Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada trong điều tra tai biến địa chất, tìm kiếm nước dưới đất và khoáng sản kim loại

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT

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

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GEORADA
TRONG ĐIỀU TRA TAI BIẾN ĐỊA CHẤT
TÌM KIẾM NƯỚC DƯỚI ĐẤT
VÀ KHOÁNG SẢN KIM LOẠI

7468
30/7/2009

Hà Nội, 2008


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT

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

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GEORADA
TRONG ĐIỀU TRA TAI BIẾN ĐỊA CHẤT
TÌM KIẾM NƯỚC DƯỚI ĐẤT
VÀ KHOÁNG SẢN KIM LOẠI

Cơ quan chủ quản

Bộ Tài nguyên và Môi trường

Đơn vị thực hiện
Liên đoàn Vật lý Địa chất

Liên đoàn trưởng

Chủ nhiệm đề tài

Nguyễn Trần Tân

Nguyễn Duy Tiêu

Hà Nội, 2008


MỤC LỤC
Mở đầu
Chương I: Tổng quan và tóm tắt cơ sở lý thuyết của phương pháp ra đa
xuyên đất
I. Tổng quan về phương pháp georada
II. Cơ sở lý thuyết phương pháp georada
Chương II: Máy và thiết bị georada
Chương III: Kết quả nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada
I. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada khi tìm kiếm khoáng sản kim loại
II. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada trong điều tra tai biến địa chất
III. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada khi tìm kiếm nước ngầm và địa
chất công trình
IV. Xây dựng các quy trình công nghệ georada
V. Viết hướng dẫn sử dụng máy ra đa xuyên đất RAMAC/GPR và sử dụng các

chương trình xử lý tài liệu georada
Chương IV: Đánh giá hiệu quả của phương pháp georada khi tìm kiếm
khoáng sản kim loại, điều tra tai biến địa chất, tìm kiếm nước ngầm và khảo
sát địa chất công trình
I. Đánh giá hiệu quả phương pháp georada
II. Những hạn chế của phương pháp georada
Chương V: Tổ chức thi công và kinh phí thực hiện
Kết luận và đề nghị
Danh sách các phụ lục kèm theo

-3-

Trang
4
6
6
8
15
19
20
23
29
36
36
37
37
38
39
45
47

MỞ ĐẦU
Phương pháp ra đa xuyên đất (georada-GPR) đang được triển khai ở nhiều nước
trên thế giới trong các lĩnh vực khác nhau: nghiên cứu nền móng công trình, nghiên
cứu xác định các vị trí công trình kiến trúc cổ bị chôn vùi, các đường ống, cáp ngầm,
tìm kiếm mộ cổ... Từ năm 1988 đến nay, các nhà khoa học trong ngành các khoa học
về trái đất trên thế giới đã chú trọng phát triển để dần hoàn thiện về cơ sở lý thuyết
cũng như phương pháp áp dụng thực tế.
Công nghệ georada đang từng bước được triển khai ở Việt Nam nhằm đáp ứng các
yêu cầu của thực tế phát triển kinh tế xã hội phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện
đại hoá đất nước... Từ năm 1998, phòng Địa vật lý thuộc Viện Vật lý địa cầu đã từng
bước triển khai nghiên cứu áp dụng công nghệ GPR trong tổ hợp các phương pháp địa
vật lý để giải quyết nhiệm vụ trong địa chất công trình và trong địa kỹ thuật-môi
trường, khảo sát dự báo hiện tượng trượt lở đất bờ sông Tiền trên địa bàn của các tỉnh
Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, thành phố Hồ Chí Minh...và bước đầu đã thu được
một số kết quả thiết thực góp phần giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ môi trường.
Trong những năm gần đây, nhiều cơ quan, đơn vị cũng đã trang bị các bộ máy ra
đa xuyên đất nhằm giải quyết các nhiệm vụ cụ thể của đơn vị. (Trung tâm nghiên cứu
phòng trừ mối - Viện Khoa học Thuỷ Lợi, Khoa trắc địa - Trường Đại học Mỏ-Địa
chất, Công ty Cổ phần Công nghệ ĐịaVật lý, Khoa Địa chất - Trường Đại học Khoa
học tự nhiên…).
Cuối năm 2005, Liên đoàn Vật lý Địa chất (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt
Nam) đã được trang bị bộ máy ra đa xuyên đất RAMAC/GPRTM do hãng MALÂ
(Thuỵ Điển) sản xuất.
Báo cáo này trình bày các kết quả đã đạt được trong khuôn khổ thực hiện đề tài
nghiên cứu “Ứng dụng phương pháp georada trong điều tra tai biến địa chất, tìm kiếm
nước dưới đất và khoáng sản kim loại”.
1. Cơ sở pháp lý:
Đề tài thực hiện trên cơ sở các văn bản pháp lý sau đây:

- Hợp đồng nghiên cứu KH&CN số 03-ĐC-07/HĐKHCN ngày 16/4/2007 giữa
Bộ Tài nguyên Môi trường và Liên đoàn Vật lý Địa chất về việc thực hiện đề tài
KH&CN “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada trong điều tra tai biến địa chất,
tìm kiếm nước dưới đất và khoáng sản kim loại”.
- Quyết định số 406 QĐ/ĐCKS-KHTC ngày 30/8/2007 của Cục trưởng Cục Địa
chất và Khoáng sản Việt nam về việc giao kế hoạch và dự toán chi ngân sách Nhà
nước năm 2007 cho Liên đoàn Vật lý Địa chất.
- Quyết định số 597 QĐ/ĐCKS-KHTC ngày 14/10/2008 của Cục trưởng Cục
Địa chất và Khoáng sản Việt nam về việc giao kế hoạch và dự toán chi ngân sách Nhà
nước năm 2008 cho Liên đoàn Vật lý Địa chất.
2. Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada trong điều tra tai biến địa chất, tìm
kiếm nước dưới đất và khoáng sản kim loại.
3. Sản phẩm giao nộp của đề tài:
3.1. Báo cáo tổng kết kết qủa thực hiện đề tài.
3.2. Các Quy trình công nghệ:

-

Quy trình công nghệ phương pháp georada trong điều tra tai biến địa chất
(cho đối tượng sụt và trượt lở đất)
-4-


-

Quy trình công nghệ phương pháp georada khi tìm kiếm nước ngầm trong
các đới phá huỷ, dập vỡ và hang carst.
Quy trình công nghệ phương pháp georada trong khảo sát địa chất công
trình nông.

