Nghiên cứu cấu trúc nông Đới Đứt gãy sông Đà tại vị trí chấn tâm trận Động Đất Ở mộc châu bằng phương pháp Ảnh Điện Đa cực

Nghiên cứu cấu trúc nông Đới Đứt gãy sông Đà tại vị trí chấn tâm trận Động Đất Ở mộc châu bằng phương pháp Ảnh Điện Đa cực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Tạ Văn Dũng

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NÔNG ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG ĐÀ TẠI VỊ TRÍ CHẤN TÂM TRẬN ĐỘNG ĐẤT Ở MỘC CHÂU

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN ĐA CỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Tạ Văn Dũng

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NÔNG ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG ĐÀ TẠI VỊ TRÍ CHẤN TÂM TRẬN ĐỘNG ĐẤT Ở MỘC CHÂU

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN ĐA CỰC

Chuyên nghành: Vật lý địa cầu Mã số: 8440130.06

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Vũ Đức Minh

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Đức Minh đã dìu dắt, hướng dẫn và tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho học viên trong suốt thời gian thực hiện luận văn Xin được gửi những lời tri ân chân thành nhất đến thầy

Xin cảm ơn Th.S Đinh Quốc Văn, cán bộ phòng Quan sát động đất - Viện Vật lý địa cầu có đề tài “Nghiên cứu đánh giá chi tiết mức độ hoạt động động đất và khả năng sinh chấn của các đứt gãy hoạt động vùng Tây Bắc, phục vụ vận hành an toàn bậc thang thủy điện sông Đà và phát triển kinh tế - xã hội trong vùng”, mã số: ĐTĐLCN.58/22 đã tạo điều kiện cho học viên được tham gia và có số liệu để thực hiện luận văn này

Học viên cũng xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Bá Duẩn cán bộ phòng Địa vật lý - Viện Vật lý địa cầu đã giúp đỡ học viên trong suốt quá trình thực địa và xử lý số liệu

Trong quá trình làm luận văn, học viên đã nhận được sự giúp đỡ của các anh chị trong phòng Địa vật lý, Viện Vật lý địa cầu, Bộ môn Vật lý Địa cầu - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã đóng góp những nhận xét, hỗ trợ cho học viên trong quá trình thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm cho luận văn này Những điều đó đã giúp học viên hoàn thiện luận văn một cách tốt hơn

Trân trọng!

Hà Nội, tháng 05 năm 2024

Học viên

Tạ Văn Dũng

DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ VI

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN ĐA CỰC 4

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 5

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 5

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 7

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN ĐA CỰC 9

2.1 Cơ sở của phương pháp 9

2.2 Thiết bị (máy móc, hệ cực đo) 10

2.2.1 Thiết bị 10

2.2.2 Hệ cực đo 13

2.3 File điều khiển và quy trình đo đạc 15

2.3.1 File điều khiển 15

KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

BTB - NĐN: Bắc Tây Bắc - Nam Đông Nam

GPS: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)ĐN: Đông Nam

MRI Method: Phương pháp ảnh điện đa cực (The Multi-electrode Resistivity Imaging Method)

TB: Tây Bắc TB - ĐN : Tây Bắc - Đông Nam

Bảng 1: Thông số kỹ thuật của thiết bị SuperSting R1/IP……… …11

Hình 2.1 Cấu hình hệ cực đo 4 điện cực 10

ình 2 2 hi t uper tin 56 - Mỹ) 11

ình 2 3 ơ đồ k t nối thi t b SuperSting R1/IP + 56 11

Hình 2.4 Một số hệ cực thường sử dụng tron phươn pháp hăm dò điện đa cực 14

ình 2 5 ơ đồ bố trí các điện cực trong khảo sát bằn phươn pháp hăm dò điện đa cực và v trí các điểm ghi số liệu trong giả mặt cắt điện trở suất 15

Hình 3.1 V trí khu vực nghiên cứu 26

ình 3 2 ơ đồ đ a chất khu vực nghiên cứu 27

Hình 3.3 V trí tuy n khảo sát trên bản đồ vệ tinh 30

ình 3 4 ơ đồ đo “cuốn chi u” của thi t b SuperSting R1/IP+56 31

Hình 3.5 Mô hình phát và truyền tín hiệu tron phươn pháp đo trắc đ a RTK sử dụng sóng mang UHF 32

Hình 3.6 Mô hình phát và truyền tín hiệu tron phươn pháp đo trắc đ a RTK sử dụn són điện thoại 3G, 4G, 5G 32

Hình 3.7 Số liệu trên toàn tuy n khi đo cuốn chi u 33

ình 3 8 Đặt các thông số trong Initial Setting 34

ình 3 9 Đặt thông số trong Resistivity Inverson 34

Hình 3.10 Loại bỏ nhiễu trong Data Misfit Histogram 35

Hình 3.11 Hiệu chỉnh thang màu 35

Hình 3.12 Số liệu đo đạc (trên), tính toán (giữa), xử lý dưới) tuy n ảnh điện qua chấn tâm 37

Hình 3.13 Đường cong hội tụ sau các vòng lặp 38

Hình 3.14 Biểu đồ tươn quan iữa số liệu đo và số liệu tính toán 38

Hình 3.15 Mặt cắt điện trở suất và mặt cắt đ a điện tuy n chấn tâm được minh giải trên phần mềm Surfer 15 40

MỞ ĐẦU Hoạt động kiến tạo dọc theo các đới đứt gãy trong vỏ trái đất là nguyên nhân

chính gây ra những trận động đất, theo thống kê trên thế giới có hơn 90% hoạt động động đất là do hoạt động kiến tạo Mối liên quan giữa động đất và đứt gãy ngày nay đã được thừa nhận rộng rãi trong các nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm của động đất [4, 5, 6, 8] Điều này được chứng minh bằng mối liên quan giữa các đặc trưng của chấn tiêu động đất như phương, thế nằm của mặt đứt đoạn, hướng dịch chuyển các cánh của đứt gãy và các yếu tố tương ứng của đứt gãy kiến tạo Do đó việc phân tích cấu trúc địa chất là một nhiệm vụ quan trọng trong việc tìm hiểu nguyên nhân phát sinh động đất

Theo số liệu quan trắc của Viện Vật lý địa cầu, trong những năm gần đây, hoạt động động đất ở khu vực Tây Bắc Việt Nam nói chung và khu vực bậc thang thủy điện sông Đà nói riêng có sự gia tăng về tần suất và cường độ Vào lúc 12 giờ 14 phút 51 giây (giờ Hà Nội) ngày 27 tháng 7 năm 2020, xảy ra trận động đất có độ lớn M = 5,3, tọa độ chấn tâm 20°55' độ vĩ Bắc, 104°42' độ kinh Đông, độ sâu chấn tiêu

Mộc Châu, tỉnh Sơn La Cấp độ rủi ro thiên tai vùng chấn tâm được Viện Vật lý địa cầu đánh giá là cấp IV, vùng rung động cấp VI-VII Trận động đất gây thiệt hại cho cơ sở hạ tầng ở khu vực nguồn và người ta cảm nhận được sự rung chuyển ở nhiều tòa nhà cao tầng trong thành phố xung quanh Nơi đây trong quá khứ đã từng xảy ra nhiều trận động đất mạnh gây thiệt hại về tài sản và các công trình xây dựng, trong đó có hai trận động đất mạnh nhất đã từng được biết đến là, động đất M= 6.8 năm

Điều đó làm dấy lên những lo ngại về mối nguy hiểm động đất và các tác động thứ cấp khác có thể tăng lên đối với các công trình xây dưng đang hiện hữu, cũng như các công trình mới sẽ xây dựng trong tương lai Chính vì vậy, việc tập trung trí tuệ của các nhà khoa học để nghiên cứu mức độ hoạt động, điều kiện phát sinh động đất ở khu vực Tây Bắc Việt Nam nói chung và khu vực bậc thang thủy điện sông Đà nói riêng là rất cần thiết và cấp bách Bắt đầu từ năm 2022, Viện Vật lý địa cầu được Bộ Khoa học và Công nghệ giao thực hiện đề tài Khoa học và Công nghệ cấp quốc gia “Nghiên cứu đánh giá chi tiết mức độ hoạt động động đất và khả năng sinh

chấn của các đứt gãy hoạt động vùng Tây Bắc, phục vụ vận hành an toàn bậc thang thủy điện sông Đà và phát triển kinh tế - xã hội trong vùng” được đặt ra với các mục tiêu như đánh giá chi tiết mức độ hoạt động động đất và làm rõ cơ chế phát sinh động đất của các đới đứt gãy hoạt động trong phạm vi lưu vực sông Đà và lân cân, đánh giá mức độ nguy hiểm động đất khu vực Tây Bắc Việt Nam Đề tài đã sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau như: Địa chấn, Địa chất - kiến tạo, Ảnh điện đa cực, Trọng lực,Từ Tellua, GPS, nhằm nghiên cứu cấu trúc kiến tạo, địa động lực của các đới đứt gãy hoạt động khu vực Tây Bắc Việt Nam phục vụ nghiên cứu đánh giá nguy hiểm động đất Trong đó phương pháp ảnh điện đa cực được sử dụng để nghiên cứu đới đứt gãy sông Đà tại khu vực Mộc Châu nơi phát sinh trận động đất có độ lớn M= 5,3 ngày 27/7/2020 Với phương pháp này, kết quả nghiên cứu có thể làm rõ được đặc trưng cấu trúc nông địa chất đới đứt gãy sông Đà tại khu vực xảy ra động đất mà các phương pháp địa vật lý khác khó có thể thực hiện được

