Đồ án nghiên cứu về phương pháp đo sâu điện

Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
Mở đầu
Đất đá là một phần của trái đất mà con người muốn nghiên cứu. Ngày nay, có
nhiều phương pháp để nghiên cứu chúng, trong đó có phương pháp điện.
Thăm dò điện là một trong các phương pháp địa vật lý thường được sử dụng để
khảo sát cấu trúc hình học và tính chất điện của môi trường đất đá, thông qua đó
luận giải các cấu trúc địa chất trong môi trường phục vụ cho nhiều nghiên cứu
khác nhau dựa trên quan sát trường điện, trường điện từ tự nhiên hoặc nhân tạo.
Tuy nhiên trong đồ án này chúng ta không nghiên cứu chung về phương pháp
điện mà chỉ nghiên cứu một phần nhỏ của nó, đó là nghiên cứu về phương pháp đo
sâu điện.
Nội dung bao gồm:
Chương I: Lý thuyết
Chương II: Giải quyết vấn đề
Chương III: Nhận xét
Chương IV: Kết luận
Trần Hoài Nam Page 1
máy đđođo đo pin
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
Chương I: Lý thuyết
1. Phương pháp đo sâu điện
a. Định nghĩa:
Phương pháp đo sâu điện là phương pháp nghiên cứu sự thay đổi điện
trở suất biểu kiến dọc theo chiều sâu tại một điểm nào đó bằng cách giữ
nguyên tâm hệ điện cực, sau đó tăng dần kích thước hệ điện cực để tăng
dần chiều sâu nghiên cứu nhằm khảo sát lát cắt địa điểm theo phương
thẳng đứng.
(r) = k(r)
Với: K = là hệ số thiết bị nếu đo bằng hệ 4 cực đối xứng AMNB.
= . là hiệu điện thế giữa hai điện cực thu MN.
I = là cường độ dòng điện phát qua điện cực AB.

b. Bản chất:
Khi đo sâu điện, tâm của thiết bị được cố định, quy định là điểm ghi kết quả
hay điểm đo sâu. Do tăng kích thước hệ cực mật độ dòng điện càng thấm xuống
sâu, do đó lần lượt các lớp đất đá thể hiện trên đường cong đo sâu. Vì vậy có thể
nói rằng đo sâu điện thực chất là dò sâu bằng phương pháp điện.
2. Phương pháp kỹ thuật đo sâu điện
a. Đo sâu đối xứng
A
B
Trần Hoài Nam Page 2
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
M
1
N
1
M
2
N
2
Định nghĩa: Đo sâu đối xứng là phương pháp đo sâu dựa vào hệ thiết bị đối
xứng. Tại mỗi kích thước AB ta đo được ∆U và I sau đó tính điện trở suất biểu
kiến ρ
k
(r)
ρ
k
(r)=K
Kết quả xây dựng được đường cong đo sâu trên giấy tỉ lệ loga kép. Đó là tương
quan hàm số.
lg ρ

k
=f(lg r)
Khi M
1
N
1
< A
1
B
1
thế << buộc phải mở M
2
N
2
< A
2
B
2
, M
2
N
2
< A
2
B
2
thế <<
buộc phải mở M
3
N

3
< A
3
B
3

Nếu A
2
B
2
tiếp tục tăng cho tới khi M
2
N
2

≤
1/20A
2
B
2
thì ta lại tiếp tục mở M
3
N
3
=1/3A
3
B
3
. Công việc cứ như vậy cho tới khi kết thúc đo tại một điểm
Chú ý: Tại các điểm tăng kích thước MN ta cần phải đo lặp AB và điểm này

được gọi là điểm gối.
Mỗi cự ly A
i
B
i
. ta ghi các giá trị ∆U và I
AiBi
vào sổ.
Quy luật tăng A
i
B
i
Để cho trên giấy logarit các vị trí kích thước r đều nhau, nghĩa là trong tỷ lệ
logarit kích thước r tăng theo cấp số cộng.
lg r
i+1
= lg r
i
+ lg n
Như vậy trong tỷ lệ số học kích thước r sẽ phải tăng theo cấp số nhân.
Trần Hoài Nam Page 3
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
n
r
r
i
i
=
+1
Người ta chọn n ≈ 1.4 và để đánh dấu kích thước trên đường dây phát được

thuận lợi ta lấy tròn các số chẵn như r = 1; 1.5; 2.2; 3.4; 5; 7; 10; 15; 22; 34; 50;
70; 100; 150….
Khi nối đường cong đo ngoài thực tế ρ
k
, các đoạn có cùng kích thước MN
được nối với nhau. Với môi trường phân lớp nằm ngang, điểm gối bao giờ cũng
dịch sang phải. Khi môi trường có bất đồng nhất ngang hoặc bất đồng nhất địa
phương ở gần các cực thu M, N, điểm gối có thể bắt chéo hoặc dịch ngược sang
trái. Đường cong ρ
k
(r) đo được gọi là đườn cong thực địa. Trong thực tế, đường
cong ρ
k
(r) bao giờ cũng biến đổi từ từ.
Điều kiện:
- AMNB thẳng hàng, A M N B
Góc lệch < 3
o
d
- Sai lệch d < 5% ; ( = 100m, d 5m.)
- Các dây phát dòng OA và OB không rò điện.
- Điều kiện để không rò điện thì I
’
< 5%
- Nếu I = 100mA thì I
’
<5mA: ta sẽ phát hiện rò điện.
+ I
’
=0 = 0

+ I
’
0 < 5%
+ > 5% : có rò điện cánh A nên nhắc B lên.
→ Phát hiện rò điện, tìm vị trí rò điện.
3. Dáng điệu đường cong đo sâu:
Hình dạng đường cong đo sâu điện tùy thuộc vào mối tương quan điện trở
suất giữa các lớp đất đá, còn mức độ thể hiện trên đường cong được quyết định bởi
chiều dày của lớp.
 Các dạng đường cong hai lớp
Đường cong đo sâu điện trên môi trường hai lớp có hai dạng sau:
+ Khi ρ
1
< ρ
2
đường cong đo sâu đi lên.
Trần Hoài Nam Page 4
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
+ Khi ρ
1
> ρ
2
đường cong đo sâu đi xuống.
 Các dạng đường cong ba lớp
Đường cong ba lớp có các tham số: ρ
1
, h
1
,

ρ2, h
2
,

ρ
3
, h
3
. Tùy thuộc vào mối
tương quan điện trở suất của các lớp ρ
1
, ρ
2
, ρ
3
có bốn loại đường cong đo sâu ba
lớp như sau:
 Các dạng đường cong bốn lớp
Đường cong bốn lớp có các tham số: ρ
1
, h
1
,

ρ2, h
2
,

ρ
3

, h
3
, ρ
4
, h
4
. Tùy thuộc
vào mối tương quan điện trở suất của các lớp ρ
1
, ρ
2
, ρ
3
, ρ
4 có
tám đường cong đo sâu
bốn lớp sau:
Trần Hoài Nam Page 5
Loại đường
cong
Tương quan điện
trở
Loại đường
cong
Tương quan
điện trở
H
> <
K
< >

A
< <
Q
> >
Loại đường
cong
Tương quan điện
trở
Loại đường
cong
Tương quan điện
trở
HA
> < <
AA
< < <
HK
> < >
AK
< < >
QH
> > <
KH
< > <
QQ
> > >
KQ
< > >
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
4. Nguyên lí tương đương của đường cong đo sâu điện:

