Bài giảng địa vật lý chương 3 ts đặng hoài trung

TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ CỦA ĐẤT ĐÁ

NGUYÊN TẮC CHUNG VỀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐO ĐIỆN TRONG MÔI TRƯỜNG
CÁC PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ XỬ
LÝ SỐ LIỆU THĂM DÒ ĐIỆN
ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP THĂM
DÒ ĐIỆN


Tìm các vị trí lún sụt tại Lâm Đồng bằng PP thăm dò điện và GPR


Pseudo-3D electrical
resistivity tomography
imaging of
subsurface structure of a
sinkhole - A case study
in Greene
County, Missouri


1


1.1. ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT ĐÁ

➢ Điện trở suất là tham số điện từ quan trọng nhất được nghiên cứu
trong địa điện.
➢ Trong hệ SI, điện trở suất ρ được đo bằng Ωm.

➢ Nghịch đảo của điện trở suất là độ dẫn điện σ được đo bằng Simen
(Ω-1m-1 hay Mho).
➢ Đối với các loại đất đá khác nhau, giá trị điện trở suất biến đổi trong
1 giới hạn rất rộng: ≈ 10-3 Ωm đối với quặng kim loại nguyên sinh đến ≈

109 đối với chất cách điện như mica, thạch anh, fenpat …


1.1.1. BẢN CHẤT ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA ĐẤT ĐÁ
Dựa trên tính dẫn điện có thể chia nham thạch thành 2 loại:

❑ Loại 1 – dẫn điện điện tử: phần tử tải điện là các electron.
▪ Các kim loại tự nhiên (Au, Pt, Ag, Cu).
▪ Các sunfur (bornite - Cu5FeS4, galenit,
covellin, pyrotin, pentlandite, arsenopyrit,
calcopirit …).
▪ Một vài loại Oxit (magnetic, casiterit …).

▪ Graphit và các loại đá carbon hóa cao.

Pyrotin – Mỏ Santa Eulalia
(Chihuahua) Mexico


❑ Loại 2 – dẫn điện ion: phần tử tải điện là ion trong các

dung dịch chứa đầy lỗ rỗng của nham thạch.
▪ Tất cả các đá trầm tích, biến chất và phun trào chưa
được kể ở trên.
▪ Các thứ nước tự nhiên

❑ Ngồi ra, nhiều loại nham thạch có độ dẫn điện hỗn hợp.


1.1.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

❖ Các yếu tố ảnh hưởng lên điện trở suất của nham thạch:
a. Thành phần khoáng vật
b. Độ rỗng và độ nứt nẻ
c. Độ ẩm
d. Độ khoáng hoá của nước ngầm

e. Kiến trúc bên trong
f. Nhiệt độ và áp suất


a/ Thành phần khoáng vật
Các khoáng vật tạo đá thường gặp khơng dẫn điện. Vì vậy, điện
trở suất đất đá phần lớn ít phụ thuộc thành phần khống vật.
b/ Độ rỗng và độ nức nẻ

Khi tăng độ rỗng, điện trở suất của đá giảm, vì số lượng nước
khối và nước trên mặt tăng lên.
c/ Độ ẩm
Khi tăng độ ẩm, điện trở suất của đá giảm. Do vậy, độ dẫn của đá

trên mức nước ngầm bé hơn độ dẫn ở dưới mức nước ngầm.


d/ Độ khống hóa

Khi nồng độ muối bé (thường thấy trong điều kiện tự nhiên), điện
trở suất có thể xem là đại lượng tỉ lệ nghịch với độ khống hóa và ít

phụ thuộc vào thành phần của muối hịa tan.
𝟖, 𝟒
𝝆≈
𝑴
M là độ khống hóa (g/l)
e/ Kiến trúc bên trong của đá
Các tính chất kiến trúc và cấu tạo của đá không chỉ làm biến đổi giá
trị điện trở suất của chúng mà cịn gây tính bất đẳng hướng về điện.


f/ Nhiệt độ và áp suất
❑ Khi nhiệt độ tăng, độ linh động của ion trong nước khoáng tăng,
điện trở suất giảm.
𝝆𝟏𝟖
𝝆𝒕 =
𝟏 + 𝜶(𝒕 − 𝟏𝟖)

α là hệ số nhiệt độ.
▪ Nhiệt độ tăng theo chiều sâu sẽ làm điện trở suất giảm.
▪ Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 00C, điện trở suất biến đổi đột ngột.
❑ Sự phụ thuộc điện trở suất của đá vào áp suất khá phức tạp, tùy
thuộc vào loại đá.