Vì vậy, tác giả đã chọn đề tài luận văn “Nghiên cứu cấu trúc nông đới đứt

gãy sông Đà tại vị trí chấn tâm trận động đất ở Mộc Châu bằng phương pháp ảnh điện đa cực” vì tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học, thực tế của nó Nghiên cứu

này giúp cung cấp thông tin và hiểu rõ hơn về đặc trưng cấu trúc tầng nông của vùng nguồn phát sinh động đất khu vực xẩy ra trận động đất có M = 5,3 ngày 27/7/2022

Mục tiêu của luận văn:

Xác định đặc trưng cấu trúc địa chất tầng nông khu vực xảy ra trận động đất

có M = 5,3 tại Mộc Châu

Nội dung nghiên cứu:

- Khảo sát, đo ảnh điện 2D bằng phương pháp ảnh điện đa cực với thiết bị SuperSting R1/IP, tuyến đo vuông góc với đới đứt gãy sông Đà khu vực chấn tâm động đất M = 5,3 ở Mộc Châu

- Minh giải số liệu ảnh điện 2D để xác định đặc trưng cấu trúc địa chất tầng nông dọc theo tuyến đo ảnh điện 2D (xác định bề dày lớp phong hóa, bán phong hóa và mặt đá gốc, hướng cắm, vị trí và bề rộng phá hủy của đới đứt gãy này)

Ý nghĩa khoa học thực tiễn:

- Khẳng định được tính hiệu quả của phương pháp ảnh điện đa cực trong việc xác định cấu trúc địa chất

- Kết quả thu được sẽ góp phần vào việc xác định đặc điểm địa chất khu vực xảy ra động đất để tìm ra nguyên nhân sinh ra động đất

Cấu trúc luận văn

Mở đầu Chương 1: Tổng quan về công tác nghiên cứu đặc trưng cấu trúc nông bằng phương pháp ảnh điện đa cực

Chương 2: Giới thiệu phương pháp ảnh điện đa cực Chương 3: Kết quả áp dụng thực tế

Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NÔNG BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN ĐA CỰC

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân, việc nghiên cứu địa chất ở nước ta ngày càng đặt ra nhiệm vụ phong phú và phức tạp, không chỉ trên đất liền mà cả trên vùng biển rộng lớn Để giải quyết tốt các nhiệm vụ đặt ra, cần áp dụng có hiệu quả các thành tựu mới của khoa học công nghệ, trong đó có các phương pháp địa vật lý

Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ chế tạo máy (thiết bị ghi số, máy có độ ổn định và độ chính xác cao, …), cùng sự tiến bộ nhảy vọt của công nghệ tin học và xử lý số liệu (rời rạc hóa tín hiệu, tự động hóa quá trình xử lý trên máy tính, …) đã cho phép các phương pháp địa vật lý có những bước tiến mạnh mẽ Ngày nay, ngành địa vật lý không chỉ nghiên cứu hình thái cấu trúc địa chất (xác định các mặt ranh giới, các lát cắt, đứt gãy, đo vẽ bản đồ, …) mà còn có khả năng xác định bản chất môi trường (liên kết địa tầng, xác định thành phần thạch học, tướng đá, …) Ưu điểm của các phương pháp địa vật lý là có thể thu nhận thông tin về trường địa vật lý bằng các thiết bị hiện đại một cách nhanh chóng, có thể phát hiện và làm sáng tỏ các đối tượng nằm ẩn sâu trong lòng đất dưới lớp phủ dày mà trong những điều kiện phức tạp không thể nghiên cứu trực tiếp được; giảm giá thành chi phí, …

Ở nước ta, sử dụng phương pháp địa vật lý để giải quyết các nhiệm vụ địa chất được tiến hành từ nhiều năm trước và đã có những thành tựu đáng kể trong việc giải quyết các nhiệm vụ địa chất như đo vẽ bản đồ địa chất ở các tỷ lệ khác nhau, nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ trái đất, tìm kiếm khoáng sản (than, sắt, đồng, thiếc, chì, kẽm, vàng, kim loại quí hiếm, …), tìm kiếm dầu khí vùng thềm lục địa rộng lớn, tìm kiếm nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt và bảo vệ nguồn nước, giải quyết nhiệm vụ địa chất công trình xây dựng trên mặt và công trình ngầm, …

Các cấu trúc địa chất nông trước đây thường được khảo sát bằng phương pháp khoan với chi phí rất cao và rất khó tiến hành Ngày nay, các phương pháp khảo sát địa vật lý (như địa chấn, điện một chiều, phương pháp điện trường tự nhiên, điện từ, từ, …) ngày càng được áp dụng rộng rãi do có chi phí hợp lý và độ chính xác cao

Trong luận văn này, học viên sử dụng phương pháp ảnh điện đa cực electrode Resistivity Imaging method - MRI) để nghiên cứu cấu trúc nông của đứt gãy liên quan đến động đất (đặc trưng cấu trúc địa chất)

