Đang tải... (xem toàn văn)
Microsoft Word bia baocao doc Hà Nội, 2008 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT BÁO CÁO TỔNG KẾT THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GEORADA TRONG ĐIỀU TRA TAI BI[.]
BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG LIÊN ĐỒN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT BÁO CÁO TỔNG KẾT THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GEORADA TRONG ĐIỀU TRA TAI BIẾN ĐỊA CHẤT TÌM KIẾM NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ KHOÁNG SẢN KIM LOẠI 7468 30/7/2009 Hà Nội, 2008 BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG LIÊN ĐỒN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT BÁO CÁO TỔNG KẾT THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GEORADA TRONG ĐIỀU TRA TAI BIẾN ĐỊA CHẤT TÌM KIẾM NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ KHOÁNG SẢN KIM LOẠI Cơ quan chủ quản Bộ Tài nguyên Môi trường Đơn vị thực Liên đoàn Vật lý Địa chất Liên đoàn trưởng Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Trần Tân Nguyễn Duy Tiêu Hà Nội, 2008 MỤC LỤC Trang Mở đầu Chương I: Tổng quan tóm tắt sở lý thuyết phương pháp đa xuyên đất6 Tổng quan phương pháp georada Cơ sở lý thuyết phương pháp georada Chương II: Máy thiết bị georada Chương III: Kết nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada tìm kiếm khống sản kim loại Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada điều tra tai biến địa chất 15 Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada tìm kiếm nước ngầm địa chất cơng19 trình Xây dựng quy trình cơng nghệ georada 20 Viết hướng dẫn sử dụng máy đa xuyên đất RAMAC/GPR sử dụng chương trình 23 xử lý tài li Chương IV: Đánh giá hiệu phương pháp georada tìm kiếm khoáng sản 29kim loại, Đánh giá hiệu phương pháp georada 36 Những hạn chế phương pháp georada Chương V: Tổ chức thi cơng kinh phí thực 36 Kết Danh sách phụ lục kèm theo 37 37 38 39 45 47 - MỞ ĐẦU Phương pháp đa xuyên đất (georada-GPR) triển khai nhiều nước giới lĩnh vực khác nhau: nghiên cứu móng cơng trình, nghiên cứu xác định vị trí cơng trình kiến trúc cổ bị chơn vùi, đường ống, cáp ngầm, tìm kiếm mộ cổ Từ năm 1988 đến nay, nhà khoa học ngành khoa học trái đất giới trọng phát triển để dần hoàn thiện sở lý thuyết phương pháp áp dụng thực tế Công nghệ georada bước triển khai Việt Nam nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế phát triển kinh tế xã hội phục vụ nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Từ năm 1998, phịng Địa vật lý thuộc Viện Vật lý địa cầu bước triển khai nghiên cứu áp dụng công nghệ GPR tổ hợp phương pháp địa vật lý để giải nhiệm vụ địa chất cơng trình địa kỹ thuật-môi trường, khảo sát dự báo tượng trượt lở đất bờ sông Tiền địa bàn tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, thành phố Hồ Chí Minh bước đầu thu số kết thiết thực góp phần giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ môi trường Trong năm gần đây, nhiều quan, đơn vị trang bị máy đa xuyên đất nhằm giải nhiệm vụ cụ thể đơn vị (Trung