Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9422:2012 về Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9422 : 2012

ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ THĂM DÒ KHOÁNG SẢN - PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN

Investigation, evaluation and exploration of minerals - Nuclear magnetic resonance method

Lời nói đầu

TCVN 9422 : 2012 - Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản - Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân - do Tổng cục Địa chất và Khoáng sản biên soạn, Bộ Tài nguyên và Môi trường đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ THĂM DÒ KHOÁNG SẢN - PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN

Investigation, evaluation and exploration of minerals - Nuclear magnetic resonance method

1. Định nghĩa phương pháp, phạm vi áp dụng

1.1. Nguyên tắc của phương pháp

Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp thăm dò điện từ, dựa trên việc nghiên cứu các đặc điểm trường từ do các hạt nhân nguyên tử Hydro có trong nước tạo ra sau khi hấp thụ năng lượng của xung điện từ đặt bên ngoài với tần số cộng hưởng thích hợp do một khung dây tạo ra. Trường từ thứ cấp đo được sau khi ngắt xung điện từ phụ thuộc vào độ lớn moment xung phát và đặc điểm phân bố nước trong lát cắt địa chất bên dưới.

Thay đổi độ lớn các moment xung phát cho phép thay đổi độ sâu nghiên cứu của phương pháp. Hiện nay phương pháp CHTHN là phương pháp địa vật lý duy nhất khảo sát trực tiếp nước ngầm.

1.2. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các nội dung kỹ thuật chủ yếu mà các tổ chức và cá nhân cần phải thực hiện khi sử dụng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) trong điều tra, đánh giá địa chất và thăm dò khoáng sản.

2. Tài liệu viện dẫn

TCVN 9434 : 2012. Công tác trắc địa phục vụ đo địa vật lý. 2012.

3. Thuật ngữ và định nghĩa

3.1. Tần số Lamor f₀

Tần số phát xung vào khung dây để tạo ra cộng hưởng từ với hạt nhân của Hydro trong nước. Giá trị tần số Lamor tỷ lệ với cường độ từ vùng khảo sát.

3.2. Thời gian phát xung T_p

Hay còn gọi thời gian của xung: thời gian phát xung dòng cường độ l₀, tính bằng miligiây [ms]

3.3. Môment xung q

Thường ký hiệu q, bằng tích của cường độ dòng phát với thời gian phát xung:

q = l₀.T_p[A.ms]

3.4. Số lượng môment xung Q

Đại lượng đặc trưng để tăng chiều sâu nghiên cứu. Giá trị có thể thay đổi tuỳ chọn từ 4 đến 40 với cường độ từ 30 A.ms đến 30000A.ms Khi Q càng lớn thì chiều sâu nghiên cứu của phương pháp ĐSCHT càng lớn.

3.5. Hằng số thời gian suy giảm T₂

Đại lượng đặc trưng cho mức độ suy giảm của trường từ cộng hưởng sau khi ngắt xung dòng.

3.6. Tỷ số tín hiệu/nhiễu

Thường ký hiệu S/N: tỷ số biên độ tín hiệu điện từ có ích, phản ảnh đối tượng nghiên cứu và biên độ nhiễu điện từ.

3.7. Nhiễu ngoài (External Noise)

Trong các tài liệu thường ký hiệu EN: các loại nhiễu do các nguồn bên ngoài máy đo gây ra như đường dây điện, đường sắt, hàng rào kim loại, v.v…

3.8. Nhiễu máy (Instrumental Noise)

Thường ký hiệu IN: nhiễu xuất hiện do các nguyên nhân nội tại của máy thu.

3.9. Độ phân giải hình học

Độ sâu hoặc chiều dày tầng chứa nước mà phương pháp CHTHN có thể xác định, phát hiện được.

3.10. Tần số hiệu dụng

Thường ký hiệu f_e. Do sự không đồng nhất của trường từ địa phương tại điểm đo CHTHN nên tần số tín hiệu đo được ở các moment xung khác nhau sẽ khác nhau. Giá trị đó gọi là tần số hiệu dung của tín hiệu.

3.11. Cửa sổ tín hiệu

Một phần trên màn hình máy đo để thể hiện và theo dõi sự thay đổi của tín hiệu đo được trong quá trình phát xung.

3.12. Harmonic

Thành phần tần số của trường điều hòa.

3.13. Inversion

Phép nghịch đảo: từ số liệu suy ra mô hình địa chất.

4. Máy và thiết bị

4.1. Yêu cầu máy và thiết bị

Máy và thiết bị chủ yếu dùng trong phương pháp CHTHN gồm có: máy thu tín hiệu, khối vi xử lý và khung dây làm nhiệm vụ phát và thu. Ngoài ra còn có máy xách tay để quan sát và xử lý số liệu.

