ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU ĐIỆN HAI CHIỀU PHÁT HIỆN NƯỚC NGỌT DƯỚI ĐẤT NGOÀI BIỂN

Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước Miền Nam
Tóm tắt: Lần đầu tiên đã thực hiện thành công phương pháp đo sâu điện hai chiều (ĐSĐ 2D) (ảnh điện) trên biển đến độ sâu 3 m nước ở vùng ven bờ thị xã Bạc Liêu. Các số liệu ĐSĐ 2D đạt được độ tin cậy mong muốn do có các biện pháp thi công hợp lý, cho phép dự báo sự tồn tại của các lớp nước ngọt dưới biển. Kiểm chứng bằng công tác khoan, đo địa vật lý lỗ khoan và phân tích mẫu nước được tiến hành sau đó đã giúp đánh giá tính hiệu quả của phương pháp nói trên.

I. GIỚI THIỆU
Phương pháp đo sâu điện hai chiều (ĐSĐ 2D) được tiến hành trong chương trình nghiên cứu của đề tài KHCN cấp Bộ “Nghiên cứu, áp dụng tổ hợp các phương pháp địa vật lý (điện, điện từ, địa chấn,…), địa chất, địa chất thuỷ văn để xác định các tầng chứa nước nhạt đới ven bờ biển (đến độ sâu 3 m nước); thử nghiệm tại vùng ven biển tỉnh Bạc Liêu”. Tuyến ĐSĐ 2D dài 3 km bắt đầu từ vùng bờ biển phường Nhà Mát, thị xã Bạc liêu (Hình 1). Các biện pháp kỹ thuật phù hợp đã được tiến hành nhằm loại bỏ các ảnh hưởng của lớp nước biển dày 3 m trên mặt, giảm thiểu nhiễu do sóng biển và chống rò điện. Tài liệu thu thập đạt chất lượng và độ tin cậy cao, cho phép dự báo triển vọng các lớp nước ngọt bên dưới mặt biển.

Hình 1. Sơ đồ khu vực thi công ĐSĐ 2D.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương pháp ĐSĐ 2D là biến thể của phương pháp đo sâu điện truyền thống, đo theo tuyến khảo sát với mật độ dày, nhờ vậy, phương pháp này cho phép nghiên cứu một cách hiệu quả sự biến đổi của tham số điện trở suất (ĐTS) trong mặt cắt theo cả chiều sâu và chiều ngang. Sơ đồ bố trí hệ đa cực Wenner và thứ tự đo ghi giá trị ĐTS ngoài trời được mô tả ở Hình 2, theo đó các điện cực được bố trí đều nhau trên một đường thẳng với khoảng cách (bước đo) ban đầu a = 20 m.
Các cực phát C1, C2 và cực thu P1 và P2 đối xứng với vị trí điểm đo. Khi mở rộng dần các hệ cực C1P1 = P1P2 = P2C2 = na, với n là bội số nguyên tăng dần từ 1 đến 10, dòng điện phát xuyên sâu dần xuống lòng đất. Số liệu đo ghi là tỷ số R = ΔV/I, từ đó tính được trị số ĐTS biểu kiến của môi trường đất đá theo công thức:
r = K ´ (ΔV/I), Ohm.m
trong đó: ΔV (mV): Điện thế thu giữa hai cực thu P1 và P2, I (mI): Cường độ dòng phát qua hai cực C1 và C2, K: Hệ số thiết bị, phụ thuộc vào cấu hình hệ cực, xác định theo biểu thức:
K = π(C1C22 - P1P22) / 4 P1P2 = 2πa
Bằng cách mở rộng hệ đa cực trên tuyến đo (sang trái, sang phải hoặc cả hai phía), ta thu được tập hợp trị số ĐTS biểu kiến đo ghi dọc theo tuyến nghiên cứu.


Hình 2. Sơ đồ bố trí hệ đa cực ĐSĐ 2D.
III. ĐO ĐẠC Ở THỰC ĐỊA
1. Thiết bị sử dụng
Thiết bị đo là máy thăm dò điện SAS 4000 của hãng ABEM Thụy Điển (Hình 3) với điện thế đầu vào cực đại 400 V và dòng phát cực đại 1000 mA. Hệ thiết bị đa cực Wenner tự chế tạo (Hình 4) với kích thước đo C1C2max = 600-1020 m, P1P2max = 200-340 m.

Hình 3. Máy thăm dò điện SAS 4000.

Hình 4. Hệ đa cực gồm: cáp đo, switch box và các điện cực.

2. Thực hiện đo ĐSĐ 2D trên biển
Rải dây và cắm điện cực xuống đáy biển (Hình 5) được thực hiện theo tọa độ phương vị tuyến xác định bằng GPS. Quá trình đo ghi số liệu được thực hiện trên thuyền (Hình 6). Sai số đo đạc trung bình ĐSĐ 2D là Ɛ = 2,58%, cho thấy số liệu thu thập đảm bảo độ tin cậy.



Hình 5. Cắm điện cực vào đáy biển. Hình 6. Đo ghi ĐSĐ 2D trên thuyền.


IV. PHÂN TÍCH DỰ BÁO
Việc phân tích định lượng tài liệu ĐSĐ 2D thực chất là thuật toán giải bài toán ngược trong lý thuyết thăm dò điện. Đó là quá trình cực tiểu hoá hàm độ lệch bình phương trung bình giữa giá trị ĐTS biểu kiến đo ghi trên tuyến và giá trị ĐTS biểu kiến tính toán trên mô hình lý thuyết của cùng tuyến khảo sát.
Phần mềm RES2DINV được sử dụng phân tích tài liệu ĐSĐ 2D. Kết quả phân tích tài liệu ảnh điện (Hình 7) cho phép dự báo sự tồn tại các lớp nước ngọt từ độ sâu khoảng 40 đến hơn 100 m theo tuyến mặt cắt đo trên biển vùng thị xã Bạc Liêu. Điện trở của các lớp này thay đổi từ 13 đến 20 Ohm.m với xu hướng giảm dần từ bờ ra xa. Vị trí khoan kiểm chứng được xác định trên tuyến cách bờ khoảng 1 km.


Hình 7. Mô hình mặt cắt điện trở theo tuyến đo phương pháp ĐSĐ 2D.
V. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ÁP DỤNG
Dự báo triển vọng nước nhạt dưới biển theo ĐSĐ 2D được kiểm chứng bằng công tác khoan, đo địa vật lý giếng khoan (carota) và phân tích mẫu nước. Lỗ khoan kiểm chứng ký hiệu BBL sâu 150 m với tài liệu đo carota (Hình đã xác định địa tầng và 3 lớp chứa nước triển vọng ở độ sâu: 44-58,5 m, 63-86 m, và 90-120 m. Điện trở suất của 3 lớp chứa nước này thay đổi trong khoảng 18 -25 Ohm.m. Mẫu nước phân tích toàn diện lấy ở các độ sâu ống lọc: 48-54 m, 68-74 m, và 100-106 m ứng với 3 lớp chứa nước đã cho kết quả độ tổng khoáng hóa M tương ứng là: 884,31 mg/l; 1057,63 mg/l và 761,56 mg/l. Loại hình hóa học của nước là bicarbonat-chlorur natri.
Với độ tổng khoáng hóa và loại hình hóa học nêu trên, nước có thể sử dụng tốt trong sinh hoạt và sản xuất. Kết quả này đã khẳng định tính hiệu quả và vai trò của phương pháp ĐSĐ 2D trong việc xác định các tầng chứa nước ngọt ven bờ biển đến độ sâu 3 m nước.
VI. KẾT LUẬN
Số liệu ĐSĐ 2D đo ghi trên biển đạt được chất lượng và độ tin cậy cao là do sử dụng nhiều biện pháp kỹ thuật hợp lý, loại bỏ các ảnh hưởng của lớp nước biển trên mặt, giảm thiểu nhiễu do sóng biển và chống rò điện. Lần đầu tiên ở Việt Nam, phương pháp ĐSĐ 2D đã được áp dụng đo trên biển và đã mang lại hiệu quả tốt trong việc phát hiện các tầng chứa nước ngọt dưới biển.
Kết quả và kinh nghiệm trình bày bên trên có thể áp dụng cho các dự án tiếp theo và cho các địa phương khác.