Nghiên cứu cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chấn trên mặt đất và các vùng bị ngập nước (biển, sông, hồ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT






BÁO CÁO TỔNG KẾT
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ


NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
TỔ HỢP MÁY ĐỊA CHẤN NÔNG
ĐỘ PHÂN GIẢI CAO
ĐỂ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT TRÊN MẶT ĐẤT
VÀ CÁC VÙNG BỊ NGẬP NƯỚC (TRÊN BIỂN, SÔNG, HỒ )
(trừ đầu phát Boomer và Sparker)

7466
30/7/2009




Hà Nội, 2008




BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT




BÁO CÁO TỔNG KẾT
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ


NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
TỔ HỢP MÁY ĐỊA CHẤN NÔNG

ĐỘ PHÂN GIẢI CAO
ĐỂ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT TRÊN MẶT ĐẤT
VÀ CÁC VÙNG BỊ NGẬP NƯỚC (TRÊN BIỂN, SÔNG, HỒ…)
(TRỪ ĐẦU PHÁT BOOMER VÀ SPARKER)








Cơ quan chủ quản Cơ quan chủ trì
Bộ Tài nguyên và Môi trường Liên đoàn Vật lý Địa chất




Liên đoàn trưởng Chủ nhiệm đề tài




Ts. Nguyễn Trần Tân

Hà Nội, 2008
MỤC LỤC

Trang
Mở đầu 04
Chương I : Tổng quan về nguyên lý hoạt động của bộ máy địa chấn
nông độ phân giải cao
06
I. Bộ phát sóng địa chấn 06
I.1. Bộ tích năng lượng 06
I.2. Đầu phát sóng âm 06
II. Bộ thu tín hiệu địa chấn 07
II.1. Đầu thu tín hiệu địa chấn 07
II.2. Bộ ghi tín hiệu địa chấn 07
III. Bộ định vị điểm đo địa chấn 07
Chương II: Kết quả cải tiến và chế tạo thử bộ máy địa chấn nông
độ phân giải cao
08
I. Cải tiến bộ tích năng lượng 08
II. Đầu phát sóng trên mặt đất 14
III. Bộ thu tín hiệu địa chấn 15
IV. Chương trình điều khiển thu thập số liệu 23
Chương III: Kết quả áp dụng đo thử nghiệm
28
I. Kết quả đo thử nghiệm vùng Vịnh Nha Trang 28
II. Kết quả đo thử nghiệm vùng cửa sông Gianh (Quảng Bình) 30
III. Kết quả đo thử nghiệm vùng biển Hải Thịnh (Nam Định) 32
IV. Kết quả đo thử nghiệm vùng biển sâu Bình Định 34
Chương IV : Tổ chức thi công và kinh phí thực hiện
35

I. Sản phẩm của Đề tài 35
II. Tổ chức thực hiện 35
III. Kinh phí thực hiện đề tài 35
Kết luận
41
Phụ lục
42
Tài liệu tham khảo
43



TÓM TẮT BÁO CÁO ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa
chất trên mặt đất và các vùng bị ngập nước (trên biển, sông, hồ )(trừ đầu phát
Sparker và Boomer)”

MỞ ĐẦU
1. Cơ sở pháp lý:
- Hợp đồng nghiên cứu KH&CN số 02-ĐC-07/HĐKHCN ngày 16/4/2007 giữa Bộ Tài
nguyên Môi trường và Liên đoàn Vật lý Địa chất.
- Quyết định số 406 QĐ/ĐCKS-KHTC ngày 30/8/2007 việc giao kế hoạch và ngân
sách Nhà nước năm 2007 của Cục trưởng Cục Địa chất và Khoáng sản Việt nam.
- Quyết định số: QĐ/ĐCKS-KHTC ngày /2008 giao kế hoạch và ngân sách Nhà
nước năm 2008 của Cục trưởng Cục Địa ch
ất và Khoáng sản Việt nam.
2. Mục tiêu của đề tài:
Cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chất trên mặt đất
và các vùng bị ngập nước để tiến tới tự chế tạo máy địa chấn bằng công nghệ số và các linh

kiện điện tử hiện có trên thị trường trong nước. Để đạt được mục tiêu này Đề tài đã th
ực hiện
các nhiệm vụ chính sau:
* Cải tiến bộ tích năng lượng;
* Chế tạo thử đầu phát sóng trên mặt đất;
* Chế tạo thử bộ thu tín hiệu địa chấn;
* Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển và thu thập số liệu địa chấn.
Nội dung chính của báo cáo tổng kết gồm: Mở đầu; Chương 1: Tổng quan về nguyên
lý hoạt động của b
ộ máy địa chấn nông độ phân giải cao; Chương II: Kết quả cải tiến và chế
tạo thử bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao; Chương III: Kết quả áp dụng đo thử nghiệm;
Chương IV: Tổ chức thực hiện và kinh phí thực hiện; Kết luận và kiến nghị.
Chương I
:
Tổng quan về nguyên l ý hoạt động của bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao

I. Bộ phát sóng địa chấn
I.1. Bộ tích năng lượng
I.2. Đầu phát sóng âm
II. Bộ thu tín hiệu địa chấn
II.1. Đầu thu tín hiệu địa chấn
II.2. Bộ ghi tín hiệu địa chấn
III. Bộ định vị điểm đo địa chấn

Chương II
:

Kết quả cải tiến và chế tạo thử bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao
I. Cải tiến bộ tích năng lượng
II. Chế tạo đầu phát sóng trên mặt đất

III. Chế tạobộ thu tín hiệu địa chấn
IV. Xây dựng chương trình điều khiển thu thập số liệu

Chương III
:
Kết quả áp dụng đo thử nghiệm
I. Kết quả đo thử nghiệm vùng Vịnh Nha Trang
II. Kết quả đo thử nghiệm vùng cửa sông Gianh (Quảng Bình)
III. Kết quả đo thử nghiệm vùng biển Hải Thịnh (Nam Định)
IV. Kết quả đo thử nghiệm vùng biển sâu Bình Định
Chương IV:
Tổ chức thực hiện và kinh phí thực hiện;
I. Sản phẩm của Đề tài
II. Tổ chức thực hiện

Kinh phí thực hiện đề tài.
Tổng kinh phí: 450 triệu (nhóm1: 2,4 triệu; nhóm 2: 318,28 triệu; nhóm3: 100,0 triệu;
nhóm 4: 29,32 triệu )

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau hai năm thực hiện đề tài, tập thể tác giả đã cải tiến thành công bộ máy ĐCPGC
bao gồm cải tiến nâng cấp bộ tích nă
ng lượng, nâng công suất lên 1,6 KJ, thiết kế chế tạo
thành công công tắc điện tử cao áp nâng cao hiệu quả chuyển hóa năng lượng điện thành
năng lượng của sóng địa chấn ; chế tạo thành công đầu phát sóng Boomer trên mặt đất ;
thiết kế và chế tạo xong bộ thu tín hiệu địa chấn, xây dựng hệ chương trình phần mềm để
điều khiển và thu thập số liệu địa chấ
n có cấu trúc dữ liệu chuẩn quốc tế GEG-Y. Việc đo
thử nghiệm bằng bộ máy ĐCPGC trên 5 vùng : Nha Trang, Quảng Bình, Hải Thịnh, Bình

Định, Ninh Thuận đã đạt được kết quả tương đối khả quan, một số mặt phản xạ được ghi
nhận ở độ sâu hơn 200m. Đây là một thành công đang ghi nhận của đề tài này. Từ kết quả
này tập thể tác giả đề
nghị được tiếp tục nâng cấp bộ phát sóng địa chấn để có thể khảo
sát trên biển nước sâu và tăng chiều sâu nghiên cứu đến năm, sáu trăm mét để tìm kiếm
các cấu trúc địa chất có khả năng chứa khí ga hydrat (băng cháy) ở vùng biển Việt Nam.


Những người thực hiện chính: Nguyễn Trần Tân, Phạm Quốc Phôn, Hoàng Hải Hà và
một số các cán bộ, kỹ sư khác ở
Liên đoàn VLĐC, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Viện KH &
CN Việt Nam


-4-
MỞ ĐẦU

Nhờ tiến bộ của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin và
công nghệ máy tính mà phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao được áp
dụng rộng rãi để nghiên cứu phần nông của mặt cắt địa chất một cách hiệu quả
và có nhiều ý nghĩa về kinh tế. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi ở các
quốc gia phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Nga, Nhật Bản để nghiên cứu cấu trúc
các tậ
p trầm tích Đệ tứ đới ven biển nhằm tìm kiếm khoáng sản và dự báo quá
trình nâng lên của mực nước biển trong thời gian tới. Trong những năm gần đây
phương pháp này còn được ứng dụng có hiệu quả để phát hiện sự tồn tại của các
tập trầm tích có chứa hydrad (băng cháy) - một nguồn năng lượng tương lai của
thế giới.
Ở Việt Nam, vào năm 1991 phương pháp địa ch
ấn nông độ phân giải cao

đã được áp dụng ở vùng ven biển Bình Thuận với sự giúp đỡ của CCOP. Từ đó
đến nay chúng ta đã tiến hành khảo sát gần như toàn bộ đới nông ven bờ biển
Việt Nam (ở độ sâu 4 - 30m nước) từ Móng Cái đến Hà Tiên ở tỷ lệ
1:500.000.và hiện tại đang tiến hành khảo sát ở tỷ lệ 1:500.000 đối với vùng
biển có độ sâu dến 100m nước.
Để th
ực hiện công việc này chúng ta đã nhập một số máy và thiết bị địa
chấn nông độ phân giải cao từ Cộng hòa Liên bang Nga và từ Liên hiệp Anh. Đó
là bộ máy " Geont-self" của Nga và bộ máy "Applied Acoustic" của Anh quốc.
Kết quả khảo sát đối sánh ở vùng biển miền Trung cho thấy : máy "Applied
Acoustic " cho độ phân giải khá chi tiết nhưng lại có độ sâu nghiên cứu vừa
phải ( cỡ 100 - 200m), còn máy "Geont - self" có độ phân giải kém hơn nhưng
lại có độ sâu nghiên c
ứu lớn hơn (200 - 300m). Do bộ máy địa chấn nông độ
phân giải cao "Geont - self" được nhập vào Việt Nam từ đầu những năm chín
mươi của thế kỷ trước nên có nhiều hạn chế về công nghệ, cũng như sự xuống
cấp của các linh kiện điện tử, nên việc nghiên cứu cải tiến, nâng cấp bộ máy này
là cần thiết và có tính khả thi.
Để đáp ứng nhu cầu sả
n xuất và tăng khả năng tự chế tạo máy địa chấn
nông độ phân giải cao, vào đầu năm 2007 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã giao
cho Liên đoàn Vật lý Địa chất thực hiện Đề tài nghiên cứu khoa học và phát
triển công nghệ " Nghiên cứu cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải
cao để khảo sát địa chất trên mặt đất và các vùng bị ngập nước (trên biển, sông,
hồ )(trừ
đầu phát Sparker và Boomer)” theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học
công nghệ số: 02-ĐC-07/HĐKHCN, ngày 16/4/2007 giữa Bộ Tài nguyên & Môi
trường với Liên đoàn Vật lý Địa chất.
Mục tiêu chính của Đề tài là :
Cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chất

trên mặt đất và các vùng bị ngập nước để tiến tới tự chế tạo máy địa chấn bằng
công nghệ s
ố và các linh kiện điện tử hiện có trên thị trường trong nước. Để đạt
được mục tiêu này Đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ chính sau:
* Cải tiến bộ tích năng lượng;

-5-
* Chế tạo thử đầu phát sóng trên mặt đất;
* Chế tạo thử bộ thu tín hiệu địa chấn;
* Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển và thu thập số liệu địa
chấn.
Sau hai năm nghiên cứu và thực hiện, tập thể tác giả đã cải tạo thành công
tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chất trên mặt đất và
các vùng b
ị ngập nước, đã áp dụng đo thử nghiệm ở các vùng cửa sông Gianh
Tỉnh Quảng Bình, vùng cửa sông Ninh cơ Tỉnh Nam Định, vùng biển sâu từ Đà
Nẵng đến Quy Nhơn - Bình Định, vùng vịnh Nha Trang, vùng thị trấn Trúc Sơn
- Hà Tây.
Báo cáo này gồm
:
- Phần mở đầu
- Chương I: Tổng quan về nguyên lý hoạt động của bộ máy địa chấn
phân giải cao;
- Chương II: Kết quả cải tạo và chế tạo thử bộ máy địa chấn phân giải
cao;
- Chương III: Kết quả áp dụng đo thử nghiệm tại hiện trường;
- Chương IV: Tổ chức thi công và kinh phí thực hiện;
- Kế
t luận và kiến nghị;
- Phụ lục kèm theo;

- Tài liệu tham khảo.
Tập thể tác giả gồm có: Ts Nguyễn Trần Tân, Ks Phạm Quốc Phôn, Ks
Hoàng Hải Hà và nnk. Trong quá trình thực hiện Đề tài tập thể tác giả đã nhận
được sự quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện của Lãnh đạo Liên đoàn Vật lý Địa
chất, các phòng ban chức năng của Liên đoàn, Cục Địa chất và Khoáng sả
n Việt
Nam, Vụ KH&CN Bộ Tài nguyên và Môi trường, Trường Đại học Mỏ Địa chất,
Khoa Địa chất Trường Đại học KHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội, Phân viện
Địa lý Viện KH&CN Quốc gia (TP Hồ Chí Minh), GS-TSKH Phạm Năng Vũ,
GS-TSKH Mai Thanh Tân và các đồng nghiệp.
Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ quý báu đó.



-6-
Chương I
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CỦA BỘ MÁY ĐỊA CHẤN NÔNG ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

Phương pháp địa chấn nông độ phân
giải cao cũng gần giống như phương
pháp địa chấn truyền thống được sử
dụng trong công nghiệp tìm kiếm dầu
khí. Tuy nhiên, đối với phương pháp
địa chấn nông độ phân giải cao người
ta thường dùng nguồn phát sóng âm
có tần số cao hơn và hệ quan sát thu -
nổ
có khoảng cách giữa các điểm nổ
cũng như giữa các điểm thu tín hiệu

cũng nhỏ hơn cỡ 2-3 lần so với công
tác địa chấn dầu khí. Nguyên lý hoạt động của phương pháp địa chấn nông độ phân
giải cao là sử dụng nguồn năng lượng để phát ra sóng âm trên mặt đất hoặc trên mặt
nước, sóng âm này lan truyền xuống lòng đất và khi gặp các ranh giới địa chất giữa
các l
ớp đất đá có độ kháng âm khác nhau sẽ phản xạ và quay về mặt đất. Nhiệm vụ
chủ yếu của phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao là thu tín hiệu của sóng
phản xạ, xử lý số liệu và luận giải địa chất các tín hiệu đó theo mục đích riêng của
mình (ảnh trên).Máy và thiết bị trong phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao
bao gồm các bộ phận chủ yế
u sau:
*.Bộ phát sóng địa chấn
*.Bộ thu tín hiệu địa chấn
*.Máy định vị điểm đo địa chấn (GPS)
*.Hệ chương trình phần mềm điều khiển và thu thập số liệu.

I. BỘ PHÁT SÓNG ĐỊA CHẤN

Có nhiều cách để tạo nên sóng địa chấn, song trong khuôn khổ của Đề tài
này chỉ đề cập đến việc sử dụng điện năng để
tạo nên nguồn sóng âm. Bộ phát
sóng địa chấn bao gồm:
a. Bộ tích năng lượng
b. Đầu phát sóng âm

I.1. Bộ tích năng lượng
Bộ tích năng lượng làm nhiệm vụ biến năng lượng do máy phát điện dòng
xoay chiều tạo nên, thành nguồn điện cao áp một chiều và lưu giữ trên một hệ
thống tụ điện có điện dung đủ lớn. Năng lượng này sẽ
được điều khiển giải toả

thành sóng âm thông qua đầu phát Sparker hoặc Boomer.

I.2. Đầu phát sóng âm


-7-
Đầu phát sóng âm cũng có nhiều loại, trong đó có dạng Sparker và dạng
Boomer. Đầu phát Sparker có 2 dạng chủ yếu là dạng dàn phao với nhiều chùm
điện cực nhỏ và dạng con thoi được bố trí bởi một số dãy điện cực để giải phóng
điện năng dưới dạng Plasma tạo áp suất lớn trong môi trường nước biển. Còn
đầu phát Boomer sử dụng lực điện từ để tạo nên sóng đàn h
ồi.

II. BỘ THU TÍN HIỆU ĐỊA CHẤN

Bộ thu tín hiệu địa chấn gồm đầu thu tín hiệu (Streamer) và bộ ghi tín
hiệu.

II.1.Đầu thu tín hiệu địa chấn
Khi thu tín hiệu địa chấn trên đất liền thường sử dụng geophone biến đổi
dao động cơ học thành xung điện, còn khi khảo sát trên biển thường sử dụng
máy thu áp điện (Hydrophone) biến xung áp thành xung điện.

II.2.Bộ ghi tín hiệ
u địa chấn.
Bộ ghi tín hiệu địa chấn làm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu, biến đổi tín
hiệu tương tự thành tín hiệu dạng số để ghi vào máy tính điện tử. Để thực hiện
nhiệm vụ này bộ ghi tín hiệu có phần cứng (mạch điện tử) và phần mềm
(chương trình thu thập số liệu).

III. BỘ ĐỊNH VỊ ĐIỂM
ĐO ĐỊA CHẤN

Để xác định vị trí điểm khảo sát thường dùng máy định vị vệ tinh toàn
cầu (GPS) có độ chính xác cỡ ± 10m.Trong trường hợp yêu cầu có độ chính xác
cao hơn nhất thiết phải sử dụng loại máy DGPS (đo vi phân). Giá trị tọa độ từ
máy GPS được ghi đồng thời vào file dữ liệu địa chấn dưới dạng SEG-Y. Về
lĩnh vực này sẽ được trình bày cụ thể trong ch
ương II của báo cáo này.


-8-
Chương II

KẾT QUẢ CẢI TIẾN VÀ CHẾ TẠO THỬ
BỘ MÁY ĐỊA CHẤN NÔNG ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

I. CẢI TIẾN BỘ TÍCH NĂNG LƯỢNG
Tổ hợp thiết bị địa chấn nông độ phân giải cao do Cộng hoà Liên Bang
Nga chế tạo, được Liên đoàn Vật lý Địa chất nhập về từ năm 1993. Đây là tổ
hợp máy thu thập đồng thời số liệu địa chấn biển một kênh và số liệu trường từ
toàn phần T. Qua th
ời gian sử dụng liên tục trong điều kiện môi trường khắc
nghiệt trên biển hầu hết các bộ phận đều bị xuống cấp và lạc hậu về công nghệ
hiện đại. Bộ tích năng lượng là một trong các thiết bị của tổ hợp thiết bị này và
được chúng tôi cải tạo theo công nghệ số hiện đại.
Như chúng ta dã biết, bộ tích năng lượng đã
được các nhà Địa vật lý Nga
chế tạo theo nguyên lý sau (xem hình vẽ số II.1):

Theo nguyên lý này thì năng lượng điện do máy phát điện xoay chiều
(220v-50Hz) tạo ra được nâng áp qua biến thế cao áp (1), sau đó được chỉnh lưu
thành nguồn một chiều bằng chỉnh lưu cao áp (2) và nạp vào tụ tích năng lượng
(4) thông qua trở tải (3). Khi có tín hiệu điều khiển kích hoạt công tắc (5) sẽ
đóng lại - năng lượ
ng điện tích trong tụ (4) sẽ được giải phóng nhanh trên tải là
đầu phát sóng âm (6). Kết quả là : một xung địa chấn được tạo ra trong môi
trường chứa đầu phát.
Đối với bộ tích năng lượng của Nga, công tắc (5) được thiết kế trên
nguyên tắc phóng điện giữa các điện cực bằng than chì được bố trí theo vị trí
hình học hợp lý. Việc phóng điện này khi xảy ra sẽ tạo ra một xung đ
iện từ rất
mạnh gây nhiễu cho các thiết bị hoạt động ở xung quanh, đồng thời một phần
năng lượng không nhỏ bị tiêu hao trên các điện cực. Đây là một nhược điểm của
tổ hợp máy địa chấn Geont-self do liên bang Nga chế tạo vào đầu những năm
Hình vẽ số II.1: Sơ đồ nguyên lý bộ tích năng lượng
1 – Biến thế nguồn; 2 – Bộ chỉnh lưu; 3 – Trở tải ;
4 – Tụ tích điện ; 5 – Công tắc xả; 6 – Đầu phát sóng âm
1
2 3 5

4
6
1 – Biến thế nguồn; 2 – Bộ chỉnh lưu; 3 – Trở tải ;
4 – Tụ tích điện ; 5 – Công tắc xả; 6 – Đầu phát sóng âm
1
2 3 5
4
6

-9-
chớn mi ca th k trc, nhng cú u im l chu c hiu in th cao c
10 kv.
Ngy nay, nh s phỏt trin vt bc ca cụng ngh vt liu bỏn dn trờn
th gii, nhúm tỏc gi ó quyt nh ci tin cụng tc (5) bng mt cụng tc cao
ỏp in t (thyristor) cụng sut ln v i kốm vi nú l b iu khi
n khúa
tng thớch.
Cụng tc cao ỏp in t (thyristor) v modul iu khin c thit k
thnh mt khi tng ng v kớch thc v tr thnh mt b phn b sung
thờm vo b tớch nng lng hin cú . S khi ca b tớch nng lng ó ci
tin c trỡnh by trờn hỡnh v s II.2.

i
u khin khoỏ (cụng tc cao ỏp in t) chỳng tụi ó thit k v ch
to mt mch in t nhn tớn hiu ng b v mt mch iu khin khúa
thyristor c trỡnh by trờn hỡnh v s II.3 v II.4.
* Mch nhn tớn hiu ng b
Tớn hiu ng b qua mch cỏch ly quang ti IC b m D2 v D1; R3,
C3, D3 (pin1,2,3), D2 (pin 11,10) l b sa dng xung li vo thnh xung vuụng
cú nh xung c 10às v
a ra cng A2. Cũn D3, R4, R5, R6 dựng cp xung
iu khin bng tay. U4 lm nhim v ch th xung ra bng ốn LED-LD1. U1
lm nhim v cp ngun n ỏp 5V.





Khối cung
cấp nguồn
220V AC
Biến áp
Cao áp
Chỉnh lu c ao áp
Kh ối
đồng bộ
Tụ tích
Năng lợng

Công tắc
Cao áp
điện tử
Tải Boomer hoặc Sparker
Xung
đồng bộ
220V AC
Khối cung
cấp nguồn
220V AC
Biến áp
Cao áp
Chỉnh lu c ao áp
Kh ối
đồng bộ
Tụ tích
Năng lợng
Công tắc
Cao áp
điện tử
Tải Boomer hoặc Sparker
Xung
đồng bộ
220V AC
Hỡnh II.2: S khi ca b tớch nng lng ó ci tin

-10-

* Mạch điều khiển khóa thyristor
Tín hiệu điều khiển đưa vào cổng JP1 qua tầng đệm Q101, Q102 được
điều chế phù hợp để mở transitor trường MOSFET Q3. Nguồn cung cấp 9V
xoay chiều qua bộ nắn dòng CD2 và IC ổn áp U101 cung cấp nguồn cho bộ đệm
gồm Q101 và Q102. Nguồn điện 9V xoay chiều qua biến áp cách ly T, được
chỉnh lưu qua cầu diot CD101 nạp vào tụ C204 qua trở hạn chế R101. Năng
lượng trên tụ C204 sẽ được dùng để đi
ều khiển mở khóa thyristor thông qua
transitor Q3, diot D1, đầu nối J2.
Các khóa thyristor được mở thông qua các biến áp cách ly để bảo đảm an
toàn khi sử dụng điện áp cao. Các thyristor là loại T353-800 do Liên bang Nga
sản xuất có thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng II.1.

Hình vẽ số II.4: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor
Hình vẽ số II.3: Sơ đồ mạch nhận tín hiệu

-11-
Bảng II.1: Thông số kỹ thuật của thyristor T353-800

Sơ đồ mạch in mặt dưới và măt trên của mạch nhận tín hiệu đồng bộ và
mạch điều khiển khóa Thyristor được trình bày trên hình vẽ số II.5 và II.6.

-12-

Hình vẽ số II.5: Sơ đồ mạch in mặt dưới của bộ nhận và điều khiển tín hiệu đồng bộ

Hình vẽ số II.6: Sơ đồ mạch in mặt trên của bộ nhận và điều khiển tín hiệu

-13-
*Thử nghiệm bộ tích năng năng lượng
Bộ tích năng lượng sau khi cải tiến đã được thử nghiệm và điều chỉnh
nhiều lần trong suốt thời gian thực hiện Đề tài. Đầu tiên bộ tích năng lượng
được thử nghiệm với công suất phát 200J-điện áp phát 3000V. Sau khi hiệu
chỉnh, tháng 8/2007 bộ tích năng lượng được thử nghiệm với công suất 600J, -
điện áp phát 3000V tạ
i vùng cửa sông Gianh - Quảng Bình. Kết quả là bộ tích
năng lượng hoạt động ổn định, công suất phát đạt yêu cầu đặt ra. Năm 2008, bộ
tích năng lượng tiếp tục được hoàn thiện nâng điện áp hoạt động lên 6000V,
năng lượng tích lũy lên đến 1600J.
Năng lượng tích lũy phụ thuộc vào điện dung và hiệu điện thế trên tụ tích điện và được xác định bằng
công thức :
E =
2
1
CU
2

Ở đây: E - Năng lượng sóng, tính bằng Jul.
C - điện dung, tính bằng Fara
U - hiệu điện thế, tính bằng vôn.
(Với điện áp hoạt động 6000V, bộ tụ tích điện có điện dung 90
µ

F ta có được E = 1620J)
Tháng 7/2008 bộ tích năng lượng đã được đo thử nghiệm trên vùng biển
sâu Tỉnh Bình Định tới 200m nước và thời gian hoạt động liên tục trong 48 giờ.
Kết quả cho thấy tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao đã cải tiến: hoạt
động ổn định, đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra (xem kết quả ở chương III của báo cáo
này)


















Hình vẽ số II.7: Bộ tích năng lượng cải tiến

-14-
II. ĐẦU PHÁT SÓNG TRÊN MẶT ĐẤT
Việc nghiên cứu chế tạo đầu phát sóng địa chấn trên mặt đất sử dụng
với nguồn tích năng lượng điện được tập trung vào dạng đầu phát boomer, vì

đây là một dạng đầu phát kín, an toàn, trọng lượng vừa phải nên có khả năng
di động cao. Trên thế giới đã có nhiều nước sử dụng dạng đầu phát này, đặc
biệt là các nước bắc Âu nh
ư Na Uy, Thụy Điển Sau thành công của đề tài
"Nghiên cứu chế tạo thử đầu phát sóng địa chấn SPARKER và BOOMER",
Đề tài này tập trung vào việc cải tiến tương tác chấn động từ nguồn phát
boomer vào môi trường. Sau khi thí nghiệm nhiều lần trên các vật liệu khác
nhau như gỗ, sắt, nhựa chúng tôi đã lựa chọn vật liệu truyền tương tác là
nhựa PA. Đây là vật liệu vừa có trọng lượng riêng đủ nhẹ
vừa có khả năng
truyền chấn động tốt. Tấm đế truyền chấn động được liên kết với boomer
bằng 4 lò xo có độ nhún thích hợp. Tất cả hệ thống được gắn vào một bệ
giảm chấn bằng nhựa cứng, có khả năng chịu tải nặng đến 200kg và độ cách
điện đến 5Kv. Để đánh giá mức độ hoạt động của đầ
u phát, tại vùng Trúc
Sơn chúng tôi đã sử dụng đầu phát nguồn kiểu Boomer dùng trên mặt đất để
tạo sóng đàn hồi. Khoảng cách giữa máy thu và đầu phát được giữ cố định 2
mét. Năng lượng phát khoảng 500J, đầu thu được sử dụng là Geophone
thông thường. Kết quả khảo sát được trình bày trên hình vẽ số: II.8b. Trên
mặt cắt này đã phát hiện được hai mặt phản xạ ở độ sâu 33 mét và 85mét.
Mặt số 1 n
ằm trong trầm tích Đệ tứ và mặt 2 là mặt đá gốc. Ngoài ra còn
phản ánh sự tồn tại của đứt gẫy trong đá gốc, tuy nhiên sự biểu hiện đứt gẫy
không thật rõ nét, nhưng có thể sử dụng thông tin này để tìm kiếm nước
ngầm ở vùng này.

Hình vẽ số II.8a: Đầu
p
hát són
g
trên m
ặ
t đất

-15-

Hình vẽ số II.8b: Mặt cắt địa chấn vùng Trúc Sơn

III. BỘ THU TÍN HIỆU ĐỊA CHẤN

III.1. Đầu thu tín hiệu địa chấn (Streamer)

Khi khảo sát trên biển hoặc trên sông, hồ đầu thu tín hiệu được thiết kế
bằng một ống nhựa mềm chứa đầy dầu DO, trong đó các máy thu được bố trí nối
song song cách đều với khoảng cách là: 0,6 mét (với hệ đầu phát Sparker) và 0,2
mét (với đầu phát Boomer). Trong quá trình thực hiện Đề tài này chúng tôi đã
thay dầu DO bằng dầu th
ực vật, nhờ đó đã đảm bảo được độ bền của các máy
thu tín hiệu và trọng lượng vừa phải của đầu thu đủ để nó chìm sâu trong nước
khi tàu chuyển động với vận tốc 5 - 7 Km/giờ. Kết quả thu được khá tốt khi
khảo sát với loại đầu thu này (xem chi tiết ở chương III).

III.2. Bộ ghi tín hiệu địa chấn
Nhiệm vụ của bộ ghi tín hiệu đị
a chấn là ghi lại các xung tín hiệu địa
chấn do đầu thu tín hiệu tạo ra. Trước đây, tín hiệu địa chấn được khuyếch đại
bằng các bộ khuyếch đại điện tử về mặt biên độ rồi đưa ra chỉ thị bằng các bút
ghi trên giấy, đồng thời được lưu trữ bằng các băng từ. Bộ ghi tín hiệu có nhiều
phần như : Phối hợp trở kháng, khuy
ếch đại về dòng, khuyếch đại về biên độ,
khuyếch đại phục hồi biên độ theo thời gian, các bộ lọc điện tử tần số cao, tần số

thấp . Hiện nay, nhờ có sự phát triển của công nghệ vật liệu điện tử và công
R
1
R
2
R
1
R
2


-16-
nghệ tin học, bộ ghi tín hiệu địa chấn được chúng tôi thiết kế tinh giản đi rất
nhiều, chủ yếu chỉ còn phần khuếch đại về dòng và biên độ. Tín hiệu sau khi
được khuyếch đại sẽ được số hóa và chuyển vào máy tính. Các chương trình
chuyên dụng sẽ khuyếch đại các tín hiệu số, xử lý về mặt biên độ, thời gian, tần
số và nhiều vấn đề khác theo yêu cầu cụ thể
. Các số liệu đã được số hóa cũng
được lưu trữ vào các file dữ liệu dạng chuẩn quốc tế SEG-Y rất tiện lợi cho việc
kết hợp xử lý cùng với các thông tin từ các nguồn khác nhau.
Trong Đề tài này, bộ thu tín hiệu địa chấn gồm có các khối sau : Khối
phối hợp trở kháng, khối khuyếch đại, khối xử lý tín hiệu đồng bộ, khối nguồn,
khối biến
đổi tương tự số (ADC).
Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu địa chấn được trình bày trên hình vẽ số II.9.

