Đồ án Nghiên cứu áp dụng phương pháp điện đo sâu đa cực đối xứng Wenner-Schlumberger tìm kiếm nước ngầm vùng cao nguyên đá vôi Tây Bắc thị trấn Tam Sơn Quản Bạ Hà Giang

ứ hai kéo từ Tây Bắc- Đông Nam, từ phía Bắc thôn Mỏ Xài về xã Quản Bạ với chiều dài khoảng 9km, rộng 1,2km ¸ 1,6km; Tổng diện lộ của hệ tầng Khao Lộc khoảng 16km2. Thành phần thạch học chính của hệ tầng gồm: đá vôi, vôi sét màu xám đen, đá vôi dolomit hoá, đá vôi silic màu xám xanh, xám sáng. Bề dày của hệ tầng 495m ¸ 1350m. Phần dưới hệ tầng có quan hệ chỉnh hợp với hệ tầng Bản Thăng (D1? bt), phần trên có quan hệ không chỉnh hợp hệ tầng Bắc Sơn (C- P2bs) ở ngoại vi diện tích vùng nghiên cứu.Trong vùng nghiên cứu đôi nơi bị các thành tạo Đệ tứ phủ không chỉnh hợp lên trên. Tập 1: (D1-2 kl1) Thành phần thạch học gồm: đá sét vôi, vôi sét xen đá vôi màu xám, xám đen phân lớp mỏng đến trung bình, xen kẹp ít lớp mỏng đá phiến sét, đá vôi silic, chứa phong phú hóa thạch tay cuộn, san hô, cá cổ ; Bề dày của tập từ 180m ¸ 600m. Mặt cắt Tòng Vài - Luồng Khố Hệ lớp 1: đá vôi sét xen sét vôi, màu xám, xám đen, phong hóa có màu vàng bẩn, phân lớp mỏng đến trung bình. Trong sét ở đáy tập có di tích cá cổ: Plybranchiaspis liaojaoshanensis liu, Mini cranialisca sp nov. Tay cuộn: Hysterolites wargiforms zuong, Howllaex - gr Crispa, bề dày hệ lớp 160m. Mặt cắt Khao Lộc - Pắc Xum Hệ lớp 1: nằm chuyển tiếp lên trên đá vôi bị dolomit thuộc phần cao hệ tầng Bản Thăng (D1?bt) là các đá sét vôi, đá vôi sét, đá vôi xen ít đá phiến sét, màu xám đen, chứa di tích cá cổ; Bề dày 15m. Hệ lớp 2: đá vôi màu xám đen, phân lớp mỏng- trung bình, chứa hóa thạch san hô và tay cuộn ; Bề dày 60m. Hệ lớp 3: đá vôi xen đá vôi silic, đá vôi sét màu xám đen, phân lớp mỏng đến trung bình; Bề dày 65m. Hệ lớp 4: đá vôi, vôi silic, xen ít vôi sét, sét vôi, màu xám đen phân lớp trung bình; Bề dày 40m. Bề dày tổng cộng của tập 1 là 180m. Tập 2 (D1-2 kl2) Thành phần chủ yếu của tập gồm: đá vôi, xen ít đá vôi sét, đá vôi silic, đá vôi bị dolomit hóa, hoa hóa màu xám đen, xám sáng phân lớp trung bình tới dày, đôi chỗ có đá vôi phân lớp dải chứa các hóa thạch san hô. Bề dày của tập 2 là: 330m ¸ 750m Mặt cắt Khao Lộc - Pắc Xum. Hệ lớp 1: nằm chuyển tiếp liên tục trên tập1 (D1-2kl1 ) gồm các đá sét vôi màu xám đen, phân lớp mỏng chứa silic, chiều dày hệ lớp 25m. Hệ lớp 2: đá vôi silic màu đen, phân lớp mỏng- trung bình, chứa hóa thạch Amphipo sp. Chiều dày hệ lớp 90m. Hệ lớp 3: đá vôi xen đá vôi silic, xám, xám đen, phân lớp mỏng đến dày, chứa hóa thạch Amphipo sp. Chiều dày hệ lớp 40m. Hệ lớp 4: đá vôi màu xám, đá vôi hoa hóa, phân lớp dày dạng khối, chiều dày hệ lớp 120m. Hệ lớp 5: đá vôi màu xám, xám đen, phân lớp dày, cấu tạo dạng khối, chứa hóa thạch Amphipo sp. Indet. Chiều dày hệ lớp 400m. Hệ lớp 6: đá vôi xen ít sét vôi, xám đen, đá vôi tái kết tinh, phân lớp mỏng, chiều dày hệ lớp dày 75m. Giới Kainozoi - Hệ Đệ tứ nguồn gốc sông lũ (apQ) và các trầm tích không phân chia nguồn gốc deluvi - proluvi (dpQ) Các thành tạo Đệ tứ phân bố ở các thung lũng giữa núi, một số ít ở ven suối thuộc các thôn Tân Tiến, Đông Tinh, Vĩnh Tiến xã Quyết Tiến, thôn Hồ Lô xã Thanh Vân, diện tích khoảng 4km2. Thành phần chủ yếu là sét lẫn cuội tảng và một ít sạn, sỏi, bở rời bề dày 0,5m ¸ 5,0m. Chúng phủ không chỉnh hợp lên các đá trầm tích cổ. I.2.2.2. Magma xâm nhập. Trong phạm vi vùng nghiên cứu không có hoạt động magma xâm nhập, các thành tạo phun trào chỉ có mặt ở ven rìa ngoại vi vùng nghiên cứu. I.2.2.3. Kiến tạo. Vùng nghiên cứu có diện tích nhỏ, hẹp thuộc ven rìa Đông đới Lô Gâm (Theo sơ đồ phân vùng kiến tạo của Trần Văn Trị – 1990, tài liệu thu thập trong báo cáo Địa chất và Khoáng sản nhóm tờ Yên Minh, Đoàn 202) cấu thành bởi hai phức hệ thạch kiến tạo: Paleozoi hạ - trung (O - S) ; Paleozoi thượng (D1 - C1). Thành phần phức hệ gồm đá trầm tích lục nguyên - carbonat, thành tạo carbonat, carbonat lục nguyên chứa san hô tay cuộn và cá cổ (theo tài liệu tham khảo Báo cáo Địa chất và Khoáng sản, nhóm tờ Yên Minh). Các đứt gẫy Trong vùng nghiên cứu có 3 hệ thống đứt gãy: Tây Bắc- Đông Nam, Đông Bắc - Tây Nam và á kinh tuyến. a - Đứt gãy Quản Bạ Thực chất đây là một đới các đứt gẫy, kéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam, trùng với thung lũng Quản Bạ. Đây là đứt gãy nghịch, trượt phải, mặt đứt gãy cắm về phía Đông Bắc với góc dốc 60 ¸ 75o. Đứt gãy này đóng vai trò ranh giới giữa cánh nâng Đông Bắc có cấu trúc phương á kinh tuyến và cánh hạ Tây Nam có cấu trúc phương Tây Bắc - Đông Nam . b - Đứt gãy Quyết Tiến Đứt gẫy Quyết Tiến kéo dài khoảng 7km ¸ 8km theo phương Tây Nam- Đông Bắc từ Vĩnh Tiến đến dốc Cổng Trời, cắt chéo các cấu trúc phương á kinh tuyến của các thành tạo Devon. Đây là đứt gãy dịch chuyển ngang phá vỡ tính liên tục của các hệ lớp, các vỉa làm trượt trái chúng, với biên độ khoảng 100m theo mặt trượt thẳng đứng. c- Hệ thống đứt gãy á kinh tuyến Hệ thống này gồm các đứt gãy thuận có mặt trượt thẳng đứng hoặc nghiêng dốc đứng cả về hai phía Tây và Đông, chúng thuộc các đứt gẫy không phân loại, kéo dài theo phương gần Bắc - Nam. d - Khoáng sản Trong vùng nghiên cứu chỉ có các loại vật liệu xây dựng như: đá vôi, đá vôi dolomit, quy mô chất lượng đủ phục vụ xây dựng của địa phương. I.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN. Qua khảo sát, tại khu vực xã Quyết Tiến có xây một số bể chứa nước tập trung do Unicef tài trợ để thu gom nước từ nguồn lộ, về mùa khô nguồn này còn lưu lượng rất nhỏ. Sử dụng nước hiện tại chủ yếu từ một số giếng đào của các hộ gia đình và các điểm lộ từ trên sườn núi. Thị trấn Tam Sơn có nguồn nước từ các mạch lộ trên núi dẫn về qua đường ống nhỏ của nhân dân tự đóng góp kinh phí, mùa khô các nguồn này không đáp ứng được nhu cầu tối thiểu cho ăn uống và sinh hoạt trong khu vực. Xã Thanh Vân, tại trung tâm UBND xã có đào một số giếng nhưng chỉ có nước vào mùa mưa, mùa khô đồng bào phải đi thồ nước từ xa về. Thôn Mỏ Xài là vùng đặc biệt khó khăn về nguồn nước, vừa qua Trung tâm Nước sạch và Vệ sinh Môi trường đã xây hai bể chứa có dung tích 200m3 để thu gom nước từ nguồn lộ cách xa 4km dẫn về, mùa khô nguồn lộ này có lưu lượng rất nhỏ và thường xuyên hết nước không đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt cho vùng. Hiện trạng sử dụng nước của địa phương chủ yếu là nguồn nước lấy từ các điểm xuất lộ nước, nhưng đều phụ thuộc theo mùa, còn số ít sử dụng nước mặt (thôn Nậm Lương), các nguồn này chưa đáp ứng được yêu cầu về số lượng và chất lượng để phục vụ cho ăn uống và sinh hoạt của nhân dân trong vùng. I.3.1. Đặc điểm các nguồn nước mặt. Địa hình vùng nghiên cứu có độ dốc lớn, phân cắt mạnh, núi cao chiếm diện tích chủ yếu, độ che phủ của thảm thực vật nghèo, thành phần đất đá chủ yếu là đá vôi, hệ thống suối vùng nghiên cứu rất ít, phân bố không đều và đặc biệt chỉ hình thành dòng chảy tạm thời vào mùa mưa, mùa khô các suối đều cạn, hoặc còn lưu lượng rất nhỏ. Khu vực Quyết Tiến có nhánh suối lớn, chiều dài khoảng 4km, dòng chảy gần theo hướng bắc nam. Lưu lượng dòng chảy dao động theo mùa rõ rệt, mùa mưa lưu lượng, lưu tốc dòng chảy tăng mạnh, mùa khô giảm nhiều; Đây cũng là nguồn nước chính để nhân dân trong khu vực sử dụng canh tác nông nghiệp, chăn nuôi và sinh hoạt. Đặc biệt khu vực xã Thanh Vân và thị trấn Tam Sơn về mùa khô không có nguồn nước mặt nào tồn tại. I.3.2. Đặc điểm nước dưới đất. Vùng nghiên cứu có đặc điểm địa chất thủy văn đa dạng, phức tạp, nước tồn tại chủ yếu trong các khe nứt- karst các đá có tuổi trước Đệ tứ, không có áp, vận động dưới tác dụng của trọng lực, nguồn hình thành chủ yếu là nước mưa, miền thoát xuất lộ ra từ các khe nứt, đứt gẫy kiến tạo, các đới dập vỡ nơi địa hình thấp. Các tầng chứa nước I.3.2.1. Tầng chứa nước khe nứt- karst hệ Devon, Hệ tầng Khao Lộc (d1-2 kl). Các thành tạo này lộ thành hai dải hẹp, dải thứ nhất kéo dài có phương á kinh tuyến ở trung tâm xã Quyết Tiến và từ phía Tây thôn Nậm Lương đến thôn Bình Dương, với chiều dài khoảng 5km, rộng khoảng 1km. Dải thứ hai kéo từ Tây Bắc - Đông Nam, phía Bắc thôn Mỏ Xài về xã Quản Bạ với chiều dài khoảng 9km, rộng 1,2km ¸1,6km. Tổng diện lộ của hệ tầng Khao Lộc khoảng 16km2. Thành phần thạch học chính của tầng chứa nước gồm: đá vôi, đá vôi sét màu xám đen, đá vôi bị dolomit hoá, đá vôi silic màu xám xanh, xám sáng. Phân lớp từ trung bình tới mỏng, xen kẹp các lớp dày, nứt nẻ không đồng đều. Bề dày của hệ tầng 495m ¸ 1350m. Trong vùng có nơi bị các thành tạo Đệ tứ phủ không chỉnh hợp lên trên. Nguồn cấp chủ yếu là nước mưa, nước mặt, miền thoát bằng các nguồn lộ nơi có địa hình thấp, các đới phá hủy kiến tạo, các đứt gẫy. Tầng có quan hệ thủy lực với các tầng trên và dưới chúng. I.3.2.2. Tầng chứa nước khe nứt- karst trong trầm tích hệ Devon, hệ tầng Bản Thăng (d1?bt) Các đá của hệ tầng Bản Thăng lộ ra khá rộng rãi trong vùng nghiên cứu, chúng lộ thành dạng dải kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam từ Mỏ Xài qua Lùng Cáng, Ma Hồng, Lùng Cúng xã Thanh Vân về xã Quản Bạ, thị trấn Tam Sơn và một dải hẹp từ Nậm Lương đến Lùng Thàng thuộc xã Quyết Tiến với tổng diện tích khoảng trên 40km2. Thành phần chính của hệ tầng gồm: đá vôi, đá vôi bị dolomit hoá, hoa hoá xen ít đá sét vôi, đá vôi silic, cấu tạo phân lớp dày đến trung bình và xen kẹp ít lớp mỏng. Trong đá phát triển hang hốc karst, khe nứt với kích thước trung bình đến lớn, chủ yếu theo phương nằm ngang hoặc hơi xiên, giảm dần theo chiều sâu, phát triển mạnh ở độ sâu từ 30,0m ¸ 80,0m, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chứa và lưu thông nước. Tổng bề dày của hệ tầng 480m ¸ 850m . I.3.2.3. Tầng chứa nước khe nứt trong các trầm tích Ordovic-Silur hệ tầng Tòng Bá trên (o- s?tb3). Các trầm tích của phân vị này lộ thành dải hẹp phía Bắc xã Quyết Tiến và một dải viền quanh cấu trúc nếp lõm Làng Đán, cấu trúc nếp lồi Trúc Sơn ở ngoại vi phía Đông Nam vùng nghiên cứu, với diện tích khoảng 12km2. Thành phần thạch học của phân hệ tầng gồm: đá phiến thạch anh sericit, đá phiến thạch anh felspat - muscovit, đá phiến thạch anh calcit - felspat, đá phiến thạch anh felspat - mica, đá phiến thạch anh - biotit, đá phiến thạch anh muscont - felspat, đá có màu xám, xám xanh, phong hoá màu xám vàng, mặt lớp láng bóng xen ít cát kết, bột kết, sét bột kết, đá phiến sét sericit clorit, cát kết dạng quaczit màu xám đến xám vàng, xám phớt xanh, các thấu kính lớp mỏng đá vôi hoa hoá, đá vôi sét, đá phiến sét silic màu xám đen. Bề dày phân hệ tầng khoảng 450m ¸ 570m. Do mức độ biến chất cao, các đá thường bị uốn nếp mạnh, mức độ nứt nẻ khá mạnh mẽ trên bề mặt, tuy vậy, kích thước khe nứt nhỏ, bị sét và các sản phẩm phong hoá hạt mịn khác lấp nhét, làm hạn chế nhiều đến khả năng chứa và lưu thông nước của tầng. I.3.2.4. Các thành tạo địa chất rất nghèo nước, gồm các trầm tích Đệ tứ không phân chia (dpQ) và (apQ) Các thành tạo Đệ tứ phân bố ở các thung lũng giữa núi, một số ít ở ven suối thuộc các thôn Tân Tiến, Đông Tinh, Vĩnh Tiến xã Quyết Tiến, thị trấn Tam Sơn, thôn Hồ Lô thuộc xã Thanh Vân có diện tích khoảng 4km2, các trầm tích này nằm phủ bất chỉnh hợp lên các đá gốc có tuổi khác nhau. Qua khảo sát ĐC - ĐCTV tại các giếng đào của nhân dân cho thấy tầng này không có khả năng cấp nước. Chiều dầy của hệ tầng rất không đều từ 0,5m ¸ 5,0m. Thành phần Phần trên: sét, bột lẫn cát sạn, mầu vàng nhạt, xám vàng, đôi chỗ bị laterit hoá có màu sắc loang lổ, bề dày 1,0m ¸2,5m. Phần dưới: cuội, sạn, sỏi, sét bề dày thay đổi 2m ¸3m, các thành tạo này do đặc điểm về ĐC - ĐCTV khả năng chứa và lưu thông nước kém, đây không phải là đối tượng nghiên cứu để phục cho cung cấp nước của vùng. Từ các nghiên cứu về địa chất , địa chất thuỷ văn trên ta có bản đồ địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu . ( Hình I.3. ) CHƯƠNG II KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ TÌM KIẾM NƯỚC NGẦM VÙNG CAO NGUYÊN ĐÁ VÔI QUẢN BẠ - HÀ GIANG II.1. ĐẶC ĐIỂM LÁT CẮT ĐỊA ĐIỆN VÙNG CAO NGUYÊN ĐÁ VÔI QUẢN BẠ HÀ GIANG. II.1.1. Đặc điểm địa chất hiện tượng Karst. Hiện tượng Karst là quá trình hoạt động địa chất điển hình của vùng núi cao nguyên đá vôi. Karst là quá trình sảy ra lâu dài, phát triển với cường độ khác nhau, có thể tương đối nhanh, nhưng cũng có thể dừng hoàn toàn. Nguyên nhân cơ bản của quá trình là sự vận động của nước ngầm, sự hoà tan của khoáng vật tạo đá với tác động tích cực của axít cacbonic xâm thực có trong nước Karst là hiện tượng địa chất đặc trưng của những miền núi đá vôi bị nước chảy thấm qua. Hiện tượng này không phải do cơ chế cơ học mà chủ yếu là cơ chế hoá học vì khí điôxít (CO2 ) trong không khí hoà tan vào nước, cộng với các ion dương của hyđrô (H+) tạo thành axít cacbonic (CO2). Sản phẩm tự nhiên của quá trình karst là các hang động với các nhũ đá, măng đá, sông suối ngầm,... Các sản phẩm Karst tự nhiên nổi tiếng tại Việt Nam là : các hang động của Vịnh Hạ Long (Quảng Ninh ), động Hương Tích ( Hà Nội ), động Phong Nha ( Quảng Bình )... xem hình II.1 Hình II.1 Hang Đông Karst Phong Nha Kẽ Bàng Quảng Bình. Phản ứng hóa học trong quá trình karst Sự tạo thành karst nói chung là kết quả của nước mưa có chứa lượng cacbonic hoà tan ( hay còn gọi là mưa axít nhẹ ), tác động lên nền đá vôi hay đôlômít và hòa tan một phần các chất chứa trong các loại đá này theo thời gian. Quá trình hoà tan dưới bề mặt đá sẽ diễn ra nhanh hơn nếu đá có nhiều khe nứt và tạo ra địa hình với các đặc trưng đặc biệt, bao gồm các hố sụt hay thung lũng (các lòng chảo khép kín), các đường thông thẳng đứng, các dòng suối đột ngột biến mất. Sau một thời gian đủ lớn, các hệ thống thoát nước ngầm này ( chẳng hạn các tầng ngậm nước karst) và các hệ thống hang động có phạm vi rộng có thể được tạo ra. Axít cacbonic tham gia vào quá trình này được tạo ra khi các hạt mưa đi qua khí quyển đã lôi theo khí CO2 và hòa tan nó trong nước. Khi mưa rơi xuống mặt đất, nó ngấm qua các lớp đất, thu thập thêm CO2 để tạo ra dung dịch axít cacbonic yếu: H2O + CO2 → H2CO3. H2CO3 + CaCO3 → Ca(HCO3)2 Nước có tính axít yếu này bắt đầu hoà tan làm mở rộng các khe nứt và các lớp đá trong các tầng đá vôi. Theo thời gian các khe nứt này mở rộng dần và đá vẫn tiếp tục bị hòa tan. Các khoảng rỗng trong các lớp đá tăng dần về kích thước và phát triến thành các hệ thống karst. Sự hình thành karst ở vùng cao nguyên đá vôi giữa núi. Ở vùng núi đá vôi Hà Giang hình thành các thung lũng giữa núi, hầu hết ở độ cao khoảng 1.000m nằm giữa các dãy núi cao 1.300m – 1.500m. Đó là các cao nguyên Quản Bạ, Yên Minh, Mèo Vạc, Đồng Văn…xem hình II.2. Hình II.2. Cao nguyên đá Hà Giang. Trên các thung lũng cao nguyên đá vôi, sau quá trình hình thành hang Karst, khi gặp mưa Canxi cacbonat bị hòa tan bởi nước chứa axít nhẹ có thể tích tụ lại ở bất kỳ nơi nào. Trong các hang, các nhũ đá và các măng đá được hình thành nhờ sự tích tụ của canxi cacbonat và các khoáng chất bị hòa tan khác khi nước nhỏ giọt từ phía trên xuống . Các sự hình thành khác bao gồm các tấm đệm trong dòng chảy là từ các vết nứt và lớp cặn canxi xuất hiện khi dòng chảy của nước giàu canxit bị cản trở và canxit lắng xuống theo dòng chảy. Helictic là sự hình thành có dạng vòng xoắn gắn liền với mái và tường của hang. Các dạng hình thành dạng dòng chảy lớn hơn là các vũng nước tù đọng, chúng có dạng như bồn tắm và có thể chứa nhiều tinh thể canxit hoặc aragonit lớn hơn như là kết quả của sự bay hơi chậm. Các con sông hiện ra từ các hang đá vôi cũng có thể tạo ra các địa hình tufa, chứa các lớp trầm tích canxit theo thời gian khi nước thoát khỏi môi trường hang động giàu CO2. II.1.2. Đặc điểm lát cắt địa điện khu vực khảo sát. Hiện tượng Karst tại vùng núi Quản Bạ Hà Giang phát triển trên đá vôi kém thuần khiết, đá vôi dolomite, đá vôi sét, bởi vậy địa hình Karst không rõ nét , bề mặt còn đọng các tản lăn đá vôi lớn, có vách và sườn phát triển ít hang hốc Karst. Cấu thành bề mặt loại này là đá vôi , đá vôi bị dolomit hóa , do đó các sườn núi bị bóc mòn các đỉnh có hình nón, hình chóp ( hình II.3.) Hình II.3. Sườn Karst bóc mòn có đỉnh dạng chóp nón Thị trấn Tam Sơn- Quản Bạ Do đó điện trở suất đối với hang lấp nhét sét rất thấp , còn đối với hang rỗng thì chúng luôn có điện trở suất rất cao so với môi trường xung quanh. Với đặc điểm lát cắt địa điện nêu trên, sự phân dị điện trở suất giữa các phần trong đá vôi khá rõ ràng, vừa bất đồng nhất theo phương ngang và càng xuống sâu gặp đá vôi rắn chắc điện trở suất càng tăng cao là điều kiện thuận lợi để áp dụng các phương pháp đo sâu điện đa cực. Qua khảo sát chúng tôi thấy vùng núi đá vôi trong khu vực phía Tây Bắc thị trấn Tam Sơn huyện Quản Bạ tỉnh Hà Giang có lát cắt địa điện với những đặc điểm như sau: (hình II.4. ) - Lớp trên cùng là tàn tích sét, sạn, cát có điện trở suất r1=200÷300Wm, dày từ 2÷5m. - Lớp thứ hai là đá vôi phong hoá (canxit hoá mạnh ) có điện trở suất khá cao r2=1000÷2000Wm, dày từ 10÷30m. - Lớp thứ ba là đá vôi nứt nẻ trong đứt gãy địa chất có điện trở suất r3=100÷200Wm, cắm sâu đến 100m. - Lớp thứ tư là đá vôi rắn chắc có điện trở suất cao r4³5000 – 20000Wm. hình II.4 Lát cắt địa điện vùng Tam Sơn Quản Bạ Hà Giang. II.2. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ TÌM KIẾM NƯỚC NGẦM VÙNG CAO NGUYÊN ĐÁ VÔI. Do điều kiện nước ngầm nằm trong đứt gẫy địa chất và với đặc điểm lát cắt địa chất như nêu trên cho thấy nước ngầm ở vùng núi cao nguyên đá vôi Quản Bạ nằm trong đới dập vỡ của đứt gãy có độ sâu từ 60-100m nên có thể áp dụng các phương pháp địa vật lý như sau: II.2.1 Phương pháp từ mặt đất. Phương pháp đo trường từ mặt đất nhằm theo dõi trường địa từ biến đổi theo tuyến, khi gặp đứt gẫy địa chất nằm trong đá gốc có tuổi khác nhau, nếu là đá phun trào, macgma, granit trường từ sẽ thay đổi do đó dễ phát hiện được đứt gãy. Vùng Quản Bạ tại khu vực tìm kiếm nước đá gốc đều là đá vôi có nguồn gốc trầm tích tuổi Devon, do vậy trường từ biến đổi rất yếu, hơn nữa lớp trầm tích bề mặt khá dày nên không thể dùng phương pháp từ để phát hiện đứt gãy địa chất. Thí dụ áp dụng phương pháp từ tại Mèo Vạc đã được Trường ĐH KHTN theo đề tài cấp Nhà nước do PGS. TSKH Phan Văn Quýnh thi công năm 2005 đã chứng minh cho nhận xét trên (hình II.5). Hình II.5 Đồ thị trường từ trên tuyến qua thung lũng Mèo Vạc II.2.2. Phương pháp phổ Gamma. Phương pháp đo phổ gamma nhằm xác định các nguyên tố U, Th, K chứa trong các tầng địa chất như đá trầm tích vôi, đá macgma, đứt gãy địa chất. Tại thung lũng Quản Bạ chỉ có đá trầm tích lục nguyên Devon lại nằm dưới lớp phủ dày 20-30m, do vậy không thể có dị thường phổ gamma. Chính vì vậy khi triển khai đề tài đã không thi công phương pháp này. II.2.3. Phương pháp điện trường tự nhiên. Phương pháp điện trường thiên nhiên (ĐTTN) là phương pháp địa vật lý nghiên cứu trường điện tự nhiên có bản chất điện hoá, điện động do bản thân đất đá và quặng gây ra. Trường điện tự nhiên loại này có tính chất cục bộ địa phương, nó chỉ tồn tại ở một vùng nhỏ hẹp và không thay đổi theo thời gian. Điện trường thiên nhiên cục bộ có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra: có thể là kết quả của