Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5 potx

129 )20.5)( minmax min Sh Vf GRGR GRGR J = = Trong đó: GR là giá trị cờng độ bức xạ gamma đo đợc tại điểm quan sát. GR max , GR min lần lợt là cờng độ bức xạ gamma tại vỉa sét và vải cát sạch. Trong trờng hợp lát cắt không có vỉa đá cát sạch, có thể sử dụng các giá trị GR max , GR min là các giá trị đo đợc ở hai vỉa đá có độ sét biết trớc. Khi đó phơng pháp xác định độ sét theo (5.20) gọi là phơng pháp hai vỉa (tầng) chuẩn. Quan hệ hàm số giữa tham số J và độ sét V Sh thờng đợc xác định bằng thực nghiệm. Trong thực tế, ta gặp một số phơng trình thực nghiệm của các tác giả khác nhau: Quan hệ tuyến tính: JV Sh = Clavier ( ) 2 7,038,37,1 += JV Sh Steiber ( ) JJV Sh = 5,15,0 Tuy nhiên, vì sự có mặt của các khoáng vật sét là một chỉ thị của môi trờng trầm tích nên quan hệ hàm số ( ) Sh VfJ = là rất phức tạp và khác nhau giữa vùng này và vùng khác. Cách đúng đắn nhất vẫn là thay vì sử dụng các công thức thực nghiệm có sẵn bằng việc xây dựng quan hệ thực nghiệm giữa các tham số đó cho từng vùng cụ thể, thậm chí cho từng phân vị địa tầng khác nhau. Một ứng dụng quan trọng khác của phơng pháp GR là trong nghiên cứu các giếng khoan thăm dò tìm kiếm các quặng phóng xạ. Cờng độ bức xạ gamma tự nhiên GR có quan hệ trực tiếp với hàm lợng các quặng phóng xạ trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan. Vì vậy, dựa vào dáng điệu đờng cong GR và biên độ dị thờng trên đờng cong đó ta dễ dàng phát hiện các đới quặng hoá và tính toán hàm lợng các khoáng vật quặng phóng xạ trong đối tợng nghiên cứu. Khi nghiên cứu các mỏ muối, đờng cong đo GR đợc sử dụng để xác định chiều dày các lớp muối và xác định hàm lợng muối KCl trong mỏ muối. 5.3.2. Phơng pháp đo phổ gamma tự nhiên- SGR, NGS 5.3.2.1. Cơ sở vật lý - địa chất Khi tiến hành đo GR ta đo cờng độ bức xạ tia gamma phát xạ từ những đồng vị phóng xạ của các nguyên tố đồng vị trong ba dy Urani, Thori và Kali. Các tia gamma phát xạ từ các đồng vị của ba dy vừa nêu đều dới dạng xung năng lợng rời rạc (Hình 5.8). 130 Hình 5.8 mô phỏng phổ năng lợng các tia gamma của các dy K, Th và Urani. Từ mỗi dy ta có thể chọn đợc phổ năng lợng đặc trng cho dy đó, không lẫn lộn với các dy khác. Dy 40 K chỉ có duy nhất một phổ đơn năng E = 1,46MeV khi bắn ra tia gamma để trở thành đồng vị 40 Ar bền vững. Trong dy 232 Thori có nhiều đồng vị phát xạ gamma có năng lợng khác nhau, trong số đó đồng vị Thallium 208 Tl phát xạ gamma có phổ năng lợng E = 2,62MeV cao nhất trong dy. Tơng tự chọn phổ E = 1,76MeV phát xạ từ đồng vị Bismuth 214 B là phổ đặc trng cho dy 238 Urani. Ta có nhận xét: Các phổ năng lợng của tia gamma chọn đặc trng cho ba dy phóng xạ tự nhiên đều có năng lợng E > 1,20MeV, lớn hơn vùng năng lợng mà tia gamma dễ bị tán xạ Compton trong môi trờng đất đá. ở vùng năng lợng cao nh vậy các lợng tử gamma tơng tác với môi trờng rất dễ sinh hiệu ứng tạo cặp trong thành hệ và trong tinh thể của