Đề tài được thực hiện trong hai năm: 2007 và 2008. Tham gia thực hiện đề tài
gồm các kỹ sư Địa vật lý: Nguyễn Văn Bút, Trương Công Ánh, Nông Quốc Khánh,
Trần Nhật Ký, Kiều Huỳnh Phương, Nguyễn Văn Hùng với sự cộng tác của các đồng
nghiệp khác ở Liên đoàn Vật lý Địa chất, Viện Vật lý Địa cầu, phân viện Địa vật lý
TP. Hồ Chí Minh…do kỹ sư địa vật lý Nguyễn Duy Tiêu làm chủ nhiệm.
Qua 2 năm thực hiện, tập thể tác giả đã tiến hành thử nghiệm phương pháp
georada tại 11 tỉnh, thành (từ Hà Giang, Cao Bằng, Yên Bái, Lạng Sơn, Hà Nội, Hoà
Bình, Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Trị, đến TP. Hồ CHí Minh) với rất
nhiều địa điểm trên các đối tượng khác nhau. Với một khối lượng tài liệu phong phú,
đủ điều kiện để tổng hợp, đánh giá hiệu quả của phương pháp georada trong các lĩnh
vực nghiên cứu của đề tài.
Sản phẩm chính của đề tài là báo cáo tổng kết và các phụ lục kèm theo (Hướng
dẫn sử dụng máy rada RAMAC/GPR; Hướng dẫn sử dụng chương trình RAMAC
GROUNDVISION, Hướng dẫn sử dụng chương trình REFLEX khi xử lý tài liệu
georada và các quy trình công nghệ đo georada).
Nội dung chính của báo cáo tổng kết thực hiện đề tài gồm các mục chính sau:
Mở đầu
Chương 1: Tóm tắt cơ sở lý thuyết của phương pháp georada
Chương II: Máy và thiết bị
Chương III: Kết quả nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada
Chương IV: Đánh giá hiệu quả của phương pháp georada
Chương V: Tổ chức thực hiện và kinh phí thực hiện
Kết luận và đề nghị.
Trong quá trình thực hiện đề tài, các tác giả đã được sự giúp đỡ tận tình của các
chuyên gia địa vật lý, địa chất, các bạn đồng nghiệp công tác tại Bộ Tài nguyên và Môi
trường, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Liên đoàn Vật lý Địa chất, và được
các cấp lãnh đạo Liên đoàn Vật lý Địa chất, các đơn vị sản xuất, phòng ban trong Liên
đoàn, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Tài
nguyên và Môi trường và một số đơn vị khác ngoài ngành đã quan tâm, tạo điều kiện

thuận lợi cho chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ được giao.
Tập thể tác giả chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và quan tâm đó.

-5-


Chương I

TỔNG QUAN VÀ TÓM TẮT CƠ SỞ LÝ THUYẾT
PHƯƠNG PHÁP GEORADA
I. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GEORADA
1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài:
Phương pháp ra đa xuyên đất (georada-GPR) đang được triển khai ở nhiều nước
trên thế giới trong các lĩnh vực khác nhau: nghiên cứu nền móng công trình, tìm kiếm
nước dưới đất, tìm kiếm khoáng sản, nghiên cứu xác định các vị trí công trình kiến
trúc cổ bị chôn vùi, các đường ống, cáp ngầm, tìm kiếm mộ cổ... Công nghệ georada
được coi là một phương pháp địa vật lý rất có hiệu quả trong các lĩnh vực trên. Từ năm
1988 đến nay, các nhà khoa học trong ngành các khoa học về trái đất trên thế giới đã
chú trọng phát triển để dần hoàn thiện về cơ sở lý thuyết cũng như phương pháp áp
dụng thực tế.
Tại Pháp, GS. Maksim Bano (Viện VLĐC Strasbourg) và GS. Roger Guerin (ĐH
Tổng hợp Paris 6) đã sử dụng công nghệ georada với thiết bị Pulse EKKO và RAMAC
để phát hiện và khoanh vùng nhiều hang karst trên cả một dải núi dài và đã đánh giá
được mức độ chứa nước trong các hang hốc làm cơ sở cho việc khai thác nguồn nước
ngầm tại đây kết hợp với bảo vệ môi trường và cảnh quan thiên nhiên.
Tại Trung Quốc, công nghệ georada đã được sử dụng có hiệu quả trong việc khảo
sát nền móng đập Tam Hiệp và đã tìm ra nhiều vị trí hang hốc trong đá, đánh giá được
độ nứt nẻ và mức độ chứa nước trong các khối đá gốc. Đồng thời các nhà khoa học
còn thu được những kết quả chính xác trong xác định các đới thấm thoát nước ở nhiều
hồ chứa nước lớn đề ra giải pháp sửa chữa kịp thời; tìm kiếm các dị vật trong thân đê

đập, nhất là khe nứt và tổ mối. Xác định những đới cấu trúc có chứa nước tại một số
mỏ than đang khai thác ở phía bắc để dự báo hiểm hoạ bục nước cũng là thành công
của các nhà khoa học Trung Quốc trong việc ứng dụng georada.
Ở Hoa Kỳ đã sử dụng phương pháp georada để xác định các ranh giới nước mặn,
nước nhạt cũng như ranh giới nước sạch và nước bị ô nhiễm đối với các tầng chứa
nước gần mặt đất, ngoài ra còn phát hiện ra nhiều thấu kính chứa nước ngay trên đỉnh
các mỏ đang khai thác hầm lò hoặc đã tìm ra vị trí các đường hầm lò cổ, các giếng lò
cổ đã bị lấp đầy bằng các vật liệu trầm tích Đệ tứ. Sử dụng công nghệ georada để tìm
kiếm hang hốc, đường hầm tynnel, công trình ngầm trong các thành phố, xác định vị trí
khảo cổ học cũng là những hướng nghiên cứu rất thành công của các nhà khoa học Mỹ.
Ở Hà Lan các nhà khoa học đã áp dụng rộng rãi công nghệ georada trong khảo sát
cấu trúc của đất ngay cả trên các vùng ngập nước hoặc khoanh định các tầng chứa
nước ngầm và các thấu kính chứa nước với độ chính xác rất cao. Tại đây đã đưa công
nghệ georada như là công cụ chính trong công tác đo vẽ bản đồ địa chất.
Tại Italy các nhà khoa học đã ứng dụng thành công công nghệ georada trong tìm
kiếm hang hốc ở núi đá vôi, xác định các đường khe nứt trong đá và đánh giá mức độ
nứt nẻ, dập vỡ của khối đá. Việc ứng dụng công nghệ georada trong nghiên cứu, khảo
sát khảo cổ học cũng được các nhà khoa học Italy triển khai liên tục hàng chục năm
nay với những kết quả rất khả quan và hiện nay người ta đang dự định tiến hành khảo
-6-


sát bằng georada kết hợp với một số công cụ địa vật lý khác tại Mỹ Sơn (Quảng Nam)di sản văn hoá thế giới..
Ở Czech và Slovakia người ta đã sử dụng công nghệ georada để dự báo trượt lở
đất tại các sườn núi có hiệu quả rất cao, tránh được thiệt hại về vật chất cho cư dân
sinh sống gần các địa điểm này.
Tại Vương quốc Anh, công nghệ georada đã được sử dụng có kết quả trong việc
khoanh vùng vị trí các đụn cát có chứa nước, khoanh vùng ranh giới nước mặn, nước
nhạt tại dải ven biến và đánh giá được chất lượng của nước biến động theo thời gian.
Tại Ba Lan, công nghệ georada cùng với nhiều loại thiết bị của các hãng sản

xuất khác nhau như OYO (Nhật Bản), Ramac/GPR (Thuỵ Điển) đang được dùng khá
phổ biến trong nghiên cứu địa chất cấu trúc của các mỏ than, vị trí của hang động
trong lòng đất, đánh giá hiện trạng các đường băng sân bay và khảo sát tìm dị vật trong
thân đê đập, khoanh vùng dự báo các đoạn đê xung yếu có khả năng bị vỡ trong mùa
nước lũ.
Ở Đức, các nhà khoa học đã thu được nhiều kết quả với độ chính xác cao trong
việc sử dụng công nghệ georada để xác định độ ẩm của đất trồng góp phần tăng năng
suất cây trồng, trong tìm kiếm các túi nước ngầm nằm trong núi hoặc đánh giá mức độ
ô nhiễm của tầng chứa nước do bãi chôn rác thải hoặc các hoạt động của con người
gây ra.
Tại Izrael các nhà khoa học cũng rất thành công trong việc ứng dụng georada để
xác định vị trí các hang động và các hệ thống đường hầm dưới lòng đất, đồng thời
cũng đánh giá được hiện trạng chứa nước ở đường hầm.
Ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, công nghệ georada được sử dụng trong việc
giám định các công trình xây dựng, tìm kiếm khảo cổ học, khảo sát nền móng công
trình. nghiên cứu cấu trúc địa chất thuỷ văn.
Tại Brazil, Mexico, Thuỵ Sỹ và Tây Ban Nha, georada được dùng như là công
nghệ chủ đạo trong nghiên cứu xác định vị trí khảo cổ học và đánh giá tác động của ô
nhiễm môi trường nước, môi trường đất phục vụ cho nghiên cứu địa kỹ thuật và môi
trường.
Tại Australia và Nam Phi đã sử dụng có hiệu quả công nghệ georada trong nghiên
cứu cấu tạo của các mỏ kim loại quý hiếm và các mỏ khoáng sản thông dụng khác, xác
định chính xác bề dày của tầng đất đá phủ bên trên thân quặng và trong khảo sát địa
chất thuỷ văn để tìm kiếm những lăng kính hoặc các bồn có chứa nước nhạt trong cấu
tạo của mỏ than.
2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Công nghệ georada đang từng bước được triển khai ở Việt Nam nhằm đáp ứng các
yêu cầu của thực tế phát triển kinh tế xã hội phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện
đại hoá đất nước... Từ năm 1998 đến nay, phòng Địa vật lý thuộc Viện Vật lý địa cầu
đã từng bước triển khai nghiên cứu áp dụng công nghệ GPR trong tổ hợp các phương

pháp địa vật lý để giải quyết nhiệm vụ trong địa chất công trình và trong địa kỹ thuậtmôi trường (cấu trúc của đê Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Bắc Ninh, Hưng Yên; cấu trúc
của một số đập đất lớn ở miền Trung như đập Yên Mỹ, Vực Mẫu, Kẻ Gỗ, Tiên Lang,
La Ngà); khảo sát dự báo hiện tượng trượt lở đất bờ sông Tiền trên địa bàn của các
tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, thành phố Hồ Chí Minh...và bước đầu đã thu
được một số kết quả thiết thực góp phần giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ môi trường.
Những công trình ứng dụng phương pháp georada ở Việt nam đáng chú ý nhất gồm:
- Phát hiện tổ mối trong thân đê của Trung tâm nghiên cứu phòng trừ mối (Viện
Khoa học thuỷ lợi) và Viện Vật lý Địa cầu.
-7-


- Nghiên cứu thành lập bản đồ công trình ngầm ờ Hà Nội của Khoa trắc địa, trường
Đại học Mỏ-Địa chất.
- Nghiên cứu hiện trạng và dự báo sụt lở đất ở Cam Lộ (Quảng Trị) của Liên đoàn
Vật lý Địa chất.
- Các công trình nghiên cứu liên quan đến địa chất công trình, trượt lở đất của Viện
Vật lý Địa cầu.
Do sự tiến bộ không ngừng của công nghệ nên hàng năm thiết bị georada được cải
tiến, nâng cấp cả về phần cứng cũng như phần mềm, đồng thời về phương pháp cũng
được nghiên cứu phát triển cho thích ứng với từng môi trường địa chất riêng biệt. Đối
với các quốc gia đang phát triển như Việt Nam thì việc nghiên cứu áp dụng công nghệ
tiên tiến là một đòi hỏi tất yếu của thực tiễn. Chúng ta cần công nghệ georada để giải
quyết những vấn đề về địa chất công trình, địa chất thuỷ văn (nước ngầm tồn tại trong
các hang hốc hoặc những đới nứt nẻ của vùng núi đá, nhất là đá vôi…), tìm kiếm
khoáng sản kim loại, điều tra tai biến địa chất…

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP GEORADA
II.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
Nền tảng của GPR nằm trong lý thuyết trường điện từ. Lý thuyết của trường
điện từ đã được mở rộng hơn hai thể kỷ qua và là chủ đề của nhiều công trình nghiên

cứu. GPR là một phần trong trường điện từ. Các tín hiệu GPR là sóng điện từ. Phương
trình Maxwell với việc mô tả toán học tính chất vật lý của điện từ cộng với mối quan
hệ về tính chất vật liệu là cơ sở để mô tả định lượng tín hiệu GPR.
II.1. 1. Phương trình Maxwell.
Về mặt toán học, trường điện từ với các đặc tính liên quan được biểu diễn như sau:
∇×E = −

∂B

∇×H = J +

∂t

∇× D = q

∂D
∂t

∇× B = 0

Trong đó:
E : Vector độ dài trường điện
B: Vector mật độ dòng từ
D: Vector dịch chuyển điện
H: Cường độ trường từ
J: Vector mật độ dòng điện
q: Mật độ điện tích
II.1.2. Tính chất vật lý cơ bản trong nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada.
GPR nghiên cứu cấu trúc sâu bằng việc truyền trường điện từ xuống lòng đất.
Trường điện từ (EM) biến đổi theo thời gian gồm hai thành phần: Điện trường (E) và

từ trường (H), trường điện từ này gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Cách
thức mà trường điện từ tác động đến các chất liệu tự nhiên quyết định cách thức lan
truyền và suy giảm của sóng điện từ trong môi trường.
-8-


Trong hầu hết các ứng dụng địa chất, các thuộc tính về điện giữ vai trò quan
trọng. Sự biến đổi của từ trường thường là rất yếu. Tuy nhiên đôi khi các thuộc tính về
từ cũng có ảnh hưởng đến hiệu ứng rada xuyên đất, người sử dụng cần phải nhận biết
được sự ảnh hưởng này.
Các thuộc tính về từ trường được quyết định bởi đặc trưng lưu thông của các
hạt tích điện trong các nguyên tử và phân tử cân bằng.
Một điện trường trong vật chất sẽ tăng lên theo sự chuyển động của các hạt tích
điện (tức là dòng điện ). Dòng điện phụ thuộc vào bản chất tự nhiên của vật chất. Có
hai kiểu điện tích của vật chất là giới hạn và tự do, tạo nên hai kiểu dòng điện là điện
dẫn hoặc phân cực. Ở đây chúng tôi sẽ nêu qua hai kiểu khái niệm trên.
1. Dòng điện dẫn
Dòng dẫn được sinh ra khi các điện tích tự do chuyển động trong vật chất. Sự
chuyển động của các electron trong dây dẫn kim loại là một ví dụ về dòng dẫn. Trong
kim loại, các electron chuyển động xuyên qua matrận kim loại để vận chuyển điện tích
từ một điểm đến điểm khác. Một cơ chế đẫn điện chung khác là sự chuyển động của
các ion trong môi trường nước. Cơ chế này giữ vai trò quan trọng trong hầu hết các
ứng dụng của rada xuyên đất.
Dòng dẫn tăng lên khi điện tích tự do tăng đến tốc độ tối đa (gần như ngay tức
thời) khi có điện trường E. Các điện tích tự do chuyển động trong suốt quá trình tồn tại
của điện trường; Khi điện trường E bị ngắt, các điện tích giảm tốc độ di chuyển và
dừng hẳn.
2. Dòng phân cực
Dòng phân cực là sự kết hợp giữa các điện tích bị dịch chyển cưỡng bức trong
một khoảng cách giới hạn.

