Nghiên cứu xác lập các đặc trưng dị trường phân cực kích thích dòng xoay chiều trên các đối và thân quặng sulfur đa kim phục vụ công tác điều tra đánh giá khoáng sản sulfur đa kim ở Việt Nam

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

-------------------DE-------------------

BÁO CÁO

TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, XÁC LẬP CÁC ĐẶC TRƯNG DỊ THƯỜNG

PHÂN CỰC KÍCH THÍCH DÒNG XOAY CHIỀU TRÊN CÁC ĐỚI VÀ

THÂN QUẶNG SULFUR ĐA KIM PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐIỀU TRA,

ĐÁNH GIÁ KHOÁNG SẢN SULFUR ĐA KIM Ở VIỆT NAM

Chủ nhiệm đề tài: TS. Tăng Đình Nam

6844

15/5/2008

HÀ NỘI, 07- 2007

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

-------------------DE-------------------

Tác giả: TS. TĂNG ĐÌNH NAM (CHỦ NHIỆM)

TS. NGUYỄN NGỌC LOAN

TS. QUÁCH VĂN GỪNG

THS. ĐOÀN THẾ HÙNG

KS. NGUYỄN ĐỨC CHIẾN

KS. HOÀNG VĂN CHUNG

KS. PHÙNG VĂN HUY

KS. NGUYỄN TIÊN PHONG

KS. LƯƠNG THU TRANG

BÁO CÁO

TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, XÁC LẬP CÁC ĐẶC TRƯNG DỊ THƯỜNG

PHÂN CỰC KÍCH THÍCH DÒNG XOAY CHIỀU TRÊN CÁC ĐỚI VÀ

THÂN QUẶNG SULFUR ĐA KIM PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐIỀU TRA,

ĐÁNH GIÁ KHOÁNG SẢN SULFUR ĐA KIM Ở VIỆT NAM

Cơ quan chủ trì

Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản

Chủ nhiệm đề tài

TS. Tăng Đình Nam

HÀ NỘI, 07- 2007

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .................................................................Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỰC

KÍCH THÍCH DÒNG XOAY CHIỀU.................Error! Bookmark not defined.

I.1. Phương pháp PCKT dòng xoay chiều ...... Error! Bookmark not defined.

I.2. So sánh các phép đo về thời gian, tần số và pha trong PCKTError! Bookmark no

I.2.1. Định nghĩa - hệ số phân cực miền thời gian.Error! Bookmark not defined.

I.2.2. Định nghĩa- hiệu ứng phân cực miền tần sốError! Bookmark not defined.

I.2.3. Định nghĩa - hệ số góc pha ............... Error! Bookmark not defined.

I.3. Giới thiệu về máy phân cực một chiều và xoay chiều mớiError! Bookmark not d

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TÀI LIỆUError! Bookmark not defined

II.1. Tính toán các tham số đo phân cực dòng xoay chiềuError! Bookmark not defin

II.1.1. Hiệu ứng phân cực (hiệu ứng tần số)Error! Bookmark not defined.

II.1.2. Hệ số kim loại (MF) ......................... Error! Bookmark not defined.

II.1.3. Các thành phần phức của giá trị điện trở và độ dẫn điệnError! Bookmark no

II.2. Xử lý tài liệu đo mặt cắt phân cực xoay chiềuError! Bookmark not defined.

II.3. Phân tích định lượng tài liệu đo sâu phân cực theo mô hình hai chiềuError! Book

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM Ở VÙNG

QUẶNG ĐỒNG TÀ PHỜI - LÀO CAI...............Error! Bookmark not defined.

III.1. Các phương pháp và kỹ thuật thi công .. Error! Bookmark not defined.

III.1.1 Phương pháp và khối lượng đã thực hiệnError! Bookmark not defined.

III.1.2. Mạng lưới khảo sát.......................... Error! Bookmark not defined.

III.1.3. Kỹ thuật thi công các phương pháp địa vật lýError! Bookmark not defined

III.2. Mô hình địa chất - địa vật lý vùng Tà PhờiError! Bookmark not defined.

III.2.1. Đặc điểm địa chất - khoáng sản ...... Error! Bookmark not defined.

III.2.2. Tham số vật lý của đá và quặng ở Tà PhờiError! Bookmark not defined.

III.3. Mối quan hệ giữa các đặc trưng dị thường phân cực kích thích dòng

xoay chiều với thành phần vật chất của đồng ..... Error! Bookmark not defined.

III.3.1. Thành phần khoáng vật các mẫu quặngError! Bookmark not defined.

III.3.2. Hàm lượng quặng đồng của mẫu quặngError! Bookmark not defined.

2

III.3.3. Đặc điểm phổ PCKT dòng xoay chiều của dá và quặng ở vùng Tà

Phời. .................................................................... Error! Bookmark not defined.

III.3.4. Quan hệ giữa các đặc trưng dị thường PCKT dòng xoay chiều với

hàm lượng đồng có trong các mẫu quặng đồng ở vùng Tà Phời - Cam Đường -

Lào Cai ................................................................ Error! Bookmark not defined.

III.4. Mối quan hệ giữa các đặc trưng dị thường PCKT dòng xoay chiều và

một chiều của quặng đồng................................... Error! Bookmark not defined.

III.5. Đặc trưng dị thường PCKT dòng xoay chiều trên các đới, thân quặng

đồng ở vùng Tà Phời ........................................... Error! Bookmark not defined.

III.5.1. Tuyến lỗ khoan 1............................. Error! Bookmark not defined.

III.5.2. Tuyến T3 ......................................... Error! Bookmark not defined.

III.5.3. Tuyến 5 ........................................... Error! Bookmark not defined.

III.5.4. Tuyến 2 ........................................... Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TRÊN QUẶNG

CHÌ KẼM Ở VÙNG NÀ TÙM - BẮC CẠN VÀ BA XỨ - TUYÊN QUANGError! Bo

IV.1. Phương pháp, kỹ thuật thi công ............ Error! Bookmark not defined.

IV.1.1. Phương pháp và khối lượng thực hiệnError! Bookmark not defined.

IV.1.2. Mạng lưới khảo sát ......................... Error! Bookmark not defined.

IV.1.3. Kỹ thuật thi công các phương pháp địa vật lýError! Bookmark not defined

IV.2. Mô hình địa chất - địa vật lý của quặng chì kẽm.Error! Bookmark not defined.

IV.2.1. Mô hình địa chất - địa vật lý quặng chì kẽm Nà Tùm - Bắc CạnError! Book

IV.2.2. Mô hình địa chất - địa vật lý tụ khoáng chì kẽm Ba XứError! Bookmark n

IV.3. Mối quan hệ giữa các đặc trưng dị thường phân cực kích thích dòng

xoay chiều với thành phần vật chất của quặng chì kẽmError! Bookmark not defined.

IV.3.1. Thành phần khoáng vật các mẫu quặngError! Bookmark not defined.

IV.3.2. Hàm lượng quặng Pb và Zn của mẫu quặngError! Bookmark not defined.

IV.3.3. Đặc điểm phổ PCKT dòng xoay chiềuError! Bookmark not defined.

IV.3.4. Quan hệ giữa các đặc trưng dị thường PCKT dòng xoay chiều và

hàm lượng quặng Pb, Zn ..................................... Error! Bookmark not defined.

IV.4. Mối quan hệ giữa các đặc trưng dị thường phân cực kích thích dòng

xoay chiều và một chiều của quặng chì kẽm ...... Error! Bookmark not defined.

IV.5. Đặc trưng trưng dị thường PCKT dòng xoay chiều trên các thân quặng

Pb - Zn................................................................. Error! Bookmark not defined.

3

IV.5.1. Đặc trưng dị thường PCKT dòng xoay chiều trên các thân quặng

Pb-Zn ở vùng Nà Tùm - Chợ Đồn - Bắc Cạn. .... Error! Bookmark not defined.

IV.5.2. Đặc trưng PCKT dòng xoay chiều trên các thân quặng Pb - Zn vùng

Ba Xứ - Tuyên Quang. ........................................ Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................Error! Bookmark not defined.

MỞ ĐẦU

Trong mấy thập kỷ qua cũng như hiện nay, các phương pháp địa vật lý

ứng dụng được sử dụng khá sâu rộng trong công tác điều tra địa chất và đánh giá

khoáng sản ở nhiều nước có công nghệ tiên tiến trên thế giới cũng như ở nước

ta, bởi sự phát triển không ngừng của máy móc thiết bị và công nghệ đo, xử lý

tài liệu. Như vậy việc khoanh định các vùng có tiềm năng khoáng sản cũng như

phát hiện đánh giá các mỏ khoáng sản trong đó có các mỏ sulfur đa kim ở các độ

sâu khác nhau được dễ dàng, ít tốn kém.

Phương pháp phân cực kích thích (PCKT) dòng xoay chiều với máy phát

T3 và đầu thu V5 do Canada chế tạo với 17 tần số, từ 0.125Hz đến 8192Hz là

một trong các công nghệ địa vật lý mới được nhập vào Việt Nam.

Phương pháp này có ưu điểm vượt trội so với phương pháp PCKT dòng

một chiều và các phương pháp thăm dò điện một chiều khác là khắc phục được

lớp phủ có điện trở suất cao cũng như lớp điện trở suất rất thấp, nên phát hiện

được các thân quặng, đới quặng dưới các lớp phủ nói trên. Để khai thác bộ máy

PCKT dòng xoay chiều mới này Bộ Tài nguyên và Môi trường đã giao cho Viện

Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản đề tài Nghiên cứu khoa học và công nghệ

có tựa đề “Nghiên cứu xác lập các đặc trưng dị thường phân cực kích thích

dòng xoay chiều trên các đới và thân quặng sulfur đa kim phục vụ công tác điều

tra đánh giá khoáng sản sulfur đa kim ở Việt Nam” với các mục tiêu sau:

- Xác lập các đặc trưng tham số PCKT dòng xoay chiều của các loại

quặng sulfur đa kim (chì kẽm và đồng) ở Việt nam để phát hiện định vị các đới

quặng hóa, các thân quặng và dự báo triển vọng quặng theo tài liệu PCKT dòng

xoay chiều.

- Xây dựng quy trình công nghệ đo và phân tích tài liệu PCKT dòng xoay

chiều phục vụ việc đánh giá việc thăm dò quặng sulfur đa kim (chì - kẽm, đồng)

ở Việt Nam.

Căn cứ vào hợp đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ số

05-ĐC/BTMT-HĐKHCN ngày 10 tháng 8 năm 2005 giữa Bộ Tài nguyên và

Môi trường với Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản. Viện trưởng Viện

Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản (nay là Viện Khoa học Địa chất và Khoáng

sản) đã giao cho TS.Tăng Đình Nam làm chủ nhiệm để thực hiện đề tài theo đề

cương đã được phê duyệt và phiếu giao việc số 91GV/VĐCKS-KHTC ngày 15-

8-2005.

Theo các nội dung của Hợp đồng đã ký, Viện Khoa học Địa chất và

Khoáng sản có trách nhiệm hoàn thành Hợp đồng và giao nộp sản phẩm vào

2

tháng 12 năm 2006. Tuy nhiên do việc phân tích mẫu phổ phân cực tại Đức có

kết quả chậm nên Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản đã có công văn số

394/CN-VĐCKS, ngày 13 tháng 10 năm 2006 xin gia hạn nộp báo cáo đề tài và

đã được Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ Tài nguyên và Môi trường - chấp

thuận tại công văn số 1765/BTNMT-KHCN ngày 11 tháng 5 năm 2007 cho

phép đề tài phải nộp báo trước ngày 31 tháng 7 năm 2007.

Tập thể tác giả tham gia đề tài đã triển khai toàn bộ các hạng mục công

việc của đề cương nghiên cứu đã được phê duyệt, các kết quả nghiên cứu đều

được phản ánh đầy đủ trong báo cáo này.

Mặc dù các hạng mục còn quá ít đặc biệt là công tác thử nghiệm thực địa

mới chỉ ở một mỏ đồng Tà Phời và mỏ chì-kẽm Nà Tùm, Ba Xứ, số lượng mẫu

đá và quặng lấy để đo tham số phân cực trong phòng thí nghiệm và phân tích

thành phần vật chất không nhiều, nhưng căn cứ vào kết quả xử lý phân tích định

tính và định lượng tài liệu đo PCKT dòng xoay chiều, phối hợp với số liệu tham

số và phân tích mẫu, đối chiếu với kết quả khoan có thể khẳng định đã đạt được

các mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

Phương pháp PCKT dòng xoay chiều bằng sử dụng máy phát T3 và máy

thu V5 (hoặc máy tương đương) với quy trình công nghệ đo và sử lý được xây

dựng cần được áp dụng với phương pháp địa vật lý khác trong điều tra đánh giá

không chỉ với khoáng sản đồng chì-kẽm mà đối với các khoáng sản kim loại

khác bởi ưu việt là có lượng thông tin phong phú (hệ số phân cực FE, góc pha,

phổ pha với các tần số khác nhau theo miền tần số…)

Phương pháp PCKT dòng xoay chiều đặc biệt có hiệu quả trong trường

hợp mặt cắt địa chất của vùng mỏ phức tạp có lớp màn chắn điện trở suất cao

hoặc lớp màn chắn có điện trở suất thấp bên trên các thân quặng hoặc trên các

mặt cắt địa chất - địa vật lý mà dị thường của các phương pháp điện một chiều

mờ yếu do nhiễu bất đồng nhất của lớp phủ hoặc lớp màn chắn nói trên.

Cần lưu ý rằng điều kiện để áp dụng có hiệu quả phương pháp này là việc

chọn dải tần số thích hợp theo kết quả đo thử nghiệm trước khi đo sản xuất đại

trà và lấy mẫu, đo tham số vật lý cũng như phân tích thành phần vật chất của đá

và quặng ở vùng mỏ được điều tra đánh giá.

Trong quá trình thực hiện đề tài tập thể tác giả đã nhận được sự động viên

khuyến khích của lãnh đạo Vụ Khoa học và Công nghệ, Cục Địa chất và

Khoáng sản Việt Nam, Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, sự

trao đổi, góp ý của TS.Đinh Thành và các chuyên viên Vụ Khoa học và Công

nghệ, chuyên viên Phòng Quản lý về điều tra Địa chất và Khoáng sản - Cục Địa

chất và Khoáng sản Việt Nam, sự tham gia phối hợp nghiên cứu và giúp đỡ của

của Liên Đoàn Intergeo, Liên đoàn Địa chất Đông Bắc, sự giúp đỡ của các cán

bộ quản lý và chuyên môn trong và ngoài Viện Khoa học Địa chất và Khoáng

sản. Nhân dịp tổng kết đề tài tập thể tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành

tới quý vị và mong được sự chỉ bảo những khiếm khuyết để nâng cao chất lượng

của bản báo cáo.

3

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN

CỰC KÍCH THÍCH DÒNG XOAY CHIỀU

I.1. Phương pháp PCKT dòng xoay chiều

Hiện tượng PCKT có nguồn gốc hóa điện được gây nên bởi các hạt

khoáng vật kim loại trong một khối đá có độ dẫn kém, hoặc bởi sự khác nhau về

mật độ ion trong không gian lỗ rỗng, hoặc ở mặt tiếp xúc giữa khối đá và không

gian rỗng (Sumner, 1976). Bất kỳ một dòng điện nào trong môi trường phân cực

đều bị ngăn cản dòng bởi khả năng nạp m (chargeability m - đơn vị sơ cấp của

độ phân cực theo thời gian, đó là đoạn dưới đường cong giữa hai lần ngừng

phát dòng. Thường biểu diễn bằng tỉ số milivolt giây trên volt) của môi trường

(Seigel, 1959). Tuy nhiên độ dẫn điện của môi trường phân cực σ0 bị giảm

xuống liên quan với độ dẫn σ của môi trường không có các hợp phần phân cực.

σ0 = σ(1 - m) (1.1)

Khi chạy theo một hướng, dòng điện “nạp" tất cả các nguyên tố phân cực

và tạo nên một điện thế thứ cấp Vs. Sau một thời gian dài dòng điện chạy tất cả

các nguyên tố đều bão hòa, và thu được điện thế sơ cấp Vp. Các giá trị của điện

thế sơ cấp và thứ cấp được tính gần đúng trong đo PCKT miền thời gian bằng

việc sử dụng phép đo điện thế (Vp) khi có dòng điện và thế (Vs) ngay sau khi

dòng điện bão hòa bị ngắt.

Độ nạp m được tính theo công thức: ( ) 1.2

V

V

m

p

s =

Một lượng có thể so sánh được được xác định trong miền tần số. Nói

chung biên độ điện trở giảm khi tần số tăng. Nếu như điện trở được đo ở hai tần

số với ω1 < ω2 (thường là lớn hơn nhau 10 lần) thì hiệu ứng tần số (FE) được

tính toán theo biểu thức: ( ) ( )

( ) FE ( ) 1.3

2

1 2

ρ ω

ρ ω − ρ ω = .

Như vậy (1.3) giải thích sự giảm từng phần của biên độ điện trở khi tần số

tăng, điện trở suất biểu kiến của tần số thấp ω1 được tính toán bởi giá trị dòng

một chiều: ( ) .K ( ) 1.4

I

V

0 p

ρ ω = = .

Với I là cường độ dòng điện, K là hệ số thiết bị. Điện trở suất biểu kiến tại

tần số cao ω2 có thể được tính gần đúng: ( ) .K ( ) 1.5

I

V V

lim p − s

ρ ω = ω→∞

4

Bằng việc sử dụng các giới hạn đó, các kết quả từ các số đo trong miền

thời gian và miền tần số có khả năng chuyển đổi cho nhau được:

( ) 1.6

1 m

m FE − =

Hiệu ứng tần số và độ nạp không chỉ là các đại lượng đặc trưng cho hiệu

ứng phân cực của đá.

Nói chung các số liệu PCKT chứa đựng nhiều thông tin liên quan đến

đường cong suy giảm của các số đo miền thời gian trên một khoảng thời gian

rộng hoặc các phép đo phổ PCKT ghi lại biên độ và góc pha trong một dải tần

số.

Biên độ thu được và các phổ pha biểu hiện sự khuếch tán tần số của độ

dẫn biểu kiến.

Độ dẫn điện σ của các đá bao gồm cả các hiệu ứng dẫn và phân cực nói

chung có thể được biểu diễn như một đại lượng phức. Có phần thực (σ’) và ảo

(σ”) là các phần phụ thuộc vào tần số:

σ(ω) = σ'(ω) + iσ"(ω) (1.7)

Với ω là tần số góc và i là đại lượng ảo. Hợp phần trong pha tương ứng

với độ dẫn bên trong và thành phần vuông góc với các hiệu ứng phân cực mà

được tạo bởi một kiểu hợp phần độ dẫn điện dung trong đá. Đại lượng phức còn

có thể được đại diện bởi biên độ:

( ) ( '( )) ( ''( )) (1.8) 2 2

σ ω = σ ω + σ ω

và góc pha: ( ) ( )

( ) ( ) 1.9 '

" crc tan ⎟

⎟

⎠

⎞ ⎜

⎜

⎝

⎛

σ ω

σ ω

ϕ ω = .

Góc pha đo được là sự lệch pha giữa tín hiệu dòng vào và điện thế đo

được bởi các hiệu ứng phân cực.

Dưới dạng điện trở suất, góc pha là arctg của tỷ số giữa hợp phần ảo của

điện trở suất với hợp phần thực, hoặc:

ρ

ρ φ = −

Re

Im

tan 1 .

Góc pha đo được là sự dịch chuyển pha giữa dòng điện tiêm nhập và điện

thế đo được gây ra bởi các hiệu ứng phân cực. Cần thấy rằng nếu dòng điện

xoay chiều được sử dụng thì tín hiệu đo được cũng bị ảnh hưởng bởi các hiệu

ứng cảm ứng mà nó được hình thành trong một sự dịch chuyển phụ của pha. Các

quy trình phức tạp để chuyển đổi cặp điện từ từ các số liệu IP (Pelton và nnk,

1978) cũng có thể tránh được khi sử dụng một khoảng tần số và một thiết bị điện

thế và dòng các điện cực sao cho các hiệu ứng đó có thể bị loại trừ (bỏ qua). Do

5

điện trở suất phức là đối nghịch với độ dẫn phức nên phép đo độ dẫn hay điện

trở có thể được chuyển đổi cho nhau.

( ) ( ) 1.10 1

⎟

⎟

⎠

⎞ ⎜

⎜

⎝

⎛

σ ω

ρ ω =

I.2. So sánh các phép đo về thời gian, tần số và pha trong PCKT

I.2.1. Định nghĩa - hệ số phân cực miền thời gian.

Đầu vào miền thời gian dòng xung - ổn định dạng sóng và sự phản hồi

điện thế đặc trưng dạng sóng trên đất bị khoáng hóa hoặc bị phân cực được trình

bày ở hình 1.1. Các phần dạng sóng được đánh dấu được dùng trong việc thiết

lập các định nghĩa lý thuyết lẫn định nghĩa được áp dụng ở thực địa.

Hình 1.1: Dạng sóng hàm IP miền thời gian và phản hồi điện thế

tới một môi trường có khả năng phân cực.

Hệ số thường được đo trong miền thời gian là diện tích dưới đường cong

phóng điện được đánh dấu lt. Hệ số phát sinh là độ nạp điện M được định nghĩa

(xác định) bởi công thức: V dt ( ) 1.11

V

I M 2

1

t

t

= ∫ t

Ở đây t1 và t2 xác định một khoảng thời gian trong thời gian phóng điện,

nó loại trừ điện thế chuyển tiếp chủ yếu do hiệu ứng điện từ kép. Trong việc sử

dụng này, M được lấy phổ biến làm các đơn vị milivolt - giây trên volt. Trở lại

hình 1.1, so sánh độ nạp điện này với hệ số m không có đơn vị đo do Seigel

(1954) nêu ra và thường được gọi là độ nạp điện lý thuyết:

( ) 1.12

V

V

m

p

s =

Trong đó: Vs - thế phát đo được khi chưa ngắt dòng.

Vp - thế đo được khi đã ngắt dòng.

O

IP

V0

Vp

O VS

Thời gian

6

Độ nạp điện lý thuyết này không thể đo một cách chính xác ngoài thực địa

được do các hiệu ứng dẫn và các hiệu ứng điện dung làm mờ sự phản hồi thực

của đá trong vùng lân cận của sự biến đổi bước trong điện thế hoặc dòng. Tuy

nhiên nó sẽ được dùng ở đây để tạo lập sự so sánh giữa các hệ số.

Lưu ý từ hình 1.1 này Vs = Vp - V0, hoặc dưới dạng gradient thế điện

Es = Ep - E0. Bây giờ chúng ta dùng sự liên quan này để có độ nạp điện khi dòng

nạp (dòng vào) là một hàm bước [U(t)] và điện trở suất đo được là một hàm của

tần số phức [ρ(s)]. Bằng sử dụng định nghĩa lý thuyết của Seigel, định lý chuyển

đổi (biến đổi) Laplace trong giới hạn và giá trị đầu và cuối, mật độ dòng J và

gradient điện thế phát sinh E được tính như sau:

() () ( )

( ) ( )

() () ( )

() () ()() ( ) ( )

limE() () ()() ( ) ( ) t limsE s s J s j J J 1.17

limE t limsE s s J s j J J 1.16

1.15

S

J E s s

1.14

S

J J s

J t J.U t 1.13

0 t 0 s s

p t s 0 s 0 0

= = ρ = ρ ω = ρ

= = ρ = ρ ω = ρ

= ρ

=

=

→ →∞ →∞ ω→∞

→∞ → → ω→

Tuy nhiên:

( ) ( )

( ) ( ) 1.18

E t

E t E t

E

E E

m

ac

p 0

t

t t 0

p

p 0

ρ

ρ − ρ =

−

= − =

→∞

→∞ →

Có thể nói một cách tương tự: m ( ) 1.19

ac

dc ac

ρ

ρ − ρ =

Ở đây ρdc là giá trị của điện trở suất một chiều và ρac là giá trị hiệu ứng

của điện trở suất tại t = 0 hoặc tần số vô hạn. Mặc dù mối liên quan này được

hình thành cho chu kỳ nạp của miền thời gian dạng sóng, một luận cứ tương tự

cũng được đề xuất cho chu kỳ xả.

Nên nhớ rằng các đường cong nạp và xả là đường cong số mũ và hằng số

thời gian tham gia là những hằng số thời gian sao cho đạt được ở trạng thái bền

vững trên các chu kỳ nạp và xả. Khi đó độ nạp được xác định bởi phương trình

(1.11) sẽ khác với phương trình (1.12) hoặc (1.18) bằng sự không đổi này sẽ là

một hàm của sự nạp thực và độ cong của sự xả sẽ biến đổi cùng với các thuộc

tính phân cực.

I.2.2. Định nghĩa- hiệu ứng phân cực miền tần số

Các phép đo miền tần số được thực hiện tại hai tần số khác nhau, thường

là phần 10. Các dạng sóng được trình bày trên hình 1.2 và trong miền thời gian,

hệ thống này sử dụng một dòng vào (nạp) được khống chế. Hệ số được đo là sự

7

phản hồi điện thế trạng thái bền vững sau khi lọc vì hệ số phát sinh là hiệu ứng

tần số như sau: ( ) 1.20

V

V V FE

1

2 − 1 =

Ở đây V1, V2 - các phản hồi tần số cao và thấp được lọc như được trình

bày ở hình 1.2.

Do dòng được tại biên độ ổn định trong khi tần số biến thiên, (1.20) có thể

được viết thành: FE ( ) 1.21

1

2 1

ρ

ρ − ρ = .

Ở đây ρ1 và ρ2 là các độ lớn (cường độ) tương ứng với điện trở suất biểu

kiến tại tần số 1 và 2. Công thức (1.20) và (1.21) thường được biểu hiện dưới

dạng một hiệu ứng tần số phần trăm (PFE) hoặc FE x100%.

Áp dụng các giá trị đầu và cuối theo phương trình (1.21) sẽ dẫn đến mối

liên quan tương tự như mối liên quan sinh ra trong miền thời gian, hoặc:

FE ( ) 1.22

ac

dc ac

ρ

ρ − ρ = .

Mặc dù điện thế hoặc điện trở suất đo được tại thực địa là phức, tức là

hàm của tần số, chỉ có biên độ của các phản hồi được sử dụng để xác định giá trị

ngoài trời của FE. Phương trình (1.20) và (1.21) đều là lý thuyết và các hệ số

thực địa (ngoài trời), là đáng quan tâm.

I

1f 2 f

Đầu vào

Đầu ra

V1 V2

Hình 1.2: Dạng sóng IP miền tần số

8

I.2.3. Định nghĩa - hệ số góc pha

Đo đạc pha trong PCKT (IP) được định nghĩa như sự khác nhau trong góc

pha giữa tín hiệu điện thế thu được và dòng dạng sóng đầu vào, thừa nhận các

dạng sóng hình sin cho cả hai. Nếu như dòng đầu vào là một sóng vuông thì đo

pha được định nghĩa (xác định) như góc pha giữa họa ba cơ bản của các tín hiệu

truyền và nhận. Sự dịch chuyển pha trong miền tần số tương tự như sự dịch

chuyển thời gian (chậm trễ, cho IP) trong miền thời gian. Một cách chính xác

hơn, sự chậm trễ thời gian bằng đạo hàm của pha liên quan với tần số.

Dưới dạng điện trở suất, góc pha là arctg của tỷ số giữa hợp phần ảo của

điện trở suất với hợp phần thực, hoặc ( ) 1.23

Re

Im

tan 1

ρ

ρ φ = − .

Phương pháp phân cực dòng xoay chiều với thiết bị hiện có cho phép đo

hiệu ứng phân cực trong dải tần số từ 0,0833Hz đến 8192Hz có khả năng nghiên

cứu sâu, khắc phục được ảnh hưởng của lớp phủ dẫn điện tốt hoặc lớp phủ có

điện trở cao.

Tùy theo độ dẫn điện của lát cắt địa chất có thể đo mặt cắt phân cực với

hai tần số thích hợp hoặc dải nhiều tần số bằng các hệ thiết bị tương tự như đo

phân cực dòng một chiều.

Kết quả được xử lý tự động bằng các phần mềm được cài đặt sẵn trong

máy, nên rất thuận tiện cho dự báo sự phát triển và quy mô phân bố của các đới

quặng theo chiều sâu để dự kiến các lỗ khoan, công trình sâu có hiệu quả.

I.3. Giới thiệu về máy phân cực một chiều và xoay chiều mới

Trạm máy phân cực xoay chiều của Canada gồm hai bộ phận:

Bộ phận phát: T-3

Máy phát T-3 có công suất 3KW có kèm theo mạch công suất phù hợp là

một nguồn cung cấp năng lượng đa dạng và được sử dụng rất nhiều trong công

tác khảo sát địa vật lý như:

- Đo điện từ dòng một chiều.

- Đo điện từ dòng xoay chiều.

- Đo PCKT một chiều và xoay chiều.

- Đo kiểm soát nguồn âm từ Telur.

Tính năng độc đáo và hiệu quả nhất của T-3 là khả năng hoạt động được

với nhiều nguồn cung cấp năng lượng khác nhau. Trong đó bao gồm:

Các nguồn điện 50 hoặc 60Hz với thế phát từ 200v, 400v và 800v.

Ắc quy 100V

9

Máy phát T-3 có các nút điều chỉnh tần số trên bảng điều chỉnh phía

trước. Các tần số được thiết lập như sau:

Dạng 2n

(với n từ 13 đến -3) có 17 tần số tương ứng với dải tần số sau:

8192Hz, 4096Hz, ..., 0.250Hz, 0.125HZ.

Dạng (2/3)2n (với n từ 13 đến -3) có 17 tần số tương ứng với dải tần số

sau: 5461Hz, 2731Hz, ..., 0.166Hz, 0.0833Hz

Bộ phận thu V-5

Máy thu V-5 có thể đo từng cặp cực riêng lẻ hoặc đồng thời cho 6 cặp

cực, có thể thu các tín hiệu một chiều hay xoay chiều. Đối với tín hiệu xoay

chiều có thể đo được 14 dải tần số khác nhau. Các tham số đo đạc trong phần

xoay chiều bao gồm thế phát (Vp), giá trị điện trở suất và góc pha với từng tần số

khác nhau. Các kết quả đo được truy nhập trực tiếp vào máy tính. Máy tự động

tính toán các hệ số thiết bị K với từng phương pháp, tính giá trị điện trở suất, tự

động loại bỏ các kết quả có sai số lớn, tự động tính các tham số trung bình, sai

số của các phép đo và ghi vào bộ nhớ.

10

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TÀI LIỆU

II.1. Tính toán các tham số đo phân cực dòng xoay chiều

Khi đo PCKT dòng xoay chiều với đầu thu V5, ở mỗi dải tần số máy tự

động tính toán giá trị biên độ điện trở suất biểu kiến và gía trị độ lệch pha. ta cần

trính toán các tham số sau để xử lý và luận dải tài liệu:

II.1.1. Hiệu ứng phân cực (hiệu ứng tần số)

Trong miền phân cực tần số đo hiệu ứng phân cực ở hai hoặc nhiều tần số

trong dải phát và thu của máy, hiệu ứng phân cực của đá và quặng (FE) phụ

thuộc vào độ dẫn điện hoặc nói cách khác là vào điện trở suất của các đối tượng

trong môi trường và được xác định theo biểu thức:

FE 1 ( ) 2.1

ac

dc

dc

dc ac − ρ

ρ = ρ

ρ − ρ =

Hiệu ứng phân cực tính ra % (PFE) theo biểu thức:

PFE 100. ( ) 2.2

ac

dc ac

ρ

ρ − ρ =

Trong đó:

ρdc - điện trở suất biểu kiến xác định được ở tần số cực thấp (Ωm).

ρac - điện trở suất biểu kiến xác định được ở tần số cao (Ωm).

II.1.2. Hệ số kim loại (MF)

Trong phương pháp phân cực dòng xoay chiều, hệ số kim loại MF được

xác định theo biểu thức:

( ) 2.3 FE 10 . . MF 10 .

dc

5

ac dc

5 dc ac

ρ = ρ ρ

ρ − ρ =

Trong đó: FE - hiệu ứng phân cực tần số.

ρdc, ρac - như (2.1)

II.1.3. Các thành phần phức của giá trị điện trở và độ dẫn điện

Giá trị điện trở suất đo được là giá trị biên độ, có thể được biểu diễn như

một đại lượng phức. Có phần thực (ρ') và phần ảo (ρ' ') là các phần phụ thuộc

vào tần số:

ρ() () ω = ρ' ω + iρ"(ω) (2.4), với ω là tần số góc và i là đại lượng ảo.

Trong đó: ρ'(ω) = ρ(ω)cos(ϕ(ω)) (2.5)