Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phương pháp địa chấn phân giải cao
Phương pháp địa chấn phân giải cao đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu địa chất các tầng nông, cho phép phân chia tỷ mỷ các phân vị địa tầng, xác định đặc điểm tướng trầm tích, phát hiện các dấu hiệu địa động lực hiện đại.
Phương pháp địa chấn phân giải cao thường sử dụng nguồn phát không nổ có dải tần số cao từ hàng trăm đến hàng chục ngàn Hz với độ phân giải thẳng đứng đến vài mét. Trong các trường hợp đơn giản thường sử dụng phương pháp địa chấn phân giải cao một mạch. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp cần sử dụng phương pháp địa chấn phân giải cao nhiều mạch, cho phép nâng cao hiệu quả xử lý số liệu.
Trong nhiệm vụ này, ngoài việc phối hợp với Viện Địa chất Địa vật lý biển và Liên đoàn Địa vật lý áp dụng địa chấn phân giải cao ở vùng biển nông liên quan đến bể Sông Hồng, đã tiến hành thử nghiệm áp dụng địa chấn phân giải cao nhiều mạch ở một số vùng kênh rạch đồng bằng Cửu Long.
2.3.1. Phương pháp địa chấn phân giải cao một mạch 2.3.1.1. Hệ thiết bị khảo sát
Công tác khảo sát địa chấn được thực hiện bằng hệ thiết bị nguồn phát và hệ thống thu - ghi dao động.
Nguồn phát trong địa chấn phân giải cao thường dùng là nguồn Spacker và nguồn Boomer. Để khảo sát tới các tập trầm tích Pliocen, cần sử dụng nguồn Spacker là loại nguồn thuỷ điện động lực, phát sóng dựa vào hiệu ứng khi phóng điện vào môi trường nước. Sự phóng điện vào môi trường nước tạo ra các xung sóng địa chấn với công suất xác định bởi công thức:
N = 2t CU 2
C là điện dung của tụ, U là điện áp nguồn và t là thời gian phóng điện.
Nguồn Sparker gồm bộ cao áp và điện cực. Bộ cao áp tạo điện áp 1 chiều tới 5000 V, được cấu tạo bởi bộ biến áp, bộ nắn dòng, bộ tích điện bằng tụ và hệ thống chuyển mạch điện tử được điều khiển bởi các xung điều khiển phát ra đồng bộ từ trung tâm ghi sóng (Computer AT).
Hệ điện cực có chức năng phóng điện từ nguồn cao áp vào môi trường nước để tạo ra xung sóng địa chấn. Nó gồm 1 lõi cáp đồng, được thiết kế đảm
bảo tạo ra các xung sóng đủ mạnh có tần số từ vài trăm đến 1000 Hz. Để phát sóng có khả năng phản xạ từ các tầng nông, hệ điện cực được thiết kế gồm 50 điện cực đặt thành nhóm trên một đáy dài 1m. Hình ảnh thử nguồn phát Sparker ở cửa sông Ninh Cơ (Nam Định) được minh họa trên hình 2.1.
Hình 2.1. Thử nguồn phát Sparker ở cửa sông Ninh Cơ (Nam Định) Hệ thống thu ghi dao động.
Các dao động địa chấn phát từ nguồn sau khi phản xạ từ các tầng trầm tích khác nhau sẽ quay về mặt nước và được thu nhận bằng đầu thu tín hiệu địa chấn biển Geont streamer 50 được thiết kế cho các khảo sát địa chấn liên tục một mạch, bao gồm 10 sensor tinh thể áp điện đấu song song, cách nhau 50 cm. Các máy thu được đặt trong ống nhựa đặc biệt có đường kính 40 mm được đổ đầy dầu diezel. Các dao động địa chấn đập vào đầu thu được biến điện.
Điện áp này được khuyếch đại, lọc tần số và điều chỉnh biên độ nhờ bộ KĐ, điều khiển theo chương trình.
Các tín hiệu địa chấn được ghi vào bộ nhớ của máy tính và ghi giữ lại trên các băng từ. Chúng cũng được thể hiện trên màn hình máy vi tính bằng màu hoặc đen trắng tuỳ ý và đồng thời được ghi trên giấy nhiệt bằng Ploter chuyên dụng loại SP - 8/210
Toàn bộ hoạt động của thiết bị địa chấn được thực hiện bởi chương trình điều hành cài đặt trong máy tính. Chương trình này điều khiển quá trình ghi sóng và lựa chọn tham số ghi sóng.
Hệ thống điều khiển thu phát tín hiệu địa chấn hoạt động đồng bộ thu phát tín hiệu, khuếch đại, biến đổi tương tự/số và lưu trữ số liệu. Các số liệu địa chấn được ghi vào bộ nhớ của máy tính, sau đó có thể lưu trữ trong đĩa CD hoặc đĩa quang từ 230 MB, đồng thời được biểu diễn trên màn hình máy tính và được in ra ở dạng Bitmap trên các máy in thông dụng.
Định vị tuyến
Hệ thống định vị vệ tinh GPS loại Map 100 do hãng Lowrance của Pháp sản xuất đã được sử dụng để định vị các điểm đo và tuyến đo. Hệ thống định vị này đảm bảo dẫn đường và xác định toạ độ các điểm đo với sai số tối đa 10 m. Các số liệu định vị được lưu giữ trong máy và có thể gọi ra, ghi lại một cách dễ dàng.
2.3.1.2. Các phương pháp phân tích, xử lý số liệu a. Các phương pháp xử lý sơ bộ
Công tác xử lý sơ bộ số liệu được thực hiện theo hai bước:
- Bước 1: Chuyển đổi định dạng số liệu từ GEON sang SU.
Do khối lượng số liệu ghi được trong các chuyến khảo sát rất lớn, cấu trúc của file số liệu đòi hỏi được giản lược đến mức tối thiểu để tiết kiệm bộ nhớ nhưng vẫn đảm bảo chứa đầy đủ các thông tin cần thiết. Vì vậy, các nhà sản xuất thiết bị thường thiết kế các định dạng số liệu (format) sao cho phù hợp với thiết bị khảo sát và phần mềm đo ghi số liệu kèm theo. Việc chuyển đổi các format khác nhau về một chuẩn chung là rất cần thiết để có thể xử lý số liệu trên các phần mềm chuẩn. Định dạng số liệu SeismicUnix (SU) về cơ bản tuân theo định dạng chuẩn SEG-Y, nhưng loại bỏ phần tả các thông tin chung về băng ghi địa chấn), mà chỉ giữ lại phần thông tin riêng và số liệu của từng đường ghi địa chấn.
- Bước 2: Xác định tham số đo ghi và đặc trưng phổ tín hiệu thu
Số liệu địa chấn sau khi được chuyển đổi về định dạng SU đã có thể xử lý bằng các công cụ của SU. Đối với mỗi chuyến khảo sát, do mục tiêu nghiên cứu và điều kiện khảo sát khác nhau, đòi hỏi các tham số đo ghi khác nhau đẫn đến đặc trưng của các tín hiệu thu được cũng khác nhau. Do vậy, việc chuẩn định được các tham số đo ghi: chu kỳ phát - thu, bước rời rạc hóa tín hiệu, số điểm rời rạc hóa, mức bù năng lượng, các ngưỡng trên dưới của bộ lọc thông tần và đặc trưng phổ tần số của tín hiệu thu là rất cần thiết để từ đó lựa chọn các phương pháp lọc thích hợp và các tham số lọc tối ưu. Đây là bước xử lý số liệu quan trọng nhất nhằm nâng cao tỉ lệ tín hiệu có ích trên phông nhiễu chung của trường sóng địa chấn thu được. Các loại nhiễu phổ biến và dễ nhận nhất trong thăm dò địa chấn biển là các sóng lặp, sóng ảo, sóng sườn và các nhiễu do bản thân thiết bị khảo sát gây ra.
Phương pháp phân tích tài liệu
Số liệu địa chấn thu được là các mặt cắt thời gian biểu diễn trường sóng dọc theo các tuyến khảo sát và được ghi theo các tỷ lệ thống nhất. Để khai thác tối đa các thông tin địa chất từ các mặt cắt địa chấn, phương pháp địa chấn - địa tầng đã được sử dụng có một cách có hiệu quả để phân tích các mặt cắt địa chấn nhằm xác định các ranh giới địa chấn địa tầng và các đặc điểm trường sóng liên quan đến tướng địa chất.
Xây dựng các mặt cắt địa chấn - địa chất theo các tỷ lệ thống nhất.
Trên các mặt cắt thể hiện các ranh giới địa chấn địa tầng, được đặc trưng bởi các dấu hiệu đào khoét, bào mòn, cắt xén và các bề mặt phân lớp, thể hiện bởi các bề mặt phản xạ sóng từ trung bình đến mạnh. Các bề mặt phân lớp chia mặt cắt địa chấn thành các phần có trường sóng khác biệt nhau.
Để tính chuyển các ranh giới từ mặt cắt địa chấn theo thời gian sang mặt cắt địa chất theo chiều sâu có thể sử dụng tốc độ truyền sóng 1700 m/s.
Tốc độ này hiện nay đang được các nước sử dụng để tính độ sâu của các ranh giới địa chấn nằm trong lớp phủ Đệ tứ.
Sai số bình phương trung bình của quá trình đo vẽ, tính toán các ranh giới phản xạ được xác định theo công thức:
N 2
ij ik
i 1
(h h ) N 1
Trong đó N là số điểm tính sai số, hij và hik là các giá trị độ sâu ranh giới phản xạ xác định tại điểm nút thứ i theo các tuyến cắt nhau j và k. Kết quả tính toán cho thấy sai số bình phương trung bình khi xác định vị trí các ranh giới phản xạ thay đổi trong khoảng 0.2- 0.5 m và có giá trị lớn đối với các ranh giới sâu.
2.3.2. Phương pháp địa chấn phân giải cao nhiều mạch
Ưu điểm cơ bản của địa chấn phân giải cao nhiều mạch so với một mạch là có thể cộng tín hiệu từ nhiều mạch khác nhau theo hệ thống “điểm giữa chung”, cho phép tăng tỷ số tín hiệu so với nhiễu. Vấn đề này đã được áp dụng phổ biến trong địa chấn dầu khí với khoảng cách phát - thu rất lớn (đến hàng chục km), tuy nhiên với địa chấn phân giải cao việc sử sụng trạm nhiều mạch mới chỉ bước đầu với số mạch còn hạn chế và khoảng cách phát - thu còn hạn chế.
Việc thử nghiệm áp dụng địa chấn phân giải cao nhiều mạch ở đồng bằng Cửu Long để sử dụng tối đa các biện pháp lọc nhiễu là rất cần thiết và là cơ sở mở rộng trong các nghiên cứu tiếp theo.
2.3.2.1. Khảo sát thực địa
Trong quá trình khảo sát vùng đồng bằng sông Cửu long, phương pháp địa chấn phản xạ phân giải cao đã được tiến hành với việc kết hợp thiết bị một mạch và nhiều mạch. Thiết bị địa chấn một mạch Geont-shelf (CH Liên bang Nga) gồm nguồn Boomer hoặc Sparker (công suất phát 500J) và hệ máy thu
dưới nước để thu tín hiệu phản xạ đơn kênh. Để thu nhiều mạch đã sử dụng bộ máy thu 24 mạch Mark - 6 do Thụy Điển sản xuất. Các tín hiệu được ghi dưới dạng số bằng hệ thống một mạch và nhiều mạch đồng thời. Nguồn nổ Boomer được sử dụng ở vùng nước nông, còn nguồn nổ Sparker được sử dụng ở vùng nước lợ, nước mặn có độ sâu lớn hơn. Tọa độ khảo sát được xác định bằng GPS có độ chính xác 3 - 10m. Khi khảo sát ở vùng cửa sông Cửu Long và vùng ven biển Trà Vinh đã sử dụng máy địa chấn phân giải cao
"Applied Acoustic" (Vương Quốc Anh) với công suất phát 600J.
Về các tham số kỹ thuật: Với phương pháp một mạch, khoảng cách thu phát 6m. Đối với phương pháp nhiều mạch, khoảng cách từ nguồn phát đến máy thu đầu tiên xmin là 6m, đến máy thu cuối xmax cùng là 20m, khoảng cách giữa các máy thu là 2m, cáp thu gồm 8 mạch. Các thiết bị được bố trí trên tàu chứa khoảng 15-20 người trong suốt quá trình khảo sát dọc các con sông và kênh rạch. Khi khảo sát ở vùng cửa sông và đới ven bờ biển đã sử dụng tàu tuần ngư có sức chứa và công suất lớn hơn nhiều so với tàu du lịch.
2.3.2.2. Xử lý số liệu
Tài liệu địa chấn phân giải cao ở đồng bằng sông Cửu Long được xử lý bằng phần mềm "Reflex" trên máy tính cá nhân (PC).
a. Xử lý số liệu tài liệu địa chấn một mạch.
- Hiệu chỉnh khuyếch đại biên độ tự động (AGC), hàm được chọn dạng: A = ate –αt , (với a = 0,1 ; α = 0,15; t: thời gian
- Lọc tần số: với nguồn Boomer dải tần số 450-1250 Hz, với nguồn phát Sparker dải tần số là 250-950Hz.
- Lọc hai chiều (2D): được chọn với số mạch bằng 3 và thời gian 0,5ms, trong một số trường hợp có tăng số mạch lên 5.
b. Xử lý số liệu tài liệu địa chấn nhiều mạch.
Tài liệu nhiều mạch được hiệu chỉnh khuyếch đại biên độ tự động và lọc thông tần tương tự như đối với tài liệu một mạch. Tuy nhiên các bước tiếp
theo là sắp xếp các mạch theo điểm giữa chung, hiệu chỉnh động bằng cách quét tốc độ và cộng điểm giữa chung để lập mặt cắt thời gian theo tuyến.
Trong một số trường hợp chỉ hiệu chỉnh động mà không tiến hành cộng điểm giữa chung vì số lần cộng quá ít do tốc độ tàu lớn quá mức cho phép (>
5km/giờ ). Trong trường hợp này tài liệu nhiều mạch chỉ làm tăng thêm độ chi tiết theo chiều ngang của mặt cắt địa chất.