Khi có điện trường các điện tích bền dịch chuyển theo hướng khác nhau. Sự
chuyển dịch này xảy ra gần như ngay lập tức và sau đó là dừng lại. Trong quá trình
dịch chuyển một phần năng lượng của điện trường được tryền sang và lưu giữ trong
vật chất. Khi ngắt điện trường, các điện tích dịch chuyển theo hướng ngược lại trở về
vị trí phân bố cân bằng ban đầu và năng lượng được giải phóng. Năng lượng được nạp
như một tụ điện và giải phóng trong quá trình đóng và ngắt điện trường.
Khi có tác động của điện trường dòng phân cực tăng lên tạo ra sự sắp xếp các
mô men lưỡng cực trong vật chất. Sự sắp xếp các điện tích được mô tả dưới dạng mật
độ momen lưỡng cực. Việc tạo ra các momen lưỡng cực phân bố trong vật chất liên
quan đến quá trình nạp điện. Dòng điện tích liên quan đến quá trình nạp điện này gọi
là dòng phân cực. Dòng phân cực được xác định theo công thức toán học tỷ lệ với thời
gian thay đổi mật độ momen lưỡng cực.
Việc tạo ra các momen lưỡng cực phân bố trong vật chất liên quan đến quá
trình nạp điện. Dòng điện tích liên quan đến quá trình nạp điện này gọi là dòng phân
cực. Dòng phân cực được xác định theo công thức toán học tỷ lệ với thời gian thay
đổi mật độ momen lưỡng cực.
3. Hằng số điện môi.
Hằng số điện môi không bao giờ bằng không. Ngay cả trong chân không hằng
số điện môi ε0 cũng trong khoảng 8.85*10-12. Giải thích cho hiện tượng này liên quan
đến điện động lực học lượng tử và chúng ta không bàn sâu thêm. Để thuận tiện, người
ta thường dùng khái niệm hằng số điện môi tương đối hay hằng số điện môi K. Như đã
-9-


mụ t, hng s in mụi tng i l t s gia hng s in mụi ca cht liu v hng
s in mụi ca chõn khụng.
4 . Dũng in tng
Trong vt cht t nhiờn bt k, dũng xut hin khi cú in trng l s pha trn
gia dũng dn v dũng phõn cc. Ph thuc vo t l ca s thay i ca in trng
m dng dũng ny hoc dũng kia s tri hn. V toỏn hc, dũng in tng bao gm hai

thnh phn; Mt ph thuc vo bn thõn in trng v mt ph thuc vo t l thay
i ca in trng.
Dũng phõn cc lch pha vi dũng dn mt gúc 900 . Nh vy luụn cú s lch
pha gia dũng dn v dũng phõn cc, iu ny c biu th bng vic mt thnh phn
phỏ v c cu cũn mt thnh phn sp xp li c cu.
Thng thng cú mt s tn s m trờn nú, dũng phõn cc vt tri hn hn
so vi dũng dn. Vi cỏc cht liu bỡnh thng cú dn v h s in mụi l hng
s, thỡ tn ti mt tn s chuyn tip ft m ú dũng dch chuyn v dũng dn bng
nhau. Trờn tn s ny, dũng phõn cc tri hn; di tn s ny dũng dn s tri hn.
Thc t ny rt quan trng khi chỳng ta bn v vn truyn súng in t. Tn s ny
xỏc nh c ch suy tn hao rt quan trng cho GPR.
Thut ng suy gim c s dng rng rói trong lnh vc in.
dn v hng s in mụi ph thuc vo tn s kớch thớch v luụn luụn cú s
bin i nht nh.
5. t thm
t thm liờn quan n c trng in tớch bờn trong cu trỳc c bn ca vt
cht. Trong cỏc iu kin bỡnh thng, cỏc ht tớch in, dng cỏc nguyờn t, hoc tp
hp thnh cỏc phõn t, cú thuc tớnh c hc lng t gi l Spin. Khi liờn kt vi s
tớch in trờn cỏc ht, Spin a n vic trờn ht cú mt momen lng cc t. Khi mt
electron chuyn ng xung quanh mt ht nhõn nguyờn t, s chuyn ng ca mt
in tớch, cng cú th to ra mt momen t.
Hiu tng t mt cỏch n gin l cú cỏc in tớch ging nhau c phõn b
trờn mt qu cu v qu cu ny ang quay. Kt qu ca vic cỏc in tớch quay trũn
to ra mt dũng vũng trũn v chớnh nú l ngun gc sinh ra lng cc t. Cỏc thuc
tớnh v t l thuc tớnh c bn ca ca vic chuyn ng trong vũng trũn khộp kớn ca
in tớch.
t thm o mc m cỏc momen lng cc ca cỏc thnh phn cú th sp
xp hoc dch chuyn hng ca chỳng t trng thỏi bỡnh thng khi cú tỏc ng ca
trng t bờn ngoi. Cng nhiu cỏc momen riờng r c sp xp thỡ phõn cc t
ca vt cht cng ln. Thuc tớnh v t ca cỏc cht c xỏc nh bi mt mụ men

lng cc t.
6. Các công thức cơ bản:
Vận tốc truyền sóng:
v=

c


=

0.3


(m/ns)

Bớc sóng:
=

fMHz

v
(m)
ì 10 6

Độ suy giảm:
-10-


α = 1.69 ×

σ
ε

(dB/m)

Cöa sè thêi gian:
TimeWindow = 1.3 ×

TÇn sè lÊy mÉu:

2 × hm
(ns)
v m/ns

SamplingFrequency = 6 × fMHz ÷ 15 × fMHz

II.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP GEORADA
II.2.1. Nguyên lý cơ bản của lý thuyết phương pháp georada.
Phương pháp ra đa xuyên đất (gọi tắt là georada) được áp dụng dựa trên kỹ
thuật lan truyền của sóng radio có tần số từ 1 đến 1600 MHz được dùng đề lập bản đồ
cấu trúc địa chất, tìm kiếm các vật thể bị chôn vùi trong đất….
Sóng điện từ được phát vào trong lòng đất dưới dạng xung. Khi gặp các mặt
ranh giới hay các bất đồng nhất trong môi trường, chúng phản xạ trở lại mặt đất.
Annten thu của hệ thống sẽ ghi lại xung phản xạ. Thông qua các phép xử lý, phân tích,
minh giải, ta có thể giải đoán được nguồn gây ra dị thường.
Về mặt lịch sử, GPR lần đầu tiên được sử dụng để lập bản đồ cấu trúc trong đất
và chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu lý thuyết và dụng cụ đo đạc phù hợp.
Công tác GPR bắt đầu vào những năm 1970. Đầu tiên, Annan và Davis đã áp
dụng để nghiên cứu lớp đất trồng bị đóng băng. Những mặt mạnh và yếu của phương
pháp bắt đầu được thể hiện rõ ràng.

Hệ thống rada có thể phát triển dựa vào 3 cơ sở được quy vào là phản xạ, điểm
sâu chung và chiếu qua (lỗ khoan…). Kiểu phổ biến nhất là đo phản xạ như minh hoạ
trên hình I.1.

Hình vẽ số I.1: Sơ đồ nguyên lý đo georada bằng phương pháp phản xạ

Sự lan truyền của sóng điện từ phụ thuộc chính vào độ thẩm điện, độ dẫn điện và
độ từ thẩm của môi trường.
II.2.2. Các tính chất điện của môi trường
-11-


Tính chất điện (độ dẫn và hằng số điện môi) của môi trường khảo sát quyết định
sự thành công của phương pháp georada. Môi trường có độ dẫn càng cao thì độ xuyên
sâu của tín hiệu càng giảm. Trong các vật chất của môi trường khảo sát thì nước là
thành phần quan trọng quyết định tính chất điện của môi trường.

Độ sâu (feet)

Độ sâu (m)
Độ dẫn (mS/m)

Hình vẽ số I.2: Sự phụ thuộc độ thấm sâu sóng rada vào độ dẫn điện của môi trường

Độ dẫn (mS/m)*10-a

Hàm lượng nước (%)

Hàm lượng nước (%)

Hình vẽ số I.3: Quan hệ giữa hàm lượng nước và độ dẫn điện của môi trường

Hằng số điện môi

Hình vẽ số I.4: Quan hệ giữa hàm lượng nước và hằng số điện môi của môi trường
Hằng số điện môi của môi trường quy định vận tốc truyền sóng và sự lan truyền
của sóng rada như trong hình vẽ số I.5.
-12-


Hình vẽ số I.5: Quan hệ giữa hằng số điện môi và vận tốc truyền sóng rada
Các phép đo của GPR rất hiếm khi được thực hiện trên một đối tượng thuần khiết
mà hầu hết được thực hiện trên các đối tượng hỗn hợp gồm nhiều chất liệu khác nhau.
Phần nhiều các chất vô cơ và các hỗn hợp là các chất cách điện tốt. Chúng có
hằng số điện môi nằm trong khoảng từ 3 đến 8 và thường là chất cách điện với độ dẫn
hầu như bằng không. Đất, đá và các chất liệu xây dựng như bê tông, nhựa đường …có
các khoảng rỗng giữa các hạt vật liệu và có thể được lấp đầy bởi nước hoặc một chất
liệu khác nào đó. Nước chứa trong các lỗ rỗng thường chứa các ion và độ dẫn của
nước phụ thuộc sự chuyển động của các ion là yếu tố chính xác định độ dẫn của hỗn
hợp.
Bảng I.1 là các thông số gồm hằng số điện môi, độ dẫn điện, vận tốc truyền
sóng, độ suy giảm của một số chất liệu thường gặp.
Bảng I.1: Các đặc trưng về hằng số điện môi, độ dẫn điện, vận tốc truyền sóng,
độ suy giảm của một số chất liệu cơ bản
C¸c th«ng sè m«i tr−êng
VËt chÊt

H»ng sè ®iÖn
m«i, ε

VËn tèc truyÒn
sãng, v [m/ns]

§é dÉn ®iÖn,

§é suy gi¶m,

σ [mS/m]

α [dB/m]

Kh«ng khÝ

1

0.300

0

0

Kim lo¹i

> 81

< 0.01 (0.001)

> 1000

> 10000

N−íc ngät

81

0.033

0.5

0.1

N−íc biÓn

81

0.033

3000

1000

Than

4-5

0.134 - 0.150

Bª t«ng

7

0.118

0.01 - 1

0.01 - 1

Nhùa ®−êng

3-5

0.051 - 0.173
-13-

-


Nhùa PVC

3

0.173

§¸ d¨m

13

0.083

§Êt phï sa

10

0.095

1 - 100

0.5-100

§Êt sÐt

8 - 15

0.077 - 0.106

1 - 300

2 - 1000

§Êt ®Çm lÇy

12

0.087

§Êt n«ng nghiÖp

15

0.077

§Êt ®ång cá

13

0.083

§Êt trång (kh«)

5

0.134

§Êt trång (−ít)

25

0.060

§Êt trång lÉn sÐt (kh«)

2

0.194

§Êt trång lÉn sÐt (−ít)

15

0.077

§Êt trång lÉn mïn (kh«)

3

0.190

§Êt trång lÉn mïn (−ít)

19

0.069

§Êt trång lÉn c¸t (kh«)

3

0.186

§Êt trång lÉn c¸t (−ít)

25

0.060

§Êt (trung b×nh)

16

0.075

§¸ granit

5 - 8 (6.5)

0.106 - 0.134
(0.118)

0.01 - 1

0.01 - 1 (0.06)

§¸ v«i

7 - 9 (8)

0.100 - 0.113
(0.106)

0.05 - 2 (1)

0.4 - 1

§¸ v«i ®olomit

7-8

0.106 - 0.115

§¸ bazan (−ít)

8

0.106

§¸ phiÕn sÐt (−ít)

7

0.113

1-100

1-100

§¸ c¸t kÕt (−ít)

6

0.122

§¸ c¸t kÕt (kh«)

7

0.113

-14-

0.010

Chương II

MÁY VÀ THIẾT BỊ GEORADA
Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng khác nhau chế tạo máy ra đa xuyên đất
(Mỹ, Cộng hoà Séc, Thuỵ Điển…) nhưng nổi tiếng nhất vẫn là hãng MALÂ (Thuỵ
Điển). Các thiết bị georada có thể chia ra 2 loại chính, phụ thuộc vào kiểu thiết kế
annten: Annten có màn chắn và annten không có màn chắn.
Ở Việt Nam, nhiều cơ quan cũng đã nhập về các bộ máy ra đa xuyên đất như
Viện Vật lý Địa cầu (bộ máy SEIKO -100A do Hãng MALÂ sản xuất), Trung tâm
nghiên cứu phòng trừ mối - Viện Khoa học Thuỷ lợi (bộ máy SIR-100 do hãng GSSI
Mỹ sản xuất), Khoa Trắc địa - Trường Đại học Mỏ - Địa chất (bộ RAMAC/GPR X3M
của hãng MALAG - Thuỵ Điển), khoa Địa chất- Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội
(bộ máy RAMAC/GPRTM do hãng MALAG Thụy Điển sản xuất), Công ty Cổ phần
Công nghệ Địa vật lý (máy do Cộng hoà Sec sản xuất)…với các loại annten có màn
chắn và không có màn chắn với tần số annten khác nhau.
Bộ máy ra đa xuyên đất RAMAC/GPRTM do Hãng MALAG (Thuỵ Điển) sản
xuất hiện có tại Liên đoàn Vật lý Địa chất gồm: máy tính, bộ điều khiển (control
Unit), annten phát và annten thu. Annten phát và thu được nối với bộ điều khiển bằng
cáp quang. Bộ điều khiến được kết nối với máy tính bằng cáp qua cổng song song.
1. Bộ điều khiển CU II:
Bộ điều khiển CU II là phần chính của hệ thống ra đa xuyên đất
RAMAC/GPRTM tương thích với tất cả các loại annten tiêu chuẩn của hãng RAMAG
(có màn chắn và không có màn chắn với tần số khác nhau) và bộ mở rộng đa kênh
MC 4.
Các thông số kỹ thuật chính:
- Tần số xung lặp: 100 KHz
- Số mẫu/trace: 128 – 8192
- Số cộng sóng: 1 – 32768

- Tần số lấy mẫu: 0.4 – 50 GHz
- Độ ổn định tín hiệu: < 100 ps
- Giao diện thông tin: IEE 1284 (ECP)
- Tốc độ truyền tín hiệu: > 700 kByte/s
- Tốc độ truyền dữ liệu: 40 – 400 kByte/s
- Chế độ thu thập số liệu: khoảng cách/thời gian/ bằng bàn phím
- Kênh ghi nhận số liệu : 1
2. Bộ phát và thu tín hiệu
Các annten không có màn chắn tần số 200 MHz, 100 MHz, 50 MHz và 25
MHz được gắn kết với bộ phát và thu qua giắc nối 9 pin.
- Annten tần số 25 MHz: có khả năng nghiên cứu sâu nhất nhưng đồng thời
cũng có độ phân giải thấp nhất. Annten phù hợp khảo sát trên các địa hình tương đối
bằng phẳng, ít các chướng ngại vật trên vùng khảo sát, nhất là khi khảo sát trên mặt nước.
-15-


- Annten tần số 50 MHz: Dùng để nghiên cứu ở độ sâu trung bình với độ phân
giải trung bình. Việc khảo sát bằng loại annten phù hợp với nơi ít chướng ngại vật
(vùng tương đối bằng phẳng, trên mặt nước...).
- Annten tần số 100 MHz: Có khả năng xuyên sâu tốt, độ phân giải tương đối
cao, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
- Annten 200 MHz: Là loại annten có khả năng đâm xuyên nông nhất nhưng lại
có độ phân giải khá cao. Có thể sử dụng loại annten này để nghiên cứu chi tiết các cấu
trúc địa chất nông, phát hiện các dị vật bị chôn vùi nằm nông.

Anntena 200 MHz

Bộ điều khiển CU II

Anntena 100 MHz

Anntena 50 MHz

Hình
II.1:
Bộ phát
Tx và
thu Bộ
Rx

Anntena 25 MHz

máy ra đa xuyên đất RAMAC/GPRTM

Ảnh số II.1: Bộ máy georada RAMAC/GPRTM

3. Nguyên lý hoạt động của bộ máy ra đa xuyên đất RAMAC/GPRTM
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ máy ra đa xuyên đất RAMAC/GPRTM được
trình bày trong hình vẽ số II.1.

Thước
đo
k.cách

BỘ
ĐIỀU KHIỂN

Laptop
Laptop

Annten
phát

Annten
thu

(Tx)

(Rx)

Hình vẽ số II.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ máy ra đa xuyên đất RAMAC/GPRTM
-16-


Khi bắt đầu thu thập số liệu, CU II gửi tín hiệu thời gian (tín hiệu điều khiển)
cho máy phát và máy thu đã được định sẵn. Sau khi máy thu và máy phát nhận được
tín hiệu, nó sẽ phát và truyền các xung rada qua annten. Các xung đó sẽ sinh sôi, nảy
nở thấm sâu vào môi trường. Sự phản xạ sóng rada từ các đối tượng, cấu trúc, vật
liệu… dưới đất mà ở đó có sự thay đổi tính chất điện dưới bề mặt của chúng.
Máy thu khi nhận được tín hiệu điều khiển sẽ thu thập các mẫu và chuyển
chúng đến CU II. Qúa trình này được lặp đi, lặp lại một cách rất đều đặn, cho phép
CU II có thể thu thập tất cả các mẫu trong một trace. CU II sắp xếp các mẫu vào đúng
vị trí trong một trace hiện tại. Khi trace hoàn thành nó sẽ được chuyển vào máy tính
và được ghi lại vào đĩa cứng đồng thời hiện diện trên màn hình.
Khi thu thập số liệu, tất cả hệ thống (máy tính, CU II, các bộ phát và thu đã gắn
annten) di chuyển dọc theo tuyến khảo sát. Trong quá trình thu thập số liệu ghi thành
các trace sẽ đồng thời xác định khoảng cách hoặc khoảng thời gian giữa các trace. Kết
quả là ghi nhận được một mặt cắt sóng rada liên tục dọc theo tuyến đo.
4. Phần mềm GROUND VISION
Là phần mềm chuyên dụng để thu thập và xử lý số liệu chạy trên nền Windows

do hãng GeoScience viết riêng cho hệ thống ra đa xuyên đất RAMAC/GPRTM.
Ground Vision cho phép người dùng thu thập số liệu thực địa, xử lý, phân tích
tài liệu (thực hiện các bộ lọc) và in kết quả ra giấy.
Giao diện của chương trình khi thu thập số liệu thực địa minh hoạ trên hình vẽ
số II.2. Các trace được sắp xếp theo thứ tự từ đầu đến cuối tuyến tạo thành một mặt
cắt sóng. Đồng thời độ dài tuyến đo (hoặc thời gian đo) cũng lần lượt được thể hiện
trên băng ghi sóng.
Để có thể thấy trực tiếp hay theo dõi các dị thường có thể lọc sơ bộ khi đã ghi
được một đoạn tuyến nào đó.

Hình vẽ số II.2: Giao diện thu thập tài liệu rada bằng GROUNDVISION

Phần mềm GROUNDVISION cho thực hiện các bộ lọc khá tốt. Giao diện của
việc thực hiện các bộ lọc được miNh hoạ trên hình vẽ số II. 3.
-17-


Hình vẽ số II. 3: Giao diện xử lý tài liệu rada bằng GROUNDVISION

Mọi thao tác cụ thể được mô tả đầy đủ trong Hướng dẫn sử dụng chương trình
này kèm theo báo cáo.

-18-


Chương III

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
PHƯƠNG PHÁP GEORADA
Công tác nghiên cứu ứng dụng phương pháp georada trong điều tra tai biến

địa chất, địa chất công trình, tìm kiếm nước ngầm, tìm kiếm khoáng sản kim loại… đã
được các tác giả tiến hành ở trên nhiều đối tượng nghiên cứu khác nhau. Đầu tiên là
việc ứng dụng phương pháp georada trong tổ hợp phương pháp địa vật lý, địa chất,
địa chất thuỷ văn để đánh giá, khoanh định và dự báo hiện tượng sụt lở đất ở Cam Lộ
(Quảng Trị). Tiếp đó là khảo sát tìm kiếm nước ngầm ở Lương Sơn (Hoà Bình); đo
thử nghiệm trên các điểm quặng chì-kẽm và sắt ở Bắc Kạn, khảo sát thử nghiệm trên
các lỗ khoan nước ở Cao Bằng, Yên Bái; dự báo sạt lở đất tại bán đảo Thanh Đa; khu
công nghiệp Tân Bình; khảo sát địa chất nền móng công trình đường mở mới dọc bờ
sông Sài Gòn (quận IV); xác định vị trí có nguy cơ sụt đường ở quận 9 (thành phố Hồ
Chí Minh); xác định các hang động carst khu khai thác đá vôi của nhà máy xi măng
Bỉm Sơn; khảo sát ĐCCT dự án đập thuỷ điện Điền Lư - Bá Thước (Thanh Hoá);
nghiên cứu hiện tượng sạt lở đất ở ven quốc lộ 6 (Hoà Bình); khảo sát ĐCCT nền
móng cảng xi măng ven biển Quảng Phúc (Quảng Bình); nghiên cứu sự phân bố các
tầng chứa nước nhạt ven biển Nghệ An; Khảo sát nền móng công trình xây dựng bể
chứa nước tự nhiên ở Mèo Vạc..v.v….
Với một khối lượng tài liệu khá phong phú, trong báo cáo này các tác giả tập
trung trình bày chủ yếu các kết quả chính đã đạt được trong quá trình thực hiện mục
tiêu, nhiệm vụ của đề tài.

