Số đo trong 1 giây Nguồn 3 – Curie AmBe
50 Số đo trong 1 giây Số đo trong 1 giây Nguồn 2 – Curie PuBe
Chiều tăng bức xạ Độ sâu (ft) 400 300 200
88
tăng lên cùng với sự tăng của hàm l−ợng sét hoặc sét kết cũng nh− sự tăng photphat và fenspat kali, nh−ng không có quan hệ trực tiếp với độ rỗng. Địa tầng có bức xạ gamma tự nhiên thấp và bức xạ nơtron nhân tạo đo đ−ợc cũng thấp (hoặc bức xạ gamma - gamma nhân tạo đo đ−ợc cao) thì nó có thể đ−ợc giải thích là cát kết xốp rỗng. Khi bức xạ gamma tự nhiên thấp và bức xạ nơtron nhân tạo đo đ−ợc cao, thì nó có thể là cát kết thạch anh chặt hoặc quăczit (hình 4.14).
Bức xạ gamma tự nhiên
Đây là ph−ơng pháp đo hạt nhân đ−ợc sử dụng phổ biến nhất trong địa chất thuỷ văn. Nó đo bức xạ tự nhiên gamma của Kali 40, của dãy đồng vị Uran 238, dãy đồng vị Thori 232 ở các đá. Những nguyên tố này có trong thành phần của một số sét kết và sét với độ phóng xạ gamma cao. Một số fenspat và mica chứa K40 cao. Kết quả đo gamma tự nhiên thấy có sự tăng bức xạ ở gần các lớp trầm tích chứa sét kết giầu kali, hoặc sét, hoặc đá phôtphat. Vì vậy, cát chứa sét có thể phân biệt với các kết thuần thạch anh. Đo bức xạ gamma tự nhiên có thể đ−ợc sử dụng để xác định thành phần thạch học, đặc biệt là các trầm tích hạt vụn, trên cơ sở khác về c−ờng độ phát xạ. Không cần sự hiệu chỉnh nào về đơn vị trong ph−ơng pháp đo hạt nhân này. Một −u điểm khác nữa là không cần sử dụng nguồn phóng xạ.
Đo bức xạ gamma tự nhiên có −u điểm đặc biệt là có thể thực hiện đ−ợc cả trong giếng có ống chống. Một phần bức xạ xuyên qua ống chống giếng và l−ợng hấp thụ bức xạ của ống chống là không đổi. Bởi vậy, sự thay đổi bức xạ do thành phần thạch học thể hiện đ−ợc ở kết quả đo. Ph−ơng pháp này làm việc tốt nh− nhau trong cả hai tr−ờng hợp ống chống bằng chát dẻo và bằng thép. Nó không sử dụng đ−ợc bên trong cần khoan rỗng, nếu chiều dày thành thép của cần khoan thay đổi tại các chỗ nối. Trong tr−ờng hợp này l−ợng bức xạ bị hấp thụ bởi cần khoan sẽ không còn là hằng số trên suốt chiều dài của cần nữa, do đó kết quả đo bị sai lệch.
Bức xạ nơtron
Ph−ơng pháp đo nơtron gồm một đầu phát chứa nguyên tố phóng xạ, nh− PbBe chẳng hạn, là nguồn phát ra nơtron, và một đầu dò. Các nơtron phát ra đ−ợc làm chậm và tán xạ bởi sự va chạm với các hạt nhân nguyên tử hyđrô. Đầu dò có thể đo bức xạ gamma tạo bởi sự va chạm nơtron - nguyên tử hyđrô, hoặc số các nơtron có mặt ở các mức năng l−ợng khác nhau. Nh− vậy đo nơtron sẽ đ−ợc chia ra đo nơtron - nơtron nhiệt, đo nơtron - nơtron nhiệt ngoài (epithermal) hoặc đo bức xạ nơtron - gamma dựa trên cơ sở ph−ơng pháp dò tìm.
Nguyên tố hyđrô có mặt ở trong đất chủ yếu d−ới dạng n−ớc hoặc hydrôcacbon. Trong hầu hết các loại đá mà nhà địa chất thuỷ văn quan tâm không thấy có hyđrôcacbon tự nhiên. Nh− vậy, ngoài các khoáng chất vật chứa n−ớc liên kết, n−ớc còn hiện diện nh− là độ ẩm trong các khoảng rỗng của đá. Sự tăng l−ợng n−ớc sẽ dẫn đến tăng l−ợng nơtron bị bắt giữ hoặc bị làm chậm. Kết quả là, ở các đá bão hoà có độ rỗng cao, máy sẽ đếm đ−ợc l−ợng nơtron thấp hơn các đá có độ rỗng thấp. Trên mực n−ớc ngầm, thiết bị đo nơtron có thể đ−ợc sử dụng để xác định năng suất riêng của các tầng chứa n−ớc không áp (Meyer 1967). Nó cũng có thể phân biệt thạch cao, chứa l−ợng n−ớc liên kết cao, với anhyđrit (thạch cao khan). Cả hai loại đều có bức xạ gamma tự nhiên rất thấp, tuy nhiên ở anhyđrit máy đếm đ−ợc l−ợng nơtron cao, còn ở thạch cao l−ợng này thấp.
Bức xạ gamma - gamma
Trong kiểu đo này, một nguồn phát xạ gamma, nh− Coban 60, đ−ợc đ−a vào trong hố khoan. Các photon gamma bị hấp thụ hoặc tán xạ bởi tất cả các vật liệu mà Coban 60 tiếp xúc. Đó là dung dịch, ống chống, đất đá. Sự hấp thụ tỷ lệ thuận với khối l−ợng thể tích nguyên khối của vật liệu đất. Khối l−ợng thể tích nguyên khối đ−ợc định nghĩa là khối l−ợng của đá chia cho tổng thể tích đá, bao gồm cả lỗ rỗng. Vì vậy, bức xạ gamma - gamma tăng lên cùng với sự giảm của khối l−ợng thể tích nguyên khối (sự tăng độ rỗng). Khối l−ợng thể tích nguyên khối có thể đ−ợc xác định từ kết quả đo gamma - gamma đã đ−ợc hiệu chỉnh. Độ rỗng đất đá có thể đ−ợc xác định từ ph−ơng trình:
Khối l−ợng thể tích hạt – Khối l−ợng thể tích nguyên khối Độ rỗng =
Khối l−ợng thể tích hạt – Khối l−ợng thể tích dung dịch (4.5) Khối l−ợng thể tích hạt (khối l−ợng riêng hạt) có thể đ−ợc xác định từ mẫu phoi khoan hoặc có thể lấy bằng 2,65g/cm3 đối với cát kết thạch anh. Khối l−ợng thể tích (khối l−ợng riêng) dung dịch bằng 1g/cm3 đối với n−ớc sạch không có mùn khoan. Dung dịch khoan có thể chứa thêm các chất làm tăng khối l−ợng thể tích dung dịch.