CHƯƠNG II TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ĐO SÂU ĐIỆN
3.4. Quy trình đo đạc thực nghiệm của phương pháp đo sâu điện dùng thiết bị
3.4.2. Các dụng cụ phổ biến cần thiết
3.4.2.1. Điện cực.
Là một thiết bị dẫn điện dùng để đưa dòng điện nhân tạo từ nguồn phát vào trong đất đá thông qua dây dẫn điện hoặc dòng điện nảy sinh từ trong đất đá tới các máy đo điện.
Trong thăm dị điện, có 2 lọai điện cực: điện cực phát và điện cực thu. Điện cực phát thường làm bằng sắt, còn điện cực thu thường làm bằng đồng (Cu) hoặc chì (Pb).
3.4.2.2 Thiết bị.
Các thiết bị dùng để đo điện trở suất trên bề mặt bao gồm: nguồn điện (dùng nguồn 150V), máy đo dòng điện và hiệu điện thế, các điện cực dùng để tiếp xúc với mặt của dây cáp nối điện cực với máy và nguồn điện.
Máy thăm dò điện được sử dụng là máy thăm dò một chiều DIAPIR – 10R do học viện Hungary sản xuất. Đây là loại máy thăm dò điện thuộc thế hệ mới dùng các board mạch được tích hợp bởi các vi mạch điện tử, máy gồm 2 bộ phận chính:
Khối phát dịng: có chức năng biến đổi dịng điện 1 chiều DC từ điện thế 12 volt đến 300 volt DC, điều khiển thời gian phát dịng theo các thơng số lựa chọn do người sử dụng.
Khối thu: có chức năng kiểm tra điện trở tiếp điện, bù điện thế phân cực và điện thế tự nhiên, khuếch đại tín hiệu đầu vào, tính tốn giá trị điện trở suất biểukiến theo các hệ số thiết bị đã được cài đặt và hiển thị kết quả trên màn hình.
Trong quá trình đo đạc tại thực địa, tại mỗi cấu hình thiết bị, máy tự động phát xung đảo chiều với chiều dài xung được ấn định trước, tự động tính tốn giá trị điện trở suất theo phương pháp trung bình trọng số phụ thuộc vào chiều dài của 4 xung theo cơng thức như sau
Trong đó ρ: là giá trị điện trở suất biểu kiến được tính bằng ohm.m k: là hệ số thiết bị
∆U: là hiệu điện thế giữa hai cực thu I: là dòng phát
3.4.3. Bảng các thiết bị đo.
Trong cuộc khảo sát, ta tiến hành chuẩn bị dây cáp và cắm các điện cực, đối với hệ thiết bị Wenner- Alpha thì các điện cực cách đều nhau (C1P1 = P1P2 = P2C2 ).
STT
Các thiết bị đo Tham số hình học K Số liệu đo Ghi chú a(m) C1C2/2(m) P1P2/2(m) I (mA) U (mV) k (.m) 1 0.5 0.75 0.25 3.14 2 1 1.5 0.5 6.28 3 1.6 2.4 0.8 10.05 4 2.4 3.6 1.2 15.07 5 3.2 4.8 1.6 20.10 6 4 6 2 25.12 7 5 7.5 2.5 31.40 8 6.4 9.6 3.2 40.19 9 7.8 11.7 3.9 48.98 10 9.6 14.4 4.8 60.29 11 12 18 6 75.36 12 14 21 7 87.92 13 17 25.5 8.5 106.76 14 20 30 10 125.60 15 24 36 12 150.72 16 29 43.5 14.5 182.12 17 34 51 17 213.52 18 40 60 20 251.20 Bảng 3.6 Bảng các thiết bị đo
Đối với phương pháp đo sâu điện, ta giữ cố định tâm O của thiết bị tại điểm đo, còn các cực phát và cực thu được dịch chuyển ra hai phía sao cho khoảng cách thiết bị tăng dần. Nghĩa là ta tăng dần khoảng cách giữa các cặp điện cực C1P1, P1P2, P2C2 và sao cho C1P1= P1P2= P2C2 trong suốt quá trình đo. Với n=1 (n là thừa số của điểm đo )
cố định trong suốt quá trình đo, khoảng cách giữa các điện cực tối đa a=40m, độ sâu lớn nhất h=a/2=20m. Ta thực hiện 18 điểm đo sâu trong cả quá trình đo.
