Thăm dò điện trở suất hai chiều là một phương pháp khá hiệu quả trong việc khảo sát và vẽ các cấu trúc phức tạp. Tuy nhiên, vẫn còn một số điểm cần chú ý trong phân tích các kết quả từ dữ liệu. Sau đây sẽ trình bày về những trở ngại thường gặp.
¾ Sử dụng không đúng thiết bị lưỡng cực
Thông thường, có hai nhầm lẫn khi sử dụng thiết bị này:
+ Thứ nhất, việc giả thiết rằng chiều sâu của điểm khảo sát là điểm giao nhau giữa đường chéo 450 và đường thẳng chiếu từ trung điểm của thiết bị lưỡng cực xuống dưới, điều này làm cho việc đánh giá chiều sâu khảo sát quá lớn. Ví dụ: trong trường hợp khi thừa số khoảng cách điện cực “n” = 6 thì giao điểm này có độ sâu khoảng 3 lần độ sâu trung bình (được trình bày trong bảng 2.1).
+ Thứ hai, thông thường cho rằng gia tăng đều đặn thừa số khoảng cách “n” trong khi cố định chiều dài lưỡng cực để gia tăng chiều sâu khảo sát. Điều này dẫn
đến kết quả dữ liệu thu thập sẽ rất nhiễu và khi đó các giá trị điện trở suất âm sẽ
không sử dụng được trong một số trường hợp ứng với giá trị thừa số khoảng cách “n” lớn hơn 8. Để giải quyết vấn đề này, thì giá trị thừa số “n” không vượt quá 6 và có thể sử dụng phương pháp chồng chất các mức dữ liệu như đã trình bày trong
đoạn 3.2.6.
¾ Điện cực tiếp đất xấu
Vấn đề này thường xảy ra trong vùng có nhiều đá hay đất khô, nơi không thể
cắm sâu điện cực vào môi trường khảo sát, hoặc môi trường quá khô làm cho việc phát dòng bị hạn chế. Do vậy, trong mặt cắt giả hiện tượng này được biểu hiện có dạng giống như hình chữ V ngược mà hai chân xuất phát từ một điện cực. Vấn đề
cực thế sẽ ít nhạy hơn đối với các tiếp xúc kém như vậy. Trong một số tình huống có thể khắc phục được bằng hoán đổi các điện cực.
¾ Dòng thấm kém
Ta biết rằng, hiệu quả của phương pháp thăm dò điện trở suất phụ thuộc vào dòng điện chạy qua khu vực được khảo sát. Vì vậy, nếu như các lớp trên mặt có giá trị điện trở suất quá cao thì khó có thể có đủ dòng điện chạy qua toàn bộ môi trường. Ngược lại, nếu như các lớp trên bề mặt có điện trở suất thấp, dòng điện có thể bị bẫy trong các lớp này, vì vậy sẽ không có đủ thông tin đòi hỏi cho các lớp phía dưới.
¾ Không để cho dòng điện suy giảm điện tích
Khi một điện cực sử dụng như một điện cực dòng, các điện tích có xu hướng tập trung xung quanh điện cực. Khi dòng điện không chạy qua điện cực thì vẫn có một khoảng thời gian nhất định cho các điện tích này khuếch tán đi. Nếu các điện cực này ngay sau đó sử dụng điện cực thế, thì hiện tượng này sẽ gây ra sai số đối với kết quảđo ghi nhận được, điều này đã được đề cập đến (Dahlin, 2000).
¾ Những nhầm lẫn ngoài thực địa
Những nhầm lẫn này có thể xuất hiện do các nguyên nhân khác nhau, như là: các sai số máy móc trong quá trình quan sát tại thực địa, điện cực tiếp địa xấu trong các môi trường khô (cát hoặc đá), nối tắt giữa các điện cực do điều kiện quá ẩm hoặc do các vật thể kim loại (như hàng rào, ống nước,…) hoặc các nhầm lẫn khác như gắn sai đầu nối. Một điều rất may là có thể loại ra được các điểm dữ liệu xấu do các nguyên nhân này bằng cách quan sát mặt cắt giả, hay trên biểu đồ tuyến đo trước khi tiến hành việc nghịch đảo.
