Địa chấn nông phân giải cao

Địa chấn nông phân giải cao (High Resolution Seismic) là một phương pháp của địa vật lý thăm dò, thực hiện trên mặt vùng nước như biển hay sông hồ, dùng nguồn phát chuyên dụng phát sóng địa chấn trên mặt và thu nhận các sóng phản xạ ở các tầng đất đá dưới sâu.

Nó là dạng rút gọn của Địa chấn phản xạ, là thành phần chủ chốt của khảo sát địa vật lý trong nghiên cứu địa chất biển, tìm kiếm khoáng sản nông ở đáy biển hay hồ. Độ sâu khảo sát tính từ đáy nước vào cỡ 50 m đến ngàn mét tùy theo nguồn phát sóng được sử dụng.[1]

Đo Địa chấn nông phân giải cao (trái) và đoạn băng ghi điển hình (phải)

Nội dung phương pháp

Thiết bị quan sát

Hệ thống đo gồm một nguồn phát xung sóng địa chấn có tần số chính cỡ 70–200 Hz, phát vào nước, và dãy đầu thu sóng địa chấn kiểu điện áp (Hydrophones Group) thu nhận các phản xạ, đặt cách đầu phát một khoảng L, đưa đến máy ghi địa chấn trên thuyền.

Mỗi lần phát (bắn) thu được một đường ghi địa chấn, được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu cùng với số liệu định vị GPS. Khi xuất số liệu ở dạng băng ghi thì nó biểu hiện ảnh hồi âm của đất đá dọc theo hành trình.

Đầu thu

Đầu thu gồm dãy 8 chiếc trở lên các cảm biến sóng kiểu điện áp nối song song. Độ dài của dãy thu được tính toán sao cho nó thu nhận tốt nhất tín hiệu phản xạ từ bên dưới, nhưng lại triệt bớt sóng trực tiếp từ đầu phát sóng. Tất cả được đặt trong ống nhựa Polyurethane (PU), đổ kín dầu Silicone (có thể dùng diesel) không được lẫn bọt khí, và nếu cần thì gắn theo vật nặng để nó lửng lơ trong nước. Ống này thường gọi là con lươn (văn liệu Mỹ: Eel) hay con rắn (tiếng Đức: Schlange, tiếng Nga: Шланговый).[2]

Nguồn phát sóng

Các nghiên cứu sâu, như ở tàu nghiên cứu Hải dương học, thường dùng súng hơi (Air Gun) cỡ trung bình, có tần số chính cao hơn loại dùng trong dầu khí. Hệ thống nén khí là máy nén dùng động cơ cỡ 100 mã lực.[3]

Các nghiên cứu nông hơn thì dùng nguồn phóng điện. Nó gồm có khối tích điện cỡ 4kJ và điện áp 4kV, và hai kiểu đầu phát sóng:

  • Đầu phát phóng điện (Sparker), dùng để phát trong nước mặn. Nó là dãy điện cực, đơn giản nhất là dùng đinh sắt đóng xuyên qua lõi đồng của cáp dẫn điện, hoặc làm thành dàn các đầu dây dẫn hở đầu dây. Khi đóng điện 4kV, các điện cực phóng điện, năng lượng tập trung cao sẽ làm nóng và sinh bóng khí, tạo ra vụ nổ nhỏ, sóng có tần số chính giảm theo kích thước bóng khí. Cường độ sóng tổng là tổng vector các vụ nổ con, nên sẽ có phương ưu tiên. Thiết kế dàn điện cực cần tính các yếu tố này.[4]
  • Đầu phát từ giảo (Boomer), dùng để phát trong nước ngọt. Nó gồm thớt nhôm tròn, bao quanh bởi vòng dây solenoid bằng đồng. Khi phát xung điện lớn vào solenoid, nhôm sẽ co giãn, phát dao động vào môi trường. Kích thước hoạt động của khối nhôm xác định tần số chính của xung, và thường cỡ 120 Hz.[5]

Chú ý rằng các vụ nổ trong nước đều gây ra "cú đập thứ cấp". Sau vụ nổ các bóng khí co lại và dãn tiếp lần thứ hai. Nó có thể gây nhiễu thường trực cho tài liệu.

Xử lý phân tích tài liệu

Các bộ thiết bị thương phẩm đều có phần mềm điều hành đo, và hỗ trợ xác định sóng, tính toán và xuất mặt cắt. Bản thân băng ghi của phương pháp đã thể hiện trực quan hình ảnh các lớp trầm tích đáy, và khá giống với băng ghi của Đo sâu hồi âm (Echo sounding) dùng cho đo độ sâu đáy nước trong giao thông đường thủy.

Các phần mềm xử lý tài liệu địa chấn phản xạ nông đa năng như Sandmeier Reflexw [6], hoặc chuyên cho riêng phương pháp này, hướng vào việc xử lý triệt nhiễu, triệt sóng lặp, và tự động nhận dạng ranh giới theo khởi đầu của người phân tích. Nhờ vậy việc chuyển tài liệu sang mặt cắt địa chất khá thuận lợi.

Tuy nhiên, đánh giá tính chất trạng thái các lớp phải dựa trên xem xét trực quan đặc trưng động lực của sóng trên băng ghi, và phụ thuộc vào kinh nghiệm của người phân tích.[7]

Đối tượng nghiên cứu

Tham khảo

  1. ^ Fundamentals of High Resolution Seismic Surveying. Lưu trữ 2015-02-22 tại Wayback Machine Applied Acoustic Engineering Ltd., 1998.
  2. ^ Geometrics MicroEel Analog Seismic Solid Streamer. Lưu trữ 2015-03-18 tại Wayback Machine Truy cập 25/11/2014.
  3. ^ Krail P. M. Airguns: Theory and operation of the marine seismic source. University of Texas, 2011
  4. ^ Sound Source, Sparkers. Applied Acoustic Engineering Ltd. Brochure, 2009. Truy cập 25 Nov 2014.
  5. ^ Sound Source, Boomers. Applied Acoustic Engineering Ltd. Brochure, 2009. Truy cập 25 Nov 2014.
  6. ^ Reflexw - Sandmeier Scientific Software: Ground Penetrating Radar (GPR) and Seismic Data Processing and Interpretation Software. Sandmeier geophysical research, 2014. Truy cập 25 Nov 2014.
  7. ^ Phạm Năng Vũ. Kết quả áp dụng địa chấn khảo sát phần ngập nước quanh một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa. Tuyển tập công trình khoa học Đại học Mỏ - Địa chất, 35/09, 2001.

Xem thêm

Liên kết ngoài

Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Địa chấn nông phân giải cao.