tâm nghiên cứu phòng trừ mối - Viện Khoa học Thuỷ Lợi, Khoa trắc địa - Trường Đại học Mỏ-Địa chất, Công ty Cổ phần Công nghệ ĐịaVật lý, Khoa Địa chất - Trường Đại học Khoa học tự nhiên…) Cuối năm 2005, Liên đoàn Vật lý Địa chất (Cục Địa chất Khoáng sản Việt TM Nam) trang bị máy đa xuyên đất RAMAC/GPR hãng MALÂ (Thuỵ Điển) sản xuất Báo cáo trình bày kết đạt khuôn khổ thực đề tài nghiên cứu “Ứng dụng phương pháp georada điều tra tai biến địa chất, tìm kiếm nước đất khoáng sản kim loại” Cơ sở pháp lý: Đề tài thực sở văn pháp lý sau đây: - Hợp đồng nghiên cứu KH&CN số 03-ĐC-07/HĐKHCN ngày 16/4/2007 Bộ Tài nguyên Mơi trường Liên đồn Vật lý Địa chất việc thực đề tài KH&CN “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada điều tra tai biến địa chất, tìm kiếm nước đất khống sản kim loại” - Quyết định số 406 QĐ/ĐCKS-KHTC ngày 30/8/2007 Cục trưởng Cục Địa chất Khoáng sản Việt nam việc giao kế hoạch dự toán chi ngân sách Nhà nước năm 2007 cho Liên đoàn Vật lý Địa chất - Quyết định số 597 QĐ/ĐCKS-KHTC ngày 14/10/2008 Cục trưởng Cục Địa chất Khoáng sản Việt nam việc giao kế hoạch dự toán chi ngân sách Nhà nước năm 2008 cho Liên đoàn Vật lý Địa chất Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada điều tra tai biến địa chất, tìm kiếm nước đất khống sản kim loại Sản phẩm giao nộp đề tài: 3.1 Báo cáo tổng kết kết qủa thực đề tài 3.2 Các Quy trình cơng nghệ: - Quy trình công nghệ phương pháp georada điều tra tai biến địa chất (cho đối tượng sụt trượt lở đất) - - Quy trình cơng nghệ phương pháp georada tìm kiếm nước ngầm đới phá huỷ, dập vỡ hang carst Quy trình cơng nghệ phương pháp georada khảo sát địa chất cơng trình nơng Đề tài thực hai năm: 2007 2008 Tham gia thực đề tài gồm kỹ sư Địa vật lý: Nguyễn Văn Bút, Trương Công Ánh, Nông Quốc Khánh, Trần Nhật Ký, Kiều Huỳnh Phương, Nguyễn Văn Hùng với cộng tác đồng nghiệp khác Liên đoàn Vật lý Địa chất, Viện Vật lý Địa cầu, phân viện Địa vật lý TP Hồ Chí Minh…do kỹ sư địa vật lý Nguyễn Duy Tiêu làm chủ nhiệm Qua năm thực hiện, tập thể tác giả tiến hành thử nghiệm phương pháp georada 11 tỉnh, thành (từ Hà Giang, Cao Bằng, Yên Bái, Lạng Sơn, Hà Nội, Hồ Bình, Thanh Hố, Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Trị, đến TP Hồ CHí Minh) với nhiều địa điểm đối tượng khác Với khối lượng tài liệu phong phú, đủ điều kiện để tổng hợp, đánh giá hiệu phương pháp georada lĩnh vực nghiên cứu đề tài Sản phẩm đề tài báo cáo tổng kết phụ lục kèm theo (Hướng dẫn sử dụng máy rada RAMAC/GPR; Hướng dẫn sử dụng chương trình RAMAC GROUNDVISION, Hướng dẫn sử dụng chương trình REFLEX xử lý tài liệu georada quy trình cơng nghệ đo georada) Nội dung báo cáo tổng kết thực đề tài gồm mục sau: Mở đầu Chương 1: Tóm tắt sở lý thuyết phương pháp georada Chương II: Máy thiết bị Chương III: Kết nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada Chương IV: Đánh giá hiệu phương pháp georada Chương V: Tổ chức thực kinh phí thực Kết luận đề nghị Trong trình thực đề tài, tác giả giúp đỡ tận tình chuyên gia địa vật lý, địa chất, bạn đồng nghiệp công tác Bộ Tài nguyên Môi trường, Cục Địa chất Khống sản Việt Nam, Liên đồn Vật lý Địa chất, cấp lãnh đạo Liên đoàn Vật lý Địa chất, đơn vị sản xuất, phòng ban Liên đồn, Cục Địa chất Khống sản Việt Nam, Vụ Khoa học Công nghệ (Bộ Tài nguyên Mơi trường số đơn vị khác ngồi ngành quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tơi hồn thành nhiệm vụ giao Tập thể tác giả chân thành cảm ơn giúp đỡ quan tâm - Chương I TỔNG QUAN VÀ TĨM TẮT CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP GEORADA I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GEORADA Tình hình nghiên cứu nước ngoài: Phương pháp đa xuyên đất (georada-GPR) triển khai nhiều nước giới lĩnh vực khác nhau: nghiên cứu móng cơng trình, tìm kiếm nước đất, tìm kiếm khống sản, nghiên cứu xác định vị trí cơng trình kiến trúc cổ bị chôn vùi, đường ống, cáp ngầm, tìm kiếm mộ cổ Cơng nghệ georada coi phương pháp địa vật lý có hiệu lĩnh vực Từ năm 1988 đến nay, nhà khoa học ngành khoa học trái đất giới trọng phát triển để dần hoàn thiện sở lý thuyết phương pháp áp dụng thực tế Tại Pháp, GS Maksim Bano (Viện VLĐC Strasbourg) GS Roger Guerin (ĐH Tổng hợp Paris 6) sử dụng công nghệ georada với thiết bị Pulse EKKO RAMAC để phát khoanh vùng nhiều hang karst dải núi dài đánh giá mức độ chứa nước hang hốc làm sở cho việc khai thác nguồn nước ngầm kết hợp với bảo vệ môi trường cảnh quan thiên nhiên Tại Trung Quốc, công nghệ georada sử dụng có hiệu việc khảo sát móng đập Tam Hiệp tìm nhiều vị trí hang hốc đá, đánh giá độ nứt nẻ mức độ chứa nước khối đá gốc Đồng thời nhà khoa học thu kết xác xác định đới thấm thoát nước nhiều hồ chứa nước lớn đề giải pháp sửa chữa kịp thời; tìm kiếm dị vật thân đê đập, khe nứt tổ mối Xác định đới cấu trúc có chứa nước số mỏ than khai thác phía bắc để dự báo hiểm hoạ bục nước thành công nhà khoa học Trung Quốc việc ứng dụng georada Ở Hoa Kỳ sử dụng phương pháp georada để xác định ranh giới nước mặn, nước nhạt ranh giới nước nước bị ô nhiễm tầng chứa nước gần mặt đất, ngồi cịn phát nhiều thấu kính chứa nước đỉnh mỏ khai thác hầm lị tìm vị trí đường hầm lị cổ, giếng lị cổ bị lấp đầy vật liệu trầm tích Đệ tứ Sử dụng cơng nghệ georada để tìm kiếm hang hốc, đường hầm tynnel, cơng trình ngầm thành phố, xác định vị trí khảo cổ học hướng nghiên cứu thành công nhà khoa học Mỹ Ở Hà Lan nhà khoa học áp dụng rộng rãi công nghệ georada khảo sát cấu trúc đất vùng ngập nước khoanh định tầng chứa nước ngầm thấu kính chứa nước với độ xác cao Tại đưa công nghệ georada cơng cụ cơng tác đo vẽ đồ địa chất Tại Italy nhà khoa học ứng dụng thành cơng cơng nghệ georada tìm kiếm hang hốc núi đá vôi, xác định đường khe nứt đá đánh giá mức độ nứt nẻ, dập vỡ khối đá Việc ứng dụng công nghệ georada nghiên cứu, khảo sát khảo cổ học nhà khoa học Italy triển khai liên tục hàng chục năm với kết khả quan người ta dự định tiến hành khảo - - sát georada kết hợp với số công cụ địa vật lý khác Mỹ Sơn (Quảng Nam)di sản văn hoá giới Ở Czech Slovakia người ta sử dụng công nghệ georada để dự