Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thử nghiệm một số phương pháp địa vật lý phát hiện các đối tượng di tích lịch sử bị chôn vùi tại một số điểm ở việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ LỤA NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ PHÁT HIỆN CÁC ĐỐI TƢỢNG DI TÍCH LỊCH SỬ BỊ CHƠN VÙI TẠI MỘT SỐ ĐIỂM Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ LỤA NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ PHÁT HIỆN CÁC ĐỐI TƢỢNG DI TÍCH LỊCH SỬ BỊ CHƠN VÙI TẠI MỘT SỐ ĐIỂM Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Địa Vật Lý Mã số: 60.44.61 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đinh Văn Toàn Hà Nội – Năm 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: VÀI NÉT VỀ ỨNG DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ TRONG KHẢO CỔ VÀ ĐẶC ĐIỂM MƠI TRƢỜNG KHẢO CỔ KHU VỰC HỒNG THÀNH THĂNG LONG 1.1 Vài nét ứng dụng phƣơng pháp Địa Vật lý công tác khảo cổ nƣớc 1.2 Tình hình ứng dụng phƣơng pháp Địa Vật lý nƣớc phục vụ công tác khảo cổ 1.3 Một số đặc điểm môi trƣờng khảo cổ khu vực Hoàng Thành Thăng Long 11 1.3.1 Đặc điểm địa hình 11 1.3.2 Đặc điểm địa tầng lớp đất gần bề mặt 15 Chƣơng 2: KHẢO SÁT NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN TỪ 19 2.1 Phƣơng pháp đo cắt lớp điện trở 22 2.1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 22 2.1.2 Khối lượng khảo sát kết đo đạc 25 2.2 Phƣơng pháp radar xuyên đất 37 2.2.1 Cơ sở phương pháp Radar xuyên đất 37 2.2.2 Khối lượng đo đạc kết thử nghiệm 41 2.2.3 Kết khảo sát thiết bị điện từ tần số thấp ERA 54 Chƣơng 3: KHẢO SÁT THỬ NGHIỆM BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ KHÁC 68 3.1 Kết khảo sát thử nghiệm phƣơng pháp đo từ 68 3.2 Phƣơng pháp đo thăm dò địa chấn 74 3.2.1 Phương pháp địa chấn khúc xạ 75 3.2.2 Xử lý phân tích số liệu 76 3.2.3 Khối lượng công việc kết khảo sát 78 Chƣơng 4: KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ PHÁT HIỆN CÁC ĐỐI TƢỢNGVĂN HÓA CỔ BỊ VÙI LẤP TRONG KHU THÀNH CỔ HÀ NỘI 92 4.1 Về hiệu phƣơng pháp Địa vật lý áp dụng thử nghiệm 93 4.1.1 Phương pháp cắt lớp điện trở 93 ii i 4.1.2 Về hiệu phương pháp Radar xuyên đất 96 4.1.3 Phương pháp điện từ tần số thấp ERA 99 4.1.4 Hiệu phương pháp thăm dò địa chấn 100 4.1.5 Về hiệu phương pháp đo dị thường từ 105 4.2 Lựa chọn tổ hợp phƣơng pháp khả đạt hiệu phát đối tƣợng bị vùi lấp kết dự đốn phân bố di tích khu Thành Cổ .105 4.2.1 Về khả sử dụng phương pháp Địa Vật lý quy trình cơng nghệ khảo sát phát đối tượng khảo cổ bị vùi lấp 105 4.2.2 Về kết dự báo số đối tượng di tích bị vùi lấp khu Thành Cổ 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .116 TÀI LIỆU THAM KHẢO .119 i v BẢN TÓM TẮT: Luận văn Thạc sỹ khoa học chuyên ngành Địa Vật Lý Đề tài: “ Nghiên cứu thử nghiệm số phương pháp Địa Vật Lý phát đối tượng di tích lịch sử bị chơn vùi số điểm Việt Nam” Công tác bảo tồn phát huy giá trị văn hóa di tích lịch sử quốc gia giới ngày quan tâm tới Nhiều quốc gia áp dụng thành công công nghệ kỹ thuật Địa Vật Lý dự án khảo cổ Phương pháp Địa Vật lý bắt đầu sử dụng xác định đối tượng khảo cổ bị vùi lấp từ năm 50 kỷ trước Do việc sử dụng phương pháp Địa Vật lý ngày hiệu nên nhiều nước việc áp dụng công nghệ kỹ thuật Địa Vật lý dự án khảo cổ trở thành phổ biến Ưu điểm phương pháp Địa Vật lý khảo sát nghiên cứu cho ta tranh khái quát phân bố di tích bị vùi lấp mà khơng cần đào bới, khai quật nhiều Điều giúp nhà khảo cổ có chiến lược hợp lý việc quy hoạch bảo tồn phát huy giá trị văn hoá di tích Ở nước ta, việc triển khai phương pháp phục vụ khảo cổ hạn chế, có khối lượng khiêm tốn ứng dụng phương pháp địa vật lý tìm kiếm phát đối tượng di tích bị vùi lấp Phần lớn khảo sát nghiên cứu tiến hành theo kiểu tự phát hợp tác đôi bên trực tiếp sở quan hệ cá nhân với nhà nghiên cứu khảo cổ Trong thực tế, nhà địa vật lý nước ta nắm bắt tiến công nghệ, kỹ thuật Địa Vật lý lại chưa thật quan tâm nên khơng có nhiều kinh nghiệm sử dụng chúng cơng tác khảo cổ Mặt khác, ta chưa có nhiều hội để liên kết nhà nghiên cứu khảo cổ với nhà Địa Vật lý Trong giai đoạn nay, Nhà nước trọng nhiều đến công tác bảo tồn phát huy giá trị di tích lịch sử, nhiều dự án lớn khảo cổ triển khai nhiều nơi phạm vi nước Điều cho thấy việc ứng dụng thành công phương pháp Địa Vật lý phát đối tượng di tích bị vùi lấp cần thiết công tác quy hoạch bảo tồn hợp lý di sản văn hóa lịch sử nước ta Mục tiêu luận văn: Góp phần làm rõ khả sử dụng số phương pháp Địa Vật lý để phát nhận dạng có hiệu đối tượng khảo cổ bị chơn vùi chủ yếu khu Hồng Thành Thăng Long, Cổ Loa Điện Cần Chánh - thành phố Huế Nhằm đạt mục tiêu nêu trên, số phương pháp Địa Vật lý triển khai khảo sát thử nghiệm với nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu đánh giá mối quan hệ đặc điểm phân bố thông số trường Địa vật lý với đối tượng di tích lịch sử ( đối tượng khảo cổ, hầm ngầm xây dựng thời gian chống Mỹ ) - Nghiên cứu xác định bề dày tầng trầm tích hệ tầng Thái Bình (Tầng văn hóa) khu Hồng Thành Thăng Long phương pháp Địa vật lý Do khu vực Hồng Thành Thăng Long có nhiều yếu tố làm giảm hiệu quả, chí vơ hiệu hóa phương pháp địa vật lý, phương pháp sử dụng mang tính chất thử nghiệm, chưa thật rõ hiệu chúng sao, bao gồm: - Phương pháp đo cắt lớp điện trở, - Phương pháp Radar xuyên đất, - Phương pháp điện từ tần số thấp đo thiết bị ERA-MAX, - Phương pháp thăm dò địa chấn, - Phương pháp đo dị thường từ Các nội dung nghiên cứu luận văn cho phép ta đánh giá hiệu phương pháp Địa vật lý thử nghiệm điều kiện phức tạp khu vực Hoàng Thành Thăng Long khả sử dụng chúng để phát đối tượng di tích liên quan đến di tích ý nghĩa khoa học đề tài Công tác khảo cổ nước ứng dụng phương pháp Địa vật lý Ở nước ngồi có nhiều ứng dụng đạt hiệu tốt phát nhận dạng đối tượng khảo cổ bị vùi lấp sử dụng phương pháp Địa vật lý Bởi phương pháp Địa vật lý sử dụng phổ biến dự án khảo cổ Ở nước ta phương pháp Địa vật lý sử dụng hạn chế Một số kết khảo sát khu di tích Mỹ Sơn phương pháp từ điện trở đạt hiệu tốt Tuy nhiên môi trường khảo sát Mỹ Sơn đơn giản nhiều so với Hồng Thành Thăng Long Mơi trường khảo sát khu Hoàng Thành Thăng Long phức tạp: Nhiều lớp di tích bị phá hủy vùi lấp chồng lấp đan xen qua nhiều thời kỳ lịch sử Lớp trầm tích gần mặt đất bở rời dễ phát tán di tích Phần lớn di tích bị vùi lấp phân tán tầng văn hóa ( hệ tầng Thái Bình) phạm vi nghiên cứu Hạ tầng thị đại: nhà cửa hệ thống điện nước, viễn thông v.v gây nhiễu làm giảm hiệu vơ hiệu hóa phương pháp địa vật lý Trầm tích Holocen khu Thành Cổ Hà Nội gồm trầm tích có nguồn gốc sơng, hồ - đầm lầy thuộc hệ tầng Hải Hưng (Q21-2hh) hệ tầng Thái Bình (Q23tb) Các thành tạo thuộc hệ tầng Hải Hưng (Q21-2hh) phân bố độ sâu từ 3m đến 6,8 - 8m Thành phần trầm tích gồm sét màu xám xanh, xám ghi, xám trắng; bùn sét màu đen lẫn cát, có nguồn gốc hồ, đầm lầy Các thành tạo thuộc hệ tầng Thái Bình phân bố độ sâu từ - 3m Trầm tích thuộc hệ tầng Thái Bình khu Thành Cổ Hà Nội chủ yếu đất lấp (trầm tích nhân sinh) chỗ cịn ngun vẹn lớp trầm tích tự nhiên thành tạo Holocen muộn thuộc hệ tầng Thái Bình Các trầm tích tự nhiên thuộc hệ tầng Thái Bình bao gồm cát, bột, sét màu nâu có nguồn gốc sông Đặc điểm địa tầng lớp gần bề mặt nêu phản ánh rõ nét cột địa tầng lỗ khoan HK1 nằm phía nam Hậu Lâu khoảng 50m Kết khảo sát nghiên cứu địa tầng cho thấy thành tạo địa chất gần bề mặt thuộc loại trầm tích bở rời, đồng thành phần thạch học, có tính phân lớp rõ DIA7&NG Lé flHOAN HK1 Hlnh : D! tang lo khoan HK1 Các phương pháp Địa vật lý thử nghiệm Các phương pháp điện từ sử dụng phổ biến xác định phân bố di tích khảo cổ bị vùi lấp nhiều nước giới Trong đó, phương pháp điện trở phương pháp điện từ tần số cao dùng thiết bị Radar sử dụng nhiều Cho đến nay, phương pháp điện từ sử dụng khảo cổ chủ yếu dùng điện trường nhân tạo, phương pháp điện trở dùng nguồn phát dịng chiều, phương pháp tần số dùng dòng xoay chiều Các phương pháp sử dụng dòng chiều việc phát dịng thu tín hiệu sau thấm vào lòng đất phải sử dụng điện cực tiếp đất Trong đó, phương pháp tần số việc phát thu tín hiệu trường điện từ lại không cần tiếp địa mà cần dùng ăngten phát thu đặt gần mặt đất Do việc thu phát tín hiệu điện thơng qua điện cực tiếp địa nên phương pháp điện trở cho ta thông tin trực tiếp phản ánh đặc điểm phân bố nguồn trường điện từ môi trường Cũng nên số liệu thu sử dụng phương pháp điện trở thường cho độ phân giải cao, nhiên phải tiếp địa điện cực nên phép đo thường không thực gạch, bê tông,v.v Đối với phương pháp điện từ tần số tín hiệu đo sóng phản xạ từ ranh giới phân chia vùng có tính chất điện từ khác nhau, thành phần thứ cấp trường điện từ cảm ứng nên thường độ phân giải không cao số liệu thu từ phép đo theo phương pháp điện trở Các phương pháp dễ thực đối tượng gạch, sân xi măng, mặt đường nhựa v.v vốn khó thực ta sử dụng phương pháp đo điện trở Cho dù sử dụng phương pháp dùng dòng chiều hay xoay chiều tiền đề để ứng dụng phương pháp điện từ có điểm chung dựa vào khác biệt điện trở (tính chất dẫn điện) thực thể địa chất khác môi trường Các di vật khảo cổ người tạo bao gồm cơng trình kiến trúc văn hố cổ, đồ dùng gốm, sành, sứ, v.v thường có giá trị điện trở suất khác biệt so với môi trường địa chất vây quanh Các yếu tố gây nên khác biệt tính chất dẫn điện mơi trường tự nhiên kể đến như: 1) Thành phần nguồn gốc đất đá khác nhau: đất đá rắn thường có điện trở suất cao sét bột kết; đá có chứa vật chất dẫn điện (kim loại, sulphua,…) thường có điện trở suất thấp; đá có nguồn gốc macma, biến chất có điện trở suất cao trầm tích; 2) Trạng thái đất đá khác nhau: Với thành phần đá gốc rắn chắc, nguyên khối, đá nứt nẻ, bở rời khơ, hang hốc khơng chứa nước có điện trở suất cao đất đá nứt nẻ, hang hốc chứa nước, đặc biệt nước chứa muối khống hố có điện trở suất thấp; 3) Khi nhiệt độ tăng vật chất có độ dẫn điện tăng lên Các di tích khảo cổ bị chôn vùi thường xây dựng loại gạch nung không nung, đá khai thác từ nơi khác mang Do nguồn gốc vật liệu vừa nêu nên thường chúng có tính chất vật lý khác biệt so với đất đá tự nhiên, nơi có cơng trình cổ bị vùi lấp Dấu hiệu vừa nêu sở để ta nghĩ đến sử dụng phương pháp điện từ tìm kiếm phát di tích khảo cổ bị chôn vùi Các phương pháp điện từ sử dụng khảo sát thử nghiệm nhằm phát đối tượng khảo cổ bị vùi lấp gồm: phương pháp đo cắt lớp điện trở, phương pháp điện từ dùng thiết bị tần số Radar phương pháp điện từ tần số thấp dùng thiết bị ERA-MAX Phương pháp cắt lớp điện trở Phương pháp cắt lớp điện trở cho khả nghiên cứu lát cắt theo chiều sâu tính từ mặt quan sát Do phương pháp đo cần phải tiếp địa điện cực nên khu Thành Cổ tiến hành số vị trí Tại địa điểm nhà, đường bê tơng đường nhựa việc khảo sát phương pháp không thực Tuy tiến hành 29 tuyến đo, tất khu có tuyến đo đại diện Kết khảo sát cho thấy, giá trị điện trở suất lát cắt địa điện thay đổi khoảng từ - 10 Ωm đến khoảng xấp xỉ 100 Ωm Tại nơi bị nhiễu, tính phân lớp mơi trường đất gần bề mặt phản ánh rõ số lát cắt Có thể thấy mặt cắt tuyến đo dọc tường phía nam khu Hậu Lâu T1hl (hình 4.1) phản ánh tính phân lớp điển hình cho cấu trúc lớp đất gần bề mặt khu Thành Cổ Trong lớp nơi đất đắp thường phản ánh lớp điện trở suất cao lớp Lớp đất đắp mặt có độ tơi xốp cao, nhiều nơi chứa thêm mảnh vụn vật liệu xây dựng bị phát tán lịch sử xây dựng nguyên nhân làm cho giá trị điện trở suất tăng cao Thường lớp đất mỏng lát cắt điện trở suất khoảng 1m trở lại với giá trị điện trở suất phổ biến thay đổi khoảng 35 - 40 Ωm đến 70 - 75 Ωm Lớp thứ hai có giá trị điện trở suất thường nhỏ đạt khoảng từ 20 - 25 Ωm đến 35 - 40 Ωm, dày khoảng m, có nơi đến - 4m Liên kết với tài liệu lỗ khoan kết nghiên cứu địa chất Đệ tứ cho thấy lớp đất thuộc trầm tích hệ tầng Thái Bình, cịn coi tầng nhân sinh Thành phần thạch học lớp t ... LỤA NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ PHÁT HIỆN CÁC ĐỐI TƢỢNG DI TÍCH LỊCH SỬ BỊ CHƠN VÙI TẠI MỘT SỐ ĐIỂM Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Địa Vật Lý Mã số: 60.44.61 LUẬN VĂN THẠC SĨ... TẮT: Luận văn Thạc sỹ khoa học chuyên ngành Địa Vật Lý Đề tài: “ Nghiên cứu thử nghiệm số phương pháp Địa Vật Lý phát đối tượng di tích lịch sử bị chơn vùi số điểm Việt Nam? ?? Công tác bảo tồn phát. .. nhận dạng đối tượng khảo cổ bị vùi lấp sử dụng phương pháp Địa vật lý Bởi phương pháp Địa vật lý sử dụng phổ biến dự án khảo cổ Ở nước ta phương pháp Địa vật lý sử dụng hạn chế Một số kết khảo