Vấn đề xác định cấu trúc nước dưới đất và triển vọng áp dụng công nghệ mới điện từ để giải quyết nhiệm vụ địa chất thuỷ văn ở Việt Nam

0 ampe (A) vào một vòng dây (ăng ten phát) kích thước nhỏ; một thiết bị thu tín hiệu Ez từ vòng dây thu (ăng ten thu). Vòng dây thu và phát được cấu trúc thành một ăng ten dạng “lưỡng cực thẳng đứng” với chiều cao khoảng 0,5 - 1 m. Các thiết bị đi kèm gồm nguồn ắc quy, máy tính xách tay để ghi và xử lý phân tích tài liệu, GPS cầm tay để xác định vị trí điểm đo. Phương pháp đo sâu điện cộng hưởng VERS được sử dụng để xác định độ sâu ranh giới (bề mặt) phân cực. Khi cường độ thành phần Ez của nguồn trường điện từ thay đổi sẽ làm xuất hiện trên bề mặt ranh giới phân cực một cặp dao động điện từ mà nửa bước sóng (l/2) của chúng có độ dài tương đương với độ sâu (H) phân bố ranh giới phân cực đó. Trên mỗi ranh giới phân cực chỉ xuất hiện dao động thứ cấp ứng với một tần số biến đổi của nguồn trường điện từ (sơ cấp) được gọi là tần số cộng hưởng. Nguyên lý đo sâu cũng như các phương pháp điện từ khác thường lâu công và phức tạp, nhưng ở đây dựa trên kết quả dị thường đã xác định được bằng phương pháp phổ xung ngắn và khả năng phân giải cao (chỉ cần có ranh giới phân cực thường tồn tại rất phổ biến giữa cấu trúc chứa nước và đá không chứa nước mà không phụ thuộc chiều dày tầng chứa nước), độ sâu khảo sát lớn (nhiều km), nên tuỳ điều kiện và nhiệm vụ thực tế có thể thực hiện một khối lượng đo sâu tối thiểu. Thiết bị để thực hiện phương pháp này gồm (Hình 3b): một máy phát sóng có khả năng điều biến tần số và biên độ trong dải rộng; một ăng ten thu tín hiệu Ez liên tục theo thời gian vào máy ghi và phần mềm xử lý trực tiếp cho phép xác định đặc trưng các tập sóng dao động từ các bề mặt phân cực. Phân tích phổ sẽ xác định được tham số bước sóng và biên độ của từng tập sóng có tần số và biên độ khác nhau sẽ cho thông tin về độ sâu các ranh giới phân cực bên dưới điểm đo. Bản chất các tầng phân bố giữa các ranh giới phân cực có đặc trưng biên độ sóng xác định cho phép lý giải thông qua các dữ liệu hay sự hiểu biết về địa chất - địa tầng. b) c) 1500 250 300 350 400 450 1600 m 200 TÇng chøa n­íc §¸ v«i 0 100 150 1300 14001700 1650 1550 m -1 0 1 2.0-2 1750 1900 1850 1800 Hình 4. Kết quả áp dụng phương pháp FSPEF và VERS ở vùng ngoại vi thành phố Mush, Thổ Nhĩ Kỳ [3] a) Bản đồ dị thường độ chứa nước theo kết quả đo FSPEF, b) Cột địa tầng tại lỗ khoan khai thác và biểu đồ kết quả đo sâu VERS; c) Mặt cắt cấu trúc tầng chứa nước dưới tuyến đo VERS. Ngoài những ưu việt về sự gọn nhẹ của thiết bị, quy trình thực địa cho năng suất cao, phương pháp này còn cho thông tin về môi trường với độ phân giải rất cao bởi khả năng xác định ranh giới cấu trúc chỉ phụ thuộc vào tính chất và độ sâu bề mặt phân cực luôn có bước sóng và biên độ sóng riêng biệt, chứ không phụ thuộc chiều dày và độ dẫn điện của các cấu trúc. Vì vậy, phương pháp đo sâu điện cộng hưởng có khả năng xác định các vỉa rất mỏng có tính chất phân cực ở độ sâu rất lớn. Các tác giả công nghệ cho biết, với các thiết bị và quy trình hiện nay, độ sâu khảo sát đạt được tới 5 km. Kết quả áp dụng thực tế này cho thấy khả năng phân biệt các đối tượng cùng có độ dẫn điện cao như nước, dầu, sét có trong cùng mặt cắt. Kết quả ứng dụng công nghệ mới này để xác định vùng phân bố và cấu trúc các tầng nước dưới đất ở một vùng ngoại vi thành phố Mush ở Thổ Nhĩ Kỳ minh chứng hiệu quả vượt trội so với các phương pháp điện từ trước đây. Vùng nghiên cứu có địa hình thay đổi mạnh, trong bán kính 1 km mà độ cao địa hình thay đổi từ 1500 m dưới thung lũng tới 1800 m trên đỉnh núi. Trầm tích có các tầng chứa nước phủ trên nền đá vôi, theo kết quả khoan thăm dò có chiều dày đạt tới 250-300 m. Xen lẫn các tầng chứa nước trong trầm tích còn có các tầng sét và sét than. Điều kiện địa chất, địa hình như vậy rất khó đạt hiệu quả nếu áp dụng các phương pháp điện từ trước đây. Phương pháp phân tích phổ xung ngắn FSPEF được thực hiện