(Luận án tiến sĩ) Xây dựng bản đồ điện trở suất của đất đá trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng công nghệ GIS

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------

Nguyễn Xuân Thành

XÂY DỰNG BẢN ðỒ ðIỆN TRỞ SUẤT CỦA ðẤT ðÁ TRẦM TÍCH
TỈNH TIỀN GIANG BẰNG CÔNG NGHỆ GIS

Chuyên ngành: Vật lý ðịa cầu
Mã số chuyên ngành: 62 44 15 01
Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Văn Giảng
Phản biện 2: TS. Nguyễn Ngọc Thu
Phản biện 3: TS. Nguyễn Hồng Bàng
Phản biện ñộc lập 1: TS. Lê Minh Vĩnh
Phản biện ñộc lập 2: TS. Huỳnh Hữu Nghĩa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN THÀNH VẤN

Tp. Hồ Chí Minh - Năm 2012

i


LỜI CAM ðOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tơi. Các
số liệu trích dẫn đều có nguồn gốc rõ ràng, các kết quả nêu trong luận án là trung
thực và chưa từng ñược ai cơng bố trong bất cứ cơng trình nào khác.

ii


LỜI CẢM ƠN

Chân thành bày tỏ lòng biết ơn PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn, người Thầy đã
tận tình hướng dẫn tơi hồn thành Luận án này.
Tơi cũng chân thành biết ơn TS. Nguyễn Ngọc Thu, TS. Nguyễn Hồng Bàng,
TS. Lê Ngọc Thanh đã hỗ trợ và giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện luận án.
Chân thành cám ơn q thầy cơ đã tận tình đóng góp kiến thức chun mơn
giúp tơi hồn thiện cơng trình nghiên cứu khoa học.
Chân thành cám ơn Phịng ðào tạo sau đại học, Bộ mơn Vật lý ñịa cầu, Khoa
Vật lý – Vật lý kỹ thuật thuộc trường ðại học Khoa học tự nhiên Tp.HCM, Sở
Khoa học và Cơng nghệ Tiền Giang, đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, hỗ trợ cho
tơi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Thương mến gởi tặng thành quả nghiên cứu của tơi đến gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ tơi trong suốt thời gian qua.
Trân trọng !

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa

i

Lời cam đoan

ii

Lời cám ơn

iii

Mục lục

iv

Các từ viết tắt

ix

Danh sách hình

x

Danh sách bản đồ

xiii

Danh sách bảng

xiv

MỞ ðẦU
1. ðặt vấn đề

1

2. Tính cấp thiết

2

3. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

3

4. Mục tiêu và nhiệm vụ

3

5. Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu

4

6. Những ñiểm mới của luận án

5

7. Luận ñiểm bảo vệ

5

8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6

9. Nội dung luận án

7

PHẦN 1. TỔNG QUAN
Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC

NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN
9

1.1. Cơ sở lý thuyết
1.1.1. ðiện trở suất

9

1.1.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñiện trở suất của vật liệu ñịa chất

9

1.1.1.2. Mối liên hệ giữa ñiện trở suất với vật liệu địa chất, hóa chất cơng

12

nghiệp

iv


1.1.1.3. Xác ñịnh giá trị ñiện trở suất bằng phương pháp đo sâu điện

14
15

1.1.2. Hệ thống thơng tin địa lý
1.1.2.1. Khái niệm hệ thống thơng tin địa lý

15

1.1.2.2. Mơ hình dữ liệu GIS

16

1.1.2.3. Xử lý dữ liệu GIS

18
24

1.2. Các nghiên cứu có liên quan
1.2.1. Các nghiên cứu địa chất, địa vật lý

24

1.2.1.1. Các nghiên cứu về xây dựng bản ñồ ñịa chất

24

1.2.1.2. Các nghiên cứu ñịa vật lý

25

1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng GIS

25
26

1.3. Các vấn ñề ñặt ra cho nghiên cứu
1.3.1. Các vấn đề cịn tồn tại trong các nghiên cứu trước ñây

26

1.3.2. Những nội dung cần nghiên cứu

27

Chương 2. ðẶC ðIỂM TỰ NHIÊN

29

2.1. Vị trí địa lý

29

2.2. ðiều kiện tự nhiên

30

2.2.1. ðịa hình

30

2.2.2. ðịa chất

34

2.2.3. Khí hậu

34

2.2.4. Sơng rạch

36

2.2.5. Thổ nhưỡng

37

2.3. ðặc ñiểm ñịa chất – ñịa chất thuỷ văn

38
38

2.3.1. ðịa tầng
2.3.1.1. Giới Mezozoi

38

2.3.1.2. Giới Kainozoi

39

2.3.2. Kiến tạo

45

2.3.2.1. Kiến trúc

45

2.3.2.2. Hoạt ñộng ñứt gãy

46
46

2.3.3. ðịa chất thủy văn

v


2.3.3.1. Tầng chứa nước Holocen

46

2.3.3.2. Tầng chứa nước Pleistocen trên

47

2.3.3.3. Tầng chứa nước Pleistocen giữa trên

47

2.3.3.4. Tầng chứa nước Pleistocen dưới

48

2.3.3.5. Tầng chứa nước Pliocen trên

49

2.3.3.6. Tầng chứa nước Pliocen dưới

50

2.3.3.7. Tầng chứa nước Miocen trên

50

PHẦN 2. XÂY DỰNG BẢN ðỒ ðIỆN TRỞ SUẤT
Chương 3. PHÂN TÍCH XỬ LÝ SỐ LIỆU ðO SÂU ðIỆN

52

3.1. Phương pháp phân tích tự động ñường cong ño sâu ñiện

52

3.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp ño sâu ñiện

52

3.1.2. ðặc ñiểm của phương pháp đo sâu điện

54

3.1.3. Quy trình phân tích tự động đường cong ño sâu ñiện

57

3.2. Tổng hợp tài liệu - xác ñịnh sự phân lớp ñịa chất

61

3.3. Kết quả phân tích – xử lý số liệu đo sâu điện

65

3.3.1. Phân tích ñiện trở suất theo tuyến ño

65

3.3.1.1. Phân tích ñường cong ño sâu ñiện

65

3.3.1.2. Mặt cắt ñiện trở suất

67

3.3.2. Tập số liệu điện trở suất

79

Chương 4. ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG BẢN ðỒ

82

ðIỆN TRỞ SUẤT
4.1. Các ứng dụng GIS liên quan việc xây dựng CSDL điện trở suất

82
82

4.1.1. Mơ hình dữ liệu Geodatabase
4.1.1.1. ðặc tính Geodatabase

83

4.1.1.2. Mơ hình hướng ñối tượng trong GIS

85

4.1.1.3. Ràng buộc toàn vẹn

89

4.1.2. Phương pháp nội suy không gian.

vi

89

4.1.2.1. Phương pháp Kriging

92

4.1.2.2. Thuật tốn nội suy

97

4.2. Cài đặt cơ sở dữ liệu

99

4.3. Lưu ñồ giải thuật

102

4.3.1. Giải thuật thêm mới ñiểm ño sâu ñiện

102

4.3.2. Giải thuật hiệu chỉnh/ cập nhật thơng tin điểm đo sâu điện

103

4.3.3. Giải thuật tìm kiếm điểm đo sâu điện

104

4.3.4. Gỉải thuật nội suy theo vùng chọn trên bản đồ

105

4.4. Chương trình ứng dụng xây dựng bản ñồ ñiện trở suất

106

4.4.1. Chức năng thêm mới ñiểm ño sâu ñiện

106

4.4.2. Chức năng cập nhật ñiểm ño sâu ñiện

107

4.4.3. Chức năng tìm kiếm ñiểm ño sâu ñiện

107

4.4.4. Chức năng nội suy thành lập bản ñồ ñiện trở suất

110

4.4.4.1. Nội suy theo vùng

111

4.4.4.2. Nội suy theo huyện/ thị

112

4.4.4.3. Nội suy theo vùng tùy chọn

113

PHẦN 3:

PHẦN KẾT QUẢ - ỨNG DỤNG

Chương 5. KẾT QUẢ VÀ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG

115

5.1. Quy trình xây dựng bản đồ điện trở suất

115

5.2. Bản đồ điện trở suất của đất đá trầm tích

116

5.3. Bài toán ứng dụng

126

5.3.1. Bài toán ứng dụng 1: Xác ñịnh vùng phân bố mặn nhạt của các

126

tầng chứa nước dưới đất
5.3.1.1. Tương quan giữa độ tổng khống hóa M (mg/l) và ñiện trở

126

suất tầng chứa nước ρt (ohm.m)
5.3.1.2. Phân ñịnh theo ñiện trở suất các tầng chứa nước trong

131

Kaizôzoi
5.3.1.3. Xác ñịnh vùng phân bố mặn - nhạt của các tầng chứa nước

vii

138


pliocen trên n21 , pliocen dưới n22 và miocen trên n13
5.3.2. Bài tốn ứng dụng 2: Xây dựng mơ hình cấu trúc phân lớp ñịa

143

chất huyện Cai Lậy tỉnh Tiền Giang phục vụ xây dựng cơng trình
5.3.2.1. Phân lớp địa chất cơng trình

144

5.3.2.2. Giá trị điện trở suất của các lớp địa chất cơng trình

145

5.3.2.3. Ứng dụng cơng nghệ GIS tạo mặt cắt ñịa ñiện

148

5.3.2.4. Mặt cắt ñịa ñiện

151

5.3.2.5. Nhận ñịnh

157

NHẬN ðỊNH CHUNG

159

PHẦN KẾT LUẬN
1.

Kết quả ñạt ñược

161

2.

Những vấn ñề cần quan tâm nghiên cứu và phát triển

162

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

164

TÀI LIỆU THAM KHẢO

166

viii


CÁC TỪ VIẾT TẮT
CSDL: Cơ sở dữ liệu
DSS (Decision Support System): Hệ hỗ trợ ra quyết định
ÐBSCL: Ðồng bằng sơng Cữu Long
ðCCT: ðịa chất cơng trình
ðCTV: ðịa chất thủy văn
ðSð: ðo sâu ñiện
ðTM: ðồng Tháp Mười
ðTS: ðiện trở suất
ðVL: ðịa Vật lý
GIS ( Geographic Information System): Hệ thống thông tin ñịa lý
KT-XH: Kinh tế - Xã hội
RMS (Root Mean Squares): Sai số trung bình bình phương
SDSS (Spatial Decision Support System): Hệ hỗ trợ ra quyết định khơng gian

ix

DANH SÁCH HÌNH

Trang

Hình 1.1: Hệ thống thơng tin địa lý

16

Hình 1.2: Ghép biên các mảnh bản đồ

18

Hình 1.3: Sliver tạo ra do số hố hoặc chồng 2 lớp bản đồ

19

Hình 1.4: Quy trình biên soạn đồ hoạ

19

Hình 1.5: Mơ tả biểu đồ Venn

20

Hình 1.6: Vùng thích hợp cho khai thác nước dưới đất

21

Hình 1.7: Chồng lớp dữ liệu khơng gian

22

Hình 1.8: Chồng xếp dữ liệu vector

23

Hình 1.9: Kết quả tìm kiếm vùng ñược chọn trên cơ sở thao tác chồng ghép

23

lớp dữ liệu qui hoạch đơ thị và lớp hiện trạng sử dụng đất
Hình 2.1: Sơ đồ vị trí Tỉnh Tiền Giang

29

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí các cực đo sâu điện theo hệ thiết bị Schlumberger

52

Hình 3.2: ðường cong ño sâu ñiện

54

Hình 3.3: Tương quan giữa ñường cong ñiện trở suất biểu kiến và điện trờ

55

suất thật
Hình 3.4: Các bước cơ bản trong phân tích tự động đường cong đo sâu điện

56

Hình 3.5: Quy trình phân tích đường cong đo sâu điện

57

Hình 3.6: Các bước phân tích tự động ñường cong ño sâu ñiện

60

Hình 3.7: Cột ñịa tầng 2 lỗ khoan tiêu biểu

62

Hình 3.8: Phân tích đường cong đo sâu điện

66

Hình 3.9: Mặt cắt điện trở suất thật tuyến 1

75

Hình 3.10: Mặt cắt điện trở suất thật tuyến 2

76

Hình 3.11: Mặt cắt điện trở suất thật tuyến 3

77

Hình 3.12: Mặt cắt điện trở suất thật tuyến 4

77

Hình 3.13: Mặt cắt điện trở suất thật tuyến 5

78

Hình 3.14. Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 6

78

Hình 4.1: Các ñối tượng phi khơng gian

84

Hình 4.2: Các đối tượng khơng gian

84

Hình 4.3: Quan hệ giữa các ñối tượng

84

x


Hình 4.4: Tham chiếu khơng gian

85

Hình 4.5: Nội suy theo phương pháp Triangulation

90

Hình 4.6: Nội suy IDW (Weighting (Bonham-Carter, 1994)

91

Hình 4.7: ðồ thị Semi-variance

95

Hình 4.8: Vị trí điểm nội suy P và các điểm mẫu

97

Hình 4.9: Quy trình thuật tốn nội suy

98

Hình 4.10: Lưu trữ các lớp thuộc tính, lớp khơng gian, domain trong

100

geodatabase
Hình 4.11: Giao diện hiển thị dữ liệu nền sau khi nhập vào CSDL

101

Hình 4.12: Giao diện hiển thị dữ liệu ñiện trở suất sau khi nhập vào CSDL

101

Hình 4.13: Lưu đồ giải thuật thêm mới đối tượng

102

Hình 4.14: Lưu đồ giải thuật hiệu chỉnh/ cập nhật thơng tin đối tuợng

103

Hình 4.15: Lưu đồ giải thuật tìm kiếm đối tượng

104

Hình 4.16: Lưu đồ giải thuật nội suy theo vùng chọn trên bản đồ.

105

Hình 4.17: Biểu tượng thêm mới điểm đo sâu điện

106

Hình 4.18: Giao diện thêm mới điểm đo sâu điện

106

Hình 4.19: Biểu tượng cập nhật thơng tin điểm đo sâu điện

107

Hình 4.20: Giao diện cập nhật thơng tin điểm đo sâu điện

107

Hình 4.21: Menu tìm kiếm ñiểm ño sâu ñiện

108

Hình 4.22: Giao diện tìm kiếm ñiểm ño sâu ñiện

108

Hình 4.23: Giao diện kết quả tìm kiếm vị trí điểm đo sâu điện trên bản đồ

109

theo ký hiệu điểm đo
Hình 4.24: Giao diện kết quả tìm kiếm vị trí điểm đo sâu điện trên bản đồ

110

theo huyện/thị
Hình 4.25: Giao diện công cụ (tool) nội suy theo: vùng, huyện, tùy chọn

110

Hình 4.26: Giao diện lựa chọn tiêu chuẩn nội suy theo vùng

111

Hình 4.27: Kết quả nội suy thành lập bản đồ điện trở suất theo vùng lớp

111

Pliocen trên
Hình 4.28: Xem giá trị ñiện trở suất tại một vị trí bất kỳ trên bản đồ điện trở
suất

xi

112


Hình 4.29: Giao diện lựa chọn tiêu chuẩn nội suy theo huyện/thị

112

Hình 4.30: Kết quả nội suy lớp Pliocen trên huyện Chợ Gạo

113

Hình 4.31: Xem giá trị điện trở suất tại một vị trí bất kỳ trên bản đồ điện trở

113

suất huyện Chợ Gạo
Hình 4.32: Giao diện nội suy theo một lớp địa chất của vùng tùy chọn

114

Hình 4.33: Kết quả nội suy và xem giá trị ñiện trở suất tại một vị trí bất kỳ

114

trên bản đồ điện trở suất
Hình 5.1: Quy trình kết hợp phương pháp đo sâu ñiện và GIS

115

Hình 5.2: ðồ thị tương quan M (mg/l) và ρt (ohm.m) vùng 1,2

128

Hình 5.3: ðồ thị tương quan M (mg/l) và ρt (ohm.m) vùng 3

129

Hình 5.4: Mặt cắt ñịa - ñiện tuyến 1

133

Hình 5.5: Mặt cắt ñịa - ñiện tuyến 2

134

Hình 5.6: Mặt cắt ñịa - ñiện tuyến 3

134

Hình 5.7: Mặt cắt địa - điện tuyến 4

135

Hình 5.8: Bản ñồ phân bố vùng mặn nhạt nước dưới ñất tầng Pliocen trên

139

Hình 5.9: Bản đồ phân bố vùng mặn nhạt nước dưới đất tầng Pliocen dưới

139

Hình 5.10: Bản đồ phân bố vùng mặn nhạt nước dưới ñất tầng Miocen trên

139

Hình 5.11: Minh họa kỹ thuật chồng các lớp bản đồ

140

Hình 5.12: Các cột địa tầng ðCCT

144

Hình 5.13: Phân tích ñường cong ño sâu ñiện tại vị trí các lỗ khoan ðCCT

146

Hình 5.14: Sơ đồ vị trí điểm đo sâu điện

149

Hình 5.15: Giao diện chương trình ArcMap và cơng cụ RockWare GIS Link

150

2
Hình 5.16: Hộp thoại chọn đường dẫn đến dữ liệu điểm đo sâu điện

150

Hình 5.17: Giao diện kết quả chương trình nội suy

151

Hình 5.18: Mặt cắt địa điện tuyến 1

152

Hình 5.19: Mặt cắt địa điện tuyến 2

154

Hình 5.20: Mặt cắt ñịa ñiện tuyến 3

156

xii

DANH SÁCH BẢN ðỒ
Trang
Bản ñồ số 2.1: Bản ñồ Hành chánh Tỉnh Tiền Giang

32

Bản ñồ số 2.2: Bản ñồ ðịa hình Tỉnh Tiền Giang

33

Bản đồ số 3.1: Bản đồ phân bố ñiểm ño sâu ñiện

64

Bản ñồ số 5.1: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Holocen

117

Bản ñồ số 5.2: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Pleistocen trên

118

Bản ñồ số 5.3: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Pleistocen giữa trên

119

Bản ñồ số 5.4: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Pleistocen dưới

120

Bản ñồ số 5.5: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Pliocen trên

121

Bản ñồ số 5.6: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Pliocen dưới

122

Bản ñồ số 5.7: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Miocen trên

123

Bản ñồ 5.8: Bản ñồ phân bố vùng mặn - nhạt nước dưới ñất tỉnh Tiền Giang

142

Bản ñồ 5.9. Bản đồ Hành chính huyện Cai Lậy

143

xiii


DANH SÁCH BẢNG

Trang

Bảng 1.1: ðộ rỗng của một số loại ñá khác nhau

9

Bảng 1.2: Phân loại giá trị ñộ rỗng của vật liệu ñịa chất

9

Bảng 1.3: Giá trị ñiện trở suất của các vật liệu địa chất và hóa chất

12

Bảng 1.4: Các phép toán luận lý

20

Bảng 2.1: Tổng hợp chiều sâu phân bố các tầng chứa nước

51

Bảng 3.1: Bảng tổng hợp chiều sâu phân bố các tầng

63

Bảng 3.2: Tổng hợp tham số ñiện trở suất và thành phần thạch học của các

80

lớp địa chất trầm tích theo 3 vùng đặc trưng
Bảng 4.1: Các kiểu dữ liệu và từ khóa được hỗ trợ bởi Case Tool

83

Bảng 4.2. Diễn giải các thuộc tính lớp dữ liệu điện trở suất

99

Bảng 5.1: So sánh giá trị ðTS ño sâu ñiện với tài liệu ño karotaz giếng

127

khoan ðCTV
Bảng 5.2. Số liệu thống kê ñối sánh giữa gía trị điện trở suất ρt (ohm.m) và

128

độ tổng khống hóa M (mg/l) của nước chứa trong các tầng ñịa chất (vùng
1 và 2).
Bảng 5.3. Số liệu thống kê ñối sánh giữa gía trị ñiện trở suất ρt (ohm.m) và

129

độ tổng khống hóa M(mg/l) của nước chứa trong các tầng ñịa chất (vùng 3).
Bảng 5.4. Bảng so sánh giữa M tính tốn và M phân tích mẫu

130

Bảng 5.5. So sánh giá trị ðTS ño sâu ñiện với tài liệu phân tích giếng khoan

147

ðCCT

Bảng 5.6: Giá trị điện trở suất theo lớp địa chất cơng trình

148

Bảng 5.7: Lớp dữ liệu bản ñồ nền

149

Bảng 5.8: Lớp dữ liệu ño sâu ñiện

149

xiv


MỞ ðẦU
1. ðặt vấn ñề
ðiện trở suất là một trong các tham số vật lý của vật chất. ðiện trở suất có
liên quan đến nhiều thơng số địa vật lý khác nhau như hàm lượng khống, độ xốp,
độ bảo hồ nước trong ñất ñá, … Các khảo sát ñiện trở suất trong nhiều năm qua ñã
và ñang ñược sử dụng khá hiệu quả trong việc điều tra, thăm dị khống sản, phân
chia và xác ñịnh ranh giới của các thành tạo ñịa chất khác nhau, xác ñịnh ranh giới
của các tầng chứa nước, theo dõi sự lan truyền các chất ơ nhiễm dẫn điện, đánh giá,
bảo vệ các q trình làm ảnh hưởng đến các cơng trình ngầm, thiết kế cơng trình
chống sét, …
Phương pháp đo sâu điện là một trong các phương pháp thăm dị địa vật lý,
thường được sử dụng nhằm xác ñịnh sự phân bố ñiện trở suất của mơi trường bên
dưới mặt đất bằng cách thực hiện các phép ño ñạc bên trên mặt ñất. Từ ño ñạc này,
có thể ñánh giá ñược giá trị ñiện trở suất thật và luận giải về cấu trúc của mơi
trường bên dưới mặt đất để từ đó có những giải đốn, dự báo cho các bài tốn ứng

dụng cụ thể.
Tuy nhiên, các giá trị ñiện trở suất thu ñược từ các phương pháp ño sâu ñiện
thường phân bố theo dạng tuyến, hoặc cụm; trong khi ñể tái tạo lại sự phân bố bề
mặt của các tầng ñịa chất ñược trình bày dưới dạng bản đồ điện trở suất, các dữ liệu
điện trở suất thu được cần có tính liên tục. Ngày nay, trên đà phát triển của Cơng
nghệ thơng tin, với thế mạnh phân tích khơng gian, Cơng nghệ GIS là một phương
pháp ứng dụng có hiệu quả để tích hợp, chuyển đổi dữ liệu từ dạng điểm rời rạc
sang dữ liệu có sự phân bố liên tục, dựa vào các thuật toán nội suy GIS.
Luận án này sẽ thực hiện việc kết hợp các phương pháp ño sâu điện, phương
pháp phân tích GIS, cùng với thơng tin của các giếng khoan ñịa chất ñể xây dựng
bản ñồ ñiện trở suất của đất đá trầm tích theo các tầng ñịa chất trên ñịa bàn tỉnh
Tiền Giang bằng công nghệ GIS.

1


2. Tính cấp thiết
Tiền Giang là một tỉnh nằm ở trung tâm ðồng bằng sông Cửu Long
(ðBSCL), với tiềm năng thiên nhiên sơng nước ưu đãi cho phát triển nhiều ngành
kinh tế và xã hội, như nông nghiệp, thuỷ sản, du lịch, dịch vụ,… Từ thập niên 1980,
chương trình điều tra cơ bản tổng hợp ðBSCL 60-02, 60B ñược triển khai ñã xây
dựng nên bản ñồ các yếu tố ñơn tính, trong đó có bản đồ địa chất trầm tích các
huyện phía tây [4], các biên khảo địa chất trầm tích các huyện phía đơng [17],
phương pháp thủy văn đồng vị nghiên cứu nước ngầm [16]. Tiếp tục trong thập niên
1990, nhiều phương án đo địa vật lý thăm dị nước ngầm ñược thực hiện [10], [11],
với 800 ñiểm ño sâu điện trải dọc theo các tuyến giao thơng chính của tỉnh.
Các số liệu ñiện trở suất thu ñược từ các phương án ño sâu ñiện trên ñịa bàn
tỉnh Tiền Giang thực ra chỉ chú ý đến khía cạnh ứng dụng kết quả ñã xử lý; số liệu
ñược lưu trữ bằng tài liệu giấy, hạn chế tái sử dụng. Như vậy về mặt khoa học, số
liệu ñiện trở suất chưa ñược tận dụng hết công suất, mà khả năng sau này, nó lại

hữu dụng khi có những phát kiến mới theo ñà tiến triển mạnh mẽ của khoa học, nhất
là giai đoạn biến đổi khí hậu tồn cầu sẽ có những diễn biến phức tạp về các hiện
tượng vật lý, cho nên sẽ cần ñến những số liệu ñã ño ñạc trước ñây ñể ñánh giá sự
biến ñổi của thiên nhiên theo từng thời kỳ hầu có các biện pháp khắc phục những
diễn biến bất lợi.
Ngày nay, cùng với sự phát triển công nghệ thông tin, nhằm gia tăng khả năng
ứng dụng của số liệu điện trở suất; bài tốn kết hợp cơng nghệ GIS và phương pháp
đo sâu điện sẽ xây dựng nên một cơ sở dữ liệu không gian (geodatabase), hình thành
nên các bản đồ điện trở suất theo từng lớp ñịa chất tương ứng. Dữ liệu ñiện trở suất
được lưu trữ, cập nhật, phân tích, truy vấn trên máy tính, phục vụ tối ưu cho các mục
đích nghiên cứu khoa học và ứng dụng lâu dài trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang.
Trong ñiều kiện phát triển kinh tế xã hội tỉnh Tiền Giang hiện nay, vấn ñề quy
hoạch phát triển KT-XH của tỉnh rất cần có nguồn dữ liệu về các diễn biến tài
nguyên thiên nhiên, ñể từ đó xây dựng định hướng quy hoạch khai thác một cách
bền vững, có kiểm sốt và được giám sát chặt chẽ, nhằm quản lý và sử dụng hợp lý
tài ngun thiên nhiên, đi đơi với bảo vệ mơi trường ngày càng tốt hơn. Song song,

2


các hoạt động cơng nghiệp hóa, sự gia tăng dân số, q trình mở rộng đơ thị kéo
theo nhu cầu gia tăng xây dựng nhà cửa, kết cấu hạ tầng, …. ðiều đó địi hỏi cần
làm rõ cấu trúc địa chất, tiềm năng nước dưới ñất, sự phân bố các vùng ñất yếu phục
vụ cho việc quy hoạch khai thác nước dưới đất, xây dựng cơng trình, .... Với ý nghĩa
đó, việc xây dựng bản đồ điện trở suất của đất đá các lớp địa chất trầm tích nhằm
góp phần minh giải một cách ñầy ñủ ñặc ñiểm về ñịa chất trầm tích tỉnh Tiền Giang
là một việc làm cần thiết. Qua các bài toán ứng dụng về phân vùng mặn nhạt nước
dưới ñất, cấu trúc phân lớp ñịa chất trầm tích phục vụ xây dựng cơng trình trên cơ
sở phân tích bản đồ điện trở suất sẽ giúp cho các các cơ quan quản lý, các đơn vị
chun mơn tại địa phương có cơ sở khoa học đầy đủ hơn ñể hoạch ñịnh chiếc lược

khai thác tài nguyên một cách tối ưu.
3. ðối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
- ðối tượng: ðất đá trầm tích bảy lớp ñịa chất: Holocen, Pleistocen trên,
Pleistocen giữa trên, Pleistocen dưới, Pliocen trên, Pliocen dưới, Miocen trên.
- ðịa bàn nghiên cứu: tỉnh Tiền Giang.
4. Mục tiêu và nhiệm vụ
Mục tiêu của luận án là thu thập các số liệu ño sâu ñiện đã có trên địa bàn
tỉnh Tiền Giang, hình thành CSDL ñiện trở suất và mục tiêu chính yếu là xây dựng
các lớp bản ñồ ñiện trở suất ñất ñá trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng cơng nghệ GIS.
ðể đạt được các mục tiêu trên, luận án giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Thu thập các số liệu ño sâu ñiện, ño sâu ñiện bổ sung nhằm hoàn thiện bộ
dữ liệu ñiện trở suất trên ñịa bàn nghiên cứu, ñồng thời tập hợp ñầy ñủ các tài liệu
ñịa chất liên quan trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang.
- Xây dựng và áp dụng quy trình kết hợp các phương pháp đo sâu điện và
cơng nghệ GIS để xử lý, phân tích tài liệu ñã thu thập.
- Tổng hợp và rút ra những ñặc ñiểm ñịa vật lý của vùng nghiên cứu.
- Thực hiện các bài toán ứng dụng nhằm kiểm chứng kết quả nghiên cứu và
xác lập mối quan hệ giữa nghiên cứu và ứng dụng của luận án.

3


5. Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu:
Nguồn tài liệu trong luận án này ñược thu thập từ các phương án ño sâu ñiện
của các ñề tài cấp tỉnh về khảo sát, thăm dò nước ngầm tỉnh Tiền Giang, cùng với
các nguồn tài liệu ñiều tra cơ bản, khảo sát địa chất thủy văn, địa chất cơng trình do
các đơn vị như ðồn ðịa chất thủy văn – ðCCT 803, Viện Quy hoạch thủy lợi Nam
bộ, Phân viện ðịa lý TP HCM, .. triển khai từ năm 1984 ñến nay. Ngoài ra, luận án
cũng thực hiện ño sâu ñiện bổ sung 300 ñiểm.
Khối lượng tài liệu:

-

1400 ñiểm ño sâu điện, với AB/2=800m – 1000m. Trong đó:
+ 800 điểm ño thuộc ñề tài (tài liệu tham khảo [10], [11])
+ 300 điểm đo thuộc đề tài (danh mục cơng trình cơng bố [1])
+ 300 điểm đo mới
Tài liệu các điểm ño thu thập từ các phương án ño sâu ñiện phục vụ cho

việc thành lập bản ñồ ðCTV, giai ñoạn tìm kiếm, điều tra, tỷ lệ bản đồ 1:50.000.
-

Carota: 200 ñiểm ño: 25 ñiểm thu thập từ dự án (tài liệu tham khảo

[28]), 175 ñiểm ño thu thập từ các cơng trình đo carota phục vụ khai thác nước
ngầm do KS. ðVL Nguyễn Duy Khang (ðoàn 803) thực hiện từ năm 2000 ñến nay.
-

Tài liệu giếng khoan ðCTV, ðCCT: 80 giếng khoan, thu thập từ các

ñề tài, dự án (tài liệu tham khảo [18],[27],[28].
-

Bản đồ địa chất trầm tích, tỷ lệ 1:50.000 (tài liệu tham khảo [4]); Bản

đồ địa hình, tỷ lệ 1:100.000 do Viện Quy hoạch thủy lợi Miền Nam thành lập năm
1997; Mặt cắt ñịa chất thủy văn (tài liệu tham khảo [28]).
Hệ toạ ñộ bản ñồ: UTM (phục vụ xử lý),VN2000 (bài toán ứng dụng).
-

Các báo cáo tổng hợp có liên quan.

Các phương pháp được áp dụng ñể xử lý, phân tích, tổng hợp các tài liệu gồm:
- Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp tài liệu
- ðo sâu ñiện bổ sung trên ñịa bàn huyện Chợ Gạo, Mỹ Tho, Châu Thành.
- Phương pháp phân tích tự ñộng ñường cong ño sâu ñiện: sử dụng phần
mềm Rinver32, ipi2Win để phân tích số liệu đo sâu điện theo từng ñiểm ño và theo
tuyến ño.

4


- Phương pháp phân tích GIS: Ứng dụng cơng nghệ GIS phân tích số liệu
điểm đo sâu điện theo vị trí khơng gian và giá trị thuộc tính điện trở suất. Cơng
nghệ GIS giúp cho việc phân tích các dữ liệu có quan hệ khơng gian nhanh chóng
và hiệu quả hơn. Bản đồ GIS vừa là nguồn thơng tin đầu vào, vừa là kết quả biểu
hiện của hệ thống GIS.
- Phương pháp nội suy Kriging: ñược ứng dụng nhằm xác ñịnh các giá trị
ñiện trở suất cần nội suy tại những vị trí khơng có giá trị đo thực tế trên bản đồ GIS.
Ngồi ra, CSDL của luận án được xây dựng theo cách tiếp cận mơ hình
Geodatabase, là mơ hình dữ liệu hướng đối tượng, mơ hình này cho phép biểu diễn
thống nhất các đối tượng khơng gian và phi không gian và lưu trữ thống nhất dữ
liệu không gian và phi khơng gian khi ánh xạ mơ hình này xuống hệ quản trị cơ sở
dữ liệu (DBMS); Chương trình ứng dụng xây dựng bản đồ điện trở suất được lập
trình bằng ngơn ngữ lập trình Visual Basic.Net, thực hiện trên nền ArcGIS 9.3; Các
phần mềm máy tính khác cũng ñuợc sử dụng, hỗ trợ cho việc xử lý, phân lọc, tinh
chỉnh số liệu ño ñạc như: Excel, MapInfo, Surfer 4.3, Surfer 9.1.
6. Những ñiểm mới của luận án
- Xây dựng cơ sở dữ liệu ñiện trở suất các tầng địa chất trầm tích tỉnh Tiền
Giang phục vụ cho các bài tốn phân tích khơng gian liên quan.
- Hình thành chương trình ứng dụng khai thác CSDL, thực hiện các thuật

tốn nội suy thành lập các bản đồ điện trở suất theo các tầng ñịa chất.
- Xây dựng bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá bảy tầng ñịa chất trầm tích tỉnh
Tiền Giang bằng cơng nghệ GIS.
Kết quả của việc xây dựng bản ñồ ñiện trở suất ñược ứng dụng để giải đốn
hai bài tốn: Phân vùng mặn nhạt nước dưới ñất tỉnh Tiền Giang và Xây dựng mơ
hình cấu trúc phân lớp địa chất theo tuyến phục vụ xây dựng cơng trình tại huyện
Cai Lậy, là huyện trọng ñiểm của tỉnh.
7. Luận ñiểm bảo vệ
- Giá trị ñiện trở suất của ñất ñá trầm tích thay ñổi theo theo diện và theo
chiều sâu; Vì vậy có đủ căn cứ khoa học và thực tiễn ñể kết hợp dữ liệu phân tích
điểm đo sâu điện truyền thống và cơng nghệ GIS xây dựng nên các lớp bản đồ số

5


ñiện trở suất của ñất ñá trầm tích trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang. Các tham số điện trở
suất có thể ñược cập nhật thường xuyên và bản ñồ ñiện trở suất được hình thành
phục vụ đa mục đích như quản lý, quy hoạch khai thác tài nguyên nước dưới đất, tài
ngun đất, phục vụ xây dựng cơng trình, v.v...
- Giá trị điện trở suất của đất đá trầm tích thay ñổi phụ thuộc vào nhiều yếu
tố như: ñộ hạt, độ bảo hịa nước,… đặc biệt là độ tổng khống hóa của nước chứa
trong các lớp địa chất trầm tích; Vì vậy có đủ cơ sở khoa học để áp dụng cơng nghệ
GIS trên cơ sở sự biến đổi của gía trị điện trở suất, tự động hóa phân vùng mặn nhạt
các tầng chứa nước dưới ñất, ñồng thời xây dựng mơ hình cấu trúc phân lớp địa chất
phục vụ xây dựng cơng trình.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
- Nghiên cứu ña ngành: Luận án ñược thực hiện trên cơ sở kết hợp 3 chuyên
ngành gồm: Vật lý địa cầu, ðịa chất, Cơng nghệ GIS; Trong đó thành tố chính tạo
nên kết quả của luận án là giá trị ñiện trở suất, tham số này có được trên cơ sở thực

hiện phương pháp đo sâu ñiện trên ñịa bàn nghiên cứu; Tài liệu ñịa chất vừa là cơ
sở cho các nhận ñịnh ban ñầu về cấu trúc ñịa chất, vừa là tài liệu kiểm chứng kết
quả phân tích tài liệu đo sâu điện; Cơng nghệ GIS sử dụng trong luận án như là một
công cụ tích hợp các phương pháp, thực hiện các thuật tốn nội suy từ các giá trị
ñiện trở suất dạng ñiểm, rời rạc sang dữ liệu có sự phân bố liên tục, hiễn thị trên bản
đồ số hóa theo từng lớp dữ liệu phù hợp cấu trúc ñịa chất của ñịa bàn nghiên cứu.
- Phục vụ cho việc nghiên cứu của các ngành khác: Các lớp bản ñồ ñiện trở
suất ñược hình thành góp phần phản ảnh q trình thành tạo các lớp địa chất trầm
tích qua các giai đoạn biển tiến, biển thối. Tùy theo mục đích khai thác tài ngun
ở tầng sâu hay nơng mà các lớp bản đồ ñiện trở suất ñược sử dụng ñể hỗ trợ cho các
nghiên cứu ứng dụng như: Khai thác nước dưới ñất của ngành ñịa chất thủy văn;
Phân vùng ñất yếu của ngành địa chất cơng trình; Phân vùng tập trung sét theo giá
trị ñiện trở suất của ngành ñiện lực, viễn thơng; ðánh giá khả năng hấp thu phân
bón dựa vào ñộ dẫn ñiện của ngành nông nghiệp và là một nhân tố trong bài toán

6


tích hợp dữ liệu khơng gian và thuộc tính phục vụ cho các ngành quản lý, quy
hoạch.
- Giảng dạy: Với lượng số liệu thu thập khá ñầy ñủ, minh giải ñược ñặc ñiểm
tự nhiên của vùng nghiên cứu; kết quả phân tích có đối chứng; cùng với việc kết
hợp khá hồn thiện phương pháp truyền thống ðVL và cơng nghệ hiện đại GIS để
xử lý, phân tích, cập nhật, hiển thị kết quả trên bản đồ số hóa, nên luận án có thể
được sử dụng để làm tài liệu tham khảo, minh họa cho công tác giảng dạy của
chuyên ngành Vật lý ðịa cầu, GIS.
Ý nghĩa thực tiễn:
Dựa trên hệ thống CSDL ñiện trở suất, tùy theo giá trị phân biệt ñiện trở suất
của từng ñối tượng vật chất, các tính năng riêng biệt của các tầng địa chất sẽ được
xác định. Bằng các phương pháp phân tích khơng gian, nội suy GIS trên nền tảng

CSDL ñiện trở suất, các bài tốn ứng dụng đa ngành theo vị trí khơng gian ñược
thực hiện.
Kết quả nghiên cứu của luận án ñược ñưa vào ứng dụng thực tiễn bằng hai ñề
tài rất cấp thiết hiện nay tại tỉnh Tiền Giang:
1. Xác ñịnh vùng phân bố mặn nhạt các tầng chứa nước dưới ñất tỉnh Tiền
Giang. Kết quả nghiên cứu ñược thể hiện trên bản đồ GIS với các thơng tin tương
hợp với thực tế gồm các vùng: vùng chứa nước nước nhiễm mặn, vùng có 1 tầng
chứa nước nhạt, vùng có 2 tầng chứa nước nhạt, vùng có 3 tầng chứa nước nhạt. Kết
quả này phục vụ cho việc quy hoạch khai thác, xây dựng mạng lưới quan trắc nước
dưới ñất tỉnh Tiền Giang.
2. Xây dựng mơ hình cấu trúc phân lớp địa chất huyện Cai Lậy phục vụ xây
dựng cơng trình. Với bộ số liệu ñiện trở suất ñược lưu trữ trong CSDL. Bằng các phép
nội suy không gian GIS, các mặt cắt ñịa ñiện theo tuyến tự chọn sẽ ñược thành lập một
cách tự động. Kết quả này góp phần đánh giá khả năng bố trí cơng trình xây dựng.
Ngồi ra, bản đồ điện trở suất cịn được ứng dụng trong các lĩnh vực: nơng
nghiệp, điện lực, viễn thơng, …
9. Nội dung nghiên cứu
(1) Nghiên cứu lý thuyết

7


- Xác ñịnh giá trị ñiện trở suất bằng phương pháp đo sâu điện.
- Xử lý, phân tích, tích hợp dữ liệu trong GIS. Mơ hình Geodatabase. Phương
pháp nội suy khơng gian.
- ðặc điểm tự nhiên tỉnh Tiền Giang.
(2) Xây dựng bản ñồ ñiện trở suất
- Xây dựng CSDL ñiện trở suất của đất đá trầm tích tỉnh Tiền Giang.
- Hình thành phần mềm GIS.
- Ứng dụng xây dựng bản ñồ ñiện trở suất.

(3) Bài toán ứng dụng
- Xác ñịnh vùng phân bố mặn nhạt các tầng chứa nước dưới đất tỉnh Tiền
Giang.
- Xây dựng mơ hình cấu trúc phân lớp địa chất huyện Cai Lậy phục vụ xây
dựng cơng trình.
Từ nội dung trên, luận án được viết 163 trang gồm các phần, chương sau:
-

Phần MỞ ðẦU gồm 8 trang

-

Phần 1: TỔNG QUAN

Phần này gồm 2 chương:
+ Chương 1 : Cơ sở lý thuyết gồm 19 trang
+ Chương 2: ðặc ñiểm tự nhiên gồm 23 trang
-

Phần 2: XÂY DỰNG BẢN ðỒ ðIỆN TRỞ SUẤT

Phần này gồm 2 chương:
+ Chương 3: Phân tích - xử lý tài liệu đo sâu điện gồm 30 trang
+ Chương 4: Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản ñồ ñiện trở suất
gồm 34 trang
-

Phần 3: KẾT QUẢ - ỨNG DỤNG

Phần này gồm 1 chương:

+ Chương 5: Kết quả - Bài toán ứng dụng gồm 46 trang
-

Phần KẾT LUẬN gồm 3 trang
+ Kết quả ñạt ñược
+ Những vấn ñề cần quan tâm nghiên cứu và phát triển

8


PHẦN 1
TỔNG QUAN


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ
CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN
1.1.

Cơ sở lý thuyết

1.1.1. ðiện trở suất
1.1.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñiện trở suất của vật liệu ñịa chất
ðiện trở suất ñược xác ñịnh bởi đặc tính và độ dẫn điện của các khống vật tạo
nên vật liệu. Các yếu tố ảnh hưởng lên ñiện trở suất của vật liệu [22],[23], bao gồm :
•
•
•
•
•

•

Thành phần khống vật,
ðộ rỗng và độ chứa nước,
ðộ ẩm,
ðộ khống hố của nước ngầm,
Kiến trúc bên trong,
Nhiệt ñộ và áp suất.

- Thành phần khoáng vật: Các khoáng vật tạo vật liệu thường gặp là khơng
dẫn điện; Vì vậy, điện trở suất của phần lớn các vật liệu trầm tích, biến chất và phún
suất ít phụ thuộc thành phần khống vật, mà ñược xác ñịnh bởi các yếu tố còn lại.
- ðộ rỗng: là tỉ lệ phần không gian rỗng trong thể tích tồn phần của khối đá.
ðộ rỗng thường được tính bằng phần trăm (%), kí hiệu là Ф
ðộ rỗng Φ là tỷ số giữa thể tích rỗng (Vr) và thể tích đất đá (Vđđ):

Φ=

Vr
Vđđ

(1.1)

Bảng 1.1: ðộ rỗng của một số loại đá khác nhau [3]
Loại đá trầm tích
chưa gắn kết
ðộ rỗng (%)

Sỏi

Cát

Bột

Sét

25 - 40

25 - 50

35 - 50

40- 70

Phân loại giá trị ñộ rỗng:
Bảng 1.2. Phân loại giá trị ñộ rỗng của vật liệu ñịa chất [3]

9


Khi tăng ñộ rỗng, ñiện trở suất của vật liệu giảm, vì số lượng nước khối và nước
mặt tăng lên. Nếu trong các khe nứt chỉ chứa khơng khí thì ñiện trở suất lại tăng.
ðộ bão hòa nước là phần trăm thể tích lỗ rỗng trong đó được chứa đầy bởi nước.

Sw =
Với

Vn
Vr

(1.2)

Sw là độ bão hịa nước (%).
Vn thể tích nước chứa trong lỗ rỗng.
Vr thể tích rỗng.

ðộ bão hịa nước cịn được tính theo điện trở suất:

ρ 
Sw =  o 
 ρt 
Với:

1
n

(1.3)

ρt ñiện trở suất thât của ñất ñá.
ρo ñiện trở suất của ñất ñá bão hòa 100% nước
n là hệ số bão hòa, thường chọn bằng 2.

- ðộ ẩm: là ñộ ngấm nước trong phần rỗng. Khi tăng ñộ ẩm, ñiện trở suất của
vật liệu giảm.
ðộ ẩm của vật liệu ñịa chất ở dưới mức nước ngầm thường lớn hơn vật liệu
trên mức nước ngầm. Sự chênh lệch này thể hiện rõ ở các loại như cát thơ, loại đá
có nhiều khe nứt... Vì trong chúng, nước khối chiếm ưu thế. Còn với sét, sự chênh
lệch ấy khơng rõ rệt, vì ở sét, nước trên mặt giữ vai trị quan trọng hơn nước khối.
Nói chung đối với các vật liệu trầm tích có quy luật sau: điện trở suất càng
lớn nếu kích thước hạt càng lớn. Khi chuyển từ sét sang loại pha sét, pha cát và cát,

trầm tích sỏi,… điện trở suất tăng từ hàng đơn vị đến hàng trăm Ω.m.
- ðộ khống hóa của nước ngầm:
ðối với các thành tạo bở rời thì giá trị ñiện trở suất phụ thuộc chủ yếu vào độ
tổng khống hóa của nước chứa trong chúng. [23]
ðiện trở suất là đại lượng tỉ lệ nghịch với độ khống hóa và ít phụ thuộc vào
thành phần của muối hịa tan. Do đó, trong thực tế, có thể xác định ñiện trở suất của

10