109 Khi dòng điện ngoài chấm dứt, các ion trao đổi lại tái phân bổ trên màng sét và sinh ra gradien nồng độ làm xuất hiện thế phân cực kích thích. Vậy có thể nói rằng trị số phân cực giảm khi tăng nồng độ ion của chất điện phân. Các đá cát sét bo hoà nớc thì sẽ có hiệu ứng thấp. Trong tự nhiên ta có thể gặp các trờng hợp môi trờng có tất cả các điều kiện bề mặt tiếp xúc giữa các bộ phận dẫn điện ion, điện tử và cách điện (các đá lục nguyên và cacbonat có chứa pyrit dới dạng xâm tán, bo hoà nớc khoáng hoá cao), dòng dẫn trong môi trờng, vì vậy đồng thời có tất cả hiệu ứng dẫn ion và dẫn điện điện tử. Trong điều kiện đó, hiệu ứng toàn phần sẽ là tổng của các thế điện hình thành từ các hiện tợng vừa nêu trên. 4.2.2. Đo thế điện phân cực kích thích trong giếng khoan 1. Sơ đồ nguyên tắc Hình vẽ 4.13 là sơ đồ nguyên tắc đo thế điện phân cực kích thích U PP trong giếng khoan. Trong sơ đồ đo U PP sử dụng một hệ điện cực A 1 MA 2 . Các điện cực phát A 1 và A 2 nối thông nhau, điện cực M đặt chính giữa để tránh bị kích thích khi phát dòng I PP . Điện cực B đặt cách xa hệ A 1 MA 2 một khoảng cách đủ lớn để tránh nhiễu cảm ứng khi đo. Nhờ bộ chuyển mạch P, mạch đo thế U PP và mạch phát AB làm việc theo chế độ luân chuyển (mạch này mở, mạch kia đóng) còn mạch đo điện trở R a thì làm việc đồng H ình 4.13. Sơ đồ đo U P P U PP R a m A CP Cm Cc Rh B A 2 M A 1 N P E 110 bộ với mạch AB. Với sơ đồ ở hình 4.13 ta đồng thời đo thế phân cực kích thích U PP và điện trở suất biểu kiến R a . Cờng độ dòng phát kích thích đợc duy trì ổn định và đủ lớn để ảnh hởng của thế tự phân cực SP là không đáng kể. 2. Các đờng cong đo ghi thế U PP Nghiên cứu thế điện phân cực kích thích trong giếng khoan ngời ta có thể chọn một trong các quan hệ phụ thuộc hàm số của giá trị đo U PP với cờng độ dòng phát I, thời gian trễ tính từ thời điểm kết thúc dòng phát hoặc mật độ dòng (j) hay chọn cả ba tham số trên cho phù hợp với đối tợng nghiên cứu. U PP = f(I) U PP = f() (4.25) U PP = (j) Việc lựa chọn một trong các tham số hay chọn cả ba tham số phụ thuộc vào đối tợng nghiên cứu. Các quá trình phân cực trên bề mặt tiếp xúc giữa các thành phần dẫn điện điện tử và dẫn điện ion gặp ở các đối tợng nghiên cứu là đới quặng hoá (sulfua, oxit), vỉa than biến chất cao (antraxit). Quá trình phân cực kích thích trên ranh giới tiếp xúc giữa phần dẫn điện ion và phần không dẫn điện hay gặp ở các loại đá chứa cacbonat và đá móng nứt nẻ không có quặng hoá kim loại. 3) Thế phân cực kích thích Cùng môt giá trị dòng phát kích thích không đổi khi tiến hành đo phân cực kích thích nhng trờng điện kích thích thay đổi theo điện trở suất của môi trờng. Thế phân cực kích thích thì phụ thuộc vào cờng độ của trờng kích thích nên số đo U PP chịu ảnh hởng của điện trở suất của vỉa nghiên cứu. Vì thế trong các đá có điện trở cao, các đờng cong đo thế phân cực, về mặt định tính có dạng tơng tự nh đờng cong đo điện trở suất biểu kiến và rõ ràng nh vậy không cho thêm thông tin gì trong phân tích địa chất. Các ảnh hởng của điện trở suất có thể bị hạn chế đi rất nhiều nếu ta đo giá trị hệ số tơng đối 1 của thế phân cực kích thích PP sau đây: )26.4( a R PP PP U U = Trong đó: 1. Hệ số tơng đối PP còn có tên gọi khác là: hệ số phân cực kích thích 111 U PP - thế điện phân cực kích thích. U Ra - thế điện giữa hai điện cực thu M và N khi có dòng phát trong môi trờng. Đại lợng này tơng ứng với tín hiệu đo điện trở suất biểu kiến. Hệ số phân cực kích thích tơng đối PP sẽ không còn chịu ảnh hởng do sự thay đổi điện trở của môi trờng xung quanh giếng khoan. Vì thế, nó thuận tiện hơn thế phân cực kích thích khi nghiên cứu lát cắt giếng khoan thăm dò các đới quặng hoá. Khi gặp các đới quặng hoá, trên đờng cong PP có dị thờng lớn hơn đờng cong U PP rất nhiều vì ở đó, giá trị U Ra rất nhỏ. 4. Phạm vi ứng dụng của phơng pháp phân cực kích thích Phơng pháp thế điện phân cực kích thích là một trong các phơng pháp nghiên cứu các giếng khoan tìm kiếm thăm dò các quặng rắn và than. Kết quả đo phân cực kích thích đặc biệt có hiệu quả cao ở các trờng hợp nghiên cứu quặng sulfua đa kim và than biến chất cao. Các đới quặng hoá hay gặp trong đá xâm nhập và đá biến chất là các đá có điện trở suất cao nên có thể ảnh hởng đến kết quả đo U PP . Trong trờng hợp đới quặng giàu hoặc xâm tán thì biện pháp đo hệ số PP sẽ có kết quả rõ ràng hơn. Còn một lĩnh vực khá hấp dẫn khi áp dụng phơng pháp phân cực kích thích để giải quyết các bài toán tìm kiếm nớc dới đất và về nguyên tắc có thể dựa vào kết quả đo phân cực kích thích để xác định độ thấm của tầng chứa nớc. 112 Chơng 5 Các phơng pháp phóng xạ hạt nhân Các phơng pháp phóng xạ hạt nhân có cơ sở vật lý - địa chất dựa trên các hiện tợng phóng xạ tự nhiên và kích thích nhân tạo trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan. Các phơng pháp phóng xạ hạt nhân đợc sử dụng để nghiên cứu lát cắt địa chất không chỉ ở các giếng khoan trần (cha chống ống) mà ở các giếng khoan đ chống ống. Đây là u điểm nổi bật của phơng pháp này. 5.1. Cơ sở vật lý - địa chất 5.1.1. Cờng độ phóng xạ tự nhiên trong đá a. Các nguyên tố đồng vị phóng xạ tự nhiên Các đá ở vỏ quả đất có chứa các nguyên tố đồng vị không bền vững, chúng luôn bức xạ ra các tia , và . Rất nhiều trong số các nguyên tố đồng vị phóng xạ đó có hàm lợng rất thấp trong đất đá nên trong thực tế phần đóng góp của chúng vào cờng độ bức xạ tự nhiên là không đáng kể. Cờng độ bức xạ gamma tự nhiên mà ta có thể đo đợc chủ yếu là phần đóng góp của các nguyên tố trong các dẫy phóng xạ Uran ( U 238 92 , U 235 92 ),Thori ( Th 232 90 ) và đồng vị phóng xạ của Kali ( K 40 19 ), ngoài ra còn một lợng nhỏ khác nh Rubi ( Rb 87 57 ) và các nguyên tố đất hiếm khác ( La 138 57 , Lu 176 71 ). Các đồng vị phóng xạ này có đời sống rất dài bức xạ phần chủ yếu các tia gamma tự nhiên (Bảng 5.1) Bảng 5.1 K Th U Hàm lợng tơng đối trong vỏ quả đất (Số Clarke) 2,35% 12 ppm 3 ppm Hoạt tính tơng đối của đơn vị trọng lợng của nguyên tố 1 1300 3600 Chu kỳ bán r (năm) 1,3.10 9 1,4.10 10 4,4.10 9 ( 238 U) 7,1.10 8 ( 235 U) Kali khi phân r có 11% số phân r bắn ra gamma để biến thành argon 40 Ar là nguyên tố bền vững. Vì thế Kali chỉ có một phổ năng lợng gamma đơn 1,46MeV. Các quá trình phân r phức tạp hơn gặp ở các nguyên tố Uran và Thori hợp thành dy đồng vị. Một số nguyên tố trong các dy này có bức xạ ra tia gamma tự nhiên (chi tiết xem giáo trình thăm dò phóng xạ). Trong điều kiện giếng khoan, các tia phóng xạ và có khả năng đâm xuyên kém nên dễ dàng bị hấp thụ hoàn toàn chỉ còn lại tia . 113 Tia gamma có bản chất là bức xạ sóng điện tử (foton) có thể ở dạng riêng rẽ (tia bắn ra từ đồng vị 40 K) hoặc phát xạ cùng với các tia và . Tia gamma có khả năng đâm xuyên lớn nên hay đợc đo vẽ trong giếng khoan. Trong môi trờng đất đá, tia có thể bị khúc xạ, phản xạ và nhiễu xạ. Năng lợng của chúng thay đổi trong khoảng rộng 0,0019 - 9MeV. b) Hoạt tính phóng xạ tự nhiên của các đá Hoạt tính phóng xạ của các đá phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và nguồn gốc của đá. Các đá xâm nhập phân biệt nhau theo mức độ bức xạ gamma tự nhiên. Các đá có thành phần axit (granit, granodiorit,) có cờng độ phóng xạ cao hơn cả vì có chứa Kali và các nguyên tố trong dy U, Th. Feldspat và Mica là các khoáng vật có mặt nhiều trong đá macma chứa nhiều K, trong đó có thể có tới 0,02% là đồng vị 40 K. Các đá bazơ và siêu bazơ có độ phóng xạ gamma tự nhiên thấp nhất. Các đá trầm tích là sản phẩm phong hoá từ đá macma có độ phóng xạ tự nhiên khác nhau. Nếu sản phẩm bào mòn phong hoá từ đá axit, các đồng vị phóng xạ có độ linh động cao sẽ tích tụ ở những nơi nhất định. Thạch anh- một trong những khoáng vật chính của đá axit sẽ kết tinh ở dạng sạch và kết thành đá cát có độ phóng xạ tự nhiên thấp. Feldspat và mica là các khoáng vật có chứa nhiều K nên dễ bị hấp phụ bởi các khoáng vật sét, vì vậy mà sét thờng có độ phóng xạ cao. Cờng độ phóng xạ tự nhiên cao ở các lớp sét cũng còn vì các nguyên nhân khác nữa. Trong quá trình lắng đọng, sét hấp phụ các ion của các nguyên tố đồng vị phóng xạ có trong các xác động vật cấp thấp. Các sét bị bitum hoá, có thể chứa tới 0,01% Uran hay Thori. Cờng độ phóng xạ trong trờng hợp này là do sự tích tụ các đồng vị phóng xạ của các dy Uran và Thori khi có các chất keo sinh ra từ vật chất hữu cơ. Các đá cacbonat (vôi, dolomit,) có độ phóng xạ thấp nhất. ở các đới xảy ra quá trình dolomit hoá do tác động của nớc dới đất ta thấy có sự tăng nhẹ độ phóng xạ tự nhiên do có một lợng nhỏ các đồng vị phóng xạ có sẵn trong nớc. Các đá cát kết và cacbonat có số đo độ phóng xạ tự nhiên tăng dần theo hàm lợng sét chứa trong đá. Dị thờng phóng xạ tự nhiên có thể cao trong trờng hợp trong đá có hàm lợng các chất phóng xạ nh cát chứa monazit và đá vôi chứa Uran. Biên độ của dị thờng thậm chí lớn hơn cả khi cát kết chứa glauconit. Than và các lớp đá thuỷ hoá (thạch cao, anhydrit, muối mỏ) có độ phóng xạ tự nhiên thấp nhất. Chỉ khi các đá thuỷ hoá có kèm theo các muối Kali (Sinvin, carnalit, kaimit, langbeinit, polyhalit) thì mới có độ phóng xạ tự nhiên cao. Trong một số trờng hợp, các mạch nớc dới sâu có nồng độ khoáng hoà tan có tính phóng xạ đa lên các lớp gần mặt đất và ở đó xuất hiện dị thờng phóng xạ (trong thực tế đ gặp trờng hợp hoạt độ phóng xạ tới 10 -8 gRatd/lit). 114 c) Đơn vị đo độ phóng xạ Các đơn vị đo độ phóng xạ tự nhiên hay dùng trong Địa vật lý giếng khoan đợc trình bày trong bảng 5.2. Trong đó đơn vị API là đơn vị đợc dùng phổ biến Bảng 5.2 Đơn vị Ký hiệu Định nghĩa, nội dung Các thứ nguyên thờng dùng Curie Ci Là đơn vị đo hoạt độ phóng xạ, lợng chất phóng xạ có thể bức xạ tia gamma 3.7.10 10 phân r trong 1 giây, tơng đơng với hoạt độ phóng xạ của 1g chất Ra mCi = 3,7.10 7 ph.r/s àCi = 3,7.10 4 ph.r/s Gram Ratđ/gđđ gRa tđ/g Lợng các chất phóng xạ bất kỳ có trong 1g đất đá có thể tạo ra cờng độ phóng xạ bằng 1g Ra ààRa td/g = 10 -12 gR td/g Microgram Ra tđ/tấn đđ àgRa tđ/tấn đđ Lợng các chất phóng xạ đo bằng àg trong 1 tấn đất đá có thể bức xạ tơng đơng với 1 àg chất Radi 1 à gRa tđ/t = 2.8g U/T hay 5.7g Th/T Roentgen/giờ R/h Là đơn vị suất liều chiếu. Bức xạ Gamma hay Rơnghen của một liều chiếu có khả năng tạo ra trong 1cm 3 không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn ( 0 C, 760mmHg) một số iôn có tổng điện tích bằng 1 đơn vị điện tích trong 1 giờ. à R/h = 10 -6 R/h (gamma) API, GAPI API (GAPI) 1/200 của độ lệch giữa các đờng cong Gamma trong môi trờng không có phóng xạ và môi trờng có độ phóng xạ cao chứa 0,0024%Th; 0,0013U và 4%K bao quanh giếng khoan chống ống đờng kính 5 1/2 inch 115 5.1.2. Cờng độ phóng xạ nhân tạo hay kích thích Trong địa vật lý có một số các phơng pháp hạt nhân nghiên cứu môi trờng qua độ phóng xạ nhân tạo bằng cách chiếu xạ (bắn phá) các hạt nhân trong trong môi trờng bằng các hạt gia tốc. Sự bắn phá các hạt nhân bền vững bằng các hạt gia tốc ( , , p, d) và bằng nơtron hoặc bằng phát xạ gamma có thể diễn ra các hiện tợng sau: - Phản ứng hạt nhân 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 lợng q. Ví dụ phản ứng phôton - nơtron: 9 Be(, n) 8 Be có năng lợng E n = 1,67 MeV. - Khuyếch tán của các hạt dùng để bắn phá phụ thuộc vào tỷ số khối lợng của hạt nhân/khối lợng hạt bắn phá và góc tạo giữa hớng ban đầu và sau tơng tác. Ví dụ nơtron va chạm với các hạt nhân bị mất dần năng lợng và chuyển động lệch hớng. Để giảm năng lợng của một nơtron từ 2MeV đến 0,025eV thì nơtron cần va chạm với hạt nhân của nguyên tố cacbon 114 lần, còn nếu va chạm với hydro thì chỉ cần 18 lần thôi. Năng lợng càng thấp thì hiện tợng khuyếch tán nơtron trong môi trờng càng rõ ràng. ở trạng thái nhiệt (E n 0,025 eV) thì nơtron lan toả trong môi trờng theo định luật khuyếch tán. Trong các giếng khoan thăm dò tìm kiếm các khoáng sản khác nhau (dầu, than, quặng, đá quý,) ngời ta thờng 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 trờng nghiên cứu. Vì vậy, ở đây ta chỉ giới hạn xét tơng tác của hai phép chiếu xạ vừa nêu. Tơng tác của các tia gamma với môi trờng Khi chiếu xạ môi trờng nghiên cứu bằng chùm tia gamma thì ta sẽ gặp các tơng tác giữa gamma với môi trờng gây ra ba hiệu ứng quan trọng sau đây: a) Hiệu ứng quang điện : Trong hiệu ứng này phôtôn lợng tử gamma tới va chạm không đàn hồi với nguyên tử mà nó gặp trên đờng đi. khi va chạm nguyên tử bị giật lùi một chút còn lợng tử gamma bị mất một phần năng lợng. Phần năng lợng ấy làm nguyên tử chuyển sang một trạng thái kích thích và nguyên tử sẽ mất trạng trạng thái kích thích bằng cách phát ra một electron quỹ đạo (thờng là electron ở vành k) (hình 5.1) có thể biểu diễn năng lợng học toàn phần bằng phơng trình quang điện sau: T = h - e (5.1) Trong đó: T là động năng của electron phát ra gọi là quang điện tử. h là năng lợng của lợng tử gamma tới. e là năng lợng liên kết của quang electron. 