ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------

Nguyễn Xuân Thành

XÂY DỰNG BẢN ðỒ ðIỆN TRỞ SUẤT CỦA ðẤT ðÁ TRẦM TÍCH
TỈNH TIỀN GIANG BẰNG CÔNG NGHỆ GIS

Chuyên ngành: Vật lý ðịa cầu
Mã số chuyên ngành: 62 44 15 01
Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Văn Giảng
Phản biện 2: TS. Nguyễn Ngọc Thu
Phản biện 3: TS. Nguyễn Hồng Bàng
Phản biện ñộc lập 1: TS. Lê Minh Vĩnh
Phản biện ñộc lập 2: TS. Huỳnh Hữu Nghĩa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN THÀNH VẤN

Tp. Hồ Chí Minh - Năm 2012

i


LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các
số liệu trích dẫn ñều có nguồn gốc rõ ràng, các kết quả nêu trong luận án là trung
thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.


ii

Lời cám ơn

iii

Mục lục

iv

Các từ viết tắt

ix

Danh sách hình

x

Danh sách bản ñồ

xiii

Danh sách bảng

xiv

MỞ ðẦU
1. ðặt vấn ñề

1


7

PHẦN 1. TỔNG QUAN
Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC

NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN
9

1.1. Cơ sở lý thuyết
1.1.1. ðiện trở suất

9

1.1.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñiện trở suất của vật liệu ñịa chất

9

1.1.1.2. Mối liên hệ giữa ñiện trở suất với vật liệu ñịa chất, hóa chất công

12

nghiệp

iv


1.1.1.3. Xác ñịnh giá trị ñiện trở suất bằng phương pháp ño sâu ñiện


1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng GIS

25
26

1.3. Các vấn ñề ñặt ra cho nghiên cứu
1.3.1. Các vấn ñề còn tồn tại trong các nghiên cứu trước ñây

26

1.3.2. Những nội dung cần nghiên cứu

27

Chương 2. ðẶC ðIỂM TỰ NHIÊN

29

2.1. Vị trí ñịa lý

29

2.2. ðiều kiện tự nhiên

30

2.2.1. ðịa hình

30


2.3.2. Kiến tạo

45

2.3.2.1. Kiến trúc

45

2.3.2.2. Hoạt ñộng ñứt gãy

46
46

2.3.3. ðịa chất thủy văn

v


2.3.3.1. Tầng chứa nước Holocen

46

2.3.3.2. Tầng chứa nước Pleistocen trên

47

2.3.3.3. Tầng chứa nước Pleistocen giữa trên

47

3.1.2. ðặc ñiểm của phương pháp ño sâu ñiện

54

3.1.3. Quy trình phân tích tự ñộng ñường cong ño sâu ñiện

57

3.2. Tổng hợp tài liệu - xác ñịnh sự phân lớp ñịa chất

61

3.3. Kết quả phân tích – xử lý số liệu ño sâu ñiện

65

3.3.1. Phân tích ñiện trở suất theo tuyến ño

65

3.3.1.1. Phân tích ñường cong ño sâu ñiện

65

3.3.1.2. Mặt cắt ñiện trở suất

67

3.3.2. Tập số liệu ñiện trở suất




4.1.2.1. Phương pháp Kriging

92

4.1.2.2. Thuật toán nội suy

97

4.2. Cài ñặt cơ sở dữ liệu

99

4.3. Lưu ñồ giải thuật

102

4.3.1. Giải thuật thêm mới ñiểm ño sâu ñiện

102

4.3.2. Giải thuật hiệu chỉnh/ cập nhật thông tin ñiểm ño sâu ñiện

103

4.3.3. Giải thuật tìm kiếm ñiểm ño sâu ñiện

104


112

4.4.4.3. Nội suy theo vùng tùy chọn

113

PHẦN 3:

PHẦN KẾT QUẢ - ỨNG DỤNG

Chương 5. KẾT QUẢ VÀ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG

115

5.1. Quy trình xây dựng bản ñồ ñiện trở suất

115

5.2. Bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá trầm tích

116

5.3. Bài toán ứng dụng

126

5.3.1. Bài toán ứng dụng 1: Xác ñịnh vùng phân bố mặn nhạt của các

126


145

5.3.2.3. Ứng dụng công nghệ GIS tạo mặt cắt ñịa ñiện

148

5.3.2.4. Mặt cắt ñịa ñiện

151

5.3.2.5. Nhận ñịnh

157

NHẬN ðỊNH CHUNG

159

PHẦN KẾT LUẬN
1.

Kết quả ñạt ñược

161

2.

Những vấn ñề cần quan tâm nghiên cứu và phát triển

162

DANH SÁCH HÌNH

Trang

Hình 1.1: Hệ thống thông tin ñịa lý

16

Hình 1.2: Ghép biên các mảnh bản ñồ

18

Hình 1.3: Sliver tạo ra do số hoá hoặc chồng 2 lớp bản ñồ

19

Hình 1.4: Quy trình biên soạn ñồ hoạ

19

Hình 1.5: Mô tả biểu ñồ Venn

20

Hình 1.6: Vùng thích hợp cho khai thác nước dưới ñất

21

Hình 1.7: Chồng lớp dữ liệu không gian


56

Hình 3.5: Quy trình phân tích ñường cong ño sâu ñiện

57

Hình 3.6: Các bước phân tích tự ñộng ñường cong ño sâu ñiện

60

Hình 3.7: Cột ñịa tầng 2 lỗ khoan tiêu biểu

62

Hình 3.8: Phân tích ñường cong ño sâu ñiện

66

Hình 3.9: Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 1

75

Hình 3.10: Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 2

76

Hình 3.11: Mặt cắt ñiện trở suất thật tuyến 3

77



Hình 4.5: Nội suy theo phương pháp Triangulation

90

Hình 4.6: Nội suy IDW (Weighting (Bonham-Carter, 1994)

91

Hình 4.7: ðồ thị Semi-variance

95

Hình 4.8: Vị trí ñiểm nội suy P và các ñiểm mẫu

97

Hình 4.9: Quy trình thuật toán nội suy

98

Hình 4.10: Lưu trữ các lớp thuộc tính, lớp không gian, domain trong

100

geodatabase
Hình 4.11: Giao diện hiển thị dữ liệu nền sau khi nhập vào CSDL

101


107

Hình 4.20: Giao diện cập nhật thông tin ñiểm ño sâu ñiện

107

Hình 4.21: Menu tìm kiếm ñiểm ño sâu ñiện

108

Hình 4.22: Giao diện tìm kiếm ñiểm ño sâu ñiện

108

Hình 4.23: Giao diện kết quả tìm kiếm vị trí ñiểm ño sâu ñiện trên bản ñồ

109

theo ký hiệu ñiểm ño
Hình 4.24: Giao diện kết quả tìm kiếm vị trí ñiểm ño sâu ñiện trên bản ñồ

110

theo huyện/thị
Hình 4.25: Giao diện công cụ (tool) nội suy theo: vùng, huyện, tùy chọn

110

Hình 4.26: Giao diện lựa chọn tiêu chuẩn nội suy theo vùng


114

Hình 4.33: Kết quả nội suy và xem giá trị ñiện trở suất tại một vị trí bất kỳ

114

trên bản ñồ ñiện trở suất
Hình 5.1: Quy trình kết hợp phương pháp ño sâu ñiện và GIS

