Fenómenos radioactivos en las rocas y el registro de rayos gamma

¡Hola, lector!

Esperamos que estés teniendo un excelente día, sea mañana, tarde o noche. Como cada miércoles, te traemos un tema interesante del mundo de las geociencias. Hoy, vamos a explorar los fenómenos radioactivos que podemos observar en los registros geofísicos de pozo, especialmente en los registros de rayos gamma. Luego, te contaremos por qué estos registros son tan importantes y cómo funcionan.

¿Qué son los fenómenos radioactivos en las rocas?

Los fenómenos radioactivos en las rocas nos ayudan a entender lo que muestran los registros geofísicos de un pozo. Un ejemplo clave es el registro de rayos gamma, que se utiliza para identificar diferentes tipos de rocas y su contenido mineral. Hay tres efectos principales que intervienen en estas interacciones:

1. Efecto Compton

Este fenómeno ocurre cuando un rayo gamma choca con un electrón en la roca, haciendo que el electrón salga disparado. Al mismo tiempo, el rayo gamma pierde energía y cambia de dirección. Este efecto es importante porque ayuda a detectar elementos como el silicio y el oxígeno en la roca.

Imagina que lanzas una bola de billar (el rayo gamma) contra otra bola (el electrón). La bola que golpeas se mueve, y la bola que lanzaste cambia de dirección y se desacelera. Este cambio es lo que mide el registro.

Rango de Energía: Ocurre entre 0.1 MeV y 10 MeV. A mayor energía del rayo gamma, más probable es que ocurra el efecto Compton.

2. Producción de Pares

Cuando un rayo gamma con mucha energía se acerca a un núcleo atómico, se descompone en dos partículas: un electrón y un positrón (la versión antimateria del electrón). Esto sucede con mayor frecuencia en elementos pesados como el plomo o el uranio.

Es como si un rayo de luz muy intenso al pasar cerca de un objeto pesado se convirtiera en dos nuevas partículas. Aunque es menos común, este fenómeno es clave para identificar minerales con elementos pesados.

Rango de Energía: Ocurre a niveles de energía superiores a 1.022 MeV.

3. Absorción Fotoeléctrica

Aquí, el rayo gamma es absorbido por completo por un electrón en la roca, dándole suficiente energía para escapar del átomo. Este efecto es más probable en elementos con un número atómico alto, como el hierro.

Imagina que una bola tiene tanta fuerza que saca a otra bola de un hoyo, y la bola que lanzaste desaparece. La energía del rayo gamma se usa completamente para liberar al electrón, y esto es útil para identificar minerales densos.

Rango de Energía: Domina en niveles de energía bajos, por debajo de 0.1 MeV.

Fenómenos radioactivos en las rocas

¿Qué es el Registro de Rayos Gamma?

El registro de rayos gamma mide cuántos rayos gamma hay en el pozo, emitidos por isótopos de Torio, Uranio y Potasio presentes en las rocas. Este registro nos indica si una roca tiene muchos minerales radiactivos, como la arcilla, o pocos, como las arenas o las calizas.

Ejemplo del registro de rayos gamma. Fuente: Ramos, H. (2008) [5]

¿Cómo se mide?

Se usan detectores llamados scintiladores que convierten los rayos gamma en luz visible. Esta luz luego se transforma en un pulso eléctrico detectable, que es lo que finalmente se mide.

¿Sabías que…? Existe una variante del registro de rayos gamma llamada Rayos Gamma Espectral. A diferencia del registro convencional, el espectral no solo mide la radiación natural, sino que puede discernir entre varios elementos y detectar los niveles de energía de los tres isótopos radioactivos (Th, U y K). Esta información es valiosa para interpretar minerales arcillosos, por ejemplo, a través de la gráfica Th/K.

Gráfico Th/K para identificación de litología. Fuente: Sierra, L, et. al. (2016) [4]

Corrección de Rayos Gamma: A veces, se realiza una corrección en el registro para restar el efecto causado por el Uranio. Esto es necesario porque el Uranio puede provenir de varias fuentes, como rocas madre volcánicas que se erosionan y depositan en cuencas sedimentarias, formando lo que se conoce como "arenas calientes".

Efecto de diferentes litologias en el registro de rayos gamma. Fuente: Glover, P. (2000) [2]

Principales Usos:

Contenido de arcilla: Nos dice cuánto material arcilloso hay en la roca.
Correlación entre pozos: Ayuda a comparar y alinear datos entre diferentes pozos.
Evaluación cuantitativa de arcillosidad: Determina cuánto arcilla hay en una formación.
Estudio de ambientes de depositación: Revela cómo y dónde se depositaron las rocas.
Identificación de litologías: Ayuda a identificar el tipo de roca presente.

Limitaciones:

Lecturas elevadas de GR: El Potasio en los lodos KCl puede dar valores más altos.
Lecturas reducidas de GR: La Barita en los lodos puede bajar los valores.
Evaluación del Vsh incorrecta: Las arenas radioactivas pueden dar lecturas engañosas.

Correcciones:

Ajuste del tamaño del agujero.
Separación de la herramienta de la pared del pozo.
Contenido de Barita y Potasio en el lodo.
Operaciones en agujero entubado.

Los esperamos el día viernes 30 de agosto para cerrar el mes con la interpretación de un registro de rayos gamma y como podemos relacionar la información de 2 registros (SP y GR).

BIBLIOGRAFÍA

[1] Djebbar Tiab, Erle C. Donaldson. (2016). Petrophysics: Theory and Practice of Measuring Reservoir Rock and Fluid Transport Properties. Science Direct

[2] Glover, P. W. (2000). Petrophysics MSc Course Notes. University of Aberdeen.

[3] Asquith, G. B., y Krygowski, D. (2004). Basic Well Log Analysis. American Association of Petroleum Geologists (AAPG).

[4] Sierra, L. (2016). CARACTERIZACION DEL ACUÍFERO PAMPEANO MEDIANTE LA UTILIZACION DEL PERFILAJE DE ESPECTROSCOPIA GAMMA NATURAL EN UNA PERFORACIÓN DE ESTUDIO. Instituto de Hidrología de Llanuras.

[5] Ramos, H., Conte, D. y Ramírez, T. (2008) . Registros Geofísicos en México. Schlumberger Offshore Services.

Publicación realizada por Hiram Arias y Emiliano Flores