Nghiên cứu chế tạo nguồn phát của phương pháp địa chấn để xác định cấu trúc địa chấn đến độ sâu 400 mét ở khu vực biển việt nam

Với mục đích tự chế tạo bộ máy địa chấn phân giải cao nghiên cứu địa chất biển sâu, đầu năm 2009 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã giao cho Liên đoàn Vật lý Địa chất thực hiện Đề tài KHCN:

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TỔNG CỤC ĐỊA CHẤT & KHOÁNG SẢN LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NGUỒN PHÁT CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN

ĐỂ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT ĐẾN ĐỘ SÂU 400M

Ở KHU VỰC BIỂN VIỆT NAM

8813

Hà Nội - 2011

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TỔNG CỤC ĐỊA CHẤT & KHOÁNG SẢN LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NGUỒN PHÁT CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN

ĐỂ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT ĐẾN ĐỘ SÂU 400M

Ở KHU VỰC BIỂN VIỆT NAM

Cơ quan chủ quản Cơ quan chủ trì

Bộ Tài nguyên và Môi trường Liên đoàn Vật lý Địa chất

Liên đoàn trưởng Chủ nhiệm đề tài

Ts Nguyễn Trần Tân

Hà Nội - 2011

MỤC LỤC

Trang

Chương I : Nguyên lý hoạt động của bộ máy địa chấn phân giải cao 02

1.1 Khái quát về phương pháp địa chấn phân giải cao 03

1.2 Máy và thiết bị trong khảo sát địa chấn phân giải cao 03

Chương II: Chế tạo bộ phát sóng công suất lớn 06

2.1 Các loại nguồn phát sóng địa chấn thường hay được sử

dụng trong địa chấn phân giải cao 07

a – Nguồn phát sóng bằng thuốc nổ 07

b – Nguồn phát sóng bằng súng bắn hơi 07

c – Nguồn phát sóng bằng súng bắn nước 08

d – Nguồn tạo sóng bằng năng lượng điện 09

2.2 Chế tạo bộ tích năng lượng 10

a Mạch nhận tín hiệu đồng bộ 12

b Mạch khóa điện tử 12

2.3 Chế tạo đầu phát sóng địa chấn trên biển công suất lớn 17

2.4 Chế tạo đầu thu sóng địa chấn (streamer) dùng cho

2.5.2 Khối khuyếch đại biên độ 23 2.5.3 Khối xử lý tín hiệu đồng bộ 24 2.5.4 Khối nguồn 24 2.5.5 Khối biến đổi tương tự số ADC 24

2.5.6 Máy tính điều khiển 24

2.6 Xây dựng chương trình điều khiển quá trình phát sóng

Chương III: Hệ phương pháp khảo sát, thu thập và xử lý số liệu địa

chấn phân giải cao 34

3.1 Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu địa chấn phân

a Chọn độ sâu cho dải đầu thu và đầu phát sóng 34

b Chọn khoảng cách giữa giải đầu thu và đầu phát sóng 35

c Chọn khoảng cách giữa phần cuối của tàu và đầu phát

MỞ ĐẦU

Phương pháp địa chấn phân giải cao nghiên cứu cấu trúc phần nông

mặt cắt địa chất đã được áp dụng vào Việt Nam từ những năm 90 của thế kỷ trước Nhiều bộ máy địa chấn loại này đã được nhập vào Việt Nam như máy của Cộng hòa Liên bang Nga (GEONT-SHELF), máy của Vương quốc Anh (APPLIED ACUOSTICS), máy của Vương quốc Hà Lan (GEOSPARK) và gần đây là máy SIC của Cộng hòa Pháp

Thông thường một trạm máy đo địa chấn phân giải cao hoạt động trên

biển hay trên đất liền đều bao gồm 03 bộ phận chính như sau:

1 Bộ nguồn phát sóng địa chấn

2 Bộ thu tín hiệu địa chấn phản xạ từ lòng đất

3 Bộ chương trình (phần mềm) điều khiển quá trình phát sóng và quá trình ghi tín hiệu địa chấn

Với mục đích tự chế tạo bộ máy địa chấn phân giải cao nghiên cứu địa chất biển sâu, đầu năm 2009 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã giao cho Liên

đoàn Vật lý Địa chất thực hiện Đề tài KHCN: “Nghiên cứu chế tạo nguồn phát của phương pháp địa chấn để xác định cấu trúc địa chất đến độ sâu 400 m ở khu vực biển Việt Nam” (Hợp đồng nghiên cứu Khoa học và

Công nghệ số: 02 – ĐC - 09/HĐKHCN ngày 14 tháng 5 năm 2009 được ký kết giữa Bộ TN&MT đại diện là Ông Nguyễn Đắc Đồng – Vụ trưởng Vụ KHCN và Liên đoàn Vật lý Địa chất đại diện là Ông Quách Văn Thực) Mục tiêu của Đề tài là : Tăng độ sâu nghiên cứu của phương pháp địa chấn phân giải cao đạt đến 400m kể từ đáy biển, nhằm phát hiện cấu trúc địa chất trên vùng biển nước sâu Việt Nam

Để đạt được mục tiêu này Đề tài cần thực hiện các nhiệm vụ sau :

a Nâng công suất nguồn phát đến 3 KJ

b Lựa chọn hệ phương pháp thu thập số liệu trong môi trường biển nước sâu

c Nghiên cứu đặc trưng trường sóng để luận giải địa chất

Sau gần 2 năm thực hiện, tập thể tác giả đã chế tạo thành công bộ nguồn phát sóng địa chấn công suất lớn có đủ năng lượng để có thể nghiên cứu cấu trúc địa chất đến độ sâu 400m kể từ đáy biển Kế thừa kết qủa của 2

đề tài nghiên cứu khoa học của nhóm tác giả đã thực hiện trước đây: Báo cáo ĐT NCKHCN 2005: “Nghiên cứu chế tạo thử nguồn phát sóng âm (Sparker và Boomer) trong địa chấn phân giải cao; Báo cáo ĐT NCKHCN 2008: “Nghiên cứu cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chất trên mặt đất và các vùng bị ngập nước (trên biển sông,

hồ)”, một bộ máy địa chấn phân giải cao gần như đã được hoàn chỉnh và có thể áp dụng vào sản xuất

Kết quả khảo sát thử nghiệm trên vùng biển Phan Rang tỉnh Ninh Thuận và Nha Trang tỉnh Khánh Hòa cho thấy bộ máy hoạt động ổn định và

đã phát hiện được các mặt phản xạ sóng địa chấn nằm dưới lòng đất ở độ sâu từ 0 đến cỡ 400m tại những vùng biển có độ sâu đạt 1000m đến 1500m nước Đây là một thành công đáng kể của Đề tài và mở ra một hướng mới cho việc tự chế tạo máy địa chấn bằng nguyên liệu và công nghệ trong nước

