Chương I_ĐVL Đai Cuong TLvà Từ 28.01.15

ĐỊA VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG , NGÀNH KỸ THUẬT DẦU KHÍ

1

ĐỊA VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

NGÀNH ĐÀO TẠO KỸ THUẬT ĐỊA CHẤTHỆ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

PGS.TS. Hoàng Văn Quý [email protected], đt – 0903727237

Nguyễn Thị Hải Hà[email protected], đt. 0944108694

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


2

ở đâu?

Trước tiên tìm hiểu địa vật lý thăm dò là gì ta cùng nhau tìm hiểu câu hỏi: “Các nhà khoa học thường tìm dầu ở đâu?”


3

ở đâu?

và bằng cách nào?

Các nhà khoa học thường tìm dầu ở đâu

Tại sao có thể dự đoán được nơi nào tồn tại tích tụ dầu khí?


4

Tiếp theo là những thông tin cần được giải mã: • Cấu trúc của tích tụ dầu khí.• Độ sâu có dầu khí tích tụ.• Khối lượng và chất lượng

ở đâu?Các nhà khoa học thường tìm dầu ở đâu?

Và tại sao dự đoán được nơi nào có tích tụ dầu khí?

Khối và

chất lượng ?

và bằng cách nào?


5

Có phải tích tụ dầu khí là một hồ chứa dầu khí trong

lòng đất?


6

hạt cátVật liệu xi măng

nước

dầu

khí

Ô hoá ra là tích tụ dầu khí đây!


7

hạt cátVật liệu xi măng

nước

dầu

khí

Tích tụ dầu khí là bẫy chứa mà cấu trúc bên trong là


Để tìm kiếm các cấu tạo có khả năng tích tụ dầu khí các nhà khoa học đã suy nghĩ cần sáng tạo ra phương pháp nào?

8

Một trong những phương pháp đó, đặc biệt phải kể đến, là phương pháp địa vật lý thăm dò.

ĐỊA VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG , NGÀNH KỸ THUẬT DẦU KHÍCÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ THƯỜNG PHÁT HIỆN ĐƯỢC Ở CÁC CẤU TẠO LỒI. CÒN CÁC BỒN TRŨNG THƯỜNG

LÀ NƠI SINH THÀNH CACBURHYDRO

Các nếp lồi và lõm luôn bị thay đổi theo thời gian. Nhiệm vụ của chúng ta là đi tìm các nếp lồi hiện thời, nơi có thể có các tích tụ

dầu khí đang tồn tại


Để nghiên cứu cấu trúc địa chất và tìm kiếm, thăm dò dầu khí người ta áp dụng nhiều phương pháp địa vật lý:1. Phương pháp thăm dò trọng lực2. Phương pháp thăm dò từ3. Phương pháp thăm dò điện4. Phương pháp thăm dò địa chấn5. Phương pháp thăm dò phóng xạ6. Phương pháp khảo sát địa vật lý giếng khoanTrong phạm vi trao đổi hôm nay chúng ta chỉ giới hạn ở phương pháp

thăm dò trọng lực và từ


11

Chương 1: Thăm dò trọng lực và từ1.1 Cơ sở phương pháp trọng lực

1.1.1 Trường trọng lực và giá trị trọng lực1.1.2 Giá trị trọng lực bình thường và bất thường1.1.3 Hiệu chỉnh trọng lực

1.2 Mật độ của đất đá1.3 Phương pháp đo đạc trọng lực.

1.3.1 Máy thăm dò trọng lực1.3.2 Đo trọng lực bằng phương pháp con lắc1.3.3 Đo trọng lực bằng trọng lực kế

1.4 Phân tích số liệu trọng lực1.4.1 Phân tích định tính1.4.2 Phân tích định lượng

1.5 Cơ sở của thăm dò từ.1.5.1 Một số khái niệm cơ bản


12

1.6 Tính chất từ của đất đá.1.6.1 Các yếu tố trường địa từ1.6.2 Trường từ bình thường và bất thường

1.7 Tính từ của đất đá1.7.1 Độ từ cảm của đất đá và khoáng vật

1.8 Phương pháp quan sát trường địa từ.1.8.1 Nguyên tắc của máy thăm dò từ1.8.2 Phương pháp thực địa ngoài trời

1.9 Phân tích số liệu thăm dò từ.1.9.1 Phân tích định tính1.9.2 Phân tích định lượng

1.10 Áp dụng thăm dò từ và trọng lực trong thăm dò dầu khí


13

1.1 Cơ sở phương pháp trọng lực 1.1.1 Trường trọng lực và giá trị trọng lựcTheo định luật Niuton, nếu trong không gian tồn tại 2 điểm vật chất có khối lượng m1 và m2 cách nhau khoảng cách r thì giữa chúng tồn tại lực hấp dẫn F, có độ lớn:

F= k ( m1 m2 )/ r2

K- hệ số hấp dẫn, trong hệ đơn vị CGS có k= 6,67.10 ** -8 cm3 g**-1 S**-2Gọi khối lượng quả đất là M, bán kính là R, khối lượng vật thể đang xem là m thì lực hấp dẫn giữa vật thể m và quả đất M là: F= k ( M m )/ R2

- hệ lực hấp dẫn của quả đất có xu hướng hút các vật thể hướng vào tâm và do đó là nguyên nhân tạo nên trường trọng lực.Do quả đất luôn tự xoay xung quanh trục quay cuả nó nên với một vật thể nằm trên mặt đất còn chịu ảnh hưởng của lực ly tâm C. Lực ly tâm thẳng góc với trục quay của quả đất có độ lớn được xác định bởi công thức:

C = m.**2 .d


14

Ở đây d là khoảng cách vật thể đến trục quay và là vận tốc góc.Tổng hợp lực tác dụng lên vật thể cần xét là trọng lực G được mô tả trên hình vẽ dưới đây: G = F + C

Hình 1.1 Trọng lực và các thành phần của nó.

(1.1)

d

φf g

c


15

- Trong thực tế lực ly tâm rất nhỏ, chỉ xấp xỉ bằng 1/300 lực hấp dẫn nên trọng lực hầu như được xác định bởi lực hấp dẫn hướng vào tâm quả đất. - nếu xét tác dụng của các lực lên trên một đơn vị khối lượng (m=1) thì các lực này được đặc trưng bởi thứ nguyên của gia tốc : - Gia tốc trọng lực g=G/m - Gia tốc hấp dẫn f=F/m - Gia tốc ly tâm c=C/m- Trong thăm dò trọng lực nguời ta coi gia tốc trọng lực g là giá trị trong lực. Trong đơn vị CGS, đơn vị đo giá trị trọng lực là Gal ( Galile): 1 Gal= 1cm/s**2 ( chứng minh)

- Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị nhỏ hơn gọi là miliGal 1 Gal= 1000 mGal- Theo tính tóan lý thuyết, quả đất có thể coi gần đúng hình elipsoit xoay vì vậy giá trị trọng lực phụ thuộc vào tọa độ các điểm khác nhau của quả đất và tăng dần từ xích đạo ( g xđ =978 gal) đến cực ( gc=983 gal)- Ta xét trọng lực của quả đất với giả thiết coi quả đất là một chất điểm, khối lượng M đặt tại tâm. Để xét trong trường hợp kích thước lớn với thể tích tòan quả đất, cần tách ra các yếu tố thể tích dV có khối lượng dm để tính.


16

- Giả sử trong hệ tọa độ vuông góc (x,y,z) có gốc (O) ở tâm và trục z trùng với

trục quay của quả đất. Xét lực hấp dẫn df của yếu tố khối lượng dm ở A đối

với điểm B (x,y,z) có khối lượng = đơn vị , khoảng cách AB = r

Ta có df = k dm/ r**2 = k.. dV/ r**2

là mật độ và dV là thể tích

r = ( - x) **2 + (-y) **2+ (-z) **2**1/2

B ( x,y,z)d

φf g

c

o y

x0

0

A ( ξ,η,ζ)

dm

z


17

df có các thành phần theo các trục tọa độ:

dfx = k ( -x)dV/ r**3 , dfy = k (-y)dV/ r**3 , dfz = k (-z)dV/ r**3 Gia tốc hấp dẫn do toàn bộ quả đất gây ra có các thành phần : fx = k ( -x)/r**3 dV,

fy = k (-y)/r**3 dV

fz = k (-z)/r**3 dV


18

1.1.2 Giá trị trọng lực bình thường và bất thường

Giá trị trọng lực bình thường là (γo) là giá trị trọng lực tính được trên mặt quả đất lý thuyết có dạng elipsoit và có sự phân bố mật độ trong quả đất là đồng nhất . Trong thăm dò trọng lực, khi khảo sát trong khu vực không rộng quá, một cách gần đúng có thể coi mặt quả đất lý thuyết trùng với mặt Geoit.` Có nhiều công thức để tính gần đúng giá trị trọng lực bình thường, Công thức tổng quát của giá trị trọng lực bình thường là :

γo = Gc (1+ß sin**2 - ß1 sin**2 (2) +ß2 cos**2 cos 2 + …)

Trong đó gc là giá trị trọng lực ở xích đạo, ß 1, ß 2, ß 3 liên quan đến độ dẹt của quả đất, vận tốc quay và sự phân bố các khối lượng trong đó và là vĩ độ và kinh độ. Hiện nay có thể sử dụng 2 công thức thường dùng ở Việt Nam:

γo = 978.016 (1+0.005302 sin**2 - 0.000007 sin**2 (2) GalVà công thức Casinic ( thông qua hội nghị trắc địa Quốc tế năm 1930)

γo = 978.049 (1+0.0052884 sin**2 - 0.0000059 sin**2 (2) GalTrong đó là vĩ độ quan sát


19

1.1.3 Hiệu chỉnh trọng lực

-Thông thường các giá trị trọng lực đo được không chỉ phụ thuộc vào sự phân bố vật chất bên trong quả đất mà còn phụ thuộc vào địa hình nơi quan sát.