detector. Quan sát phổ ở dạng liên tục (Hình 5.9) dễ dàng chính xác hơn ở dạng rời rạc và phù hợp với điều kiện đo ở giếng khoan hơn. Sở dĩ nh thế là vì: a) Kích thớc hạn chế của detector (tính kém hiệu quả). b) Thể tích vùng nghiên cứu (vùng có phần đóng góp quan trọng các tia gamma tán xạ). c) Khoảng thời gian kéo dài của phép đo (phụ thuộc tốc độ kéo cáp). Kết quả sẽ có một khoảng rộng hơn phổ đo đến mức làm cho một nửa số pic có thể bị là bằng hoàn toàn (Hình 5.9). Biên độ tơng đối của ba phổ nói trên sẽ tỷ lệ thuận với hàm lợng các đồng vị của các dy phóng xạ tự nhiên K, Th và U trong các thành hệ. Sự phụ thuộc này khá K Dãy Th Dãy U Năn g l ợ n g tia Gamma MeV Xác suất phát xạ đo đ ợc H ình 5.8. Phổ bức xạ Gamma của các nguyên tố phóng xạ Số đếm tơng đối Năn g lợn g tia Gamma MeV Phông tán xạ Compton H ình 5.9. Phổ liên tục của K, Th và U ghi đợc bằng tinh thể NaI 131 chặt chẽ đủ để có thể tính hàm lợng của Th, Ur và K có trong thành hệ dựa vào sự suy giảm mạnh phổ toàn phần ở sau mỗi phổ đặc trng của mỗi dy. Khi tính hàm lợng Th, U và K theo phép phân tích phân bổ năng lợng toàn phần, phải chia năng lợng toàn phần ra làm hai vùng. a) Vùng năng lợng cao có ba pic chính đặc trng cho ba dy phóng xạ Th (2,26 MeV), U(1,76MeV) và K(1,46MeV). b) Vùng năng lợng thấp, năng lợng của các tia gamma trong thành hệ là sản phẩm của quá trình tán xạ Compton bao gồm các phát xạ năng lợng thấp từ hai dy U và Th. Trong tự nhiên gặp các đá có tính phóng xạ khác nhau, có chứa các đồng vị U, Th và K ở mức độ khác nhau. - Sét và diệp thạch sét là những khoáng vật và đá chứa một hàm lợng nhất định các đồng vị K, U và Th. Ngoài ra, chúng còn có thể chứa một lợng đáng kể phosphat hay một chất hữu cơ giàu Urani và các loại khoáng vật có phóng xạ (feldspat, mica, các loại khoáng vật nặng có chứa U và Th. Bảng 5.4) - Muối Kali, KCl trong các thành tạo trầm tích bốc hơi. - Các lớp mỏng bitum và alumit hoá KAl 3 [(OH) 6 /(SO 4 ) 2 ]. Bảng 5.4 Tên khoáng vật Th (ppm) U (ppm) Tên khoáng vật Th (ppm) U (ppm) Allanit 500 20.000 30-70 Monazit (25-20).10 4 500-3000 Apatit 20-150 5-150 Sphen 100-600 100-700 Epidot 50-500 20-50 Xenotim Rất thấp 500-3,5.10 4 Magnetit 0.3-20 1-30 Zircon 50-4000 100-6000 - Phosphat [PO 4 ] 3- - Một số đá cát ackose, bùn, cát kết cuội kết chứa nhiều khoáng vật nh: feldspat, mica hoặc các khoáng vật chứa K, U và Th nh zircon, monazit, alamit, xenotin, - Một số đá cacbonat có nguồn gốc từ biển có chứa K và U hoặc giàu vật chất hữu cơ hay phosphat. - Một số vỉa than hấp phụ và tích tụ U có liên quan đến các đá giàu U. - Các đá macma axit và bazơ nh: granit, syenit, rhyolit. 132 5.3.2.2. Các thiết bị máy giếng đo phổ gamma Trong sản xuất sử dụng các Zond đo phổ gamma khác nhau. Mỗi loại có những đặc điểm riêng chi tiết nhng có điểm chung về nguyên tắc. Zond đo có nhiều cửa sổ, mỗi cửa sổ đo các tia gamma có vùng năng lợng nhật định, tơng đơng với phổ năng lợng đặc trng của từng nhóm nguyên tố K, U và Th. Hng Dresser Atlas dùng thiết bị đo có ba cửa sổ W 3 , W 4 và W 5 để đo phổ năng lợng đặc trng của K, Th và U (Hình 5.10). Tuy vậy, giới hạn đo phổ năng lợng của từng cửa sổ đ không thể sạch hoàn toàn. Ví dụ cửa sổ W 3 không phải chỉ tơng ứng với K mà còn cả với U và Th. Nghĩa là ta có thể lập hệ phơng trình: 232 Th = m 13 W 3 + m 14 W 4 + m 15 W 5 238 U = m 23 W 3 + m 24 W 4 + m 25 W 5 (5.21) 40 K = m 33 W 3 + m 34 W 4 + m 35 W 5 Trong đó: m ij là các yếu tố của thành phần gọi là ma trận đo hay chính là phần đóng góp bức xạ gamma của nguyên tố thứ i trong cửa sổ thứ j. Các thành phần ma trận đo m ij đợc xác định trên mô hình mẫu chuẩn. Hệ phơng trình (5.21) cho phép xác định hàm lợng các nguyên tố K, U và Th dựa vào sổ đọc trên các cửa sổ W 3 , W 4 và W 5 . Công ty Schlumberger sử dụng máy phổ có 5 cửa sổ, trong đó các cửa sổ W 1 và W 2 đo gamma toàn phần năng lợng thấp (Hình 5.11). Dựa vào các số đo vùng năng lợng thấp (W 1 và W 2 ) có thể lọc các thăng giáng của các đờng cong K và U. Sơ đồ nguyên tắc đo phổ gamma tự nhiên (NGS) theo Schlumberger đợc trình bày trong hình 5.12. Số kênh Năn g l ợ n g tia Gamma MeV H ình 5.10. Các cửa sổ đo năng lợng đặc trng K và Th 133 Trong sơ đồ sử dụng detector nhân quang điện, với tinh thể cảm xạ là NaI(Tl) 1. Qua detector các tia gamma có năng lợng E khác nhau sẽ tạo thế đầu ra khác nhau tơng ứng. Tín hiệu đợc khuyếch đại bởi bộ amplifier 2 rồi chuyển vào cửa sổ có định cỡ V tơng ứng nhờ mạch ổn định (Stabilization) 3. Tín hiệu ở các cửa sổ đợc đa tới bộ m hoá truyền tải (Transmission Encoder) 4 bằng kỹ thuật điều biến tần số, rồi đa lên mặt đất qua đờng cáp 5. Trên mặt đất, khối giải m (Transmission Decoder) 6 tách các tín hiệu theo m riêng của kênh tơng ứng rồi đa vào ngăn tích phân có hằng số thời gian chọn trớc (4sec) 7. Các số liệu thô này một mặt đợc ghi lại bởi khối (TTR) 8, một mặt đợc đa vào khối tính toán (computer) 9 hàm lợng của các nguyên tố K, U, Th và GR. Các giá trị này đợc ghi trên băng hoặc phim ảnh nhờ một bộ ghi (camera) 10. Cũng nh các máy móc thiết bị đo Địa vật lý hạt nhân khác, máy đo NGS cũng cần phải chuẩn khắc độ. Trong trờng hợp này, chuẩn máy thực chất là xác định các H ình 5.11. Đờng cong tơng ứng U, Th và K (Detectơ dùng tinh thể NaI) Năng lợng thấp Hiệu suất đếm cao Năng lợng cao Hiệu suất đếm thấp Xác suất phát xạ đo đợc Mã hoá truyền Bộ giải mã Trên mặt đất Tron g g iến g khoan H ình 5.12. Sơ đồ nguyên tắc của Zond đo phổ phóng xạ Gamma 1 2 3 4 5 5 6 7 89 10 134 tham số thành phần của ma trận đo, chính là phần đóng góp bức xạ gamma của mỗi nguyên tố trong nhóm K, U và Th vào cửa sổ nào đó trong số 5 cửa sổ (W 1 ,, W 5 ) đợc sử dụng. Nh vậy có tất cả 9 hệ số m ij trong hệ phơng trình (5.21) cần đợc xác định. Để xác định các hê số này tại các trung tâm lớn ngời ta thực hiện trong các giếng khoan mô hình chứa 3 lớp có hàm lợng các nguyên tố U, Th và K cho trớc. Việc chuẩn khắc độ có thể thực hiện tại hiện trờng ở miệng giếng khoan trớc khi tiến hành đo NGS. Khi chuẩn nh vậy đợc thực hiện nhờ một mẫu chuẩn bằng đồng vị 220 Ra để kiểm tra số đếm của mỗi cửa sổ. Chiều sâu nghiên cứu của phơng pháp đo phổ gamma tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố: năng lợng của tia gamma, mật độ của dung dịch và đờng kính giếng khoan. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào mật độ của các đá ở thành giếng khoan. Năng lợng E của tia gamma càng cao, chiều sâu nghiên cứu càng sâu trong môi trờng xung quanh giếng khoan. Mật độ dung dịch koan và mật độ khối của đất đá trong môi trờng càng cao thì càng hạn chế chiều sâu nghiên cứu của phơng pháp đo. Số đo của NGS trên các cửa sổ chủ yếu nhạy với sự thay đổi hàm lợng các đồng vị của các dy U, Th và K trong đất đá ở thành giếng khoan. Tuy vậy, có nhiều trờng hợp bị ảnh hởng bởi khi gặp các pic nhiễu do: Hiện tợng xảy ra các pic lạ chen vào làm hạn chế các pic chính trong các cửa sổ đo năng lợng thấp. Sự xuất hiện của hai pic lạ đợc liên kết với mỗi pic năng lợng cao từ Th sẽ gây nhiễu trong cửa sổ U và tơng tự từ cửa sổ K (Các pic lạ thờng là cặp electron và pozitron trong tinh thể NaI(Tl). 5.3.2.3. Phạm vi ứng dụng - Xác định địa tầng: Trong trầm tích bốc hơi, việc phân chia địa tầng dựa vào sự khác nhau giữa sét và muối. Trong các vỉa muối giàu Kali hơn là trong các lớp sét. Hàm lợng Th trong muối rất thấp gần nh bằng không. Có thể phát hiện các vỉa muối dựa vào đờng K%. Đờng này phân dị khá tốt trên ranh giới các vỉa muối với đất đá vây quanh. Trong môi trờng trầm tích lục nguyên (cát, sét), các vỉa cát sạch rất nghèo K, Th và U nên các giá trị đo ở cả 4 kênh đều thấp. Đối với các vỉa sét thì ngợc lại, giá trị đo Th và K đều cao. Dựa vào các số đo Th và K hay tổng của chúng (CGR) có thể đánh giá độ sét V Sh : () min min ThTh ThTh V Sh Th Sh = () min min KK KK V Sh K Sh = () min min CGRCGR CGRCGR V Sh CGR Sh = 135 - Xác định bản chất và sự hiện diện của các nguồn gây dị thờng bức xạ gamma trong đá cát có liên quan đến một số đối tợng nh: feldspat, mica, các khoáng vật nặng nh: zircon, allanit, monazit giàu Th và U. Các phép toán này dựa vào kỹ thuật đồ thị trực giao (Cross-plot) giữa các tham số khác nhau. - Trong môi trờng cacbonat thờng rất nghèo các đồng vị phóng xạ và không có mối liệnhệ chặt chẽ với sét trong đá, có chăng cờng độ bức xạ gamma trong đá cacbonat có liên quan đến sự có mặt của Urani. Trong đá cacbonat thuần trầm tích biển khơi thì không có Thori, bởi vì nó không hoà tan. Ngang với vỉa cacbonat sạch, các đờng Th và K gần bằng không. Nếu ở đó, đờng U cũng thấp hoặc bằng không thì cacbonat đó đ ở môi trờng oxy hoá. Ngang các vỉa đá cacbonat chỉ có dị thờng dơng cao trên đờng U (ppm) khi nó chứa các vật liệu hữu cơ. Nếu sét chứa trong các lớp đá cacbonat thì làm cho cả 3 đờng U, Th và K đều có dị thờng lớn. Trờng hợp đá cacbonat có chứa phosphat hay glauconit thì đờng U và cả đờng U lẫn K đều có giá trị cao. - Liên kết giữa các giếng khoan: Việc liên kết giữa các lát cắt giữa giếng khoan thờng dựa vào các pic trên đờng Th, chúng thờng có liên quan tới các lớp tro núi lửa hoặc xuất hiện bentonit trên diện rộng. - Phát hiện đới nứt nẻ: Trong các khe nứt của đá cacbonat hay đá móng macma, các nhiệt dịch hoặc nớc ở các tầng sâu giàu Urani có thể tràn vào làm cho khi đo phổ ta dễ dàng phát hiện ra chúng. 5.3.3. Các phơng pháp gamma tán xạ 5.3.3.1. Cơ sở vật lý Chiếu xạ vào môi trờng đất đá xung quanh giếng khoan bằng một chùm tia gamma có năng lợng khác nhau và đo các tia gamma tán xạ do kết quả tơng tác của chúng với môi trờng (Hình 5.13) gọi là phơng pháp gamma tán xạ hoặc gamma- gamma, nghĩa là chiếu xạ bằng tia gamma và đo các tia gamma sau khi đ mất bớt năng lợng bị tán xạ do tơng tác với vật chất trong môi trờng nghiên cứu. Khi các tia gamma tơng tác với môi trờng đất đá chúng sẽ gây ba hiệu ứng chính (Xem 5.13): - Hấp thu quang điện: Tia gamma bị hấp thu hoàn toàn. - Tán xạ Compton: Tia gamma mất bớt năng lợng, chuyển động lệch hớng. - Tạo cặp: Tia gamma va chạm hạt nhân làm bắn ra cặp điện tử trái dấu e + và e - . H ình 5.13. Nguyên tắc đo gamma tán xạ 136 Trở lại với phơng trình (5.8) ta có nhận xét hệ số hấp thụ tia gamma của môi trờng hay hệ số tắt dần là tổng các hệ số tắt dần tuyến tính của các qúa trình hấp thụ quang điện, tán xạ compton và tạo cặp. Để thuận tiện trong nghiên cứu môi trờng vật chất ở các trạng thái rắn, ta dùng một hệ số cơ bản hơn - hệ số hấp thụ khối ( à m ). Hệ số hấp thụ khối là tỷ số của hệ số tắt dần à chia cho mật độ khối b của môi trờng (à m = à/ b ). Hệ số hấp thụ khối cuả một chất giảm khi năng lợng của lợng tử gamma tăng. Với cùng một mức năng lợng của tia tới, hệ số hấp thụ khối của các vật chất khác nhau có giá trị gần xấp xỉ nhau. Đây là điểm rất quan trọng và là cơ sở vật lý của các phép đo gamma tán xạ trong giếng khoan. Phơng trình vừa nêu có thể đợc viết: () )22.5( x o b b eII à = hay x o bm eII à = Lấy logarit (5.22) ta có: )23.5(lnln xII bmo à = Ta dễ dàng nhận thấy: Nếu cờng độ bức xạ của nguồn I o và hệ số à m không đổi, khoảng cách x từ nguồn đến detector là cố định thì giá trị cờng độ phóng xạ gamma tán xạ I đo đợc sẽ là hàm số chỉ phụ thuộc vào mật độ khối b của môi trờng. Từ đó ta có thể tìm đợc một phơng trình thực nghiệm biểu thị mối liên hệ khá chặt chẽ giữa cờng độ gamma tán xạ với mật độ khối b của đất đá ở thành giếng khoan. Trong trờng hợp năng lợng của các tia gamma đủ lớn, hiệu ứng compton sẽ trội hơn thì mối quan hệ hàm số I = f( b ) càng chặt chẽ và do đó ngời ta gọi phép đo gamma tán xạ này là phơng pháp gamma tán xạ mật độ (Formation Density - FDC (Schlumberger); Compensated Density Log- CDL (Halliburton)). Ngợc lại, nếu dùng nguồn phóng xạ gamma có năng lợng thấp, hiệu ứng hấp thụ quang điện sẽ chiếm u thế khi tia gamma tơng tác với môi trờng nghiên cứu (Xem hình 5.4). Cờng độ gamma đo đợc I sẽ chủ yếu phụ thuộc vào số electron trong một đơn vị thể tích môi trờng hay tỷ lệ nghịch với số các nguyên tố nặng (Bi, W, Pt, Au, Ag, Pb,) trong môi trờng đó. Dựa vào đặc điểm đó, ta có thể phát hiện ra các đới trong lát cắt chữa các nguyên tố nặng. Phép đo nh vậy trong giếng khoan (dùng nguồn chiếu tia gamma năng lợng thấp) gọi là phơng pháp gamma tán xạ chọn lọc. 137 5.3.3.2. Sơ đồ đo gamma tán xạ trong giếng khoan Hình 5.14 là sơ đồ nguyên tắc khi thực hiện phép đo gamma tán xạ trong giếng khoan. Trong sơ đồ có các khối sau: 1- khối khuyếch đại, 2- bộ lọc bằng dơng bản truyền xạ, 3- Ngăn tích phân, 4- Bộ ghi, 5- khối nguồn nuôi, 6- khuyếch đại sơ bộ, 7- bộ cao áp, 8- detector, 9- Rnh cửa sỏ, 10- màn chì, 11- nguồn phóng xạ gamma, 12- cáp, 13- thanh đè áp sờn. + Nguồn phóng xạ gamma trong các phép đo gamma tán xạ là các nguồn hoá học: - 60 Co: đồng vị phát xạ các lợng tử gamma có năng lợng 1,17MeV đến 1,33MeV. - 137 Cs: đồng vị phát xạ các lợng tử gamma có năng lợng khoảng 0,622MeV. - 75 Se: đồng vị phát xạ các lợng tử gamma có năng lợng trung bình khoảng 0,268MeV. + Detector thờng là loại nhân quang điện dùng tinh thể NaI(Tl). + Máy giếng (Zond) cấu tạo đặc biệt nhằm loại bỏ tối đa các ảnh hởng của môi trờng xung quanh. - Các khối nguồn và khối đo của máy giếng đợc lắp đặt trong một ống trụ bằng hợp kim nhẹ có đờng kính nhỏ hơn đờng kính danh định của giếng khoan. - á p sờn nhờ một hệ lò so và cánh tay gạt. - Detector và nguồn phóng xạ đợc đặt trong màn chì có các khe rnh hớng tới thành giếng khoan ở phía áp sờn nhằm tăng độ nhạy của kết quả đo với mật độ của đất đá (nếu là đo tán xạ mật độ). - Điểm đo đợc tính cho điểm O, nằm chính giữa nguồn và detector. - Khoảng cách từ nguồn đến detector là chiều dài L của Zond đo gamma tán xạ. Khi Zond đo định hớng đợc áp sờn ảnh hởng của dung dịch khoan và lớp vỏ sét lên kết quả đo là nhỏ nhất và nh nhau ở mọi điểm đo trong giếng khoan. H ình 5.14. Sơ đồ nguyên tắc đo Gamma tán xạ định hớn g 1 - Khuyếch đại 2 - Chuẩn xung 3 - Ngăn tích phân 4 - Bộ ghi 5 - Nguồn nuôi 6 - Khuyếch đại sơ bộ 7 - Bộ cao áp 8 - Detector 9 - Rãnh định hớng 10 - Màn chì 11- Nguồn phóng xạ 12 - Cáp 13 - Lò so ép sờn 138 Trong các trờng hợp giếng khoan có đờng kính nhỏ, ít bị sập lở thì không nhất thiết phải sử dụng các máy giếng có áp sờn và đo định hớng. Phép đo hớng về mọi phía nh nhau. Detector có thể dùng loại ống đếm tỷ lệ. Màn chì là dĩa bằng chì đặt gần nguồn phóng xạ hơn. Cách đo nh vậy, mọi kết quả ghi đợc đều mang tính biểu kiến, chỉ nên sử dụng trong phân tích nhanh và phân tích định tính. Muốn dùng phân tích định lợng thì cần có các phép hiệu chỉnh tơng ứng. Khi thiết kế máy giếng cho việc nghiên cứu một đối tợng cụ thể, các thông số của máy giếng (chiều dài L , chiều dày và hình dáng màn chắn, kích thớc và hớng góc nhìn của các rnh cửa sổ từ nguồn và vào detector,) cần đợc lựa chọn để có kết quả đo tốt nhất. Trong các phép đo gamma tán xạ ở giếng khoan, chiều dài L của Zond đo thờng đợc chọn bằng một khoảng cách đủ lớn để tránh vùng mù, nghĩa là vùng ở đó giá trị phép đo không nhạy với sự thay đổi mật độ hay hàm lợng các nguyên tố nặng trong môi trờng nghiên cứu. 5.3.3.3. Phép đo gamma tán xạ mật độ bù (kép) Các Zond đo gamma tán xạ mật độ dùng một detector có một số nhợc điểm: chịu ảnh hởng của vỏ sét, độ nhẵn của thành giếng khoan, Để khắc phục các nhợc điểm đó ngời ta dùng Zond đo có hai detector. Một ở gần, một ở xa hơn (Hình 5.15). Biến thể của phép đo gamma tán xạ mật độ nh vậy, Schlumberger gọi là phơng pháp gamma tán xạ mật độ bù (kép) (FDC). Detector gần nguồn có chiều sâu nghiên cứu nhỏ, chủ yếu đo phần các gamma tán xạ trong lớp vỏ sét và phản ánh mức độ nhẵn của thành giếng. Giá trị đo từ detector này dùng để tính hiệu chỉnh ảnh hởng của vỏ sét. Hình 5.16 là biểu diễn giao hội giữa hai số đếm của các detector xa và gần để tính lợng hiệu chỉnh mật độ. Vỏ sét Đất đá ( b ) Vùng nghiên cứu của detector xa Vùng nghiên cứu của detector gần N g uồn H ình 5.15. Sơ đồ đo Gamma tán xạ bù Vỏ sét có ph ụ gia Barit Vỏ sét khôn g có phụ gia Barit H ình 5.16.Sơ đồ biểu diễn các ảnh hởng của vỏ sét (theo Schlumberger) [...]... không đợc vơng vi ra sàn khoan và môi trờng xung quanh Khi chọn đồng vị để pha trộn dung dịch hoạt tính cần phải tính đến khả năng hấp thụ chúng của các đất đá, ống chống cũng nh vỏ máy giếng Một số đồng vị có phát xạ gamma sau đây hay đợc dùng để điều chế dung dịch hoạt tính thả vào giếng khoan: 131I (T=8, 05 ngày); 59 Fe (T= 45, 1 ngày); 65Zn (T= 250 ngày); 95Zr (T= 65 ngày); 60Co (T =5, 2 năm); 110Ag (T=270... nhau trong các giếng khoan trần hoặc có ống chống 143 - Đối với các giếng khoan trần, phơng pháp này đợc dùng để giải quyết hai nhiệm vụ hay gặp: + Xác định đới mất dung dịch khoan + Nghiên cứu đặc điểm thấm chứa của đá colector trong lát cắt Khi giải quyết hai nhiệm vụ nêu trên, ta có thể đa chất lu phóng xạ vào giếng khoan ngay sau khi khoan hoặc có thể khoan giếng bằng dung dịch khoan có trộn đồng... năm và TAm = 458 năm) là nguồn lý tởng sử dụng trong Địa vật lý giếng khoan Các nguồn này phát luồng nơtron khá ổn định Nguồn Californium ( 252 Cf) là nguồn đồng vị đợc dùng phổ biến hiện nay cả trong thực nghiệm ở phòng thí nghiệm lẫn trong đo giếng khoan Đồng vị 252 Cf tự phân r phát ra nơtron gần đơn năng và với luồng nơtron lớn hơn các nguồn khác (1 Curie chất Cf sẽ phát ra luồng 4,4.1 0-9 nơtron/s)... ri: - Kiểm tra độ kín của ống chống - Phát hiện các điểm hở bên ngoài ống chống - Xác định mức độ liên thông ở đoạn đục (đột) thành giếng 144 - Phát hiện vị trí bắn mở vỉa ngoài ống chống - Kiểm tra độ kín của paker - Kiểm tra chiều cao cột ximăng (mức dâng ximăng) - Kiểm tra độ gắn kết ximăng ở áp suất cao - Kiểm tra khuyết tật của cầu ximăng - Xác định khả năng tiếp nhận chất lu của các vỉa - Kiểm... thực hiện theo trình tự sau: - Đo gamma tự nhiên trong giếng khoan và đánh số là đờng GR1 - Thả vào giếng một dung môi có hoạt tính phóng xạ cao (dung dịch, vữa ximăng, nớc) hoặc chất bột (cát, bột) - Rửa giếng một cách thận trọng bằng một dung dịch không có hoạt tính phóng xạ hay nớc l 142 - Đo đờng cong gamma thứ hai và đánh số GR2 So sánh hai đờng GR1 và GR2 ta sẽ phát hiện đợc các đoạn giếng có bám... nơtron - gamma dùng để xác định ranh giới dầu-nớc Khi nghiên cứu các giếng khoan quặng, phơng pháp nơtron - gamma dùng để phát hiện các quặng có chứa Mn, Al, Li, B, Nếu kết hợp với phơng pháp nơtron - nơtron, phơng pháp nơtron - gamma không chỉ dùng để phát hiện quặng Bor mà còn tích hợp để tính định lợng 149 Tổ hợp các phơng pháp nơtron - gamma với phơng pháp gamma - gamma mật độ để nghiên cứu các giếng. .. quả của quá trình tơng tác giữa các nơtron với môi trờng vật chất 5. 3 .5. 1 Phơng pháp nơtron - gamma a) Cơ sở vật lý: Bắn phá đất đá ở thành giếng khoan bằng các hạt nơtron và đo cờng độ bức xạ gamma phát xạ từ một số nguyên tố nhất định trong đá do kết quả bắt giữ nơtron nhiệt là nguyên tắc chung của phơng pháp nơtron - gamma (Hình 5. 18) Các nơtron nhanh bắn ra từ nguồn S, va chạm với các hạt nhân... tính theo GR, VSh = 0,20 Thay vào (5. 27) ta có ef: ef = 0,22 - 0,12 x 0.20 = 0,196 = 19,6% Giá trị D tính đợc từ phơng pháp gamma tán xạ mật độ đợc sử dụng để phân chia lát cắt thạch học, liên kết chúng theo tuyến các giếng khoan Ngoài ra, giá trị D còn đợc sử dụng để bổ trợ nâng cao độ chính xác khi phân tích tài liệu trọng lực và địa chấn địa tầng Trong các giếng khoan thăm dò than và các loại quặng... giữ lớn gấp hàng chục lần trờng GR Nếu chiều dài Ln = 50 cm thì dùng nguồn 2-4 Ci Máy phát nơtron: Máy phát nơtron dùng trong Địa vật lý giếng khoan là một ống gia tốc hạt kiểu Van de Graff có kích thớc nhỏ, phát ra các nơtron nhờ phản ứng 2 3 hạt nhân giữa các đồng vị hydro nặng deuterium ( 1 H ) và tritium (1 H ) 3 1 2 4 H + 1 H 2 He + 0 n1 (5. 32) Trong phản ứng này tạo ra một nguyên tử Helium (hạt... pháp nơtron - gamma đợc sử dụng để phân chia lát cắt địa chất giếng khoan theo hàm lợng hydro trong các lớp đất đá Trong các giếng khoan dầu khí, cùng với GR, phơng pháp nơtron - gamma đóng vai trò nh phơng pháp phóng xạ chuẩn Vì phép đo (n-) nhạy với hàm lợng hydro trong pha lỏng của đá nên nếu đá bo hoà dầu và nớc thì số đo của phơng pháp nơtron - gamma dùng để tính độ rỗng Trong điều kiện thuận lợi . vật Th (ppm) U (ppm) Allanit 50 0 20.000 3 0-7 0 Monazit (2 5- 2 0).10 4 50 0-3 000 Apatit 2 0-1 50 5- 1 50 Sphen 10 0-6 00 10 0-7 00 Epidot 5 0 -5 00 2 0 -5 0 Xenotim Rất thấp 50 0-3 ,5. 10 4 Magnetit 0. 3-2 0. 4 - Bộ ghi 5 - Nguồn nuôi 6 - Khuyếch đại sơ bộ 7 - Bộ cao áp 8 - Detector 9 - Rãnh định hớng 10 - Màn chì 1 1- Nguồn phóng xạ 12 - Cáp 13 - Lò so ép sờn 138 Trong các trờng hợp giếng. trong giếng khoan. Trong sơ đồ có các khối sau: 1- khối khuyếch đại, 2- bộ lọc bằng dơng bản truyền xạ, 3- Ngăn tích phân, 4- Bộ ghi, 5- khối nguồn nuôi, 6- khuyếch đại sơ bộ, 7- bộ cao áp, 8-