3.4.4. Quy trình đo.
Theo bảng các thiết bị nêu trên, C1C2/2 là khoảng cách giữa cực phát và tâm cố định O, P1P2/2 là khoảng cách giữa cực thu và tâm cố định O. Với điểm thứ nhất tương ứng a=0.5m ( a là khoảng cách liên tiếp giữa các điện cực ), khoảng cách giữa cực phát và tâm O là 0.75m, khoảng cách giữa cực thu và tâm O là 0.25m, ta thực hiện được điểm đo sâu thứ nhất. Để tăng chiều sâu khảo sát, khoảng cách các điện cực so với tâm O được dịch chuyển theo thứ tự như bảng số liệu đã nêu ở trên. Điểm thứ hai tương ứng với a= 1m, khoảng cách giữa cực phát và tâm O là 1.5m, khoảng cách giữa cực thu và tâm O là 0.75m, ta thực hiện được điểm đo sâu thứ hai. Quy trình được lặp lại tương tự cho các điểm đo sâu thứ 3, thứ 4, ….đến điểm đo sâu thứ 18, phép đo được tiến hành cho đến khi đạt khoảng cách cần thiết với độ sâu tối đa là 20m theo sơ đồ sau:
Hình 3.7 : Hình ảnh về quy trình đo cho cấu hình thiết bị Wenner-alpha.
Máy đo
. . .
(Hướng mở của các thiết)
bị . . . . . . . .
(Độ sâu nghiên cứu Ze 0.25m)
Ze0.5 m Ze20m C1 P1 P2 C2 C1 P1 P2 C2 C1 P1 P2 C2 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
(Hướng mở của các thiết bị)
+ Một vài hình ảnh về thiết bị đo và tuyến đo thực tế:
Hình 3.9 : Hệ thiết bị đo (máy Diapir E, Diapir 10R, do Hungari sản xuất, nguồn
150V, các điện cực và cuộn cáp).
Hình 3.10: Hình ảnh về tuyến đo trên bản đồ và thực tế
Bắc
Nam
Đông
+ Một vài chú ý trong quá trình đo đạc thực nghiệm:
- Trước hết phải dự kiến mơ hình Vật lý- địa chất của đối tượng nghiên cứu tại nhằm xác lập thiết bị khảo sát, lựa chọn nguồn và dịng thích hợp.
- Tâm của điểm đo sâu đặt tại vị trí bằng phẳng , xung quanh tâm điểm đo trong phạm vi bán kính 20-30m khơng được có: hố đào, mương rãnh hoặc hang hố trũng tự nhiên…
- Không tiến hành đo đạc trong điều kiện thời tiết ẩm ướt để tránh nhiễu điện dẫn đến kết quả khơng chính xác.
- Khi lấy số liệu thì phải thực hiện đo nhiều lần để kết quả được chính xác.
+ Hình ảnh các buổi đo đạc thực địa:
CHƯƠNG IV
XỬ LÝ VÀ GIẢI ĐOÁN KẾT QUẢ ĐO SÂU ĐIỆN TRỞ SUẤT THEO HƯỚNG ĐÔNG-TÂY
4.1. Xử lý số liệu đo
Để lấy thông tin về sự thay đổi điện trở suất theo độ sâu của đối tượng nghiên cứu, ta tiến hành đo cho 18 điểm đo khác nhau theo cấu hình thiết bị Wenner-Alpha, kích thước các thiết bị được mở rộng theo hướng Đông-Tây, để lấy thông tin đến độ sâu nghiên cứu khoảng 20m. Việc lấy dữ liệu được tiến hành liên tục trong vòng 3 tuần, sau khi đã loại bỏ các yếu tố nhiễu tôi đã ghi được bảng dữ liệu theo hướng Đông-Tây:
STT
Số thiết bị đo
Tham số hình học k
Hướng Đơng- Tây
a(m) C1C2 /2 P1 P2/2 I (mA) U(mV) điện trở suất
(.m) 1 0,5 0,75 0,25 3,14 1,2 2260 5913,67 2 1 1,5 0,5 6,28 2,4 2100 5495,00 3 1,6 2,4 0,8 10,05 1,3 950 7344,23 4 2,4 3,6 1,2 15,07 1,7 890 7889,59 5 3,2 4,8 1,6 20,1 2,9 1250 8663,79 6 4 6 2 25,12 1,6 450 7065,00 7 5 7,5 2,5 31,4 1,1 170 4852,73 8 6,4 9,6 3,2 40,19 2,1 130 2487,95 9 7,8 11,7 3,9 48,98 2,4 52,8 1077,56 10 9,6 14,4 4,8 60,29 1,7 27,6 978,83 11 12 18 6 75,36 1,8 21,5 900,13 12 14 21 7 87,92 1,5 9 527,52 13 17 25,5 8,5 106,76 0,9 1,2 142,35 14 20 30 10 125,6 1,1 0,8 91,35 15 24 36 12 150,72 1 0,6 90,43 16 29 43,5 14,5 182,12 1,3 0,4 56,04 17 34 51 17 213,52 2,1 0,5 50,84 18 40 60 20 251,2 2,8 0,6 53,83
Sau khi xử lý số liệu bằng phần mềm Res1D ta có kết quả đường cong đo sâu điện theo hướng Đông-Tây:
4.2. Giải đoán kết quả và nhận xét
Theo kết quả đường cong đo sâu điện xử lý từ hình 4.1, ta thấy xét theo hướng
Đơng-Tây thì cấu trúc địa chất ở khu vực này gồm thành 6 lớp (xét trong phạm vi độ sâu khoảng 20m của đối tượng), phân bố theo phương nằm ngang hoặc gần nằm ngang: 5704. 34 7844. 62 2968. 22 866.2 1 147.3 7 50.1 8 0.52 2.08 4.05 7.27 12.4 6 20.7 6 Ze(m ) a(m) (. m)
Hình 4.1: Đường cong đo sâu điện trở suất theo hướng Đông-Tây.
+ Lớp thứ nhất phân bố trong khoảng từ mặt đất đến độ sâu 0,52m có điện trở suất vào khoảng 5704.3(.m), theo giải đốn thì thành phần của lớp này gồm đất và đá bazan, trộn lẫn một ít đá phiến, lớp này cứng và chắc, có kết cấu ổn định. Vì độ dày của lớp này mỏng nên điện trở suất sẽ thay đổi mạnh theo mùa, đặc biệt là sự chênh lệch rất lớn giữa mùa khơ và mùa mưa (vì vào mùa mưa nước sẽ dễ dàng thấm qua lớp địa chất mỏng này).
+ Lớp thứ hai phân bố trong khoảng từ độ sâu 0.52m đến 2.08m ( độ dày của lớp vào khoảng 1.56m), có điện trở suất vào khoảng 7844.6(.m) thành phần vật chất ở đây gần giống với lớp thứ nhất, tuy nhiên có thể trộn lẫn một ít đá granit vụn.
Nhìn chung hai lớp trên cứng và chắc, có kết cấu ổn định ít thay đổi theo mùa. Do đó, nếu đặt nền móng cơng trình trong phạm vi của hai lớp này thì rất tốt và ổn định lâu dài.
+ Lớp thứ ba phân bố trong khoảng từ độ sâu 2.08m đến 4.05m ( có độ dày khoảng 1.97m) và có điện trở suất có giá trị vào cỡ 2968.2(.m), theo giải đốn thì lớp này có thành phần vật chất gồm đất đá sa thạch, đất đá bazan, có trộn lẫn một ít đá phiến và đá granit vụn, lớp địa chất này cũng cứng chắc và ổn định. Nói chung, ba lớp địa chất trên có điện trở suất dễ thay đổi theo mùa (vì có độ dày khơng lớn).