(Multi-Động đất xảy ra chính là kết quả của các vận động kiến tạo Để tìm hiểu rõ nguyên nhân, xác định vị trí phát sinh ra động đất thì cần sử dụng những phương pháp có thể đạt tới độ sâu vài km đến hàng chục km Tuy nhiên, việc nghiên cứu các cấu trúc tầng nông bằng phương pháp ảnh điện đa cực với thiết bị SuperSting R1/IP + 56 để xác định các phá hủy của đới đứt gãy trên bề mặt là rất có ý nghĩa trong việc nghiên cứu cấu trúc đứt gãy, từ đó có thể liên kết với kết quả xác định đứt gãy dưới sâu bằng các phương pháp địa vật lý khác ( Từ Tellua, Trọng lực, …)

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Năm 1996, tác giả Torleif Dahlin đã công bố báo cáo khoa học “Khảo sát điện trở suất 2D cho các ứng dụng môi trường và kỹ thuật” [12] Báo cáo mô tả quy trình khảo sát bằng phương pháp ảnh điện đa cực bao gồm thu thập số liệu, xử lý số liệu, diễn giải thông tin và áp dụng cho một số khu vực khảo sát ở Thụy Điển Kết quả cho thấy việc khảo sát bằng phương pháp ảnh điện đa cực có thể trở thành một công cụ tốt cho việc lập bản đồ địa chất, để sử dụng trong các ứng dụng địa kỹ thuật và môi trường, bao gồm cả lập bản đồ địa chất thủy văn Tác giả đã chỉ ra ưu điểm chính của phương pháp là độ nhạy tương đối nhỏ so với nhiễu Việc xử lý và giải đoán dữ liệu được thực hiện theo một số bước, có thể thay đổi tùy theo đặc tính khu vực được khảo sát và mục đích của cuộc khảo sát Tác giả nhận định rằng sử dụng phương pháp khảo sát điện trở 2D có thể sẽ còn được áp dụng trong nhiều ứng dụng vì các lý do hậu cần và chí phí Một số cấu hình 2D có thể được sử dụng để mô phỏng các mô hình 3D Trong tương lai, sự đảo ngược 3D của một số bộ dữ liệu 2D kết hợp có thể được mô hình hóa

Nghiên cứu “Cấu trúc nông của đứt gãy bề mặt trầm tích không cố kết từ tài liệu nhiều thang đo điện trở suất: Nghiên cứu trận động đất có độ lớn 6.5 Mw (theo thang mô men) ở miền trung nước Ý vào ngày 30 tháng 10 năm 2006” của tác giả

Fabio Villani [14] Trong nghiên cứu này tác giả đã sử dụng phương pháp khảo sát ảnh điện 2D đối với đứt gãy đã làm dịch chuyển bề mặt trầm tích phù sa (độ lệch trung bình xấp xỉ 0.05 m theo chiều dọc) trong khu vực có ranh giới đứt gãy liên quan đến trận động đất ngày 30 tháng 10 năm 2016 và thu được ba mặt cắt điện trở suất Từ kết quả này tác giả đá đánh giá được cấu trúc đứt gãy là một phần quan trọng gây ra khả năng thấm trong các trầm tích không cố kết trên bề mặt của những trận động đất

Năm 2017 Alexis Mojica đã công bố bài báo “Điện trở suất nông của đứt gãy Limón, lưu vực sông Chagres, kênh đào Panama” [10] Trọng tâm của nghiên cứu này là sử dụng phương pháp ảnh điện để nghiên cứu hình dạng phía tây nam của một trong những đứt gãy địa chất quan trọng nhất lưu vực kênh đào Panama Đứt gãy này được đặc trưng bởi sự xem kẽ của bazan andesitic tiền Đệ Tam với các trầm tích Đệ Tam đặc trưng của Oligocen muộn Trong vùng này tuyến ảnh điện trở suất 2D được tiến hành vuông góc với đứt gãy với mục tiêu là xác định độ sâu của ranh giới địa chất giữa trầm tích sét và trầm tích andestic Nghiên cứu này đã sử dụng 2 loại hệ cực là Wenner - Schlumberger và Dipole - Dipole Kết quả của nghiên cứu này cho thấy phương pháp thăm dò điện có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc đánh giá sơ bộ môi trường kiến tạo của một khu vực, các tuyến ảnh điện thực hiện trong khu vực này đã cho phép xác định rõ ràng ranh giới hay những vùng tiếp xúc giữa các yếu tố địa chất đặc trưng cho các hệ tầng địa chất khác nhau

Hay sự kết hợp của phương pháp địa chấn và phương pháp thăm dò điện được

San Ramon ở Santiago, Chile (33.5o S)” [13] Ở đây tác giả đã sử dụng phương pháp địa chấn và phương pháp thăm dò điện với hệ thống đứt gãy nằm ở dãy Andean miền trung Chile, là một cấu trúc hoạt động địa chất với các biểu hiện của nứt vỡ bề mặt phức tạp trên các đứt gãy dọc biên giới phía đông của thành phố Santiago Từ việc so sánh các quan sát địa vật lý và địa chất nhóm tác giả đã đánh giá mô hình cấu trúc dưới bề mặt ảnh hưởng đến lớp phủ trầm tích và nền đá Địa hình dọc theo các đứt gãy, điều này rất quan trọng để đánh giá các mô hình cấu trúc và nguy cơ địa chấn liên quan dọc theo các đứt gãy liên quan

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta việc sử dụng phương pháp ảnh điện đa cực được áp dụng trong các lĩnh vực khảo sát, thăm dò khoáng sản, tìm kiếm các nguồn nước dưới lòng đất và cũng được ứng dụng sang rất nhiều lĩnh vực khác như địa chất, địa chất công trình hay môi trường,

Năm 2011, Thạc sỹ Nguyễn Bá Duẩn và cộng sự đã công bố công trình “Nghiên cứu xác định nguyên nhân trượt lở khu vực cầu Móng Sến, tỉnh Lào Cai” [3] Nghiên cứu này nhằm xác định nguyên nhân trượt lở góp phần bổ sung các thông tin có ích, tích hợp với tài liệu địa chất để làm cơ sở khoa học cho các đề xuất giải pháp giúp xử lý trượt lở, phòng tránh và giảm nhẹ thiên tại khu vực cầu Móng Sến Ở đây tác giả đã sử dụng phương pháp ảnh điện đa cực trên thiết bị SuperSting R1/IP để khảo sát 6 tuyến cắt ngang các khối trượt từ đó đánh giá được nguy cơ cũng như xác định cung trượt trên các khối trượt đó

Năm 2014, tác giả Lương Văn Thọ đã công bố công trình “Ứng dụng phương pháp ảnh điện 2D trong khảo sát địa chất tại khu vực hồ Bàu Tràm - khu công

cứu thành phần địa chất tại khu vực ranh giới khu dân cư và hồ Bàu Tràm tại khu công nghiệp Hòa Khánh bằng phương pháp ảnh điện 2D Gần 189 điểm dữ liệu đã được thu thập trên tuyến đo dài 200 m theo hướng Bắc - Nam tại khu vực nghiên cứu Kết quả phân tích cho thấy ở độ sâu khoảng 10 m dọc theo tuyến đo tồn tại sự dịch chuyển nước ngầm có sự ô nhiễm bởi các chất điện phân, kim loại nặng từ hồ Bàu Tràm ra khu vực dân cư xung quanh Điều này cho thấy tại khu vực xung quanh hồ Bàu Tràm ở độ sâu từ 10 m đến 24 m tồn tại hệ thống các mạch nước ngầm dịch chuyển dưới mặt đất có khả năng tích tụ, lan truyền các độc chất có khả năng gây ô nhiễm môi trường đất

Đề tài nghiên cứu mã số 01/2021/ĐX “Đánh giá nguyên nhân phát sinh động đất ở Mường Tè ngày 16/6/2020 và đề xuất giải pháp giảm thiểu rủi ro liên quan” thuộc Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia, Bộ Khoa học Công nghệ đã được Viện Vật lý địa cầu triển khai thực hiện trong giai đoạn 2021-2022 Trong đề

tài này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện nhiệm vụ “Khảo sát, phân tích, xử lý số liệu đo đạc ảnh điện đa cực tại khu vực hệ thống đứt gãy sinh ra chuỗi động đất Mường Tè” Phương pháp ảnh điện đa cực đã được thực hiện để nghiên cứu, xác định bề mặt đá gốc, chiều dày lớp phủ dọc theo các tuyến đo ảnh điện đa cực Từ kết quả khảo sát ảnh điện đa cực 2D trên 4 tuyến đo bố trí trong khu vực nghiên cứu, các

phân chia tương ứng thành 4 lớp Kết quả khảo sát cho thấy khu vực nghiên cứu có cấu trúc địa chất phức tạp, các lớp địa chất có kết cấu yếu, dễ xảy ra hiện tượng hiệu ứng dao động nền

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN ĐA CỰC 2.1 Cơ sở của phương pháp

Phương pháp ảnh điện đa cực hay còn gọi phương pháp Thăm dò điện đa cực là phương pháp Địa Vật lý nghiên cứu cấu trúc vỏ trái đất thông qua trường điện sẵn có trong tự nhiên hoặc nhân tạo Tùy vào loại trường điện mà ta có các phương pháp điện trường tương ứng Dựa vào các tham số điện được sử dụng ta lại có các phương pháp điện khác nhau như: đo điện trở suất ta có phương pháp Thăm dò điện trở, đo hiệu điện thế trong tự nhiên ta có phương pháp Thăm dò điện trường tự nhiên, đo độ phân cực ta có phương pháp Phân cực kích thích

