Hợp tác Việt-Nga trong chế tạo và thử nghiệm máy thăm dò điện tổ hợp TEC-2 phục vụ khảo sát môi trường địa chất tầng nông

 399
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 15, Số 4; 2015: 399-405 
DOI: 10.15625/1859-3097/15/4/7382 
HỢP TÁC VIỆT - NGA TRONG CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY 
THĂM DÒ ĐIỆN TỔ HỢP TEC-2 PHỤC VỤ KHẢO SÁT 
MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT TẦNG NÔNG 
Đỗ Huy Cường*, Bùi Thị Bảo Anh, Nguyễn Thị Nhân, 
Nguyễn Xuân Tùng, Phạm Đức Hùng, Nguyễn Xuân Thành 
Viện Địa chất và Địa vật lý biển-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 
*E-mail: dohuycuong_hanoi@yahoo.com 
Ngày nhận bài: 15-4-2015 
TÓM TẮT: Máy đo điện tổ hợp TEC-2 (Tomography Electric Complex-2) được thiết kế, lắp 
ráp và thử nghiệm tại Viện Địa chất và Địa vật lý biển là sản phẩm hợp tác khoa học giữa phòng 
Địa từ điện của Viện Hàn lâm Khoa học Nga chi nhánh Viễn Đông (POI) và phòng Địa môi trường 
thuộc Viện Địa chất và Địa vật lý biển (IMGG). Kết quả đo thử nghiệm máy TEC-2 cho thấy khả 
năng đo tổ hợp nhiều phương pháp trên hệ điện cực bố trí sẵn, thời gian đo nhanh, độ ổn định của 
kết quả đo cao, độ chính xác giữa hai lần đo đạt trên 92%. Các thiết kế hệ điện cực, thao tác đo, 
chọn tham số được lập trình và điều khiển tự động bằng máy tính. Máy TEC-2 đã được sử dụng để 
nghiên cứu các đới cấu trúc yếu thuộc các đảo san hô Song Tử Tây, Cơn Ca, Nam Yết và Sinh Tồn 
thuộc quần đảo Trường Sa và môi trường địa chất tầng nông khu vực ven bờ Sông Hồng khu vực 
Sơn Tây, Hà Nội. Các kết quả thu thập được đã đóng góp một phần quan trọng cho sự thành công 
của đề tài nghiên cứu do Viện Địa chất và Địa Vật lý biển chủ trì thuộc Chương trình Biển Đông và 
Hải đảo giai đoạn 2011 - 2013 và đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam giai 
đoạn 2013 - 2014. 
Từ khóa: Máy đo điện tổ hợp, điều khiển tự động, hệ điện cực, chọn tham số. 
MỞ ĐẦU 
Theo thỏa thuận hợp tác giai đoạn 2010 - 
2015 giữa Viện Địa chất và Địa vật lý biển và 
Viện Hải dương học Thái Bình Dương, phòng 
thí nghiệm về địa chất và địa vật lý hợp tác 
Việt Nga đã được thành lập từ năm 2011. Trên 
cơ sở của thỏa thuận hợp tác này, phòng Địa 
Môi trường thuộc IMGG và phòng nghiên cứu 
địa từ điện thuộc POI đã tiến hành hợp tác chế 
tạo và thử nghiệm thiết bị khảo sát địa vật lý 
biển. Chúng tôi đã lựa chọn thiết bị khảo sát địa 
điện làm cơ sở cho hợp tác nói trên. Máy thăm 
dò điện TEC-2 đã được các chuyên gia về điện 
tử và địa vật lý của IMGG và POI hợp tác chế 
tạo và thử nghiệm thành công và có các tính 
năng thu thập và xử lý số liệu ưu việt tương tự 
như các sản phẩm cùng loại do Canada sản xuất 
[1-3]. 
