A. Cơ sở của phƣơng pháp
Phƣơng pháp log mật độ hay phƣơng pháp Gamma – Gamma (γ – γ) hay cũng gọi là phƣơng pháp Gamma tán xạ: là phƣơng pháp bắn phá môi trƣờng xung quanh thành giếng khoan bằng chùm tia gamma có các mức năng lƣợng khác nhau, đo ghi cƣờng độ gamma tán xạ do kết quả tƣơng tác của chúng với môi trƣờng. Gamma ghi nhận đƣợc sẽ phản ánh mật độ khối của môi trƣờng đất đá xung quanh thành giếng khoan.
Nguyên lý của phƣơng pháp này nhƣ sau:
Nhƣ đã trình bày ở phƣơng pháp gamma ray (mục 1.3.2.1), khi chùm gamma
đi xuyên vào môi trƣờng có hệ số tắt dần μ (cm-1
), cƣờng độ của nó sẽ giảm theo qui luật hàm mũ:
Ở mức năng lƣợng khác nhau, gamma có đặc tính vật lý khác nhau. Tùy vào
mỗi mức năng lƣợng , gamma có thể tƣơng tác môi trƣờng ở các mức độ (hiệu ứng) khác nhau (hình 1.33).
48
Hình 1.33: Tƣơng tác của gamma với môi trƣờng.
Hiệu ứng quang điện: thƣờng xảy ra với các gamma năng lƣợng thấp, khi lƣợng tử gamma đi vào môi trƣờng, nó va chạm với electron của vỏ nguyên tử, và bị hấp thụ hoàn toàn năng lƣợng. Năng lƣợng gamma này sẽ cung cấp cho electron một “công thoát” thoát khỏi nguyên tử và một động năng ban đầu giúp electron tiếp tục dịch chuyển.
Hiệu ứng tán xạ Compton: thƣờng xảy ra với các gamma năng lƣợng cao, khi
gamma đi vào môi trƣờng chúng tán xạ đàn hồi với electron của vỏ nguyên tử, đẩy nó thành electron tự do tƣơng tự nhƣ hiệu ứng quang điện, năng lƣợng còn lại ở dạng gamma tán xạ (lệch hƣớng và năng lƣợng thấp).
Hiệu ứng tạo cặp: ở mức năng lƣợng rất cao gamma có thể không tƣơng tác
với vỏ nguyên tử, chúng xuyên qua vỏ nguyên tử và tƣơng tác với hạt nhân. Trong “trƣờng” hạt nhân, toàn bộ năng lƣợng gamma bị hấp thụ và bắn ra cặp điện tử trái dấu: electron – positron.
Nhƣ vậy, khi gamma từ nguồn đi vào môi trƣờng, gamma mà ta đo đƣợc chỉ
là gamma tán xạ. Đối với các gamma năng lƣợng thấp, hầu nhƣ chỉ xảy ra các hiệu ứng quang điện và hiệu ứng tán xạ, chúng chỉ phụ thuộc vào mật độ electron trong môi trƣờng nghiên cứu.
49
Hình 1.34: Sự biến đổi mật độ qua các thành hệ khác nhau.
B. Phƣơng pháp đo:
Với các đặt tính vật lý của phƣơng pháp và với mật độ môi trƣờng thay đổi trong khoảng 2.0 -3.0 g/cc, thì chiều sâu nghiên cứu của phƣơng pháp mật độ không quá 15cm. Vì vậy, việc đo gamma phải đƣợc thực hiện đo áp sƣờn. Để hạn chế sai số do điều kiện đo (sự gồ ghề của thành giếng, sự độ dày của vỏ sét, sự sạt lỡ thành giếng khoan…) ngƣời ta sử dụng zond đo với hai detector đặt ở các khoảng cách nguồn khác nhau, phƣơng pháp này gọi là phƣơng pháp log mật độ bù (hình 1.35).
50
Kết quả đo ghi đƣợc biểu diễn dƣới dạng mật độ khối của môi trƣờng nghiên cứu.
Hình 1.35:Thiết bị đo gamma bù.
C. Các yếu tố ảnh hƣởng lên kết quả đo mật độ
Mật độ đất đá. Mật độ và loại dung dịch.
Đƣờng kính của giếng khoan.
Tốc độ kéo cáp.
Sự có mặt của các đông vị nguyên tố nặng: có khả năng Pb, Bi, W, Ag, Pt…
D. Phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp mật độ
Phƣơng pháp gamma tán xạ đƣợc sử dụng rộng rãi trong thăm dò dầu khí cũng nhƣ là các lĩnh vực Địa Vật lý khác nhau. Ứng dụng quan trọng nhất của phƣơng pháp này là tính độ rỗng của đá chứa, vì tham số này có mối quan hệ chặt chẽ với mật độ khối của phần khung đá và phần rỗng chứa chất lƣu.
51 Ứng dụng khác:
Xác định thành phần thạch học và thành phần khoáng vật, tính hàm lƣợng các nguyên tố nặng.
Đánh giá hàm lƣợng vật chất hữu cơ…