4.2. Máy đo cộng hưởng từ hạt nhân

Để thực hiện đo sâu cộng hưởng từ hạt nhân, có thể sử dụng một số loại máy sau (hoặc các loại có tính năng tương đương):

- NUMIS Plus của hãng Scintrex, Canada

- NUMIS Lite của hãng IRIS, USA

4.3. Các thiết bị hỗ trợ

4.3.1. Từ kế proton (hoặc máy tương đương): để xác định trường từ B_o tại vị trí đo CHTHN

4.3.2. GPS: máy định vị vệ tinh (hoặc loại tương đương) để xác định vị trí, toạ độ điểm đo

4.3.3. Máy đo nhiễu

4.3.4. Đồng hồ đo độ từ cảm

4.4. Các phần mềm sử dụng

Để xử lý, phân tích tài liệu, ngoài phần mềm đi kèm máy, có thể sử dụng các phần mềm ngoài sau đây:

- SAMOVAR

5. Công tác thực địa

5.1. Điều kiện áp dụng

5.1.1. Trường địa từ ở khu vực khảo sát phải đồng nhất, không thay đổi quá 20 nT trong diện tích khung dây đo. Không thể dùng ĐSCHT trong vùng đất đã có từ tính lớn như bazan. Nói chung giá trị độ từ cảm phải nhỏ hơn 10^-3 - 10^-2 SI.

5.1.2. Nhiễu điện từ phải nhỏ hơn khoảng 1 μV trong khung dây với cạnh 100m. Không thể đo khi nhiễu điện từ mạnh như khi bão từ, giông hoặc như ở khu công nghiệp, thị trấn, trạm biến thế điện; chỉ có khả năng đo cách xa đường dây tải điện khoảng trên 300 m phụ thuộc vào mức độ nhiễu điện từ và lượng nước ngầm cũng như chiều sâu của nước ngầm cũng như không thể đo ở nơi có vật thể bằng sắt (máy khoan, ống chống bằng sắt, ống dẫn kim loại, cáp điện ngầm…).

5.1.3. Độ sâu khảo sát tối đa là 150 m trong những điều kiện thuận lợi.

5.1.4. Địa hình vùng khảo sát không phân cắt quá phức tạp để có thể trải khung dây và khuân vác thiết bị, thường là địa hình loại I đến III theo phân loại địa hình đối với các công tác địa vật lý.

5.1.5. Khi dùng phương pháp đo sâu CHTHN để tìm kiếm nước thì thể tích nước (chẳng hạn, trong karst, tầng chứa nước) phải đủ lớn và không nằm sâu quá khoảng 10 tới 35 m [5].

5.1.6. Một điểm ĐSCHT trong khảo sát nước karst mất khoảng từ vài tiếng đồng hồ có khi đến một ngày đêm, do đó phải dùng các phương pháp địa vật lý khác (thường là đo sâu điện) đi trước để xác định vùng dị thường có triển vọng cần thực hiện ĐSCHT.

5.2. Công tác chuẩn bị

5.2.1. Nhân lực cần thiết cho 01 tổ thi công thực địa phương pháp CHTHN gồm: 01 kỹ sư địa vật lý, 02 kỹ thuật địa vật lý và từ 02 - 04 công nhân giúp việc.

5.2.2. Phải phổ biến an toàn lao động và thiết bị cho mọi người tham gia thi công đo CHTHN và thông báo với chính quyền địa phương.

5.2.3. Máy sử dụng  (NUMIS Plus) phải được kiểm tra định kỳ cũng như trước khi tiến hành công tác thực địa theo hướng dẫn sử dụng máy.

5.2.4. Thu thập và tổng hợp các tài liệu địa chất, địa hình thuỷ văn, địa vật lý có ở vùng khảo sát và phải kiểm tra mức độ nhiễu điện từ bằng máy đo nhiễu tại thực địa để xem có thể tiến hành đo CHT được hay không.

5.2.5. Khảo sát bằng phương pháp địa vật lý (chủ yếu là đo sâu điện) để xác định vùng triển vọng cần thực hiện đo CHT.

5.2.6. Đo vẽ từ vùng diện tích các khung dây khi nghi có dị thường từ. Chọn tuyến và đo bằng từ kế proton vùng các khung dây dự kiến, tuyến các nhau khoảng 50 m, các điểm đo trên tuyến cách nhau 20 m, để chọn diện tích trải khung dây sao cho trong mỗi khung dây cường độ trường từ không thay đổi quá 20 nT.

5.2.7. Khi cần ĐSCHT thì phải chọn thời gian không có giông để thi công. Vào mùa giông cần chọn thời gian đo sao cho thích hợp, nên bắt đầu đo từ khoảng 4-5 giờ sáng.

5.3. Chọn mạng lưới đo

5.3.1. Yêu cầu mạng lưới đo

Tỷ lệ và mạng lưới đo trong phương pháp CHTHN được chọn phù hợp với tỷ lệ và yêu cầu nghiên cứu điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản.

Có thể tham khảo quy định về mạng lưới đo của phương pháp đo sâu điện trở hoặc đo sâu trường chuyển.

5.3.2. Công tác trắc địa

Công tác trắc địa phục vụ thiết kế và xác định mạng lưới tuyến đo, điểm đo trong phương pháp CHTHN thực hiện theo "TCVN9434 : 2012: công tác trắc địa phục vụ đo địa vật lý".

5.3.3. Chọn và nhập tham số đo ban đầu trong thu thập số liệu

5.3.3.1. Việc chọn và nhập các tham số đo ban đầu trong thu thập số liệu cộng hưởng từ có ý nghĩa quyết định tới chất lượng số liệu ĐSCHT.
5.3.3.2. Trước hết cần lấy lại giờ trên máy vi tính điều khiển đo và cho đúng giờ địa phương. Lấy lại so sánh giờ trên máy vi tính giúp cho việc xử lý số liệu như liên hệ với thời gian đo biến thiên từ hoặc so sánh với tài liệu từ quốc tế (đài PhúThuỵ).

5.3.3.3. Chọn khung dây và kích thước:

- Theo hình học, khung dây có dạng tròn và vuông. Khung dây tròn dùng chủ yếu để nghiên cứu khoa học nhằm so sánh chính xác với kết quả tính toán lý thuyết  khi vùng đo tương đối phẳng, không vướng cây cối. Trong thực tế thường dùng khung dây vuông hoặc khung dây số tám vuông, song khi địa hình không bằng phẳng thì kéo giãn ra xung quanh để cố gắng đảm bảo diện tích khung dây mà không thay đổi đột ngột mặt bằng của khung dây.

- Theo tính chất khử nhiễu điện từ, khung dây chia làm 3 loại, khung không khử nhiễu (gọi tắt là khung dây), khung bù (compensation loop, ký hiệu Cx) và khung dây số 8. Tuỳ theo mức độ nhiễu điện từ tăng lên mà dùng khung vuông, khung bù vuông, khung dây số 8 vuông. Khi dùng khung dây số tám phải tạo ra sự đối xứng tốt nhất có thể của khung dây liên quan với nguồn nhiễu chính. Khi tìm kiếm đối tượng ít nước (như nước karst) thường hay dùng khung số 8 vuông.

+ Kích thước khung dây chọn theo độ sâu khảo sát và số lượng đoạn dây (tời) cũng như chiều dài mỗi đoạn.

5.3.3.4. Khi chọn khung dây trong điều kiện môi trường điện trở suất cao và tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N ≥ 5 phải tính tới các yếu tố sau:

a. Trong môi trường điện trở suất cao thì độ sâu khảo sát lớp nước lớn nhất xấp xỉ bằng đường kính của khung dây tròn hoặc cạnh khung dây vuông. Nếu dùng khung dây số tám, độ sâu lớn nhất bằng đường kính (cạnh) của một phần hình số tám.

b. Độ phân giải hình học (độ sâu và chiều dày) lớp nước có thể đạt tới chiều sâu xấp xỉ bằng nửa đường kính của khung dây tròn hoặc nửa chiều dài cạnh khung dây vuông. Nếu dùng khung dây số tám thì độ phân giải hình học lớp nước có thể đạt tới chiều sâu xấp xỉ bằng đường kính hoặc cạnh của một phần khung dây số tám.

c. Tại cùng một địa điểm thì có thể nâng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) lên 5 hoặc 10 lần bằng cách dùng khung dây số tám thay cho khung dây tròn (hoặc vuông).

Bảng 1: Ví dụ các khung dây với chiều dài dây điện 300m

5.3.3.5. Độ sâu khảo sát phụ thuộc vào điện trở môi trường và tỷ số tín hiệu trên nhiễu

• Trong điều kiện môi trường điện trở suất thấp và tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N < 5 thì độ sâu khảo sát d và độ phân giải theo chiều thẳng đứng giảm đi [5].

• Độ sâu khảo sát (d(m)) trong nửa không gian đồng nhất phụ thuộc vào điện trở suất ρ (d tăng khi ρ tăng) của môi trường và nhiễu điện từ (e_N(nV), e_N tăng làm d giảm); thí dụ với khung dây vuông 100 m x 100 m, độ từ khuynh l = 46^o, e_N < 10 thì d ≈ 90 m với ρ ≈ 10 và d » 40 với ρ = 1; khi nhiễu điện từ tăng e_N = 40 thì d ≈ 66 m với ρ = 10 và d ≈ 28 với ρ = 1.

5.3.3.6. Nhập và chọn tần số Larmor f_o (Hz)

• Theo lý thuyết hai tham số tần số Larmor f_o và trường từ trái đất B_o liên quan với nhau theo biểu thức f_o = (*), khi nhập một trong hai tham số đó máy sẽ tự động tính theo (*) để cập nhật tham số kia. Giá trị tần số Larmor được tính theo:

f_0PD (Hz) = 0.0426 B_o (nT)            (**)

• Nhập giá trị tần số Larmor f_o [Hz] hoặc từ trường trái đất [nT] theo kết quả đo bằng từ kế proton ở điểm ĐSCHT. Do sự không đồng nhất của trường từ địa phương nên các tần số hiệu dụng f_e của tín hiệu cộng hưởng từ đo được trong ĐSCHT ở các momen xung sẽ khác nhau. Sự khác biệt giữa 2 tần số đó không được vượt quá  ± 1 Hz, do vậy phải theo dõi trong quá trình đo thử để chọn ra tần số hiệu dụng f_e hay gặp (nhất là ở vùng cực đại của đường cong ĐSCHT) phù hợp với trường từ địa phương trong ĐSCHT thực tế sau này dùng cho cả vùng.

5.3.3.7. Chọn số lượng momen xung và các tham số của momen xung

- Số lượng momen xung (Q) có thể thay đổi từ 4 đến 40 với các giá trị từ 30 A·ms đến 30000 A·ms. Trong sản xuất thì số momen xung tối ưu là 16 và được để mặc định.

- Thời khoảng của xung có thể thay đổi trong khoảng (10 ÷ 80) ms, tuỳ theo loại máy (ví dụ với máy NUMIS PLUS là 40 ms).

- Thời gian ghi chọn trong dải các hằng số thời gian suy giảm cực đại cho vùng chứa nước điển hình khu vực khảo sát, thường dùng 240 ms cho tầng chứa nước trầm tích bở rời và > 500 ms cho hang karst chứa nước, sông ngầm. Khi bắt đầu đo ở một địa điểm mới hãy đo với thời gian ghi dài để sau này điều chỉnh.

- Chọn trễ (thời gian) để đo hằng số thời gian suy giảm T₁. Hằng số thời gian suy giảm T₁ có ưu điểm so với hằng số thời gian suy giảm  ở chỗ T₁ chỉ phụ thuộc vào kích thước lỗ hổng trung bình của lớp đất đá chứa nước. Thường T₁ lớn hơn  từ 2 đến 4 lần, để đo được T₁ cần phát 2 xung dòng điện cách nhau một khoảng thời gian  sao cho  <  < T₁.

5.3.3.8. Chọn số lần cộng dồn N_s

* Thực hiện cộng dồn nhằm tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu. Ban đầu chọn tự động, sau đó xem kết quả rồi điều chỉnh.

* Có thể tham khảo bảng dự báo số lần cộng dồn N_s phụ thuộc vào nhiễu điện từ và biên độ tín hiệu cộng hưởng từ dưới đây:

5.3.3.9. Dải tín hiệu đầu vào

Dải tín hiệu đầu vào (4 000 đến 200 000 nV) dùng tự động lựa chọn, trừ trường hợp số lần cộng dồn xấu lặp lại thì phải tăng tín hiệu đầu vào.

5.4. Đo thử

5.4.1. Mục đích

Đo thử nhằm đánh giá sơ bộ mức độ nhiễu điện từ để chọn loại khung dây thích hợp với nhiễu, có tín hiệu cộng hưởng từ hay không (nhiệm vụ chính), số lần cộng dồn N_s cần thiết để tách được tín hiệu khỏi nhiễu, mối liên hệ thời khoảng của xung với hằng số thời gian suy giảm, khi đo T₁ cần chọn trễ (thời gian) hợp lý (sao cho  <   < T₁), tần số hiệu dụng f_e tương đối ổn định.

5.4.2. Cách làm

- Chọn số moment xung q: thường chọn là 5

- Chọn số lần cộng dồn N_s: thường từ 32 đến 64

- Quan sát nhiễu và tín hiệu đồng thời kiểm tra hệ số khuếch đại R_x

- Điều chỉnh các tham số q, N_s, R_x để tương quan tín hiệu trên nhiễu là tốt nhất

5.4.3. Xử lý kết quả đo thử

• Tín hiệu cộng hưởng từ đo thử sẽ có 2 đặc điểm sau:

- Đường tín hiệu cộng hưởng từ có xu hướng chung là nằm trên đường nhiễu đã được cộng dồn.

- Đường tín hiệu cộng hưởng từ phải có xu hướng giảm dần theo thời gian.

• Xem xét kết quả phân tích phổ biên độ sau cộng dồn. Nói chung nó phải có tần số hiệu dụng f_e gần với tần số Larmor (không sai khác quá 1 Hz)

• Khi nhiễu điện từ mạnh phải phân tích phổ biên độ để biết loại nhiễu (ngẫu nhiên, sóng hài của nhiễu công nghiệp 50 Hz…) tần số của sóng hài cũng như tín hiệu cộng hưởng từ.

• Nếu kết quả đo thử cho thấy nhiễu điện từ thấp so với tín hiệu thì chuyển sang đo sản xuất.

5.5. Đo đạc thực địa

5.5.1. Các việc thực hiện tại vị trí một điểm đo sâu

5.5.1.1. Đo để xác định các thông số, đánh giá khả năng thu tín hiệu

- Đo trường địa từ B_o để xác định tần số Larmor. Khi các (B_o)_i khác nhau quá 10 nT thì phải đo lại để lấy giá trị trung bình. Khi các giá trị (B_o)_i khác nhau quá 20 nT do biến thiên địa từ mạnh, bão từ hoặc giông thì không thể ĐSCHT được, ngừng thi công, bảo vệ máy và theo dõi biến thiên địa từ.

- Đo độ từ cảm: Đo độ từ cảm để biết cường độ từ hoá của mặt đất hoặc vết lộ để đánh giá khả năng đo tín hiệu cộng hưởng từ theo giá trị độ từ cảm. Quan hệ thường là như sau:

+ Nhỏ hơn 10^-3 SI: ĐSCHT thông thường là tốt.

+ Từ 10^-3 - 10^-2: ĐSCHT có thể tốt hoặc không, tuỳ từng vị trí.

+ Lớn hơn 10^-2 SI: thường gặp ở đá núi lửa (như bazan), không quan sát được tín hiệu cộng hưởng từ của nước.

- Việc đo được thực hiện theo 2 tuyến đo vuông góc với nhau qua tâm điểm đo, cách nhau 10 m một điểm.

5.5.1.2. Thực hiện đo sâu đầy đủ của 1 điểm ĐSCHT

Sau khi thực hiện các việc nêu ở điều 5.5.1.1 trên thì bắt đầu ĐSCHT với 16 momen xung. Ở giai đoạn đo sâu đầy đủ phải lấy giá trị tần số hiệu dụng phổ biến ở phần cực đại của đường cong ĐSCHT trong đo thử để làm tần số Larmor f_o.

- Theo dõi và điều chỉnh các tham số trong quá trình đo sao cho nhiễu đã cộng dồn nhỏ so với tín hiệu, ổn định và đường cong đo sâu đều đặn, cũng như tần số của tín hiệu đo được không lệch quá tần số Larmor ± 1 Hz.

- Ngay sau khi đo xong các momen xung thì một file *.inpđược tạo ra, tổng hợp các thông số chính đã thu thập được của các momen xung (với ghi chú bên dưới) có dạng như sau:

Ghi chú:

- Dòng thứ nhất: Site: moc chau 1 - Địa điểm ĐSCHT,

- Dòng thứ hai: Loop (khung dây): 4 (khung dây số tám, vuông) - 75.0 (chiều dài cạnh hình vuông) Date (Ngày đo): 11/28/2005 (ngày 28 tháng 11 năm 2005).

- Dòng thứ ba: tiêu đề của các cột số liệu bên dưới, gồm N: số thứ tự momen xung, q: giá trị momen xung tính theo A·ms, e: biên độ tín hiệu cộng hưởng từ, t2: giá trị  (ms), noise: nhiễu (nV), Udc: điện áp một chiều (V), freq: tần số (Hz), phase: pha (độ).

5.5.2. Đo biến thiên trường điện từ khi ĐSCHT kéo dài

Khi khảo sát các đối tượng ít nước (karst, bãi thải…) kéo dài (khoảng hơn 5 tiếng đồng hồ) thì cần đo biến thiên địa từ 30 phút một lần, mỗi lần lấy 3 giá trị để tính trung bình theo thời gian chính xác để có thể so sánh với đài Phú Thuỵ, phục vụ giải thích sự thay đổi tần số của tín hiệu đo.

Mẫu sổ đo biến thiên địa từ thể hiện ở Phụ lục 3.

5.6. Đo kiểm tra chất lượng tài liệu

Không thể đánh giá theo đo lặp lại như các phương pháp địa vật lý khác vì trường địa từ, nhiễu địa từ thay đổi theo thời gian. Cho đến nay chưa có chấp nhận chung về đánh giá chất lượng số liệu, nhưng đều thống nhất dựa vào tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N).

6. Công tác trong phòng

6.1. Đánh giá chất lượng số liệu đo đạc

6.1.1. Chất lượng tài liệu thu được bằng phương pháp CHTHN trước hết phải tuân thủ theo các yêu cầu kỹ thuật của các loại máy sử dụng (NUMIS Plus).

6.1.2. Có thể sử dụng cách đánh giá sau:

- S/N > 20 là cực tốt nhưng hiếm gặp,

- S/N > 5 là tin cậy phù hợp cho nghịch đảo,

- S/N ≈ 1 thường chỉ cho thông tin hữu ích về lượng nước và độ sâu trung bình nhưng với hằng số tuy giảm kém tin cậy,

- S/N nhỏ hơn 1 rất nhiều thì ĐSCHT ít hữu ích do không đáng tin cậy.

- Tuy nhiên trong môi trường điện trở suất cao, với S/N ít nhất bằng 1, thì khả năng ĐSCHT tin cậy là cao [5].

6.2. Chỉnh lý tài liệu

Các số liệu thu thập ngoài thực địa trước khi đưa vào xử lý, phân tích phải được kiểm tra, chỉnh lý:

- Kiểm tra các sổ nhật ký, ghi chép đảm bảo không nhầm lẫn về vị trí, tên các điểm đo, tuyến đo v.v…

- Kiểm tra chất lượng các điểm đo từ màn hình trên máy đo

- Chuyển số liệu từ máy đo sang máy tính có cài phần mềm để xử lý, phân tích

7. Giải đoán kết quả

7.1. Trình tự giải đoán

Trình tự chung giải đoán kết quả một điểm ĐSCHT gồm các công đoạn sau:

- Lọc nhiễu bằng bộ lọc số

- Nghịch đảo (inversion) và mô hình hoá số liệu

7.2. Các phương pháp xử lý, phân tích tài liệu

7.2.1. Xử lý nghịch đảo và mô hình hoá số liệu ĐSCHT

7.2.1.1. Xử lý số liệu bằng lọc số

- Số liệu ĐSCHT sau khi thu thập, mặc dù đã dùng các biện pháp chống nhiễu điện từ ở thực địa như dùng khung dây số tám, cộng dồn vẫn còn dính nhiễu nên phải xử lý bằng lọc số. Có thể sử dụng phần mềm SAMOVAR để thực hiện lọc số.

- Sau lọc số, các số liệu có thể được nghịch đảo và mô hình hoá 1D tuỳ theo chất lượng số liệu.

7.2.1.2. Đặc điểm tương đương trong môi trường 1D

Kết quả nghịch đảo 1D cho sự phân bố hàm lượng nước tính theo phần trăm theo chiều sâu w% (z) tính từ mặt đất (z = 0) và thời gian suy giảm  và T₁ của các lớp chứa nước. Kết quả nghịch đảo 1D trong ĐSCHT có đặc điểm là đỉnh lớp nước nông nhất và thể tích nước được xác định đáng tin cậy.

7.2.1.3. Điều kiện ứng dụng nghịch đảo 1D

- Có thể dùng phần mềm 1D hiện nay khi kích thước của dị thường dưới mặt đất bằng hoặc lớn hơn khung dây, ngược lại thì kết quả nghịch đảo mắc sai số lớn.

- Sự xấp xỉ theo mô hình 1D được đảm bảo khi khung dây cách cấu trúc 2D một khoảng cách bằng đường kính của khung dây hoặc cấu trúc 2D mở rộng ra 2 lần đường kính của khung dây.

7.2.2. Phân tích tài liệu ĐSCHT

7.2.2.1. Phần mềm nghịch đảo SAMOVAR 1D dựa trên giả thiết môi trường 1D, điện trở suất cao, tốc độ suy giảm trung bình, mặt địa hình bằng phẳng. Do vậy khi phân tích tài liệu ĐSCHT 1D thực tế không tuân thủ các giả thiết đó thì cần cân nhắc các ảnh hưởng của chúng cũng như ảnh hưởng 2D tới kết quả nghịch đảo.

7.2.2.2. Lưu ý các ảnh hưởng khi sử dụng phần mềm nghịch đảo SAMOVAR.

7.2.2.2.1. Ảnh hưởng của điện trở suất trong nghịch đảo 1D

Với khung dây 100 m thì điện trở suất Rho ≥ 100 Ω·m. không ảnh hưởng tới kết quả nghịch đảo. Khi Rho < 100 W•m thì kết quả nghịch đảo cho lớp nước nằm sâu hơn và hàm lượng nước nhỏ hơn, đặc biệt mắc sai số lớn khi Rho < 10 W•m.

7.2.2.2.2. Ảnh hưởng của hằng số suy giảm trung bình

Việc phân tích số liệu hằng số suy giảm theo thời gian chỉ được thực hiện bằng một hằng số, nghĩa là giả thiết chỉ có một hằng số suy giảm trung bình cho mỗi lớp chứa nước. Thực tế là hằng số suy giảm của các lớp khác nhau.

7.2.2.2.3. Ảnh hưởng của địa hình trong nghịch đảo 1D

Việc nghịch đảo ĐSCHT theo SAMOVAR dựa trên giả thiết mặt đất và mặt phân giới giữa lớp nước và cách nước là bằng phẳng và song song với nhau. Thực tế thường gặp địa hình phức tạp. Với loại khung dây đơn (nghĩa là một khung dây làm nhiệm vụ phát và thu) thì ảnh hưởng địa hình là nhỏ so với sai số của phép đo nên có thể bỏ qua.

7.2.2.2.4. Ảnh hưởng màn chắn của lớp nước nông với hàm lượng nước lớn đối với lớp sâu hơn trong nghịch đảo 1D

Khi có lớp nước nông thì không khảo sát được lớp nước dưới sâu với hàm lượng nước nhỏ hơn so với lớp nước bên trên. Như vậy trong vùng đá cứng thì chỉ có thể khảo sát lớp nước trong đá phong hoá nằm bên trên, chứ không thể khảo sát lớp nước trong đá cứng nứt nẻ nằm dưới.

7.2.2.2.5. Ảnh hưởng của sự tương đương đường cong ĐSCHT tới việc thiết kế lỗ khoan kiểm tra

Hàm lượng nước và độ dày lớp nước được xác định tốt hơn khi lớp nước gần khung dây. Khi lớp nước ở độ sâu lớn hơn nửa kích thước khung dây thì lớp nước dầy 10 m không thể xác định chính xác.

7.2.2.2.6. Ảnh hưởng của số chuyển dịch tần số

Trong thực tế xung trường điện từ điều hoà không bao giờ vuông vắn hình chữ nhật, nên có các sóng hài cơ bản (bậc nhất, first harmonic), bậc hai (second harmonic, lệch khỏi tần số Lamor khoảng 35 Hz), bậc ba (third harmonic, lệch khoảng 60 Hz).

Trong phần q lớn hơn thì chúng ảnh hưởng mạnh, khi phân tích dễ nhận nhầm là có lớp nước thứ hai ở dưới sâu; đó chỉ là lớp nước ảo do các hài bậc cao của xung tạo ra.

7.2.2.3. Sử dụng kết hợp tài liệu đo sâu điện

Trong một số trường hợp các ảnh hưởng trên có thể giảm đi nhiều nếu kết hợp phân tích tài liệu đo sâu điện để đối sánh.

7.2.4. Xây dựng quan hệ thống kê giữa lượng nước với biên độ cực đại của đường cong ĐSCHT

Quan hệ giữa lượng nước của lỗ khoan với tham số của ĐSCHT.

Nhưng kết quả thực nghiệm trong ĐSCHT ở các vùng đá cứng cho thấy có mối tương quan giữa lưu lượng nước của lỗ khoan với tham số cộng hưởng từ như biên độ cực đại của đường cong ĐSCHT.

7.3. Lập báo cáo kết quả

7.3.1. Việc lập báo cáo kết quả công tác đo sâu cộng hưởng từ để khảo sát nước ngầm trong vùng karst được thực hiện theo các nội dung, trình tự đã quy định trong các quy định hiện hành có liên quan và trong đề án đã được duyệt.

7.3.2. Nội dung của báo cáo tổng kết phải nêu được các nội dung chính sau:

- Cơ sở pháp lý

- Mục tiêu, nhiệm vụ của công tác đo sâu cộng hưởng từ

- Phương pháp kỹ thuật thu thập tài liệu thực địa

- Khối lượng, chất lượng công tác đo đạc

- Phương pháp kỹ thuật xử lý, phân tích tài liệu

- Giải đoán địa chất tài liệu

- Các kết luận và kiến nghị

7.3.3. Các bản vẽ kết quả

7.3.3.1. Khi đo các điểm đơn lẻ phải thành lập các đường cong đo sâu tại từng điểm, trục tung là biên độ tín hiệu, trục hoành là môment xung và kết quả nghịch đảo bằng phần mềm SAMOVAR, thể hiện sự phụ thuộc hàm lượng nước theo chiều sâu.

7.3.3.2. Khi đo theo tuyến, từ kết quả nghịch đảo từng điểm có thể liên kết để thành lập lát cắt  thể hiện sự phân bố các tầng chứa nước theo chiều sâu dọc tuyến khảo sát.

PHỤ LỤC A

Mẫu sổ thực địa

Phương pháp đo sâu cộng hưởng từ

A.1 Mẫu trang bìa 1a

A.2 Mẫu trang bìa 1b (mặt sau của trang 1a)

A.3 Mẫu trang ghi số liệu đo đạc

PHỤ LỤC B

(Quy định)

Sổ theo dõi tần số của các Q

Phương pháp đo sâu cộng hưởng từ

N_q: số thứ tự của momen xung, N_s: số lần cộng dồn, t_kt: thời gian kết thúc momen xung, f_e1: tần số của tín hiệu 1, f_e2: tần số của tín hiệu 2, B_0i: giá trị trường địa từ đo lần thứ i(= 1,2,3), B_0tb: giá trị trường địa từ trung bình, f₀: tần số Larmor tính theo biểu thức f₀ (Hz) = 0.04258 B₀ (nT), tần số hiển thị trên ProDiviner được NUMIS Pkus tính theo: f₀(PD) = 0.0426 B₀ (nT)

PHỤ LỤC C
(Quy định)

SỐ ĐO BIẾN THIÊN ĐỊA TỪ
PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU CỘNG HƯỞNG TỪ

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1.] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 1-1 : 2008 . Quy trình xây dựng tiêu chuẩn Quốc gia. Bộ Khoa học và Công nghệ. 2008

[2.] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 1-2 : 2008 . Quy định về trình bày và thể hiện nội dung tiêu chuẩn quốc gia. Bộ Khoa học và Công nghệ. 2008

[3.] Braun M., 2007. Influence of the resistivity on Magnetic Resonance Sounding: 1D inversion and 2D modelling. PhD thesis, Technical University of Berlin, 147 p.

[4.] Girard J.-F., Boucher M., Legchenko A., Baltassat J.-M., 2007. 2D magnetic resonance tomography applied to karstic conduit imaging, Journal of Applied Geophysics, Vol. 63, N^o 3-4, pp. 103-116.

[5.] Lange G., Yaramanci U., and Meyer R., 2007. Surface Nuclear Magnetic Resonance, chapter 4.7, pp. 403-430. In: Environmental Geology - Handbook of Field Methods and Case Studies. Editors: Knodel K., Lange G., Voigt H.-J., 1358 p., Springer-Verlag, Berlin.

[6.] Legchenko' A., 2006. MRS measurements and inversion in presence of EM noise. MRS2006 Proceedings: 3^rd Magnetic Resonance Sounding International Workshop - A reality in applied hydrogeophysics, Spain, Madrid 25-27 October, p. 21-24.

[7.] Legchenko A.V., Baltassat J.-M., Beauce A., Bernard J., 2002. Nuclear magnetic resonance as a geophysical tool for hydrogeologists. Journal of Applied Geophysics, vol. 50, N^o 1-2, pp. 21-46.

[8.] Lubczynski M. and Roy J., 2004. Magnetic Resonance Sounding: New Method for Ground Water Assessment. Ground Water Vol. 42, No. 2, pp. 291-303.

[9.] Nguyễn Trọng Nga. Thăm dò điện phân giải cao. Nhà xuất bản Giáo dục. 1997.

[10.] Nguyễn Trọng Nga. Thăm dò điện trở và điện hoá. Nhà xuất bản Giao thông vận tải. 2006.

[11.] Nguyễn Trọng Nga. Thăm dò điện tần số thấp và cao. Nhà xuất bản giao thông vận tải. 2006.

[12.] NUMIS - MRS (Magnetic Resonance Sounding) SYSTEM: NUMIS ^Plus - NUMIS ^Lite. User's manual. IRIS Instruments. Website: www.iris-instruments.com

[13.] NUMIS ^Plus - Surface Proton Magnetic Resonance system for water prospecting. User's Guide IRIS Instruments, July 2001. Website: www.iris-instruments.com

[14.] NUMIS SOFTWARE FOR MRS (Magnetic Resonance Sounding) SYSTEM : NUMIS ^Plus - NUMIS ^Lite. User's manual. IRIS Instruments, March 2004. Website: www.iris-instruments.com

[15.] Mohnke O., Yramanci U., 2005, Forward modelling and inversion of MRS relaxation signals using multi-exponential decomposition. Near Surface Geophysics, Vol.3, No.3, p. 165-185.

[16.] Rommel, I., Hertrich, M., Yaramanci, U., 2006. The effect of topography on MRS measurements with separated loops. Proceedings of MRS - 3rd International Workshop 25-27 October 2006, Madrid, France, pp. 33-36.

[17.] Semenov A.G., 1987a. The experience of application of nuclear magnetic resonance of the exploration of subterranean waters: IXth Ampere summer school on magnetic resonance, Novosibirsk, Abstracts, p.61.

[18.] Tăng Đình Nam, 2009, Nghiên cứu áp dụng phương pháp cộng hưởng từ để tìm kiếm nước ngầm một số vùng trọng điểm ở miền Bắc Việt Nam. Lưu trữ Viện Địa chất và Khoáng sản. Hà Nội.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Điều tra, đánh giá và thăm dò khoáng sản-Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân

1. Định nghĩa phương pháp, phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Thuật ngữ và định nghĩa

4. Máy và thiết bị

4.1. Yêu cầu máy và thiết bị

4.2. Máy đo cộng hưởng từ hạt nhân

4.3. Các thiết bị hỗ trợ

4.4. Các phần mềm sử dụng

5. Công tác thực địa

5.1. Điều kiện áp dụng

5.2. Công tác chuẩn bị

5.3. Chọn mạng lưới đo và các thông số thiết bị

5.4. Đo thử

5.5. Đo đạc thực địa

5.6. Đo kiểm tra chất lượng tài liệu

6. Công tác trong phòng

6.1. Đánh giá chất lượng tài liệu đo đạc

6.2. Chỉnh lý tài liệu

7. Giải đoán kết quả

7.1. Trình tự giải đoán

7.2. Các phương pháp xử lý, phân tích tài liệu

7.3. Lập báo cáo kết quả

Phụ lục A. Mẫu sổ thực địa

Phụ lục B. Sổ theo dõi tần số của các Q

Phụ lục C. Sổ đo biến thiên trường địa từ

Thư mục tài liệu tham khảo