Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13589-8:2023 về Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - Địa vật lý lỗ khoan - Phần 8: Phương pháp đo cảm ứng điện từ

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13589-8:2023

ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ THĂM DÒ KHOÁNG SẢN - ĐỊA VẬT LÝ LỖ KHOAN - PHẦN 8: PHƯƠNG PHÁP ĐO CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Investigation, evaluation and exploration of minerals: Borehole geophygical survey - Part 8: Electromagnetic induction method method

Lời nói đầu

TCVN 13589-8:2023 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 13589-9:2023, 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 13589-12:2023, 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 8: PHƯƠNG PHÁP ĐO CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Investigation, evaluation and exploration of minerals: Borehole geophygical survey - Part 8: Electromagnetic induction method method

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định nội dung kỹ thuật phương pháp đo cảm ứng điện từ 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 cảm ứng điện từ (Induction Log)

phương pháp sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ khi phát dòng biến đổi tần số và thu lại cường độ dòng điện cảm ứng ở một ống dây thu khác. Tín hiệu qua đất đá khác nhau sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng khác nhau.

4  Nguyên lý phương pháp đo cảm ứng điện từ

Ống dây phát T được nuôi bởi một nguồn G phát dòng biến đổi tần số f. Cách T một khoảng L đặt một ống dây thu R. Các ống T và R đặt đồng trục và thẳng hàng tạo thành một đầu đo đơn giản. Nguyên tắc đo cảm ứng điện từ như sau:

Khi được cung cấp một dòng biến đổi tần số f, ống dây T trở thành một lưỡng cực từ biến đổi, có tạo ra trong môi trường xung quanh giếng khoan một trường điện từ sơ cấp (cũng gọi là trường trực tiếp). Trường điện từ sơ cấp lan truyền trong đất đá có độ dẫn C và làm xuất hiện trong môi trường này dòng cảm ứng do kết quả của hiệu ứng Foucault. Dòng cảm ứng truyền trong môi trường dẫn vòng quanh ống dây ở những khoảng cách và bán kính nhất định. Cường độ dòng tỷ lệ với độ dẫn của môi trường và lệch pha với dòng phát đúng bằng , nhưng đồng pha với thành phần U_react.

Đến lượt nó, dòng cảm ứng này cũng gây ra trong môi trường một trường điện từ thứ cấp ngược pha với dòng phát. Trường điện từ biến đổi thứ cấp này sẽ gây cảm ứng trong ống dây thu R một sức điện động (tín hiệu) tỷ lệ với độ dẫn của đất đá xung quanh giếng khoan.

Các đầu đo cảm ứng trong thực tế, ngoài hai ống dây phát T và thu R còn được lắp đặt thêm các ống dây hội tụ nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của cột dung dịch và các lớp đất đá vây quanh.

5  Máy móc, thiết bị, hiệu chuẩn máy

5.1  Máy móc, thiết bị đo địa vật lý lỗ khoan

Máy, thiết bị đo địa vật lý lỗ khoan nói chung gồm 3 bộ phận chính là: Trạm đo; tời - cáp; đầu đo (máy giếng). Trong đó, trạm đo và tời - cáp được thiết kế để dùng chung cho mọi phương pháp đo địa vật lý lỗ khoan; máy giếng được thiết kế riêng theo đặc tính kỹ thuật và mục tiêu của từng phương pháp.

- Trạm đo (control station): bộ phận phối hợp điều khiển các bộ tời, cáp, máy giếng. Cung cấp nguồn và ghi nhận các tín hiệu thu được từ các máy địa vật lý thả xuống dưới lỗ khoan (máy giếng).

Cấu trúc của một trạm đo địa vật lý lỗ khoan hiện nay thường gọn nhẹ, đa năng, đồng bộ, ghi số hoàn toàn, điều khiển hoạt động bằng phần mềm chuyên dụng và có 3 khối chính sau: Khối điều khiển đo ghi số liệu; khối tời cáp; khối thu phát tín hiệu địa vật lý (đầu đo).

- Khối tời cáp: là bộ phận trung gian gồm có tời, cáp đo được nối với máy giếng và bộ phận điều khiển. Khối này có chức năng kéo thả, cung cấp nguồn nuôi cho máy giếng và truyền dẫn tín hiệu lên bảng điều khiển.

- Khối thu phát tín hiệu, gồm các máy đo địa vật lý (máy giếng): máy giếng hiện nay được thiết kế để có thể đo riêng từng phương pháp, hoặc cùng lúc đo nhiều phương pháp hoặc nối tiếp với nhau để đo một số phương pháp có cùng tốc độ kéo cáp để tăng năng suất và chất lượng tài liệu nguyên thủy trong quá trình đo địa vật lý lỗ khoan.

Đầu đo cảm ứng điện từ được chế tạo theo sơ đồ nguyên lý như Phụ lục A của tiêu chuẩn này.

- 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 để xác định độ nhạy, độ ổn định của thiết bị đo (kiểm tra ở chế độ “tĩnh” trên thiết bị và phần mềm do nhà sản xuất cung cấp).

Chỉ các thiết bị đo đã được hiệu chuẩn định kỳ và đảm bảo chất lượng 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 cảm ứng từ 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  Máy móc, thiết bị đo cảm ứng điện từ trong lỗ khoan phải được hiệu chuẩn định kỳ một năm một lần và sau mỗi lần sửa chữa, thay thế linh kiện. Việc hiệu chuẩn thực hiện theo quy định hiện hành. Thực hiện bằng một trong hai cách sau:

- Thả đầu đo trong môi trường đã biết trước độ dẫn điện (điện trở suất) và tiến hành đo. Giá trị đo được định cỡ theo giá trị độ dẫn của nó trên mô hình chuẩn đã cho. Cách làm này đòi hỏi mô hình chuẩn phải có kích thước lớn để thỏa mãn điều kiện đồng nhất, đẳng hướng, vô hạn như lý thuyết, nên cách này chỉ dùng ở các trung tâm chế tạo, lắp ráp máy lớn.

- Dùng vòng dây có điện trở suất biết trước đặt xung quanh đầu đo cảm ứng, thao tác như sau: phối hợp trở kháng của mỗi vòng, đường kính và vị trí của vòng so với thiết bị sao cho các thành phần U_act và U_react của tín hiệu tổng là xấp xỉ bằng nhau tương ứng với sức điện động tạo ra trong điều kiện môi trường hữu hạn.

Đối với các đá thường gặp ở vỏ Quả đất có độ dẫn khoảng 2 mS/m (R =500Ωm), tần số làm việc 20 kHz, chiều dài Zon L = 1m thì thành phần U_act lớn hơn U_react rất nhiều. Trong điều kiện đó khi chuẩn khắc độ có thể chỉ cần tiến hành đo thành phần U_act.

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

5.3.3  Kết quả hiệu chuẩn phải xác định được mối quan hệ giữa số đọc trên thiết bị đo và giá trị sức điện động cảm ứng thực tế.

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. Trong đó, 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 trạm đo cột địa tàng 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 lỗ khoan.

6.1.2  Lỗ khoan phải đảm bảo để thả đầu 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 đang tiến hành 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 đo 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

Đo cảm ứng điện từ 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. 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 cố 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 cảm ứng điện từ trong lỗ khoan 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 300 - 600m/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 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 cảm ứng điện từ 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

7.1.1  Chuyển đường cong đo cảm ứng điện từ từ phần mềm đo ghi số liệu sang phần mềm xử lý số liệu, phù hợp với yêu cầu của phần mềm xử lý số liệu.

7.1.2  Nội dung văn phòng địa vật lý lỗ khoan thực hiện 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 trong từng vùng đo và được ghi chép cụ thể về hệ thống đường dẫn trong nhật ký đo địa vật lý lỗ khoan.

7.1.2  Đánh giá chất lượng tài liệu

7.2.1  Chất lượng tài liệu đo cảm ứng từ trong lỗ khoan được đánh giá bằng sai số giữa hai lần đo theo hình thức đo lặp. Nội dung và phương pháp đánh giá sai số thực hiện theo Công thức thống nhất 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 ≤ 15 %;

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 chia ranh giới lớp dọc trục lỗ khoan

7.3.1  Xây dựng đường cong đo cảm ứng điện từ trong lỗ khoan:

Căn cứ vào dáng điệu đồ thị đường cong đo cảm ứng điện từ dọc trục lỗ khoan, thành lập đồ thị phương pháp 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

Trong thực tế sản xuất chủ yếu dùng các đầu đo cảm ứng có nhiều ống dây và gọi là Zond hội tụ. Khoảng cách giữa hai ống dây T và R là chiều dài L của Zond. Khi tăng chiều dài L sẽ làm tăng phần đóng góp của đới xa vào tín hiệu đo, nhưng lại làm giảm ảnh hưởng của đới gần lên kết quả đo. Để tăng khả năng nghiên cứu theo bán kính của Zond thì cần giảm tín hiệu của giếng khoan so với tín hiệu từ đới nguyên.

Chiều sâu nghiên cứu theo phương bán kính và khả năng phân giải lát cắt theo phương z của một Zond đo cảm ứng được tính như sau:

Đối với trường hợp của Zond hai ống dây, giá trị G tính theo (1) biến đổi như hàm số của r.

Với Zond hai ống dây không hội tụ, trường điện từ tập trung chủ yếu trong đới hình trụ có bán kính đến L.

Với các Zond đo có nhiều ống dây hội tụ có chiều sâu nghiên cứu tăng theo chiều dài của Zond.

Yếu tố hình học theo phương thẳng đứng tại vị trí cách điểm đo O một khoảng Z được tính theo biểu thức sau:

Lấy tích phân của (2) ta được các biểu thức sau:

Vậy là một vỉa có chiều dày lớn hơn L thì ảnh hưởng của các lớp vây quanh sẽ rất nhỏ, điều đó đồng nghĩa với nhận xét độ phân giải lát cắt của Zond đo cảm ứng bằng chiều dài L của nó.

- Lưu ý: Hiệu ứng skin (hiệu ứng bề mặt) thường rất mạnh trong các trường hợp môi trường nghiên cứu có độ dẫn cao, nó là kết quả tương tác của các vòng dây thành phần làm cho giá trị đo độ dẫn biểu kiến thấp đi rất nhiều so với thực tế.

Để tăng khả năng phân giải của lát cắt theo chiều thẳng đứng cần giảm ảnh hưởng của các phần môi trường ở xa Zond đo về phía trên và dưới, nhưng không được giảm phần tín hiệu của phần môi trường ở gần, ngang với điểm đo.

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 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 địa vật lý lỗ khoan thường được thực hiện với tổ hợp các phương pháp, 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 đo cảm ứng điện từ 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 cảm ứng từ được biểu diễn trong thiết đồ địa vật lý lỗ khoan gồm:

- Các đường cong đo và 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 cảm ứng điện từ trong lỗ khoan được lồng ghép chung trong công tác đo địa vật lý lỗ khoan của toàn vùng đo, gồm các dạng tài liệu sau:

- Các phai 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 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 số liệu theo từng phương pháp,

+ Giải thích địa chất kết quả đo 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 cảm ứng điện từ

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.