Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp đo mặt cắt điện trong xác định ranh giới phân chia cục bộ theo hướng nam bắc của nền địa chất tại khu vực phía sau giảng đường h1 của trường đại học bách khoa đà nẵn

Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
----------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CỬ NHÂN VẬT LÝ
Đề tài:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO MẶT CẮT ĐIỆN
TRONG XÁC ĐỊNH RANH GIỚI PHÂN CHIA CỤC BỘ THEO
HƯỚNG NAM – BẮC CỦA NỀN ĐỊA CHẤT TẠI KHU VỰC PHÁI SAU
GIẢNG ĐƯỜNG H1 CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ
NẴNG, PHỤC VỤ CHO VIỆC XÂY DỰNG NỀN MÓNG CỦA CƠNG
TRÌNH TẠI KHU VỰC NÀY
Người hướng dẫn:
ThS. Lương Văn Thọ
Người thực hiện:
Văn Thị Hiền

Đà Nẵng, tháng 5/2013

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý
MỤC LỤC

A.

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài ………………………………………………………………..2
2. Đối tượng nghiên cứu …………………………………………………………...3
3. Mục đích của đề tài………………………………………………………………4
4. Nhiệm vụ nghiên cứu…………………………………………………………….4
5. Phương pháp nghiên cứu ………………………………………………………..5
6. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài …………………………………..5
7. Bố cục của luận văn ……………………………………………………………..5
B.

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ ĐỊA CHẤT – VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP THĂM
DỊ ĐIỆN
1.1. Tính chất dẫn điên của vật chất dưới mặt đất ...................................................... 6
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật chất dưới mặt đất ................... 8
1.2.1. Thành phần khoáng vật ........................................................................ 8
1.2.2. Độ rỗng và độ nứt vỏ ............................................................................ 8
1.2.3. Độ ẩm ................................................................................................... 8
1.2.4. Độ khống hóa của nước ngầm ............................................................ 9
1.2.5. Kiến trúc bên trong của của đất đá ....................................................... 9
1.2.6. Nhiệt độ và áp suất ............................................................................. 10
1.3. Các tham số điện từ khác .................................................................................. 14
1.3.1. Độ điện thẩm và độ từ thẩm μ .......................................................... 14

1.3.1.1. Độ điện thẩm ε ..................................................................... 14
1.3.1.2. Độ từ thẩm μ ......................................................................... 15
1.3.2. Hoạt tính điện hóa ............................................................................... 15
1.3.2.1. Hoạt tính khuếch tán hấp thụ ................................................ 15
1.3.2.2. Hoạt tính ngấm học .............................................................. 16
1.3.2.3. Hoạt tính oxy hóa khử ........................................................... 16
1.3.3. Độ phân cực η...................................................................................... 17
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

CHƯƠNG 2: LÍ THUYẾt PHƯƠNG PHÁP MẶT CẮT ĐIỆN
2.1. Điện cực và từ trường của điện cực trong không gian đồng nhất .................... 19
2.1.1. Điện cực cầu ....................................................................................... 19
2.1.2. Điện cực bán cầu ................................................................................. 20
2.2. Từ trường của hệ điện cực trên nữa không gian đồng nhất .............................. 20
2.3. Hệ số thiết bị ...................................................................................................... 21
2.4. Điện trở suất biểu kiến ...................................................................................... 23
2.5. Các cấu hình thiết bị sử dụng trong thăm dị điện ............................................ 24
2.6. Phân bố của điện trường không đổi trong môi trường bất đồng nhất theo phương
ngang. Phương pháp mặt cách điện ......................................................................... 24
2.6.1. Điện trường trong môi trường có các mặt phân chia thẳng đứng ................. 25
2.6.1.1. Bài toán cơ sở ............................................................................................. 25
2.6.1.2. Điện trở suất biều kiến khi đo mặt cắt điện ............................................... 25
2.6.2. Phương pháp đo mặt cắt điện ........................................................................ 27
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU ĐỘ NHẠY, LỰA CHỌN CẤU HÌNH THIẾT BỊ VÀ

QUY TRÌNH ĐO
3.1. Đạo hàm Frechet cho môi trường nữa không gian đồng nhất .......................... 29
3.2. Hàm độ nhạy 1D- chiều sâu khảo sát ............................................................... 31
3.3. Thiết bị Wenner-Schlumberger ........................................................................ 32
3.3.1. Độ nhạy........................................................................................................... 35
3.3.2. Bảng thiết bị đo .............................................................................................. 37
3.4. Thiết bị đo đạc .................................................................................................. 39
3.5. Quy trình đo đạc của thiết bị Wenner- Schlumberger ...................................... 39
CHƯƠNG 4.XỬ LÍ SỐ LIỆU VÀ GIẢI ĐỐN KẾT QUẢ
4.1. Xử lí số liệu và kết quả ..................................................................................... 42
4.1.1. Số liệu đo ....................................................................................................... 42
4.1.2. Xử lí số liệu ................................................................................................... 43
4.1.3. Giải đoán kết quả và kiến nghị ...................................................................... 44
4.2. Xử lý số liệu và kết quả tuyến đo Đông – Tây .................................................. 45
4.2.1. Số liệu đo ........................................................................................................ 45
4.2.2. Xử lý số liệu đo .............................................................................................. 46
4.2.3. Giải đoán kết quả và kiến nghị của tuyến đo Đông –Tây .............................. 47
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp
C.

