Luận văn thạc sĩ khảo sát cấu trúc địa chất bằng phương pháp chụp cắt lớp ảnh điện 2d 3d có kiểm chứng bằng khoan thăm dò tại khu vực thuộc quận ngũ hành sơn thành phố đà nẵng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích khảo sát cấu trúc địa chất bằng phương pháp chụp cắt lớp ảnh điện 2d 3d có kiểm chứng bằng khoan, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Trần Thị Ngọc Duyên
• Người hướng dẫn: ThS. Lương Văn Thọ
• Trường học: Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Vật lý học
• Đề tài: Khảo sát cấu trúc địa chất bằng phương pháp chụp cắt lớp ảnh điện 2D-3D (có kiểm chứng bằng khoan thăm dò) tại khu vực thuộc Quận Ngũ Hành Sơn, Thành phố Đà Nẵng
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ VẬT LÍ - ĐỊA CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐIỆN
• 1.1. Tính chất dẫn điện của vật chất dưới mặt đất
• 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật chất dưới mặt đất
• 1.2.1. Thành phần khoáng vật
• 1.2.2. Kiến trúc bên trong đất đá
• 1.2.3. Độ ẩm
• 1.2.4. Độ rỗng và độ nứt vỏ
• 1.2.5. Độ khoáng hóa của nước ngầm
• 1.2.6. Nhiệt độ và áp suất
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐIỆN
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp thăm dò điện
• 2.2. Bài toán cơ sở của môi trường nửa không gian
• 2.3. Xác định hàm thế
• 2.4. Điện trở suất biểu kiến trong phương pháp thăm dò điện
• 2.5. Tổng quan lý thuyết của phương pháp ảnh điện hai chiều (2D)
• 2.6. Cơ sở lý thuyết của phương pháp ảnh điện hai chiều (2D)
• 2.7. Bài toán thuận trong phương pháp thăm dò ảnh điện hai chiều (2D)
• 2.8. Bài toán ngược trong phương pháp thăm dò ảnh điện hai chiều (2D)
• 2.9. Phương pháp bình phương tối thiểu
• 2.10. Tính toán các đạo hàm riêng phần
• 2.11. Mô hình cho môi trường nửa không gian đồng nhất
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỘ NHẠY CỦA CẤU HÌNH THIẾT BỊ WENNER-ALPHA
• 3.1. Độ nhạy của thiết bị Wenner-Alpha
• 3.2. Cấu hình thiết bị Wenner-Alpha trong khảo sát ảnh điện 2D
• 3.3. Vị trí khu vực khảo sát
• 3.4. Quy trình đo thực địa
• 3.5. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
• 3.5.1. Kết quả nghiên cứu
• 3.5.2. Thảo luận và giải đoán kết quả
• 3.5.3. Kết quả khoan thăm dò
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Tóm tắt

I. Khảo sát địa chất

Khảo sát địa chất là công tác không thể thiếu trong hoạt động xây dựng, đặc biệt tại các khu vực có điều kiện địa chất phức tạp như Ngũ Hành Sơn, Đà Nẵng. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D để đánh giá cấu trúc địa chất, giúp thiết kế móng công trình hợp lý và dự đoán các khó khăn trong quá trình thi công. Phương pháp này kết hợp với khoan thăm dò để kiểm chứng kết quả, đảm bảo độ chính xác cao.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là khảo sát cấu trúc địa chất tại khu vực Ngũ Hành Sơn bằng phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích điện trở suất và cấu trúc phân bố địa chất, đồng thời kiểm chứng kết quả bằng khoan thăm dò. Điều này giúp đánh giá chính xác địa hình và hỗ trợ thiết kế công trình hiệu quả.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp địa vật lý, cụ thể là chụp cắt lớp 2D-3D, để thu thập dữ liệu về cấu trúc địa chất. Phương pháp này được kết hợp với khoan thăm dò để kiểm chứng kết quả. Quy trình đo đạc được thực hiện trên thiết bị Wenner-Alpha, và dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Res2D để phân tích và giải đoán kết quả.

II. Cấu trúc địa chất

Cấu trúc địa chất tại Ngũ Hành Sơn được đánh giá thông qua phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D. Kết quả cho thấy sự phân bố địa tầng và các đặc điểm địa chất phức tạp, bao gồm các lớp đất đá có điện trở suất khác nhau. Nghiên cứu cũng chỉ ra ảnh hưởng của độ ẩm, độ rỗng, và độ khoáng hóa nước ngầm đến tính dẫn điện của đất đá.

2.1. Tính chất dẫn điện của đất đá

Tính chất dẫn điện của đất đá phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, độ ẩm, và độ khoáng hóa nước ngầm. Nghiên cứu chỉ ra rằng đất đá chứa nhiều nước có điện trở suất thấp hơn, trong khi đất đá khô và rắn có điện trở suất cao. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả khảo sát địa chất.

2.2. Ảnh hưởng của độ khoáng hóa nước ngầm

Độ khoáng hóa nước ngầm là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính dẫn điện của đất đá. Nghiên cứu cho thấy nước ngầm có độ khoáng hóa cao làm giảm điện trở suất của đất đá, từ đó tăng khả năng dẫn điện. Điều này được kiểm chứng thông qua khoan thăm dò và phân tích mẫu đất.

III. Phương pháp chụp cắt lớp 2D 3D

Phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D là công nghệ hiện đại được sử dụng để khảo sát địa chất tại Ngũ Hành Sơn, Đà Nẵng. Phương pháp này cho phép thu thập dữ liệu theo cả hai chiều không gian, giúp phân tích chính xác cấu trúc địa chất. Kết quả được kiểm chứng bằng khoan thăm dò, đảm bảo độ tin cậy cao.

3.1. Cơ sở lý thuyết

Phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D dựa trên cơ sở lý thuyết về thăm dò điện và ảnh điện hai chiều. Nghiên cứu trình bày chi tiết về bài toán thuận và bài toán ngược trong phương pháp này, cũng như cách tính toán điện trở suất và hàm thế trong môi trường địa chất.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong khảo sát địa chất tại Ngũ Hành Sơn. Kết quả nghiên cứu giúp đánh giá chính xác cấu trúc địa chất, hỗ trợ thiết kế công trình và dự đoán các vấn đề tiềm ẩn trong quá trình xây dựng. Đây là công cụ hiệu quả trong lĩnh vực địa chất và xây dựng.

IV. Kết quả và kiến nghị

Nghiên cứu đã thu được kết quả chi tiết về cấu trúc địa chất tại Ngũ Hành Sơn thông qua phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D. Kết quả được kiểm chứng bằng khoan thăm dò, cho thấy độ chính xác cao. Nghiên cứu cũng đề xuất các kiến nghị nhằm cải thiện quy trình khảo sát và ứng dụng công nghệ hiện đại trong tương lai.

4.1. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy cấu trúc địa chất tại Ngũ Hành Sơn có sự phân bố phức tạp, với các lớp đất đá có điện trở suất khác nhau. Phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D đã cung cấp dữ liệu chính xác, được kiểm chứng bằng khoan thăm dò.

4.2. Kiến nghị

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng rộng rãi phương pháp chụp cắt lớp 2D-3D trong khảo sát địa chất tại các khu vực có điều kiện địa chất phức tạp. Đồng thời, cần kết hợp với khoan thăm dò để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ NGỌC DUYÊN KHẢO SÁT CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHỤP CẮT LỚP ẢNH ĐIỆN 2D-3D (CÓ KIỂM CHỨNG BẰNG KHOAN THĂM DÒ) TẠI KHU VỰC THUỘC QUẬN NGŨ HÀNH SƠN, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ NGỌC DUYÊN KHẢO SÁT CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHỤP CẮT LỚP ẢNH ĐIỆN 2D-3D (CÓ KIỂM CHỨNG BẰNG KHOAN THĂM DÒ) TẠI KHU VỰC THUỘC QUẬN NGŨ HÀNH SƠN, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Vật lý học Khóa học: 2014 - 2018 Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Lƣơng Văn Thọ Đà Nẵng, 2018 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý thầy cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm. ĐH Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại giảng đƣờng đại học. Đặc biệt là thầy Th.

Lƣơng Văn Thọ, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành bài khóa luận này một cách tốt nhất. Ngoài ra, tôi xin cảm ơn những ngƣời bạn thân thiết đã giúp đỡ, đóng góp những ý kiến hữu ích cho đề tài nghiên cứu này. Cuối cùng con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến bố mẹ và anh chị, những ngƣời đã luôn theo sát, giúp đỡ con cả về vật chất, tinh thần và luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để con có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập của mình. Trong quá trình thực hiện bài khóa luận này vì kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung kính mong nhận đƣợc sự thông cảm và góp ý chân thành từ thầy và các bạn để bài khóa luận đƣợc hoàn chỉnh hơn.

Xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 24 tháng 04 năm 2018 Sinh viên thực hiện Trần Thị Ngọc Duyên Trang I MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. II DANH MỤC BẢNG BIỂU .VI DANH MỤC HÌNH. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu.

Nhiệm vụ nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Đối tƣợng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Phƣơng pháp nghiên cứu. Phƣơng pháp lý thuyết. Phƣơng pháp thực nghiệm. 4 CƠ SỞ VẬT LÍ - ĐỊA CHẤT CỦA PHƢƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐIỆN.

Tính chất dẫn điện của vật chất dƣới mặt đất. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính dẫn điện của vật chất dƣới mặt đất. Thành phần khoáng vật. Kiến trúc bên trong đất đá.

Độ rỗng và độ nứt vỏ. Độ khoáng hóa của nƣớc ngầm. Nhiệt độ và áp suất. 10 CHƢƠNG II.

Tổng quan lý thuyết của phƣơng pháp thăm dò điện. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp thăm dò điện. Bài toán cơ sở của môi trƣờng nửa không gian. Xác định hàm thế.

Điện trở suất biểu kiến trong phƣơng pháp thăm dò điện. Tổng quan lý thuyết của phƣơng pháp ảnh điện hai chiều (2D). Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp ảnh điện hai chiều (2D). Bài toán thuận trong phƣơng pháp thăm dò ảnh điện hai chiều (2D).

Bài toán ngƣợc trong phƣơng pháp thăm dò ảnh điện hai chiều (2D). Phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu. Tính toán các đạo hàm riêng phần. Mô hình cho môi trƣờng nửa không gian đồng nhất 34 2.

Tính các đạo hàm riêng phần 36 CHƢƠNG 3. Độ nhạy của cấu hình thiết bị Wenner-Alpha. Độ nhạy của thiết bị Wenner-Alpha. Cấu hình thiết bị Wenner-Alpha trong khảo sát ảnh điện 2D.

Vị trí khu vực khảo sát. Quy trình đo thực địa. Kết quả nghiên cứu và thảo luận. Kết quả nghiên cứu.

Thảo luận và giải đoán kết quả. Kết quả khoan thăm dò. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. TÀI LIỆU THAM KHẢO.

Ý KIẾN CỦA NGƢỜI HƢỚNG DẪN .I Trang III DANH MỤC KÍ HIỆU + ρ(Ω.m) Điện trở suất của vật chất.m) Điện trở suất biểu kiến đƣợc đo từ thực nghiệm. +ζ Độ dẫn điện +λ Hệ số bất đẳng hƣớng (hệ số thấm).m) Điện trở suất theo phƣơng thẳng góc với lớp.m) Điện trở suất theo phƣơng phân lớp ngang.m) Điện trở suất ở 18oC. +α Hệ số nhiệt. + Tỷ lệ đá chứa trong chất lỏng.

+ a,m Tham số thực nghiệm. + J (A/m2) Mật độ dòng điện. +δ Hàm Delta Dirac + ρx Điện trở suất theo phƣơng x + ρy Điện trở suất theo phƣơng y + ρz Điện trở suất theo phƣơng z + ρw (Ω.m) Điện trở suất của chất lỏng + E (V/m) Cƣờng độ điện trƣờng. Trang IV + I (A) Dòng phát.

+ Grad U = ∆U Đạo hàm của điện thế theo các trục tọa độ. + ∂U/∂r Đạo hàm của điện thế theo tọa độ. + rC1P1= C1P1 (m) Khoảng cách giữa điện cực dòng thứ nhất và điện cực thế thứ nhất. + rC1C2= C1C2 (m) Khoảng cách giữa điện cực dòng thứ nhất và điện cực dòng thứ hai.

+ rC2P1= C2P1 (m) Khoảng cách giữa điện cực dòng thứ hai và điện cực thế thứ nhất. + rC2P2= C2P2 (m) Khoảng cách giữa điện cực dòng thứ hai và điện cực thế thứ hai. +k Tham số hình học. + F3D, F2D, F1D Đạo hàm Frechet hay hàm độ nhạy 3D, 2D, 1D.

+ “a (m)” Khoảng cách giữa hai điện cực liên tiếp. + “L (m)” Chiều dài tối đa của thiết bị. + “n” Thừa số độ sâu của thiết bị. Trang V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.

Phân loại vật chất theo cách dẫn điện của chúng. Phân loại khoáng vật theo điện trở suất. Độ ngậm nƣớc của một số loại đất. Điện trở suất của một số đất, đá, khoáng sản và hóa chát phổ biến.

Chiều sâu khảo sát trung bình (Ze) cho các thiết bị khác nhau (Ater Adward, 1997). Trang VI DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Quan hệ giữa độ dẫn điện và nồng độ khoáng hóa. Mô hình phân lớp ngang của môi trƣờng đồng nhất bất đẳng hƣớng. Dáng điệu của hàm J0 (mr) và Y0 (mr).

Dáng điệu của hai hàm thx và cthx. Dòng điện chạy từ nguồn dòng điểm và sự phân bố điện thế. Sự phân bố điện thế gây ra bởi một cặp điện cực dòng đặt cách nhau 1m với dòng điện 1A trong môi trƣờng nửa không gian đồng nhất có điện trở suất 1Ωm. Mô hình thiết bị truyền thống với 4 điện cực sử dụng trong thăm dò điện Hình 2.

Hệ thiết bị bốn cực đối xứng. Một số mô hình thiết bị đƣợc sử dụng trong thăm dò điện trở suất và các tham số hình học của chúng. Mạng lƣới chữ nhật sử dụng trong phƣơng pháp sai phân hữu hạn và phần tử hữu hạn của chƣơng trình Res2Dmod. Thiết bị Pole-Pole với điện cực dòng ở điểm gốc và điện cực thế cách nó một khoảng “a” trên mặt môi trƣờng.

Các tham số của một khối chữ nhật có liên quan đến việc tính toán đạo hàm riêng 2D của khối. Đồ thị hàm độ nhạy 1D. Các mặt cắt độ nhạy 2D cho thiết bị Wenner-Alpha, Wenner-Beta, Wenner-Gamma. Máy đo ảnh điện đơn kênh.

Hệ máy thăm dò điện. Vị trí khu vực khảo sát tại bên phải góc ngã ba đƣờng Bùi Tá Hán và Chƣơng Dƣơng (dọc sông Đô Tỏa), quận Ngũ Hành Sơn, Tp. Vị trí tuyến đo tại khu vực địa chất bên phải góc ngã ba đƣờng Bùi Tá Hán và Chƣơng Dƣơng (dọc sông Đô Tỏa). Một số hình ảnh trong quá trình đo đạc.

Cách sắp xếp các điện cực trong quy trình đo sử dụng thiết bị Wenner- Alpha. Kết quả ảnh điện biểu diễn trong hệ trục OXYZ của khu vực khảo sát. Kết quả khoan thăm dò trên tuyến 3 tại khu vực khảo sát. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, nhà cao tầng đƣợc xây dựng nhiều ở các thành phố lớn.

Đặc biệt là thành phố Đà Nẵng ta đang trên đà đô thị hóa toàn diện, các công trình không ngừng mọc lên, đặt ra nhiều thách thức cho việc khảo sát công trình địa chất. Khi đó, công việc tính toán ổn định hạng mục hố móng sâu (tầng hầm) và biện pháp thi công phụ thuộc rất nhiều vào chất lƣợng tài liệu khảo sát địa chất công trình. Nhƣ vậy, khảo sát địa chất công trình là công tác không thể thiếu đƣợc trong hoạt động xây dựng, đƣợc tiến hành tƣơng ứng với giai đoạn thiết kế công trình. Khảo sát địa chất công trình có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi thiết kế xây dựng công trình ở những nơi có điều kiện địa chất phức tạp, thiết kế xây dựng nhà cao tầng, công trình ngầm., nhằm mục đích: ‒ Đánh giá mức độ thích hợp của địa điểm và môi trƣờng đối với các công trình dự kiến xây dựng.

‒ Thiết kế, lựa chọn giải pháp móng cho công trình dự kiến xây dựng một cách hợp lý và tiết kiệm. ‒ Đề xuất biện pháp thi công hữu hiệu nhất, thấy trƣớc và dự đoán đƣợc những khó khăn, trở ngại có thể nảy sinh trong thời gian xây dựng. ‒ Xác định các biến đổi của môi trƣờng địa chất do hoạt động kinh tế – công trình của con ngƣời, cũng nhƣ ảnh hƣởng của các biến đổi đó đối với bản thân công trình và công trình lân cận. ‒ Đánh giá mức độ an toàn của các công trình đang tồn tại, thiết kế cải tạo nâng cấp công trình hiện có và nghiên cứu những trƣờng hợp đã xảy ra gây hƣ hỏng công trình.

Chính vì những mục đích trên, việc tìm phƣơng pháp khảo sát phù hợp là rất quan trọng. Trong đó, phƣơng pháp đo địa vật lý đƣợc ghi lại bằng thiết bị tự động nên tính khách quan trong số liệu rất cao. Thiết bị đo gọn nhẹ và tính cơ động cao, năng suất làm việc tƣơng đối lớn nên rất phù hợp trong khảo sát địa chất. Trang 1 Các phƣơng pháp địa vật lý dựa trên việc quan sát trƣờng địa vật lý giúp ta hiểu đƣợc cấu trúc địa chất, sự ô nhiễm môi trƣờng đất cũng nhƣ tìm kiếm các khoáng sản trong lòng đất.

Trong các phƣơng pháp địa vật lý, thăm dò điện giữ vai trò chủ đạo để tìm kiếm khoáng sản, phát hiện các chất gây ô nhiễm trong nền địa chất cũng nhƣ nghiên cứu cấu trúc gần mặt đất của vỏ trái đất. Hiện nay, phƣơng pháp ảnh điện 2D-3D là một sự kết hợp tối ƣu để ta thu đƣợc một kết quả chính xác theo cả 2 chiều-3 chiều trong không gian. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là triển khai đo đạc tƣơng đối đơn giản, xử lý số liệu nhanh bằng các phần mềm trên máy tính.