Báo Cáo Thực tập Địa Vật Lý Phóng xạ, Từ, Điện, 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 L

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

- Bổ sung kiến thức đã được học từ những giờ giảng lý thuyết trên giảng đường

- Hiểu kỹ hơn về lý thuyết,nhớ lâu và sâu hơn,về các loại máy móc,thiết

bị làm việc trực tiếp

- Biết cách thu thập,tính toán,xử lý số liệu,đưa ra kết quả

- Nâng cao tay nghề khi ra ngoài thực tế,khi sử dụng máy móc thiết bị

- Biết vận dụng kiến thức đã được học,áp dụng chúng để đưa ra kết luận địa chất hợp lý

Ngoài ra tạo một phong thái tác phong làm việc theo nhóm,ý thức tổ chức kỷluật,tác phong của người làm khoa học,tỉ mỉ,chính xác,cần thận và trung thực 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 cácmáy đo Địa Vật Lý như :

- Khi đo Phóng Xạ chúng ta sử dụng máy đo suất liều bức xạ gamma tổng CP

 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 khôngthể thiếu.Vậy em đã có kế hoạch lập bản báo cáo : THỰC TẬP ĐỊA VẬT LÝĐẠI 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,17 tháng 1 năm 2015

Sinh Viên Nguyễn Hoàng Giang

CHƯƠNG I:

PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ PHÓNG XẠ

1.1 Giới thiệu chung:

- Thăm dò phóng xạ là phương pháp địa vật lý khảo sát trường phóng xạ tự nhiênphát ra từ đất đá để giải quyết nhiệm vụ đo vẽ bản đồ địa chất, tìm quặng phóng xạhoặc quặng không phóng xạ cộng sinh với nguyên tố phóng xạ và nghiên cứu môitrường địa chất

Trong thăm dò phóng xạ nguồn của trường phóng xạ là các đồng vị phóng xạ cótrong 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 tựphân rã biến thành hạt nhân nguyên tử của nguyên tử của nguyên tố khác, chuyểntrạng thái năng lượng ban đầu về trạng thái năng lượng thấp hơn, bền vững hơnkèm theo sự phát ra các bức xạ (hạt) (α, β, γ, n, )

- Khi có sự phân rã α, hạt nhân nguyên tử phát ra hạt α gồm hai proton và notron,

số thứ tự của nguyên tử giảm đi hai, trọng lượng nguyên tử giảm đi 4 đơn vị

- Sự phân rã β xảy ra khi trong hạt nhân có sự biến đổi từ notron thành proton hayngược lại Khi chuyển từ proton thành nơtron thì phát ra hạt pozitron (e+) và khi từnơtron 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 lượngkhông thay đổi Năng lượng hạt β thay đổi trong phạm vi rộng tốc độ chuyển độnggần bằng tốc độ ánh sáng khả năng ion hóa chất khí kém hơn tia α nên khả năngđâm 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 ổnđịnh 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 thayđổi vào từng hạt nhân của nguyên tố khác (từ 0.05 – 3MeV) Căn cứ vào sự khácnhau về năng lượng của bức xạ γ ta có thể dùng phương pháp phổ γ để xác địnhcác nguyên tố khác nhau

- Bức xạ γ có khả năng ion hóa rất kém nhưng khả năng đâm xuyên lớn, chúng cóthể đâm xuyên qua lớp không khí dày hàng trăm m và lớp đất đá dày không quá1m

- Dựa vào đặc điểm của từng loại phóng xạ mà ta có thể đưa ra các phương phápnghiên 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 Đóchính là tiền đề quan trọng trong việc xác định hàm lượng chất phóng xạ từ đó tagiải 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

- Hoạt động: Khi ta đưa ống nhân quang điện ( D) vào vùng nhiễm xạ dưới tácđộng của bức xạ ion hóa vật chất vùng huynh quang sẽ phát tia sáng.Tia sáng đậpvào Katot của ống nhân quang điện các điện trở ở Katot bật ra và bị emito có điệntích +100V hút về Mỗi hạt bay về E1, đập vào E1 làm bật ra 2 hạt và lại bị E2 cóđiện tích + cao hơn hút về tạo thành dòng điện tử thứ cấp, dòng điện tử này đượcphát triển theo cấp số nhân, cuối cùng đập vào Anot của nhân quang điện tạo nênxung 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 Hsl

+ Hsl 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 – HΦ< 1 mSV/năm thì không gây ảnhhưởng 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 chấtphóng xạ

+ ) H > 5μSV /năm => không an toàn với cán bộ làm việc gián tiếp với chất phóngxạ

+ ) H > 1μSV/ năm => không phù hợp với dân thường

Máy đo: DKS – 96

(μSV/năm)

Đá hoa xâydựng lát nền,màu vàng

Đá hoa xâydựng lát nền,màu xanh

Đá hoa xâydựng lát nềnngoài trời,màu vàng

7 7 Bê tông, lẫnnhiều sỏi 01 1211 0.9120.836 -0.266-0.19

8 8 (HΦ) Đất trồng(phông) 01 18.514.5 1.4061.102 0.3040

2)Máy DKS - 96 (μR/h)R/h)