Cơ sở lý thuyết của phương pháp RMI dựa trên bài toán vật lý về mối quan hệ giữa sự phân bố mật độ dòng điện trong môi trường từ một nguồn điện phát vào môi trường đó với độ dẫn điện môi trường Nó được mô tả bằng phương trình toán học như sau:

div  x y z grad x y zI xx  yy  zz

Trong đó: Div, grad là các ký hiệu toán học (toán tử); σ là hàm số mô tả sự phân bố độ dẫn điện (trong thực tế thường dùng tham số điện trở suất là giá trị ngược của độ

dẫn ρ=1/σ đo ằn đơn v ôm mét - Ohmm) trong môi trường theo tọa độ x,y,z;

 là hàm điện thế mô tả sự phân bố điện thế trong môi trường theo tọa độ x,y,z;

I là cường độ dòng điện phát vào môi trường; δ là hàm Dirac mô tả tính chất phân bố nguồn điện trong môi trường ở tọa độ xs, ys ,zs:

Trong phương trình trên dòng I là nguồn phát chủ động luôn có cường độ xác định; giá trị điện thế  trong môi trường cũng xác định được bằng thiết bị đo trên thực địa Còn hàm phân bố độ dẫn điện của môi trường σ là điều ta cần biết có thể xác định được bằng cách giải phương trình trên khi đã biết các tham số I, 

Nguyên tắc chung của phương pháp MRI đó là sử dụng 4 điện cực: phát dòng (I) qua hai điện cực dòng C1 và C2 (dương và âm) và đo hiệu điện thế (Δ) qua hai cực thu P1 và P2 (Hình 2.1):

Hình 2.1 Cấu hình hệ cực đo 4 điện cực

Khi đó điện trở suất biểu kiến sẽ thu được là:

với Trong đó rC1P1, rC2P1, rC1P2 và rC2P2 là khoảng cách giữa các điện cực Hệ số K phụ thuộc vào cách bố trí các điện cực, được gọi là hệ số hình học hay hệ số thiết bị Như vậy, từ các phép đo Δ và I trên mặt đất và hệ số K, chúng ta xác định được điện trở suất của môi trường nửa không gian đồng nhất theo công thức trên

2.2 Thiết bị (máy móc, hệ cực đo)

2.2.1 Thiết bị

Thiết bị sử dụng đo ảnh điện đa cực là hệ thống SUPERSTING R1/IP + 56

của hãng AGI - Mỹ (Hình 2.2) Thiết bị gồm khối điều khiển, khối chuyển mạch, 8

cuộn cáp đa cực với khoảng cách giữa hai cực lớn nhất tới 20 m, 56 điện cực thép

không phân cực (8 cuộn x 7 take-out/cuộn = 56) và được kết nối như Hình 2.3 Đây

là bộ thiết bị đa cực ở Việt Nam có độ dài mở rộng tới 1100 m, độ sâu khảo sát tới 250 m

Hình 2.2 hi t bị SuperSting R1/IP +

56 (AGI - Mỹ)

Hình 2.3 ơ đồ k t nối thi t b SuperSting R1/IP + 56

Thiết bị SUPERSTING R1/IP + 56 có các chỉ tiêu kỹ thuật như bảng sau:

Bản : hôn số kỹ thuật của thi t uper tin

Chế độ đo Điện trở suất biểu kiến, trở kháng, trường điện tự nhiên

SP, phân cực kích thích IP

Độ phân giải phép đo Max 30 nV, phụ thuộc vào mức điện áp Cường độ dòng phát 1mA - 2A liên tục

Điện áp phát 800 Vp-p phụ thuộc vào cường độ dòng phát và điện trở

suất môi trường

Dòng phát đo IP

Mỗi phép đo, phát dòng +ON đo RO, sau đó tắt đo IP; phát dòng -ON đo RO, sau đó tắt đo IP lần nữa Hằng số thời gian là 0,5, 1, 2, 4, 8 s Mặc định là 0.5 s

Các chu kỳ đo IP 0,5, 1, 2, 4 và 8 s Bù SP Tự động khử điện áp SP trong quá trình đo điện trở suất Giá trị IP Độ phân cực miền thời gian (M), được đo ở 6 cửa sổ Đo lặp

Sau từng vòng lặp, giá trị trung bình được hiển thị Khi số đọc bị lỗi (bên dưới ngưỡng đặt) hoặc khi đã đủ số vòng lặp, máy sẽ tự động dừng

Thời gian đo lặp

Có thể chọn một trong các mức thời gian đo lặp: 0,2, 0.4, 0,8, 1,2, 3,6, 7,2 hay 14,4 s bằng bàn phím + 1,4 s là thời gian để thiết bị đảo mạch

Xử lý tín hiệu

Liên tục lấy trung bình sau từng vòng lặp Giá trị sai số nhiễu được tính toán và hiển thị dưới dạng % của số đọc Số đọc được hiển thị dưới dạng điện áp, dòng và điện trở suất biểu kiến (m) (được tính theo toạ độ hệ cực do người sử dụng định nghĩa)

Khử nhiễu

> 100 dB ở tần số f >20 Hz; > 120 dB ở tần số đường dây tải điện (16 2/3, 20, 50&60 Hz) đối với thời gian đo lặp ≥ 1,2 s