các hiệu thế tiếp xúc giữa vật dẫn điện tử và vật dẫn ion như trong các pin điện hoá, có thể do sự thấm lọc của nước ngầm qua các mao dẫn, cũng có thể do hiện tượng khuyếch tán của các dung dịch có nồng độ khác nhau v.v…Ở đây sử dụng phương pháp điện trường tự nhiên xác định nơi thấm lọc, nơi tích tụ nước. Do ảnh hưởng của lớp phủ dày làm cho trường ngấm lọc quan sát được trên mặt đất yếu nên không áp dụng. II.2.4. Phương pháp đo sâu điện trở. Phương pháp đo sâu điện trở nghiên cứu điện trở suất biểu kiến theo chiều sâu bằng cách tăng dần kích thước hệ cực để tăng chiều sâu khảo sát, khi khảo sát theo tuyến sẽ xác định được lát cắt địa điện. Trên tuyến khảo sát nơi có giá trị điện trở suất thấp sẽ là đới dập vỡ của đứt gãy địa chất. Khảo sát theo hệ thống tuyến sẽ theo dõi sự phát triển của đới dập vỡ trên diện tích đo vẽ. II.2.5. Phương pháp đo sâu phân cực. Phương pháp đo sâu phân cực được tiến hành đồng thời với đo sâu điện trở tức đo sâu đối xứng VEZ-IP. Phương pháp đo sâu phân cực khảo sát sự biến đổi của tham số phân cực theo chiều sâu. Đá vôi có độ phân cực nhỏ hơn sét, do vậy áp dụng phương pháp này nhằm phân biệt các vị trí đứt gẫy có điện trở suất nhỏ nhưng có sét lấp nhét nên độ phân cực lớn. II.2.6. Phương pháp đo sâu chuyển trường (TEM). Phương pháp đo sâu trường chuyển cũng nghiên cứu điện trở suất biểu kiến theo chiều sâu bằng cách tăng dần thời gian quan sát sau khi ngắt các xung dòng trong vòng dây không nối đất. Do các đối tượng dẫn điện sẽ tạo nên dòng xoáy cảm ứng làm tín hiệu trường chuyển giảm chậm và được ghi nhận tại các điểm đo trên tuyến khảo sát. Khi xử lý tài liệu sẽ thu được lát cắt địa điện và cũng xác định được vị trí đứt gãy địa chất tại nơi có giá trị điện trở thấp. II.2.7. Phương pháp đo sâu cộng hưởng từ hạt nhân. Phương pháp đo sâu cộng hưởng từ hạt nhân là phương pháp đo sâu được kích động bởi trường từ phát qua vòng dây không nối đất. Trường từ này kích động các phân tử nước chứa hyđrô gây nên hiệu ứng chuyển động tuế sai. Lượng phân tử H2O càng lớn, tín hiệu do tần số tuế sai càng mạnh. Ghi tín hiệu này sẽ xác định được hàm lượng chất gây nên trường từ ở các chiều sâu khảo sát và tín hiệu này sẽ càng lớn. Do vậy đây được coi như phương pháp phát hiện trực tiếp dấu hiệu có triển vọng chứa nước. II.2.8. Phương pháp đo sâu từ Tellua âm tần (AMTZ). Phương pháp đo sâu từ Tellua âm tần là phương pháp đo sâu dựa trên hiệu ứng skin, quan sát trường điện từ tự nhiên có nguồn nằm trên tầng điện ly bao quanh trái đất (như hiện tượng dông - sét). Nguồn sóng điện từ tần số ở giải âm tần f=1Hz÷104Hz nằm ở cao hàng trăm km nên truyền tới mặt đất là sóng phẳng và đi vào lòng đất theo phương thẳng đứng. Vì đo cả thành phần điện (Ex, Ey) và thành phần từ Hx ,Hy nên tính được trở kháng Z(ω) và tính được điện trở suất ρT(ω) ở các chiều sâu H khác nhau . Phân tích lát cắt địa điện cho ta bức tranh về cấu trúc địa chất trên tuyến khảo sát. Khi tiến hành khảo sát cần chọn vùng có triển vọng, đo sâu điện trở để xác định đứt gẫy là điểm có triển vọng, sau đó sẽ áp dụng đo sâu TEM, đo sâu phân cực, đo cộng hưởng từ hạt nhân và đo sâu từ Tellua âm tần để khẳng định đứt gãy có