BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TỔNG CỤC ĐỊA CHẤT & KHOÁNG SẢN
LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT

BÁO CÁO KẾT QUẢ
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO
NGUỒN PHÁT CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN
ĐỂ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT ĐẾN ĐỘ SÂU 400M
Ở KHU VỰC BIỂN VIỆT NAM
Ở KHU VỰC BIỂN VIỆT NAM
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 Hà Nội - 2011
MỤC LỤC

Trang
MỞ ĐẦU
01
Chương I : Nguyên lý hoạt động của bộ máy địa chấn phân giải cao
02

29
Chương III: Hệ phương pháp khảo sát, thu thập và xử lý số liệu địa
chấn phân giải cao

34
3.1 Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu địa chấn phân
giải cao

34
a. Chọn độ sâu cho dải đầu thu và đầu phát sóng 34
b. Chọn khoảng cách giữa giải đầu thu và đầu phát sóng 35
c. Chọn khoảng cách giữa phần cuối của tàu và đầu phát
sóng

35
d. Chọn tốc độ phát xung và chế độ ghi tín hiệu 35
3.2 Xử lý số liệu và phân tích 36
Chương IV: Kết quả đo khảo sát thử nghiệm trên vùng biển nước
sâu

37
Chương V: Tổ chức thi công và kinh phí thực hiện
49
I. Sản phẩm của đề tài 49
II. Tổ chức thực hiện 49
III. Kinh phí thực hiện đề tài 49
Kết luận và kiến nghị
52
Tài liệu tham khảo, Quy trình đo địa chấn phân giải cao biển nước sâu
53,54…

Mục tiêu của Đề tài là : Tăng độ sâu nghiên cứu của phương pháp địa
chấn phân giải cao đạt đến 400m kể từ đáy biển, nhằm phát hiện cấu trúc địa
chất trên vùng biển nước sâu Việt Nam.
Để đạt được mục tiêu này Đề tài cần thực hi
ện các nhiệm vụ sau :
a. Nâng công suất nguồn phát đến 3 KJ .
b. Lựa chọn hệ phương pháp thu thập số liệu trong môi trường biển
nước sâu.
c. Nghiên cứu đặc trưng trường sóng để luận giải địa chất.
Sau gần 2 năm thực hiện, tập thể tác giả đã chế tạo thành công bộ
nguồn phát sóng địa chấn công suất lớn có đủ năng lượng để có thể nghiên
cứu c
ấu trúc địa chất đến độ sâu 400m kể từ đáy biển. Kế thừa kết qủa của 2
đề tài nghiên cứu khoa học của nhóm tác giả đã thực hiện trước đây: Báo
cáo ĐT NCKHCN 2005: “Nghiên cứu chế tạo thử nguồn phát sóng âm
(Sparker và Boomer) trong địa chấn phân giải cao; Báo cáo ĐT NCKHCN
2008: “Nghiên cứu cải tiến tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để
khảo sát địa chất trên mặt đấ
t và các vùng bị ngập nước (trên biển sông,
2

hồ)”, một bộ máy địa chấn phân giải cao gần như đã được hoàn chỉnh và có
thể áp dụng vào sản xuất.
Kết quả khảo sát thử nghiệm trên vùng biển Phan Rang tỉnh Ninh
Thuận và Nha Trang tỉnh Khánh Hòa cho thấy bộ máy hoạt động ổn định và
đã phát hiện được các mặt phản xạ sóng địa chấn nằm dưới lòng đất ở độ
sâu từ 0 đến cỡ 400m tại những vùng bi
ển có độ sâu đạt 1000m đến 1500m
nước. Đây là một thành công đáng kể của Đề tài và mở ra một hướng mới
cho việc tự chế tạo máy địa chấn bằng nguyên liệu và công nghệ trong nước

ĐỊA CHẤN PHÂN GIẢI CAO
1.1 Khái quát về phương pháp địa chấn phân giải cao
Phương pháp địa chấn phân giải cao đã và đang được áp dụng khá
rộng rãi trên thế giới nhờ tiến bộ của khoa học và công nghệ đặc biệt là kỹ
thuật số và tin học ứng dụng. Phương pháp này cũng giống như phương
pháp địa chấn truyền thống được s
ử dụng trong công nghiệp tìm kiếm dầu
khí. Tuy nhiên, đối với phương pháp địa chấn phân giải cao người ta thường
dùng nguồn phát sóng âm có tần số cao hơn và hệ thống quan sát thu - nổ có
khoảng cách giữa các điểm nổ, cũng như giữa các điểm thu tín hiệu nhỏ hơn
cỡ 2 – 3 lần so với trong công tác tìm kiếm dầu khí.
Nguyên lý hoạt động của phương pháp địa chấn phân giải cao là
thường sử dụ
ng nguồn năng lượng điện để phát ra sóng âm trên mặt đất hoặc
trong môi trường nước, sóng âm này lan truyền xuống lòng đất và khi gặp
các ranh giới địa chất có độ kháng âm khác nhau sẽ phản xạ và quay về mặt
đất hoặc mặt nước. Nhiệm vụ chủ yếu của phương pháp địa chấn phân giải
cao là quan sát các sóng phản xạ này để luận giải về mặt cắt địa chất mà
sóng đã
đi qua và phản xạ trở lại. Ở Việt Nam phương pháp địa chấn phân
giải cao lần đầu tiên được áp dụng đo ở vùng biển Bình Thuận dưới sự giúp
đỡ của CCOP. Từ đó đến nay phương pháp địa chấn phân giải cao đã được
tiến hành liên tục trên các vùng biển nông ven bờ (độ sâu từ 0 – 30m nước)
từ Móng Cái đến Hà Tiên (tỷ lệ khảo sát 1/500.000 và 1/100.000) và hiện
đang thi công ở một số vùng bi
ển phía nam Việt Nam ở tỷ lệ 1/100.000 và
1/50.000 với độ sâu đến 100m nước.Trong những năm gần đây đã bắt đầu
khảo sát một số tuyến trên vùng biển nước sâu ở miền Trung Việt Nam.

1.2 Máy và thiết bị trong khảo sát địa chấn phân giải cao

Hình I.2 Nguồn địa chấn của hãng APPLIED ACOUSTICS (Anh)

Về chỉ tiêu kỹ thuật của các bộ máy này gần như giống nhau và chúng
có một số ưu điểm riêng của nó. Máy GEONT do Nga sản xuất (vào những
năm 90 của thế kỷ trước) có chiều sâu nghiên cứu lớn hơn một ít, nhưng độ
phân giải lại kém hơn so với máy của Vương quốc Anh (Applied Acoustics
– sản xuất năm 2002).
5 Chỉ tiêu kỹ thuật chính bộ nguồn phát sóng địa chấn của máy
Geo-Spark (Hà Lan) như sau :
- Điện áp làm việc: Từ 2KV – 5.6KV
- Điện dung làm việc: 32; 64; 128 µF
- Năng lượng phát tối đa: 1,5KJ
- Tốc độ phát tối đa: 1xung/1s
- Điện áp nguồn nuôi: 230V/50-60Hz
- Điện áp tiêu thụ: 3,5KW
- Hệ thống khóa đóng mở: Điện tử

Chỉ tiêu kỹ thuật chính bộ nguồn phát sóng địa chấn củ
a máy
APPLIED ACOUSTICS (Anh) như sau :
- Điện áp làm việc: Từ 2KV – 4,0KV
- Điện dung làm việc: 50; 100; 200 µF
- Năng lượng phát tối đa: 1,2KJ
- Tốc độ phát tối đa: 1xung/1s
- Điện áp nguồn nuôi: 220V/50-60Hz
- Điện áp tiêu thụ: 4,0KW
- Hệ thống khóa đóng mở: Điện tử

- Cú dng xung phự hp ( in pulsive )
- Cú di tn s hu hn
7

- Thay i theo thi gian.
V tng quan, tớn hiu cú dng :
A = A
o
e
-t
sin(2*f*t) (2.1)
Trong ú : A l biờn tớn hiu
A
o
l biờn tớn hiu ln nht
l h s suy gim theo thi gian
f l tn s chớnh
2.1. CC LOI NGUN PHT SểNG A CHN THNG HAY
C S DNG TRONG A CHN PHN GII CAO
a - Ngun phỏt súng bng thuc n
Thuc n cng c dựng trong a chn phõn gii cao, tng
phõn gii cú th s dng nhiu gúi thuc nh v n vi sai theo mt chng
trỡnh nh sn. Nhỡn chung, khi dựng ngun bng thuc n thỡ tn s ch t
c trong khong t 1 n 75 Hz, cũn cng tớn hiu ph thuc vo
khi lng thuc n theo cụng thc :
A =
3
Qk
(2.2)
õy : A l cng tớn hiu
c - Ngun phỏt súng bng sỳng bn nc
õy l loi ngun to súng c s dng nhiu trong nghiờn cu a
chn nụng phõn gii cao. Nguyờn lý hot ng ca sỳng bn nc gn
tng t nh sỳng bn hi nhng cu to cú bung cha nc nờn t
phõn gii cao hn. Nguyờn lý hot ng ca sỳng bn nc c trỡnh by
trong hỡnh II.(a,b,c,d):

HỡnhII.3(a,b,c). Súng bn nớc

H

HỡnhII.3d:Sỳng bn nc
a. Lực của khí nén ép nớc trong bình với tốc độ cao,
b. Do tốc độ cao, nớc bị bắn ra ngoài tạo khoảng trống sau nó,
c. Nớc tràn vào lỗ trống tạo nên hiệu ứng implosive,
Hỡnh II.2 Sỳng bn hi The schematic above (derived from
Telford and others, 1990) illustrates the
basic components of the water gun
system (positioned before firing).