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

KẾT LUẬN

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Phân loại vật chất theo cách dẫn điện của chúng ....................................... 7

Bảng 1.2 Phân loại khoáng vật theo điện trở suất ...................................................... 7
Bảng 1.3 Điện trở suất của một số đất, đá, khống sản và hóa chất phổ biến ......... 13
Bảng 3.1 Chiều sâu khảo sát trung bình (Ze) cho các thiết bị khác nhau (Ater Adward,
977 ............................................................................................................................ 34
Bảng 3.2 Bảng thiết bị ............................................................................................. 38
Bảng 4.1 Kết quả tuyến đo bắc – nam ...................................................................... 42
Bảng 4.3 Kết quả tuyến đo đơng – tây ..................................................................... 46
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1 Cấu hình thiết bị bốn cực .......................................................................... 22
Hình 2.2 Cấu hình thiết bị lưỡng cực ....................................................................... 22
Hình 2.3 Các cấu hình thiết bị sử dụng trong thăm dò điện và hệ số thiết bị của chúng
.................................................................................................................................. 24
Hình 3.1 Thiết bị Pole-Pole với điện cực dịng ở điểm gốc và điện cực thế cách nó một
khoảng “a” trên mặt mơi trường ............................................................................... 29
Hình 3.2 Đồ thị hàm độ nhạy 1D. a) hàm độ nhạy cho thiết bị Pole-Pole, chú ý là chiều
sâu trung bình của khảo sát (mũi tên xanh) là gấp 2 lần chiều sâu có độ nhạy cực đại
(mũi tên đỏ). b) Hàm độ nhạy và chiều sâu trung bình khảo sats của thiết bị Wenner
.................................................................................................................................. 32
Hình 3.3 Mặt cắt độ nhạy 2D cho thiết bị Wenner- Schlumberger. Mặt cắt độ nhạy với
a) n=1,b) n=2, c)n=4, d) n=6. ................................................................................... 36
Hình 3.4 So sánh 1) cấu hình điện cực và 2) dạng điểm dữ liệu, cho hai cấu hình thiết
bị Wenner và Wenner- Schlumberger. ..................................................................... 37
Hình 3.5 Quy trình đo đạc của phương pháp mặt cắt điện cho cấu hình thiết bị
Wenner-Schlumberger với a = 10m, n = 5. .............................................................. 40
Hình 3.6 Máy đo điện, một số điện cực và cuộc cáp sử dụng để đo đạc ................. 40
Hình 3.7 Một buổi đo đạc ngồi thực địa ................................................................. 41
Hình 3.8 Tuyến khảo sát khi nhìn về hướng Bắc – Nam ......................................... 41
Hình 3.9 Tuyến khảo sát khi nhìn về hướng Đơng – Tây ........................................ 41
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

Hình 3.10 Vị trí đo tại khu vực phía sau giảng đường H1 của trường Đại học Bách
Khoa.......................................................................................................................... 41
Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện trở suất dọc theo tuyến đo Nam – Bắc . 43
Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện trở suất dọc theo tuyến đo Nam – Bắc trong
không gian ba chiều. ................................................................................................. 44
Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện trở suất theo vị trí dọc hướng Đơng – Tây :
a) nhìn trong mặt phẳng , b) trong khơng gian ba chiều). ........................................ 47
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
+ ρ(Ω.m):

Điện trở suất của vật chất.

+ ρapp(Ω.m): Điện trở suất biểu kiến đo được từ thực nghiệm.
+ ε(F/m):

Độ điện thẩm.

+ μ(H/m):

Độ từ thẩm.

+ η:

Độ phân cực.

+ σ(1/ Ω.m):

Độ dẫn điện.

+ λ:

Hệ số bất đẳng hướng (hệ số thấm).

+ ρn(Ω.m):

Điện trở suất theo phương thẳng góc với lớp (dọc).

+ ρt(Ω.m):

Điện trở suất theo phương phân lớp (ngang).

+ ρx :

Điện trở suất theo phương x.

+ ρy:

Điện trở suất theo phương y.

+ ρ z:

Điện trở suất theo phương z.

+ t (o C) :

Nhiệt độ.

+ρ18:

Điện trở suất ở 18oC.

+ α:

Hệ số nhiệt.

+ ρw(Ω.m):

Điện trở suất của chất lỏng.

+ Ф:

Tỷ lệ đá chứa chất lỏng.

+ J(A/m2):

Mật độ dòng điện.

+ GradJ =

J: Đạo hàm của mật độ dòng điện theo hướng của các trục tọa độ.

+ δ:

Hàm delta Dirac.

+ E(V/m):

Cường độ điện trường.

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý
LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự chỉ dẫn nhiệt tình của
Thầy giáo Thạc sĩ-Lương Văn Thọ đã giúp em hoàn thành đề tài khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo trong khoa Vật lý đã tận tình dạy dỗ
em trong q trình học các mơn đại cương cũng như chuyên ngành.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè đã giúp đỡ
em trong quá trình làm đề tài cũng như trong học tập.
Với điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, Em đã cố gắng tận dụng mọi khả năng và
điều kiện để hồn thành tốt đề tài của mình. Nhưng do thời gian và trình độ cịn hạn
chế nên trong q trình làm đề tài cũng khơng tránh được thiếu sót. Em rất mong nhận
được ý kiến đóng góp của thầy cơ và tồn thể các bạn để đề tài của em thêm hoàn
thiện.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Văn Thị Hiền

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

A. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, các phương pháp địa vật lý đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực nghiên cứu khoa học và đời sống, nhằm phục vụ cuộc sống con người.
Cùng với sự ra đời và phát triển vượt bậc trong kỹ thuật tính tốn, xử lý máy tính và
cuộc cách mạng trong chế tạo thiết bị, các phương pháp thu thập và xử lý tài liệu địa
vật lý mới đã tạo điều kiện cho các phương pháp địa vật lý có những bước phát triển
đáng kể, giữ một vai trò quan trọng trong các ngành khoa học kỹ thuật khác, đặc
biệt là trong nghiên cứu và khảo sát địa chất. Một số lĩnh vực đã được áp dụng
phương pháp địa vật lý, cụ thể là:
+ Nghiên cứu các đặc điểm địa kỹ thuật và mơi trường, nhằm cung cấp thơng tin
cần thiết để có biện pháp thích hợp phịng tránh và giảm thiểu đáng kể những thiệt
hại do các biến cố tự nhiên và nhân sinh như: sạt lở, động đất, rị rỉ phóng xạ và các
yếu tố môi trường khác.
+ Cung cấp các thông tin cần thiết (các tham số địa vật lý) cho thiết kế cơng trình
kèm theo các dự báo cần thiết cho việc phòng tránh các sự cố trong vấn đề kỹ thuật
và mơi trường trong tương lai.
+ Tìm kiếm, đánh giá, thăm dị khống sản, quy hoạch khai thác và sử dụng các
nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là nước, than và các loại khoáng sản rắn.
+ Tăng cường hoạt động nghiên cứu cũng như điều tra cơ bản về địa chất và các

kiến thức địa chất thủy văn.
Các khảo sát địa vật lý sẽ giúp ta thu được trực tiếp các tham số vật lý như:
tính đàn hồi, trọng lực, từ trường, độ dẫn điện, độ truyền dẫn và sự phân cực của
sóng điện từ và các bức xạ gamma tự nhiên. Các tham số này được dùng để dẫn suất
ra các tham số khác nhau của mơi trường như: thành phần hóa học, độ xốp, độ từ
thẩm, địa tầng, cấu trúc địa chất và các tính chất khác nhau của các đối tượng nằm
trong môi trường gần mặt đất.
Tùy thuộc vào mục tiêu cụ thể, cùng với khả năng tài chính và các đặc điểm của đối
tượng nghiên cứu mà người ta lựa chọn các phương pháp địa vật lý khác nhau :
thăm dò địa chấn, thăm dò từ, hoặc thăm dò trọng lực, phương pháp phóng xạ, hay
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 2


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

là thăm dị điện. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm nhất định đối với từng
đối tượng nghiên cứu cụ thể.Trong đó phương pháp thăm dị điện được ứng dụng
rộng rãi hơn vì giá thành rẽ, thiết bị gọn nhẹ,dễ thao tác thu thập tài liệu.
Thăm dò điện là một trong các phương pháp địa vật lý nghiên cứu cấu trúc vỏ
trái đất và tìm kiếm, phát hiện, đánh giá các khống sản có ích dựa trên việc quan
sát trường điện, trường điện từ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo.Thường được
sử dụng nhằm mục tiêu xác đinh sự phân bố điện trở suất của môi trường bên dưới
mặt đất bằng cách thực hiện các phép đo đạc giá trị điện trở suất biểu kiến của môi
trường bên trên mặt đất. Từ các giá trị đo đạc này, có thể đánh giá được giá trị điện
trở suất thật và luận giải về cấu trúc của môi trường bên dưới mặt đất. Phương pháp

thăm dò điện đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ở Việt Nam là:
-

Phương pháp mặt cắt điện trở.

-

Phương pháp đo sâu điện trở.

-

Phương pháp ảnh điện…
Hiện nay việc nghiên cứu và ứng dụng khoa học kỹ thuật vào trong xây dựng
cơ sở hạ tầng là rất quan trọng, nhằm nâng cao chất lượng công trình,… Đo mặt cắt
điện là một trong những phương pháp hiệu quả và giá thành rẻ trong khảo sát địa
chất cơng trình ,nhằm đưa ra các thơng số về ranh giới phân chia cục bộ,các đới đập
vỡ,….của nền địa chất cần thiết trong việc xây dựng nền móng cơng trình, nhằm
nâng cao tính ổn định của nền móng cơng trình.
Hơn nữa, toàn bộ các kết cấu do con người tạo ra như (nhà cửa, đường xa,
cầu cống, sân bay, thủy điện…) đều được đặt trên nền móng là phần trên cùng của
trái đất nên độ an toàn và ổn định của chúng, sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự hiểu
biết về đặc điểm của nền móng này thơng qua việc nghiên cứu địa chất.
Thấy được tầm quan trọng đó cùng với tính ưu việt của phương pháp mặt cắt điện
nên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là :”Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp đo
mặt cắt điện trong xác định ranh giới phân chia cục bộ theo hướng Nam-Bắc của
nền địa chất tại khu vực phía sau giảng đường H1 của Trường Đại Học Bách
Khoa Đà Nẵng, phục vụ cho việc xây dựng nền móng của cơng trình tại khu vực
này”

2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu sự thay đổi tham số điện trở suất theo
phương ngang của đối tượng địa chất tại khu vực phía sau giảng đường H1 của
Trường Đại học Bách khoa.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trên khu vực địa chất phía sau giảng
đường H1 của Trường Đại học Bách khoa, lấy dữ liệu trên đối tượng vào hai buổi
sáng và chiều vào thời điểm thích hợp.

3. Mục đích của đề tài:
- Từ những cái nhìn đầy đủ về lý thuyết phương pháp mặt cắt điện, nghiên
cứu sử dụng cấu hình thiết bị thích hợp trong đo mặt cắt điện.
- Thực hiện đo mặt cắt điện để khảo sát sự thay đổi điện trở suất theo tuyến
khảo sát (theo phương ngang hoặc gần nằm ngang), với độ sâu nghiên cứu xác định
của nền địa chất tại khu vực phía sau giảng đường H1 của Trường Đại Học Bách
Khoa Đà Nẵng.
- Mục tiêu xác đinh sự phân bố cấu trúc phân chia cục bộ theo phương ngang
của môi trường bên dưới mặt đất bằng cách thực hiện các phép đo đạc giá trị điện
trở suất biểu kiến của môi trường bên trên mặt đất tại khu vực địa chất phía sau
giảng đường H1 theo hướng Nam-Bắc của Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.

4. Nhiệm vụ nghiên cứu:

+ Thứ nhất: Trình bày tổng quan cơ sở vật lý – địa chất trong thăm dị điện.
Trong đó, nêu lên tính chất dẫn điện và các yếu tố ảnh hưởng đến sự dẫn điện của
vật chất dưới mặt đất. Dẫn ra được biểu thức hết sức quan trọng trong thăm dị điện,
đó là biểu thức phân bố điện thế trên bề mặt của mơi trường phân lớp ngang do
nguồn dịng phát ra tại một điểm cũng nằm trên bề mặt của mơi trường phân lớp
ngang đó.
+ Thứ hai: Tổng quan lý thuyết phương pháp đo mặt cắt điện.Từ đó, nghiên
cứu sử dụng cấu hình thiết bị thích hợp trong đo mặt cắt điện.
+ Thứ ba: Trình bày về thiết bị máy móc và quy trình đo đạc, thu thập số liệu
ngồi thực địa. Trong đó có giới thiệu về thiết bị sử dụng, đánh giá độ nhạy của các
thiết bị cơ bản và quy trình đo đạc ngồi thực địa của hệ thiết bị WennerSchlumberger.
+ Thứ tư: Xử lý số liệu thu thập, phân tích luận giải về thay đổi điện trở suất
theo tuyến khảo sát (theo phương nằm ngang hoặc gần nằm ngang) và xác định ranh
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

giới phân chia cục bộ của cấu trúc địa chất tại khu vực phía sau giảng đường H 1
theo hướng Nam-Bắc của Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.Từ đó rút ra các
đánh giá thực tiễn.

5. Phương pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu tổng quan lý thuyết cơ sở địa chất-vật lý trong thăm dò điện, lý
thuyết mặt cắt điện.

+ Nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu thực địa, nghiên cứu cấu hình thiết bị
đo thích hợp, quy trình đo đạc thực nghiệm, thực hiện các phép đo đạc giá trị điện
trở suất biểu kiến của môi trường bên trên mặt đất tại khu vực phía sau giảng đường
H1 theo hướng Nam-Bắc của Trường Đại Học Bách Khoa.

6. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
+ Tổng quan hóa, cho ta cái nhìn bao quát về cơ sở của phương pháp thăm dị
điện.
+ Trình bày quy trình đo đạc và thu thập số liệu ngoài thực địa của phương
pháp đo mặt cắt điện.
+ Đánh giá độ nhạy của thiết bị sử dụng trong phương pháp đo mặt cắt điện,
từ đó lựa chọn cấu hình thiết bị phù hợp với đối tượng nghiên cứu nhằm đem lại kết
quả tốt cho cuộc khảo sát.
+ Đưa ra được các kết quả giải đoán sự phân chia cục bộ và đặc điểm của cấu
trúc địa chất phân chia cục bộ của nền địa chất tại khu vực phía sau giảng đường H1
của trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, nhằm phục vụ cho việc xây dựng nền
móng cơng trình dân dụng tại đây.

7. Bố cục của luận văn:
- Phần mở đầu: Gồm 4 trang giới thiệu chung về luận văn.
- Phần nội dung: 4 chương
+ Chương 1: Tổng quan cơ sở vật lý – địa chất trong thăm dò điện.
+ Chương 2: Tổng quan lý thuyết phương pháp đo mặt cắt điện.
+ Chương 3: Đưa ra cấu hình thiết bị, đánh giá độ nhạy và quy trình đo đạc của
thiết bị sử dụng trong phương pháp đo mặt cắt điện.
+ Chương 4: Xử lý số liệu và nhận xét.
-

Phần kết luận:
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ

SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

B. NỘI DUNG
CHƯƠNG I
CƠ SỞ ĐỊA CHẤT – VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP THĂM DỊ ĐIỆN
1.1. Tính chất dẫn điện của vật chất dưới mặt đất
Hình dạng và tính chất của trường điện từ trong đất phụ thuộc vào nguồn gây
ra trường và các tính chất điện từ của đất đá. Tính chất điện từ của đất đá được thể
hiện qua các tham số: Điện trở suất  , độ điện thẩm  , độ từ thẩm  , ngoài ra ta cịn
xét đến độ hoat động điện hóa  , độ phân cực  . Đối với một loại đất đá bất kỳ,
các tham số điện từ đã nêu phản ánh định lượng khách quan thành phần khoáng vật
và thạch học, cấu trúc và lịch sử tạo thành, điều kiện và thế nằm của chúng,…
Ngoài ra, các tham số đã nêu cũng phụ thuộc vào tần số biến đổi của trường điện từ
và các điều kiện vật lý khác. Điện trở suất là tham số điện từ quan trọng nhất được
nghiên cứu trong địa điện, trong hệ SI điện trở suất được đo bằng Ohm.m (.m) , còn
đại lượng ngược lại là độ dẫn điện  , được đo bằng

1
.
.m

Dòng điện trong môi trường đất đá ở tầng nông (gần mặt đất) truyền dẫn
theo hai cách chính: dẫn điện điện tử và dẫn điện điện phân (hay dẫn điện ion).

Trong dẫn điện điện tử, phần tử tải điện là các điện tử tự do giống như trong các
kim loại. Còn trong dẫn điện điện phân, phần tử tải điện là các ion của môi trường
nước dưới mặt đất.Trong các khảo sát địa kỹ thuật và mơi trường, thì cơ chế dẫn
điện điện phân là thông dụng nhất, dẫn điện điện tử chỉ đóng vai trị quan trọng khi
có sự hiện diện của khoáng vật dẫn điện như các sulfit và graphit kim loại trong
thăm dị khống sản.

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

Chúng ta có thể phân loại một số vật chất bên dưới mặt đất theo cách dẫn điện của
chúng theo (Bảng 1.1):
Bảng1.1: Phân loại vật chất theo cách dẫn điện của chúng.
Bảng
1.1

Điện trở suất của đất đá bên dưới mặt đất có mối quan hệ chặt chẽ vào đặc
tính và độ dẫn của khoáng vật tạo nên chúng. Dựa vào độ lớn của điện trở suất,
khống vật có thể được phân loại theo (Bảng 1.2):

Bảng 1.2 :

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ

SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

Trong đất đá nói chung, tỷ lệ khống vật có điện trở suất thấp chứa trong
chúng càng lớn thì chúng dẫn điện càng tốt. Tuy nhiên, phần lớn trong đất đá,
khoáng vật có điện trở suất rất cao. Do đó, gần đúng có thể xem các đất đá có thể
được tạo nên bởi các khung khoáng vật và dung dịch nước tự nhiên chứa đầy các lỗ
rỗng và khe trong khung khoáng vật ấy. Nước chứa trong khung khống vật có thể
chia làm hai loại: Nước tự do chứa trong các lỗ rỗng gọi là nước khối, và nước liên
kết trên mặt gọi là nước mặt.
Nước khối di chuyển trong đất đá dưới tác dụng của trọng lực và lực mao
dẫn. Phần tử tải điện trong chúng là các ion muối khoáng. Do vậy, lượng nước khối
và độ khống hóa của nó xác định điện trở suất của đất đá. Vì các q trình điện hóa
khác nhau, nên bề mặt các hạt rắn của đất đá có hấp thụ một lớp nước mỏng, mặt
trong của lớp nước trên mặt này có các điện tích của pha rắn, cịn mặt ngồi có các
ion ngược dấu của pha lỏng. Kết quả là một lớp điện kép được tạo thành. Tùy theo
khả năng giữ ion, mà lớp nước trên mặt được gọi là liên kết bền hay khơng bền, khi
có dịng điện chạy qua các ion của nước trên mặt bị phân cực.

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật chất dưới mặt đất
Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất của đất đá gồm: Thành phần khoáng
vật, độ rỗng và độ nứt nẻ, độ ẩm, độ khống hóa của nước ngầm, kiến trúc bên
trong, nhiệt độ và áp suất.

1.2.1 Thành phần khống vật
Thơng thường, các khống vật trong đất đá khơng dẫn điện, vì vậy điện trở
suất của phần lớn các đất đá trầm tích, biến chất và phun trào ít phụ thuộc vào thành
phần khống vật.

1.2.2. Độ rỗng và độ nứt vỏ
Khi tăng độ rỗng, điện trở suất của đất đá giảm, do số lượng nước khối và
nước trên mặt tăng lên. Các đất đá rắn nứt nẻ ( trầm tích, biến chất, phun trào ) thì
có điện trở suất cao nhất. Nếu các đất đá này nằm dưới mặt nước ngầm thì điện trở
suất lại thấp.

1.2.3. Độ ẩm
Khi tăng độ ẩm, tức độ ngấm nước của phần rỗng, điện trở suất của đất đá
giảm đi. Vì vậy, độ dẫn điện của đất đá ở dưới mực nước ngầm thường lớn hơn trên
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

mực nước ngầm. Điều này được thể hiện rõ ở các loại như cát thơ, loại đá có nhiều
khe nứt,… vì trong chúng nước khối chiếm ưu thế. Còn, đối với sét sự chênh lệch
đó khơng rõ rệt. Vì ở sét nước trên mặt giữ vai trò quan trọng hơn nước khối nên sự
chênh lệch về điện trở suất nêu trên không rõ rệt.

1.2.4. Độ khống hóa của nước ngầm

Điện trở suất của đất đá phụ thuộc vào điện trở suất của nước khoáng. Trong
điều kiện tự nhiên, thường độ muối nhỏ, thì điện trở suất có thể xem là đại lượng tỷ
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 điện trở suất của nước khống bằng cách xem nó
chỉ do một loại muối nào đó trong vùng tạo nên. Thơng thường, người ta lấy NaCl
làm đại diện, và có thể dùng cơng thức thực nghiệm:

~

8,4
M

(1.1)

trong đó M là độ khống hóa, đơn vị g/l .
ρ là điện trở suất của muối khoáng.

1.2.5. Kiến trúc bên trong của đất đá.
Các đặc tính của kiến trúc và cấu tạo của đất đá không những làm thay đổi
giá trị của điện trở suất của nó, mà cịn gây tính bất đẳng hướng về điện. Tính bất
đẳng hướng được thể trước tiên trong các loại đất đá sét trầm tích và trong các phiến
thạch, đó là các loại được cấu tạo bởi các lớp mỏng có điện trở suất khác nhau.
Theo phương phân lớp có điện trở suất nhỏ hơn theo phương cắt ngang lớp.
Đối với đất đá biến chất cũng vậy. Nếu đất đá bị nứt nẻ, mà các khe nứt có
phương ưu tiên theo quy luật thống kê thì sẽ có tính bất đẳng hướng về tính dẫn
điện. Để đặc trưng cho tính bất đẳng hướng về điện, người ta thường dùng tham số
bất đẳng hướng:



n
t

(1.2)

Trong đó,  n là điện trở suất theo phương thẳng góc với lớp.

 t là điện trở suất theo phương phân lớp.

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

1.2.6. Nhiệt độ và áp suất
Điện trở suất của đất đá phụ thuộc vào điện trở suất của nước ngầm chứa
trong đất đá. Mà điện trở suất của nước ngầm phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ
tăng, độ linh động của ion trong nước khoáng tăng, điện trở suất giảm. Sự phụ thuộc
ấy được thể hiện bởi công thức:

t 

18
1   (t  18)

(1.3)

Trong đó:
t là nhiệt độ (o C)

18 là điện trở suất ở 18o C

 là hệ số nhiệt, trong khoảng nhiệt độ 18  50o , hệ số này ít thay đổi
với các dung dịch nước muối khác nhau.
Khi nhiệt độ tăng theo chiều sâu, điện trở suất sẽ giảm. Khi nhiệt độ giảm
xuống dưới 0 o C , điện trở suất thay đổi đột ngột, vì các đất đá dẫn điện thơng
thường bằng ion có trong khung khoáng vật và dung dịch trong các lỗ rỗng, nay
xuất hiện thêm thành phần dung dịch đóng băng.
Cịn sự phụ thuộc của điện trở suất vào áp suất thì khá phức tạp, tùy thuộc
vào các loại đất đá. Đối với các đất đá trầm tích xốp và ngậm nước , điện trở suất
tăng khi áp suất tăng, vì khi đó thể tích các lỗ rỗng và các đường rỗng chứa dung
dịch dẫn điện giảm, do đó điện trở suất tăng.
Nhận xét
Các đất đá rắn ( trầm tích, biến chất, phun trào ) có điện trở suất cao nhất.
Đối với các nham thạch này, độ nứt nẻ và độ phong hóa có tác dụng quyết định đến
độ lớn điện trở suất.
Các đất đá rắn nứt nẻ nằm dưới mạch nước ngầm có điện trở suất thấp. Nếu
mức độ nứt nẻ và phong hóa mạnh,đồng thời nước ngầm có độ khống hóa cao,
điện trở suất của loại đát đá này có thể bé hơn hàng chục, hàng trăm lần so với đất
đá đặc sít. Nếu trong các khe nứt chỉ chứa khơng khí thì điện trở suất tăng.
Điện trở suất của các đất đá trầm tích tơi hồn tồn được xác định bởi các
điều kiện thủy địa chất.
Sét có điện trở suất thấp nhất và ít biến đổi nhất.
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 10


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

Đối với các nham thạch trầm tích kích thước hạt càng lớn thì điện trở suất
càng lớn.
Để có cái nhìn định lượng về điện trở suất của đất, đá, vật liệu và một số hóa
chất. Keller, Frischknecht (1966) và Daniels, Alberty (1966) đã đưa ra bảng số liệu
được trình bày trong (Bảng 1.3). Điện trở suất của các đá xâm nhập và biến chất
thường có giá trị rất cao, giá trị điện trở suất của các loại đá này phụ thuộc nhiều
vào độ nứt nẻ và mức độ chứa nước trong các đới nứt nẻ đó. Do vậy, giá trị của điện
trở suất ứng với mỗi loại đất đá có thể thay đổi trong một giới hạn khá rộng, từ hàng
triệu .m đến nhỏ hơn một .m , phụ thuộc vào độ ẩm và độ khống hóa của nước.
Đây là một trong những đặc tính rất thiết thực trong việc phát triển các đới nức nẻ,
dập vỡ và các đặc trưng phong hóa trong khảo sát địa kỹ thuật và thăm dị nước
ngầm.
Các đá trầm tích thường có độ xốp và độ chứa nước cao hơn nên có giá trị
điện trở suất thấp hơn so với các đá thâm nhập và đá biến chất, giá trị điện trở suất
của các đá này thường thay đổi trong khoảng từ 10 .m đến 10000 .m , hầu hết đều
có giá trị nhỏ hơn 1000 .m , giá trị của điện trở suất phụ thuộc rất lớn vào độ xốp
và độ chứa nước của đá và đặc biệt là độ khống hóa của nước chứa trong các lỗ
rỗng.
Các trầm tích bỡ rời khơng gắn kết thường có giá trị điện trở suất thấp hơn
các đá trầm tích, với giá trị thay đổi từ vài .m đến nhỏ hơn 1000. Giá trị điện trở
suất của chúng phụ thuộc vào độ xốp (chẳng hạng như các trầm tích chứa nước bảo
hịa) và hàm lượng các khống vật sét, đất sét thường có giá trị điện trở suất thấp

hơn đất cát. Chú ý rằng, điện trở suất của các loại đất đá thường thay đổi trong một
giới hạn khá rộng và chồng chéo lên nhau, vì chúng phụ thuộc một cách chặt chẽ
vào các tham số như: độ xốp, mức độ nước bảo hoà và hàm lượng các muối hoà tan.
Giá trị điện trở suất của nước dưới đất dao động trong khoảng từ 10 đến 100
Ohm.m, phụ thuộc vào hàm lượng các muối hồ tan có trong chúng. Chú ý rằng,
điện trở suất của nước biển rất thấp ( khoảng 0.2 .m ), do hàm lượng muối cao.
Điều này giúp cho phương pháp thăm dò điện trở thành một kỹ thuật khá lý tưởng
trong việc đo vẽ bản đồ xác định ranh giới nhiễm mặn ở các vùng Duyên Hải.
Phương trình đơn giản biểu diễn mối quan hệ giữa điện trở suất của đá xốp và tham
số bão hồ của chất lỏng có trong chúng đó là định luật Archie. Định luật này có thể
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

áp dụng cho một số loại đá và trầm tích nhất định, đặc biệt là các đối tượng có hàm
lượng sét thấp.
Trong đó, độ dẫn điện có thể được giả thiết là do các chất lỏng chứa đầy trong
các lỗ xốp của đá. Từ định luật Archie, ta có:

  a  w m

(1.4)

Trong đó:



điện trở suất của đá.

 w điện trở suất của chất lỏng.


tỉ lệ đá chứa chất lỏng.

a và m là các tham số thực nghiệm.
Hầu hết các đá, a có giá trị vào khoảng 1 và m có giá trị vào khoảng 2. Đối
với các đá trầm tích có một hàm lượng sét đáng kể thì có các phương trình liên hệ
phức tạp hơn.
Các giá trị điện trở suất của một số quặng cũng đã được đưa ra và cho thấy
các sulfit kim loại như pyrhotite, galena và pyrit có giá trị điện trở suất đặc trưng
thấp, thường nhỏ hơn 1 .m . Điểm đặc biệt là giá trị điện trở suất của một thân
quặng hoặc một đối tượng nhất định có thể có sự khác biệt rất lớn so với giá trị điện
trở suất của các tinh thể riêng. Các tham số khác như đặc tính của thân quặng (đặc
sít hoặc xâm tán), cũng có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị điện trở suất. Một điểm
quan trọng nữa là than chì có giá trị điện trở suất thấp tương tự như sulfit kim loại.
Đó là các tiên đề thuận lợi cho việc ứng dụng phương pháp thăm dị điện, cũng như
đáp ứng của các bài tốn trong thăm dị khống sản. Hầu hết các oxid như hematite,
có giá trị điện trở suất khơng thấp lắm, ngoại trừ magnetic.
Giá trị điện trở suất của một số loại vật liệu hoặc hóa chất ơ nhiễm cơng
nghiệp cũng đã được trình bày trong (Bảng 1.3). Một số kim loại như sắt có giá trị
điện trở suất rất thấp. Các hoá chất điện phân mạnh như potasium chloride, và
sodium chloride có thể làm giảm một cách đáng kể điện trở suất của nước dưới đất
đến một giá trị nhỏ hơn 1 .m ngay cả khi các hóa chất này có hàm lượng tương đối
thấp. Ảnh hưởng của các chất điện phân yếu như acetic acid, tương đối nhỏ hơn.

Các hydrocarbon như xylen có giá trị điện trở suất đặc biệt khá cao. Tuy nhiên,
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

trong thực tế, tỉ lệ phần trăm của hydrocarbon trong đá hoặc đất là khá nhỏ, và do
vậy chúng không ảnh hưởng đáng kể đến điện trở suất chung.

Bảng 1.3:

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

1.3. Các tham số điện từ khác.
1.3.1. Độ điện thẩm

và độ từ thẩm μ

1.3.1.1. Độ điện thẩm
Độ điện thẩm đặc trưng cho khả năng của của 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 vật rắn và ngay cả trong các hạt rắn. trong các chất thơng thường, nước
có độ điện thẩm lớn nhất. Khi có dịng điện chạy qua thì vectơ phân cực P được xác
định bởi vectơ phân cực của chất điện ly ngầm trong nham thạch Pđl và vectơ phân
cực của đất đá Pđ, tức là:
P = Pđl + Pđ = xđlE - xđE

(1.5)

Trong đó:
E là cường độ điệntrường.
xđl, xđ là hệ số phân cực của nước và của nham thạch
xđl =
Với

đl,

o là

đl

-

o

(1.6)

độ điện thẩm tuyệt đối của nước và của chân không.

Trong hệ SI ta biết:

Nên độ điện thẩm tỉ đối:
(1.7)

Đại lượng xđ đặc trưng cho sự phân cực kích thích của nham thạch có giá trị
lớn đối với dịng khơng đổi hoặc biến đổi tần số thấp (f < 10 Hz), khi ấy xđl << xđ
nên lúc đó có thể bỏ qua hệ số phân cực của chất điện ly, và có giá trị bé đối với
dòng tấn số cao ( ở 100 Hz xnt ≈ 0) nên lúc này có thể bỏ qua xđ so với xđl.
Ta biết rằng tương quan giữa dòng dẫn và dòng điện dịch phụ thuộc vào tần
số của trường. Trong trường hợp điện hóa

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý
(1.8)

Đối với đa số nham thạch ρ ≤ 1000 Ωm, ε = 5εo = (5.10-9. )/(36π.m)
Do đó f ≤ 105
Như vậy trong nham thạch vai trò của dòng điện dịch chỉ rõ rệt khi tần số lớn

hơn 105 Hz, tức độ điện thẩm có ảnh hưởng lên đặc tính của trường chỉ trong các
nghiên cứu dùng tần số cao.
Độ ngậm nước là yếu tố ảnh hưởng đến độ điện thẩm của dung dịch. Các
trầm tích xốp và khơ có độ điện thẩm bé, cịn các nham thạch xốp và hồn tồn
ngậm nước có độ điện thẩm rất lớn.
Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến độ điện thẩm của nước nên nhiệt độ cũng ảnh
hưởng nhiều lên độ điện thẩm của nham thạch xốp.

1.3.1.2. Độ từ thẩm μ
Độ từ thẩm μ đặc trưng cho khả năng của chất làm tập trung đường sức của
từ trường. Đối với hầu hết các đất đá từ thẩm tỉ đối μT = 1, tức bằng độ từ thẩm của
khơng khí, riêng một số chất từ ( magnetit, titanmagnetit,piarotin) có độ từ thẩm cỡ
hành chục đơn vị. Tùy theo dung lượng sắt từ μT có giá trị cỡ 3 ÷ 10.
Tần số cao ( f > 104) ảnh hưởng đến độ từ thẩm khi nghiên cứu các loại
quặng có tính chất sắt từ.

1.3.2. Hoạt tính điện hóa
Cường độ của điện trường tự nhiên cục bộ có thể đặc trưng bằng 1 tham số
điện từ của môi trường là hoạt tính điện hóa. Xuất phát từ các giả thuyết khác nhau
tính điện hóa là các đại lượng khác nhau. Thơng thường dùng các khái niệm sau
đây:

1.3.2.1. Hoạt tính khuếch tán hấp thụ
Hoạt tính này quyết định tính chất của nham thạch tạo nên hiệu thế tự nhiên,
vì sự khuếch tán các ion nằm trong các chất điện ly có nồng độ khác nhau và vị sự
hấp thụ chúng trên mặt pha rắn trong nham thạch.
Công thức thực nghiệm biểu diễn liên hệ hiệu thế khuếch tán hấp thụ ∆Ukt-ht
và hiệu thế khuếch tán ∆Ukt với hoạt tính khuếch tán hấp thụ

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ

SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 15


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

(1.9)
Trog đó: Kkt-ht và Kkt là hệ số khuếch tán tán hấp và hệ số khuếch tán
C1, C2 là nồng độ dung dịch chứa trong nham thạch
ρ1, ρ2 là điện trở suất của dung dịch,tỉ lệ với nồng độ
αkt-ht là hoạt tính khuếch tán hấp thụ
Thành phần hóa học, khống vật, độ xốp, độ phân tán của nham thạch và độ
khống hóa của nước dưới đất ảnh hưởng đến hoạt tính khuếch tán hấp thụ, nó biến
đổi từ 5-10 mV ở alevrơlit đến 50 mV ở sét và mecgel.

1.3.2.2. Hoạt tính ngấm lọc
Hoạt tính này đặc trưng cho tính chất của nham thạch tạo nên hiệu thế tự
nhiên khi nước ngầm được lọc qua các nham thạch. Hiệu thế ngấm lọc có thể được
xác định bởi cơng thức:
∆Unl = αnl P

(1.10)

Trong đó: αnl là hoạt tính ngấm lọc
P là áp suất gây ngấm lọc
Hoạt tính ngấm lọc được xác định bởi thành phần khoáng vật của nham thạch, độ
xốp, độ thấm và cả đặc tính khống hóa, độ điện thẩm, độ nhớt của nước dưới đất.

1.3.2.3. Hoạt tính oxy hóa khử
Hoạt tính này đặc trưng cho tính chất của nham thạch tạo nên ở mặt tiếp xúc
giữa vật dẫn điện tử và vật dẫn ion một bước nhảy thế.
Trên mặt tiếp xúc giữa vật dẫn điện tử và vật dẫn ion các q trình điện hóa
làm xuất hiện một bước nhảy thế, gọi là thế điện cực. các phản ứng oxy hóa khử
đóng vai trị chính trong q trình đó.
Hiệu số của hoạt tính oxy hóa khử và hoạt tính khuếch tán hấp thụ:
αo-k = Ko-k - Kkt-ht

(1.11)

Thực nghiệm xác định được:
(1.12)
Trong đó: ∆Uo-k là hiệu thế giữa dung dịch oxy hóa và mặt vật dẫn điện tử
khi dung dịch có nồng độ khác nhau C’ và C”.
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 16


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

Svesnhicơp đã nghiên cứu và nêu lên các yếu tố xác định hoạt tính oxy hóa
khử như sau:
+ Thành phần hóa học của khoáng vật gây nên các giá trị thế điện cực khác
nhau.
+ Cấu trúc và độ dẫn của vật quặng ảnh hưởng lên cường độ điện trường.

chẳng hạn vật quặng có khối đặc sít dẫn điện tốt phân cực mạnh hơn vật quặng xâm
tán.
+ Thành phần hóa học và nồng độ của nước ngầm đóng vai trị rất quang
trọng trong việc tạo nên các điện thế tự nhiên.
+ Sự phân bố và vận động của nước ngầm ảnh hưởng lên cường độ và độ ổn
định của thế phân cực của quặng.

1.3.3. Độ phân cực η
Khi có dịng điện chạy qua, các nham thạch bị phân cực. Sự phân cực được
xác lập chậm theo thời gian nên không những làm biến đổi cường độ của trường
trong mơi trường khi có dịng điện chạy qua mà còn làm xuất hiện cả các thế thứ
cấp sau khi mất dòng. Các thế tương tự được gọi là thế phân cực kích thích. Nguyên
nhân gây ra chúng là q trình điện thế hóa khác nhau.
Người ta biểu diễn mức độ phân cực kích thích qua tham số η gọi là đô phân
cực của môi trường. Độ phân cực của môi trường bằng tỉ số giữa hiệu thế phân cực
kích thích ∆Upk đo ở thời điểm 0,5s sau khi ngắt dòng phát và hiệu thế ∆U của
trường sơ cấp:
(1.13)
Thế phân cực liên quan đến các quá trình xảy ra trong các tham thạch ở chỗ
tiếp xúc pha rắn và pha lỏng. Thế phân cực kích thích cực đại nếu nham thạch gồm
các khoáng vật dẫn điện điện tử và rất bé đối với nham thạch dẫn điện ion.
Giá trị η đối với các loại nham thạch khác nhau biến đổi từ 0,1 đến 30,40%
và được xác định bởi các yếu tố sau: Thành phần khoáng vật, các đặc điểm kiến trúc
cấu tạo của nham thạch, độ ẩm, độ khống hóa của nước ngầm.
Độ phân cực cịn được xác định bởi cả dung lượng các khoáng vật dẫn điện
tử Kv, cả điện tích tiếp xúc giữa chúng với môi trường dẫn điện ion.
GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 17

Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

Từ lí thuyết và thực nghiệm ta thu được biểu thức sự phụ thuộc của η vào
dung lượng khối của các vật xâm tán Kv:
(1.14)
Trong đó β là hệ số phụ thuộc vào cấu trúc, thành phần và vào các yếu tố
khác, β biến đổi trong giới hạn vài đơn vị, đối với sulfit β ≈ 2,5.
Khi tăng độ ẩm, độ phân cực của nham thạch chứa khoáng vật quặng tăng.
Trong các điều kiện địa chất, thủy địa chất xác định giá trị độ phân cực của nham
thạch khá ổn định. Ngoài ra mật độ dòng gây phân cực và độ kéo dài của dịng, loại
hệ cực đo,…khác nhau thì độ phân cực khác nhau. Để so sánh các kết quả đo thế
phân cực kích thích cần phải đo chúng trong cùng các điều kiện giống nhau

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

Trang 18


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

CHƯƠNG 2
LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP MẶT CẮT ĐIỆN
Phương pháp mặt cắt điện được sử dụng để ghi nhận sự thay đổi giá trị của

điện trở suất biểu kiến theo phương ngang ở độ sâu gần như không đổi tức là cho
phép ta nghiên cứu một tầng đất đá có chiều sâu gần như không đổi. Phương pháp
này thường được sử dụng trong tìm kiếm khống sản, xác định vị trí các đứt gãy,
các đới dập vỡ hoặc xác định các thể địa phương cục bộ trong mơi trường. Ngồi ra,
phương pháp này cũng thường được sử dụng để xác định chiều sâu của đá gốc và sự
hiện diện của bậc không liên tục dọc theo tuyến khảo sát.

2.1. Điện cực và trường của điện cực trong không gian đồng nhất
Điện cực thường là một thanh hoặc một đĩa kim loại hoăc một bình xứ xốp
trong đó chứa điện cực đồng nhúng trong dung dịch H2SO4 ( loại điện cực không phân
cực ).

2.1.1. Điện cực cầu
Xét trường hợp lý tưởng, điện cực là một quả cầu dẫn điện bán kính a, được đặt
trong môi trường dẫn điện vô hạn, điện trở suất 
Giả sử có dịng điện liên tục chạy từ tâm hình cầu ra mơi trường, phân bố đều
về mọi phía, cường độ tổng cộng I


Ta có dịng điện phân bố đều nên mật độ dòng j ở một điểm cách tâm quả cầu

một khoảng r được tính là

j


I r
4r 2 r

Từ quan hệ giữa dòng và thế



1
1 U r
j   gradU  

 r r

Suy ra
I
1 U

2
 r
4r

dU  

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

I dr
4 r 2

Trang 19


Khóa luận tốt nghiệp

Lớp: 09CVL – Khoa Vật Lý

I

 dU  4r
Do đó
U (r) 

I
4r

(2.1)

2.1.2. Điện cực bán cầu
Bây giờ ta xét trường hợp: môi trường là nửa không gian dẫn điện vơ hạn. Điện
cực là một bán cầu có bán kính a đặt trên mơi trường.
Ta có thể giải bài toán này bằng phương pháp ảnh điện. Ta thêm một nửa không
gian trên bằng ảnh của nửa không gian dưới của mặt phân chia. Môi trường thu được
sau phép phản chiếu trên sẽ là không gian đồng nhất chứa một điện cực cầu có mọi
tham số như bài tốn trước. Chỉ khác ở chỗ dòng điện phát được nhân đôi, tức là 2I.
Ta dễ dàng viết được biểu thức thế ở một điểm cách tâm điện cực bán cầu
khoảng r:
U (r ) 

2I I

4r 2r

(2.2)

Ta dễ dàng nhận thấy rằng, điện thế ở những điểm ngoài điện cực cầu, điện cực
bán cầu khơng phụ thuộc vào kích thước điện cực. Vì vậy nếu cho a 0, điện cực biến
thành điện cực điểm.
Và thế gây ra bởi điện cực cầu và điểm trong môi trường đồng nhất là:
U (r) 

I
4r

(2.3)

Thế điện cực bán cầu và điện cực điểm trên nữa không gian đồng nhất là
U (r) 

I
2r

(2.4)

2.2. Trường của hệ điện cực trên nữa không gian đồng nhất
M
N

A(+)

GVHD: Th.S Lương Văn Thọ
SVTH: Văn Thị Hiền

B(-)

Trang 20