 Hiện tượng tương đương: Là hiện tượng hai lát cắt địa điện có các tham số hoàn
toàn khác nhau nhưng lại tạo nên hai đường cong đo sâu gần như trùng nhau (với
một sai số nào đó). Hai lát cắt đó được gọi là hai lát cắt tương đương và hai đường
cong đo sâu đó cũng gọi là hai đường cong đo sâu tương đương.
Như vậy, dạng đường cong đo sâu điện không phụ thuộc vào tham số của lớp
thứ nhất (ρ
1
, h
1
) và lớp cuối cùng (ρ
n
), do đó hai lớp này không chịu ảnh hưởng của
hiện tượng tương đương. Có nghĩa là hiện tượng tương đương chỉ xảy ra với các
lớp giữa. Từ đó, hình thành nên nguyên lý tương đương được phát biểu như sau.
 Nguyên lý tương đương: “Một tập hợp các lớp giữa có tham số (ρ
i
, h
i
) thay đổi
nhưng vẫn giữ nguyên tính chất điện của lát cắt làm cho đường cong đo sâu gần
như trùng nhau”.
 Bản chất vật lý của hiện tượng tương đương
Bản chất vật lý của hiện tượng tương đương được giải thích như sau:
- Khi lớp giữa dẫn điện tốt thì dòng điện chạy song song với mặt lớp do đó
độ dẫn dọc của lớp giữ vai trò quyết định đến dạng đường cong, nếu
Trần Hoài Nam Page 6
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
const
h
S ==

2
2
2
ρ
thì tính chất địa điện của lát cắt không hề thay đổi, nên trường
điện đo được trên mặt đất không đổi. Trường hợp này được gọi là tương đương S
và xảy ra đối với đường cong dạng A và dạng H.
- Khi lớp giữa có điện trở cao, dòng điện chủ yếu chạy song song với mặt
phân lớp, lúc này điện trở ngang của lớp giữ vai trò quyết định đến dạng của đường
cong, nếu
consthT
==
222
.
ρ
dẫn đến trường điện không thay đổi. Như vậy tính
chất điện của lát cắt không đổi nên đường cong hoàn toàn trùng nhau. Trường hợp
này được gọi là tương đương T và xảy ra đối với đường cong dạng K và dạng Q.

5. Xử lý số liệu
Gồm các bước xử lý trên tuyến, theo diện tích định tính và định lượng.
• Phân loại đường cong theo tuyến và theo diện tích
- Theo tuyến: cùng dạng đường cong – một loại cùng số lớp địa điện.
- Theo diện tích:
+ số lớp càng tăng nằm càng sâu.
+ phân chia khu vực có đặc điểm giống nhau.
• Bản đồ đẳng ôm
Tại mỗi điểm O, thường ở / tiệm cận lấy giá trị ( / tiệm cận) gán vào vị trí
điểm đo.
Bản đồ định tính vẽ địa hình mặt móng vì càng lớn thì móng nằm càng sâu.

6. Nguyên lý hình thành đường cong đo sâu
• Nguyên lý hình thành đường cong đo sâu:
Quá trình hình thành đường cong đo sâu điện theo nguyên lý như sau:
Trần Hoài Nam Page 7
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
- Khi kích thước hệ cực r << h
1
thì = lớp thứ nhất.
- Tăng kích thước hệ cực, chiều thấm sâu tăng lên ảnh hưởng lên lớp thứ 2,
nếu T tăng lên; S tăng lên.
+ Nếu T tăng nhanh hơn so với S thì sẽ đi lên.
+ Nếu S tăng nhanh hơn so với T thì sẽ đi xuống.
Quá trình sẽ lặp đi lặp lại tùy thuộc vào sự tăng giảm.
- Khi r >>, có 3 trường hợp:
+ Trường hợp 1: S = const, T chứng tỏ = thì tiệm cận 45
o
.
+ Trường hợp 2: S và T tăng như nhau, lúc đó = lớp cuối cùng.
+ Trường hợp 3: S tăng rất nhanh, T tăng rất ít thì là tiệm cận cắm xuống
dưới và bằng -75
o
.
• Tọa độ các điểm tương đương
Khi thay hai lớp nằm trên bằng một lớp tương đương phải tùy thuộc vào dạng
đường cong ba lớp tương ứng là loại H, A, K, Q mà có các công thức như sau:
• Dạng đường cong H: Điểm Humme
Với đường cong dạng H hai lớp đầu sẽ thay bằng một lớp tương đương thỏa
mãn phương trình.
Chiều dày bằng tổng chiều dày:
h = h

1
+ h
2
Độ dẫn dọc bằng tổng độ dẫn dọc:
21
SS
h
+=
ρ
Từ đó suy ra tọa độ điểm H:
Hhhh
SS
hh
H
td
H
td
=+=
=
+
+
=
21
1
21
21
ρρ
• Đường cong dạng A: Điểm bất đẳng hướng
Trần Hoài Nam Page 8
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”

Với đường cong dạng A hai lớp trên được thay bằng một lớp tương đương
thỏa mãn phương trình.
Độ dẫn dọc bằng tổng độ dẫn dọc:
21
SS
h
+=
ρ
Điện trở ngang bằng tổng điện trở ngang:
21
. TTh
+=
ρ
Phương trình có nghiệm là tọa độ của điểm A:
m
A
td
A
td
A
td
SS
TT
Hhhh
TTSSh
ρρ
λλ
=
+
+

=
=+=
++=
21
21
21
2121
.).(
))((
• Đường cong dạng K
Với đường cong dạng K có điểm tương đương là điểm dịch chuyển của điểm
tương đương A một đoạn ε.
m
A
td
K
td
A
td
K
td
SS
TT
TTSShh
ρρρ
εε
=
+
+
==

++==
21
21
2121
))((
Giá trị của ε phụ thuộc vào λ: ε =f(λ) được cho ở bảng dưới đây:
λ 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.3 1.35 1.5 1.6 1.8 2 3
ε 1 1.1
1.1
7
1.2
1.2
4
1.2
9
1.32
1.3
5
1.3
8
1.3
9
1.4 1.42
Trần Hoài Nam Page 9
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
• Đường cong dạng Q
Với đường cong dạng Q có điểm tương dương là điểm dịch chuyển điểm
Humme một đoạn η.

21

21
21
.
1
.
1
)(
1
.
1
SS
hh
hhhh
H
td
Q
td
H
td
Q
td
+
+
==
+==
η
ρ
η
ρ
ηη

Hệ số η phụ thuộc vào tỷ số μ
2
=ρ
2
/ ρ
1
và tỷ số υ
2
=h
2
/h
1
Chương 2: Giải quyết vấn đề
I. Dựng đường cong đo sâu 1D trên tuyến :
1. Nguyên tắc dựng đường cong đo sâu:
- Dựng đường cong 2 lớp: cho tham số môi trường 2 lớp , h
1
, .
Trên giấy loga kép
+ Chấm tọa độ điểm O (h
1
, ).
+ Tính giá trị =
+ Đặt gốc palet 2 lớp N
1
O
1
(palet dưới giấy can), các trục tọa độ tuyệt đối
song song.
+ Can đường 2 lớp có = vừa tính (nếu lẻ thì phải nội suy).

- Dựng đường cong 3 lớp: cho tham số , h
1
, , h
2
, .
+ Chấm tọa độ O
1
(h
1
, ).
+ Dựng nhánh đầu thì 2 lớp đầu tiên.
+ Thay 2 lớp đầu bằng 1 lớp tương đương = palet tương đương A (N
29
). Đặt
gốc palet tương đương O
1
, tìm giao điểm , của palet.
+ Dựng nhánh sau: 2 lớp, lớp 1 là H
12
, tương đương, lớp thứ 2 là .
- Dựng đường cong 4 lớp:
+ Dựng 3 lớp đầu , h
1
, , h
2
, , h
3
, .
+ Dựng 2 lớp đầu O
2