báo trượt lở đất sườn núi có hiệu cao, tránh thiệt hại vật chất cho cư dân sinh sống gần địa điểm Tại Vương quốc Anh, công nghệ georada sử dụng có kết việc khoanh vùng vị trí đụn cát có chứa nước, khoanh vùng ranh giới nước mặn, nước nhạt dải ven biến đánh giá chất lượng nước biến động theo thời gian Tại Ba Lan, công nghệ georada với nhiều loại thiết bị hãng sản xuất khác OYO (Nhật Bản), Ramac/GPR (Thuỵ Điển) dùng phổ biến nghiên cứu địa chất cấu trúc mỏ than, vị trí hang động lòng đất, đánh giá trạng đường băng sân bay khảo sát tìm dị vật thân đê đập, khoanh vùng dự báo đoạn đê xung yếu có khả bị vỡ mùa nước lũ Ở Đức, nhà khoa học thu nhiều kết với độ xác cao việc sử dụng công nghệ georada để xác định độ ẩm đất trồng góp phần tăng suất trồng, tìm kiếm túi nước ngầm nằm núi đánh giá mức độ ô nhiễm tầng chứa nước bãi chôn rác thải hoạt động người gây Tại Izrael nhà khoa học thành công việc ứng dụng georada để xác định vị trí hang động hệ thống đường hầm lòng đất, đồng thời đánh giá trạng chứa nước đường hầm Ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, công nghệ georada sử dụng việc giám định cơng trình xây dựng, tìm kiếm khảo cổ học, khảo sát móng cơng trình nghiên cứu cấu trúc địa chất thuỷ văn Tại Brazil, Mexico, Thuỵ Sỹ Tây Ban Nha, georada dùng công nghệ chủ đạo nghiên cứu xác định vị trí khảo cổ học đánh giá tác động ô nhiễm môi trường nước, môi trường đất phục vụ cho nghiên cứu địa kỹ thuật môi trường Tại Australia Nam Phi sử dụng có hiệu cơng nghệ georada nghiên cứu cấu tạo mỏ kim loại q mỏ khống sản thơng dụng khác, xác định xác bề dày tầng đất đá phủ bên thân quặng khảo sát địa chất thuỷ văn để tìm kiếm lăng kính bồn có chứa nước nhạt cấu tạo mỏ than Tình hình nghiên cứu nước Cơng nghệ georada bước triển khai Việt Nam nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế phát triển kinh tế xã hội phục vụ nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Từ năm 1998 đến nay, phòng Địa vật lý thuộc Viện Vật lý địa cầu bước triển khai nghiên cứu áp dụng công nghệ GPR tổ hợp phương pháp địa vật lý để giải nhiệm vụ địa chất cơng trình địa kỹ thuậtmơi trường (cấu trúc đê Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Bắc Ninh, Hưng Yên; cấu trúc số đập đất lớn miền Trung đập Yên Mỹ, Vực Mẫu, Kẻ Gỗ, Tiên Lang, La Ngà); khảo sát dự báo tượng trượt lở đất bờ sông Tiền địa bàn tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, thành phố Hồ Chí Minh bước đầu thu số kết thiết thực góp phần giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ môi trường Những cơng trình ứng dụng phương pháp georada Việt nam đáng ý gồm: - Phát tổ mối thân đê Trung tâm nghiên cứu phòng trừ mối (Viện Khoa học thuỷ lợi) Viện Vật lý Địa cầu - - - Nghiên cứu thành lập đồ cơng trình ngầm Hà Nội Khoa trắc địa, trường Đại học Mỏ-Địa chất - Nghiên cứu trạng dự báo sụt lở đất Cam Lộ (Quảng Trị) Liên đoàn Vật lý Địa chất - Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến địa chất cơng trình, trượt lở đất Viện Vật lý Địa cầu Do tiến không ngừng công nghệ nên hàng năm thiết bị georada cải tiến, nâng cấp phần cứng phần mềm, đồng thời phương pháp nghiên cứu phát triển cho thích ứng với mơi trường địa chất riêng biệt Đối với quốc gia phát triển Việt Nam việc nghiên cứu áp dụng cơng nghệ tiên tiến đòi hỏi tất yếu thực tiễn Chúng ta cần công nghệ georada để giải vấn đề địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn (nước ngầm tồn hang hốc đới nứt nẻ vùng núi đá, đá vơi…), tìm kiếm khống sản kim loại, điều tra tai biến địa chất… II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP GEORADA II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Nền tảng GPR nằm lý thuyết trường điện từ Lý thuyết trường điện từ mở rộng hai thể kỷ qua chủ đề nhiều cơng trình nghiên cứu GPR phần trường điện từ Các tín hiệu GPR sóng điện từ Phương trình Maxwell với việc mơ tả tốn học tính chất vật lý điện từ cộng với mối quan hệ tính chất vật liệu sở để mô tả định lượng tín hiệu GPR II.1 Phương trình Maxwell Về mặt tốn học, trường điện từ với đặc tính liên quan biểu diễn sau: E B D H J t t D = q B = Trong đó: E : Vector độ dài trường điện B: Vector mật độ dòng từ D: Vector dịch chuyển điện H: Cường độ trường từ J: Vector mật độ dịng điện q: Mật độ điện tích II.1.2 Tính chất vật lý nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada GPR nghiên cứu cấu trúc sâu việc truyền trường điện từ xuống lòng đất Trường điện từ (EM) biến đổi theo thời gian gồm hai thành phần: Điện trường (E) từ trường (H), trường điện từ gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Cách thức mà trường điện từ tác động đến chất liệu tự nhiên định cách thức lan truyền suy giảm sóng điện từ mơi trường - - Trong hầu hết ứng dụng địa chất, thuộc tính điện giữ vai trị quan trọng Sự biến đổi từ trường thường yếu Tuy nhiên đơi thuộc tính từ có ảnh hưởng đến hiệu ứng rada xuyên đất, người sử dụng cần phải nhận biết ảnh hưởng Các thuộc tính từ trường định đặc trưng lưu thơng hạt tích điện nguyên tử phân tử cân Một điện trường vật chất tăng lên theo chuyển động hạt tích điện (tức dịng điện ) Dòng điện phụ thuộc vào chất tự nhiên vật chất Có hai kiểu điện tích vật chất giới hạn tự do, tạo nên hai kiểu dòng điện điện dẫn phân cực Ở nêu qua hai kiểu khái niệm Dòng điện dẫn Dòng dẫn sinh điện tích tự chuyển động vật chất Sự chuyển động electron dây dẫn kim loại ví dụ dịng dẫn Trong kim loại, electron chuyển động xuyên qua matrận kim loại để vận chuyển điện tích từ điểm đến điểm khác Một chế đẫn điện chung khác chuyển động ion môi trường nước Cơ chế giữ vai trò quan trọng hầu hết ứng dụng rada xuyên đất Dòng dẫn tăng lên điện tích tự tăng đến tốc độ tối đa (gần tức thời) có điện trường E Các điện tích tự chuyển động suốt trình tồn điện trường; Khi điện trường E bị ngắt, điện tích giảm tốc độ di chuyển dừng hẳn Dòng phân cực Dòng phân cực kết hợp điện tích bị dịch chyển cưỡng khoảng cách giới hạn Khi có điện trường điện tích bền dịch chuyển theo hướng khác Sự chuyển dịch xảy gần sau dừng lại Trong q trình dịch chuyển phần lượng điện trường tryền sang lưu giữ vật chất Khi ngắt điện trường, điện tích dịch chuyển theo hướng ngược lại trở vị trí phân bố cân ban đầu lượng giải phóng Năng lượng nạp tụ điện giải phóng q trình đóng ngắt điện trường Khi có tác động điện trường dòng phân cực tăng lên tạo xếp mô men lưỡng cực vật chất Sự xếp điện tích mơ tả dạng mật độ momen lưỡng cực Việc tạo momen lưỡng cực phân bố vật chất liên quan đến trình nạp điện Dịng điện tích liên quan đến q trình nạp điện gọi dịng phân cực Dịng phân cực xác định theo cơng thức tốn học tỷ lệ với thời gian thay đổi mật độ momen lưỡng cực Việc tạo momen lưỡng cực phân bố vật chất liên quan đến trình nạp điện Dịng điện tích liên quan đến q trình nạp điện gọi dòng phân cực Dòng phân cực xác định theo cơng thức tốn học tỷ lệ với thời gian thay đổi mật độ momen lưỡng cực Hằng số điện môi Hằng số điện môi không không Ngay chân không -12 số điện môi ε0 khoảng 8.85*10 Giải thích cho tượng liên quan đến điện động lực học lượng tử không bàn sâu thêm Để thuận tiện, người ta thường dùng khái niệm số điện môi tương đối hay số điện môi K Như - - mô tả, số điện môi tương đối tỷ số số điện môi chất liệu số điện mơi chân khơng Dịng điện tổng Trong vật chất tự nhiên bất kỳ, dòng xuất có điện trường pha trộn dịng dẫn dòng phân cực Phụ thuộc vào tỷ lệ thay đổi điện trường mà dạng dòng dịng trội Về tốn học, dịng điện tổng bao gồm hai thành phần; Một phụ thuộc vào thân điện trường phụ thuộc vào tỷ lệ thay đổi điện trường Dòng phân cực lệch pha với dịng dẫn góc 90 Như ln có lệch pha dịng dẫn dòng phân cực, điều biểu thị việc thành phần phá vỡ cấu thành phần xếp lại cấu Thường thường có số tần số mà nó, dịng phân cực vượt trội hẳn so với dòng dẫn Với chất liệu bình thường có độ dẫn hệ số điện mơi số, tồn tần số chuyển tiếp ft mà dịng dịch chuyển dòng dẫn Trên tần số này, dòng phân cực trội hơn; tần số dòng dẫn trội Thực tế quan trọng bàn vấn đề truyền sóng điện từ Tần số xác định chế suy tổn hao quan trọng cho GPR Thuật ngữ suy giảm sử dụng rộng rãi lĩnh vực điện Độ dẫn số điện môi phụ thuộc vào tần số kích thích ln ln có biến đổi định Độ từ thẩm Độ từ thẩm liên quan đến đặc trưng điện tích bên cấu trúc vật chất Trong điều kiện bình thường, hạt tích điện, dạng nguyên tử, tập hợp thành phân tử, có thuộc tính học lượng tử gọi Spin Khi liên kết với tích điện hạt, Spin đưa đến việc hạt có momen lưỡng cực từ Khi electron chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử, chuyển động điện tích, tạo momen từ Hiểu tương tự cách đơn giản có điện tích giống phân bố cầu cầu quay Kết việc điện tích quay trịn tạo dịng vịng trịn nguồn gốc sinh lưỡng cực từ Các thuộc tính từ thuộc tính của việc chuyển động vịng trịn khép kín điện tích Độ từ thẩm đo mức độ mà momen lưỡng cực thành phần xếp dịch chuyển hướng chúng từ trạng thái bình thường có tác động trường từ bên ngồi Càng nhiều momen riêng rẽ xếp độ phân cực từ vật chất lớn Thuộc tính từ chất xác định mật mụ men lng cc t Các công thức bản: Vận tốc truyền sóng: v Bớc sóng: - 0.3 c (m/ns) Độ suy giảm : - λ fMHz