xây dựng bản đồ điện trở suất của đất đá trầm tích tỉnh tiền giang bằng công nghệ gis - ncs

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, nhằm gia tăng khả năng ứng dụng của số liệu ño sâu ñiện, công nghệ GIS ñược ứng dụng ñể xây dựng nên một cơ sở dữ liệu kh

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết

Từ thập niên 1980, nhiều ñề tài nghiên cứu ñịa chất ñã triển khai trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang [4],[16],[17] Thập niên 1990, các phương án ño ñịa vật lý thăm dò nước ngầm ñược thực hiện [10],[11], với 800 ñiểm ño sâu ñiện trải dọc theo các tuyến giao thông chính của tỉnh Các số liệu ñược lưu trữ bằng tài liệu giấy, hạn chế tái sử dụng Như vậy về mặt khoa học, số liệu ñiện trở suất chưa ñược tận dụng hết công suất Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, nhằm gia tăng khả năng ứng dụng của số liệu ño sâu ñiện, công nghệ GIS ñược ứng dụng ñể xây dựng nên một cơ sở

dữ liệu không gian (geodatabase), hình thành nên các lớp bản ñồ ñiện trở suất theo từng tầng ñịa chất tương ứng Dữ liệu ñiện trở suất dễ dàng thêm mới, cập nhật, phân tích, truy vấn trên máy tính, phục vụ tối ưu cho các mục ñích nghiên cứu khoa học và ứng dụng lâu dài trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang Trong ñiều kiện phát triển kinh tế xã hội tỉnh Tiền Giang hiện nay, vấn ñề quy hoạch phát triển KT-XH của tỉnh rất cần có nguồn dữ liệu về các diễn biến tài nguyên thiên nhiên, ñể từ ñó xây dựng ñịnh hướng quy hoạch khai thác một cách bền vững, có kiểm soát và ñược giám sát chặt chẽ, nhằm quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, ñi ñôi với bảo vệ môi trường ngày càng tốt hơn Song song, các hoạt ñộng công nghiệp hóa, sự gia tăng dân số, quá trình mở rộng ñô thị kéo theo nhu cầu gia tăng xây dựng nhà cửa, kết cấu hạ tầng, ðiều ñó ñòi hỏi cần làm rõ cấu trúc ñịa chất, tiềm năng nước dưới ñất, sự phân bố các vùng ñất yếu phục vụ cho việc quy hoạch khai thác nước dưới ñất, xây dựng công trình, Với ý nghĩa

ñó, việc xây dựng bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá các lớp ñịa chất trầm tích nhằm góp phần minh giải một cách ñầy ñủ ñặc ñiểm ñịa chất trầm tích tỉnh Tiền Giang là một việc làm cần thiết Qua các bài toán ứng dụng về phân vùng mặn nhạt nước dưới ñất, cấu trúc phân lớp ñịa chất trầm tích phục vụ xây dựng công trình trên cơ sở phân tích bản ñồ ñiện trở suất sẽ giúp cho

các cơ quan quản lý, các ñơn vị chuyên môn tại ñịa phương có cơ sở khoa học ñầy ñủ hơn ñể hoạch ñịnh chiến lược khai thác tài nguyên một cách tối

ưu

2 Mục tiêu: Mục tiêu của luận án là thu thập các số liệu ño sâu ñiện ñã có

trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang, hình thành CSDL ñiện trở suất và mục tiêu chính yếu là xây dựng các lớp bản ñồ ñiện trở suất ñất ñá trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng công nghệ GIS

3 ðối tượng, phạm vi nghiên cứu

ðối tượng: ðất ñá trầm tích bảy tầng ñịa chất: Holocen, Pleistocen trên, Pleistocen giữa trên, Pleistocen dưới, Pliocen trên, Pliocen dưới, Miocen trên ðịa bàn nghiên cứu: tỉnh Tiền Giang

4 Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu

Nguồn tài liệu trong luận án này ñược thu thập từ các phương án ño sâu ñiện của các ñề tài cấp tỉnh về khảo sát, thăm dò nước ngầm, cùng với các nguồn tài liệu ñiều tra cơ bản, khảo sát ñịa chất thủy văn, ñịa chất công trình, ño carota giếng khoan do các ñơn vị như ðoàn ðịa chất thủy văn – ðCCT 803, Viện Quy hoạch thủy lợi Nam bộ, Phân viện ðịa lý TP HCM, triển khai từ năm 1984 ñến nay Ngoài ra, luận án cũng thực hiện

ño sâu ñiện bổ sung 300 ñiểm

Các phương pháp ñược áp dụng:

- Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp tài liệu,

- Phương pháp ño sâu ñiện; Phân tích tự ñộng ñường cong ño sâu ñiện,

- Phương pháp phân tích GIS,

- Phương pháp nội suy Kriging

Ngoài ra, CSDL của luận án ñược xây dựng theo cách tiếp cận mô hình Geodatabase; Chương trình ứng dụng xây dựng bản ñồ ñiện trở suất ñược lập trình bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic.Net, thực hiện trên nền ArcGIS 9.3; Các phần mềm máy tính khác cũng ñuợc sử dụng như: Excel, MapInfo, Surfer 4.3, Surfer 9.1

5 Những ñóng góp mới của luận án

- Xây dựng cơ sở dữ liệu điện trở suất các tầng địa chất trầm tích tỉnh Tiền Giang phục vụ cho các bài tốn phân tích khơng gian liên quan

- Hình thành chương trình ứng dụng khai thác CSDL, thực hiện các thuật tốn nội suy thành lập các bản đồ điện trở suất theo các tầng địa chất

- Xây dựng bản đồ điện trở suất của đất đá bảy tầng địa chất trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng cơng nghệ GIS

Kết quả của việc xây dựng bản đồ điện trở suất được ứng dụng để giải đốn hai bài tốn: Phân vùng mặn nhạt nước dưới đất tỉnh Tiền Giang và Xây dựng mơ hình cấu trúc phân lớp địa chất theo tuyến phục vụ xây dựng cơng trình tại huyện Cai Lậy, là huyện trọng điểm của tỉnh

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đa ngành; Phục vụ cho việc nghiên cứu của các ngành khác; Giảng dạy

6.2 Ý nghĩa thực tiễn: Luận án thực hiện 2 bài tốn ứng dụng: Xác định vùng phân bố mặn nhạt các tầng chứa nước dưới đất và Xây dựng mơ hình cấu trúc phân lớp địa chất phục vụ xây dựng cơng trình Ngồi ra bản đồ điện trở suất của đất đá trầm tích cịn được ứng dụng trong các lĩnh vực: nơng nghiệp, điện lực, viễn thơng, …

7 Cấu trúc luận án

Luận án gồm 163 trang thuyết minh, 78 hình, 19 bảng, 12 bản đồ, 02 trang liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu của nghiên cứu sinh, 05 trang tài liệu tham khảo Nội dung ngồi phần mở đầu và phần kết luận, luận án cịn phân thành 3 phần, 5 chương: Phần 1: Tổng quan gồm 2 chương (1) Tổng quan về cơ sớ lý thuyết và các nghiên cứu cĩ liên quan (2) ðặc điểm

tự nhiên; Phần 2: Xây dựng bản đồ điện trở suất gồm 2 chương (3) Phân tích xử lý số liệu đo sâu điện (4) Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ điện trở suất; Phần 3: Kết quả - Ứng dụng gồm 1 chương (5) Kết quả và bài tốn ứng dụng

Chương 1: Tổng quan cơ sở lý thuyết và các nghiên cứu có liên quan 1.1 Cơ sở lý thuyết

1.1.1 ðiện trở suất

1.1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñiện trở suất của vật liệu ñịa chất:

Các yếu tố ảnh hưởng lên ñiện trở suất của vật liệu ñịa chất, bao gồm: Thành phần khoáng vật; ðộ rỗng và ñộ chứa nước; ðộ ẩm; ðộ khoáng hoá của nước ngầm; Kiến trúc bên trong; Nhiệt ñộ và áp suất

1.1.1.2 Xác ñịnh giá trị ñiện trở suất bằng phương pháp ño sâu ñiện

ðiện trở suất biểu kiến ρañược tính theo công thức:

∆

=

a

U k I

1.1.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS)

1.1.2.1 Mô hình dữ liệu GIS: Dữ liệu không gian ñược biểu diễn theo mô hình vector hoặc mô hình raster

1.1.2.2 Xử lý dữ liệu GIS: gồm 3 nhóm chức năng chính: Xử lý dữ liệu không gian, Xử lý dữ liệu thuộc tính, Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc

tính

1.2 Các nghiên cứu có liên quan

Trong luận án nêu đầy đủ các nghiên cứu về địa chất, địa vật lý đã triển khai trên địa bàn tỉnh Tiền Giang và các ứng dụng GIS cĩ liên quan

