Giáo trình “Địa vật lý đại cương” pptx

CHƯƠNG I: PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ TRỌNG LỰC Thăm dò trọng lực là phương pháp địa vật lý quan sát đo trường trọng lực trên mặt đất để nghiên cứu cấu trúc địa chất, tìm kiếm khoáng sản và giả

Giáo trình Địa vật lý đại cương

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình “Địa vật lý đại cương” đã được các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn Địa vật

lý giảng dạy trong nhiều năm không những cho ngành Địa vật lý mà còn cho các ngành Địa chất Dầu khí, Kỹ thuật khoan, Địa chất thăm dò, Địa chất thủy văn và Địa chất công trình

Trước đây Bộ môn vẫn sử dụng giáo trình “Địa vật lý đại cương” do GS.TSKH Mai Thanh Tân biên soạn để giảng dạy theo chương trình niên chế với thời lượng dành cho môn học này là 60 tiết Hiện nay dạy theo chương trình tín chỉ, thời lượng dạy môn học này chỉ còn là 30 tiết Điều đó gây không ít khó khăn cho các CBGD, nhất là các CBGD trẻ

Để đáp ứng yêu cầu giảng dạy “Địa vật lý đại cương” theo chương trình tín chỉ, Bộ môn Địa vật lý thống nhất biên soạn lại giáo trình này với với tiêu chí vẫn bảo đảm kiến thức cơ bản, khái quát các phương pháp địa vật lý, cơ sở vật lý địa chất, máy móc thiết bị

đo, phương pháp xử lý tài liệu và phạm vi áp dụng của nó

Giáo trình do PGS TS Nguyễn Trọng Nga biên soạn, được tập thể Bộ môn Địa vật lý chỉnh biên Nội dung chỉ còn lại 6 chương:

Mở đầu

Chương 1: Phương pháp Trọng lực do TS Đào Ngọc Tường chỉnh biên

Chương 2: Phương pháp Thăm dò Từ do GVC Bùi Thế Bình chỉnh biên

Chương 3: Phương pháp Thăm dò Điện, do ThS Kiều Duy Thông bổ sung, PGS.TS Nguyễn Trọng Nga chỉnh biên

Chương 4: Phương pháp Thăm dò Địa chấn do TS Phan Thiên Hương chỉnh biên

Chương 5: Phương pháp Phóng xạ do GS.TS Lê Khánh Phồn chỉnh biên

Chương 6: Phương pháp Địa vật lý giếng khoan do PGS.TS Lê Hải An chỉnh biên

Giáo trình này được biên soạn rất ngắn gọn nhưng vẫn cập nhật các kiến thức mới với các thí dụ minh họa được áp dụng trong thực tế sản xuất ở Việt Nam

Với thời gian biên tập ngắn để kịp phục vụ sinh viên đào tạo theo tín chỉ nên chắc chắn không tránh khỏi thiếu xót Chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quí báu để giáo trình được hoàn hảo hơn

TÁC GIẢ

PGS.TS Nguyễn Trọng Nga

Để phân loại phương pháp địa vật lý người ta dựa trên các nguyên tắc sau:

* Dựa vào lĩnh vực nghiên cứu người ta chia ra:

- Vật lý địa cầu: Nghiên cứu vỏ quả đất, cấu trúc sâu từ một vài km đến manti

- Địa vật lý thăm dò: Nghiên cứu cấu trúc vỏ trái đất từ mặt đất đến một vài km Nếu chia nhỏ hơn ta có:

+ Cấu trúc từ một vài m đến 25 m: Thuộc lĩnh vực “Địa chất công trình - Địa kĩ thuật”;

+ Cấu trúc từ một vài chục m đến vài trăm m: Thuộc lĩnh vực “Tìm nước ngầm và khoáng sản rắn”;

+ Cấu trúc sâu một vài km: Thuộc lĩnh vực “Tìm kiếm dầu khí”

* Dựa vào các trường địa vật lý được áp dụng người ta chia thành các phương pháp địa vật

lý sau:

+ Phương pháp “Thăm dò Trọng lực” - khảo sát trường Trọng lực;

+ Phương pháp “Thăm dò Từ” - khảo sát trường Địa từ;

+ Phương pháp “Thăm dò Phóng xạ” - khảo sát trường Phóng xạ;

+ Phương pháp “Thăm dò Địa chấn” - khảo sát trường Sóng đàn hồi;

+ Phương pháp “Thăm dò Điện” - khảo sát trường Điện;

+ Phương pháp “Thăm dò Địa nhiệt” - khảo sát trường Địa nhiệt;

+ Phương pháp “Địa vật lý giếng khoan” - khảo sát trong lỗ khoan

3 So sánh với phương pháp địa chất

Khác với phương pháp địa chất, nghiên cứu trực tiếp qua mẫu khoan và vết lộ, các phương pháp địa vật lý nghiên cứu gián tiếp qua trường địa vật lý

4 Trường địa vật lý

Trường là khoảng không gian xảy ra các tương tác vật lý Trái đất luôn tồn tại các trường địa chấn (động đất), trường địa từ, trường trọng lực, trường địa điện, trường phóng xạ, trường địa nhiệt Quan sát các trường này trên mặt đất giúp ta tìm ra nguồn gây ra chúng

* Để phân loại trường người ta dựa trên nguồn gốc sinh ra nó:

+ Trường có nguồn gốc tự nhiên là trường vốn có trong tự nhiên như động đất, phóng xạ…; + Trường có nguồn gốc nhân tạo là trường do con người tạo ra như nổ mìn, phát điện…

5 Bài toán thuận và bài toán ngược địa vật lý

* Bài toán thuận địa vật lý

Bài toán thuận địa vật lý là bài toán tính toán trường trên mô hình môi trường đã biết

rõ về hình dạng, kích thước đối tượng, cấu trúc môi trường vây quanh và các tham số vật lý của nó Bài toán thuận luôn đơn trị, có nghĩa là chỉ có một nghiệm duy nhất

* Bài toán ngược địa vật lý

Bài toán ngược địa vật lý là bài toán xuất phát từ việc quan sát trường dẫn đến việc giải đoán cấu trúc môi trường trên cơ sở xử lý, biến đổi toán học trường quan sát Bài toán

ngược có tính đa trị, nghĩa là có thể có nhiều kết quả

6 Kênh thông tin địa vật lý

Quá trình khảo sát đo đạc địa vật lý, từ khâu tài liệu quan sát, xử lý tài liệu dẫn đến kết luận địa chất thực chất là một kênh thông tin như sau:

Đo đạc khảo sát trường

Số liệu địa vật lý

Xử lý phân tích

Kết quả địa vật lý địa chất

7 Tín hiệu và nhiễu địa vật lý

Các số liệu đo trường địa vật lý f(t, r) trong không gian và thời gian bao gồm tín hiệu

có ích phản ánh đúng đối tượng trong môi trường S(t, r) và nhiễu n(t, r) - do nguồn khác với đối tượng như nhiễu kĩ thuật, nhiễu có trong tự nhiên, tất cả tác động vào số liệu đo:

f(t, r) = S(t, r) + n(t, r)

Trong thực tế sẽ xảy ra các trường hợp như sau:

- S(t, r) >> n(t, r) nghĩa là tín hiệu mạnh hơn nhiễu, khi xử lý sẽ dễ nhận biết đối tượng;

- S(t, r)  n(t, r) nghĩa là tín hiệu xấp xỉ nhiễu, khi xử lý khó nhận biết đối tượng;

