Header Page of 16 Các phương pháp điều tra Địa chất thủy văn (Điều tra đánh giá nước đất - Hydrogeological Investigation) Đoàn Văn Cánh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội Tổng quan phương pháp điều tra đánh giá nước đất Mặc dù nước đất quan sát trực tiếp bề mặt đất lại có nhiều phương pháp cung cấp thơng tin tồn điều kiện định, chí cung cấp thông tin chất lượng nước đất từ vị trí mặt đất hay từ không gian Các phương pháp điều tra, khảo sát mặt nước đất thành cơng kết thu thường đưa tranh khơng hồn chỉnh địa chất thủy văn Tuy nhiên, phương pháp lại thường kinh tế nhiều so với phương pháp khảo sát bên mặt đất Các phương pháp địa chất đưa nhận định quan trọng ban đầu cho phương pháp khảo sát nước đất khác, bao gồm phân tích tài liệu địa chất khảo sát thực địa Phương pháp viễn thám, nghĩa phương pháp điều tra từ máy bay hay vệ tinh trở thành công cụ hữu hiệu cho nghiên cứu nước đất Cuối cùng, phương pháp địa vật lý mà đặc biệt phương pháp điện phương pháp địa chấn cung cấp cho ta thông tin gián tiếp nước đất Do vậy, thông số địa chất thủy văn phải suy luận, giải đoán từ tài liệu khảo sát bề mặt Tuy nhiên, nghiên cứu cần phải kết hợp với tài liệu khảo sát mặt đất để đánh giá độ hợp lý tài liệu thu từ phương pháp bề mặt Các phương pháp điều tra đánh giá nước đất 2.1 Các phương pháp Địa chất Các nghiên cứu địa chất có khả đánh giá tiềm nước đất cho vùng rộng lớn cách nhanh chóng kinh tế Một khảo sát địa chất bắt đầu việc thu thập, phân tích minh giải điều kiện địa chất thuỷ văn từ đồ địa hình, ảnh viễn thám, đồ địa chất, tài liệu địa vật lý lỗ khoan tài liệu liên quan khác Ngoài tài liệu thu thập được, cần tiến hành khảo sát thực địa để đánh giá mức độ tin cậy tài liệu thu thập thông qua việc nghiên cứu dòng chảy mặt, lưu lượng khai thác lỗ khoan, nguồn cấp thoát nước đất, mực nước chất lượng nước Những hiểu biết lắng đọng xói mịn khu vực cho ta biết quy mơ thành tạo chứa nước Thông tin loại đá cho ta thông tin mức độ chứa nước phù hợp cho việc cung cấp nước cho hộ gia đình khơng phù hợp cho quy mơ công nghiệp cho thành phố Địa tầng lịch sử địa chất vùng cho ta biết tầng chứa nước bên dưới, tính liên tục mối liên hệ tầng chứa nước với Thành phần vật chất, chiều dày tầng chắn bên trên, nằm thành tạo chứa nước giúp ta tính tốn độ sâu lỗ khoan Tương tự, từ dấu hiệu tầng chứa nước có áp phán đốn chiều sâu đặt máy bơm Các dạng địa hình lộ cho ta thông tin thành tạo bở rời đóng vai trị tầng chứa nước gần mặt đất, bậc thềm đụn cát Các đứt gãy hình thành nên dịng chảy mặt sông, suối việc đo vẽ đồ đứt gãy thường sử dụng vết tích cịn để lại bề mặt trái đất Footer Page of 16 1429 Header Page of 16 2.2 Phương pháp viễn thám Các hình ảnh trái đất thu từ máy bay hay vệ tinh bước sóng điện từ khác cung cấp cho ta thơng tin hữu ích liên quan đến điều kiện tồn nước đất Công nghệ viễn thám phát triển nhanh chóng năm gần việc ứng dụng nghiên cứu tài ngun nước cịn nghiên cứu khám phá Hơn nữa, việc sẵn có ảnh hãng tư nhân quan nhà nước làm thúc đẩy việc ứng dụng chúng Nghiên cứu ảnh máy bay đen trắng ba chiều thu thông tin quan trọng Các cấu trúc địa chất, màu sắc địa hình quan sát phân biệt khác điều kiện địa chất, loại đất, độ ẩm đất, thảm thực vật trạng sử dụng đất Do ảnh địa chất phân biệt loại đá với loại đất cho ta biết tính thấm diện phân bố chúng, từ xác định diện tích nguồn cấp nguồn thoát nước đất Các đồ phân vùng khả cung cấp nước đất thành khu vực cung cấp nước tốt, trung bình thành lập Bảng tóm tắt vai trị ảnh viễn thám việc trợ giúp cơng tác minh giải điều kiện địa chất thuỷ văn Các ảnh từ khơng gian khe nứt Các khe nứt liên quan đến độ rỗng, tính thấm cuối lưu lượng lỗ khoan Vị trí suối khu vực đầm lầy nơi mực nước đất nằm tương đối nông Việc nghiên cứu thuỷ thực vật từ ảnh viễn thám hữu ích Các thực vật ưa nước giúp ích cho việc xác định độ sâu mực nước đất chúng hút nước từ mực nước đất độ sâu khơng lớn Hình cho thấy phân bố thảm thực vật nón phóng vật Những thực vật ưa mặn lại giúp ta xác định có mặt tầng nước đất lợ mặn phân bố nơng Cịn thực vật chịu hạn tốt thực vật sống sa mạc giúp ta xác định độ sâu mực nước đất tương đối sâu Ngoài ra, nghiên cứu phổ điện từ giữ vai trò quan trọng hệ thống phương pháp ảnh ứng dụng khảo sát nghiên cứu địa chất thuỷ văn Phương pháp ảnh hồng ngoại phương pháp ghi lại khác biệt nhiệt độ vị trí khác bề mặt trái đất Phương pháp cho ta thơng tin độ ẩm đất, vận động nước đất, đứt gãy đóng vai trị tầng cách nước yếu Một kết thú vị phương pháp ảnh hồng ngoại thành lập đồ dịng chảy nước nóng nước lạnh đất khu vực ven biển, diện tích phân bố đá bazan đá vơi Hình cho thấy dịng nước đất có nhiệt độ thấp nước biển lộ xung quanh vùng đảo Hawaii Ảnh rada cung cấp cho ta thông tin độ ẩm bề mặt vị trí nơng mặt Hình Dấu tích khơng ảnh dải thực vật ưa nước đất Cuối cùng, khảo sát điện từ tần dọc theo chân nón phóng vật vùng sa mạc Đây nguồn cấp nước đất lớn (Theo Mann) thấp cho ta thấy vị trí dịng mặt bị chơn vùi vùng bị xâm nhập mặn Footer Page of 16 1430 Header Page of 16 Bảng Các thơng tin đặc tính bề mặt từ ảnh không gian trợ giúp đánh giá điều kiện địa chẩt thuỷ văn (Theo Heath Trainer- Giới thiệu thuỷ văn nước đất, John Wiley, New York, 1968 Mollard) * Địa hình + Đánh giá điều kiện địa hình tồn vùng + Đánh giá điều kiện địa hình khu vực * Thực vật ưa nước + Các thành tạo địa chất thấm nước tương đối + Các thềm aluvi trẻ đồng cửa sông + Các trầm tích vũng vịnh + Trầm tích băng hà châu thổ băng hà + Các gò đồi phẳng gò đồi tạo mảnh vụn đá núi lửa + Các phức hệ gò đồi ngoằn ngoèo + Các nón phóng vật + Các đụn cát ven biển + Các thung lũng bị lấp đầy phần vật liệu bồi tụ trải dài gần miền sụt lún + Các thung lũng đá gốc ẩn rộng lớn xuyên cắt qua thung lũng đại xác định ổn định khu vực tầng đá phiến yếu