Thạc Sĩ Phương pháp điện từ tần số cao trong nghiên cứu địa vật lý tầng nông

LỜI NÓI ĐẦU


Vật lý Địa cầu nói chung là ngành khoa học sử dụng các trường vật lý để nghiên cứu cấu trúc của Trái đất bao gồm khí quyển, thạch quyển và thủy quyển, và các ảnh hưởng từ bên ngoài tác dụng vào Trái đất có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến con người. Như vậy, đây là một ngành khoa học rất quan trọng và thực chất đã được phát triển, phổ biến từ rất lâu trên thế giới. Mặc dù vậy, vật lý địa cầu vẫn còn khá mới mẻ, được ít người quan tâm tại Việt Nam.


Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với sự tăng trưởng không ngừng về mặt kinh tế cùng những thiệt hại to lớn từ thiên tai hoặc các hoạt động nhân sinh, yêu cầu nghiên cứu vật lý địa cầu thăm dò đang ngày càng trở nên bức thiết hơn như: thăm dò khoáng sản, nghiên cứu môi trường, đánh giá chất lượng các công trình xây dựng, giao thông, khảo sát địa chất, thủy văn, địa kỹ thuật, Do đó, vật lý địa cầu ngày nay đã ngày càng đóng một vai trò hết sức quan trọng ở Việt Nam. Đây là tín hiệu hết sức vui mừng cho những ai quan tâm đến ngành khoa học rất hấp dẫn và cũng đầy gian khổ này.


Có rất nhiều phương pháp vật lý địa cầu thăm dò khác nhau như: thăm dò điện, địa chấn, từ, trọng lực, phóng xạ, nhiệt, điện từ ., mỗi phương pháp đều có những ưu khuyết điểm riêng. Tuy nhiên, ngày nay, nhờ sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, các phương pháp điện từ đang ngày càng hoàn thiện và cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội nhờ tính không phá hủy cũng như khả năng thu thập số liệu rất nhanh.


Tuy nhiên, tại Việt Nam, đặc biệt là ở miền Nam, các phương pháp điện từ vẫn chỉ đóng một vai trò thứ yếu trong nghiên cứu vật lý địa cầu thăm dò. Trong đó, vật lý địa cầu thăm dò tầng nông là lĩnh vực có tầm quan trọng lớn và đang nhận được rất nhiều sự quan tâm của xã hội. Các phương pháp điện từ rất đa dạng và có phạm vi ứng dụng hết sức rộng rãi phụ thuộc vào tần số và đại lượng vật lý mà chúng ta quan tâm.


Do đó, với thời gian và trình độ còn hạn chế, tôi chỉ quan tâm nghiên cứu phương pháp điện từ có tần số cao, thực chất là phương pháp rađa xuyên đất để khảo sát các cấu trúc tầng nông. Đây là lý do mà tôi chọn đề tài: “Phương pháp điện từ tần số cao trong nghiên cứu địa vật lý tầng nông”.

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC KÍ HIỆU
LỜI NÓI ĐẦU . 1
MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN . 5
1.1. Tổng quan về các phương pháp điện từ . 5
1.1.1. Phương pháp điện từ miền tần số (FDEM hay FEM) 6
1.1.2. Phương pháp điện từ miền thời gian (TDEM hay TEM) . 8
1.1.3. Phương pháp điện từ tần số thấp (VLF) . 9
1.1.4. Phương pháp từ tellua (MT) . 12
1.2. Tổng quan về phương pháp điện từ tần số cao: phương pháp rađa xuyên
đất (GPR) 13
1.2.1. Thế giới . 13
1.2.2. Việt Nam 15
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT . 18
2.1. Cơ sở vật lý của phương pháp rađa xuyên đất 18
2.2. Sự phân cực của sóng điện từ 25
2.3. Sự phản xạ và khúc xạ của sóng điện từ . 28
2.4. Tính chất điện của môi trường 30
2.5. Độ phân giải . 32
2.5.1. Độ phân giải thẳng đứng 32
2.5.2. Độ phân giải theo phương ngang . 34
CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG . 35
3.1. Nguyên lý hoạt động . 35
3.2. Các kiểu thu thập dữ liệu . 37
3.2.1. Kiểu khoảng cách chung (CO) . 37
3.2.2. Kiểu phản xạ và khúc xạ góc rộng (WARR) 38
3.2.3. Kiểu điểm giữa chung (CMP) 39
3.2.4. Kiểu chiếu sóng (Transillumination) 39
3.3. Các phương pháp xác định vận tốc truyền sóng 40
3.3.1. Định vị những vật thể đã biết độ sâu 40
3.3.2. Tỷ lệ hình học . 41
3.3.3. Sử dụng vận tốc chuẩn . 42
3.3.4. Sử dụng giản đồ CMP 43
3.4. Quy trình xử lý và minh giải tài liệu GPR . 44
3.4.1. Vẽ hệ tọa độ, tổng hợp thông tin thực địa 45
3.4.2. Loại dữ liệu xấu, hiệu chỉnh thời gian 45
3.4.3. Phân tích vận tốc 46
3.4.4. Khuếch đại, lọc nhiễu . 47
3.4.4.1. Bộ lọc loại nhiễu không đổi (dewow) . 48
3.4.4.2. Bộ lọc khuếch đại tự động (AGC) 48
3.4.4.3. Bộ lọc khuếch đại theo thời gian (SEC) 49
3.4.4.4. Bộ lọc trung bình trượt 1D (Simple median) 50
3.4.4.5. Bộ lọc thông dải (Band Pass Filter) 50
3.4.4.6. Bộ lọc loại phông nhiễu (Background Removal Filter) . 51
3.4.4.7. Bộ lọc trung bình trượt 2D (Running Average Filter) . 51
3.4.5. Minh giải 51
CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG THỰC TẾ . 53
4.1. Khảo sát cấu trúc địa chất tại Tây Hồ, Hà Nội 53
4.1.1. Điều kiện tự nhiên của vùng nghiên cứu 53
4.1.2. Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu 53
4.1.3. Thiết bị và các tuyến đo 56
4.1.4. Xử lý số liệu và minh giải 58
4.1.5. Kết luận 65
4.2. Khảo cổ học tại Wat Pan Sao (Thái Lan) . 66
4.2.1. Sơ lược về vùng khảo sát 66
4.2.2. Mục đích khảo sát và thiết bị 67
4.2.3. Xử lý và minh giải 69
4.2.4. Kết luận 77
4.3. Khảo sát hố sụt tại cổng Nghĩa trang liệt sĩ Thành phố 78
4.3.1. Lún sụp nền đường tại Thành phố Hồ Chí Minh . 78
4.3.2. Địa điểm và thiết bị khảo sát 80
4.3.3. Xử lý số liệu và minh giải 81
4.3.4. Kết luận 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC