Ứng dụng của phương pháp thăm dò điện đa cực

Thăm dò điện là một trong các phương pháp thăm dò địa vật lý, thường được sử dụng nhằm mục tiêu xác định sự phân bố điện trở suất của môi trường bên dưới mặt đất bằng cách thực hiện các phép đo đạc giá trị điện trở suất biểu kiến của môi trường bên trên mặt đất. Từ các giá trị đo đạc này, có thể đánh giá được giá trị điện trở suất thật và luận giải về cấu trúc của môi trường bên dưới mặt đất.

Điện trở suất của môi trường là một đại lượng có liên hệ khá chặt chẽ với các tham số địa chất khác nhau như: đặc điểm khoáng sản, hàm lượng các chất lỏng, độ xốp, độ bảo hoà nước trong đá…Thăm dò điện trở suất là một trong các phương pháp khá lâu đời và được ứng dụng một cách rộng rãi và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa chất thuỷ văn. khảo sát tìm kiếm khoáng sản, khảo sát địa kỹ thuật, và đặc biệt là trong những năm gần đây được sử dụng trong lĩnh vực môi trường. 

Dưới đây là các ví dụ thực tế mà phương pháp thăm dò ảnh điện đã ứng dụng một cách thành công.

1. Khảo sát trượt lở đất ở Cangkat Jering Malaysia

Một trong các vấn đề mà Malaysia cũng như nhiều quốc gia khác trên thế giới đang phải đối mặt trong giai đoạn hiện nay là hiện tượng trượt lở đất ở các sườn đồi, trượt lở đất thường bị thúc đẩy bởi quá trình  tích lũy nước bên trong sườn dốc dẫn đến việc làm yếu đi sự gắn kết của môi trường tại sườn dốc, đặc biệt là ở ranh giới của các thành tạo có thành phần thạch học và đặc tính hoá lý khác nhau. Hình 1 trình bày một kết quả khảo sát dẫn ra ở phần trên của sườn dốc, trong đó, trượt đất đã xảy ra ở phần bên dưới. Phong hoá của đá gốc Granite đã tạo ra một lớp hỗn hợp gồm sét, cát với các ranh giới lõi và các vật liệu phong hoá có thành phần khác. Hình ảnh khảo sát cho thấy một đới điện trở suất thấp bên dưới tuyến khảo sát, điều này có lẽ gây ra bởi sự tích lũy nước ở trong vùng làm giảm giá trị điện trở suất xuống đến giá trị nhỏ hơn 600 ohm.m. Để ổn định sườn dốc, cần phải bơm thoát nước từ đới này, vì vậy, việc quan trọng đầu tiên là phải xác định một cách chính xác đới tích luỹ nước.

Hình 1 - Kết quả một tuyến đo ảnh điện khảo sát trượt lở đất ở Malaysia

2. Khảo sát các khu công nghiệp cũ

Một vấn đề thuộc về môi trường thường xảy ra khá phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển là những vùng đất công nghiệp bị bỏ rơi. Trước khi những vùng đất như vậy có thể được sử dụng cho việc tái định cư, cần phải xác định các vật liệu cũ bị bỏ rơi hay bị chôn vùi, chẳng hạn như các vật liệu kim loại, các khối bê tông chôn vùi dưới mặt đất, các vấn đề khác trong những khu vực như vậy là các hoá chất, chất thải chứa dưới đất bên trong các khu nhà xưởng. Do vậy, bản chất của các môi trường như vậy là vô cùng phức tạp và là mục tiêu thách thức cho các thăm dò địa vật lý. 

Một tuyến khảo sát ảnh điện đã được thực hiện dọc theo một đường xe lửa cũ đã được tháo dỡ, chỉ còn lại một đoạn ngắn cắm sâu xuống vùng chứa kim loại. Trong mặt cắt điện trở suất giả  khu vực nước ngầm bị ô nhiễm có giá trị điện trở suất thấp ở vị trí 140m phía bên phải, bãi chứa kim loại gây ra một dị thường điện trở suất thấp tại vị trí 90m.Trong mô hình nghịch đảo, chương trình tính đã xây dựng lại hình ảnh chính xác của các đới ô nhiễm gần mặt đất, có một vùng điện trở suất thấp nằm phía bên phải phù hợp với đới ô nhiễm nước ngầm đã biết rõ, đới này được xác định một cách rõ ràng ở vị trí 140m và kéo dài đến độ sâu 30m. 

Hình 2 - Ví dụ về khảo sát ô nhiễm công nghiệp

3. Khảo sát các lỗ hổng trong tầng sét

Công tác khảo sát trong ví dụ này được sử dụng để xác định các lỗ hổng trong một lớp sét nằm bên dưới lớp cát sạch 2,5 đến 6m . Kết quả của công tác thăm dò điện sau đó được khẳng định bởi các lỗ khoan. 
Mặt cắt giả điện trở suất biểu kiến từ một tuyến trong khảo sát này trình bày trong hình 3a. Dữ liệu trong mặt cắt giả được xây dựng bằng cách sử dụng các dữ liệu từ các tuyến khảo sát chồng gối ngang. Một đặc điểm đáng quan tâm của tuyến khảo sát này là nó chứng minh bản chất sai lệch  của mặt cắt giả, đặc biệt là đối với thiết bị lưỡng cực. Trong mô hình nghịch đảo, một dị thường điện trở suất cao được phát hiện bên dưới vị trí 200 ft mà nó có thể là một lỗ hổng trong lớp sét bên dưới (hình 3b). Đặc trưng này rơi vào trong một vùng  trong mặt cắt giả, nơi có một khoảng trống trong dữ liệu.
Tuy nhiên, một đồ thị của giá trị độ nhạy của các phần tử sử dụng trong mô hình nghịch đảo chứng tỏ rằng các phần tử mô hình trong khu vực của vật thể có giá trị điện trở suất cao có các giá trị độ nhạy cao (có nghĩa là các giá trị điện trở suất mô hình tin cậy hơn) hơn các khu vực kế cận ở cùng độ sâu với nhiều điểm dữ liệu hơn trong đồ thị mặt cắt giả (hình 3c). Ví dụ này minh hoạ sự nguy hiểm của việc chỉ sử dụng sự phân bố của các điểm dữ liệu trong mặt cắt giả để khống chế các vị trí của các phần tử mô hình (Baker, 1992. Loke and Barker, 1996a), Nếu các phần tử mô hình chỉ được đặt ở vị trí của các điểm dữ liệu, thể điện trở suất cao sẽ bị nhầm lẫn từ mô hình nghịch đảo và một đặc trưng quan trọng bên dưới mặt đất không được phát hiện. 

Hình 3 - Đo vẽ các lỗ hổng trong một lớp sét

4. Khảo sát sự thay đổi mực nước trong quá trình bơm thử nước

Các đo đạc ảnh điện trở suất được thực hiện trong quá trình bơm thử nước ở khu vực Hoveringham. Tầng chứa nước là lớp cát, sỏi phủ trên tầng bùn kết. Hình 4 biểu diễn mặt cắt giả điện trở suất biểu kiến đầu tiên và các mặt cắt mô hình trước khi bơm và sau khi bơm 220 phút. Hình 5  trình bày sự thay đổi điện trở suất tương đối ở 40 phút, 120 phút và 220 phút sau khi bắt đầu bơm thử.
Hình 5 biểu diễn một cách rõ ràng sự gia tăng giá trị điện trở suất trong đới do hút nước (bơm thử). Bằng cách sử dụng định luật Archie và giả sử rằng giá trị điện trở suất của nước không thay đổi theo thời gian, chúng ta có thể đánh giá được mức độ bảo hòa nước. Sự suy giảm mực nước bảo hòa trong tầng chứa nước hoặc các giá trị mất bảo hòa được chỉ ra trong hình 6. Theo định luật Aechie, giả sử rằng giá trị điện trở suất chỉ phụ thuộc vào hàm lượng nước, các giá trị mất bảo hòa có thể thấp hơn giá trị thật nếu hàm lượng sét có trong tầng chứa nước đáng kể.

Hình 4 - Các mặt cắt theo thời gian trong nghiên cứu thấm biểu diễn sự thay đổi giá trị điện trở suất của môi trường ở các thời điểm khác nhau

 

  Hình 5 - Sự thay đổi phần trăm tương đối các giá trị điện trở suất ở vùng bơm thử nghiệm Hoveringham

Hình 6 - Các mặt cắt theo thời gian trong nghiên cứu thấm biểu diễn sự thay đổi giá trị điện trở suất của môi trường ở các thời điểm khác nhau