MỞ ĐẦU Địa vật lý hàng không là một tổ hợp các phƣơng pháp địa vật lý phục vụ khảo sát, lập bản đồ địa chất, thăm dò khoáng sản và nghiên cứu môi trƣờng. Công tác bay đo từ phổ gamma hàng không đƣợc bắt đầu và đẩy mạnh ở nƣớc ta từ những năm 80 cho tới nay. Sau quá trình bay do khảo sát, tƣơng tự các phƣơng pháp khác, tài liệu thu đƣợc của phƣơng pháp phổ gamma hàng không là các bản đồ trƣờng. Tuy nhiên, do đặc tính phân bố ngẫu nhiên của trƣờng xạ địa hóa ta còn thu đƣợc tài liệu về các dị thƣờng đơn, không đƣợc thể hiện trên các bản đồ trƣờng.
Nhƣng các dị thƣờng đơn thu đƣợc là một nguồn dữ liệu vô cùng quan trọng liên quan trực tiếp tới các đối tƣợng có triển vọng khoáng sản (các nguồn gây dị thƣờng). Việc phân tích các dị thƣờng đơn là quan trọng tuy nhiên dữ liệu thu đƣợc từ các dị thƣờng đơn là chƣa triệt để với các nhu cầu thực tế trong quá trình khảo sát địa vật lý hàng không cũng nhƣ trong quá trình phân tích và xử lý số liệu phục vụ cho công tác thăm dò, dự báo triển vọng khoáng sản. Bản đồ dị thƣờng phổ gamma hàng không chỉ thể hiện đƣợc các điểm đơn lẻ nằm rải rác trên toàn diện tích khảo sát, trong khi để xác định các vùng diện tích có chứa các đối tƣợng có triển vọng khoáng sản là những công tác làm việc với các vùng diện tích đƣợc khoanh định. Mỗi vùng diện tích đƣợc khoanh định là tập hợp của các dị thƣờng đơn (cụm dị thƣờng), điều này dẫn tới yêu cầu cấp thiết về một phƣơng pháp đánh giá các cụm dị thƣờng đƣợc khoanh định.
Để giải quyết nhiệm vụ đó, các nhà địa vật lý Việt Nam đã đƣa ra một phƣơng pháp mới: “Phương pháp đánh giá - phân loại cụm dị thường”. Nhằm nâng cao hiệu quả trong xử lý, phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, luận văn đƣợc thực hiện với mục đích nghiên cứu tìm hiểu phƣơng pháp mã hóa - phân loại dị thƣờng đơn và phƣơng pháp đánh giá phân loại 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cụm dị thƣờng phổ gamma hàng không trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ công tác tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản. Với mục tiêu này, luận văn đƣợc viết với cấu trúc 3 chƣơng theo các nội dung chính sau: - Chƣơng 1: Tổng quan về phƣơng pháp phổ gamma hàng không - Chƣơng 2: Các phƣơng pháp đánh giá - phân loại dị thƣờng và cụm dị thƣờng phổ gamma hàng không - Chƣơng 3: Áp dụng phƣơng pháp đánh giá- phân loại dị thƣờng và cụm dị thƣờng phổ gamma vào xử lý - phân tích tài liệu phổ gamma hàng không vùng Tuy Hòa. Trong quá trình thực hiện luận văn này, học viên nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong khoa Vật Lý, Trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên, đặc biệt là sự hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn PGS.
Võ Thanh Quỳnh và anh Nguyễn Viết Đạt. Học viên xin chân thành cảm ơn tới sự giúp đỡ nhiệt tình đó! Do hạn chế về thời gian thực hiện luận văn nên nội dung của luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc sự bổ sung, góp ý của các thầy cô. Học viên thực hiện Cao Văn Chỉnh 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG 1. Vài nét về lịch sử phát triển của phƣơng pháp phổ gamma hàng không[4].
Phƣơng pháp phổ gamma hàng không là một phƣơng pháp thăm dò phóng xạ , đƣợc sử dụng với mục đích chính là tìm kiếm trực tiếp quặng Uran và các loại khoáng sản có ích khác liên quan tới các nguyên tố phóng xạ. Xác định hàm lƣợng của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên Uran, Thôri và Kali, thông qua các số liệu đo cƣờng độ bức xạ gamma trên các vạch phổ năng lƣợng đặc trƣng của từng nguyên tố. Phƣơng pháp phổ gamma hàng không khác với các phƣơng pháp phổ gamma khác chủ yếu là ở chỗ cƣờng độ bức xạ của đối tƣợng ở một khoảng cách xa hơn, với detector của phổ kế đặt trên máy bay trong quá trình đo vẽ. Do sự khác nhau về khoảng cách nghiên cứu đối tƣợng mà đặc tính phản ánh của các trƣờng ghi đƣợc cũng khác nhau, kéo theo một số điểm khác nhau về phƣơng pháp xử lý và phân tích tài liệu.
Phƣơng pháp thăm dò phóng xạ có lịch sử phát triển khá sớm, dựa trên những thành tựu của vật lý hạt nhân. Ngay từ những năm đầu của thế kỷ này ngƣời ta đã nghiên cứu các cơ sở vật lý, địa chất để ứng dụng hiện tƣợng phóng xạ trong tìm kiếm các khoáng sản phóng xạ cũng nhƣ các khoáng sản khác liên quan với phóng xạ. Từ những năm 20, các phƣơng pháp thăm dò phóng xạ đã đƣợc đƣa vào giảng dạy tại các trƣờng đại học mỏ thuộc Liên Xô trƣớc đây và vào đầu năm 1930, bộ môn thăm dò phóng xạ đầu tiên đã đƣợc thành lập tại trƣờng Địa chất thăm dò Mosscov dƣới sự lãnh đạo của giáo sƣ V. Vào những năm 40 khi Uran trở thành một trong những khoáng sản có ích phục vụ trong công nghiệp điện và vũ khí quốc phòng thì các phƣơng pháp thăm dò phóng xạ càng đƣợc đẩy mạnh, thúc đẩy nhanh việc nghiên cứu các phƣơng pháp tìm kiếm và hoàn thiện các thiết bị đo ghi.Lê Khánh Phồn (2004), Thăm dò phóng xạ, NXB giao thông vận tải.
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tuy nhiên, từ những năm 50 trở về trƣớc, trong thăm dò phóng xạ dùng tia gamma chỉ có phƣơng pháp đo gamma tổng, ghi toàn bộ bức xạ trong dải năng lƣợng rất rộng, cỡ từ 20Kev†3Mev, mà không đo đƣợc phổ bức xạ của từng nguyên tố riêng biệt. Vào những năm 60, nhờ có các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử và đặc biệt là việc sử dụng các Detector nhấp nháy để ghi phổ năng lƣợng của bức xạ gamma, phƣơng pháp phóng xạ đã có bƣớc phát triển nhảy vọt với các phƣơng pháp: phổ gamma mặt đất, phổ gamma trong lỗ khoan, phổ gamma hàng không lần lƣợt ra đời và phát triển. Việc áp dụng các phƣơng pháp phổ gamma trong địa chất thăm dò đã mang lại những hiệu quả to lớn và làm thay đổi căn bản phƣơng pháp hệ tìm kiếm các khoáng sản có ích liên quan đến phóng xạ bằng phƣơng pháp thăm dò phóng xạ. Vào những năm 70, phƣơng pháp phổ gamma hàng không trong tổ hợp công nghệ các phƣơng pháp địa vật lý hàng không (các tổ hợp từ - phổ gamma, từ - phổ gamma điện) đƣợc áp dụng mạnh mẽ ở nhiều nƣớc trên thế giới, trong đó có các nƣớc thuộc Liên Xô trƣớc đây.
Phƣơng pháp phổ gamma hàng không cho phép khảo sát nhanh trên một diện tích rộng với hiệu quả kinh tế cao và có thể tiến hành trên những điều kiện địa hình phức tạp, giao thông kém phát triển. Do khả năng và hiệu quả của phƣơng pháp trong việc tham gia giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất quan trọng , nên mặc dù ra đời muộn, phƣơng pháp phổ gamma hàng không đã có đƣợc những bƣớc phát triển mạnh mẽ. Hiện nay phƣơng pháp phổ gamma hàng không đang đƣợc ứng dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới không chỉ với mục đích tìm kiếm khoáng sản mà còn phục vụ có hiệu quả công tác đo vẽ bản đồ địa chất. Ngoài ra, phƣơng pháp phổ gamma hàng không còn là một công cụ hữu hiệu trong việc tham gia kiểm soát môi trƣờng sinh thái.
Ở nƣớc ta, phƣơng pháp thăm dò phóng xạ bắt đầu đƣợc áp dụng trong nghiên cứu địa chất từ năm 1955 phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa chất và tìm kiếm khoáng sản ở các tỷ lệ từ 1:500. Phƣơng pháp phổ 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com gamma hàng không mới chỉ thực sự đƣợc bắt đầu và đẩy mạnh trong khoảng 20 năm trở lại đây, tập trung chủ yếu ở khu vực miền trung lãnh thổ. Phƣơng pháp phổ gamma hàng không trong tổ hợp các phƣơng pháp bay đo địa vật lý đƣợc tiến hành ở nƣớc ta trong thời gian qua đã có những đóng góp đáng kể trong nhiệm vụ điều tra nghiên cứu địa chất, đặc biệt là trong việc tìm kiếm các khoáng sản có ích. Do hiệu quả kinh tế và địa chất cao nên hiện nay dạng công tác này địa vật lý này đang đƣợc đánh giá cao và đƣợc nhà nƣớc đầu phát triển.
Cơ sở vật lý-địa chất của phƣơng pháp. Phƣơng pháp phổ gamma có cơ sở vật lý dựa trên đặc tính phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ. Nhƣ chúng ta biết, các hạt nhân phóng xạ trong quá trình phân rã phát ra các hạt α, β, hoặc bức xạ γ. Bức xạ γ phát ra trong quá trình hạt nhân chuyển từ trạng thái không ổn định về trạng thái có mức năng lƣợng thấp hơn (ổn định hoặc ổn định tạm thời).
Bức xạ γ là bức xạ điện từ tần số cao, vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt, không mang điện.Năng lƣợng của bức xạ γ thay đổi tùy thuộc vào hạt nhân của các nguyên tố khác nhau (do sự khác nhau của các trạng thái năng lƣợng ổn định hoặc ổn định tạm thời). Căn cứ vào sự khác nhau về mức năng lƣợng ta có thể xác định đƣợc hàm lƣợng của các nguyên tố khác nhau bằng phƣơng pháp phổ gamma. Bức xạ gamma có khả năng ion hóa kém nhƣng có khả năng đâm xuyên lớn, chúng có thể đâm xuyên qua lớp không khí dày hàng trăm mét và lớp đất đá dày hàng mét. Phƣơng pháp phổ gamma đo bức xạ gamma tự nhiên theo các mức năng lƣợng khác nhau để xác định hàm lƣợng của các nguyên tố U, Th, K có trong đối tƣợng địa chất.
Khi đo phổ gamma cần chọn các khoảng năng lƣợng thích hợp mà trong khoảng đó bức xạ gamma của các nguyên tố trội hơn cả. Khoảng năng lƣợng đƣợc chọn gọi là “cửa sổ” năng lƣợng. Trong đo phổ 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com gamma thƣờng có một kênh tổng và 3 cửa sổ đƣợc đặt tên tƣơng ứng với nguyên tố trội nhất trong khoảng năng lƣợng đó là: - Cửa sổ K: IK = 1,35 – 1,55 MeV - Cửa sổ U: IU=1,55 – 1,85 MeV - Cửa sổ Th: ITh = 2,40 – 2,80 Mev Thông qua IK, IU, ITh trên các cửa sổ Kali, Uran và Thôri tƣơng ứng.Xét hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ QU, QK, QTh. Cơ sở địa chất.