Thạc Sĩ Tổ hợp phương pháp ảnh điện và địa chấn trong khảo sát địa chất công trình

LỜI MỞ ĐẦU

Địa vật lý là một chuyên ngành trong các khoa học về Trái Đất, bao gồm các phương pháp khác nhau như: thăm dò Địa chấn, thăm dò Từ, thăm dò Trọng lực, thăm dò Điện và phương pháp Phóng xạ Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm đối với từng đối tượng nghiên cứu.
Bài toán ngược trong thăm dò Địa vật lý là bài toán đa nghiệm và không ổn định. Với cùng một tập dữ liệu đo được, lời giải bài toán ngược sẽ cho ra nhiều mô hình hợp lý khác nhau. Do vậy, cần phải lựa chọn một mô hình nào đó gần gũi với mô hình thực của bài toán cần được giải trong vô số mô hình của bài toán ngược. Để giải quyết vấn đề này, thông thường phải sử dụng kết hợp các phương pháp khác nhau để cô lập các nghiệm bài toán ngược. Một trong các phương pháp có hiệu quả và thường được sử dụng rộng rãi là lựa chọn tổ hợp các phương pháp hợp lý trên cơ sở các thông tin tiên nghiệm có được về đối tượng cần nghiên cứu. Tổ hợp các nghiệm khác nhau của từng phương pháp riêng rẽ có thể cho phép đánh giá một cách cụ thể và gần gũi hơn về đối tượng nghiên cứu. Tùy thuộc vào điều kiện địa chất và đặc trưng của khu vực khảo sát, có thể lựa chọn các tổ hợp phương pháp nghiên cứu khác nhau. Tổ hợp các phương pháp Địa vật lý đã phát huy tính hiệu quả cao trong quá trình giải quyết các nhiệm vụ cụ thể.
Trong đó, phương pháp Điện và phương pháp Địa chấn khúc xạ thường được tiến hành khảo sát trên cùng một khu vực nhằm cho kết quả minh giải tốt hơn về môi trường địa chất dưới mặt đất. Tuy nhiên, chưa có tài liệu nào đi sâu vào việc trình bày khái quát hóa cơ sở lý thuyết kết hợp, đánh giá hiệu quả của nó, cũng như rút ra các bài học cụ thể trong thực tế. Đề tài :” Tổ hợp phương pháp ảnh điện và địa chấn trong khảo sát địa chất công trình” được thực hiện nhằm mục tiêu trình bày cơ sở lý luận cùng với việc áp dụng kết hợp hai phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ vào một khu vực khảo sát cụ thể.

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN

Mục tiêu:
Mục tiêu chính của luận văn là trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết của phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ 2D, trình bày khái quát hóa cơ sở lý thuyết, ưu – nhược điểm của từng phương pháp để từ đó đưa ra cơ sở lý thuyết kết hợp của hai phương pháp và vai trò của việc kết hợp hai phương pháp này trong ứng dụng thực tế khảo sát ở xã Cư Jiang, huyện EaKa, tỉnh Đắk Lắk.
Nhiệm vụ của luận văn:
- Trình bày tổng quan cơ sở lý thuyết về phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ.
- Xây dựng các mô hình môi trường địa chất dưới mặt và kết quả minh giải của phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ khi khảo sát trên các môi trường đó.
- Từ đó, nhận xét, đánh giá hiệu quả của từng phương pháp và đưa ra cơ sở lý luận kết hợp hai phương pháp.
- Phân tích, xử lý số liệu thu thập, luận giải về những vấn đề về địa chất khảo sát ở xã Cư Jiang, huyện EaKa, tỉnh Đắk Lắk, so sánh kết quả của hai phương pháp và rút ra nhận định thực tiễn, trình bày các khu vực địa chất ứng dụng tổ hợp hai phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ 2D.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN

- Đánh giá hiệu quả trong việc kết hợp hai phương pháp để khảo sát địa chất và rút ra bài học cụ thể.
- Trình bày phạm vi sử dụng kết hợp hai phương pháp để từ đó ứng dụng cho môi trường có cấu tạo địa chất và địa hình tương tự để đạt được hiệu quả cao và mang tính kinh tế cao.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên trong việc học tập và nghiên cứu.

CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

- Mở đầu: gồm 4 trang giới thiệu chung về luận văn.
- Phần 1: Tổng quan lý thuyết về phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ gồm 3 chương
Chương I : gồm 22 trang có nội dung trình bày về lý thuyết phương pháp ảnh điện.
Chương II: gồm 26 trang có nội dung trình bày về lý thuyết phương pháp địa chấn ( chủ yếu là phương pháp địa chấn khúc xạ).
Chương III: gồm 46 trang trình bày các mô hình môi trường địa chất dưới mặt và các kết quả minh giải trên các mô hình theo 2 phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ. Từ đó, trình bày cơ sở lý luận của sự kết hợp hai phương pháp địa chấn 2D và ảnh điện.
- Phần 2: Ứng dụng thực tế
Chương IV: Gồm 10 trang trình bày về đặc điểm vùng khảo sát và phương pháp, kỹ thuật thi công.
Chương V: Gồm 10 trang trình bày kết quả công tác khảo sát địa vật lý tại xã Cư Jiang, huyện EaKa, tỉnh Đắk Lắk.
- Kết luận: gồm 4 trang trình bày kết luận và kiến nghị về toàn bộ quá trình nghiên cứu.
Do điều kiện thời gian và những hạn chế về khảo sát thực tế nên luận văn trình bày không tránh khỏi nhiều sai sót, mong rằng sẽ nhận được sự đóng góp và chỉ dẫn của các thầy cô và bạn bè, đồng nghiệp.

MỤC LỤC

Lời cảm ơn
Mục lục
Lời mở đầu
Danh mục các kí hiệu
Danh mục các hình vẽ
Trang
Phần 1: Tổng quan lý thuyết về phương pháp ảnh điện và địa chấn khúc xạ 1
Chương I: Phương pháp ảnh điện 2
I.1 Mô hình 4
I.1.1 Mô hình môi trường đồng nhất 4
I.1.2 Tính toán các đạo hàm riêng 8
I.2 Các phương pháp giải bài toán ngược 10
I.2.1 Phương pháp Zohdy (1989) và Zohdy – Baker (1995) 10
I.2.2 Phương pháp bình phương tối thiểu Loke – Baker (1995 – 1996) 18
I.3 Quy trình thực tế 20
Chương II: Phương pháp địa chấn khúc xạ 23
II.1 Tổng quan 24
II.1.1 Cơ sở vật lý 24
II.1.1.1 Sóng đàn hồi 24
II.1.1.2 Phương trình sóng 24
II.1.2 Cơ sở địa chất 27
II.1.3 Cơ sở địa chấn hình học 28
II.1.3.1 Trường thời gian 28
II.1.3.2 Nguyên lý Huyghen-Fresnel , Fermat 28
II.1.3.2.1 Nguyên lý Huyghen-Fresnel 28
II.1.3.2.2 Nguyên lý Fermal 28
II.1.3.3 Biểu đồ thời khoảng 28
II.1.3.4 Tốc độ biểu kiến 29
II.2 Phương pháp địa chấn khúc xạ 30
II.2.1 Bài toán thuận trong phương pháp địa chấn khúc xạ 30
II.2.1.1 Môi trường có bề mặt ranh giới khúc xạ nằm ngang 30
II.2.1.1.1 Môi trường hai lớp 30
II.2.1.1.2 Môi trường ba lớp 33
II.2.1.1.3 Môi trường nhiều lớp 34
II.2.1.2 Môi trường có bề mặt ranh giới khúc xạ nghiêng 36
II.2.1.2.1 Môi trường hai lớp 36
II.2.3.1 Bài toán ngược trong phương pháp địa chấn khúc xạ 42
II.2.3.1.1 Phương pháp t0 42
II.2.3.2 Phương pháp tương hỗ tổng quát (GRM) 46
II.2.3.3 Phương pháp tia sóng (Ray tracing) 48
Chương III: Cơ sở lý luận kết hợp hai phương pháp 50
III.1 Các hạn chế đối với thăm dò ảnh điện và địa chấn khúc xạ 51
III.1.1 Các hạn chế trong thăm dò ảnh điện 51
III.1.1.1 Các hạn chế đối với độ sâu thấm,
nguyên lý tương đương và các nguồn gây nhiễu 51
III.1.1.2 Các hạn chế trong khảo sát thực địa
và giải bài toán ngược 2D 53
III.1.2. Các hạn chế trong thăm dò địa chấn khúc xạ 59
III.2. Cơ sở lý luận kết hợp 65
III.3. Các mô hình 72
III.3.1. Mô hình 1 72
III.3.2. Mô hình 2 75
III.3.3. Mô hình 3 78
III.3.4. Mô hình 4 81
III.3.5. Mô hình 5 84
III.3.6. Mô hình 6 87
III.3.7. Mô hình 7 90
III.4. Công tác khảo sát thực địa sử dụng một phương pháp thăm dò Điện 93
III.4.1. Mục tiêu và nhiệm vụ 93
III.4.2. Phương pháp ảnh điện 93
III.4.3. Kết quả minh giải 96
Phần 2: Ứng dụng thực tế 98
Chương IV: Phương pháp và kỹ thuật thi công 99
IV.1 Sơ lược đặc điểm vùng khảo sát 100
IV.1.1 Vị trí của dự án 100
VI.1.2 Đặc điểm địa chất công trình 101
IV.2 Phương pháp và kỹ thuật thi công thực địa 102
IV.2.1 Phương pháp địa chấn khúc xạ 102
IV.2.1.1 Thiết bị 102
IV.2.1.2 Hệ thống quan sát 104
IV.2.1.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 106
IV.2.2 Phương pháp ảnh điện 106
IV.2.2.1 Thiết bị 106
IV.2.2.2 Quy trình thực hiện 107
IV.2.2.3 Phương pháp xử lý và phân tích tài liệu 109
Chương V: Kết quả công tác khảo sát địa vật lý 110
V.1 Kết quả phương pháp ảnh điện và phương pháp địa chấn khúc xạ 111
V.2 Kết luận về khu vực khảo sát 120
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
PHỤ LỤC