¾ Đối với cấu trúc ba chiều (3D)
Khi phân tích một tuyến dữ liệu đơn, thông thường chúng ta giả thiết rằng môi trường bên dưới là môi trường hai chiều (2D). Giả thiết này hoàn toàn hợp lý khi tuyến khảo sát được bố trí cắt ngang qua các cấu tạo bên dưới có phương kéo dài. Tuy nhiên, nếu có một sự thay đổi đáng kể về giá trị điện trở suất của môi
trường bên dưới theo phương vuông góc (trực giao) với tuyến khảo sát (tức là xuất hiện các cấu trúc 3D), thì điều này có thể gây ra những biến dạng phần dưới của mô hình nhận được. Trong những trường hợp như vậy, các đo đạc được thực hiện với các khoảng cách điện cực đủ lớn không những bị ảnh hưởng bởi các phần sâu hơn của môi trường, mà còn chịu ảnh hưởng bởi các cấu trúc ở khoảng cách ngang lớn hơn từ tuyến khảo sát. Ảnh hưởng này dễ dàng nhận thấy khi tuyến khảo sát đặt gần một bậc tiếp xúc với tuyến đo được bố trí song song với tiếp xúc. Trên hình 3.29
trình bày mặt cắt giảđiện trở suất cho mô hình 3D của thiết bị Wenner, có hai cấu trúc có cùng chiều rộng và giá trịđiện trở suất là 100Ω.m nằm trong môi trường có
điện trở suất 10Ω.m. Một cấu trúc chính xác là 2D, trong khi cấu trúc thứ hai bị cắt gần khoảng giữa diện tích tại vị trí theo trục y là 3m. Ở một khoảng cách lớn tính từ
cạch của cấu trúc thứ hai, ví dụở vị trí y = 8m, dị thường của cấu trúc bên phải gần như cao bằng dị thường cấu trúc bên trái. Tuy nhiên, ở khoảng cách gần, chẳng hạn
ở vị trí y = 5m, dị thường do cấu trúc bên phải yếu hơn một cách đáng kể. Nếu tiến hành một cuộc khảo sát dọc theo tuyến cắt phương y tại y = 5m ( với giả thiết môi trường bên dưới là 2D) thì kích thước bên phải nhận được từ phép nghịch đảo của tập dữ liệu sẽ bị sai.
Năm 1997, Daklin và Loke đã tiến hành so sánh độ nhạy của các thiết bị
khác nhau đối với các cấu trúc nằm ngoài trục của tuyến khảo sát 2D và cho thấy rằng thiết bị lưỡng cực là nhạy, nghĩa là chịu biến dạng lớn nhất đối với các cấu trúc ngoài trục. Giải pháp tốt nhất trong trường hợp này là thực hiện các khảo sát 3D trên các cấu trúc 3D.
Điểm chú ý nữa là một khảo sát 2D với chất lượng dữ liệu tốt và mức độ bao phủ rất dày và được nghịch đảo bởi thuật toán của bài toán ngược rất tốt, nhưng vẫn có thể cho kết quả sai, nếu giả thiết môi trường 2D được đặt trên cơ sở bị sai lệch.
Đây là một vấn đề rất đặc biệt trong thăm dò khoáng sản (kể cả phân cực kích thích), tại nơi mà các cấu trúc địa chất rất phức tạp, có các dạng khoáng sản thường gặp. Trong những trường hợp như vậy, các kết quả từ mô hình điện trở suất và phân cực kích thích (IP) phải được xử lý rất kĩ, trừ khi nó được kết hợp với một khảo sát
khác và mô hình 3D, có nhiều trường hợp các lỗ khoan đắt tiền đã khoan qua các
đới ở trong vùng mô hình 2D, nơi thể hiện các dị thường IP mạnh mẽ mà không tìm thấy đối tượng.
¾ Các giới hạn vật lý của phương pháp điện trở suất
Trong các khảo sát 2D, 3D và nghịch đảo dữ liệu đã mở rộng phạm vi các vấn đề thực địa, các vấn đề này có thể được giải quyết bởi phương pháp điện trở
suất. Tuy nhiên, vẫn còn những giới hạn đặt ra bởi các định luật cơ bản của vật lý
đối với kỹ thuật này, chẳng hạn là độ phân giải của phương pháp điện trở suất giảm theo quy luật hàm mũ đối với chiều sâu. Chúng ta nhìn thấy hình ảnh môi trường bên dưới như “nhìn xuyên qua một kính mờ” và hình ảnh nhìn được cứ mờ dần theo chiều sâu. Không lấy gì làm chắc chắn để vẽ một cấu trúc có kích thước 1m ở độ sâu 10m khi sử dụng phương pháp điện trở suất. Các phương trình khuếch tán là cơ sở của các hiện tượng điện trở suất, vì vậy độ phân giải của nó kém hơn so với các phương pháp địa chấn hay phương pháp radar xuyên đất ở độ sâu lớn hơn một bước sóng.
