Giáo trình địa vật lý giếng khoan part 6 pot

Phương trình vừa nêu có thể được viết: 22.5 x o b b e I à γ Lấy logarit 5.22 ta có: 23.5ln lnIγ = I o ưàmρb x Ta dễ dàng nhận thấy: Nếu cường độ bức xạ của nguồn Io và hệ số àm không đ

Trở lại với phương trình (5.8) ta có nhận xét hệ số hấp thụ tia gamma của môi trường hay hệ số tắt dần là tổng các hệ số tắt dần tuyến tính của các qúa trình hấp thụ quang điện, tán xạ compton và tạo cặp

Để thuận tiện trong nghiên cứu môi trường vật chất ở các trạng thái rắn, ta dùng một hệ số cơ bản hơn - hệ số hấp thụ khối (àm) Hệ số hấp thụ khối là tỷ số của hệ số tắt dần à chia cho mật độ khối ρb của môi trường (àm = à/ρb)

Hệ số hấp thụ khối cuả một chất giảm khi năng lượng của lượng tử gamma tăng Với cùng một mức năng lượng của tia tới, hệ số hấp thụ khối của các vật chất khác nhau có giá trị gần xấp xỉ nhau Đây là điểm rất quan trọng và là cơ sở vật lý của các phép đo gamma tán xạ trong giếng khoan

Phương trình vừa nêu có thể được viết:

( )

)22.5(

x o

b b

e I

à γ

Lấy logarit (5.22) ta có:

)23.5(ln

lnIγ = I o ưàmρb x

Ta dễ dàng nhận thấy: Nếu cường độ bức xạ của nguồn Io và hệ số àm không đổi, khoảng cách x từ nguồn đến detector là cố định thì giá trị cường độ phóng xạ gamma tán xạ Iγ đo được sẽ là hàm số chỉ phụ thuộc vào mật độ khối ρb 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 ρb của đất đá ở thành giếng khoan

Trong trường hợp năng lượng của các tia gamma đủ lớn, hiệu ứng compton sẽ trội hơn thì mối quan hệ hàm số Iγ = f(ρb) càng chặt chẽ và do đó người ta gọi phép đo gamma tán xạ này là phương pháp gamma tán xạ mật độ (Formation Density - FDC (Schlumberger); Compensated Density Log- CDL (Halliburton))

Ngược lại, nếu dùng nguồn phóng xạ gamma có năng lượng thấp, hiệu ứng hấp thụ quang điện sẽ chiếm ưu thế khi tia gamma tương tác với môi trường nghiên cứu (Xem hình 5.4) Cường độ gamma đo được Iγ sẽ chủ yếu phụ thuộc vào số electron trong một đơn vị thể tích môi trường hay tỷ lệ nghịch với số các nguyên tố nặng (Bi,

W, Pt, Au, Ag, Pb, ) trong môi trường đó Dựa vào đặc điểm đó, ta có thể phát hiện ra các đới trong lát cắt chữa các nguyên tố nặng Phép đo như vậy trong giếng khoan (dùng nguồn chiếu tia gamma năng lượng thấp) gọi là phương pháp gamma tán xạ chọn lọc

5.3.3.2 Sơ đồ đo gamma tán xạ trong giếng khoan

Hình 5.14 là sơ đồ nguyên tắc khi thực hiện phép đo gamma tán xạ trong giếng khoan Trong sơ đồ có các khối sau: 1- khối khuyếch đại, 2- bộ lọc bằng dương bản truyền xạ, 3- Ngăn tích phân, 4- Bộ ghi, 5- khối nguồn nuôi, 6- khuyếch đại sơ bộ, 7-

bộ cao áp, 8- detector, 9- R∙nh cửa sỏ, 10- màn chì, 11- nguồn phóng xạ gamma, 12- cáp, 13- thanh đè áp sườn

+ Nguồn phóng xạ

gamma trong các phép đo

gamma tán xạ là các nguồn hoá

+ Máy giếng (Zond)

cấu tạo đặc biệt nhằm loại bỏ tối đa các ảnh hưởng của môi trường xung quanh

- Các khối nguồn và khối đo của máy giếng được lắp đặt trong một ống trụ bằng hợp kim nhẹ có đường kính nhỏ hơn đường kính danh định của giếng khoan

- áp sườn nhờ một hệ lò so và cánh tay gạt

- Detector và nguồn phóng xạ được đặt trong màn chì có các khe r∙nh hướng tới thành giếng khoan ở phía áp sườn nhằm tăng độ nhạy của kết quả đo với mật độ của

đất đá (nếu là đo tán xạ mật độ)

- Điểm đo được tính cho điểm O, nằm chính giữa nguồn và detector

- Khoảng cách từ nguồn đến detector là chiều dài Lγγ của Zond đo gamma tán xạ Khi Zond đo định hướng được áp sườn ảnh hưởng của dung dịch khoan và lớp

vỏ sét lên kết quả đo là nhỏ nhất và như nhau ở mọi điểm đo trong giếng khoan

Hình 5.14 Sơ đồ nguyên tắc đo Gamma tán xạ định hướng

Trong các trường hợp giếng khoan có đường kính nhỏ, ít bị sập lở thì không nhất thiết phải sử dụng các máy giếng có áp sườn và đo định hướng Phép đo hướng về mọi phía như nhau Detector có thể dùng loại ống đếm tỷ lệ Màn chì là dĩa bằng chì

đặt gần nguồn phóng xạ hơn Cách đo như vậy, mọi kết quả ghi được đều mang tính biểu kiến, chỉ nên sử dụng trong phân tích nhanh và phân tích định tính Muốn dùng phân tích định lượng thì cần có các phép hiệu chỉnh tương ứng

Khi thiết kế máy giếng cho việc nghiên cứu một đối tượng cụ thể, các thông số của máy giếng (chiều dài Lγγ, chiều dày và hình dáng màn chắn, kích thước và hướng góc nhìn của các r∙nh cửa sổ từ nguồn và vào detector, ) cần được lựa chọn để có kết quả đo tốt nhất

Trong các phép đo gamma tán xạ ở giếng khoan, chiều dài Lγγ của Zond đo thường được chọn bằng một khoảng cách đủ lớn để tránh vùng “mù”, nghĩa là vùng ở

đó giá trị phép đo không nhạy với sự thay đổi mật độ hay hàm lượng các nguyên tố nặng trong môi trường nghiên cứu

của phép đo gamma tán xạ mật độ như vậy,

Schlumberger gọi là phương pháp gamma

tán xạ mật độ bù (kép) (FDC)

Detector gần nguồn có chiều sâu nghiên cứu nhỏ, chủ yếu đo phần các gamma tán xạ trong lớp vỏ sét và phản ánh mức độ nhẵn của thành giếng Giá trị đo từ detector này dùng để tính hiệu chỉnh ảnh hưởng của vỏ sét

Hình 5.16 là biểu diễn giao hội giữa hai số đếm của các detector xa và gần để tính lượng hiệu chỉnh mật độ

Vỏ sét

Đất đá (ρ b )

Vùng nghiên cứu của detector xa Vùng nghiên cứu của detector gần Nguồn

Hình 5.15 Sơ đồ đo Gamma tán xạ bù

Vỏ sét có phụ

gia Barit

Vỏ sét không có phụ gia Barit

Hình 5.16.Sơ đồ biểu diễn các ảnh

hưởng của vỏ sét

Trên hình vẽ ta thấy với một giá trị mật độ khối ρb cho trước, số đếm của hai detector khi giao hội sẽ rơi vào các điểm trên một đường cong trung bình và không đổi với mọi giá trị mật độ và chiều dày của vỏ sét

Dựa vào tập hợp các đường cong trung bình này có thể xác định được giá trị hiệu chỉnh

∆ρb Máy ghi trên mặt đất sẽ tự động ghi giá trị ρb và ∆ρb cùng chiều sâu

Trên hình 5.16 - trục đứng là giá trị số đếm của detector xa, trục ngang là số

5.3.3.4 Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của các Zond đo gamma tán xạ mật độ

Chiều sâu nghiên cứu của các thiết bị đo gamma tán xạ mật độ phụ thuộc vào mật độ khối của đất đá ở thành giếng khoan Mật độ càng cao thì chiều sâu nghiên cứu của phép đo càng giảm Trong các thành hệ có lỗ rỗng và thấm tốt, chiều sâu nghiên cứu của các thiết bị hiện nay không quá 6 inch (∼ 15cm), nghĩa là trong vùng đới ngấm

