Registro de rayos gamma

El registro de rayos gamma es un método para medir la radiación gamma natural y caracterizar la roca o sedimento en un pozo o perforación. Es un método de registro con cable utilizado en minería, exploración de minerales, perforación de pozos de agua, evaluación de formaciones en perforación de pozos de petróleo y gas y 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 caliza , debido a que el potasio radiactivo es un componente común en su contenido de arcilla y a que la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla hace que absorban uranio y torio . Esta diferencia en la 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, 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 directamente 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 y registrando la variación de la radiación gamma con la profundidad. En Estados Unidos , el dispositivo suele registrar mediciones a intervalos de 1/2 pie. La radiación gamma se registra generalmente 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 lo llena, pero como los registros gamma se utilizan generalmente de forma cualitativa, no suelen ser necesarias correcciones de amplitud.

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 composición arcillosa y tienden a absorber también uranio y torio. Un registro de rayos gamma convencional registra la radiación total y no permite distinguir entre los elementos radiactivos, mientras que un registro espectral de rayos gamma (véase más abajo) sí lo permite.

Para los registros estándar de rayos gamma, el valor medido de la radiación 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 ponderación de la concentración de uranio en el cálculo del GR API, las concentraciones anómalas de uranio pueden hacer que los yacimientos de arena limpia parezcan arcillosos. Por esta razón, se utiliza el espectro de rayos gamma para proporcionar una lectura individual para cada elemento, de modo que se puedan detectar e interpretar correctamente las concentraciones anómalas.

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 los pozos revestidos. Si bien el hormigón y el acero absorben parte de la radiación gamma, la suficiente como para atravesar el acero y el cemento permite realizar determinaciones cualitativas.

En algunos lugares, las rocas que no son esquistos presentan niveles elevados de radiación gamma. Por ejemplo, las areniscas pueden contener minerales de uranio, feldespato potásico , rellenos de arcilla o fragmentos líticos que provocan lecturas gamma superiores a lo normal. El carbón y la dolomita pueden contener uranio absorbido. Los depósitos de evaporitas pueden contener minerales de potasio como la silvita y la carnalita . En estos casos, se debe realizar un registro espectral de rayos gamma para identificar el origen de estas anomalías.

El registro espectral es la técnica para medir el espectro, es decir, la cantidad y la energía, de los rayos gamma emitidos por la radiactividad natural de la formación rocosa. Existen 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 con un nivel de energía característico, medido en MeV. La cantidad y la energía de estos rayos gamma se pueden medir con un centelleómetro. Un registro de la respuesta espectroscópica a la radiación gamma natural se presenta generalmente 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 comenzaron a utilizarse de forma rutinaria a principios de la década de 1970, aunque ya se habían estudiado desde la década de 1950.

La línea característica de rayos gamma asociada a cada componente radiactivo:

• Potasio  : Energía de los rayos gamma 1,46 MeV
• Serie del torio: Energía de los rayos gamma: 2,61 MeV
• Serie uranio-radio: energía de rayos gamma 1,76 MeV

Otro ejemplo del uso de registros espectrales de rayos gamma es la identificación de tipos específicos de arcilla, como caolinita o illita . Esto puede ser útil para interpretar el ambiente de deposición, ya que la caolinita puede formarse a partir de feldespatos en suelos tropicales por lixiviación de potasio; y las lecturas bajas de potasio pueden indicar la presencia de uno o más paleosuelos . ^{[ 2 ]} La identificación de minerales de arcilla específicos también es útil para calcular la porosidad efectiva de la roca reservorio.

Los registros de rayos gamma también se utilizan en la exploración de minerales, especialmente en la búsqueda de fosfatos, uranio y sales de potasio .