CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN MỘT CHIỀU TRONG KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KS Nông Quốc Khánh 1.. Đây là phương pháp truyền thống trong khảo sát Địa vật lý công trình, những năm gần đây với sự ti
Trang 1PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ ÁP DỤNG
TRONG ĐỊA KỸ THUẬT
Để xây dựng các công trình (nhà cửa, đường xá ) người ta bắt buộc phải tiến hành khoan khảo sát địa kỹ thuật Tuy nhiên không thể tiến hành khoan với mật độ quá dầy do chi phí khoan và thí nghiệm mẫu thường rất đắt Vì không có đủ kinh phí
để khoan với mật độ dày nên khoảng trống giữa các hố khoan khảo sát thường xảy ra
sự cố (lún nền đường, nứt tường nhà ) Có một cách để khắc phục vấn đề đó: đo địa vật lý trên toàn tuyến khảo sát Chi phí đo địa vật lý sẽ rẻ hơn nhiều so với khoan Ban biên tập website xin giới thiệu một serie bài viết của kỹ sư địa vật lý Nông Quốc Khánh về vấn đề này
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN MỘT CHIỀU TRONG KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
KS Nông Quốc Khánh
1 Bản chất của phương pháp đo điện trở:
Coi môi trường đất đá là tập hợp các phụ tải có điện trở suất khác nhau Khi ta phát một dòng điện với cường độ I qua chúng và thu được một hiệu điện thế ΔV, ta sẽ tính được điện trở suất của chúng Thông thường giá trị điện trở suất thu được thường không thật, nó phản ánh một cách tương đối đối tượng nên gọi là điện trở suất biểu kiến ρk
A M N B
Mô hình của phương pháp:
+ Phát dòng điện I(mA) vào cực phát A, B + Thu hiệu điện thế (ΔV) tại cực thu M,N + Điện trở suất biểu kiến được tính:
ρ k = k ΔV/I (Ω.m) ΔV: đơn vị là mV
I: đơn vị là mA K: là hệ số thiết bị tính theo công thức
2Π
K =
1/AM – 1/BM – 1/AN + 1/BN
Trang 2Thiết bị đo được coi là sự bố trí hình học của các cực phát A;B và cực thu M,
N Hệ thiết bị đo quyết định các phương pháp đo Đây là phương pháp truyền thống trong khảo sát Địa vật lý công trình, những năm gần đây với sự tiến bộ của công nghệ điện tử và tin học các thiết bị đo đạc cũng như các phần mềm xử lý đã tạo bước đột phá mạnh mẽ và làm thay đổi nhanh chóng bộ mặt của phương pháp
2 Các phương pháp đo điện trở:
a Phương pháp mặt cắt điện trở:
- Phương pháp mặt cắt điện trở dòng một chiều được sử dụng để nghiên cứu mặt cắt điện- địa chất theo phương ngang với cùng một chiều sâu nghiên cứu
- Căn cứ vào nhiệm vụ địa chất cần giải quyết, đặc điểm, chiều sâu, thế nằm của đối tượng và các điều kiện mà chọn các dạng đo, kích thước, thiết bị thu, phát, vị trí cắm các điện cực…
- Trong đo vẽ địa chất theo tuyến với tỷ lệ 1:10.000 người ta thường dụng phương pháp mặt cắt điện trở đối xứng (MCĐX) Căn cứ vào chiều sâu khảo sát mà thay đổi khoảng cách thiết bị AB, MN cho phù hợp
Khi điều kiện địa chất phức tạp người ta áp dụng phương pháp mặt cắt đối cứng kép AA’MNBB’, khi đó độ dài AB và A’B’ phải là bội số của MN và bước đo hiệu AB-A’B’ > 2MN và lựa chọn tại thực địa
b Phương pháp đo sâu điện trở (gọi tắt là đo sâu điện)
- Phương pháp đo sâu điện điện trở dòng 1 chiều dùng để nghiên cứu mặt cắt điện địa chất theo chiều sâu, bằng cách tại một điểm thu người ta lần lượt mở rộng các thiết bị AB và MN tương ứng
- Phương pháp được sử dụng ở mọi tỷ lệ điều tra địa chất và đánh giá khoáng sản
- Điều kiện thuận lợi là:
+ Hình thái đối tượng nghiêng thoải (khoảng 20o) dùng hệ thiết bị đối xứng (ĐSĐX) tức là các cực phát và thu đối xứng qua tâm thu
+ Hình thái đối tượng có góc dốc tới 50odùng hệ thiết bị bất đối xứng mà điển hình là đo sâu điện lưỡng cực trục liên tục đều, đo sâu cực-lưỡng cực
- Đo sâu hệ thiết bị đối xứng:
+ Tâm điểm đo bố trí trên các tuyến thẳng có phương trùng phương dây phát và thu
+ Hệ số thiết bị và điện trở suất tính theo công thức
AN-AM
K = Π (m)
ρk = k ΔV (Ω.m) I
- Đo sâu hệ thiết bị lưỡng cực trục liên tục đều (ĐSLCTLTĐ)
Trang 3+ Là phương pháp đo sâu dùng hệ thiết bị lưỡng cực trục với cách bố trí các điện cực AB = MiNi = d (bước đo)
+ Sơ đồ đo:
A B M1 N1 M3 N3 N4
o o o o o o o o o o
M2 N2 M4 M5 N5 + Hệ số k và điện trở suất tính theo công thức:
K = n.(n+1).(n+2) Π.a
ρk (Zn) = k ΔV (Ω.m)
I
Với: n là thứ tự thực hiện các cặp đo sâu
Zn = [ (n+1).a]/2 : chiều sâu hiệu dụng
Điểm ghi quy ước là điểm giữa lưỡng cực phát và thu
Một ví dụ về bố trí đo địa điện đa cực với bộ 20 cực
+ Phương pháp có ưu điểm là độ phân giải cao, rất nhạy với các bất đồng nhất địa phương: dạng ổ, thấu kính, vỉa cắm dốc Nên thường dùng ở các giai đoạn đánh giá, khảo sát và thăm dò để làm rõ cấu trúc nằm dưới lớp phủ
+ Khi các cự ly sau không đo được chính xác có thể tiến hành kích thước AB =
MN = 2d
+ Phương pháp có ưu điểm là ít bị ảnh hưởng của địa hình nên có thể tiến hành trên các địa hình phức tạp
1 Thiết bị máy móc:
Trang 4- Đo điện trở: VITIGESKA, Syscal_R2, bộ địa điện đa cực Syscal_R2 multinod, bộ địa điện đa cực VIP-3000 của hẵng IRIS Instruments(Buffon Orleans-France)
2 Chỉnh lý văn phòng thực địa
- Tính toán; quy đổi các thông số ρk; ηk
- Xây dựng các sơ đồ đồ thị theo tuyến,vùng
- Xây dựng các sơ đồ đẳng trị theo vùng, tuyến
- Đánh giá chất lượng tài liệu
- Sơ bộ phân tích định tính đối tượng, gắn bản chất địa chất cho dị thường
3 Văn phòng tổng kết:
a.Kết quả đo điện mặt cắt được kết hợp với tài liệu địa chất nhằm khoanh nối các đối tượng địa chất theo diện, làm cơ sở cho công tác xử lý định lượng kết quả đo sâu
b.Tài liệu đo sâu đối xứng được xử lý đơn lẻ bằng các phần mềm Ves, Rivert, IPI2WIN…và được liên kết thành các lát cắt điạ điện có gắn địa hình
c.Tài liệu đo sâu địa điện đa cực (ảnh điện) được xử lý phân tích trên phần mềm chuyên dụng Res2dinv cho cả điện trở lẫn phân cực, kết quả phân tích đưa ra trên lát cắt địa điện thật có gắn địa hình, Ưu điểm là đưa ra hình ảnh lát cắt địa điện dạng 2D khá trực quan
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TUYẾN ĐO SÂU ĐỊA ĐIỆN ĐA CỰC
THEO RER2DINV
T ó i b ï n
* Hiện nay trong khảo sát địa chất công trình người ta thường sử dụng phương pháp đo sâu địa điện đa cực phân cực kích thích (còn gọi là đo sâu ảnh điện) với các biến thể của chúng tuỳ thuộc vào mục đích và địa hình nơi nghiên cứu.