để nghiên cứu biển nước sâu, nơi có khả năng tồn tại băng cháy (gas hydrate) như ở Biển Đông của nước ta

Báo cáo này gồm:

- Phần mở đầu

- Chương 1: Nguyên lý hoạt động của bộ máy địa chấn phân giải cao;

- Chương 2: Chế tạo bộ phát sóng công suất lớn;

- Chương 3: Quy trình đo địa chấn phân giải cao trên biển nước sâu;

- Chương 4: Kết quả đo khảo sát thử nghiệm trên vùng biển nước sâu;

- Chương 5: Tổ chức thi công và kinh phí thực hiện

- Kết luận và kiến nghị

- Phụ lục kèm theo

- Tài liệu tham khảo

Tham gia thực hiện đề tài gồm: Ks Phạm Quốc Phôn, Ks Hoàng Hải

Hà, Ks Nguyễn Tuấn Năm, Ks Nguyễn Quang Thành và một số cán bộ kỹ thuật địa vật lý của Liên đoàn Vật lý Địa chất dưới sự chỉ đạo của TS Nguyễn Trần Tân – Chủ nhiệm đề tài

Trong quá trình thực hiện Đề tài này tập thể tác giả đã nhận được sự quan tâm chỉ đạo, giúp đỡ của lãnh đạo Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, của các Chuyên viên Vụ KH&CN, Vụ Kế hoạch, Vụ Tài chính - Bộ TN&MT và các đồng nghiệp Tập thể tác giả xin chân thành cám ơn

CHƯƠNG I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ MÁY

ĐỊA CHẤN PHÂN GIẢI CAO 1.1 Khái quát về phương pháp địa chấn phân giải cao

Phương pháp địa chấn phân giải cao đã và đang được áp dụng khá rộng rãi trên thế giới nhờ tiến bộ của khoa học và công nghệ đặc biệt là kỹ thuật số và tin học ứng dụng Phương pháp này cũng giống như phương pháp địa chấn truyền thống được sử dụng trong công nghiệp tìm kiếm dầu khí Tuy nhiên, đối với phương pháp địa chấn phân giải cao người ta thường dùng nguồn phát sóng âm có tần số cao hơn và hệ thống quan sát thu - nổ có khoảng cách giữa các điểm nổ, cũng như giữa các điểm thu tín hiệu nhỏ hơn

cỡ 2 – 3 lần so với trong công tác tìm kiếm dầu khí

Nguyên lý hoạt động của phương pháp địa chấn phân giải cao là thường sử dụng nguồn năng lượng điện để phát ra sóng âm trên mặt đất hoặc trong môi trường nước, sóng âm này lan truyền xuống lòng đất và khi gặp các ranh giới địa chất có độ kháng âm khác nhau sẽ phản xạ và quay về mặt đất hoặc mặt nước Nhiệm vụ chủ yếu của phương pháp địa chấn phân giải cao là quan sát các sóng phản xạ này để luận giải về mặt cắt địa chất mà sóng đã đi qua và phản xạ trở lại Ở Việt Nam phương pháp địa chấn phân giải cao lần đầu tiên được áp dụng đo ở vùng biển Bình Thuận dưới sự giúp

đỡ của CCOP Từ đó đến nay phương pháp địa chấn phân giải cao đã được tiến hành liên tục trên các vùng biển nông ven bờ (độ sâu từ 0 – 30m nước)

từ Móng Cái đến Hà Tiên (tỷ lệ khảo sát 1/500.000 và 1/100.000) và hiện đang thi công ở một số vùng biển phía nam Việt Nam ở tỷ lệ 1/100.000 và 1/50.000 với độ sâu đến 100m nước.Trong những năm gần đây đã bắt đầu khảo sát một số tuyến trên vùng biển nước sâu ở miền Trung Việt Nam

1.2 Máy và thiết bị trong khảo sát địa chấn phân giải cao

Để khảo sát địa chấn phân giải cao đới biển nông ven bờ Việt Nam, một số loại máy địa chấn đã được nhập về từ Cộng hòa liên bang Nga (GEONT-SHELF) và từ Vương quốc Anh (APPLIED ACOUSTICS) Các

bộ máy này, ngoài phần mềm điều khiển đi kèm với máy , đều có 2 bộ phận chính: Bộ nguồn phát sóng và bộ thu sóng địa chấn Dạng đầu phát là hệ phát hở (Sparker) và hệ phát kín (boomer), công suất của nguồn phát cỡ 1,2 đến 1,5 KJ Đối với dạng Sparker tần số phát chủ đạo trong khoảng 400 Hz , đối với dạng Boomer tần số phát chủ đạo trong khoảng 1000 Hz Bộ thu sóng địa chấn gồm có mạch ghi tín hiệu và dải đầu thu một kênh (Streamer) Dải đầu thu bao gồm nhiều đầu thu (hydrophone) được nối song song với nhau và đặt cách nhau một khoảng cách nhất định để tăng tỷ số (tín hiệu cóích / tạp âm) và chống nhiễu do sóng trực tiếp và sóng âm thanh Còn mạch

ghi tín hiệu là một mạch khuếch đại tín hiệu và mạch số hóa, lưu giữ số liệu dưới dạng chuẩn quốc tế về địa chấn Đặc điểm chung của các loại máy địa chấn phân giải cao đã được nhập vào Việt Nam đều có công suất trung bình

và chủ yếu áp dụng cho đới biển nông ven bờ với chiều sâu cỡ 100 m nước

và chiều sâu nghiên cứu lớn nhất chỉ vào khoảng 100 -200 m Ví dụ , 2 loại máy đã nhập vào Việt Nam như sau:

Hình I.1 Nguồn địa chấn của hãng GEO-SPARK ( Hà Lan)

Hình I.2 Nguồn địa chấn của hãng APPLIED ACOUSTICS (Anh)

Về chỉ tiêu kỹ thuật của các bộ máy này gần như giống nhau và chúng

có một số ưu điểm riêng của nó Máy GEONT do Nga sản xuất (vào những năm 90 của thế kỷ trước) có chiều sâu nghiên cứu lớn hơn một ít, nhưng độ phân giải lại kém hơn so với máy của Vương quốc Anh (Applied Acoustics – sản xuất năm 2002)

Chỉ tiêu kỹ thuật chính bộ nguồn phát sóng địa chấn của máy Geo-Spark (Hà Lan) như sau :

