PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tạp chí ĐỊA CHẤT, loạt A, số 301, 7-8/

I. GIỚI THIỆU CHUNG

Công tác địa vật lý đã được tiến hành ở Liên đoàn Vật lý Địa chất từ những năm 60 của thế kỷ XX. Từ đó đến nay, việc áp dụng các phương pháp địa vật lý không ngừng phát triển, đóng góp tích cực vào việc điều tra cơ bản địa chất, tìm kiếm phát hiện khoáng sản, khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, điều tra tai biến địa chất... Từ việc nghiên cứu cấu trúc, khoanh định các thành tạo địa chất phục vụ lập bản đồ địa chất ở các tỷ lệ khác nhau đến việc tìm kiếm phát hiện khoáng sản và các lĩnh vực khảo sát địa chất khác đều có sự đóng góp quan trọng của công tác địa vật lý. Nhiều mỏ mới đã được phát hiện từ kết quả đo vẽ địa vật lý, như mỏ sắt Thạch Khê, sắt Nà Rụa, fluorit Xuân Lãnh, urani Khe Hoa - Khe Cao, urani Ta Bhinh, vàng Trảng Sim, vàng Sơn Hoà v.v..., và gần đây nhất là phát hiện mới các mỏ magnesit Kon Queng (Gia Lai), sắt Boong Quang (Cao Bằng), quặng vàng có hàm lượng cao ở tây Huế…

Nhiều phương pháp địa vật lý mới đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực điều tra địa chất khác nhau: điều tra địa chất, tìm kiếm, phát hiện khoáng sản, nghiên cứu địa chất thuỷ văn, khảo sát địa chất công trình, điều tra tai biến địa chất và các lĩnh vực khác.

Liên đoàn Vật lý Địa chất là nơi tập trung các loại máy móc thiết bị địa vật lý hiện đại nhất của ngành Địa chất. Các loại máy đặc chủng đều có ở Liên đoàn như: tổ hợp máy địa vật lý từ - phổ gamma hàng không, tổ hợp máy địa vật lý biển nông, máy đo trọng lực, máy địa chấn đa kênh, máy phóng xạ đường bộ, máy phổ gamma, máy đo rađon, máy đo hơi thủy ngân, máy từ proton, máy thăm dò điện… Trong số đó, có những loại máy hiện đại đã được sử dụng hiệu quả ở trong nước và nước ngoài như: máy thăm dò điện SYSCAL-R2 (Pháp), máy địa chấn đa kênh MARK-6 (Thụy Điển), máy đo rađon RDA-200 (Canađa), máy thăm dò điện từ TEM57-MK2 (Canađa)…Năm 2005, Liên đoàn Vật lý Địa chất được trang bị thêm bộ máy địa chấn GEODE (Mỹ), máy gây sóng địa chấn (kiểu rung) loại VIBSIST-50 (Canađa) và máy rađar xuyên đất RAMAC/GPR (Thuỵ Điển), góp phần nâng cao năng lực giải quyết các nhiệm vụ địa chất của Liên đoàn.

Công tác xử lý, phân tích, tổng hợp, luận giải địa chất, biểu diễn tài liệu địa vật lý được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng hiện đại như: Coscad2D.8.0, Coscad.3D, ER.Mapper 5,5, MicroStation, MapInfo, SURFER 8.0. TEMIX (phân tích tài liệu điện từ), Seislmager/2D (xử lý tài liệu địa chấn khúc xạ), SIPQR (xử lý tài liệu địa chấn khúc xạ), WinseisLite (xử lý tài liệu địa chấn phản xạ), GroundVision (thu thập, xử lý tài liệu rađar xuyên đất), Easy 3D (xử lý 3D tài liệu rađar xuyên đất)… tương đương trình độ công nghệ tiên tiến thế giới.

II. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ MỚI TRONG CÔNG TÁC ĐỊA VẬT LÝ

Hoạt động nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới trong công tác địa vật lý đã được Liên đoàn Vật lý Địa chất hết sức coi trọng và đi theo các hướng chính sau:

- Nghiên cứu ứng dụng tiến bộ kỹ thuật về thiết bị, công nghệ mới thu thập số liệu thực địa.

