Báo Cáo Thực tập Địa Vật Lý Phóng xạ, Trọng Lực với việc sử dụng các máy đo Địa Vật Lý

MỞ ĐẦUĐịa Vật Lý thăm dò là một ngành khoa học trẻ,mới xuất hiện từ những năm đầu của thế kỷ XX,tuy vậy cùng với sự phát triển như vũ bão của các ngành khoa học kỹ thuật khác – Địa Vật

MỞ ĐẦU

Địa Vật Lý thăm dò là một ngành khoa học trẻ,mới xuất hiện từ những năm đầu của thế

kỷ XX,tuy vậy cùng với sự phát triển như vũ bão của các ngành khoa học kỹ thuật khác – Địa Vật Lý thăm dò đã lớn mạnh không ngừng và ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của khoa học địa chất.

Dưới sự giảng dạy phần lý thuyết của Th.S Hoàng THanh Mai và sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy hướng dẫn thực tập cộng với sự cố gắng nỗ lực học tập phấn đấu vươn lên của bản thân chúng em đã hoàn thành môn Địa Vật Lý đại cương đúng thời gian quy định.

Nhưng điều quan trọng nhất là dưới sự giảng dạy hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của các thầy chúng em đã nắm được phần nào một số nét cơ bản của ôn Địa Vật Lý và biết được tầm quan trọng của môn Địa Vật Lý với ngành chúng em đang theo học.

Và để sinh viên có thể hiểu sâu được môn học thì sau khi học xong lý thuyết Ban giám hiệu,khoa Dầu khí và bộ môn Địa vật lý đã tổ chức cho chúng em thực tập Mặc dù thời gian thực tập không dài nhưng dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cùng với ý thức làm việc tập thể và sự cố gắng của cả nhân chúng em đã hoàn thành tốt đep đợt thực tập này.Cũng qua đợt thực tập này chúng em đã được làm quen với các máy chuyên dụng của từng phương pháp đo trong Địa vật lý và biết các xử lý số liệu thu thập từ thực địa để giải quyết các vấn đề địa chất phục vụ cho công tác chuyên môn sau này.

Để có thể tổng kết được các kiến thức trong quá trình thực tập chúng em đã làm tiêng cho nhóm em một bản báo csao thực tập dưới sự hướng dẫn tận tình của các thầy

Trong quá trình thực tập,chúng em được tiến hành làm quen,áp dụng bốn phương pháp Địa Vật Lý : Phóng xạ,Từ,Điện,Trọng Lực với việc sử dụng các máy đo Địa Vật Lý như : -Khi đo Phóng Xạ chúng ta sử dụng máy đo suất liều bức xạ gamma tổng CPπ

68-01 và máy đo suất liều tương đương bức xạ của Nga

-Khi đo Từ chúng ta sử dụng máy đo từ proton Minimax khảo sát véctơ cường độ trường

từ toàn phần do lõi thủy lôi MK-52 gây ra

-Khi đo Trọng lực chúng ta sử dụng máy đo Sodin (WS 100) đo trong các dãy tầng của một tòa nhà

-Khi đo Điện chúng ta sử dụng hệ thống thiết bị bể mô hình trong phòng thí nghiệm

Để hoàn thành tốt mục tiêu của đợt thực tập lần này,một bản báo cáo kết quả,tính toán xử

lý kết quả,giải thích,nhận xét là điều rất quan trọng và không thể thiếu.Vậy em đã có kế

hoạch lập bản báo cáo : THỰC TẬP ĐỊA VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG này,với những phần chính bao gồm :

Trong báo cáo thực tập là nội dung và kết quả thực tế thu được ngoài thực địa và dưới

sự hướng dẫn chu đáo của các thầy cùng với các kiến thức lý thuyết đã được học chúng

em đã xử lý và đưa ra kết quả tương đối chính xác của từng phương pháp địa vật lý

Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên trong quá trình làm báo cáo thực taka[ khó

có thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy

để báo cáo của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để chúng em có thể hoàn thành tốt môn học này.Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội,18 tháng 1 năm 2015

Sinh Viên

Vũ Kim Tân

Chương I : PHƯƠNG PHÁP PHÓNG XẠ I.Cơ Sở Lý Thuyết

Thăm dò phóng xạ là phương pháp địa vật lý khảo sát trường phóng xạ tự nhiên phát

ra từ đất đá để giải quyết nhiệm vụ đo vẽ bản đồ địa chất, tìm quặng phóng xạ hoặc quặng không phóng xạ cộng sinh với nguyên tố phóng xạ và nghiên cứu môi trường địa chất.

Trong thăm dò phóng xạ nguồn của trường phóng xạ là các đồng vị phóng xạ có trong

tự nhiên.

1.1.1 Cơ sở vật lý:

Hiện tượng phóng xạ: là hiện tượng hạt nhân nguyên tử của 1 số nguyên tố tự phân

rã biến thành hạt nhân nguyên tử của nguyên tử của nguyên tố khác, chuyển trạng thái năng lượng ban đầu về trạng thái năng lượng thấp hơn, bền vững hơn kèm theo

Sự phân rã β xảy ra khi trong hạt nhân có sự biến đổi từ notron thành proton hay ngược lại Khi chuyển từ proton thành nơtron thì phát ra hạt pozitron (e + ) và khi từ nơtron chuyển thành proton thì phát ra điện tử (e - )

Khi phân rã β thì điện tích hạt nhân tăng hoặc giảm đi 1 đơn vị còn khối lượng không thay đổi Năng lượng hạt β thay đổi trong phạm vi rộng tốc độ chuyển động gần bằng tốc độ ánh sáng khả năng ion hóa chất khí kém hơn tia α nên khả năng đâm xuyên lớn hơn Trong không khí nó có thể đi được 1,2m, tuy nhiên trong đất đá tia β có thể đi được dưới 1 cm.

Bức xạ γ: xảy ra khi hạt nhân nguyên tử chuyển từ mức năng lượng không ổn định về trạng thái năng lượng thấp hơn,ổn định hơn thì phát ra bức xạ γ Bức xạ γ là bức xạ điện tử tần số cao, chúng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt, không mang điện

và không có khối lượng khi đứng yên Năng lượng bức xạ γ thay đổi vào từng hạt nhân của nguyên tố khác (từ 0.05 – 3MeV) Căn cứ vào sự khác nhau về năng lượng của bức

xạ γ ta có thể dùng phương pháp phổ γ để xác định các nguyên tố khác nhau.

Bức xạ γ có khả năng ion hóa rất kém nhưng khả năng đâm xuyên lớn, chúng có thể đâm xuyên qua lớp không khí dày hàng trăm m và lớp đất đá dày không quá 1m.

Dựa vào đặc điểm của từng loại phóng xạ mà ta có thể đưa ra các phương pháp nghiên cứu hợp lý,phù hợp với công tác chuyên môn.

1.1.2 Cơ sở địa chất :

Các nguyên tố phóng xạ phân bố rộng rãi trong tự nhiên thường là Uran, Thori, K, Ra chúng thường tồn tại trong môi trường đất đá, không khí, và nước Đó chính là tiền đề quan trọng trong việc xác định hàm lượng chất phóng xạ từ đó ta giải đoán các vấn đề về môi trường, khoáng sản,các vấn đề địa chất.

Mục đích đo cường độ bức xạ do đối tượng phát ra.

Đơn vị liều chiếu: theo hệ đơn vị quốc tế SI là C/kg C/kg là liều bức xạ gamma hoặc tia

x sao cho dưới tác dụng của liều đó gây ra trong một kg không khí khô sự ion hóa với tổng điện tích cùng dấu là 1 culon.

Ngoài đơn vị C/kg, trong kĩ thuật người ta còn dùng đơn vị liều chiếu là Ronghen Viết tắt là R theo định nghĩa ronghen là liều chiếu gây ra trong một cm3 không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn với tổng đơn vị điện tích các ion cùng dấy là 1 đơn vị điện tích Chuyển đổi từ đơn vị C/kg sang đơn vị Rownghen:

1R = 2,58 10-4 C/kg.

