Cơ sở lý thuyết các phương pháp địa vật lý giếng khoan và áp dụng xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất và ranh giới mặn nhạt của tầng Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý giếng khoan ở thành phố Cà Mau

Cơ sở lý thuyết các phương pháp địa vật lý giếng khoan và áp dụng xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất và ranh giới mặn nhạt của tầng Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý giếng khoan ở thành phố Cà Mau

MỤC LỤC



DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG 6

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 8

KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN CỦA KHU VỰC 8

1.1 Khái quát khu vực nghiên cứu thành phố Cà Mau 9

1.1.1 Giới thiệu tổng quan 9

1.1.2 Vị trí địa lý, địa hình thành phố Cà Mau 9

1.1.2.1 Vị trí địa lý 9

1.1.2.2 Đặc điểm địa hình 11

1.2 Đặc điểm khí hậu, thủy văn 11

1.2.1 Đặc điểm khí hậu 11

1.2.2 Đặc điểm thủy văn 12

1.2.2.1 Hệ thống sông rạch 12

1.2.2.2 Chế độ thủy văn 12

1.3 Đặc điểm địa tầng địa chất 13

1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 14

1.4.1.Các tầng chứa nước lỗ hổng 14

1.4.2 Các thành tạo địa chất rất nghèo nước 17

1.4.3 Kết luận 18

Chương 2 20

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN 20

2.1 Các phương pháp phóng xạ 21

2.1.1 Cơ sở vật lý - địa chất 21

2.1.1.1.Các nguyên tố đồng vị phóng xạ tự nhiên 21

2.1.1.2 Hoạt tính phóng tự nhiên của đá 22

2.1.1.3 Đơn vị đo độ phóng xạ 23

2.1.2 Phương pháp đo bức xạ tự nhiên gamma (GR) 25

2.1.2.1.Sơ đồ bức xạ gamma tự nhiên 25

2.1.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả đo GR 26

2.1.2.3 Phạm vi ứng dụng 27

2.1.3 Phương pháp phóng xạ nhân tạo 28

2.1.3.1 Phương pháp Gamma mật độ (Gamma – Gamma) 29

2.1.3.2 Phương pháp carota nơtron 32

2.1.3.3 Phạm vi ứng dụng 34

2.2 Các phương pháp điện 35

2.2.1 Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực không hội tụ 37

2.2.2 Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực có hội tụ dòng 43

2.2.3 Ứng dụng của phương pháp điện trở 44

2.2.4 Phương pháp thế điện tự phân cực – SP (Spotaneous Potential) 44

2.2.4.1 Sơ đồ đo thế điện tự phân cực 47

2.2.4.2 Đường cong SP trong giếng khoan 48

2.2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị SP 49

2.2.4.4 Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP 52

2.3 Phương pháp đo đường kính giếng khoan 52

2.3.1.Sơ đồ nguyên tắc của phép đo 53

2.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng 54

2.3.3 Áp dụng 54

2.4 Phương pháp đo nhiệt độ trong giếng khoan 55

2.4.1 Cơ sở vật lý – địa chất 55

2.4.2 Sơ đồ đo nhiệt độ trong lỗ khoan 56

2.4.3 Các phương pháp Carota nhiệt 57

2.4.3.1 Phương pháp trường nhiệt tự nhiên 57

2.4.3.3 Phương pháp nghiên cứu các trường nhiệt cục bộ 59

2.4.4 Ứng dụng của phương pháp carota nhiệt 60

CHƯƠNG 3 61

CƠ SỞ XÁC ĐỊNH TỔNG ĐỘ KHOÁNG HÓA CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT 61

3.1 Các phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa của nước dưới đất theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan 62

3.1.1 Cơ sở phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa 62

3.1.2 Các công thức tính toán 64

3.1.2.1.Tính độ tổng khoáng hóa M theo các công thức 64

3.1.2.2 Tính tổng độ khoáng hóa theo bảng hệ thống tiêu chuẩn địa vật lý – địa chất thủy văn 65

CHƯƠNG 4 67

CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 67

4.1 Công tác chuẩn bị tài liệu: 68

4.2 Tính tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất 76

4.3 Kết quả xác định ranh giới mặn nhạt các tầng chứa nước khu vực thị xã Cà Mau và các tuyến mặt cắt 77

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT



3 CPS Đơn vị đo gamma

11 ĐCTV Địa chất thủy văn

12 ĐVLGK Địa vật lý giếng khoan

13 ĐVL Địa vật lý

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ



1 Hình 1.1: Vị trí địa vùng nghiên cứu thành phố Cà Mau

2 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý đo GR

3 Hình 2.2: Mô phỏng lượng tử photon va chạm không đàn hồi với nguyên tử

4 Hình 2.3: Lượng tử photon va cham đàn hồi với nguyên tử

5 Hình 2.4: Sơ đồ biểu diễn bức xạ gamma tán xạ

6 Hình 2.5: Sơ đồ mô phỏng quá trình thấm và sự hình thành các đới thấm quanh thành giếng khoan

7 Hình 2.6: Nguyên lý phép đo điện trở suất

12 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan

13 Hình 2.12: Ví dụ về độ lệch SP từ đường cong sét đặc trưng

14 Hình 2.13: Sơ đồ nguyên tắc đo đường kính giếng

15 Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của phép đo nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở

16 Hình 2.15: Sự phụ thuộc của điện trở R của đất đá chứa nước vào tổng độ khoáng hóa M của nước

17 Hình 2.16: Sơ đồ vị trí các lỗ khoan nghiên cứu

18 Hình 2.17: Mặt cắt ĐVL – ĐCTV tuyến 1

19 Hình 2.18: Mặt cắt ĐVL – ĐCTV tuyến 2

20 Hình 2.19: Ranh giới mặn nhạt tầng chứa nước thị xã Cà Mau n21

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG



1 Bảng 2.1: Các đơn vị đo phóng xạ thường dùng trong ĐVLGK

2 Bảng 2.2: Hệ số hấp thụ các tia gamma trong các môi trường khác nhau

3 Bảng 2.3: Tỷ số giữa mật độ electron và mật độ khối của một số nguyên tố

4 Bảng 3.1 Bảng hệ thống tiêu chuẩn địa vật lý – địa chất thủy văn

5 Bảng 4.1: Tổng hợp độ sâu đo carota lỗ khoan

6 Bảng 4.2: Kết quả tính toán tổng độ khoáng hóa theo tài liệu ĐVLGK

MỞ ĐẦU



Nước dưới đất có quan hệ chặt chẽ với đời sống con người, có trường hợp nước dưới đất đem lại lợi ích cho con người trong sinh hoạt và trong sản xuất, ngược lại nó cũng có thể gây ảnh hưởng có hại với mức độ khác nhau mà con người phải khắc phục

Do đó, để giải quyết có hiệu quả những vấn đề về nước dưới đất người ta phải tiến hành điều tra địa chất thủy văn nhằm phát hiện, xác định tổng độ khoáng hóa, độ nhiễm mặn, nghiên cứu những quy luật chung của nước dưới đất Nó là những tài liệu,

số liệu cụ thể để làm căn cứ cho những biện pháp khai thác, sử dụng mặt có lợi, khắc phục có hiệu quả mặt có hại của nước dưới đất