rìa thung lũng + Các thung lũng bị lấp đầy vật liệu bồi tụ bậc thềm lộ đá gốc rộng lớn + Các đụn cát giả định nằm trầm tích cát nguồn gốc sơng băng hà * Các hồ, suối + Mật độ dịng chảy hệ thống sơng suối + Sự cộng dịng phân tán dịng chảy + Vị trí gần hồ tạm thời hồ có nước quanh năm (ví dụ hồ khu vực bị rửa trôi, hồ bị nhiễm mặn kéo dài hệ thống dòng chảy ngừng hoạt động) + Các sơng có nước quanh năm + Các dịng chảy tạm thời * Sự suy giảm độ ẩm + Sự suy giảm độ ẩm, môi trường đầm lầy thấm rỉ (phần lớn phụ thuộc vào minh giải tượng liên quan) + Chuỗi khu vực phẳng hồ bị nhiễm mặn (các hồ tạm thời, hồ bị nhiễm mặn) phân bố dọc theo hệ thống thoát nước ngừng hoạt động + Sự lắng đọng muối, mảng bất thường đất thực vật liên quan đến chuyển hóa tích tụ muối * Các mạch nước (Suy luận từ không ảnh) + Các mạch nước hình thành trình sụt lún (ở nơi mà mặt đất cắt xuyên qua mực nước đất phía đới bão hồ) + Các mạch nước tiếp xúc ( tầng chứa nước nằm tầng tương đối không thấm nước thường phân bố dọc theo sườn thung lũng cắt ngang qua ranh giới địa tầng khác nhau) + Các mạch nước actezi lộ mặt đất gần bề mặt sườn đồi, vách thung lũng nơi bị dập vỡ khu vực * Các điểm nước nhân tạo + Lỗ khoan + Giếng đào + Các bồn chứa + Các kênh đào 2.3 Phương pháp Địa vật lý 2.3.1 Phương pháp Địa vật lý mặt Thăm dò địa vật lý phương pháp đo đạc đặc tính vật lý vỏ trái đất nghiên cứu thăm dị mỏ khống sản cấu trúc địa chất Việc phát mỏ dầu phương pháp địa vật lý vào năm 1926, áp lực kinh tế cho việc tìm mỏ dầu khí mỏ khống sản thúc đẩy việc phát triển cải thiện nhiều phương pháp thiết bị địa vật lý Áp dụng phương pháp địa vật lý nghiên cứu nước đất cịn chậm lợi nhuận thu từ dầu khí cao nhiều so với nước Tuy nhiên năm gần đây, cải tiến kỹ thuật địa vật lý thấy ích lợi việc ứng dụng phương pháp địa vật lý nghiên cứu nước đất làm thay đổi tình Hiện tại, nhiều Footer Page of 16 1431 Header Page of 16 tổ chức nghiên cứu nước đất sử dụng phương pháp địa vật lý Các phương pháp thường khơng xác khó minh giải chúng thực hữu dụng sử dụng kết hợp với phương pháp khảo sát trực tiếp khác Các phương pháp địa vật lý phát khác biệt hay dị thường đặc tính địa vật lý vỏ trái đất Tỷ trọng, từ tính, tính đàn hồi điện trở suất đất đá đặc tính thường xác định Các đặc tính trình bày chi tiết phần sau Kinh nghiệm nghiên cứu giúp nhà khoa học minh giải cấu trúc địa chất, loại đá, độ lỗ hổng, mức độ chứa nước chất lượng nước thơng qua đặc tính địa vật lý Phương pháp điện trở suất Điện trở đất đá xác định ta đo cường độ dòng điện truyền qua chúng xác định điện trở suất mặt đối diện hình khối đơn vị đất đá cần xác định Nếu điện trở khối đất đá R có diện tích bề mặt A độ dài L điện trở suất xác định sau: RA  = L (m) (1) Các giá trị điện trở suất thay đổi tuỳ thuộc vào loại đất đá, tỷ trọng, độ lỗ hổng, kích thước hình dạng lỗ hổng, độ bão hoà nước, chất lượng nước nhiệt độ Khơng có giá trị điện trở suất cụ thể cho loại đá khác Điện trở suất đá magma biến chất dao động từ 10 - 10 m Điện trở suất đá trầm tích thành tạo bở rời dao động từ 10 -10 m Hình đưa số khoảng biến đổi điện trở suất cho loại đất đá khác Đối với đá có độ lỗ hổng lớn điện trở suất nước chứa lỗ hổng lại có vai trị quan trọng so với điện trở suất khung đất đá Đối với thành tạo bở rời, điện trở suất giảm độ bão hồ độ muối nước chứa tăng ngược lại Các khoáng vật sét lại cho dòng điện truyền qua mạng tinh thể chúng, nên chúng thường có điện trở suất thấp so với đất đá bở rời khác Hình Khoảng điện trở suất cho loại trầm tích đá khác Các giá trị giả thiết cho trường hợp nước đất nước nhạt Trường hợp nước mặn giá trị điện trở suất chúng tịnh tiến mức phía trái (Theo Amer ) 1432 Footer Page of 16 Header Page of 16 Điện trở suất thực xác định từ điện trở suất biểu kiến Điện trở suất biểu kiến tính tốn từ kết đo cường độ dòng điện hiệu điện điện cực đặt mặt đất Quy trình bao gồm việc đo hiệu điện điện cực (điện cực Phình 3) sinh sử dụng dịng điện điện cực khác đặt bên thẳng hàng với điện cực P (điện cực C- hình 3) Nếu điện trở suất đất đá bên điện cực đồng mạng lưới đường đẳng dịng điện hình thành hình 3.4 Hiệu điện đo giá trị Hình Mạch điện xác định điện trở suất trường điện cho hiệu điện vùng gần mặt đất trường hợp địa tầng đồng định hình dạng mạng lưới Do đó, đo dịng điện hiệu điện xác định điện trở suất biểu kiến độ sâu khác Nếu khoảng cách điện cực tăng trường điện tiếp cận đến độ sâu lớn thu giá trị điện trở suất biểu kiến độ sâu lớn Nói chung, điện trở suất bề mặt thực tế thay đổi theo độ sâu, điện trở suất biểu kiến thay đổi khoảng cách điện cực tăng Tuy nhiên, thay đổi điện trở suất độ sâu lớn khơng hồn tồn giống thay đổi điện trở suất vị trí sâu có ảnh hưởng khơng lớn đến điện trở suất biểu kiến so với độ sâu nông nên phương pháp không thực hiệu cho việc xác định điện trở suất thực tế độ sâu lớn vài trăm mét Các điện cực bao gồm nhiều cọc kim loại đóng xuống mặt đất Trên thực tế, có nhiều khoảng cách tiêu chuẩn điện cực sử dụng phổ biến cách xếp điện cực theo cách Wenner Schlumberger Theo cách Wenner (hình 4), cực đo (potential electrode) đặt khoảng cách 1/3 điện cực nguồn (current electrode) Điện trở suất biểu kiến xác định theo công thức sau:  a  2a V I (2) a khoảng cách điện cực kề nhau, V hiệu điện điện cực đo thế, I dòng điện sử dụng Theo cách Schlumberger (Hình 5b), cực đo bố trí vị trí gần Điện trở suất biểu kiến xác định sau: a = ( L / 2)  (b / 2) V b I (3) đây: L khoảng cách điện cực nguồn, b khoảng cách điện cực đo Theo lý thuyết L>b, thực tế, để thu kết tốt người ta thường sử dụng L5b Footer Page of 16 1433 Header Page of 16 Hình Các kiểu bố trí điện cực thơng dụng để xác định điện trở suất, (a) Wenner (b) Schlumberger Khi biểu diễn mối liên quan điện trở suất biểu kiến khoảng cách điện cực (a phương pháp Wenner