Phương pháp kỹ thuật thực địa đo sâu Từ-Tellua

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELLUA

2.3. Phương pháp kỹ thuật thực địa đo sâu Từ-Tellua

3.2.1. Hệ thiết bị đo

Thiết bị đo Từ - Tellua (MTU) bao gồm các bộ phận chính: 1) Bộ máy thu, ghi lưu trữ tín hiệu; 2) 3 đầu đo thành phần từ Hx, Hy, Hz; 3) 5 điện cực trong đó 2 cặp điện cực đo thành phần điện Ex, Ey và 1 điện cực tiếp đất trung tâm (xem hình 2.3).

Hình 2.3. Thiết bị đo Từ - Tellua MTU 2000

Thiết bị đo Từ - Tellua thế hệ mới (thế hệ thứ tư) MTU 2000 do hãng Phoenix (Canada) sản xuất là thiết bị hoàn chỉnh nhất hiện nay đo 2 thành phần điện và 3 thành phần từ dạng số đang được sử dụng rộng trên thế giới. Ngoài các bộ phận chính nêu trên, thiết bị này còn phải có hệ thống định vị vệ tinh GPS đi kèm;

bộ thu ghi, lưu trữ tín hiệu gọn nhẹ có ổ cứng đủ lớn để làm việc ở chế độ không cần đến máy tính, tiêu thụ năng lượng ít; các đầu đo từ có trọng lượng nhỏ hơn so với các thế hệ trước, nguồn nuôi máy là 1 acqui 12V, dung lượng ≥ 20Ah. Các bộ phận của thiết bị MTU hoàn toàn tháo rời có thể vận chuyển từng phần bằng người từ đường giao thông đến điểm đo thuận tiện hơn.

Công tác đo thực địa tương tự các yêu cầu kỹ thuật áp dụng phương pháp Từ - Tellua trước đây và luôn có hướng dẫn của hãng sản xuất thiết bị. Đối với thiết bị MTU 2000, chế độ làm việc chỉ thực hiện được khi tại vị trí điểm đo GPS có đủ tín hiệu của số vệ tinh ≥4. Việc xác định dải động học biên độ và khuếch đại tín hiệu đo cho mỗi vùng nghiên cứu ngay ngày đầu tiên nhất thiết phải thực hiện thành công các bước chuẩn máy thu (MTU calibration) và chuẩn các cực từ (Coils calibration) bằng một phần mềm SSMT 2000, mất thời gian từ 1,5 đến 2 giờ, chế độ ghi lưu số liệu được tự động bằng phần mềm NPIPlot không cần nối máy tính. Tùy

theo yêu cầu và nhiệm vụ nghiên cứu (độ sâu khảo sát) sẽ xác định thời gian ghi số liệu (ca đo) tại mỗi điểm đo, để nghiên cứu vỏ Trái đất ở điều kiện bình thường thời gian ghi số liệu liên tục khoảng 36 giờ. Sau mỗi ca đo sẽ nhận được một bộ số liệu phải được chuyển về máy tính, hoặc đĩa lưu và giải phóng bộ nhớ cho máy ghi để thực hiện điểm đo tiếp theo. Sau đó, kiểm tra trên máy tính sự hiện diện các tệp (Files) số liệu các thành phần đã ghi tại điểm đo, nếu có đủ thì điểm đo đã hoàn thành (nếu không đủ hay có File trống thì việc thực hiện điểm đo đã bị lỗi, cần phải làm lại).

Tại mỗi vị trí đặt máy đo, để đảm bảo thu được tín hiệu không bị ảnh hưởng của nhiễu thì vị trí được chọn để bố trí hệ điện cực phải đảm bảo một số yêu cầu sau: Cách xa đường dây điện lưới tối thiểu 100 mét; tại các điểm đo gần vị trí có đường giao thông qua lại thì điểm đo phải đặt cách đường giao thông từ 200 mét trở lên. Trong quá trình thu ghi số liệu không nên để các thiết bị kim loại có tinh chất từ tính trong phạm vi khu vực bố trí hệ điện cực. Tùy theo điều kiện địa hình thực tế mà ta có các cách bố trí các điện cực trong một điểm đo theo các cách khác nhau.

Khi điều kiện địa hình cho phép thì hệ điện cực chuẩn được bố trí như hình 2.4a.Tại các vị trí điểm đo địa hình bị hạn chế bởi các hồ, đồi, suối … chia cắt, thì hệ điện cực có thể bố trí theo sơ đồ minh họa ở hình 2.4b.