- Bất thường trọng lực là hiệu số giữa giá trị trọng lực quan sát được với giá trị trọng lực bình thường tính cho trường hợp quả đất lý tưởng.

- Để có bất thường trọng lực cần đưa giá trị trọng lực quan sát được trên mặt vật lý của quả đất về mặt elipsoit, hoặc ngược lại đưa giá trị bình thường trọng lực trên mặt elipsoit về điểm quan sát, công việc này được gọi là hiệu chỉnh trọng lực.

- Việc tính độ cao điểm quan sát là so với mặt geoit ( mặt nước biển) do coi mặt nuớc biển gần trùng với mặt elipsoit.

- Hiệu giữa giá trị trọng lực đo được g (qs) với giá trị trọng lực bình thường

tính bằng lý thuyết γo gọi là bất thường trọng lực g

g = g (qs) + g - γo

Trong đó g là hiệu chỉnh độ cao, hiệu chỉnh địa hình và hiệu chỉnh lớp giữa.


20

1.2 Mật độ của đất đá Mật độ của đất đá được xác định bởi tỷ số giữa khối lượng và thể tích của mẫu vật, nói cách khác đó là khối lượng của một đơn vị thể tích, g/cm3 =m/VĐể xác định mật độ nguời ta áp dùng phương pháp cân kỹ thuật.Giả sử cân 1 mẫu trong không khí được trọng lượng P1, bọc mẫu bằng paraphin cân trong không khí được trọng lượng P2, cân mẫu bọc paraphin trong nước với mật độ là 1 g/cm3, được trọng luợng là P3. Mật độ của mẫu được tính theo công thức: = P1/ ( (P2-P3) /1– (P2- P1)/ paraphin), g/cm3 Công thức trên được diễn giải như sau:

P2 – P3 = P nước mà mẫu paraphin chiếm chỗ = V n = V do mật độ của nước bằng 1 ( V- thể tích nước mà mẫu bọc paraphin chiếm chỗ ) (P2-P1)/ par. = Vpar . và V (mẫu bọc paraphin) – V par = V mẫu không bọc paraphin. = P mẫu / V mẫu


21

Bảng 1.1 Mật độ của một số đá chính

Tên đá Mật độ(g/cm3) Tên đá Mật độ(g/cm3)

Đá trầm tích Đá biến chất

Đất 1.20-2.40 Amphibon 2.90- 3.04

Sét 1.63-2.60 Gơnai 2.69-3.70

Cát 1.70-2.30 Cẩm thạch 2.60-2.90

Cát kết 1.61- 2.76 Đá macma

Phiến sét 1.77-3.20 Granit 2.50-2.81

Đá vôi 1.93-2.90 Granodiorit 2.67-2.79

Dolomit 2.28-2.90 Diorit 2.72-2.79

Đá biến chất Daiabaz 2.50-3.20

Quaczit 2.50-2.70 Gabro 2.70-3.50

Diệp thạch 2.39-2.90 Bazan 2.70-3.30


22

1.3 Phương pháp đo đạc trọng lực.1.3.1 Máy đo thăm dò trọng lực- Để nghiên cứu trường trọng lực cần đo giá trị trọng lực tuyệt đối và tương

đối. Giá trị tuyệt đối là giá trị trọng lực toàn phần tại một điểm nào đó, còn giá trị tương đối là hiệu số giá trị trọng lực tuyệt đối giữa 2 điểm đo hay còn gọi là gia số trọng lực. Có 2 phương pháp đo giá trị trọng lực: phương pháp tĩnh và phương pháp động.

- Phương pháp động là phương pháp quan sát các chuyển động của vật thể trong trọng lực. Ví dụ như quan sát dao động của con lắc, đo trực tiếp thời gian và chu kỳ dao động của nó hoặc quan sát sự rơi tự do của một vật. Qua các thông số đo được có thể tính ra giá trị trọng lực tuyệt đối ( g) hoặc giá trị tương đối ( g)

- Phương pháp tĩnh là phương pháp đo giá trị trọng lực nhờ quan sát trạng thái cân bằng tĩnh của các thiết bị đo. Dưới tác dụng của trọng lực, các yếu tố nhạy của thiết bị đo sẽ chuyển động quay tịnh tiến, tuơng ứng với nó người ta đo góc quay hoặc chiều dài tịnh tiến. Phương pháp này chỉ đo được giá trị trọng lực tương đối ( g)


23

1.3.2 Đo trọng lực bằng phương pháp con lắc- Phương pháp này dựa trên cơ sở đo chu kỳ dao động T và chiều dài của con

lắc l. Giữa chúng có mối quan hệ : T = l/gTrong đó T là chu kỳ, l là độ dài con lắc và g là giá trị trọng lực cần đo. Đây là phép đo phức tạp không cho mức độ chính xác theo ý muốn khi đo T và l. Vì vậy phưong pháp này chỉ được áp dụng ở đài thiên văn hoặc một số điểm tựa.

1.3.3 Đo trọng lực bằng trọng lực kế

Trong thăm dò trọng lực thường áp dụng rộng rãi phương pháp tĩnh để đo giá trị trọng lực tương đối. Khi đó người ta đo hiệu số trọng lực tại các điểm quan sát so với điểm xuất phát mà ở đó giá trị trọng lực tuyệt đối đã biết nhờ phương pháp con lắc hoặc chuyển giá trị từ các đài thiên văn gần đó.Thực chất của phương pháp đo tĩnh là tạo ra sự cân bằng giữa momen lực của vật thể với mô men lực đàn hồi của lò xo hay sợi chỉ đàn hồi mà độ biến động của nó tỷ lệ với trọng lực tác dụng lên vật thể đó.


24

Gọi N1 là số vạch đếm được ở điểm đo chuẩn, nơi đã biết giá trị trọng lực là g1 N2 là số vạch đếm được ở điểm đo thứ 2.

( N2-N1) chênh lệch số vạch giữa điểm đo chuẩn và điểm khảo sát. Biết giá trị trọng lực tại điểm đo chuẩn g1 ta có thể dễ dàng xác định được gia số trọng lực g giữa 2 điểm đo.

DN = a g/cm3G = N . a

1.4 Phân tích số liệu trọng lực1.4.1 Phân tích định tính

Trong quá trình phân tích định tính cần xác định các bất thường trọng lực trên bản đồ hoặc trên đồ thị dọc theo tuyến quan sát., tách các bất thường liên quan đến các đối tượng cần khảo sát ra khỏi phông nhiễu khác. Từ kết quả phân tích các bất thường trọng lực có thể dự đoán về đặc điểm cấu trúc địa chất và đặc điểm các đối tượng cần nghiên cứu.

------

Hình 1.2 Lực kế


25

1.4. 2 Phân tích định lượng Thực chất quá trình phân tích định lượng là giải bài tóan nghịch trọng lực. Giải bài tóan nghịch trọng lực là bằng các thiết bị trọng lực ghi nhận các trường trọng lực trên mặt dưới dạng đồ thị, các đường cong … Trên cơ sở các trường trọng lực ghi nhận được tiến hành hiệu chỉnh, xử lý và phân tích nhằm xác định đặc điểm đối tượng nghiên cứu như hình dạng, kích thuớc, độ sâu, thế nằm … Việc giải bài toán nghịch trọng lực rất phức tạp, luôn là bài toán đa trị đòi hỏi phải chú ý các điểm sau đây:1. Thu thập các thông tin chính xác như mật độ của đá, kết quả nghiên cứu địa

chất, và các phương pháp địa vật lý khác.2. Tăng hiệu quả giải bài tóan thuận, nói cách khác là tính trường trọng lực của

vật thể có hình dạng đã biết để ngọai suy ra các vật thể có hình dạng phức tập hơn.

3. Giải bài toán nghịch với các phương pháp khác nhau như giải tích, đồ thị, mô hình số…


26

1.4. 2.1 Biển đổi trường trọng lực

y

B (x,y,z)

A (,,)

rdmx

z

Hình 1.3 Xác định gia tốc trọng lực Giả sử trong hệ tọa độ vuông góc (x,y,z) có gốc O ở tâm và trục z trùng với trục quay của trái đất. Xét lực hấp dẫn df của yếu tố khối lượng dm ở A (,,) tới điểm B (x,y,z) có khối luợng bằng đơn vị, khoảng cách AB=r ta có df = k dm/r**2 = k dm/r**2 r = (-x)**2 + (-y) **2+ (-z)**2 **1/2 (1.6)


27

Mặt khác ta có df = ( dfx **2 + dfy**2 + dfz**2) **1/2

dfx = k dV (-x)/ r**3 ; dfy = kdV (-y))/ r**3 ; dfz = kdV (-z))/ r**3 Việc giải bài tóan thuận về phân bố của trường trong lực do các vật thể đã biết trước về hình dạng gây ra rất cần thiết cho quá trinh phân tích tài liệu trọng lực. Hình dạng các vật thể càng gần với với thực tế thì hiệu quả phân tích tài liệu càng cao.

Giả sử xét bài toán trong hệ tọa độ vuông góc x,y,z trong đó trục z huớng vào tâm quả đất. Cần xác định bất thường trọng lực g tại điểm B(x,y,z) do một yếu tố khối lượng dm đặt tại điểm A (,,) gây ra. Gọi mật độ và yếu tố thể tích tương ứng là và dV. Bất thường trọng lực dg là thành phần thẳng đứng theo trục z của lực hấp dẫn df. Ta có: dg = dfz ( x,y,z) = k dV(-z)/r**3 (1.7)

Về nguyên tắc, bất thường gây nên bởi vật thể bất kỳ được xác định bởi tích phân trên toàn bộ thể tích, tức tổng cộng của tất cả bất thường của những yếu tố thể tích tạo nên vật thể: g = k ((-z)/r**3 ) dV (1.8)


28

Sau đây chúng ta xét một số bài tóan thuận trọng lực của một số vật thể có dạng hình học đơn giản. a/ Quả cầu

Giả sử có quả cầu đồng nhất có bán kính a, mật độ , nằm ở độ sâu h và môi truờng có mật độ o. Để đơn giản, coi tâm vật thể nằm trên trục z, trục x đi qua hình chiếu tâm vật thể lên mặt đất.

Hình 1.4 Trường trọng lực của quả cầu Hình 1.5 Trường trọng lực hình trụ nằm ngang


29

Công thức tính g có thể có từ (1.7) bằng cách thay yếu tố dm bằng khối lượng quả cầu bởi vì lực hấp dẫn của quả cầu đồng nhất giống như lực hấp dẫn của khối lượng ấy khi nó tập trung tại tâm quả cầu: (,,) Với = h, z=0 ( điểm khảo sát nằm trên mặt đất) tức trên trục x ,

r = (x**2 + h**2)**1/2 ta có: dg = k dV( -z)/r**3 = k dm ( -z)/r**3 = gcau = k mh/r**3 ( thay dm =

khối lượng quả cầu) gcau = k( m cau – mo)h/r**3 = k ( - o) V h /r**3

mo là khối lượng môi trường do quả cầu chiếm. gcau = k ( - o) V h /r**3 = k( - o) V h/ ( x**2 + y**2) **3/2Biến thiên trọng lực theo trục x là: Wxz = ( g)/ x = -3k( - o) V h x /( x**2+h**2) **5/2Như vậy hàm g là hàm chẵn, có giá trị cực đại tại x=0 và tiệm cận tới 0 khi đi ra xa về 2 phía. Hàm Wxz là hàm lẻ, có giá trị 0 tại gốc tọa độ.Khi giải bài toán ngược nếu ta có g là hàm chẵn đi qua gốc tọa độ thì có thể suy ra vật thể nằm dưới sâu với độ sâu là hcó hình dáng tương tự hình quả cầu.


30

1.5 Cơ sở của thăm dò từ.1.6 Tính chất từ của đất đá.1.7 Phương pháp quan sát trường địa từ.1.8 Phân tích số liệu thăm dò từ.1.9 Áp dụng thăm dò từ và trọng lực trong thăm dò dầu khí


31

1.5 Cơ sở của thăm dò từ 1.5.1 Một số khái niệm cơ bản-Khối từ và cực từ

Một thanh nam châm tạo ra xung quanh nó một trường từ được biểu diễn bằng các đường sức . Các đường sức này xuất phát từ một cực từ và kết thúc ở cực từ khác.

Hình 1.5.1 Đường sức của thanh nam châm có cực N và S

N S


32

Hai cực từ này liên kết với nhau tạo ra một lưỡng cực từ, trong đó một cực luôn hướng về phía bắc (N) và một cực luôn hướng về phía nam (S). Trong thăm dò từ có thể coi quả đất là thanh nam châm khổng lồ đặt ở tâm quả đất và có hướng theo trục quay của quả đất.

Lực tác dụng giữa 2 cực từ giảm theo bình phương khỏang cách. Theo quy ước cực bắc có khối từ dương, cực nam có khối từ âm. Với khái niệm khối từ có thể xác định lực tác dụng giữa các khối từ theo định luật Culông:

F= (1/ ) (m1 m2 / R**2) (1.5.1)

Trong đó m1 m2 là khối từ các cực từ, R là khoảng cách giữa chúng, là độ từ thẩm đặc trưng cho tính chất từ của môi trường đặt các khối từ đó. Trong điều kiện chân không hoặc không khí bình thường tham số này = 1- Momen từ.