Trong khuôn khổ của hợp tác này, phần 
thiết kế mạch điện lý thuyết do các chuyên gia 
của POI thực hiện, phần chế tạo các bản mạch 
và lắp ráp thành bộ máy hoàn chỉnh được thực 
hiện tại phòng thí nghiệm hợp tác Việt Nga về 
địa chất và địa vật lý đặt tại IMGG. Các công 
tác lựa chọn bản mạch thô, in hình và và tạo 
mạch điện bằng phương pháp ăn mòn kim loại, 
khoan chân linh kiện, lắp ráp linh kiện và hàn 
kết nối vào cáp đa lõi đã được nhân viên của 
phòng Địa môi trường thực hiện trực tiếp. Phần 
mềm điều khiển hệ thiết bị và xử lý số liệu 
được các chuyên gia POI cài đặt và có hướng 
dẫn sử dụng chi tiết. 
Đỗ Huy Cường, Bùi Thị Bảo Anh,  
 400
Máy TEC-2 có khả năng đo tự động theo sự 
điều khiển của chương trình máy tính đã lập. 
Các phương pháp bố trí hệ điện cực đo theo hệ 
đo sâu, gradient, lưỡng cực, ... được lập trình 
và thực hiện nhanh với độ chính xác cao. Trong 
khuôn khổ của hợp tác này, chúng tôi đã thiết 
kế để hệ máy TEC-2 có thể đo tổ hợp 32 cực 
theo thiết kế nguồn phát cực đại và hạn chế 
nhiễu tối đa, khoảng cách AB lớn nhất là 
93 mét (giai đoạn 2011 - 2013) và 155 mét 
(giai đoạn 2013 - 2014). Do giới hạn thiết kế 
nguồn phát và công suất của mạch tích hợp, 
khoảng cách giữa các điện cực khi sử dụng 
TEC-2 không vượt quá 5 mét. 
CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ MÁY THĂM 
DÒ ĐIỆN TỔ HỢP TEC-2 
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động 
Khối điều khiển (YY) 
Bộ điều khiển chia thực hiện truyền mệnh 
lệnh nhận được từ cổng song song của máy tính 
sang khối chia và bộ điều khiển nguồn (hình 1). 
Bộ điều khiển chia điều khiển khối chia thông 
qua cổng song song (LPT) gồm 19 đường 
truyền theo chuẩn RS-485. 
Hình 1. Sơ đồ khối thiết bị 
Khối chia (БК) 
Hình 2. Cấu trúc cáp chia (ГК) 
Đảm bảo việc kết nối các điện cực với 1 
trong 4 đường truyền chuẩn là đường phát và 
đường đo dương và âm. Khối chia kết nối với 
nhau bằng cáp chia 8 kênh (ГК) (hình2). 
Các giá trị phát và thu được thực hiện bởi 
bộ biến đổi tương tự số, kết nối khối АЦП với 
YY thông qua cổng nối tiếp (COM). Nguồn 
ЭДС - nối tới các điện cực. Bộ điều khiển 
nguồn nuôi ЭДС trong máy ҚЭТ-2 đảm bảo 
nguồn được cấp ổn định. Nguồn nuôi chung 
của thiết bị (ИПО) để nuôi máy tính, АЦП E-
24, các vi mạch điều khiển, các bộ điều khiển 
nhóm phát và chia. 
Phần chính của БК là bộ vi điều khiển 
(MK). Với cáp ГК, giao tiếp RS-485, vi điều 
khiển MK nhận lệnh từ YY. Phụ thuộc vào 
mệnh lệnh mà MK nối điện cực với 1 trong các 
đường dây của cáp chính (A, B, M hay N) 
thông qua bộ công tắc (Cont). Bộ chia được cấp 
nguồn nuôi theo các lõi nằm trong cáp chính. 
Hình 3. Cấu trúc khối chia (БК) 
Cấu tạo khối điều khiển (БY) 
Phần chính của БY là bộ vi điều khiển MK 
thực hiện điều khiển bộ АЦП, bộ chia thế 
(Div U), cáp chính đa kênh, bộ khuếch đại (Is 
Amp); bộ chia dòng (Div I), bộ điều khiển 
nguồn ЭДС (ИТ). Các nguồn cung cấp được 
thông qua cáp chính. 