Hình vẽ số II.9: Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu địa chấn
III.2.1 Khối phối hợp trở kháng :
Khối phối hợp trở kháng có nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa đầu thu và
máy thu, đồng thời có nhiệm vụ bảo vệ
đầu vào bộ khuyếch đại để tránh bị hỏng
do tín hiệu đầu vào quá mạnh.








Hình vẽ số II.10: Sơ đồ nguyên lý mạch phối hợp trở kháng đầu vào

-17-
Tụ C1, C2 là tụ truyền tín hiệu và ngăn dòng một chiều; Tụ C11,
C12 để lọc nhiễu tần số cao; Trở R1, R2 bảo vệ đầu vào khi tín hiệu quá
cao.
III.2.2. Khối khuyếch đại biên độ
Khối này gồm có hai tầng. Tầng đầu là tầng khuyếch đại theo kiểu vi sai
để chống nhiễu đồng pha ngẫu nhiên. Tầng thứ hai là một bộ khuyếch đại tuyến
tính.

Hình vẽ số
II.11: Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đại biên độ
III.2.3 Khối xử lý tín hiệu đồng bộ :
Nhận tín hiệu đồng bộ về mặt thời gian từ máy tính gửi sang, chuyển
thành dạng xung vuông theo chuẩn TTL và có độ rộng xung bằng 100 micro
giây. Tín hiệu đồng bộ ra cách ly quang học với hệ thống máy và được nuôi
bằng nguồn riêng.













Hình vẽ số II.12: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệ
u đồng bộ

-18-
III.2.4 Khối nguồn :
Cung cấp nguồn điện một chiều +5V, ± 12V cho khối khuyếch đại và
khối xử lý tín hiệu đồng bộ từ nguồn xoay chiều 220V hoặc từ ắc qui 12V.

III.2.5 Khối biến đổi tương tự số ADC :
Bộ biến đổi tương tự số là loại DAS 16/16-AO của hãng Measurement
Computing - USA. Đây là một loại card sử dụng chuẩn kết nối PCMCI của máy
tính Nooterbook. DAS 16/16-AO có các thông số chính như sau :
• Giải tín hiệu vào : ± 10V, ±5V, ± 2.5V, ± 1.25V ;
• Độ phân giải 16bit ;
• Tần số lấy mẫu cực đại 100KHz;
• Nguồn nuôi 5V; Dòng tiêu thụ cực đại 170mA;
• Chuẩn kết nối PCMCI.

III.2.6. Máy tính điều khiển :
Là loại máy tính xách tay kỹ thuật có đủ các cổng giao tiếp cơ bản như
RS232 hoặc RS245, LPT, USB, 2 cổng PCMCI. Tốc độ xung nhị
p Core 2 duo
1.83GHz, Ram 1512 MB , dung lượng ổ cứng 80Gb, hệ điều hành Windows XP.


-19-

Hình vẽ số II.13: Sơ đồ điện tử của bộ thu tín hiệu địa chấn

-20-



























Hình vẽ số II.14: Sơ đồ mạch in mặt trên của bộ thu tín hiệu địa chấn

-21-

Hình vẽ số II.15: Sơ đồ mạch in mặt dưới của bộ thu tín hiệu địa chấn














-22-

Hình vẽ số II.16: Bảng mạch điện tử hoàn chỉnh bộ thu tín hiệu

Hình số II.17: Bộ thu tín hiệu đã được lắp ráp hoàn chỉnh





-23-

Hình II.18: Bộ thu tín hiệu địa chấn hoàn chỉnh


CÁC THÔNG SỐ ĐO ĐẠC:
1. Giải tần : 10 Hz - 5000Hz;
2. Độ nhạy : 50 µV;
3. Bước số hóa : 20µsec - 250µsec;
4. Nguồn nuôi : 220V AC hoặc ± 12V DC.
( Chi tiết xem phụ lục 1)

IV.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THU THẬP SỐ LIỆU

Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Visual C trên cơ sở

phát triển các hàm của chương trình phần mềm " MCC DAQ and Analysis
componet Library for Visual Studio 2005/2003" của hãng Mesurement
Computing cho các phần cứng tương ứng của hãng. Đây là phần mềm có bản
quyền của hãng Mesurement Computing - Hoa Kỳ (Đề tài mua trực tiếp).
Chương trình điều khiển chạy trong môi trường Window XP của máy
tính xách tay kỹ thuật . Nó có nhiệm vụ điều khiển phần cứng của thiết bị đo
như :
- Đặt hệ số khuyếch
đại cho bộ thu tín hiệu;
- Đặt chu kỳ đo;
- Đặt bước lấy mẫu (tần số lấy mẫu);