- Nghiên cứu tổ hợp các phương pháp đo vẽ địa vật lý hợp lý cho các đối tượng điều tra tìm kiếm, phát hiện khoáng sản, nghiên cứu địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, tai biến địa chất… trong môi trường địa chất khác nhau.

- Nghiên cứu các phương pháp xử lý, phân tích, liên kết và biểu diễn tài liệu địa vật lý để nâng cao hiệu quả địa chất, kinh tế.

- Chế tạo thử nghiệm các thiết bị địa vật lý.

- Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp địa vật lý trong các lĩnh vực khác.

Trong những năm gần đây, công nghệ GPS được ứng dụng cho công tác xác định vị trí (toạ độ) và độ cao các điểm đo trọng lực thay cho hệ thống xác định độ cao bằng vi áp kế với bộ máy GPS4600LS. Đây là một bước tiến mới có tính đột phá đối với công tác đo vẽ trọng lực. Do việc sử dụng công nghệ GPS, toạ độ của các điểm trọng lực đảm bảo độ chính xác cao rất nhiều lần so với cách định điểm và đồ giải toạ độ trên bản đồ địa hình như cách làm trước đây. Độ cao các điểm trọng lực cũng được xác định chính xác hơn so với đo vi áp kế…

Ngoài việc ứng dụng công nghệ GPS cho công tác bay đo địa vật lý, đo vẽ trọng lực, công nghệ GPS còn được sử dụng trong công tác lộ trình địa chất, đo địa vật lý theo hành trình, xác định toạ độ, độ cao mạng lưới đo vẽ địa vật lý.

Như trên đã nói, công tác phân tích tài liệu địa vật lý gần đây được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng hiện đại, tương đương trình độ công nghệ tiên tiến thế giới. Thông thường, công tác này được tiến hành theo các bước:

1- Phân tích định tính theo diện, theo tuyến bằng các phép biển đổi trường (các phép lọc phổ năng lượng, lọc entropy, lọc tần số, nâng, hạ trường…) nhằm xác định một cách tổng quan quang cảnh địa vật lý - địa chất chung của vùng khảo sát. Kết quả của giai đoạn này là xác định các hệ thống phá huỷ của đứt gãy, khoanh định các khối magma xâm nhập, đặc biệt là các khối xâm nhập ẩn, khoanh định các khối đất đá có trường địa vật lý khác nhau…, từ đó thành lập các sơ đồ cấu trúc địa chất, sơ đồ địa chất theo tài liệu địa vật lý.

2- Phân tích định lượng và bán định lượng (mô hình hoá vật thể 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều…) các dị thường địa vật lý nhằm xác định các thông số của đứt gãy, các khối magma ẩn và đặc biệt là xác định hình dạng, chiều sâu, thế nằm của các thân khoáng.

3- Nhận dạng đối tượng khoáng sản: căn cứ vào các dấu hiệu sinh khoáng (điểm, mỏ quặng…), các đặc trưng dị thường địa vật lý của thân khoáng và những tài liệu khác để lựa chọn mẫu nhận dạng. Việc lựa chọn mẫu nhận dạng tốt đảm bảo tính đúng đắn của kết quả nhận dạng, từ đó thành lập sơ đồ phân vùng triển vọng khoáng sản cho diện tích khảo sát.

Trong quá trình xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý, tài liệu địa chất, khoáng sản là những thông tin tiên nghiệm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Việc kết hợp quá trình xử lý tài liệu địa vật lý với kiến thức địa chất của các chuyên gia địa chất đảm bảo cho kết quả cuối cùng tốt nhất.

III. MỘT SỐ KẾT QUẢ CỦA VIỆC ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ MỚI TRONG ĐO VẼ ĐỊA VẬT LÝ

1. Nghiên cứu địa chất khu vực

Kết quả xử lý, phân tích tổng hợp nâng cao tài liệu bay đo từ phổ gamma và trọng lực trong những năm qua cho thấy:

- Công tác địa vật lý đã giúp nghiên cứu các đứt gãy, phân chia các đới cấu trúc một cách khách quan, có tính toán định lượng. Nhiều đứt gãy sâu theo tài liệu ĐVL đã được theo dõi chính xác, liên tục và xác định được các yếu tố thế nằm của chúng: độ sâu phát triển, hướng cắm, góc dốc biên độ dịch chuyển đứng và theo dõi liên kết từ nông đến sâu.

- Việc phân chia các thành tạo địa chất theo quan sát bình thường rất khó, nhưng bằng tài liệu ĐVL đã phân chia được một cách tin cậy.

Việc phân vùng cấu trúc xem xét được đầy đủ các yếu tố, đặc điểm trường từ trên mặt và dưới sâu, phản ảnh không chỉ cấu trúc địa chất sâu, mà có chú ý đến các thành tạo trên mặt.

Công tác bay đo từ phổ gamma, ngoài việc phát hiện một số khoáng sản là đối tượng trực tiếp như magnetit, ilmenit, titanomagnetit, urani và một số quặng giàu các nguyên tố phóng xạ... còn có thể tìm kiếm, phát hiện gián tiếp các khoáng sản nội sinh, đặc biệt các khoáng sản liên quan đến các quá trình biến đổi thứ sinh.

Cùng với việc giải quyết các vấn đề về điều tra địa chất cơ bản và tìm kiếm khoáng sản, tài liệu bay đo còn được sử dụng có hiệu quả trong công tác nghiên cứu địa chất môi trường, tìm kiếm nước dưới đất ... cũng như nhiều lĩnh vực khoa học, kinh tế khác có liên quan.

2. Điều tra khoáng sản

Công tác bay đo từ phổ gamma đã giúp khoanh định được nhiều vùng có triển vọng khoáng sản khác nhau. Đây là cơ sở cho việc lựa chọn các dị thường để tiến hành đo vẽ địa vật lý mặt đất trong lĩnh vực điều tra khoáng sản, nghiên cứu địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, tai biến địa chất… Trong số các vùng này, ngoài một số vùng phù hợp hoặc gần phù hợp với các diện tích đã được điều tra khoáng sản và vùng mỏ đã biết, còn xác định được nhiều vùng mới cần nghiên cứu tiếp.

Trong số các diện tích có triển vọng khoáng sản được xác định theo tài liệu địa vật lý máy bay, đã xác định được nhiều khu vực có triển vọng khoáng sản trong số các diện tích đã được tiến hành kiểm tra sơ bộ hoặc kiểm tra chi tiết bằng các phương pháp địa vật lý mặt đất.

Nổi bật nhất trong công tác địa vật lý điều tra khoáng sản ở Liên đoàn Vật lý Địa chất trong mấy năm qua là đã phát hiện được 2 mỏ có trữ lượng công nghiệp sau đây:

- Mỏ quặng sắt magnetit có nguồn gốc skarn ở Boong Quang, tỉnh Cao Bằng. Đây là vùng đã được điều tra địa chất, tìm kiếm khoáng sản ở tỷ lệ 1:50.000, nhưng đã không phát hiện được mỏ. Chỉ khi tiến hành đo vẽ địa vật lý mới phát hiện được (Hình 1). Tổ hợp các phương pháp địa vật lý sử dụng gồm: đo từ, đo sâu điện phân cực kích thích, đo trường chuyển, đo trọng lực, khai đào và khoan sâu.

Đã phát hiện được khá nhiều cụm dị thường từ có cường độ cao và lựa chọn 5 cụm dị thường để kiểm tra chi tiết. Kết quả phân tích tài liệu địa vật lý được kiểm tra bằng công tác khai đào và khoan đã xác định các cụm dị thường được chọn để kiểm tra đều liên quan đến 2 loại hình khoáng sản: Fe và Cu-Ni.

Các cụm dị thường ở Phan Thanh, Bó Giới, Suối Củn liên quan đến quặng hoá Cu-Ni. Còn cụm dị thường Lũng Phầy và Boong Quang liên quan đến quặng sắt magnetit.

Tại Boong Quang đã tiến hành khai đào và khoan sâu. Quặng sắt magnetit có nguồn gốc skarn phân bố trong đới tiếp xúc giữa đá granit phức hệ Núi Điệng với đá vôi bị hoa hoá của hệ tầng Bắc Sơn. Tài nguyên dự báo cấp P₁+P₂ được đánh giá gần 3 triệu tấn.

- Mỏ magnesit Kon Queng, tỉnh Gia Lai. Mỏ được phát hiện trên cơ sở kiểm tra chi tiết dị thường địa vật lý hàng không (Hình 2). Quặng được đánh giá bằng công tác đo vẽ địa chất tìm kiếm khoáng sản, đo vẽ địa vật lý và các công trình khai đào, khoan máy trên diện tích khoảng 1 km² tỷ lệ 1:2.000. Quặng magnesit nằm trong cấu trúc uốn nếp Kon Queng chủ yếu là quặng giàu. Thân quặng có dạng lớp, giả vỉa phân bố trong đá phiến sét, đá phiến sét sericit chứa các lớp đolomit.

Trữ lượng và tài nguyên dự báo cấp C₂+P₁ đạt 2 triệu tấn, trong đó cấp C₂ đạt 0,8 triệu tấn.

4. Điều tra địa chất môi trường

Từ năm 2001 đến nay, Liên đoàn Vật lý Địa chất đã tiến hành điều tra địa vật lý môi trường trên các đảo ở vịnh Bắc Bộ, các đô thị ở miền Bắc và ven biển Nam Trung Bộ, đồng thời đã thành lập bản đồ cường độ phóng xạ lãnh thổ Việt Nam tỷ lệ 1/500.000.

Ngoài các phương pháp địa vật lý thông thường (điện, từ…), đã sử dụng các phương pháp đo hơi thuỷ ngân, đo gamma, đo rađon, tổng hoạt độ alpha, lấy và phân tích U, Th, K trong mẫu đất đá, phân tích Ra, U, Th, K trong các mẫu nước.

Bằng tổ hợp các phương pháp địa vật lý, đã xác định các vùng bị nhiễm mặn, vùng có điện trở suất cao cần quan tâm đến việc lắp đặt hệ thống tiếp đất, chống sét. Các phương pháp phóng xạ môi trường đã xác định được tổng liều tương đương bức xạ hàng năm, hàm lượng các nucliđ phóng xạ trong các nguồn nước và nồng độ rađon trong không khí, trong các loại nhà khác nhau của các khu dân cư.

Kết quả điều tra phóng xạ môi trường ở một số vùng thuộc các tỉnh từ Khánh Hoà đến Ninh Thuận, Bình Thuận đã phát hiện được một số vùng dị thường xạ cao như: Xuân Ngọc, xã Vĩnh Phương, TP Nha Trang và Cam Phúc Nam, Cam Ranh. Cả hai dị thường này đều liên quan đến đá granit, có cường độ gamma từ 20 đến 40 µR/h. Dị thường Phan Rí Cửa, Mũi Né liên quan đến sa khoáng ilmenit, có cường độ gamma từ 30 đến 70 µR/h.

5. Điều tra tai biến địa chất

Trong các năm qua, Liên đoàn Vật lý Địa chất đã sử dụng tổ hợp các phương pháp địa vật lý như điện một chiều, địa chấn khúc xạ, đo rađon, hơi thuỷ ngân phục vụ các đề án: Điều tra tai biến địa chất Tây Nguyên, Tây Bắc Bộ, Nam Trung Bộ. Đồng thời, Liên đoàn cũng chủ trì thực hiện đề tài KHCN cấp Bộ “Nghiên cứu xác lập tổ hợp các phương pháp địa vật lý trong điều tra tai biến địa chất”.

Kết quả thực hiện 3 đề án tai biến địa chất đã chỉ ra nhiều vùng sụt đất, nứt đất, phun tro núi lửa ở Gia Lai, Kon Tum và Đắk Lắk, các đứt gãy hoạt động ở vùng Tây Bắc Bộ như đứt gãy Tủa Chùa - Tuần Giáo, đứt gãy Điện Biên - Lai Châu. Với các tài liệu khảo sát, đã xác định được các đứt gãy này đang hoạt động với mức độ mạnh và rất mạnh.

Các tài liệu khảo sát trong đề án “Tai biến địa chất ven biển Nam Trung Bộ” cho kết quả ban đầu là các đứt gãy Nha Trang, Cam Ranh, Hàm Tân - Thuận Hải cũng đang trong giai đoạn hoạt động, mức độ từ trung bình đến mạnh.

Đầu năm 2006, Liên đoàn Vật lý Địa chất đã phối hợp với Liên đoàn Địa chất Bắc Trung Bộ tiến hành nghiên cứu hiện trạng, nguyên nhân và dự báo các vùng sụt đất ở Cam Lộ, Đông Hà (Quảng Trị). Đây có thể được coi là thành công lớn của công tác địa vật lý trong điều tra tai biến địa chất. Bằng các phương pháp điện trở và rađar xuyên đất, đã xác định được chính xác các vị trí và diện tích có nguy cơ sụt đất, sạt lở đất.

6. Nghiên cứu khoa học công nghệ

Hoạt động nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực địa vật lý đã được Liên đoàn Vật lý Địa chất hết sức coi trọng và tiến hành theo các hướng chính sau:

- Nghiên cứu ứng dụng tiến bộ kỹ thuật về máy móc, công nghệ thu thập, liên kết và biểu diễn tài liệu địa vật lý. Công nghệ này đã giúp cho việc xây dựng các bản đồ trường địa vật lý được hoàn thành ngay sau khi kết thúc mùa thực địa.

- Nghiên cứu tổ hợp các phương pháp đo vẽ địa vật lý hợp lý cho các đối tượng điều tra (tìm kiếm, phát hiện khoáng sản, nghiên cứu địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, tai biến địa chất…) trong môi trường địa chất khác nhau.

- Nghiên cứu các phương pháp xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý để nâng cao hiệu quả địa chất, kinh tế. Một trong những thành công đáng kể của lĩnh vực này là đã nghiên cứu sử dụng có hiệu quả các phần mềm hiện đại của nước ngoài trong xử lý, phân tích và biểu diễn tài liệu địa vật lý như: COSCAD 8.0, COSCAD3D Idrisi, MicroStation, MapInfo; ER.EMAPER 5.5; bộ chương trình trường thế; các chương trình phân tích định lượng 2D, 3D cho tài liệu từ, trọng lực, điện; các phần mềm dẫn đường cho máy GPS hàng không…

- Chế tạo thử nghiệm các thiết bị địa vật lý.

- Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp địa vật lý trong các lĩnh vực khác.

Đi theo hướng trên, trong những năm qua, công tác nghiên cứu ở Liên đoàn Vật lý Địa chất đã đạt được những thành công đáng kể, chẳng hạn như áp dụng phương pháp điện từ bằng bộ máy TEM57-MK2 trong tìm kiếm quặng sắt, quặng sulfur, tìm kiếm nước dưới đất; phương pháp đo hơi thuỷ ngân trong tổ hợp phương pháp khảo sát, tìm kiếm; áp dụng công nghệ ghi số trong thu thập số liệu thực địa; áp dụng hệ thống định vị trong việc xác định toạ độ, độ cao điểm đo địa vật lý; tổ hợp đo địa vật lý ngoài trời để tìm kiếm quặng sắt, Cu-Ni, chì-kẽm, đa kim…, tổ hợp phương pháp xử lý, phân tích tài liệu từ phổ, trọng lực để nghiên cứu địa chất cơ bản, điều tra khoáng sản…; nghiên cứu áp dụng thành công các phương pháp phân tích định lượng theo mô hình 2D, 3D tài liệu từ, trọng lực, các phương pháp xử lý mới trong địa chấn, điện, điện từ…

Từ năm 2001 đến nay, Liên đoàn Vật lý Địa chất đã thực hiện 4 đề tài KHCN trong các lĩnh vực: điều tra đánh giá và đề xuất hướng phát triển công nghệ ĐVL trong Bộ TN&MT, tự động hoá quá trình xử lý, biểu diễn, lưu trữ tài liệu ĐVL, nghiên cứu áp dụng phương pháp mới, chế tạo từng phần máy ĐVL….

Các đề tài này đã đạt được những thành công đáng ghi nhận, trong đó nổi bật nhất là bước đầu đã nghiên cứu chế tạo thành công nguồn phát sóng âm kiểu boomer và sparker trong đo vẽ địa chấn phân giải cao trên biển, ao hồ, sông, lạch…(Hình 3). Bước đầu nghiên cứu chế tạo bộ thu tín hiệu địa chấn và bộ tích năng lượng (nguồn cung cấp năng lượng cho đầu phát sóng âm boomer và sparker). Hiện nay, Liên đoàn dự kiến nghiên cứu chế tạo thử tổ hợp máy địa chấn phân giải cao để khảo sát địa chất trên đất liền và trên các vùng bị ngập nước (biển nông, sông, hồ…).