Độ tổng khoáng hóa là đại lượng đặc trưng cho tính chất mặn ngọt của nước dưới đất, và là một trong những thông số quan trọng thể hiện chất lượng nước và làm

cơ sở cho việc xác định ranh giới mặn nhạt trong các tầng chứa nước

Khóa luận này tác giả đã đề cập cơ sở lý thuyết các phương pháp địa vật lý giếng khoan và áp dụng xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất và ranh giới mặn nhạt của tầng Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý giếng khoan ở thành phố Cà Mau

Chương 1 KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN

CỦA KHU VỰC

1.1 Khái quát khu vực nghiên cứu thành phố Cà Mau

1.1.1 Giới thiệu tổng quan

Cà Mau là tỉnh cực nam Việt Nam thuộc vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, có diện tích 5211 km2 với 8 huyện, 1 thành phố, 99 xã phường, huyện, thị trấn Dân số trung bình hiện nay của tỉnh là 1 triệu 2, mật độ dân là 232 người/km2 Riêng thành phố

Cà Mau mật độ dân là 818 nguời/km2 Tiềm năng và thế mạnh của tỉnh là nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản, phát triển du lịch sinh thái, các ngành công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tổ hợp công nghiệp khí - điện - đạm Mặc dù có nhiều tiềm năng và lợi thế nhưng Cà Mau vẫn là một tỉnh nghèo, do chưa biết cách khai thác triệt để những thế mạnh nên cuộc sống của người dân vẫn còn gặp nhiều khó khăn

1.1.2 Vị trí địa lý, địa hình thành phố Cà Mau

Cà Mau giống chữ V, có 3 mặt tiếp giáp với biển Phía Bắc giáp tỉnh Kiên Giang (63km), Đông Bắc giáp Bạc Liêu (75km), Đông và Đông Nam giáp biển đông, Tây giáp tỉnh Thái Lan Diện tích 5211 km2

Vùng nghiên cứu bao gồm một phần của tỉnh Cà Mau và một phần của tỉnh Bạc Liêu (thành phố Cà Mau, các huyện Thới Bình, Trần Văn Thời, Cái Nước, U Minh thuộc tỉnh Cà Mau và một phần huyện Giá Rai thuộc tỉnh Bạc Liêu); phía Bắc giáp huyện Thới Bình, phía Đông giáp huyện Giá Rai, phía Nam giáp các huyện Cái Nước

và Đầm Dơi, phía Tây giáp các huyện U Minh và Trần Văn Thời Diện tích nghiên cứu: 578 km2, được giới hạn bởi các tọa độ địa lý sau:

 Từ 9 6’49’’ đến 9 16’55’’ vĩ độ Bắc

 Từ 105o03’08’’ đến 105o20’05’’ kinh độ Đông

Hình 1.1: Vị trí địa vùng nghiên cứu thành phố Cà Mau

Lượng mưa trung bình ở Cà Mau có 165 ngày mưa/năm, với 2.360 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa, chiếm trên 90% tổng lượng mưa cả năm Tháng có lượng mưa cao nhất trong năm thường từ tháng 8 đến 10 Cà Mau nằm ngoài vùng ảnh hưởng của lũ lụt ở hệ thống sông Cửu Long

Chế độ gió thịnh hành theo mùa Mùa khô gió thịnh hành theo hướng Đông Bắc

và Đông, với vận tốc trung bình khoảng 1,6 - 2,8m/s Mùa mưa gió thịnh hành theo hướng Tây - Nam hoặc Tây, với tốc độ trung bình 1,8 - 4,5m/s Vào mùa mưa, thỉnh thoảng có giông hay lốc xoáy lên đến cấp 7 - cấp 8 Cà Mau ít bị ảnh hưởng của bão

Theo tài liệu thu thập tại trạm khí hậu Cà Mau từ năm 2001 đến năm 2007:

 Nhiệt độ trung bình năm 27,7 oC

 Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình 33,9o C

 Nhiệt độ không khí thấp nhất trung bình 22,4o C

 Lượng mưa trong vùng năm 2360mm

 Độ ẩm trung bình các tháng dao động từ 80-85,6%

 Lượng bốc hơi trung bình 1022mm /năm

 Vùng nghiên cứu có 2 hướng gió chính: gió Tây Nam, và gió Đông Nam Tốc

và Kinh Xáng Cà Mau –Bạc Liêu, nối liền với vịnh Thái Lan qua sông Đốc và nối liền với sông Hậu qua Kinh Xáng Phụng Hiệp

1.2.2.2 Chế độ thủy văn

Chế độ thủy triều ở khu vực tỉnh Cà Mau chịu tác động trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều biển Đông và chế độ nhật triều không đều biển Tây (Vịnh Thái Lan) Biên độ triều biển Đông tương đối lớn, khoảng 3,0 – 3,5 m vào các ngày triều cường, và từ 1,80 – 2,20 m vào các ngày triều kém; tại cửa sông Gành Hào, biên độ từ 1,8 - 2,0 m Triều biển Tây yếu hơn, biên độ triều lớn nhất 1,0 m Tại cửa sông Ông Đốc mực nước cao nhất + 0,85 m đến + 0,95 m, xuất hiện vào tháng 10, tháng 11; mực nước thấp nhất – 0,4 đến 0,5 m, xuất hiện vào tháng 4, tháng 5

Do đó chế độ thủy văn của hệ thống sông rạch ở Cà Mau chịu ảnh hưởng trực tiếp của triều quanh năm, với nhiều cửa sông rộng thông ra biển Phía ngoài cửa sông, ảnh hưởng của thủy triều mạnh; càng vào sâu trong nội địa biên độ triều càng giảm, vận tốc lan triều trên sông rạch nhỏ dần Thông qua hệ thống sông ngòi, kênh rạch nối liền nhau tạo thành những dòng chảy đan xen trong nội địa, hình thành nên những vùng đất ngập nước và môi sinh rất đặc trưng, phù hợp cho phát triển nuôi trồng thuỷ sản

1.2.2.3 Tình hình nhiễm mặn

Trong vùng nghiên cứu nguồn nước mặt về mùa khô bị nhiễm mặn hoàn toàn do chịu ảnh hưởng trực tiếp chế độ thủy triều của biển nhưng khi đến mùa mưa do nước từ thượng nguồn và nước mưa đổ ra biển nên nguồn nước mặt chuyển thành nhạt đến lợ Bên cạnh đó các hoạt đông thiếu ý thức của con người thải rác bừa bãi cũng như các loại chất thải của các khu công nghiệp đã vô tình làm cho nguồn nước càng bị ô nhiễm nặng nề Đó chính là nguyên nhân chính của việc thiếu nguồn nước sinh hoạt trầm trọng

1.3 Đặc điểm địa tầng địa chất

Trong khu vực nghiên cứu của khóa luận, các nhà địa chất đã xác lập các phân

vị địa tầng địa chất sau đây:

1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn

Vùng thị xã Cà Mau tồn tại các đơn vị chứa nước như sau:

 Các tầng chứa nước lỗ hổng

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pleistocen giữa – trên (qp2-3)

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pleistocen dưới (qp1)

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pliocen trên (n22)

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pliocen dưới (n21)

 Các thể địa chất rất nghèo nước hoặc không chứa nước

 Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pleistocen giữa – trên và Holocen (Q12-3 và Q2)

 Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pleistocen giữa – trên và Holocen (Q12-3 và Q2)

 Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Pleistocen dưới (Q11)

 Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Pliocen trên (N22)

 Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Pliocen dưới (N21)

 Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Miocen trên (N13)

1.4.1.Các tầng chứa nước lỗ hổng

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen giữa – trên (qp 2-3 )

Phân bố rộng rãi trên toàn bộ vùng nghiên cứu, không lộ ra trên bề mặt mà bị thể địa chất rất nghèo nước Pleistocen giữa – trên và Holocen (Q12-3 và Q2) phủ trực tiếp lên trên Chiều sâu mái từ 60,0 - 117,5m Chiều sâu đáy tầng từ 80,0 - 146m Chiều dày tầng biến đổi từ 2,0m (LK81) đến 31,0m (LK 83)

Thành phần trầm tích của lớp bao gồm các lớp cát mịn đến trung lẫn sạn sỏi, màu xám tro, xám xanh, xám vàng, đôi chỗ xen kẹp lớp cát bột, bột, bột pha sét màu nâu, xám xanh, xám vàng, xám trắng có tính phân nhịp và phân lớp khá rõ Bề dày thật của đất đá chứa nước từ 2,0m (LK81) đến 31.0m (LK 83)

Theo kết quả nghiên cứu, tầng chứa nước Pleistocen giữa – trên (qp2-3) có diện

phức tạp Vì vậy, tầng chứa nước Pleistocen giữa – trên (qp2-3) chỉ có thể khai thác nhỏ hoặc khai thác nước tập trung cho vài chục hộ dân sử dụng

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen dưới (qp 1 )

Phân bố trên toàn bộ diện tích vùng nghiên cứu, bị thể địa chất rất nghèo nước Pleistocen dưới (Q11) che phủ và nằm trên thể địa chất rất nghèo nước Pliocen trên (N22) Chiều sâu bắt gặp mái từ 84,0 m – 154,0m, chiều sâu đáy lớp từ 155,0m – 200,0m

Thành phần trầm tích bao gồm các hạt cát mịn, đến trung thô, cát mịn pha bột, máu xám nâu, xám tro, đôi chỗ chứa ít sạn sỏi, có xen kẹp các lớp bột cát, bột màu nâu, xám, có tính phân nhịp và phân lớp khá rõ, dày từ 3m – 87m (LK81) Bề dày thực của đất đá chứa nước từ 12,8m (LK CM4) đến 52,0m (LK CM4)

Tầng chứa nước Pleistocen dưới chưa được nghiên cứu nhiều, tuy nhiên căn cứ vào chiều dày của các lớp đất đá và kết quả hút thí nghiệm tại các lỗ khoan cho thấy tầng có khả năng chứa nước từ trung bình đến giàu, chất lượng nước đạt yêu cầu sử dụng cho ăn uống sinh hoạt, điều kiện khai thác dễ dàng, có thể dùng cho ăn uống và sinh hoạt Do thành phần hạt cát mịn, chiều dày biến đổi lớn từ 8,0m (CM4) đến 43,0m (LK83) nên người ta ít bố trí các giếng khoan lớn vào tầng này

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pliocen trên (n 2 2

)

Phân bố rộng rãi trên toàn bộ diện tích vùng nghiên cứu, bị thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pliocen trên phủ lên và nằm trên thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pliocen dưới Chiều sâu bắt gặp mái từ 166,0m – 217,5m Chiều sâu đáy lớp từ 237,0m – 254,5m

Thành phần trầm tích bao gồm các hạt cát mịn đến trung thô, cát bột, cát bột pha sét, màu xám xanh, xám nâu, vàng nhạt, phân lớp dày 0,2 – 1,0cm Bề dày thực của đất

đá chứa nước từ 34,5m (LK 215) đến 71,0m

Kết quả hút nước thí nghiệm tại các lỗ khoan, thăm dò và khai thác trong vùng cho thấy đây là tầng giàu nước, nên rất có ý nghĩa trong việc khai thác để cung cấp nước tập trung ở quy mô lớn

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pliocen dưới (n 2

1 )

Tầng chứa nước Pliocen dưới có diện tích phân bố rộng gần hết vùng nghiên cứu (không phân bố phía Tây Bắc), bị thể địa chất rất nghèo nước Pliocen trên phủ lên

và nằm trên tầng Miocen thượng Chiều sâu bắt gặp mái từ 247,0m đến 269,0m Chiều sâu đáy lớp từ 270,0m đến 344,0m Bề dày thay đổi từ 2,9m đến 82,0m (LK82)

Thành phần trầm tích chủ yếu là cát hạt mịn, đến trung thô, cát bột pha ít sét, màu xám tro, xám xanh, xám xi măng đến xám trắng thành phần chủ yếu là thạch anh, silic, đôi chỗ chứa ít sạn sỏi, cuội kích thước từ 0,2 – 1,5cm, có xen kẹp các lớp bột cát, bột màu nâu, xám tro dày từ 2,0 – 18,0m (LK82) Bề dày thật của đất đá chứa nước từ 2,0m (LK81) đến 64,0m (LK82)

Theo kết quả nghiên cứu cho thấy đây là tầng trung bình đến giàu nước, kết quả phân tích thành phần hóa học nước cho thấy:

 Khu vực nước nhạt: chiếm khoảng 2/3 diện tích vùng nghiên cứu 340 km2, tổng

1.4.2 Các thành tạo địa chất rất nghèo nước

 Thành tạo địa chất rất nghèo nước tuổi Pleistocen giữa – trên và Holocen

Nhìn chung, đây là thể địa chất rất nghèo nước, bề dày lại lớn, nên nó chính là lớp ngăn cách không cho nước mặn xâm nhập từ trên mặt xuống các tầng chứa nước nhạt phía dưới

 Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pleistocen dưới (Q 1 1

)

Phân bố rộng rãi trên toàn bộ vùng nghiên cứu, bị tầng chứa nước Pleistocen giữa – trên phủ trực tiếp lên trên Chiều sâu bắt gặp từ 80,0 – 146,0m, chiều sâu đáy lớp từ 96,0 – 154,0m

Thành phần trầm tích bao gồm bột sét, bột, bột cát màu đen, xám tro đến xám xanhm đôi chỗ xen kẹp lớp cát bột, cát mịn

Đây là thể địa chất rất nghèo nước, thực chất là lớp cách nước giữa tầng chứa nước giữa tầng chứa nước Pleistocen giữa – trên và tầng chứa nước Pleistocen dưới

 Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pliocen trên (N 2 2 )

Phân bố rộng rãi trên toàn bộ vùng nghiên cứu, bị tầng chứa nước Pleistocen dưới phủ trực tiếp lên trên Chiều sâu mái bắt gặp từ 154,0 – 200,0m, chiều sâu đáy lớp

từ 166,0 – 217,5m

Thành phần trầm tích bao gồm sét bột, bột sét, bột, bột cát màu xám nâu, xám tro đến xám xanh, đôi chỗ xen kẹp lớp cát bột, cát mịn, phân lớp nằm ngang, đôi chỗ bột sét bị phong hóa nhẹ, chứa sạn sỏi laterit và mùn thực vật

Đây là thể địa chất rất nghèo nước, thực chất là lớp cách nước giữa tầng chứa nước giữa tầng chứa nước Pleistocen dưới và tầng chứa nước Pliocen trên

 Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pliocen dưới (N 2

1 )

Phân bố rộng rãi trên toàn bộ vùng nghiên cứu, bị tầng chứa nước Pliocen trên phủ trực tiếp lên trên Chiều sâu mái bắt gặp từ 237,0 – 255,0m, chiều sâu đáy lớp từ 247,0 – 269,0m

Thành phần trầm tích bao gồm sét, sét bột, bột sét màu xám xanh, xám trằng, đến nâu sẫm, nâu vàng loang lổ, chứa sạn sỏi laterit

Đây là thể địa chất rất nghèo nước, thực chất là lớp cách nước giữa tầng chứa nước giữa tầng chứa nước Pliocen trên và tầng chứa nước Pliocen dưới

 Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Miocen trên (N 1

3 )

Phân bố rộng rãi trên toàn bộ vùng nghiên cứu, bị tầng chứa nước Pliocen dưới phủ trực tiếp lên trên, nằm ở phần dưới cùng của mặt cắt ĐCTV Chiều sâu mái bắt gặp

từ 271,0 – 344,0m

Thành phần trầm tích bao gồm bột sét, sét bột, và cát mịn màu xám đen, xám tro, xám trắng, nâu vàng đến nâu đỏ Qua đặc điểm thạch học cho thấy thành phần chủ yếu là sét, bột gắn kết chắc nên khả năng chứa nước rất kém

1.4.3 Kết luận

 Đặc điểm ĐCTV của toàn vùng như sau:

Có tất cả 4 tầng chứa nước, trong đó tầng chứa nước triển vọng nhất là Pliocen trên

 Tầng chứa nước Pleistocen giữa – trên (qp2-3) tuy có diện tích phân bố rộng nhưng khả năng chứa nước trung bình, chất lượng nước biến đổi khá phức tạp, hàm lượng sắt cao, có mùi tanh Vì vậy, chỉ có thể khai thác nhỏ hoặc khai thác tập trung cho vài chục hộ dân sử dụng

 Tầng chứa nước Pleistocen dưới (qp1) có diện tích phân bố rộng, khả năng chứa

do thành phần hạt cát mịn, chiều dày không ổn định và biến đổi từ 5,0 – 45,0m nên ít

có giếng khai thác trong tầng này

 Tầng chứa nước Pliocen trên (n22) có diện tích phân bố rộng và giàu nước Bề dày tầng chứa nước lớn và chất lượng nước tốt, các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước nằm trong giới hạn cho phép,ít phải xử lý

 Tầng chứa nước Pliocen dưới (n21) chiếm diện tích 531,1km2, khả năng chứa nước trung bình đến giàu, nhưng do các lớp đất đá chứa nước và thành phần hóa họccuar nước biến đổi mạnh Một phần diện tích phía Tây Bắc (47,75 km2) không gặp tầng chứa nước này hoặc có thành phần đất đá chủ yếu là hạt mịn chứa nước kém Mặt khác, phía Đông Bắc, chiều dày lớp đất đá chứa nước rất mỏng, cũng trong các khu vực này chất lượng nước xấu, nước lợ, vì vậy ,chỉ bố trí giếng khoan khai thác tập trung ở khu vực trung tâm, phía Đông Nam và phía Bắc của thành phố Cà Mau

 Riêng tầng chứa nước Miocen trên (n13), theo tài liệu nghiên cứu ĐCTV khu vực trước đây cho thấy, đất đá chứa nước bị gắn kết khá chắc, nên tầng này chứa nước kém, hơn nữa một số vùng bị nước mặn và lại nằm ở sâu nên tầng này chưa được nghiên cứu kĩ

Thành phần hóa học nước ở các tầng trong vùng có hàm lượng bicarbonat khá cao và chiếm tỉ lệ đáng kể làm cho tổng độ khoáng hóa lớn Do đó, những nơi dù có tổng độ khoáng hóa nằm trong khoảng 1,0 – 1,2 g/l cũng có thể sử dụng cho ăn uống

và sinh hoạt được

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

2.1 Các phương pháp phóng xạ

Cơ sở vật lý địa chất của phương pháp này là dựa trên các hiện tượng phóng xạ

tự nhiên và kích thích nhân tạo trong các lớp đất đá thành giếng khoan

Phương pháp phóng xạ có ưu điểm nổi bật so với các phương pháp điện là có thể tiến hành đo ở các lỗ khoan có ống chống và chưa chống ống (bởi vì tia phóng xạ

có khả năng xuyên qua ống chống bằng thép)

Phương pháp carota phóng xạ không hề chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, áp suất của lỗ khoan như nhiều phương pháp carota khác

Chính vì vậy mà phương pháp carota phóng xạ nói chung và phương pháp carota gamma nói riêng trở thành những phương pháp không thể thiếu được trong tổ hợp các phương pháp carota

Trong điều kiện giếng khoan các tia phóng xạ α, β có khả năng đâm xuyên kém nên dễ dàng bị hấp thụ hoàn toàn Bản chất của tia gamma là bức xạ sóng điện từ, có thể phát ra ở dạng riêng rẽ hoặc phát xạ cùng với tia α, β Tia gamma có khả năng đâm xuyên lớn nên thường được sử dụng trong khảo sát giếng khoan Trong môi trường đất

đá tia có thể bị khúc xạ, phản xạ và nhiễu xạ Năng lượng của chúng thay đổi trong khoảng rộng 0,0019 – 9MeV

2.1.1.2 Hoạt tính phóng tự nhiên của đá

Phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và nguồn gốc của đá :

 Đối với cát kết và đá cát bở rời: ở cát kết và đá cát bở rời thông thường độ

phóng xạ có giá trị thấp vì thành phần chính của các loại đá này là thạch anh (thạch anh không có tính phóng xạ) Ngoài ra, trong tự nhiên do sự có mặt của những khoáng vật như: fenpat, mica, khoáng vật nặng và mảnh đá thì độ phóng xạ của đá cát kết tăng lên

từ trung bình đến cao (do fenpat và mica có chứa Kali, khoáng vật nặng chứa Thori và mảnh đá chứa sét)

 Độ phóng xạ của các đá cacbonat: đá cacbonat thường có độ phóng xạ thấp

nhất Nhưng khi đá cacbonat bị dolomite hóa do tác động của nước dưới đất khi đó có

sự tăng nhẹ độ phóng xạ tự nhiên do có một hàm lượng nhỏ các đồng vị phóng xạ có sẵn trong nước

 Độ phóng xạ trong các đá trầm tích bốc hơi: trong đa số trầm tích bốc hơi

chẳng hạn như muối, anhydrit, độ phóng xạ tự nhiên rất thấp và dị thường

 Độ phóng xạ của đá núi lửa: các đá xâm nhập phân biệt nhau theo mức độ bức

xạ gamma tự nhiên Các đá có thành phần axít (granit, granodiorit) có cường độ phóng

xạ cao hơn cả vì có chứa nhiều Kali (K) và các nguyên tố trong dãy Uranium (U) và Thorium (Th) Ở các đá bazơ và siêu bazơ có độ phóng xạ gamma tự nhiên thấp nhất

 Độ phóng xạ của đá sét và đá phiến sét: fenpat và mica là các khoáng vật có

chứa nhiều ion Kali, ion Kali lại dễ bị hấp phụ bởi các khoáng vật sét, do đó sét thường

có độ phóng xạ cao

2.1.1.3 Đơn vị đo độ phóng xạ

Đơn vị đo độ phóng xạ trong tự nhiên dùng trong ĐVLGK được trình bày trong Bảng 2.1 Trong đó, API là đơn vị được dùng phổ biến nhất

Bảng 2.1 Các đơn vị đo phóng xạ thường dùng trong ĐVLGK

thường dùng

Curie Ci

Là đơn vị đo hoạt độ phóng

xạ có thể bức xạ tia gamma với 3,7.1010 phân rã trong 1 giây, tương đương với hoạt

độ phóng xạ của 1g chất Ra

mCi = 3,7.107ph.rã/s µCi = 3,7.104ph.rã/s

Lượng các chất phóng xạ đo bằng µg trong 1 tấn đất đá có thể bức xạ tương đương với

1 µg chất Radi

1µgRa tđ/t = 2,8g U/T Hay 5,7g Th/T

Roentgen/giờ R/h

Suất liều chiếu là liều chiếu bằng tia hay tia X vào 1kg không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn thì làm xuất hiện các ion với tổng điện tích 2,68.10-4 Culong trong 1 giờ

Bức xạ gamma hay Rơnghen của 1 liều chiếu có khả năng tạo ra trong 1cm3 không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (40C, 760mmHg) một số ion

có tổng điện tích cùng dấu trong 1 giờ

µR/h = 10-6 R/h (gamma)

(GAPI)

Bằng 1/200 của độ lệch giữa các đường cong gamma trong môi trường không có phóng

xạ và môi trường có độ phóng xạ cao chứa 0,0024%Th; 0,0013%U và 4%K bao quanh giếng khoan chống ống đường kính

51/2inch

2.1.2 Phương pháp đo bức xạ tự nhiên gamma (GR)

Phương pháp đo bức xạ tự nhiên (GR) còn gọi là carota gamma, áp dụng đo cường độ bức xạ gamma tự nhiên của các lớp đất đá ở xung quanh thành giếng khoan Kết quả thu được biểu diễn dưới dạng đường cong cường độ bức xạ γ theo chiều sâu

Phương pháp GR dựa trên cơ sở của sự khác biệt về hàm lượng nguyên tố phóng xạ Uran, Thori và Kali trong thành phần của các lớp đất đá và đá Các khoáng vật trong đá phiến sét phát ra nhiều tia gamma hơn trong cuội sỏi và cát, GR sẽ tăng khi hàm lượng sét gia tăng Do vậy, phương pháp GR được dùng để phân biệt giữa cát, phiến sét và sét

2.1.2.1.Sơ đồ bức xạ gamma tự nhiên

Trong máy giếng 1 có detector D, thường là ống đếm Geiger- Muller, tiếp đếm các lượng tử gamma Sau khi lọt vào ống đếm, các lượng tử gamma tạo thành các tín hiệu dạng xung điện ở đầu ra của ống đếm Tín hiệu được khuếch đại ở 4 và lọc rồi đưa qua cáp lên khối điều chế tín hiệu 2 ở mặt đất Đầu ra của khối 2 là tín hiệu dưới dạng hiệu điện thế Bộ ghi 3 sẽ ghi tín hiệu điện tương ứng với cường độ bức xạ gamma ở chiều sâu điểm đo của máy giếng (điểm giữa của detector D) Kết quả đo GR có thể dễ

dàng biểu diễn trên biểu đồ dạng đường cong tương tự: I  = f(h)

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý đo GR

2.1.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả đo GR

Đường cong đo ghi cường độ bức xạ gamma tự nhiên trong giếng khoan phụ thuộc vào các yếu tố:

 Đặc tính kĩ thuật của detector dùng trong phép đo, chiều dày vỉa và vị trí tương đối của detector trong giếng khoan so với các lớp đất đá

 Đường kính thực của giếng khoan, mật độ và loại dung dịch khoan (do sự hấp thụ của dung dịch khoan, cường độ bức xạ gamma tự nhiên đo được ở chỗ có dung dịch khoan thấp hơn so với chỗ không có dung dịch khoan)

 Số lớp ống chống, chiều dày của ống chống và lớp xi măng (sự hấp thụ lượng tử gamma ở chỗ có xi măng cũng làm cho cường độ bức xạ gamma bị yếu đi)

 Mật độ của các lớp đất đá ở thành giếng khoan

 Tốc độ kéo cáp khi đo ghi

Tất cả các yếu tố trên đồng thời ảnh hưởng lên giá trị đo gamma tự nhiên, do đó phải xác định yếu tố nào ảnh hưởng nhất để đưa ra phép hiệu chỉnh tương ứng

Giá trị đo cường độ gamma phụ thuộc trực tiếp vào quá trình suy giảm tia gamma bị hấp thụ trong môi trường nghiên cứu Sự suy giảm tuân theo hàm mũ:

GR0 : cường độ bức xạ gamma trước khi xuyên qua đoạn đường x

GRx : cường độ bức xạ gamma sau khi xuyên qua đoạn đường x

 : hệ số hấp thụ (cm-1)

Bảng 2.2: Hệ số hấp thụ các tia gamma trong các môi trường khác nhau

Các giá trị hệ số  trong các môi trường đối với các tia gamma có năng lượng

khác nhau dùng để tính toán hiệu chỉnh giá trị suy giảm tia gamma trong dung dịch, đường kính giếng thay đổi trong dung dịch và trong vành xi măng xung quanh giếng khoan

2.1.2.3 Phạm vi ứng dụng

Phương pháp đo gamma tự nhiên trong giếng khoan (GR) được sử dụng để phân chia địa tầng của các lớp trong lát cắt, xác định hàm lượng sét, thành phân thạch học của đất đá…

Cường độ phóng xạ càng cao khi hàm lượng sét trong đá càng nhiều nên đường cong GR cho dấu hiệu tốt để phân biệt đá sét (tầng sinh, tầng chắn) và đá chứa ít sét hoặc không chứa sét (tầng thấm chứa dầu khí), phát hiện các vỉa than trong tập đá agilit than

Nhìn chung, các phép đo gamma trong giếng khoan không bị ảnh hưởng bởi độ khoáng hóa và phép đo có thể thực hiện được trong dung dịch gốc dầu Vì tia gamma

có khả năng đâm xuyên cao, thậm chí có thể đi qua thành ống chống bằng thép và có chiều dày 15mm, nên phương pháp GR có thể đo trong các giếng khoan đã có ống chống Đây là ưu điểm lớn nhất của phương pháp gamma so với các phương pháp ĐVLGK khác

Trong nghiên cứu các giếng khoan thăm dò tìm kiếm các quặng phóng xạ, cường độ bức xạ gamma tự nhiên GR có quan hệ trực tiếp với hàm lượng các quặng

Năng lượng tia

phóng xạ trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan Vì vậy, dựa vào dáng điệu đường cong GR và biên độ dị thường trên đường cong đó ta dễ dàng phát hiện các đới quặng hóa và tính toán hàm lượng các khoáng vật phóng xạ trong đối tượng nghiên cứu

Khi nghiên cứu các mỏ muối, đường cong đo GR được sử dụng để xác định chiều dày các lớp muối và xác định hàm lượng muối KCl trong lớp muối

2.1.3 Phương pháp phóng xạ nhân tạo

Là phương pháp chiếu xạ (bắn phá) các hạt nhân trong môi trường bằng các hạt gia tốc, sự bắn phá các hạt nhân bền vững bằng các hạt gia tốc ( , , ,p d) và bằng notron hoặc bằng phát xạ gamma có thể diễn ra các hiện tượng sau:

 Phản ứng hạt nhân nhận dạng A(p,q)B hấp thụ Trong đó A là hạt nhân bị bắn phá bằng hạt p và bị hấp thụ, còn B là hạt nhân tạo thành và phát xạ hạt năng lượng q

Ví dụ: Phản ứng photon – notron: 9Be ( , n) 8Be có năng lượng En = 1,67 MeV

 Khuếch tán của các hạt dùng để bắn phá phụ thuộc vào tỷ số khối của hạt nhân/ khối lượng hạt bắn phá và góc tạo bởi giữa hướng ban đầu và sau tương tác

Ví dụ: Khi các nơtron nhanh va chạm với các hạt nhân chúng sẽ bị mất dần năng lượng và chuyển động lệch hướng và chậm dần

Để giảm năng lượng của một nơtron từ 2MeV xuống 0,025MeV thì nơtron cần

va chạm với hạt nhân của nguyên tố cacbon 114 lần, hoặc va chạm với hydro 18 lần Năng lượng càng thấp thì hiện tượng khuếch tán nơtron trong môi trường càng rõ rệt

Ở trạng thái nhiệt (En = 0,025eV) thì nơtron lan tỏa trong môi trường theo định luật khuếch tán

Trong các giếng khoan thăm dò tìm kiếm các khoáng sản khác nhau (dầu, than, quặng, đá quý,…) người ta thường dùng biện pháp chiếu xạ (bắn phá) các lớp đất đá bằng các tia gamma hay chùm hạt nơtron để quan sát và đo vẽ các hiệu ứng do các va chạm của chúng với môi trường nghiên cứu Vì vậy, ở đây ta chỉ giới hạn xét tương tác

2.1.3.1 Phương pháp Gamma mật độ (Gamma – Gamma)

Phương pháp gamma mật độ (GG) là phương pháp phóng xạ nhân tạo nghiên cứu lát cắt lỗ khoan dựa trên nguyên tắc đo trường gamma tán xạ nên còn gọi là phương pháp gamma tán xạ Khác với phương pháp GR ở chỗ những phương pháp này trực tiếp đo cường độ bức xạ của các tia phóng xạ gamma, còn phương pháp GG đo cường độ bức xạ của tia gamma sau khi tương tác với đất đá

Phương pháp gamma – gamma là chiếu chùm tia gamma vào đất đá để đo tia gamma tán xạ (mất bớt năng lượng) tương tác với môi trường

Trong phương pháp này, người ta dùng thiết bị thả vào lỗ khoan, trong đó có nguồn phát tia gamma và ống thu tia gamma tán xạ Các tia gamma phát ra từ nguồn sau một quá trình tán xạ trong đất đá sẽ trở lại ống thu và được ghi lại Tia gamma bức

xạ từ nguồn ra, trong quá trình tương tác với đất đá sẽ xảy ra ba hiệu ứng: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton và hiệu ứng tạo cặp

 Hiệu ứng quang điện: Trong hiệu ứng này photon lượng tử gamma va chạm

không đàn hồi với nguyên tử mà nó gặp phải trên đường đi Khi va chạm nguyên tử bị giật lùi một chút còn lượng tử gamma truyền toàn bộ năng lượng cho nguyên tử và biến mất, năng lượng ấy làm nguyên tử chuyền sang một trạng thái kích thích và nguyên tử

sẽ mất trạng thái kích thích bằng cách phát ra electron quỹ đạo

Hình 2.2 Mô phỏng lượng tử photon va chạm không đàn hồi với nguyên tử

Phương trình quang điện:

T = h -  e (2.1) Trong đó:

T: Động năng mới của electron sau khi trở thành quang electron

h: Năng lượng của lượng tử gamma tới

 e: Năng lượng liên kết của electron trước khi trở thành quang electron

 Hiệu ứng compton: Là va chạm đàn hồi giữa lượng tử và gamma với một

electron bên ngoài cùng của nguyên tử Lượng tử gamma va chạm với một electron và tương tác tạo ra một electron năng lượng lớn và một photon bị tán xạ

Hình 2.3 Lượng tử photon va cham đàn hồi với nguyên tử

 Hiệu ứng tạo cặp: Khi gamma có năng lượng cao (>10MeV) nó có thể tương

tác trực tiếp với các hạt nhân nguyên tử, lượng tử gamma bị hấp thụ hoàn toàn và làm bắn ra một cặp hạt tích điện trái dấu electron-pozitron trong trường hạt nhân

Phương pháp carota GG chủ yếu là nghiên cứu sự hấp thụ lượng tử gamma của đất đá trong quá trình tán xạ Compton: các chùm tia gamma từ nguồn phát sẽ chiếu xạ vào môi trường đất đá xung quanh lỗ khoan Khi đâm xuyên vào đất đá, các tia gamma

va chạm với các điện tử của các nguyên tố trong khoáng vật tạo đá Mỗi lần va chạm, tia gamma mất bớt một phần năng lượng và chuyển động lệch hướng ban đầu, cuối

(thường là 0,5m), giữa nguồn gamma và ống đếm có đặt màn chắn chì làm cho ống đếm không trực tiếp nhận các lượng tử gamma từ nguồn bắn vào Số đếm tia gamma của detector sẽ chỉ thị cho mật độ khối của môi trường đất đá xung quanh lỗ khoan (Hình 2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ biểu diễn bức xạ gamma tán xạ

Bảng 2.3: Tỷ số giữa mật độ electron và mật độ khối của một số nguyên tố

Theo kết quả ở bảng 2.3 cho thấy, mật độ electron tỷ lệ với mật độ khối Mật độ khối thấp thì lượng điện tử ít hơn nên tia gamma va chạm ít hơn do đó năng lượng ít bị mất mát và cường độ phóng xạ cao hơn

Như vậy, các lớp đất đá có cùng hàm lượng đồng vị phóng xạ nhưng khác nhau

về mật độ khối thì sẽ đặc trưng bằng các cường độ phóng xạ gamma tự nhiên khác nhau và các đá có mật độ thấp sẽ thể hiện cường độ phóng xạ cao hơn

Số liệu đo gamma mật độ có thể sử dụng tính độ rỗng Φ của đất đá Và giá trị độ rỗng Φ được dùng để xác định yếu tố thành hệ F (tham số độ rỗng) và hệ số thấm K cũng như để phân chia lát cắt lỗ khoan trong tìm kiếm và thăm dò nước dưới đất

2.1.3.2 Phương pháp carota nơtron

Phương pháp carota nơtron là những phương pháp nghiên cứu quá trình tương tác của các hạt nơtron với hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố tạo thành đất đá Nhóm các phương pháp nơtron gồm có phương pháp mật độ nơtron (còn gọi là phương pháp nơtron – nơtron), phương pháp nơtron – gamma

 Phương pháp nơtron – nơtron:

Thực hiện theo nguyên tắc bắn phá môi trường nghiên cứu xung quanh giếng khoan bằng một luồng các nơtron nhanh và đo ghi các nơtron có năng lượng thấp

(E n<1eV), kịp đi tới detector trước khi có thể bị một số nguyên tố trong môi trường chiếm giữ Dựa vào mức năng lượng của các nơtron khi detector thu nhận, người ta chia phương pháp này thành hai biến thể :

 Phương pháp nơtron- nơtron nhiệt:

 Trong biến thể này phép đo ghi các nơtron đã ở trạng thái nơtron nhiệt Ở trạng thái năng lượng nhiệt, các nơtron có đặc tính ít thay đổi năng lượng và khuếch tán lan tỏa trong môi trường đất đá cho đến khi bị bắt giữ

 Hydro có vai trò chính trong quá trình làm chậm các nơtron nhanh Do đó, sự

thay đổi hàm lượng hydro trong môi trường Ở khoảng gần nguồn, mật độ nơtron nhiệt

tỷ lệ với hàm lượng hydro có trong đất đá, còn ở khoảng xa thì ngược lại Tuy nhiên, mật độ nơtron trong môi trường không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng hydro mà còn chịu ảnh hưởng của độ khoáng hóa nước vỉa, vì các muối khoáng thường chứa Clo là nguyên tố có tiết diện bắt giữ nơtron cao, gấp trăm lần hydro Nhưng nói chung, ở các trường hợp nước vỉa có độ khoáng hóa thấp thì nguyên tố Clo và một số nguyên tố khác lại có vai trò rất thứ yếu trong quá trình làm chậm các nơtron nhanh, nên chúng không ảnh hưởng nhiều đến mật độ nơtron nhiệt

 Phương pháp nơtron – nơtron trên nhiệt:

 Các nơtron có năng lượng trong khoảng 0,1 < E n < 100eV trong kỹ thuật gọi là những nơtron trên nhiệt

 Phương pháp nơtron trên nhiệt là phương pháp đo mật độ các nơtron trong vùng năng lượng đó ở môi trường nghiên cứu

 Phương pháp này không nhạy với độ khoáng hóa của nước vỉa và dung dịch khoan mà chỉ phụ thuộc vào hàm lượng hydro trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan, điều đó cho ta khả năng tính độ rỗng của đá chứa theo kết quả đo nơtron –nơtron trên nhiệt có độ chính xác cao hơn

 Phương pháp nơtron – gamma:

Dùng các hạt nơtron bắn phá đất đá ở thành giếng khoan và đo cường độ bức xạ gamma phát xạ từ một số nguyên tố nhất định trong đá do kết quả bắt giữ nơtron nhiệt Các nơtron nhanh bắn ra từ nguồn va chạm với các hạt nhân trong môi trường và do đó chúng mất dần năng lượng và trở thành nơtron nhiệt Quá trình làm chậm các nơtron nhanh để biến thành nơtron nhiệt càng mau chóng khi trong môi trường nghiên cứu có nhiều hạt nhân nhẹ

Mật độ các nơtron nhiệt hay cũng là cường độ phóng xạ gamma chiếm giữ phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố hydro trong môi trường nghiên cứu, trong tự nhiên hydro có trong pha lỏng (dầu, nước) và pha khí của đá, các lưu chất này bão hòa lấp

kín trong lỗ rỗng của đá, do đó cường độ gamma chiếm giữ đo được sẽ có quan hệ chặt chẽ với độ rỗng φ của thành hệ đá chứa

Hàm lượng hydro trong dầu và nước được coi là xấp xỉ bằng nhau, trong khi đó hàm lượng hydro trong pha khí thì ít hơn hẳn, dựa vào thực tế đó người ta có thể phân biệt được chất lưu bão hòa trong đá chứa là dầu, nước hay khí

Thiết bị chủ yếu dùng cho các phương pháp này gồm có:

 Nguồn nơtron (thường là hợp chất poloni – berili) Trong ĐVLGK thường dùng các nguồn phát ra nơtron có năng lượng cao như nhóm nơtron nhanh En>10KeV, chúng có thể bị bắt giữ rất dễ dàng khi mức năng lượng chỉ còn khoảng 0,025eV sau quá trình bị làm chập

 Máy chỉ thị mật độ nơtron (đối với phương pháp mật độ nơtron) hoặc là máy chỉ thị cường độ bức xạ gamma thứ sinh xảy ra sau khi có hiện tượng chiếm nơtron (đối với phương pháp nơtron – gamma) Giữa nguồn và máy chỉ thị có đặt màn chắn nhằm ngăn không cho máy chỉ thị chịu bức xạ trực tiếp của nguồn

2.1.3.3 Phạm vi ứng dụng

Ưu điểm: phương pháp phóng xạ có khả năng nghiên cứu ở cả những phần giếng khoan có ống chống, có trám xi măng mà phương pháp điện không nghiên cứu được Quá trình phóng xạ không chịu ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện vật lý trong quá trình đo không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ, áp suất…

Nhược điểm: lớn của phương pháp phóng xạ là kết quả đo chịu ảnh hưởng nhiều bởi sự thay đổi liên tục của đường kính giếng khoan

Kết hợp với tài liệu củacác phương pháp carota điện, một ứng dụng quan trọng hàng đầu của các phương pháp carota phóng xạ là việc phân chia cột địa tầng lỗ khoan

Việc phân chia này dựa trên kết quả đo độ phóng xạ tự nhiên (bức xạ gamma) của các lớp đá do hàm lượng nguyên tố phóng xạ trong từng lớp (phương pháp carota

(phương pháp carota gamma – gamma), kết quả đo mật độ nơtron nhiệt và đo cường độ bức xạ gamma do quá trình bắt nơtron nhiệt sinh ra ở các lớp đất đá (phương pháp carota nơtron – nơtron và nơtron – gamma) Sau khi dựng được cột địa tầng của từng lỗ khoan, sử dụng đặc điểm ổn định về độ dày ta có thể liên kết các cột địa tầng ở các lỗ khoan trong vùng lại với nhau, từ đó có thể xây dựng được lát cắt địa vật lý – địa chất trong vùng công tác

2.2 Các phương pháp điện

Trong chương này chúng ta sẽ xét đến các phương pháp nghiên cứu lỗ khoan dựa vào trường điện không đổi Trong địa vật lý giếng khoan, các phương pháp điện bao gồm rất nhiều phép đo khác nhau nhằm xác định giá trị điện trở suất/độ dẫn điện của đất đá ở thành giếng khoan Khả năng dẫn dòng trong thành hệ phụ thuộc trực tiếp vào khả năng linh động của các ion trong nước vỉa bão hòa

Những đá chứa sạch, khô là những vật chất không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém và thường có điện trở rất cao

Nếu đá không chứa quặng dẫn điện thì yếu tố dẫn điện duy nhất trong đá là nước trong các lỗ rỗng giữa hạt

Như vậy, điện trở của nước phụ thuộc vào lượng muối khoáng hòa tan trong nó,

độ khoáng hóa của nước bão hòa càng cao thì đá càng dẫn điện tốt và điện trở càng thấp, nhiệt độ của môi trường cũng đóng vai trò quan trọng làm thay đổi điện trở của vỉa chứa nước vì nếu nhiệt độ tăng sẽ làm cho hoạt tính của các ion trong nó, độ khoáng hóa của nước bão hòa càng cao thì đá càng dẫn điện tốt và điện trở càng thấp, nhiệt độ của môi trường cũng đóng vai trò quan trọng làm thay đổi điện trở của vỉa chứa nước vì nếu nhiệt độ tăng sẽ làm cho hoạt tính của các ion trong nước tăng, đá có

độ rỗng cao và nước trong nó có nồng độ ion cao thì chắc chắn có độ dẫn điện cao và điện trở thấp

Trong quá trình khoan, dung dịch khoan sẽ xâm nhập vào trong thành hệ qua thành giếng khoan (vì áp suất của cột dung dịch khoan lớn hơn hoặc bằng áp suất của thành hệ) và trên lý thuyết sẽ hình thành ba đới tính từ giếng khoan vào trong thành hệ là: đới thấm nhiễm hoàn toàn, đới chuyển tiếp, và đới nguyên (Hình 2.5)

Trong quá trình thấm, nước của dung dịch khoan vào trong vỉa, sét của dung dịch khoan bị giữ lại ở thành giếng khoan tạo thành lớp vỏ sét (mud cake)

 Đới thấm hoàn toàn: dung dịch khoan sẽ chiếm toàn bộ phần không gian rỗng

trong đới này

 Đới chuyển tiếp: dung dịch khoan cùng với một lượng chất lưu vỉa tồn tại trong

không gian rỗng

 Đới nguyên: do dung dịch khoan không thấm sâu vào được, nên chất lưu vỉa

chiếm toàn bộ không gian rỗng

Các phương pháp trong nhóm này có đặc điểm chung là qua các điện cực (hoặc ống dây) phát tín hiệu dòng kích thích vào môi trường nghiên cứu rồi dùng các điện cực khác đặt cách điểm phát một khoảng nhất định để thu các tín hiệu tương ứng từ môi trường nghiên cứu Một hệ gồm các điện cực/ống dây phát và thub tương ứng dùng để đo điện trở suất hay độ dẫn điện của môi trường nghiên cứu được gọi là hệ điện cực (device) hay Zond (tool) Các hệ điện cực đo có chiều sâu nghiên cức khác nhau từ một vài centimét đến vài mét phụ thuộc vào kích thước giữa cực phát và cực thu Nhờ các phép đo bằng các hệ điện cực có chiều sâu nghiên cứu khác nhau, người

ta có thể đánh giá các giá trị điện trở suất của các đới khác nhau xung quanh giếng khoan

2.2.1 Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực không hội tụ

Nguyên lý: Qua điện cực A phát dòng điện một chiều hoặc tần số thấp cường độ

I (A) vào môi trường đồng nhất đẳng hướng vô hạn Cùng với điện cực phát A trong mạch phát có điện cực B đặt xa vô cùng Xung quanh mặt đẳng thế điện hình cầu tâm chung A

Nếu thế ở một điểm cách tâm một khoảng U(r) thì hiệu điện thế giữa hai mặt đẳng thế có gia số bán kính dr:

I: Cường độ dòng phát (A)

R: Điện trở suất của môi trường ( m)

Lấy tích phân (2.2) theo r ta có:

Muốn thu được điện trở suất, theo biểu thức (2.5), người ta phải dùng thiết bị hai cực, gồm một cực phát dòng và một cực đo thế Trong carota điện, thiết bị đó gọi là

hệ điện cực thế Còn theo biểu thức (2.6), người ta phải dùng thiết bị ba cực, gồm một cực phát và hai cực đo, trong đó hai cực đo cách nhau một khoảng vô cùng bé để đo cường độ trường điện (gradien thế) Trong carota điện thiết bị như vậy gọi là hệ cực gradien Vậy dẫn đến có hai cách đo điện trở suất sau:

2.2.1.1 Sơ đồ đo thế - hệ điện cực thế

Hệ cực thế là hệ cực mà khoảng cách giữa các cực cùng chức năng (chẳng hạn

M và N) lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa các cực khác chức năng (chẳng hạn A

và M)

Một điện cực thu M đặt gần điện cực phát A, cường độ dòng I trong mạch AB được duy trì cố định Điện thế U so với điện thế tại N ở xa vô cùng (U = 0) nếu bỏ qua ảnh hưởng của giếng khoan, có thể viết phương trình như sau:

Hệ số Kp = 4πAM gọi là hệ số của hệ điện cực, ta có thể viết:

 = Kp (2.8)

Do đó khi đo liên tục sự biến thiên của UM chính là đo biến thiên của  theo trục giếng khoan

Hình 2.7 Hệ điện cực thế Nguyên tắc (a); Sơ đồ thực tế (b)

Trong thực tế, hệ cực thế được xem là lý tưởng nếu giá trị U M không vượt quá

5% giá trị U N Ở môi trường đồng nhất điều kiện nay thoả mãn nếu MN ≥ 20AM

Trong sản xuất các hệ điện cực thế, kích thước của cực thu thường dùng với hai kích thước sau:

AM = 0m40, tương đương với 16’’, gọi là hệ điện cực thế ngắn

AM = 1m60, tương đương với 64’’, gọi là hệ điện cực thế trung bình

2.2.1.2 Sơ đồ đo gradien – Hệ điện cực gradient

Hệ cực gradien là hệ cực mà khoảng cách giữa các điện cực cùng chức năng bé hơn nhiều so với khoảng cách giữa các điện cực khác chức năng

Trên sơ đồ đo gradien (hình 2.8) hai điện cực M, N được đặt gần điện cực A với khoảng cách xác định (AN > AM)