Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13589-12:2023 về Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - Địa vật lý lỗ khoan - Phần 12: Phương pháp đo góc cắm của đá

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13589-12:2023

ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ THĂM DÒ KHOÁNG SẢN - ĐỊA VẬT LÝ LỖ KHOAN - PHẦN 12: PHƯƠNG PHÁP ĐO GÓC CẮM CỦA ĐÁ

Investigation, evaluation and exploration of minerals - Borehole geophygical survey - Part 12: Measure the angle of inclination of the rock layers

Lời nói đầu

TCVN 13589-12:2023 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 13589-10:2023, Phần 10: Phương pháp đồng vị phóng xạ gamma

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

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 12: PHƯƠNG PHÁP ĐO GÓC CẮM CỦA ĐÁ

Investigation, evaluation and exploration of minerals - Borehole geophygical survey - Part 12: Measure the angle of inclination of the rock layers

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định nội dung kỹ thuật phương pháp đo góc cắm của các lớp đá 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 13589-1:2022 và thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Phương pháp đo góc cắm của đá (Measure the angle of inclination of the rock layers)

phương pháp sử dụng bộ thiết bị chuyên dụng thả vào lỗ khoan để xác định góc nghiêng của các lớp đất đá hoặc khe nứt so với phương nằm ngang dọc thành lỗ khoan.

4  Nguyên lý của phép đo góc cắm

Mặt phân lớp cắt qua giếng khoan tạo thành một vết cắt hình elip. Trên vết cắt đo khi chọn được ít nhất ba điểm ta dựng được một mặt phẳng phân lớp. Nguyên lý của phương pháp đo góc cắm của đá như sau:

Để đo được góc cắm của một mặt phân lớp hay vết nứt cắt qua giếng khoan, người ta chế tạo một Zond có từ ba hoặc bốn điện cực gắn trên ba hoặc bốn tấm cách điện được tì sát vào thành lỗ khoan nhờ các lò so. Trên vành tròn, mỗi điện cực được sắp xếp cách đều nhau 120° đối với thiết bị 3 cực (90° đối với thiết bị 4 cực).

Qua mỗi điện cực trên các cánh ghi được một đường điện trở khi nó quét trên thành giếng. Vì kích thước của các điện cực gắn trên các cánh có tấm đệm là rất nhỏ, lại được hội tụ dòng nên các đường cong điện trở đo được có độ phân giải rất cao, do đó có thể xem các số đo là kết quả đo của từng điểm trên thành giếng. Khi thiết bị qua điểm phân cách của các lớp đất đá khác nhau hay một vết nứt nẻ thì đường cong điện trở trên mỗi cánh đều thể hiện sự thay đổi điện trở suất. Dấu hiệu thay đổi điện trở qua các mặt phân cách đó sẽ không trên cùng một chiều sâu nếu trục giếng khoan không vuông góc với mặt phân cách đó. Các chiều sâu đánh dấu sự thay đổi đột ngột giá trị điện trở suất trên mỗi cánh gọi là chiều sâu biểu kiến (chiều sâu tương đối tính theo trục giếng khoan). Sự khác nhau của các chiều sâu tương đối này giữa các điện cực chứa đựng thông tin cần thiết để đánh giá góc cắm và góc phương vị nếu ta biết được:

a) Hướng của trục thiết bị và hướng của một trong số các cánh sử dụng (thường dùng cánh thứ nhất so với hướng bắc địa từ).

b) Góc nghiêng và phương vị của trục lỗ khoan.

c) Đường kính giếng tại điểm quan sát.

Tính góc cắm của vỉa:

Các giá trị góc nghiêng λ của trục giếng khoan so với phương thẳng đứng được ghi ở dạng đường cong đo liên tục (thường sắp xếp ở cột bên trái của băng ghi, với thang 0 - 9°/18°/36°/72°/, trong đó thang 36° hay được sử dụng hơn cả.

Trong trường hợp của hệ thang 36° các đường cong chỉ góc phương vị φ của điện cực N°1 so với hướng bắc địa từ, đường cong chỉ phương của điện cực N°1 so với hướng của trục giếng (vòng β) cũng được ghi liên tục theo chiều sâu của giếng khoan.

Các bước tiến hành tính toán như sau:

a) Xác định góc cắm và phương vị biểu kiến so với hướng của giếng (θ, F).

b) Xác định góc và phương vị từ sau khi hiệu chỉnh góc nghiêng δ của trục giếng khoan (α, AZM).

c) Xác định phương vị địa lý của góc cắm theo phép hiệu chỉnh cho góc lệch từ (AZG).

d) Xác định góc cắm biểu kiến và phương vị của điện cực N°1.