Suất liều chiếu chính là liều chiếu trong một đơn vị thời gian.

Đơn vị của suất liều chiếu là R/ngày, µR/h, R/s

về tạo thành dòng điện tử thứ cấp, dòng điện tử này được phát triển theo cấp số nhân, cuối cùng đập vào Anot của nhân quang điện tạo nên xung điện.Tại đó người ta bố trí

bộ phận đếm xung Các xung đó được chuyển đổi về đơn vị phóng xạ và bác lên đồng hồ thiết bị đo.

Trên đồng hồ đo người ta bố trí 5 thang đo đối với từng đối tượng địa chất.

Thang 1: đo được trong khoảng (0-30 μR/h)

Thang 2: đo được trong khoảng (0-100 μR/h)

Thang 3: đo được trong khoảng (0-300 μR/h)

Thang 4: đo được trong khoảng (0-1000 μR/h)

Thang 5: đo được trong khoảng (0-3000 μR/h)

1.2.2 Đo suất liều tương đương bức xạ (H):

Suất liều bức xạ là liều chiếu trong một đợn vị thời gian.

Đo H để phân vùng đánh giá ảnh hưởng của môi trường đến con người

Đơn vị đo: μSV/h.

H (mSV/năm) = 8,76 H sl

+ H sl là suất liều tương đương bức xạ đo được.

+ H (mSV/năm) là suất liều tương đương bức xạ trong một năm.

Quy đổi số liệu từ số liệu suất liều bức xạ sang suất liều tương đương theo năm:

H(mSV/năm) = 0,076 I (µR/h)

Tiêu chuẩn đánh giá môi trường, nếu H – H Φ < 1 mSV/năm thì không gây ảnh hưởng đến môi trường.

Đối tượng làm việc với chất phóng xạ

+ ) H > 20μSV / năm => không an toàn với cán bộ làm việc trực tiếp với chất phóng xạ + ) H > 5μSV /năm => không an toàn với cán bộ làm việc gián tiếp với chất phóng xạ + ) H > 1μSV/ năm => không phù hợp với dân thường.

Máy đo: DKS – 96.

STT Điểm đo Đặc điểm vật liệu cách (m) Khoảng H sl

(μSV/h)

H (μSV/năm )

H-H Φ (μSV/năm )

dựng lát nền, 0 1 0.214 0.201 1.874641.76076 0.63072 0.7446

Các vật liệu phát ra bức xạ lớn nhất là đá hoa xây dựng lát nền và nhỏ nhất là trên bê tông.

b) Máy DKS96

Tương tự như kết quả đo với máy CPπ68-01, suất liều bức xạ tương đương tại 7 trong

8 điểm đo >1µSV/năm, ít nhiều gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.

Vật liệu bê tông cho suất liều bức xạ tương đương thấp nhất Tại các điểm đo trên vật liệu bê tông, ta thấy H sl tại khoảng cách 0m nhỏ hơn H sl tại khoảng cách 1m Cho thấy ảnh hưởng của các vật liệu xung quanh gây tăng suất liều bức xạ.

- Các đại lượng chủ yếu đặc trừng cho trường trọng lực là thế trọng lực, gia tốctrọng lực và các đạo hàm của thế trọng lực.Độ lớn của các đại lượng này một mặtphụ thuộc vào hình dạng và sự tự quay của Quả đất (trường bình thường), mặckhác phụ thuộc vào sự biến đổi không đồng đều của mật độ đất đá trong vỏ Quảđất (trường bất thường)

- Trong thăm dò trọng lực người ta thường đo giá trị của gia tốc trọng lực g

là cơ sở địa chất của phương pháp thăm dò trọng lực

II Máy trọng lực và công tác đo ngoài thực địa

2.2.1.Máy trọng lực

 Đặc điểm chung :

Tên gọi : Máy trọng lực Sodin hay còn gọi là WS100 do Canada chế tạo

Công dụng : Đo gia số trọng lực (∆g)

Phạm vi đo : 100 mGal

Độ chính xác : 0,01 mGal

Giá trị vạch chia : c = 0,10058 mGal/vạch

 Mô tả máy :

-Bên ngoài máy có vỏ bảo vệ,bộ phận lắp nguồn nuôi, bên trong có một bìnhcách nhiệt.Hệ đàn hồi được đặt gần đáy máy trong một cốc kim loại, hút chânkhông và hàn kín

Hình : Máy đo trọng lực sodin WS100

- Hệ đàn hồi trong máy cấu tạo bằng khung thạch anh,phía trên căng một dây thạch

anh mảnh trên sợi dây có gắn một cánh tay đòn gắn trọng vật (Hình ) Dưới sự tác

dụng của trọng lực từ điểm quan sát này sang điểm quan sát khác thì vị trí của cánhtay đòn sẽ thay đổi với vị trí ban đầu Điều chỉnh độ căng của lò xo (hay lò xo bùtrọng lực) cho phép cân bằng mô men đàn hồi của lò xo với mô men trọng lực Ởtrạng thái cân bằng thông qua hệ thống quang học ta có thể xác định giá trị tươngđối của trọng lực tại điểm đo so với điểm đo gốc

 Cách quan sát dựa vào hoạt động của máy :

- Khi ánh sáng đi vào gặp các thấu kính hội tụ khuyếch đại đi mạnh về phía dưới,tại đó có gương lắp nghiêng 450, con lắc nằm ngang in bóng lên mặt gương, đungđưa làm biến dao động trên mặt phẳng thẳng đứng thành dao động trên mặt phẳngnằm ngang để việc quan sát được dễ dàng

2.2.2.Công tác đo ngoài thực địa

- Địa điểm đo : Ta dùng máy trọng lực đo gia số giữa các tầng 2,3,4,5 khu nhà Btrường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội

- Trong quá trình đo ta thực hiện các bước sau đây :

+ Ta xác định chuyến đo theo phương cách đó là ba điểm liên tiếp nhau mà điểmđầu và điểm cuối phải trùng nhau,phải đo như vậy để xác định xem có bị trôi điểm

0 hay không,ví dụ một chuyến đo là : ( 2 - 3 – 2)

+ Cân bằng máy : Dùng tay hiệu chỉnh vặn ốc đưa bọn thủy phía dưới thăng bằng(cùng vặn vào hoặc cùng vặn ra), khi bọt thủy này đã về vị trí thăng bằng thì ta tiếptục vặn ốc còn lại (ốc điều chính hướng về phá người) để nâng hạ,cân bằng bọtthủy phía trên

+ Đo và đọc kết quả : Khi hai bọt thủy đã ở vị trí cân bằng thì ta tiếp tục chính nútxoay ở trên ống máy về vị trí vạch 50,và đọc kết quả trên bộ phận hiển thị vạchchia Cuối cùng khi đo xong phải ngắt nguồn, tiết kiệm pin, tránh để nhiệt độ bóngđèn sợi đốt phía trong làm tăng nhiệt độ máy ảnh hưởng đến kết quả đo sau này+ Ghi kết quả : Ta ghi lại kết quả giá trị vạch chia đồng thời ghi thời gian tại thờiđiểm đo, tên điểm đo

2.2.3 Yêu cầu kết quả đo

+ Trung thực với số liệu mà mình đo được.

+ Số liệu các kết quả đo của các lượt khác nhau trên cùng 1 chuyến đo phải chụm với nhau theo độ chính xác của máy

+ Có sự phù hợp với các chuyến đo với nhau

III.Kết quả đo, xử lý số liệu và nhận xét

Ta có bảng kết quả đo và tính toán trọng lực :

Bảng : Kết quả đo bằng máy trọng lực Sodin WS100

Nhận xét :

Kết quả của 3 chuyến đo (3,2,3) lần lượt là 1.55; 1.76; 0,73 Nhìn chung là các giá trị đo chưa thật sự chụm Khoảng cách giữa giá trị ∆g lớn nhất và nhỏ nhất là 0.82 , lớn hơn so với sai số cho phép

Kết quả của 3 chuyến đo (3,4,3) lần lượt là -0.82; -0.98; -1.02 Nhìn chung lần đosau giá trị đã chụm hơn Khoảng cách giữa giá trị ∆g lớn nhất và nhỏ nhất là 0.2 Kết quả của 3 chuyến đo (3,5,3) lần lượt là -3.29; -1.84; -1.02 Nhìn chung làcác giá trị đo chưa thật sự chụm Khoảng cách giữa giá trị ∆g lớn nhất và nhỏ nhất

là 2.27 quá lớn

Kết quả của 2 chuyến đo (5,2,5) lần lượt là 2.02; 2.27 Nhìn chung là các giá trị

đo chưa thật sự chụm Khoảng cách giữa giá trị ∆g lớn nhất và nhỏ nhất là 0.25tương đối lớn

Kết quả của 3 chuyến đo (5,4,5) lần lượt là 0.65; 0.86; 0.28 Nhìn chung giá trịcác chuyến đo tương đối chụm Khoảng cách giữa giá trị ∆g lớn nhất và nhỏ nhất

là 0.58

Tổng kết các lượt đo trên cùng 1 chuyến đo là chưa chuẩn xác, ∆g đang còn có sựsai lệch lớn Do thời gian thực tập có hạn nhưng chúng em đã nắm bắt được phương pháp đo và phương pháp xử lý số liệu Chắc chắn nếu có thêm thời gian chúng em có thể đo 1 cách chính xác hơn…

CHƯƠNG III THỰC TẬP PHƯƠNG PHÁP TỪ I.Cơ Sở Lý Thuyết

- Thăm dò từ là một phương pháp địa vật lý dựa trên cơ sở nghiên cứu,khảo sát đặc

điểm trường từ của quả đất – trường địa từ - nhằm mục đích khảo sát địa chất,tìm kiếm thăm dò khoáng sản có ích nhất là các khoáng sản chứa nhiều khoáng vật có

từ tính

- Trường từ là lực từ tác dụng lên một đơn vị khối từ riêng trên một điểm khảo sát

- Trong thực tế để đặc trưng cho tính chất từ của môi trường người ta đưa vào khái niệm độ cảm từ capa χ

- Về nguyên lý để thực hiện được hiệu quả phương pháp thăm dò từ thì độ từ cảm capaχ

giữa các đối tượng địa chất phải khác nhau từ vài chục lần trở lên

- Trong đợt thực tập lần này chúng ta sử dụng máy từ Proton khảo sát sự thay đổi của vectơ cường độ trường từ toàn phần T

- Đặc biệt đối với bộ phận thu bên trong chưa chất lỏng giàu proton ví dụ như : nước,rượu,xăng…Bên trong luôn có trường từ tại tâm T

u r,vì vậy khi đó kim từ không chuyển động hỗn loạn,luôn sắp hàng theo T

u r Đồng thời có một cuộn dây và cho dòng một chiều đi qua khi ta tiến hành ấn nút kích hoạt dòng điện thì sẽ tạo ra trường từ song song với chiều cuộn dây,phương trùng với trục ống dây

-Cuốn số vòng dây đủ lớn,cho dòng điện đủ lớn để tạo

*

Tuv

= (50 ÷ 100 )T

u r Khi đó

do proton lớn nên kim từ sẽ lại sắp hàng theo

*

Tuv Tiếp theo khi ta ngắt dòng điện thì kim từ quay về định hướng theo T

u r,khi đó các proton thực hiện chuyển động

“tuế sai” của proton (gần giống với chuyển động quay dưới tác dụng trường trọng lực)

-Số vòng quay trong một đơn vị thời gian được gọi là tần số tuế sai : st

f

s t

Tur =k f

(với k = 23,5)

Trong thực tế người ta không đo st

f

vì từ thông

0

d dt

Tur =k f =k f

; [nT,γ]

- Hình ảnh thực tế về máy đo Minimax :

Hình : Hình ảnh thực tế về máy đo từ Minimax

3.2.2.Công tác đo ngoài thực địa

- Địa điểm tiến hành đo được thực hiện tại lối ra vào trước sảnh nhà A khuôn viên trường đại học Mỏ - Địa Chất,nằm phía bên trái đài phun nước từ phía ngoài nhìn vào chính diện trường,tại đây ta bố trí tuyến đo và đo như sau :

+ Dùng ống thủy lôi MK-52 đặt theo phương Bắc-Nam và tại điểm chính giữa củathủy lôi ta xác định điểm đo : 0 ,tại cuối ống thủy lôi về phía Bắc ta xác định điểm

đo : 2,phía cuối ống thủy lôi về phía Nam ta xác định điểm đo -2,ta xác định điểm

đo : 1 bằng một nửa khoảng cách điểm đo (0 , 2) trên thủy lôi,và điểm đo -1 bằng một nửa khoảng cách điểm đo : (0 , -2).Tiếp theo ta di chuyển đầu thủy lôi tịnh tiến

về phía Bắc sao cho điểm mút bên phía Nam của thủy lôi trùng với điểm 0 đã đượcxác định từ trước,thì tại đầu mút kia ta xác định được điểm đo 4,tại chính giữa điểm đo 2 đã được xác định trước với điểm đo 4 tại đầu mút ta xác định được điểm

đo 3,tương tự ta lại tịnh tiến thủy lôi về phía Nam sao cho điểm mút bên phía Bắc thủy lôi trùng điểm 0,thì tại đầu mút bên kia ta xác định được điểm đo : -4,tại chínhgiữa điểm đo -2 đã được xác định trước với điểm đo -4 tại điểm mút bên phía Nam

ta xác định được điểm đo -3.Cách bố trí được thể hiện như trong hình vẽ dưới đây :+ Khi đo trước tiên ta sử dụng máy đo từ tại thực địa đo khi có ống thủy lôi MK-52,khi tiến hành mở máy bằng cách sử dụng nút kích hoạt dòng điện,sau đó thao tác chọn theo tuần tự : Test → Survey,tiếp theo ta đưa bộ phận thu đặt tại từng điểm đo một trên ống thủy lôi theo thứ tự (0,1,2,3,4,-1,-2,-3,-4) ,tại bộ phận hiện sẽxuất hiện kết quả đo trên màn,rồi ghi vào bảng kết quả,tại mỗi điểm đo tiến hành ghi kết quả trong 5 lần đo và sau đó lấy giá trị trung bình,cứ tương tự như vậy cho đến lúc kết thúc quá trình đo với trường hợp khi có ống thủy lôi MK-52

+ Tiếp theo ta tiếp tục với quá trình đo trong trường hợp không có ống thủy lôi MK-52,ở đây thì cách đo hoàn toàn tương tự như trên chỉ khác bằng việc không có ống thủy lôi,ghi kết quả trong 5 lần đo tại mỗi điểm đo ghi vào bảng và sau đó sẽ lấy giá trị trung bình

- Một số chú ý khi đo :

+ Điều quan trọng nhất phải đảm bảo được sự an toàn cho thiết bị đo,việc sử dụng thiết bị phải hết sức nhẹ nhàng và cẩn thận,tránh các thao tác mạnh,gây va đập để trách hư hại về thiết bị

+ Phải có sự tương tác hiệu quả giữa người đo và người ghi kết quả,tránh sự nhầm lẫn đáng tiếc xảy ra một cách không đáng có về số liệu

+ Do máy đo từ rất nhạy cảm với các vật thể gây từ xung quanh,nên việc dao động ảnh hưởng về kết quả là không thể không xảy ra,chính vì vậy ta cần hạn chế việc