- S(t, r) << n(t, r) nghĩa là tín hiệu nhỏ yếu so với nhiễu, khi xử lý sẽ rất khó nhận biết đối tượng

Người ta sử dụng bộ lọc k(t, r) để làm yếu nhiễu, làm rõ tín hiệu có ích nghĩa là tín hiệu đo chập với bộ lọc sẽ cho tín hiệu có ích mạnh lên

f’(t, r) = f(t, r) * k(t, r)  S(t, r)

8 Điều kiện áp dụng phương pháp địa vật lý

Để áp dụng có hiệu quả các phương pháp địa vật lý phải có hai điều kiện:

- Đối tượng có tính chất vật lý (tham số) khác biệt với đất đá môi trường vây quanh Với tính chất vật lý nào đó thì phải áp dụng phương pháp địa vật lý tương ứng thích hợp mới có hiệu quả

- Đặc điểm hình thái đối tượng: Đối tượng gây ra trường địa vật lý nằm càng nông, kích thước lớn thì càng dễ phát hiện Gọi kích thước đối tượng là d, nằm ở chiều sâu h, thì điều kiện phát hiện là h phải nhỏ hơn d

Để đánh giá khả năng phát hiện của một phương pháp địa vật lý nào đó người ta thường làm như sau:

- Dự kiến mô hình đối tượng với các tham số của nó;

-Tính bài toán thuận từ mô hình đã cho, kết quả có tín hiệu phản ánh đối tượng là tốt

9 Mạng lưới quan sát và biểu diễn kết quả địa vật lý

a Mạng lưới quan sát địa vật lý

Mạng lưới quan sát địa vật lý gồm tuyến đo hay mạng lưới tuyến đo có giá trị nhất định đến hiệu quả của phương pháp địa vật lý Vì vậy khi quan sát địa vật lý phải chọn mạng lưới như sau:

- Phương tuyến đo phải chọn vuông góc với phương kéo dài của đối tượng để bảo đảm gặp đối tượng và tín hiệu có ích mạnh nhất;

b Biểu diễn kết quả địa vật lý

- Kết quả khảo sát theo tuyến thường biểu diễn dưới dạng:

+ Đồ thị kết quả đo địa vật lý và kèm theo lát cắt địa chất vẽ ở dưới ;

+ Lát cắt địa vật lý theo tham số địa vật lý là bức tranh “Lát cắt kết quả theo hai chiều x, z”

- Kết quả khảo sát theo diện tích được biểu diễn dưới dạng bản đồ đẳng trị tham số đo địa vật lý ở hai mức:

+ Bản đồ kết quả địa vật lý trên mặt đất (z = 0);

+ Bản đồ kết quả địa vật lý ở các chiều sâu (z = h)

10 Tổ hợp phương pháp địa vật lý

Để hạn chế tính đa trị của bài toán ngược địa vật lý phải áp dụng nhiều phương pháp địa vật lý, mỗi phương pháp phản ánh một tính chất địa vật lý của đối tượng, khi tổng hợp

số liệu sẽ cho kết quả khẳng định về đối tượng tìm kiếm, trong những trường hợp thuận lợi

có thể cho phép khẳng định về bản chất của đối tượng tìm kiếm Thí dụ như đó là loại quặng

gì, cấu tạo có khả năng chứa dầu khí cao hay thấp…

CHƯƠNG I:

PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ TRỌNG LỰC

Thăm dò trọng lực là phương pháp địa vật lý quan sát (đo) trường trọng lực trên mặt đất

để nghiên cứu cấu trúc địa chất, tìm kiếm khoáng sản và giải quyết các nhiệm vụ địa chất

Cơ sở áp dụng của phương pháp trọng lực là do đất đá khác nhau về mật độ (khối lượng của một đơn vị thể tích đất đá) nghĩa là đối tượng phải có sự chênh lệch về mật độ hay tồn tại mật độ dư:      0

Với:  là mật độ của đối tượng;

 là mật độ của đất đá vây quanh 0

Mật độ  luôn dương nhưng mật độ dư  có thể dương hoặc âm do    hoặc 00

  

§1.1 Cơ sở vật lý địa chất của phương pháp trọng lực

1.1.1 Trường trọng lực

Trường trọng lực của trái đất bằng tổng của trường hấp

dẫn do khối lượng trái đất và trường ly tâm do sự quay quanh

trục trái đất tạo ra tại mặt đất (xem hình 1.1)

g f C

  

(1.1) Với: f k M3R

Ở đây: k = 6,67 10-8 cm3/g.s2 là hằng số hấp dẫn

Nguồn gây ra trường trọng lực là khối lượng M và vận tốc quay  của trái đất

Đơn vị đo trọng lực trong hệ CGS là cm/s2, gọi là Gal

1Gal = 1 cm/s2 1mGal = 10-3 Gal

Hình 1.2: Trường hấp dẫn của một vật thể

0 g 1e sin 1.sin 2 2.cos cos2

             (1.3) Trong đó: ge là giá trị trọng lực ở xích đạo;

   là các hệ số liên quan đến độ dẹt, vận tốc quay, sự phân bố khối lượng , 1, 2của trái đất;

  là vĩ độ, kinh độ của vị trí điểm xác định Vì giá trị ,   nên thực tế 2 1  0coi như không phụ thuộc vào kinh độ

Nguồn gây ra dị thường trọng lực là khối lượng

dư m .V Do đó dị thường trọng lực càng lớn khi đối

tượng có mật độ dư  càng lớn và kích thước càng lớn

* Tính dị thường trọng lực

Do điểm quan sát và điểm có giá trị trọng lực

bình thường  không cùng một vị trí Do đó phải thực 0

hiện một số hiệu chỉnh để đưa  về 0 g : 0

* Lượng hiệu chỉnh  g hc gồm các hiệu chỉnh sau:

- Hiệu chỉnh độ cao: Khi tăng độ cao, giá trị trọng lực sẽ giảm như vậy hiệu chỉnh độ

cao có giá trị dương (gọi là hiệu chỉnh Fai)

H

g 0,3086.H

Hình 1.3: Hiệu chỉnh trọng lực

- Hiệu chỉnh lớp giữa: Có lớp đất đá mật độ  nằm giữa điểm đo với mặt geoit, coi như là lớp mỏng có chiều dày H làm tăng giá trị trọng lực vì vậy hiệu chỉnh lớp giữa có giá trị âm

lg

g 0,0418 .H

- Hiệu chỉnh địa hình: Địa hình lồi lõm quanh điểm quan sát làm cho dư thừa vật chất

hoặc thiếu vật chất đều làm giảm giá trị trọng lực, vì vậy hiệu chỉnh địa hình có giá trị dương và được tính khi biết mặt địa hình quanh điểm quan sát Người ta chia diện tích quanh điểm quan sát thành các yếu tố xéctơ có diện tích Sij và sự chênh độ cao Hijvới điểm đo Giá trị hiệu chỉnh địa hình là:

i j

 Trong đó: gijlà giá trị hiệu chỉnh của xéctơ có thể tích là một khối diện tích đáy Sij và chiều cao là Hij

Như vậy dị thường trọng lực sẽ là:

 g gqs   0 gH glg gdh gqs  0 0,3086 0, 0418 H gdh (1.7)

1.1.4 Cơ sở địa chất - Mật độ đất đá

Mật độ đất đá là khối lượng riêng của đất đá  m / V

Đơn vị đo mật độ  là g/cm3, được xác định bằng cân kỹ thuật

Mật độ đất đá được tính theo ba lần cân mẫu

Trong đó: P1 là trọng lượng mẫu cân lần 1 trong không khí;