(, ).
+ Dựng 3 lớp sau , , , h
3
, .
+ Nối đều các đoạn.
- Dựng đường cong n lớp:
Trần Hoài Nam Page 10
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
+ Khi r tăng lần lượt các lớp trên: lớp 1 và lớp 2 thành 1 lớp tương đương , ,
lớp 3 thành lớp 2.
+ Khi r tăng tiếp, 2 lớp trên và lớp 3 thành 1 lớp tương đương , , lớp 4 thành
lớp 2.
+ Tiếp tục n – 1 lớp trên thành 1 lớp tương đương , thành lớp thứ 2.
Vì vậy dùng palet (đường cong chuẩn) 2, 3 lớp palet phụ (N
29
, N
30
) có thể
dựng đường cong n lớp bất kì.
Tất cả công việc dựng đường cong đo sâu ta tiến hành trên giấy can.
2. Các tham số của lát cắt địa điện
TT h
1
1 60 3 4
2 50 4 5
3 60 5 6 19 5 0
4 50 5 7 19 6 0
5 60 6 8 19 6 0
6 50 4 7 19 5 0
7 50 7 5 9

8 45 8 6 9
Từ bảng số liệu trên, áp dụng công thức biến đổi ta có:
122
1
2
2
.
ρµρ
ρ
ρ
µ
=⇒=
122
1
2
2
.hh
h
h
υυ
=⇒=
tđtđ
tđ
tđ
1233
12
3
3
.
ρµρ

ρ
ρ
µ
=⇒=
tđtđ
tđ
tđ
hh
h
h
1233
12
3
3
.
υυ
=⇒=
Trần Hoài Nam Page 11
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
Với h
12
tđ
, ρ
12
tđ
được tính theo công thức tính tọa độ điểm tương đương cho
từng dạng đường cong được trình bày ở chương I.
Từ các công thức trên ta tính toán lại được các tham số ρ, h của các lớp đất đá
trong lát cắt địa điện như sau:
Điểm ρ

1
h
1
ρ
2
h
2
ρ
3
h
3
ρ
4
1 60 3 15 12 ∞
2 50 4 50/4 20 ∞
3 60 3 15 18 319 165 0
4 50 5 50/4 35 263 240 0
5 60 6 15 48 314 324 0
6 50 4 50/4 28 262 160 0
7 50 7 50/4 35 128
8 45 8 45/4 48 112
Từ số liệu trên ta tiến hành vẽ các đường cong đo sâu trên tuyến :
Trần Hoài Nam Page 12
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
II. Dựng lát cắt đẳng ôm trên tuyến
1. Số hóa giá trị điện trở suất
Bằng cách đặt giấy can đã vẽ đường cong đo sâu điện lên trên giấy logarit sao
cho khung điện trở trên hai tờ trùng khít nhau. Sau đó, trên trục hoành ta xác định
vị trí các giá trị r đã cho trước rồi dóng thẳng đứng lên trên cắt đường cong đo sâu
ở đâu rồi tiếp tục dóng vuông góc sang trục tung ta được giá trị ρ

k
tương ứng.
Cứ như vậy ta số hóa giá trị điện trở suất cho tám đường cong tại tám điểm và
được lưu trong bảng dưới đây:
r=AB/2
Điểm
1 2 3 4 5 6 7 8
1
58 49 59 49 59 48 49 44
1.5
58 49 59 49 59 48 49 44
2.2
58 48 58 48 58 48 48 44
3.4
52 47 58 48 58 47 48 43
5
44 42 54 46 57 42 48 42.5
7
34 35 48 40 52 35 46 42
10
26 26 38 32 44 26 40 38
15
25 19 26 21.5 30.5 19 30 29
22
30 18 20.5 17 24 17 21 21
34
42 22 21 16.5 19 18 17 15.5
50
60 30 26.5 19.5 20 22 19 15
70

86 42 32 23.5 23 29 22 17
100
120 60 42 30 29 39 28 21
150
160 86 58 42.5 38 54 37 28
Trần Hoài Nam Page 13
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
220
250 120 76 48 52 66 48 37
340
380 180 94 76 70 80 62 52
500
560 260 100.5 86 90 80 76 64
700
860 380 94 84 100 74 88 72
1000
1200 500 68 78.5 95 46 96 84
2. Vẽ lát cắt đẳng ôm:
Từ bảng giá trị trên, với khoảng cách giữa các điểm là 250m, sử dụng phần
mềm surfer ta vẽ được lát cắt đẳng ôm ρ
k
như sau:
Trần Hoài Nam Page 14
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
III. Tính theo :
1. Điện trở suất và công thức chuyển đổi:
Đường cong có độ phân giải cao hơn, phản ánh đúng bản chất thực tế so với
đường cong .
Ta có công thức chuyển đổi như sau:
2

lg
)(lg
1
)(
)(








∂
∂
−
=
r
r
r
z
k
k
p
ρ
ρ
ρ
khi
)((
)1 ikik

rr
ρρ
<
+
(Đường cong đi xuống)
2
lg
)(lg
1).()(








∂
∂
+=
r
r
rz
k
kk
ρ
ρρ
khi
)((
)1 ikik

rr
ρρ
>
+
(Đường cong đi lên)
z
i
= r
i
/2
Từ công thức chuyển đổi như trên ta tính được giá trị ρ
p
tại các điểm đo
trong bảng dưới đây:
z (m)
Điểm
1 2 3 4 5 6 7 8
0.5
58 51.59635 61.58607 51.59635 61.58607 48 51.59635 44
0.75
58 46.5343 56.52252 46.5343 56.52252 48 46.5343 44
1.1
45.14682 43.46078 55.60208 45.61153 55.60208 45.62227 45.61153 41.62815
1.7
29.11191 34.76969 49.08357 43.38523 55.61858 34.76969 48 39.58453
2.5
17.44009 21.17873 33.9027 29.32372 43.00909 21.17873 42.80573 39.86003
3.5
10.98882 12.22729 21.13673 17.23216 27.56591 12.22729 28.8355 31.13424
5

13.20019 8.010705 11.6706 9.718432 15.22447 8.010705 16.41872 17.20942
7.5
34.89824 8.836037 8.180781 6.619406 9.749025 8.023144 9.084433 9.445814
11
80.09689 25.02727 11.19566 9.705675 9.633688 14.82777 7.317192 6.736902
17
142.8593 57.89472 36.18676 22.47574 11.4981 31.0811 13.1078 7.798137
25
238.1898 107.7806 66.43033 43.27538 31.98275 60.65508 34.98946 19.08295
Trần Hoài Nam Page 15
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
35
344 168 88.64695 61.78678 54.26755 96.69089 53.4999 37.51038
50
395.1255 225.8973 133.1195 94.77676 79.79616 128.5759 79.22733 57.50032
75
596.5354 303.6733 178.0683 108.271 115.1309 150.1039 104.8779 82.67722
110
1057.867 434.3879 192.15 140.4027 158.6226 144.627 127.6615 114.1538
170
1493.264 678.6975 168.8757 222.3108 194.7986 121.8836 150.8321 144.5806
250
2543.139 1076.433 100.5 115.8998 200.861 65.16914 167.5868 134.6787
350
3790.923 1435.21 38.44879 65.59332 117.6361 22.88103 157.3143 139.5754
500
3987.853 1345.289 6.322183 43.08626 37.22764 41.0965 130.3134 188.3082
2. Vẽ đường cong đo sâu (z)
Từ giá trị chuyển đổi từ ρ
k

(r) sang ρ
p
(z) như trên, ta sử dụng phần mềm
matlab để vẽ các đường cong đo sâu ρ
k
(r), ρ
p
(z) trên cùng một hệ trục tọa độ
logarit kép. Kết quả được thể hiện ở các đồ thị dưới đây:
Trong đó:
Giá trị ρ
k
(r).
Giá trị ρ
p
(z).
Trong quá trình số hóa do sai xót nên đường cong ρ
k
(r) và ρ
p
(z) chưa hoàn
toàn chính xác
Trần Hoài Nam Page 16
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”


Trần Hoài Nam Page 17
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”

Trần Hoài Nam Page 18
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”


Trần Hoài Nam Page 19
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”



Trần Hoài Nam Page 20
Đồ án môn: “ Thăm dò điện 2”
3. Vẽ lát cắt đẳng ôm ρ
p
(z)
Trần Hoài Nam Page 21