Do các sĩng phản xạ đ−ợc tạo ra từ những mặt ranh giới trong mơi tr−ờng địa chất th−ờng liên quan đến những điều kiện thành tạo trong cấu trúc địa chất nh−: Ranh giới đá mĩng, các lớp vật liệu trầm tích cĩ tính chất vật lý khác nhau chứa vật liệu sét, những hang hốc, các khe nứt nẻ, các khối xâm thực cũng nh− các vật thể bị chơn vùi nhân tạo hoặc các khối bê tơng, các lỗ rỗng liên quan đến vị trí hàm ếch, tổ mối. Đĩ là các đối t−ợng đ−ợc phát hiện bằng ph−ơng pháp radar.
Độ sâu thẩm thấu của ph−ơng pháp phụ thuộc vào tần số của ăngten phát thu và tính chất vật lý của mơi tr−ờng địa chất trong đĩ hằng số điện mơi (εr) và độ dẫn điện (σ) là chủ yếu. Tần số càng cao, độ dẫn điện và hằng số điện mơi càng lớn thì chiều sâu khảo sát càng nhỏ.
Các đại l−ợng vật lý của sĩng điện từ đ−ợc dùng trong ph−ơng pháp radar nh−: Vận tốc truyền sĩng (v), b−ớc sĩng (λ), hệ số suy giảm (α), hằng số điện mơi (εr), độ từ thẩm (àr), độ dẫn điện (σ)...
Sở dĩ ph−ơng pháp radar xuyên đất cĩ thể phát hiện đ−ợc các đối t−ợng nêu trên là do trong các mơi tr−ờng địa chất nĩi chung, đặc biệt trong địa chất cơng trình chúng luơn tồn tại các ẩn họa nh− hang cactơ, khối bất đồng nhất, đới tơi xốp và các hang rỗng ..., đây là những vùng cĩ tính chất vật lý khác biệt so với mơi tr−ờng địa chất xung quanh. Tại những ranh giới giữa các ẩn họa và mơi tr−ờng xung quanh sẽ xảy ra hiện t−ợng phản xạ sĩng điện từ, với hệ số phản xạ đ−ợc tính theo cơng thức sau:
2 1 2 1 ε ε ε ε + − = R
Trong đĩ : ε1 -Là hằng số điện mơi của mơi tr−ờng thứ nhất. ε2 - Là hằng số điện mơi của mơi tr−ờng thứ hai.
Nh− vậy ranh giới các mơi tr−ờng vật chất càng khác nhau về hằng số điện mơi thì áp dụng ph−ơng pháp radar xuyên đất càng cĩ hiệu quả. Sau đây là bảng tổng hợp hằng số điện mơi của một số vật chất th−ờng gặp trong tự nhiên:
Bảng 3.1:
T.T Tên vật chất Giá trị hằng số điện mơi Ghi chú
1 Khơng khí 1 2 Đất khơ 5 3 Đất −ớt 25 4 N−ớc ngọt 81 5 Đất bồi 5- 30 6 Đất sét 5-40 7 Đá phiến sét 5-15 8 Đá granit 4-6 9 Đá vơi 4-8 10 Cát khơ 3-5 11 Cát −ớt 20-30 12 N−ớc biển 80 2. Dị th−ờng radar trên hang và mặt ranh giới
Tín hiệu radar cĩ hai dạng cơ bản sau: Các mặt phản xạ trên đối t−ợng cĩ dạng khối, t−ơng tự nh− hang sẽ đ−ợc ghi lại d−ới dạng hypecbol. Cịn đối với các mặt phản xạ phẳng sẽ đ−ợc phản ảnh t−ơng tự nh− dạng tự nhiên của chúng (hình 3.1). Hình 3.1 Mặt phản xạ Đối Mặtđất Mặt ranh giới Đối t−ợng cĩ mặt phảnxạ dạng Hyperbol.
pháp phụ thuộc vào tần số trung tâm của ăngten và hằng số điện mơi của mơi tr−ờng đất đá. Với cùng một mơi tr−ờng khảo sát ăngten cĩ tần số càng thấp thì chiều sâu nghiên cứu càng lớn nh−ng độ phân giải càng thấp, cịn đối với ăngten tần số càng cao thì ng−ợc lại. Sau đây là bảng thống kê độ sâu cĩ thể thăm dị đ−ợc của từng loại ăngten:
Bảng 3.2:
TT Tên ăngten (MHz) Chiều sâu nghiên cứu(m) Ghi chú
1 900 0.75 2 500 3 3 400 3 4 200 8 5 100 16 6 100 - Pair 30 7 80 30 8 40 ≥30 9 20 ≥30 10 15 ≥30 Với ε= 16 Hình 3.2: Hệ thiết bị Sir-10B.
Trong điều kiện khảo sát địa chất hệ thống sơng Đồng Nai là khu vực mà cĩ điện trở suất thấp, vì vậy lựa chọn ăng ten khảo sát là ăng ten cĩ tần số 80Mhz và 40Mhz.
4. Ph−ơng pháp khảo sát.
Trong ph−ơng pháp Radar cĩ nhiều biện pháp khảo sát nh−: mặt cắt sĩng phản xạ, đo truyền xuyên qua (ph−ơng pháp chiếu sĩng), đo điểm sâu chung. Sử dụng biện pháp mặt cắt sĩng phản xạ, đây là ph−ơng pháp th−ờng dùng nhất trong khảo sát với việc kéo ăngten theo một tuyến thì kết quả cho ra một mặt cắt mơ phỏng, mặt cắt địa tầng ở phía d−ới theo ph−ơng thẳng đứng. Trong quá trình đo ăngten luơn luơn phát và thu.
5. Xử lý số liệu.
Tài liệu đo đ−ợc chuyển vào máy tính PC rồi xử lý bằng phần mềm chuyên dụng Radan for Windows, qua phần mềm tài liệu thơ sau khi đo đ−ợc lọc nhiễu bằng các bộ lọc và các phép biến đổi nh−: bộ lọc đáp ứng xung hữu hạn , đáp ứng xung vơ hạn, bộ lọc ng−ợc, phép biến đổi Hilbert, phép biến đổi các hàm mũ, hàm Logarit.... vv. Qua một loạt các phép xử lý kết quả thu đ−ợc các tín hiệu nhiễu đã bị loại bỏ và tài liệu cĩ thể đ−ợc biểu diễn d−ới 3 dạng: Wiggle (dạng sĩng), O-Scope và Linescan (dạng ảnh), kết quả biểu diễn ở dạng sĩng vì tài liệu ở dạng này dễ nhận biết hơn cho các loại ẩn hoạ cĩ dạng hình thể là dạng khối gần nh− hang cĩ trong mơi tr−ờng.
III.2.2. Ph−ơng pháp thăm dị điện
Cơ sở vật lý của ph−ơng pháp thăm dị điện nĩi chung là sự khác biệt về điện trở suất của các loại đất đá khác nhau.
1. Cơ sở lý thuyết
Cơ sở lý thuyết của ph−ơng pháp điện trở dựa trên bài tốn vật lý về mối quan hệ giữa sự phân bố mật độ dịng điện trong mơi tr−ờng từ một nguồn điện phát vào mơi tr−ờng đĩ với độ dẫn điện của mơi tr−ờng. Nĩ đ−ợc mơ tả bằng ph−ơng trình tốn học nh− sau:
Trong đĩ: div, grad là các ký hiệu tốn học (tốn tử); σ - là hàm số mơ tả sự phân bố độ dẫn điện (trong thực tế th−ờng dùng tham số điện trở suất là giá trị ng−ợc của độ dẫn ρ = 1/σ đo bằng đơn vị ơm.mét -Ohmm) trong mơi tr−ờng theo toạ độ x, y,
[ ( , , ) ( , , )] (x xs) (y ys) (z zs) V I z y x gradU z y x div − − − ∆ = − σ δ δ δ
thực địa. Cịn hàm phân bố độ dẫn điện của mơi tr−ờng σ là điều ta cần biết cĩ thể xác định đ−ợc bằng cách giải ph−ơng trình trên khi đã biết các tham số I, U.