Hình 2.4 a. Bố trí điện cực chuẩn Hình 2.4 b. Bố trí điện cực khi có chướng ngại địa hình

Tại các vị trí đặt điện cực, để tăng tính tiếp địa cho điện cực với môi trường, ta có thể đào hố sâu khoảng 30 cm đặt điện cực vào, sử dụng dung dịch sét bentoit được hòa bởi nước muối đổ vào hố cực. Sau khi đã đặt các điện cực tiến hành đo trở kháng của các cặp điện cực. Các cặp điện cực có trở kháng >2(kΩ) phải tiến hành đặt lại và làm tăng tiếp địa. Ba cực từ được bố trí đảm bảo yêu cấu thành phần Hx luôn có phương vị Bắc- Nam, thành phần Hy luôn có phương vị Đông- Tây, thành phần Hx được trôn thẳng đứng.(xem hình 2.5)

Hình 2.5a. Sơ đồ bố trí 3 thành phần từ theo quy chuẩn

Hình 2.5b. Sơ đồ bố trí 3 thành phần từ khi có chướng ngại vật

Trong quá trình thi công đo đạc thực địa, tùy thuộc vào điều kiện địa hình địa vật để ta bố trí các điểm đo đảm bảo được yêu cầu khoảng cách của mạng lưới và phương vị của các điện cực, đảm bảo được yêu cầu kĩ thuật của phương pháp.

2.3.2 Phương pháp xác định trở kháng Z.

Nhờ biến đổi Fourier, coi tín hiệu ghi E, H ở khoảng chu kỳ T0 T0 ta xác định trở kháng Z theo các bước sau:

Từ các tín hiệu trường điện từ E



, H



ta tính hàm tương quan:

0

0

T uv

T 0

K ( ) 1 . U(t).V(t )dt 2T 

     (2.26)

Với:U  E , E , H , Hx y x y và V H , Hx y

- Tìm phổ công suất: Tính phổ công suất theo tích phân Furier.

i

uv uv

S ( ) K ( ).e d





 

     (2.27)

Xuất phát từ phương trình ma trận trở kháng:

E ,H HH

ˆ ˆ ˆ

S  Z.S (2.28)

Từ đó xác định được trở kháng:

1 E,H HH

ˆ ˆ

ˆZ S .S  , (2.29)

Với ˆS1 là ma trận nghịch đảo của ˆS:

Tùy thuộc vào môi trường, hàm trở kháng có dạng:

 Với môi trường 1D: Trở kháng Z xác định được

xy yx

0 z 0 z

Z z 0  z 0



   

   

 

 

(2.30)

Từ đó thay vào công thức tính T ở (2.22) ta có:

T

2 Txy Tyx 0, 2T. z

      (2.31)

 Với môi trường 2D:

Mô hình 2D là mô hình có độ dẫn thay đổi theo cả phương thẳng đứng và phương nằm ngang, khi trục x theo phương cấu trúc, tenxơ trở kháng có dạng:

xy TE

2 D

yx TM

0 Z 0 Z

Z  Z 0 Z 0 

   

 

 

(2.32)

Các công thức điện trở suất ρT vẫn tính theo công thức (2.31), nhưng do Zxy  Zyx nên

Txy Tyx

   (2.33)

 Với môi trường 3D:

Mô hình 3D là mô hình có độ dẫn điện thay đổi theo ba phương    (x, y, z), tenxơ trở kháng có dạng:

xx xy

3D

yx yy

Z Z

Z Z Z 

 

  (2.34)

Khi đó, đường cong biên độ và pha của đường cong đo sâu Từ - Tellua có dạng:

2 T

1 Z

   (2.35)

Với trở kháng: Z Z Zxx yy Z Zxy yx (2.36)

Còn pha: T Im Z

arctg

   Re Z

 

  (2.37)

Thông thường, tùy thuộc bậc chiều sâu mô hình ban đầu (tấn số cao, chu kỳ nhỏ) ứng với môi trường 1D. Sau đó ở bậc sâu hơn (tần số thấp hơn, chu kỳ lớn hơn) ứng với môi trường 2D. Cuối cùng (ở tần số thấp, chu kỳ lớn) ở bậc chiều sâu lớn sẽ ứng với môi trường 3D.