+ Tiếp theo, lớp thứ tư phân bố trong khoảng từ độ sâu 4.05m đến 7.27m (độ dày khoảng 3.22m), có điện trở suất vào khoảng 866.2(.m). Thành phần vật chất của lớp này gồm đất, đá phiến sét, đá sa thạch và một ít vụn đá phiến. Lớp này dày hơn các lớp trên nên giá trị điện trở suất tương đối ổn định ít thay đổi theo mùa, do đó có kết cấu ổn định.
+ Lớp địa chất thứ năm phân bố trong khoảng độ sâu từ 7.3m đến 12.4m (độ dày của lớp vào cỡ 5.19m), giá trị điện trở suất vào khoảng 147.37(.m). Theo giải đốn thì lớp địa chất có thành phần vật chất chủ yếu đất phù sa, trộn lẫn một ít sa thạch và đá phiến sét, đặt biệt lớp này có độ ẩm cao, vì thành phần chủ yếu là đất phù sa nên lớp địa chất này xốp và mềm. Để chống sét tốt cho cơng trình thì hệ thống tiếp địa chống sét phải cắm sâu đến lớp địa chất này thì khả năng thu sét mới tốt.
+ Lớp cuối cùng phân bố trong khoảng từ độ sâu 12.4m đến 20.7m (độ dày của lớp khoảng 8.3m), giá trị điện trở suất vào cỡ 50.18(.m). Thành phần vật chất chủ yếu của lớp này gồm đất phù sa, đất sét và trộn lẫn một ít sa thạch, đá phiến sét vụn nát. Đặc biệt có dấu hiệu của nước ngầm trong các lớp sét và đất phù sa, nước này theo giải đốn là khơng bị nhiễm phèn và các chất điện phân. Nếu đặt các giếng khoan đến lớp địa chất này thì sẽ sử dụng được nguồn nước ngầm ổn định phục vụ cho việc xây dựng cơng trình dân dụng tại đây về lâu về dài thì phục vụ trong sinh hoạt hằng ngày.
C. KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu khóa luận chúng tơi đã thực hiện được những nhiệm vụ đã đặt ra: + Nghiên cứu tổng quan cơ sở địa chất-vật lý của phương pháp thăm dị điện: tìm hiểu tham số quan trọng trong nghiên cứu trường điện từ của vật chất gần mặt đất, tính chất dẫn điện, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất dẫn điện của vật chất gần mặt đất trong thăm dị điện nói chung.
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp đo sâu điện: từ cơ sở mơ hình phân lớp ngang dẫn ra được quy luật phân bố hàm thế liên quan đến dòng phát và các cấu hình thiết bị có liên quan, tạo cơ sở trong đo sâu điện trở suất.
+ Nghiên cứu thực địa, cấu hình thiết bị và quy trình đo đạc thực nghiệm đối với phương pháp đo sâu điện trở suất cho đối tượng nghiên cứu: đánh giá độ nhạy thiết bị đo Wenner-Alpha, chọn thiết bị đo, quy trình đo đạc thực nghiệm theo hướng Đông- Tây tại khu vực địa chất nghiên cứu.
+ Thu thập và xử lý số liệu đo đạc thực nghiệm bằng phần mềm chuyên dụng Res1D, từ đó giải đốn biện luận kết quả đo.
Qua kết quả đã thu được ta nhận thấy rằng phương pháp đo sâu điện trở suất vẽ ra bức tranh tổng quan cấu trúc phân bố ngang hoặc gần nằm ngang theo hướng Đông- Tây về đối tượng địa chất cần nghiên cứu. Từ đó ta có thể luận giải được các kết quả phục vụ cho việc xây dựng cơng trình dân dụng cũng như sử dụng nguồn nước ngầm tại khu vực này. Hơn nữa, sử dụng phương pháp đo sâu điện có thiết bị gọn nhẹ, dễ thu thập số liệu, kinh phí của cuộc khảo sát thấp và cung cấp được thông tin địa chất cần thiết tại khu vực khảo sát, nên cần được triển khai và mở rộng ứng dụng nhiều hơn nữa tại Tp.Đà Nẵng trong giai đoạn đang xây dựng và phát triển.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tiếng Việt
[1] Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGTPHCM, Giáo trình
thăm dị điện 1, Tp. Hồ Chí Minh.
[2]
[3]
Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Kim Đính (2004), Điện từ, NXB Đại học Quốc
gia Tp.HCM, Tp. Hồ Chí Minh.
Nguyễn Đức Tiến, Giáo trình địa vật lý đại cương, NXB Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh.
B. Tiếng Anh
[4] Dey, A. and Morrison, H.F (1979), “Resistivity modelling for arbitrary shaped two dimensional structures”, Geophysical Prospecting, (No.27),
pp1020-1036.
[5] Edwards, L.S. (1977), “A modified pseudosection for resistivity and inducedpolarization”, Geophysics, (No.42), pp 1020-1036.
[6] Le Ngoc Thanh, Nguyen Thanh Van (2004), “Application pf geophysical methods to study geologycal structures of Mekong river bank to determine the weak zones capable of erosion”, Proceedings of International Symposium
on Shallow Geology and Geophysics, Hanoi, April 12-14, 2004.
[7] Loke M.H. and Barker R.D. (1996), Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudesection by a quasi-Newton method, Geophysical prospecting 44, pp 131-152.
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
Bảng 1.1 Phân loại vật chất theo cách dẫn điện của chúng. ........................................ 6
Bảng 1.2 Phân loại khoáng vật theo điện trở suất. ....................................................... 6
Bảng 1.3 Điện trở suất của một số đất, đá, khống sản và hóa chất phổ biến. ............ 12
Hình 1.4 Dịng điện chạy từ nguồn dòng điểm và sự phân bố điện thế. ...................... 13
Hình 1.5 Sự phân bố điện thế gây bởi một cặp điện cực dòng đặt cách nhau 1m, với dịng điện 1A trong mơi trường nửa khơng gian đồng nhất có điện trở suất 1Ω.m. .... 15
Hình 1.6 Các mơ hình thiết bị được sử dụng trong thăm dò điện trở suất và các tham số hình học của chúng. ................................................................................................. 16
Hình 1.7 Hệ thiết bị bốn cực đối xứng......................................................................... 17
Hình 2.1 Mơ hình phân lớp ngang của mơi trường đồng nhất bất đẳng hướng. ......... 20
Hình 2.2 Dáng điệu của J0(mr) và Y0(mr). .................................................................. 24
Hình 2.3 Dáng điệu của hai hàm thx và cthx. .............................................................. 30
Hình 3.1 Thiết bị Pole-pole với điện cực dòng ở điểm gốc và điện cực thế cách nó một khoảng “a” trên mặt mơi trường. .................................................................................. 38
Hình 3.2 Đồ thị hàm độ nhạy 1D: a) Hàm độ nhạy cho thiết bị Pole-pole; b) Hàm độ nhạy cho thiết bị Wenner. Chú ý là chiều sâu trung bình của khảo sát gấp 2 lần chiều sâu có độ nhạy cực đại. ................................................................................................. 41
Bảng 3.3 Chiều sâu khảo sát trung bình (Ze) cho các thiết bị khác nhau (Ater Adwward,1977). ........................................................................................................... 43
Hình 3.4 Các mặt cắt độ nhạy 2D của thiết bị Wenner, cho các cấu hình thiết bị: Wenner alpha, Wenner beta và Wenner gamma. ......................................................... 45
Hình 3.5 Mơ hình thực tế phân lớp ngang. .................................................................. 47
Bảng 3.6 Bảng các thiết bị đo. ..................................................................................... 49
Hình 3.7 Hình ảnh về quy trình đo cho cấu hình thiết bị Wenner-Alpha. ................... 50
Hình 3.8 Máy đo điện, một số điện cực và cuộn cáp sử dụng để đo và thu thập số liệu. ...................................................................................................................................... 51
Hình 3.9 Hệ thiết bị đo (máy Diapir E, Diapir 10R do Hungari sản xuất nguồn 150V, các điện cực và cuộn cáp) ............................................................................................. 51
Hình 3.10 Hình ảnh về tuyến đo trên bản đồ và thực tế. ............................................. 52
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
+ ρ(Ω.m) : Điện trở suất của vật chất.