1.2. ĐỘ ĐIỆN THẨM VÀ ĐỘ TỪ THẨM

1.2.1. Độ điện thẩm
❖ Định nghĩa: Độ điện thẩm ε đặc trưng cho khả năng của tạp chất tập
trung hoặc phân tán đường sức điện trường do hiện tượng phân cực, tức là
hiện tượng định hướng thứ tự các điện tích liên kết. Trong nham thạch,
điện tích liên kết có trong phần nước khối, nước mặt bao quanh các hạt
rắn và ngay cả trong các hạt rắn.

 =  r 0
−9

10
với: 0 =
(F / m) là độ điện thẩm tuyệt đối trong chân không
36
εr là độ điện thẩm tương đối

❖ Lưu ý: độ điện thẩm chỉ ảnh hưởng lên đặc tính của trường chỉ trong
các nghiên cứu dùng tầng số cao.


1.2.2. Độ từ thẩm
❖ Định nghĩa: Độ từ thẩm đặc trưng cho khả năng của chất làm tập
trung đường sức của từ trường.
❖ Đối với hầu hết các nham thạch độ từ thẩm tỉ đối μr = 1, tức là
bằng độ từ thẩm của khơng khí.

❖ Chỉ một số chất sắt từ (magnetit, titanomagnetit, pyrotin) có độ từ
thẩm cao, cỡ hàng chục đơn vị.
❖ Ảnh hưởng của độ từ thẩm chỉ quan trọng ở tần số cao (f > 104
Hz) khi nghiên cứu các quặng có chứa chất sắt từ.

Vấn đề ảnh hưởng của tần số của trường lên các tham số điện từ

của nham thạch chưa được nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên, có thể nêu
ra những nét khái quát như sau:

✓ Ở tần số thấp (f < 105 Hz) khơng có hiện tượng tán sắc, tức là
các tham số điện từ không biến đổi theo tần số.
✓ Ở tần số cao, có hiện tượng tán sắc, điện trở suất và độ điện
thẩm giảm khi tăng tần số.


1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ SUẤT
VÀ ĐỘ ĐIỆN THẨM CỦA NHAM THẠCH TRONG PTN
1.3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP DÙNG DỊNG KHƠNG ĐỔI

❖ Phương pháp 4 cực

❖ Phương pháp 2 cực


1.3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP DÙNG DỊNG BIẾN KHƠNG ĐỔI
❖ Phổ biến nhất là phương pháp cầu, dùng dòng biến đổi người ta có
thể đo cả hệ số điện thẩm  cùng với điện trở suất ρ.
❖ Phép đo có thể thực hiện được ở các tần số khác nhau. Giá trị R1, R2
nên chọn cùng cỡ như Rx. Khi biết Rx, Cx dễ dàng xác định điện trở suất
 và hệ số điện thẩm của mẫu nham thạch:

S

 = Rx
l

l
e = Cx
S


1.4. CÁC THAM SỐ ĐIỆN TỪ KHÁC
❖ Hoạt tính điện hố: là tham số điện từ của mơi trường đặc trưng
cho cường độ các trường điện tự nhiên cục bộ.
✓ Hoạt tính khuếch tán hấp phụ: ΔUkt-hp
✓ Hoạt tính ngấm lọc: ΔUnl
✓ Hoạt tính Oxy hóa – khử: ΔUo-k
❖ Độ phân cực: Khi có dịng điện chạy qua, các đá bị phân cực, làm
biến đổi cường độ của trường trong môi trường và làm xuất hiện các
thế thứ cấp sau khi ngắt dòng.

=

U pk

η nằm trong khoảng 0,1 – 40%

U

.100%


2

❖ Điện cực sử dụng để đưa dòng điện vào môi trường đất đá.
❖ Điện cực thường là một thanh, một đĩa kim loại hoặc một bình sứ
xốp có chứa điện cực đồng nhúng trong dung dịch H2SO4 (điện cực

không phân cực).



a/ Điện cực cầu (bán cầu)
➢ Điện cực là một quả cầu dẫn điện bán
kính a, đặt trong mơi trường dẫn điện vơ
hạn điện trở suất ρ
o Mật độ dịng j ở một điểm cách tâm quả cầu r:

I
j=
4r 2
o Theo định luật Ohm:

E −V
1 V
j = E = =
 j= −


 r

o

Do đó:

I
V(r) =
4r
o

Điện trở của điện cực (r = a):

V(a)

R=
=
I
4a
➢ Điện trở của điện cực thực chất là điện trở tiếp đất của điện cực
(điện trở tiếp xúc giữa điện cực và môi trường).