5.5. I logs geofisici da pozzo
5.5.6. GR log e DS Log: radioattività naturale
Il γ−ray log è un log caratterizzato da un’estrema precisione che risulta impiegabile sia in fori rivestiti che in fori scoperti, con e senza fluidi di perforazione; lo strumento misura la radioattività naturale emessa dalle formazioni geologiche, caratteristica del tipo di roccia prevalente essendo funzione della sola composizione chimico-mineralogica.
I logs di γ-ray sono di conseguenza utili per evidenziare in successioni sciolte livelli sabbiosi, caratterizzati da bassi valori di radioattività, rispetto ai livelli impermeabili argilloso-siltitici, caratterizzati da alte concentrazioni di elementi radioattivi. Tra le rocce sedimentarie, invece, si misurano elevati valori di radioattività in peliti, evaporiti e marne, mentre nei carbonati valori elevati si riscontrano per effetto di migrazione di fluidi radioattivi dovuta a strutture ed in prossimità di livelli carboniosi e/o emersivi.
La radioattività si origina per effetto del decadimento spontaneo di alcuni nuclei atomici instabili in forme più stabili (Isotopi radioattivi), accompagnato dall’emissione di diversi tipi di radiazioni ionizzanti (particelle α, β e raggi γ): i raggi γ, in particolare, sono caratterizzati da alte capacità di penetrazione e possono essere facilmente rilevati mediante contatori a ionizzazione Geiger-Muller o di contatori a scintillazione.
Descrizione Specifiche
Lunghezza 1,71 m
Diametro 85,7 mm
Range pressione 137,9 Mpa
Temperatura 204°C
Peso 50 kg
Tabella 5-8. Specifiche tecniche dello strumento di acquisizione GR log.
Di tutti i numerosi elementi, solamente tre serie instabili risultano presenti in quantitativi apprezzabili in natura:
Serie dell’Uranio, capostipite 238U Serie del 232Torio
40Potassio.
La scala di misura della radioattività naturale viene espressa in CPS - Counts per Second o, analogalmente a quanto stabilito per il pozzo Grado-1, in Unità API - American Petroleum Institute, utilizzato come standard di riferimento internazionale (lo standard API richiede una calibrazione preliminare su dei valori prestabiliti a 200 API e 100 API).
Solitamente il log di radioattività naturale viene utilizzato per:
correlazioni tra pozzi profondi (facilitate dalla peculiarità del segnale radioattivo e dall’eventuale riconoscimento di picchi consimili),
determinazione della formazione
stima del contenuto in shale e conseguente individuazione dei livelli più argillosi rispetto ai livelli sabbioso-ghiaiosi
delineazione dei limiti stratigrafici
La radioattività naturale delle rocce attraversate è stata misurata durante ognuno dei 3 runs effettuati mediante il GR - Gamma Ray Log.
Durante il secondo run è stato acquisito anche il DSL - Digital Spectral Log, il quale differisce dalla strumentazione standard di gamma ray (che registra il valore totale) in quanto misura anche i valori discreti di energia di ogni raggio gamma registrato ed emesso dalle specie isotopiche più abbondanti. Il DSL permette la separazione del segnale totale nelle sue componenti, determinandone i contenuti individuali dei radioisotopi delle serie sopraelencate, in particolare:
Potassio 40 (40K),
Uranio 235 e 238 (235U, 238U) Torio 232 (232Th).
Il DSL adottato ha fornito dunque singoli logs relativi a:
Rapporto Th/K, Th/U e U/K, rispettivamente denominati [rthk], [rthu] e [ruk] Contenuto Th, K e U, rispettivamente denominati [th], [k] e [u].
Il DSL permette quindi di identificare con maggior precisione la litologia delle formazioni del sottosuolo ed in particolare il tipo di argilla presente a partire dai rapporti isotopici sopra indicati, i cui range di variazione sono notevolmente discriminanti per le diverse litologie; consente inoltre di localizzare con ottima risoluzione potenziali zone fratturate.
Descrizione Specifiche
Lunghezza 2,23 m
Diametro 92,1 mm
Range pressione 137,9 Mpa
Temperatura 204°C
Peso 64,5 kg
Tabella 5-9. Specifiche tecniche dello strumento di acquisizione DS log. Discussione
L’analisi dei valori di radioattività naturale riscontrata nella roccia indagata (Figura 5-37) ha permesso di identificare la litologia del serbatoio geotermico (caratterizzata da bassi valori di radioattività) e controllare la presenza di livelli ed orizzonti argillosi, oltre che di localizzare potenziali zone fratturate.
Nel complesso il pozzo è caratterizzato da valori di radioattività totale inferiori a circa 30°API, ad eccezione che per un evidente picco di radioattività riscontrato a circa 1000 m di profondità. Restringendo il campo di osservazione della radioattività, è possibile individuare oscillazioni e variazioni caratteristiche alle diverse profondità, indicando ancora una volta, la presenza di corpi carbonatici di tessitura e natura litologica differente.
Lavorando su un range più ampio, invece, nel complesso si distinguono per radioattività γ, gli intervalli:
690-707 m,
720-890 m, caratterizzato da radioattività oscillante tra 15 e 25 API,
952-1006 m, caratterizzato da un veloce incremento di radioattività culminante in 3 picchi massimi a 1000, 1003 e 1005 m di profondità, rispettivamente di 90, 106 e 124 API.
Il pozzo esplorativo Grado-1 175
Da 1006 m di profondità le oscillazioni calano nuovamente tra 15 e 35 API, anche se con valori complessivamente maggiori e oscillazioni molto più marcate.
Questi valori di γ ray, vengono tipicamente riferiti a rocce calcaree, confermando quanto elaborato nelle pagine precedenti ed in accordo con i crossplots binari discussi nei capitoli seguenti.
Con un andamento del tutto simile si presenta il log spettrale elaborato per l’Uranio U, che risulta stabile a circa 2 ppm lungo l’asse del pozzo, con alcuni lievi aumenti fino a circa 4 ppm, e evidenzia picchi molto acuminati caratterizzati da incrementi fino a circa 16 ppm poco sopra i 1000 m di profondità. Anche i contenuti di Torio Th sono abbastanza stabili per l’intero tratto loggato, con valori variabili tra circa 0,1 e 1,5 ppm, eccetto che per l’intervallo intorno ai 1000 m di profondità, dove sono stati misurati valori massimi fino a 4 ppm. I valori di Potassio K misurato nei carbonati sono risultati molto bassi e più variabili rispetto a Th e U: le concentrazioni sono sempre inferiori a 0,25% per l’intero pozzo con massimi poco evidenti intorno ai 1000 m di profondità con valori di circa 0,40%.
Alte concentrazioni di questi elementi radioattivi sono spesso relazionati in letteratura alla presenza nel sottosuolo di black shales, evaporiti e/o argille; per le argille, inoltre, è possibile determinare in base ai rapporti caratteristici tra K e Th, la specie mineralogica prevalente: le argille residuali costituite da illite e caolinite sono rispettivamente arricchite in K e Th (Figura 5-34). In particolare, nel settore Nord Adriatico sono segnalati picchi di radioattività naturale associati a tenori anomali di Uranio in argille dell’Aptiano inferiore caratterizzate anche da bassi valori di densità (intorno a 2650 kg/m3) e alti di resistività e porosità, uniti a tempi di transito p di circa 53 µs/f.
Si è visto come la successione carbonatica attraversata nel pozzo Grado-1 (Figura 5-34) è caratterizzata, come solitamente viene riscontrato in questo tipo di litotipi, da bassi valori di radioattività, che non raggiungono i valori medi tipici delle argille per le concentrazioni di K e Th. Inoltre, ove presenti, si riscontrano elevati valori di Neutron Porosity riferibili all’elevata concentrazione di idrogeno nel reticolo del minerale. Il picco di γ -ray riscontrato a 1000 m di profondità può essere messo dunque in relazione ad una intensa anomalia nella concentrazione di Uranio e, sebbene in minor parte, di Torio nelle rocce, relazionabili presumibilmente ad una migrazione di fluidi a circolazione lenta (arricchiti in Uranio) in corrispondenza del fitto reticolo di fratture e discontinuità che caratterizza la zona. Ulteriori considerazioni più approfondite ed integrati con alcuni dati bibliografici relativi a pozzi croati sono fornite nel Capitolo 6.3.
K versus Th 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 k [% ] T h [ p p m ]
Figura 5-34 e Figura 5-35. Determinazione della natura dei minerali argillosi mediante dati geofisici di pozzo: grafico teorico dei campi di esistenza (a sinistra) e stesso grafico per il pozzo Grado-1.