- Điện áp làm việc: Từ 2KV – 5.6KV

- Điện dung làm việc: 32; 64; 128 µF

- Năng lượng phát tối đa: 1,5KJ

- Tốc độ phát tối đa: 1xung/1s

- Điện áp nguồn nuôi: 230V/50-60Hz

- Điện dung làm việc: 50; 100; 200 µF

- Năng lượng phát tối đa: 1,2KJ

- Tốc độ phát tối đa: 1xung/1s

- Điện áp nguồn nuôi: 220V/50-60Hz

- Điện áp tiêu thụ: 4,0KW

- Hệ thống khóa đóng mở: Điện tử

CHƯƠNG II CHẾ TẠO BỘ PHÁT SểNG CễNG SUẤT LỚN

Trong thăm dò địa chấn, tuỳ thuộc điều kiện tiến hành thực địa trên

đất liền, trên biển, sông hồ, hầm lò người ta sử dụng các loại nguồn khác nhau

Trong thăm dũ địa chấn phõn giải cao người ta thường sử dụng nguồn nhõn tạo để tạo nờn súng đàn hồi lan truyền trong mụi trường địa chất Nguồn địa chấn thực chất là một nguồn năng lượng được phỏt ra bởi sự điều khiển của con người Nguồn địa chấn cú thể khỏ đơn giản là nguồn thuốc nổ (dynamite) hoặc nguồn năng lượng do con người đập bằng bỳa xuống mặt đất Nguồn địa chấn phức tạp hơn là nguồn năng lượng điện (sparker) hoặc nguồn ỏp suất như sỳng hơi và phức tạp hơn nữa là sỳng bắn nước

Trên hình số: II.1 mô tả các loại nguồn khác nhau gây ra sóng đàn hồi với dải tần số đặc trưng của chúng Các loại nguồn nhân tạo có dải tần

số khác nhau, tăng dần từ nguồn nổ mìn (vài Hz đến vài chục Hz) đến nguồn boomer (600 - 4000Hz)

Hình II.1 Các loại nguồn tạo ra sóng đàn hồi với dải tần số tương ứng Tuy vậy, tất cả cỏc loại nguồn địa chấn đều phải tạo ra một tớn hiệu cú cỏc tớnh chất sau :

- Cú dạng xung phự hợp ( in pulsive )

- Cú dải tần số hữu hạn

- Thay đổi theo thời gian

2.1 CÁC LOẠI NGUỒN PHÁT SểNG ĐỊA CHẤN THƯỜNG HAY

ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỊA CHẤN PHÂN GIẢI CAO

a - Nguồn phỏt súng bằng thuốc nổ

Thuốc nổ cũng được dựng trong địa chấn phõn giải cao, để tăng độ phõn giải cú thể sử dụng nhiều gúi thuốc nhỏ và nổ vi sai theo một chương trỡnh định sẵn Nhỡn chung, khi dựng nguồn bằng thuốc nổ thỡ tần số chỉ đạt được trong khoảng từ 1 đến 75 Hz, cũn cường độ tớn hiệu phụ thuộc vào khối lượng thuốc nổ theo cụng thức :

A = k3 Q (2.2)

Ở đõy : A là cường độ tớn hiệu

Q là khối lượng thuốc nổ

k là hệ số mụi trường

b - Nguồn phỏt súng bằng sỳng bắn hơi

Đõy là loại nguồn được sử dụng rộng rói trong thăm dũ dầu khớ Một số lọai sỳng bắn hơi cú thể tớch nhỏ cỡ 15 in khối được sử dụng nhiều trong địa chấn phõn giải cao nhờ ghộp ba đến năm cặp với nhau Nguyờn lý hoạt động của sỳng

bắn hơi được trỡnh bày trong hỡnh II.2 : Nguồn nén khí (súng hơi): Với loại nguồn

này, cần sử dụng các bình khí nén đặt trên tàu, sau đó cho phát ra thiết bị xả khí nén thả trong môi trường nước để tạo xung Khí nén với áp suất cao (100 ữ 150 kg/cm3) từ máy nén khí đặt trên tàu được đưa qua ống dẫn khí và nạp vào buồng khí của máy phát Khi có tín hiệu từ trạm địa chấn đặt trên tàu, van điều chỉnh được

mở và luồng khí nén từ máy nén khí được đưa vào buồng chứa khí, đẩy phía dưới nắp piton làm cho piton được nâng lên tạo điều kiện cho khí nén trong buồng phụt mạnh ra ngoài qua lỗ hổng tạo ra sóng đập vào môi trường nước làm kích thích dao

động địa chấn Khi sử dụng nguồn nén khí thường xuất hiện nhiễu nổ lặp, điều này

đòi hỏi sử dụng bộ lọc thích hợp để hạn chế chúng

c - Nguồn phỏt súng bằng sỳng bắn nước

Đõy là loại nguồn tạo súng được sử dụng nhiều trong nghiờn cứu địa chấn nụng phõn giải cao Nguyờn lý hoạt động của sỳng bắn nước gần tương tự như sỳng bắn hơi nhưng cấu tạo cú buồng chứa nước nờn đạt độ phõn giải cao hơn Nguyờn lý hoạt động của sỳng bắn nước được trỡnh bày trong hỡnh II.(a,b,c,d):

HỡnhII.3(a,b,c) Súng bắn nước

H

HỡnhII.3d:Sỳng bắn nước

a Lực của khí nén ép nước trong bình với tốc độ cao,

b Do tốc độ cao, nước bị bắn ra ngoài tạo khoảng trống sau nó,

c Nước tràn vào lỗ trống tạo nên hiệu ứng implosive,

Hỡnh II.2 Sỳng bắn hơi

The schematic above (derived from Telford and others, 1990) illustrates the basic components of the water gun system (positioned before firing)

d - Nguồn tạo sóng bằng năng lượng điện

Trong thăm dò địa chấn phân giải cao trên biển, nguồn phát thường được

sử dụng là nguồn Sparker Nguyên lý hoạt động của loại nguồn này là sử dụng hiệu ứng plasma ở các đầu điện cực khi phóng dòng điện vào trong nước biển ( do đó một số nhà địa vật lý còn gọi loại nguồn này là nguồn Plasma)

Khi các đầu điện cực được đặt trong môi trường nước biển, có điện áp cao thì xuất hiện hiện tượng plasma áp suất cao làm cháy các phân tử nước

và tạo ra bọt khí, từ đó sinh ra sóng âm Loại sóng âm này có tần số khoảng

100 đến 2000 Hz vừa đủ để có thể đạt được độ sâu nghiên cứu và đảm bảo

độ chi tiết cúa lát cắt địa chấn

Để tạo ra nguồn điện có điện thế cao và công suất lớn, người ta thường

sử dụng máy phát điện 3 pha công suất cỡ 10 KW Trung Quốc cũng đã sử dụng máy phát điện 3 pha để tạo sóng địa chấn trong nghiên cứu biển sâu, tìm kiếm khí gaz Hydrate

Còn ở Hà Lan người ta cũng đã chế tạo loại nguồn phát sparker công suất lớn để nghiên cứu biển sâu Chúng có dạng như hình dưới đây

