VẬT lý địa CHẤN tham do dien

•Mục tiêu của phương pháp thăm dị điện là xác định sự phân bố tính chất điện trở suất của mơi trường bên dưới mặt đất bằng cách thực hiện các phép đo đạc trên mặt đất.. Điện trở suất của

PH ƯƠ NG PHÁP THĂM DÒ ĐỊA ĐIỆN

•Mục tiêu của phương pháp thăm dị điện là xác định sự phân

bố tính chất điện trở suất của mơi trường bên dưới mặt đất bằng cách thực hiện các phép đo đạc trên mặt đất Từ các giá trị đo đạc này, cĩ thể đánh giá được sự phân bố tính chất điện trở suất của mơi trường bên dưới mặt đất Điện trở suất của mơi trường liên hệ khá chặt chẽ với các tham số địa chất khác nhau như: đặc điểm khống sản ,hàm lượng các chất lỏng, độ xốp, độ bảo hồ nước trong đá…Phương pháp thăm dị điện trở suất đã được thực hiện khá lâu đời và được ứng dụng một cách rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa chất thuỷ văn khảo sát tìm kiếm khống sản, khảo sát địa kỹ thuật,

và đặc biệt là gần đây được sử dụng trong lĩnh vực mơi trường

1 MỤC ĐÍCH và NHIỆM VỤ

2 Cơ sở vật lý của phương pháp

Nghiên cứu sự khác biệt các tính chất về điện của đất đá

và sự phụ thuộc của trường điện từ vào tính chất ấy Dáng điệu và tính chất của trường điện từ trong đất đá được quyết định bởi nguồn gây ra trường và tính chất điện từ của đất đá Đối với một loại đất đá bất kỳ, các tính chất điện từ là sự phản ánh định lượng khách quan thành phần khoáng vật, thạch học và điều kiện thế nằm của chúng,

ρ

a

Hình 1.2: Mô hình điện cực cầu

Định luật vật lý căn bản được

sử dụng trong khảo sát điện trở

suất là định luật Ohm chi phối

sự truyền dẫn dịng điện trong

mơi trường Phương trình của

định luật Ohm ở dạng vector

cho dịng điện dẫn trong mơi

trường liên tục như sau:

l

I l

Do đó:

l

l r

U gradU

j

δ

δ ρ ρ

1 1

l U U

π

ρ

4

) ( )

(

2

4 l

I j

π

=

(1.2)

) 1 1

1 1

BM AM

K

1 1

1 1

1

2 π

2.1 Mô hình thăm dò điện

Nguồn điện

Vôn kế v

Mặt cắt (máy in)

Giá trị cường độ

hiệu điện thế

Số liệu 

Dòng điện

I

U k

b

∆

=

ρ

Hệ cực đo Wenner a

Hệ cực đo Schlumberger o

L = AB: Khoảng cách hai cực phát

a = MN: Khoảng cách hai cực thu

o : Điểm lấy giá trị đo

3 Phương pháp ảnh điện

• phương trình cơ bản phương pháp sử dụng:

• (J T J + uF)d = J T g

• Với :

• F = fxfx T + fzfz T

• fx: bộ lọc tuyến tính theo phương nằm ngang

• fz: bộ lọc tuyến tính theo phương thẳng đứng

• J: ma trận chứa đạo hàm từng phần

• u: hệ số suy giảm

• d: véctơ trạng thái.

• g: véctơ nghịch đảo.

• Phương pháp Quasi-Newton cho phép hệ số suy giảm và giá trị bộ lọc tuyến tính có thể thay đổi

∀ ∆ yi : Giá trị biến đổi mô hình giữa hai lần lặp.

3.1 Phương pháp đo đạc

3.2 Tính toán và giải đoán

ρ ρ = 1 Ω m

ρ = 10 Ω m

ρ = 50 Ω m

Vị trí khu vực khảo sát

Bố trí tuyến đo tại Hà Tiên –Kiên Lương

Kết quả giải đoán

Bản đồ đẳng sâu

Mặt móng Hà Tiên Kiên Lương 3D

Tuyến đo điện 1

Tuyến đo điện 2

Tuyến đo điện 3

Bố Trí điểm tuyến đo

tại Sa Đéc

Tuyến 2

Giá trị đo đạc

Giá trị tính toán

Kết quả minh giải

Hình 3.18.Kết quả minh giải bằng phương pháp mặt cắt điện tại tuyến 2

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP THĂM

DÒ ĐIỆN PHỔ BIẾN

1 Các phương pháp sử dụng điện trường dừng:

1a Phương pháp đo sâu điện

1b Phương pháp đo mặt cắt điện

1c Phương pháp đo điện trường tự nhiên

1d Phương pháp đo phân cực kích thích

2 Các phương phương pháp sử dụng điện trường

biến đổi:

2a Phương pháp thăm dò từ tellua

2b Phương pháp thăm dò điện tần số cao

2c Phương pháp thăm dò điện tần số thấp

4.1 Phương pháp đo sâu điện

• Nhiệm vụ của phương pháp là xác định các

yếu tố hình học và tham số điện của các lớp

đất đá theo mô hình môi trường phân lớp

song song

• Thiết bị đo đạc : thiết bị bốn cực đối xứng (dùng nghiên cứu các vỉa dày), thiết bị Schlumberger, Wenner; thiết bị mặt cắt liên

hợp và thiết bị lưỡng cực trục…

• Nguyên tắc của phương pháp : khi ta thực

hiện đo đạc thì độ sâu nghiên cứu thay đổi

phụ thuộc vào sự thay đổi kích thước thiết bị trong khi vẫn cố định điểm ghi.

4.2 Phương pháp đo mặt cắt điện

• Nhiệm vụ của phương pháp là xác định các yếu tố hình học và tham số điện của các lớp

đất đá theo mô hình môi trường tồn tại các

bất đồng nhất ngang

• Thiết bị đo đạc : thiết bị bốn cực đối xứng

(dùng nghiên cứu các vỉa dày), thiết bị nửa Schlumberger, thiết bị Schlumberger, Wenner; thiết bị mặt cắt liên hợp và thiết bị lưỡng cực trục…

• Nguyên tắc của phương pháp : Khi tiến

hành đo đạc, cần giữ nguyên kích thước thiết

bị r cho mỗi điểm đo trên tuyến đo rồi cứ thế dịch chuyển toàn bộ thiết bị đến các điểm đo

kế tiếp,

4.3 Phương pháp đo điện trường tự nhiên

• Nhiệm vụ của phương pháp là xác

định sự phân bố điện thế tự nhiên trong khu vực khảo sát.

• Thiết bị đo đạc : Dùng vol kế đặc biệt

phải sử dụng các điện không phân cực

• Nguyên tắc của phương pháp : di

chuyển các điện cực dọc theo các tuyến

trong khu vực khảo sát.

4.4 Phương pháp đo phân cực kích thích

• Nhiệm vụ của phương pháp là xác định sự

suy giảm điện thế trong khu vực khảo sát khi

có dòng điện kích thích

• Thiết bị đo đạc : thiết bị bốn cực đối xứng

(dùng nghiên cứu các vỉa dày), thiết bị nửa Schlumberger, thiết bị Schlumberger, Wenner; thiết bị mặt cắt liên hợp và thiết bị lưỡng cực trục…

• Nguyên tắc của phương pháp : Khi tiến

hành đo đạc, cần giữ nguyên kích thước thiết

bị r cho mỗi điểm đo trên tuyến đo rồi cứ thế dịch chuyển toàn bộ thiết bị đến các điểm đo

kế tiếp,

4.5 Phương pháp thăm dò từ tellua

• Nhiệm vụ của phương pháp là nghiên cứu

địa vật lý cấu tạo, một trong những nhiệm vụ quan trong là nghiên cứu nền điện tựa ở đáy tầng đá trầm tích Thông qua việc nghiên cứu các nhiễu động điện từ trường từ lòng đất do

sự bức xạ của sóng điện từ, từ tầng điện ly truyền xuống mặt đất

• Nguyên tắc của phương pháp : Càng tăng

chu kỳ T của trường, sự hấp thụ càng giảm

và trường điện từ càng có khả năng xuyên sâu Như vậy nếu tăng dần chu kỳ của sóng điện từ, trường điện từ đo được sẽ phản ánh thông tin về các lớp đất đá từ nông đến sâu.

4.6 Phương pháp thăm dò điện

tần số cao-thấp

• Nhiệm vụ của phương pháp là nghiên cứu

cấu tạo, thông qua sự biến thiên trường điện – điện từ thứ cấp từ các cấu tạo trong lòng đất khi có các trường điện – điện từ có tần số khác nhau truyền xuống mặt đất

• Nguyên tắc của phương pháp : Ngoài cách

thay đổi khoảng cách các điện cực, chiều sâu khảo sát còn được thay đổi dựa trên sự thay đổi tần số của trường phát Các nguồn thông dụng sử dụng cho phương pháp này: dòng điện xoay chiều, sóng phát thanh, sóng vô tuyến, sóng điện từ tần số cao.

5 Phương Pháp Đo Sâu Điện :

• Đo sâu điện là một trong những phương pháp địa vật lý được phát triển khá hoàn chỉnh và chiếm giữ vị trí khá vững chắc trong các phương pháp thăm dò địa vật lý hiện nay

• điện trở suất biểu kiến của môi trường phân lớp ngang có thể được biểu diễn dưới dạng :

ρb = f(ρ1, ρ2, ρ3, , ρn, h1, h2, , hn-1 ; r)

• r càng lớn thì dòng điện càng có khả năng

thấm sâu xuống lòng đất do bởi độ sâu này

có thể được xác định qua công thức liên hệ với khả năng thấm sâu của dòng điện :

h = m.r

với m là hệ số thấm dòng tùy thuộc vào các yếu

tố địa chất khu vực.

B 1 B

N O

Hình dạng các đường cong 3 lớp tiêu biểu

5.1 Nguyên lý Tương Đương trong

Phương Pháp Đo Sâu Điện

• Hình dạng các đường cong đo sâu điện sẽ giống nhau (chúng được gọi là các đường cong tương đương cho tương ứng các lát cắt tương đương) nếu các đại lượng S (dùng cho các đường cong dạng A và H) hoặc T (dùng cho các đường cong dạng K và Q) không đổi

• Nguyên lý tương đương S (dùng cho các

T i = i ρi =

• Vì vậy, ứng với một đường cong điện trở suất thực địa ta sẽ có rất nhiều đường cong lý thuyết, mỗi đường cong lý thuyết này đặc trưng cho một lát cắt, tức đây là một bài toán

đa nghiệm (về mặt toán học thì các nghiệm này đều đúng, nhưng chỉ có một nghiệm đúng cho thực tế mà thôi) nên cần phải dựa vào nhiều cơ sở khác như điều kiện địa chất vùng nghiên cứu, các số liệu đo đạc địa vật lý khác (địa chấn, địa từ…) để tăng độ chính xác trong quá trình chọn nghiệm thích hợp

5.2 Bài tốn thuận và nghịch trong

chạy dọc theo phương

phân lớp, ta đo được

điện trở thứ i theo phương dịng chạy :

Phân lớp ngang.

i

i i

i i

i i

i i

h R

S h

• độ dẫn dọc Si theo phương phân lớp

Mở rộng cho lát cắt nhiều lớp thì độ

dẫn dọc của môi trường N lớp :

• Còn nếu ta giả sử rằng dòng phát chạy

thẳng góc với phương phân lớp, ta

cũng xác định được điện trở lớp thứ i theo phương dòng chạy

• Vậy với lát cắt nhiều lớp thì điện trở

N

i i

i N

i

i

h S

S

ρ

i i

N i

i i

N i

T

• Từ các công thức này ta có thể xác định được điện trở suất dọc trung bình ρd và điện trở suất ngang ρn trung bình

• tham số bất đẳng hướng λ >1

d n

N i i

N i i n

N i i

N i i d

h

T H

T

S

h S

H

ρ ρ ρ

1 1

1 1

1 1

5.2.1 Bài Toán Thuận

( Stefanescu – Schlumberger 1930)

• Bài toán cơ sở của đo sâu điện – bài toán

thuận trong đo sâu điện - là bài toán xác định

hàm thế do một nguồn điểm có điện trường không đổi trong môi trường phân lớp ngang.

• Biểu diễn hàm thế tại điểm M bất kỳ trên mặt môi trường :

trong đó, hàm R1(m) gọi là hàm nhân và được

phân tích bởi phép truy hồi :

2

) 0 , (r I R m J mr dm U

π ρ

• suy ra

• Đối với hệ cực Schlumberger – wenner

hay Nửa Schlumberger ta có :

1 )

( )

(

) ( )

(

) ( )

(

3 2

3 2

2

2 1

2 1

=

n

n m cth mh R

m R

arcth mh

cth m

R

m R

arcth mh

cth m

R

ρ ρ ρ ρ







 +

=

− 1

3 2

3 2

1

2 1

1 ( ) ( )

n

n

arcth arcth

mh cth arcth

mh cth arcth

mh cth

m

R

ρ

ρ ρ

ρ ρ

2

1 r R(m).mJ (mr)dm

ρ

5.2.3 GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC

TRONG ĐO SÂU ĐIỆN

Phân tích định tính cho ta bức tranh khái quát

của lát cắt địa điện, sự biến đổi của lát cắt địa điện theo phương thẳng đứng và theo diện tích, đánh giá sơ bộ vị trí của các tầng đất đá tương đối dày và tương đối đồng nhất về phương diện thạch học (có điện trở suất khá cao hoặc khá thấp, bề dày ít biến đổi và quan sát được trong khu vực nghiên cứu), các tầng nham thạch này còn gọi là các nền điện tựa

5.2.3 PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

ĐƯỜNG CONG ĐO SÂU ĐIỆN

• Công tác này nhằm mục đích xác định bề dày hi và điện trở suất ρi của các lớp đất đá trong lát cắt điện

• Các đường cong b thực địa dùng trong phân tích định lượng là các đường cong đo sâu điện đối xứng và đo sâu điện lưỡng cực trung bình đã được làm trơn Kết quả phân tích thuộc về điểm ghi là tâm của MN trong phương pháp đo sâu điện đối xứng, hoặc là tâm của lưỡng cực cố định trong phương pháp đo sâu điện lưỡng cực

phương pháp bóc lớp liên tiếp: xác định tham số của mỗi lớp và tính chuyển hàm T(m) xuống mặt lớp dưới được tiếp tục cho tới mặt lớp cuối cùng

* Nhược điểm chung của hướng phương pháp này là do đặc trưng phân dị kém của hàm nhân và sự kém ổn định trong quá trình bóc lớp nên hướng phân tích này chỉ phù hợp với một số lát cắt địa điện thuận lợi mang nhiều thông tin tiên nghiệm và kinh nghiệm tích lũy

– phương pháp lựa chọn : cho trước

số lớp và ước lượng thô tham số cần xác định (xấp xỉ bậc zêrô), hoặc có thể cho trước phạm vi biến thiên khả dĩ của từng tham số trong lát cắt địa điện cùng sai số cho phép tương ứng (theo Izotova, 1969), sau đó xác định một đường cong lý thuyết thích hợp nhất cho công tác so sánh sau này.

• Ưu điểm của phương pháp này là tận dụng hết được các thông tin địa chất trong công tác xử lý tài liệu Nhưng nhược điểm của phương pháp này biểu hiện rất rõ qua khó khăn khi đi tìm một thuật toán tính toán đường cong lý thuyết phù hợp với tất cả các thông tin tiên nghiệm

5.3 CƠ SỞ ỨNG DỤNG PHƯƠNG

PHÁP PHÂN LỚP BARNES

• Các phương pháp xử lý tài liệu đo sâu điện theo Palét lý thuyết (bằng tay hoặc đã được lập trình trình cho máy tính) đều dựa vào giả thiết môi trường địa chất tại điểm đo sâu có dạng phân lớp ngang do vậy có sự không tương thích giữa mô hình phân lớp ngang của palét lý thuyết với mô hình phân lớp bất

kỳ của lát cắt địa chất, từ đó có thể đưa đến những sai số rất lớn (còn gọi đây là sai số cấp mô hình và thuộc dạng tiềm ẩn khó nhận biết) trong kết quả giải đoán tài liệu đo sâu điện Đây chính là trở ngại khi sử dụng palét khi phân tích tài liệu

5.3.1 Phương Pháp Độ Dẫn Dọc S

* Đây là sự cụ thể hóa cho ý tưởng của nhà địa vật

lý Nibblet (Canada) và đã được vận dụng cho các phương pháp thiết lập trường vùng gần, đo sâu từ Telua (1960), đo sâu điện một chiều (K.M Ten – 1980) …

* Nguyên tắc của phương pháp: Bản chất của phương pháp độ dẫn dọc là phương pháp tính toán gần đúng điện trở suất của một lớp đất đá mỏng tại một độ sâu khảo sát nào đó dựa vào giá trị đo điện trở suất biểu kiến trên mặt đất

• Giả sử trên bề mặt phân lớp bất kỳ, chúng ta sử dụng hệ cực đo sâu điện với thiết bị bốn cực đối xứng: hai điện cực A1 và B1 được cắm xuống đất cách nhau một khoảng L1 = A1B1, dòng điện phát sẽ thấm xuống một độ sâu là a

•Mở rộng khoảng cách cực ra vị trí L2 =

A2B2 > A1B1, thì dòng điện sẽ thấm sâu hơn (a + ∆ a), nếu giả thiết gần đúng rằng

hệ số thấm là không đổi thì :

Điện trở suất biểu kiến tương ứng với hệ cực

A2MNB2 sẽ là ρa+∆a.Nếu sử dụng khái niệm độ dẫn suất σ , ta có :

suy ra độ dẫn S của lớp đất đá có bề dày là h

• và đưa ra một số biểu thức độ dẫn Sa của lớp

đất đá có bề dày h = a :

tương tự với L2 , ta có :

trong đó, độ chênh lệch :∆a = m(A2B2 –A1B1)

• Vậy biểu thức độ dẫn ∆S của lớp mỏng có

chiều dày ∆a sẽ là :

a a

S

S = a a − a = a a − a + ∆ a a = ∆ + a a∆

∆ +∆ σ +∆ σ σ +∆ σ σ +∆

a a

a a

a a

S

a

a a

a a a

a

∆

∆ +

∆

=

⇒

∆ +

∆

∆

σ

σσ

σσ

σ

σ

.

.

.

bi u th c đi n tr su t c a l p m ng ể ứ ệ ở ấ ủ ớ ỏ ∆a qua hai phép tính ρa và ρa+∆a v i hai kích th c thi t ớ ướ ế

b Aị 1B1 v A2B2 :

a a

a

a a

a

S

a

B A

B A

B A

B A

∆ +

2 2

1 1

2

2

.

.

–Tuy nhiên, giá trị ρ∆a đôi lúc mang giá trị âm, điều này không hợp lý và thường xảy ra khi mẫu biểu thức nhỏ hơn hoặc bằng zêrô, tức là :

A 2 B 2 ρa ≤ A 1 B 1 ρa+∆a

Điều này thường xảy ra đối với nhánh đi lên của đường cong thực địa Ví dụ nhánh BC

Để khắc phục tình trạng này, cần phải kết hợp sử dụng thêm phương pháp tính điện trở suất lớp mỏng dựa trên tính chất của điện trở ngang T

ρa+∆a

ρa

Hình 19.

5.3.2 Phương Pháp Điện Trở Ngang T

–Phương pháp này là dạng biến thể của phương pháp độ dẫn dọc S và nó được K.M Ten ứng dụng trong đo sâu điện một chiều

–Lý luận tương tự như phương pháp độ dẫn S, chỉ khác ở đây chúng ta quan tâm đến khái niệm điện trở ngang T

–Điện trở ngang Ta và Ta+∆a của lớp đất đá

có bề dày h = a và h = a + ∆a là :

T a = a.ρa và T a+∆a = (a + ∆a).ρa+∆a

– Điện trở ngang ∆T của lớp mỏng có chiều

a

a a

a a

∆

∆+

∆

=

⇒

∆+

∆

ρ

ρρ

ρρ

2 1

1

B A B

A

B A B

A B

a

−

−+

−

ρ

•Công thức trên chuyển về dạng tiện lợi hơn cho

việc lập trình và tính tóan

–Khi giải đoán đường cong đo sâu điện, ta chỉ cần

áp dụng công thức cho từng cặp giá trị ρbi và ρbi+1 từ đầu cho tới cuối đường cong thực địa

•Cũng đã từng đề cập ở phương pháp độ dẫn dọc S, trong phương pháp điện trở ngang T này cũng xảy ra hiện tượng ρT ≤ 0 khi các nhánh đi xuống của đường cong đo sâu giảm nhanh Khi gặp trường hợp này chúng ta lại quay trở lại sử dụng công thức của phương pháp độ dẫn dọc S để khắc phục

1 1 2

2

1 1 2

2

B A B

A

B A B

T a