2. Phân tích tài liệu:
Số liệu đo thực địa là giá trị điện trở suất biểu kiến nhận đ−ợc bằng phép đo trên mặt đất bao gồm các hiệu ứng tổng cộng của nhiều yếu tố cấu trúc khác nhau trong mơi tr−ờng. Để xác định đ−ợc phân bố điện trở suất thực của mơi tr−ờng cần thiết phải thực hiện một quy trình phân tích tài liệu, thực chất là tìm lời giải (bài tốn ng−ợc) ph−ơng trình cơ bản nêu trên bằng cách so sánh -lựa chọn tham số mơ hình lý thuyết phù hợp với số liệu thực tế. Việc thực hiện quy trình phân tích này cần một khối l−ợng tính tốn rất lớn trên máy tính điện tử. Phần mềm xử lý phân tích này đ−ợc sản xuất ở các n−ớc Châu Âu và Mỹ đ−ợc phổ biến rộng rãi và sử dụng thuận tiện nhất. Với kỹ thuật hiện nay, kết quả phân tích đ−ợc thể hiện ở dạng ảnh màu mơ tả đặc tr−ng phân bố điện trở suất của mơi tr−ờng d−ới
tuyến khảo sát. Dựa vào đặc tr−ng điện trở suất và đặc điểm của đất đá trong vùng khảo sát cĩ thể nhận biết sự biểu hiện các yếu tố địa chất -kiến tạo (lớp trầm tích, đới giập vỡ, đá gốc rắn chắc, đứt gãy kiến tạo,…) và đối t−ợng cần quan tâm (tầng chứa n−ớc ngầm, vùng thấm, nứt, rị rỉ,…). Liên kết, tổng hợp thơng tin từ các tuyến khảo sát cĩ thể xác định, dự báo diện phân bố của các yếu tố cấu trúc và
3. Thiết bị khảo sát
Sử dụng thiết bị Super Sting R1/IP của Mỹ sản xuất, đây là hệ thiết bị đ−ợc áp dụng ở Việt Nam từ năm 2002 đến nay. Thiết bị bao gồm một trạm máy chủ và hệ thống cáp và các cực đo.
Hệ cực đ−ợc sử dụng để khảo sát các lớp địa chất ở hệ thống sơng Đồng Nai, phổ biến nhất sử dụng hệ cực Wenner và Slumberger.
III.2.3. Kết quả khảo sát
Trên hệ thống sơng Đồng Nai đã tiến hành khảo sát tại 6 địa điểm thuộc sơng Đồng Nai, sơng Sài Gịn, sơng Nhà Bè…
- Fatima: (0686936, 1197779) và khu vực Thanh Đa [11] - Cầu Bình Ph−ớc (0687511, 1201252)
- Phía tả sơng Đồng Nai thuộc xã Hiệp Hịa, Biên Hịa, Đồng Nai (0699531, 1208794)
- Phía hữu sơng Đồng Nai khu vực Tân Uyên (0708990, 1220889)
- Khảo sát tại M−ơng Chuối thuộc xã Phú Xuân, huyện Nhà Bè (0693184, 1180523)
- Khảo sát sơng Nhà Bè thuộc địa phận huyện Cần Giờ.
1. Khu vực Thanh Đa
Ngoại trừ tuyến đo Xơ Viết Nghệ Tĩnh đo cắt qua KVTĐ, điều kiện đo đạc địa vật lý dọc theo bờ sơng Sài Gịn khơng thuận tiện (nhà cửa sát bờ sơng, cây cối che chắn khĩ phát tuyến,...) cho nên các tuyến đo Georadar và ảnh điện khơng liên tục.
a. Tài liệu Georadar:
Tuyến đo Xơ Viết Nghệ Tĩnh đ−ợc bố trí dọc theo đ−ờng Xơ Viết Nghệ Tĩnh - Bình Q−ới (hình 3.4) và kết thúc ở ngã ba đ−ờng Kha Vạn Cân (Thủ Đức), dài 4.500m. Dọc theo mặt cắt cĩ thể nhận thấy cấu trúc địa chất cĩ dạng phân lớp ngang, bao gồm 6 lớp (hình 3.5):
- Lớp [1] là lớp đất mặt, dày từ 1 ữ 2,5m
- Lớp [2] là lớp sét bùn (chứa hữu cơ), độ sâu bề mặt lớp thay đổi từ 1 - 2,5m. Xen lẫn trong lớp [2] này, tại vị trí mét thứ 680 ữ 725, 875 ữ1140, 1160 ữ 1330, 1400 ữ 1610, 1660 ữ 1770, 2450 ữ 2540, 2800 ữ 2990, 3150 ữ 3490, 3530 ữ 3700,
- Lớp [6] là lớp cát trung thơ, bề mặt lớp bắt đầu xuất hiện từ độ sâu 32m.
Hình 3.5: Mặt cắt cấu trúc địa chất theo tài liệu Georadr- (tuyến XVNT)
Hình 3.6a: Mặt cắt địa chất theo tài liệu Georadar tuyến CM
Hình 3.6b: Mặt cắt cấu trúc địa chất tuyến ĐT1 theo tài liệu Georadar (Đình Thần 1)
Hình 3.6c: Mặt cắt cấu trúc địa chất tuyến ĐT2 theo tài liệu Georadar (Đình Thần 2)
Hình 3.6d: Mặt cắt cấu trúc địa chất tuyến TP theo tài liệu Georadar
Hình 3.6e: Mặt cắt cấu trúc địa chất tuyến CC theo tài liệu Georadar
Tổng hợp các kết quả đo đạc bằng ph−ơng pháp Georadar dọc bờ sơng Sài Gịn và trong lịng KVTĐ cho thấy: đến độ sâu 40m cĩ thể phân biệt đ−ợc các tầng trầm tích khác nhau và đ−ợc chia thành 5 ữ 6 lớp. Độ sâu và bề dày của chúng cĩ thể thay đổi tùy theo địa điểm, cĩ nơi ch−a phát hiện lớp thứ [6].
Tính từ mặt đất các lớp sắp xếp theo thứ tự nh− sau:
- Lớp [1]: Lớp đất mặt dày trung bình từ 1,4 ữ 2,7m,
- Lớp [2]: Lớp sét bùn chứa hữu cơ, độ sâu bề mặt lớp trung bình thay đổi từ 1,5 ữ 2,8m. Trong lớp [2] cĩ thể phân biệt ra các khối bột sét rất giàu hữu cơ, độ sâu bề mặt các khối trung bình thay đổi từ 2 ữ 4m (các tuyến XVNT, CM, ĐT1, ĐT2, TP, MT, LH2, CC).
- Lớp [3]: Lớp sét bùn, độ sâu bề mặt lớp trung bình thay đổi từ 5,7 ữ 9,6m. Lớp [2] và lớp [3] t−ơng ứng với lớp [2] theo tài liệu lỗ khoan đã trình bày ở trên.
- Lớp [4]: Lớp sét cát, độ sâu bề mặt lớp trung bình thay đổi từ 15,1 ữ18,3m.
- Lớp [5]: Lớp cát sét, độ sâu bề mặt lớp trung bình thay đổi từ 25,6 ữ28,6m. Lớp [4] và lớp [5] t−ơng ứng lớp [3] và [4] theo tài liệu lỗ khoan.
- Lớp [6]: Lớp cát trung thơ xuất hiện từ độ sâu nơng nhất là 24m (tuyến CK, MT).
b, Tài liệu đo ảnh điện 2 chiều:
Một số tuyến đo ảnh điện 2 chiều thể hiện các tầng trầm tích khá đặc tr−ng đ−ợc mơ tả d−ới đây (hình 3.7).
Hình 3.7: Sơ đồ vị trí các tuyến đo ảnh điện hai chiều khu vực Thanh Đa
- Tuyến T1 (cơng viên):
Tuyến đo đ−ợc bố trí dọc theo bờ sơng Sài Gịn khu vực cơng viên, điểm đầu tuyến cách kênh Thanh Đa khoảng 50m, dài 100m (hình 3.8). Trên tuyến xuất hiện hai khối sét bùn hữu cơ (lỗ khoan HK2). Từ độ sâu 7m, bắt đầu từ mét thứ 15 ữ 50 cĩ khối bột sét rất giàu hữu cơ.
Hình 3.8: Mặt cắt ảnh điện hai chiều tuyến T1- (cơng viên)
- Tuyến T4 (Lý Hồng):
Trong khu vực sân Tennis thực hiện 1 tuyến đo T4 (hình 3.9). Điểm đầu tuyến đo ngay nhà ơng Trần Đởm và kết thúc ngang hàng rào khu vực quán Lý Hồng, tuyến này trùng với tuyến Georadar LH1. Trên tuyến đo ở vị trí mét thứ 4 ữ 32, từ độ sâu 1
ữ3m là lớp cát san lấp. Từ độ sâu 5m trở xuống đến 10m là lớp sét bùn. Lớp này trùng với lớp thứ [2] của tuyến đo Georaar LH1 (hình 3.10).
Hình 3.10: Mặt cắt cấu trúc địa chất tuyến LH1 theo tài liệu Georadar
- Tuyến T5 (quán cà phê Bibo):
Tuyến đo này trùng với tuyến Georadar MT (hình 3.11a, hình 3.11b). Trên tuyến đo từ độ sâu 0,8 ữ 2m là lớp đất san lấp. Từ vị trí mét thứ 18ữ40 là khối bột sét rất giàu hữu cơ, trùng với lớp [3b] của tuyến đo Georadar MT.
Hình 3.11b: Mặt cắt ảnh điện hai chiều tuyến T5- (quán BiBo)
- Tuyến T6 (Thiên Hà):
Lớp trên mặt là vật liệu san lấp mặt bằng dày khoảng 1,5ữ2,5m. Từ mét thứ 20 và 40ữ70 là hai khối sét bùn hữu cơ. Vị trí mét thứ 20ữ40 ở độ sâu khoảng 6ữ16m xuất hiện một khối bột sét rất giàu hữu cơ (hình 3.12).
Hình 3.13: Mặt cắt ảnh điện hai chiều tuyến T7 ( TiGơn)
Hình 3.15: Mặt cắt ảnh điện hai chiều tuyến T9- (bãi than)
Kết quả đo ảnh điện 2 chiều cho thấy (bảng 3.3):
+ Các tuyến ảnh điện cùng đo với Georadar cho gần cùng kết quả (tuyến T4, T5): cùng phát hiện các khối bột sét rất giàu hữu cơ.
+ Các tuyến đo ảnh điện khác dọc theo sơng Sài Gịn khơng cĩ đo Georadar kèm theo cũng xác định đ−ợc các khối sét bùn hữu cơ (tuyến T1, T6).
Bảng 3.3: Kết quả minh giải cấu trúc địa chất theo tài liệu ảnh điện
TT Tuyến Vị trí trên tuyến Thành phần thạch học Ghi chú 1 T1 Từ độ sâu 7m, bắt đầu từ
mét thứ 15 ữ50
Bột sét rất giàu hữu cơ
2 T4 Từ độ sâu 5 ữ 10m Sét bùn Trùng với lớp thứ [2] của tuyến đo
Georadar LH1. 3 T5 Từ vị trí mét thứ 18ữ 40 Bột sét rất giàu hữu cơ Khối này trùng với
lớp [3] của tuyến đo Georadar MT 4 T6 Vị trí mét thứ 20 ữ 40 ở
độ sâu khoảng 60 ữ16m
c, Tài liệu đo sâu điện:
Tất cả 45 điểm đo sâu điện đ−ợc bố trí theo 3 tuyến nh− (hình 3.16).
Hình 3.16: Sơ đồ vị trí các tuyến đo sâu điện khu vực Thanh Đa
- Mặt cắt địa điện tuyến T1:
Tuyến đo đ−ợc bố trí dọc theo đ−ờng nhựa (Xơ Viết Nghệ Tĩnh - Bình Q−ới - Kha Vạn Cân) trùng với tuyến đo Georadar, bao gồm 26 điểm đo sâu điện, mỗi điểm cách nhau từ 100 ữ 200m cắt qua kênh Thanh Đa và sơng Sài Gịn ở bến đị Bình Q−ới (hình 3.17).
Hình 3.17: Mặt cắt địa điện tuyến T1 (Xơ Viết Nghệ Tĩnh)
Kết quả minh giải định l−ợng và tham khảo 2 lỗ khoan (HK5 và HK16) đặt gần tuyến đo cho thấy dọc theo mặt cắt cĩ thể chia thành 5 lớp:
+ Lớp [1]: Dày khoảng 2ữ5m cĩ điện trở suất thay đổi khá rộng, t−ơng ứng với lớp đất san lấp làm đ−ờng.
+ Lớp [2]: Độ sâu bề mặt lớp thay đổi từ 2 ữ5m, t−ơng ứng với lớp sét bùn. + Lớp [3]: Độ sâu bề mặt lớp thay đổi từ 12 ữ 16m, t−ơng ứng với lớp á sét. + Lớp [4]: Độ sâu bề mặt lớp thay đổi từ 14 ữ 20,5m, t−ơng ứng với lớp cát sét. + Lớp [5]: Độ sâu bề mặt lớp thay đổi từ 32 ữ 35m đ−ợc xác định là cát trung thơ.
- Mặt cắt địa điện tuyến T2:
Tuyến đo T2 đ−ợc bố trí song song với tuyến T1, bắt đầu từ điểm đo D27 khu vực Thảo Điền, quận 2 và kết thúc tại điểm đo D36, ph−ờng Tr−ờng Thọ, quận Thủ Đức. Tuyến đo cắt ngang qua hai đoạn sơng Sài Gịn, bao gồm 10 điểm đo sâu (hình 3.18).
Hình 3.18 Mặt cắt địa điện tuyến T2 (Thảo Điền-Thủ Đức)
Kết quả minh giải định l−ợng và tham khảo lỗ khoan (TD1) đặt gần tuyến đo cho thấy dọc theo mặt cắt cĩ thể chia thành các lớp nh− sau: