Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp Rađa đất để phát hiện hang rỗng trong thân đê, đập ở Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------------------------

Vương Duy Thọ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------------------------

Vương Duy Thọ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Vật Lý Địa Cầu

Mã số: 60440111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. VŨ ĐỨC MINH

Hà Nội – Năm 2015

MỤC LỤC

Các ký hiệu & từ viết tắt……………………………………………………………..i

Danh mục hình vẽ.......................................................................................................ii

Danh mục bảng biểu................................................................................................. vi

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ........................................................................... 1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 1

4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ........................................................................... 2

5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................. 2

7. Cấu trúc của luận văn........................................................................................... 2

Chương 1 - TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ................. 3

1.1 VÀI NÉT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT TRONG KHẢO SÁT HANG RỖNG ................................................ 3

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài ............................................................ 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................ 4

1.2. PHƯƠNG PHÁP RA ĐA ĐẤT ........................................................................ 6

1.2.1. Sơ lược về phương pháp Rađa đất. ............................................................ 6

1.2.2. Một số tính chất cơ bản của trường điện từ trong môi trường địa chất ...... 8

1.2.3. Phương pháp xác định một số tham số điện từ ........................................ 16

Chương 2 - NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH HANG RỖNG LÝ THUYẾT ........ 21

2.1.CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH ..................................................................... 21

2.1.1 Cơ sở Vật lý địa chất ................................................................................. 21

2.1.2 Cơ sở lựa chọn ăng ten. ............................................................................. 22

2.2. CÁCH THỨC TÍNH MÔ HÌNH ................................................................... 23

2.2.1. Module mô hình hóa cho mô phỏng 2D (Module modelling for the 2D- simulation) .......................................................................................................... 23

2.2.2 Mô hình sai phân hữu hạn (Finite Difference (FD)) ................................. 27

2.2.3. Cơ sở lý thuyết trường sóng ra đa trên hang rỗng .................................... 28

2.3. XỬ LÝ, TÍNH TOÁN ................................................................................... 31

2.4. KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH LÝ THUYẾT ...................................... 34

2.4.1. Mô hình hang rỗng có độ sâu khác nhau .................................................. 34

2.4.2. Mô hình hang rỗng nằm ở độ sâu 1m có bán kính thay đổi ..................... 39

2.4.3. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng ........................................................... 47

2.4.3.1. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng có cùng vị trí nhưng độ sâu khác nhau ............................................................................................................................ 47

2.4.3.2. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng khác vị trí và độ sâu khác nhau ..... 49

2.4.3.3. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng khác vị trí và cùng độ sâu .............. 51

Chương 3 - KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RADA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG ........................................................................................................... 53

3.1. Máy móc thiết bị ................................................................................................ 53

3.2. Phương pháp kỹ thuật đo Rađa đất .................................................................... 53

3.3. Phương pháp xử lý tài liệu ................................................................................. 56

3.4.Kết quả xác định hang rỗng ................................................................................ 58

3.4.1 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đáy - Hoài Đức - Hà Nội ..... 59

3.4.2 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê Tả Cấm, Thủy Nguyên, Hải Phòng ............................................................................................................................... 61

3.4.3. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đào, Nam Trực, Nam Định . 63

3.4.4. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen, Khánh Hòa .............. 64

3.4.5. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam ............ 66

KẾT LUẬN ............................................................................................................... 68

Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 70

Các ký hiệu và chữ viết tắt

 - độ dẫn điện [đơn vị Siemens/m]

 - hằng số điện môi

f - tần số của ăng ten [MHz]

v - vận tốc truyền sóng điện từ [m/ns]

c - vận tốc ánh sáng [c = 3 . 108 m/s]

 - điện trở suất của môi trường [ohm/m]

 - độ thẩm từ

R - hệ số phản xạ

 - bước sóng [m]

 - độ suy giảm của sóng điện từ [dB/m2]

E - cường độ điện trường [Volt/m]

D - véc tơ cảm ứng điện

Jc - mật độ dòng dẫn [amperes/m2]

Jd - dòng dịch

 = 2f - tần số góc [rad/s]

 - phần trăm lỗ rỗng hay độ rỗng của môi trường đất đá [%]

S - độ bão hoà nước hay tỷ lệ độ ngậm nước

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Mối liên hệ giữa dòng điện dẫn, dòng dịch và dòng toàn phần ................ 11

Hình 1.2. Mối liên hệ giữa độ điện thẩm tương đối và vận tốc truyền sóng vào lượng nước của môi trường ................................................................................................. 13

Hình 1.3. Phương pháp hình học ............................................................................... 17

Hình 1.4. Vận tốc truyền sóng .................................................................................. 18

Hình 1.5. Phương pháp điểm sâu chung ................................................................... 19

Hình 2.1: Giản đồ sóng rađa trên các đối tượng ...................................................... 28

Hình 2.2. Giản đồ sóng rađa trên đối tượng dạng điểm ........................................... 30

Hình 2.3. Giản đồ sóng rađa trên mặt phân lớp ....................................................... 31

Hình 2.4. Hình ảnh dịch chuyển Migration ............................................................. 32

Hình 2.5. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,3m ................................................................................................. 34

Hình 2.6. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,3m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 34

Hình 2.7. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,6m ..................................................................................................... 35

Hình 2.8. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,6m sau khi đã xử lý Migration ......................................................... 35

Hình 2.9. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,9m .................................................................................................. 36

Hình 2.10. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,9m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 36

Hình 2.11. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,2m .................................................................................................. 37

Hình 2.12. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,2m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 37

Hình 2.13. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,5m .................................................................................................. 38

Hình 2.14. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,5m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 38

Hình 2.15. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0.05m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ......................................................................................................................... 39

Hình 2.16. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 40

Hình 2.17. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ...................................................................................... 40

Hình 2.18. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m .......................................................................................................................... 41

Hình 2.19. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 41

Hình 2.20. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 42

Hình 2.21. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ....................................................................................... 42

Hình 2.22. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ......................................................................................................................... 43

Hình 2.23. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 43

Hình 2.24. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 44

Hình 2.25. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ...................................................................................... 44

Hình 2.26: Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là

1m ............................................................................................................................. 45

Hình 2.27. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là

1m sau khi xử lý Migration ...................................................................................... 45

Hình 2.28. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m ............................................................................................................................. 46

Hình 2.29. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration ....................................................................................... 46

Hình 2.30. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 1,2m ...................................................................................................... 47

Hình 2.31. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 1,2m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 47

Hình 2.32. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 0,9m ..................................................................................................... 48

Hình 2.33. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 0,9m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 48

Hình 2.34. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,3m, 0,9m ........................................................................................... 49

Hình 2.35. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9;

chiều sâu là 0,3m, 0,9m sau khi đã xử lý Migration ................................................ 49

Hình 2.36. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m, 1,2m ............................................................................................ 50

Hình 2.37. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m, 1,2m sau khi đã xử lý Migration ................................................. 50

Hình 2.38. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m ....................................................................................................... 51

Hình 2.39. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 51

Hình 2.40. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m ...................................................................................................... 52

Hình 2.41. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 52

Hình 3.1. Hệ thiết bị SIR- 10B ................................................................................. 53

Hình 3.2. Khuyếch đại tín hiệu chuẩn ...................................................................... 55

Hình 3.3. Cài đặt thông số các bộ lọc ...................................................................... 56

Hình 3.4. Tuyến đo khảo sát tổ mối ......................................................................... 58

Hình 3.5.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát ......................................................................... 59

Hình 3.6. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Hoài Đức-Hà Nội .............. 59

Hình 3.7. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Hoài Đức - Hà Nộ ................ 60

Hình 3.8.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát ......................................................................... 61

Hình 3.9. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Thủy Nguyên-Hải Phỏng ... 61

Hình 3.10. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Thủy Nguyên-Hải Phòng ... 62

Hình 3.11.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát ....................................................................... 63

Hình 3.12. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Nam Trực-Nam Định ...... 63

Hình 3.13. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Nam Trực-Nam Định ......... 64

Hình 3.14.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát ....................................................................... 64

Hình 3.15. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen-Khánh Hòa ......................................................................................................................... ..65

Hình 3.16. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen-Khánh Hòa ......... 65

Hình 3.17.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát ....................................................................... 66

Hình 3.18. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam .... 66

Hình 3.19. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam ....... 67

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1. Hằng số điện môi của một số vật chất trong tự nhiên ................................ 8

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có khoảng 10.000km đê sông và có hàng nghìn đập thủy điện thủy lợi

lớn và nhỏ. Phần lớn những công trình thuỷ lợi đều được xây dựng cách đây khá lâu.

Do hạn chế về điều kiện kỹ thuật và kinh tế như công tác thăm dò địa chất, thiết kế

và thi công công trình v.v...nên đều có những bất cập và khiếm khuyết nhất định.

Thêm vào đó, do công trình sau một thời gian dài vận hành, vật liệu đã chịu sự xâm

thực của tự nhiên, của nguồn nước, tác động môi trường, biến động địa chất và tác

hại của nhiều loài sinh vật, đặc biệt là mối, cho nên đã xuất hiện nhiều dạng ẩn họa

trong công trình. Trong đó, hang rỗng là một dạng ẩn họa phổ biến nhất trong thân

đê và đập, những hang rỗng này đe dọa nghiêm trọng sự an toàn của công trình. Mỗi

mùa lũ tới, tai họa đều rình rập ở khắp nơi, sự cố công trình có thể xảy ra ở bất cứ nơi

nào và lúc nào. Việc phát hiện được những hang rỗng đó một cách nhanh chóng và

hiệu quả, kịp thời tiến hành gia cố, trừ hiểm hoạ cho công trình, đảm bảo cho công

trình vận hành an toàn đã trở thành một nhiệm vụ bức xúc và quan trọng của ngành

quản lý các công trình thuỷ lợi. Do đó, việc phát hiện và xử lý hang rỗng cho các

công trình này là một nhiệm vụ thường xuyên, lâu dài. Các phương pháp Địa vật lý

như: phương pháp thăm dò điện, từ, phóng xạ hay địa chấn... khi dò tìm hang rỗng có

kích thước nhỏ lại nằm nông gần mặt đất còn có những hạn chế nhất định. Vì vậy

việc ứng dụng công nghệ mới của phương pháp Rađa đất để xác định hang rỗng trong

thân đê, đập là rất cần thiết để từ đó đề xuất những giải pháp xử lý phù hợp và hiệu

quả.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu, ứng dụng công nghệ Rađa đất để phát

hiện và xác định vị trí của hang rỗng nằm trong thân đê, đập.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hang rỗng trên hệ thống đê, đập.

Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu trên mô hình hang rỗng lý thuyết và thử nghiệm

trên thực tế

4. Nội dung nghiên cứu của đề tài

Để đạt được mục tiêu trên, luận văn thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

+ Nghiên cứu mô hình lý thuyết của hang rỗng bằng phương pháp Rađa đất.

+ Thử nghiệm thực tế.

5. Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp nghiên cứu mô hình hóa:

- Bằng cách xây dựng mô hình lý thuyết của hang rỗng đặc trưng và đại diện

cho vùng nghiên cứu để đánh giá khả năng áp dụng của phương pháp Rađa đất.

+ Áp dụng các kết quả lý thuyết đã thu được để thử nghiệm vào thực tế.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Các kết quả nghiên cứu mô hình lý thuyết của hang rỗng bằng phương pháp

Rađa đất đã đánh giá được ảnh hưởng của kích thước đối tượng đến độ sâu nghiên

cứu và đánh giá được sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các hang rỗng. Đồng thời cũng đưa

ra khả năng áp dụng của phương pháp này trong thăm dò các hang rỗng trong đê, đập.

Các kết quả áp dụng trên một số đối tượng thực tế đã chứng minh sự hiệu quả

của phương pháp. Với khả năng tăng độ phân giải của phương pháp đã thu được bức

tranh mặt cắt kết quả Rađa đất phản ánh trung thực, rõ nét các hang rỗng trong thân

đê, đập hơn.

Khi áp dụng phương pháp Rađa đất sẽ có hiệu quả hơn trong việc giải quyết

nhiệm vụ thăm dò các hang rỗng do các sinh vật tạo ra trong thân đê, đập trước hết là

tổ mối có kích thước nhỏ mà các phương pháp địa vật lý khác còn bị hạn chế do chúng

không tạo ra sự khác biệt nhiều với môi trường xung quanh.

7. Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc của luận văn gồm các phần sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan chung về phương pháp Rađa đất

Chương 2: Nghiên cứu trên mô hình hang rỗng lý thuyết

Chương 3: Kết quả áp dụng phương pháp Rađa đất để phát hiện hang rỗng

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Chương 1 - TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT 1.1 VÀI NÉT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT TRONG KHẢO SÁT HANG RỖNG

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Trong chiến tranh, nhiều hầm ngầm sử dụng tác chiến đã bị chôn vùi; vì vậy để

khôi phục các mạng giao thông hào, các đường hầm quan trọng, tác giả Daniels.D.J

đã nghiên cứu phát triển phương pháp Rađa để dò tìm chúng [15]. Phương pháp đã

được tiến hành tại thành phố Falklands - Vương quốc Anh và cho kết quả tốt.

Từ những năm 1984, Annan. A.P và các cộng sự đã nghiên cứu phát triển

phương pháp Rađa ứng dụng các loại hình ăng ten tần số cao: 500, 200 MHz để dò

tìm và lập sơ đồ các đường ống dẫn qua các hoang mạc thuộc Công ty khí đốt Anh

Quốc (British Gas)[13]. Những đường ống có kích cỡ nhỏ khoảng 25 mm, ở độ sâu

1,5 m được phát hiện với tỷ lệ rất cao (90%). Kết quả cho thấy trong điều kiện môi

trường đồng nhất (hoang mạc) khả năng phát hiện các dị vật là cao nhất.

Ở Phần Lan có rất nhiều vỉa than bùn có tác dụng xấu đến các công trình kiến

trúc và giao thông. Tác giả Hanninen. P đã ứng dụng Rađa đất với các loại hình ăng

ten có tần số từ 80 đến 500MHz để đánh giá phạm vi phân bố và độ dầy của vỉa than

bùn trong công tác khảo sát địa chất công trình [16].

Ở Trung Quốc phương pháp đồng vị phóng xạ và phương pháp địa chấn đã

được nghiên cứu để thăm dò vùng thấm và dò rỉ cho đập hồ Phong Thọ Bình. Nhưng

kết quả không đạt yêu cầu. Sau đó nhờ phương pháp Rađa địa thám người ta đã phát

hiện được một dải cactơ đang phát triển ở chân dốc bên phải thân đập, dẫn đến việc

thấm nước đục với lưu lượng 0,07 - 0.15m3/s. Từ đó người ta đã phát triển phương

pháp này để phát hiện các loại ẩn hoạ cho hàng chục công trình khác, chẳng hạn phát

hiện vết nứt tường sét chống thấm của đập chính hồ Nam Thuỷ vào năm1999; phát

hiện các hang rỗng, hố sụt lún, vết nứt của đập hồ Hợp Thuỷ, Xuân Dương, Quảng

Đông; phát hiện vết nứt tràn xả lũ của đập hồ Phóng Ngưu Động và phát hiện vùng

sụt lún, dập vỡ của sân tiêu năng đập hồ Mai Lục vào năm 1997 và 1998.

Tại Ba Lan, (2000) đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp Rađa đất để phát hiện

các khối bất đồng nhất trên đê sông Odra. Qua phân tích xử lý số liệu, tác giả đã xác

định được các vùng thấm qua thân đê vào mùa lũ [23].

Gần đây Trung Quốc đã ứng dụng kỹ thuật Rađa đất kết hợp với ăng ten đo ẩn

họa dưới nước và phương pháp lấy mẫu tập trung cục bộ, tiến hành thực nghiệm đo

ẩn họa của hơn 10 công trình thuỷ lợi ngầm. Nhờ đó đã phát hiện hàng loạt những ẩn

họa với nhiều hình dạng khác nhau: các loại ẩn họa cửa chắn phía thượng nguồn của

cống ngầm và của hố tiêu năng (như nứt ở dưới đáy, xói mòn, lún sụt v.v...); kết cấu

chống thấm của đáy hồ bị vỡ, tường nghiêng chống thấm của đập đất nứt và tầng đệm

bị hỏng v.v... với độ chính xác khá cao.

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta, năm 1971 Nguyễn Văn Quang nghiên cứu phương pháp siêu âm để

phát hiện hang rỗng tổ mối, nhưng không thành công. Năm 1973, GS.TSKH Lâm

Quang Thiệp dùng phương pháp điện để phát hiện hang rỗng tổ mối trong đê. Tác giả

cho biết đã tìm được 6 tổ mối, nhưng độ chính xác và hiệu quả thăm dò rất hạn chế.

Năm 1982, Vũ Văn Tuyển là người đầu tiên nghiên cứu về mối hại đập đất ở nước

ta. Tác giả đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp đồng vị phóng xạ để phát hiện nhiều

tổ mối ở đập. Những năm 80 của thế kỷ trước, Viện Thiết kế thuỷ lợi (nay là Công ty

tư vấn xây dựng thuỷ lợi I) mới bắt đầu ứng dụng các phương pháp địa vật lý để

nghiên cứu một số đoạn đê có vết nứt thuộc địa phận Nhất Trai, Gia Lương, Hà Bắc

và đê hữu Hồng thuộc địa phận Vân Cốc, Phương Độ, Phúc Thọ, Hà Nội. Do công

nghệ lạc hậu và công tác nghiên cứu chưa đồng bộ nên kết quả còn nhiều hạn chế. Từ

năm 1990 trở lại đây, Viện Khoa học địa chất đã nghiên cứu phương pháp điện trở

để thăm dò ẩn hoạ tại đê Từ Liêm, Hà Nội, nhưng kết quả nghiên cứu vẫn chưa đủ cơ

sở để áp dụng vào sản xuất. Năm 1996, Viện vật lý địa cầu thuộc Viện Khoa học và

Công nghệ Việt Nam, dưới sự trợ giúp của các chuyên gia Đức đã ứng dụng công

nghệ Rađa đất để khảo sát địa chất công trình.

Năm 1998, PGS.TS Nguyễn Văn Giảng và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng

công nghệ Rađa đất, xây dựng một số mặt cắt cấu trúc hiện trạng cho 5 km đê sông

Hồng bằng thiết bị Pulse EKKO 100A. Các tác giả đã xác định được một số đoạn đê

xung yếu có nhiều dị thường và kiến nghị giải pháp xử lý . Năm 1999 khi tham gia

dự án điều tra cơ bản cống dưới đê và các đoạn đê xung yếu thuộc hệ thống sông

Hồng và sông Thái Bình, Nguyễn Văn Giảng và cộng sự đã ứng dụng công nghệ

Rađa để đánh giá hiện trạng 19 cống dưới đê thuộc hệ thống đê tỉnh Hà Nam. Các tác

giả đã đo đạc và đánh giá hiện trạng đất hai bên mang cống của 19 cống dưới đê tỉnh

Hà Nam[3].

Việc thăm dò, xác định hang rỗng tổ mối và các ẩn hoạ khác trong thân đê, đập

đã được Trung tâm Nghiên cứu Phòng trừ mối- Viện Khoa học Thủy lợi nghiên cứu

từ năm 1984 bằng các phương pháp: phóng xạ, điện trường và địa chấn nông…,nhưng

do hạn chế về độ phân giải và tốc độ triển khai trên thực địa chậm, nên các phương

pháp này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi.

Năm 1999, tiếp cận công nghệ Rađa đất, Trung tâm Nghiên cứu Phòng trừ mối

đã nhận thấy đây là một công nghệ mới rất có triển vọng trong việc xác định tổ mối

và các ẩn hoạ trong thân đê, đập. Được sự quan tâm của Bộ Nông nghiệp và Phát

triển Nông thôn, Trung tâm đã được trang bị một hệ thiết bị Rađa SIR-10B cùng với

phần mềm xử lý số liệu Radan for Windows và một số môđun chuyên dụng khác.

Trung tâm đã tiến hành thử nghiệm phương pháp Rađa đất để xác định tổ mối trên

đê, đập và bước đầu thu được kết quả tốt (Ngô Trí Côi, 2001) [1]. Đây là những cơ

sở ban đầu rất quan trọng để nghiên cứu phát triển, mở rộng ứng dụng công nghệ

Rađa đất.

Năm 2002, PGS.TS Nguyễn Trọng Nga và nnk đã ứng dụng phương pháp

Rađa đất để xác định các hang rỗng (karst) trong miền đá vôi và cho kết quả khá tốt,

đặc biệt xác định được các hang có đường kính lớn hơn 2m [4].

Năm 2004, ThS Phạm Văn Động và nnk đã nghiên cứu và ứng dụng phương

pháp Rađa đất để xác định hang rỗng tổ mối trên hệ thống đập đất tỉnh Hòa Bình và

cũng cho kết quả tốt [11].

Năm 2006, TS Vũ Thị Thanh Hương, ThS Đỗ Anh Chung và nnk đã nghiên cứu

và ứng dụng phương pháp Rađa đất để xác định một số ẩn hoạ trên hệ thống đê tỉnh

Nam Định; đề tài cũng đã xác định và chỉ ra được khá nhiều tổ mối nằm chìm trong

thân đê [12].

Năm 2013, PGS.TS Vũ Đức Minh, ThS. Đỗ Anh Chung nghiên cứu mô phỏng

các hang rỗng trong thân đê, đập bằng các phương pháp Địa vật lý để đưa ra khả năng

ứng dụng của phương pháp điện đa cực và Rađa đất đối với việc tìm kiếm, xác định

các hang rỗng; Đồng thời tìm ra phương thức tiến hành ngoài thực địa sao cho phù

hợp nhằm nâng cao hiệu quả của các phương pháp nói trên [17].

Năm 2013, PGS.TS Vũ Đức Minh, ThS Đỗ Anh Chung đã đưa ra một số kết

quả nghiên cứu áp dụng xác định nhanh ẩn họa nông trong thân đê, đập nhằm đánh

giá khả năng và hiệu quả của phương pháp Rađa đất và điện đa cực trong việc xác

định đối tượng này [18].

Tóm lại, phương pháp Rađa đất đã được ứng dụng ở Việt nam trong thăm dò tổ

mối và một số hang rỗng trong hệ thống đê điều. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu cụ

thể nào đánh giá mức độ ảnh hưởng của kích thước hang rỗng đến chiều sâu nghiên

cứu và mức độ ảnh hưởng của các hang rỗng để đánh giá chính xác hơn khả năng của

phương pháp Rađa đất trong công tác thăm dò hang rỗng trong thân đê, đập.

1.2. PHƯƠNG PHÁP RA ĐA ĐẤT

1.2.1. Sơ lược về phương pháp Rađa đất.

Phương pháp Rađa đất là phương pháp địa vật lý nông dựa trên nguyên lý thu

phát sóng điện từ ở tần số siêu cao tần( từ 15  6000 MHz). Khi đó sóng điện từ được

truyền theo xung từ các ăng ten phát và thu sóng phản xạ được tạo ra từ các mặt ranh

giới giữa các đối tượng và môi trường xung quanh. Các đối tượng đó được tạo thành

do cấu trúc địa chất như: ranh giới đá móng, các lớp vật liệu trầm tích có tính chất

vật lí khác nhau chứa vật liệu sét, những hang hốc, các khe nứt nẻ, các khối xâm thực

cũng như các vật thể bị chôn vùi nhân tạo hoặc các khối bê tông, các lỗ rỗng liên quan

đến vị trí hàm ếch, tổ mối. Đó chính là các đối tượng nghiên cứu bằng phương pháp

Rađa đất.

Độ sâu thẩm thấu của phương pháp phụ thuộc vào tần số của ăng ten phát thu

và tính chất vật lí của môi trường địa chất trong đó giá trị hằng số điện môi tương

đối((cid:2013)(cid:3045)) và độ dẫn điện (σ) là chủ yếu. Tần số càng cao, độ dẫn điện và hằng số điện

môi càng lớn thì chiều sâu khảo sát càng nhỏ.

Các đại lượng vật lí đặc trưng của sóng điện từ được dùng trong phương pháp

Rađa đất như: vận tốc truyền sóng (v), bước sóng (λ), hệ số suy giảm (α), hằng số

điện môi tương đối hay độ điện thẩm tương đối (r), độ từ thẩm (μ), độ dẫn điện (σ)…

Sở dĩ phương pháp Rađa đất có thể phát hiện được các đối tượng nêu trên là do

trong các môi trường địa chất nói chung, đặc biệt trong địa chất công trình chúng luôn

luôn tồn tại các ẩn hoạ như hang karst, khối bất đồng nhất, đới tơi xốp và các hang

rỗng, đây là những vùng có tính chất vật lí khác biệt so với môi trường địa chất xung

quanh. Tại những ranh giới giữa các ẩn hoạ và môi trường xung quanh sẽ xảy ra hiện

tượng phản xạ sóng điện từ, với hệ số phản xạ được tính theo công thức sau:

R = (1)

Trong đó: (cid:2013)(cid:2869) - là hằng số điện môi tương đối của môi trường thứ nhất.

(cid:2013)(cid:2870) - là hằng số điện môi tương đối của môi trường thứ hai.

Như vậy ranh giới các môi trường vật chất càng khác nhau về hằng số điện môi

thì áp dụng phương pháp Rađa đất càng có hiệu quả. Bảng 1.1 là bảng tổng hợp hằng

số điện môi của một số vật chất thường gặp trong tự nhiên.

Bảng 1.1. Hằng số điện môi của một số vật chất trong tự nhiên

Ghi chú Stt Tên vật chất Giá trị hằng số điện môi r

1 Không khí 1

2 Đất khô 5

3 Đất ướt 25

4 Nước ngọt 81

5 Đất bồi 5-30

6 Đất sét 5-40

7 Đá phiến sét 5-15

8 Đá granit 4-6

9 Đá vôi 4-8

10 Cát khô 3-5

11 Cát ướt 20-30

12 Nước biển 80

1.2.2. Một số tính chất cơ bản của trường điện từ trong môi trường địa chất

1.2.2.1. Mật độ dòng điện trong môi trường đơn chất.

* Dòng điện dẫn

Dòng điện là sự dịch chuyển có hướng của các điện tích dưới tác dụng của

trường điện. Trong kim loại, các điện tích khi chuyển động là các electron gọi là dẫn

điện điện tử.

Trong các dung dịch điện tích dịch chuyển là các ion nên gọi là dẫn điện ion.

Môi trường địa chất là môi trường có chứa nước nên là môi trường dẫn điện ion.

Với dòng dẫn, các điện tích tự do chuyển động khi có một điện trường đặt vào

và nó sẽ dịch chuyển với vận tốc không đổi khi điện trường đặt vào là không đổi. Khi

có điện trường đặt vào, các điện tích lập tức dịch chuyển, khi điện trường bị ngắt đột

ngột, các điện tích này cũng lập tức dừng chuyển động.

Trong khi các điện tích chuyển động, chúng sẽ va chạm với các hạt vật chất

xung quanh nó do đó sẽ bị tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt. Các điện tích dịch

chuyển va chạm với các hạt không dịch chuyển và truyền năng lượng cơ học. Kết quả

là dòng dẫn được sinh ra cùng với quá trình tiêu hao năng lượng của một trường điện

từ.

Xét môi trường dẫn được đặc trưng bởi độ dẫn điện  có dòng điện chạy qua

với mật độ dòng Jc. Tại mọi điểm của môi trường thì dòng điện luôn tuân theo định

luật Ohm. Định luật Ohm xác định mối quan hệ giữa mật độ dòng điện và cường độ

điện trường E đặt vào và được biểu diễn bởi biểu thức sau:

(2) Jc = σ.E hay σ = Jc/E

Trong môi trường đơn chất, mối liên quan này gần như là tuyến tính và tỷ lệ

không đổi này được gọi là độ dẫn điện σ. Độ dẫn điện σ xác định khả năng của môi

trường cho điện tích chạy qua dưới tác dụng của điện trường. Độ dẫn phụ thuộc rất

nhiều vào mật độ điện tích và tính chất tương tác cơ học lẫn nhau của điện tích với

các hạt xung quanh nó. Đơn vị của độ dẫn điện là Simen/m hoặc mili Simen/m.

Điện trở suất () là đại lượng nghịch đảo của độ dẫn điện σ,  = 1/. Đơn vị đo

điện trở suất là Ohm.

* Dòng điện dịch

Dòng điện dịch là dòng tạo bởi sự xê dịch hay sự dao động của các điện tích

liên kết dưới tác dụng của điện trường biến thiên. Sự xê dịch này cũng gần như tức

thời.

Khi dao động các điện tích đã được tích điện chuyển từ một thế cân bằng này

sang một thế cân bằng khác và có sự thay đổi năng lượng dự trữ trong môi trường.

Khi điện trường này bị gỡ bỏ, các điện tích liên kết này sẽ dịch chuyển về vị trí cân

bằng ban đầu và năng lượng được giải phóng.

Khi có một điện trường E đặt vào, sự dao động của các điện tích sẽ tác động vào

việc sắp xếp các véc tơ cảm ứng điện D ở bên trong môi trường vật chất:

D = ε.E

Sự phân bố các điện tích này dựa trên cơ sở mật độ véc tơ cảm ứng điện D.

Trong môi trường đơn chất, mật độ véc tơ cảm ứng điện này tỷ lệ thuận với điện

trường đặt vào, tỷ lệ không đổi này được gọi là độ điện thẩm của môi trường.

Khi sự sắp xếp của các véc tơ cảm ứng điện được tạo ra trong môi trường kết

hợp với sự xê dịch của các điện tích sẽ có một dòng điện gọi là dòng điện dịch.

Như vậy, về cơ bản, dòng điện dịch là sự biến thiên của véc tơ cảm ứng điện D

trong một khoảng thời gian; khi đó mật độ dòng dịch có dạng:

Jd = cD/ct = ε . cE/ct (3)

Để thuận tiện trong tính toán, ta định nghĩa độ điện thẩm tương đối (relative

permittivity) hay hằng số điện môi tương đối(dielectric constant) là tỷ số giữa độ điện

thẩm của môi trường với độ điện thẩm chân không hay hằng số điện môi của môi

trường và hằng số điện môi của chân không và được ký hiệu là r; r là đại lượng

không thứ nguyên.

r = ε/ εo hay  = r . εo (4)

Trong đó: εo - độ điện thẩm của không khí

εr - là độ điện thẩm tương đối hay hằng số điện môi tương đối có giá trị từ

1  81.

* Dòng toàn phần

Trong bất kỳ môi trường tự nhiên nào, dòng mà ta thu được khi cung cấp một

điện trường vào môi trường đó đều có dòng điện dẫn và dòng dịch. Tuỳ thuộc vào sự

(tỷ lệ) thay đổi của điện trường mà có thể dòng dịch hoặc dòng dẫn sẽ chiếm ưu thế

hơn:

J = Jd + Jc (5) Hay J = σ . E + ε . cE/ct

Trong đó: - J:dòng toàn phần

Giả sử điện trường kích thích có dạng hàm sin biến đổi theo thời gian, khi đó:

E = Eo. (6)

(7) Suy ra: cE/ct = j Eo

(8) .E = (σ + ε j )E Do đó: J = σ . E + ε j

Như vậy, ta thấy rằng dòng điện dịch sẽ tỷ lệ với tần số góc của điện trường đưa

vào. Ngoài ra, dòng điện dịch còn bị lệch pha với dòng điện dẫn một góc .

Hình 1.1. mô tả mối liên hệ giữa dòng điện dịch, dòng điện dẫn và dòng toàn



t

phần theo tần số.

Hình 1.1. Mối liên hệ giữa dòng điện dẫn, dòng dịch và dòng toàn phần

Trong môi trường đơn chất, có độ dẫn σ và hằng số điện môi ε không đổi

thì sẽ có một tần số ft. Tại tần số này dòng dẫn và dòng dịch là bằng nhau. Ở phía trên

tần số ft này thì dòng dịch trội hơn, còn dưới tần số ft này thì dòng dẫn trội hơn. Xác

định tần số ft:

= σ / Tại tần số ft ta có: | Jc | = | Jd | =>

(9) ) ft = σ / (

Phương pháp Rađa đất làm việc với sóng điện trường có tần số lớn hơn tần số

ft. Vì vậy, dòng điện dịch đóng một vai trò quan trọng trong việc lan truyền của sóng

Rađa.

1.2.2.2. Dòng điện trong môi trường địa chất

Trong môi trường địa chất, sự có mặt của các phân tử nước là một trong những

yếu tố quan trọng quyết định đến các đặc tính điện của môi trường. Bản chất tự nhiên

của phân tử nước H2O là một moment lưỡng cực. Do đó nó làm cho môi trường này

có độ điện thẩm khá cao, đồng thời sự phân ly của các ion trong nước sẽ làm tăng độ

dẫn điện ion, đây là yếu tố quyết định tính chất điện của môi trường tầng phủ và đá

gốc. Về cơ bản, độ dẫn điện tỷ lệ với tổng số lượng phân tử chất rắn bị hoà tan và do

đó khi lượng các ion bị hoà tan tăng lên thì độ dẫn của môi trường cũng sẽ tăng lên.

Môi trường địa chất được xem như là hỗn hợp của 3 thành phần, đó là: đất đá,

nước và không khí. Tuỳ thuộc vào mức độ ngậm nước và không khí ở trong các lớp

lỗ hổng của môi trường địa chất mà ảnh hưởng nhiều hay ít tới tính dẫn điện của môi

trường.

Bằng thực nghiệm ta có thể xác định được mối tương quan giữa độ điện thẩm

tương đối εr với lượng nước của môi trường địa chất.

Hình 1.2 - là một kết quả thu được từ thực nghiệm của nhóm tác giả, mô tả mối

liên hệ giữa độ điện thẩm và vận tốc truyền sóng vào lượng nước của môi trường.

Từ hình vẽ trên ta thấy khi lượng nước tăng kéo theo độ điện thẩm tương đối εr

tăng nhưng vận tốc sóng lại giảm.

εr

Hình 1.2. Mối liên hệ giữa độ điện thẩm tương đối và vận tốc truyền sóng vào lượng nước của môi trường

Độ dẫn điện của một môi trường địa chất rất khó xác định chính xác. Nó phụ

thuộc nhiều vào độ dẫn của nước chứa trong lỗ rỗng của đất. Ngoài ra nó còn phụ

thuộc vào đặc điểm thành phần, kiến trúc, cấu tạo của đất đá trong môi trường.

Định luật Archie mô tả về mối quan hệ này như sau:

(10) σ = a. Φm . Sn . σw . σc

Trong đó:

- : Độ rỗng của môi trường đất đá(%)

- S: Độ bão hoà nước

- m: hằng số thực nghiệm có giá trị từ 1.3 đến 2.5

- a: hằng số thực nghiệm có giá trị từ 0.4 đến 2.0

- n: hằng số có giá trị bằng 2

- σw : độ dẫn nước trong các lỗ hổng

- σc : độ dẫn bề mặt của các hạt vật liệu bề mặt địa chất

Độ dẫn điện có ảnh hưởng đến sự hấp thụ sóng Rađa của môi trường địa chất.

Khi độ dẫn càng lớn thì sóng rađa bị hấp thụ càng mạnh, do đó mà chiều sâu nghiên

cứu của phương pháp càng giảm.

1.2.2.3. Các tham số điện từ ảnh hưởng trực tiếp đến tín hiệu Rađa

Các tham số điện từ phụ thuộc vào điều kiện địa chất. Xác định tham số điện từ

để chuẩn hoá các kết quả đo được làm tăng độ chính xác trong quá trình xử lý số liệu.

Các tham số cần phải xác định là hằng số điện môi ε, độ dẫn điện σ(S/m), vận tốc

truyền sóng v(m/ns) và độ suy giảm α (dB/m).

* Hằng số điện môi

Hằng số điện môi là một đại lượng vô hướng, nó cho biết khả năng tích điện

của môi trường đất đá khi có một trường sóng điện từ lan truyền qua.

Hằng số điện môi phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước chứa trong môi trường địa

chất và nó nhận giá trị từ 1 đến 81.

Môi trường đất đá gồm các thành phần: đất đá, nước và không khí chứa trong

lỗ hổng. Do đó công thức tính ε trong các môi trường đất đá và trầm tích không bão

hoà; theo Hara, T. and Sakayama, T., 1985):

1(

S

)

.

S

.

1(

)













(11)



Trong đó:

- : Độ rỗng của môi trường đất đá(%)

- S: Độ bão hoà nước

- ε: hằng số điện môi của lớp đất đá

- εa: hằng số điện môi của không khí

- εw: hằng số điện môi của nước

- εs: hằng số điện môi của thành phần hạt

* Độ dẫn điện σ [S/m]

Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn điện của môi trường vật

chất, nó tỷ lệ nghịch với điện trở suất ρ và phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước và hàm

lượng hạt sét có trong môi trường. Với đa số các loại đất đá, độ dẫn điện thường nhận

S/m. giá trị từ 4 đến

Khi độ dẫn σ > 0.01 S/m thì sóng Rađa gần như bị hấp thụ hoàn toàn.

Với đất đá gồm khoáng vật đá, nước và không khí chứa trong lỗ hổng thì công

thức tính độ dẫn điện cho các môi trường địa chất không bão hoà, theo Hara, T. and

Sakayama, T., 1985:

(12)

1(

S

)

.

S

.

1(

)

















Trong đó:

- : Độ rỗng của môi trường đất đá(%)

- S: Độ bão hoà nước

- σ: độ dẫn điện của các lớp trầm tích

- σa: độ dẫn điện của không khí

- σw: độ dẫn điện của nước

- σs: độ dẫn của các thành phần hạt

Phân chia một số môi trường dẫn điện

Các môi trường như: Không khí, đá granite, đá vôi khô, bê tông, nhựa đường

S/m); đây là những môi trường rất tốt cho sóng (asphalt) có độ dẫn thấp (σ <

điện từ lan truyền.

): các môi trường như là nước Độ dẫn trung bình (

nhạt, đá nước nhạt, tuyết, cát, sét khô, đất bazan, đá nước biển. Sóng Rađa suy giảm

mạnh.

Độ dẫn cao (σ > 10-2 S/m): Làm suy yếu tín hiệu sóng Rađa. Các môi trường

như sét ướt, đá phiến sét, nước biển.

1.2.2.4. Vận tốc truyền sóng điện từ v[m/ns]

Vận tốc truyền sóng điện từ phụ thuộc chủ yếu vào giá trị hằng số điện môi của

(

sm /

)



môi trường truyền sóng và được tính bởi công thức sau:

c 

10.3 

(13)

1.2.2.5. Độ suy giảm của sóng điện từ α[ dB/m]

Độ suy giảm của sóng điện từ là đại lượng tỷ lệ thuận với độ dẫn của môi

trường truyền sóng và tỷ lệ nghịch với hằng số điện môi trong môi trường đó. Độ suy

giảm của sóng điện từ được tính bởi công thức:

(14) α = 1.69 (dB/m)

α: độ suy giảm của sóng điện từ trong môi trường địa chất

1.2.3. Phương pháp xác định một số tham số điện từ

1.2.3.1. Xác định vận tốc truyền sóng v, hằng số điện môi ε bằng phương pháp tỷ lệ

hình học:

Xét sóng Rađa đi từ mặt đất vào môi trường nằm ở phía dưới. Khi gặp đối tượng

có dạng vật thể (Hình 1.3) nó sẽ phản xạ trở lại. Đối tượng vật thể phản xạ có dạng

nguồn điểm nên sóng phản xạ hình nón gọi là miền phản xạ. Khi sóng tới nằm trong

miền phản xạ này, trên mặt đất có khoảng cách là 2X, đối tượng nằm ở chiều sâu là

Y, tia phản xạ lại mặt đất theo cạnh huyền là Z. Theo định lý hình học của Pitago ta

có:

(15)

và : (16)





2 y

2 z

Chia (15) cho v2 ( v- là vận tốc truyền sóng của mối trường) ta có

x v

(17)

Nếu biểu diễn thời gian truyền sóng tz theo hướng vuông góc với mặt đất thì

phương trình (17) có dạng là một hyperbole

Ở đây:

X: Khoảng cách bề rộng(m)

Y: Chiều sâu của đối tượng(m)

tz : Thời gian truyền sóng từ cánh hypecbol tới bề mặt (ns)

ty : Thời gian truyền sóng từ đỉnh hypecbol tới bề mặt (ns)

Giải hệ phương trình (1) ta thu được chiều sâu tới đỉnh của đối tượng:

Y = (18)

Mặt đất

Tín hiệu của đối tượng

Đối tượng

Hình1.3. Phương pháp hình học

a) Xác định vận tốc truyền sóng:

Sau khi đã tính được độ sâu của đối tượng ta có thể tính được vận tốc truyền

sóng theo công thức sau:

v = 2.Y/ty (m/ns)

b) Xác định hằng số điện môi:

Giá trị hằng số điện môi được tính theo công thức:

ε =

b 

2 yt

Từ phương trình = nếu ta đặt y = , x = X2,

ta có phương trình y = ax + b là đường thẳng

Biểu diễn phương trình (2) bằng đồ thị như hình 1.4, khi đó ta có:





2 z

2 y

X V



Hình 1.4. Vận tốc truyền sóng

= => v = a = (19)

1.2.3.2. Xác định vận tốc truyền sóng v, hằng số điện môi ε bằng phương pháp điểm

sâu chung:

Khi có điểm phản xạ nằm trên mặt phản xạ ta bố trí nguồn phát T và đầu thu R

đối xứng hai bên điểm phản xạ, trong địa chấn gọi là điểm sâu chung (Hình 1.5). Với

d là chiều sâu từ mặt đất 0 tới điểm sâu chung C,

X - là khoảng cách từ 0 tới điểm đặt nguồn phát T hoặc đầu thu R

v - là vận tốc truyền sóng trong môi trường, gọi thời gian truyền sóng theo cạnh

huyền CR là tx, sóng truyền theo chiều sâu là td. Theo quy tắc Pitago tương tự như

phương trình (1) ta có:

( ) =

(20)

Từ phương trình (20) ta tính được vận tốc truyền sóng theo công thức sau:

v = (21)

Trong công thức này khoảng cách X phải trừ đi cho x1 là khoảng cách giữa hai

đầu phát và đầu thu.

y 

2 xt

Nếu ta đặt x = X2,

ta cũng có y = ax + b nên phương trình (20) là phương trình đường thẳng và tương

tự như phương pháp tỷ lệ hình học ta cũng dễ dàng xác định được:

v =

Ở đây:  - là góc tạo bởi giữa tx và td

Từ phương trình này, sau khi xác định được vận tốc truyền sóng v ta cũng xác



c v

định được hằng số điện môi của môi trường bằng công thức:

Độ dẫn trung bình (10(cid:2879)(cid:2875) < (cid:2026) < 10(cid:2879)(cid:2870) (cid:1845)/(cid:1865)): các môi trường như là nước nhạt,

đá nước nhạt, tuyết, cát, sét khô, đất bazan, đá nước biển. Sóng Rađa suy giảm mạnh.

Độ dẫn cao (σ > 10(cid:2879)(cid:2870) S/m): Làm suy yếu tín hiệu sóng Rađa. Các môi trường

như sét ướt, đá phiến sét, nước biển.

Chương 2 - NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH HANG RỖNG LÝ THUYẾT 2.1.CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH

2.1.1 Cơ sở Vật lý địa chất

Qua quá trình khảo sát trên các đoạn đê thuộc các hệ thống đê sông ở các tỉnh

như : Nam Định, Thái Bình, Bắc Ninh, Ninh Bình, Hải Phòng,.... và các đập đất ở

Việt Nam thì hang rỗng thường do các động vật và sinh vật cư trú trên thân đê và đập

gây ra. Đặc biệt trên thân đê và đập hang rỗng thường do loài mối sinh sống tạo ra

những hang (khoang) rỗng để làm nơi cư trú.

Theo TCVN 8227-2009 mối gây hại công trình đê đập thì các tổ mối chìm trong

đê, đập khi trưởng thành có đường kính trung bình khoảng 0,5-0,7m và chiều sâu đến

đỉnh khoang chính khoảng 1-1,25m.

Vì vậy, chúng tôi lựa chọn các mô hình điển hình để thử nghiệm trên mô hình

lý thuyết với bán kính hang rỗng trung bình là 0,3m như sau:

* Đối với mô hình có 1 đối tượng hang rỗng: độ sâu hang rỗng: 0,3m; 0,6m;

0,9m; 1,2m và 1,5m.

Mục đích để đánh giá hiệu quả của phương pháp Rađa đất theo các độ sâu của

đối tượng

* Đối với 1 hang rỗng ở độ sâu là 1m thay đổi bán kính đối tượng: 0,05m; 0,1m

0,15m; 0,2m; 0,25m; 0,3m; 0,4m; 0,5m.

Mục đích để đánh giá hiệu quả của phương pháp Rađa đất với cùng một độ sâu

nhưng bán kính hang hang rỗng thay đổi.

* Đối với mô hình 2 đối tượng hang rỗng:

- Hai hang rỗng có cùng vị trí nhưng độ sâu khác nhau:

+ Hai hang rỗng có độ sâu là 0,3m và 1,2m.

+ Hai hang rỗng có độ sâu là 0,3m và 0,9m.

+ Hai hang rỗng có độ sâu là 0,9m và 1,2m.

- Hai hang rỗng khác vị trí và khác độ sâu :

+ Hang rỗng 1 độ sâu 0,9 vị trí so với đầu tuyến đo là 3m; hang rỗng 2 độ sâu

1,2m vị trí so với đầu tuyến là 3,9m

+ Hang rỗng 1 độ sâu 0,9 vị trí so với đầu tuyến đo là 3m; hang rỗng 2 độ sâu

1,2m vị trí so với đầu tuyến là 3,6m

- Hai hang rỗng khác vị trí và cùng độ sâu :

+ Hai hang rỗng có độ sâu 0,9 và tại vị trí so với đầu tuyến đo là 3m và 3,6m

+ Hai hang rỗng có độ sâu 0,9 và tại vị trí so với đầu tuyến đo là 3m và 3,9m

Lựa chọn mô hình có 2 hang rỗng ở những trường hợp trên để đánh giá tương

tác của hai đối tượng hang rỗng khi chúng ở cạnh nhau với độ sâu trùng nhau, khác

nhau, và khác vị trí.

2.1.2 Cơ sở lựa chọn ăng ten.

Có rất nhiều loại ăng ten với tần số trung tâm ví dụ như: 15Mhz, 20Mhz,

40Mhz,80Mhz, 100Mhz, 200Mhz, 400Mhz, 900Mhz, 1600Mhz,2600 Mhz.

Do mỗi loại hình ăng ten có tần số nhất định thì chúng có bước sóng tương

 

 f

ứng và được tính theo công thức:

Dựa vào công thức trên ta có thể tính được bước sóng cho từng loại hình ăng

ten với môi trường trên thân đê và đập thông thường có vận tốc là v = 0,07 m/ns như

- Đối với ăng ten tần số 400MHz,  = 0,175 m

- Đối với ăng ten tần số 200MHz,  = 0,35 m

- Đối với ăng ten tần số 100MHz,  = 0,70 m

Vì vậy với các đối tượng là hang rỗng có đường kính  20cm thì phương pháp

Rađa đất đều có thể sử dụng ba loại hình ăng ten có tần số: 100Mhz, 200Mhz và

400MHz nhưng độ phân giải khác nhau.

Theo nguyên lý tần số ăng ten trung tâm càng cao thì độ phân giải càng lớn

nhưng độ sâu nghiên cứu lại giảm. Còn với ăng ten tần số thấp thì tăng được chiều

sâu nghiên cứu nhưng độ phân giải lại thấp.

Theo thông số nhà sản suất ăng ten của hãng GSSI thì với ăng ten 400Mhz có

thể nghiên cứu được ở chiều sâu 0-3m trong điều kiện có hằng số điện môi là 16 và

ăng ten có tần số 400Mhz có độ phân giải cao hơn so với ăng ten 100Mhz và ăng ten

200Mhz.

Từ những phân tích trên cùng với những thông số kĩ thuật của nhà sản xuất và

trên cơ sở vật lý địa chất của mô hình hang rỗng, chúng tôi lựa chọn ăng ten có tần

số trung tâm là 400Mhz để tính toán mô hình hang rỗng cho độ phân giải cũng như

đảm bảo được chiều sâu nghiên cứu và kích thước đối tượng.

2.2. CÁCH THỨC TÍNH MÔ HÌNH [20]

Phần mềm để thực hiện mô hình hóa là REFLEXW. Đây là chương trình xử lý và

giải đoán các số liệu truyền và phản xạ sóng (đặc biệt ứng dụng trong Rada xuyên đất

(GPR), địa chấn phản xạ, khúc xạ và sóng âm).

Hình ảnh giải đoán được sử dụng 16 bit (65536 màu) vì vậy cho hình ảnh phân

giải rất cao.

Có nhiều module trong chương trình: trong luận văn chúng tôi sử dụng modul

modelling for the 2D-simulation

2.2.1. Module mô hình hóa cho mô phỏng 2D (Module modelling for the 2D- simulation)

 Tạo ra một mô hình mới:

Bước đầu của việc tạo ra một mô hình mới hoàn toàn được mô tả như sau:

B1.Vào module modelling

B2.Chọn wavetype ( ví dụ điện từ cho mô hình GPR).

B3.Nhập vào các biên min./max. borders của mô hình( các tham số xmin,

xmax, zmin, zmax). Cần xem xét: z là giá trị từ đỉnh đến đáy với các số dương (ví dụ

zmin=0, zmax=20).

B4.Kích hoạt tùy chọn New, số lớp layer nr được thay đổi sang giá trị 1

B5.Biên đầu tiên ở z=0 đã được tạo ra một cách tự động bằng thiết lập các điểm

2 lớp ở góc trên phía trái và phải của mô hình. Bây giờ phải thiết lập các tham số cho

các biên bên trong hộp thoại input of model parameters window đã tự động mở ra.

Nếu cửa sổ này không ở phía trước, nhấn chuột phải vào để mang nó ra phía trước.

B6.Bạn cũng có thể thiêt lập hoặc thay đổi các tham số bằng cách sử dụng lệnh

soạn thảo editting các trường tương ứng trong bảng hoặc bằng cách sử dụng các

trường thông dụng nằm ở bên phía phải. Bằng cách sử dụng khả năng thứ hai, trước

hết phải nhập vào các tham số trong các trường hợp này. Các tham số này có thể vượt

qua các điểm đã chọn của lớp hiện hữu. Việc lựa chọn được thực hiện bằng cách nháy

chuột trong các trường thứ nhất trong cột đầu tiên( các trường chỉ thị số các điểm) và

được chỉ thị bởi một chữ thập hoặc bằng cách kích hoạt tùy chọn take over all. Nháy

chuột và nút take over trong hộp kiểm tra để hướng đến việc cập nhật các tham số ở

các điểm đã chọn hoặc ở mỗi điểm (tùy chọn take over all activated).

B7.Dùng nút update để cập nhật mô hình.

B8.Có thể bao gồm các điểm lớp mới một cách đơn giản bằng cách nháy chuột

bên trong menu mô hình chính. Các tham số mô hình tổng quát hiện hành của các

trường trong góc phải trên của menu tham số mô hình tự động chuyển qua cho các

điểm lớp mới này. Bạn có thể thay đổi các tham số này như đã được mô tả trong bước

B9.Quay trở lại menu mô hình chính bằng cách kích hoạt nó hoặc đóng menu

các tham số nhập vào của mô hình.

B10.Kích hoạt tùy chọn new cho lớp kế tiếp. Số lớp này thay đổi thành 2.

B11.Đối với lớp đó, phải xác định tất cả các điểm lớp và các tham số mô hình

tương ứng-xem bước 6 đến bước 7.

B12.Các lớp bổ sung được xác định như đã mô tả trong lớp 2.

B13. Tất cả các lớp phải được kết thúc, điều này có ý nghĩa là chúng phải bắt

đầu hoặc kết thúc ở ranh giới mô hình hoặc ở ranh giới với lớp khác bất kỳ. Không

cần thiết phải thực hiện điều này bằng tay nhưng các tùy chọn extrapolate và

hor.extrapol có thể được sử dụng cho mục đích này. Các giao diện không cần phải

đưa vào một cách chính xác ở cạnh, giao điểm với các ranh giới một cách tương ứng,

nhưng phải ở trong vùng lân cận bởi lẽ tuỳ chọn extrapolate thực hiện việc nội suy

tự động giữa hai ranh giới cũng như việc ngoại suy của ranh giới với biên có thể. Vì

vậy, chương trình tự động tìm kiếm ranh giới gần nhất điểm cuối đã vạch ra và ngoại

suy theo phương đó (trong trường hợp một cạnh, việc ngoại suy theo phương x, z

tương ứng trong trường hợp của một ranh giới với điểm lớp gần nhất.

Chú ý: Các điểm lớp được chọn lọc một cách tự động từ khoảng cách X thấp

đến khoảng cách X cao, có nghĩa là hàm giao diện là không mơ hồ. Cần phải cho một

ví dụ là một đoạn cong.

B14. Đưa vào tên tập tin và lưu lại mô hình bằng cách sử dụng tùy chọn tốc độ hoặc

tuỳ chọn file/save model.

B15. Đối với các đặc trưng bổ sung giống như việc sử dụng các ký hiệu định trước,

việc kết hợp các lớp hiện hữu hoặc bổ sung địa hình cần tham khảo phần hướng dẫn

trực tuyến.

2.2.2 Mô hình sai phân hữu hạn (Finite Difference (FD))

Công cụ mô hình sai phân hữu hạn (FD) cho phép mô phòng sự lan truyền sóng

địa chấn hoặc sóng điện từ tương ứng bằng phương tiện của phương pháp FD-method

cho các nguồn khác nhau (mặt sóng, nguồn điểm cũng như “Exploding-Reflector”-

source). Khi một kết quả một tuyến đơn hoặc trường sóng phức tạp được lưu lại và

hiển thị sau đó. Trong phần sau đây chúng ta sẽ mô tả việc mô phỏng GPR cho mặt

cắt 2D cửa sổ 0 (standard GPR-data acquisition).

B1. Trước hết phải tạo ra một mô hình mới hoặc phải tải một mô hình đã có

bằng cách sử dụng tùy chọn file/load model.

B2. Kích hoạt tùy chọn FD

B3. Hộp FD-GroupBox mở ra (xem hình dưới). Trong nhóm hộp này, có thể

đưa vào các tham số FD cần thiết.

B4. Trước hết, phải nhập vào tần số chình frequency cho sự mô phỏng theo đơn

vị Hz (địa chấn) hoặc MHz (GPR).

B5. Nhập vào loại nguồn cần thiết source type – với ví dụ này cho ranh giới

phản xạ. Loại ranh giới phản xạ cho phép mô phỏng mặt cắt 2D (cửa sổ 0) trong một

tính toán.

B6. Nhập vào giá trị số gia DeltaX trong không gian theo phương x và theo

phương z. Đối với việc tính toán FD, mô phỏng lớp phải được raster hóa với một

gia số đã cho theo phương x và phương z (tùy chọn DeltaX). Cũng như vậy, gia số

thời gian cũng phải được gán (tùy chọn DeltaT). Kích thước của gia số không gian

và thời gian phụ thuộc vào độ dài sóng cực tiểu cũng như vận tốc truyền sóng. Chương

trình sẽ tự động xác định giá trị tới hạn của gia số không gian (1/8 độ dài sóng cực

tiểu cho FD-scheme 4-space, 1/12 độ dài sóng cực tiểu cho FD-scheme 2 space, một

cách tương ứng) và trình bày giá trị này trong hộp giá trị tới hạn kéo xuống bên phải,

giá trị này không thể bỏ qua. Việc chọn DeltaX quá lớn thì làm tăng kết quả trong sự

phân tán của sóng, vì vậy nếu kết quả chứng tỏ một sự phân tán như vậy, cần phải

giảm gia số X.

B7. Nhập vào gia số DeltaT cần thiết. Gia số thời gian cực đại phụ thuộc vào

vận tốc cực đại, cũng như gia số không gian đã cho DeltaX (một cách xấp xỉ

xi<=1./%2V cho sự lan truyền sóng điện từ và t<=1./(Vp+Vs) cho sự lan truyền sóng

đàn hồi). Gia số thời gian tới hạn của tập hợp dữ liệu hiện hành được trình bày trong

hộp thoại cá giá trị tới hạn tính toán ở đáy. Việc gia tăng DeltaT quá lớn, làm gia tăng

tính không ổn định của kết quả, điều này có ý nghĩa là sự gia tăng biên độ tỉ lệ với

thời gian theo quy luật hàm mũ. Vì vậy, nếu các kết quả chứng tỏ sự gia tăng biên độ

như vật, cần phải giảm gia số DeltaT.

B8.Nhập vào thời gian tổng cho sự mô phỏng Tmax.

B9.Nhập các điều kiện biên boundary condition, ví dụ giới hạn hấp thu cho sự

mô phỏng GPR).

Đối tượng

Mặt phản xạ

Đối tượng có mặt phản xạ dạng Hyperbol.

Ranh giới lớp bề mặt

Mặt ranh giới

2.2.3. Cơ sở lý thuyết trường sóng ra đa trên hang rỗng

Hình 2.1: Giản đồ sóng Rađa trên các đối tượng

Phương pháp Rađa đất dựa trên cơ sở nghiên cứu tính chất truyền sóng điện từ

trong lòng đất. Do các sóng phản xạ được tạo ra từ những mặt ranh giới của đối tượng

trong môi trường địa chất, các đối tượng này thường liên quan đến những hang hốc,

các vật thể bị chôn vùi, đới tơi xốp (dạng điểm) và các mặt ranh giới như khe nứt nẻ,

mặt phân lớp nằm ngang... đó cũng là các ẩn hoạ trong môi trường đất đắp đê, đập

Với các ẩn hoạ trong thân đê, đập đất ta có thể quy về hai dạng đối tượng cơ bản sau:

dạng điểm (tổ mối, hang rỗng, đới tơi xốp, khối bất đồng nhất...) và mặt phân lớp

(đường thấm bão hoà, mặt phân lớp...).

2.2.3.1 Với đối tượng là dạng điểm

Trong thân đê và đập đất luôn luôn tồn tại đối tượng dạng điểm như hang rỗng,

đới tơi xốp, khối bất đồng nhất cục bộ, khoang rỗng của tổ mối... Khi ăng ten dịch

chuyển đến vị trí nào đó trên tuyến khảo sát, mà ở đó đường ngắm giữa đối tượng và

ăng ten phát tạo thành một góc xấp xỉ 450 nằm trong vùng có sóng phản xạ từ đối

tượng, thì đối tượng cần thăm dò sẽ được phát hiện. Sự phản xạ của đối tượng thăm

dò tại một thời điểm nào đó sẽ ứng với thời gian nhất định là tz (tz - là thời gian mà

sóng lan truyền từ ăng ten đến đối tượng). Khi ăng ten càng đến gần với đối tượng

hơn thì thời gian mà sóng truyền từ ăng ten phát đến đối tượng giảm dần và thời gian

của sóng tại vị trí đỉnh của đối tượng là nhỏ nhất.

Do vậy tín hiệu sóng phản xạ mà ta thu được từ đối tượng dạng điểm có dạng

Hyperbole (Hình 2.2).



Khi đó độ sâu của đối tượng được tính theo công thức sau:



t t

(22)

   

   

Trong đó:

X - là khoảng cách dọc bề mặt khảo sát(m)

Y - là chiều sâu đến đối tượng(m)

tz : Thời gian truyền sóng từ cánh hyperbole tới bề mặt (ns)

ty : Thời gian truyền sóng từ đỉnh hyperbole tới bề mặt (ns)

Nếu biết thời gian sóng phản xạ từ đỉnh là ty ta có thể sử dụng công thức đơn

Y 

giản là:

. ytv 2

(23)

Hình 2.2. Giản đồ sóng Rađa trên đối tượng dạng điểm

2.2.3.2 Với đối tượng là các mặt phân lớp

Khi đối tượng là các mặt phân lớp... tại mỗi vị trí trên tuyến đo, khi mà sóng

điện từ được phát ra từ ăng ten phát, đi vào môi trường địa chất và gặp bề mặt phân

lớp thì xảy ra hiện tượng phản xạ, sóng phản xạ này được ăng ten thu ghi lại với thời

gian tương ứng là ti. Tập hợp những điểm đo trên tuyến khảo sát ta thu được giản đồ

sóng Rađa phản ảnh hình dạng của mặt phân lớp, khi đó hình dạng của sóng Rađa

trên tuyến đo thể hiện đúng như hình dạng của mặt ranh phận lớp đó. Hình 2.3 là giản

đồ sóng Rađa đặc trưng trên đối tượng là mặt phân lớp.

Khi đó độ sâu từ mặt đất đến đối tượng được tính theo công thức sau:

(

Y  i

tv . 2

Trong đó: (24)

Yi - là chiều sâu đến bề mặt phân lớp (m)

v - là vận tốc truyền sóng của lớp thứ nhất (m/ns)

ti - là thời gian sóng đi từ ăng ten phát đến ăng ten thu tại vị trí đo thứ i

Hình 2.3. Giản đồ sóng Rađa trên mặt phân lớp

2.3. XỬ LÝ, TÍNH TOÁN [7]

Phương pháp xử lý tính toán mô hình Migration là quá trình biến đổi trường

sóng ghi trên bề mặt thành hình ảnh chiều sâu thực của các yếu tố phản xạ trên lát

cắt. Đây là bước xử lý quan trọng trong mỗi chu trình xử lý nhằm làm cho các lát cắt

sau khi cộng sóng phản ảnh tốt nhất lát cắt địa chất dọc theo tuyến đo.

Các tín hiệu ghi được trên bề mặt mang các thông tin về các yếu tố phản xạ

trong môi trường địa chất ở bên dưới, nhưng những thông tin đó thường bị sai lệch

bởi các yếu tố khác nhau qua quá trình truyền sóng trong môi trường.

Các sai lệch về vị trí và hình ảnh thực của các yếu tố phản xạ thường xảy ra như

xuất hiện các đường cong tán xạ tại các đứt gãy hoặc đới vát nhọn, sự sai lệch vị trí

và độ nghiêng ở các sườn nghiêng của nếp lồi, nếp lõm... Quá trình dịch chuyển

Migration cố gắng khắc phục những ảnh hưởng sai lệch này đưa hình ảnh trường sóng

ghi được trên bề mặt phản ảnh đúng vị trí thực của các yếu tố phản xạ.

SP1

Mức chuẩn

∆(cid:1876)

Chiều sâu

Dịch chuyển

Hình 2.4. Hình ảnh dịch chuyển Migration

Dịch chuyển Migration không những đưa các yếu tố phản xạ về vị trí thực, mà

còn có tác dụng tích lũy tín hiệu và cũng là một bộ lọc nhiều mạch. Trong điều kiện

địa chất phức tạp, quy luật vận tốc biến đổi nhanh theo chiều ngang và chiều đứng,

việc lựa chọn phương pháp dịch chuyển đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao

chất lượng mặt cắt địa chất.

Dịch chuyển KIRCHHOFF

Dịch chuyển Kirchhoff còn gọi là dịch chuyển cộng tán xạ. Cơ sở của phương

pháp dịch chuyển Kirchhoff dựa theo nguyên lý Huyghen-Fresnel được mô tả bởi

phương trình Kirchhoff, khi đó có thể xem mặt phản xạ như tập hợp các điểm tán xạ.

Theo nguyên lý Huyghen, mỗi điểm bất đồng nhất trong môi trường khi có sóng tới

đập váo có thể coi như một nguồn tán xạ và trường sóng ghi được trên mặt được biểu

diễn trên lát cắt dưới dạng hypepol. Sóng truyền trong môi trường không đồng nhất

có thể xem như cộng chồng của các sóng tán xạ xuất hiện từ tập hợp các điểm của

đối tượng khi sóng tới đập vào chúng. Dịch chuyển Kirchhoff tiến hành cộng năng

lượng dọc theo đường cong tán xạ và tập trung vào điểm tán xạ nằm tại đỉnh của

hypebol.

Dịch chuyển sau cộng sóng

Sau khi hiệu chỉnh động và cộng sóng, lát cắt thực chất là tập hợp các mạch

tổng có điểm thu và phát trùng nhau, có nghĩa là khoảng cách phát và thu bằng không.

Khi đó nếu mỗi điểm trong môi trường được coi như một nguồn tán xạ thì trường

sóng tán xạ được thể hiện trên lát cắt là các hypebol có đỉnh tại điểm tán xạ đó. Tập

hợp các điểm tán xạ trên mặt ranh giới trong lát cắt sẽ cho ta hình ảnh các mặt phản

xạ.

Quan điểm của dịch chuyển là xác định đường cong tán xạ cho mỗi độ sâu và

chuyển nó trong lát cắt cho đến khi từng đoạn của mặt phản xạ tiếp xúc với một trong

số các đường cong, trên lát cắt tương ứng đã dịch chuyển, mặt phản xạ được định vị

tại đỉnh của đường cong tán xạ tiếp tuyến với mặt sóng đi qua điểm tiếp xúc của mặt

phản xạ và đường cong tán xạ. Nguyên tắc này cũng được áp dụng tương tự khi tốc

độ có sự thay đổi tuy nhiên thể hiện trên lát cắt thời gian hơn là lát cắt chiều sâu.

Trên cơ sở nguyên lý Huyghen, khi sóng tới một điểm bất đồng nhất có kích

thước nhỏ so với bước sóng thì có thể coi đó là một nguồn thứ sinh và trên lát cắt sẽ

quan sát được trục đồng pha của sóng tán xạ có dạng hypebol. Dịch chuyển Kirchhoff

được thực hiện bằng phép ghép cộng các dao động dọc theo hypebol của sóng tán xạ.

2.4. KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH LÝ THUYẾT

Đối tượng

2.4.1. Mô hình hang rỗng có độ sâu khác nhau

Đối tượng

Hình 2.5. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,3m

Hình 2.6. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,3m sau khi đã xử lý

Đối tượng

Hình 2.7. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,6m

Hình 2.8. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,6m sau khi đã xử lý

Đối tượng

Hình 2.9. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,9m

Hình 2.10. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 0,9m sau khi đã xử lý

Đối tượng

Hình 2.11. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,2m

Hình 2.12. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,2m sau khi đã xử lý

Đối tượng

Hình 2.13. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,5m

Hình 2.14. Mô hình có 1 đối tượng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và có độ sâu 1,5m sau khi đã xử lý

Với mô hình hang rỗng có bán kính 0,3m ở các chiều sâu từ 0,3m đến 1,5m thì

phương pháp Rađa với ăng ten 400 Mhz vẫn có thể xác định được chúng. Tuy nhiên,

đến chiều sâu từ 1,2 tín hiệu thu được đã bị suy giảm nhiều vì vậy khi tiến hành đo

thực tế đến chiều sâu này nên chú ý tăng khuyếch đại tín hiệu để thu được đối tượng

tốt hơn.

Tại tất cả các chiều sâu sau khi qua phép lọc Migration cho thấy vị trí, chiều sâu

đến đỉnh và kích thước đối tượng thu được phù hợp với đối tượng mô hình hóa nhưng

không xác định được đáy của đối tượng. Theo ý kiến của tác giả không xác định được

đáy của đối tượng có thể do vận tốc truyền sóng điện từ trong đối tượng nhanh hơn

gấp 4 lần so với trong môi trường (hằng số điện môi của đối tượng là 1 và môi trường

là 18) nên đáy của đối tượng bị co lên mỏng còn bằng ¼ chiều dày thật nên rất khó

phần biệt được đáy của chúng.

Đối tượng

2.4.2. Mô hình hang rỗng nằm ở độ sâu 1m có bán kính thay đổi

Hình 2.15. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0.05m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Với mô hình hang rỗng có bán kính 0,05m và ở độ sâu 1m thì mô hình lý thuyết

không thể phát hiện ra đối tượng.

Đối tượng

Hình 2.16. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Hình 2.17. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý

Đối tượng

Hình 2.18. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Hình 2.19. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý

Đối tượng

Hình 2.20. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Hình 2.21 . Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý

Đối tượng

Hình 2.22. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Hình 2.23. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý

Đối tượng

Hình 2.24. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Hình 2.25. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý Migration

Đối tượng

Hình 2.26. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Hình 2.27. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý

Đối tượng

Hình 2.28. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m

Hình 2.29. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu là 1m sau khi xử lý

Kết quả mô hình hóa với hang rỗng có chiều sâu cố dịnh 1m và thay đổi kích

thước cho thấy khi đối tượng quá bé với bán kính 0,05m thì không thể xác định được

đối tượng. Khi bán kính 0,1m thì xác định được đối tượng, với bán kính hang rỗng

lớn từ 0,15m trở lên thì có thể xác định đối tượng một cách rõ nét.

2.4.3. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng

Đối tượng

2.4.3.1. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng có cùng vị trí nhưng độ sâu khác nhau

Đối tượng

Hình 2.30. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 1,2m

Hình 2.31. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 1,2m sau khi đã xử lý

Đối tượng

Hình 2.32. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 0,9m

Hình 2.33. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và chiều sâu là 0,3m, 0,9m sau khi đã xử lý

Kết quả thử nghiệm hai hang rỗng nằm trên nhau cho thấy với khoảng cách 2

hang rỗng cách nhau 0,3m (hình 2.30) thì kết quả đo gần như không xác định được

đối tượng bên dưới, nhưng sau phép lọc Migration (hình 2.31) thì chúng ta vẫn xác

định được hang rỗng phía dưới. Còn hai hang rỗng sát nhau thì kết quả trên mô hình

(hình 2.32) và sau khi đã xử lý Migration (hình 2.33) đều không thể xác định được

hang rỗng phía dưới.

Đối tượng

2.4.3.2. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng khác vị trí và độ sâu khác nhau

Đối tượng

Hình 2.34. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m; 1,2m

Hình 2.35. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m; 1,2m sau khi đã xử lý

Đối tượng

Hình 2.36. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m, 1,2m

Hình 2.37. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m, 1,2m sau khi đã xử lý

Kết quả mô hình hóa 2 hang rỗng nằm lệch nhau thấy rằng kể cả khi hai hang

rỗng nằm cạnh nhau và cách nhau 0,3m thì kết quả mô hình hóa cho thấy có sự giao

thoa của 2 mô hình hang rỗng nhưng vẫn thấy rõ được 2 parobol ngược do 2 hang

rỗng này tạo ra (hình 2.34 và hình 2.36). kết quả sau khi xử lý Migration thì đã tách

biệt được 2 hang rỗng nằm độc lập và phân biệt rõ ràng 2 hang rỗng (hình 2.35 và

hình 2.37).

Đối tượng

2.4.3.3. Mô hình có 2 đối tượng hang rỗng khác vị trí và cùng độ sâu

Đối tượng

Hình 2.38. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m

Hình 2.39. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6; chiều sâu là 0,9m sau khi đã xử lý

Đối tượng

Hình 2.40. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m

Hình 2.41. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9; chiều sâu là 0,9m sau khi đã xử lý

Với hai hang rỗng nằm cùng độ sâu thì khi khoảng cách của chúng khoảng 0,3m

thì có thể xác định được chúng một cách độc lập (hình 2.40 và hình 2.41). Khi 2 hang

rỗng nằm sát nhau thì kết quả đo mô hình thấy có sự giao thoa của 2 hang rỗng (hình

2.38) nhưng khi xử lý migration thì mô hình 2 hang rỗng sát nhau rất khó nhận biết

từng đối tượng độc lập (hình 2.39)

Chương 3 - KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RADA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG

3.1. Máy móc thiết bị

Để thực hiện đề án này, tác giả sử dụng hệ thiết bị SIR - 10B và SIR-30 do

Công ty GSSI của Mỹ sản xuất. Đây

là hệ thiết bị được áp dụng ở Việt

Nam từ năm 1999 đến nay. Ví dụ hệ

thiết bị bao gồm một trạm máy chủ

(hình 3.1) và hệ thống ăng ten có tần

số từ 15Mhz đến 900 Mhz. Việc chọn

lựa các ăng ten dựa vào hai yếu tố: độ

sâu nghiên cứu và độ phân giải của

ăng ten (tần số của ăng ten). Độ sâu

nghiên cứu của phương pháp phụ

thuộc vào tần số trung tâm của ăng

ten và hằng số điện môi của môi

trường đất đá. Với cùng một môi

Hình 3.1. Hệ thiết bị SIR- 10B trường khảo sát ăng ten có tần số càng

cao thì chiều sâu nghiên cứu càng nhỏ

nhưng độ phân giải càng cao, còn với ăng ten có tần số càng thấp thì cho kết quả

ngược lại.

3.2. Phương pháp kỹ thuật đo Rađa đất

Trong phương pháp Rađa đất có nhiều biện pháp khảo sát như sóng phản xạ,

chiếu sóng và điểm sâu chung. Thực hiện trong đề tài này, tác giả chủ yếu sử dụng

phương pháp sóng phản xạ. Khi ăngten kéo theo một tuyến trên mặt đất thì ta thu

được một mặt cắt theo chiều thẳng đứng. Trong quá trình đo ăngten luôn luôn phát

và thu, quá trình này dừng lại khi ta dừng tuyến đo.

Trong thân đê, đập đất, các đối tượng nghiên cứu như: hang rỗng, khoang tổ

mối, khối bất đồng nhất cục bộ, hang xói ngầm... là những đối tượng thường nằm

nông gần mặt đất và ở độ sâu, kích thước khác nhau. Do vậy việc thiết kế hệ thống

tuyến đo cho từng đối tượng phải dựa vào các yếu tố sau: độ sâu và kích thước dự

kiến của đối tượng. Trong khu vực khảo sát, các tuyến đo được bố trí từ 3 đến 5 tuyến

đo dọc, khoảng cách giữa các tuyến phải nhỏ hơn kích thước ngang của đối tượng

nghiên cứu; và đo từ 1 đến 3 tuyến ngang phụ thuộc vào phạm vi và số lượng dị

thường phát hiện được. Trên các tuyến dọc có 1 dị thường thì tiến hành đo tuyến

ngang vuông góc với tuyến dọc và qua điểm có dị thường. Nếu trên các tuyến dọc

đều có dị thường thì tiến hành đo tuyến ngang qua các dị thường đó. Chiều dài tuyến

ngang được tính từ dị thường tuyến dọc và kéo dài về 2 phía mỗi bên 1,5m.

Số liệu thu được ngoài thực địa được chuyển vào máy tính và được xử lý bằng

phần mềm Radan for Windows để từ đó có thể chỉ ra chiều sâu, cũng như kích thước

của dị thường.

Trong các phương pháp Địa vật lý nói chung và phương pháp Rađa nói riêng,

công tác thực địa mang tính quyết định đến chất lượng của tài liệu; vì trong quá trình

thu thập số liệu, chúng ta phải cài đặt các thông số cho hệ thiết bị sao cho thích hợp

với từng điều kiện môi trường địa chất và kích thước của đối tượng cần nghiên cứu.

Do vậy việc cài đặt cũng như lựa chọn các thông số sao cho thích hợp chúng tôi đã

tiến hành theo các bước sau đây:

3.2.1. Lựa chọn ăng ten làm việc

Tùy theo người sử dụng có thể lựa chọn theo 3 cách:

+ Theo ký hiệu tên biến của người sử dụng đã cài đặt trước đó.

+ Theo mã hiệu ăngten của nhà sản xuất.

+ Đưa vào đúng tần số ăngten cần sử dụng.

3.2.2. Cài đặt độ sâu nghiên cứu (Range)

Độ sâu nghiên cứu (Range): Tuỳ thuộc vào chiều sâu nghiên cứu mà ta đặt giá

trị của tham số này. Trước hết phải ước tính thời gian truyền sóng bằng tổng thời gian

sóng truyền tới đối tượng ở độ sâu nghiên cứu và thời gian sóng quay trở về ăngten

Hình 3.2. Khuyếch đại tín hiệu chuẩn

thu và vận tốc truyền sóng. Dải đo tốt nhất ước lấy bằng 1,5 lần thời gian ước tính ở

trên.

Ví dụ: Chiều sâu đối tượng nghiên cứu là 3m, trong môi trường địa chất có

vận tốc truyền sóng điện từ là 0,1m/ns. Thì dải đo ước tính như sau:

3m : (0,1m/ns) x 2 x 1,5 = 90 ns

3.2.3. Khuyếch đại tín hiệu (Gain)

Trong trường hợp môi trường dẫn, hay năng lượng sóng điện từ giảm nhanh,

để tín hiệu thu được phản ảnh đúng đối tượng và độ sâu cần thiết thì ta phải

khuyếch đại tín hiệu sao cho tín hiệu nằm trong khoảng 1/3 bề rộng của cửa sổ dải

quét để những tín hiệu quá nhỏ hoặc lớn không vượt qua khỏi ngưỡng đo như thể

hiện trên (hình 3.2). Dải độ khuyếch đại từ - 20 dB  120 dB và có từ 1  8 khoảng

để điều chỉnh trên đồ thị. Đối với các ăngten tần thấp thường chọn 5 khoảng, còn

đối với các loại ăngten tần cao chọn 3 khoảng.

3.2.4. Cài đặt thông số các bộ lọc

+ Cài đặt thông số lọc tần số

Lọc tần số là việc cắt bỏ cận trên và cận dưới tần số của tín hiệu thu để loại bỏ

bớt nhiễu và một số tín hiệu không cần thiết, trong đó có các thông số thông dải

tần thấp (Low pass filter) và thông dải tần cao (High pass filter) (hình 3.3).

+ Cài đặt thông số lọc tín hiệu

Loại bỏ phông ( Background removal filter ): Có tác dụng loại bỏ nhiễu hệ

thống, có hiệu quả trong việc tìm kiếm những đối tượng nhỏ, nhưng đồng thời nó

cũng làm mờ những tín hiệu gây ra bởi những đối tượng gây ra dị thường theo phương

ngang lớn như mặt phân lớp hay ranh giới giữa lớp phủ và tầng đá gốc...vv.

Ví dụ: Chọn tham số cho phép lọc là 60 đường quét (Scan) khi qua phép lọc

nó sẽ loại bỏ những dị thường có số đường quét bằng hoặc lớn hơn 60 đường quét.

Hình 3.3. Cài đặt thông số các bộ lọc

3.2.5. Lựa chọn cách thức hiển thị

Trong quá trình thu thập số liệu thực địa, số liệu đang thu thập có 2 cách thức

hiển thị: dạng ảnh (Line Scan) và dạng sóng (Wiggle).

3.3. Phương pháp xử lý tài liệu

Tín hiệu thu được bao gồm cả tín hiệu có ích và nhiễu. Có nhiều loại nhiễu

khác nhau như nhiễu thiết bị, nhiễu ngẫu nhiên, nhiễu tần thấp, nhiễu tần cao, nhiễu

phản xạ nhiều lần. Việc xử lý tài liệu phải đảm bảo loại bỏ các loại nhiễu trên làm

cho kết quả rõ ràng hơn.

Trong tài liệu phần mềm chuyên dụng Radan For Windows đã trình bày một

cách khá chi tiết [19], vậy nên trong đề tài này chúng tôi chỉ trình bày một cách tóm

tắt các bước cần tiến hành và đưa ra những trường hợp cần lưu ý trong quá trình xử

lý và giải thích kết quả.

Để số liệu thu được phản ánh tốt những thông tin của các đối tượng nghiên

cứu trong môi trường địa chất, cũng như tài liệu sau xử lý đạt kết quả tốt phục vụ cho

việc minh giải tài liệu; công tác xử lý số liệu cần thực hiện các bước chính sau:

+ Loại bỏ nhiễu hệ thống: Nhiễu hệ thống là loại nhiễu có mặt trong suốt quá

trình đo, vì vậy muốn loại bỏ chúng cần phải thực hiện các phép lọc sau:

- Lọc ngang thông dải tần cao (Horizontal high pass filter)

- Lọc dọc thông dải tần cao (Vertical high pass filter)

+ Loại bỏ nhiễu tần số cao: Nhiễu tần số cao là loại nhiễu làm cho số liệu thu

được không rõ ràng và chúng làm mờ đi những tín hiệu có ích. Loại nhiễu này thường

thể hiện những chấm đốm như tuyết trên tài liệu(Snowlike)

- Lọc ngang dải tần thấp (Horizontal low pass filter)

- Lọc dọc dải tần thấp (Vertical low pass filter)

+ Đối với các File số liệu có các dị thường dạng điểm như có nhiều hình dạng

hypecbol nằm chồng lên nhau thì ta phải thực hiện phép lọc ngược "Deconvolution",

để loại bỏ nhiễu phản xạ nhiều lần hay sự không phân dị của hai mặt phản xạ nằm

gần nhau.

+ Ngoài ra ta có thể sử dụng thêm một số phép biến đổi khác nhằm mục đích

làm rõ đối tượng hơn nếu cần:

- Thay đổi khuếch đại màu (Table color transform).

- Biến đổi bằng các hàm toán học(arithmetic funtion)

- Thực hiện phép biến đổi Hilbert (Hilbert magnitude transforrm)

- Cộng trung bình (Stack) .

+ Để xác định chính xác độ lớn hay đường kính của các hang rỗng ( tổ mối),

sử dụng phép biến đổi "Migration" để chuyển các dị thường dạng điểm về kích thước

thật của đối tượng thăm dò.

+ Thực hiện phép hiệu chỉnh địa hình của tuyến đo (Surface Normal) cho phù

hợp với địa hình thực tế.

+ Lưu tài liệu đã xử lý và in ấn:

3.4.Kết quả xác định hang rỗng

Chúng tôi đã áp dụng thử nghiệm phương pháp Rađa đất vào việc xác định các

hang rỗng trên một số đoạn đê của Hà Nội, Nam Định, Hải Phòng và một số đập: đập

Đá Đen thuộc tỉnh Khánh Hoà, đập Khe Tân thuộc tỉnh Quảng Nam.

+ Đặc điểm đối tượng:

Trong thân đê, đập đất hang rỗng thường do các sinh vật sinh sống trong đó

đào hoặc tạo ra các hang, khoang rỗng để làm nơi cư trú. Đặc biệt trên thân đê, đập

loài mối thường làm tổ dưới dạng tổ nổi hay tổ chìm. Những tổ mối dạng nổi dễ phát

hiện khi quan sát bằng mắt thường, còn tổ mối dạng chìm (khoang chính nằm sâu

trong lòng đất) không phát hiện được bằng mắt thường. Đây chính là một trong những

nguyên nhân gây ra hiện tượng thấm, sụt lún trong thân đê, đập.

+ Phương pháp kỹ thuật đo:

Do các khoang chính của tổ mối trong tự

nhiên thường có bán kính từ 0,5m đến 0,7m;

nằm ở độ sâu từ 0,3m đến 1,5m. Để thăm dò, xác

định tổ mối trong thân đê, đập, thông thường

chúng tôi bố trí hệ thống tuyến đo theo mạng

lưới ô vuông:

Hình 3.4. minh hoạ sơ đồ tuyến khảo sát

tổ mối. Khoảng cách các tuyến đo cho lưới quan

Hình 3.4. Tuyến đo khảo sát

sát tùy thuộc vào độ lớn tổ mối cần phát hiện nhưng phải nhỏ hơn đường kính của tổ

mối nhỏ nhất cần phát hiện.

3.4.1 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đáy - Hoài Đức - Hà Nội

Đê tả Đáy thuộc huyện Hoài Đức-Hà Nội nằm trên vùng đồng bằng Bắc Bộ,

vật liệu đắp đê lấy sẵn tại chỗ, đất đắp đê thường là đất cát pha sét. Chúng tôi đã khảo

sát đoạn từ K5+665  K5+715 vì vị trí này có nhiều cây bụi thuận lợi cho các sinh

vật phát triển, đặc biệt là có loài mối sinh sống trên đê có điều kiện phát triển tốt nhất.

Đối tượng

Do vậy trên đoạn đê có rất nhiều khoang

rỗng, hang rỗng do mối tạo nên cùng với

nhiều loài sinh vật khác như:chuột.

Tại vị trí K5+680 chúng tôi thử

nghiệm khảo sát vị trí có tổ mối đang sinh

sống và phát triển. Chúng tôi bố trí các tuyến

đo dọc và các tuyến đo ngang (hình 3.5).

Hình 3.5.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát

Hình 3.6. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Hoài Đức-Hà Nội

Hang rỗng

Hình 3.7. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Hoài Đức - Hà Nội

Kết quả một tuyến đo cắt qua khoang tổ mối (hình 3.7). Trên hình kết quả cho

thấy, đỉnh của khoang tổ mối nằm ở độ sâu 1,2m và đường kính khoang rỗng là 0,6m.

Vị trí khoang rỗng tổ mối ở mét thứ 2,8 m so với đầu tuyến đo.

Với kết quả thử nghiệm trên đê tả Đáy huyện Hoài Đức-Hà Nội chúng tôi thấy

rằng với đối tượng nằm ở độ sâu 1,2m và với bán kính đối tượng là 0,3m phù hợp mô

hình lý thuyết có 1 đối tượng hang rỗng cùng nằm ở độ sâu 1,2m.

Theo lý thuyết và thử nghiệm thực tế cho thấy rằng từ mô hình lý thuyết đến

đưa ra thử nghiệm thực tế hoàn toàn phù hợp. Nhưng khi ra ngoài thử nghiệm thực tế

thì nhiễu do môi trường bất đồng nhất ảnh hưởng đến tín hiệu đo. Do vậy, khi khảo

sát thực tế chúng ta cần phải khuếch đại tín hiệu để loại bỏ nhiễu do môi trường bất

đồng nhất ảnh hưởng đến tín hiệu của đối tượng cần khảo sát.

3.4.2 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê Tả Cấm, Thủy Nguyên, Hải Phòng

Đối tượng

Đoạn đê từ K20-K22 thuộc đê tả Cấm

huyện Thuỷ Nguyên chúng tôi đã khảo sát đoạn

từ K21+300  K21+400 thuộc địa phận huyện

Thủy Nguyên-Hải Phòng. Trên đoạn đê này có

nhiều loài sinh vật sinh sống do vậy những

hang rỗng do chúng tạo nên trên thân đê là rất

nhiều gây ra những ẩn họa tiềm tàng đến sự an

toàn của thân đê. Tại vị trí K21+345 chúng

Hình 3.8. Sơ đồ vị trí tuyến khảo tôi thử nghiệm khảo sát một tổ mối đang

hoạt động và phát triển.

Với vị trí hang rỗng do tổ mối tạo thành tại vị trí này chúng tôi bố trí các tuyến

khảo sát (hình 3.8).

Hình 3.9. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Thủy Nguyên-Hải Phòng

Hang rỗng

Hình 3.10. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Thủy Nguyên-Hải Phòng

Kết quả khảo sát tổ mối bằng ăngten 400MHz (hình 3.10), trên giản đồ sóng

Rađa cho thấy hai đỉnh hang rỗng tổ mối nằm ở độ sâu 0,9 m và nằm ở mét thứ 1,5

và mét thứ 2,5 so với đầu tuyến đo.

Kết quả thử nghiệm trên đoạn đê tả Cấm huyện Thủy Nguyên chúng tôi thấy

rằng hai đối tượng hang rỗng nằm cách nhau với kích thước bằng với bán kính đối

tượng thì phương pháp rada đất cả trên mô hình lý thuyết và mô hình thực tế đều cho

kết quả phù hợp.

Tuy nhiên trên thực tế thì cần phải điều chỉnh các hệ số khuêch đại sóng để loại

bỏ nhiễu của môi trường ảnh hưởng đến tín hiệu của đối tượng cần khảo sát.

3.4.3. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đào, Nam Trực, Nam Định

Nam Định là một tỉnh có nhiều hệ

Đối tượng

thống đê sông và đê biển được xây dựng

qua nhiều năm do đó tiềm ẩn rất nhiều ẩn

họa trên thân đê gây mất an toàn cho đê.

Trong đó ẩn họa phổ biến nhất là hang

rỗng do loài mối tạo nên,, chúng tôi đã

tiền hành thử nghiệm khảo sát đoạn từ

K24+600  K24+650 trên đê tả Đào thuộc

địa phận huyện Nam Trực-Nam Định.

Hình 3.11 Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát Với sơ đồ vị trí tuyến khảo sát thể

Hình 3.12. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Nam Trực-Nam Định

hiện như hình 3.11

Hang rỗng

Hình 3.13. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Nam Trực-Nam Định

Hình 3.13 cho thấy đỉnh hang rỗng tổ mối nằm ở độ sâu 1,5 m, đường kính đối

tượng là 0,7m và nằm ở vị trí mét thứ 2,2 so với đầu tuyến đo.

Với kết quả thử nghiệm trên đê Nam Trực-Nam Định phù hợp với mô hình có

1 đối tượng hang rỗng bán kính đối tượng là 0,3m và có độ sâu 1,5m

3.4.4. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen, Khánh Hòa

Đập Đá Đen-Khánh Hòa nằm ở khu vực hai bên là đồi núi với môi trường xung

quanh thân đập có nhiều loại cây bụi. Những điều kiện sinh thái như vậy là điều kiện

Đối tượng

thuận lợi cho các sinh vật cư ngụ và sinh

sống. Vì vậy cho nên ẩn họa do những sinh

vật cư ngụ tạo nên những hang rỗng, khoang

rỗng là rất phổ biến. Trên thân đập Đá Đen

chúng tôi tiến hành thử nghiệm khảo sát 1

khu vực hang rỗng do loài mối sinh sống trên

đập tạo ra. Với vị trí tổ mối nằm trên thân đập

chúng tôi bố trí năm tuyến đo dọc và ba tuyến

đo ngang cắt qua trung tâm vị trí tổ mối như Hình 3.14. Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát

hình 3.14.

Hang rỗng

Hình 3.15. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen-Khánh Hòa

Hình 3.16. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen-Khánh Hòa

Kết quả khảo sát tổ mối bằng ăngten 400MHz, cho thấy đỉnh khoang tổ mối

nằm ở độ sâu 1,1 m và nằm ở mét thứ 1,8 so với đầu tuyến đo

3.4.5. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam

Đối tượng

Đập thủy lợi Khe Tân thuộc tỉnh Quảng

Nam nằm tại vị trí có đồi núi. Vì vậy, những

ẩn họa thường gặp trên thân đập là do những

sinh vật cư trú tạo nên. Trên thân đập Khe

Tân chúng tôi tiến hành khảo sát hang rỗng

tổ mối đang hoạt động với sơ đồ tuyến khảo

sát như hình 3.17:

Hình 3.17. Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát

Hình 3.18. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam

Hang rỗng

Hình 3.19. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam

Hình 3.19 cho thấy đỉnh hang rỗng tổ mối nằm ở độ sâu 1,5 m và nằm ở mét

thứ 2,8 so với đầu tuyến đo

KẾT LUẬN

Sau quá trình tìm hiểu, nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp Rađa đất

để phát hiện hang rỗng trong thân đê và đập thông qua việc nghiên cứu trên mô hình

lý thuyết và kết quả thử nghiệm ngoài thực tế tác giả có một số kết quả như sau:

1. Với mô hình hang rỗng có bán kính 0,3m ở các chiều sâu từ 0,3m đến 1,5m

thì phương pháp Rađa với ăng ten 400 Mhz vẫn có thể xác định được chúng. Tuy

nhiên, đến chiều sâu từ 1,2 tín hiệu thu được đã bị suy giảm nhiều. Vì vậy trong

trường hợp độ sâu đối tượng từ 1,2m ta sử dụng ăng ten 200Mhz.

2. Qua xử lý Migration cho thấy vị trí, chiều sâu đến đỉnh và kích thước đối

tượng thu được phù hợp với đối tượng mô hình hóa nhưng không xác định được đáy

của đối tượng.

3. Kết quả mô hình hóa với hang rỗng có chiều sâu cố định 1m và thay đổi

kích thước cho thấy khi đối tượng quá bé với bán kính 0,05m thì không thể xác định

được đối tượng. Khi bán kính 0,1m thì xác định được đối tượng, Khi bán kính hang

rỗng lớn từ 0,15m trở lên thì có thể xác định đối tượng một cách rõ nét.

4. Kết quả thử nghiệm hai hang rỗng nằm trên nhau cho thấy với khoảng cách

2 hang rỗng khoảng 0,3m thì kết quả đo gần như không xác định được đối tượng dưới

sau phép lọc Migration thì chúng ta vẫn xác định được hang rỗng phía dưới. Còn hai

hang rỗng sát nhau thì không thể xác định được hang rỗng phía dưới.

5. Kết quả mô hình hóa 2 hang rỗng nằm lệch nhau thấy rằng kể cả khi hai

hang rỗng nằm cạnh nhau vẫn phân biệt được chúng.

6. Với hai hang rỗng nằm cùng độ sâu thì khi khoảng cách của chúng bằng

hoặc lớn hơn bán kính của đối tượng hang rỗng thì mới có thể xác định được chúng

một cách độc lập.

7. Từ những kết quả khảo sát hang rỗng ngoài thực tế cho thấy mô hình hóa

trên lý thuyết hoàn toàn phù hợp.

8. Việc ứng dụng phương pháp Rađa đất để xác định hang rỗng trong thân đê,

đập đất ở Việt Nam đã cho kết quả cao. Ưu điểm của phương pháp là có độ phân giải

cao, tốc độ khảo sát nhanh và cho kết quả sơ bộ có thể thấy trực quan. Phương pháp

có thể đáp ứng được yêu cầu chất lượng cũng như tiến độ của công trình.

9. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương pháp đó là khi môi trường có

độ dẫn cao thì độ sâu nghiên cứu của phương pháp giảm đáng kể.

10. Phương pháp Rađa đã cho thấy khả năng phát hiện những ẩn họa là hang

rỗng có kích thước nhỏ và nông. Phương pháp Rađa đã xác định được vị trí đến đỉnh

của hang rỗng, nhưng chưa xác định được chính xác đáy của hang rỗng.

KIẾN NGHỊ

Luận văn đã đáp ứng mục tiêu và thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ đặt ra, tuy

nhiên vì thời gian có hạn nên kết quả nghiên cứu của luận văn không thể giải quyết

triệt để mọi vấn đề có liên quan đến phương pháp Rađa đất, ví dụ như chưa xác định

được đáy của hang rỗng nên khó khăn cho việc tỉnh toán thể tích hang rỗng, điều này

làm cho việc xác định chi tiết khối lượng xử lý các hang rỗng chưa được chính xác.

Đề nghị tiếp tục có những nghiên cứu chi tiết hơn về phương pháp Rađa đất để có thể

xác định được kích thước, vị trí và thể tích hang rỗng cần khảo sát một cách chính

xác hơn.

Tài liệu tham khảo

Tiếng Việt

1. Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Ứng dụng công nghệ mới dò tìm và xử lý mối trong

đê, Thư viện Cục phòng chống lụt bão và quản lý đê điều.

2. Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Nghiên cứu ứng dụng chương trình phần mềm Rađa

xuyên đất dò tìm khuyết tật lỗ rỗng (lưu ý tổ mối) trong đê đập, Báo cáo kết quả

nghiên cứu đề tài cấp bộ; Thư viện Viện Phòng trừ mối và bảo vệ công trình.

3. Nguyễn Văn Giảng Nguyễn Thành Công Ứng dụng rađa xuyên đất trong việc đánh

giá hiện trạng đất đắp cống dưới đê (Assesing earth's filling side of sluice under

the dyke by the GPR method). Tuyển tập kết quả KH và CN 1994-1999, Tập IV, tr

33-41. NXB Nông Nghiệp

4. Nguyễn Trọng Nga, Đỗ Anh Chung và nnk, (2002), Báo cáo kết quả dò tìm hang

rỗng nền Nhà máy Xi măng Tam Điệp - Ninh Bình, Thư viện Viện Phòng trừ mối

và Bảo vệ công trình.

5. Lê Hoàng Kim, Nguyễn Thành Vấn, Đặng Hoài Trung, Áp dụng phương pháp dịch

chuyển dời pha nội suy tuyến tính vào xử lý tài liệu radar xuyên đất để xác định

kích thước và vị trí dị vật. Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 230-

236.

6. Đặng Hoài Trung, Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Nguyễn Văn Thuận, Võ

Nguyễn Như Liễu, Ra đa xuyên đất trong khảo sát công trình ngấm tại thành phố

Hồ Chí Minh. Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 299-308.

7. Mai Thanh Tân, 2011, Thăm dò Địa chấn. NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.

8. Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Thuận, Đặng Hoài Trung, Dịch chuyển F-K và

Entropy cực tiểu trong xử tài liệu Rađa xuyên đất. Tạp chí Địa Chất, loại A, số

341-345, 3-8/2014, tr 273-282.

9. Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Đặng Hoài Trung, Lê Văn Anh Cường,

Nguyễn Văn Giảng, Xác định vận tốc truyền sóng điện từ trong radar xuyên đất

bằng hiệu chỉnh động. Tạp chí Các Khoa Học Về Trái Đất. Số 2 tập 35, 6-2013, tr

137-145.

10. Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Giảng, 2013, Ra đa xuyên đất phương pháp

và ứng dụng,. NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh

11. Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2004),

Báo cáo kết quả đề tài:" Điều tra, khảo sát tình hình mối và các ẩn hoạ ở hệ thống

đập đất thuộc tỉnh Hoà Bình và đề xuất biện pháp xử lý"

12. Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam, (2006),

Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu điều tra, đánh giá tổng hợp các điều kiện môi trường,

ẩn hoạ đối với đê điều tỉnh Nam Định"

Tiếng Anh

13. Annan. A.P (1984) - Radar mapping of buried pipes and cable.

14. A.P.Annan, Sensors & Sorfware Inc, Thư viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ

công trình.

15. Daniels.D.J (1980) - Short Imfulse radar for stratified lossy dielectrie layer

measurement.

16. Damiels D.J (1996) - Subsurface Penetrating radar.

17. Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Simulation research on hollow cavities

in the body of dikes, dams by Geophysical Methods”, VNU. Journal of Science,

Mathematics-Physics, 29 (1), p.

18. Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Some research results from the

application of geophysical methods in quickly identifying shallow hazards in dike

and dam body” , VNU. Journal of Science, Mathematics-Physics.

19. Radan For Windows, Manual, (2014) of Geophysical Survey Systems, Inc

20. Sandmeier. K.J, Reflexw Manual. Zipser Straße 1D-76227 Karlsruhe Germany

21. Stolt, R.H, 1996, Seissmic Migration: Theory and pratice, Geophyssical Press

22. SIR-System 10B, Manual, (1998), Thư viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ công

trình.

23. Szynkiewicz, A., (2000) GPR monitoring of earthen flood banks/ levees,

Proceedings of the Eighth International Conference on Ground Penetrating

Radar, (GPR 2000).

24. Xuxingxin, Lidong and al, Study of Ground Penetrating Rađa Exploration of

Subterranean Termites in Dykes and Dams, (1996), Acta Entomology Sinica,

vol.39.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp Rađa đất để phát hiện hang rỗng trong thân đê, đập ở Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------------------------

Vương Duy Thọ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------------------------

Vương Duy Thọ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài

Chương 1 - TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT 1.1 VÀI NÉT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT TRONG KHẢO SÁT HANG RỖNG

εr

1(

S

)

.

S

.

1(

)

















1(

S

)

.

S

.

1(

)

















Mặt đất

Đối tượng

b 

y 

SP1

SP1

Chương 3 - KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP RADA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG

KẾT LUẬN

KIẾN NGHỊ

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ: Quản lý hoạt động phát triển nhận thức cho trẻ mẫu giáo ở các trường mầm non, huyện Hoàng Su Phì, tỉnh Hà Giang

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về điều kiện đầu tư kinh doanh trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo ở Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Sự nghiệp nghiên cứu phê bình văn học của Hoài Thanh

Luận văn Thạc sĩ: Tiểu thuyết của Đỗ Phấn từ góc nhìn sinh thái

Luận văn Thạc sĩ: Giải pháp ứng phó với nhập cư ở Liên minh Châu Âu

Luận văn Thạc sĩ: Diễn ngôn về giới nữ trong văn xuôi nữ Việt Nam đương đại (khảo sát sáng tác của Dạ Ngân, Y Ban, Lý Lan, Nguyễn Thị Thu Huệ)

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng mức phát thải tham chiếu rừng khu vực huyện Bảo Lâm tỉnh Lâm Đồng

Luận văn Thạc sĩ: Đặc điểm nhân vật chính trong ba tác phẩm của Franz Kafka: Lâu đài, Vụ án, Hóa thân

Kháo luận tốt nghiệp: Vận dụng lí thuyết học tập trải nghiệm vào dạy học Thống kê - Xác suất ở lớp Hai

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu cho Robot dịch vụ

Luận văn Thạc sĩ: Thế giới nhân vật trong truyện ngắn Lê Minh Khuê sau năm 1975

Luận văn Thạc sĩ: Tác động của cấu trúc vốn đến hiệu quả hoạt động của các ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Kiểm soát rủi ro tín dụng bán lẻ tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Đầu tư và Phát triển Việt Nam chi nhánh Thủ Thiêm

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh của ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Các nhân tố ảnh hưởng đến hành vi sử dụng dịch vụ ngân hàng điện tử tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Ngoại thương Việt Nam – Chi nhánh Thủ Đức

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố tác đồng đến nợ xấu tại Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn - Chi nhánh Tiền Giang

Luận văn Thạc sĩ: Yếu tố ảnh hưởng đến quyết định sử dụng dịch vụ thanh toán không dùng tiền mặt tại Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam (Vietinbank)

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về du lịch biển, thực tiễn tại tỉnh Bình Định

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của các yếu tố thương hiệu với vai trò trung gian của Marketing truyền miệng đến quyết định chọn việc làm của nhân viên GenZ tại chuỗi nhà hàng gà rán Popeyes khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của Marketing mix đến ý định học cao học của sinh viên khối ngành kinh tế thuộc Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum