Nghiên cứu phương pháp xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất và ranh giới mặn nhạt của tầng Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan ở thành phố Cà Mau

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG . 6 MỞ ĐẦU . 7 Chương 1 . 8 KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN CỦA KHU VỰC 8 1.1. Khái quát khu vực nghiên cứu thành phố Cà Mau 9 1.1.1. Giới thiệu tổng quan . 9 1.1.2. Vị trí địa lý, địa hình thành phố Cà Mau . 9 1.1.2.1. Vị trí địa lý 9 1.1.2.2. Đặc điểm địa hình . 11 1.2. Đặc điểm khí hậu, thủy văn 11 1.2.1. Đặc điểm khí hậu . 11 1.2.2. Đặc điểm thủy văn 12 1.2.2.1. Hệ thống sông rạch 12 1.2.2.2. Chế độ thủy văn 12 1.3. Đặc điểm địa tầng địa chất . 13 1.4. Đặc điểm địa chất thủy văn 14 1.4.1.Các tầng chứa nước lỗ hổng 14 1.4.2. Các thành tạo địa chất rất nghèo nước 17 1.4.3. Kết luận 18 Chương 2 . 20 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN 20 2.1. Các phương pháp phóng xạ 21 2.1.1. Cơ sở vật lý - địa chất . 21 2.1.1.1.Các nguyên tố đồng vị phóng xạ tự nhiên . 21 2.1.1.2. Hoạt tính phóng tự nhiên của đá 22 2.1.1.3. Đơn vị đo độ phóng xạ 23 2.1.2. Phương pháp đo bức xạ tự nhiên gamma (GR) 25 2.1.2.1.Sơ đồ bức xạ gamma tự nhiên 25 2.1.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả đo GR 26 2.1.2.3. Phạm vi ứng dụng . 27 2.1.3. Phương pháp phóng xạ nhân tạo . 28 2.1.3.1. Phương pháp Gamma mật độ (Gamma – Gamma) 29 2.1.3.2. Phương pháp carota nơtron 32 2.1.3.3. Phạm vi ứng dụng . 34 2.2 Các phương pháp điện 35 2.2.1 .Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực không hội tụ 37 2.2.2. Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực có hội tụ dòng . 43 2.2.3. Ứng dụng của phương pháp điện trở . 44 2.2.4. Phương pháp thế điện tự phân cực – SP (Spotaneous Potential) 44 2.2.4.1. Sơ đồ đo thế điện tự phân cực . 47 2.2.4.2. Đường cong SP trong giếng khoan 48 2.2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị SP 49 2.2.4.4. Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP 52 2.3. Phương pháp đo đường kính giếng khoan 52 2.3.1.Sơ đồ nguyên tắc của phép đo . 53 2.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng 54 2.3.3. Áp dụng . 54 2.4. Phương pháp đo nhiệt độ trong giếng khoan 55 2.4.1. Cơ sở vật lý – địa chất 55 2.4.2. Sơ đồ đo nhiệt độ trong lỗ khoan 56 2.4.3. Các phương pháp Carota nhiệt 57 2.4.3.1. Phương pháp trường nhiệt tự nhiên . 57 2.4.3.2. Phương pháp trường nhiệt nhân tạo . 58 2.4.3.3 Phương pháp nghiên cứu các trường nhiệt cục bộ . 59 2.4.4. Ứng dụng của phương pháp carota nhiệt . 60 CHƯƠNG 3 61 CƠ SỞ XÁC ĐỊNH TỔNG ĐỘ KHOÁNG HÓA CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT . 61 3.1 Các phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa của nước dưới đất theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan. . 62 3.1.1. Cơ sở phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa. 62 3.1.2 Các công thức tính toán . 64 3.1.2.1.Tính độ tổng khoáng hóa M theo các công thức . 64 3.1.2.2. Tính tổng độ khoáng hóa theo bảng hệ thống tiêu chuẩn địa vật lý – địa chất thủy văn . 65 CHƯƠNG 4 67 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 67 4.1. Công tác chuẩn bị tài liệu: . 68 4.2. Tính tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất 76 4.3. Kết quả xác định ranh giới mặn nhạt các tầng chứa nước khu vực thị xã Cà Mau và các tuyến mặt cắt 77 KẾT LUẬN . 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

pdf84 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 04/02/2013 | Lượt xem: 4446 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu phương pháp xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất và ranh giới mặn nhạt của tầng Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan ở thành phố Cà Mau, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hi trong môi trường nghiên cứu có nhiều hạt nhân nhẹ. Mật độ các nơtron nhiệt hay cũng là cường độ phóng xạ gamma chiếm giữ phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố hydro trong môi trường nghiên cứu, trong tự nhiên hydro có trong pha lỏng (dầu, nước) và pha khí của đá, các lưu chất này bão hòa lấp Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 34 kín trong lỗ rỗng của đá, do đó cường độ gamma chiếm giữ đo được sẽ có quan hệ chặt chẽ với độ 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 hydro trong pha khí thì ít hơn hẳn, dựa vào thực tế đó người ta có thể phân biệt được chất lưu bão hòa trong đá chứa là dầu, nước hay khí. Thiết bị chủ yếu dùng cho các phương pháp này gồm có:  Nguồn nơtron (thường là hợp chất poloni – berili). Trong ĐVLGK thường dùng các nguồn phát ra nơtron có năng lượng cao như nhóm nơtron nhanh En>10KeV, chúng có thể bị bắt giữ rất dễ dàng khi mức năng lượng chỉ còn khoảng 0,025eV sau quá trình bị làm chập.  Máy chỉ thị mật độ nơtron (đối với phương pháp mật độ nơtron) hoặc là máy chỉ thị cường độ bức xạ gamma thứ sinh xảy ra sau khi có hiện tượng chiếm nơtron (đối với phương pháp nơtron – gamma). Giữa nguồn và máy chỉ thị có đặt màn chắn nhằm ngăn không cho máy chỉ thị chịu bức xạ trực tiếp của nguồn. 2.1.3.3. Phạm vi ứng dụng Ưu điểm: phương pháp phóng xạ có khả năng nghiên cứu ở cả những phần giếng khoan có ống chống, có trám xi măng mà phương pháp điện không nghiên cứu được. Quá trình phóng xạ không chịu ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện vật lý trong quá trình đo không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ, áp suất…. Nhược điểm: lớn của phương pháp phóng xạ là kết quả đo chịu ảnh hưởng nhiều bởi sự thay đổi liên tục của đường kính giếng khoan. Kết hợp với tài liệu củacác phương pháp carota điện, một ứng dụng quan trọng hàng đầu của các phương pháp carota phóng xạ là việc phân chia cột địa tầng lỗ khoan. Việc phân chia này dựa trên kết quả đo độ phóng xạ tự nhiên (bức xạ gamma) của các lớp đá do hàm lượng nguyên tố phóng xạ trong từng lớp (phương pháp carota gamma), kết quả đo bức xạ gamma tán xạ ở những lớp đá có mật độ khác nhau Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 35 (phương pháp carota gamma – gamma), kết quả đo mật độ nơtron nhiệt và đo cường độ bức xạ gamma do quá trình bắt nơtron nhiệt sinh ra ở các lớp đất đá (phương pháp carota nơtron – nơtron và nơtron – gamma). Sau khi dựng được cột địa tầng của từng lỗ khoan, sử dụng đặc điểm ổn định về độ dày ta có thể liên kết các cột địa tầng ở các lỗ khoan trong vùng lại với nhau, từ đó có thể xây dựng được lát cắt địa vật lý – địa chất trong vùng công tác. 2.2 Các phương pháp điện Trong chương này chúng ta sẽ xét đến các phương pháp nghiên cứu lỗ khoan dựa vào trường điện không đổi. Trong địa vật lý giếng khoan, các phương pháp điện bao gồm rất nhiều phép đo khác nhau nhằm xác định giá trị điện trở suất/độ dẫn điện của đất đá ở thành giếng khoan. Khả năng dẫn dòng trong thành hệ phụ thuộc trực tiếp vào khả năng linh động của các ion trong nước vỉa bão hòa. Những đá chứa sạch, khô là những vật chất không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém và thường có điện trở rất cao. Nếu đá không chứa quặng dẫn điện thì yếu tố dẫn điện duy nhất trong đá là nước trong các lỗ rỗng giữa hạt. Như vậy, điện trở của nước phụ thuộc vào lượng muối khoáng hòa tan trong nó, độ khoáng hóa của nước bão hòa càng cao thì đá càng dẫn điện tốt và điện trở càng thấp, nhiệt độ của môi trường cũng đóng vai trò quan trọng làm thay đổi điện trở của vỉa chứa nước vì nếu nhiệt độ tăng sẽ làm cho hoạt tính của các ion trong nó, độ khoáng hóa của nước bão hòa càng cao thì đá càng dẫn điện tốt và điện trở càng thấp, nhiệt độ của môi trường cũng đóng vai trò quan trọng làm thay đổi điện trở của vỉa chứa nước vì nếu nhiệt độ tăng sẽ làm cho hoạt tính của các ion trong nước tăng, đá có độ rỗng cao và nước trong nó có nồng độ ion cao thì chắc chắn có độ dẫn điện cao và điện trở thấp. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 36 Trong quá trình khoan, dung dịch khoan sẽ xâm nhập vào trong thành hệ qua thành giếng khoan (vì áp suất của cột dung dịch khoan lớn hơn hoặc bằng áp suất của thành hệ) và trên lý thuyết sẽ hình thành ba đới tính từ giếng khoan vào trong thành hệ là: đới thấm nhiễm hoàn toàn, đới chuyển tiếp, và đới nguyên (Hình 2.5). Trong quá trình thấm, nước của dung dịch khoan vào trong vỉa, sét của dung dịch khoan bị giữ lại ở thành giếng khoan tạo thành lớp vỏ sét (mud cake). Hình 2.5 : Sơ đồ mô phỏng quá trình thấm và sự hình thành các đới thấm quanh thành giếng khoan. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 37  Đới thấm hoàn toàn: dung dịch khoan sẽ chiếm toàn bộ phần không gian rỗng trong đới này.  Đới chuyển tiếp: dung dịch khoan cùng với một lượng chất lưu vỉa tồn tại trong không gian rỗng.  Đới nguyên: do dung dịch khoan không thấm sâu vào được, nên chất lưu vỉa chiếm toàn bộ không gian rỗng. Các phương pháp trong nhóm này có đặc điểm chung là qua các điện cực (hoặc ống dây) phát tín hiệu dòng kích thích vào môi trường nghiên cứu rồi dùng các điện cực khác đặt cách điểm phát một khoảng nhất định để thu các tín hiệu tương ứng từ môi trường nghiên cứu. Một hệ gồm các điện cực/ống dây phát và thub tương ứng dùng để đo điện trở suất hay độ dẫn điện của môi trường nghiên cứu được gọi là hệ điện cực (device) hay Zond (tool). Các hệ điện cực đo có chiều sâu nghiên cức khác nhau từ một vài centimét đến vài mét phụ thuộc vào kích thước giữa cực phát và cực thu. Nhờ các phép đo bằng các hệ điện cực có chiều sâu nghiên cứu khác nhau, người ta có thể đánh giá các giá trị điện trở suất của các đới khác nhau xung quanh giếng khoan. 2.2.1 .Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực không hội tụ Nguyên lý: Qua điện cực A phát dòng điện một chiều hoặc tần số thấp cường độ I (A) vào môi trường đồng nhất đẳng hướng vô hạn. Cùng với điện cực phát A trong mạch phát có điện cực B đặt xa vô cùng. Xung quanh mặt đẳng thế điện hình cầu tâm chung A. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 38 Nếu thế ở một điểm cách tâm một khoảng U(r) thì hiệu điện thế giữa hai mặt đẳng thế có gia số bán kính dr: -dU = 24 r I   dr (2.2) Trong đó: I: Cường độ dòng phát (A) R: Điện trở suất của môi trường ( m. ) Lấy tích phân (2.2) theo r ta có: U =   0 24 r drI   = r I   4 (2.3) Và cường độ điện trường E cũng được tính: E = dr dU  = 24 r I   (2.4) Từ các phương trình (2.3) và (2.4) có thể tính được điện trở suất tương ứng như sau:  = 4πr ୙ ୍ (2.5)  = − ସπ୰ మ ୍ ୢ୙ ୢ୰ = 4πrଶ ୉ ୍ (2.6) Hình 2.6. Nguyên lý phép đo điện trở suất Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 39 Muốn thu được điện trở suất, theo biểu thức (2.5), người ta phải dùng thiết bị hai cực, gồm một cực phát dòng và một cực đo thế. Trong carota điện, thiết bị đó gọi là hệ điện cực thế. Còn theo biểu thức (2.6), người ta phải dùng thiết bị ba cực, gồm một cực phát và hai cực đo, trong đó hai cực đo cách nhau một khoảng vô cùng bé để đo cường độ trường điện (gradien thế). Trong carota điện thiết bị như vậy gọi là hệ cực gradien. Vậy dẫn đến có hai cách đo điện trở suất sau: 2.2.1.1. Sơ đồ đo thế - hệ điện cực thế Hệ cực thế là hệ cực mà khoảng cách giữa các cực cùng chức năng (chẳng hạn M và N) lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa các cực khác chức năng (chẳng hạn A và M). Một điện cực thu M đặt gần điện cực phát A, cường độ dòng I trong mạch AB được duy trì cố định. Điện thế U୑ so với điện thế tại N ở xa vô cùng (U୒ = 0) nếu bỏ qua ảnh hưởng của giếng khoan, có thể viết phương trình như sau: UM = AM I   4 (2.7) Trong hệ điện cực thế, AMതതതതത là khoảng cách không đổi từ điện cực phát A đến cực thu M, gọi là chiều dài của hệ điện cực thế hay là Zond thế. Khi cường độ dòng I không đổi, điện thế UM tỷ lệ với điện trở suất  . Hệ số Kp = 4πAMതതതതത gọi là hệ số của hệ điện cực, ta có thể viết:  = Kp ୙౉ ୍ (2.8) Do đó khi đo liên tục sự biến thiên của UM chính là đo biến thiên của  theo trục giếng khoan. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 40 Hình 2.7. Hệ điện cực thế. Nguyên tắc (a); Sơ đồ thực tế (b) Trong thực tế, hệ cực thế được xem là lý tưởng nếu giá trị UM không vượt quá 5% giá trị UN. Ở môi trường đồng nhất điều kiện nay thoả mãn nếu MN ≥ 20AM. Trong sản xuất các hệ điện cực thế, kích thước của cực thu thường dùng với hai kích thước sau: AM = 0m40, tương đương với 16’’, gọi là hệ điện cực thế ngắn. AM = 1m60, tương đương với 64’’, gọi là hệ điện cực thế trung bình. 2.2.1.2. Sơ đồ đo gradien – Hệ điện cực gradient Hệ cực gradien là hệ cực mà khoảng cách giữa các điện cực cùng chức năng bé hơn nhiều so với khoảng cách giữa các điện cực khác chức năng. Trên sơ đồ đo gradien (hình 2.8) hai điện cực M, N được đặt gần điện cực A với khoảng cách xác định (ANതതതത > AMതതതതത). Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 41 Hình 2.8. Hệ điện cực gradien. Sơ đồ nguyên tắc (a); Sơ đồ thực tế (b) Hiệu điện thế ∆U୑୒ giữa hai mặt cầu đẳng thế có chứa các điện cực M, N được tính: Điện thế tại M: U୑ = AMI4 (2.9) Và tại N: U N = AN I   4 (2.10) Từ (2.9) và (2.10) ta có: ∆U୑୒ = U୑ − U୒ = MNAMMNIANAMI .4114    (2.11) Hệ số kG là hệ số của hệ điện cực: kG = MN ANAM.4 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 42  = kG I U MN (2.12) Từ (2.12) ta thấy dòng phát I được duy trì không đổi thì điện trở suất  của môi trường tỷ lệ với hiệu điện thế ∆U୑୒. Trong thực tế để tiết kiệm năng lượng phát dòng và tránh hiện tượng màn chắn trong các lát cắt điện trở cao, người ta đưa cực phát B và điện cực thu N vào trong giếng khoan. Ngoài ra theo nguyên lý tương hỗ trong một hệ điện cực ta có thể đổi vai trò của điện cực phát cho điện cực thu và ngược lại thì giá trị điện trở đo được không thay đổi vì: .4 AM AN MN  = .4 MA NB AB  = kG Chọn điểm O nằm giữa M, N nếu khoảng cách từ M đến N càng gần nhau, MNതതതതത ≪ AMതതതതത và ANതതതത thì AM≈AN≈AO, từ (2.11) ta có thể viết:  = dr dU I AO .4 2 (2.13) Đạo hàm E dr dU  là cường độ điện trường tại O, và Điện trở suất  tỷ lệ với cường độ điện trường E. Khi đó ܣܱതതതത gọi là chiều dài của hệ điện cực gradien, và O cũng là điểm đo của hệ điện cực. Chiều dài của hệ điện cực được chọn khác nhau sao cho có hiệu quả khi đo trong từng đối tượng nghiên cứu cụ thể : than quặng, dầu khí… Ngoài các hệ cực thế và gradient nêu trên, người ta còn sử dụng nhiều hệ cực khác nhằm nâng cao hiệu quả của phương pháp trong các trường hợp cần thiết như:  Hệ cực hội tụ dòng (Laterolog) dùng trong trường hợp vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng có điện trở cao hoặc trường hợp dung dịch mặn.  Hệ cực đo sâu sườn (Dual Laterolog) cho phép đo điện trở với chiều sâu nghiên cứu khác nhau. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 43  Vi hệ cực cổ điển (ML) để nghiên cứu điện trở của lớp vỏ sét (Rmc) và đới rửa (Rxo).  Vi hệ cực hội tụ dòng (MLL) được sử dụng quan trọng trong xác định điện trở của đới rửa.  Vi hệ cực hội tụ cầu (MSFL) cũng để xác định điện trở của đới rửa nhưng tránh được ảnh hưởng của lớp vỏ sét. 2.2.2. Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực có hội tụ dòng Trong thực tế gặp phải nhiều khó khăn như:  Chiều dày h của vỉa nghiên cứu không lớn, xấp xỉ hoặc nhỏ hơn chiều dài của hệ điện cực, lúc đó ảnh hưởng đến các lớp vây quanh lên Ra rất lớn, nên việc vạch ranh giới vỉa sẽ khó khăn.  Điện trở dung dịch quá nhỏ (dung dịch mặn) điện trở suất của các lớp đá trong lát cắt lại quá cao, đường dòng phát qua A không đi vào môi trường nghiễn cứu mà chủ yếu đi trong giếng khoan. Trong những trường hợp này việc đo điện trở suất bằng các hệ điện cực đã nêu trên sẽ kém hiệu quả.Để khắc phục các yếu tố gây ảnh hưởng đến kết quả khảo sát nêu trên, ngoài điện cực phát chính A0, người ta còn dùng các điện cực đường chắn để ép cho dòng phát đi sâu vào môi trường nghiên cứu xung quanh giếng khoan. Khi đó ta sẽ sử dụng các phương pháp đo điện trở / độ dẫn điện của các lớp đất đá trong giếng khoan bằng các phương pháp có hội tụ dòng. So sánh giữa các hệ cực hội tụ dòng và hệ cực thông thường, ta thấy trong trường hợp hệ cực hội tụ dòng, đường dòng tập trung vào vỉa đá cần nghiên cứu chứ không tản mác ra xung quanh, vì vậy điện trở suất mà nó đo được gần với điện trở suất thật hơn nhiều. Chính vì ưu điểm đã nói của các hệ điện cực hội tụ dòng đặc biệt trong các trường hợp cần nghiên cứu vỉa mỏng, phạm vi sử dụng các phương pháp đo điện Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 44 trở suất biểu kiến bằng các hệ cực hội tụ dòng ngày càng được mở rộng, lấn át các phương pháp đo điện trở suất biểu kiến thông thường. 2.2.3. Ứng dụng của phương pháp điện trở  Liên kết các giếng khoan dựa trên sự giống nhau tương đối về hình dạng đường cong điện trở suất trong cùng một phạm vi, cùng một cấu tạo địa chất.  Phân biệt giữa các vùng chứa dầu và nước.  Chỉ ra các đới thấm.  Xác định độ rỗng.  Xác định độ bão hòa nước (hoặc độ bão hòa hydrocacbon). 2.2.4. Phương pháp thế điện tự phân cực – SP (Spotaneous Potential) Phương pháp thế điện tự phân cực là một trong các phương pháp điện chủ đạo để nghiên cứu lát cắt lỗ khoan. Vào năm 1928, lúc chuẩn bị sơ đồ để đo điện trở suất trong giếng khoan, Schlumberger phát hiện thấy có sự tồn tại một hiệu điện thế giữa điện cực M dịch chuyển dọc trong giếng khoan và điện cực N đặt trên mặt đất khi không có dòng điện phát, điện thế đó thay đổi từ lớp đá này sang lớp đá khác, với giá trị từ một vài đến hàng trăm millivolt. Điện thế đó có tên gọi là điện thế tự phân cực. Phương pháp đo thế điện này gọi là phương pháp thế điện tự phân cực – SP. Thế điện tự phân cực trong giếng khoan có hai thành phần chính do hai quá trình vận động của các ion:  Thế điện động lực (điện thấm lọc, dòng chảy) Ek: trong điều kiện giếng khoan là dòng filtrat thấm qua lớp vỏ sét ở đoạn vỉa thấm tốt. Khi lớp vỏ sét đủ dày thành màng chống thấm thì quá trình thấm dừng lại và thành phần Ek cũng sẽ triệt tiêu.  Thế điện hoá Ec: thành phần chính của trường điện SP, là kết quả của sự khác biệt về nồng độ của nước trong thành hệ và chất thấm (filtrat). Ec bao gồm: Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 45  Thế hấp thụ EA do sự dịch chuyển các ion đi qua các lớp sét vây quanh.  Thế khuếch tán ED do sự dịch chuyển có hướng của các ion trên mặt tiếp xúc giữa đới thấm và đới nguyên, ranh giới giữa các lớp đất đá, thành giếng khoan. Đối với môi trường trong lỗ khoan, quá trình khuếch tán hấp phụ là quá trình chính tạo nên trường điện tự nhiên (Hình 2.9), sau đó là quá trình ngấm lọc. Hình 2.9. Sự khuếch tán muối từ nước vỉa ra dung dịch khoan và từ dung dịch khoan vào vỉa. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 46 Hình 2.10. Sự hình thành các thế trong lỗ khoan.EA thế hấp thụ. ED thế khuyếch tán Nếu thành hệ thấm không phải là phiến sét, thế điện hoá là: Ec = -K log (aw/af) (2.14) Trong đó: aw, af : là độ hoạt hóa của nước vỉa và filtrate K là hệ số tỷ lệ theo nhiệt độ tuyệt đối của thành hệ (K= 71 ở 25oC) Độ hoạt hoá của dung dịch liên quan đến nồng độ muối và do đó liên quan đến điện trở. SP do tính hoạt hoá điện có thể được viết như sau: SP = - K log (Rmf/Rw) (2.15) Trong đó: Rmf: điện trở dung dịch Rw: điện trở nước vỉa Việc đo thế của trường điện tự nhiên được tiến hành nhờ hai phương pháp đo thế và đo gradient. Thông thường người ta tiến hành phương pháp đo thế, nghĩa là đặt một cực thu trên miệng giếng khoan, còn điện cực thu thứ hai được dịch chuyển trong Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 47 giếng khoan. Trong một số trường hợp khi có nhiễu lớn, có thể dùng phương pháp đo gradient, khi đó cả hai điện cực thu đều được dịch chuyển trong giếng khoan và khoảng cách giữa chúng là không đổi (khoảng 1 – 2m). Kết quả thu được là các đồ thị biểu diễn sự thay đổi thế điện tự nhiên theo chiều sâu dọc giếng khoan. Sau đây là sơ đồ nguyên tắc đo trong giếng khoan: 2.2.4.1. Sơ đồ đo thế điện tự phân cực Các điện cực M và N làm bằng chất liệu kim loại ít bị phân cực điện cực trong môi trường dung dịch khoan và có độ khoáng hoá khác nhau. Thường người ta dùng chì để chế tạo các điện cực thu M, N (Hình 2.11). Hình 2.11. Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan. a) Sơ đồ đo gradien. b) Sơ đồ đo thế SP. BPC - Bộ bù phân cực. V - Vôn kế. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 48 Bộ bù phân cực (BPC) bằng pin sẽ tạo ra một thế điện để khử thế điện phân cực điện cực nếu có và để bù cho tín hiệu nằm trong thang đo của vôn kế (không bị vượt thang đo). Vôn kế sẽ ghi giá trị độ chênh thế điện giữa điện cực M so với điện cực N. Nếu cả hai điện cực M và N cùng dịch chuyển trong giếng khoan (Hình 2.11a) thì phép đo có giá trị là gradien. Khi N đặt cố định trên mặt đất, M chạy trong giếng khoan thì phép đo có giá trị đo là thế SP tại điểm M. 2.2.4.2. Đường cong SP trong giếng khoan Trong giếng khoan, biểu đồ đo SP là đường liên tục biểu diễn sự thay đổi điện thế tự phân cực SP theo chiều sâu. Đường cong đo thế điện tự phân cực gần như không đổi trên đường thẳng ở các khoảng chiều sâu giếng khoan đi qua các lớp sét hay đá macnơ có chiều dày đủ lớn. Người ta chọn đường nối các giá trị SP đi qua các lớp sét dày để dựng một đường thẳng kéo dài theo chiều sâu giếng khoan, đường đó được gọi là đường cơ sở hay đường sét. Trong trường hợp dung dịch khoan là dung dịch ngọt (có độ khoáng hoá thấp hơn nước vỉa) thì đoạn ngang với vỉa cát, đường cong SP sẽ lệch về phía trái so với đường sét. Đường nối các giá trị SP ở các vỉa cát sạch được gọi là đường cát. Nếu không có các nhiễu, giá trị SP trong các lỗ khoan sẽ thay đổi khác nhau giữa hai đường sét và đường cát. Đường cong SP được dùng để tính điện trở suất của nước trong đá chứa, xác định ranh giới đá gốc, phân biệt phiến sét và cát hoặc đá vôi khi kết hợp với các đường cong khác và để liên kết địa tầng. Đường cong SP đo ghi trong điều kiện lý tưởng được gọi là đường thế tự phân cực tĩnh SSP. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 49 Đường cong SSP có giá trị SSP đối diện với một vỉa thành hệ có chiều dày lớn, sạch và bão hòa nước với Rmf > Rw . Quan hệ giữa thế tự phân cực tĩnh với hoạt hóa của dung dịch và nước vỉa thể hiện bằng phương trình sau: SSP = - K log w f a a (2.16) Trong đó: K = 61 + 0,133 T (0F) hoặc K = 0,5 + 0,24 T (0C) Vì các hoạt tính hóa học của aw và amf là những đại lượng khó tính trực tiếp, nên có thể dùng giá trị Rw và Rmf là đại lượng nghịch đảo của điện hóa. Từ đó phương trình trên (2.16) sẽ được viết lại như sau: SSP = - K log mf w R R (2.17) 2.2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị SP Giá trị SP đo được trong lỗ khoan bị ảnh hưởng bởi chiều dày của lớp, điện trở suất của lớp, đường kính thấm nhiễm, đường kính lỗ khoan, lượng sét và quan trọng nhất là Rmf và Rw.  Bề dày của lớp: Đối với các vỉa mỏng (bề dày < 10 feet), thiết bị đo SP trong lỗ khoan sẽ ghi các giá trị nhỏ hơn khi dùng SSP (Hình 2.12b). Tuy nhiên, đường cong SP được hiệu chỉnh bằng đồ thị, từ đó kết quả về bề dày của lớp được xác định. Thông thường đường cong SP có hình dạng rõ ràng và SP được hiệu chỉnh tương ứng với bề dày của lớp. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 50 a) b) Hình 2.12. Ví dụ về độ lệch SP từ đường cong sét đặc trưng. Hình 2.12a – Độ lệch SP tương ứng với các loại điện trở suất khác nhau: nước lọc mùn ( Rmf), nước vỉa ( Rw). Trong đó giá trị điện trở suất của nước lọc mùn bằng điện trở suất của nước vỉa thì không có độ lệch âm hoặc dương từ đường cong sét đặc trưng.  Nếu Rmf > Rw đường SP lệch về phía tay trái của đường sét cơ sở ( độ lệch âm).  Nếu Rmf >> Rw thì độ lệch cũng tỷ lệ với độ lớn.  Nếu Rmf < Rw đường SP lệch về phía bên phải từ đường sét cơ sở (độ lệch dương). Hình 2.12b – SP lệch đi khi Rmf >> Rw, SSP tại điểm cao nhất của đồ thị thì lệch về phía dương, lớn nhất trong các lớp dày, không chứa sét và tầng cát chứa nước (cát Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 51 ẩm), và được xác định bằng tỷ số Rmf/ Rw tất cả các độ lệch khác nhỏ và mang tính chất tương đối. SSP là sự phản hồi của đường SP do sự có mặt của các lớp mỏng hoặc khí. PSP (điện trường tự nhiên giả tĩnh) là sự phản hồi của đường SP nếu sét có mặt.  Điện trở suất của lớp: điện trở suất cao hơn sẽ làm giảm biên độ của đường cong SP.  Lỗ khoan và sự thấm nhiễm: ảnh hường của sự thay đổi đường kính lỗ khoan và sự thấm nhiễm trong khi đo là rất nhỏ, có thể bỏ qua.  Hàm lượng sét. Sự hiện diện của sét trong tầng thấm làm giảm độ lệch của SP. Trong đới chứa nước, độ giảm của điện trường tự nhiên tỉ lệ với lượng sét có trong vỉa. Trong đới dầu, độ giảm SP lớn hơn tác động của thể tích sét gọi là “sự hạn chế HC – hydrocarbon, supperssion”. Giá trị đo SP trong sét ít thay đổi, có dạng một đường thẳng và gọi là đường sét cơ sở. Độ lệch của đường cong SP được ghi nhận từ đường cơ sở của sét. Vùng thấm là vùng có đường cong SP lệch khỏi đường sét cơ sở. Ví dụ, nếu đường cong SP lệch về phía bên trái (độ lệch âm: Rmf>Rw) hoặc lệch về phía bên phải (độ lệch dương: Rmf<Rw) so với đường sét cơ sở thì nơi có đới thấm. Ranh giới của tầng thấm được xác định bởi điểm lệch từ đường cơ sở sét. Khi đo qua tầng không thấm hoặc tầng thấm (Rmf = RW) thì đường cong SP không lệch so với đường sét cơ sở. Bởi vì độ lớn của trường SP phụ thuộc và sự khác nhau giữa điện trở suất của nước lọc mùn (Rmf) và điện trở suất của nước vỉa (RW) nên không thể xác định được độ thấm chung của đất đá. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 52 2.2.4.4. Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP Phương pháp đo thế điện tự phân cực được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu các giếng khoan với những mục đích khác nhau, đặc biệt trong thăm dò dầu khí và than.Trong thực tế sản xuất, phương pháp này được sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ như:  Phân chia các lớp đất đá trong lát cắt giếng khoan theo thành phần thạch học. Nhận biết các lớp đá có thấm và không thấm (tầng chứa và tầng chắn), tầng thấm là tầng có đường cong SP lệch ra khỏi đường sét cơ sở.  Xác định ranh giới và chiều dày các vỉa cát sét dựa vào khả năng thấm của chúng. Thêm vào đó sử dụng đường cong SP để phát hiện ra vỉa hydrocacbon.  Liên kết đồng danh các lớp trong lát cắt giữa các giếng khoan trên tuyến liên kết.  Xác định điện trở suất của nước vỉa Rw.  Trong các lát cắt lục nguyên, nó cho phép phân biệt các vỉa cát, sa thạch với sét, trong các lát cắt cacbonat, nó cho phép tách các vỉa giàu những hạt sét. Trong nhiều trường hợp thuận lợi, phương pháp này cho phép xác định độ xốp, độ sét của đá, và cả độ khoáng hoá của nước vỉa. 2.3. Phương pháp đo đường kính giếng khoan Đường kính giếng khoan là một tham số thể hiện dặc tính cơ học rất quan trọng, mặt khác nó lại là số liệu dùng để hiệu chỉnh các số liệu đo của các phương pháp địa vật lý giếng khoan khác nhau khi xử lý tài liệu. Đo đường kính lỗ khoan nhằm:  Tính thể tích không gian sau ống chống, từ đó tính lượng xi măng cần thiết để trám thành lỗ khoan.  Kiểm tra trạng thái lỗ khoan sau khi khoan. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 53  Xác định các đoạn trong lỗ khoan thuận lợi nhất để đặt chân ống chống hoặc ống thí nghiệm.  Có số liệu đường kính lỗ khoan để hiệu chỉnh và phân tích tài liệu ĐVLGK như phóng xạ lỗ khoan, điện trở và SP. 2.3.1.Sơ đồ nguyên tắc của phép đo Hình 2.13. Sơ đồ nguyên tắc đo đường kính giếng Phép đo đường kính được thực hiện bằng các cặp càng. Các càng trong cặp được đặt đối diện nhau qua trục máy giếng, khi thả tới đáy giếng các cặp càng này tỳ vào thành giếng. Từ đây khi kéo lên miệng giếng để thực hiện phép đo thì độ mở rộng ra, hay khép vào của mỗi cặp càng đều phụ thuộc vào đường kính của giếng rộng hay hẹp. Sự thay đổi đường kính giếng làm cho một điểm tiếp xúc trượt chạy dẫn đến sự thay đổi điện trở của thế điện kế. Bằng cách chuẩn đơn giản ta dễ dàng lập đươc mối quan hệ phụ thuộc giữa những thay đổi của đường kính giếng với chỉ thị của phép đo trên điện thế kế. Có nhiều zond đo có thể gắn trên các càng của máy đo đường kính để đo đồng thời. Nhờ hai cặp càng đo vuông góc với nhau và bộ định tâm gắn ở dầu máy nên thiết bị có thể đo chính Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 54 xác đường kính giếng trên hai mặt phẳng vuông góc giao nhau theo trục giếng d1 và d2. Nếu d1= d2 là giếng tròn, còn d1 khác d2 giếng oval. 2.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng Các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất lên giá trị đường kính của giếng là:  Thành phần thạch học vì một số đá có thể:  Hòa tan trong dung dịch khoan.  Trở nên bở rời, trương nở dẫn đến bị xói lở khi tiếp xúc với dung dịch khoan ở dòng đối lưu sinh ra sập lở thành giếng.  Đất đá bị co ngót trong trường hợp đó giếng khoan cũng sẽ rộng ra.  Kiến trúc và cấu trúc của đá. Các lớp đất đá trong lát cắt có độ rỗng và có khả năng thấm , dưới áp lực của cột dung dịch filtrat thấm qua thành giếng để lại trên đó một lớp vỏ sét, chiều dày tới hàng chục milimet. Trong trường hợp đó đường kính của giếng nhỏ lại, có khi nhỏ hơn cả đường kính danh định. Đây là dấu hiệu của vỉa thấm lát cắt lục nguyên . 2.3.3. Áp dụng Những tài liệu đo đường kính giếng được sử dụng để:  Phát hiện những đới có độ rỗng và khả năng thấm.  Xác định thể tích giếng khoan để gia công thể tích khối xi măng cần thiết khi khoan.  Phát hiện các phần lát cát rắn chắc và kín để đặt các packer cách ly vỉa trong khi thử vỉa giếng khoan.  Làm số liệu để hiệu chỉnh số đo.  Dấu hiệu dể phân biệt một số loại đá. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 55 2.4. Phương pháp đo nhiệt độ trong giếng khoan Phương pháp carota nhiệt được sử dụng để đo nhiệt độ dọc thành giếng khoan. Đường log nhiệt độ thể hiện sự tương quan nhiệt độ và độ sâu hay còn gọi là gradient nhiệt độ. Gradient nhiệt độ được đo ở hai độ sâu chênh nhau 3 feet (1m). Phương pháp carota nhiệt có thể thực hiện trong lỗ khoan không có ống chống và có ống chống. Trường nhiệt trong lỗ khoan được hình thành do các nguồn nhiệt sau:  Trường nhiệt tự nhiên của quả đất:  Trường nhiệt bên ngoài do mặt trời sinh ra nhưng chỉ với độ sâu không lớn (khoảng 10 – 30 m).  Năng lượng nhiệt do phân rã phóng xạ của các đồng vị phóng xạ ở vỏ trái đất.  Trường nhiệt nhân tạo:  Do dung dịch khoan.  Do phản ứng toả nhiệt khi xi măng ngưng kết kết hợp với đất đá.  Từ những nguồn nhiệt đặc biệt thêm vào lỗ khoan.  Trường nhiệt cục bộ (địa phương): do quá trình lý hóa xảy ra giữa đất đá và môi trường xung quanh, quá trình này kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt. 2.4.1. Cơ sở vật lý – địa chất Các tính chất của đất đá: người ta thường dùng những tham số nhiệt cơ bản để xác định tính chất của đất đá:  Độ dẫn nhiệt λ (hoặc nhiệt trở suất ξ = 1/λ): độ dẫn nhiệt là dòng nhiệt truyền qua một đơn vị thể tích của chất trong một đơn vị thời gian, khi có độ chênh lệch nhiệt độ là 10C. Đơn vị đo độ dẫn nhiệt là kcal/h.m hoặc W/m.độ. Đơn vị đo nhiệt trở suất là nghịch đảo của những đơn vị trên. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 56  Nhiều nghiên cứu cho thấy nhiệt trở suất giảm khi tăng mật độ đất đá: các đá phun trào và biến chất có nhiệt trở suất bé hơn so với các đá trầm tích cát sét, đặc biệt là sét.  Nhiệt trở suất và cả gradient địa nhiệt giảm theo độ sâu vì mật độ đất đá tăng theo độ sâu.  Nhiệt trở suất còn phụ thuộc vào tính phân lớp của đất đá: theo phương thẳng góc với phương phân lớp, nhiệt trở suất lớn hơn so với theo phương phân lớp. Đây là tính chất bất đẳng hướng về nhiệt. Việc giảm nhiệt trở suất theo phương phân lớp liên quan tới sự luân chuyển của nước theo phương ấy, tạo nên một sự vận chuyển nhiệt – đối lưu.  Nhiệt dung riêng C: là lượng nhiệt cần để đốt nóng một đơn vị khối lượng của chất lên 1 độ, nhiệt dung riêng thường được biểu diễn bằng J/(kg.độ).  Hệ số dẫn nhiệt độ α: hệ số này phản ánh sự biến đổi nhiệt độ của một đơn vị khối của chất trong một đơn vị thời gian, tức là đặc trưng cho tốc độ truyền dẫn sự biến đổi nhiệt độ trong chất. Hệ số dẫn nhiệt độ được biểu diễn bằng đơn vị m2/sec. Trong số các tham số nhiệt đã nêu trên, đối với đất đá thường gặp tham số quan trọng nhất là độ dẫn nhiệt (hay nhiệt trở suất), vì tham số này biến đổi trong phạm vi đáng kể, còn nhiệt dung riêng của đất đá biến đổi trong một phạm vi giới hạn không lớn và hệ số dẫn nhiệt độ của đất đá cũng được xác định chủ yếu bởi nhiệt trở suất. 2.4.2. Sơ đồ đo nhiệt độ trong lỗ khoan Nhiệt kế điện trở là một cầu điện gồm 4 điện trở. Hai nhánh của cầu R1c và R2c có điện trở giống nhau, làm bằng chất có hệ số biến đổi điện trở theo nhiệt độ rất bé (mangan hoặc conxtantan), điện trở của chúng xem như không phụ thuộc nhiệt độ. Hai nhánh kia R1t và R2t là các điện trở làm bằng chất có hệ số biến đổi theo nhiệt độ lớn (chẳng hạn bằng đồng, αt = 4,45 .10 -3 / độ) (Hình 2.14). Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 57 Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý của phép đo nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở. 2.4.3. Các phương pháp Carota nhiệt 2.4.3.1. Phương pháp trường nhiệt tự nhiên Trong phương pháp này phép đo nhiệt độ được tiến hành trong lỗ khoan có chế độ nhiệt đã thiết lập. Nhiều quan sát đã xác định rằng nhiệt độ lớp sát mặt đất (10 – 30m) thường biến đổi tuần hoàn do biến đổi của hoạt động bức xạ mặt trời. Phía dưới sát mặt đất nhiệt độ tăng đều theo chiều sâu, mức độ tăng nhiệt độ theo chiều sâu được đặc trưng bởi gradient địa nhiệt. tt HHG 12 12    (2.18) Trong đó: t1: nhiệt độ ở độ sâu H1 t2: nhiệt độ ở độ sâu H2 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 58 Ngoài ra người ta cũng dùng đại lượng nghịch đảo của gradient địa nhiệt, gọi là cấp địa nhiệt. Cấp địa nhiệt biểu thị khoảng cách thẳng đứng (tính bằng m) mà nhiệt độ đất đá tăng lên 1 độ. Gradient địa nhiệt tỷ lệ với nhiệt trở suất của đất đá. Do đó, khi lỗ khoan cắt các đá khác nhau, độ nghiêng của ký đồ nhiệt theo độ sâu sẽ khác nhau. Khi các lớp đá nằm ngang và mật độ dòng nhiệt không đổi, ký đồ địa nhiệt có thể xem như ký đồ biến đổi nhiệt trở suất hoặc độ dẫn nhiệt của các lớp đá, và sự biến đổi tính chất nhiệt này cũng thường tương ứng với sự biến đổi của tính chất thạch học. Như vậy, phương pháp nhiệt trường tự nhiên thực chất là phương pháp nghiên cứu nhiệt trở suất của đất đá. Phương pháp trường nhiệt tự nhiên thường dùng để nghiên cứu trạng thái nhiệt trong đất, tìm những cấu tạo sâu theo đặc trưng biến đổi trong các lớp trên của thạch quyển, xác định vị trí các nguồn nhiệt dưới đất và một số khoáng sản có ích: dầu, khí, than đá, sunphua,… 2.4.3.2. Phương pháp trường nhiệt nhân tạo Trong phương pháp này người ta nghiên cứu trường nhiệt chưa thiết lập trong lỗ khoan sau một khoảng thời gian xác định kể từ thời điểm tạo trường nhiệt, ở vị trí nào đá quanh lỗ khoan có hệ số dẫn nhiệt độ lớn thì sự biến đổi nhiệt độ của dung dịch khoan ở đó càng nhanh. Do đó ở các vỉa đá có hệ số dẫn nhiệt độ khác với môi trường xung quanh sẽ xuất hiện dị thường nhiệt độ. Như vậy, thực chất của phương pháp trường nhiệt nhân tạo là nghiên cứu hệ số dẫn nhiệt độ của đất đá. Nếu dung dịch khoan có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ các đá xung quanh thì các đá có hệ số dẫn nhiệt độ lớn (chẳng hạn cát ngậm nước) sẽ ứng với cực tiểu của ký đồ nhiệt, và đá có hệ số dẫn nhiệt độ bé (chẳng hạn sét, cát khô) sẽ ứng với cực đại. Khi dung dịch khoan có nhiệt độ thấp hơn các đá xung quanh thì ký đồ sẽ có các dị thường ngược lại. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 59 Ngay sau khi ngừng tuần hoàn ở phần dưới gần đáy giếng dung dịch làm cho đất đá vây quanh nguội đi, còn ở phần trên mặt đất dung dịch làm nóng đất đá ở thành giếng. Sở dĩ là vậy vì đới A gần đáy giếng là dung dịch mới được bơm xuống có nhiệt độ thường nhỏ hơn nhiệt độ của đất đá xung quanh, dung dịch ở đới gần mặt đất là dung dịch mới được đối lưu ngược từ đáy giếng đã ấm lên và nhận thêm nhiệt của đất đá ở phần dưới. Do đó, hiển nhiên sẽ có một độ sâu mà tại đó nhiệt độ dung dịch khoan bằng nhiệt độ đá vây quanh (điểm cân bằng nhiệt độ). Vị trí của điểm cân bằng nhiệt độ này có ảnh hưởng quan trọng đối với việc phân tích ký đồ carota nhiệt, do đó trước khi phân tích ký đồ người ta phải xác định nó. 2.4.3.3 Phương pháp nghiên cứu các trường nhiệt cục bộ Trên các ký đồ địa nhiệt tự nhiên và nhân tạo thường quan sát các dị thường nhiệt độ rõ rệt do các trường nhiệt cục bộ tạo ra. Các trường nhiệt này thường quan sát được ở các vỉa tích tụ dầu khí, các vỉa nước, đặc biệt là các vỉa có hang hốc, ở các trầm tích halogen, các quặng sunfua, than đá:  Trường nhiệt trong các đá chứa khí và chứa dầu: Chất khí trong các vỉa thường bị nén với áp suất cao, khi phun vào lỗ khoan sẽ giãn nở và hóa lạnh, làm giảm nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc giữa dung dịch khoan và vỉa. Hiện tượng này thường được dùng để xác định các vỉa chứa dầu khí trong lát cắt lỗ khoan theo ký đồ địa nhiệt.  Trường nhiệt trong các vỉa tích tụ nước và có hang hốc: Trường nhiệt trong các vỉa chứa nước có thể quan sát khi lỗ khoan cắt các vỉa mà trong đó có nước lưu thông. Dị thường nhiệt độ tại vỉa thường là âm nếu nhiệt độ của dung dịch cao hơn nhiệt độ của vỉa. Đối với các vỉa có hang hốc và khe nứt, dung dịch khoan có khả năng chui sâu vào trong vỉa, do đó vỉa sẽ tạo nên dị thường dương nếu nhiệt độ của dung dịch khoan cao hơn nhiệt độ của vỉa. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 60  Trường nhiệt trong các trầm tích halogen: Hiện tượng hấp thụ nhiệt do hòa tan muối mỏ sẽ tạo nên dị thường âm của nhiệt độ. Khác với các dị thường đã mô tả, dị thường loại này tồn tại không lâu vì sự giảm độ hòa tan khi dung dịch no và vì độ dẫn nhiệt cao của muối .  Trường nhiệt trong các quặng sunfua và than : Các phản ứng oxi hóa tỏa nhiệt xảy ra trên mặt các vỉa quặng sunfua và cả trên các vỉa than sẽ tạo nên dị thường dương. Đối với than, khi cường độ oxy hóa không cao hoặc vỉa quá mỏng thì dị thường khó phát hiện. 2.4.4. Ứng dụng của phương pháp carota nhiệt Xác định vị trí xi măng phía sau ống chống trong giếng khoan mới. Bởi vì khi xi măng được bơm vào giếng trong quá trình hoàn thiện giếng, quá trình đông cứng xi măng sẽ gây nên hiện tượng tỏa nhiệt hay nói cách khác là sự gia tăng về nhiệt độ. Đường cong nhiệt độ cũng còn dùng để phân biệt nước chuyển động hoặc nước đứng yên trong lỗ khoan. Xác định vị trí dòng chất lưu (nước hoặc khí) từ vỉa chảy vào giếng (khí khi chảy qua thành vào giếng khoan làm cho dung dịch ở đó nguội lạnh hơn). Định vị các tầng chứa khí khi khoan các giếng bằng thổi khí. Trong trường hợp này, vì sự giãn nở khí từ áp suất cao đến áp suất thấp sẽ xảy ra hiện tượng giảm nhiệt độ. Phương pháp carota nhiệt có thể thực hiện trong lỗ khoan không có ống chống hoặc có ống chống. Mặc dù có một số ưu điểm nhất định, phương pháp carota nhiệt hiện nay vẫn chưa được ứng dụng thật rộng rãi. Trở ngại chính là ở chỗ, để đo carota nhiệt cần phải ngừng hoạt động của lỗ khoan trong một thời gian dài và thời gian đo cũng lâu. Ngày nay người ta đang nghiên cứu và ứng dụng các loại nhiệt kế khác nhạy hơn và có quán tính nhỏ hơn để rút ngắn thời gian nói trên. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 61 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ XÁC ĐỊNH TỔNG ĐỘ KHOÁNG HÓA CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 62 3.1 Các phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa của nước dưới đất theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan. 3.1.1. Cơ sở phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa. Trong thực tế công tác nghiên cứu địa chất thủy văn, đặc biệt là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long có đặc điểm thủy hóa rất phức tạp do tồn tại các lớp chứa nước mặn, nhạt xen kẽ nhau nên cần phải xác định nhanh tổng độ khoáng hóa của nước với độ chính xác chấp nhận để tiến hành công tác nghiên cứu có hiệu quả kinh tế – kỹ thuật mong muốn. Để giải quyết vấn đề này, người ta sử dụng các phương pháp ĐVLGK để xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất, vì đại lượng này phản ánh chất lượng của nước dưới đất. Nước trong tự nhiên thường được hòa tan một lượng muối khoáng nhất định, nên khả năng dẫn điện trong lớp đất đá phụ thuộc trực tiếp vào khả năng linh động của các ion trong nước vỉa bão hòa cũng như số lượng muối hoà tan và sự phân bố của nó trong các lỗ rỗng của đá. Nói khác đi là điện trở của đất đá chứa nước Rt phụ thuộc vào khả năng linh động của các ion trong nước và số lượng của các ion chuyển động về hai cực khi có tác động của dòng điện. Như vậy, giá trị Rt phụ thuộc chủ yếu vào điện trở của nước vỉa Rw. Như vậy chúng ta có được mối quan hệ giữa Rw và Rt : Rw =f(Rt) (3.1) Điện trở Rt còn phụ thuộc vào nhiệt độ T và các yếu tố khác như hàm lượng sét chứa trong đá, kích thước hạt. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của nước giảm và độ linh động của nó tăng lên dẫn đến Rw và Rt giảm. Năm 1974, các tác giả N. M. Sarapanov, G. I. A Trernhiak, V. A. Baron, (Liên Bang Nga) khi nghiên cứu ảnh hưởng của tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất tới các tham số địa vật lý đã tiến hành đo đạc tham số điện trở của đất đá chứa nước có Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 63 tổng độ khoáng hóa khác nhau cho các đá trầm tích bở rời như sạn sỏi, cát, sét nhẹ, sét trung bình và nặng đồng thời xác lập quan hệ giữa chúng như trong hình 2.15. Hình 2.15. Sự phụ thuộc của điện trở R của đất đá chứa nước vào tổng độ khoáng hóa M của nước. Đất đá chứa nước: 1. Trầm tích sạn sỏi; 2. Cát; 3. Sét nhẹ; 4. Sét trung bình và nặng. (Các kết quả trên nhận được theo phân tích tài liệu đo sâu điện trở thực hiện cạnh các lỗ khoan, sau khi đã hiệu chỉnh và đưa về nhiệt độ 18oC). Kết quả của phương pháp nghiên cứu điện trở đo được trên mặt đất đã chứng tỏ rằng tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất có quan hệ chặt chẽ với tham số điện trở của vỉa Rw đá chứa nước theo biểu thức: LnM = a - b lnRw (3.2) Từ các kết quả đó, các tác giả cũng chứng minh rằng ở miền tổng độ khoáng hóa thấp (khoảng một vài g/l) các đá chứa nước có thành phần thạch học khác nhau thì giá trị của các hệ số thực nghiệm a và b khác nhau. Mức giới hạn của miền tổng độ Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 64 khoáng hóa thấp đối với cát là khoảng 2 g/l, đối với sét nặng và trung bình khoảng là 5- 7 g/l. Ở miền tổng độ khoáng hóa lớn hơn các mức trên thì chúng có cùng qui luật của trầm tích sạn sỏi chứa nước. Trong điều kiện lỗ khoan, việc đo tham số điện trở bằng các phương pháp điện sẽ chính xác hơn vì ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu ảnh hưởng đến phép đo như: ranh giới mặt đất - không khí, điện trở tiếp địa của lớp mặt, hiệu ứng gộp của đất đá có mặt trong khoảng giữa hai điện cực phát AB và điện cực thu MN, của độ ẩm đới không khí,... Chính vì vậy mà việc xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất theo tài liệu ĐVLGK là có cơ sở khoa học và có độ chính xác cao. Công trình của TS. Nguyễn Hồng Bàng trước đây nghiên cứu ở đồng bằng Nam Bộ cũng đã khẳng định tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất có quan hệ chặt chẽ với tham số điện trở của vỉa đá chứa nước và điện trở của nước vỉa. Sự phụ thuộc này đã được xác lập dưới dạng hàm: M = f(Rt) hoặc M = f(Rw) (3.3) Trong thực tế, để đảm bảo độ chính xác trong xác định M, loạt các quan hệ giữa M với Rw và Rt cần được xây dựng cho từng vùng ĐCTV chi tiết, trong đó chuẩn hoá nhiệt độ khi tính Rw là rất cần thiết. 3.1.2 Các công thức tính toán 3.1.2.1.Tính độ tổng khoáng hóa M theo các công thức Năm 2004, TS. Nguyễn Hồng Bàng [1] đã xây dựng công thức xác định độ tổng khoáng hóa M theo Rw và Rt ở vùng bàn đảo Cà Mau như sau:  Công thức hồi quy Rw (Ohm.m) = 0,8525.Rt0,7024 (3.4) M = 5710,9.Rw-0,9503 (3.5) M = 8048,5.Rt-0,7189 (3.6) Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 65 Trong đó: M: Tổng độ khoáng hóa (mg/l) Rw: Điện trở suất nước vĩa (Ohm.m) Rt: Điện trở suất đới nguyên hay chính là R64 (Ohm.m)  Công thức thực nghiệm M = m/Rw Trong đ ó: Rw: Điện trở nước vỉa m: Hệ số thực nghiệm xác định cho từng khu vực - Vùng ĐCTV bán đảo Cà Mau: m = 5384 M= 5384/Rw (3.7) 3.1.2.2. Tính tổng độ khoáng hóa theo bảng hệ thống tiêu chuẩn địa vật lý – địa chất thủy văn Dựa vào biểu bảng (3.1) chúng ta cũng có thể xác định được tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất theo điện trở đo được và loại hình đất đá ở vùng ĐCTV thành phố Cà Mau. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 66 Bảng 3.1. Bảng hệ thống tiêu chuẩn địa vật lý – địa chất thủy văn STT Loại đất đá Giá trị gamma Giá trị điện trở Thông số ĐCTV µR/h CPS Rt Rw Độ sét (%) K (m/ngày) 1 Cuội sỏi, cát sạch: Nước nhạt: M ≤ 1g/l 150 2 Cát thô, sỏi: Nước nhạt: M ≤ 1g/l 4 – 7.5 10 – 20 ≥ 22 ≥ 6.3 2 – 5 35 – 150 3 Cát mịn trung: Nước nhạt: M ≤ 1g/l 7.5 – 10.5 20 – 29 ≥ 18 ≥ 6.3 5 – 10 21 – 35 4 Cát mịn: Nước nhạt: M ≤ 1g/l 10.5 – 13.5 29 – 37 ≥ 18 ≥ 6.3 10 – 15 5 – 21 5 Cát bột, bột cát: Nước nhạt: M ≤ 1g/l 13.5 – 16 37 – 44 ≥ 15 ≥ 6.3 15 – 20 2.5 – 5 6 Sét pha 16 – 20 44 – 55 7 – 10 - 20 – 30 - 7 Sét > 20 > 55 30 - Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 67 CHƯƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 68 4.1. Công tác chuẩn bị tài liệu: Tài liệu địa vật lý lỗ khoan sử dụng tính toán tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất tầng Pliocen dưới trong để tài này được lấy trong tuyển tập báo cáo thống kê đánh giá nguồn nước dưới đất của vùng thị xã Cà Mau bao gồm các thiết đồ carota của LK80, LK81, LK82, LK83, LK85, LK215, LKCM4, và kết quả phân tầng, phân tích mẫu nước ở các lỗ khoan trên. Đo carota được thực hiện bằng tổ hợp sau: - Điện trở suất hệ cực 8 inch (R8). - Điện trở suất hệ cực 16 inch (R16). - Điên trở suất hệ cực 32 inch (R32). - Điện trở suất hệ cực 64 inch (R64). - Điên trở suất điểm (R). - Gamma tự nhiên (Gamma). - Điện trường tự nhiên (SP). - Điện trở suất dung dịch (Fres). - Đo đường kính lỗ khoan (ĐK). Trạm máy đo MGX-II logger do Mỹ sản suất. Độ sâu các lỗ khoan đo carota được thể hiện trong bảng. Bảng 4.1. Tổng hợp độ sâu đo carota lỗ khoan STT Lỗ khoan Thực hiện (m) 1 80 268.0 2 81 283.0 3 82 369.0 4 83 301.0 5 85 287.0 6 215 328.0 7 CM4 293.8 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 69 BIỂU ĐỒ VẬT LÝ LỖ KHOAN 80, CÀ MAU Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 70 BIỂU ĐỒ VẬT LÝ LỖ KHOAN 81, CÀ MAU Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 71 BIỂU ĐỒ VẬT LÝ LỖ KHOAN 82, CÀ MAU Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 72 BIỂU ĐỒ VẬT LÝ LỖ KHOAN 83, CÀ MAU Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 73 BIỂU ĐỒ VẬT LÝ LỖ KHOAN 85, CÀ MAU Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 74 BIỂU ĐỒ VẬT LÝ LỖ KHOAN 215, CÀ MAU Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 75 BIỂU ĐỒ VẬT LÝ LỖ KHOAN CM4, CÀ MAU Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 76 SƠ ĐỒ VỊ TRÍ CÁC LỖ KHOAN NGHIÊN CỨU VÙNG TP.CÀ MAU Hình 2.16. Sơ đồ vị trí các lỗ khoan nghiên cứu. 4.2. Tính tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất Việc xác định tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất thường được tiến hành lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm. Nhưng thực hiện bằng cách này thì cần phải có thời gian và chi phí rất cao, không phù hợp với công tác thực tế cần phân tích nhanh tại hiện trường. Trong thực tế công tác nghiên cứu địa chất thủy văn, đặc biệt là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long có đặc điểm ĐCTV rất phức tạp do tồn tại các lớp chứa nước mặn, nhạt xen kẽ nhau nên cần phải xác định nhanh tổng độ khoáng hóa của nước với độ chính xác trong phạm vi sai số cho phép để tiến hành công tác nghiên cứu nhanh tại Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 77 hiện trường. Để giải quyết vấn đề này, người ta sử dụng các phương pháp địa vật lý lỗ khoan để xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất. Tính Rw theo điện trở tầng chứa nước Rt ta sử dụng công thức (3.4) Rw = 0,8525.Rt0,7024 với: Rt = R64 Tính tổng độ khoáng hóa M theo Rw chúng ta sử dụng công thức (3.7) để tính cho vùng Cà Mau. M (mg/l) = 5384/Rw Tính tổng độ khoáng hóa M theo Rt ta sử dụng công thức (3.6) để tính cho vùng Cà Mau. M (mg/l) = 8048,5.Rt-0,7189 Quá trình tính M (g/l) theo karota điện trở áp dụng theo 2 phương pháp Rw và Rt. 4.3. Kết quả xác định ranh giới mặn nhạt các tầng chứa nước khu vực thị xã Cà Mau và các tuyến mặt cắt Dựa vào kết quả tính toán chi tiết đối với từng lỗ khoan 80, 81, 82, 83, 85, 215, và CM4 ở trên ta có thể xây dựng được các tuyến mặt cắt chi tiết được biểu diễn như hình (2.17, 2.18) và vẽ được ranh giới mặn nhạt của các tầng n21 trên sơ đồ vị trí lỗ khoan hình (2.19). Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 78 KÊT QUẢ TÍNH TOÁN ĐỘ TỔNG KHOÁNG HÓA THEO TÀI LIỆU ĐVLGK LK 80 LK 81 Độ sâu (m) Tầng Rt (Ohm.m) Rw (Ohm.m) M1 (g/l) M2 (g/l) Độ sâu (m) Tầng Rt (Ohm.m) Rw (Ohm.m) M1 (g/l) M2 (g/l) 72-90 qp2-3 32 9.73 0.55 0.67 153-156 qp1 10 4.30 1.25 1.54 100-107 qp1 17 6.24 0.86 1.05 165-189 n2-2 21 7.23 0.74 0.90 124-133 qp1 28 8.85 0.61 0.73 201-214 n2-2 24 7.95 0.68 0.82 142-162 qp1 29 9.08 0.59 0.72 214-242 n2-2 22 7.48 0.72 0.87 174-202 n2-2 22 7.48 0.72 0.87 250-256 n2-1 13 5.17 1.04 1.27 202-207 n2-2 20 6.99 0.77 0.93 256-279 n2-1 12.5 5.03 1.07 1.31 221-229 n2-2 20 6.99 0.77 0.93 229-238 n2-2 12 4.88 1.10 1.35 LK 82 LK 83 Độ sâu (m) Tầng Rt (Ohm.m) Rw (Ohm.m) M1 (g/l) M2 (g/l) Độ sâu (m) Tầng Rt (Ohm.m) Rw (Ohm.m) M1 (g/l) M2 (g/l) 83-88 qp2-3 11 4.59 1.17 1.44 60-74 qp2-3 6 3.00 1.79 2.22 112-146 qp1 24 7.95 0.68 0.82 74-81 qp2-3 6 3.00 1.79 2.22 226-250 n2-2 17 6.24 0.86 1.05 98-106 qp2-3 8 3.67 1.47 1.81 250-255 n2-2 15 5.71 0.94 1.15 117-139 qp1 20 6.99 0.77 0.93 262-268 n2-2 11 4.59 1.17 1.44 160-168 n2-2 26 8.41 0.64 0.77 274-308 n2-1 13 5.17 1.04 1.27 182-194 n2-2 29 9.08 0.59 0.72 320-330 n2-1 8 3.67 1.47 1.81 208-217 n2-2 30 9.29 0.58 0.70 233-240 n2-2 27 8.63 0.62 0.75 260-273 n2-1 19 6.74 0.80 0.97 282-288 n2-1 18.5 6.62 0.81 0.99 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 79 LK 85 LK 215 Độ sâu (m) Tầng Rt (Ohm.m) Rw (Ohm.m) M 1 (g/l) M2 (g/l) Độ sâu (m) Tầng Rt (Ohm.m) Rw (Ohm.m) M 1 (g/l) M2 (g/l) 60-69 qp23 9 3.99 1.35 0.72 96-102 qp23 29 9.08 0.59 0.72 69-75 qp23 11 4.59 1.17 1.44 167-171.5 qp1 58 14.77 0.36 0.43 102-116 qp23 14 5.44 0.99 1.21 180-187 n2-2 46 12.55 0.43 0.51 124-132 qp1 18 6.49 0.83 1.01 198-220 n2-2 70 16.85 0.32 0.38 142-148 qp1 32 9.73 0.55 0.67 227-240 n2-2 82 18.83 0.29 0.34 152-158 qp1 27 8.63 0.62 0.75 255-276 n2-1 56 14.41 0.37 0.45 190-201 n2-2 33 9.94 0.54 0.65 210-228 n2-2 37 10.77 0.50 0.60 233-251 n2-2 36 10.56 0.51 0.61 260-268 n2-1 28 8.85 0.61 0.73 271-281 n2-1 26 8.41 0.64 0.77 LK CM4 Độ sâu (m) Tầng Rt (Ohm.m) Rw (Ohm.m) M1 (g/l) M2 (g/l) 115-122 qp1 14 5.44 0.99 1.21 126-148 qp1 16 5.98 0.90 1.10 168-183 qp1 20 6.99 0.77 0.93 195-215 n2-2 27 8.63 0.62 0.75 226-233 n2-2 32 9.73 0.55 0.67 244-248 n2-1 28 8.85 0.61 0.73 248-276 n2-1 21 7.23 0.74 0.90 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 80 MẶT CẮT ĐVL – ĐCTV TUYẾN 1 Hình 2.17. Mặt cắt ĐVL – ĐCTV tuyến 1. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 81 MẶT CẮT ĐVL – ĐCTV TUYẾN 2 Hình 2.18. Mặt cắt ĐVL – ĐCTV tuyến 2. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 82 SƠ ĐỒ RANH GIỚI MẶN NHẠT TẦNG PLIOCEN DƯỚI (n21) Hình 2.19. Ranh giới mặn nhạt tầng chứa nước thị xã Cà Mau n21 (số liệu M1, M2 được tính trung bình) Chú thích: M1: tổng độ khoáng hóa tính theo công thức 3.7 M2: tổng độ khoáng hóa tính theo công thức 3.6 : ranh giới mặn nhạt A: vùng mặn B: vùng nhạt Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 83 KẾT LUẬN  Khóa luận đã đạt được mục tiêu đề ra:  Tính được tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất tầng Pliocen dưới. Số liệu tính theo carota phù hợp với số liệu phân tích mẫu nước trong các lố khoan này.  Xác định được ranh giới mặn nhạt của tầng Pliocen dưới theo tài liệu ĐVLGK ở thành phố Cà Mau. Đây là vùng có nguồn nước dưới đất. Việc tính tổng độ khoáng hóa nước dưới đất và xác định ranh giới mặn nhạt cho tầng chứa nước Pliocen dưới đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá trữ lượng nước ngầm phục vụ nhu cầu của người dân. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] - Nguyễn Hồng Bàng (2006), luận án tiến sĩ: Nghiên cứu phương pháp đánh giá khả năng chứa nước và tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất ở đồng bằng sông Cửu Long theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan - Trường Đại Học Mỏ - Đia Chất – Hà Nội. [2] - Tống Đức Liêm :Báo cáo tìm kiếm đánh giá nước dưới đất khu vực thành phố Cà Mau (phần 1, 2). [3] - Nguyễn Văn Phơn và Hoàng Văn Quý (2004), Địa vật lý giếng khoan - Nhà xuất bản giao thông vận tải – Hà Nội. [4] - Nguyễn Hồng Bàng: Tuyển tập báo cáo, hội nghị khoa học kỹ thuật đại vật lý Việt Nam lần thứ 5: Tính thông số tầng chứa nước theo tài liệu carota - hiệu quả cao trong thiết kế, xây dựng giếng khai thác nước tầng sâu ở đồng bằng sông Cửu Long [trang 228 - 231]. [5] - Cùng một số khóa luận của các anh chị khóa trước.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfLVTN Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan ở thành phố Cà Mau .pdf