-19-


I. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GEORADA
KHI TÌM KIẾM KHOÁNG SẢN KIM LOẠI
Nghiên cứu thử nghiệm phương pháp georada để tìm kiếm khoáng sản kim
loại là một vấn đề mới mẻ ở Việt Nam. Công tác đo thử nghiệm trên các đối tượng
quặng kim loại đã được tiến hành trên các điểm lộ quặng hoặc tại các dị thường địa
vật lý mà sau đó được kiểm tra bằng khoan, khai đào. Đối tượng đo thử nghiệm là
quặng chì-kẽm, đa kim và quặng sắt.
Kết quả đo thử nghiệm phương pháp georada đã ghi nhận được những kết quả

rất khả quan: Các mặt cắt sóng georada phản ảnh được vị trí không gian, độ sâu đến
mép trên các thân quặng … Sau đây là một số kết quả chính.
1. Mặt cắt georada qua thân quặng đa kim Bản Lác (Bắc Kạn).
Thân quặng lộ ra dọc taluy đường liên xã đi Bản Lác (huyện Chợ Đồn-Bắc
Kạn). Phần trên thân quặng đã bị phong hoá, còn bên dưới quặng còn nguyên gốc.
Tuyến đo rada được bố trí căt qua thân quặng trên sườn dốc.
Trên hình vẽ số III.1 là kết quả xử lý mặt cắt rada bằng phần mềm
GROUNDVISION. Dựa vào đặc trưng trường sóng rada có thể xác định được mặt
phản xạ liên quan đến ranh giới giữa tầng đất phủ với đá gốc bị phong hoá, hình dạng
thân quặng ….

Đất phủ

Mặt trượt cúa đá

Quăng đa kim
phong hoá

Quặng đa kim gốc

Đá gốc phong hoá

Hình số III.1: Mặt cắt georada trên thân quặng đa kim Bản Lác (Bắc Kạn)

2. Mặt cắt georada trên thân quặng chì-kẽm Khuổi Giang:
Trên hình vẽ số III.2 minh hoạ mặt cắt georada trên thân quặng chì-kẽm ở khu vực
Khuổi Giang (Chợ Đồn - Bắc Kạn). Thân quặng đã được phát hiện bằng các phương
pháp địa vật lý (đo từ, điện phân cực kích thích, …), lộ trình địa chất và khoan, khai
đào.
Trên các mặt cắt georada tồn tại các dị thường (mặt sóng) dạng vòm không đối

xứng tương ứng với vị trí các thân quặng bị phủ ở dưới sâu và cả phần mũ sắt ở phần
trên thân quặng.. Phía trên thân quặng, trường sóng rada phản xạ khá mạnh và phân
-20-


chia thanh hai mặt phản xạ khá rõ. Mặt phản xạ trên có thể liên quan đến bề mặt
quặng phong hoá (limonit). Còn mặt phản xạ dưới có thể là ranh giới giữa phần quặng
phong hoá và quặng gốc còn tươi. Trong bản thân quặng gốc, trường sóng rada yếu
hơn. Có thể do khi qua phần thân quặng còn tươi, sóng rada bị hấp thụ mạnh tạo nên
hiện tượng mất sóng. Thân quặng có xu hướng cắm nghiêng về cánh trái của tuyến đo
(hướng cắm vào núi).

Lò khai thác

Tầng đất phủ

Quặng chì - kẽm
phong hoá

Đá phiến

Quặng chì - kẽm tươi

Hình vẽ số III.2: Mặt cắt georada trên thân quặng chì-kẽm ở Khuổi Giang (Bắc Kạn)

3. Mặt cắt georada trên thân quặng chì-kẽm Nà Ón:

Tầng đất phủ

Đá phiến

Quặng chì - kẽm
phong hoá

Quặng chì - kẽm gốc

Hình vẽ số III.3: Mặt cắt georada trên thân quặng chì-kẽm Nà Ón (Bắc Kạn)
-21-


Trên hình vẽ số III.3 là mặt cắt georada trên thân quặng chì-kẽm ở Nà Ón (Chợ
Đồn-Bắc Kạn). Cũng như mặt cắt georada trên thân quặng ở Khuổi Giang, có thể xác
định được các mặt phản xạ sóng rada như là ranh giới giữa tầng đất phủ, lớp quặng bị
phong hoá (thường biến đổi thành limonit, …) và quặng gốc.
4. Mặt cắt georda trên thân quặng sắt Khuổi Giang :

Lớp phủ
Đá phiến

Đứt gãy

Quặng sắt
Đá vôi

Hình vẽ số III.4: Mặt cắt georada trên thân quặng sắt magnetit Khuổi Giang (Bắc Kạn)

Thân quặng sắt magnetit ở Khuổi Giang đã được phát hiện bằng các phương
pháp địa vật lý từ, điện và đã được kiểm tra bằng công trình hào. Theo thiết đồ hào,
quặng gặp ở độ sâu 4,5m với chiều dày khoảng hơn 6m và chưa khống chế chiều sâu.
Tuyến đo georada được bố trí cách hào gặp quặng khoảng 30m theo hướng vuông góc

với đường phương thân quặng do địa hình tại công trình hào khó thi công (và còn đạt
được mục đích theo dõi xu thế phát triển của thân quặng).
Trên hình vẽ số III.4 là mặt cắt georada phản ảnh khá rõ thân quặng sắt ở đây. Có thể
xác định được khá dễ dàng các mặt sóng phản xạ rada thể hiện lớp phủ (có chiều dày
thay đổi từ 4 đến 10m). Thân quặng phân bố giữa ranh giới đá vôi (ở phía phải tuyến
đo) và đá phiến . Mô hình này phù hợp với thiết đồ hào đã thi công.
5. Mặt cắt georada trên thân quặng đa kim Bản Mạ (Bắc Kạn)
Điểm quặng đa kim Bản Mạ lộ ra dọc theo đường tỉnh lộ từ Chợ Đồn đi Ba Bể ở địa
phận bản Mạ. Ở đây tồn tại 2 thân quặng đa kim (kết quả phân tích mẫu cho thấy hàm
lượng chì-kẽm khá cao).
Tuyến đo georada được bố trí đi trên sườn dốc qua thân quặng. Trên hình vẽ số III.5
là mặt cắt georada đã được xử lý. Ngoài việc có thể xác định được các mặt phản xạ
sóng rada lên quan đến ranh giới giữa lớp phủ và đá gốc bị phong hoá, giữa đá gốc
phong hoá và đá gốc rắn chắc còn xác định được các dị thường georada liên quan đến
các thân quặng. Các mặt phản xạ rada gần như đường thẳng phản ảnh các khe nứt kiến
tạo. Có lẽ quặng được hình thành trong đới dập vỡ đi qua tuyến khảo sát.

-22-


1
3

2

5

4

1. Tầng đất phủ; 2. Đá gốc phong hoá, nứt nẻ mạnh; 3. Khe nứt; 4. Đá gốc phong

hoá nứt nẻ yếu; 5. Dị thường georada liên quan đến thân quặng đa kim (bị phong
hoá một phần)

Hình vẽ số III.5: Mặt cắt georada trên thân quặng đa kim Bản Mạ (Bắc Kạn)

6. Đánh giá kết quả nghiên cứu thử nghiệm đối với đối tượng là kim loại.
Qua các kết quả nghiên cứu thử nghiệm đối với đối tượng là kim loại có thể rút ra
một số nhận xét sau:
- Phương pháp georada đã phát hiện tốt các thân quặng kim loại ẩn (ở đây là
quặng chì - kẽm, đa kim và sắt).
- Các dị thường georada phản ảnh các thân quặng ẩn khá rõ ràng, được phân biệt
với môi trường vây quanh bằng các mặt phản xạ mạnh có hình dạng bao ngoài của
thân quặng. Chúng thường có dạng “vòm” không chuẩn tắc (nghiêng hoặc thẳng đứng
theo thế nằm của thân quặng…).
- Từ các kết quả minh giải tài liệu trên đây, tài liệu georada đã được kiểm chứng
bằng công trình khai đào, vết lộ quặng gần tuyến khảo sát cho thấy tài liệu georada có
tính định xứ cao: xác định vị trí và độ sâu đến mép trên thân quặng, hình dạng của
chúng…
- Những biểu hiện đó cho phép sử dụng phương pháp này để phát hiện và bố trí
công trình khai đào để kiểm tra các thân quặng kim loại ẩn (nằm tương đối nông).
II. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GEORADA
TRONG ĐIỀU TRA TAI BIẾN ĐỊA CHẤT
1. Xác định vị trí và nguyên nhân sụt lở đất ở Cam Lộ - Quảng Trị
Công tác đo georada được tiến hành trên 14 tuyến đo mặt cắt và đo sâu điện.
Kết quả phương pháp georada là một tài liệu quan trọng để phát hiện các đới dập vỡ,
các hang đông carst ngầm là nguyên nhân gây sụt đất ở Cam Lộ. Trong báo cáo này
chỉ trích dẫn một số mặt cắt điển hình về kết quả của phương pháp georada.
1.1. Mặt cắt georada qua thôn Tân Hiệp

-23-

Mt trong nhng nguyờn nhõn gõy ra hin tng st l t thụn Tõn Hip l do cỏc
i phỏ hu, dp v... gõy nờn. Mt ct georada trờn hỡnh v s III.6 i qua thụn Tõn
Hip (gn cỏc ngụi nh b sp ) ó phn nh rt rừ nột ca i dp v, phỏ hu. Cỏc
pha súng in t phn nh ranh gii cỏc lp t ỏ b phỏ v ti v trớ ca t góy.
Ngoi ra, cỏc d thng georada cú hỡnh vũng cung cú th liờn quan n hang ng
carst.

i phỏ hu

Hang carst

Hỡnh v s III.6 : Mt ct georada phn nh i dp v qua thụn Tõn Hip

1.2. Mt ct georada qua thụn ụng nh-Hu Viờn
so sỏnh vi ti liu a vt lý in, chỳng tụi trớch dn mt ct a vt lý qua thụn
ụng nh-Hu Viờn l v trớ tn ti cỏc i phỏ hu, dp v l nguyờn nhõn gõy st
õt hai thụn ny.
đồ thị giá trị điện trở suất đo mặt cắt điện tuyến 300, hậu viên - đông định

Ôm/m
550
500
450
400
350

Giá trị điện trở đo mặt cắt AB=150m

300
250
200
150

Giá trị điện trở đo mặt cắt AB=90m

100
50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

550

600

650

Loga 6,25 của AB/2

sơ đồ đẳng trị điện trở suất đo sâu điện tuyến 300, hậu viên - đông định

-5

-10

-15
100

150

-10 115

262

200

250

300

185

140
109

319

350
400
mặt cắt địa điện

450

500

Chiều sâu (m)

0

-20

88

104

158
89

324

703

209
300
129

198
124

484
224

94
117

383

333
215
667

464
222

673

541

1534

100

150

200

250

300

79

89

308

-50

217
186

101

167

-30
-40

202

75

255

220

483

651

110
350

393

378
631

1454
300

453

148
521

98
448

829

-60
350

400

450

Khu vực hố sụt dự báo theo tài liệu địa vật lý

500

550

600

Đứt gãy theo tài liệu địa vật lý

MT CT GEORADA
0

5

10

20

15

Lớp đất trồng

25

30

35

40

45

50

55

60

Lớp đất trồng

Lớp đất trồng

Cát, cuội, sỏi, sét ...

Cát, cuội, sỏi, sét ...

Cát, cuội, sỏi, sét ...

Đới dập vỡ

Đá gốc

Vòm đá vôi ?
Đá gốc
Vòm đá vôi ?
Vòm đá vôi ?

Hỡnh v s III.7 : Mt ct in tr v georada
phn nh i dp v qua thụn ụng nh-Hu Viờn
-24-


Trên hình vẽ số III.7 là mặt cắt tổng hợp địa vật lý điện và georada của tuyến nói
trên. Có thể thấy rõ sự phù hợp giữa mặt cắt điện trở và tài liệu georada. Tại những
nơi điện trở thấp tương ứng với các đới dập vỡ đều tồn tại các dị thường georada.
Ngoài ra, trên mặt cắt georada còn xác định được các dị thường dạng vòm liên quan
đến các hang carst ở dưới sâu. Mặt cắt georada cho phép phân chia một cách khá rõ
ràng các tầng đá trong vùng. Trên mặt là lớp phủ bở rời. Tiếp đến là tầng đá gốc (đá
vôi) bị phong hoá mạnh. Dưới cùng là đá vôi bị các đứt gãy chia thành các khối tảng.
1.2. Mặt cắt georada qua sông Hiếu (thôn Tân Hiệp)
Mặt cắt georada qua đập tràn sông Hiếu thôn Tân Hiệp (Hình vẽ số III.8) thể
hiện rõ đới phá huỷ và các hang động carst ở dưới sâu. Các tập đất đá phần nông bị
phá vỡ thế nằm nằm ngang, tạo ra các mặt trượt dốc và các khối phân bố lộn xộn
trong đới phá huỷ. Ở dưới sâu, trên mặt cắt georada thấy rõ các dị thường dạng vòm
phản ảnh các hang carst. Nguyên nhân gây nên hiện tượng đập tràn bị phá vỡ hoàn
toàn là do các hang động carst bị mất cân bằng khi bị nước cuốn trôi làm cho tầng đất
đá trên mặt sụt lún và bị cuốn đi theo dòng chảy.

Mặt trượt của đá

Đới dập vỡ

Hang carst

Hình vẽ số III.8: Mặt cắt georada qua sông Hiếu (thôn Tân Hiệp)

2. Dự báo hiện tượng sạt đất ở bán đảo Thanh Đa (T.p Hồ Chí Minh)
Tại bờ sông Sài Gòn ở bán đảo Thanh Đa (TP. Hồ Chí Minh) chúng tôi đã tiến
hành thử nghiệm khảo sát georada để xác định vị trí có nguy cơ sạt lở đất. Tuyến đo
được tiến hành dọc bờ đê có bề mặt khá bằng, không có cây cối và nhà dân.
Trên hình vẽ số III.9 minh hoạ mặt cắt georada dọc bờ sông Sài Gòn ở bán đảo
Thanh Đa. Có thể thấy rằng ở trung tâm của phần lát cắt trên tồn tại một tập hợp các
dị thường georada phân bố thành đới có chiều rộng khoảng 70m. Có thể tại vị trí xung
yếu này đang tồn tại các dòng nước chảy mạnh từ phía đồng ra sông, xảy ra hiện
tượng cát trôi tạo thành các khe rỗng ở dưới sâu (hơn 8m) làm sụt dần tầng sét phía
trên. Chính tại vị trí này đã bị sụt lở, phá vỡ đập chắn ngăn giữa sông và vùng đất phía
trong.

-25-