Độ chính xác

> 1% giá trị số đọc và phụ thuộc vào phông nhiễu và điện trở suất môi trường Thiết bị cũng tính toán và hiển thị độ chính xác trung bình của phép đo

Các cấu hình đo sâu Trở kháng, Schlumberger, Wenner, Dipole-Dipole,

Pole-Dipole, Pole-Pole, SP tuyệt đối và SP gradient

Lưu số liệu Tự động lưu trong bộ nhớ của máy Hiển thị số liệu

Điện trở suất biểu kiến (m), cường độ dòng (mA) và hiệu điện thế (mV) của từng phép đo được hiển thị và lưu cất trong bộ nhớ

Dung lượng bộ nhớ Bộ nhớ có thể chứa được hơn 24,468 phép đo ở chế độ

điện trở và 14,996 phép đo ở chế độ điện trở và IP

Đo 2D

Khảo sát với các hệ cực Dipole-Dipole, Pole-Dipole, Pole-Pole, Wenner và Schlumberger kể cả theo kiểu cuốn chiếu Ngoài ra nó có thể hoạt động với bất kỳ cấu hình nào do người dùng định nghĩa trong file lệnh Đo 1D Có thể sử dụng 4 cuộn tời để đo 1D thông thường Hiển thị Màn hình đồ hoạ LCD hiển thị được 16 dòng x 30

Hình 2.4 biểu diễn 5 loại hệ điện cực thường sử dụng trong phương pháp thăm

dò điện đa cực cùng hệ số hệ cực đo của chúng Gọi a là khoảng cách điện cực đơn vị (hai điện cực liên tiếp), n là hệ số mở rộng cự ly Dipole - Dipole, m là hệ số mở rộng độ dài Dipole - Dipole Ký hiệu “C” là điện cực dòng, “P” là điện cực thế, “.” là khoảng cách giữa hai điện cực liên tiếp a, “:” là độ dài Dipole - Dipole m.a; “-“ là

cự ly Dipole - Dipole n.a Với thiết bị đa cực do các điện cực thường được bố trí đều nhau trên tuyến nên các thông số hệ cực là số nguyên

Hình 2.4 Một số hệ cực thường sử dụng tron phươn pháp hăm dò điện đa cực Hình 2.5 là ví dụ sơ đồ bố trí các điện cực trong khảo sát ảnh điện 2D và vị trí

các điểm ghi số liệu trong giả mặt cắt điện trở suất với hệ cực Wenner có hệ thống

28 điện cực Khoảng cách giữa hai điện cực liền kề nhau là “a” Kết quả đo đạc

được biểu diễn dưới dạng giả mặt cắt điện trở suất 2D: trục nằm ngang là khoảng cách các điện cực trên tuyến; trục thẳng đứng là độ sâu khảo sát tương ứng với khoảng cách “a” và loại hệ điện cực sử dụng

Đầu tiên hệ thống sử dụng điện cực số 1 làm điện cực C1: phép đo thứ 1 sử

dụng khoảng cách hệ cực là “9a” (n=9) và C1, P1, P2 và C2 tương ứng là các cực 1,

10, 19 và 28; phép đo thứ 2 sử dụng khoảng hệ cực là “8a”(n=8) và C1, P1, P2 và C2tương ứng là các cực 1, 9, 17, và 25,…; cuối cừng là phép đo thứ 9 sử dụng khoảng

cách hệ cực là “1a” (n=1) và C1, P1, P2 và C2 tương ứng là các cực 1, 2, 3, và 4 Vì nmax = 9 nên chúng ta có 9 phép đo

Sau đó hệ thống sự dụng điện cực số 2 làm điện cực C1: phép đo thứ 10 sử

dụng khoảng cách hệ cực là “8a” (n=8) và C1, P1, P2 và C2 tương ứng là các cực số

2, 10, 18 và 26; phép đo thứ 2 sử dụng khoảng cách hệ cực là “7a” (n =7) và C1, P1, P2 và C2 tương ứng là các cực 2, 9, 16, 23, ; cuối cùng là phép đo thứ 17 sử dụng

khoảng cách hệ cực là “1a” (n =1) và C1, P1, P2 và C2 tương ứng là các cực 2, 3, 4 và 5 Vì nmax = 8 nên chúng ta có 8 phép đo Cứ tiếp tục như vậy cho đến khi điện cực số 25 làm điện cực C1 và phép đo cuối cùng là phép đo thứ 117

Số liệu sau khi đã thu thập ( giả mặt cắt điện trở suất) cùng với thông tin về bề mặt địa hình sẽ được đưa vào phần mềm nghịch đảo 2D chuyên dụng để tính toán ra sự phân bố điện trở suất thực của môi trường cần nghiên cứu

Hình 2.5 ơ đồ bố trí các điện cực trong khảo sát bằn phươn pháp hăm dò điện

đa cực và v trí các điểm ghi số liệu trong giả mặt cắt điện trở suất

2.3 File điều khiển và quy trình đo đạc

2.3.1 File điều khiển

Dưới đây là ví dụ một dạng file điều khiển được đưa vào trên máy đo SUPERSTING R1/IP, với hệ cực đo Schlumberger gồm 56 điện cực

