KẾT QUẢ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SONAR QUÉT SƯỜN TRONG ĐIỀU TRA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN BIỂN

KẾT QUẢ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SONAR QUÉT SƯỜN TRONG ĐIỀU TRA ĐỊA CHẤT VÀ KHỐNG SẢN BIỂN NGƠ THANH THUỶ, NGUYỄN QUỐC HUY, TRẦN TRỌNG DẦN, NGUYỄN XUÂN NAM Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, 125 Trung Kính, Cầu Giấy, Hà Nội Tóm tắt: Phương pháp sonar quét sườn sử dụng việc phát sóng âm với tần số cao (100kHz – 500kHz lớn hơn) thu nhận sóng âm phản hồi từ bề mặt địa hình đáy biển, đối tượng nằm mặt đáy biển Thơng tin ghi nhận thể thành hình ảnh bề mặt đáy biển với độ xác cao Đo vẽ sonar quét sườn áp dụng nhiều lĩnh vực: nghiên cứu đại dương vùng nước sâu lục địa; nghiên cứu đặc điểm địa hình đáy biển; đặc điểm trầm tích đáy biển (thành phần thạch học, kích thước độ hạt,…); xây dựng cơng trình biển; tìm kiếm vật thể bị chìm đắm Từ năm 2006 đến nay, Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển tiến hành khảo sát sonar quét sườn thiết bị CM-2 (Hãng C-Max, Anh) khuôn khổ đề án điều tra địa chất khoáng sản biển tỷ lệ 1:50.000, 1:100.000 (từ 0-30m nước) tỷ lệ 1:500.000 (từ 30-100m nước) Kết sau năm áp dụng khẳng định tính hiệu phương pháp nghiên cứu địa chất khoáng sản biển I Mở đầu Từ năm 70 kỷ XX, nhiều nước tiên tiến giới phương pháp sonar quét sườn áp dụng phổ biến nhiều lĩnh vực: nghiên cứu đại dương vùng nước sâu lục địa; nghiên cứu đặc điểm địa hình đáy biển; đặc điểm trầm tích đáy biển (thành phần thạch học, kích thước độ hạt,…); xây dựng cơng trình biển; tìm kiếm vật thể bị chìm đắm Những năm gần đây, điều tra khảo sát, tìm kiếm đánh giá Hydrate, nhiều nước sử dụng phương pháp sonar để phát thành tạo Hydrate mặt đáy biển biểu mặt đáy biển liên quan tới q trình khí Hydrate lớp trầm tích bên đáy Ở Việt Nam, năm 2006 phương pháp sonar quét sườn lần áp dụng điều tra địa chất khoáng sản biển ven bờ (0-30m nước) Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển thực Cho đến nay, phương pháp sonar quét sườn áp dụng nhiều đề án điều tra địa chất khoáng sản biển vùng biển Việt Nam tỷ lệ 1:50.000, 1:100.000 (từ 0-30m nước) tỷ lệ 1:500.000 (từ 30100m nước) Trong khuôn khổ báo này, tác giả trình bày số kết bước đầu áp dụng phương pháp sonar quét sườn điều tra địa chất khoáng sản biển II Cơ sở lý thuyết phương pháp Sonar quét sườn (side scan sonar) dạng hệ phương pháp sonar (Sound Navigation And Ranging) Cơ sở hệ phương pháp sonar dựa việc thu phát sóng âm Các dạng khác thuộc hệ thống sonar bao gồm: đo sâu hồi âm (echosounder); sonar quét sườn (sidescan sonar) multibeam sonar Phương pháp sonar quét sườn sử dụng việc phát sóng âm tần số cao (100kHz – 500kHz lớn hơn) dọc bề mặt đáy biển thu nhận sóng âm phản hồi từ mặt địa hình, từ đối tượng nằm mặt đáy biển Thông tin ghi nhận bao gồm cường độ thời gian phản hồi sóng âm thể thành hình ảnh bề mặt đáy biển với độ xác cao Phương pháp thực với thiết bị đo (towfish) kẻo thả sau tàu, khoảng cách tối ưu từ towfish đến đáy biển 10 - 20m III Hệ thiết bị khảo sát thực Hệ thiết bị sử dụng thiết bị CM2 (hãng C-MAX Anh sản xuất) với thông số kỹ thuật chủ yếu sau: - Tần số phát : + Dải LF: 102 kHz + Dải HF: 325 kHz - Dải đo: + Dải LF: 100m, 150m, 200m, 300m, 400m, 500m + Dải HF: 25m, 50m, 75m, 100m, 150m - Độ phân giải ngang: 78mm - HF; 136mm - LF - Độ sâu hoạt động: 0-2000m - Tốc độ tàu chạy: - hải lý/giờ - Bộ điều khiển, thu nhận xử lý số liệu: hiển thị qua hình phẳng 12,1“, xuất số liệu máy in dạng đồ thị qua cổng analog kênh với tỷ lệ in khác nhau, lưu trữ vào đĩa quang từ, kết nối với hệ thống định vị GPS đo sâu qua cổng RS232 định dạng NMEA 0183 - Phần mềm điều khiển:với tính điều khiển, hiển thị, lưu trữ, xử lý Phương pháp sonar quét sườn tiến hành tổ hợp phương pháp địa vật lý: địa chấn nông độ phân giải cao, từ biển, trọng lực biển Kết sau năm áp dụng, khẳng định tính hiệu phương pháp việc giải nhiệm vụ địa chất đề án điều tra địa chất khoáng sản biển sau: - Đề án “Khảo sát, đánh giá tiềm tài nguyên khoáng sản vùng biển ven bờ tỉnh Sóc Trăng, tỷ lệ 1:100.000” (2006-2009) - Dự án thành phần "Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khoáng sản, địa chất môi trường dự báo tai biến vùng biển Hải Phòng - Quảng Ninh từ 0-30 m nước tỷ lệ 1:100.000 vùng biển trọng điểm Bạch Long Vĩ tỷ lệ 1:50.000" (2007) - Dự án thành phần "Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Phú Quốc - Hà Tiên tỷ lệ 1:100.000” (2008) - Dự án thành phần “Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển từ 30 đến 100m nước tỷ lệ 1:500.000” (2008-2010) thuộc dự án: "Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khoáng sản, địa chất môi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Việt Nam" - Dự án "Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Thừa Thiên-Huế - Bình Định (0-60m nước), tỷ lệ 1:100.000" (2011-2013) IV Những kết đạt Kết đo vẽ sonar quét sườn cung cấp hình ảnh chi tiết rõ nét bề mặt đáy biển Băng ghi sonar phản ánh đặc điểm sau: - Hình thái địa hình đáy biển (các cồn ngầm, trũng ngầm, sóng cát, lòng sơng cổ, bậc địa hình, biểu đào khoét đáy biển, diện lộ đá gốc đáy biển ); - Thành phần trầm tích đáy biển (sạn, sỏi, cát, bùn, ); - Phát vật thể chìm đắm đáy biển Tài liệu thu phương pháp sonar phục vụ nhiều mục đích nghiên cứu khác địa chất tầng mặt, địa mạo, địa hình, chế độ thạch động lực, địa chất khống sản, tai biến địa chất Kết phương pháp sonar giúp định hướng cho cơng tác lấy mẫu Dưới minh họa cụ thể số kết đạt phương pháp sonar điều tra địa chất khoáng sản biển Phản ánh đặc điểm hình thái đáy biển a) Biểu sóng cát đáy biển Trên hình cho thấy biểu sóng cát đáy biển phát triển mạnh bên phải với dải song song xiên góc với tuyến đo, phần bên trái tuyến đo mức độ biểu sóng cát giảm dần Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến T0822D thể sóng cát đáy biển Vùng biển ven bờ Sóc Trăng, 2008 Hình cho thấy sóng cát đáy biển phát triển bên tuyến khảo sát, với dải uốn luợn song song đặn phương cắt xiên góc tuyến khảo sát Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến CP09-100 thể sóng cát đáy biển Vùng biển Phú Quý - Cung Hầu, 2009 b) Biểu đào khoét đáy biển Trên hình cho thấy rõ tồn đới đào khoét đáy biển phát triển mạnh phía bên phải tuyến khảo sát với độ rộng tăng dần từ trái qua phải Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến T08-20C thể đới đào khét đáy biển Vùng biển ven bờ Sóc Trăng, 2008 c) Biểu đá gốc xuất lộ đáy biển Trên hình cho thấy đá gốc lộ đáy biển với diện phân bố phát triển phần bên phải tuyến khảo sát Bề mặt địa hình đá gốc phân cắt mạnh mẽ Đá gốc lộ đáy biển trầm tích thuộc hệ Devon (?) có mặt vùng biển Hải Phòng Quảng Ninh Các đá basalt xuất lộ đáy biển (hình 5) vùng biển đảo Lý Sơn – Quảng Ngãi tạo thành gờ, rãnh lồi lõm dạng vòng cung Phần góc bên trái tuyến khảo sát quan sát có mặt thành tạo vụn núi lửa Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến TQN07-83 thể đá gốc lộ đáy biển Vùng biển Hải Phòng - Quảng Ninh, 2007 Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến Tu-142 thể basalt xuất lộ đáy biển Vùng biển đảo Lý Sơn – Quảng Ngãi, 20 13 d) Biểu dấu tích miệng núi lửa đáy biển Trên vùng biển đảo Lý Sơn nhiều nơi bắt gặp dấu tích miệng núi lửa mặt đáy biển (hình 6) Chúng phân bố dọc theo đứt gãy sâu khu vực (đứt gãy Tà Vi – Hưng Nhượng, đứt gãy Quy Nhơn – Lý Sơn) Điều chứng tỏ đứt gãy tái hoạt động nhiều lần giai đoạn Đê tứ khả khu vực tiềm ẩn tai biến địa chất (động đất, núi lửa) cao Đoạn băng sonar tuyến HB13-Tu143 Đoạn băng sonar tuyến HB13-TuKT01 Hình Dấu tích miệng núi lửa đáy biển vùng biển đảo Lý Sơn – Quảng Ngãi, 2013 Phản ánh đặc điểm thành phần trầm tích đáy biển Trên hình cho thấy dọc theo tuyến khảo sát doi cát phần bên trái (khoảng sáng ảnh) diện phân bố trầm tích mặt đáy có độ hạt thơ (sạn, sỏi) Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến T08-29A 05 thể thành phần trầm tích đáy biển gồm cát, sạn sỏi – Vùng biển ven bờ Sóc Trăng, 2008 Hình thể tuyến khảo sát cắt qua khu vực có thành phần trầm tích đáy biển sạn sỏi Diện phân bố khu vực mở rộng phía tuyến khảo sát Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến CP10-Tu113A thể thành phần trầm tích đáy biển sạn sỏi – Vùng biển Phú Quý - Cung Hầu, 2010 Trên hình cho thấy trầm tích đáy biển tương đối đồng với thành phần cát, phân bố phía tuyến khảo sát Với trầm tích đáy biển có thành phần mịn bùn, bùn cát đuợc thể rõ qua băng ghi sonar Hình 10 thể trầm tích đáy biển bùn cát với bề mặt gợn sóng, phân nhịp đặn phân bố cân xứng phía tuyến khảo sát Hình Đoạn băng ghi sonar tuyến T08-29A 04 thể thành phần trầm tích đáy biển cát – Vùng biển ven bờ Sóc Trăng, 2008 Hình 10 Đoạn băng ghi sonar tuyến T16A-3 thể thành phần trầm tích đáy biển bùn lẫn cát – Vùng biển Phú Quốc – Hà Tiên, 2008 Phát vật thể chìm đắm đáy biển Khảo sát năm 2012 vùng biển Thanh Hóa phát dị vật - xác máy bay rơi (?) đáy biển Đoạn băng sonar hình 11 thể xác máy bay rơi (?) có chiều dài khoảng 15m, phần cánh trái máy bay lộ đáy biển khoảng 5m Hình 11 Hình ảnh dị vật (xác máy bay?) phát đoạn tuyến ND12-Tu12 Vùng biển Thanh Hóa, 2012 KẾT LUẬN Phương pháp sonar quét sườn cho phép nghiên cứu chi tiết bề mặt đáy biển hình thái địa hình bề mặt đáy thành phần trầm tích tầng mặt Phạm vi áp dụng phương pháp rộng, nghiên cứu địa chất tầng mặt, địa mạo, địa hình, chế độ thạch động lực, địa chất khoáng sản, tai biến địa chất, xây dựng cơng trình, lắp đặt đường ống đáy biển, tìm kiếm vật chìm đắm Phương pháp sonar quét sườn giúp theo dõi biến đổi bề mặt địa hình đáy biển theo thời gian, có khả áp dụng nghiên cứu đánh giá thay đổi luồng lạch cảng biển, đánh giá tác động q trình khai thác khống sản đáy biển tới địa chất môi trường Kết đo sonar phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khoảng cách từ cá kéo (towfish) đến đáy, thông số tần số phát, dải đo, tốc độ tàu chạy đòi hỏi người vận hành thiết bị phải có kinh nghiệm kiến thức để cài đặt thông số vận hành thiết bị đạt hiệu suất cao, thu tài liệu có chất lượng cao VĂN LIỆU Philippe Blondel, Bramley J.Murton, 1997 Handbook of seafloor sonar imager John Wiley & Sons Ltd in association with Praxis Publishing Ltd pp525 Trần Trọng Thịnh nnk, 2008 Báo cáo kết công tác địa vật lý vùng biển ven bờ cửa Mỹ Thạnh - Lạc Hoà tỷ lệ 1: 100.000 thuộc Đề án “ Khảo sát đánh giá tiềm tài nguyên khoáng sản vùng biển ven bờ tỉnh Sóc Trăng, tỷ lệ 1:100.000” Lưu trữ Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, Hà Nội Trần Trọng Thịnh nnk, 2009 Báo cáo kết công tác địa vật lý vùng biển Phú Quý đến Cung Hầu từ 30-100m nước, tỷ lệ 1:500.000 thuộc Dự án thành phần “Điều tra đặc điểm địa chất, địa chất môi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Việt Nam từ 30-100m nước, tỷ lệ 1:500.000” Lưu trữ Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, Hà Nội Trần Trọng Thịnh nnk, 2010 Báo cáo kết công tác địa vật lý vùng biển Cung Hầu đến mũi Cà Mau từ 30-100m nước, tỷ lệ 1:500.000 thuộc Dự án thành phần “Điều tra đặc điểm địa chất, địa chất môi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Việt Nam từ 30-100m nước, tỷ lệ 1:500.000” Lưu trữ Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, Hà Nội Trần Trọng Thịnh nnk, 2010 Báo cáo “Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Phú Quốc - Hà Tiên, tỷ lệ 1:100.000” phụ lục tập12, phụ lục số 12 chuyên đề Địa vật lý Lưu trữ Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, Hà Nội Trần Trọng Thịnh nnk, 2010 Báo cáo “Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Hải Phòng - Quảng Ninh, tỷ lệ 1:100.000 vùng biển trọng điểm Bạch Long Vĩ, tỷ lệ 1:50.000” phụ lục tập12, phụ lục số 12 công tác Địa vật lý biển Lưu trữ Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, Hà Nội Ngô Thanh Thủy nnk, 2013 Báo cáo kết công tác địa vật lý vùng biển Hải Vân - Bình Sơn từ -60m nước thuộc Dự án “Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Thừa Thiên Huế - Bình Định (0-60m nước), tỷ lệ 1:100.000” SUMMARY The result of applying Side Scan Sonar methods in Geological and Mineral resources survey NGO THANH THUY, NGUYEN QUOC HUY, TRAN TRỌNG DAN, NGUYEN XUAN NAM Side scan sonar transmits acoustic signal with high frequency (100kHz 500kHz) and records backscatter signal from sea bed and objects on the sea floor The record shows seabed surface image with high accuracy Side scan sonar mapping is applied in many fields: research on ocean and deep waters of the continental area; research on characteristics of sea bed topography; characteristics of sediments on sea floor (lithological composition, granularity, etc…); marine construction; search for sunken objects Since 2006 to present, Marine Geology and Mineral Resources Center has conducted some surveys by side scan sonar CM2 (C_Max, England) in the framework of projects of basic survey on geology and mineral resources at 1:50.000, 1:100.000 scales (0-30 water depth) and at 1:500.000 scale (30-100 water depth) After years, the results has confirmed the effectively applying this method in research on marine geology and mineral resources  ... động lực, địa chất khoáng sản, tai biến địa chất Kết phương pháp sonar giúp định hướng cho cơng tác lấy mẫu Dưới minh họa cụ thể số kết đạt phương pháp sonar điều tra địa chất khoáng sản biển Phản... chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển Việt Nam" - Dự án "Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường... địa chất, địa động lực, địa chất khống sản, địa chất mơi trường dự báo tai biến địa chất vùng biển từ 30 đến 100m nước tỷ lệ 1:500.000” (2008-2010) thuộc dự án: "Điều tra đặc điểm địa chất, địa