chứa nước. II.3. PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU ĐIỆN ĐA CỰC ĐỐI XỨNG WENNER – SCHLUMBERGER. II.3.1. Phương pháp đo sâu đa cực. Phương pháp đo sâu điện đa cực là phương pháp đo sâu mà các điện cực thu, phát được bố trí cách đều nhau một khoảng là a. Khi thực hiện phương pháp đo sâu điện đa cực có thể lần lượt tiến hành đồng thời các phương pháp hai cực, ba cực, bốn cực, lưỡng cực. Đo sâu điện đa cực tùy thuộc vào loại hệ điện cực đo và có một qui trình thu thập số liệu khác nhau được thiết kế cho phù hợp với cách xây dựng bài toán. Việc thiết kế hệ điện cực đo ngoài thực địa phải trùng với các nút lưới tính toán của mô hình lý thuyết. Trên một tuyến đo, các hệ điện cực thường được thiết kế sao cho khoảng cách giữa các điện cực luôn là bội số n của khoảng cách a giữa hai điện cực gần nhất. Quá trình dịch chuyển hệ điện cực theo chương trình được điều khiển trên máy vi tính; số liệu đo được ghi trong bộ nhớ của máy. Tài liệu đo được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng của hãng sản xuất máy. Hình II.6 Lưới rời rạc theo lược đồ sai phân II.3.2. Giải bài toán thuận.. Bài toán thuận đo sâu điện đa cực dựa trên lý thuyết trường điện dòng một chiều thỏa mãn định luật Ohm và Kyrchop. Phương trình cơ bản của bài toán có dạng: div(σgradU)=-Idq (III.1) Với các điều kiện biên về tính liên tục của hàm thế tại ranh giới phẳng về độ dẫn và sự suy giảm của hàm thế theo khoảng cách từ nguồn đến điểm quan sát, ta có: - Tại mặt đất không khí: khi z=0 (III.2a) - Tại mặt ranh giới về độ dẫn: (III.2b) Trong đó: U - Điện thế σ - Độ dẫn điện của môi trường I - Dòng điện - Xung Dirac q - Góc giữa pháp tuyến n và r r - Khoảng cách từ nguồn đến biên ngoài cuả mặt ranh giới Để giải bài toán trên, phương pháp được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất là phương pháp sai phân hữu hạn hoặc phần tử hữu hạn. Phương pháp này có ưu điểm là có khẳ năng xấp xỉ được với những môi trường địa chất phức tạp, đơn giản và đạt độ chính xác cao. Phương pháp giải được tóm tắt như sau: Theo phương pháp sai phân cho mỗi phần tử Sij và các phần tử lân cận đảm bảo các điều kiện biên (III.2) ta sẽ được một hệ phương trình đại số tuyến tính với hàm phổ thế là ẩn số đặc trưng cho trường thế tại điểm nút. ( hình II.6 ). Không có nguồn dòng I Có nguồn dòng I (III.3) với i=1...N, j=1...M, khi Phương trình (III.3) được viết dưới dạng ma trận: (III.4) Trong đó: C- Ma trận hệ số phụ thuộc vào kích thước và tính chất dẫn điện của Sij b- Vectơ số hạng Ieij Gá trị hàm thế U(x,z) được tính thông qua hàm phổ thế từ giải phương trình (III.4) bằng phép biến đổi Fourier ngược: (III.5) Ky- Hàm Macdonal bậc 0 và bậc 1 theo công thức chuỗi Từ các giá trị hàm thế Uij xác định được trên các nút lưới rời rạc do nguồn I gây ra (xem hình III.1), ta tính được giá trị điện trở suất. (III.6) Trong đó: K - Hệ số hệ điện cực DU- Giá trị hiệu điện thế giữa các nút ; I - Cường độ dòng phát. II.3.3. Giải bài toán ngược. Giải bài toán ngược trong đo sâu điện đa cực thực chất là cực tiểu hóa phiếm hàm độ lệch bình phương trung bình giữa các giá trị điện trở suất fi đo được trên tuyến ngoài thực địa và giá trị điện