Đại lượng chủ yếu đặc trưng cho tính chất từ của vật chất là momen từ. Có thể xác định momen từ dựa vào khái niệm lưỡng cực từ. Lưỡng cực từ là một hệ thống gồm 2 khối từ khác dấu (+- m) đặt cách nhau một khỏang cách 2l rất bé so với khoảng cách r đến điểm quan sát. Momen của lưỡng cực từ là: dM = 2 ml (1.5.2)Đó là đại lượng vectơ hướng từ (-m) đến (+m)


+ m- m

2l

P

r


34

Để đặc trưng cho độ nhiễm từ của một khối có kích thước hữu hạn, momen từ được coi như tổng của momen lưỡng cực từ chứa trong khối vật chất đó. Độ từ hóa J của một yếu tố thể tích dV là tỷ số giữa momen từ dM với thể tích dV: J = dM/dVNên dM = JdV M = JdV (1.5.3)- Cường độ trường từ Cường độ trường từ T được xác định như lực từ tác dụng lên một đơn vị khối từ (+). Từ ( 1.5.1) nếu đặt m2 = 1, ta có : T = F/m2 = m1 / . R**2 (1.5.4)Trường từ còn được đặc trưng bởi độ cảm ứng từ. Mối quan hệ giữa cuờng độ từ và độ cảm ứng từ thông qua tham số . Trong hệ CGS đơn vị đo cường độ trường từ Oersted ( Oe) và đơn vị đo độ cảm ứng từ là Gaus (G). Trong thăm dò từ thường dùng một đơn vị nhỏ hơn để đo độ từ cảm là gamma ( ), 1 = 10 ** (-5) GHiện nay thường dùng đơn vị hệ SI, đơn vị đo cường độ trường từ là Ampe/mét (A/m), đơn vị đo cảm ứng từ là Tesla (T), đơn vị nhỏ hơn thường được dùng là nanotesla ( nT). 1 nT = 10 ** (-9) T.Mối quan hệ giữa 2 hệ đo: 1G= 10** (-4) T, 1T = 10** 4 Oe, 1 = 10** (-9) T = 10** (-5) Oe. Như vậy 1 = 1nT


35

-Thế từ Tương tự như các lọai trường thế khác, để đặc trưng cho trường từ có thể

đưa các khái niệm thế từ U (x,y,z).

Về ý nghĩa vật lý thì thế từ ở một điểm nào đó là công thực hiện để dịch chuyển một

đơn vị khối từ (+) từ điểm ấy ra xa vô cùng. Thế từ U (x,y,z) liên hệ với cường từ T

bởi biểu thức:

T= - U/ r (1.5.5)

U = - 1/ ( m1/r**2) r

Từ ( 1.5.4) , có thể nhận được:

U= (1/). (m/r) (1.5.6)

Thực tế không tồn tại một cực từ mà luôn tồn tại các lưỡng cực từ liên kết với nhau.

Giả sử có lưỡng cực từ AB có khối từ +- m đặt ở 2 đầu với khoảng cách là 2l. Xét

thế từ tại một điểm P cách tâm của lưỡng cực từ một khoảng là r ( hình trang sau).


36

P

Xét thế từ tại điểm P cách tâm của lưỡng từ một khoảng cách r:

U ( p) = m/ ra - m/ rb vì =1 U ( p) = m ( ra - rb) / ra . rb

Khi điểm khảo sát P ở xa, ta có các biểu thức xấp xỉ:

ra gần = rb gần = r; ra - rb gần = 2 l cos ( do P quá xa nên gần = ) U (p) = ( m 2l cos )/r**2 ( 1.5.7)Do momen từ lưỡng cực là (từ 1.5.2) : dM = 2 m l nên dU(p) = dM cos / r**2 ( 1.5.8) => U(p) = M cos / r**2 , M- momen tu (1.5.9)

2l- m+m

rbra rra - rb


37

1.6 Trường từ của quả đất1.6.1 các yếu tố của trường địa từ

Y

X

Z

H

H

x

y

z

T

D

I

Chúng ta xét một hệ tọa độ vuông góc có gốc tại 0 đặt tại điểm quan sát, trục z hướng vào tâm quả đất, trục x hướng theo phương bắc, trục y hướng theo hướng đông. T là véc tơ cường độ trường địa từ toàn phần.Hình chiếu của T lên các trục tọa độ là các thành phần của nó. Thành phần thẳng đứng Z, thành phần đông Y, thành phần bắc X. Hình chiếu T lên mặt phẳng nằm ngang XOY là thành phần nằm ngang H . Phương của H trùng với phương kinh tuyến từ


38

Góc hợp bởi thành phần nằm ngang H và trục X gọi là độ lệch từ thiên D. Góc hợp

bởi T và mặt nằm ngang gọi là độ nghiêng từ I ( độ từ khuynh)

Góc D mang dấu + khi H lệch về phía đông so với trục x và mang dấu – khi H lệch

về phía tây so với trục X. Góc I mang dấu + khi T cắm xuống bắc bán cầu và dấu –

khi T cắm ngược lại xuống nam bán cầu. Tập hợp các đại lượng T,H,X,Y,Z,I và D

gọi là các yếu tố của trường địa từ.

1.6.2 Trường từ bình thường và bất thường

Khi coi quả đất có hình dạng elipsoit lý tưởng bị nhiễm từ đồng nhất thì trường từ

đó có thể coi như trường từ của một lưỡng cực với cường độ trường từ là To .

Trường từ đó được coi là trường từ bình thường. Do đặc điểm cấu trúc địa chất

phức tạp, đất đá có độ nhiễm từ khác nhau, bề mặt lại không tròn chĩnh, bằng

phẳng nên cường độ trường từ đo được tại một điểm nào đó không chỉ là cường độ

trường từ bình thường To mà là tập hợp của nhiều yếu tố khác nhau


39

như trường từ của các lục địa có độ nhiễm từ cao hơn so với đại dương. Ký hiệu

T1 là trường từ khu vực các thể địa chất lớn như các miền nền, miền địa máng.

Trường từ của các khối xâm nhập, các khối macma ký hiệu là T2, trường từ của

các khối địa phương nhỏ ký hiệu là T3 và biến thiên theo thời gian ký hiệu là T.

Như vậy ta có trường từ thực tế:

T = To + T1 + T2 + T3 + T

1.7 Tính từ của đất đá

1.7.1 Độ từ cảm của đất đá và khóang vật

Độ từ cảm của đá thay đổi trong một phạm vi khá rộng và phụ thuộc chủ yếu vào

tỷ lệ khoáng vật sắt có trong đá đó. Bảng 1.5.1 trình bày đặc điểm độ từ cảm của

một số lọai đá.


40

Lọai đát đá Không từ tính

Từ tính rất yếu

Từ tính yếu Có từ tính Từ tính mạnh

c< 50. 10 **-6 CGS

50-100 .10 **- 6 CGS

100-1000 .10 **- 6 CGS

1000-5000 .10 **- 6 CGS

>5000 .10 **- 6 CGS

Khóang vật sắt từ -magnhetit, hematit

--------------

Đá macma – mafic ( diabaz, gabro, bazan)Granit, diorit

-------

------------------------------------------------

---------------

---------------

---------------

---------------

-------------

Đá biến chất như đá sừng, đá hoa, quaczit, diệp thạch

---------------

Đá trầm tích --------------- ---------------- ---------------Bảng 1.5.1 Đặc điểm độ từ cảm của một số lọai đá.


41

1.8 Phương pháp quan sát trường địa từ.

1.8.1 Nguyên tắc của máy thăm dò từ

Việc chế tạo máy thăm dò từ thường dựa vào 2 nguyên tắc chính sau đây:

- Nguyên tắc tương tác của trường địa từ lên thanh nam châm: Bộ phận chủ

yếu gồm các thanh nam châm có thể dao động tự do trong một mặt phẳng

đứng. Momen quay tạo ra do tương tác giữa truờng từ quả đất lên trường từ

thanh nam châm. Giá trị trường từ được xác định bởi góc lệch của thanh nam

châm.

- Nguyên tắc cảm ứng điện từ: Bộ phận chủ yếu là một cuộn dây cảm ứng

được quay bằng mô tơ trong trường từ. Dưới tác động của trường từ, trong

cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng có cường độ tỷ lệ với cường độ

trường từ bên ngoài.


42

- Nguyên tắc cộng hưởng từ hạt nhân: Người ta tạo ra trường từ phụ có

phương khác với phương trường từ cần đo và sau đó ngắt trường từ phụ thì có

sự chuyển động tuế sai của proton quanh trường từ cần đo, tạo ra dòng cảm

ứng trong ống dây có tần số phụ thuộc vào cường độ trường từ đo T

1.8. 2 Phương pháp thực địa ngòai trời

Trong phương pháp từ cần tiến hành đo trường từ trên diện tích nghiên cứu

và đo tham số các mẫu đá lấy được. Việc đo trường từ có thể tiến hành trên mặt

đất, trên máy bay và trên biển.

1. Đo từ trên mặt đất

Để tiến hành đo từ trên mặt đất người ta bố trí mạng lưới tuyến quan

sát , trong đó có các tuyến trục. Tuyến trục thường được chọn có phương trùng

với đường phương dự kiến của đối tượng nghiên cứu.


43

Các tuyến đo bố trí thẳng góc với tuyến trục

2. Đo từ hàng không và biển

Đo từ hàng không được tiến hành bằng cách ghi liên tục T trên các tuyến bay.

Hướng các tuyến cũng được chọn thẳng góc với đường phương của các cấu tạo

hay các phá hủy kiến tạo. Khoảng cách giữa các tuyến tùy thuộc vào tỷ lệ bản

đồ. Tỷ lệ càng lớn thì độ cao bay đo càng nhỏ. Thông thường độ cao bay dao

động trong khoảng 50m-500 m

Quá trình đo trên biển được tiến hành bằng từ kế proton để đo trường từ toàn

phần. Hệ thống đo gồm 2 từ kế được kéo theo tàu, khoảng cách giữa chúng

khoảng 150 m, khoảng cách đến tàu 300m, chiều sâu đặt máy cách mặt nước

khoảng 15m


44

1.9 Phân tích số liệu thăm dò từ.1.9.1 Phân tích định tính

Trong quá trình phân tích định tính cần xác định các bất thường trường từ trên bản đồ hoặc trên đồ thị dọc theo tuyến quan sát, tách các bất thường liên quan đến các đối tượng cần khảo sát ra khỏi phông nhiễu khác. Từ kết quả phân tích các bất thường trường từ có thể dự đoán về đặc điểm cấu trúc địa chất và đặc điểm các đối tượng cần nghiên cứu.1.9. 2 Phân tích định lượng Thực chất quá trình phân tích định lượng là giải bài tóan nghịch trường từ. Giải bài tóan nghịch trường từ là bằng các thiết bị khảo sát ghi nhận các trường từ trên mặt dưới dạng đồ thị, các đường cong … Trên cơ sở các trường từ ghi nhận được tiến hành hiệu chỉnh, xử lý và phân tích nhằm xác định đặc điểm đối tượng nghiên cứu như hình dạng, kích thuớc, độ sâu, thế nằm … Việc giải thích địa chất tài liệu thăm dò từ rất phức tạp và có nhiều khó khăn do nhiều lý do như tính không đơn trị của bài tóan nghịch. Việc xác định cường độ từ hóa theo mẫu lõi không phải lúc nào cũng cho kết quả tốt đẹp, ảnh hưởng của các yếu tố bên ngòai như hiện tượng từ hóa dư, bất đồng nhất từ tính đất đá xung quanh… khiến kết quả minh giải địa chất thường chỉ mang tính tương đối gần đúng


45

Giải bài tóan thuận và bài tóan nghịchThực chất bài toán thuận là từ một vật thể nhất định với hình dáng và từ tính nhất định ta phải xây dựng được phân bố của trường từ do vật thể đó gây ra tại một điểm nhất định trong không gian a/ Trường từ của nguồn dạng cầu

Trường từ của quả cầu

Giả sử có hình cầu từ hóa thẳng đứng có tâm nằm ở độ sâu h phía dưới gốc tọa độ như hình vẽ trên.

xxh

r

Z

J


46

Cần xác định cường độ trường từ dọc theo tuyến x . Lý thuyết thăm dò từ đã chứng minh rằng thế của một quả cầu có thể coi như thế của một lưỡng cực từ đặt tại tâm của nó. Từ công thức (1.5.9’

U (p) = M cos / r**2 trong đó cos = h/r , nên U (p) = M h/r3 U (p) = M.h/ ( x**2 + h**2)** 3/2Từ đó có thành phần thẳng đứng. Do Z có chiều ngược với U và J nên: Z = - U/ h = M ( 2h**2 –x**2)/( x**2+h**2)**5/2


47

Z = U/ h = M ( 2h**2 –x**2)/( x**2+h**2)**5/2Trong trường hợp x=0 Z có giá trị cực đại Z max = 2M/h**3 Zo = 0 khi x = +- 1,4 h Z có giá trị - khi x > và < +- 1.4 h

Như vậy khi giải bài tóan ngược ta đo được cường độ trường từ dọc theo một tuyến nhất định mà hình dạng của nó thu được có dạng như hình trên: hàm đối xứng qua trục tung, có Zmax tại gốc tọa độ và tiến tới 0 khi x tiến về 2 phía ta có thể dự báo vật thể phát trường từ có dạng tượng tự hình cầu

xxh

r

Z

J


48

1.10 Áp dụng thăm dò từ và trọng lực trong thăm dò dầu khíKết quả thăm dò trọng lực và thăm dò từ ( từ hàng không) áp dụng nhiều trong thăm dò dầu khí. 2 phương pháp này không phải là phương pháp thăm dò dầu khí trực tiếp mà 2 phương pháp này cho phép ta nghiên cứu cấu trúc địa chất khu vực như các phức nếp lồi, phức nếp lõm, các đứt gãy sâu và đặc biệt là địa hình móng kết tinh do đá móng có độ nhiễm từ cao và mật độ lớn. Phân tích các đặc điểm truờng từ, trường trọng lực như mức độ phân dị, sự phân bố bất thường… cho phép ta giải quyết nhiều vấn đề như phân vùng kiến tạo, xác định các đới phá hủy kiến tạo, theo dõi các mặt ranh giới cấu trúc… Những kết quả nghiên cứu này tạo cơ sở để tiến hành các công tác nghiên cứu tỷ mỷ khác như điện, địa chấn hay khoan tìm kiếm thăm dò dầu khí


49

KẾT THÚC CHƯƠNG 1

Documents

Chương I_ĐVL Đai Cuong TLvà Từ 28.01.15