Bài viết trình bày khái niêm về địa bàn, các loại địa bàn kiểu cơ khí, nguyên lý hoạt động của địa bàn địa chất, địa bàn kiểu Brunton, địa bàn kiểu Silva, địa bàn kỹ thuật số. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
226 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHAT ĐỊA BÀN ĐỊA CHẤT Trần Thanh Hải Khoa Địa chất, Trường Đại học M ỏ - Địa chất Giới thiệu Địa bàn địa chất m ột loại địa bàn đặc biệt c h ế tạo riêng đ ể phục vụ công tác khảo sát thực địa địa chất Đ ó m ột nhừng d ụ n g cụ thông d ụng nhà địa chất sử d ụng đ ể xác định p hư ơng hướng đ ối tượng quan sát, vị trí điếm quan sát, đo đạc thông s ố m ặt lớp, mặt phá h ủy kiến tạo cấu tạo tuyến không gian Địa bàn địa chất có nhiều kiểu khác n hưng chúng đểu c h ế tạo dựa sở từ trường Trái Đất đặc tính kim nam châm kim đ ổn g hổ (hoặc có th ể chia theo cách khác n gư ợc chiều kim đ ổn g hổ chia theo cu n g phẩn tư) [H.2] đ ế xác định giá trị p hư ơn g vị; 3) Bộ phận đ o n ghiêng đ ể xác đ ịnh góc dốc, bọt thuý đ ê xác định vị trí nằm ngang; 4) Chốt hãm chốt đ ẩy đ ể giảm d ao đ ộn g kim nam châm khóa địa bàn N goài n hữ n g phận co vừa nêu, địa bàn địa châ't lu ôn cải tiến b ố su n g n hiều chi tiết làm cho tính ứ ng d ụn g địa bàn cao Cực bốc từ Khái niệm địa bàn Địa bàn đời dựa phát v ể trường từ Trái Đất định hướng khống vật từ tính, điển hình m agnetit (Fe3Ơ4) song song với đường sức từ trường Từ lâu, người phát đặt m ảnh khoáng vật m agnetit vào nước m ột đẩu kim, m ảnh khống vật ln ln xoay chiều định hướng kéo dài n ó v ề phương bắc Đầy m ột phát quan trọng cho phép cải thiện việc xác định phương hướng biển thực chuyến thám Phát đơn giản dẫn đến hình thành phát triển loại địa bàn đại ngày Có nhiểu loại địa bàn chuyên dụng nhà địa chât sử d ụng đ ể xác định phương h ớng đo đạc thông s ố câu tạo địa chất th ế nằm lớp, đứt gãy địa chât, khe nứt, nếp uốn, câu tạo đường, v.v , tiến hành nghiên cứu địa châ't thực địa H iện có nhiều loại địa bàn c h ế tạo chúng xếp vào nhóm địa bàn khí địa bàn kỹ thuật số Tuy nhiên, địa bàn sử d ụ n g p h ố biến địa bàn kiểu co khí Nguyên lý hoạt động địa bàn địa chắt Địa bàn hoạt đ ộn g d o Trái Đất có vai trò n hư m ột nam châm k hổng lổ hình thành d o hành vi hỗn hợp n gu yên tố sắt-nickel nóng chảy nhân Trái Đất tạo m ột từ trường v ó i m ột cực từ bắc m ột cực từ nam Các đư ờng sứ c từ trường nối cực từ bắc cực từ nam đư ợc m ô p h ỏn g hình m inh họa [H l] Dựa vào đặc đ iểm từ trường trọng trường Trái Đâ't, cấu tạo địa bàn địa chât cần có phận ca gồm 1) Một kim nam châm nhạy; 2) M ột vòn g chia độ xác từ 0° đến 360° chia theo chiều Cực nam từ H ình Cấu trúc trường từ Trái Đất Địa bàn địa châ't làm việc theo n guyên lý phù hợp với từ trường trọng trường Khi xác định giá trị phương vị phương vị tuyến khảo sát - địa bàn cần đặt vị trí nằm ngang đ ể kim nam châm tự dao đ ộn g theo phư ơng đư ờng sức Khi xác định góc dốc, địa bàn cẩn đặt cho v òn g chia độ đ o góc dốc vị trí thẳng đứ ng đê kim đo góc dốc dao đ ộng theo phương dây dọi dư ới tác đ ộng trọng trường Bộ phận đo góc dốc viên bi hay kim gắn bọt thủy củng dựa theo n guyên lý Các loại địa bàn kiểu khí Các loại địa bàn kiểu ca khí có giá trị sử d ụ n g cao thực địa chúng kết hợp đư ợc chức xác đ ịnh p hư ơn g hướng, định đ iếm (đặc biệt khu v ự c xa xôi h ẻo lánh) khả đ o đạc th ế nằm thể địa chất Các nhà địa chất thường quan tâm tới hình thái y ếu tố chí dịch chuyển tư ơng đối, d o đ ó loại địa bàn sử d ụ n g đ ể đo đạc h ớng cắm góc cắm câu tạo đường ĐỊA BÀN ĐỊA CHẨT 0° 227 dù công tv Brunton c h ế tạo nhiểu loại địa bàn từ tính khác, n h u n g loại địa bàn di đ ộn g bò túi Brunton m ột cơng cụ c h ế tạo cho nhà chuyên m ơn cẩn đ o đạc xác góc phư ơng vị thực địa N goài nhà địa chât, nhà khảo cô học, nhà n ghiên cứu m ôi trường trắc địa thường su d ụn g loại địa bàn Địa bàn Brunton có phận hộp địa bàn, tav ngắm nắp [H.3] b) 0° B Hình a) Chia độ từ 0° —►360° theo chiều kim đồng hồ; b) Vòng chia độ theo chiều ngược kim đồng hồ; c) Chia theo cung phần tư Các loại địa bàn địa chất thông d ụ n g thuộc kiêu sau biến thê cải tiến chúng, gồm Brunton, Silva Breithaupt Địa bàn kiểu Brunton Địa bàn Brun ton, gọi địa bàn di đ ộ n g bỏ túi Brunton, gọi tắt - địa bàn Brunton, m ột loại địa bàn xác công ty Brunton (Mỹ) c h ế tạo K hông hầu hết loại địa bàn khác, địa bàn Brun ton sử d ụ n g c h ế hãm kích thích từ thay d u n g dịch đê hàm dao đ ộn g kim địa bàn Mặc Hình Địa bàn Brunton A c ấ u hình địa bàn Brunton B Mặt bàn độ cùa địa bàn Brunton H ộp địa bàn chứa hầu hết chi tiết địa bàn kim địa bàn [H.3A]; bọt thủy (đê điểu chinh địa bàn nằm ngang xác định góc phương vị); thước đo độ dốc (đ ế xác định góc dốc); hãm (đ ế ổn định kim địa bàn); kim đẩy (đ ế khóa kim địa bàn); ốc xoay kim chi s ố (đê điểu chinh độ lệch từ); vòng chia độ góc phương vị Kim địa bàn gồm đẩu, đầu chi bắc (thường sơn màu trắng có ký hiệu "N"), đầu nam (màu đen) Khi bán cẩu bắc, đẩu bắc kim địa bàn bị kéo xuống độ tù' khuynh hướng xuống Vì vậy, m ột vòng cân gắn vào đầu chi nam địa bàn đê cân kim địa bàn vị trí nằm ngang Khi sử dụng địa bàn bán cẩu 228 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT nam, nơi độ từ khuynh hướng lên phía trên, vòng cân sè gắn đẩu kim chi bắc N ắp địa bàn gắn với hộp địa bàn bàn lể, chứa gương có đường trục m ột khe ngắm hình bầu dục, m ột điếm ngắm Tay ngắm dài, gắn với địa bàn lề có m ột khe lớn hình chữ nhật hai đẩu dạng bầu dục (đê xác định vật dạng cột) m ột đẩu ngắm có thê gâ'p lại dùng đ ể hiệu chinh hướng ngắm Vòng độ địa bàn Brunton thiết k ế theo kiêu chia độ theo thang 360 độ kiêu chia độ theo cung phần tư Kiếu chia độ theo thang 360 đ ộ sử dụng chữ số, đánh ngược chiểu kim hổ, hướng bắc (N) trùng với 0° 360°, hướng nam (S) trùng với 180° [H.3B] Kiêu cung phần tư - chia vòng đ ộ 04 cung 90° ú ng với NE, SE, sw, N W (N bắc, s nam nằm ký hiệu 0° tương ứng với phía phía dưới, E đ ơn g w tây) Trong sử dụng địa bàn kiêu này, chang hạn kết đo N60oE, S20°w, có nghĩa 60° đông bắc 20° tây nam H ướng m ột đường mặt đât xác định góc phương vị đường đó, góc đo mặt năm ngang hợp đường đường tham khảo, thường hướng bắc (trong bàn độ cung phần tư) 0° bàn độ thường Đ ường tham kháo hướng nam ta đọc phưong v ị theo phương nam Vị trí đơng (E) tây (W) đánh đảo ngược bàn độ, "E" nằm phía trái vị trí 0° (tương ứng vị trí s ố chì giò hổ), tây "W" nằm phía phải vị trí 0° bàn độ (tương ứng vị trí s ố chi đ ồng hổ) Sự đảo ngược thiết k ế đ ể tiện lợi cho việc đọc góc phương vị kim địa bàn chi v ể phía bắc (do giữ ngun vị trí chi hướng bắc xoay địa bàn) ta luôn xoay địa bàn theo hướng phương vị cẩn xác định Trong trường hợp này, kim địa bàn luôn vào góc phương vị cua hướng đ ó vòng độ Chẳng hạn m uốn có s ố đo góc phương vị 45°, cẩn đ ể địa bàn nằm ngang xoay địa bàn v ể bên phải theo hướng 45° Đầu kim bắc địa bàn xoay sang trái vị trí 0° chì vào số 45° s ố đ o phương vị cần xác định Đ ịa bàn Brunton thường sử d ụ n g đ ể đ o đạc p hư ơng hướng (góc p hư ơng vị) th ế nằm cua th ế địa chất thực địa Đ ê xác định góc p hư ơng vị cua m ột đối tượng đó, ta giữ địa bàn đ ộ cao tương ứng với eo người, điều chinh địa bàn vị trí nằm ngang, nhìn xuống gư ơng địa bàn định h ướng cho m ục tiêu, tâm kim địa bàn đ ờng chuấn mặt gư ơn g tạo thành m ột đường thẳng Khi xác định xác h ớng đối tượng, góc phương vị xác định điểm giao kim chi bắc địa bàn ứ n g dụng phô biến nhât địa Brunton xác định th ế nằm (đường p hư ơn g hướng dốc góc dổíc) câu tạo địa chât (đứt gãy, khe nứt, ranh giới, câu tạo phiến, lớp đá trầm tích, câu tạo đường, v v ) Tại vị trí đ o đạc, đ ờng phư ơng đư ợc xác định bang cách điểu chinh địa bàn nằm ngang (bọt thủy v ị trí trung tâm) với cạnh dài cua địa bàn áp vào mặt câu tạo Đ ọc góc p hư ơn g vị đ ờng p hư ơng theo đầu kim địa bàn thích hợp Góc d ốc đư ợc xác định cách áp cạnh địa bàn xuống m ặt câu tạo điểu chinh cho m ặt địa bàn thang đứ ng vu n g góc với đ ờng phư ơng, điểu chinh bọt thủy tới vị trí trung tâm đọc s ố thước đ o đ ộ vị trí kim độ dốc V iệc đo đạc đ ờng phương, h ớng d ốc góc d ốc địa bàn có thê thực m ột cách gián tiếp từ khoảng cách xa biết rõ cách sử d ụn g địa bàn tính Các địa bàn N ga, Đức, Trung Q uốc, Pháp v ề bàn có câu tạo tương tự với địa bàn Brunton đ ợc sừ d ụn g phô biến Việt N am Các địa bàn có điểm khác kim nam châm đư ợc đặt m ột trục có đầu nhọn cứng, nên đo kim nam châm thường hay dao đ ộng Địa bàn Pháp có đ ộ nhạy cao thuận lợi sử d ụ n g nhà địa châ't Loại địa bàn có cải tiến đặc biệt phận đ o n ghiêng - thay kim đo n ghiêng viên bi, viên bi dao đ ộng tự từ 90° qua 0° đến 90° làm cho đo góc dốc vừa nhanh vừa xác Địa bàn kiểu Silva Đia bàn kiêu Silva công ty Silva Thụy Đ iên c h ế tạo từ đầu n ng năm 1930, phục vụ nhiều m ục đích khác có m ơn thao trời n hư leo núi, săn bắn, v.v m ục đích chun m ơn nhu địa châ't quân sự, v.v N gày nay, địa bàn Silva có nhiều biến thê khác nhau, đặc tính nhẹ, bển, dễ sử d ụng, giá rẻ xác nên đư ợc sử d ụ n g rộng rãi th ế giới Địa bàn Silva d ùn g cho địa chât (loại Ranger® CL) có độ xác cao, chí đư ợc sử dụng nhừ ng điểu kiện phứ c tạp Cấu tạo địa bàn Silva đơn giản, gồm phận nắp địa bàn thân địa bàn [H.4] Trên nắp địa bàn có gư ơng phản chiếu quan sát mặt vòn g đ ộ đ ế điểu chinh bàn độ Đ iểm đặc biệt hộp bàn độ địa bàn có cấu tạo linh đ ộng có thê xoay 360 độ Kim địa bàn đặt hộp kín chứa dung dịch đặc biệt có tác dụng hãm dao đ ộng kim xoay địa bàn vòng độ G ương lớn gắn phần cua nắp địa bàn có kích thước lớn, làm tăng độ xác định hướng nhừng vật thê xa Ba loại thước tỳ lệ theo hệ mét, feet mặt đ ế địa bàn giúp việc biếu diễn s ố liệu lên đổ địa hình Bộ điểu chinh độ lệch từ cho phép hiệu chinh độ lệch từ bât khu vự c nào, bảo đảm việc xác định phương hướng xác Một thước đo độ ĐỊA BÀN ĐỊA CHAT gắn đáy bàn độ với kim linh động cho phép dễ dàng xác định góc dốc cua địa chất vỏ địa ban Đương ngamTảmđáy Kim chi góc Kim đia ban vòi đâu bàc son đò Thựớc (đon vị mm Kính lupX2 Điểm chi sổ •ương kinh tuyển _ Mủi tên đinh hương vói đâu bâc màu đo Hộp kim đựng dung dịch Ban độ Thựợc (đơn vị inch) Hình Cấu tạo địa bàn Silva Tương tụ địa bàn Brunton, vòn g độ địa bàn Silva cũ n g gồm kiêu chia s ố kiểu 360 độ theo cung phẩn tư Tuy nhiên, khác với địa bàn kiêu Brunton, vòn g độ kiếu chia 360 độ địa bàn Silva không theo luật ngược chiểu kim đ hổ mà tuân theo luật thuận chiểu kim đ ồn g hổ [H.5] Theo đó, phía đ ơng tương ứng 90°, nam 180°, tây 270° bắc 360° (trùng với 0°; [H.5]) Với địa bàn kiêu cung phẩn tư bắc ú ng với 0° phía đ ơn g ứ n g 90°, phía nam lại ứng với 0°, phía tây ú n g với 90° 229 hai điêm phát sáng kim địa bàn nằm khung m ũi tên định hướng, đầu bắc cua kim trùng với mủi tên đỏ Sau điểu chinh địa bàn, chọn m ốc (địa hình, địa vật) hướng ngắm đ ế đánh dâu di chuyến v ể phía m ốc đánh dâu Lun ý cần giữ địa bàn nằm ngang đ ế kim địa bàn di chuyến tự giữ góc m cua nắp địa bàn (gương) vị trí tối đa 70° với góc m lớn hơn, độ sai sô ngắm hướng tăng chí tới 5° Đ ê xác định góc phương vị đường phương câu tạo mặt, áp cạnh dài địa bàn vào mặt câu tạo, điểu chinh cho địa bàn nằm ngang, xoay nắp bàn độ đến kim địa bàn nam mũi tên định hướng, đọc SỐ trùng với điếm chi số Đ ê đo đường hướng dốc, áp bàn lể cùa địa bàn vào mặt câu tạo, điểu chinh địa bàn nam ngang, xoay nắp bàn độ đến kim địa bàn nằm mũi tên định hướng, đọc s ố trùng với điếm chi SỐ Đ ế đo góc dốc mặt cằii tạo, mờ nắp tới vị trí 90°, xoay bàn độ đến điếm Tây (W) nắp bàn độ trùng với điếm chí số, đặt địa bàn nằm nghiêng áp cạnh dài địa bàn phía có thước đo đ ộ mặt cấu tạo, điểu chỉnh cho mặt địa bàn thắng đứ ng vng góc đường phương Tim s ố đ o thước đo độ vị trí kim góc dốc Địa bàn kỹ thuật số Với phát triển cua công nghệ s ổ GPS, gần xuất địa bàn kỹ thuật số Địa bàn kỹ thuật số có ý nghĩa tư ang tự đja bàn truyền thống, chi khác có m ột câu hình kỹ thuật s ố (thường tinh thể lòng) cho ta thông s ố đo đạc dựa vào việc tính tốn thơng s ố thuật tốn Thay sử dụng từ trường đ ế định h ớng địa bàn thông thường, địa bàn kỹ thuật SỐ sử d ụn g v ệ tinh đ ế tính tốn vị trí s ố liệu đ o đạc Vì vậy, địa bàn kiểu thường không bị tác đ ộn g yếu tố gây từ tính m trường xung quanh nơi đo đạc Hình Vòng chia độ địa bàn Silva với khoảng chia độ 2° đánh số theo chiều kim đồng hồ Vành chia độ số phần mặt địa bàn thướ c đo độ Kim đỏ-trắng kim địa bàn kim đỏ hướng bắc, Kim đen độ dốc cùa cấu tạo m ặt góc cắm cấu tạo đường Đ ế xác định hướng di chuyên thực địa theo góc p hư ơng vị định trước địa bàn Silva cần làm theo bước: ĩ) Xoay bàn độ địa bàn đến đ úng vị trí góc phương vị đà chọn tử bàn đổ địa hình; 2) G iữ địa bàn ngang tẩm mắt điểu chinh gương vị trí m góc 50° -7° so với mặt địa bàn đê nhìn rõ mặt bàn độ Trong nhìn vào gương, cần điểu chỉnh địa bàn đến đường ngắm trùng với Địa bàn s ố thông d ụn g nhât nhà địa chất sử d ụ n g kiêu Lister, thường tích hợp m áy điện thoại thông m inh Iphone [H.6] Địa bàn sử d ụn g đại s ố vector đê xác định định h ớng của địa bàn theo hai phư ơng pháp: 2) đ ờng phương - góc dốc - góc đ ố (sử d ụng phư ơng pháp truyền thống áp d ụn g địa chất học đê m ô tả đ ờng phương góc d ốc mặt địa bàn góc trục dài địa bàn mặt này); 2) góc lệch - độ d ốc - trục (tương tự sử dụng hàng khơng đê m tả hướng cắm, góc cắm xoay tròn) Phương pháp thứ hai sử d ụ n g tốt đê xác định câu tạo (các đường xuât b ề mặt địa chất) Phương pháp thứ sử dụng thích hợp mặt địa chất; u điếm phương pháp cẩn m ột phép đo đủ đ ể m ô tả câu tạo mặt câu tạo đường 230 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÀT N goài địa bàn kiêu Lister kế trên, địa bàn kỹ thuật SỐ đư ợc tích hợp d ụn g cụ kỹ thuật SỐ khác m ột s ố loại địa bàn s ố chun d ụ n g có tích hợp với nhiều tính khác, m ột phẩn m áy GPS đư ợc tích hợp m ột sô điện thoại thông m inh khác HTC, v.v Tài liệu tham khảo Roger M., 1997 Geological M ethods in Mineral Exploration and Mining Springer 105 pgs Borradaile, G ]., 2003 Statistics of Earth Science Data: Their Distribution in Time, Space and Orientation Springer 351 pgs Hoek E., Kaiser P.K., Bavvden W.F., 1995 Support of Ưnderground Excavations in Hard Rock Tayỉor & Fraticis: 22-23 ISBN 978-90-5410-186-4 http://geologycompass.com http://ww w.breithaupt.de7 http://www.geolab.nrcan.gc.ca/geom ag/e_m agdec.html http://www.isu.edu/outdoor/m aplong.htm http://www.prospectors.com.au/p-327-freiberg-geological-360compass.aspx http://www.uio.no/~kjetikj/compass/ Hình Địa bàn ký thuật số tích hợp m áy điện thoại thông minh Iphone với phương pháp đo đạc kiẻu Lister K ý hiệu: Data descriptor - Mô tả liệu Stop - dừng hoạt động; Measure - đo đạc; Stike - đường phương; Dip - góc dốc; Rake - góc hợp bời đường phương đường dốc (cấu tạp mặt) h oặc đường cắn (cấu tạo đường); Yaw - xoay theo trục thẳng đứng vng góc với hướng dịch chuyền; Pitch - xoay theo trục nằm ngang vụơng góc hướng dịch chuyền; Roll - xoay quang trục nẳm ngang song song hưởng dịch chuyền McClay K R., 1987 The Mapping of Geological Structures (Geological Society of London Handbook Series) Ịohtì W iỉleỵ and Sons 161 pgs Schimmrich s H., 1998 Compass Tutorial Earth Science Australia http://earthsci.org/educa tion/ficlđsk/compass/compass.html ... kim địa bàn Mặc Hình Địa bàn Brunton A c ấ u hình địa bàn Brunton B Mặt bàn độ cùa địa bàn Brunton H ộp địa bàn chứa hầu hết chi tiết địa bàn kim địa bàn [H.3A]; bọt thủy (đê điểu chinh địa bàn. .. Cấu tạo địa bàn Silva đơn giản, gồm phận nắp địa bàn thân địa bàn [H.4] Trên nắp địa bàn có gư ơng phản chiếu quan sát mặt vòn g đ ộ đ ế điểu chinh bàn độ Đ iểm đặc biệt hộp bàn độ địa bàn có... loại địa bàn địa chất thông d ụ n g thuộc kiêu sau biến thê cải tiến chúng, gồm Brunton, Silva Breithaupt Địa bàn kiểu Brunton Địa bàn Brun ton, gọi địa bàn di đ ộ n g bỏ túi Brunton, gọi tắt - địa