P2 là trọng lượng mẫu bọc parafin cân lần 2 trong không khí;

P3 là trọng lượng mẫu bọc parafin cân lần 3 trong nước;

 là mật độ parafin (đã biết trước) P

Các loại đá khác nhau có mật độ khác nhau, phụ thuộc vào thành phần thạch học và

Đá vôi 1,93 – 2,90 Secpentin 2,40 – 3,10 Điabaz 2,50 – 3,20

Gabro 2,70 – 3,50

8

Nhìn chung mật độ đá trầm tích nhỏ hơn đá biến chất và đá magma:   tt bc mm Gây ra dị thường trọng lực là khối lượng của vật thể cómật độ dư      Dị thường 0trọng lực phụ thuộc vào độ lớn của mật độ dư  và thể tích của vật thể V

Ví dụ: Dị thường hang Kast rỗng có   nên g0  có giá trị âm, còn dị thường do móng kết tinh có   nên g0  có giá trị dương

§1.2 Phương pháp kỹ thuật đo trọng lực

Ví dụ: Quan sát dao động của con lắc (đo thời gian, chu kỳ dao

động) hay quan sát sự rơi tự do của một vật

- Nguyên tắc tĩnh: Quan sát trạng thái cân bằng khi trọng lực tác

dụng vào thiết bị đo

a Máy đo trọng lực con lắc

Dựa trên nguyên tắc động: Với con lắc tự do chu kỳ dao

động của con lắc là (xem hình 1.4)

g

Giả sử ở điểm chuẩn đo được chu kỳ là T0, trọng trường là g0

Tương ứng ở điểm thứ i đo được chu kỳ Ti, trọng trường là gi

Điều chỉnh độ căng của lò xo

cho phép cân bằng mô men đàn hồi

của lò so với mô men trọng lực Ở

6 Hệ thống quang học

trạng thái cân bằng thông qua hệ thống quang học, xác định giá trị tương đối trọng lực tại điểm đo so với điểm gốc:

   (1.10) Trong đó: C là hằng số máy tức giá trị trọng lực của một vạch chia;

Si, SI là số đo tại điểm đo thứ i và điểm gốc I

Hiện nay thường dùng các loại máy đo trọng lực loại này là: GNUK (Nga), Z-400 (Trung quốc), CG-3, CG-4, CG-5 (Scintrex- Canada), Sodin (Canada)… có độ chính xác từ 0,03÷0,001mGal

1.2.2 Đo vẽ trọng lực

Phương pháp trọng lực được đo vẽ theo tỷ lệ đo từ 1:1.000.000 ÷1:5 000

- Mạng lưới đo: Phân bố đều trên diện tích khảo sát;

- Hệ thống các điểm đo: Các điểm đo trọng lực được chia thành:

 Điểm đo tựa là các điểm đo có độ chính xác cao hơn và được tính ra giá trị trọng lực tuyệt đối, được phân bố theo mạng lưới đa giác phủ tương đối đều trên diện tích đo

 Điểm đo thường là các điểm đo nằm giữa các điểm tựa theo các chuyến đo

- Tọa độ điểm đo phải được biết với độ chính xác cần thiết

gg là giá trị trọng lực ở điểm gốc;

 là giá trị trọng lực tương đối tại điểm đo so với điểm gốc; gi

ghc 0,30860, 0418.H gdhKết quả đo trọng lực được biểu diễn dưới dạng đồ thị dị thường (khi đo theo tuyến) hay bản đồ đẳng trị dị thường Bughe trên diện tích đo

§1.3 Xử lý tài liệu trọng lực, phạm vi áp dụng của phương pháp trọng lực

Để xử lý tài liệu trọng lực, trước hết phải biết dị thường trọng lực của một số vật thể đơn giản

1.3.1 Dị thường trọng lực của một số vật thể đơn giản

Dị thường trọng lực của vật thể quyết định bởi

hình dạng vật thể có thể tích V và mật độ dư

0

     , do khối dư m .V (xem hình 1.6)

Xét yếu tố dV gây ra dị thường trọng lực:

Trường hợp  0 (thí dụ hang kast rỗng)

gây nên dị thường trọng lực âm (hình 1.7.b)

b Dị thường trọng lực của hình trụ tròn nằm ngang

Với vật thể là hình trụ tròn nằm ngang

gây ra trường như trường của một thanh nằm

ngang có mật độ dài   .a 2 (xem hình 1.8)

Khi tuyến vuông góc với trục của hình

Dị thường trọng lực của hình trụ trên

các tuyến vuông góc với trục của hình trụ đều

có dạng như nhau

c Dị thường trọng lực của bậc thẳng đứng

Bậc thẳng đứng như một nửa lớp mỏng

phẳng có độ dày h = z2 - z1, mật độ dư  gây

nên biên độ dị thường (hình 1.9)

gbâc   2 k z 2z1 (1.15)

Các kết quả trên được sử dụng để nhận

biết sơ bộ dị thường trọng lực

d Dị thường mặt móng đá gốc

Với đá gốc có dạng là một vòm nâng, do

mật độ dư   nên gây ra dị thường trọng lực 0

g đồng dạng với địa hình mặt móng (xem

hình 1.10)

1.3.2 Xử lý tài liệu trọng lực

Tài liệu trọng lực đo được ở một diện

tích nghiên cứu được biểu diễn dưới dạng bản

đồ dị thường Bughe:

     

Dị thường trọng lực Bughe phản ánh cấu

trúc địa chất, nhưng do hiệu ứng gộp gồm nhiều

đối tượng nên phải dùng phương pháp xử lý để

tách ra từng đối tượng gây ra dị thường

Hình 1.8: Dị thường trọng lực củavật thể hình trụ tròn nằm ngang

Hình 1.9: Biên độ dị thường trọng lực của nửa vỉa mỏng nằm ngang

Hình 1.10: Dị thường trọng lực của vòm nâng Hình 1.7: Dị thường trọng lực của vật thể hình cầu

* Các tài liệu tiếp tục được xử lý bao gồm:

a Chuyển trường lên trên

Chuyển trường lên trên (quan sát xa đối tượng) như vậy cho thấy các cấu trúc lớn nằm sâu Muốn vậy người ta thực hiện nâng trường lên cao (xem hình 1.11)

b Chuyển trường xuống dưới

Mục đích chuyển trường xuống dưới ở mức gần đối tượng hơn, với mục đích xác định rõ các bất đồng nhất địa phương ở chiều sâu nào đó, nguyên tắc tính hạ trường cũng tương tự như nâng trường

c Đạo hàm theo phương thẳng đứng

Người ta có thể tính đạo hàm theo phương thẳng đứng g / z  , kết quả làm rõ cấu trúc đối tượng nằm nông

d Phân chia trường

Do dị thường quan sát là tổng các dị thường khu vực (do các đối tượng nằm sâu) và

dị thường địa phương (do các đối tượng nằm nông) nên có thể tách thành các phần:

kv

     đp (1.16) Dùng các phép trung bình trường ở các bán kính khác nhau cho phép tính các dị thường địa phương và khu vực

Dị thường gđp thường gây ra do các đối tượng là mỏ quặng hoặc vật thể đá gốc địa phương

1.3.3 Phạm vi áp dụng của phương pháp thăm dò trọng lực

a Áp dụng trong vật lý địa cầu: Nghiên cứu dị thường khu vực g kv cho phép:

- Nghiên cứu hình thái cấu trúc vỏ trái đất nằm sâu vài trăm km;

- Nghiên cứu cấu trúc vỏ quả đất: Mặt Moho, lớp bazan, đứt gãy sâu vài chục kilomet;

- Nghiên cứu cấu trúc địa chất sâu: Phân vùng địa máng, miền nền, chuẩn nền, các đới sụt lún, đứt gãy sâu đến vài chục kilomet

b Áp dụng trong địa chất thăm dò: Nghiên cứu dị thường địa phương g đp cho phép:

+ Tìm kiếm khoáng sản:

- Nghiên cứu địa chất khu vực: Cấu trúc các vùng trũng, cấu tạo tích tụ dầu khí, cấu trúc bể than;

- Cấu trúc chứa quặng, vùng đá xâm nhập;

Hình 1.11: Hình ảnh biến đổi trường trọng lực

b Hình ảnh chuyển trường lên trên 16km

a Trường bất thường Bughe quan sát

12

- Tìm các mỏ quặng sắt (hematit, manhetit) ở vùng đá xâm nhập, đá vôi, khảo sát dị thường địa phương

+ Nghiên cứu phục vụ địa chất công trình:

- Phát hiện đứt gãy qua đập thủy điện;

- Phát hiện đá gốc dưới trầm tích bở rời;

- Phát hiện hang Karst hoặc hầm ngầm nếu các đối tượng này đủ lớn

Ta biết vật thể có từ tính (nam châm)

đều có hai cực tính dương (N), âm (S) và coi

như hai khối từ trái dấu nên tạo ra trong không

gian xung quanh một trường từ (hình 2.1)

Mômen từ của lưỡng cực từ hay một nam

châm có hai khối từ trái dấu m đặt cách

nhau một khoảng 2l là:

M2.m.l

(2.1) Một vật thể nhiễm từ thể tích V có mô men

từ M



sẽ gây ra trường từ Khi từ hóa đều thì

cường độ từ hóa tại mọi điểm P trong vật là:

Khi từ hóa không đều thì J

thay đổi theo

P Lúc đó lấy vi phân thể tích dV quanh P

Mô men từ của dV là dM

Hình 2.1: Trường từ của thanh nam châm

Hình 2.2: Trường từ của quả đất

Hình 2.3: Thế từ của lưỡng cực từ

Đơn vị thường dùng có giá trị nhỏ hơn là nano tesla: 1nT = 1= 10-9 T gọi là một gamma

Độ từ cảm  đặc trưng cho khả năng nhiễm từ của vật thể và được chia thành 3 nhóm:

- Chất thuận từ:  0 và nhỏ ( = n.10-6 CGS) bị từ hóa yếu theo chiều trường từ tác dụng Các khoáng vật thuộc nhóm này như: chancopyrit, biotit, pyrit…

- Chất nghịch từ:  0, nhỏ và yếu bị từ

hóa ngược chiều trường từ tác dụng Các khoáng

vật thuộc nhóm này như: sfalerit, caxiterit, thạch

anh, galenit…

- Các chất sắt từ:  0và mạnh (> n.10-4

CGS) bị từ hóa mạnh theo trường từ tác dụng Các

khoáng vật thuộc nhóm này như: manhetit, hematite,

pyrotin…

Với chất sắt từ khảo sát J

theo trường từ hóa H

như (hình 2.4) ta có đường cong từ trễ, qua

đó ta thấy:

Đoạn (1) J tăng từ 0 đến giá trị Js và luôn

luôn dương

Đoạn (2) J giảm khi H = 0, J = Jr giá trị này

Hình 2.4: Đường cong từ trễ của quá trình từ hóa

được gọi là từ hóa dư vì lúc đó không tồn tại trường từ hóa

Khi J = 0, H = -Hk giá trị này gọi là trường khử từ

Đoạn sau có H là âm và khi H = 0 đạt giá trị J = -Js

Đoạn (3) là đoạn ngược lại với đoạn (2)

Dựa vào đường cong từ trễ có các loại:

- Sắt từ mềm: Đường từ trễ dẹt, Hk nhỏ, Jr lớn;

- Sắt từ cứng: Đường từ trễ dày, Hk lớn, Jr nhỏ (loại sắt làm nam châm);

Khi nhiệt độ môi trường tăng thì độ từ cảm  cũng tăng dần đạt cực đại và giảm đột ngột về 0 ở 800oC (nhiệt độ Curi)

2.1.3 Trường từ của quả đất

a Trường từ trái đất (trường địa từ)

Tại mọi điểm trên mặt đất, trường địa từ với

cường độ T, có các thành phần X, Y, Z hoặc H, Z

(hình 2.5)

- D là góc lệch từ (độ từ thiên);

- I là góc nghiêng từ (độ từ khuynh)

Trường địa từ được tạo thành do nhiều yếu tố,

trước hết do trường của lưỡng cực từ ở tâm trái đất

lc

T

, do các nguồn gây dị thường ở sâu cỡ 1/2 bán kính

trái đất gọi là trường từ lục địa T

lđ, do các đá cấu trúc khu vực (đá móng: nền, địa máng, magma) Tkv

, do các đá địa phương hay mỏ quặng sắt từ T

đp và các biến thiên từ T

chủ yếu do hoạt động của gió mặt trời làm biến dạng đường sức địa từ

T 



lcT

b Trường từ bình thường và dị thường

Trong thăm dò từ người ta phân chia trường từ thành trường bình thường và dị thường như sau:



là biến thiên từ, những ngày bình thường T

tương đối nhỏ khoảng vài gamma ( ) nên có thể bỏ qua, ngày có bão từ T

lớn phải quan sát riêng để hiệu chỉnh

2.1.4 Cơ sở địa chất của phương pháp từ

Đất đá có từ tình khác nhau , J sẽ gây ra trường từ khác nhau góp phần tạo nên dị thường từ

16

- Quặng sắt từ có từ tính rất mạnh

b Véc tơ từ hóa J

Véc tơ từ hóa J

§2.2 Phương pháp kỹ thuật đo trường địa từ 2.2.1 Máy từ thường dùng- Từ kế Proton

a Từ kế Proton: Được dùng phổ biến hiện nay để đo mô đun trường từ toàn phần T

* Nguyên tắc hoạt động: Các proton trong chất lỏng (nước, cồn, kanoven) bị trường từ trong

ống dây của bộ cảm biến kích động làm các proton chuyển động tuế sai quanh trường từ trái đất T với tần số tuế sai f

Khi đó proton vừa quay quanh nó theo một trục,

đồng thời trục quay lại quay quanh T

(hình 2.6) Giữa T

(tính ra  ) và f (tính ra Hz)có mối quan hệ sau:

T 23, 48.fTần số f bằng tần số của dòng điện cảm ứng trong

ống dây

Người ta thiết kế từ kế proton có bộ phận đếm tần số

f*, bộ nhận và hiện kết quả giá trị T

* Ưu, nhược điểm của từ kế proton

- Ưu điểm: Máy không bị ảnh hưởng của nhiệt độ, khi đo không cần định hướng máy Đo

nhanh (một phép đo mất khoảng 5 giây), độ chính xác cao (<1 )

- Nhược điểm: Chỉ đo mô đun trường từ toàn phần T

2.2.2 Đo trường từ mặt đất

a Mạng lưới tuyến đo

Khi đo trường địa từ cần bố trí mạng lưới tuyến đo theo nguyên tắc:

- Tuyến trục cùng phương với phương kéo dài của đối tượng;

- Tuyến đo vuông góc với tuyến trục là phương trường biến đổi mạnh nhất để thu được dị thường rõ nhất;

- Khoảng cách tuyến phụ thuộc tỷ lệ bản đồ khảo sát như bảng dưới đây:

Hình 2.6: Nguyên tắc từ kế proton

b Kết quả đo vẽ trường địa từ

Khi thi công thực địa với dị thường lớn cỡ vài trăm  trở lên, không cần hiệu chỉnh biến thiên (vì Việt Nam biến thiên thay đổi khoảng vài chục đến 100  /ngày đêm) Khi diện tích nghiên cứu bé (vài chục km2) thì T0

coi như không đổi nên:

qs 0

   

Trong đó T0

là giá trị không đổi ứng với giá trị T0 của vùng

Kết quả đo vẽ được biểu diễn dưới dạng:

- Đồ thị dị thường từ  theo tuyến; T

- Bản đồ đẳng trị hoặc bản đồ đồ thị dị thường từ  theo diện tích T

§2.3 Xử lý tài liệu - Phạm vi áp dụng của

phương pháp thăm dò từ

Trước khi xử lý tài liệu từ ta cần phải biết dị thường từ của đối tượng điển hình, như vật thể có hình dạng đơn giản là vật thể đẳng thước với kích thước 3 chiều gần như nhau nên có thể xem như vật thể dạng quả cầu bị từ

hóa nghiêng

2.3.1 Hình ảnh dị thường từ của vật thể dạng cầu

a Dị thường từ theo tuyến

Vật thể có dạng đẳng thước được coi là một

quả cầu từ hóa nghiêng với véc tơ từ hóa J

(hình 2.7)

Đồ thị dị thường từ T theo tuyến chứa J

của quả cầu từ hoá nghiêng như trên hình 2.7

b Hình ảnh dị thường từ trên diện tích khảo sát

Ở Bắc bán cầu bản đồ dị thường từ T quan

sát được do vật thể quả cầu từ hóa nằm trong trường

địa từ có dị thường âm và dị thường dương nằm trên

trục theo phương kinh tuyến từ, dị thường âm ở phía

Bắc, dị thường dương ở phía Nam (hình 2.8)

2.3.2 Xử lý tài liệu thăm dò từ

Tương tự như phương pháp trọng lực, xử lý tài

liệu từ cũng được tiến hành với các bước như sau:

a Biến đổi trường

Các phép biến đổi trường có thể tiến hành: nâng

trường, hạ trường, tính đạo hàm theo phương thẳng

đứng, chuyển trường từ quy về trường hợp từ hóa thẳng

đứng Mỗi phương pháp có nhiệm vụ cụ thể như:

Hình 2.7: Trường từ của quả cầu

từ hóa nghiêng

Hình 2.8: Hình ảnh dị thường từ

trên diện tích khảo sát

18

- Nâng trường sẽ làm mờ hiệu ứng địa phương làm rõ Tkv

- Hạ trường sẽ tăng hiệu ứng địa phương và thấy rõ dị thường từ địa phương Tđp

b Xác định nguồn gây dị thường

Giải bài toán ngược bằng cách sử dụng phương pháp lựa chọn nhờ máy tính

- Nội dung của phương pháp này là ước lượng mô hình nguồn, tính trường lý thuyết

của nó so với trường đo Nếu sai số lớn thì điều chỉnh mô hình cho đến khi đạt sai số cho

phép thì dừng và coi mô hình cuối là mô hình nguồn dã gây dị thường

c Giải thích địa chất tài liệu từ

Giải thích địa chất tài liệu từ là bước xác định và tìm nguyên nhân địa chất gây dị thường từ (do đất đá móng granite thể xâm nhập hay quặng sắt từ,…)

2.3.3 Phạm vi áp dụng của phương pháp từ

Phương pháp từ được áp dụng với mục đích để giải quyết các nhiệm vụ sau:

a Nghiên cứu địa chất khu vực

- Xác định địa hình móng kết tinh liên quan đến ranh giới cấu trúc sâu, đứt gãy sâu;

- Xác định các khối magma xâm nhập trong lớp vỏ trầm tích phủ trên đá gốc;

- Xác định các đá phun trào mafic, siêu mafic, đứt gãy nằm dưới lớp trầm tích phủ

b Tìm kiếm khoáng sản có chứa quặng sắt từ

Một số loại mỏ quặng sau có thể áp dụng phương pháp từ:

- Mỏ sắt: Ở Việt Nam đã áp dụng phương pháp từ tìm được mỏ sắt Thạch Khê (dị thường hàng vạn  ), Tòng Bá (Hà Giang), Làng Lếch (Yên Bái), Làng Mỳ - Hưng Khánh (Nghĩa Lộ)…

- Các mỏ mangan, đồng, chì, kẽm, sunfur đa kim, các mỏ sa khoáng, vàng, bạch kim,…

c Tìm vật sắt từ nhân tạo

Phương pháp từ đã được áp dụng để tìm các vật có từ tính nhân tạo như con tàu đắm,

mỏ neo, bom mìn,…còn để lại dưới nước hoặc bị lấp đất (kho chôn vũ khí chiến tranh)

Hình 3.2a: Trường điện của mạch hai cực

Đường đứt nét thể hiện giá trị thế U(V), đường

liền nét là điện trường E(V/m)

Hình 3.2b: Phân bố thế và dòng của mạch hai cực trên nửa không gian đồng nhất

CHƯƠNG III:

PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐIỆN

Thăm dò điện là phương pháp Địa vật lý khảo sát trường điện, trường điện từ tự nhiên hoặc nhân tạo để nghiên cứu cấu trúc địa chất và tìm kiếm khoáng sản có ích

Cơ sở áp dụng của các phương pháp thăm dò điện là đo đất đá có sự khác nhau về tham số điện:   Nguồn gây ra trường điện là các điện tích , ,  K E12 n xuất hiện tại ranh giới giữa các môi trường đất đá bất đồng nhất dưới tác dụng của trường điện En

Thăm dò điện có nhiều phương pháp và được áp dụng rất rộng rãi ở nhiều lĩnh vực trong điều tra địa chất, tìm kiếm khoáng sản, tìm nước ngầm, khảo sát nền móng địa chất công trình và nghiên cứu môi trường địa chất

§3.1 Cơ sở vật lý địa chất của phương pháp thăm dò điện dòng một chiều

3.1.1 Cơ sở vật lý của phương pháp điện dòng một chiều

Cơ sở vật lý của phương pháp điện dòng một chiều là xét trường của điện cực trên nửa không gian đồng nhất

a Trường của điện cực điểm

Điện cực điểm phát dòng I có điện tích Q  I

gây ra điện thế tại khoảng cách r (xem hình 3.1):

điện có hướng xuyên tâm (xem hình 3.1)

b Trường của mạch hai cực

Mạch hai cực gồm 2 cực phát A, B phát dòng I, điện tích ở hai điện cực là I  gây

ra điện thế tại điểm M (xem hình 3.2a, b):

20

c Trường của lưỡng cực

Hai cực trái dấu A, B đặt cách nhau một khoảng

AB = d phát dòng ±I tạo ra trường tại khoảng cách r >>

d gọi là lưỡng cực điện (xem hình 3.3)

là mô men lưỡng cực

Bức tranh điện trường xem trên hình 3.3

3.1.2 Điện trở suất biểu kiến

Giả sử trên mặt đất chúng ta có hai điện cực

phát A và B phát dòng điện có cường độ I vào môi trường nửa không gian đồng nhất có điện trở suất là  (hình 3.4) tại hai điện cực thu M và N tồn tại hai điện thế

I



  (3.6) Với K là hệ số thiết bị và được tính theo công thức (3.7):

2K

Hình 3.3: Trường của lưỡng cực điện

Hình 3.4: Mạch đo điện trở suất trên nửa không gian đồng nhất

b Các hệ điện cực thường dùng

Trong thực tế sản xuất, các điện cực phát và điện cực thu thường được sắp xếp theo các cách nhất định tạo thành các hệ cực Như hệ điện cực 4 cực đối xứng (hình 3.6a), hệ 3 cực (hình 3.6b), hệ hai cực (hình 3.6c), hệ lưỡng cực (hình 3.6d) Hệ số thiết bị K được tính theo công thức chung (3.7), nhưng tuỳ thuộc vào mỗi hệ điện cực sẽ có công thức tính hệ số thiết bị K cụ thể

c Các yếu tố ảnh hưởng lên điện trở suất biểu kiến  k

Điện trở suất biểu kiến phụ thuộc các điều kiện sau:

- Vị trí đo, loại hệ cực, kích thước hệ cực;

- Sự khác biệt về điện trở suất của bất đồng nhất, kích thước của bất đồng nhất, chiều sâu của bất đồng nhất

Nghĩa là điện trở suất biểu kiến phụ thuộc vào vị trí điểm đo, cách sắp xếp hệ cực đo

và đặc biệt phụ thuộc vào đặc tính bất đồng nhất của đối tượng trong môi trường khảo sát

Điện trở suất biểu kiến  không phụ thuộc vào cường độ dòng phát I vì nếu đo tại kmột điểm với kích thước hệ cực cố định thì tỉ số:

MN MN

3.1.3 Cơ sở địa chất của phương pháp điện

a Điện trở suất của đất đá

Điện trở suất của đất đá là điện trở của 1 đơn vị mét khối đất đá Đó là điện trở suất thực của đất đá đồng nhất Lấy các kích thước: chiều dài và tiết diện là các đơn vị ta thấy đúng với định nghĩa:

1R

22

Đơn vị của độ dẫn điện là: simen / m với 1 simen1 /

b Bản chất dẫn điện của đất đá

Đất đá hoặc quặng sở dĩ dẫn điện được là nhờ có 2 yếu tố:

- Dẫn điện điện tử: Do điện tử (e)tự do chạy trong vật dẫn kim loại, khoáng vật dẫn điện như sulfur, grafit

- Dẫn điện ion: Do các ion điện phân trong nước khoáng tồn tại trong lỗ hổng của đá

c Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất của đất đá

Do bản chất dẫn điện của đất đá là dẫn điện ion và điện tử nên điện trở suất của đất

đá phụ thuộc vào:

* Hàm lượng khoáng vật dẫn điện tử

Hàm lượng khoáng vật dẫn điện tử càng cao thì đất đá chứa nó càng dẫn điện tốt

* Phụ thuộc độ rỗng, độ khoáng hóa

Điện trở suất của đá phụ thuộc vào độ rỗng và độ khoáng hóa của dung dịch chứa trong lỗ hổng của đá theo công thức (3.10)

ρđ = F.ρd (3.10) Với:  là điện trở suất dung dịch; d

F là hệ số độ rỗng, cấu trúc

FQ / Pm (3.11) Trong đó: Q là hệ số cấu trúc, hàm lượng khoáng vật dẫn e-;

18 C(t )



   (3.13) Với dung dịch muối ăn NaCl  0.025, chứng tỏ nhiệt độ càng tăng thì điện trở của dung dịch càng giảm

* Phụ thuộc vào cấu trúc của đất đá

Khi các thành phần dẫn điện tốt liên

kết được với nhau (hình 3.7a) đất đá sẽ có

điện trở suất nhỏ, ngược lại khi chúng

không liên kết với nhau (hình 3.7b) thì điện

trở suất của đất đá cao

* Phụ thuộc kiến trúc đá

Kiến trúc của đá gây nên bất đẳng

hướng về tính dẫn điện Có hai hướng

chính theo phương pháp tuyến và tiếp tuyến

của đá phân lớp (hình 3.8) và hệ số bất đẳng hướng  xác định theo công thức:

Hình 3.7: Mô hình biểu diễn ảnh hưởng cấu trúc của đất đá lên độ dẫn điện

n t1



 (3.14)

d Điện trở suất của các loại đá và quặng

Điện trở suất  của đá và quặng thay đổi trong phạm

vi rất rộng phụ thuộc vào chế độ thủy địa hóa trong trạng

thái tự nhiên và mức độ thay đổi thành phần vật chất của đá

Nhìn chung điện trở suất của đá trầm tích nhỏ hơn

- Lát cắt địa điện 1D (mô hình một chiều): (hình 3.10a)

Hình 3.10: Một số mô hình địa điện cơ bản

24

§3.2 Máy móc, thiết bị đo dùng trong phương phápđiện trở

3.2.1 Máy đo

Theo công thức (3.6) để tính điện trở suất biểu

kiến chúng ta phải đo được đồng thời ∆UMN và I Máy

đo cần có điện trở lối vào lớn Rv ≥ 10 MΩ để không bị

tiêu hao dòng điện làm thay đổi bức tranh phân bố

trường điện cần quan sát

a Các nguyên tắc chế tạo máy

Các máy đo được chế tạo theo một số nguyên

tắc cơ bản sau:

* Nguyên tắc bù

Nguyên tắc đo bù là thế cần đo UMNđược bù

bởi một điện thế bằng và ngược chiều Ở trạng thái bù

dòng mạch vào iG 0, còn thế bù Umn cân bằng với

1 2

Ui

c Một số máy đo điện trở suất thường dùng

Máy đo phổ biến theo nguyên tắc tự bù Đó là các máy Viti GESKA, A-72, DDJ-2…

Hình 3.11: Máy đo theo nguyên tắc bù

Hình 3.12: Máy đo theo nguyên tắc tự bù

3.2.2 Các thiết bị khác

a Nguồn phát

Là nguồn cung cấp dòng điện cho mạch phát,

người ta thường dùng pin ghép nối tiếp hoặc ghép hỗn

hợp, khi mắc nối tiếp suất điện động của bộ nguồn là

dòng có suất điện động , dây dẫn và phần điện trở

không gian RA nối tiếp RB (xem hình 3.13) cường độ

dòng phát I theo định ôm trong toàn mạch ta có:

Do cực thu là kim loại (Cu, Pb) cắm vào đất

bao giờ cũng tự phân cực nên máy đo phải có bộ bù

phân cực ở mạch thu (xem hình 3.14)

* Điện cực không phân cực

Người ta chế tạo điện cực không phân cực

bằng cách dựa theo nguyên tắc kim loại nhúng trong

dung dịch muối bão hòa của nó thì không bị phân cực

Cấu tạo: Điện cực không phân cực như hình 3.15

Bình sứ xốp đựng dung dịch CuSO4 bão hòa, nhúng

26

chuyển hệ cực tịnh tiến theo tuyến đo để xác định vị trí đối tượng gây nên dị thường điện trở suất (xem hình 3.16)

b Đặc điểm của phương pháp mặt cắt điện

- Do hệ số K = const, nên chiều sâu khảo sát cố định;

- Vị trí x thay đổi trên tuyến để xác định vị trí đối tượng;