ở thành giếng

Khả năng phân giải lát cắt của các thiết bị đo gamma tán xạ mật độ phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến detector Đối với các Zond có một detector (FDL), khoảng cách này là 16 inch (0,4m), còn các Zond có hai detector (FDC) thì khoảng cách giữa các detector là 10inch (0,25m)

Điểm đo của Zond gamma tán xạ mật độ là điểm giữa nguồn và detector (cho trường hợp FDL) hoặc điểm giữa hai detector gần và xa (FDC)

5.3.3.5 Chuẩn khắc độ các máy đo gamma tán xạ

Các máy đo phóng xạ hạt nhân nói chung và đo gamma tán xạ nói riêng đều cần

được chuẩn để định giá trị cho số đo xung/phút hoặc xung/giây, cps theo đơn vị lỗ rỗng (p.u) hay đơn vị mật độ tương ứng Có hai mức chuẩn khắc độ: Chuẩn định kỳ (hay chuẩn đầy đủ) thực hiện tại phòng thí nghiệm có các mô hình chuẩn và của chuẩn trước

và sau mỗi hiệp đo tại giếng khoan

- Kiểm tra các số đo chuẩn tại hiện trường của một Zond đo so với số đo cùng bằng chính Zond đó trong khối nhôm

Việc kiểm tra như vậy được tiến hành trước và sau mỗi hiệp đo

Các máy đo bù kép có hai detector Việc kiểm tra thực hiện bằng cách lấy tỷ số giữa số đếm của các detector gần và xa Trong cùng một điều kiện môi trường, tỷ số này trước và sau khi đo phải không đổi hoặc thay đổi không đáng kể

Mỗi công ty dịch vụ đều có cách xây dựng bản chuẩn riêng để quy đổi từ số đo tốc độ đếm ra đơn vị rỗng hoặc đơn vị mật độ

Việc tính toán và biểu

diễn kết quả đo gamma tán xạ

mật độ thường được tiến hành tự

động Các số đếm xung/phút

hoặc xung/giây dựa theo các

tham số chuẩn máy mà chuyển

đổi sang giá trị mật độ ρ(g/cm3)

gamma tán xạ mật độ bao giờ

cũng có biểu đồ ghi giá trị hiệu

chỉnh ∆ρ Đường biểu diễn này

thể hiện sự thay đổi chiều dày và

thành phần của lớp vỏ sét và độ

nhẵn của thành giếng khoan

Trường hợp đo gamma

tán xạ bằng Zond đo có một

detector thì giá trị biểu diễn là

xung/phút hay xung/giây Biểu

đồ đo như vậy chỉ có giá trị định

5.3.3.5 Phạm vi ứng dụng của phương pháp gamma tán xạ mật độ

Các phương pháp FDC và FDL được sử dụng rộng r∙i để nghiên cứu các giếng khoan thăm dò dầu khí , than và quặng khác nhau

Hình 5.17 Ví dụ của phép đo Gamma tán xạ

mật độ có hiệu chỉnh tự động

ứng dụng quan trọng nhất của phương pháp gamma tán xạ mật độ là xác định

độ rỗng của đá chứa bởi tham số này có liên hệ chặt chẽ với mật độ khối và mật độ electron

Trong môi trường có lỗ rỗng, mật độ khối ρb có quan hệ với thành phần khoáng vật tạo đá theo hiệu ứng cộng:

f

ρ =Φ + ưΦTrong đó: ρf =S hrρh +S xoρmf

∑

= n n ma

1ρρ

1

=

hr S S

mf ma

b ma

ρρ

ρρ

ư

ư

= Φ

Độ rỗng tính theo công thức (5.25) là độ rỗng tính theo phương pháp gamma tán xạ mật độ và ký hiệu là ΦD

Trong đá cát kết chứa hàm lượng sét VSh < 0,3 ta có thể tính quan hệ giữa ΦD với độ rỗng hiệu dụng Φef như sau:

DSh Sh D

Ví dụ: Theo biểu đồ ngang vỉa nghiên cứu ΦD=0,22, tính theo GR, VSh = 0,20 Thay vào (5.27) ta có Φef:

Φef = 0,22 - 0,12 x 0.20 = 0,196 = 19,6%

Giá trị ΦD tính được từ phương pháp gamma tán xạ mật độ được sử dụng để phân chia lát cắt thạch học, liên kết chúng theo tuyến các giếng khoan Ngoài ra, giá trị

ΦD còn được sử dụng để bổ trợ nâng cao độ chính xác khi phân tích tài liệu trọng lực

và địa chấn địa tầng

Trong các giếng khoan thăm dò than và các loại quặng đa kim, phương pháp gamma tán xạ mật độ được sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Xác định các đới quặng hoá

- Tính hàm lượng các nguyên tố nặng trong đá

- Xác định chính xác chiều dày các vỉa than

Khi tổ hợp cùng các phương pháp khác, phương pháp gamma tán xạ mật độ có thể giải quyết các nhiệm vụ sau trong kỹ thuật khoan:

- Xác định mức ximăng và độ ổn định chất lượng của ximăng

- Xác định vị trí ranh giới tiếp xúc của hai chất lưu có tỷ trọng khác nhau

- Xác định đầu nối ống chống và vị trí ống chống bị ăn mòn

Sử dụng phương pháp gamma tán xạ chọn lọc song song với phương pháp gamma tán xạ mật độ có thể nhận được các thông tin bổ ích khi nghiên cứu các giếng khoan thăm dò các loại quặng sắt, mangan, đồng, niken, coban, wolfram, moliblen và polimetal

5.3.4 Phương pháp đồng vị phóng xạ gamma

Trong kỹ thuật khoan khai thác dầu khí, tìm kiếm nước dưới đất hay kiểm tra chất lượng các công trình thuỷ công, có lúc người ta sử dụng một phương pháp dựa trên cơ sở đưa vào môi trường nghiên cứu một lượng các đồng vị phóng xạ ngắn ngày rồi đo bức xạ gamma do chúng bắn ra Phương pháp đó được gọi là phương pháp đồng vị phóng xạ hay phương pháp nguyên tử đánh dấu

Phương pháp đồng vị phóng xạ được thực hiện theo trình tự sau:

- Đo gamma tự nhiên trong giếng khoan và đánh số là đường GR1

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

- Rửa giếng một cách thận trọng bằng một dung dịch không có hoạt tính phóng xạ hay nước l∙

- Đo đường cong gamma thứ hai và đánh số GR2

So sánh hai 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 sử dụng để đưa vào giếng khoan khi thực hiện phương pháp nguyên

tử đánh dấu đều phải tuân theo một quy định chặt chẽ, bảo đảm an toàn cho người và môi trường

Thường người ta sử dụng các đồng vị có chu kỳ bán r∙ ngắn, năng lượng trung bình của các tia gamma do chúng bắn ra là thấp và khác biệt với năng lượng của các

đồng vị gặp trong lát cắt địa chất của giếng khoan

Khi pha trộn và thả đồng vị đánh dấu không được vương v∙i ra sàn khoan và môi trường xung quanh

Khi chọn đồng vị để pha trộn dung dịch hoạt tính cần phải tính đến khả năng hấp thụ chúng của các đất đá, ống chống cũng như vỏ máy giếng

Một số đồng vị có phát xạ gamma sau đây hay được dùng để điều chế dung dịch hoạt tính thả vào giếng khoan: 131I (T=8,05 ngày); 59Fe (T=45,1 ngày); 65Zn (T=250 ngày); 95Zr (T=65 ngày); 60Co (T=5,2 năm); 110Ag (T=270 ngày)

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

Liều lượng các đồng vị trong điều chế dung dịch hoạt tính được xác định theo công thức sau:

) 28 5 (

*

C

C V

V = d d

Trong đó:

V: Thể tích dung dịch hoạt tính (cm3)

Vd: Thể tích dung dịch nồng độ thấp cần có (m3)

C: Nồng độ thực các đồng vị trong dung dịch hoạt tính (mCi/cm3)

Cd: Nồng độ thực của dung dịch điều chế (mCi/m3)

Nồng độ của các dung dịch thường dùng thay đổi trong khoảng 0,5 đến 5mCi/m3 Máy móc thiết bị đo theo phương pháp đồng vị phóng xạ gamma hệt như của máy móc thiết bị đo gamma tự nhiên GR

Phương pháp đồng vị phóng xạ gamma được dùng để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau trong các giếng khoan trần hoặc có ống chống

- Đối với các giếng khoan trần, phương pháp này được dùng để giải quyết hai nhiệm vụ hay gặp:

+ Xác định đới mất dung dịch khoan

+ Nghiên cứu đặc điểm thấm chứa của đá colector trong lát cắt

Khi giải quyết hai nhiệm vụ nêu trên, ta có thể đưa chất lưu phóng xạ vào giếng khoan ngay sau khi khoan hoặc có thể khoan giếng bằng dung dịch khoan có trộn đồng

và bám bền vững nên khi rửa để thay dung dịch, vỏ sét vẫn tồn tại và ngăn không cho dung dịch hoạt tính thấm vào thành giếng Khi đó chính nơi có giá trị GR2 nhỏ lại là nơi đất đá có độ rỗng và thấm tốt

Trong trường hợp thứ hai: Khoan giếng bằng dung dịch có trộn đồng vị phóng xạ Quá trình hình thành lớp vỏ sét trên thành giếng sẽ mang theo các đồng vị bám trên thành giếng Lượng các đồng vị phóng xạ trong vỏ sét tỷ lệ với chiều dày vỏ sét nên chỉ thị GR1 đ∙ cho phép xác định chính xác vị trí của các vỉa rỗng và thấm trong lát cắt Tuy nhiên, bằng cách này sẽ phải tiêu hao một lượng lớn các đồng vị phóng xạ để trộn trong dung dịch khoan Công thức tính hàm lượng đồng vị phóng xạ trong pha chế dung dịch khoan như sau:

)29.5(

.10Φ

∆

= a qγq

Φ là giá trị độ rỗng trung bình của đá colector

Phương pháp đồng vị phóng xạ gamma tiến hành thật đơn giản nhưng lại có phạm vi ứng dụng rất rộng r∙i:

- Kiểm tra độ kín của ống chống

- Phát hiện các điểm hở bên ngoài ống chống

- Xác định mức độ liên thông ở đoạn đục (đột) thành giếng

- Phát hiện vị trí bắn mở vỉa ngoài ống chống

- Kiểm tra độ kín của paker

- Kiểm tra chiều cao cột ximăng (mức dâng ximăng)

- Kiểm tra độ gắn kết ximăng ở áp suất cao

- Kiểm tra khuyết tật của cầu ximăng

- Xác định khả năng tiếp nhận chất lưu của các vỉa

- Kiểm tra bơm ép nước và khí vào vỉa

- Xác định độ chứa của vỉa bằng dầu hay nước đánh dấu trên cơ sở độ thấm pha

- Kiểm tra, đánh giá các khe nứt thuỷ lực

- v v

5.3.5 Các phương pháp nơtron

Nhóm các phương pháp nơtron bao gồm các biến thể khác nhau, chúng đều có cơ sở chung là dùng nguồn bắn phá môi trường nghiên cứu bằng một chùm các nơtron nhanh và đo ghi các hiệu ứng do kết quả của quá trình tương tác giữa các nơtron với môi trường vật chất

5.3.5.1 Phương pháp nơtron - gamma

a) Cơ sở vật lý:

Bắn phá đất đá ở thành giếng khoan bằng các hạt nơtron và đo cường độ bức xạ gamma phát xạ từ một số nguyên tố nhất định trong đá do kết quả bắt giữ nơtron nhiệt

là nguyên tắc chung của phương pháp nơtron - gamma (Hình 5.18)

Các nơtron nhanh bắn ra từ nguồn S, va chạm với các hạt nhân trong môi trường các nơtron bị mất dần năng lượng và trở thành nơtron nhiệt Quá trình làm chậm các nơtron nhanh để biến thành nơtron nhiệt càng mau chóng khi trong môi trường nghiên cứu có nhiều hạt nhân nhẹ

ở mức năng lượng thấp, nơtron nhiệt rất dễ bị một số hạt nhân trong môi trường bắt giữ Xác suất để các nơtron nhiệt bị bắt giữ phụ thuộc vào tiết diện bắt giữ hiệu dụng đối với nơtron nhiệt của các nguyên tử có trong môi trường Sau khi bắt giữ nơtron, hạt nhân rơi vào trạng thái kích thích và chúng thường thoát khỏi trạng thái này theo cách phát xạ năng lượng dưới dạng một lượng tử gamma Các lượng tử này còn

được gọi là gamma chiếm giữ để phân biệt với các Gamma Ray tự nhiên Một phản ứng điển hình của quá trình bắt giữ nơtron nhiệt là sự bắt giữ của hạt nhân hydro:

) 30 5 (

2 1

1 0

1

1H+ n → H +γLượng tử gamma sinh ra trong phản ứng (5.30) có phổ năng lượng 2,23MeV

không đi thẳng từ nguồn đến detector

Tín hiệu từ máy giếng đi theo cáp lên

mặt đất qua các ngăn điều chế tín hiệu (2) sau

đó đưa lên bộ ghi (3)

Cường độ phóng xạ gamma chiếm giữ

phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố hydro

trong môi trường nghiên cứu Trong tự nhiên,

nguyên tố này có trong pha lỏng (dầu, nước)

và pha khí của đá Các lưu chất này b∙o hoà

lấp kín trong lỗ rỗng của đá, do đó cường độ

gamma chiếm giữ đo được sẽ có quan hệ chặt

chẽ với độ lỗ rỗng Φ của thành hệ đá chứa

Hàm lượng hydro trong dầu và nước được coi

là xấp xỉ bằng nhau

Trong khi đó hàm lượng của nguyên tố này trong pha khí thì ít hơn hẳn Dựa vào thực

tế đó người ta có thể phân biệt được chất lưu b∙o hoà trong đá chứa là dầu nước hay khí

Mật độ các nơtron nhiệt hay cũng là

cường độ phóng xạ gamma chiếm giữ còn phụ

thuộc vào khoảng cách từ nguồn S đến detector

D hay cũng là chiều dài của thiết bị đo (Lnγ)

Hình 5.19 biểu diễn sự thay đổi mật độ

của các nơtron nhiệt theo kích thước Lnγ trong

các môi trường đá chứa có hàm lượng hydro

khác nhau (chỉ số đường cong)

Theo khoảng cách, từ gần đến xa nguồn S

chia làm 3 vùng lần lượt là A, B và C với tên

gọi: Vùng gần A, vùng mù B và vùng xa C

Trong vùng gần, mật độ các nơtron nhiệt

tỷ lệ thuận với hàm lượng hydro trong môi

trường ở vùng xa, quan hệ này ngược lại - tỷ lệ

nghịch với hàm lượng hydro

Trong vùng mù, các đường biểu diễn

phân bố mật độ nơtron nhiệt cắt chéo nhau, có

nghĩa là ở đó mật độ nơtron không “nhạy” với hàm lượng hydro

Hình 5.18 Sơ đồ nguyên tắc của phép đo Nơtron - Gamma

Đặc điểm vừa nêu nói lên rằng để giá trị đo cường độ gamma chiếm giữ phân dị theo hàm lượng hydro trong môi trường nghiên cứu thì ta phải chọn khoảng cách từ nguồn đến detector rơi vào cùng gần và vùng xa, tránh vùng mù

Trong Địa vật lý giếng khoan nhằm hạn chế ảnh hưởng của giếng khoan và phép

đo có độ nhạy cao người ta thường chọn kích thước Zond đo - khoảng cách Lnγ rơi vào vùng xa (C) Thường khoảng cách đó Lnγ ≥ 0,4m Với kích thước Zond đo như vậy, cường độ phóng xạ gamma chiếm giữ tỷ lệ nghịch với tiết diện bắt giữ vĩ mô của môi trường đối với các nơtron nhiệt

Các đá chứa nước có độ khoáng hoá cao (NaCl, KCl, ) và đặc biệt là các diapia muối có tầm quan trọng trong việc bắt giữ nơtron (với phản ứng n, γ)

ở các lớp đó tiết diện bắt giữ vĩ mô tăng lên do có mặt nguyên tố Clore đối với nơtron nhiệt (σCl = 33 bar) Ngoài ra, nơtron còn có thể bị bắt giữ bởi sự có mặt của các nguyên tố bor, liti, cadmi, cobalt, mangan, vanadi, trong đá Khi có mặt bor và liti trong đá thì phản ứng bắt giữ theo kiểu (n, α):