STT Điểmđo Đặc điểm vậtliệu cách (m)Khoảng Hsl

(μSV/h)

H(μSV/năm)

H-HΦ

(μSV/năm)

Đá hoa xâydựng lát nền,màu vàng

Đá hoa xâydựng lát nền,màu xanh

Đá hoa xâydựng lát nềnngoài trời,màu vàng

Các vật liệu phát ra bức xạ lớn hơn cả là đá hoa dùng làm gạch 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 7trong 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 trênvật liệu bê tông, ta thấy Hsl tại khoảng cách 0m nhỏ hơn Hsl tại khoảng cách 1m.Cho thấy ảnh hưởng của các vật liệu xung quanh gây tăng suất liều bức xạ

CHƯƠNG II THỰC TẬP PHƯƠNG PHÁP TRỌNG LỰC

1 Cơ sở lý thuyết

- Thăm dò trọng lực là phương pháp Địa Vật Lý thăm dò,dựa trên việc nghiên cứu,khảo sát sự phân bố của trường trọng lực để giải quyết các nhiệm vụ địa chất như nghiên cứu đặc điểm cấu tạo vỏ Quả đất,tìm kiếm thăm dò các khoáng sản có ích

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

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

và gọitắt là giá trị trọng lực.Đơn vị đo trọng lực trong hệ CGS là Gal,viết tắt (Gl) 1Gl = 1cm/s2.Trong thực tế thường dùng đơn vị nhỏ hơn là miligal (mGl)

- Do quả đất có cấu tạo địa chất phức tạp,thành phần đất đá rất đa dạng,có mật độ biến đổi rất khác nhau,cho nên các giá trị trọng lực đo được sẽ chịu ảnh hưởng của các cấu tạo địa chất,tạo nên các bất thường trọng lực ∆g cho từng điểm cũng như từng vùng cụ thể,bất thường trọng lực có thể có giá trị âm hoặc dương.Đây chính

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

2 Máy trọng lực và công tác đo ngoài thực địa

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 bình cách nhiệt.Hệ đàn hồi được đặt gần đáy máy trong một cốc kim loại,hút chân không 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 kèm 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 Nhờ hệ thống quang học và lò xo bù mà cánhtay đòn được đưa về vị trí cân bằng.Khi biết giá trị độ chia ta có thể tính được giá trị ∆g giữa hai điểm đo.Lý do người ta sử dụng thạch anh để chế tạo vì :

+ Thạch anh có độ đàn hồi tốt

+ Ổn định với nhiệt độ

+ Độ bền cơ học thấp

Nguyên tắc 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,đung đưa làm biến dao động trên mặt phẳng thẳng đứng thành dao động trên mặt phẳng nằm ngang để việc quan sát được dễ dàng

2.2 Công tác đo ngoài thực địa

- Địa điểm đo : Địa điểm đo : Ta dùng máy trọng lực đo gia số giữa các tầng 2,3,4, 5khu nhà B trường 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 điểm đầu 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 tiếp tục vặn ốc còn lại (ốc điều chính hướng về phá người) để nâng hạ,cân bằng bọt thủy phía trên

+ Đo và đọc kết quả : Khi hai bọt thủy đã ở vị trí cân bằng thì ta tiếp tục chính nút xoay ở trên ống máy về vị trí vạch 50,và đọc hết quả trên bộ phận hiển thị vạch chia Cuối cùng khi đo xong phải ngắt nguồn,tiết kiệm pin,tránh để nhiệt độ bóng đèn 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 thời điểm đo,tên điểm đo

3 Kết quả đo,xử lý số liệu và nhận xét

Ta có bảng kết quả đo sau :

∆t(ph)

∆S(vạch)

C.∆S(mGal)

K (mGal/

ph)

K.∆t(mGal)

∆g=C.∆S– K.∆t(mGal)

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 đượcphương pháp đo và phương pháp xử lý số liệu Chắc chắn nếu có thêm thời gianchúng em có thể đo 1 cách chính xác hơn…

CHƯƠNG III THỰC TẬP PHƯƠNG PHÁP TỪ

1 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 

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

do lõi thủy lôi MK-52 gây ra được theo một đoạn tuyến Bắc – Nam khi đặt lõi thủy lôi song song với phương tuyến đó

2 Máy đo từ và công tác đo ngoài thực địa

2.1 Máy đo từ

- Cấu tạo của máy đo từ Minimax sử dụng trong đợt thực tập này gồm các bộ phận chính đó là : Bộ phận thu,Bộ phận phát tần chuẩn,Ắc qui nguồn nuôi và Bộ phận hiện

- 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

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

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 T *

= (50 ÷ 100 )T

Khi đó

do proton lớn nên kim từ sẽ lại sắp hàng theo T*

 Tiếp theo khi ta ngắt dòng điện thì kim từ quay về định hướng theo T ,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 : f st

s t

s t . cu

T k f k f

; [nT,γ]

- Hình ảnh thực tế về máy đo Minimax :