Thăm dò khoáng sản là hoạt động nhằm xác định trữ lượng, chất lượng khoáng sản và các thông tin khác phục vụ khai thác khoáng sản. Do đó trước khi thực hiện hoạt động khai thác khoáng sản, các tổ chức, cá nhân buộc phải thăm dò. Và một trong những phương pháp thăm dò đem lại hiệu quả đó là phương pháp sóng âm trong lỗ khoan.

Sóng âm là loại sóng cơ học trong môi trường chất lỏng, chất rắn hoặc khí, mà sự truyền dẫn năng lượng được thực hiện thông qua sự biến đổi của áp suất và mật độ của chất đó. Khi một vật thể rung, nó tạo ra những áp suất và mật độ biến đổi xung quanh nó, tạo ra sóng âm. Các sóng âm di chuyển thông qua chất liệu bằng cách làm các phần tử của chất đó dao động dọc theo hướng truyền của sóng.

Trong môi trường khí, các sóng âm thường được gọi là âm thanh. Đây là những sóng âm mà tai người có thể cảm nhận được, với tần số từ khoảng 20 Hz đến 20 kHz. Trong môi trường nước hoặc các chất lỏng khác, các sóng âm cũng tồn tại, nhưng chúng không thể được nghe thấy bởi tai người mà thường cần các thiết bị đặc biệt để phát hiện và đo lường.

Phương pháp đo sóng âm là phương pháp đo tốc độ lan truyền hoặc suy giảm năng lượng (biên độ) của sóng âm xung quanh thành lỗ khoan để xác định cấu trúc của đất đá dọc thành lỗ khoan. Phương pháp này có thể được đo lường và phát hiện bằng các thiết bị đặc biệt, không nhất thiết phải dựa vào tai người. Có thể được người ta nghe thấy bằng tai hoặc đo lường bằng các thiết bị đo âm thanh. Tuy nhiên để đảm bảo chính xác trong việc đo điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - địa vật lý lỗ khoan bằng phương pháp này thì nên tuân theo tiêu chuẩn.

Hiện nay tại Việt Nam đã có Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13589-11:2023 về điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - địa vật lý lỗ khoan - phần 11 về phương pháp sóng âm do Bộ Khoa học và Công nghệ công bố nhằm đưa ra các hướng dẫn về nội dung kỹ thuật phương pháp sóng âm trong lỗ khoan phục vụ công tác điều tra, đánh giá địa chất về khoáng sản và thăm dò khoáng sản; khảo sát địa chất thủy văn, địa chất công trình; điều tra tai biến địa chất và môi trường. Tiêu chuẩn này không áp dụng cho điều tra, đánh giá và thăm dò dầu khí.

Yêu cầu về nguyên lý phương pháp đo sóng âm, khi lan truyền trong các lớp đá khác nhau, sóng âm truyền với tốc độ khác nhau và suy giảm năng lượng (biên độ) trong từng lớp đất đá đó cũng khác nhau. Từ đặc điểm này hình thành các phép đo sóng âm khác nhau như đo tốc độ, đo gia số suy giảm thời gian Δt, đo biên độ sóng âm, đo biến đổi mật độ.

Đầu đo các phương pháp sóng âm được chế tạo theo nguyên lý và được nối trực tiếp với bộ phận điều khiển trên mặt đất (trạm đo) thông qua bộ phận tời cáp. Tín hiệu thu được trong lỗ khoan được xử lý trên phần mềm chuyên dụng, đưa ra hình ảnh về cấu trúc của các đối tượng địa chất dọc thành lỗ khoan. Khối điều khiển đo ghi số liệu và khối tời cáp được thiết kế để dùng chung cho nhiều phương pháp đo địa vật lý khác nhau trong lỗ khoan.

Trong quá trình thi công, hàng ngày phải kiểm tra đầu đo ở chế độ "kiểm tra tĩnh" để xác định độ nhạy, độ ổn định của thiết bị đo. Chỉ các thiết bị đo đã được hiệu chuẩn định kỳ và kiểm tra chất lượng hàng ngày theo quy định của nhà sản xuất mới được phép sử dụng. Nội dung và trình tự kiểm tra được tiến hành theo đúng hướng dẫn trong lý lịch từng loại máy.

Khi kết thúc đo trong lỗ khoan phải tháo rời các khối ráp nối trạm đo và đưa vào hộp bảo quản riêng theo quy định. Trạm đo địa vật lý lỗ khoan luôn phải được bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát, đúng theo hướng dẫn bảo quản và an toàn thiết bị của nhà sản xuất.

Đối với công tác hiệu chuẩn, đầu đo sóng âm trong lỗ khoan phải được hiệu chuẩn định kỳ một năm một lần và sau mỗi lần sửa chữa, thay thế linh kiện trong máy giếng. Việc hiệu chuẩn được thực hiện theo quy định hiện hành. Tất cả các thiết bị đo sóng âm trong lỗ khoan, trước khi hiệu chuẩn phải được kiểm tra, xác định độ nhạy, độ ổn định, độ tuyến tính đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất. Nội dung và trình tự hiệu chuẩn phải được tiến hành theo quy trình thống nhất và đúng theo hướng dẫn trong lý lịch từng loại máy.

Trong quá trình thi công thực địa phải tuân thủ đầy đủ các yêu cầu chung, yêu cầu kỹ thuật thi công thực địa nêu tại TCVN 13589-1: 2022 và các nội dung: Cán bộ kỹ thuật địa chất theo dõi khoan hoặc tổ trưởng tổ khoan có trách nhiệm cung cấp cho người phụ trách đo địa vật lý cột địa tầng lỗ khoan tỷ lệ 1:200 có ghi tỷ lệ lấy mẫu hoặc cột địa tầng tỷ lệ 1:50 và trạng thái thực tế của lỗ khoan trước khi tiến hành đo. Lỗ khoan phải đảm bảo để thả các thiết bị đo địa vật lý thông suốt từ miệng đến đáy. Lỗ khoan không có chỗ tắc nghẽn hoặc đường kính bé hơn đường kính danh định của thiết bị thả trong lỗ khoan.

Trong lúc đang tiến hành đo địa vật lý lỗ khoan không được tiến hành các việc sửa chữa thiết bị khoan; Nổ máy khoan; Hàn điện trong phạm vi bán kính nhỏ hơn 100m. Không được tiến hành đo địa vật lý lỗ khoan trong những trường hợp dung dịch trong lỗ khoan có độ nhớt tương đối > 90s; Dung dịch khoan chứa quá 5% cát và dăm vụn của đất đá cứng; Lỗ khoan phun nước, sủi khí, bọt, lỗ khoan hút nước, hạ mức nước với tốc độ lớn hơn 15 m/h.

Việc chuẩn bị lỗ khoan theo yêu cầu kỹ thuật phải được tổ trưởng khoan và cán bộ địa chất theo dõi khoan đảm bảo và xác nhận bằng văn bản cho người phụ trách đo địa vật lý lỗ khoan trước khi đo. Khi đo địa vật lý lỗ khoan phải có mặt cán bộ địa chất theo dõi khoan và tổ trưởng (kíp trưởng) tổ khoan.

Yêu cầu kỹ thuật đo sóng âm trong lỗ khoan thường được thực hiện liên tục trong quá trình kéo thiết bị đo từ đáy lên miệng lỗ khoan. Trong quá trình đo ghi phải luôn giữ cho tốc độ kéo cáp không đổi từ đáy lên miệng lỗ khoan.Tỷ lệ ghi của phương pháp đo sóng âm trong lỗ khoan được quy định bằng số điểm ghi số liệu trên một mét chiều sâu dọc thành lỗ khoan. Thông thường tỷ lệ ghi là 0,1m/điểm ghi số liệu.

Chọn tốc độ kéo cáp theo hồ sơ kỹ thuật của máy đo. Khi ghép nối với phương pháp khác phải đảm bảo nguyên tắc tốc độ kéo cáp không được lớn hơn tốc độ kéo cáp tối đa cho phép của một trong số các phương pháp tham gia.

Công tác đo kiểm tra được thực hiện trong cùng thời gian đo lỗ khoan. Việc đo kiểm tra phải thực hiện trên đoạn lỗ khoan có sự thay đổi lớn nhất về số liệu đo với cùng tốc độ kéo cáp và bước ghi số liệu.

Chất lượng tài liệu đo sóng âm trong lỗ khoan được đánh giá bằng sai số giữa hai lần đo theo hình thức đo lặp. Nội dung và phương pháp đánh giá sai số thực hiện theo công thức thống nhất tại TCVN 13589-1: 2022.

Phân tích kết quả đo tương tự như các phương pháp địa vật lý lỗ khoan khác, song cần lưu ý một số yếu tố sau: Tốc độ truyền sóng đàn hồi trong đất đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần khoáng vật của đá, độ gắn kết, độ lỗ rỗng và kiểu lỗ rỗng (giữa hạt, nứt nẻ, hang hốc), độ bão hòa chất lưu, tính chất của chất lưu bão hòa, áp suất vỉa, áp suất tĩnh liên quan đến chiều sâu thế nằm của đá.

Kết quả phương pháp đo được biểu diễn trong thiết đồ địa vật lý lỗ khoan gồm: Các đường cong đo và đường cong đo kiểm tra; Kết quả xây dựng lát cắt địa chất dọc thành lỗ khoan. Thiết đồ địa vật lý lỗ khoan phải được thể hiện đầy đủ tổ hợp phương pháp địa vật lý lỗ khoan, cột địa tầng địa vật lý, cột địa tầng địa chất, các giá trị dị thường địa vật lý và thống nhất trong toàn vùng đo.

Báo cáo kết quả đo sóng âm trong lỗ khoan được lồng ghép chung trong công tác đo địa vật lý lỗ khoan của toàn vùng đo, thường gồm các dạng tài liệu sau: Các phai đo và đo kiểm tra được quản lý và lưu trữ hệ thống trên máy tính. Các thiết đồ địa vật lý lỗ khoan hoàn chỉnh. Các mặt cắt liên kết địa tầng các lỗ khoan trong vùng theo các phương khác nhau. Các mặt cắt địa chất - địa vật lý luận giải từ kết quả đo địa vật lý lỗ khoan. Các nhật ký đo và các tài liệu liên quan khác.

Báo cáo thuyết minh được lập chung với tổ hợp phương pháp địa vật lý lỗ khoan khác, các nội dung chính như sau: Phương pháp và kỹ thuật đã sử dụng. Chất lượng tài liệu, khối lượng công việc. Các phương pháp xử lý, giải đoán tài liệu địa vật lý. Giải thích địa chất kết quả địa vật lý. Đánh giá mức độ giải quyết nhiệm vụ.