- Sử dụng nhiều loại hệ điện cực như 4 cực, 3 cực, lưỡng cực… sẽ cho các dị thường khác nhau

tại điểm đo, có nghĩa là đã bị méo do

đối tượng gây ra so với môi trường

đồng nhất (xem hình 3.19)

3.3.2 Các phương pháp mặt cắt điện

Tùy thuộc đối tượng dạng ổ, vỉa

mỏng hay vỉa dày Người ta dùng hệ

điện cực khác nhau và tương ứng có

tên gọi, phương pháp mặt cắt điện

khác nhau

a Phương pháp mặt cắt 4 cực đối xứng

Phương pháp mặt cắt điện 4 cực đối xứng là

phương pháp mặt cắt dùng hệ 4 cực đối xứng AMNB

Hệ số K tính theo công thức 3.9a Trường hợp đặc

biệt khi AM = MN = NB = a gọi là hệ cực Wenner

c Phương pháp mặt cắt gradient trung gian

Phương pháp mặt cắt gradien trung gian là phương pháp mặt cắt có kích thước cực phát AB lớn và cho cố định, đo UMN với MN nhỏ trong khoảng giữa bằng 1/ 3.AB (xem hình 3.20)

Lý do được gọi được gọi là gradien

E  U / x  U / MN được coi như

gradien theo trục x, ở 1/3 và nằm ở giữa

khoảng cách AB

Áp dụng: Phương pháp mặt cắt gradient trung

gian để phát hiện vỉa mỏng cắm đứng có điện trở

suất thấp hoặc cao

d Phương pháp mặt cắt lưỡng cực

Phương pháp mặt cắt lưỡng cực là phương pháp mặt cắt dùng hệ lưỡng cực AB = a,

MN = a, với a << OO’= na (xem hình 3.21)

Với phương pháp này điện trở suất biểu

kiến được tính theo công thức (3.6), hệ số thiết

bị được tính theo công thức (3.9d)



B k



B k

A

k



B k

A

k



28

- Chỉ có hiệu quả khi áp dụng hệ cực có kích thước thích hợp với chiều sâu khảo sát;

- Chịu ảnh hưởng của lớp phủ, chỉ cho kết quả tốt khi lớp phủ đồng nhất

§3.4 Phương pháp đo sâu điện

3.4.1 Thực chất, ý nghĩa vật lý của phương pháp

a Định nghĩa

Phương pháp đo sâu (dò sâu) điện là

phương pháp nghiên cứu điện trở suất biểu kiến

theo chiều sâu (phương thẳng đứng) ở từng điểm

đo bằng cách giữ nguyên tâm hệ cực, tăng dần kích

thước hệ cực để tăng chiều sâu khảo sát nhằm phát

hiện ranh giới địa tầng đối tượng khảo sát ở chiều

sâu nào đó (xem hình 3.22)

Khi thực hiện đo sâu trên toàn tuyến ta được

lát cắt địa điện trên tuyến khảo sát

b Công thức tính đường cong đo sâu điện

Đường cong đo sâu điện là đồ thị điện trở

suất biểu kiến phụ thuộc vào kích thước hệ cực đo

c Thực chất của phương pháp đo sâu điện

Chiều sâu nghiên cứu của phương pháp

phụ thuộc kích thước hệ cực r, UMN UM UN

là hiệu điện thế nằm giới hạn giữa hai mặt đẳng thế UM và UN, tỷ số UMN / IRMN Zi là điện trở của phần đất đá nằm giữa UM và UN ở chiều sâu có bán kính Zi 1 / 2.ri do đó khi tăng AB, thì Zi sẽ tăng dần lên và vì vậy chiều sâu khảo sát sẽ tăng (xem hình 3.23)

3.4.2 Đo sâu điện trên môi trường 1D

a Phương pháp kĩ thuật đo:

Đo sâu 1D thường sử dụng hệ cực đo của

r  AB / 2 với bước tăng n Khi đó: ri 1 n.ri là cấp số nhân

Trong tỉ lệ loga: lg ri 1 lg rilg n bước tăng sẽ là

cấp số cộng Kích thước tăng hệ cực như ở bảng 3.1:

Đồ thị đường cong đo sâu k ri được vẽ trên giấy

b Đường cong đo sâu lý thuyết

Đường cong đo sâu lý thuyết là đường cong đo sâu trên môi trường phân lớp nằm ngang lý tưởng

* Môi trường 2 lớp (hình 3.25) có công thức:

 

n 3 12

2 2

2 2

c Dạng đường cong đo sâu

Hình dạng đường cong đo sâu điện tuỳ thuộc vào tương quan điện trở suất của các lớp, còn mức độ thể hiện trên đường cong được quyết định bởi chiều dày của lớp

* Hình dạng đường cong hai lớp

Đường cong đo sâu điện trên môi trường 2 lớp có hai dạng sau (hình 3.27):

+ Khi 1<2 đường cong đo sâu đi lên

+ Khi 1>2 đường cong đo sâu đi xuống

Loại đường cong

Tương quan điện trở suất

Bảng 3.3: Mối tương quan giữa điện trở suất và đường cong

Loại đường cong Tương quan điện trở

d Xử lý tài liệu đo sâu điện 1D

Xử lý tài liệu đo sâu điện 1D qua hai bước là xử lý định tính và xử lý đinh lượng:

* Xử lý định tính

- Từ đồ thị đường cong đo sâu, nhận dạng đường cong Dạng đường cong thể hiện số lớp địa điện từ đó nhận biết đặc điểm địa điện về lát cắt

- Vẽ lát cắt đẳng ôm hay lát cắt điện trở suất biểu kiến, cách làm như sau:

 Trục hoành: theo tỷ lệ đo, ghi vị trí điểm đo xj trên tuyến khảo sát;

 Trục tung: theo tỷ lệ số học hoặc loga ghi giá trị kr , xi jvào vị trí điểm đo sâu Sau

đó vẽ các đường đẳng trị (đẳng ôm) ta được bức tranh phân bố cấu trúc hai chiều

32

* Xử lý định lượng

Dùng Palet đo sâu hoặc chương trình xử lý 1D xác định chiều dày và điện trở suất

i, hi

 của từng điểm đo sâu, sau đó vẽ lát cắt địa điện theo cấu trúc của lát cắt

3.4.3 Đo sâu điện trên môi trường 2D

a Phương pháp kỹ thuật đo sâu điện 2D

Phương pháp kỹ thuật đo sâu điện 2D khác với đo sâu điện 1D là có bước tăng kích thước hệ cực theo khoảng cách đều

Xử lý tài liệu đo sâu điện 2D

bằng thuật toán sai phân hữu hạn hoặc

phần tử hữu hạn được lát cắt địa điện

phản ánh cấu trúc môi trường 2D

10 11 12 13 14 15

620 630 640 650 660 670 680 690 700 710

620 630 640 650 660 670 680 690 700 710

Hình 3.31: Cách dịch chuyển hệ cực (W-S) khi đo sâu 2D

3.4.4 Áp dụng phương pháp đo sâu điện

Phương pháp đo sâu điện được áp dụng với mục đích:

- Nghiên cứu cấu trúc địa điện: Phân các lớp nằm trên tầng phủ, nếp lồi, nếp lõm, đứt gãy, đới chứa các thân quặng

- Tìm nước ngầm chứa trong thấu kính trầm tích đệ tứ, tầng chứa nước đới Karst và trong đới phá hủy đứt gãy

- Khảo sát địa chất công trình: nền móng các nhà máy công nghiệp, đập thủy điện, đường hầm tunel dẫn nước, hầm giao thông, cầu cảng

- Áp dụng trong nghiên cứu môi trường, như theo dõi hiện tượng nhiễm mặn ở các đồng bằng ven biển, quá trình ô nhiễm do các bãi rác thải, tai biến địa chất…

§3.5 Các phương pháp thăm dò điện khác

Sau đây chỉ giới thiệu một số phương pháp thăm dò điện khác có thể áp dụng trong địa chất công trình và tìm kiếm khoáng sản

3.5.1 Phương pháp điện trường tự nhiên

a Định nghĩa

Phương pháp trường điện tự nhiên là

phương pháp đo vẽ trường điện tự nhiên tồn

tại trên mặt đất để phát hiện đối tượng gây ra

nó Thông thường đối tượng gây nên trường

điện tự nhiên mạnh là quặng kim loại, sunfur

đa kim, đới chứa nước ngấm lọc

b Nguồn gốc trường điện tự nhiên

Trường này có đặc điểm là có tính cục

bộ địa phương và không đổi theo thời gian

Nguồn gốc gây ra trường điện tự nhiên gồm 3 loại chủ yếu sau đây:

* Do sự thấm lọc của nước ngầm trong lỗ hổng của đất đá với cường độ điện trường:

Enlk Pnl    (3.27) Với    là hằng số điện môi, điện trở suất và độ nhớt của dung dịch thấm trong , ,

Hình 3.32: Lát cắt mô hình điện trở suất thu được từ việc giải ngược 2D

Hình 3.33: Nước chảy đến gây ra dị thường dương

34

lỗ hổng;

P là áp suất thấm Với gradient áp suất

thấm P lớn, trường này càng mạnh, khoảng vài

chục đến vài trăm mV

- Đặc điểm của trường ngấm lọc:

Nơi nước chảy đến sẽ có dị thường

dương, nơi nước chảy đi sẽ có dị thường âm

(xem hình 3.37)

* Do sự khuếch tán hấp phụ

Khi hai dung dịch có nồng độ muối khác

nhau cũng gây lên trường điện với cường độ:

2 kthp kthp

Vì ion âm (-) tập trung ở dung dịch nồng

độ thấp C1, còn ion dương (+) tập trung ở dung

dịch nồng độ cao C2 sẽ có sự khuếch tán gây nên

trường điện như trên hình 3.34

* Do phản ứng oxy hóa khử

Khi tồn tại khoáng vật quặng dẫn điện tử,

phần vật quặng nằm trên giàu oxy do nước mưa

ngấm xuống xảy ra phản ứng oxy hóa mang điện

tích âm (-), phần quặng ở dưới nước ngầm thiếu

oxy xảy ra phản ứng khử sẽ mang điện tích dương

(+) sinh ra trường điện, tại đầu trên vật quặng sẽ có

dị thường âm

Điều kiện: gây ra trường điện oxy hóa là có mực

nước ngầm chia đôi thân quặng (xem hình 3.35)

c Kỹ thuật đo trường điện tự nhiên

Dùng hai điện cực thu M, N và máy đo điện thế xác định được:

U(M)U (N) U (3.29)

U0(N) là điểm gốc, UMN đọc trên máy, phương pháp này phải dùng điện cực không phân cực

d Áp dụng phương pháp điện trường tự nhiên

- Tìm quặng kim loại sunfua đa kim;

- Tìm nước ngầm trong lòng sông cổ, karst, đứt gãy;

- Nơi rò nước qua đập thủy điện, hồ thủy lợi (mất nước)

3.5.2 Phương pháp phân cực kích thích

a Định nghĩa

Phương pháp phân cực kích thích là phương pháp thăm dò điện, khảo sát trường điện thứ cấp khi ngắt dòng gây phân cực, để xác định đối tượng gây phân cực

b Đặc điểm của phương pháp

- Là phương pháp nhân tạo, phải phát trường nguyên sinh (sơ cấp) với cường độ tương đối mạnh

Hình 3.35: Trường điện thiên nhiên gây ra bởi hiện tượng oxy hoá khử Hình 3.34: Dị thường điện trường thiên nhiên gây ra bởi hiện tượng khuếch tán hấp phụ

- Trường thứ cấp có bản chất điện hóa gây ra bởi dòng điện

- Trường thứ cấp tỉ lệ và ngược hướng với trường sơ cấp

Upc t    Up (3.30)

c Nguyên nhân của hiện tượng phân cực kích thích

Hiện tượng phân cực kích thích do các nguyên nhân:

- Do hiện tượng điện hóa, trường sơ cấp làm biến dạng lớp điện kép ở ranh giới vật quặng dẫn điện tử với môi trường vây quanh, làm phân cực ở hai đầu vật quặng (xem hình 3.36)

- Tạo sự tập trung nồng độ ion khác nhau trong lỗ hổng của khe rỗng trong môi trường có dung dịch điện phân

- Tạo sự phân cực của các hạt

khoáng vật dẫn xâm tán và các phân tử sét

lấp trong mao dẫn

Tổng hợp cả 3 hiện tượng trên, hệ

số phân cực tổng cộng có giá trị lớn từ vài

% đến vài chục %

d Phương pháp kỹ thuật đo

Kỹ thuật đo phân cực là xác định

p

%U

Thường sử dụng hai loại hệ cực :

- Phương pháp gradient trung gian:

giá thành rẻ dùng để khảo sát theo diện

tích (hình 3.37a)

- Phuơng pháp 3 cực liên hợp: xác

định vị trí đầu lộ vỉa cắm dốc gây dị

thường phân cực như các giao điểm phi quặng (hình 3.37b)

Hình 3.36: Hiện tượng phân cực kích thích

M A

E 

pc

E 

a Dị thường phân cực của phương pháp

gradient trung gian

b Dị thường phân cực của phương pháp 3

cực liên hợp

Hình 3.37: Dị thường phân cực

36

* Đo sâu phân cực

Phương pháp đo sâu phân cực thường dùng hệ 4 cực đối xứng để xác định chiều sâu tầng chứa quặng Tham số đo là độ phân cực theo kích thước hệ cực

e Áp dụng của phương pháp phân cực kích thích

Phương pháp phân cực kích thích dùng để:

- Tìm quặng sulfur đa kim có nguồn gốc nhiệt dịch

- Xác định nguyên nhân không tồn tại nước ngầm ở nơi có dị thường điện trở thấp khi đo sâu điện trở Nếu dị thường phân cực kcao là do chỗ đó có chứa sét chiếm đầy lỗ rỗng không cho phép lưu thông nước

3.5.3 Phương pháp Rada đất (GPR)

a Phương pháp GPR

Phương pháp GPR là phương pháp thăm dò

điện phát sóng tần số cao (f = 1÷1500 MHz) sóng

truyền theo tia gặp mặt phản xạ trở lại mặt đất ghi

sóng phản xạ ta phát hiện mặt phản xạ hoặc vật gây

phản xạ sóng (xem hình 3.38)

b Cơ sở vật lý của phương pháp

Khi sóng truyền tới mặt phản xạ có hằng số

điện môi    gặp hệ số phản xạ cao sẽ phản xạ trở 1 2

c.Cơ sở địa chất

Trong đất đá vận tốc sóng điện từ sẽ khác nhau như trong bảng dưới đây (bảng 3.4):

Hình 3.38: Sóng Rađa truyền trong môi

trường phản xạ lại