L/2 phương pháp Schlumberger) cho khoảng cách khác vị trí ta thu đường cong qua điểm Việc minh giải đường cong biểu diễn quan hệ điện trở suất khoảng cách đo thường phức tạp vấn đề khó Để giải vấn đề có cách Cách (1) giả thiết có nhiều lớp điện trở suất thực tế (phân biệt với điện trở suất biểu kiến) độ sâu tương ứng Cách (2) minh giải điện trở suất thực tế theo điều kiện địa chất nước đất bên mặt đất Trường hợp thứ nhất, giải tốn cách tính tốn đường cong liên hệ cho trường hợp lớp, lớp lớp với tỷ lệ điện trở suất khác Tài liệu đường cong lý giải cho kỹ thuật khớp đường cong theo mơ hình Wenner Schlumberger công bố Trường hợp thứ phụ thuộc vào tài liệu bổ sung So sánh thay đổi điện trở suất thực theo độ sâu với tài liệu thu từ lỗ khoan gần kề đưa đến mối liên hệ điều kiện địa chất nước đất khu vực nghiên cứu Thơng tin áp dụng để minh giải cho công tác đo giá trị điện trở suất vùng xung quanh Tại vị trí định, việc thay đổi khoảng cách điện cực ta thu kết điện trở suất độ sâu khác Thông thường, người ta thường tiến hành thiết lập mặt cắt ngang điện trở suất biểu kiến hay đồ điện trở suất biểu kiến vùng cách cho khoảng cách điện cực không đổi Trong số tất phương pháp địa vật lý bề mặt phương pháp điện trở suất áp dụng rộng rãi điều tra nước đất Với thiết bị gọn nhẹ, đơn giản dễ dàng vận hành, phương pháp thường sử dụng để trợ giúp cho công tác khoan đào thí nghiệm Nó cịn đặc biệt thích hợp cho việc định vị đường ranh giới xâm nhập mặn mặt đất, có xâm nhập mặn có xuất giảm điện trở suất đường cong liên hệ điện trở suất khoảng cách điện cực Trong điều kiện tương đối đồng phương pháp cịn sử dụng để xác định mực nước đất, mặt phía lớp dẫn điện tương đối Ở Việt Nam phương pháp thăm dò điện áp dụng rộng rãi tìm kiếm nước đất vùng ven biển hải đảo cho kết khả quan Nhờ phương pháp đo sâu điện mặt cắt điện, nhà địa chất thủy văn tìm thấu kính nước nhạt đảo Bạch Long Vĩ, Cồn Cỏ, Những đới chứa nước thành tạo biến chất Proterozoi vùng Sơn Tây Cũng phương pháp địa vật lý điện ngưới ta khoanh định thấu kính nước nhạt ven biển Bắc Bộ, Trung Bộ Nam Bộ Đặc biệt phương pháp địa vật lý điện Footer Page of 16 1434 Header Page of 16 sử dụng thành công việc điều tra phát đới nứt nẻ chứa nước thành tạo lục nguyên, Bazan cacbonat nhiều vùng lãnh thổ Việt Nam Một ứng dụng quan trọng phương pháp điện trở suất xác định diện tích nhiễm nước đất Các nghiên cứu nhiễm bẩn từ bãi thải, khu vực chứa nước thải kênh thoát nước bị acid hố từ mỏ khai thác lý giải tính khả thi phương pháp Phương pháp địa chấn khúc xạ Phương pháp khúc xạ sóng địa chấn bao gồm việc tạo chấn động nhỏ bề mặt đất, cách đập ngịi nổ nhỏ, việc đo thời gian cần thiết để rung động hay chấn động, sóng truyền khoảng cách cho trước Các sóng địa chấn tuân theo định luật tương tự với truyền ánh sáng phản xạ, khúc xạ bề mặt dẫn đến thay đổi vận tốc lan truyền Phương pháp địa chấn phản xạ cung cấp cho ta thông tin cấu trúc địa chất độ sâu hàng nghìn mét mặt đất, phương pháp địa chấn khúc xạ (được quan tâm nghiên cứu nước đất) thu thông tin độ sâu khoảng 100m Thời gian lan truyền sóng địa chấn phụ thuộc vào khoảng khơng gian trung gian mà truyền qua Tốc độ lan truyền đạt giá trị lớn truyền qua đá magma đạt giá trị thấp truyền qua vật liệu bở rời Bảng Tốc độ truyền sóng địa chấn loại trầm tích đá khác (a) đất đá khơng bão hồ; (b) đất đá bão hịa (Theo Amer ) Vận tốc sóng P (m/s) Vận tốc sóng S (m/s) Tỷ trọng đá (g/cm3) Đất Cát khô Cát ướt Phiến ngậm nước sét Macnơ Phiến ngậm nước cát chọn Cát kết chứa nước Đá vôi Đá phấn Muối Anhydrit 300-700 400-1200 1500-2000 100-300 100-500 400-600 1.7-2.4 1.5-1.7 1.9-2.1 Tỷ trọng khoáng vật thành phần (g/cm ) 2.65 quartz 2.65 quartz 1100-2500 200-800 2.0-2.4 - 2000-3000 750-1500 2.1-2.6 - 1500-2200 500-750 21.-2.4 - 2000-3500 3500-6000 2300-2600 4500-5500 4000-5500 800-1800 2000-3300 1100-1300 2500-3100 2200-3100 21.-2.4 2.4-2.7 1.8-3.1 2.1-2.3 2.9-3.0 Dilomit 3500-6500 1900-3600 2.5-2.9 Granit Bazan Gnai Than Nước Băng Dầu mỏ 4500-6000 5000-6000 4400-5200 2200-2700 1450-1500 3400-3800 1200-1250 2500-3300 2800-3400 2700-3200 1000-1400 1700-1900 - 2.5-2.7 2.7-3.1 2.5-2.7 1.3-1.8 1.0 0.9 0.6-0.9 2.65 quartz 2.71 calcite 2.71 calcite 2.1 halite (Ca, Mg) CO3 2.8-2.9 - Đất đá Các giá trị tốc độ lan truyền sóng địa chấn đặc trưng nêu lên bảng sử dụng để xác định chất trầm tích aluvi đá gốc Đối với vật liệu trầm tích aluvi bở rời hạt thơ tốc độ lan truyền sóng địa chấn tăng đáng kể từ đới khơng bão hồ đến đới bão hồ, lập đồ độ sâu mực nước đất với độ xác khoảng 10% cho khu vực điều kiện địa chất tương đối đồng Sự thay đổi tốc độ lan truyền sóng địa chấn khống chế thay đổi tính chất đàn hồi vật liệu, đất đá Nếu tính đàn hồi vật liệu khác việc xác định thành tạo ranh giới 1435 Footer Page of 16 Header Page of 16 chúng rõ ràng Đối với đá trầm tích, kiến trúc lịch sử địa chất đóng vai trị quan trọng thành phần khống vật Lỗ hổng, khe nứt có xu hướng làm giảm tốc độ sóng địa chấn hàm lượng nước lại làm tốc độ tăng lên Đối với thành tạo gắn kết với phân bố đồng lỗ hổng ví đá cát kết tốc độ lan truyền sóng địa chấn độ lỗ hổng có mối liên hệ sau :  1 =  v vL vS (4) : v tốc độ lan truyền sóng địa chấn đo được, vL tốc độ chất lỏng bão hoà khối đá, vs tốc độ thân cấu trúc khối đá,  độ lỗ hổng khối đá Một sóng dạng hình cầu mở rộng phía ngồi từ điểm sinh chấn (Hình 3.9a) Sóng lan truyền với tốc độ khống chế vật liệu mà thân truyền qua Giả thiết vật liệu bở rời đồng có mực nước đất Khi sóng truyền tới mực nước đất lan truyền dọc theo bề mặt Khi lan truyền, chuỗi sóng truyền ngược trở lại đới thơng khí Các vị trí mặt sóng vẽ khoảng thời gian vài mili giây (Hình 3.9 a) cho thấy khúc xạ Tại vị trí bề mặt sóng, sóng tới trực tiếp từ nguồn phát sóng khúc xạ Bằng việc xác định khoảng thời gian sóng