Hình II.4 Bộ tích năng lượng Hình II.5 Đầu phát sóng âm

Ở Việt nam ,để đáp ứng các yêu cầu mà Đề tài đặt ra: đó là tăng chiều sâu nghiên cứu trong phương pháp địa chấn phân giải cao đến 400 m kể từ đáy biển khi khảo sát trên vùng biển nước sâu hàng trăm mét, chúng tôi đã nghiên cứu, lựa chọn và chế tạo bộ nguồn phát công suất lớn dạng Sparker bằng vật liệu và các linh kiện điện tử có mặt trên thị trường Việt Nam và trên thế giới Các linh kiện này đã được chuẩn hóa các thông số kỹ thuật như: tốc độ đóng mở, thời gian trễ, điện năng tích lũy, thời gian nạp, phóng điện…

Bộ nguồn phát sóng địa chấn công suất lớn do nhóm tác giả chế tạo bao gồm 4 bộ phận chính:

2.2 CHẾ TẠO BỘ TÍCH NĂNG LƯỢNG

Bộ tích năng lượng được chúng tôi chế tạo dựa trên nguyên lý nạp điện lên hai bản cực của tụ điện có điện dung lớn và chịu được điện áp cao Theo

lý thuyết, công suất của bộ nguồn phát sóng được xác định theo công thức:

W =

2

CU 2 (2.3) W: Công suất của bộ nguồn phát (tính bằng J) U: Hiệu điện thế nạp lên tụ (tính bằng vôn - V ) C: Điện dung của bộ tụ tích (tính bằng µF) Theo biểu thức (2.3) có thể tăng công suất nguồn phát bằng cách tăng hiệu điện thế hoặc tăng điện dung của bộ tụ tích, trong đó tăng hiệu điện thế

có ưu thế hơn so với tăng điện dung của bộ tụ tích Tuy nhiên việc chế tạo biến thế, lựa chọn các linh kiện điện tử chịu được điện áp cao là vấn đề không đơn giản nhất là với môi trường làm việc trên biển luôn duy trì độ ẩm cao với nhiều hơi nước muối

Trên thế giới, một số nước đã chế tạo bộ tích năng lượng sử dụng nguồn điện sau khi đã biến đổi lên đến 2 KV như máy Applied Acoustics (của Anh); 4 KV như máy Geont – Shelf (của Nga); 6 KV như máy Geospark (của Hà Lan ), còn chúng tôi chế tạo bộ tích năng lượng với hiệu điện thế nạp lên tụ điện là 6 KV Điện dung của bộ tụ điện bao gồm 12 phần tử có điện dung tổng cộng là 180 µF.Với các chỉ số này công suất của bộ nguồn phát đạt đến 3,24 kJ

Bộ tích năng lượng do chúng tôi chế tạo có sơ đồ nguyên lý hoạt động được trình bày trên bản vẽ dưới đây:

Hình II.6: Sơ đồ nguyên lý bộ tích năng lượng

1 – Biến thế nguồn; 2 – Bộ chỉnh lưu; 3 – Trở tải ;

4 – Tụ tích điện ; 5 – Công tắc xả; 6 – Đầu phát sóng âm

4

6

1 – Biến thế nguồn; 2 – Bộ chỉnh lưu; 3 – Trở tải ;

4 – Tụ tích điện ; 5 – Công tắc xả; 6 – Đầu phát sóng âm

4

6

Theo nguyên lý này thì năng lượng điện do máy phát điện xoay chiều (220v-50Hz) tạo ra được nâng áp qua biến thế cao áp (1), sau đó được chỉnh lưu thành nguồn một chiều bằng chỉnh lưu cao áp (2) và nạp vào tụ tích năng lượng (4) thông qua trở tải (3) Khi có tín hiệu điều khiển kích hoạt công tắc (5) sẽ đóng lại - năng lượng điện tích trong tụ (4) sẽ được giải phóng nhanh trên tải là đầu phát sóng âm (6) Kết quả là : một xung địa chấn được tạo ra trong môi trường chứa đầu phát (6)

Đối với bộ tích năng lượng của Nga (máy GEONT- SHELF) , công tắc (5) được thiết kế trên nguyên tắc phóng điện giữa các điện cực bằng than chì được bố trí theo vị trí hình học hợp lý Việc phóng điện này khi xảy ra sẽ tạo

ra một xung điện từ rất mạnh gây nhiễu cho các thiết bị hoạt động ở xung quanh, đồng thời một phần năng lượng không nhỏ bị tiêu hao trên các điện cực Đây là một nhược điểm của tổ hợp máy địa chấn GEONT- SHELF do Liên bang Nga chế tạo vào đầu những năm chín mươi của thế kỷ trước, nhưng có ưu điểm là chịu được hiệu điện thế cao cỡ 10 kv

Ngày nay, nhờ sự phát triển vượt bậc của công nghệ vật liệu bán dẫn trên thế giới, nhóm tác giả đã quyết định thiết kế chế tạo công tắc (5) bằng một khóa điện tử thyristor công suất lớn và đi kèm với nó là bộ điều khiển khóa tương thích

Bộ khóa điện tử thyristor và modul điều khiển được thiết kế thành một khối tương đồng về kích thước và trở thành một bộ phận của bộ tích năng lượng công suất lớn Sơ đồ khối của bộ tích năng lượng đã chế tạo được trình bày trên hình vẽ số II.7

Để điều khiển khoá (công tắc điện tử cao áp) chúng tôi đã thiết kế và chế tạo một mạch điện tử nhận tín hiệu đồng bộ và một mạch điều khiển khóa Thyristor được trình bày trên hình vẽ số II.8 và II.9

Khèi cung cÊp nguån

a Mạch nhận tín hiệu đồng bộ

Tín hiệu đồng bộ qua mạch cách ly quang tới IC bộ đệm D2 và D1; R3, C3, D3 (pin1,2,3), D2 (pin 11,10) là bộ sửa dạng xung lối vào thành xung vuông có đỉnh xung cỡ 10µsec và đưa ra cổng A2 Còn D3, R4, R5, R6 dùng để cấp xung điều khiển bằng tay U4 làm nhiệm vụ chỉ thị xung ra bằng đèn LED LD1 U1 làm nhiệm vụ cấp nguồn ổn áp 5V

b Mạch khóa điện tử

Tín hiệu điều khiển đưa vào cổng JP1 qua tầng đệm Q101, Q102 được điều chế phù hợp để mở transitor trường MOSFET Q3 Nguồn cung cấp 9V xoay chiều qua bộ nắn dòng CD2 và IC ổn áp U101 cung cấp nguồn cho bộ đệm gồm Q101 và Q102 Nguồn điện 9V xoay chiều qua biến áp cách ly T, được chỉnh lưu qua cầu điot CD101 nạp vào tụ C204 qua trở hạn chế R101 Năng lượng trên tụ C204 sẽ được dùng để điều khiển mở khóa thyristor thông qua transitor Q3, điot D1, đầu nối J2

Hình II.8: Sơ đồ mạch nhận tín hiệu

Các khóa thyristor được mở thông qua các biến áp cách ly để bảo đảm an toàn khi sử dụng điện áp cao Các thyristor là loại T353-800 của LB Nga sản xuất có thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng II.1

Bảng II.1: Thông số kỹ thuật của thyristor T353-800

Hình vẽ số II.9: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor

Sơ đồ mạch in mặt dưới và măt trên của mạch nhận tín hiệu đồng bộ và mạch điều khiển khóa Thyristor được trình bày trên hình vẽ số II.5 và II.6

Hình II.10: Sơ đồ mạch in mặt dưới của bộ nhận và điều khiển tín hiệu đồng

bộ

Hình II.11: Sơ đồ mạch in mặt trên của bộ nhận và điều khiển tín

hiệu đồng bộ

Hình II.12 Bộ tích năng lượng công suất lớn đã chế tạo hoàn chỉnh

Tóm lại: Sau khi điều chỉnh các thông số kỹ thuật, bộ nguồn phát sóng do

chúng tôi chế tạo đạt các chỉ tiêu kỹ thuật như sau :

- Điện áp làm việc: Từ 3KV – 6KV

- Điện dung làm việc: 60; 90; 180 µF

- Công suất phát tối đa: 1,5KJ – 3.24KJ; (áp dụng công thức: W =

- Tốc độ phát tối đa: 1xung/1s

- Điện áp nguồn nuôi: 220 - 240V/50Hz

- Điện áp tiêu thụ: 7KW

- Hệ thống khóa đóng mở: Điện tử

2.3 CHẾ TẠO ĐẦU PHÁT SÓNG ĐỊA CHẤN TRÊN BIỂN

CÔNG SUẤT LỚN

Để phát dòng điện vào môi trường nước biển trong khảo sát địa chấn phân giải cao trên vùng biển nước sâu, người ta đã sử dụng nhiều loại khác nhau, tiêu biểu trong các loại là 3 dạng sau :

a Đầu phát dạng con thoi có nhiều cực điện bao quanh

b Đầu phát dạng xương cá gồm nhiều cực điện nằm ngang

c Đầu phát dạng phao gồm nhiều chùm điện cực

Vấn đề ở đây là làm thế nào để có công suất phóng điện tối ưu Công suất phóng điện phụ thuộc nhiều vào năng lượng tích trên tụ điện tại thời điểm phóng điện và thời gian phóng điện Hệ số chuyển tải năng lượng điện thành áp suất sóng âm được xác định bởi công thức sau :

W - Công suất của bộ tích năng lượng

Ở đây : N - Hệ số chuyển tải năng lượng

t - Thời gian phóng điện

Thời gian phóng điện t = Π LC phụ thuộc chủ yếu vào cảm kháng của đường dây và thường thay đổi từ 0,01 ~ 1,00 microgiây Công suất điện dưới dạng xung có thể đạt đến vài chục Megawatt

Có khá nhiều cách để chế tạo dàn phát sparker trong địa chấn phân giải cao Để nguồn phát sparker đạt được tần số thích hợp và chiều sâu nghiên cứu mong muốn thì cần phải chọn một số tham số như số cực phát, kích thước cực, khoảng cách giữa cực âm với cực dương và năng lượng phóng ra

ở mỗi cực Thông thường, khoảng cách giữa cực dương và cực âm tăng lên

tỷ lệ thuận với hệ số chuyển đổi điện năng thành áp năng Song trong trường hợp đó thời gian phóng điện lại kéo dài và dòng điện lại giảm, dẫn đến công suất phóng điện giảm

Chúng tôi nghiên cứu thiết kế chế tạo đầu phát sparker dạng xương cá để chế tạo (hình số II.13) Từ các vật liệu có sẵn trong nước (nhựa kỹ thuật PA; dây đồng Φ2.5mm bọc nhựa, độ cách điện 600V; keo cách điện eboxy; nguồn ghép nối với cao áp…), chúng tôi đã chế tạo thành công loại nguồn phát Sparker kiểu này với chiều dài toàn thanh là: 1.5 m, số điện cực phát là

50, chiều dài mỗi điện cực là: 30 cm

Hỡnh II.13: Đầu phỏt Sparker dạng xương cỏ

Khi triển khai đo đạc nhất thiết cỏc chựm cực phúng điện phải nằm dưới mực nước biển khoảng 1m, tương đương với 1/4 bước súng của nguồn phỏt Sparker cú tần số chủ đạo khoảng 400 Hz và tốc độ truyền súng khoảng

1500 m/s

2.4 CHẾ TẠO ĐẦU THU SểNG ĐỊA CHẤN (streamer)

DÙNG CHO BIỂN NƯỚC SÂU

Trong địa chấn phõn giải cao, hệ thống thu thập số liệu gồm 2 bộ phận chớnh:

1 Đầu thu tớn hiệu

2 Mạch ghi tớn hiệu

Đầu thu tớn hiệu gồm một số cỏc mỏy thu được ghộp với nhau, đặt trong ống nhựa cú đựng chất lỏng và truyền tớn hiệu thu được qua cỏp thu Các tham số máy thu cần lựa chọn để bảo đảm các yêu cầu sau:

a- Thu nhận các dao động liên hệ với sóng có ích xuất hiện ở điểm quan sát

b- Có độ phân giải cao để ghi đ−ợc riêng biệt các sóng xuất hiện liên tiếp

ở điểm quan sát

c- Có độ nhạy lớn để tín hiệu ở lối ra lớn hơn phông nhiễu cảm ứng xuất hiện ở máy

Mỏy thu ỏp điện trong một chừng mực nào đú cú thể coi hoạt động của

nú như một tụ điện cú điện dung nhỏ và điện trở trong tương đối lớn

Với lý do này, nờn khi sử dụng mỏy thu ỏp điện cần phải cú một bộ tiền khuyếch đại để phối hợp trở khỏng tốt với cỏc mạch thu tớn hiệu

Hỡnh II.14: Sơ đồ cấu tạo mỏy thu ỏp

b)

I2 l r i1 u

c

u

a

Cỏc thụng số chớnh của mỏy thu ỏp điện :

Ở đõy: R - điện trở trong của mỏy thu ỏp điện

C - điện dung của mỏy thu ỏp điện

L - cảm khỏng của mỏy thu ỏp điện

Ưu điểm chớnh của mỏy thu ỏp điện :

- Khụng đũi hỏi định hướng cao

- Ít nhạy đối với lắc động và nhiễu vi địa chấn

- Chế tạo đơn giản và kớch thước bộ

Chớnh vỡ cỏc ưu điểm trờn nờn mỏy thu ỏp điện được sử dụng khỏ rộng rói và chỳng tụi đó sử dụng loại mỏy thu này để đo địa chấn phõn giải cao trờn biển; trờn cỏc sụng, hồ Dưới đõy là hỡnh ảnh mỏy thu ỏp điện của hóng Benthos (Hoa Kỳ sản xuất)

Hỡnh II.15: Mỏy thu ỏp điện Benthos

Để khảo sỏt địa chấn phõn giải cao trờn vựng biển nước sõu, chỳng tụi đó

sử dụng dải đầu thu gồm 10 Hydrophone loại Benthos Khoảng cỏch giữa cỏc Hydrophone cũng được tớnh toỏn một cỏch chớnh xỏc cho phự hợp độ sõu nghiờn cứu

Hình số: II.16 Dải đầu thu địa chấn đã hoàn chỉnh

Mặt khác, để hạn chế nhiễu và các ảnh hưởng do phối hợp trở kháng với cáp thu, chúng tôi sử dụng giải pháp lắp thêm một bộ tiền khuyếch đại đặt ngay trong khối đầu thu Tín hiệu thu được, trước khi nối vào cáp để truyền tới mạch ghi tín hiệu, đã có biên độ đủ lớn Do vậy, ảnh hưởng của nhiễu

vào tín hiệu thu giảm thiểu rõ rệt

Khi khảo sát trên biển hoặc trên sông, hồ đầu thu tín hiệu được thiết kế bằng một ống nhựa mềm chứa đầy dầu DO, trong đó các máy thu được bố trí nối song song cách đều với khoảng cách là: 1 mét Trong quá trình thực hiện

đề tài này chúng tôi đã thay dầu DO bằng dầu thực vật, nhờ đó đã đảm bảo được độ bền của các máy thu tín hiệu và trọng lượng vừa phải của đầu thu

đủ để nó chìm sâu trong nước khi tàu chuyển động với vận tốc 5 - 7 Km/giờ Kết quả thu được khá tốt khi khảo sát với loại đầu thu này (xem chi tiết ở chương 3)

2.5 CHẾ TẠO MẠCH GHI TÍN HIỆU ĐỊA CHẤN

Nhiệm vụ của mach ghi tín hiệu địa chấn là ghi lại các xung tín hiệu địa chấn do đầu thu tín hiệu tạo ra Trước đây, tín hiệu địa chấn được khuyếch đại bằng các bộ khuyếch đại điện tử về mặt biên độ rồi đưa ra chỉ thị bằng các bút ghi trên giấy, đồng thời được lưu trữ bằng các băng từ Bộ ghi tín hiệu có nhiều phần như : Phối hợp trở kháng, khuyếch đại về dòng, khuyếch đại về biên độ, khuyếch đại phục hồi biên độ theo thời gian, các bộ lọc điện

tử tần số cao, tần số thấp Hiện nay, nhờ có sự phát triển của công nghệ vật liệu điện tử và công nghệ tin học, mach ghi tín hiệu địa chấn được chúng tôi thiết kế tinh giản đi rất nhiều, chủ yếu chỉ còn phần khuếch đại về dòng và biên độ Tín hiệu sau khi được khuyếch đại sẽ được số hóa và chuyển vào máy tính Các chương trình chuyên dụng sẽ khuyếch đại các tín hiệu số, xử lý về mặt biên độ, thời gian, tần số và nhiều vấn đề khác theo yêu cầu cụ thể Các số liệu đã được số hóa cũng được lưu trữ vào các file dữ liệu dạng chuẩn quốc tế SEG-Y rất tiện lợi cho việc kết hợp xử lý cùng với các thông tin từ các nguồn khác nhau

Mach ghi tín hiệu địa chấn gồm có các khối sau : Khối phối hợp trở kháng, khối khuyếch đại, khối xử lý tín hiệu đồng bộ, khối nguồn, khối biến đổi tương tự số (ADC)

Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu địa chấn được trình bày trên hìnhII.17

Hình II.17: Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu địa chấn

2.5.1 Khối phối hợp trở kháng :

Khối phối hợp trở kháng có nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa đầu thu

và máy thu, đồng thời có nhiệm vụ bảo vệ đầu vào bộ khuyếch đại để tránh

bị hỏng do tín hiệu đầu vào quá mạnh

Hình II.18: Sơ đồ nguyên lý mạch phối hợp trở kháng đầu vào

Tụ C1, C2 là tụ truyền tín hiệu và ngăn dòng một chiều; Tụ C11, C12 để lọc nhiễu tần số cao; Trở R1, R2 bảo vệ đầu vào khi tín hiệu quá cao

2.5.2 Khối khuyếch đại biên độ

Khối này gồm có hai tầng Tầng đầu là tầng khuyếch đại theo kiểu vi sai

để chống nhiễu đồng pha ngẫu nhiên Tầng thứ hai là một bộ khuyếch đại tuyến tính

Hình II.19: Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đại biên độ

2.5.3 Khối xử lý tín hiệu đồng bộ :

Nhận tín hiệu đồng bộ về mặt thời gian từ máy tính gửi sang, chuyển thành dạng xung vuông theo chuẩn TTL và có độ rộng xung bằng 100 micro giây Tín hiệu đồng bộ ra cách ly quang học với hệ thống máy và được nuôi bằng nguồn riêng

Hình II.20: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu đồng bộ

2.5.4 Khối nguồn :

Cung cấp nguồn điện một chiều +5V, ± 12V cho khối khuyếch đại và khối xử lý tín hiệu đồng bộ từ nguồn xoay chiều 220V hoặc từ Ắc qui 12V

2.5.5 Khối biến đổi tương tự số ADC :

Bộ biến đổi tương tự số là loại DAS 16/16-AO của hãng Measurement Computing - USA Đây là một loại card sử dụng chuẩn kết nối PCMCI của máy tính Nooterbook DAS 16/16-AO có các thông số chính như sau :

a- Giải tín hiệu vào : ± 10V, ±5V, ± 2.5V, ± 1.25V;

b- Độ phân giải 16bit ;

c- Tần số lấy mẫu cực đại 100Kz;

d- Nguồn nuôi 5V; Dòng tiêu thụ cực đại 170mA

e- Chuẩn kết nối PCMCI;

2.5.6 Máy tính điều khiển :

Là loại máy tính kỹ thuật xách tay có đủ các cổng giao tiếp cơ bản như RS232 hoặc RS245, LPT, USB, 2 cổng PCMCI Tốc độ xung nhịp Core 2 duo 1.83GHz, Ram 1512 MB , dung lượng ổ cứng 80Gb, hệ điều hành Windows XP

Hình vẽ số II.21: Sơ đồ điện tử của bộ thu tín hiệu địa chấn

Hình vẽ số II.22: Sơ đồ mạch in mặt trên của bộ thu tín hiệu địa chấn

HìnhII.23: Sơ đồ mạch in mặt dưới của bộ thu tín hiệu địa chấn

Hình II.24: Bảng mạch điện tử hoàn chỉnh bộ thu tín hiệu địa chấn

Hình II.25: Bộ thu tín hiệu địa chấn đã được lắp ráp hoàn chỉnh

Hình II.26: Bộ thu tín hiệu hoàn chỉnh được ghép nối với máy tính thu thập

CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH GHI TÍN HIỆU ĐỊA CHẤN:

1 Giải tần : 10 Hz - 5000Hz

2 Độ nhạy : 50 µV

3 Bước số hóa : 20µsec - 250µsec

4 Nguồn nuôi : 220V AC hoặc ± 12V DC,

( Chi tiết xem phụ lục 1)

2.6 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

PHÁT SÓNG VÀ THU THẬP SỐ LIỆU

Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Visual C trên cơ sở phát triển các hàm của chương trình phần mềm " MCC DAQ and Analysis componet Library for Visual Studio 2005/2003" của hãng MesurementComputing cho các phần cứng tương ứng của hãng Đây là phần mềm có bản quyền của hãng MesurementComputing - Hoa Kỳ

Chương trình điều khiển chạy trong môi trường Window XP của máy tính xách tay Nó có nhiệm vụ điều khiển phần cứng của thiết bị đo như :

- Đặt hệ số khuyếch đại cho bộ thu tín hiệu

- Đặt chu kỳ đo

- Đặt bước lấy mẫu (tần số lấy mẫu)

- Số mẫu cần lấy (độ dài lấy mẫu)

- Phát xung đồng bộ để kích hoạt các thiết bị khác

- Đặt thời gian trễ thu thập số liệu nếu cần

Chương trình điều khiển thu thập các số liệu địa chấn và lưu trữ số liệu thực địa theo định dạng chuẩn quốc tế SEG-Y vào ổ cứng của máy tính Đồng thời biểu diễn số liệu dưới dạng đồ thị xung và dạng mặt cắt theo thời gian Số liệu GPS theo chuẩn MNEA-0183 cũng được lưu đồng bộ vào file

số liệu địa chấn

Hình II.27: Sơ đồ khối chương trình ghi số liệu địa chấn

Hình II.28: Giao diện chương trình

Nhóm các thông số thu thập số liệu

Initial Gain : Hệ số khuyếch đại tín hiệu lối vào Được đặt bằng cách

chọn một trong các giá trị : 1; 2; 5; 10 từ danh sách thả xuống

Sample Rate (KHz) : Tần số lấy mẫu tính bằng KHz Có thể đặt bằng

cách chọn một trong các giá trị : 1,2,5,10,16,25,50 từ danh sách thả xuống

Sweep Period (ms) : Thời gian lấy mẫu tính bằng mS Được khai báo trong dải từ 10ms - 2000ms và tương ứng tỷ lệ nghịch với Sample Rate Sweep delay (ms) : Thời gian trễ của thiết bị thu thập số liệu- tính

bằng ms bắt đầu từ khi có xung "Triger" kích hoạt bộ tích năng lượng giải phóng năng lượng ra đầu phát xung

Cycle Sweep (ms) : Chu kỳ thu thập số liệu tính bằng mS Xung

"Triger" của máy thu sẽ được đều đặn phát ra theo chu kỳ đo để đồng bộ các thiết bị khác

Chú ý : Cycle Sweep > Sweep Period + Sweep Delay

Nhóm các thông số khuyếch đại theo thời gian ( TVG) :

Việc điều khiển hệ số khuyếch đại theo thời gian trong quá trình thu thập

số liệu được chia làm ba giai đoạn "TVG1" tương ứng tương đối với khoảng thời gian tín hiệu truyền trong môi trường nước "TVG1" có hiệu lực thực tế trong khoảng thời gian từ lúc bắt đầu thu tín hiệu tới thời điểm "TVG2 start" TVG2 có hiệu lực trong khoảng thời gian từ "TVG2 start" tới thời điểm

"TVG3 delay" "TVG3" có hiệu lực trong khoảng thời gian từ "TVG3 delay" tới hết thời gian thu tín hiệu

• TVG1 Rate (gains/s) : Hệ số khuyếch đại thời gian áp dụng cho VTG1 tính theo số lần trên một giây TVG1 Rate được khai báo trong khoảng 0

- 200 lần trong hộp ("number box") bên cạnh

• TVG2 start (ms) : Thời điểm hệ số khuyếch đại thời gian TVG2 bắt đầu được áp dụng tính theo mS TVG2 start được khai báo trong khoảng

3mS đến cuối thời gian thu thập số liệu tùy thuộc vào kinh nghiệm của người điều hành thiết bị thu

• TVG2 Rate (gains/s) : Hệ số khuyếch đại thời gian áp dụng cho VTG1 tính theo số lần trên một giây TVG2 Rate được khai báo trong khoảng 0

- 200 lần trong hộp ("number box") bên cạnh

• TVG3 Delay (ms) : Thời điểm hệ số khuyếch đại thời gian TVG3 bắt đầu được áp dụng tính theo mS TVG3 Delay được khai báo trong khoảng từ "TVG2 start" mS đến cuối thời gian thu thập số liệu tùy

thuộc vào kinh nghiệm của người điều hành thiết bị thu

• TVG3 Rate (gains/s) : Hệ số khuyếch đại thời gian áp dụng cho VTG1 tính theo số lần trên một giây TVG3 Rate được khai báo trong khoảng 0

- 200 lần trong hộp ("number box") bên cạnh

CHÚ Ý : Các thông số khai báo trong nhóm TVG chỉ có tác dụng với số liệu dùng để quan sát nhanh trong quá trình thu thập số liệu Số liệu gốc được ghi trực tiếp vào ổ đĩa cứng

Nhóm các thông số về bộ lọc tần số (Bandpass Filter)

Bộ lọc tần số là bộ lọc băng thông tần số với hai thông số chính: tần số thấp ("Lower cutoff") và tần số cao ( "Upper cutoff")

• Lower cutoff (Hz) : Tần số cắt thấp tính bằng Hz được khai báo trong khoảng (20-800)

• Upper cutoff (Hz) : Tần số cắt cao tính bằng Hz được khai báo trong khoảng (200-10000)

Các thông số khai báo trong nhóm "Bandpass Filter" chỉ có tác dụng

với số liệu dùng để quan sát nhanh trong quá trình thu thập số liệu Số liệu gốc được ghi trực tiếp vào ổ đĩa cứng

Chế độ quan sát trực tiếp dữ liệu thu thập

Chương trình điều khiển có ba tùy chọn cho phép người điều hành quan sát số liệu đã thu thập được trong khi đang thu thập số liệu liên tục

• Chế độ xem xung trực tiếp của lối vào (Scope In) : Dữ liệu địa chấn

nguyên thủy được biểu diễn dưới dạng xung theo thời gian thu tín hiệu

• Chế độ xem xung đã qua xử lý sơ bộ (Scope Out) : Dữ liệu địa chấn

được khuếch đại theo thời gian và qua bộ lọc thông giải sẽ được biểu diễn dưới dạng xung theo thời gian thu tín hiệu

• Chế độ xem mặt cắt địa chấn (SeismicIn) : Biểu diễn mặt cắt địa chấn đã

được xử lý sơ bộ theo thời gian thu của các vệt ghi tín hiệu Trong chế độ

này người điều hành thiết bị cũng có thể thay đổi hệ số khuyếch đại ảnh màn hình để cải thiện khả năng quan sát các thông tin theo ý muốn

Hình II.29: Giao diện chương trình mặt cắt địa chấn

có tín hiệu GPS theo chuẩn MNEA 0183 ở cổng COM1 với Bourate 4800 Giá trị tọa độ ghi theo giá trị gốc và biểu diễn theo chuẩn qui định trong định dạng SEG-Y chuẩn

CHƯƠNG III

HỆ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT, THU THẬP

VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤN PHÂN GIẢI CAO Phương pháp địa chấn phân giải cao thường được áp dụng trên biển và

chỉ những năm gần đây mới được sử dụng trên đất liền, do giá thành cao khi điều kiện thi công khó khăn hơn nhiều so với trên biển

Phương pháp này có thể thi công với một kênh thu (đơn kênh) hoặc với nhiều kênh thu (đa kênh) Trong thực tế thì dạng đơn kênh được áp dụng rộng rãi hơn, đặc biệt là đối với đới ven biển Ví dụ như ở Nhật Bản, gần như toàn bộ đới biển ven bờ (độ sâu 50 m nước) của miền Trung và miền Nam nước này đều đã được khảo sát bằng phương pháp địa chấn phân giải cao đơn kênh với mục đích nghiên cứu nền móng công trình phục vụ quy hoạch phát triển công nghiệp và giao thông

3.1 Phương pháp khảo sát thu thập số liệu địa chấn phân giải cao

Để thực hiện phương pháp này chúng tôi đã sử dụng tổ hợp bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao Gồm có: bộ phát sóng công suất lớn (chế tạo mới năm 2010), bộ thu tín hiệu, máy định vị vệ tinh GPS, phần mềm điều khển và thu thập dữ liệu do tập thể tác giả xây dựng trong quá trình thực hiện Đề tài này

Gần như tất cả thiết bị đều được gắn trên một con tàu có trọng tải cỡ 100 tấn và có thể đảm bảo cho 15 người, gồm cả thủy thủ đoàn và cán bộ kỹ thuật vận hành tổ hợp khảo sát địa chấn phân giải cao Tàu nhất thiết được trang bị tốt về mặt an toàn hàng hải, phải có khả năng hoạt động dài ngày trên biển nước sâu Riêng đầu phát sóng (Sparker) và dải đầu thu (Streamer) được đặt trong nước biển với độ chìm sâu được xác định bằng ¼ λ (λ: bước sóng của sóng có tần số chủ đạo khoảng 350 Hz) Với độ sâu này sóng đi từ dưới lên và phản xạ từ lớp nước xuống xuất hiện gần như đồng pha nên biên

độ sóng thu được lớn gấp gần 2 lần ở các độ sâu khác Cần lưu ý là khi dải đầu thu hoặc đầu phát sóng đặt ngay trên mặt nước thì tín hiệu có ích thu được gần như bằng không Khi dải đầu thu và đầu phát sóng đặt ở độ sâu ½

λ thì biên độ tín hiệu thu được cũng giảm đi đáng kể so với khi đặt ở ¼ λ Ngoài biên độ tín hiệu, độ phân giải của phương pháp địa chấn phân giải cao cũng đạt tối ưu khi đầu phát sóng và dải đầu thu đặt ở độ sâu so với mặt nước biển là ¼ λ Ở các độ sâu lớn hơn và bằng ½ λ, mặt cắt địa chấn thu được không những không đạt yêu cầu về độ phân giải mà còn làm xuất hiện các sóng vệ tinh, tạo ra sóng giả trên mặt cắt thời gian Chính vì vậy, việc lựa chọn hạ thấp độ sâu dải đầu thu và đầu phát sóng lớn hơn ½ λ là điều không nên

a Chọn độ sâu cho dải đầu thu và đầu phát sóng

Trong các chuyến khảo sát trên biển nước sâu vừa qua chúng tôi đều chọn chiều sâu đặt dải đầu thu và đầu phát sóng như sau:

∆h = ¼ λ = ¼ V.T = ¼ V.1/F (3.1)

Ở đây: ∆h là chiều sâu đặt dải đầu thu và đầu phát sóng kể từ mặt nước biển;

λ là: độ dài của bước sóng;

V là: tốc độ truyền sóng dọc trong nước biển;

b Chọn khoảng cách giữa dải đầu thu và đầu phát sóng

Về nguyên tắc thì khoảng cách giữa dải đầu thu và đầu phát sóng càng nhỏ thì càng ít phải tính hiệu chỉnh chiều sâu mặt phản xạ do hiệu ứng khoảng cách này gây ra Song trong thực tế khi dải đầu thu gần đầu phát sóng quá sẽ gặp phải nhiễu lớn do sóng trực tiếp gây nên, đồng thời sóng của nước biển do chuyển động của đầu phát cũng tạo nên nhiễu cho đầu thu Trong suốt quá trình khảo sát trên biển chúng tôi đều chọn khoảng cách này

là 6 m Đây là khoảng cách mà chúng tôi cho là phù hợp nhất

c Chọn khoảng cách giữa phần cuối của tàu và đầu phát sóng

Trong thực tế không nên chọn khoảng cách này quá gần vì khi tàu chạy

hệ thống chân vịt của tàu tạo ra nguồn sóng có tần số thấp nhưng cũng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của băng ghi địa chấn Nếu chọn khoảng cách này quá xa tàu thì việc theo dõi thiết bị thu phát gặp nhiều khó khăn, hệ số

an toàn cho dải đầu thu và đầu phát sóng cũng giảm theo Đối với tàu có trọng tải trung bình (mớn rẽ nước không cao) thì chọn khoảng cách này vào khoảng 40 – 50 m là vừa phải Trong thực tế chúng tôi đã chọn là 45 m

d Chọn tốc độ phát xung và chế độ ghi tín hiệu

- Thời gian giữa 2 lần phát xung: > 2s

- Thời gian ghi tín hiệu;

- Dải tần số ghi tín hiệu;

- Đặt hệ số khuyếch đại cho bộ thu tín hiệu;

- Đặt bước lấy mẫu (tần số lấy mẫu);

- Số mẫu cần lấy (độ dài lấy mẫu);

- Phát xung đồng bộ để kích hoạt các thiết bị khác;

- Đặt thời gian trễ thu thập số liệu (nếu cần)