ị trường Việt Nam và
trên thế giới. Các linh kiện này đã được chuẩn hóa các thông số kỹ thuật
như: tốc độ đóng mở, thời gian trễ, điện năng tích lũy, thời gian nạp, phóng
điện…
Bộ nguồn phát sóng địa chấn công suất lớn do nhóm tác giả chế tạo bao
gồm 4 bộ phận chính:
1. Bộ tích năng lượng;
2. Khóa điện tử;
3.
Dàn đầu phát sóng địa chấn;
4. Chương trình điều khiển quá trình phát sóng và ghi tín hiệu.
10 2.2 CHẾ TẠO BỘ TÍCH NĂNG LƯỢNG
Bộ tích năng lượng được chúng tôi chế tạo dựa trên nguyên lý nạp điện
lên hai bản cực của tụ điện có điện dung lớn và chịu được điện áp cao. Theo
lý thuyết, công suất của bộ nguồn phát sóng được xác định theo công thức:
W =
2
CU
2
(2.3)
W: Công suất của bộ nguồn phát (tính bằng J)
U: Hiệu điện thế nạp lên tụ (tính bằng vôn - V )
C: Điện dung của bộ tụ tích (tính bằng µF)
Theo biểu thức (2.3) có thể tăng công suất nguồn phát bằng cách tăng
hiệu điện thế hoặc tăng điện dung của bộ tụ tích, trong đó tăng hiệu điện thế
có ưu thế hơn so với t
ăng điện dung của bộ tụ tích. Tuy nhiên việc chế tạo

2 3 5
4
6
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
4
6
11 Theo nguyờn lý ny thỡ nng lng in do mỏy phỏt in xoay chiu
(220v-50Hz) to ra c nõng ỏp qua bin th cao ỏp (1), sau ú c chnh
lu thnh ngun mt chiu bng chnh lu cao ỏp (2) v np vo t tớch
nng lng (4) thụng qua tr ti (3). Khi cú tớn hiu iu khin kớch hot
cụng tc (5) s úng li - nng lng in tớch trong t (4) s c gii
phúng nhanh trờn ti l u phỏt súng õm (6). Kt qu
l : mt xung a chn
c to ra trong mụi trng cha u phỏt (6).
i vi b tớch nng lng ca Nga (mỏy GEONT- SHELF) , cụng tc
(5) c thit k trờn nguyờn tc phúng in gia cỏc in cc bng than chỡ
c b trớ theo v trớ hỡnh hc hp lý. Vic phúng in ny khi xy ra s to
ra mt xung in t rt mnh gõy nhiu cho cỏc thit b hot ng
xung
quanh, ng thi mt phn nng lng khụng nh b tiờu hao trờn cỏc in
cc. õy l mt nhc im ca t hp mỏy a chn GEONT- SHELF do
Liờn bang Nga ch to vo u nhng nm chớn mi ca th k trc,
nhng cú u im l chu c hiu in th cao c 10 kv.
Ngy nay, nh s phỏt trin vt bc c

Chỉnh lu c ao áp
Kh ối
đồng bộ
Tụ tích
Năng lợng
Công tắc
Cao áp
điện tử
Tải Boomer hoặc Sparker
Xung
đồng bộ
220V AC
Khối cung
cấp nguồn
220V AC
Biến áp
Cao áp
Chỉnh lu c ao áp
Kh ối
đồng bộ
Tụ tích
Năng lợng
Công tắc
Cao áp
điện tử
Tải Boomer hoặc Sparker
Xung
đồng bộ
220V AC



b. Mạch khóa
điện tử
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 điot CD101 nạp vào tụ C204 qua trở hạn chế R101.
Năng lượng trên tụ C204 sẽ
được dùng để điều khiển mở khóa thyristor
thông qua transitor Q3, điot D1, đầu nối J2.
Hình II.8: Sơ đồ mạch nhận tín hiệu
13

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 của LB Nga
sản xuất có thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng II.1.



15 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.

2
6180x
J
2
)
- Tốc độ phát tối đa: 1xung/1s
- Điện áp nguồn nuôi: 220 - 240V/50Hz
- Điện áp tiêu thụ: 7KW
- Hệ thống khóa đóng mở: Điện tử

17 2.3 CHẾ TẠO ĐẦU PHÁT SÓNG ĐỊA CHẤN TRÊN BIỂN
CÔNG SUẤT LỚN
Để phát dòng điện vào môi trường nước biển trong khảo sát địa chấn
phân giải cao trên vùng biển nước sâu, người ta đã sử dụng nhiều loại khác
nhau, tiêu biểu trong các loại là 3 dạng sau :

a. Đầu phát dạng con thoi có nhiều cực điện bao quanh.
b. Đầu phát dạng xương cá gồm nhiều cực điện nằm ngang.

tỷ lệ thuận với hệ số chuyển đổi điện năng thành áp năng. Song trong trường
hợp đó thời gian phóng điện lại kéo dài và dòng điện lại giảm, dẫn đến công
suất phóng điện giảm.
Chúng tôi nghiên cứu thiết k
ế chế tạo đầu phát sparker dạng xương cá để
chế tạo (hình số II.13). Từ các vật liệu có sẵn trong nước (nhựa kỹ thuật PA;
dây đồng Φ2.5mm bọc nhựa, độ cách điện 600V; keo cách điện eboxy;
nguồn ghép nối với cao áp…), chúng tôi đã chế tạo thành công loại nguồn
phát Sparker kiểu này với chiều dài toàn thanh là: 1.5 m, số điện cực phát là
50, chiều dài mỗi điện cực là: 30 cm.

18 Hỡnh II.13: u phỏt Sparker dng xng cỏ
Khi trin khai o c nht thit cỏc chựm cc phúng in phi nm di
mc nc bin khong 1m, tng ng vi 1/4 bc súng ca ngun phỏt
Sparker cú tn s ch o khong 400 Hz v tc truyn súng khong
1500 m/s.
2.4 CH TO U THU SểNG A CHN (streamer)
DNG CHO BIN NC SU
Trong a chn phõn gii cao, h thng thu th
p s liu gm 2 b phn chớnh:
1. u thu tớn hiu
2. Mch ghi tớn hiu.
u thu tớn hiu gm mt s cỏc mỏy thu c ghộp vi nhau, t trong
ng nha cú ng cht lng v truyn tớn hiu thu c qua cỏp thu. Các
tham số máy thu cần lựa chọn để bảo đảm các yêu cầu sau:
a- Thu nhận các dao động liên hệ với sóng có ích xuất hiện ở điểm quan
sát.
Khi ỏp sut ca mụi trng tỏc dng lờn cỏc tinh th ca ng thu thỡ xut
hin trờn hai in cc mt in ỏp gn nh t l thun vi ỏp sut :

U = b.p (2.5)
õy : U - in ỏp
b - h s t l
p - ỏp sut
Thụng thng h s b cú th t 10
àV/bar.
Mỏy thu ỏp in trong mt chng mc no ú cú th coi hot ng ca
nú nh mt t in cú in dung nh v in tr trong tng i ln.
Vi lý do ny, nờn khi s dng mỏy thu ỏp in cn phi cú mt b tin
khuych i phi hp tr khỏng tt vi cỏc mch thu tớn hiu.

Hỡnh II.14: S cu t

o mỏ
y
thu ỏ
p

b)
I2
l
r
i1
u
c

trên biển; trên các sông, hồ. Dưới đây là hình ảnh máy thu áp điện của hãng
Benthos (Hoa Kỳ sản xuất).
Hình II.15: Máy thu áp điện Benthos
Để khảo sát địa chấn phân giải cao trên vùng biển nước sâu, chúng tôi đã
sử dụng dải đầu thu gồm 10 Hydrophone loại Benthos. Khoảng cách giữa
các Hydrophone cũng được tính toán một cách chính xác cho phù hợp độ
sâu nghiên cứu.
21 Hình số: II.16 Dải đầu thu địa chấn đã hoàn chỉnh

Mặt khác, để hạn chế nhiễu và các ảnh hưởng do phối hợp trở kháng với
cáp thu, chúng tôi sử dụng giải pháp lắp thêm một bộ tiền khuyếch đại đặt
ngay trong khối đầu thu. Tín hiệu thu được, trước khi nối vào cáp để truyền
tới mạch ghi tín hiệu, đã có biên độ đủ lớn. Do vậy, ảnh hưở
ng của nhiễu
vào tín hiệu thu giảm thiểu rõ rệt.
Khi khảo sát trên biển hoặc trên sông, hồ đầu thu tín hiệu được thiết kế
bằng một ống nhựa mềm chứa đầy dầu DO, trong đó các máy thu được bố trí
nối song song cách đều với khoảng cách là: 1 mét .Trong quá trình thực hiện
đề tài này chúng tôi đã thay dầu DO bằng dầu thực vật, nhờ đó đã đảm bảo
được độ bền củ
a các máy thu tín hiệu và trọng lượng vừa phải của đầu thu

i bộ thu tín hiệu địa chấn được trình bày trên hình II.17

Hình II.17: Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu địa chấn