Các tính toán nhìn chung là khá phức tạp. Các hãng sản xuất thiết bị đã xây dựng phần mềm tự động tính toán để đưa ra các tham số góc cắm và hướng cắm của vỉa hoặc hệ khe nứt trong lỗ khoan.

5  Máy móc, thiết bị, hiệu chuẩn máy

5.1  Máy móc, thiết bị đo trong lỗ khoan

Đầu đo góc cắm của đá được chế tạo theo nguyên lý như ở mục 4 nêu trên và được nối trực tiếp với bộ phận điều khiển trên mặt đất (trạm đo) thông qua bộ phận tời cáp. Hiện nay, các hãng cung cấp thiết bị đo góc cắm đã xây dựng phần mềm để phân tích, xử lý, tính toán, biểu diễn kết quả đo góc cắm đồng bộ với thiết bị cung cấp.

- 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.

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

5.2.1  Đầu đo góc cắm của đá 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 tại các đơn vị có chức năng do cơ quan có thẩm quyền quyết định.

5.3.2  Tất cả các thiết bị đo góc cắm, 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.

5.2.3  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. Ngoài ra, khi đo cần lưu ý 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 đo địa vật lý 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 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 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 đo địa vật lý lỗ khoan trước khi đo.

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 góc cắm trong lỗ khoan

Đo góc cắm của đá 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 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 được quy định bằng số điểm ghi số liệu trên một mét chiều sâu dọc thành lỗ khoan. Thông thường tỷ lệ ghi là 0,1m/điểm ghi số liệu.

6.4  Tốc độ kéo cáp

Thông thường chọn tốc độ kéo cáp từ 400-600 m/h. Chọn tốc độ kéo cáp theo hồ sơ kỹ thuật của máy đo.

Khi đo đồng thời với các phương pháp khác thì phải đảm bảo nguyên tắc tốc độ kéo cáp không được lớn hơn tốc độ kéo cáp 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 lỗ khoan, 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 góc cắm trong lỗ khoan:

- 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 từ phần mềm đo ghi số liệu sang phần mềm xử lý, biểu diễn số liệu cho phù hợp với yêu cầu của phần mềm xử lý số liệu.

7.1.2  Thực hiện nội dung công tác văn phòng theo Mục 4.3 thuộc 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 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 trong lỗ khoan được đánh giá bằng việc so sánh số đo giữa hai làn theo hình thức đo lặp.

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 ± 0,5m;

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

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

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

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

> 1000m, sai số cho phép là ± 2,5m.

7.3  Phân tích, xử lý tài liệu đo góc cắm

7.3.1  Xây dựng đường cong đo góc cắm của đá:

Trong giếng khoan, đồ thị đo góc cắm là các đoạn băng biểu diễn điện trở điểm của các điện cực được đặt cố định một góc 90° hoặc 120° trên mặt phẳng tì vào thành lỗ khoan. Với các kỹ thuật liên kết điện trở tại các điện cực và từng vị trí của điện cực, người ta xác định được chiều sâu, thế nằm của các mặt phân lớp, khe nứt dọc trục lỗ khoan. Căn cứ vào dáng điệu đồ thị đường cong liên kết 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

- Phân tích kết quả khá phức tạp, các hãng sản xuất đều đã đưa ra phương pháp tính toán chi tiết cho từng kiểu đầu đo khác nhau và xây dựng thành phần mềm máy tính để tính toán tự động góc cắm, hướng cắm của đối tượng theo chiều sâu dọc trục lỗ khoan.

- Có nhiều cách biểu diễn kết quả đo góc cắm α và góc phương vị G, góc lệch σ. Dưới đây đưa ra ví dụ về cách biểu diễn theo kiểu đầu con nòng nọc.

Hình 1. Ví dụ về cách biểu diễn kết quả đo góc cắm trong lỗ khoan kiểu đầu cong nòng nọc

7.4  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 xác định góc cắm của các cấu tạo địa chất dọc thành lỗ khoan.

- Thiết đồ địa vật lý lỗ khoan phải được thể hiện chung trong 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 góc cắm 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.

- Bảng phương vị và góc cắm dọc trục lỗ khoan.

- Báo cáo thuyết minh: công tác đo 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 của thiết bị đo góc cắm

Hình A.1 - Sơ đồ nguyên lý cấu tạo đầu đo góc cắm của đá trong lỗ khoan

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.