地球形成后，在物质重力分异过程中，密度小的硅酸盐物质和离子半径大的铀钍等重元素向上运动，所以地壳中放射性元素含量高（表7-1-3）。油气田聚集在地壳靠近地表部分。因此，可以认为地壳的放射性元素平均含量是形成油气田放射性异常的物质来源。
图7-1-9 岐口凹陷孔隙度与深度关系
表7-1-3 地球圈层放射性元素平均含量（10-6）
放射性元素在地壳中分布并不均匀，主要分布在占地壳1/2的花岗岩和富含有机质的泥质岩（占地壳的4%）中（表3-1-2）。花岗岩主要在储油盆地的边缘或基底，泥页岩是盆地的主要岩层。由此可见，储油构造的底部并不确定为某种岩性。
石油储层有机质丰富，对基底垂向运移上来的铀（系）微粒，一部分被油层吸收（从石油精炼后的残渣中铀含量高得知）。一部分由于油层的渗透性较低（在温差与压差的作用下）而偏移，由边缘上升，但镭并不被有机（石油）物质吸附，因此一部分进入油层水中［从油田卤水中226Ra含量很高（Bloch］可以得到这一论点）。形成异常的实质是一部分岩层中的镭和一部分油层水中的镭，由油层边缘垂直向迁移至地表。
由此可见，油田的放射性异常，是油田范围内下部岩层，垂向运移的放射性物质的一部分，从油田边缘运移到地表和空气中形成的边缘高值，油田上方呈低值是其基本异常形态。如图7-1-10所示。这是从地下油藏的顶面到地表，直到100 m高空都可以测量得到的放射性异常基本模式。
图7-1-10 油藏放射性异常的基本模式
图7-1-11 英台油田地层面上γ射线异常分布图
有人借用油藏的烃类垂向迁移形成烃气流柱体的特征，定名为“烟囱效应”。如果把油藏形成的放射性异常，也定名为“烟囱效应”，其含意应当是指油藏范围周边固体微粒和相关气体垂向运移，形成的放射性物质流，自油藏表面，直到地面（直到大气高空）的筒状分布。
（一）地下放射性异常非常稳定
利用油田自然γ测井资料，进行同一地层面或同一水平面的γ射线计数或放射性物质含量的统计，得到每个油藏面以上（γ射线）放射性异常分布与油气藏的对应关系。从现有资料分析，国内外所有油田统计得到的异常分布，都是类似于图7-1-10所示的基本模式，即油田上方为低值，周边为高值。虽然高值与低值之差有所不同，但基本模式稳定。图7-1-11为吉林英台油田地下各地层面上的（γ射线）放射性异常分布，与圈闭油藏构造对应关系非常一致。图7-1-12是法国库洛姆油田多巴尼安油藏上覆卡洛夫页岩（盖层）层上部放射性（Raμg/t）分布图，是1961年根据自然γ测井资料统计得到的。异常分布与油藏构造对应很好，中间为低值区，图上标出了主要油井位置。
图7-1-12 法国巴多尼安油藏盖层上部放射性（Ra，μg/t）分布
油藏形成的地下放射性异常，是在地下稳定环境下经过长时间累积放射性物质流形成的，所以异常形态非常稳定。因此有人提出，利用深部γ射线测量，寻找油气藏，可以避免地面多种干扰因素。
（二）海底油田放射性异常与陆地一致
如果把海水看作为一个物质层覆盖在海底（面）地层之上，则海洋底面测得的放射性异常，与自然γ测井得到的地下一定深度的异常分布应非常相似。环境稳定，异常形态也应当是比较稳定的。
以色列在浅海油田海底上部，采集海底沉积物，进行铀、钍、钾含量分析。通过油田上方测得的剖面图（图7-1-13），可以清晰看出，三条曲线非常一致，反应油田正上方为低值，边缘为高值。
东海平湖油田地区，平均水深86.4 m，表层沉积物主要为晚更新世滨海砂质沉积。采样深度为水下3 m左右的沉积物，以细砂为主，少量粉砂和泥质。对样品进行热释光测量，得到原始数据图（图7-1-14（a））和四次趋势面分析图（图7-1-14（b））。可以看出，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个放射性异常区与其他地质、物探工作结果相一致，Ⅰ为已开采区，采气井PH-2，PH-5在低值区，向南未封口，还有三口采油气井。干井PM-1在高值区，Ⅱ、Ⅲ号异常区为远景区。
用拖曳式γ多道能谱仪在渤海进行试验测量，其中已知油田测得的测量剖面示于图7-1-15。该渤中凹陷的主要油层为上第三系，油田埋深2700 m，水深80 m。船速6～10 km/h。可见，放射性异常低值区与油田位置对应较好。除铀道数据异常显示不够明显，其他都比较理想，总计数率非常明显。
图7-1-13 浅海油田放射性异常
（三）土壤热释光最接近地下放射性异常
一定深度的土壤，可能在原地已保存有百、千、万年，累积的剂量和位置的稳定性都最接近于地下异常（见图7-1-1），最能反应油藏引起的天然辐射场的分布特征。但它们处于地表，必然受到地表物理、化学变化的影响，主要是水流侵蚀、环境变化，造成物质局部迁移。现以烃类作用为例进行说明：地下油气藏中烃类（还原剂）在垂向运移过程中，在运移通道上造成局部还原环境，使油气藏上方和周围的各种化学元素和化合物发生还原和活化作用。
1）如果烃类受到微生物氧化作用，氧与烃类作用生成CO2。
例如：CH4 +2O2 —→2H2 O+CO22C2 H2 +7O2 —→6H2 O+4CO2
而土壤的主要成分为Ca、Si、Al之类的化合物，与CO2 作用，将生成SiO2、Al2 O3 和CaCO3。例如：
图7-1-14 东海平湖热释光分布图
图7-1-15 渤海L5线γ能谱测量结果
核辐射场与放射性勘查
核辐射场与放射性勘查
这些CaCO3、SiO2、Al2O3以及CO2单独或和其他元素结合在油气藏上方或周围沉积下来。在草桥油田土壤中，边界地区的CaO含量比油田正上方高3.7倍（表7-1-4），主要因为Ca2+分布在边界地区。其他化合物含量相近。即边界土壤中CaO含量增加，使热释光增强，增大了异常幅度。
表7-1-4 草桥油田CaO等分布状况（%）
2）在油田上方烃类更丰富，烃和伴生的H2S均系还原剂，在垂向运移过程中，形成局部还原环境，致使Fe、Mn、Ca、Ni、Pb、Zn等包括铀在内构成低价态金属硫化物，与CaCO3共沉淀，成为方解石热释光的猝灭剂（见图6-5-3）。它们使油田上方热释光低值更低。