Phương pháp biến đổi n xử lý đường cong đo sâu điện trên lát cắt địa điện biến đổi liên tục

Nội dung text: Phương pháp biến đổi n xử lý đường cong đo sâu điện trên lát cắt địa điện biến đổi liên tục

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 54, 04/2016, (Chuyªn ®Ò §Þa vËt lý), tr.45-49 PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI N XỬ LÝ ĐƯỜNG CONG ĐO SÂU ĐIỆN TRÊN LÁT CẮT ĐỊA ĐIỆN BIẾN ĐỔI LIÊN TỤC NGUYỄN TRỌNG NGA, Hội Khoa học kỹ thuật Địa vật lý Việt Nam TRƯƠNG THỊ CHINH, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Phương pháp đo sâu điện được áp dụng hàng trăm năm nay (từ năm 1911 ở Pháp) và đã thu được hiệu quả trong nghiên cứu cấu trúc địa chất, tìm kiếm nước ngầm, tìm khoáng sản và khảo sát nền móng địa chất công trình. Về xử lý tài liệu đo sâu điện, lúc đầu người ta dùng phương pháp palet, sau đó áp dụng máy tính song đều không tránh được nguyên lý tương đương làm cho kết quả trở thành đa trị. Tác giả đưa ra phương pháp xử lý mới - phương pháp biến đổi N cho phép tự động xử lý tài liệu đo sâu điện theo một quan điểm khác. Sở dĩ tài liệu đo sâu điện không phản ánh trung thực môi trường địa chất là do tham số đo được là số đo biểu kiến. Mang thông số trung bình của miền xác định và không thể hiện đúng chiều thấm sâu của lát cắt. Với quan điểm môi trường gồm hệ lớp mỏng phân lớp liên tục, các tác giả tính được giá trị điện trở suất của lớp mỏng vi phân ở độ sâu Z bằng cách xác định hệ số bất đẳng hướng của lát cắt. Phương pháp được thử nghiệm trên đường cong đo sâu lý thuyết của môi trường phân lớp nằm ngang đã chứng tỏ hiệu quả của phương pháp. Song phương pháp sẽ tốt hơn với môi trường có tham số thay đổi liên tục (môi trường Gradient) các ranh giới phân lớp là ranh giới biến đổi mạnh nhất của tham số môi trường. Kết quả xử lý trên tài liệu thực tế cho thấy phương pháp có độ phân giải cao, phản ảnh trung thực môi trường địa điện bất đồng nhất cả 2 và 3 chiều. 1. Đặt vấn đề trường 2D là lát cắt vừa phân lớp theo phương Phương pháp thăm dò điện do nhà Địa vật thẳng đứng, vừa có bất đồng nhất theo phương lý người Pháp Schlumberger khởi xướng từ hơn ngang, và mô hình 3D có bất đồng nhất theo 3 một thế kỷ trước (1911) và phát triển mạnh mẽ phương. Hệ điện cực đo thường sử dụng bao cho đến ngày nay. Về phương pháp, lúc đầu chỉ gồm: hệ 4 cực đối xứng, hệ ba cực và hệ lưỡng đo tham số điện trở suất, sau đó đo cả tham số cực. Ở đây chúng tôi chỉ giới thiệu phương phân cực, ở các chế độ dòng một chiều và dòng pháp áp dụng đo sâu điện đối xứng (VES) là xoay chiều (tần số thấp và tần số cao) dạng đo phương pháp được áp dụng phổ biến nhất. sâu và đo mặt cắt với nguồn trường tự nhiên Phương pháp đo sâu điện đối xứng nghiên hoặc nhân tạo. cứu sự thay đổi điện trở suất biểu kiến theo Phương pháp điện trở dòng một chiều được chiều sâu ρx,k r bằng cách tăng dần kích áp dụng phổ biến nhất để nghiên cứu cấu trúc thước hệ cực phát AB để tăng dần chiều sâu địa chất, tìm kiếm nước ngầm, khoáng sản và quy ước (r = AB/2), từ đó áp dụng các phương khảo sát nền móng địa chất công trình. Phương pháp xử lý để xác định cấu trúc của môi trường pháp áp dụng phổ biến nhất, hiệu quả nhất là đo địa chất. sâu điện trở. Lúc đầu người ta dùng Palet (tập hợp các Đo sâu điện trở dòng một chiều khi áp đường cong chuẩn được sắp xếp theo một quy dụng tùy thuộc vào mô hình môi trường mà lựa chuẩn nhất định) và dùng phương pháp so sánh chọn hệ thiết bị đo phù hợp. Môi trường mô khi đường cong đo được trùng với đường cong hình 1D là lát cắt phân lớp ngang; mô hình môi chuẩn để rút ra các tham số của lát cắt địa điện 45
2. phân lớp nằm ngang (môi trường 1D). Nhưng Schlumberger coi MN k(x, ri) (2) lên, chiều sâu quy ước r mở rộng và sâu vào ρ (x, r) k khi (*) (2) 2 lòng đất phản ánh cấu trúc địa điện của môi lgρ (x, r) trường địa chất. 1- k lgr ρN (x, z) = ρx, r (3) Giá trị điện trở suất biểu kiến k là 2 lgρ (x, r) (3) điện trở suất của một khối trụ như trên phản ánh k ρk (x, r) 1+khi ( ) (3) cấu trúc địa chất của môi trường nghiên cứu, nó lgr phụ thuộc vị trí điểm đo x, kích thước hệ cực r Ở đây chiều thấm sâu z của đường cong đo và cự ly khoảng mở MN. Với hệ cực sâu là tham số phụ thuộc vào đặc điểm của lát 46
3. cắt địa điện tức hệ số bất đẳng hướng vi mô λ. Kết quả xử lý cho thấy đường cong đo sâu Khi đường cong đi xuống, giá trị ρN x, zlà ρN x, z theo phương pháp biến đổi N có độ điện trở suất dọc của lớp mỏng ở chiều sâu z phân giải cao, cụ thể là: cực đại gần với lớp nên: ρ3 có điện trở cao và cực tiểu nhỏ hơn lớp ρx,k r ρ2 điện trở thấp. Đường cong ρ x,N z có dáng ρx,N z = . (4) λ điệu lặp lại gần với đường mô hình. Tính ưu Còn khi đường cong đi lên thì ρ x,N z là việt này của phương pháp biến đổi N có được là điện trở suất ngang của lớp mỏng ở chiều sâu z, do chiều thấm sâu z ở đây là chiều thấm sâu vì vậy: thực không còn phụ thuộc vào hệ số bất đẳng hướng λ. ρx,Nk z = ρx, rλ . (5) Khi cân bằng hai vế tương ứng của công thức (2) (3), (4), (5) ta có tham số bất đẳng hướng vi mô ở chiều sâu z là: 2 lgρ(x,k r) 1- khi (*) (6) lgr λ(x, z) = 2 lgρ(x,k r) 1+khi ( ) (7) lgr 3. Kết quả áp dụng 3.1. Kết quả áp dụng xử lý trên dường cong lý thuyết Hình 2. Đường cong xử lý ρN x,z cho đường Để thấy được kết quả áp dụng của phương cong ba lớp dạng H pháp này chúng tôi áp dụng cho một số đường cong đo sâu trên mô hình đường cong lý thuyết (hình 2). Ví dụ cho đường cong ba lớp loại H-1/2-6-∞ có tham số như sau: ρ11 =120 Ωm; h =10m ρ=6022 Ωm; h=60m ρ=150033 Ωm; h= Kết quả xử lý trên hình 2 cho thấy đường cong xử lý ρx,N z có ranh giới gần trùng với Hình 3. Đường cong xử lý ρN x, z cho mô mô hình nhưng cực tiểu thì nhỏ hơn. Như vậy hình môi trường bốn lớp loại HK đường cong ρN x, z gần như lặp lại mô hình môi trường. Áp dụng phương pháp xử lý cho đường cong đo sâu bốn lớp loại HK có tham số: ρ11 =120 Ωm; h =10m ρ22 =60 Ωm; h =35m ρ33 =200 Ωm; h =55m ρ =40 Ωm; h = 34 Kết quả được biểu diễn trên hình 3. Hình 4. Kết quả xử lý trên đường cong thực tế 47
4. 3.2. Kết quả áp dụng khi xử lý đường cong gồm lớp phủ là lớp trầm tích phong hóa bồi lấp thực tế bởi cát, sét, có ρ1 = 1 0 – 2 0 Ωm , dày 10 – 20m; Đường cong đo sâu trên vùng X có lớp phủ phía dưới là lớp bùn cát ngậm nước có điện trở trầm tích trên móng đá vôi, đường cong có dạng suất cao hơn ρ = 20 – 40 m, chiều dày H lớp thứ nhất là lớp đất trồng gồm cát pha sét 2 nằm trên mực nước ngầm, lớp thứ hai là lớp sét, khoảng 20 mét đến 30 mét; sau đó đến lớp đá cát ngậm nước có điện trở suất thấp hơn, nằm gốc là đá vôi, đá vôi nứt nẻ, dập vỡ Karst hóa dưới cùng là lớp đá vôi nứt nẻ ngậm nước có bề mức độ khác nhau, có chỗ tạo thành hang do mặt lồi lõm phức tạp. Môi trường như vậy có Karst phát triển mạnh mẽ có ρ3 =200-300 m , thể xem là môi trường biến đổi liên tục có chỗ rắn chắc ρ3 500m (xem hình 5a,b). ρ xk , r . Kết quả xử lý như sau: lát cắt ρ xk , r thể Rõ ràng sau khi áp dụng phương pháp biến hiện ở điểm đo sâu 9,10,11 đá gốc nhỏ cao cắm đổi N, từ đường cong ρk x, r ta thu được dốc về hai phía đầu và cuối tuyến; còn lát cắt đường cong ρ x,N z có độ phân giải cao hơn, ρ x,N z thể hiện mặt đá vôi lồi lõm, có nơi dập cực tiểu rõ hơn, phản ánh ranh giới lớp phù hợp vỡ karst phát triển một cách rõ rệt và có xu với môi trường hơn. hướng phát triển mạnh về cuối tuyến. Kết quả Áp dụng phương pháp để xử lý cho toàn xử lý cho thấy địa hình mặt móng đá vôi được tuyến đo To ở vùng X để tìm đới phá hủy dập phản ánh một cách chân thực hơn, ổ karst rõ vỡ Karst trong đá vôi với mô hình môi trường hơn. a, b, Hình 5. Kết quả xử lý tuyến T0 (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiếnρk (x, z) ; z = 0.5r ; (b) Lát cắt điện trở suất biến đổiρ(x,N z) 4. Kết luận ρx,k r biến đổi liên tục trong không gian, ranh Từ kết quả trên có thể rút ra kết luận sau: giới phân lớp về điện trở suất không gián đoạn, 1. Xử lý theo phương pháp biến đổi N thu thích hợp với môi trường chứa nước ngầm, có được lát cắt địa điện ρx,N z có độ phân giải độ ẩm xóa nhòa ranh giới, môi trường chứa cát cao, tính định xứ tốt phản ánh môi trường có bất sét của nền móng địa chất công trình có hàm đồng nhất khối rõ, phù hợp với lát cắt địa điện lượng sét biến đổi liên tục và môi trường đất đá thực hơn. Phương pháp xử lý này áp dụng tốt chứa quặng nguồn gốc nhiệt dịch có hàm lượng khi môi trường có tham số điện trở quặng thay đổi liên tục. Khi đó, phương pháp 48
5. xử lý biến đổi N cho kết quả tốt nhưng với điều thực hơn, phù hợp với kết quả khoan kiểm tra kiện kỹ thuật đo phải chính xác, thu được (Điểm O tuyến T0). đường cong ρ xk , r biến đổi liên tục, không gẫy khúc để hạn chế sai số khi tính đạo hàm và thu được kết quả xử lý có độ tin cậy cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO 2. Kết quả xử lý trên đường cong lý thuyết [1]. Nguyễn Trọng Nga, 2005. Thăm dò điện cho môi trường phân lớp nằm ngang 1D cho trở và điện hóa. Nhà xuất bản Giao thông Vận thấy đường cong ρ x, z có độ phân giải cao N tải. hơn, ranh giới lớp thứ nhất gần như chính xác, [2]. Nguyễn Trọng Nga, 2007. Thăm dò điện ranh giới lớp sâu hơn (lớp 2, 3) chỉ gần trùng; phân giải cao. Giáo trình cao học, Đại học Mỏ còn điện trở suất lớp thứ 2, thứ 3; có cực tiểu Địa chất. nhỏ hơn, cực đại lớn hơn. Sở dĩ như vậy vì cực [3]. B.K. Khơmelevskoi, 1988. Thăm dò điện tiểu của đường cong ρN x, z là điện trở suất trong môi trường Địa chất, MΓY – Maxcova. [4]. F.M. Kamenetski, 1976. Phương pháp đo dọc ρt, còn các cực đại của ρ x, z là điện trở N sâu trường chuyển trong thăm dò điện quặng, suất ngang ρn nên có thể nhỏ hoặc lớn hơn điện NXB “Lòng đất” Maxcova. trở suất của lớp đó. Điều này chứng tỏ phương [5]. Lâm Quang Thiệp, Lê Viết Dư Khương, pháp biến đổi này có thể không hoàn toàn thích 1984. Các phương pháp đo sâu và mặt cắt điện hợp với môi trường 1D. bằng thiết bị đối xứng và lưỡng cực hợp nhất, 3. Kết quả xử lý trên đường cong thực tế Tạp chí Địa chất, 24(167). vùng X được xem như môi trường có tham số [6]. Lâm Quang Thiệp, 1992. Đo sâu điện bằng biến đổi liên tục (môi trường gradient). Kết quả phương pháp đối xứng và lưỡng cực hợp nhất xử lý theo phương pháp biến đổi N cho đường (CSDES), tạp chí Vật lý, Đại học Tổng hợp Hà cong ρx,N z có độ phân giải cao hơn, trung Nội. ABSTRACT Processing vertical electrical sounding curves on geoelectrical section constantly changing by N tranformation method Nguyen Trong Nga, Vietnam Science and Technology Association of Geophysics Truong Thi Chinh, Hanoi University of Mining and Geology Vertical electrical sounding method (VES method) has been applied for hundreds of years (from 1911 in France) and has obtained efficiencies in geological structures, searching for underground water; finding useful minerals and survey foundations of engineering Geology. In VES data processing, the first VES method is Palet, after that geophysicist use computer. Both two methods can not avoid the equivalence principle, so led to the multi-valued. The authors propose a new transformation method – N transformation one. This method allows automatically processing VES data in a different view. The reason for the inaccurate results about geological environment is the measured quantity being apparent parameter – the medium value of defined domain and it represent incorrectly the infiltration depth of geoelectrical section. With the point that environment include the system of continuous thin layer. The authors calculate the resistivity value of differential thin layer at the depth Z by determining anisotropy factor of the geoelectrical section. The results of this method was tested on theoretical VES curves of layered horizontal environment and has proved this method’s effectiveness. However, they will be better for the environment having constantly changing parameter (gradient environment); the layer boundary changes maximum on environmental parameters. The processed results on the actual document show that this method have high-resolution, represent realistic heterogeneity geoelectrical environmental in both 2 and 3 dimensions. 49