;Automatically created command file :header

progID=first type=R arraytype=1 Binf=0 Ninf=0 MUX=1

:geometry 1,0.00,0.00 2,1.00,0.00 3,2.00,0.00 4,3.00,0.00 5,4.00,0.00 6,5.00,0.00 7,6.00,0.00 8,7.00,0.00 9,8.00,0.00 10,9.00,0.00 ……… 51,50.00,0.00 52,51.00,0.00 53,52.00,0.00 54,53.00,0.00 55,54.00,0.00 56,55.00,0.00

:commands ;A,B,P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9,channels 56,53,55,54,0,0,0,0,0,0,0,1

55,52,54,53,0,0,0,0,0,0,0,1 56,51,54,53,0,0,0,0,0,0,0,1 54,51,53,52,0,0,0,0,0,0,0,1 55,50,53,52,0,0,0,0,0,0,0,1 56,49,53,52,0,0,0,0,0,0,0,1 53,50,52,51,0,0,0,0,0,0,0,1

54,49,52,51,0,0,0,0,0,0,0,1 55,48,52,51,0,0,0,0,0,0,0,1 ……… 10,3,7,6,0,0,0,0,0,0,0,1 11,1,7,5,0,0,0,0,0,0,0,1 7,4,6,5,0,0,0,0,0,0,0,1 8,3,6,5,0,0,0,0,0,0,0,1 9,2,6,5,0,0,0,0,0,0,0,1 6,3,5,4,0,0,0,0,0,0,0,1 7,2,5,4,0,0,0,0,0,0,0,1 8,1,5,4,0,0,0,0,0,0,0,1 5,2,4,3,0,0,0,0,0,0,0,1 6,1,4,3,0,0,0,0,0,0,0,1 4,1,3,2,0,0,0,0,0,0,0,1 Trong đó:

Phần điều khiển đo với A,B là cực phát P1, P2 là cưc thu

Chanels là các kênh thu

2.3.2 Quy trình đo đạc

Tạo file điều khiển

Trước khi tạo file điều khiển đo chúng ta phải lựa chọn hệ cực, số cực và các thông số đo hợp lý cho hệ cực đó

Để tạo file điều khiển đo chúng ta sử dụng phần mềm Administrator for Supersting và bao gồm các bước sau:

Kích hoạt phần mềm Administrator for Supersting

Lựa chọn thiết bị đo là SuperSting R1/IP

Nhập số cực sử dụng

Lựa chọn hệ cực đo

Nhập các thông số của hệ cực như chiều sâu tối đa

Nhập tên file điều khiển và nhớ file

Truyền file điểu khiển vào máy đo SuperSting

Nối máy đó với máy tính bằng cổng serial (cổng COM1 trên máy SuperSting R1/IP)

Bật máy đo

Kích hoạt phần mềm Administrator for Supersting và bấm connect

Chọn Send new command trong phần mềm Administrator for Supersting và chọn file điều khiển đo rồi truyền sang bộ nhớ máy đo

Lắp máy và kiểm tra trước khi đo

Sau khi cắm cực và nối máy chúng ta phải kiểm tra trước khi đo (lưu ý số cực cắm và số cực trong file điều khiển phải giống nhau, nếu số cực khác nhau máy sẽ không làm việc)

Với máy SuperSting R1/IP có 3 chế độ kiểm tra: Kiểm tra điện trở tiếp xúc, relay và switch

Kiểm tra điện trở tiếp xúc: kiểm tra này là bắt buộc đối với mỗi tuyến đo Máy kiểm tra điện trở giữa 2 cực liên tiếp trong hệ cực và các giá trị này được hiển thị trên máy Nếu có giá trị nào cao đột biến ta phải kiểm tra lại điện cực nếu giá trị điện cực đó vẫn cao thì ta có thể đổ nước muối vào mỗi điện cực đó Kiểm tra trở tiếp xúc bao gồm các bước sau:

1 Từ menu chính nhấn phím 3 chọn TEST MODE 2 Nhấn phím 1 chọn Contact resistance test

3 Ấn 1 chọn cực đầu tiên cần kiểm tra 4 Ấn 2 chọn cực cuối cùng cần kiểm tra 5 Ấn F1 để bắt đầu kiểm tra

Kiểm tra relay và switch: 2 kiểm tra này để kiểm tra phần cứng của thiết bị nên chúng ta chỉ cần kiểm tra 1 lần trong đợt công tác và được tiến hành ngay sau khi lắp đặt xong máy Bao gồm các bước giống như kiểm tra điện trở tiếp xúc nhưng ở bước 2 chúng ta ấn phím 2 cho switch test và 3 cho relay test Nếu nhận thấy cực nào có lỗi thì chúng ta phải làm các bước sau: