Luận án Tiến sĩ Vật lý: Xây dựng bản đồ điện trở suất của đất đá trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng công nghệ GIS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:180

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là thu thập các số liệu đo sâu điện đã có trên địa bàn tỉnh Tiền Giang, hình thành CSDL điện trở suất và mục tiêu chính yếu là xây dựng các lớp bản đồ điện trở suất đất đá trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng công nghệ GIS. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật lý: 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 Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn ñều có nguồn gốc rõ ràng, các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. ii
LỜI CẢM ƠN Chân thành bày tỏ lòng biết ơn PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn, người Thầy ñã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành Luận án này. Tôi cũng chân thành biết ơn TS. Nguyễn Ngọc Thu, TS. Nguyễn Hồng Bàng, TS. Lê Ngọc Thanh ñã hỗ trợ và giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Chân thành cám ơn quí thầy cô ñã tận tình ñóng góp kiến thức chuyên môn giúp tôi hoàn thiện công trình nghiên cứu khoa học. Chân thành cám ơn Phòng ðào tạo sau ñại học, Bộ môn 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 Công nghệ Tiền Giang, ñã tạo ñiều kiện thuận lợi, giúp ñỡ, hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Thương mến gởi tặng thành quả nghiên cứu của tôi ñến gia ñình, bạn bè, ñồng nghiệp ñã ủng hộ, ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian qua. Trân trọng ! iii
MỤC LỤC Trang Trang bìa i Lời cam ñoan ii Lời cám ơn iii Mục lục iv Các từ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách bản ñồ xiii Danh sách bảng xiv MỞ ðẦU 1. ðặt vấn ñề 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 1.1. Cơ sở lý thuyết 9 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 ñịa chất, hóa chất công 12 nghiệp iv
1.1.1.3. Xác ñịnh giá trị ñiện trở suất bằng phương pháp ño sâu ñiện 14 1.1.2. Hệ thống thông tin ñịa lý 15 1.1.2.1. Khái niệm hệ thống thông tin ñịa lý 15 1.1.2.2. Mô hình dữ liệu GIS 16 1.1.2.3. Xử lý dữ liệu GIS 18 1.2. Các nghiên cứu có liên quan 24 1.2.1. Các nghiên cứu ñịa chất, ñịa 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 1.3. Các vấn ñề ñặt ra cho nghiên cứu 26 1.3.1. Các vấn ñề còn 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 ñịa 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. Sông rạch 36 2.2.5. Thổ nhưỡng 37 2.3. ðặc ñiểm ñịa chất – ñịa chất thuỷ văn 38 2.3.1. ðịa tầng 38 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 2.3.3. ðịa chất thủy văn 46 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 ñộng 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 ño sâu ñiện 54 3.1.3. Quy trình phân tích tự ñộng ñường 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 ño sâu ñiện 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 ñiện trở suất 79 Chương 4. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG BẢN ðỒ 82 ðIỆN TRỞ SUẤT 4.1. Các ứng dụng GIS liên quan việc xây dựng CSDL ñiện trở suất 82 4.1.1. Mô hình dữ liệu Geodatabase 82 4.1.1.1. ðặc tính Geodatabase 83 4.1.1.2. Mô 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. 89 vi
4.1.2.1. Phương pháp Kriging 92 4.1.2.2. Thuật toán nội suy 97 4.2. Cài ñặt 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 thông tin ñiểm ño sâu ñiện 103 4.3.3. Giải thuật tìm kiếm ñiểm ño sâu ñiện 104 4.3.4. Gỉải thuật nội suy theo vùng chọn trên bản ñồ 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 ñồ ñiện trở suất 115 5.2. Bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá 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 ñất 5.3.1.1. Tương quan giữa ñộ tổng khoáng 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 138 vii
pliocen trên n21 , pliocen dưới n22 và miocen trên n13 5.3.2. Bài toán ứng dụng 2: Xây dựng mô hình cấu trúc phân lớp ñịa 143 chất huyện Cai Lậy tỉnh Tiền Giang phục vụ xây dựng công trình 5.3.2.1. Phân lớp ñịa chất công trình 144 5.3.2.2. Giá trị ñiện trở suất của các lớp ñịa chất công trình 145 5.3.2.3. Ứng dụng công 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 ñịnh ÐBSCL: Ðồng bằng sông Cữu Long ðCCT: ðịa chất công 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 ñịnh không gian ix
DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 1.1: Hệ thống thông tin ñịa lý 16 Hình 1.2: Ghép biên các mảnh bản ñồ 18 Hình 1.3: Sliver tạo ra do số hoá hoặc chồng 2 lớp bản ñồ 19 Hình 1.4: Quy trình biên soạn ñồ hoạ 19 Hình 1.5: Mô tả biểu ñồ Venn 20 Hình 1.6: Vùng thích hợp cho khai thác nước dưới ñất 21 Hình 1.7: Chồng lớp dữ liệu không 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 ñô thị và lớp hiện trạng sử dụng ñất Hình 2.1: Sơ ñồ vị trí Tỉnh Tiền Giang 29 Hình 3.1: Sơ ñồ bố trí các cực ño sâu ñiện 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 ñiện trờ 55 suất thật Hình 3.4: Các bước cơ bản trong phân tích tự ñộng ñường cong ño sâu ñiện 56 Hình 3.5: Quy trình phân tích ñường cong ño sâu ñiện 57 Hình 3.6: Các bước phân tích tự ñộng ñường cong ño sâu ñiện 60 Hình 3.7: Cột ñịa tầng 2 lỗ khoan tiêu biểu 62 Hình 3.8: Phân tích ñường cong ño sâu ñiện 66 Hình 3.9: Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 1 75 Hình 3.10: Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 2 76 Hình 3.11: Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 3 77 Hình 3.12: Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 4 77 Hình 3.13: Mặt cắt ñiện 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 không gian 84 Hình 4.2: Các ñối tượng không gian 84 Hình 4.3: Quan hệ giữa các ñối tượng 84 x
Hình 4.4: Tham chiếu không 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 ñiểm nội suy P và các ñiểm mẫu 97 Hình 4.9: Quy trình thuật toán nội suy 98 Hình 4.10: Lưu trữ các lớp thuộc tính, lớp không 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 ñồ giải thuật thêm mới ñối tượng 102 Hình 4.14: Lưu ñồ giải thuật hiệu chỉnh/ cập nhật thông tin ñối tuợng 103 Hình 4.15: Lưu ñồ giải thuật tìm kiếm ñối tượng 104 Hình 4.16: Lưu ñồ giải thuật nội suy theo vùng chọn trên bản ñồ. 105 Hình 4.17: Biểu tượng thêm mới ñiểm ño sâu ñiện 106 Hình 4.18: Giao diện thêm mới ñiểm ño sâu ñiện 106 Hình 4.19: Biểu tượng cập nhật thông tin ñiểm ño sâu ñiện 107 Hình 4.20: Giao diện cập nhật thông tin ñiểm ño sâu ñiện 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 ñiểm ño sâu ñiện trên bản ñồ 109 theo ký hiệu ñiểm ño Hình 4.24: Giao diện kết quả tìm kiếm vị trí ñiểm ño sâu ñiện trên bản ñồ 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 ñồ ñiện 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 ñồ ñiện trở 112 suất xi
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 ñiện trở suất tại một vị trí bất kỳ trên bản ñồ ñiện trở 113 suất huyện Chợ Gạo Hình 4.32: Giao diện nội suy theo một lớp ñịa 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 ñồ ñiện trở suất Hình 5.1: Quy trình kết hợp phương pháp ño 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 ñịa - ñiện tuyến 4 135 Hình 5.8: Bản ñồ phân bố vùng mặn nhạt nước dưới ñất tầng Pliocen trên 139 Hình 5.9: Bản ñồ phân bố vùng mặn nhạt nước dưới ñất tầng Pliocen dưới 139 Hình 5.10: Bản ñồ phân bố vùng mặn nhạt nước dưới ñất tầng Miocen trên 139 Hình 5.11: Minh họa kỹ thuật chồng các lớp bản ñồ 140 Hình 5.12: Các cột ñịa 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 ñồ vị trí ñiểm ño sâu ñiện 149 Hình 5.15: Giao diện chương trình ArcMap và công cụ RockWare GIS Link 150 2 Hình 5.16: Hộp thoại chọn ñường dẫn ñến dữ liệu ñiểm ño sâu ñiện 150 Hình 5.17: Giao diện kết quả chương trình nội suy 151 Hình 5.18: Mặt cắt ñịa ñiện tuyến 1 152 Hình 5.19: Mặt cắt ñịa ñiện 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 ñồ số 3.1: Bản ñồ 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 ñồ 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 ñịa 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 ñịa chất trầm tích theo 3 vùng ñặc trưng Bảng 4.1: Các kiểu dữ liệu và từ khóa ñược hỗ trợ bởi Case Tool 83 Bảng 4.2. Diễn giải các thuộc tính lớp dữ liệu ñiện 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 ñiện trở suất ρt (ohm.m) và 128 ñộ tổng khoáng 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 ñộ tổng khoáng hóa M(mg/l) của nước chứa trong các tầng ñịa chất (vùng 3). Bảng 5.4. Bảng so sánh giữa M tính toán 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 ñiện trở suất theo lớp ñịa chất công 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 ñến nhiều thông số ñịa vật lý khác nhau như hàm lượng khoáng, ñộ xốp, ñộ bảo hoà 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 ñiều tra, thăm dò khoáng 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 ô nhiễm dẫn ñiện, ñánh giá, bảo vệ các quá trình làm ảnh hưởng ñến các công trình ngầm, thiết kế công trình chống sét, … Phương pháp ño sâu ñiện là một trong các phương pháp thăm dò ñịa vật lý, thường ñược sử dụng nhằm xác ñịnh sự phân bố ñiện trở suất của môi trường bên dưới mặt ñất 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 môi trường bên dưới mặt ñất ñể từ ñó có những giải ñoán, dự báo cho các bài toán 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 ñồ ñiện trở suất, các dữ liệu ñiện trở suất thu ñược cần có tính liên tục. Ngày nay, trên ñà phát triển của Công nghệ thông tin, với thế mạnh phân tích không gian, Công nghệ GIS là một phương pháp ứng dụng có hiệu quả ñể tích hợp, chuyển ñổi dữ liệu từ dạng ñiểm 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 ñiện, phương pháp phân tích GIS, cùng với thông tin của các giếng khoan ñịa chất ñể xây dựng bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá 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 sông nước ưu ñãi 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 ñiều tra cơ bản tổng hợp ðBSCL 60-02, 60B ñược triển khai ñã xây dựng nên bản ñồ các yếu tố ñơn tính, trong ñó có bản ñồ ñịa chất trầm tích các huyện phía tây [4], các biên khảo ñịa chất trầm tích các huyện phía ñông [17], phương pháp thủy văn ñồng vị nghiên cứu nước ngầm [16]. Tiếp tục trong thập niên 1990, nhiều phương án ño ñịa vật lý thăm dò nước ngầm ñược thực hiện [10], [11], với 800 ñiểm ño sâu ñiện trải dọc theo các tuyến giao thông 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 ñến 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 ñoạn biến ñổi khí hậu toàn 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 ñiện trở suất; bài toán kết hợp công nghệ GIS và phương pháp ño sâu ñiện sẽ xây dựng nên một cơ sở dữ liệu không gian (geodatabase), hình thành nên các bản ñồ ñiện trở suất theo từng lớp ñịa chất tương ứng. Dữ liệu ñiện trở suất ñược lưu trữ, cập nhật, phân tích, truy vấn trên máy tính, phục vụ tối ưu cho các mục ñích 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 ñó xây dựng ñịnh hướng quy hoạch khai thác một cách bền vững, có kiểm soát và ñược giám sát chặt chẽ, nhằm quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, ñi ñôi với bảo vệ môi trường ngày càng tốt hơn. Song song, 2
các hoạt ñộng công nghiệp hóa, sự gia tăng dân số, quá trình mở rộng ñô thị kéo theo nhu cầu gia tăng xây dựng nhà cửa, kết cấu hạ tầng, …. ðiều ñó ñòi hỏi cần làm rõ cấu trúc ñịa chất, tiềm năng nước dưới ñất, sự phân bố các vùng ñất yếu phục vụ cho việc quy hoạch khai thác nước dưới ñất, xây dựng công trình, .... Với ý nghĩa ñó, việc xây dựng bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá các lớp ñịa 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 công trình trên cơ sở phân tích bản ñồ ñiện trở suất sẽ giúp cho các các cơ quan quản lý, các ñơn vị chuyên môn tại ñịa phương có cơ sở khoa học ñầy ñủ 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 ñá 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 ñã có trên ñịa 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 công nghệ GIS. ðể ñạt ñược 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 ño sâu ñiện và công nghệ GIS ñể 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 ñịa chất thủy văn, ñịa chất công trình do các ñơn vị như ðoàn 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 ñiện, với AB/2=800m – 1000m. Trong ñó: + 800 ñiểm ño thuộc ñề tài (tài liệu tham khảo [10], [11]) + 300 ñiểm ño thuộc ñề tài (danh mục công trình công bố [1]) + 300 ñiểm ño mới Tài liệu các ñiểm ño thu thập từ các phương án ño sâu ñiện phục vụ cho việc thành lập bản ñồ ðCTV, giai ñoạn tìm kiếm, ñiều tra, tỷ lệ bản ñồ 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 công trình ño 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 ñồ ñịa chất trầm tích, tỷ lệ 1:50.000 (tài liệu tham khảo [4]); Bản ñồ ñịa 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 ñược 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 ñể phân tích số liệu ño sâu ñiện theo từng ñiểm ño và theo tuyến ño. 4
- Phương pháp phân tích GIS: Ứng dụng công nghệ GIS phân tích số liệu ñiểm ño sâu ñiện theo vị trí không gian và giá trị thuộc tính ñiện trở suất. Công nghệ GIS giúp cho việc phân tích các dữ liệu có quan hệ không gian nhanh chóng và hiệu quả hơn. Bản ñồ GIS vừa là nguồn thông tin ñầu 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 không có giá trị ño thực tế trên bản ñồ GIS. Ngoài ra, CSDL của luận án ñược xây dựng theo cách tiếp cận mô hình Geodatabase, là mô hình dữ liệu hướng ñối tượng, mô hình này cho phép biểu diễn thống nhất các ñối tượng không gian và phi không gian và lưu trữ thống nhất dữ liệu không gian và phi không gian khi ánh xạ mô hình này xuống hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS); Chương trình ứng dụng xây dựng bản ñồ ñiện trở suất ñược lập trình bằng ngôn 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 ñịa chất trầm tích tỉnh Tiền Giang phục vụ cho các bài toán phân tích không gian liên quan. - Hình thành chương trình ứng dụng khai thác CSDL, thực hiện các thuật toán nội suy thành lập các bản ñồ ñiện 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 công nghệ GIS. Kết quả của việc xây dựng bản ñồ ñiện trở suất ñược ứng dụng ñể giải ñoán hai bài toán: Phân vùng mặn nhạt nước dưới ñất tỉnh Tiền Giang và Xây dựng mô hình cấu trúc phân lớp ñịa chất theo tuyến phục vụ xây dựng công 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 ñủ căn cứ khoa học và thực tiễn ñể kết hợp dữ liệu phân tích ñiểm ño sâu ñiện truyền thống và công nghệ GIS xây dựng nên các lớp bản ñồ số 5
ñiện trở suất của ñất ñá trầm tích trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang. Các tham số ñiện trở suất có thể ñược cập nhật thường xuyên và bản ñồ ñiện trở suất ñược hình thành phục vụ ña mục ñích như quản lý, quy hoạch khai thác tài nguyên nước dưới ñất, tài nguyên ñất, phục vụ xây dựng công trình, v.v... - Giá trị ñiện trở suất của ñất ñá trầm tích thay ñổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: ñộ hạt, ñộ bảo hòa nước,… ñặc biệt là ñộ tổng khoáng hóa của nước chứa trong các lớp ñịa chất trầm tích; Vì vậy có ñủ cơ sở khoa học ñể áp dụng công nghệ GIS trên cơ sở sự biến ñổi của gía trị ñiện trở suất, tự ñộng hóa phân vùng mặn nhạt các tầng chứa nước dưới ñất, ñồng thời xây dựng mô hình cấu trúc phân lớp ñịa chất phục vụ xây dựng công 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 ñịa cầu, ðịa chất, Công nghệ GIS; Trong ñó thành tố chính tạo nên kết quả của luận án là giá trị ñiện trở suất, tham số này có ñược trên cơ sở thực hiện phương pháp ño 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 ño sâu ñiện; Công nghệ GIS sử dụng trong luận án như là một công cụ tích hợp các phương pháp, thực hiện các thuật toán 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 ñồ 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 quá trình thành tạo các lớp ñịa chất trầm tích qua các giai ñoạn biển tiến, biển thoái. Tùy theo mục ñích khai thác tài nguyên ở tầng sâu hay nông mà các lớp bản ñồ 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 ñịa chất công trình; Phân vùng tập trung sét theo giá trị ñiện trở suất của ngành ñiện lực, viễn thông; 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