rocosas. 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 la energía de estos rayos gamma se pueden medir con un escintilómetro. Un registro de la respuesta espectroscópica a la radiación de rayos gamma naturales se presenta generalmente como un registro de rayos gamma totales que representa gráficamente la fracción de peso de potasio (%), torio (ppm) y uranio (ppm). Los estándares primarios para las fracciones de peso son formaciones geológicas con cantidades conocidas de los tres isótopos. Los registros de espectroscopia de rayos gamma naturales comenzaron a usarse de manera rutinaria a principios de la década de 1970, aunque se habían estudiado desde la década de 1950.
La línea de rayos gamma característica que se asocia a cada componente radiactivo:
Otro ejemplo del uso de los registros de rayos gamma espectrales es la identificación de tipos específicos de arcilla, como la caolinita o la illita . Esto puede ser útil para interpretar el entorno de deposición, ya que la caolinita puede formarse a partir de feldespatos en suelos tropicales mediante la lixiviación de potasio; y las lecturas bajas de potasio pueden indicar la presencia de uno o más paleosuelos . [2] La identificación de minerales arcillosos específicos también es útil para calcular la porosidad efectiva de la roca del yacimiento.
Los registros de rayos gamma también se utilizan en la exploración mineral, especialmente en la exploración de fosfatos, uranio y sales de potasio .