tới khoảng cách khác từ nguồn phát ta vẽ đồ thị liên hệ thời gian - khoảng cách Trường hợp lớp thẳng đứng, độ sâu H tới mực nước đất tính tốn từ tốc độ 1 2 khoảng cách s tới vị trí giao đồ thị thể Hình 3.9b Các phương trình tính tốn sau: H= s v  v1 v  v1 (5) s khoảng cách từ nguồn phát đến điểm mà sóng trực tiếp sóng khúc xạ tới đồng thời Để xác định độ sâu H cho lớp bên sử dụng phương trình: H= Ti v1v (6) v 22  v12 đây, Ti thời gian bị chặn, xác định chiếu đoạn thẳng thứ hai (2 = 2000m) vào trục thời gian Đối với trường hợp có nhiều lớp, vấn đề giải cách tương tự với trợ giúp nomographs Sự khác độ cao tuyệt đối, cấu trúc dốc, đứt gãy thay đổi ranh giới ngăn cách địi hỏi phải có phương pháp phân tích đặc biệt Các quy trình sử lý máy tính trình bày sách địa vật lý Địa chấn khúc xạ cho trường hợp ba lớp với 1< 2< 3, chiều dày lớp thứ H1 tính tốn cách sử dụng phương trình chiều dày lớp thứ hai H2 tính tốn theo phương trình (7) H2= Footer Page of 16 2   T  H v3  v1  i2 v3 v1   v v    v32  v 22  1436    (7) Header Page of 16 Quy trình cho việc khảo sát thực tế phương pháp địa chấn khúc xạ đơn giản hố trợ giúp cơng cụ gọn nhẹ hiệu Một lượng thuốc nổ nhỏ đặt lỗ khoan tay độ sâu 1m, sau lấp kín lỗ khoan lại Các địa chấn kế, hay gọi máy dò âm mặt đất đặt đường thẳng với nguồn phát cách từ 3-15m Các địa chấn kế thu nhận sóng phản hồi chuyển rung động thành xung điện Một mạch điện nối địa chấn kế tới máy khuếch đại máy có chức ghi lại dao động Máy tự động ghi lại rung động tức thời sóng tới ban đầu khác sóng phản hồi Với thiết bị này, việc xác định độ sâu thông thường từ 60 đến 100m Để khảo sát độ sâu nhỏ 20m, người ta sử dụng búa tạ tác dụng bề mặt đất để tạo sóng phản hồi ghi nhận Việc xử lý số liệu địa chấn khúc xạ phải thừa nhận giả thiết lớp đồng giới hạn bề mặt ngăn cách Ở nơi khơng có ranh giới ngăn cách riêng biệt mà có đới chuyển tiếp từ từ đồ thị t = f(r) đường cong thay cho vị trí gián đoạn đoạn dốc Rất may mắn mực nước đất gần trùng với mặt ngăn cách, nhiều vấn đề phát sinh bất đồng cấu trúc địa chất tránh Việc sử dụng hiệu phương pháp cần phải có kỹ việc minh giải hợp lý loại đá, độ sâu bất chỉnh hợp Những hiểu biết khác điều kiện mặt đất trợ giúp cho việc phân tích hợp lý số liệu đo đạc thu trường Việc xác định có mặt nước đất khó khơng sử dụng thơng tin bổ sung khác, vận tốc thu đới bão hồ đới thơng khí đơi giống Vận tốc truyền sóng địa chấn phải tăng theo độ sâu để thu kết thích hợp lớp cách nước nằm tầng chứa nước lỗ hổng cho biết có mặt tầng chứa nước Khi sử dụng phương pháp địa chấn khúc xạ diện tích áp dụng loại diện tích khơng thích hợp cho việc khoan thí nghiệm cách nhanh chóng kinh tế Tuy nhiên khơng thích hợp cho diện tích nhỏ khoảng cách nhỏ vài trăm mét điều kiện để đo vẽ mặt cắt địa chấn theo hướng khác Ngoài ra, nguồn tạo rung động đường cao tốc, sân bay hay khu vực xây dựng gây nhiễu cho tín hiệu thu Do phương pháp yêu cầu thiết bị đặc biệt kỹ sư đào tạo nên áp dụng cách hạn chế cho việc khảo sát nước đất Nó thường sử dụng để Footer Page of 16 Hình Phương pháp địa chấn khúc xạ xác định chiều sâu mực nước đất (a) hướng truyền sóng, (b) đồ thị thời gian - khoảng cách (t=f(r) 1437 Header Page 10 of 16 vẽ mặt cắt ngang cho thung lũng, để xác định thay đổi bề dày tầng chứa nước không áp Thành công Linehan Keith việc xác định nguồn cấp nước đất cho vùng New England cung cấp kinh nghiệm đáng kể sử dụng phương pháp địa chấn Những biến đổi tốc độ địa chấn trầm tích khơng bão hồ nước cho ta thông tin khác biệt thành phần thạch học từ đánh giá khả chứa nước trầm tích Phương pháp trọng lực phương pháp từ Phương pháp trọng lực đo đạc khác biệt tỷ trọng bề mặt đất từ xác định cấu trúc địa chất Do chi phí phương pháp tốn khác hàm lượng nước có chứa tầng đất đá mặt đất dẫn đến khác biệt kết đo từ mặt nên phương pháp khơng ứng dụng nhiều tìm kiếm nước đất Trong điều kiện địa chất đặc biệt thung lũng chôn vùi rộng lớn đặc trưng tổng thể tầng chứa nước xác định phương pháp Phương pháp từ sử dụng để thành lập đồ trường từ trái đất việc sử dụng phương pháp nhiều thông tin gián tiếp liên quan đến nước đất ghi nhận Ví dụ xác định tầng chắn làm biên giới tầng chứa nước, hay phân bố dòng dung nham núi lửa xác định phương pháp từ Địa vật lý lỗ khoan Việc tiếp cận trực tiếp với đất đá mặt đất thực nơi có lỗ khoan Trong q trình khoan, người ta mô tả, ghi lại thành tạo địa chất bắt gặp cách trực tiếp Độ tin cậy mặt cắt mô tả thạch học lỗ khoan phụ thuộc vào phương pháp khoan việc lấy mẫu, trình độ hiểu biết người mơ tả Cũng có nhiều lỗ khoan khoan mà khơng có ghi chép, mô tả địa tầng địa chất lỗ khoan, ngược lại có lỗ khoan khơng lấy mẫu Địa vật lý lỗ khoan giúp khắc phục hạn chế Các phương pháp địa vật lý lỗ khoan phát triển công nghiệp dầu khí, thực tế tất lỗ khoan dầu khí thơng thường đo địa vật lý sau khoan Trong khoan nước, việc đo địa vật lý nói chung tiến hành rộng rãi cơng tác điều tra đánh giá nước đất mặt cắt địa chất khó lấy mẫu, chiều dày lớn trầm tích bở rời, mặt cắt địa chất nứt nẻ không đồng Đối với lỗ khoan gia đình, lưu lượng nhỏ, chi phí việc đo địa vật lý lỗ khoan không tương xứng với lợi ích thu được, áp dụng Các tài liệu địa vật lý lỗ khoan có loạt ứng dụng trình bày bảng Mặt cắt mô tả địa vật lý lỗ khoan vùng có độ rỗng tính thấm cao có trữ lượng nước lớn Có thể nhận đới tầng chứa nước có nồng độ mưối cao Nếu vùng có nhiều lỗ khoan đo địa vật lý, kết đo sử dụng để lập địa tầng khu vực Thành phần thạch học loại đá mà lỗ khoan qua xác định được, đặc biệt có sẵn số mẫu lõi khoan để so sánh Hướng dòng chảy khu vực nước đất xác nhận từ tính chất nhiệt độ nước Kỹ thuật hạt nhân sử dụng lỗ khoan có ống chống Trong điều kiện có cách thu liệu đất đá mặt đất Một số lớn kỹ thuật địa vật lý lỗ khoan ứng dụng cho lỗ khoan nước (Keys & Mac Cary 1971; Keys 1967; Baldwin & Miller 1979; Brown 1971; Crosby & Anderson 1971; Norris 1972; Keys & Brown 1978; Mac & Cary 1983; Keys 1986; Kwader Footer Page 10 of 16 1438 Header Page 11 of 16 1986) Trong giáo trình đề cập đến phương pháp thông dụng, nhấn mạnh đến giải thích định tính định lượng mặt cắt địa vật lý Nói chung, người ta thường đo địa vật lý với tập hợp phương pháp dùng phương pháp đơn lẻ Các phương pháp có xu bổ sung cho nhau, phương pháp xác nhận kết phương pháp Cũng vậy, giải thích chắn thể sở hai nhiều mặt cắt đo Hình Quan hệ sáu biểu đồ địa vật lý khác với thành phần thạch học mặt cắt giếng khoan 846A TP Bạc Liêu,Việt Nam Hình gồm sáu phương pháp đo địa vật lý khác thực lỗ khoan, với mô tả thạch học Có thể dễ dàng thấy số liệu đo tăng giảm theo thay đổi thành phần thạch học Đo địa vật lý lỗ khoan thực đầu ghi số tài liệu hiển thị hình lưu giữ dạng file Đồng thời, có thiết bị đơn giản, cho số đọc điểm độ sâu cách khoảng Máy đo hạ xuống lỗ khoan cáp Cáp điện nối từ mặt đất đến đầu đo, đỡ lấy trọng lượng đầu đo truyền tín hiệu từ đầu đo đến máy ghi đặt mặt đất Đầu đo chứa linh kiện điện tử cần thiết, lượng nguồn hạt nhân máy dị Các thơng tin đo có đầu đo hạ xuống nâng lên Footer Page 11 of 16 1439 Header Page 12 of 16 Bảng Tóm tắt ứng dụng phương pháp địa vật lý điều tra đánh giá nước đất Thông tin yêu cầu tính chất đất Kỹ thuật địa vật lý phổ biến sẵn có áp dụng đá, dung dịch khoan, giếng khoan tầng chứa nước Tương quan thạch học địa tầng Đo địa vật lý điện, âm đo đường kính lỗ khoan tiến tầng chứa nước loại đất đá liên quan hành lỗ khoan không chống ống lỗ khoan có ống chống Tổng độ rỗng dung trọng tự nhiên Địa vật lý âm lỗ khoan không chống ống, đo xạ (nguyên khối ) đất đá nơtron gamma-gamma lỗ khoan không chống ống lỗ khoan có ống chống Độ lỗ rỗng hữu hiệu điện trở suất thực Đo điện trở suất Hàm lượng sét sét kết Tính thấm nước Khe nứt thứ sinh-các khe nứt, khe rỗng hoà tan Đặc trưng chứa nước tầng chứa nước khơng áp Thành phần hạt Vị trí mực nước đất hay đới bão hoà nước Độ ẩm Vận tốc hướng dòng đất Sự phân tán, pha loãng vận động chất thải Nguồn nước chuyển động nước vào lỗ khoan Các tính chất vật lý, hoá học nước, kể độ mặn, nhiệt độ, tỷ trọng độ nhớt Xác định cấu trúc lỗ khoan tồn tại, đường kính vị trí ống chống, độ lỗ hổng ống lọc Hướng dẫn để lắp đặt ống lọc Đánh giá gắn kết đất đá Sự ăn mòn ống chống, lỗ thủng rò ống chống ống lọc bị tắc Đo xạ gamma Khơng có đo đạc trực tiếp địa vật lý Có thể xác định gián tiếp thông qua độ rỗng, độ thâm nhập cường độ âm Đo đường kính lỗ khoan, địa vật lý âm thanh, soi nhìn quay video lỗ khoan Đo xạ nơtron Có thể liên hệ với yếu tố thành tạo nhận từ đo địa vật lý điện Đo độ dẫn điện, nhiệt, dung dịch lỗ khoan khơng chống ống phía ống chống; đo xạ nơtron gamma-gamma lỗ khoan khơng chống ống phía ngồi ống chống Đo xạ nơtron Các kỹ thuật phát lỗ khoan đơn-làm loãng điểm xung lỗ khoan đơn, kỹ thuật phát cụm lỗ khoan (kỹ thuật chất đánh dấu) Độ truyền dẫn chất lỏng địa vật lý nhiệt, đo địa vật lý xạ gamma số chất thải phóng xạ, lấy mẫu nước Ép nước theo tuyến; đo dòng chảy đánh dấu hút nước bơm ép; đo nhiệt độ lỗ khoan, độ dẫn điện nước nhiệt độ lỗ khoan; đo clorua, nơtron phía ngồi ống chống; đo điện trở suất đa cực Đo xạ gamma-gamma, đo đường kính lỗ khoan, máy định vị truyền hình lỗ khoan Tất dạng đo cung cấp số liệu thạch học, đặc trưng tầng chứa nước, tương quan chiều dày tầng chứa nước Đo đường kính lỗ khoan, đo nhiệt, đo xạ gamma-gamma; đo âm đất đá gắn kết Dưới số điều kiện, đường kính lỗ khoan máy đo vịng đai Đo dòng chảy lỗ khoan, dò vết, chụp ảnh Phương pháp đo đường kính lỗ khoan Đo đường kính lỗ khoan chưa chống ống lớp đá gốc, sử dụng để xác định độ sâu đặt ống chống, ống lọc Đường kính lỗ khoan danh nghĩa, kích thước mũi khoan Lỗ khoan rộng gặp hang hốc hồ tan khống vật dung dịch khoan Nó bị mở rộng mũi khoan quay sâu khơng có áp lực đè lên mũi Một ứng dụng khác phương pháp đo đường kính lỗ khoan để xác định mặt phân lớp bị hoà tan mở rộng tầng đất đá cacbonat chứa nước Đường kính lỗ 1440 Footer Page 12 of 16 Header Page 13 of 16 khoan nhỏ đường kính mũi khoan dung dịch khoan đậm đặc bám vào thành lỗ khoan lớp đất đá có tính dẻo sét yếu, bị ép vào lỗ khoan trọng lượng lớp đá vật liệu trầm tích cứng nằm bên Phương pháp đo nhiệt độ lỗ khoan Đo nhiệt độ đo liên tục theo phương thẳng đứng nhiệt độ dung dịch lỗ khoan Nhiệt độ thể khơng thể nhiệt độ nước đá tiếp giáp với dung dịch khoan Trong lỗ khoan khoan, dung dịch khoan xáo trộn kỹ Sau lỗ khoan có hội đạt đến trạng thái cân với môi trường xung quanh, kết đo nhiệt cho thấy phân đới nhiệt lỗ khoan Sẽ có diện thành phần gradien địa nhiệt, nhiên, nước tầng chứa nước khác có nhiệt độ khác nhau, điểm thấy biểu đồ đo nhiệt Đo nhiệt sử dụng để vạch chuyển động nước trước xâm nhập vào tầng chứa nước (Norris 1972) Nước bổ sung cho tầng chứa nước có thay đổi nhiệt độ theo ngày đến 17oC, dao động hàng ngày theo dõi loạt lỗ khoan quan trắc Phương pháp đo điện trở cực (phương pháp đo dịng) Đo điện trở lỗ khoan thực số phương pháp khác Trường hợp đơn giản phương pháp đo điện trở hệ cực, điện cực đơn thả vào lỗ khoan dây cáp cách ly Điện cực đặt mặt đất Khi điện cực hạ xuống lỗ khoan, ta đo điện trở đất hai điện cực Phương pháp gọi phương pháp cực (vì có cực đưa vào lỗ khoan) phương pháp đo dịng (vì đo cường độ dịng điện) Phương pháp cực đo điện trở tất loại đá hai điện cực Phần lớn thay đổi điện trở thay đổi độ truyền dẫn dung dịch khoan thể tích nhỏ đá xung quanh lỗ khoan lân cận vị trí điện cực hạ xuống lỗ khoan gây Nếu dung dịch lỗ khoan đồng thay đổi điện trở thay đổi thành phần thạch học quanh lỗ khoan định Những loại đất đá có điện trở cao cát, cuội sỏi, cát kết than non Sét sét kết có điện trở thấp Sự tăng nồng