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

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 MÁ

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)

7466

30/7/2009

Hà Nội, 2008

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)

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, 2008

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu 04

Chương I : Tổng quan về nguyên lý hoạt động của bộ máy địa chấn

nông độ phân giải cao

06

I Bộ phát sóng địa chấn 06

I.1 Bộ tích năng lượng 06

I.2 Đầu phát sóng âm 06

II Bộ thu tín hiệu địa chấn 07

II.1 Đầu thu tín hiệu địa chấn 07

II.2 Bộ ghi tín hiệu địa chấn 07

III Bộ định vị điểm đo địa chấn 07

Chương II: Kết quả cải tiến và chế tạo thử bộ máy địa chấn nông

độ phân giải cao

08

I Cải tiến bộ tích năng lượng 08

II Đầu phát sóng trên mặt đất 14

III Bộ thu tín hiệu địa chấn 15

IV Chương trình điều khiển thu thập số liệu 23

I Kết quả đo thử nghiệm vùng Vịnh Nha Trang 28

II Kết quả đo thử nghiệm vùng cửa sông Gianh (Quảng Bình) 30

III Kết quả đo thử nghiệm vùng biển Hải Thịnh (Nam Định) 32

IV Kết quả đo thử nghiệm vùng biển sâu Bình Định 34

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)”

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 kiện điện tử hiện có trên thị trường trong nước Để đạt được mục tiêu này Đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ chính sau:

* Cải tiến bộ tích năng lượng;

* Chế tạo thử đầu phát sóng trên mặt đất;

* Chế tạo thử bộ thu tín hiệu địa chấn;

* Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển và thu thập số liệu địa chấn Nội dung chính của báo cáo tổng kết gồm: Mở đầu; Chương 1: Tổng quan về nguyên

lý hoạt động của bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao; Chương II: Kết quả cải tiến và chế tạo thử bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao; Chương III: Kết quả áp dụng đo thử nghiệm; Chương IV: Tổ chức thực hiện và kinh phí thực hiện; Kết luận và kiến nghị

Chương I:

Tổng quan về nguyên l ý hoạt động của bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao

I Bộ phát sóng địa chấn

I.1 Bộ tích năng lượng

I.2 Đầu phát sóng âm

II Bộ thu tín hiệu địa chấn

II.1 Đầu thu tín hiệu địa chấn

II.2 Bộ ghi tín hiệu địa chấn

III Bộ định vị điểm đo địa chấn

Chương II:

Kết quả cải tiến và chế tạo thử bộ máy địa chấn nông độ phân giải cao

I Cải tiến bộ tích năng lượng

II Chế tạo đầu phát sóng trên mặt đất

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 năng 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 chấn 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 Định, Ninh Thuận đã đạt được kết quả tương đối khả quan, một số mặt phản xạ được ghi nhận ở độ sâu hơn 200m Đây là một thành công đang ghi nhận của đề tài này Từ kết quả này tập thể tác giả đề nghị được tiếp tục nâng cấp bộ phát sóng địa chấn để có thể khảo sát trên biển nước sâu và tăng chiều sâu nghiên cứu đến năm, sáu trăm mét để tìm kiếm các cấu trúc địa chất có khả năng chứa khí ga hydrat (băng cháy) ở vùng biển Việt Nam

Những người thực hiện chính: Nguyễn Trần Tân, Phạm Quốc Phôn, Hoàng Hải Hà và

một số các cán bộ, kỹ sư khác ở Liên đoàn VLĐC, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Viện KH &

