Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13589-10:2023 về Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - Địa vật lý lỗ khoan - Phần 10: Phương pháp đồng vị phóng xạ gamma

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13589-10:2023

ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ THĂM DÒ KHOÁNG SẢN - ĐỊA VẬT LÝ LỖ KHOAN - PHẦN 10: PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ GAMMA

Investigation, evaluation and exploration of minerals - Borehole geophygical survey - Part 10: Gamma isotope methods

Lời nói đầu

TCVN 13589-10:2023 do Cục Địa chất Việt Nam biên soạn, Bộ Tài nguyên và Môi trường đề nghị, Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 13589 Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - Địa vật lý lỗ khoan còn các tiêu chuẩn sau:

TCVN 13589-1:2022 Phần 1: Quy định chung

TCVN 13589-2:2022 Phần 2: Phương pháp gamma tự nhiên

TCVN 13589-3:2022 Phần 3: Phương pháp gamma nhân tạo

TCVN 13589-4:2022 Phần 4: Phương pháp phổ gamma

TCVN 13589-5:2022 Phần 5: Phương pháp nơtron

TCVN 13589-6:2022 Phần 6: Phương pháp đo nhiệt độ

TCVN 13589-7:2023, Phần 7: Phương pháp vi hệ điện cực

TCVN 13589-8:2023, Phần 8: Phương pháp đo cảm ứng điện từ

TCVN 13589-9:2023, Phần 9: Phương pháp thế điện phân cực

TCVN 13589-11:2023, Phần 11 Phương pháp sóng âm

TCVN 13589-12:2023, Phần 12 Phương pháp đo góc cắm của đá

TCVN 13589-13:2023, Phần 13 Phương pháp hình ảnh trong lỗ khoan

ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ THĂM DÒ KHOÁNG SẢN - ĐỊA VẬT LÝ LỖ KHOAN - PHẦN 10: PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ GAMMA

Investigation, evaluation and exploration of minerals - Borehole Geophygical survey - Part 10: Gamma isotope method

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định nội dung kỹ thuật phương pháp đồng vị phóng xạ gamma trong lỗ khoan phục vụ công tác điều tra, đánh giá địa chất về khoáng sản và thăm dò khoáng sản; khảo sát địa chất thủy văn, địa chất công trình; điều tra tai biến địa chất và môi trường.

Tiêu chuẩn này không áp dụng cho điều tra, đánh giá và thăm dò dầu khí.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các bản sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 13589-1:2022 Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - Địa vật lý lỗ khoan - Phần 1: Quy định chung.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong TCVN 13589-1 và thuật ngữ và định nghĩa dưới đây:

3.1

Phương pháp đồng vị phóng xạ gamma (Gamma isotope method)

Phương pháp sử dụng các đồng vị phóng xạ phát tia gamma thả vào lỗ khoan để đo tia gamma tán xạ sau khi tương tác với đất đá xung quanh thành lỗ khoan.

4  Nguyên lý phương pháp đồng vị phóng xạ gamma

Nguyên lý của phương pháp đồng vị phóng xạ tương tự như phương pháp gamma tự nhiên. Chỉ khác là tiến hành đo trong lỗ khoan 2 lần (lần 1 đo gamma tự nhiên khi chưa đưa đồng vị phóng xạ vào lỗ khoan, lần 2 đo sau khi đã đưa đồng vị phóng xạ gamma vào lỗ khoan).

Thường đưa một số đồng vị có khả năng phát gamma dưới đây hay được dùng để điều chế dung dịch hoạt tính thả vào giếng khoan: ¹³¹ I; ⁵⁹ Fe; ⁶⁵ Zn; ⁹⁵ Zr; ⁶⁰ Co; ¹¹⁰ Ag. Nguyên tắc của các phương pháp đồng vị gamma như sau:

Dùng nguồn phóng xạ phát tia gamma với năng lượng khác nhau chiếu vào môi trường đất đá xung quanh lỗ khoan và đo các tia gamma tán xạ (tia gamma thứ cấp) do kết quả tương tác của chúng với môi trường gọi là phương pháp gamma tán xạ (hoặc gamma-gamma), nghĩa là chiếu xạ bằng tia gamma sau khi đã mất bớt năng lượng bị tán xạ do tương tác với vật chất trong môi trường nghiên cứu.

Chiếu xạ vào môi trường đất đá xung quanh thành giếng khoan bằng một chùm tia gamma có năng lượng khác nhau và đo các tia gamma tán xạ do kết quả tương tác của chúng với môi trường gọi là phương pháp gamma tán xạ mật độ hoặc gamma - gamma, nghĩa là chiếu xạ bằng tia gamma và đo các tia gamma sau khi đã mất bớt năng lượng bị tán xạ do tương tác với vật chất trong môi trường nghiên cứu.

Phương trình suy giảm cường độ tia gamma sau khi đi qua môi trường như sau:

Lấy logarit (1) ta có:

Trong đó:

I_γ - Là cường độ gamma tán xạ sau khi tương tác với đất đá thành giếng khoan;

I₀ - Là cường độ gamma ban đầu;

x - Khoảng cách nguồn phát đến detector thu;

μ_m - Độ từ thẩm của đất đá;

p_b - Mật độ khối của đất đá.

Từ phương trình (2) cho thấy: Nếu cường độ bức xạ của nguồn I₀ và hệ số μ_m không đổi, khoảng cách x từ nguồn đến detector là cố định thì giá trị cường độ phóng xạ gamma tán xạ I_γ đo được sẽ là hàm số chỉ phụ thuộc vào mật đối khối p_b của môi trường. Từ đó ta có thể tìm được một phương trình thực nghiệm biểu thị mối liên hệ khá chặt chẽ giữa cường độ gamma tán xạ với mật độ khối p_b của đất đá ở thành giếng khoan.

Khi các tia gamma tương tác với môi trường đất đá chúng sẽ gây ba hiệu ứng:

- Hấp thu quang điện: Tia gamma bị hấp thu hoàn toàn.

- Tán xạ Compton: Tia gamma mất bớt năng lượng, chuyển động lệch hướng.

- Tạo cặp: Tia gamma va chạm với hạt nhân của nguyên tử làm bắn ra cặp điện tử trái dấu e⁺ và e^-

Trong trường hợp này, dùng nguồn năng lượng của tia gamma đủ lớn, khi đó hiệu ứng compton sẽ trội hơn thì mối quan hệ hàm số I_γ = f (p_b) càng chặt chẽ và do đó người ta gọi phép đo gamma tán xạ này là phương pháp gamma tán xạ mật độ (Formaition Density Compensate - FDC)

Máy giếng được kéo lên từ từ đồng thời bộ ghi sẽ ghi được sự biến đổi độ bức xạ gamma theo chiều sâu dọc trục lỗ khoan phản ánh sự thay đổi mật độ khối của vật chất.

5  Máy móc, thiết bị, hiệu chuẩn máy

5.1  Máy móc, thiết bị đo trong lỗ khoan

Đầu đo các phương pháp đồng vị gamma được chế tạo để có thể đưa nguồn phát gamma vào phần cuối của đầu đo. Đầu đo được nối trực tiếp với bộ phận điều khiển trên mặt đất (trạm đo) thông qua bộ phận tời cáp. Hiện nay, phương pháp này thường được kết hợp với các thiết bị đo khác như thiết bị đo gamma tự nhiên, thiết bị đo độ lỗ rỗng, thiết bị đo điện trở suất...để tăng hiệu quả và năng suất trong công tác đo địa vật lý lỗ khoan.

- Khối điều khiển đo ghi số liệu và khối tời cáp được thiết kế để dùng chung cho nhiều phương pháp đo địa vật lý khác nhau trong lỗ khoan.

5.2  Công tác kiểm tra, đảm bảo chất lượng đo đạc

5.2.1  Trong quá trình thi công, hàng ngày phải kiểm tra đầu đo ở chế độ "kiểm tra tĩnh" để xác định độ nhạy, độ ổn định của thiết bị đo (kiểm tra trên mẫu thử gamma).

Chỉ các thiết bị đo đã được hiệu chuẩn định kỳ và kiểm tra chất lượng hàng ngày theo quy định của nhà sản xuất mới được phép sử dụng.

5.2.2  Nội dung và trình tự kiểm tra được tiến hành theo đúng hướng dẫn trong lý lịch từng loại máy.

5.2.3  Kết thúc đo trong lỗ khoan, phải tháo rời các khối ráp nối trạm đo và đưa vào hộp bảo quản riêng theo quy định.

5.2.4  Trạm đo địa vật lý lỗ khoan luôn phải được bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát, đúng theo hướng dẫn bảo quản và an toàn thiết bị của nhà sản xuất.

5.3  Quy định về công tác hiệu chuẩn

5.3.1  Đầu đo đồng vị phóng xạ gamma trong lỗ khoan phải được hiệu chuẩn định kỳ một năm một lần và sau mỗi lần sửa chữa, thay thế linh kiện trong máy giếng. Việc hiệu chuẩn được tiến hành theo quy định hiện hành.

5.3.2  Tất cả các đầu đo đồng vị phóng xạ gamma trong lỗ khoan, trước khi hiệu chuẩn phải được kiểm tra, xác định độ nhạy, độ ổn định, độ tuyến tính đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất.

5.3.3  Nội dung và trình tự hiệu chuẩn phải được tiến hành theo quy trình thống nhất và đúng theo hướng dẫn trong lý lịch từng loại máy.

6  Công tác thực địa

Trong quá trình thi công thực địa phải tuân thủ đầy đủ các yêu cầu chung, yêu cầu kỹ thuật thi công thực địa nêu tại TCVN 13589-1:2022 và các nội dung sau:

6.1  Chuẩn bị lỗ khoan

6.1.1  Cán bộ kỹ thuật địa chất theo dõi khoan hoặc tổ trưởng tổ khoan có trách nhiệm cung cấp cho người phụ trách trạm đo cột địa tầng lỗ khoan tỷ lệ 1:200 có ghi tỷ lệ lấy mẫu hoặc cột địa tầng tỷ lệ 1:50 và trạng thái thực tế của lỗ khoan trước khi tiến hành đo địa vật lý.

6.1.2  Lỗ khoan phải đảm bảo để thả các thiết bị đo địa vật lý thông suốt từ miệng đến đáy. Lỗ khoan không có chỗ tắc nghẽn hoặc đường kính bé hơn đường kính danh định của thiết bị thả trong lỗ khoan.

6.1.3  Trong lúc đo địa vật lý lỗ khoan không được tiến hành các việc sau:

- Sửa chữa thiết bị khoan;

- Nổ máy khoan;

- Hàn điện trong phạm vi bán kính nhỏ hơn 100m.

6.1.4  Không được tiến hành đo địa vật lý lỗ khoan trong những trường hợp sau:

- Dung dịch trong lỗ khoan có độ nhớt tương đối > 90s;

- Dung dịch khoan chứa quá 5% cát và dăm vụn của đất đá cứng;

- Lỗ khoan phun nước, sủi khí, bọt, lỗ khoan hút nước, hạ mức nước với tốc độ lớn hơn 15 m/h.

6.1.5  Việc chuẩn bị lỗ khoan theo yêu cầu kỹ thuật đã nêu trên, phải được tổ trưởng khoan và cán bộ địa chất theo dõi khoan đảm bảo và xác nhận bằng văn bản cho người phụ trách trạm trước khi đo địa vật lý.

6.1.6  Khi đo địa vật lý lỗ khoan phải có mặt cán bộ địa chất theo dõi khoan và tổ trưởng (kíp trưởng) tổ khoan.

6.2  Yêu cầu kỹ thuật đo đồng vị phóng xạ gamma trong lỗ khoan

Đo đồng vị phóng xạ gamma được thực hiện liên tục trong quá trình kéo thiết bị đo từ đáy lên miệng lỗ khoan. Trong quá trình đo ghi phải luôn giữ cho tốc độ kéo cáp không đổi từ đáy lên miệng lỗ khoan. Quan sát đồ thị đường cong đo trên phần mềm đo, ghi số liệu trong khi thả đầu đo xuống đáy lỗ khoan, xác định các vị trí có ống chống, vị trí có các dị thường để định hướng cho công tác đo và chọn lựa các vị trí đo kiểm tra và đo chi tiết dị thường ở tỷ lệ lớn hơn. Ghi kết quả đo khi bắt đầu kéo cáp từ đáy lên miệng lỗ khoan.

6.3  Tỷ lệ ghi

Tỷ lệ ghi của phương pháp đo đồng vị phóng xạ gamma được quy định bằng số điểm ghi số liệu trên một mét chiều sâu dọc thành lỗ khoan. Thông thường tỷ lệ ghi là 0,05m/điểm ghi số liệu.

6.4  Tốc độ kéo cáp

Thông thường chọn tốc độ kéo cáp từ 150 - 400m/h. Chọn tốc độ kéo cáp theo hồ sơ kỹ thuật của máy đo.

Khi đo đồng thời nhiều phương pháp phải đảm bảo nguyên tắc tốc độ kéo cáp không được lớn hơn tốc độ tối đa cho phép của một trong số các phương pháp tham gia.

6.5  Kiểm tra thực địa

6.5.1  Công tác đo kiểm tra được thực hiện trong cùng thời gian đo lỗ khoan (trước khi kết thúc đo địa vật lý trong lỗ khoan).

6.5.2  Khối lượng đo kiểm tra được thực hiện bằng cách đo lặp lại 7-10% chiều sâu đo địa vật lý, nhưng không ít hơn 10m trong mỗi lỗ khoan. Việc đo kiểm tra phải thực hiện trên đoạn lỗ khoan có sự thay đổi lớn nhất về số liệu đo với cùng tốc độ kéo cáp và bước ghi số liệu.

6.5.3  Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng tài liệu đo đồng vị phóng xạ gamma:

- Sự lặp lại của đường cong đo và đường cong đo kiểm tra phải đồng dạng;

- Sai số tương đối giữa số đo và số đo kiểm tra trên cùng chỉ số chiều sâu lỗ khoan phải nằm trong giới hạn cho phép.

6.6  Yêu cầu tài liệu thực địa

Tài liệu thực địa (tài liệu nguyên thủy) gồm: các phai ghi số liệu đo, phai đo kiểm tra, nhật ký ghi chép tại lỗ khoan, biên bản thi công địa vật lý lỗ khoan và các tài liệu liên quan khác. Toàn bộ tài liệu thực địa phải được lưu giữ một cách hệ thống theo từng vùng đo, tuyến đo trong máy tính điện tử. Nghiêm cấm can thiệp vào các phai số liệu nguyên thủy.

7  Phân tích, giải đoán kết quả

7.1  Công tác văn phòng địa vật lý lỗ khoan

7.1.1  Chuyển đường cong đo đồng vị phóng xạ gamma từ phần mềm đo ghi số liệu sang phần mềm xử lý số liệu cho phù hợp với yêu cầu của phần mềm xử lý số liệu.

7.1.2  Thực hiện các nội dung của công tác văn phòng theo Mục 4.3 của TCVN 13589 -1:2022.

7.1.3  Tất cả các phai đo nguyên thủy, phai xử lý trên từng lỗ khoan phải được sắp xếp một cách khoa học, hệ thống, theo quy luật thống nhất trên máy tính điện tử trong từng vùng đo và được ghi chép cụ thể về hệ thống đường dẫn trong nhật ký đo địa vật lý lỗ khoan.

7.2  Đánh giá chất lượng tài liệu:

7.2.1  Chất lượng tài liệu đo đồng vị phóng xạ gamma trong lỗ khoan được đánh giá bằng sai số giữa 02 lần đo theo hình thức đo lặp. Nội dung và phương pháp đánh giá sai số thực hiện theo Công thức thống nhất tại tại Mục 4.3.2 của TCVN 13589-1:2022.

7.2.2  Sai số đo được quy định như sau: sai số trung bình tương đối trong mỗi lỗ khoan: σ_tb ≤ 10 %;

7.2.3  Sai số đo độ sâu lỗ khoan được quy định như sau:

Từ 0 đến 100m, sai số cho phép là ± 0,5 m;

Từ 0 đến 200m, sai số cho phép là ± 0,7 m;

Từ 0 đến 300m, sai số cho phép là ± 1 m;

Từ 0 đến 500m, sai số cho phép là ± 1,2 m;

Từ 0 đến 1000m, sai số cho phép là ± 1,5 m;

> 1000m, sai số cho phép là ± 2,5 m.

7.3  Phân chia ranh giới lớp dọc trục lỗ khoan

7.3.1  Xây dựng đường cong đo đồng vị phóng xạ gamma:

Trong giếng khoan, đồ thị đo đồng vị phóng xạ gamma là đường cong liên tục biểu diễn cường độ phóng xạ thứ cấp đo được sau khi đi qua môi trường đất đá dọc thành lỗ khoan. Các lớp đá khác nhau trong lát cắt thể hiện khác nhau về hình dáng, biên độ của dị thường trên đồ thị. Căn cứ vào dáng điệu đồ thị đường cong dọc trục lỗ khoan thành lập đồ thị theo 2 trục là trục đứng tương ứng là chiều sâu lỗ khoan, trục nằm ngang là tỷ lệ tham số vật lý đo được (lựa chọn tỷ lệ hợp lý sao cho đường cong không cắt khung biểu diễn).

7.3.2  Phân tích kết quả đo

Phương pháp đồng vị phóng xạ thường được tiến hành trong tìm kiếm nước dưới đất, hay kiểm tra chất lượng các công trình thủy công hay trong khai thác dầu khí người ta đưa vào môi trường nghiên cứu một lượng các đồng vị phóng xạ ngắn ngày và đo bức xạ gamma do chúng phát ra, còn gọi là phương pháp đồng vị đánh dấu hay phương pháp đồng vị gamma.

Người ta đo gamma tự nhiên trong lỗ khoan và đánh số là đường GR1.

Thả vào giếng một dung môi có hoạt tính phóng xạ cao (dung dịch, vữa xi măng, nước) hoặc chất bột (cát, bột).

Rửa giếng một cách thận trọng bằng một dung dịch không có hoạt tính phóng xạ hay nước lã.

Đo đường cong gamma thứ hai và đánh số là GR2.

So sánh các đường GR1 và GR2 ta sẽ phát hiện được các đoạn giếng có bám các đồng vị phóng xạ liên quan đến các đối tượng cần nghiên cứu trong địa chất hay trong kỹ thuật.

Các đồng vị được pha trộn trong dung dịch ở nồng độ nhất định. Tránh nồng độ cao, nhưng phải đảm bảo cường độ gamma của dung dịch hoạt tính lớn hơn phông từ 10-20 lần.

7.4  Xây dựng lát cắt địa chất dọc lỗ khoan

Lát cắt được xây dựng trên cơ sở kết quả phân chia các lớp đất đá nêu ở mục 7.3.2 và các tài liệu địa chất, địa vật lý liên quan khác. Lát cắt được thành lập ở tỷ lệ 1:200.

Trên thực tế, việc đo đồng vị phóng xạ gamma thường được thực hiện với tổ hợp các phương pháp khác, do vậy, lát cắt xây dựng trên cơ sở tổng hợp các kết quả của từng phương pháp, trong đó có kết quả của phương pháp đồng vị phóng xạ gamma phối kết hợp với tất cả các phương pháp khác trong tổ hợp để thiết lập lát cắt địa chất dọc thành lỗ khoan.

7.5  Biểu diễn thiết đồ địa vật lý lỗ khoan

Kết quả phương pháp đo được biểu diễn trong thiết đồ địa vật lý lỗ khoan gồm:

- Các đường cong đo và đường cong đo kiểm tra;

- Kết quả xây dựng lát cắt địa chất dọc thành lỗ khoan.

- Thiết đồ địa vật lý lỗ khoan phải được thể hiện đầy đủ tổ hợp phương pháp địa vật lý lỗ khoan, cột địa tầng địa vật lý, cột địa tầng địa chất, các giá trị dị thường địa vật lý và thống nhất trong toàn vùng đo.

8  Báo cáo kết quả:

Báo cáo kết quả đo đồng vị phóng xạ gamma trong lỗ khoan được lồng ghép chung trong công tác đo địa vật lý lỗ khoan của toàn vùng đo, thường gồm các dạng tài liệu sau:

- Các file đo và đo kiểm tra được quản lý và lưu trữ hệ thống trên máy tính.

- Các thiết đồ địa vật lý lỗ khoan hoàn chỉnh.

- Các mặt cắt liên kết địa tầng các lỗ khoan trong vùng đo theo các phương khác nhau.

- Các mặt cắt địa chất - địa vật lý luận giải từ kết quả đo địa vật lý lỗ khoan.

- Các nhật ký đo và các tài liệu liên quan khác.

- Báo cáo thuyết minh phương pháp được lập chung với tổ hợp phương pháp địa vật lý lỗ khoan khác, các nội dung chính như sau:

+ Phương pháp và kỹ thuật đã sử dụng.

+ Chất lượng tài liệu, khối lượng công việc.

+ Các phương pháp xử lý, giải đoán tài liệu địa vật lý.

+ Giải thích địa chất kết quả địa vật lý.

+ Đánh giá mức độ giải quyết nhiệm vụ./.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của đầu đo đồng vị phóng xạ gamma

Hình A.1 - Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của đầu đo đồng vị phóng xạ gamma

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] Bộ Tài nguyên và Môi trường, TT 02/2011/TT-BTNMT), Thông tư Quy định kỹ thuật đo địa vật lý lỗ khoan.

[2] Lê Hải An (2005), Địa vật lý giếng khoan (giáo trình điện tử), Hà Nội.

[3] Nguyễn Văn Phơn (1997), “Địa vật lý giếng khoan - Một số vấn đề lý thuyết và phạm vi ứng dụng” - Tài liệu bồi dưỡng nghiên cứu sinh và giảng dạy cho các lớp cao học chuyên ngành địa vật lý, Hà Nội.

[4] Nguyễn Văn Phơn, Hoàng Văn Quý (2004), Địa vật lý giếng khoan, Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, Hà Nội.

[5] A.G. Kalinin, R.A. Gandzumian (2006) Cẩm nang kỹ sư công nghệ khoan giếng sâu, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

[6] International Atomic Energy Agency (IAEA) (1982), Borehole logging for uraniun exploration, Vienna.

[7] Philip Kearey and Michael Brooks (1991), An introduction to Geophysical exploration, Blackwell Scientic Publications.

[8] Philippop (1973), Địa vật lý hạt nhân (bản tiếng Nga), Nhà xuất bản Nauka, Novosibirsk.

[9] Robertson geollogging, Borehole logging systems and services.