độ muối làm giảm điện trở Nếu lỗ khoan mở rộng (ví dụ gặp khe nứt), điện trở giảm xuống Nếu kết đo đường kính lỗ khoan cho thấy có hang hốc đo điện trở thấy điện trở giảm, giảm mở rộng lỗ khoan Nếu lỗ khoan thẳng đứng, giảm điện trở lớp sét kết, đá cát kết chứa nước mặn Các phương pháp đo khác phân biệt nước mặn với nước cát kết với sét kết Phương pháp đo điện trở suất Điện trở suất đất đá đo lỗ khoan cách thả hai điện cực vào lỗ khoan đo điện trở suất hai điện cực khác Điện trở suất đất đá tính ơmmét, khác với điện trở đo ôm Phương pháp đo điện trở cực đo tổng điện trở vật liệu đất, điện trở suất đo tính chất riêng đá nước chứa lỗ rỗng Biểu đồ kết đo điện trở suất tương tự đo điện trở cực Tuy nhiên, biểu đồ đo điện trở suất hiệu chỉnh sử dụng để tính định lượng Trong phương pháp đo điện trở suất sử dụng số kiểu bố trí điện cực khác Chúng gồm hệ cực ngắn (Short-Normal), hệ cực dài (Long Normal) đo sâu sườn (Lateral configuration) Ba kết đo cho biểu đồ vẽ tương tự Đường cong hệ cực ngắn thể điện trở suất đới sát lỗ khoan Đó vùng mà dung dịch khoan xâm nhập vào thành hệ đất đá Kiểu bố trí hệ cực dài có khoảng cách điện cực lớn đo Footer Page 13 of 16 1441 Header Page 14 of 16 điện trở suất cách xa thành lỗ khoan hơn, thường phạm vi ảnh hưởng dung dịch khoan Cả hai phương pháp đo điện trở suất hệ cực ngắn hệ cực dài đo bán kính ảnh hưởng lớn so với phương pháp đo điện trở cực Phương pháp đo sâu sườn có khoảng cách điện cực rộng để đo đới cách xa lỗ khoan Bởi khoảng cách rộng nên kiểu đo sâu sườn không phân biệt lớp mỏng có điện trở suất khác Ví dụ, phương pháp đo sâu sườn có khoảng cách 5,486 m đo tốt lớp dày 12m Phương pháp đo điện trường tự nhiên Cùng với phương pháp đo điện trở điện trở suất, phương pháp đo điện trường tự nhiên dạng khác phương pháp đo điện Đó đo điện tự nhiên thành hệ đất đá dung dịch khoan Cũng điện trở điện trở suất, điện xuất lỗ khoan không ống chống lấp đầy dung dịch Nó sử dụng phần ống chống, lỗ khoan dùng ống chống phần Đường cong điện tự nhiên (Spontaneous-Potential- SP) sử dụng để xác định chiều dày lớp đá gốc, tương quan địa chất, để phác họa tính thấm loại đá Phương pháp đo SP bao gồm điện cực mặt đất điện cực lỗ khoan với vôn kế đo điện Một ứng dụng đường cong SP để phân biệt đá sét kết với đá cát kết Sét kết có phản ứng SP dương, cịn cát kết có phản ứng âm độ mặn dung dịch chứa đá lớn dung dịch khoan Các phương pháp phóng xạ lỗ khoan (phương pháp hạt nhân) Phương pháp hạt nhân thực lỗ khoan có ống chống khơng ống chống kết đo không bị ảnh hưởng dung dịch khoan Việc sử dụng đồng vị phóng xạ cần phải theo dẫn an tồn đặc biệt Sự phân rã phóng xạ trình ngẫu nhiên, tốc độ phân rã tức thời biến động Trong khoảng thời gian dài tốc độ phân rã theo khoảng thời gian không đổi Tuy nhiên, khoảng thời gian giảm, thay đổi lượng phân rã theo khoảng thời gian tăng Phương pháp hạt nhân đo lượng phân huỷ theo khoảng thời gian cố định, gọi số thời gian Hằng số thời gian dài có khả biến đổi cường độ phát xạ phân rã ngẫu nhiên gây vậy, có nhiều khả biến đổi thành phần thạch học khác gây Tốc độ kéo, thả đầu đo lỗ khoan điều cần phải ý Nếu tốc độ lớn, đầu đo qua lớp mỏng trước hết số thời gian Do đó, việc chọn trước số thời gian tốc độ đo quan trọng, phụ thuộc vào thiết bị, kỹ thuật đo thành phần thạch học đất đá (Keys &MacCary 1971) Phương pháp đo lượng hạt nhân khơng cho mức tái hồn tồn nhau, chất thống kê trình phân rã Việc tiến hành đo lặp cần thiết để định xem thay đổi quan sát thay đổi thành phần thạch học thăng giáng thống kê tốc độ phân rã Trong Hình 3.14, hai biểu đồ đo gamma-nơtron thực kéo lên sau hạ xuống lỗ khoan Sự diện đỉnh lượng xạ xác có khác Biểu đồ thứ ba bên phải lỗ khoan thực với nguồn phát xạ khác có số thời gian dài – 10 giây so với giây Biểu đồ bên phải có tỉ số số thời gian tốc độ đo Nó khơng phân biệt lớp mỏng vị trí ranh giới tiếp xúc thạch học không Footer Page 14 of 16 1442 Header Page 15 of 16 Chiều dày lớp riêng biệt xác định phương pháp đo hạt nhân lớp có thay đổi thành phần thạch học độ rỗng so với lớp lân cận Người ta cho chiều dày lớp chiều dày dị thường nửa biên độ cực đại Phương pháp đánh giá lớn chiều dày lớp mỏng Theo quy ước đo hạt nhân, xạ tăng bên phải Khi đo ngược lại, tăng bên trái Có ba phương pháp hạt nhân sử dụng để phối hợp khảo sát (Keys &MacCary 1971) Tổng lượng xạ nơtron nhân tạo đo tăng lên theo giảm độ rỗng, tổng lượng xạ gamma-gamma nhân tạo đo lại giảm Bức xạ gamma tự nhiên tăng lên với tăng hàm lượng sét sét kết tăng phôtphat fenspat kali, khơng có quan hệ trực tiếp với độ rỗng Địa tầng có xạ gamma tự nhiên thấp xạ nơtron nhân tạo đo thấp (hoặc xạ gamma-gamma nhân tạo đo cao) giải thích cát kết có độ rỗng lớn Khi xạ gamma tự nhiên thấp xạ nơttron nhân tạo đo cao, cát kết thạch anh chặt quăczit - Phương pháp phóng xạ gamma tự nhiên Đây phương pháp đo hạt nhân sử dụng phổ biến địa chất thuỷ văn Nó đo phóng xạ tự nhiên gamma kali 40, dãy đồng vị uran 238, dãy đồng vị thori 232 đá Những nguyên tố thành phần số sét kết sét với độ phóng xạ gamma cao Một số fenspat mica chứa K40 cao Kết đo gamma tự nhiên thấy có tăng xạ gần lớp trầm tích chứa sét kết giàu kali, sét, đá phơtphat Vì vậy, cát chứa sét phân biệt với cát kết thạch anh Đo phóng xạ gamma tự nhiên sử dụng để xác định thành phần thạch học, đặc biệt trầm tích hạt mịn, sở khác cường độ phóng xạ Khơng cần hiệu chỉnh đơn vị phương pháp đo hạt nhân Một ưu điểm khác khơng cần sử dụng nguồn phóng xạ Đo phóng xạ gamma tự nhiên có ưu điểm đặc biệt thực lỗ khoan có ống chống Một phần phóng xạ xuyên qua ống chống lỗ khoan lượng hấp thụ phóng xạ ống chống khơng đổi Bởi vậy, thay đổi phóng xạ thành phần thạch học thể kết đo Phương pháp ứng dụng hai trường hợp ống chống nhựa thép Nó khơng sử dụng bên cần khoan rỗng, chiều dày thành