I. Tổng quan về đo sâu cộng hưởng từ
Đo sâu cộng hưởng từ (ĐSCHT) là phương pháp địa vật lý duy nhất trên thế giới được sử dụng để khảo sát trực tiếp nước ngầm từ mặt đất. Phương pháp này dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân, đặc biệt là proton trong phân tử nước. Các phương pháp địa vật lý khác chỉ có thể khảo sát nước ngầm một cách gián tiếp thông qua các tham số vật lý như điện trở suất, hằng số điện môi, hoặc tốc độ truyền sóng địa chấn. ĐSCHT được phát triển từ những năm 1980 bởi các nhà khoa học Nga, với máy Hydroscope là thiết bị đầu tiên được sử dụng. Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia như Ấn Độ, Đức, Mỹ, và Trung Quốc. Tại Việt Nam, ĐSCHT được nghiên cứu và áp dụng tại các vùng trọng điểm ở miền Bắc Việt Nam, đặc biệt là trong các khu vực đá vôi karst.
1.1 Nguyên lý cơ bản của đo sâu cộng hưởng từ
Nguyên lý cơ bản của ĐSCHT dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân của proton trong phân tử nước. Proton có momen từ và spin, khi đặt trong trường từ tĩnh B0, các momen từ này sẽ định hướng theo phương của trường từ. Khi phát một xung điện từ với tần số Larmor, các momen từ sẽ lệch khỏi phương ban đầu và tạo ra tín hiệu cộng hưởng từ. Tín hiệu này được thu nhận và phân tích để xác định sự hiện diện và phân bố của nước ngầm. Phương pháp này cho phép xác định trực tiếp lượng nước tự do trong lòng đất, loại bỏ các yếu tố nhiễu từ nước liên kết hoặc chất rắn.
1.2 Bài toán thuận của đo sâu cộng hưởng từ
Bài toán thuận của ĐSCHT liên quan đến việc mô hình hóa tín hiệu cộng hưởng từ trong môi trường dẫn điện. Các nghiên cứu của Weichman và cộng sự (1999, 2000) đã đưa ra biểu thức tổng quát cho tín hiệu cộng hưởng từ trong môi trường 3D, tính đến sự phân cực elip của trường từ kích thích. Tín hiệu cộng hưởng từ phụ thuộc vào các tham số như độ từ khuynh, điện trở suất, và vị trí địa lý. Các kết quả nghiên cứu lý thuyết này đã mở đường cho việc áp dụng ĐSCHT trong các điều kiện địa chất phức tạp, đặc biệt là ở các vùng đá vôi karst.
II. Thu thập xử lý và giải thích số liệu đo sâu cộng hưởng từ
Quá trình thu thập và xử lý số liệu ĐSCHT đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo kết quả khảo sát nước ngầm được tin cậy. Các bước chính bao gồm thu thập số liệu, chống nhiễu điện từ, xử lý và nghịch đảo số liệu. Nhiễu điện từ là một trong những thách thức lớn nhất khi áp dụng ĐSCHT, đặc biệt là trong các khu vực có mật độ dân cư cao hoặc gần các công trình công nghiệp. Các biện pháp chống nhiễu như sử dụng khung dây bù và lọc tín hiệu đã được áp dụng để cải thiện chất lượng số liệu. Sau khi thu thập, số liệu được xử lý và nghịch đảo để xác định phân bố nước ngầm trong lòng đất.
2.1 Thu thập số liệu và chống nhiễu
Thu thập số liệu ĐSCHT đòi hỏi sự chính xác trong việc lựa chọn khung dây và các tham số đo. Nhiễu điện từ, đặc biệt là từ các đường dây tải điện và giông sét, có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng số liệu. Các biện pháp chống nhiễu như sử dụng khung dây bù và lọc tín hiệu đỉnh nhọn đã được áp dụng để giảm thiểu nhiễu. Việc đánh giá chất lượng số liệu ngay tại hiện trường là bước quan trọng để đảm bảo kết quả khảo sát chính xác.
2.2 Xử lý và nghịch đảo số liệu
Sau khi thu thập, số liệu ĐSCHT được xử lý để loại bỏ nhiễu và ngoại suy các giá trị ban đầu. Quá trình nghịch đảo số liệu được thực hiện để xác định phân bố nước ngầm trong lòng đất. Các phần mềm như SAMOVAR được sử dụng để giải bài toán nghịch trong môi trường 1D. Tuy nhiên, trong các môi trường phức tạp như đá vôi karst, việc áp dụng các mô hình 2D/3D vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển.
III. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm tại miền Bắc Việt Nam
Nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm ĐSCHT tại hai khu vực trọng điểm ở miền Bắc Việt Nam: thị xã Lai Châu và Bó Mười, Thuận Châu, Sơn La. Các kết quả cho thấy hiệu quả của phương pháp trong việc xác định nước ngầm tại các vùng đá vôi karst. Tại thị xã Lai Châu, ĐSCHT đã xác định được các tầng chứa nước với độ sâu và phân bố rõ ràng. Tại Bó Mười, phương pháp này cũng cho kết quả khả quan, giúp xác định các vị trí khoan nước ngầm tiềm năng. Các kết quả này đã chứng minh tính ứng dụng cao của ĐSCHT trong việc tìm kiếm và khai thác tài nguyên nước tại các khu vực địa chất phức tạp.
3.1 Kết quả tại thị xã Lai Châu
Tại thị xã Lai Châu, ĐSCHT đã được áp dụng để khảo sát nước ngầm trong điều kiện địa chất phức tạp. Các kết quả đo sâu phân cực và cộng hưởng từ đã xác định được các tầng chứa nước với độ sâu từ 20 đến 50 mét. Các kết quả khoan thực tế đã xác nhận tính chính xác của phương pháp, mở ra tiềm năng khai thác nước ngầm phục vụ nhu cầu kinh tế - xã hội của địa phương.
3.2 Kết quả tại Bó Mười Thuận Châu Sơn La
Tại Bó Mười, ĐSCHT đã được áp dụng để khảo sát nước ngầm trong các tầng đá vôi karst. Các kết quả đo sâu cộng hưởng từ đã xác định được các vị trí có tiềm năng chứa nước ngầm, với độ sâu từ 30 đến 60 mét. Các kết quả này đã được xác nhận thông qua các đợt khoan thực tế, chứng minh hiệu quả của phương pháp trong việc tìm kiếm nước ngầm tại các khu vực địa chất phức tạp.
