BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT
BÁO CÁO TỔNG KẾT
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
TỔ HỢP MÁY ĐỊA CHẤN NÔNG
ĐỘ PHÂN GIẢI CAO
ĐỂ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT TRÊN MẶT ĐẤT
VÀ CÁC VÙNG BỊ NGẬP NƯỚC (TRÊN BIỂN, SÔNG, HỒ )
(trừ đầu phát Boomer và Sparker)


ĐỘ PHÂN GIẢI CAO
ĐỂ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT TRÊN MẶT ĐẤT
VÀ CÁC VÙNG BỊ NGẬP NƯỚC (TRÊN BIỂN, SÔNG, HỒ…)
(TRỪ ĐẦU PHÁT BOOMER VÀ SPARKER) Cơ quan chủ quản Cơ quan chủ trì
Bộ Tài nguyên và Môi trường Liên đoàn Vật lý Địa chất

Liên đoàn trưởng Chủ nhiệm đề tài

Ts. Nguyễn Trần Tân

I. Sản phẩm của Đề tài 35
II. Tổ chức thực hiện 35
III. Kinh phí thực hiện đề tài 35
Kết luận
41
Phụ lục
42
Tài liệu tham khảo
43
TÓM TẮT BÁO CÁO ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa
chất trên mặt đất và các vùng bị ngập nước (trên biển, sông, hồ )(trừ đầu phát
Sparker và Boomer)”

MỞ ĐẦU
1. Cơ sở pháp lý:
- Hợp đồng nghiên cứu KH&CN số 02-ĐC-07/HĐKHCN ngày 16/4/2007 giữa Bộ Tài
nguyên Môi trường và Liên đoàn Vật lý Địa chất.
- Quyết định số 406 QĐ/ĐCKS-KHTC ngày 30/8/2007 việc giao kế hoạch và ngân
sách Nhà nước năm 2007 của Cục trưởng Cục Địa chất và Khoáng sản Việt nam.
- Quyết định số: QĐ/ĐCKS-KHTC ngày /2008 giao kế hoạch và ngân sách Nhà
nước năm 2008 của Cục trưởng Cục Địa ch
ất và Khoáng sản Việt nam.
2. Mục tiêu của đề tài:
Cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chất trên mặt đất
và các vùng bị ngập nước để tiến tới tự chế tạo máy địa chấn bằng công nghệ số và các linh

III. Chế tạobộ thu tín hiệu địa chấn
IV. Xây dựng chương trình điều khiển thu thập số liệu

Chương III
:
Kết quả áp dụng đo thử nghiệm
I. Kết quả đo thử nghiệm vùng Vịnh Nha Trang
II. Kết quả đo thử nghiệm vùng cửa sông Gianh (Quảng Bình)
III. Kết quả đo thử nghiệm vùng biển Hải Thịnh (Nam Định)
IV. Kết quả đo thử nghiệm vùng biển sâu Bình Định
Chương IV:
Tổ chức thực hiện và kinh phí thực hiện;
I. Sản phẩm của Đề tài
II. Tổ chức thực hiện

Kinh phí thực hiện đề tài.
Tổng kinh phí: 450 triệu (nhóm1: 2,4 triệu; nhóm 2: 318,28 triệu; nhóm3: 100,0 triệu;
nhóm 4: 29,32 triệu )

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau hai năm thực hiện đề tài, tập thể tác giả đã cải tiến thành công bộ máy ĐCPGC
bao gồm cải tiến nâng cấp bộ tích nă
ng lượng, nâng công suất lên 1,6 KJ, thiết kế chế tạo
thành công công tắc điện tử cao áp nâng cao hiệu quả chuyển hóa năng lượng điện thành
năng lượng của sóng địa chấn ; chế tạo thành công đầu phát sóng Boomer trên mặt đất ;
thiết kế và chế tạo xong bộ thu tín hiệu địa chấn, xây dựng hệ chương trình phần mềm để
điều khiển và thu thập số liệu địa chấ
n có cấu trúc dữ liệu chuẩn quốc tế GEG-Y. Việc đo
thử nghiệm bằng bộ máy ĐCPGC trên 5 vùng : Nha Trang, Quảng Bình, Hải Thịnh, Bình

đã được áp dụng ở vùng ven biển Bình Thuận với sự giúp đỡ của CCOP. Từ đó
đến nay chúng ta đã tiến hành khảo sát gần như toàn bộ đới nông ven bờ biển
Việt Nam (ở độ sâu 4 - 30m nước) từ Móng Cái đến Hà Tiên ở tỷ lệ
1:500.000.và hiện tại đang tiến hành khảo sát ở tỷ lệ 1:500.000 đối với vùng
biển có độ sâu dến 100m nước.
Để th
ực hiện công việc này chúng ta đã nhập một số máy và thiết bị địa
chấn nông độ phân giải cao từ Cộng hòa Liên bang Nga và từ Liên hiệp Anh. Đó
là bộ máy " Geont-self" của Nga và bộ máy "Applied Acoustic" của Anh quốc.
Kết quả khảo sát đối sánh ở vùng biển miền Trung cho thấy : máy "Applied
Acoustic " cho độ phân giải khá chi tiết nhưng lại có độ sâu nghiên cứu vừa
phải ( cỡ 100 - 200m), còn máy "Geont - self" có độ phân giải kém hơn nhưng
lại có độ sâu nghiên c
ứu lớn hơn (200 - 300m). Do bộ máy địa chấn nông độ
phân giải cao "Geont - self" được nhập vào Việt Nam từ đầu những năm chín
mươi của thế kỷ trước nên có nhiều hạn chế về công nghệ, cũng như sự xuống
cấp của các linh kiện điện tử, nên việc nghiên cứu cải tiến, nâng cấp bộ máy này
là cần thiết và có tính khả thi.
Để đáp ứng nhu cầu sả
n xuất và tăng khả năng tự chế tạo máy địa chấn
nông độ phân giải cao, vào đầu năm 2007 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã giao
cho Liên đoàn Vật lý Địa chất thực hiện Đề tài nghiên cứu khoa học và phát
triển công nghệ " Nghiên cứu cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải
cao để khảo sát địa chất trên mặt đất và các vùng bị ngập nước (trên biển, sông,
hồ )(trừ
đầu phát Sparker và Boomer)” theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học
công nghệ số: 02-ĐC-07/HĐKHCN, ngày 16/4/2007 giữa Bộ Tài nguyên & Môi
trường với Liên đoàn Vật lý Địa chất.
Mục tiêu chính của Đề tài là :
Cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chất

- Tài liệu tham khảo.
Tập thể tác giả gồm có: Ts Nguyễn Trần Tân, Ks Phạm Quốc Phôn, Ks
Hoàng Hải Hà và nnk. Trong quá trình thực hiện Đề tài tập thể tác giả đã nhận
được sự quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện của Lãnh đạo Liên đoàn Vật lý Địa
chất, các phòng ban chức năng của Liên đoàn, Cục Địa chất và Khoáng sả
n Việt
Nam, Vụ KH&CN Bộ Tài nguyên và Môi trường, Trường Đại học Mỏ Địa chất,
Khoa Địa chất Trường Đại học KHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội, Phân viện
Địa lý Viện KH&CN Quốc gia (TP Hồ Chí Minh), GS-TSKH Phạm Năng Vũ,
GS-TSKH Mai Thanh Tân và các đồng nghiệp.
Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ quý báu đó.
-6-
Chương I
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CỦA BỘ MÁY ĐỊA CHẤN NÔNG ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

Phương pháp địa chấn nông độ phân
giải cao cũng gần giống như phương
pháp địa chấn truyền thống được sử
dụng trong công nghiệp tìm kiếm dầu
khí. Tuy nhiên, đối với phương pháp
địa chấn nông độ phân giải cao người
ta thường dùng nguồn phát sóng âm
có tần số cao hơn và hệ quan sát thu -
nổ
có khoảng cách giữa các điểm nổ
cũng như giữa các điểm thu tín hiệu

thành sóng âm thông qua đầu phát Sparker hoặc Boomer.

I.2. Đầu phát sóng âm -7-
Đầu phát sóng âm cũng có nhiều loại, trong đó có dạng Sparker và dạng
Boomer. Đầu phát Sparker có 2 dạng chủ yếu là dạng dàn phao với nhiều chùm
điện cực nhỏ và dạng con thoi được bố trí bởi một số dãy điện cực để giải phóng
điện năng dưới dạng Plasma tạo áp suất lớn trong môi trường nước biển. Còn
đầu phát Boomer sử dụng lực điện từ để tạo nên sóng đàn h
ồi.

II. BỘ THU TÍN HIỆU ĐỊA CHẤN

Bộ thu tín hiệu địa chấn gồm đầu thu tín hiệu (Streamer) và bộ ghi tín
hiệu.

II.1.Đầu thu tín hiệu địa chấn
Khi thu tín hiệu địa chấn trên đất liền thường sử dụng geophone biến đổi
dao động cơ học thành xung điện, còn khi khảo sát trên biển thường sử dụng
máy thu áp điện (Hydrophone) biến xung áp thành xung điện.

II.2.Bộ ghi tín hiệ
u địa chấn.
Bộ ghi tín hiệu địa chấn làm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu, biến đổi tín
hiệu tương tự thành tín hiệu dạng số để ghi vào máy tính điện tử. Để thực hiện
nhiệm vụ này bộ ghi tín hiệu có phần cứng (mạch điện tử) và phần mềm
(chương trình thu thập số liệu).



Theo nguyên lý này thì năng lượng điện do máy phát điện xoay chiều
(220v-50Hz) tạo ra được nâng áp qua biến thế cao áp (1), sau đó được chỉnh lưu
thành nguồn một chiều bằng chỉnh lưu cao áp (2) và nạp vào tụ tích năng lượng
(4) thông qua trở tải (3). Khi có tín hiệu điều khiển kích hoạt công tắc (5) sẽ
đóng lại - năng lượ
ng điện tích trong tụ (4) sẽ được giải phóng nhanh trên tải là
đầu phát sóng âm (6). Kết quả là : một xung địa chấn được tạo ra trong môi
trường chứa đầu phát.
Đối với bộ tích năng lượng của Nga, công tắc (5) được thiết kế trên
nguyên tắc phóng điện giữa các điện cực bằng than chì được bố trí theo vị trí
hình học hợp lý. Việc phóng điện này khi xảy ra sẽ tạo ra một xung đ
iện từ rất
mạnh gây nhiễu cho các thiết bị hoạt động ở xung quanh, đồng thời một phần
năng lượng không nhỏ bị tiêu hao trên các điện cực. Đây là một nhược điểm của
tổ hợp máy địa chấn Geont-self do liên bang Nga chế tạo vào đầu những năm
Hình vẽ số II.1: Sơ đồ nguyên lý bộ tích năng lượng
1 – Biến thế nguồn; 2 – Bộ chỉnh lưu; 3 – Trở tải ;
4 – Tụ tích điện ; 5 – Công tắc xả; 6 – Đầu phát sóng âm
1
2 3 5 i
u khin khoỏ (cụng tc cao ỏp in t) chỳng tụi ó thit k v ch
to mt mch in t nhn tớn hiu ng b v mt mch iu khin khúa
thyristor c trỡnh by trờn hỡnh v s II.3 v II.4.
* Mch nhn tớn hiu ng b
Tớn hiu ng b qua mch cỏch ly quang ti IC b m D2 v D1; R3,
C3, D3 (pin1,2,3), D2 (pin 11,10) l b sa dng xung li vo thnh xung vuụng
cú nh xung c 10às v
a ra cng A2. Cũn D3, R4, R5, R6 dựng cp xung
iu khin bng tay. U4 lm nhim v ch th xung ra bng ốn LED-LD1. U1
lm nhim v cp ngun n ỏp 5V. Khối cung
cấp nguồn
220V AC
Biến áp
Cao áp
Chỉnh lu c ao áp
Kh ối
đồng bộ
Tụ tích
Năng lợng

* Mạch điều khiển khóa thyristor
Tín hiệu điều khiển đưa vào cổng JP1 qua tầng đệm Q101, Q102 được
điều chế phù hợp để mở transitor trường MOSFET Q3. Nguồn cung cấp 9V
xoay chiều qua bộ nắn dòng CD2 và IC ổn áp U101 cung cấp nguồn cho bộ đệm
gồm Q101 và Q102. Nguồn điện 9V xoay chiều qua biến áp cách ly T, được
chỉnh lưu qua cầu diot CD101 nạp vào tụ C204 qua trở hạn chế R101. Năng
lượng trên tụ C204 sẽ được dùng để đi
ều khiển mở khóa thyristor thông qua
transitor Q3, diot D1, đầu nối J2.
Các khóa thyristor được mở thông qua các biến áp cách ly để bảo đảm an
toàn khi sử dụng điện áp cao. Các thyristor là loại T353-800 do Liên bang Nga
sản xuất có thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng II.1.


Sơ đồ mạch in mặt dưới và măt trên của mạch nhận tín hiệu đồng bộ và
mạch điều khiển khóa Thyristor được trình bày trên hình vẽ số II.5 và II.6.

-12-


F ta có được E = 1620J)
Tháng 7/2008 bộ tích năng lượng đã được đo thử nghiệm trên vùng biển
sâu Tỉnh Bình Định tới 200m nước và thời gian hoạt động liên tục trong 48 giờ.
Kết quả cho thấy tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao đã cải tiến: hoạt
động ổn định, đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra (xem kết quả ở chương III của báo cáo
này)
Hình vẽ số II.7: Bộ tích năng lượng cải tiến

-14-
II. ĐẦU PHÁT SÓNG TRÊN MẶT ĐẤT
Việc nghiên cứu chế tạo đầu phát sóng địa chấn trên mặt đất sử dụng
với nguồn tích năng lượng điện được tập trung vào dạng đầu phát boomer, vì


Hình vẽ số II.8a: Đầu
p
hát són
g
trên m
ặ
t đất

-15-
thấp . Hiện nay, nhờ có sự phát triển của công nghệ vật liệu điện tử và công
R
1
R
2
R
1
R
2-16-
nghệ tin học, bộ ghi tín hiệu địa chấn được chúng tôi thiết kế tinh giản đi rất
nhiều, chủ yếu chỉ còn phần khuếch đại về dòng và biên độ. Tín hiệu sau khi
được khuyếch đại sẽ được số hóa và chuyển vào máy tính. Các chương trình
chuyên dụng sẽ khuyếch đại các tín hiệu số, xử lý về mặt biên độ, thời gian, tần
số và nhiều vấn đề khác theo yêu cầu cụ thể
. Các số liệu đã được số hóa cũng
được lưu trữ vào các file dữ liệu dạng chuẩn quốc tế SEG-Y rất tiện lợi cho việc
kết hợp xử lý cùng với các thông tin từ các nguồn khác nhau.
Trong Đề tài này, bộ thu tín hiệu địa chấn gồm có các khối sau : Khối
phối hợp trở kháng, khối khuyếch đại, khối xử lý tín hiệu đồng bộ, khối nguồn,
khối biến
đổi tương tự số (ADC).
Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu địa chấn được trình bày trên hình vẽ số II.9.

Hình vẽ số
II.11: Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đại biên độ
III.2.3 Khối xử lý tín hiệu đồng bộ :
Nhận tín hiệu đồng bộ về mặt thời gian từ máy tính gửi sang, chuyển
thành dạng xung vuông theo chuẩn TTL và có độ rộng xung bằng 100 micro
giây. Tín hiệu đồng bộ ra cách ly quang học với hệ thống máy và được nuôi
bằng nguồn riêng.

Hình vẽ số II.12: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệ
u đồng bộ



-20-
Hình vẽ số II.14: Sơ đồ mạch in mặt trên của bộ thu tín hiệu địa chấn

Hình vẽ số II.15: Sơ đồ mạch in mặt dưới của bộ thu tín hiệu địa chấn -22-

Hình vẽ số II.16: Bảng mạch điện tử hoàn chỉnh bộ thu tín hiệu
Hình II.18: Bộ thu tín hiệu địa chấn hoàn chỉnh CÁC THÔNG SỐ ĐO ĐẠC:
1. Giải tần : 10 Hz - 5000Hz;
2. Độ nhạy : 50 µV;
3. Bước số hóa : 20µsec - 250µsec;
4. Nguồn nuôi : 220V AC hoặc ± 12V DC.
( Chi tiết xem phụ lục 1)

IV.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THU THẬP SỐ LIỆU

Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Visual C trên cơ sở