Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5

Ch-ơng 5 Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân có cơ sở vật lý - địa chất dựa trên các hiện t-ợng phóng xạ tự nhiên và kích thích nhân tạo trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan. Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân đ-ợc sử dụng để nghiên cứu lát cắt địa chất không chỉ ở các giếng khoan trần (ch-a chống ống) mà ở các giếng khoan đã chống ống. Đây là -u điểm nổi bật của ph-ơng pháp này. 5.1. Cơ sở vật lý - địa chất 5.1.1....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5 Ch−¬ng 5 C¸c ph−¬ng ph¸p phãng x¹ h¹t nh©n C¸c ph−¬ng ph¸p phãng x¹ h¹t nh©n cã c¬ së vËt lý - ®Þa chÊt dùa trªn c¸c hiÖn t−îng phãng x¹ tù nhiªn vµ kÝch thÝch nh©n t¹o trong c¸c líp ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan. C¸c ph−¬ng ph¸p phãng x¹ h¹t nh©n ®−îc sö dông ®Ó nghiªn cøu l¸t c¾t ®Þa chÊt kh«ng chØ ë c¸c giÕng khoan trÇn (ch−a chèng èng) mµ ë c¸c giÕng khoan ®∙ chèng èng. §©y lµ −u ®iÓm næi bËt cña ph−¬ng ph¸p nµy. 5.1. C¬ së vËt lý - ®Þa chÊt 5.1.1. C−êng ®é phãng x¹ tù nhiªn trong ®¸ a. C¸c nguyªn tè ®ång vÞ phãng x¹ tù nhiªn C¸c ®¸ ë vá qu¶ ®Êt cã chøa c¸c nguyªn tè ®ång vÞ kh«ng bÒn v÷ng, chóng lu«n bøc x¹ ra c¸c tia α, β vµ γ. RÊt nhiÒu trong sè c¸c nguyªn tè ®ång vÞ phãng x¹ ®ã cã hµm l−îng rÊt thÊp trong ®Êt ®¸ nªn trong thùc tÕ phÇn ®ãng gãp cña chóng vµo c−êng ®é bøc x¹ tù nhiªn lµ kh«ng ®¸ng kÓ. C−êng ®é bøc x¹ gamma tù nhiªn mµ ta cã thÓ ®o ®−îc chñ yÕu lµ phÇn ®ãng gãp cña c¸c nguyªn tè trong c¸c dÉy phãng x¹ Uran 238 235 232 40 ( 92 U , 92 U ),Thori ( 90 Th ) vµ ®ång vÞ phãng x¹ cña Kali ( 19 K ), ngoµi ra cßn mét l−îng nhá kh¸c nh− Rubi ( 87 Rb ) vµ c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm kh¸c ( 138 La , 176 Lu ). 57 57 71 C¸c ®ång vÞ phãng x¹ nµy cã ®êi sèng rÊt dµi bøc x¹ phÇn chñ yÕu c¸c tia gamma tù nhiªn (B¶ng 5.1) B¶ng 5.1 K Th U Hµm l−îng t−¬ng ®èi trong vá qu¶ ®Êt ∼ 12 ppm ∼ 3 ppm 2,35% (Sè Clarke) Ho¹t tÝnh γ t−¬ng ®èi cña ®¬n vÞ träng 1 1300 3600 l−îng cña nguyªn tè 4,4.109 (238U) 1,3.109 1,4.1010 Chu kú b¸n r∙ (n¨m) 7,1.108 (235U) Kali khi ph©n r∙ cã 11% sè ph©n r∙ b¾n ra gamma ®Ó biÕn thµnh argon 40Ar lµ nguyªn tè bÒn v÷ng. V× thÕ Kali chØ cã mét phæ n¨ng l−îng gamma ®¬n 1,46MeV. C¸c qu¸ tr×nh ph©n r∙ phøc t¹p h¬n gÆp ë c¸c nguyªn tè Uran vµ Thori hîp thµnh d∙y ®ång vÞ. Mét sè nguyªn tè trong c¸c d∙y nµy cã bøc x¹ ra tia gamma tù nhiªn (chi tiÕt xem gi¸o tr×nh th¨m dß phãng x¹). Trong ®iÒu kiÖn giÕng khoan, c¸c tia phãng x¹ α vµ β cã kh¶ n¨ng ®©m xuyªn kÐm nªn dÔ dµng bÞ hÊp thô hoµn toµn chØ cßn l¹i tia γ. 112 Tia gamma cã b¶n chÊt lµ bøc x¹ sãng ®iÖn tö (foton) cã thÓ ë d¹ng riªng rÏ (tia γ b¾n ra tõ ®ång vÞ 40K) hoÆc ph¸t x¹ cïng víi c¸c tia α vµ β. Tia gamma cã kh¶ n¨ng ®©m xuyªn lín nªn hay ®−îc ®o vÏ trong giÕng khoan. Trong m«i tr−êng ®Êt ®¸, tia γ cã thÓ bÞ khóc x¹, ph¶n x¹ vµ nhiÔu x¹. N¨ng l−îng cña chóng thay ®æi trong kho¶ng réng 0,0019 - 9MeV. b) Ho¹t tÝnh phãng x¹ tù nhiªn cña c¸c ®¸ Ho¹t tÝnh phãng x¹ cña c¸c ®¸ phô thuéc vµo thµnh phÇn kho¸ng vËt vµ nguån gèc cña ®¸. C¸c ®¸ x©m nhËp ph©n biÖt nhau theo møc ®é bøc x¹ gamma tù nhiªn. C¸c ®¸ cã thµnh phÇn axit (granit, granodiorit, ) cã c−êng ®é phãng x¹ cao h¬n c¶ v× cã chøa Kali vµ c¸c nguyªn tè trong d∙y U, Th. Feldspat vµ Mica lµ c¸c kho¸ng vËt cã mÆt nhiÒu trong ®¸ macma chøa nhiÒu K, trong ®ã cã thÓ cã tíi 0,02% lµ ®ång vÞ 40K. C¸c ®¸ baz¬ vµ siªu baz¬ cã ®é phãng x¹ gamma tù nhiªn thÊp nhÊt. C¸c ®¸ trÇm tÝch lµ s¶n phÈm phong ho¸ tõ ®¸ macma cã ®é phãng x¹ tù nhiªn kh¸c nhau. NÕu s¶n phÈm bµo mßn phong ho¸ tõ ®¸ axit, c¸c ®ång vÞ phãng x¹ cã ®é linh ®éng cao sÏ tÝch tô ë nh÷ng n¬i nhÊt ®Þnh. Th¹ch anh- mét trong nh÷ng kho¸ng vËt chÝnh cña ®¸ axit sÏ kÕt tinh ë d¹ng s¹ch vµ kÕt thµnh ®¸ c¸t cã ®é phãng x¹ tù nhiªn thÊp. Feldspat vµ mica lµ c¸c kho¸ng vËt cã chøa nhiÒu K nªn dÔ bÞ hÊp phô bëi c¸c kho¸ng vËt sÐt, v× vËy mµ sÐt th−êng cã ®é phãng x¹ cao. C−êng ®é phãng x¹ tù nhiªn cao ë c¸c líp sÐt còng cßn v× c¸c nguyªn nh©n kh¸c n÷a. Trong qu¸ tr×nh l¾ng ®äng, sÐt hÊp phô c¸c ion cña c¸c nguyªn tè ®ång vÞ phãng x¹ cã trong c¸c x¸c ®éng vËt cÊp thÊp. C¸c sÐt bÞ bitum ho¸, cã thÓ chøa tíi 0,01% Uran hay Thori. C−êng ®é phãng x¹ trong tr−êng hîp nµy lµ do sù tÝch tô c¸c ®ång vÞ phãng x¹ cña c¸c d∙y Uran vµ Thori khi cã c¸c chÊt keo sinh ra tõ vËt chÊt h÷u c¬. C¸c ®¸ cacbonat (v«i, dolomit, ) cã ®é phãng x¹ thÊp nhÊt. ë c¸c ®íi x¶y ra qu¸ tr×nh dolomit ho¸ do t¸c ®éng cña n−íc d−íi ®Êt ta thÊy cã sù t¨ng nhÑ ®é phãng x¹ tù nhiªn do cã mét l−îng nhá c¸c ®ång vÞ phãng x¹ cã s½n trong n−íc. C¸c ®¸ c¸t kÕt vµ cacbonat cã sè ®o ®é phãng x¹ tù nhiªn t¨ng dÇn th ...