bằng xe ô tô trên các đường giao thông và đi bộ theo các tuyến đường nhỏ cho phép nhận được số liệu thực địa trên toàn vùng nhanh chóng. Kết quả xử lý tài liệu ngay tại chỗ cho phép lập bản đồ phân bố tham số phản ánh mức độ chứa nước dưới đất cho toàn vùng khảo sát (Hình 4a-b). Trên bản đồ này thể hiện diện phân bố các cấu trúc có quy mô khác nhau phục vụ cho đánh giá, dự báo tiềm năng và quy hoạch khai thác. Điểm đo sâu VERS tại lỗ khoan khai thác (Hình 4b) cho thông tin chính xác về tầng chứa nước chính ở độ sâu 60-90 m tương đương mức địa hình 1810-1840 m. Kết quả đo sâu còn cho thấy các tầng chứa nước khác với chiều dày không lớn dựa trên sự tương đương giá trị biên độ Ez so với tầng chứa nước đang khai thác. Ở đây, thông qua sự khác biệt giá trị biên độ Ez có thể phân biệt tầng chứa nước với các tầng sét và sét than (Hình 4b) mà trước đây rất khó nhận biết bằng tham số độ dẫn điện (điện trở suất). Từ bản đồ phân bố tiềm năng chứa nước đã bố trí các tuyến đo sâu VERS để nhận được mặt cắt cấu trúc chi tiết các tầng chứa nước (Hình 4c). Việc sử dụng kết quả khảo sát điện từ trên đây kết hợp với các tham số địa chất thuỷ văn trong lỗ khoan thăm dò cho phép đánh giá trữ lượng nước dưới đất với độ chính xác cao hơn. Ngoài khả năng khắc phục khó khăn về kỹ thuật để giải quyết nhiệm vụ đặt ra trong điều kiện địa hình, địa chất - địa tầng phức tạp, kết quả áp dụng cho thấy giá thành thực hiện công nghệ mới giảm đi hàng chục lần so với các quy trình và phương pháp điện từ trước đây; đó cũng là một yếu tố quan trọng, đáp ứng đòi hỏi của thực tế. KẾT LUẬN - Công tác điều tra thăm dò địa chất thuỷ văn và quản lý khai thác hợp lý nguồn nước đặt ra nhiều nhiệm vụ cần sử dụng phương pháp địa vật lý. Phương pháp địa điện từ đã được áp dụng phổ biến mới chỉ đạt được hiệu quả hạn chế và chỉ thực hiện được ở những nơi có điều kiện địa chất, địa hình thuận lợi. Vấn đề tìm kiếm các công nghệ mới có hiệu quả cho việc xác định các cấu trúc nước dưới đất sâu ở các vùng núi cao, vùng khô hạn miền trung du hay đới chứa nước dưới đất sâu trong đá gốc ở đồng bằng và ven biển,... phục vụ giải quyết vấn đề địa chất thuỷ văn nói chung là nhiệm vụ khoa học cấp thiết và đòi hỏi bức xúc của thực tiễn. - Công nghệ mới nhất trong thành tựu nghiên cứu điện từ được công bố trên văn liệu quốc tế là phương pháp phổ xung ngắn của trường điện từ (FSPEF) và đo sâu điện cộng hưởng (VERS) đã khắc phục được những hạn chế của các phương pháp điện từ trước đây. Kết quả ứng dụng công nghệ mới để giải quyết nhiệm vụ địa chất thuỷ văn đã chứng tỏ hiệu quả cao cả về kỹ thuật và kinh tế trong những điều kiện phức tạp mà các phương pháp trước đây không thể thực hiện được. Cần sớm tiếp cận và đưa công nghệ này vào ứng dụng để giải quyết các nhiệm vụ cấp thiết hiện nay về địa chất thuỷ văn và môi trường ở Việt Nam. Lời cảm ơn: Tác giả chân thành cảm ơn các cơ quan và đồng nghiệp đã hợp tác và tài trợ cho việc nghiên cứu khảo sát vấn đề nước dưới đất ở Việt Nam. Xin bày tỏ lòng biết ơn về sự trao đổi nhiệt tình và cung cấp các thông tin và tài liệu áp dụng thực tế các công nghệ điện từ mới của TS. R. P. Levashov (Viện Các vấn đề nước, Viện Hàn lâm khoa học Nga). Vấn đề nghiên cứu công bố trong bài báo này có sự tài trợ của Chương trình Nghiên cứu cơ bản. VĂN LIỆU 1. Bùi Học, Phạm Khánh Huy, Hoàng Thị Minh Thảo, 2005. Groundwater management in Việt Nam. J. Geology, B/25 : 26-30. Hà Nội. 2. Heimmer D. H., 1992. Near-surface, high resolution geophysical methods for cultural resource management and archaeological investigation. Geo-recovery Systems, Inc., Colorado. 143p. 3. Levashov R. P., 2004. Increased water containing rocks zones searching and mapping by geoelectric methods. In “Near-surface 2004” - 10th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics. Netherland. 4. Sapozhnikov, B. G., 1996. Resistivity method without grounding. Report presented at 21st Gen. Assembly of EGS in the Hague, Annales Geophysical, 14.