Hiệu quả áp dụng phương pháp đo sâu từ tellua nghiên cứu cấu trúc trường địa nhiệt khu vực nước nóng bang lệ thủy tỉnh quảng bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM NGỌC ĐẠT

HIỆU QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU
TỪ TELLUA NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU
TRƯỜNG ĐỊA NHIỆT KHU VỰC NƯỚC NĨNG
BANG - LỆ THỦY - TỈNH QUẢNG BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM NGỌC ĐẠT

HIỆU QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU
TỪ TELLUA NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU
TRƯỜNG ĐỊA NHIỆT KHU VỰC NƯỚC NĨNG
BANG - LỆ THỦY - TỈNH QUẢNG BÌNH
Chun ngành: Kỹ thuật Địa vật lý
Mã số: 60520502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỊA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Nguyễn Trọng Nga

HÀ NỘI - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực. Tài liệu sử dụng làm trong luận văn đã được
sự đồng ý của cơ quan chủ quản. Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về cơng trình
nghiên cứu của mình.

Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2015
Tác giả

Phạm Ngọc Đạt


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÁO CÁO VỀ VIỆC BỔ SUNG, SỬA CHỮA LUẬN VĂN
THEO BIÊN BẢN CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Kính gửi: - Trường Đại học Mỏ - Địa chất
- Phòng Đào tạo Sau đại học
Họ và tên học viên: Phạm Ngọc Đạt
Tên đề tài luận văn: “ Hiệu quả áp dụng phương pháp đo sâu Từ - Tellua
nghiên cứu cấu trúc sâu trường địa nhiệt khu vực nước nóng Bang- Lệ Thủy- Quảng
Bình”
Chun ngành: Kỹ thuật Địa Vật lý.

Mã số: 60520502

Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Trọng Nga
Sau khi bảo vệ luận văn thạch sĩ, học viên đã sửa chữa và bổ sung luận văn
theo Biên bản của Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ. Cụ thể đã sửa chữa và bổ
sung các nội dung sau đây:
1. Học viên đã sửa chữa một số lỗi chính tả, lỗi thuật ngữ, sắp xếp lại tài liệu
tham khảo theo đúng quy định của nhà trường theo góp ý của thầy nhận xét và góp
ý của hội đồng như: sửa các dấu (.) thành dấu (,) ở các ký hiệu sau phần thập phân ở
trang 4; thống nhất lại cách viết (km) ở trang 12.
2. Học viên đã sửa lại phần kiến nghị “ phần mềm bản quyền chuyên dụng”
thành “ phần mềm chuyên dụng”.
Học viên bảo lưu các nội dung sau trong luận văn với lý do:
1. Về nội dung: chưa có bảng chữ viết tắt, lý do bảo lưu: trong luận văn
không sử dụng chữ viết tắt.
2. Về nội dung: bảng màu ký hiệu giá trị điện trở suất ở hình 1.4 ngược so
với các bảng màu ký hiệu điện trở suất ở chương 3, lý do bảo lưu: Đây là lát cắt
điện trở suất đo sâu Từ- tellua âm tần khu vực Vân Nam- Trung Quốc. Đây là mặt


cắt tham khảo từ tài liệu nước ngoài, nên học viên giữ nguyên nội dung của lát cắt
không can thiệp chỉnh sửa.

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

HỌC VIÊN CAO HỌC

PGS.TS. Nguyễn Trọng Nga

Phạm Ngọc Đạt

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN

PGS.TS. Phan Thiên Hương


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
MỤC LỤC ...................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................6
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TỪ - TELLUA TRONG
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU TRƯỜNG ĐỊA NHIỆT TRONG VỎ TRÁI
ĐẤT .............................................................................................................................4
1.1.Tổng quan trường địa nhiệt ................................................................................4
1.1.1. Trường địa nhiệt của trái đất ........................................................................4
1.1.2 Cấu trúc bồn địa nhiệt ...................................................................................5
1.2. Tổng quan về áp dụng phương pháp Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc sâu
trường địa nhiệt.........................................................................................................8
1.2.1. Tổng quan về áp dụng phương pháp Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc
sâu trên Thế giới ....................................................................................................8
1.2.2. Tổng quan về áp dụng phương pháp Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc
sâu tại Việt Nam.....................................................................................................9
1.3. Vai trò của phương pháp đo sâu Từ - Tellua trong nghiên cứu cấu trúc
trường địa nhiệt.......................................................................................................11
1.3.1. Khả năng nghiên cứu cấu trúc sâu của phương pháp đo sâu Từ - Tellua ..11
1.3.2. Ảnh hưởng của trường địa nhiệt đến cấu trúc vỏ Trái đất .........................12
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELLUA ..............................................15

2.1. Nguồn gốc trường Từ - Tellua.........................................................................15
2.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp đo sâu Từ - Tellua. ....................................16
2.2.1. Trường Từ -Tellua trên môi trường vỏ trái đất ..........................................16
2.2.2. Trở kháng của môi trường phân lớp nằm ngang........................................17
2.2.3. Các giá trị tiệm cận của trở kháng .............................................................18


2.2.4. Hai khoảng tần số tương ứng với cấu trúc vỏ Quả đất ..............................19
2.2.5. Cơng thức tính điện trở suất T .................................................................20
2.2.6. Đường cong đo sâu MTZ lý thuyết............................................................21
2.3. Phương pháp kỹ thuật thực địa đo sâu Từ-Tellua ...........................................21
2.4. Phương pháp xử lý tài liệu đo sâu Từ-Tellua ..................................................26
2.4.1. Xử lý số liệu sơ bộ .....................................................................................27
2.4.2. Xử lý số liệu theo mơ hình 1D ...................................................................28
2.4.3. Xử lý số liệu bằng mơ hình 2D ..................................................................29
Chương 3. KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELLUA
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC TRƯỜNG ĐỊA NHIỆT KHU VỰC BANG - LỆ
THỦY- QUẢNG BÌNH ............................................................................................33
3.1. Vị trí địa lý, tự nhiên, khu vực Bang - Lệ Thủy - Quảng Bình .......................33
3.2. Đặc điểm địa chất khu vực Bang - Lệ Thủy - Quảng Bình .............................34
3.2.1. Các thành tạo địa chất ................................................................................34
3.2.2. Đặc điểm cấu trúc ......................................................................................35
3.2.3. Đặc điểm đứt gẫy kiến tạo .........................................................................36
3.3. Kết quả đo sâu Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc sâu khu vực Bang- Lệ
Thủy- Quảng Bình ..................................................................................................39
3.3.1. Kết quả xử lý theo tuyến đo .......................................................................40
3.3.2. Kết quả xử lý theo diện tích. ......................................................................60
3.4. Kết quả luận giải cấu trúc bồn địa nhiệt theo tài liệu đo sâu Từ - Tellua .......62
KẾT LUẬN ...............................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH

TT

Tên hình

Trang

Hình 1.1. Cấu trúc và phân bố nhiệt độ trong trái đất .................................................5
Hình 1.2. Mơ hình lý tưởng về cấu trúc một hệ địa nhiệt ...........................................5
Hình 1.3. Mơ hình địa điện nguồn thủy địa nhiệt: ......................................................7
Hình 1.4. Lát cắt điện trở suất đo Từ - Tellua âm tần ...............................................11
khu vực Vân Nam- Trung Quốc................................................................................11
Hình 1.5. Lát cắt điện trở suất đo Từ - Tellua tuyến Thanh Hóa- Mỹ Đức ..............12
(Hà Nội) (Kết quả từ đề tài KC08/ 06-10) ................................................................12
Hình 1.6. Điện trở suất của một số loại đá và khống vật [TelFord, 2004]. .............14
Hình 2.1. Dải phổ tần số của trường Từ - Tellua ......................................................15
Hình 2.2. Nguồn gốc trường từ - Tellua ...................................................................16
Hình 2.3. Thiết bị đo Từ - Tellua MTU 2000 ...........................................................22
Hình 2.4a. Bố trí điện cực chuẩn...............................................................................23
Hình 2.4b. Bố trí điện cực khi có chướng ngại địa hình ...........................................23
Hình 2.5a. Sơ đồ bố trí 3 thành phần từ theo quy chuẩn...........................................24
Hình 2.5b. Sơ đồ bố trí 3 thành phần từ khi có chướng ngại vật ..............................24
Hình 2.6. Đường cong T(F) thực địa tại một điểm đo .............................................28
Hình 2.7. Giao diện làm việc của phần mềm phân tích 1D -IPI2Win(MT) .............29
Hình 2.8. Đường cong điện trở suất ρT tại một điểm đo ...........................................30
Hình 2.9b. Lát cắt điện trở suất theo mơ hình 2D. ....................................................32

Hình 3.1. Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu ...............................................................33
Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc địa chất kiến tạo khu vực Bang .........................................38
Hình 3.3. Sơ đồ phân bố điểm đo và các tuyến phân tích tài liệu Từ-Tellua ...........39
Hình 3.4. Đường cong T thực địa ............................................................................40
Hình 3.5. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρTxy; (b) lát cắt điện trở suất ρTxy
theo mơ hình 1D; (c) lát cắt địa điện tuyến T1 theo ρTxy1D.....................43
Hình 3.6. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρ T2D;(b) lát cắt điện trở suất biến đổi
vi phân ρ*T2D; (c) lát cắt địa điện tuyến T1 theo ρ*T2D..............................44


Hình 3.7. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρTxy; (b) lát cắt điện trở suất ρTxy theo
mơ hình 1D; (c) lát cắt địa điện tuyến T2 theo ρTxy1D................................46
Hình 3.8. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρ T2D;(b) lát cắt điện trở suất biến đổi
vi phân ρ*T2D; (c) lát cắt địa điện tuyến T2 theo ρ*T2D..............................47
Hình 3.9. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρTxy; (b) lát cắt điện trở suất ρTxy theo
mơ hình 1D; (c) lát cắt địa điện tuyến T3 theo ρTxy1D................................49
Hình 3.10. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρ

T2D;(b)

lát cắt điện trở suất biến

đổi vi phân ρ*T2D; (c) lát cắt địa điện tuyến T3 theo ρ*T2D .......................50
Hình 3.11. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρTxy; (b) lát cắt điện trở suất ρTxy
theo mơ hình 1D; (c) lát cắt địa điện tuyến T4 theo ρTxy1D ........................52
Hình 3.12. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρ

T2D;(b)

lát cắt điện trở suất biến

đổi vi phân ρ*T2D; (c) lát cắt địa điện tuyến T4 theo ρ*T2D .......................53
Hình 3.13. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρTxy; (b) lát cắt điện trở suất ρTxy
theo mơ hình 1D; (c) lát cắt địa điện tuyến T5 theo ρTxy1D ........................55
Hình 3.14. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρ

T2D;(b)

lát cắt điện trở suất biến

đổi vi phân ρ*T2D; (c) lát cắt địa điện tuyến T5 theo ρ*T2D .......................56
Hình 3.15. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρTxy; (b) lát cắt điện trở suất ρTxy
theo mô hình 1D; (c) lát cắt địa điện tuyến T6 theo ρTxy1D ........................58
Hình 3.16. (a) Lát cắt điện trở suất biểu kiến ρ T2D;(b) lát cắt điện trở suất biến
đổi vi phân ρ*T2D; (c) lát cắt địa điện tuyến T6 theo ρ*T2D .......................59
Hình 3.17. Bản đồ đẳng trị điện trở suất theo diện ở chiều sâu 5.5 km ....................61
Hình 3.18a. Lát cắt địa điện luận giải sự vận động của dòng nhiệt tuyến T6 ...........63
Hình 3.18b. Lát cắt địa điện luận giải sự vận động của dịng nhiệt tuyến T4 ..........64
Hình 3.19. Mơ hình từ tài liệu thực tế tại Long Valley Candera -Mỹ ......................64


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khi tìm nguồn địa nhiệt, người ta thường sử dụng tổ hợp các phương pháp
thăm dò điện để nghiên cứu cấu trúc của các trường địa nhiệt. Trong đó phương
pháp thăm dị điện trở cho phép nghiên cứu chi tiết phần nông trên bề mặt, vì
phương pháp điện trở suất nếu chiều sâu nghiên cứu lớn hơn vài trăm mét thì yêu
cầu nguồn phát phải lớn, kích thước hệ cực có chiều dài lớn hơn từ 7 đến 10 lần độ

sâu nghiên cứu. Trong điều kiện địa hình thuận lợi để nghiên cứu tới độ sâu từ 500
(m) đến 1000 (m), có thể áp dụng phương pháp Trường chuyển. Khi yêu cầu nghiên
cứu cấu trúc sâu >1000(m), trong nhóm các phương pháp điện, điện từ chỉ có
phương pháp đo sâu Từ - Tellua mới đáp ứng được nhiệm vụ này, do ở dải tần số
thấp theo hiệu ứng Skin cho phép thấm tới chiều sâu này, hơn nữa kích thước MN
nhỏ cho phép đo ở địa hình hẹp.
Hiện đã có một số cơng trình nghiên cứu trong nước sử dụng phương pháp
đo sâu Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất và cấu trúc chứa khoáng sản
dẫn điện. Sử dụng phương pháp đo sâu Từ - Tellua trong nghiên cứu cấu trúc
trường địa nhiệt vẫn chưa được áp dụng. Với mục đích nghiên cứu cấu trúc sâu
phục vụ nghiên cứu trường địa nhiệt Viện Địa chất đã áp dụng phương pháp này, vì
vậy học viên đã lựa chọn đề tài của luận văn “Hiệu quả áp dụng phương pháp đo
sâu Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc trường địa nhiệt khu vực nước nóng BangLệ Thủy- tỉnh Quảng Bình”.
2. Mục tiêu của đề tài
Áp dụng các hiệu quả của phương pháp đo sâu Từ - Tellua trong nghiên cứu
cấu trúc sâu để làm rõ cấu trúc địa chất liên quan đến trường địa nhiệt khu vực nước
nóng Bang - Lệ Thủy - Quảng Bình.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
*Đối tượng nghiên cứu: là cấu trúc địa chất dưới sâu liên quan đến môi trường
dẫn nhiệt vỏ trái đất.
* Phạm vi nghiên cứu: là bồn địa nhiệt khu vực nước nóng Bang- Lệ Thủy Quảng Bình.


2

4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu, xây dựng lát cắt địa điện từ kết quả phân tích tài liệu đo sâu Từ
-Tellua.
- Luận giải cấu trúc địa chất phản ánh môi trường địa nhiệt theo lát cắt địa điện.
5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp Địa Vật lý gồm các phương pháp: phân tích số liệu Từ Tellua theo mơ hình 1D và phương pháp biến đổi đường cong vi phân ρ*T2D theo
mơ hình 2D
- Phương pháp địa chất theo mơ hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất.
6. Điểm mới của luận văn
Trong luận văn đã áp dụng thành công phương pháp biến đổi điện trở suất vi
phân ρ*T2D theo mơ hình 2D có độ phân giải cao theo phương thẳng đứng và
phương nằm ngang phản ảnh rõ các bất đồng nhất địa phương nên xác định được
khá chính xác vị trí đứt gẫy F8, F6 và cấu trúc địa chất bồn địa nhiệt khu vực nước
nóng Bang - Lệ Thủy - Quảng Bình.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
* Ý nghĩa khoa học: Góp phần đánh giá hiệu quả áp dụng phương pháp đo
sâu Từ - Tellua trong nghiên cứu cấu trúc sâu nguồn địa nhiệt ở Việt Nam.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài đã cung cấp
thêm các thông tin về trường địa nhiệt ở khu vực Bang góp phần cho định hướng
khai thác và sử dụng nguồn nước nóng này.
8. Cấu trúc luận văn
Ngồi phần mở đầu và kết luận, luận văn được trình bày với bố cục 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về phương pháp Từ - Tellua trong nghiên cứu cấu sâu
trường địa nhiệt trong vỏ Trái đất.
Chương 2: Phương pháp đo sâu Từ - Tellua
Chương 3: Kết quả áp dụng phương pháp đo sâu Từ - Tellua nghiên cứu cấu
trúc sâu trường địa nhiệt khu vực Bang - Lệ Thủy - Quảng Bình.


3

Lời cảm ơn!
Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn tới Bộ mơn Địa vật lý, Khoa Dầu khí, Trường
Đại học Mỏ-Địa chất; Phòng Địa Vật lý, Viện Địa chất đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi để học viên hoàn thành luận văn.

Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn tới hai thầy hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn
Trọng Nga và TS.Đoàn Văn Tuyến đã hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt quá trình thực
hiện luận văn. Học viên cảm ơn sâu sắc đối với sự hỗ trợ về nguồn tài liệu của Đề
tài cấp Nhà nước KC.08.16/11-15 để học viên hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, học viên muốn gửi lời biết ơn tới gia đình, thầy cơ giáo, bạn bè
đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ học viên trong suốt quá trình học tập và hoàn
thành luận văn.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TỪ - TELLUA TRONG NGHIÊN CỨU
CẤU TRÚC SÂU TRƯỜNG ĐỊA NHIỆT TRONG VỎ TRÁI ĐẤT
1.1.Tổng quan trường địa nhiệt
1.1.1. Trường địa nhiệt của trái đất
Hiện tượng phun trào của các núi lửa, sự xuất lộ suối nước nóng và các hiện
tượng địa nhiệt khác đã gợi cho tổ tiên chúng ta phỏng đoán rằng các phần bên
trong của Trái đất rất nóng. Tuy nhiên, đến khoảng giữa thế kỷ 16 và 17, khi các mỏ
địa nhiệt đầu tiên được khai đào tới độ sâu vài trăm mét thì người ta cịn suy đốn
rằng nhiệt độ Trái đất tăng dần theo chiều sâu. Các phép đo đầu tiên bằng nhiệt kế
được thực hiện vào năm 1740 do De Gensanne trong một mỏ địa nhiệt gần Belfort,
Pháp (Buffon, 1778). Đến năm 1870, các phương pháp khoa học hiện đại đã được
sử dụng để nghiên cứu cơ chế nhiệt của Trái đất (Bullard, 1965), nhưng mãi đến thế
kỷ 20 người ta mới khám phá ra vai trò nhiệt phóng xạ. Như vậy ngồi nguồn nhiệt
phóng xạ cịn có các nguồn tiềm năng khác như năng lượng ban đầu (tàn dư) của
hành tinh. Các lý thuyết hiện thực trên các mơ hình này phải chờ đến những năm
1980, khi người ta chứng minh được rằng khơng có sự cân bằng giữa nhiệt phóng
xạ sinh ra trong lịng Trái đất và nhiệt được tản mạn trong không gian Vũ trụ, và
hành tinh của chúng ta đang lạnh đi một cách từ từ. Để đưa ra ý tưởng nào đó của

hiện tượng phức tạp và tỷ lệ của nó, chúng ta sẽ trích dẫn một cân bằng nhiệt từ
Stacey và Loper (1988), trong đó tổng năng lượng địa nhiệt từ Trái đất được xác
định là 42 x 1012 W (độ dẫn, đối lưu và bức xạ). Trong hình 1.1 cho thấy: 8 x 1012
W đến từ phần vỏ, chiếm chỉ 2% thể tích của trái đất, nhưng giàu các đồng vị phóng
xạ, 32,3 x 1012 W đến từ manti, chiếm 82% thể tích trái đất và 1,7 x 1012 W đến lõi,
chiếm 16% thể tích Trái đất và khơng chứa các đồng vị phóng xạ (xem hình 1.1 về
sơ đồ cấu trúc bên trong của Trái đất). Như vậy phần nhiệt phóng xạ của manti
được đánh giá khoảng 22 x 1012 W và nguồn nhiệt phi phóng xạ ở phần này của Trái
đất là 10,3 x 1012 W.


5

Hình 1.1. Cấu trúc và phân bố nhiệt độ trong Trái đất
1.1.2 Cấu trúc bồn địa nhiệt
Tổng hợp nhiều kết quả nghiên cứu các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra
được một số mơ hình địa điện của hệ địa nhiệt (phổ biến) như sau:
Đối với vùng biểu hiện cấu trúc hệ địa nhiệt được tổng kết từ các số liệu thực
tế và công bố rộng rãi trên các văn liệu quốc tế, thông thường bao gồm: môi trường
hay nền địa chất, bao gồm lớp phủ hay lớp chắn bề mặt, nằm dưới là tầng chứa và
đường dẫn nước nóng lên bề mặt, bồn địa nhiệt có cấu trúc đá với độ rỗng lớn chứa
nước hay đới phá hủy, còn nguồn nhiệt dưới sâu là khối magma xâm nhập nóng hay
đới chứa nước nóng sâu (hình 1.2).

Hình 1.2. Mơ hình lý tưởng về cấu trúc một hệ địa nhiệt
[Dickson and Fanelli, 2004]


6

Ở mức độ khái quát các yếu tố cấu trúc của hệ địa nhiệt như đường dẫn và
nơi xuất lộ nước nóng, bồn nhiệt chứa nước nóng, nguồn địa nhiệt thơng thường
ln có điện trở suất thấp hơn mơi trường xung quanh do nước địa nhiệt có chứa
khống hóa và nhiệt độ cao hơn làm cho nó có độ dẫn điện cao hơn đó là điều kiện
và tiền đề để áp dụng phương pháp điện từ để nhận biết chúng. Tuy nhiên, thông
qua các kết quả áp dụng địa vật lý, khoan thăm dò và khai thác với mức chi tiết cao
ở nhiều nơi đã cho thấy trong hệ địa nhiệt và bồn địa nhiệt còn tồn tại các yếu tố cấu
trúc có sự phân dị cao về điện trở suất thể hiện trên kết quả phân tích tài liệu điện từ
cũng như sự khác biệt về mơ hình cấu trúc điện trở suất (mơ hình địa điện) của các
nguồn địa nhiệt khác nhau [Munoz Gerard, 2014].
Khi ứng dụng các nguồn địa nhiệt khác nhau được phân chia bởi sự khác biệt
về cấp nhiệt độ và nguồn gốc của bồn nhiệt: Theo nguồn gốc các bồn được phân
chia thành nguồn magma (nguồn thủy địa nhiệt đối lưu - convective geothermal
system, nguồn đá khơ nóng - hot dry rock và nóng chảy cục bộ - partial melt) và
nguồn không magma là nước nóng địa nhiệt được lưu trữ trong các bể trầm tích và
đá kết tinh; Theo cấp nhiệt độ của nguồn địa nhiệt được chia thành 3 nhóm: nguồn
nhiệt độ cao (>1800C), nguồn nhiệt độ trung bình (120-1800C), nguồn nhiệt độ thấp
(<1200C).
Đối với nguồn nhiệt có nguồn gốc magma, đặc biệt là nguồn thủy địa nhiệt là
nguồn được quan tâm nhất trong khai thác và ứng dụng hiện nay trên thế giới, mơ
hình địa điện của loại nguồn này có tính đặc trưng ở nhiều nơi, trong đó sự xuất
hiện cấu trúc lớp sét (mũ sét) có điện trở suất thấp ở phần trên bồn nhiệt dễ dàng
nhận biết từ kết quả phân tích tài liệu điện từ (hình 1.3). Phân tích cơ chế hình thành
và đặc điểm cấu trúc của nguồn nhiệt này cho phép phân tích và luận giải tài liệu
điện từ cũng như đánh giá tiềm năng nguồn địa nhiệt có độ tin cậy cao hơn.


7

b

A

Hình 1.3. Mơ hình địa điện nguồn thủy địa nhiệt: a) Mơ hình lý tưởng;
b) Mơ hình thực tế từ kết quả phân tích tài liệu Từ - Telluavà khoan
[Munoz Gerard, 2014]
Các nghiên cứu thực nghiệm và thực tế [Munoz Gerard, 2014] đã chỉ ra rằng,
ở nhiệt độ cao từ khoảng 1000C phản ứng hóa học giữa nước địa nhiệt với đá luôn
tạo ra một tầng sét ở bên trên bồn địa nhiệt. Ở khoảng nhiệt độ 70 - 1500C tầng sét
này có đặc tính chủ yếu là smectite, khi nhiệt độ cao hơn sẽ có thành phần chủ yếu
là illite trong đá gốc axit hoặc là chlorite trong đá basalt vùi lấp, thơng thường lớp
sét này có thành phần pha trộn của smectite và illite ở nhiệt độ >1800C. Khi nhiệt
độ rất cao (trên 220-2400C) thành phần của sét chủ yếu là các khoáng vật chlorite và
epidote làm cho điện trở suất của lớp sét cao hơn so với sét chứa hỗn hợp smectiteillite. Như vậy, khi điện trở suất bên dưới lớp sét tăng lên theo chiều sâu là dấu hiệu
chỉ thị nhiệt độ bồn nhiệt cao. Dấu hiệu này được các nhà chuyên môn gọi là địa
nhiệt kế tối đa (maximum thermometer) có ý nghĩa quan trọng trong đánh giá tiềm
năng nguồn địa nhiệt từ kết quả áp dụng phương pháp điện từ.


8

1.2. Tổng quan về áp dụng phương pháp Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc sâu
trường địa nhiệt
1.2.1. Tổng quan về áp dụng phương pháp Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc sâu
trên Thế giới
Đo sâu Từ - Tellua được nhà Địa vật lý người Pháp Louis Cagniard (Pháp)
công bố năm 1953 (viết tắt là MT), đồng thời cũng có các cơng trình song song tiến
hành ở Liên Xơ do A.N.Tikhonov (1950 và 1965), Berdinchevski (1965-1990).
Trên cơ sở đo đạc 2 thành phần trường từ và 2 thành phần trường điện cảm ứng
thấm vào lòng đất ở các chu kỳ khác nhau, các nhà khoa học đã đánh giá được cấu

trúc dẫn điện nằm sâu trong lòng đất. Các phép đo được thực hiện với chu kỳ càng
dài cho phép ta nghiên cứu được càng sâu. Để nghiên cứu đến độ sâu thượng Manti
người ta thường sử dụng chu kỳ đến từ 10- 3.105 giây, còn nghiên cứu vỏ Quả đất
chu kỳ sử dụng nằm trong khoảng 10-3- 103 giây. Dòng điện Tellua ứng với các chu
kỳ chạy trong vỏ Quả đất khá nhỏ chỉ cỡ hàng phần ngàn (mV/m), để ghi được các
dòng như vậy cần sử dụng bộ khuyếch đại tới hàng chục nghìn lần, có khi tới hàng
trăm nghìn lần. Trước những năm 1980, khó khăn về cơng nghệ ghi tín hiệu (cơng
nghệ tương tự ) đã làm hạn chế độ chính xác của phương pháp này. Vào những thời
gian sau, người ta sử dụng các bộ máy ghi số với chất lượng ghi ngày càng tốt để
ghi tín hiệu điện từ thu được từ các đầu cảm biến từ và các điện cực không phân
cực, các bộ tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu có độ chính xác cao nên các khó khăn
về cơng nghệ được khắc phục.
Những khó khăn thường gặp trong sử dụng phương pháp Từ - Tellua là khi
các phép đo tiến hành với chu kỳ dài, đôi khi nhiễu công nghiệp xuất hiện làm giảm
chất lượng tài liệu thu thập. Thường người ta khắc phục nhược điểm này bằng cách
chọn điểm đo cách xa các nguồn gây nhiễu. Một yếu điểm nữa của phương pháp là
tác động của nguyên lý tương đương trong khảo sát nghiên cứu bằng phương pháp
Từ - Tellua khá mạnh, làm tăng tính đa trị của nghiệm bài tốn trong kết quả. Điều
này chỉ có thể hạn chế bằng sử dụng các thông tin tiên nghiệm và các thuật tốn
thích hợp trong xử lý phân tích tài liệu.


9

Cùng với những phát triển về lý thuyết xử lý và phân tích số liệu đo sâu Từ Tellua phải kể đến các nhà Địa vật lý người Nga (Vanhian, Dmitriev,
Berdinchevski, 1970-1991; và các nước khác Coggon, 1971; VozoFF, 1972;
Bostick, 1977; Constable et al., 1979; Cơng trình nghiên cứu từ những năm 1970 ở
khu vực phía Đơng đồng bằng sơng Snake-Yellowstone của miền Tây Hoa Kỳ trình
bày bởi Stanley et al. (1977); Wannamaker et al., 1984; Douchet et Pham, 1984;
Bailey và Groom, 1987; Smith and Booker, 1990; deGroot-Hedlin and Constable,

1990; Mackie et al., 1994; Parker and Booker, 1996; Rodi and Mackie, 200. Phương
pháp này đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới với nhiều mục đích khác nhau,
trong đó có nghiên cứu cấu trúc sâu, tìm kiếm các dấu hiệu liên quan đến động đất,
tham gia đánh giá nguồn năng lượng địa nhiệt, tìm kiếm mỏ kim loại và dầu khí
v.v...
1.2.2. Tổng quan về áp dụng phương pháp Từ - Tellua nghiên cứu cấu trúc sâu
tại Việt Nam
Ở Việt Nam, công tác đo sâu Từ - Tellua cũng đã được triển khai khá sớm.
Tổng Cục Địa chất là nơi áp dụng đầu tiên phương pháp Từ - Tellua cho việc
nghiên cứu cấu trúc sâu miền võng Hà Nội vào những năm 1971-1976, nhờ hệ thiết
bị của Liên Xô cũ với độ chính xác khơng cao nên kết quả nghiên cứu chỉ dừng ở
mức đánh giá độ sâu đến bề mặt móng trước Kanozoi tại một số điểm ít ỏi (Tăng
Mười, Nguyễn Đức Tiến và nnk., 1978 ). Năm 1994 - 1995 trong khuôn khổ hợp
tác giữa Viện Vật lý Địa cầu, Viện Địa chất - Viện KHCNVN, Viện Dầu khí với
Viện Vật lý Địa cầu Paris, 4 tuyến đo sâu Từ - Tellua gồm: Tuyến Yên Bái - Tuyên
Quang, tuyến Nam Định - Hải Phòng, tuyến Thanh Sơn - Thái Nguyên và tuyến
Lương Sơn - Hà Nội - Bắc Ninh đã được GS.TS Phạm Văn Ngọc thực hiện. Đây là
các tuyến đo sâu Từ - Tellua đầu tiên sử dụng hệ thiết bị ghi số hiện đại của Viện
Vật lý Địa cầu Paris. Kết quả đo đạc trên các tuyến này cho phép đưa ra mặt cắt
tương đối sâu về cấu trúc địa điện của miền võng Hà Nội, trong đó thấy có sự mỏng
đi của bề dày vỏ Quả đất ở vùng trũng Đông Quan được phản ánh khá rõ (Phạm
Văn Ngọc và nnk, 1995; Đoàn Văn Tuyến và nnk, 1998). Kết quả này cũng khẳng
định sự xuyên sâu ở phạm vi thạch quyển của đới đứt gãy Sơng Hồng (Đồn Văn


10

Tuyến và nnk, 1998; 1999; 2001], điều này cũng được khẳng định thêm trong kết
quả phân tích tài liệu địa chấn động đất dải tần rộng (Hsin Hung Wu và nnk, 2003;
Đinh Văn Toàn và nnk, 2005). Từ năm 2003, Viện Vật lý Địa cầu Paris đã chuyển

giao hệ thống thiết bị đo sâu Từ - Tellua Géo-Instrument cho Viện Vật lý Địa cầu
Viện KH & CNVN, một số tuyến đo sâu Từ - Tellua nghiên cứu có tính chi tiết hơn
đã được tiến hành. Hai tuyến đo sâu Từ - Tellua cắt ngang qua lòng chảo Điện Biên
Phủ, mỗi tuyến dài gần 5 km, với khoảng cách các điểm đo từ khoảng 500m đến 1
km cho thấy điện trở suất giảm rất đáng kể trong vùng phân bố đới đứt gãy Lai
Châu - Điện Biên ở khu vực lòng chảo (Lê Huy Minh và nnk, 2003, 2009 Đây cũng
có thể coi là dấu hiệu liên quan đến đứt gãy hoạt động. Trong những năm 2004 2005, 3 tuyến đo sâu Từ - Tellua mỗi tuyến dài khoảng 35 km đã được tiến hành ở
khu vực miền võng Hà Nội (vùng Thái Bình - Nam Định ), với mục đích đánh giá
chi tiết cấu trúc sâu vùng trũng, nhất là đánh giá độ sâu móng trước Kainozoi phục
vụ việc tìm kiếm dầu khí (Lê Huy Minh và nnk, 2005). Kết quả cho thấy cấu trúc
địa điện của miền võng rất phức tạp, cũng là phản ánh tính chất phức tạp của các
quá trình địa chất - kiến tạo trong lịch sử hình thành và tiến hố của nó. Cũng bằng
thiết bị trên, Viện Vật lý Địa cầu còn đo được 22 điểm tại khu vực đồng bằng sông
Cửu Long. Kết quả bước đầu cho thấy, 2 đới đứt gãy Sông Hậu và đứt gãy Vàm Cỏ
Đông phản ánh khá tốt trong tài liệu đo sâu Từ - Tellua (Lê Huy Minh và nnk.,
2005). Ngồi các đo đạc nêu trên thì những năm 1999 - 2000, Viện Địa chất và
Khoáng sản cũng kết hợp với Giáo sư Phạm Văn Ngọc đã tiến hành đo một số điểm
ở vùng Sông Cả và Sông Mã, rất tiếc là các kết quả đo đạc này chưa được công bố
trên các văn liệu. Trong đề tài “Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Quả đất miền Bắc Việt
Nam bằng địa chấn dò sâu và từ Tellua, nhằm nâng cao độ tin cậy của các dự báo
thiên tai địa chất” thực hiện từ năm 2006 đến năm 2010, PGS.TS Đinh Văn Tồn và
nhóm tác giả cũng đã tiến hành triển khai 2 tuyến đo sâu Từ - Tellua: Hịa BìnhThái Ngun và Thanh Hóa- Hịa Bình. Trên đây là tổng hợp một số cơng trình
nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ trái đất tại Việt Nam. Hiện nay và trong tương lai,
hướng nghiên cứu này vẫn sẽ được phát triển và có hướng nghiên cứu chuyên sâu
thêm.


11

1.3. Vai trò của phương pháp đo sâu Từ - Tellua trong nghiên cứu cấu trúc

trường địa nhiệt.
1.3.1. Khả năng nghiên cứu cấu trúc sâu của phương pháp đo sâu Từ - Tellua
Trong nhóm các phương pháp điện từ thì phương pháp đo sâu Từ - Tellua có
khả năng nghiên cứu sâu nhất. Hiện nay các kết quả nghiên cứu áp dụng phương
pháp Từ - Tellua đã với tới chiều sâu hàng vài chục kilomet. Theo tính tốn của các
nhà khoa học thì phương pháp Từ - Tellua có thể nghiên cứu tối đa đến chiều sâu
khoảng 600 kilomet. Tùy thuộc vào yêu cầu và nhiệm vụ của công việc để các nhà
Địa Vật lý đưa ra các phương án đo sâu Từ - Tellua sao cho vừa đảm bảo được tính
khoa học, lại vừa đạt được hiệu quả kinh tế.
Đối với các nghiên cứu phần nông (độ sâu từ vài trăm mét cho đến <2000m),
người ta thường sử dụng phương pháp đo sâu Từ-Tellua tần số cao (hay âm tần).
Phương pháp này thường được áp dụng trong các nhiệm vụ như: thăm dò cấu trúc
trường quặng kim loại; phát hiện các đứt gãy kiến tạo phần nông,... Trong lĩnh vực
này hiện đã có một số cơng ty khống sản của Trung Quốc đã thực hiện một số dự
án thăm dò quặng Mangan trên khu vực tỉnh Vân Nam- Trung Quốc. Các kết quả
nghiên cứu bằng phương pháp đo sâu Từ - Tellua đã thu được kết quả phản ảnh cấu
trúc phân bố giá trị điện trở suất của trường quặng. Từ kết quả đánh giá về cấu trúc
điện trở suất này giúp cho các nhà Địa chất thêm các thơng tin để chính xác hóa vị
trí và các ranh giới của các đới chứa quặng (hình 1.4).

Hình 1.4. Lát cắt điện trở suất đo Từ - Tellua âm tần
khu vực Vân Nam- Trung Quốc


12

Với mạng lưới điểm đo 30m x 30m và thời gian quan sát 30 đến 45 phút/ 1
điểm đo kết quả mặt cắt Từ - Tellua cũng đã phản ảnh được khá chi tiết và rõ nét
cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu.
Đối với các nghiên cứu cấu trúc sâu từ vài km đến vài chục kilomet người ta

nghiên cứu bằng phương pháp đo sâu Từ - Tellua ở các tần số thấp hơn (đến 10-3
Hez). Ở Việt Nam cơng trình cơng bố mới nhất đây phải kể đến là kết quả 2 tuyến
đo sâu Từ - Tellua (tuyến Hịa Bình- Thái Ngun và tuyến Thanh Hóa- Hịa Bình)
trong đề tài nhà nước KC.08.06/06-10 do PGS. TS. Đinh Văn Toàn làm chủ nhiệm
năm 2010. Các kết quả đã cho phép xây dựng được mặt cắt điện trở suất của vỏ Quả
đất. Theo phân bố điện trở suất trong lát cắt đã xác định được các đứt gẫy: đứt gẫy
Sông Mã, đứt gẫy Sơn La - Bỉm Sơn và đứt gẫy Kim Bơi (hình 1.5).

Hình 1.5. Lát cắt điện trở suất đo Từ - Tellua tuyến Thanh Hóa- Mỹ Đức
(Hà Nội) (Kết quả từ đề tài KC08/ 06-10)
1.3.2. Ảnh hưởng của trường địa nhiệt đến cấu trúc vỏ Trái đất
Áp dụng phương pháp đo sâu Từ - Tellua phục vụ nhiệm vụ nghiên cứu đánh
giá trường địa nhiệt là một hướng nghiên cứu còn mới tại Việt Nam. Đây là một
phương pháp nghiên cứu gián tiếp, để dự đoán được cấu trúc trường địa nhiệt cần
phải dựa vào các quy luật và khoảng biến động giá trị điện trở suất của các loại đá.
Năm 2004 trong nghiên cứu của mình nhà khoa học Telford đã đưa ra một số quy
luật và khoảng biến động của giá trị điện trở suất với mơi trường đất đá như sau:
Các đá có nguồn gốc magma và biến chất có điện trở suất cao hơn các đá trầm tích.
Hàm lượng chứa nước, hịa tan muối và chứa các khoáng vật dẫn điện sẽ làm cho


13

điện trở suất của các loại đá giảm đi. Trạng thái cơ lý của đá, chủ yếu là độ rỗng của
đá khi có các chất lấp nhét là nước hay các vật chất chứa nước (như sét) sẽ làm cho
điện trở suất của đá giảm, và ngược lại khi các lỗ rỗng khơng được lấp nhét (chỉ có
khơng khí) thì sẽ làm cho giá trị điện trở suất của đá tăng lên. Khi nhiệt độ tăng
cũng làm cho điện trở suất của đá giảm. Nhìn chung, do tác động của nhiều yếu tố
khác nhau nên điện trở suất của các đá có sự biến động trong một khoảng rộng.
[Telford,2004].

Điện trở suất ở các vùng địa nhiệt chủ yếu bị tác động bởi các yếu tố: nguồn
gốc và trạng thái của đá phân bố trong vùng, điều kiện chứa nước hòa tan các muối
và khoáng vật dẫn điện, nhiệt độ của các yếu tố cấu trúc của hệ địa nhiệt. Ngoài ra,
ở một số nơi còn gặp các cấu trúc chứa quặng kim loại, sulphua, graphit cũng gây ra
vùng điện trở suất thấp tương tự các yếu tố cấu trúc của hệ địa nhiệt đã được lưu ý
và dẫn chứng trong các văn liệu quốc tế (Munoz Gerard, 2014 hình 1.6).
Như vậy, sử dụng phương pháp đo sâu Từ - Tellua để nghiên cứu cấu trúc
trường địa nhiệt là có tính khả quan. Kết quả đo sâu Từ - Tellua sẽ cung cấp các
thơng tin (phân bố và tính chất) của các trường điện từ khu vực nghiên cứu. Từ kết
quả này kết hợp với các thông tin về địa chất, địa chất thủy văn, địa hóa,… sẽ giúp
cho các nhà địa chất giải đoán được cấu trúc trường địa nhiệt, đáp ứng được mục
tiêu nghiên cứu.


14

Hình 1.6. Điện trở suất của một số loại đá và khoáng vật [TelFord, 2004].


15

CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELLUA
2.1. Nguồn gốc trường Từ - Tellua
Trường Từ - Tellua là trường điện từ tự nhiên, có dải phổ tần số rất rộng,
(xem hình 2.1): f  105  103 (Hez) , tức là chu kỳ T  103  105 (s) . Tùy thuộc dải
tần số, trường Từ - Tellua có thể chia thành các nguồn gốc sau:

Hình 2.1. Dải phổ tần số của trường Từ - Tellua
- Trường Từ - Tellua do gió mặt trời truyền vào trái đất với vận tốc tới 400

km/s có áp suất lớn làm biến dạng đường sức quyển từ đồng thời làm dao động
đường sức địa từ tạo thành sóng thủy từ truyền vào trái đất, tạo thành sóng điện từ ở
dải tần thấp f  105  10 (Hez) , hay chu kỳ dài T  10  105 (s) có dao động hình sin,
cường độ trường rất mạnh.
- Trường Từ - Tellua do dòng điện chạy trong quyển ion có điện thế cao ln
ln tạo ra dơng, sét có tần số ở dải âm tần f  10  103 (Hez) , hay chu kỳ ngắn

T  101  103 (s) .
- Trường Từ - Tellua ở dải tần chết: f  101  10 (Hez) , tức là chu kỳ

T  10  101 (s) , có biên độ nhỏ.


16

Hình 2.2. Nguồn gốc trường Từ - Tellua
Cường độ điện Từ - Tellua còn phụ thuộc vào vĩ độ, mùa, thời gian trong
ngày và tính chất địa điện của lát cắt, vì vỏ trái đất dẫn điện nên theo định luật cảm
ứng điện từ sẽ xuất hiện dòng điện dẫn:


j  E

(2.1)

2.2.Cơ sở lý thuyết của phương pháp đo sâu Từ - Tellua.
2.2.1. Trường Từ -Tellua trên môi trường vỏ trái đất
Do sóng điện từ phẳng nên:



E(z)  Ex (z),Ey (z),0

H(z)  H x (z), H y (z), 0
Thỏa mãn phương trình sóng Hemhon, xuất phát từ hệ phương trình
Macxwell:





 rotH  (  i )E

 
rotE

i

H

0

(2.2)

Từ đó ta có phương trình truyền sóng



2
E  k j E  0



2
H  k j H  0
Hay:

(2.3)