1.2.1 Các vấn đề cịn tồn tại trong các nghiên cứu trước đây:

- Tài liệu địa chất, địa vật lý được lưu trữ bằng tài liệu giấy; bản đồ được đo

vẽ, trình bày bằng các phương pháp thủ cơng, truyền thống

- Các nghiên cứu GIS trong lĩnh vực địa chất, địa vật lý chỉ mới được ứng dụng cho việc xây dựng bản đồ số hoặc hỗ trợ hiển thị kết quả của các cơng trình đơn lẻ

- Việc lựa chọn giá trị điện trở suất đo sâu điện để giải đốn ranh mặn nhạt của các tầng chứa nước dưới đất trên địa bàn nghiên cứu, chỉ được thực hiện bằng phương pháp so sánh tham số giữa độ tổng khống hĩa nước dưới đất với giá trị điện trở suất đo sâu điện gần giếng khoan ðCTV nên tính thuyết phục chưa cao

1.2.2 Những nội dung chính cần nghiên cứu:

- Xây dựng quy trình tích hợp phương pháp đo sâu điện và phương pháp phân tích GIS để xây dựng bản đồ điện trở suất

- Xây dựng các lớp bản đồ điện trở suất của đất đá 7 tầng địa chất trầm tích tỉnh Tiền Giang Trong đĩ, bao gồm các nội dung:

+ Xây dựng CSDL (geodatabase) điện trở suất đất đá trầm tích

+ Xây dựng chương trình ứng dụng máy tính cĩ chức năng thêm mới, cập nhật dữ liệu đo sâu điện, đồng thời thực hiện các tác vụ phân tích, nội suy thành lập bản đồ điện trở suất

- Ứng dụng bản đồ điện trở suất để thực hiện hai bài tốn ứng dụng:

+ Phân vùng mặn nhạt nước dưới đất tỉnh Tiền Giang: xây dựng hàm tương quan và xác định tiêu chuẩn của giá trị điện trở suất đo sâu điện tương quan với

độ tổng khống hố nước dưới đất M≈1000mg/l Xác định vùng phân bố mặn nhạt của các tầng chứa nước dưới đất n21, n22, n13

+ Xây dựng mơ hình cấu trúc phân lớp địa chất phục vụ xây dựng cơng trình

Chương 2: đặc ựiểm tự nhiên

Tỉnh Tiền Giang nằm về phắa đông Bắc ựồng bằng Sông Cửu Long, nằm trong vùng kinh tế trọng ựiểm phắa Nam; trải dài trên bờ Bắc Sông Tiền với chiều dài trên 120 km Về ranh giới hành chắnh: Phắa đông giáp biển đông; phắa Tây giáp tỉnh đồng Tháp; phắa Nam giáp tỉnh Bến Tre, Vĩnh Long; phắa Bắc và đông Bắc giáp tỉnh Long An và TP.Hồ Chắ Minh Diện tắch tự nhiên toàn tỉnh 2.484,2 km2, chiếm khoảng 6% diện tắch đBSC Tiền Giang có 10 ựơn vị hành chắnh: 1 thành phố (thành phố Mỹ Tho), 1 thị xã (thị xã Gò Công) và 8 huyện (Cái Bè, Cai Lậy, Châu Thành, Tân Phước, Chợ Gạo, Gò Công Tây, Gò Công đông, Tân Phú đông); với 169 ựơn vị hành chắnh cấp xã (7 thị trấn, 16 phường, 146 xã) Tỉnh Tiền Giang có ựịa hình bằng phẳng, với ựộ dốc nhỏ hơn 1% và cao trình biến thiên từ 0,4-1,8

m so với mặt nước biển, phổ biến từ 0,8-1,1 m

địa chất trầm tắch: toàn bộ Tiền Giang ựược tạo thành bởi các trầm tắch sông biển hỗn hợp hoặc sông ựầm lầy và biển ựầm lầy trẻ (tuổi Holocen), dấu ấn của quá trình biển lùi ựể lại các cung giồng cát phân bố ở huyện Châu Thành, Chợ Gạo, Gò Công đặc biệt là quá trình hình thành ựồng bằng phù sa rộng lớn chạy dọc ven sông Tiền và ựồng bằng ven biển cửa sông ở Gò Công giàu vi lượng, tỷ lệ sét cao

