自然伽马测井记录的是能量大于100keV的所有伽马光子造成的计数率或标准化读数。它只能反映地层中放射性核素的总含量，无法分辨地层中含有放射性核素的种类，地层所能提供的信息没有得到充分的利用。为了弥补自然伽马测井的不足，研制了自然伽马能谱测井，通过对伽马射线能谱进行分析，不仅可以了解地层放射性总的水平，还可定量测量不同核素的含量，从而得到更多的测井信息。

自然伽马能谱测井是按不同能量范围记录自然伽马射线的一种测井方法。因为地层放出的伽马射线大多数是由三种放射性同位素——钾、钍、铀衰变产生的，所以自然伽马能谱测井可以给出地层中钾、钍、铀的含量。这些数据对于准确地确定储集层泥质含量、分析沉积环境和生油条件，以及划分岩性都是很有用的。

自然伽马测井可记录能量大于100keV的所有伽马光子造成的计数率或标准化读数。它仅可能反映地层中放射性核素的总含量，却无法分辨地层中含有放射性核素的种类，因而地层所能提供的信息没有得到充分的利用。

这种测井方法的实质是根据测量得到的238U、232Th，40K伽马放射性的混合谱来确定它们在地层中的含量。根据实验室对铀、钍、钾放射的γ射线能量的测定，发现铀、钍、钾放射的γ射线谱都存在各自易鉴别的特征谱峰。

在40K的伽马能谱中，可以清楚地看到1.46MeV的光电峰以及由康普顿散射形成的低能连续谱。在238U系的伽马仪器谱中，最明显的峰是1.76MeV的光电峰，易于识别；在232Th系的伽马仪器谐中，最明显的峰是2.62MeV的光电峰。从混合源的伽马仪器谱中，可看到相应于40K，238U，232Th的能量分别为1.46MeV，1.76MeV，2.62MeV的三个光电峰，且最容易识别，因而选用它们作为识别铀、钍、钾的特征峰。

自然伽马能谱测井的探测器与自然伽马测井基本相同，所不同的是增加了多道脉冲幅度分析器，能分别测量不同幅度的脉冲数，从而得出不同能量的γ射线能谐，用以测定不同的放射性核素。

研究生油层

大量研究表明，岩石中的有机物对铀在地下的富集起到重大作用，所以铀含量可以评价生油层的生油能力。生油岩中的铀含量与有机碳含量之间有很好的对应关系。与普通粘土岩相比，生油粘土岩在自然伽马能谱曲线上的特征是：钾钍含量与普通粘土岩一样高，而铀含量比普通粘土岩更高。如图《泥岩生油层与非生油层的典型显示》所示，给出泥岩生油层与非生油层的典型显示。图中上部泥岩为生油层，铀含量很高，钾、钍含量较低；下部泥岩为非生油层，铀含量较低，钾、钍含量较高。

识别页岩储集层

在局部地段，富含有机物的高放射性黑色页岩由于具有裂缝、粉砂、燧石或碳酸盐岩夹层，可成为产油层。这种地层在自然伽马能谱曲线上的特征是钾和钍含量低，而铀含量很高。

确定高放射性碎屑岩和碳酸盐岩储集层

纯的碎屑岩储集层铀、钍、钾含量均为低值，但当这些岩石中含有高放射性矿物时，铀、钍、钾含量中某一种或某两种元素含量明显偏高，取决于高放射性矿物含有的放射性核素种类和含量；当岩石中含有错石等高含钍的矿物时，钍含量明显偏高。对于碳酸盐岩储集层，当岩石中含有钾盐或长石等矿物时，钾含量明显增高。另外，在还原条件下，地层水中的铀也会在渗透带沉积，从而使地层的铀含量增高。