Chương 5: Các phương pháp nghiên cứu địa chất công trình
5.3. Thăm dò địa vật lý trong nghiên cứu địa chất công trình
Thăm dò địa vật lý là phương pháp nghiên cứu các hiện tượng (trường) vật lý tự nhiên hay nhân tạo xảy ra trong môi trường địa chất, từ đó xác định các yếu tố cấu trúc
địa chất (tuỳ theo mục đích nghiên cứu cụ thể) thông qua các thông tin địa vật lý ghi nhận đ−ợc.
Trong nghiên cứu địa chất nói chung, địa chất công trình nói riêng, công tác thăm dò địa vật lý có thể giải quyết đ−ợc các nhiệm vụ cụ thể nh− sau:
- Xác định tính chất vật lý, thế nằm, mức độ nứt nẻ của đất đá;
- Xác định vị trí, đặc điểm của các đứt gãy, đới phá huỷ kiến tạo;
- Xác định chiều dày tầng phủ, đới phong hóa, hình dạng bề mặt đá gốc ở những nơi đá gốc bị phủ kín;
- Xác định chiều sâu phân bố mực nước ngầm, độ khoáng hoá của nước, hướng và tốc độ dịch chuyển của dòng ngầm;
- Xác định một số đặc tr−ng của các hiện t−ợng địa chất tự nhiên;
- Xác định các trường vật lý ảnh hưởng đến công trình.
Ưu điểm của phương pháp thăm dò địa vật lý là nhanh, rẻ tiền và có thể nghiên cứu đ−ợc chiều sâu lớn. Nh−ợc điểm là do nghiên cứu gián tiếp nên kết quả có độ chính xác không cao. Phương pháp thăm dò địa vật lý thường được sử dụng trong các giai đoạn đầu của quá trình khảo sát địa chất công trình, nhằm nghiên cứu khái quát,
định hướng cho các phương pháp nghiên cứu khác
5.3.2. Các phương pháp địa vật lý thường áp dụng trong địa chất công trình Trong địa chất công trình, các phương pháp thăm dò địa vật lý được sử dụng rộng rãi là phương pháp điện trường tự nhiên, điện trở và địa chấn.
1. Ph−ơng pháp điện tr−ờng tự nhiên
Bản chất của ph−ơng pháp điện tr−ờng tự nhiên là dựa vào các tr−ờng điện cục bộ xuất hiện trong đất đá do các hiện t−ợng tự nhiên nh− thấm lọc, khuếch tán, ôxy hoá- khử gây ra để nghiên cứu đối t−ợng.
Ví dụ: Một thân quặng sunfit nằm ở trong đất đá. Thân quặng này có đặc điểm là phần trên nằm trên mực n−ớc ngầm, còn phần d−ới nằm d−ới mực n−ớc ngầm. Nh−
vậy, phần trên thân quặng nằm trong không khí bị ôxy hoá, mất điện tử và tích điện d−ơng còn phần d−ới thì ng−ợc lại, tích điện âm. Kết quả là trong thân quặng xuất hiện một tr−ờng điện tự nhiên giữa hai đầu thân quặng (hình 47). Nghiên cứu tr−ờng điện tự nhiên này bằng cách đo điện trường phát sinh từ thân quặng, ta có thể xác định được chính xác vị trí thân quặng nằm trong đất đá.
125
Việc đo điện tr−ờng tự nhiên đ−ợc tiến hành theo các tuyến riêng biệt song song hay thành mạng l−ới tuyến vuông góc với nhau bố trí trên toàn bộ diện tích thăm dò.
Phương của tuyến được chọn cắt ngang phương kéo dài của đối tượng nghiên cứu.
Khoảng cách giữa các tuyến đo địa vật lý thay đổi tuỳ thuộc vào kích thước thân quặng, nh−ng cần phải đảm bảo nhỏ hơn 3- 5 lần chiều dài thân quặng dự đoán, nhằm xác định chính xác vị trí đối t−ợng.
Trong thực tế, ph−ơng pháp điện tr−ờng tự nhiên có thể ứng dụng hiệu quả trong các tr−ờng hợp nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu quá trình ăn mòn đường ống dẫn chất lỏng: xác định vị trí; mức độ, tốc độ ăn mòn; ... đường ống;
- Tìm vị trí mất nước của hồ chứa qua bờ hồ hay dưới nền đập chắn nước, xác định hướng vận động của dòng ngầm (quá trình thẩm thấu của nước dưới đất cũng tạo ra trường điện tự nhiên trong đất đá).
2. Ph−ơng pháp điện trở
Bản chất của phương pháp điện trở là dựa vào đặc điểm dẫn điện khác nhau của
đất đá (do chúng có mật độ hay khối l−ợng thể tích khác nhau) khi cho dòng điện chạy qua để nghiên cứu các dị thường địa chất.
Khi thăm dò bằng ph−ơng pháp điện trở, ng−ời ta truyền dòng điện một chiều xuống đất qua hai cực phát (A-B) và dùng hai cực thu (M-N) để xác định điện trở suất biểu kiến (ρbk) của đất đá, từ đó xác định các dị thường địa chất.
Có 2 ph−ơng pháp đo điện trở: mặt cắt điện và đo sâu điện.
a. Ph−ơng pháp mặt cắt điện
Phương pháp mặt cắt điện nghiên cứu sự thay đổi của điện trở suất biểu kiến theo ph−ơng ngang (ph−ơng của tuyến đo) bằng cách di chuyển hệ điện cực với kích th−ớc giữa cực phát và cực thu không đổi trên toàn tuyến đo, nhằm phát hiện những bất đồng nhất về địa chất (hình 48). Những dị thường địa chất có thể là ranh giới địa chất, hang hốc cactơ, đứt gẫy hay đới phá huỷ kiến tạo, ....
Phương pháp mặt cắt điện ứng dụng hiệu quả ở những nơi đất đá có khả năng dẫn
điện tốt, đặc điểm cấu trúc địa chất biến đổi mạnh theo phương ngang, còn trong tr−ờng hợp khác thì ng−ợc lại.
b. Ph−ơng pháp đo sâu điện
Phương pháp đo sâu điện nghiên cứu ρbk thay đổi theo chiều sâu bằng cách cố
định tâm hệ điện cực và tăng dần kích thước hai cực phát (hình 49).
+ + +
+
∇ -
- Thân quặng - - -
Hình 47: Sự hình thành tr−ờng điện tự nhiên
126
Phương pháp này thường được ứng dụng có hiệu quả trong điều kiện cấu trúc địa chất thay đổi nhiều theo phương thẳng đứng.
Hình 49: Ph−ơng pháp đo sâu điện 3. Phương pháp địa chấn
Phương pháp thăm dò địa chấn nghiên cứu trường dao động đàn hồi do con người tạo ra nhằm giải quyết các nhiệm vụ địa chất. Để tạo ra dao động đàn hồi, người ta tiến hành gây nổ ở trong đất đá. Các sóng dao động đàn hồi đ−ợc tạo ra lan truyền trong môi trường địa chất, khi gặp ranh giới giữa các loại đất đá có tính đàn hồi khác nhau, chúng phản xạ trở lại mặt đất. Đặt máy thu ghi nhận các sóng phản xạ, qua các thông số về thời gian và tốc độ truyền sóng của sóng tới và sóng phản xạ, xác định đ−ợc vị trí các mặt ranh giới địa chất (hình 50).
Phương pháp thăm dò địa chấn là một trong những phương pháp được sử dụng để nghiên cứu ranh giới địa chất theo phương đứng rất hiệu quả trong trường hợp đất đá có khả năng lan truyền sóng đàn hồi tốt.
A M N B
0
Máy thu Cực thu
Hình 50: Phương pháp thăm dò địa chấn Nguồn nổ
Sãng tíi
Sóng phản xạ ρbk
R
A M N B M N A M N B
+ + +
Hình 48: Ph−ơng pháp mặt cắt điện
B A
B 0 A 0 0
127