Mở đầu Chƣơng 1: Giới thiệu phƣơng pháp Thăm dò điện đa cực Chƣơng 2: Lựa chọn hệ cực đo hợp lý cho đối tƣợng nghiên cứu bằng mô hình Chƣơng 3: Kết quả, áp dụng thực tế Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐIỆN ĐA CỰC 1. Tổng quan về phƣơng pháp Phƣơng pháp Thăm dò điện trở đã đƣợc nhà Vật lý ngƣời Pháp Conrad Schlumberger đƣa ra từ năm 1912 để nghiên cứu địa chất khoáng sản. Ngày nay phƣơng pháp này càng hoàn thiện hơn, chiếm vị trí hàng đầu trong các phƣơng pháp Thăm dò về tính phổ biến, mức chi phí thấp, đa dạng về kiểu đo và còn đang phát triển các kiểu đo mới sử dụng rộng rãi trên thế giới. Vào những năm 80 của thế kỷ trƣớc cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều hãng sản xuất thiết bị trên thế giới đã cải tiến từ phƣơng pháp Thăm dò điện 4 cực thành phƣơng pháp Thăm dò điện đa cực.
Ngày nay, các máy đo đa cực đã đƣợc các nƣớc phƣơng Tây ngày càng hoàn thiện, đã chế tạo ra những máy móc với độ chính xác cao và có nhiều tính năng khác nhau nhƣ SuperSting R8/IP của hãng Agiusa (Mỹ), Earth Resistivity Meter 16Gl của hãng PASI. Về nguyên lý hoạt động của máy điện đa cực không c gì thay đổi so với máy đo điện 4 cực. Tuy nhiên phƣơng pháp này c thể giúp đo ghi đƣợc nhiều điểm trong cùng một thời điểm do đ làm tăng tốc độ đo ghi và cho phép đo chi tiết các vùng nghiên cứu trong thời gian ngắn, nhờ đ nâng cao hiệu quả của phƣơng pháp điện. Trên thế giới, phƣơng pháp Thăm dò điện đa cực đã đƣợc áp dụng trong các lĩnh vực khảo sát, thăm dò khoáng sản, tìm kiếm các nguồn nƣớc dƣới lòng đất và cũng đƣợc ứng dụng sang rất nhiều lĩnh vực khác.
Năm 1990, tác giả Hiromasa Shima đã công bố bài báo: “Kỹ thuật nghịch đảo điện trở suất tự động 2 chiều sử dụng các trung tâm alpha” [11]. Bài báo đề xuất một phƣơng pháp sử dụng các trung tâm alpha để phân tích tự động hai chiều dữ liệu Thăm dò điện. Bằng cách sử dụng mạng lƣới của nhiều trung tâm alpha tại một vị trí cố định, có thể thể hiện đƣợc cấu trúc điện trở suất cao và cấu trúc phức tạp với sự thay đổi nhanh về điện trở suất. Kết hợp những cải tiến này cùng với một phƣơng pháp hiệu chỉnh địa hình và phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu, chúng ta có thể hoàn toàn phân tích tự động dữ liệu Thăm dò điện 2 chiều.
Khảo sát thực địa cho thấy quy trình này có tiềm 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com năng lớn để tiến hành thăm dò ở các khu vực đồi núi dốc. Các ví dụ thực tế đƣợc mô tả trong bài báo, khoảng cách điện cực đƣợc bố trí tối đa là 110 m. Tuy nhiên, tác giả đã thu đƣợc kết quả tốt bằng cách áp dụng thăm dò ở độ sâu 500-1000m. Kỹ thuật Thăm dò điện trực tiếp đƣợc áp dụng cho các cuộc khảo sát ở độ sâu vƣợt quá 1000 m trong hầu hết các môi trƣờng.
Phƣơng pháp phân tích tự động 2-D này sẽ làm cho việc khảo sát điện trở đạt hiệu quả hơn và mở rộng phạm vi ứng dụng.D đã công bố bài báo: “Hình ảnh và mô hình điện trở hai chiều trong các lĩnh vực địa chất phức tạp” [9]. Một hệ thống Thăm dò điện đa cực đƣợc mô tả cho phép đo tự động các mặt cắt điện trở suất. Hệ thống này bao gồm một dãy tuyến tính của 32 điện cực kết nối thông qua một cáp đa lõi với một máy tính điều khiển chuyển mạch và một đồng hồ điện trở. Việc xử lý các mặt cắt đo đƣợc sẽ tạo ra hình ảnh điện trở suất hai chiều thực tế của mặt dƣới lòng đất.
Tác giả đã chỉ ra rằng với dãy điện cực có sẵn từ 25 điện cực trở lên đƣợc bố trí ở khoảng cách tối đa là 50 m và với phần mềm máy tính, có thể xác định điện trở mặt đất xuống sâu khoảng 200 m. Khi độ sâu của đối tƣợng khảo sát nhỏ hơn, các điện cực có thể bố trí với khoảng cách gần hơn từ đ độ phân giải dọc và ngang đƣợc cải thiện rõ rệt. Hạn chế của phƣơng pháp là khả năng phát hiện và độ phân giải đều giảm theo độ sâu, thiết lập các giới hạn về mức độ phức tạp địa chất có thể đƣợc mô hình hoá [9]. Ứng dụng của kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả ở những nơi mà có sự thay đổi bên trong hoặc cấu trúc địa chất làm cho tín hiệu điện thẳng đứng không thể áp dụng đƣợc và điều kiện quan trọng đặt ra là phải có mặt cắt liên tục.
Những cải tiến trong kỹ thuật của tác giả Griffiths, D. và Barker đã làm gia tăng đáng kể tốc độ thu thập và đảo ngƣợc dữ liệu tự động rất nhanh chóng cung cấp hình ảnh thỏa đáng từ dữ liệu hiện trƣờng. Những cải tiến trên đƣợc ứng dụng trong lĩnh vực thủy văn ở các khu vực tầng hầm và lập bản đồ địa chất ở các khu vực bị đứt gãy mạnh. Nó có thể đƣợc sử dụng để lập bản đồ về chất lƣợng đá cho các mục đích khai thác đá và nơi đƣờng hầm.
5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Năm 1996, tác giả Torleif Dahlin đã công bố báo cáo khoa học: “Khảo sát điện trở suất 2D cho các ứng dụng môi trƣờng và kỹ thuật” [7]. Báo cáo mô tả quy trình khảo sát bằng phƣơng pháp đa cực điện trở, bao gồm thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu, diễn giải thông tin và áp dụng nó cho một số khu vực khảo sát ở Thụy Điển. Kết quả cho thấy việc khảo sát bằng phƣơng pháp Thăm dò đa cực điện trở suất 2D có thể trở thành một công cụ lập bản đồ địa chất mạnh mẽ, để sử dụng trong các ứng dụng địa kỹ thuật và môi trƣờng, bao gồm cả lập bản đồ địa chất thủy văn. Tác giả chỉ ra ƣu điểm chính của phƣơng pháp điện trở là độ nhạy tƣơng đối nhỏ của n đối với nhiễu.
Bằng cách so sánh, các phƣơng pháp điện từ thông thƣờng không hiệu quả trong vùng lân cận giữa các thiết bị khác nhau. Việc xử lý và giải đoán dữ liệu đƣợc thực hiện theo một số bƣớc, có thể thay đổi tùy theo đặc tính của khu vực đƣợc khảo sát và mục đích của cuộc khảo sát. Tác giả nhận định rằng sử dụng phƣơng pháp khảo sát điện trở 2D có thể sẽ còn đƣợc áp dụng trong nhiều ứng dụng vì các lý do hậu cần và chi phí. Một số cấu hình 2D có thể đƣợc sử dụng để mô phỏng các mô hình nửa 3D.
Trong tƣơng lai, sự đảo ngƣợc 3D của một số bộ dữ liệu 2D kết hợp có thể đƣợc mô hình hóa. Năm 2012, các tác giả Torleif Dahlin và Virginie Leroux đã công bố bài báo: “Cải thiện chất lƣợng dữ liệu phân cực do thời gian tạo ra với hệ thống đa điện cực bằng việc tách dòng điện và cáp” [8]. Bài báo nêu việc đo phân cực tiếp xúc với tổ hợp hệ thống nhiều kênh đa cực đƣợc cho là hợp lý vì quy trình đo đạc đơn giản và tính hiệu quả của n trong lĩnh vực này. Tuy nhiên việc sử dụng kỹ thuật này đôi khi không đƣợc khuyến khích bởi chất lƣợng kém của phép đo trong trƣờng hợp điện trở tiếp xúc điện cực cao có thể làm cho việc giải thích dữ liệu không khả thi hoặc độ tin cậy không cao.
Khớp nối điện dung trong điện cực đa lõi cáp c vai trò quan trọng trong việc tạo ra vấn đề này. Việc tách các mạch hiện tại và điện thế bằng cách sử dụng sự lan truyền cáp đa dây dẫn riêng biệt có thể mang lại sự cải thiện đáng kể về chất lƣợng dữ liệu. Kết quả cho thấy các dữ liệu đã thu đƣợc đáng tin cậy và rõ ràng với các quy trình đƣợc mô tả. Có thể thu đƣợc dữ liệu IP chất lƣợng tốt khi sử dụng thiết bị điện 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trở IP đa điện cực và bố trí cáp điện cực đơn tại các vị trí tiếp xúc điện cực thuận lợi, mức tín hiệu đủ và mức độ nhiễu thấp.
Các nơi c điện trở tiếp xúc cao thƣờng dẫn đến các mức tín hiệu thấp và các vấn đề về nhiễu, rất có thể do việc ghép điện dung, làm cho tín hiệu IP bị lẫn trong nhiễu. Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, có thể c đƣợc dữ liệu IP miền thời gian hữu ích và có thể giải thích đƣợc bằng thiết bị điện trở IP đa cực thông thƣờng bằng cách sử dụng các dải cáp riêng biệt để truyền tải điện thế hiện tại và đo. Quy trình đƣợc mô tả để đo với các dải cáp riêng biệt tƣơng đối đơn giản và có thể áp dụng cho các phép đo hiện tại. Các mô hình kết quả tƣơng đồng với các tài liệu chung tại các trang web.
So sánh với tài liệu thực địa có liên quan và các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đƣợc là cần thiết để minh giải kết quả. Đánh giá chất lƣợng dữ liệu luôn cần thiết trƣớc khi diễn giải. Nó có thể đƣợc thực hiện bằng các phƣơng tiện đơn giản, tức là, xác minh rằng các giả mặt cắt và các đƣờng phân rã IP là tƣơng đồng và không có các ngoại lệ. Sử dụng nguyên tắc lặp đi lặp lại có lẽ sẽ hữu ích khi đánh giá các hiệu ứng tinh tế hơn trên dữ liệu IP, ví dụ nhƣ khớp nối điện dung và cảm ứng nhƣng sẽ tốn hơn gấp đôi thời gian và c xu hƣớng đánh giá quá cao nhiễu cho các mảng điện cực lồng nhau.
Sẽ rất hữu ích khi xác định chính xác hơn các đƣờng cong nhƣ vậy từ đ c thể c đƣợc kết quả mong đợi. Năm 2015, Sofia Åkesson đã thực hiện luận văn thạc sĩ: “Ứng dụng điện trở suất và IP - đo lƣờng khảo sát tại một số nơi bị ô nhiễm” tại trƣờng Đại học Lund, Thụy Điển [12]. Ở Thụy Điển, nền công nghiệp phát triển mạnh nên các ngành công nghiệp thƣờng sử dụng dung môi clo hóa, trichloroethene chính (TCE) và 1,1,1 - trichloroethane (TCA), cũng nhƣ xianua và kim loại. Trong quá trình vận chuyển chất thải công nghiệp, một số loại nƣớc thải đã bị dò gỉ và gây ra ô nhiễm môi trƣờng nặng tại các khu vực lân cận đặc biệt là khu vực cảng.