CN Việt Nam

MỞ ĐẦU

Nhờ tiến bộ của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin và công nghệ máy tính mà phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao được áp dụng rộng rãi để nghiên cứu phần nông của mặt cắt địa chất một cách hiệu quả

và có nhiều ý nghĩa về kinh tế Phương pháp này được áp dụng rộng rãi ở các quốc gia phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Nga, Nhật Bản để nghiên cứu cấu trúc các tập trầm tích Đệ tứ đới ven biển nhằm tìm kiếm khoáng sản và dự báo quá trình nâng lên của mực nước biển trong thời gian tới Trong những năm gần đây phương pháp này còn được ứng dụng có hiệu quả để phát hiện sự tồn tại của các tập trầm tích có chứa hydrad (băng cháy) - một nguồn năng lượng tương lai của thế giới

Ở Việt Nam, vào năm 1991 phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao

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 thực 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 cứu 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 sản 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 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 kiện điện tử hiện có trên thị trường trong nước Để đạt được mục tiêu này Đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ chính sau:

* Cải tiến bộ tích năng lượng;

* Chế tạo thử đầu phát sóng trên mặt đất;

* Chế tạo thử bộ thu tín hiệu địa chấn;

* Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển và thu thập số liệu địa chấn

Sau hai năm nghiên cứu và thực hiện, tập thể tác giả đã cải tạo thành công

tổ hợp máy địa chấn nông độ phân giải cao để khảo sát địa chất trên mặt đất và các vùng bị ngập nước, đã áp dụng đo thử nghiệm ở các vùng cửa sông Gianh Tỉnh Quảng Bình, vùng cửa sông Ninh cơ Tỉnh Nam Định, vùng biển sâu từ Đà Nẵng đến Quy Nhơn - Bình Định, vùng vịnh Nha Trang, vùng thị trấn Trúc Sơn

- Hà Tây

Báo cáo này gồm:

- Phần mở đầu

- Chương I: Tổng quan về nguyên lý hoạt động của bộ máy địa chấn

phân giải cao;

- Chương II: Kết quả cải tạo và chế tạo thử bộ máy địa chấn phân giải

cao;

- Chương III: Kết quả áp dụng đo thử nghiệm tại hiện trường;

- Chương IV: Tổ chức thi công và kinh phí thực hiện;

- Kết luận và kiến nghị;

- Phụ lục kèm theo;

- 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 sản 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

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 cũng nhỏ hơn cỡ 2-3 lần so với công tác địa chấn dầu khí Nguyên lý hoạt động của phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao là sử dụng nguồn năng lượng để phát ra sóng âm trên mặt đất hoặc trên mặt nước, sóng âm này lan truyền xuống lòng đất và khi gặp các ranh giới địa chất giữa các lớp đất đá có độ kháng âm khác nhau sẽ phản xạ và quay về mặt đất Nhiệm vụ chủ yếu của phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao là thu tín hiệu của sóng phản xạ, xử lý số liệu và luận giải địa chất các tín hiệu đó theo mục đích riêng của mình (ảnh trên).Máy và thiết bị trong phương pháp địa chấn nông độ phân giải cao bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:

*.Bộ phát sóng địa chấn

*.Bộ thu tín hiệu địa chấn

*.Máy định vị điểm đo địa chấn (GPS)

*.Hệ chương trình phần mềm điều khiển và thu thập số liệu

I BỘ PHÁT SÓNG ĐỊA CHẤN

Có nhiều cách để tạo nên sóng địa chấn, song trong khuôn khổ của Đề tài này chỉ đề cập đến việc sử dụng điện năng để tạo nên nguồn sóng âm Bộ phát sóng địa chấn bao gồm:

a Bộ tích năng lượng

b Đầu phát sóng âm

I.1 Bộ tích năng lượng

Bộ tích năng lượng làm nhiệm vụ biến năng lượng do máy phát điện dòng xoay chiều tạo nên, thành nguồn điện cao áp một chiều và lưu giữ trên một hệ thống tụ điện có điện dung đủ lớn Năng lượng này sẽ được điều khiển giải toả thành sóng âm thông qua đầu phát Sparker hoặc Boomer

I.2 Đầu phát sóng âm

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 hồi

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 hiệu 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)

III BỘ ĐỊNH VỊ ĐIỂM ĐO ĐỊA CHẤN

Để xác định vị trí điểm khảo sát thường dùng máy định vị vệ tinh toàn cầu (GPS) có độ chính xác cỡ ± 10m.Trong trường hợp yêu cầu có độ chính xác cao hơn nhất thiết phải sử dụng loại máy DGPS (đo vi phân) Giá trị tọa độ từ máy GPS được ghi đồng thời vào file dữ liệu địa chấn dưới dạng SEG-Y Về lĩnh vực này sẽ được trình bày cụ thể trong chương II của báo cáo này

Chương II

KẾT QUẢ CẢI TIẾN VÀ CHẾ TẠO THỬ

BỘ MÁY ĐỊA CHẤN NÔNG ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

I CẢI TIẾN BỘ TÍCH NĂNG LƯỢNG

Tổ hợp thiết bị địa chấn nông độ phân giải cao do Cộng hoà Liên Bang Nga chế tạo, được Liên đoàn Vật lý Địa chất nhập về từ năm 1993 Đây là tổ hợp máy thu thập đồng thời số liệu địa chấn biển một kênh và số liệu trường từ toàn phần T Qua thời gian sử dụng liên tục trong điều kiện môi trường khắc nghiệt trên biển hầu hết các bộ phận đều bị xuống cấp và lạc hậu về công nghệ hiện đại Bộ tích năng lượng là một trong các thiết bị của tổ hợp thiết bị này và được chúng tôi cải tạo theo công nghệ số hiện đại

Như chúng ta dã biết, bộ tích năng lượng đã được các nhà Địa vật lý Nga chế tạo theo nguyên lý sau (xem hình vẽ số II.1):

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 lượng 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 điện 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

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

4

6

chín mươi của thế kỷ trước, nhưng có ưu điểm là chịu được hiệu điện thế cao cỡ

Để điều khiển khoá (công tắc cao áp điện tử) chúng tôi đã thiết kế và chế tạo một mạch điện tử nhận tín hiệu đồng bộ và một mạch điều khiển khóa thyristor được trình bày trên hình vẽ số II.3 và II.4

Khèi cung cÊp nguån

* 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 điều 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

Hình vẽ số II.4: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor

Hình vẽ số II.3: Sơ đồ mạch nhận tín hiệu

Bảng II.1: Thông số kỹ thuật của thyristor T353-800

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

Hình vẽ số II.5: Sơ đồ mạch in mặt dưới của bộ nhận và điều khiển tín hiệu đồng bộ

Hình vẽ số II.6: Sơ đồ mạch in mặt trên của bộ nhận và điều khiển tín hiệu

*Thử nghiệm bộ tích năng năng lượng

Bộ tích năng lượng sau khi cải tiến đã được thử nghiệm và điều chỉnh nhiều lần trong suốt thời gian thực hiện Đề tài Đầu tiên bộ tích năng lượng được thử nghiệm với công suất phát 200J-điện áp phát 3000V Sau khi hiệu chỉnh, tháng 8/2007 bộ tích năng lượng được thử nghiệm với công suất 600J, -điện áp phát 3000V tại vùng cửa sông Gianh - Quảng Bình Kết quả là bộ tích năng lượng hoạt động ổn định, công suất phát đạt yêu cầu đặt ra Năm 2008, bộ tích năng lượng tiếp tục được hoàn thiện nâng điện áp hoạt động lên 6000V, năng lượng tích lũy lên đến 1600J

Năng lượng tích lũy phụ thuộc vào điện dung và hiệu điện thế trên tụ tích điện và được xác định bằng công thức :

2

1

CU 2

Ở đây: E - Năng lượng sóng, tính bằng Jul

C - điện dung, tính bằng Fara

U - hiệu điện thế, tính bằng vôn

(Với điện áp hoạt động 6000V, bộ tụ tích điện có điện dung 90 µF 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

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 đây là một dạng đầu phát kín, an toàn, trọng lượng vừa phải nên có khả năng

di động cao Trên thế giới đã có nhiều nước sử dụng dạng đầu phát này, đặc biệt là các nước bắc Âu như Na Uy, Thụy Điển Sau thành công của đề tài

"Nghiên cứu chế tạo thử đầu phát sóng địa chấn SPARKER và BOOMER",

Đề tài này tập trung vào việc cải tiến tương tác chấn động từ nguồn phát boomer vào môi trường Sau khi thí nghiệm nhiều lần trên các vật liệu khác nhau như gỗ, sắt, nhựa chúng tôi đã lựa chọn vật liệu truyền tương tác là nhựa PA Đây là vật liệu vừa có trọng lượng riêng đủ nhẹ vừa có khả năng truyền chấn động tốt Tấm đế truyền chấn động được liên kết với boomer bằng 4 lò xo có độ nhún thích hợp Tất cả hệ thống được gắn vào một bệ giảm chấn bằng nhựa cứng, có khả năng chịu tải nặng đến 200kg và độ cách điện đến 5Kv Để đánh giá mức độ hoạt động của đầu phát, tại vùng Trúc Sơn chúng tôi đã sử dụng đầu phát nguồn kiểu Boomer dùng trên mặt đất để tạo sóng đàn hồi Khoảng cách giữa máy thu và đầu phát được giữ cố định 2 mét Năng lượng phát khoảng 500J, đầu thu được sử dụng là Geophone thông thường Kết quả khảo sát được trình bày trên hình vẽ số: II.8b Trên mặt cắt này đã phát hiện được hai mặt phản xạ ở độ sâu 33 mét và 85mét Mặt số 1 nằm trong trầm tích Đệ tứ và mặt 2 là mặt đá gốc Ngoài ra còn phản ánh sự tồn tại của đứt gẫy trong đá gốc, tuy nhiên sự biểu hiện đứt gẫy không thật rõ nét, nhưng có thể sử dụng thông tin này để tìm kiếm nước ngầm ở vùng này

Hình vẽ số II.8a: Đầu phát sóng trên mặt đất

Hình vẽ số II.8b: Mặt cắt địa chấn vùng Trúc Sơn

III BỘ THU TÍN HIỆU ĐỊA CHẤN

III.1 Đầu thu tín hiệu địa chấn (Streamer)

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: 0,6 mét (với hệ đầu phát Sparker) và 0,2 mét (với đầu phát Boomer) 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 của các máy thu tín hiệu và trọng lượng vừa phải của đầu thu đủ để nó chìm sâu trong nước khi tàu chuyển động với vận tốc 5 - 7 Km/giờ Kết quả thu được khá tốt khi khảo sát với loại đầu thu này (xem chi tiết ở chương III)

III.2 Bộ ghi tín hiệu địa chấn

Nhiệm vụ của bộ ghi tín hiệu địa chấn là ghi lại các xung tín hiệu địa chấn do đầu thu tín hiệu tạo ra Trước đây, tín hiệu địa chấn được khuyếch đại bằng các bộ khuyếch đại điện tử về mặt biên độ rồi đưa ra chỉ thị bằng các bút ghi trên giấy, đồng thời được lưu trữ bằng các băng từ Bộ ghi tín hiệu có nhiều phần như : Phối hợp trở kháng, khuyếch đại về dòng, khuyếch đại về biên độ, khuyếch đại phục hồi biên độ theo thời gian, các bộ lọc điện tử tần số cao, tần số thấp Hiện nay, nhờ có sự phát triển của công nghệ vật liệu điện tử và công

R1

R2

R1

R2

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.9: Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu địa chấn

III.2.1 Khối phối hợp trở kháng :

Khối phối hợp trở kháng có nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa đầu thu và máy thu, đồng thời có nhiệm vụ bảo vệ đầu vào bộ khuyếch đại để tránh bị hỏng

do tín hiệu đầu vào quá mạnh

Hình vẽ số II.10: Sơ đồ nguyên lý mạch phối hợp trở kháng đầu vào

Tụ C1, C2 là tụ truyền tín hiệu và ngăn dòng một chiều; Tụ C11, C12 để lọc nhiễu tần số cao; Trở R1, R2 bảo vệ đầu vào khi tín hiệu quá cao

III.2.2 Khối khuyếch đại biên độ

Khối này gồm có hai tầng Tầng đầu là tầng khuyếch đại theo kiểu vi sai

để chống nhiễu đồng pha ngẫu nhiên Tầng thứ hai là một bộ khuyếch đại tuyến tính

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 hiệu đồng bộ

III.2.4 Khối nguồn :

Cung cấp nguồn điện một chiều +5V, ± 12V cho khối khuyếch đại và khối xử lý tín hiệu đồng bộ từ nguồn xoay chiều 220V hoặc từ ắc qui 12V

III.2.5 Khối biến đổi tương tự số ADC :

Bộ biến đổi tương tự số là loại DAS 16/16-AO của hãng Measurement Computing - USA Đây là một loại card sử dụng chuẩn kết nối PCMCI của máy tính Nooterbook DAS 16/16-AO có các thông số chính như sau :

• Giải tín hiệu vào : ± 10V, ±5V, ± 2.5V, ± 1.25V ;

• Độ phân giải 16bit ;

• Tần số lấy mẫu cực đại 100KHz;

• Nguồn nuôi 5V; Dòng tiêu thụ cực đại 170mA;

• Chuẩn kết nối PCMCI

III.2.6 Máy tính điều khiển :

Là loại máy tính xách tay kỹ thuật có đủ các cổng giao tiếp cơ bản như RS232 hoặc RS245, LPT, USB, 2 cổng PCMCI Tốc độ xung nhịp Core 2 duo 1.83GHz, Ram 1512 MB , dung lượng ổ cứng 80Gb, hệ điều hành Windows XP

Hình vẽ số II.13: Sơ đồ điện tử của bộ thu tín hiệu địa chấn

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

Hình vẽ số II.16: Bảng mạch điện tử hoàn chỉnh bộ thu tín hiệu

Hình số II.17: Bộ thu tín hiệu đã được lắp ráp hoàn chỉnh

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 phát triển các hàm của chương trình phần mềm " MCC DAQ and Analysis componet Library for Visual Studio 2005/2003" của hãng Mesurement Computing cho các phần cứng tương ứng của hãng Đây là phần mềm có bản quyền của hãng Mesurement Computing - Hoa Kỳ (Đề tài mua trực tiếp)

Chương trình điều khiển chạy trong môi trường Window XP của máy tính xách tay kỹ thuật Nó có nhiệm vụ điều khiển phần cứng của thiết bị đo như :

- Đặt hệ số khuyếch đại cho bộ thu tín hiệu;

- Đặt chu kỳ đo;

- Đặt bước lấy mẫu (tần số lấy mẫu);

- Số mẫu cần lấy (độ dài lấy mẫu);

- Phát xung đồng bộ để kích hoạt các thiết bị khác;

- Đặt thời gian trễ thu thập số liệu nếu cần

Chương trình điều khiển thu thập các số liệu địa chấn và lưu trữ số liệu thực địa theo định dạng chuẩn quốc tế SEG-Y vào ổ cứng của máy tính Đồng thời biểu diễn số liệu dưới dạng đồ thị xung và dạng mặt cắt theo thời gian Số liệu GPS theo chuẩn MNEA-0183 cũng được lưu đồng bộ vào file số liệu địa chấn

Hình vẽ số II.19: Sơ đồ khối chương trình ghi số liệu địa chấn

Hình II.20: Giao diện chương trình