Nước ngầm ở Tiền Giang có 7 tầng chứa nước từ trên xuống Trong ựó có 3 tầng chứa nước có gắa trị công nghiệp, sinh hoạt là trầm tắch cát hạt mịn tuổi Pliocen trên có ựộ sâu 200 Ờ 300 m, trong trầm tắch cát hạt nhỏ trung tuổi Pliocen dưới sâu 300 Ờ 400 m và trong trầm tắch cát hạt mịn tuổi Miocen thường sâu 350 Ờ >400 m

Chương 3: Phân tích - Xử lý tài liệu ño sâu ñiện

3.1 Phân tích ñường cong ño sâu ñiện

ðể xác ñịnh các thông số ñiện trở suất, bề dày của các lớp ñịa chất, ñầu tiên tiến hành phân tích ñường cong ño sâu ñiện tại vị trí ñiểm ño có lỗ khoan ñịa chất

Hình 3.8 Phân tích ñường cong ño sâu ñiện

Bản ñồ 3.1 Bản ñồ phân bố ñiểm ño sâu ñiện

3.2 Mặt cắt ñiện trở suất: Kết quả phân tích từng ñiểm ño kết nối thành

tuyến Mặt cắt ñiện trở suất ñược hình thành theo từng tuyến ño và ñược ñối chiếu với tài liệu carota lỗ khoan, cột ñịa tầng của các giếng khoan nước dưới ñất trên tuyến

Hình 3.8 Phân tích ñường cong ño sâu ñiện

Hình 3.10 Mặt cắt ñiện trở suất tuyến 1

Luận án trình bày 6 mặt cắt ựiện trở suất theo 6 tuyến ựo sâu ựiện, qua ựó biểu hiện khá toàn diện sự biến ựổi giá trị ựiện trở suất của ựất ựá trầm tắch theo chiều sâu của vùng nghiên cứu Báo cáo tóm tắt này minh hoạ mặt cắt ựiện trở suất tuyến 1, tuyến ựo ựược bố trắ theo hướng Tây-đông, là tuyến xương sống của tỉnh, chạy dọc theo ựường giao thông chắnh ựi qua gần như toàn bộ các huyện thị thành, hiện diện ựủ các thành phần ựịa chất trầm tắch trên ựịa bàn tỉnh Tiền Giang

- Ở ựộ sâu lớn hơn (450 Ờ 500)m là ựất ựá kết tinh (Mz), điện trở suất trên

70 Ωm Hiện tầng này chưa có tài liệu nghiên cứu ựầy ựủ về thành phần ựịa chất, cũng như các thông số liên quan

- Nằm bất chỉnh hợp bên trên (Mz), từ ựộ sâu (360 Ờ 400)m là trầm tắch Miocen (N13).Tầng (N13) này phân bố trên toàn tuyến khảo sát Tuyến này

có 2 vùng phân biệt theo giá trị ựiện trở suất: vùng phù sa sông và vùng ven biển, vùng các huyện phắa Tây và trung tâm tỉnh có ựiện trở suất >= 15Ωm, trong khi ựó các huyện phắa ựông: Gò Công Tây, TX Gò Công từ ựiểm ựo TK-15 ựến cuối tuyến, ựiện trở suất xuống thấp <8Ωm Thành phần thạch học chủ yếu là sét, sét bột, cát bột, cát hạt trung ựến thô lẫn sạn

- Chuyển tiếp lên trên tới ựộ sâu (270 Ờ 300)m là trầm tắch Pliocen dưới (N21) Trầm tắch (N21) phân bố trên toàn tuyến Tuyến này ựiện trở suất phổ biến trong khoảng (12 Ờ 20)Ωm ở vùng các huyện phắa Tây và trung tâm, vùng các huyện phắa ựông từ vị trắ ựiểm ựo TK-12 ựến cuối tuyến có ựiện trở suất thấp <8Ωm Thành phần thạch học là sét, sét bột, cát hạt trung, thô lẫn sạn sỏi, thạch anh, silic

- Chuyển tiếp lên trên ựến ựộ sâu (150 - 190)m là trầm tắch Pliocen trên (N22) phân bố trên toàn tuyến điện trở suất thay ựổi mang tắnh cục bộ theo các khu vực nhỏ, rời rạc như tại xã Tân Thanh (Cái Bè), Tân Hội (Cai Lậy), một phần xã điềm Hy (Châu Thành) có ựiện trở suất <10Ωm, các xã thuộc các huyện phắa tây và trung tâm có ựiện trở suất cao hơn (8 Ờ 15)Ωm Riêng huyện phắa ựông như Gò Công Tây, TX Gò Công có ựiện trở suất

thay ựổi trong khoảng (2-10)Ωm Thành phần thạch học chủ yếu là sét, sét bột, cát hạt trung, thô lẫn sạn sỏi

- Lên tiếp ựến ựộ sâu (50-70)m là trầm tắch Pleistocen (Q1) phân bố trên toàn tuyến điện trở suất thay ựổi khá cục bộ ở các huyện phắa tây có nơi

có ựiện trở suất thấp (4 Ờ 8)Ωm tại các ựiểm ựo thuộc xã Tân Thanh, Tân Hội, điềm Hy, có nơi ựiện trở suất cao hơn (10 Ờ 15) Ωm ở các xã còn lại Riêng ựịa bàn từ xã đạo Thạnh (TP Mỹ Tho chuyển về các huyện phắa ựông ựến cuối tuyến ựo ựiện trở suất xuống thấp từ 8 Ωm xuống thấp ựến 2Ωm Thành phần chủ yếu là bột sét chứa kết vón oxyt sắt, hoặc lẫn sạn laterit, cát hạt trung ựến thô

- Trên cùng là trầm tắch Hôlocen (Q 2) Lớp này tương ứng với ựới trầm tắch bở rời tơi xốp, ựộ ẩm cao phủ trên bề mặt; điện trở suất lớp này thay ựổi khá phức tạp có nơi ựiện trở suất từ 1 - 2Ωm (ựất nhiễm mặn phèn), có nơi vượt hơn 40Ωm (ựất ựắp, phù sa bãi bồi) Thành phần ựất ựá chủ yếu là sét bột, bột sét, sét bùn lẫn xác thực vật, ựôi khi là cát hạt mịn ựến trung

3.3 Tập số liệu ựiện trở suất: Kết quả phân tắch, chọn lọc 1000 ựiểm ựo

sâu ựiện phân bố với hơn 20 tuyến ựo chạy dọc theo hướng Tây-đông, Nam hình thành nên một tập số liệu ựiện trở suất vùng nghiên cứu Kết quả cho thấy: giá trị ựiện trở suất thay ựổi theo chiều sâu, biểu hiện ựược sự phân lớp theo 7 tầng ựịa chất trầm tắch, thứ tự từ trên xuống dưới: trầm tắch Holocen (Q2), trầm tắch Pleistocen trên (Q13), trầm tắch Pleistocen giữa - trên (Q12-3), trầm tắch Pleistocen dưới (Q11), trầm tắch Pliocen trên (N22), trầm tắch Pliocen dưới (N21), trầm tắch Miocen trên (N13); kết quả phân tắch số liệu theo tuyến cho thấy giá trị ựiện trở suất cũng có sự khác biệt theo phương ngang, giữa các ựịa bàn có ựặc ựiểm ựiều kiện tự nhiên khác nhau như: vùng ven biển (vùng 1), vùng trung tâm (vùng 2), vùng ven sông Tiền và vùng bồn trũng đTM (vùng 3)

Bắc-Chương 4: Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản ñồ ñiện trở suất

Chương 4: Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản ñồ ñiện trở suất

Trong chương này, Công nghệ GIS ñược ứng dụng ñể xây dựng nên một cơ

sở dữ liệu (geodatabase) ñiện trở suất, hình thành chương trình ứng dụng tự ñộng hoá xây dựng bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá trầm tích vùng nghiên cứu Khi ñó, thực hiện thao tác click chọn bất kỳ một vị trí nào trên bản ñồ ñiện trở suất, kết quả nội suy sẽ cho một giá trị ñiện trở suất tại vị trí ñó

4.1 Phương pháp nội suy Kriging

ðối với bài toán xây dựng các bề mặt phân bố dữ liệu có xem xét ñến mối quan hệ giữa sự biến ñộng của dữ liệu và vị trí của chúng trong không gian, thì phương pháp Kriging là một phương pháp tối ưu trong GIS ñể giải quyết các

yêu cầu của bài toán nội suy Kriging là phương pháp thống kê không gian

(geostatistics), bằng cách sử dụng các giá trị ñược biết ñến (ñiểm mẫu) và semivariogram (dựa trên sự phân bố không gian của các ñiểm mẫu) ñể xác ñịnh giá trị không rõ [42]