thép cần khoan thay đổi đầu nối Trong trường hợp lượng xạ bị hấp thụ cần khoan không số suốt chiều dài cần nữa, kết đo bị sai lệch - Các phương pháp nơtron Phương pháp đo nơtron gồm đầu phát chứa nguyên tố phóng xạ, Pb, Be chẳng hạn, nguồn phát nơtron, đầu đo Các nơtron phát làm chậm tán xạ va chạm với hạt nhân nguyên tử hyđrơ Đầu dị đo xạ gamma tạo va chạm nơtron - nguyên tử hyđrô số nơtron có mặt mức lượng khác Như đo nơtron chia đo nơtron-thermal nơtron (nơtron nhiệt), đo nơtron- epithermal nơtron (nơtron nhiệt) đo xạ nơtron-gamma dựa sở phương pháp dị tìm Ngun tố hyđrơ có mặt đất chủ yếu dạng nước hyđrôcacbon Trong hầu hết loại đá mà nhà địa chất thuỷ văn quan tâm khơng thấy có hyđrocacbon tự nhiên Như vậy, ngồi khống vật chứa nước liên kết, nước diện độ ẩm khoảng rỗng đá Sự tăng lượng nước dẫn đến tăng lượng nơtron bị bắt giữ bị làm chậm Kết là, đá bão hồ có độ rỗng cao, máy đếm lượng nơtron thấp đá có độ rỗng thấp Trên mực nước đất, thiết bị đo nơtron sử dụng để đo lượng chứa ẩm khơng phải để đo độ rỗng Đo nơtron sử dụng để xác định 1443 Footer Page 15 of 16 Header Page 16 of 16 suất riêng tầng chứa nước khơng áp (Meyer 1967) Nó phân biệt thạch cao, chứa lượng nước liên kết cao, với anhyđrit (thạch cao khan) Cả hai loại có xạ gamma tự nhiên thấp, nhiên anhyđrit máy đếm lượng nơtron cao, thạch cao lượng thấp - Phương pháp xạ gamma-gamma Trong kiểu đo này, nguồn phát xạ gamma, coban 60, đưa vào lỗ khoan Các photon gamma bị hấp thụ tán xạ tất vật liệu mà coba 60 tiếp xúc Đó dung dịch, ống chống, đất đá Sự hấp thụ tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích nguyên khối vật liệu đất Khối lượng thể tích nguyên khối định nghĩa khối lượng đá chia cho tổng thể tích đá, bao gồm lỗ rỗng Vì vậy, xạ gamma-gamma tăng lên với giảm khối lượng thể tích nguyên khối (sự tăng độ rỗng) Khối lượng thể tích ngun khối xác định từ kết đo gamma-gamma hiệu chỉnh Độ rỗng đất đá xác định từ phương trình: Tỷ trọng hạt- tỷ trọng khối đá độ rỗng = ––––––––––––––––––––––– Tỷ trọng hạt- tỷ trọng chất lỏng Tỷ trọng hạt xác định qua phân tích mẫu lõi lấy 2,65 g/cm3 cát kết thạch anh Tỷ trọng chất lỏng 1g/cm3 nước mùn khoan Dung dịch khoan chứa thêm chất làm tăng tỷ trọng dung dịch 2.4 Phương pháp thuỷ văn 2.4.1 Sự ngấm Ngấm trình thuỷ văn mơ tả chuyển động từ mặt đất ngấm xuống mặt đất vùng không bão hồ Trong q trình ngấm, độ ẩm đất vùng khơng bão hồ thay đổi Việc xác định dịng chảy qua vùng khơng bão hồ phức tạp nhiều so với vùng bão hoà yếu tố kiểm soát tốc độ thấm hệ số thấm, độ ẩm đất thay đổi theo thời gian Cả trọng lực hút mao dẫn đóng vai trị hút nước từ mặt đất vào tầng khơng bão hồ Thế trọng lực tương đương với cột nước vị trí (cao độ) Thế hút mao dẫn có áp suất âm gây lực hấp dẫn đất-nước Tổng h dịng chảy khơng bão hồ xác định bởi: h  ( )  z (8) ( ) hút mao dẫn, z trọng lực Dòng chảy qua tầng khơng bão hồ khống chế hệ số thấm đất theo phương đứng K( ) hút mao dẫn Giá trị hệ số thấm tăng độ ẩm tăng Khi bão hoà, hệ số thấm khơng bão hồ hệ số thấm bão hồ Thế hút mao dẫn thay đổi theo độ ẩm kích thước lỗ rỗng Khi đất khơ hút mao dẫn thường lớn nhiều lần so với cột nước Các lỗ rỗng đóng vai trị ống mao dẫn để hút nước chúng lấp đầy lực mao dẫn giảm với tốc độ thấm Như trình bày trên, thấm dịng chảy vùng khơng bão hồ phụ thuộc vào hút mao dẫn hệ số thấm Vận tốc thấm thay đổi theo độ ẩm  Điều mơ tả phương trình Rechard: Footer Page 16 of 16 1444 Header Page 17 of 16     z     K v      z   z z   t (9) Lời giải phương trình Rechard cho thấy trình thấm hút mao dẫn giảm dần hút mao dẫn tiến tới tốc độ thấm với hệ số thấm bão hoà theo phương đứng, nghĩa là: q z  K z dz / dz   K z (10) Các yếu tố khác ảnh hưởng đến khả ngấm đất bao gồm tính chất hoá học nước đất, thành phần hữu cơ, có mặt rễ sinh vật Hình Mơ tả tốc độ thấm theo thời gian Khả thấm ban đầu phụ đất Thực tế cho thấy đất có độ thuộc vào độ ẩm ban đầu đất Khả thấm cuối hệ thấm lớn độ ẩm nhỏ, lớp đất bề mặt số thấm bão hoà theo phương thẳng đứng xốp thơ, thảm phủ thực vật dày, đất bị đầm nén 2.4.2 Lưu lượng bổ cập Lưu lượng động gắn liền với độ ẩm trời (field capacity) Khái niệm độ ẩm trời khái niệm cần thiết khác khoa học đất để giới hạn độ ẩm đất Đó độ ẩm lớn đất mà giữ tác dụng trọng lực Về mặt quan niệm, dòng chảy sát mặt dòng chảy gia nhập dịng chảy đất bắt đầu độ ẩm vượt độ ẩm trời Tỉ lệ độ ẩm với lượng dòng chảy sát mặt gia nhâp dòng chảy đất phụ thuộc chủ yếu vào chất lớp đất Nếu lớp đất mỏng nằm đất đá khơng thấm nước thành phần dòng chảy sát mặt đất chiếm đa số Đối với hướng đất thấm nước có chiều dày thành phần thấm sâu trội Khi hầu hết độ ẩm vượt thành phần bổ cập cho nước đất 2.4.3 Phương pháp cân nước Cân nước đo liên tục dòng chảy khoảng thời gian áp dụng phạm vi cục đến khu vực từ lưu vực đến toàn trái đất Trong hệ thống hở, định lượng chu kỳ thuỷ văn cho hệ thống phương trình cân khối lượng Ta có biến đổi trữ lượng theo thời gian hệ thống dòng chảy vào hệ thống (I) trừ dòng chảy khỏi hệ thống (O) Xét hệ thống mở Hình 8, phương trình cân nước biểu thị hệ thống dòng chảy mặt dịng chảy đất theo đơn vị thể tích đơn vị thời gian cách độc Footer Page 17 of 16 Hình Các thành phần dịng chảy hệ thống nước mặt nước đất 1445 Header Page 18 of 16 lập cho đơn vị thời gian diện tích định sẵn Cân nước hệ thống nước mặt: P  Qin  Q out  Q g  E s  Ts  I  Ss (11) P mưa, Qin dòng chảy vào hệ thống, Qout dòng chảy khỏi hệ thống, Qg nước đất chảy vào sông suối, Es bốc bề mặt, Ts bốc thoát hơi, I thấm Ss thay đổi trữ lượng hệ thống nước mặt Cân nước hệ thống nước đất: I  G in  G out  Q g  E g  Tg  Sg , (12) Gin dòng chảy đất vào hệ thống, Gout dòng chảy đất khỏi hệ thống, S thay đổi trữ lượng tính Eg Tg xảy mực nước đất nằm gần mặt đất Cân nước toàn hệ thống: P  Q out  Q in   E s  E g   Ts  Tg   G out  G in   Ss  Sg  (3.11) Sử dụng trao đổi khối lượng, cân nước toàn hệ thống biểu thị sau: P  Q  G  E  T  S 2.4.4 Quan hệ mưa - dòng chảy Một vấn đề quan trọng tính tốn thuỷ văn xác định lượng dịng chảy mặt xảy trận mưa Tốc độ mưa lớn xác định dựa vào tài liệu khí tượng thuỷ văn Nhiều phương trình thiết lập để tính tốn dịng chảy mặt Phương pháp đơn giản dùng phương pháp nguyên dịng chảy (rational method) Nó phát biểu sau: thời gian mưa đủ dài lưu lượng lớn lưu vực tính cường độ mưa trung bình nhân với diện tích lưu vực nhân với hệ số dịng chảy (tính đến tổn thất thấm) Thời gian tập trung khoảng thời gian cần thiết để nước chảy từ điểm xa lưu vực đến cửa Nếu thời đoạn mưa lớn thời gian tập trung, phương trình ngun dịng chảy áp dụng Thời gian tập trung chiều dài lòng dẫn chia cho vận tốc chảy, cộng với thời gian ước tính dịng chảy mặt chảy đến lịng dẫn Phương trình giả thiết cường độ mưa tốc độ thấm số Phương pháp nguyên dòng chảy phù hợp sử dụng tính tốn dịng chảy mặt cho lưu vực có diện tích nhỏ hay 100 Phương trình ngun dịng chảy là: Q  IA (14) Q lưu lượng lớn (L3/T); I cường độ mưa trung bình (L/T); A diện tích lưu vực (L2);  1446 Footer Page 18 of 16 (13) Bảng Hệ số dòng chảy mặt cho phương trình ngun dịng chảy  Mô tả Khu buôn bán kinh doanh Vùng trung tâm 0.70 - 0.95 Vùng lân cận 0.50 - 0.70 Khu dân cư Các hộ đơn lẻ 0.30 - 0.50 Các tập thể tách biệt 0.40 - 0.60 Các tập thể liền kề 0.60 - 0.75 Khu dân cư ngoại ô 0.25 - 0.40 Các hộ 0.50 - 0.70 Khu công nghiệp Nhẹ 0.50 - 0.80 Nặng 0.60 - 0.90 Công viên, nghĩa trang 0.10 - 0.25 Các khu thể thao, sân chơi 0.20 - 0.35 Nhà ga xe lửa 0.20 - 0.35 Vùng không cải tạo 0.10 - 0.30 Đặc trung bề mặt đất Mặt đường lát Nhựa đường bê tông 0.70 - 0.95 Gạch lát 0.70 - 0.85 Mái nhà 0.75 - 0.95 Bãi cỏ đất pha cát Độ dốc nhỏ,  2% 0.05 - 0.10 Độ dốc trung bình, 2% đến 0.10 - 0.15 7% 0.15 - 0.20 Độ dốc lớn,  7% Bãi cỏ đất nặng 0.13 - 0.17 Độ dốc nhỏ,  2% 0.18 - 0.22 Độ dốc trung bình, 2% đến 0.25 - 0.35 7% Độ dốc lớn,  7% Header Page 19 of 16 hệ số dòng chảy mặt (xem bảng liệt kê giá trị  cho loại sử dụng đất khác tính đến tốc độ thấm khác Đất bị đô thị hố nhiều, phần trăm bề mặt khơng thấm lớn phần trăm dòng chảy mặt lớn Giới hạn dùng cho trận mưa có cường độ nhỏ, cường độ mưa lớn tỉ lệ dòng chảy mặt lớn hệ số dòng chảy mặt lớn hơn.) Nguồn: Hiệp hội kỹ sư dân dụng Hoa Kỳ (ASCE) “Thiết kế xây dựng hệ thống thoát nước thải sinh hoạt nước mưa”, Sổ tay báo cáo thực tiễn kỹ thuật Số 37, 1970 2.5 Các mơ hình dịng chảy đất khu vực Mặc dầu hầu hết chuyển động dòng đất tầng chứa nước nơng có xu gần nằm ngang, dạng dịng chảy khu vực phức tạp Đó tính đa dạng địa hình tính chất địa chất thuỷ văn thực tế diện tích vùng cấp vùng thốt, lượng cấp lượng thoát, phân tầng bất đẳng hướng tầng chứa nước Dòng chảy hệ thống nước đất dựa sở cục bộ, trung gian khu vực Trong hệ thống cục bộ, vùng cấp vùng thoát nằm liền kề Trong hệ thống trung gian, vùng cấp thoát bị chia nhiều điểm địa hình cao thấp Trong hệ thống khu vực, vùng cấp nằm dọc theo đường chia nước nước đất vùng thoát nằm đáy đường chia nước Các lời giải giải tích Todd (1963) cho thấy thay đổi mực nước đất tạo thay đổi dạng đường dòng Freeze (1969) mở rộng phương pháp với điều kiện biên khác Từ nghiên cứu này, cho thấy việc đánh giá xác dịng đất phụ thuộc vào hiểu biết chi tiết điều kiện địa chất thuỷ văn vùng nghiên cứu Hình mơ tả dạng dòng chảy đất khu vực cho mặt cắt theo phương đứng tầng chứa nước không áp với giả thiết sau : - Tầng chứa nước đồng đẳng hướng với biên không thấm hai bên đáy - Khu vực nghiên cứu hình chữ nhật có chiều rộng 6100m sâu 3050m - Đường (tương đương với mực nước đất) có dạng cong hình sin với biên độ 15m độ dốc trung bình 2% Mặc dầu tầng chứa nước nghiên cứu lý tưởng hố, tính đa dạng đường dịng nghiên cứu cho phép dự đốn cho tầng chứa nước thực tế với không đồng địa hình, phân tầng tính bất đẳng hướng Một số kết luận tổng quát liên quan đến dòng đất khu vực Todd (1963) đưa là: - Dòng đất chậm nơi rộng phẳng độ dốc mặt nước đất nhỏ - Khi biến đổi địa hình cục khơng đáng kể khơng có hệ thống dịng đất cục trung gian độ dốc chung mặt nước đất tạo hệ thống dịng chảy khu vực - Khi có biến đổi địa hình cục bộ, hệ thống dòng chảy cục hình thành - Các hệ thống dịng chảy cục bị ảnh hưởng biến đổi lưu lượng bổ cập theo mùa vận tốc dòng chảy hệ thống thường lớn vận tốc dòng chảy hệ thống vùng Footer Page 19 of 16 1447 Header Page 20 of 16 - Các sông suối lưu vực nước đất nhận hầu hết dòng đất từ hệ thống dòng đất cục khơng phải từ hệ thống dịng đất khu vực Hệ thống dòng chảy khu vực ổn định nhiều so với hệ thống trung gian cục Hình Các hệ thống dịng đất cục bộ, trung gian khu vực (Toth, 1963) Tài liệu đọc thêm Đoàn Văn Cánh, Phạm Q Nhân 2002 Tìm kiếm, thăm dị đánh giá trữ lượng khai thác nước đất NXB KHKT 120 trang Đoàn Văn Cánh, Phạm Quý Nhân 2005 Tin học Địa chất thuỷ văn ứng dụng NXB KHKT 220 trang Fetter, C.W., 2005 Applied Hydrogeology (5nd edition), Merrill Publishing Co., Columbus, Ohio, 592 p Р.С.Штенгелов Поиски и разведка подземных вод MOCKBA 2002 Footer Page 20 of 16 1448 ... 2. 0-2 .4 - 200 0-3 000 75 0-1 500 2. 1-2 .6 - 150 0-2 200 50 0-7 50 21 .-2 .4 - 200 0-3 500 350 0-6 000 230 0-2 600 450 0-5 500 400 0-5 500 80 0-1 800 200 0-3 300 110 0-1 300 250 0-3 100 220 0-3 100 21 .-2 .4 2. 4-2 .7 1. 8-3 .1 2. 1-2 .3... giúp đánh giá điều kiện địa chẩt thuỷ văn (Theo Heath Trainer- Giới thiệu thuỷ văn nước đất, John Wiley, New York, 1968 Mollard) * Địa hình + Đánh giá điều kiện địa hình tồn vùng + Đánh giá điều. .. 2. 9-3 .0 Dilomit 350 0-6 500 190 0-3 600 2. 5-2 .9 Granit Bazan Gnai Than Nước Băng Dầu mỏ 450 0-6 000 500 0-6 000 440 0-5 200 220 0-2 700 145 0-1 500 340 0-3 800 120 0-1 250 250 0-3 300 280 0-3 400 270 0-3 200 100 0-1 400