( ) α

He Li n

2

7 3

1 0

10

( ) α

He H n

2

3 1

1 0

Các nguồn đồng vị phát xạ nơtron phổ biến là dùng các đồng vị Ra, Po, Pu hoặc

Am ở dạng bột trộn lẫn với bột Be Các đồng vị Ra, Po, Pu và Am phân r∙ bắn ra tia α (2H4) Các hạt α này bắn vào các hạt nhân Be gây phản ứng hạt nhân

) 31 5 (

1 0

12 6

4 2

9

4Be+ He→ C+ n +γCác nơtron sinh ra từ phản ứng (5.31) có năng lượng từ 1 MeV đến 13 MeV trong đó tập trung nhất là các nơtron có năng lượng trong khoảng 3,2 - 5.0 MeV

Nguồn Ra - Be có ưu điểm là luồng nơtron ổn định vì chu kỳ bán r∙ của Radi là

1620 năm nhưng cũng có nhược điểm là có phông phóng xạ gamma lớn, không lợi cho phép đo nơtron - gamma

Nguồn Po - Be phát ra các nơtron với phông gamma không đáng kể nhưng có nhược điểm là chu kỳ bán r∙ ngắn (TPo = 140 ngày) nên nguồn cần được chuẩn lại thoe

định kỳ

Nguồn Pu - Be và Am - Be phát luồng nơtron kèm với phông gamma thấp, có chu kỳ bán r∙ dài (TPu = 24300 năm và TAm = 458 năm) là nguồn lý tưởng sử dụng trong Địa vật lý giếng khoan Các nguồn này phát luồng nơtron khá ổn định

Nguồn Californium (252Cf) là nguồn đồng vị được dùng phổ biến hiện nay cả trong thực nghiệm ở phòng thí nghiệm lẫn trong đo giếng khoan Đồng vị 252Cf tự phân r∙ phát ra nơtron gần đơn năng và với luồng nơtron lớn hơn các nguồn khác (1 Curie chất Cf sẽ phát ra luồng 4,4.10-9 nơtron/s) Nguồn này có ưu điểm là kích thước rất bé (gần như nguồn điểm), phát luồng nơtron ổn định

Trong khi đo kích hoạt phóng xạ người ta hay dùng nguồn Californium vì nó có luồng phát nơtron gần như không đổi

Chu kỳ bán r∙ của đồng vị Cf tương đối ngắn (TCf = 265 năm) so với các nguồn khác Am-Be, Pu-Be là các nguồn được dùng trong các phép đo nơtron bình thường Các nơtron phát ra từ nguồn Cf có năng lượng tương đối thấp (En = 2,3MeV) nhưng gần đơn năng

Khi thực hiện phương pháp nơtron - gamma thường dễ bị ảnh hưởng của cường

độ bức xạ gamma tự nhiên (GR) Để tránh ảnh hưởng đó, người ta thường chọn cách dùng nguồn nơtron có công suất lớn để trường phóng xạ gamma chiếm giữ lớn gấp hàng chục lần trường GR Nếu chiều dài Lnγ = 50 cm thì dùng nguồn 2-4Ci

Máy phát nơtron: Máy phát nơtron dùng trong Địa vật lý giếng khoan là một ống gia tốc hạt kiểu Van de Graff có kích thước nhỏ, phát ra các nơtron nhờ phản ứng hạt nhân giữa các đồng vị hydro nặng deuterium ( 2 )

1H và tritium ( 3 )

1H

)32.5(1

0

4 2

2 1

3

1H+ H→ He+ n

Trong phản ứng này tạo ra một nguyên tử Helium (hạt α) và một nơtron đơn năng có năng lượng lớn (14 đến 15 MeV)

Sơ đồ nguyên tắc của một máy phát nơtron được trình bày trong hình 5.20

Trong ống gia tốc bằng thuỷ tinh (1) chứa nguồn deuteri (2) (Sợi dây tóc bằng Titan có tẩm deuteri) Khi sợi Titan bị đốt nóng trong ống chứa deuteri dưới áp suất 10-2

đến 10-3 atm, catot của đèn (3) bắn ra các electron Các điện tử này chuyển động chạm vào thành ống (4) tích điện dương, trên đường di chuyển chúng làm ion hoá các nguyên tố deuteri Các ion này được gia tốc lên nhờ có ống dây (7) - cấu tạo bởi các vòng quấn và có từ tính không đổi Trên đường đi, các ion được hội tụ lại bởi