¾ Tính đa nghiệm:
Chúng ta biết một điều là có thể có nhiều hơn một mô hình có thểđược đưa ra từ một đáp ứng mô hình đối với các dữ liệu quan sát trong các giới hạn chính xác của dữ liệu. Trong mô hình 1D, các vấn đề về sự tương đương và tương hỗđã phản ánh rất rõ điều đó. Trong các mô hình 2D và 3D điều này cũng xảy ra và nó được trình bày một cách đầy đủ trong bài báo cáo của Oldenburg và Li (1999).
Trong mô hình 2D và 3D, có thể sử dụng các cưỡng bức trong phương pháp bình phương tối thiểu để nhận được lời giải ổn định. Việc sử dụng các phương pháp cưỡng bức làm trơn và cưỡng bức chặn để đưa ra các mô hình đáp ứng trông có vẻ
hợp lý hơn, nhưng không đảm bảo chúng thật sự chính xác, vì độ chính xác của kết quả chỉ tốt nhưđộ chính xác của các giả thiết đã thực hiện. Do vậy, mô hình kết quả
phụ thuộc vào mức độ ý nghĩa của cưỡng bức đã sử dụng và sẽ gần xấp xỉ với điện trở suất thật của môi trường bên dưới nếu các cưỡng bức phù hợp với thực tế.
Chương trình giải bài toán ngược ResDinv giống với bài toán phi tuyến nhất, nó thực hiện một sự tối ưu hóa, nghĩa là nó cố gắng làm giảm sự khác biệt giữa các giá trị điện trở suất tính toán và đo đạc thực tế. Nếu có dữ liệu không xác định và không phù hợp hoàn toàn giữa kết quả tính toán và kết quả đo đạc thì chương trình sẽ cho biết cách đo đạc như thế nào để không ảnh hưởng đến kết quả đo. Các dữ
liệu đo đạc cũng có những giới hạn do nhiễu và do điều kiện thực địa khi tiến hành
đo đạc, chương trình sẽ cho biết cách đo như thế nào để không ảnh hưởng đến kết quảđạt được. Tại cùng một vị trí, chương trình sẽ cho một đáp ứng mô hình với sai số 5% đối với sự phù hợp giữa các giá trị điện trở suất đo đạc và tính toán của tập dữ liệu này, nhưng không đúng cho tập dữ liệu khác. Do vậy, thiết bị lưỡng cực cho một mô hình nghịch đảo với độ phân giải tốt hơn nhiều so với thiết bị Pole-pole, mặc dù theo lý thuyết các giá trị lưỡng cực có thểđược trích ra từ thiết bị Pole-pole.
¾ Gia tăng khoảng cách điện cực không phải lúc nào cũng gia tăng chiều sâu khảo sát
Thông thường, khi khoảng cách giữa các điện cực tăng thì độ nhạy của thiết bị đối với môi trường bên dưới cũng gia tăng. Điều này đúng với hầu hết các thiết bị, nhưng cũng có trường hợp ngoại lệ, vấn đề này được trình bày rõ trong đoạn
CHƯƠNG 4
KẾT QUẢ ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN 2D
# "
4.1 Khảo sát ảnh điện tại khu vực Bán đảo Sơn Trà, Tp.Đà Nẵng để đánh giá vai trò của bài toán thuận
Ở chương 2, ta đã trình bày bài toán thuận về phương diện lý thuyết và biết rằng, bài toán thuận được giải dựa trên hai phương pháp: Phần tử hữu hạn hoặc vi phân hữu hạn. Trong mục này, chúng ta sẽ đánh giá vai trò của bài toán thuận đối với bài toán ngược nói riêng và tầm quan trọng của nó trong thăm dò điện nói chung, đồng thời thông qua đó trình bày các thao tác thực hành của chương trình Res2Dmod và Res2Dinv.
Để đánh giá vai trò của bài toán thuận ở góc độ đầy đủ nhất, trước tiên ta phải tạo một mô hình thực tế ngoài thực địa về sự bất đồng nhất điện trở suất của môi trường bên dưới. Sau đó tiến hành tính toán mặt cắt điện trở suất theo mô hình lý thuyết (mô hình được tạo ra trên máy tính, với sự hổ trợ của phần mềm Res2Dmod) cho các thiết bị ứng với các khoảng cách điện cực “a” và thừa số “n” khác nhau, sao cho các mặt cắt điện trở suất theo mô hình lý thuyết được tính đó phản ánh được đối tượng khảo sát rỏ nhất. Từđó mới triển khai đo đạc thực địa, thu thập số liệu cho đối tượng khảo sát với các thiết bị tương ứng với khoảng cách điện cực “a” và thừa số “n” đã được chạy thử trên mô hình lý thuyết và cuối cùng giải bài toán ngược nhận kết quả mặt cắt điện cho từng thiết bị, đêm so sánh với kết quả
lý thuyết và rút ra kết luận. Tuy nhiên, do điều kiện khách quan nên tôi đã tiến hành khảo sát và đánh giá ở mức độ đơn giản hơn. Đó là, từ các kết quả mặt cắt điện trở
suất của bài toán thuận cho các thiết bị khác nhau đó. Tôi tiến hành so sánh và chọn mặt cắt của thiết bị (tương ứng với khoảng cách điện cực “a” và thừa số “n”) nào phản ánh được đối tượng khảo sát rỏ nét nhất, rồi triển khai đo đạc thực địa, giải bài toán ngược, so sánh với kết quả của bài toán thuận và rút ra kết luận.
Để làm điều đó, tôi đã tạo một mô hình thực tế, đó là khảo sát căn hầm bị
Sơn Trà, phía đông giáp biển, phía nam giáp đường cầu Thuận Phước nối dài, phía bắc và phía tây giáp núi. Thành phần chủ yếu gồm đất phù sa, một ít đá phiến sét và trầm tích. Trên diện tích đất này, tôi tiến hành đào một cái hố với kích thước (sâu: 1,7m; dài: 3m; rộng: 2m) và sử dụng gạch ống để xây một căn hầm có kích thước (3mx2mx0,7m) nằm ởđáy hố, sau đó lấp đất lại để tạo tạo ra một mô hình thực tế về
căn hầm bị chôn vùi ởđộ sâu 1m.
4.1.1 Tính toán mặt cắt điện trở suất theo mô hình lý thuyết
Để lựa chọn hệ thiết bị phù hợp với đối tượng khảo sát trước khi tiến hành thực địa, tôi chạy thử trên mô hình bài toán thuận (với sự hỗ trợ của chương trình Res2Dmod) cho các thiết bị khác nhau.
Chương trình này chạy trên nền hệ điều hành Windows95/98/me/2000/NT, các loại máy tính Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III hoặc Pentium IV và có bộ nhớ tối thiểu là 32MB (tốt nhất là 64MB) đều chạy được chương trình này. Các máy tính này có ổ cứng ít nhất 128MB trống để chương trình có thể lưu trữ các file tạm trong quá trình xử lý; nếu máy tính có nhiều hơn một ổ cứng, chương trình sẽ tự động lựa chọn ổ cứng nào có dung lượng trống lớn nhất để chứa các file tạm.
Đây là một chương trình Windows 32-bit, có thể truy xuất đến hơn 4GB bộ nhớ. Bây giờ, chúng ta sẽ thực hành thao tác để tính toán mặt cắt điện trở suất cho mô hình lý thuyết:
Bước 1: Trước tiên để chạy chương trình Res2Dmod, ta nhấp chuột double vào biểu tượng . Khi đó ta sẽ vào giao diện:
Click “OK”để vào cửa sổ chương trình:
Bước 2: Đểđọc file dữ liệu đầu vào cho bài toán thuận, ta nhấp chuột vào “File” sẽ
xuất hiện của sổ:
Gồm các tùy chọn:
+ “Read file with forward model”:đọc file dữ liệu ứng với mô hình cho trước. + “Save results in RES2DMOD format”: lưu kết quả theo định dạng của Res2DMod.
+ “Save results in RES2DINV format”: lưu kết quả theo định dạng của RES2DINV. + “Save model in SURFER format”: lưu mô hình theo định dạng SURFER.
+ “Trace program execution”: thực hiện chương trình theo chỉ dẫn. + “Exit program”: thoát khỏi chương trình.
Tuy nhiên, ở đây ta chỉ chọn tùy chọn “Read file with forward model”, khi
Tiếp theo, ta chọn file cần sử dụng (tùy vào hình dáng, kích thước và đặc
điểm của đối tượng khảo sát). Ở đây tôi chọn file “ ” rồi click “Open”, chương trình sẽđọc file dữ liệu đã chọn.
Bước 3: Click vào “Edit”, chương sẽ xuất hiện cửa sổ các tùy chọn:
+ Sử dụng tùy chọn “Edit mode” để biểu diễn và điều chỉnh mô hình điện trở suất phù hợp với đối tượng khảo sát. Nếu cần thiết, sử dụng tùy chọn “Add new