116 Xung lợng biểu thị ở hình 5.1 đợc bảo toàn theo cách toàn bộ phần nguyên tử còn lại bị giật lùi. Hy chú ý xác suất để quá trình hấp thụ quang điện xảy ra và vì cần thiết đa thêm các định nghĩa về số hạng a cm 2 là tiết diện trên mỗi nguyên tử đối với hiệu ứng quang điện. Số hạng a thay đổi rất rõ rệt theo năng lợng của lợng tử gamma tới, cũng nh nguyên tử số Z của chất hấp thụ. Thực nghiệm đ chứng minh rằng a gần nh tỷ lệ với Z và giảm tỷ lệ nghịch với h : )2.5( 4 const h Z a == Trong nghiên cứu thực tế ngời ta còn dùngmột số hệ số tắt dần tuyến tính, tơng đơng với xác suất trên mỗi xentimet để tơng tác xảy ra. Hệ số này bằng tích của tiết diện a với N là số nguyên tử trong mỗi cm 3 . Hệ số tắt dần tuyến tính đối với hiệu ứng quang điện là: '21 )2.5()()( cmaNcm = 3 cm tử nNguyê Với các biểu thức trên, ta có thể tìm sự biến thiên của trong khoảng giữa hai chất hấp phụ khác nhau đối với lợng tử gamma có cùng năng lợng: 4 2 1 12 21 21 = Z Z A A Với - mật độ; A - nguyên tử lợng. Ví dụ: Mật độ của chì và nhôm: Pb = 11,4(g/cm 3 ); Al = 2,7(g/cm 3 ). Số nguyên tử Z của chúng: 82 ; 13 Trọng lợng nguyên tử của chúng: 207,2 ; 27. Thay các giá trị trên vào biểu thức cuối cùng, ta nhận đợc: 872 13 82 207*7,2 27*4,11 4 = = Al Pb e - quan g electron N g u y ên t ử Photon tới h H ình 5.1. Biểu diễn sơ lợc quá trình q uan g điện 117 Ta bảo: Cơ hội để một lợng tử gamma đi qua một xentimet chì có va chạm quang điện lớn hơn khoảng 872 lần so với khi đi qua một xentimet nhôm. Kể cả khi lấy trên gam làm cơ sở thì vì ở cùng bềdày số gam chì nhiều hơn 4 lần số gam nhôm nên chì vẫn hiệu quả hơn 210 lần nhôm trong việc gây ra các tơng tác quang điện. b) Hiệu ứng Compton: Hiệu ứng Compton là va chạm đàn hồi giữa lợng tử gamma với một electron tự do. Lợng tử gamma va chạm với một electron và tơng tác tạo ra một electron năng lợng lớn và một photon bị tán xạ (Hình5.2). Lợng tử gamma tới có năng lợng h bị một electron làm tán xạ. Kết quả ta có một photon lợng tử gamma bớc sóng dài hơn h và một electron compton động năng. Hệ số tắt dần tuyến tính đối với quá trình Compton chỉ phụ thuộc vào số electron bị va chạm. Ta có thể viết: )3.5(.Z.N e = Trong đó: N là số nguyên tử/cm 3 . Z là số electron trên một nguyên tử (nguyên tử số). e là tiết diện của mỗi electron đối với quá trình Compton. Giá trị e không phụ thuộc vào Z và giảm chậm theo năng lợng của lợng tử gamma. Ta biểu diễn biến thiên của trong khoảng giữa hai chất hấp thụ có Z khác nhau: )4.5(** 1 2 2 1 2 1 21 A A Z Z = Trong đó: là mật độ (đôi khi là tỷ trọng), g/cm 3 . A là trọng lợng nguyên tử. Một cách gần đúng thô sơ, tỷ số A/Z của hầu hết các hạt nhân nguyên tử ở vỏ Trái đất (trừ hạt nhân hydro) là một số gần nh không đổi. Nếu bỏ qua biến thiên bé của tỷ số A/Z ở (5.4) thì hầu nh hệ số tắt dần tuyến tính sẽ tỷ lệ nghịch với mật độ khối (tỷ trọng). Điều đó có nghĩa là xác suất của va chạm Compton chỉ phụ thuộc vào số gam chất hấp thụ mà không phụ thuộc vào nguyên tử số Z của nó. Nh vậy, lợng tử H ình 5.2. Biễu diễn quá trình tán xạ Compton 118 gamma có xác suất va chạm Compton đi qua một gam chì gần giống khi đi qua một gam nhôm. Điều đó khác hẳn với tơng tác hấp thụ quang điện. c) Hiệu ứng tạo cặp: Tơng tác quan trọng thứ ba của các lợng tử gamma với vật chất là quá trình tạo cặp. Khi tơng tác, gamma có năng lợng cao (> 10MeV) thì có tơng tác thẳng với các hạt nhân nguyên tử. Trong trờng hạt nhân lợng tử gamma bị hấp thụ hoàn toàn làm bắn ra một cặp hạt tích điện trái dấu electron-pozitron (Hình 5.3). Năng lợng của quá trình sẽ là: )5.5( 2 C o m2TTh + + + = ở đây: T - và T + lần lợt là động năng của electron và pozitron. 2m 0 C 2 là năng lợng cần thiết sinh ra một electron đứng yên. Cả hai hạt tích điện e - và e + đều sinh ra từ năng lợng do lợng tử gamma cung cấp cho nên quá trình chỉ đợc phép về mặt năng lợng nếu h > 2m 0 C 2 (tức là > 1,02MeV). Tiết diện trên mỗi nguyên tử đối với quá trình tạo cặp a K tăng tỷ lệ với Z 2 và với loga của năng lợng h. Hệ số tắt dần tuyến tính K là N a K và ta có thể viết biến thiên trong khoảng giữa các chất hấp thụ có Z khác nhau: )6.5(* 2 2 1 1 2 2 1 21 = Z Z A A KK Xác suất của một tơng tác tạo cặp tăng chậm theo năng lợng của tia gamma tới và tăng tuyến tính với Z 2 . d) Hệ số hấp thụ toàn phần: Trong thực tế, cả ba quá trình quang điện, Compton và tạo cặp đồng thời có thể xảy ra và gây ra ba hiệu ứng tơng ứng. Vì vậy, ta cần đánh giá tác động đồng thời của cả ba quá trình ấy. Hy hình dung trong một mô hình đơn giản: Một chùm hẹp tia gamma không đơn năng đi xuyên qua một tấm chắn hấp thụ có bề dày x. Hy tính xác suất đối với các quá trình riêng lẻ hay tổng hợp chúng nh thế nào để thu đợc biểu thức cho hiệu ứng toàn phần. Xác suất của tơng tác quang điện trên đoạn đờng đâm xuyên dx là dx. Vậy có thể nói rằng xác suất không tơng tác quang điện ở khoảng cách x sẽ là e - x . Cũng nh vậy ta có xác suất không có va chạm Compton là e - x tơng tự không có sinh cặp là e -kx . Xác suất để tia gamma không có bất kỳ loại tơng tác nào bằng tích của ba xác suất nói trên: H ình 5.3. Biểu diễn quá trình tạo cặp trong trờng hạt nhân [...]... 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 KAl3[(OH)6/(SO4)2] Bảng 5. 4 Tên khoáng vật Th (ppm) U (ppm) Tên khoáng vật Th (ppm) U (ppm) Allanit 50 0 20.000 30-70 Monazit ( 25- 20).104 50 0-3000 Apatit 20- 150 5- 150 Sphen 100-600 100-700 Epidot 50 -50 0 20 -50 Xenotim Rất thấp 50 0-3 ,5. 104 Magnetit 0.3-20 1-30 Zircon 50 -4000... nonel + cop (5. 17) Trong đó: el là tiết diện tán xạ đàn hồi nonel là tiết diện tán xạ không đàn hồi cop là tiết diện bắt giữ Tiết diện bắt giữ nơtron nhiệt là một trong các tham số đo ghi trong các phơng pháp Địa vật lý hạt nhân nghiên cứu lát cắt giếng khoan Các quá trình khuyếch tán (làm chậm) và bắt giữ nơtron trong môi trờng vật chất là cơ sở vật lý của các phơng pháp nơtron giếng khoan Sự khác... phép đo gamma trong giếng khoan không bị ảnh hởng bởi độ khoáng hoá và phép đo có thể thực hiện đợc 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 có chiều dày 15mm, nên phơng pháp GR có thể đo trong các giếng khoan đ chống ống Đây là u điểm nổi trội nhất của phơng pháp gamma so với các phơng pháp đo Địa vật lý giếng khoan khác Cờng độ... W3, W4 và W5để 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 W3 không phải chỉ tơng ứng với K mà còn cả với U và Th Năng lợng tia Gamma MeV Hình 5. 10 Các cửa sổ đo năng lợng đặc trng K và Th Nghĩa là ta có thể lập hệ phơng trình: 232 Th = m13W3 + m14W4 + m15W5 238 U = m23W3 + m24W4 + m25W5 40 (5. 21) K =... giếng khoan Ví dụ, phép đo với máy giếng đặt định tâm (Hình 5. 6), do đờng kính giếng thay đổi, đoạn đờng x = 1 (d d o ) là hành trình các tia gamma từ đất đá ở thành giếng 2 đi qua dung dịch để đến detector Nếu mật độ dung dịch = 1,2(g/cm3), có hệ số hấp thụ à = f()= 0,01(cm-1), từ (5. 18) ta tính đợc hệ số hiệu chỉnh đờng kính: Gro 2 ln = 0 ,5( d d 0 ).10 Grx (5. 19) Các hiệu chỉnh khác đối với... Clore Cl 35. 45 0.479 Canxit Ca 40.011 0.499 Sắt Fe 55 .55 0.466 Lu huỳnh S 32.06 0.499 Nhôm Al 26.98 0.482 Silic Si 28.08 0.498 Barit Ba 137.34 0.407 Mg 24.312 Magiê 0.4 95 Trong đó: N0 là số Avogadro [N0 = 6.03.1023(mol.gr)-1] là mật độ khối ne là mật độ electron (độ dày đặc electron) Trong nghiên cứu ngời ta hay dùng một đại lợng khác gọi là chỉ số mật độ electron e: e = 2ne Z = 2 * N0 A (5. 10) Trong... các đá khác nhau trong lát cắt giếng khoan cho ta khả năng nghiên cứu cấu trúc và thành phần của chúng bằng các phơng pháp nơtron Các dạng tơng tác khác của nơtron và gamma với môi trờng vật chất đợc nghiên cứu tỷ mỉ đa lại những khả năng lớn của các phơng pháp Địa vật lý hạt nhân (phơng pháp gamma - nơtron, kích hoạt phóng xạ, nơtron xung, ) trong nghiên cứu các giếng khoan thăm dò các khoáng sản có... thuật của các detector dùng trong phép đo, chiều dày vỉa và vị trí tơng đối của detector trong giếng khoan so với các lớp đất đá - Đờng kính thực của giếng khoan, mật độ và loại dung dịch khoan - Số lớp ống chống, chiều dày của ống chống và lớp ximăng - Mật độ của các lớp đất đá ở thành giếng khoan Hình 5. 7 Một thí dụ đờng cong đo vẽ GammRay và phổ Gamma tự nhiên - Tốc độ kéo cáp khi đo ghi Tất cả... 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. .. hạt nhân: NML 5. 3.1 Phơng pháp đo bức xạ gamma tự nhiên (GR) Phơng pháp đo bức xạ gamma tự nhiên (GR) gọi khác: Carota gamma, nghĩa là đo vẽ cờng độ bức xạ gamma tự nhiên ở trục giếng khoan để nghiên cứu lát cắt địa chất ở thành giếng khoan Nh ta đ biết giữa các đá, đặc biệt là đá trầm tích rất khác nhau về cờng độ phóng xạ gamma tự nhiên nên ta có thể nghiên cứu bản chất, nguồn gốc địa tầng của đá . pháp Địa vật lý hạt nhân nghiên cứu lát cắt giếng khoan. Các quá trình khuyếch tán (làm chậm) và bắt giữ nơtron trong môi trờng vật chất là cơ sở vật lý của các phơng pháp nơtron giếng khoan. . 0,0024%Th; 0,0013U và 4%K bao quanh giếng khoan chống ống đờng kính 5 1/2 inch 1 15 5. 1.2. Cờng độ phóng xạ nhân tạo hay kích thích Trong địa vật lý có một số các phơng pháp hạt nhân. vị đo độ phóng xạ tự nhiên hay dùng trong Địa vật lý giếng khoan đợc trình bày trong bảng 5. 2. Trong đó đơn vị API là đơn vị đợc dùng phổ biến Bảng 5. 2 Đơn vị Ký hiệu Định nghĩa, nội dung