115

Hình 5.2: ðồ thị tương quan M (mg/l) và ρt (ohm.m) vùng 1,2

128

Hình 5.3: ðồ thị tương quan M (mg/l) và ρt (ohm.m) vùng 3

129

Hình 5.4: Mặt cắt ñịa - ñiện tuyến 1

133

Hình 5.5: Mặt cắt ñịa - ñiện tuyến 2

134

Hình 5.6: Mặt cắt ñịa - ñiện tuyến 3

134


149

Hình 5.15: Giao diện chương trình ArcMap và công cụ RockWare GIS Link

150

2
Hình 5.16: Hộp thoại chọn ñường dẫn ñến dữ liệu ñiểm ño sâu ñiện

150

Hình 5.17: Giao diện kết quả chương trình nội suy

151

Hình 5.18: Mặt cắt ñịa ñiện tuyến 1

152

Hình 5.19: Mặt cắt ñịa ñiện tuyến 2

154

Hình 5.20: Mặt cắt ñịa ñiện tuyến 3

156

xii



Bản ñồ số 5.5: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Pliocen trên

121

Bản ñồ số 5.6: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Pliocen dưới

122

Bản ñồ số 5.7: Bản ñồ ðiện trở suất tầng Miocen trên

123

Bản ñồ 5.8: Bản ñồ phân bố vùng mặn - nhạt nước dưới ñất tỉnh Tiền Giang

142

Bản ñồ 5.9. Bản ñồ Hành chính huyện Cai Lậy

143

xiii


DANH SÁCH BẢNG

Trang

Bảng 1.1: ðộ rỗng của một số loại ñá khác nhau



Bảng 4.2. Diễn giải các thuộc tính lớp dữ liệu ñiện trở suất

99

Bảng 5.1: So sánh giá trị ðTS ño sâu ñiện với tài liệu ño karotaz giếng

127

khoan ðCTV
Bảng 5.2. Số liệu thống kê ñối sánh giữa gía trị ñiện trở suất ρt (ohm.m) và

128

ñộ tổng khoáng hóa M (mg/l) của nước chứa trong các tầng ñịa chất (vùng
1 và 2).
Bảng 5.3. Số liệu thống kê ñối sánh giữa gía trị ñiện trở suất ρt (ohm.m) và

129

ñộ tổng khoáng hóa M(mg/l) của nước chứa trong các tầng ñịa chất (vùng 3).
Bảng 5.4. Bảng so sánh giữa M tính toán và M phân tích mẫu

130

Bảng 5.5. So sánh giá trị ðTS ño sâu ñiện với tài liệu phân tích giếng khoan

147

ðCCT

dụng cụ thể.
Tuy nhiên, các giá trị ñiện trở suất thu ñược từ các phương pháp ño sâu ñiện
thường phân bố theo dạng tuyến, hoặc cụm; trong khi ñể tái tạo lại sự phân bố bề
mặt của các tầng ñịa chất ñược trình bày dưới dạng bản ñồ ñiện trở suất, các dữ liệu
ñiện trở suất thu ñược cần có tính liên tục. Ngày nay, trên ñà phát triển của Công
nghệ thông tin, với thế mạnh phân tích không gian, Công nghệ GIS là một phương
pháp ứng dụng có hiệu quả ñể tích hợp, chuyển ñổi dữ liệu từ dạng ñiểm rời rạc
sang dữ liệu có sự phân bố liên tục, dựa vào các thuật toán nội suy GIS.
Luận án này sẽ thực hiện việc kết hợp các phương pháp ño sâu ñiện, phương
pháp phân tích GIS, cùng với thông tin của các giếng khoan ñịa chất ñể xây dựng
bản ñồ ñiện trở suất của ñất ñá trầm tích theo các tầng ñịa chất trên ñịa bàn tỉnh
Tiền Giang bằng công nghệ GIS.

1


2. Tính cấp thiết
Tiền Giang là một tỉnh nằm ở trung tâm ðồng bằng sông Cửu Long
(ðBSCL), với tiềm năng thiên nhiên sông nước ưu ñãi cho phát triển nhiều ngành
kinh tế và xã hội, như nông nghiệp, thuỷ sản, du lịch, dịch vụ,… Từ thập niên 1980,
chương trình ñiều tra cơ bản tổng hợp ðBSCL 60-02, 60B ñược triển khai ñã xây
dựng nên bản ñồ các yếu tố ñơn tính, trong ñó có bản ñồ ñịa chất trầm tích các
huyện phía tây [4], các biên khảo ñịa chất trầm tích các huyện phía ñông [17],
phương pháp thủy văn ñồng vị nghiên cứu nước ngầm [16]. Tiếp tục trong thập niên
1990, nhiều phương án ño ñịa vật lý thăm dò nước ngầm ñược thực hiện [10], [11],
với 800 ñiểm ño sâu ñiện trải dọc theo các tuyến giao thông chính của tỉnh.
Các số liệu ñiện trở suất thu ñược từ các phương án ño sâu ñiện trên ñịa bàn
tỉnh Tiền Giang thực ra chỉ chú ý ñến khía cạnh ứng dụng kết quả ñã xử lý; số liệu
ñược lưu trữ bằng tài liệu giấy, hạn chế tái sử dụng. Như vậy về mặt khoa học, số
liệu ñiện trở suất chưa ñược tận dụng hết công suất, mà khả năng sau này, nó lại

khai thác tài nguyên một cách tối ưu.
3. ðối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
- ðối tượng: ðất ñá trầm tích bảy lớp ñịa chất: Holocen, Pleistocen trên,
Pleistocen giữa trên, Pleistocen dưới, Pliocen trên, Pliocen dưới, Miocen trên.
- ðịa bàn nghiên cứu: tỉnh Tiền Giang.
4. Mục tiêu và nhiệm vụ
Mục tiêu của luận án là thu thập các số liệu ño sâu ñiện ñã có trên ñịa bàn
tỉnh Tiền Giang, hình thành CSDL ñiện trở suất và mục tiêu chính yếu là xây dựng
các lớp bản ñồ ñiện trở suất ñất ñá trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng công nghệ GIS.
ðể ñạt ñược các mục tiêu trên, luận án giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Thu thập các số liệu ño sâu ñiện, ño sâu ñiện bổ sung nhằm hoàn thiện bộ
dữ liệu ñiện trở suất trên ñịa bàn nghiên cứu, ñồng thời tập hợp ñầy ñủ các tài liệu
ñịa chất liên quan trên ñịa bàn tỉnh Tiền Giang.
- Xây dựng và áp dụng quy trình kết hợp các phương pháp ño sâu ñiện và
công nghệ GIS ñể xử lý, phân tích tài liệu ñã thu thập.
- Tổng hợp và rút ra những ñặc ñiểm ñịa vật lý của vùng nghiên cứu.
- Thực hiện các bài toán ứng dụng nhằm kiểm chứng kết quả nghiên cứu và
xác lập mối quan hệ giữa nghiên cứu và ứng dụng của luận án.

3


5. Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu:
Nguồn tài liệu trong luận án này ñược thu thập từ các phương án ño sâu ñiện
của các ñề tài cấp tỉnh về khảo sát, thăm dò nước ngầm tỉnh Tiền Giang, cùng với
các nguồn tài liệu ñiều tra cơ bản, khảo sát ñịa chất thủy văn, ñịa chất công trình do
các ñơn vị như ðoàn ðịa chất thủy văn – ðCCT 803, Viện Quy hoạch thủy lợi Nam
bộ, Phân viện ðịa lý TP HCM, .. triển khai từ năm 1984 ñến nay. Ngoài ra, luận án
cũng thực hiện ño sâu ñiện bổ sung 300 ñiểm.
Khối lượng tài liệu:


Các phương pháp ñược áp dụng ñể xử lý, phân tích, tổng hợp các tài liệu gồm:
- Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp tài liệu
- ðo sâu ñiện bổ sung trên ñịa bàn huyện Chợ Gạo, Mỹ Tho, Châu Thành.
- Phương pháp phân tích tự ñộng ñường cong ño sâu ñiện: sử dụng phần
mềm Rinver32, ipi2Win ñể phân tích số liệu ño sâu ñiện theo từng ñiểm ño và theo
tuyến ño.

4


- Phương pháp phân tích GIS: Ứng dụng công nghệ GIS phân tích số liệu
ñiểm ño sâu ñiện theo vị trí không gian và giá trị thuộc tính ñiện trở suất. Công
nghệ GIS giúp cho việc phân tích các dữ liệu có quan hệ không gian nhanh chóng
và hiệu quả hơn. Bản ñồ GIS vừa là nguồn thông tin ñầu vào, vừa là kết quả biểu
hiện của hệ thống GIS.
- Phương pháp nội suy Kriging: ñược ứng dụng nhằm xác ñịnh các giá trị
ñiện trở suất cần nội suy tại những vị trí không có giá trị ño thực tế trên bản ñồ GIS.
Ngoài ra, CSDL của luận án ñược xây dựng theo cách tiếp cận mô hình
Geodatabase, là mô hình dữ liệu hướng ñối tượng, mô hình này cho phép biểu diễn
thống nhất các ñối tượng không gian và phi không gian và lưu trữ thống nhất dữ
liệu không gian và phi không gian khi ánh xạ mô hình này xuống hệ quản trị cơ sở
dữ liệu (DBMS); Chương trình ứng dụng xây dựng bản ñồ ñiện trở suất ñược lập
trình bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic.Net, thực hiện trên nền ArcGIS 9.3; Các
phần mềm máy tính khác cũng ñuợc sử dụng, hỗ trợ cho việc xử lý, phân lọc, tinh
chỉnh số liệu ño ñạc như: Excel, MapInfo, Surfer 4.3, Surfer 9.1.
6. Những ñiểm mới của luận án
- Xây dựng cơ sở dữ liệu ñiện trở suất các tầng ñịa chất trầm tích tỉnh Tiền
Giang phục vụ cho các bài toán phân tích không gian liên quan.
- Hình thành chương trình ứng dụng khai thác CSDL, thực hiện các thuật

hiện phương pháp ño sâu ñiện trên ñịa bàn nghiên cứu; Tài liệu ñịa chất vừa là cơ
sở cho các nhận ñịnh ban ñầu về cấu trúc ñịa chất, vừa là tài liệu kiểm chứng kết
quả phân tích tài liệu ño sâu ñiện; Công nghệ GIS sử dụng trong luận án như là một
công cụ tích hợp các phương pháp, thực hiện các thuật toán nội suy từ các giá trị
ñiện trở suất dạng ñiểm, rời rạc sang dữ liệu có sự phân bố liên tục, hiễn thị trên bản
ñồ số hóa theo từng lớp dữ liệu phù hợp cấu trúc ñịa chất của ñịa bàn nghiên cứu.
- Phục vụ cho việc nghiên cứu của các ngành khác: Các lớp bản ñồ ñiện trở
suất ñược hình thành góp phần phản ảnh quá trình thành tạo các lớp ñịa chất trầm
tích qua các giai ñoạn biển tiến, biển thoái. Tùy theo mục ñích khai thác tài nguyên
ở tầng sâu hay nông mà các lớp bản ñồ ñiện trở suất ñược sử dụng ñể hỗ trợ cho các
nghiên cứu ứng dụng như: Khai thác nước dưới ñất của ngành ñịa chất thủy văn;
Phân vùng ñất yếu của ngành ñịa chất công trình; Phân vùng tập trung sét theo giá
trị ñiện trở suất của ngành ñiện lực, viễn thông; ðánh giá khả năng hấp thu phân
bón dựa vào ñộ dẫn ñiện của ngành nông nghiệp và là một nhân tố trong bài toán

6


tích hợp dữ liệu không gian và thuộc tính phục vụ cho các ngành quản lý, quy
hoạch.
- Giảng dạy: Với lượng số liệu thu thập khá ñầy ñủ, minh giải ñược ñặc ñiểm
tự nhiên của vùng nghiên cứu; kết quả phân tích có ñối chứng; cùng với việc kết
hợp khá hoàn thiện phương pháp truyền thống ðVL và công nghệ hiện ñại GIS ñể
xử lý, phân tích, cập nhật, hiển thị kết quả trên bản ñồ số hóa, nên luận án có thể
ñược sử dụng ñể làm tài liệu tham khảo, minh họa cho công tác giảng dạy của
chuyên ngành Vật lý ðịa cầu, GIS.
Ý nghĩa thực tiễn:
Dựa trên hệ thống CSDL ñiện trở suất, tùy theo giá trị phân biệt ñiện trở suất
của từng ñối tượng vật chất, các tính năng riêng biệt của các tầng ñịa chất sẽ ñược
xác ñịnh. Bằng các phương pháp phân tích không gian, nội suy GIS trên nền tảng

(3) Bài toán ứng dụng
- Xác ñịnh vùng phân bố mặn nhạt các tầng chứa nước dưới ñất tỉnh Tiền
Giang.
- Xây dựng mô hình cấu trúc phân lớp ñịa chất huyện Cai Lậy phục vụ xây
dựng công trình.
Từ nội dung trên, luận án ñược viết 163 trang gồm các phần, chương sau:
-

Phần MỞ ðẦU gồm 8 trang

-

Phần 1: TỔNG QUAN

Phần này gồm 2 chương:
+ Chương 1 : Cơ sở lý thuyết gồm 19 trang
+ Chương 2: ðặc ñiểm tự nhiên gồm 23 trang
-

Phần 2: XÂY DỰNG BẢN ðỒ ðIỆN TRỞ SUẤT

Phần này gồm 2 chương:
+ Chương 3: Phân tích - xử lý tài liệu ño sâu ñiện gồm 30 trang
+ Chương 4: Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản ñồ ñiện trở suất
gồm 34 trang
-

Phần 3: KẾT QUẢ - ỨNG DỤNG

Phần này gồm 1 chương:

•

Thành phần khoáng vật,
ðộ rỗng và ñộ chứa nước,
ðộ ẩm,
ðộ khoáng hoá của nước ngầm,
Kiến trúc bên trong,
Nhiệt ñộ và áp suất.

- Thành phần khoáng vật: Các khoáng vật tạo vật liệu thường gặp là không
dẫn ñiện; Vì vậy, ñiện trở suất của phần lớn các vật liệu trầm tích, biến chất và phún
suất ít phụ thuộc thành phần khoáng vật, mà ñược xác ñịnh bởi các yếu tố còn lại.
- ðộ rỗng: là tỉ lệ phần không gian rỗng trong thể tích toàn phần của khối ñá.
ðộ rỗng thường ñược tính bằng phần trăm (%), kí hiệu là Ф
ðộ rỗng Φ là tỷ số giữa thể tích rỗng (Vr) và thể tích ñất ñá (Vññ):

Φ=

Vr
Vññ

(1.1)

Bảng 1.1: ðộ rỗng của một số loại ñá khác nhau [3]
Loại ñá trầm tích
chưa gắn kết
ðộ rỗng (%)

Sỏi


(1.2)

Sw là ñộ bão hòa nước (%).
Vn thể tích nước chứa trong lỗ rỗng.
Vr thể tích rỗng.

ðộ bão hòa nước còn ñược tính theo ñiện trở suất:

ρ 
Sw =  o 
 ρt 
Với:

1
n

(1.3)

ρt ñiện trở suất thât của ñất ñá.
ρo ñiện trở suất của ñất ñá bão hòa 100% nước
n là hệ số bão hòa, thường chọn bằng 2.

- ðộ ẩm: là ñộ ngấm nước trong phần rỗng. Khi tăng ñộ ẩm, ñiện trở suất của
vật liệu giảm.
ðộ ẩm của vật liệu ñịa chất ở dưới mức nước ngầm thường lớn hơn vật liệu
trên mức nước ngầm. Sự chênh lệch này thể hiện rõ ở các loại như cát thô, loại ñá
có nhiều khe nứt... Vì trong chúng, nước khối chiếm ưu thế. Còn với sét, sự chênh
lệch ấy không rõ rệt, vì ở sét, nước trên mặt giữ vai trò quan trọng hơn nước khối.
Nói chung ñối với các vật liệu trầm tích có quy luật sau: ñiện trở suất càng
lớn nếu kích thước hạt càng lớn. Khi chuyển từ sét sang loại pha sét, pha cát và cát,