Hình 4. Bộ điều khiển (БY) 
Hợp tác Việt - Nga trong chế tạo và thử  
 401
Cấu tạo khối điều khiển nguồn (БТ) 
Phần chính của bộ điều khiển nguồn (БТ) là 
một bộ vi xử lý điều khiển MK nhận lệnh từ 
YY qua bộ truyền RS-485. Phụ thuộc vào lệnh 
nhận được, vi điều khiển MK nối nguồn vào 
đường AB thông qua công tắc (Cont). Nguồn 
nuôi các thành phần trong БТ được thực hiện 
qua cáp chính. 
Hình 5. Sơ đồ bộ điều khiển nguồn (БT) 
Quy trình tương tác giữa các khối của thiết 
bị TEC-2 
Đường truyền dữ liệu của thiết bị TEC-2 
Các lệnh từ YY tới bộ biến đổi tương tự - 
số qua cổng COM (chuẩn RS-232). Các lệnh từ 
YY tới khối điều khiển БУ đi qua cổng LPT. Ở 
đây, vi điều khiển БУ hoặc thực hiện lệnh hoặc 
thông qua chuẩn giao tiếp RS-485 truyền lệnh 
đến bộ điều khiển nguồn và các khối chia. 
Tương tác giữa chương trình điều khiển và 
các khối chia được thực hiện theo lệnh kết nối 
điện cực. Lệnh kết nối điện cực của đường phát 
AB và thu MN được chương trình điều khiển 
phát ra qua cổng LPT. Bộ điều khiển chia thực 
hiện việc truyền lệnh lấy được từ cổng song 
song của máy tính sang các khối chia và bộ 
điều khiển nhóm nguồn. 
Các tệp dữ liệu của hệ thiết bị 
Chế độ làm việc của thiết bị được điều 
khiển từ máy tính thông qua tham số trong 3 
phai điều khiển chính là measur.cfg, 
operation.geo và operation.con. Các phai này 
quy định đặc tính chung của thiết bị, đặc tính 
riêng của hệ đo (tần số, thời gian, tọa độ); 
Thông số hình học thiết bị; tham số thiết kế hệ 
thiết bị khảo sát. Kết quả đo được lưu trữ vào 
tệp có khuôn dạng chuyên biệt TEC-2.rez. Giữa 
các trường BEGIN và END chứa các kết quả 
đo thế, thực hiện trên đường AB, MN và trên 
các điện trở của bộ chia R2. Các phép đo tiến 
hành liên tục tương ứng với khoảng thời gian 
kết nối điện cực trên đường AB và MN. 
KẾT QUẢ ĐO THỬ NGHIỆM VÀ THỰC 
TẾ 
Các khối diều khiển chính của thiết bị 
TEC-2 
Hình 6. Các hình ảnh thiết bị và khảo sát thử 
nghiệm máy đo điện TEC - 2 
Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm sự hoạt 
động từng hợp phần của máy khảo sát trong 
phòng thí nghiệm và ngoài thực địa. Các kết quả 
thu được cho thấy sự hoạt động của máy là ổn 
định và sai số thấp (1 - 3% trong phòng thí 
nghiệm). Tuyến đo thử nghiệm được thực hiện 
trong khu vực có thiết đồ lỗ khoan địa chất công 
trình và kết quả khảo sát địa điện cho thấy lát cắt 
tham số địa chất địa vật lý hoàn toàn phù hợp 
với môi trường địa chất thực tế. Một số hình ảnh 
về thiết bị và khảo sát thử nghiệm máy đo điện 
TEC - 2 được thể hiện trong hình 6. 
Đỗ Huy Cường, Bùi Thị Bảo Anh,  
 402
Kết quả đo thử nghiệm 
Tuyến đo thử nghiệm được lựa chọn tại khu 
vực nền của Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh 
vật thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công 
nghệ Việt Nam. Hệ thiết bị thiết kế theo 
phương pháp đo sâu đối xứng, các điện cực 
được lựa chọn cách nhau 1 mét, khoảng cách 
AB lớn nhất đạt 30 mét. Các kết quả xử lý sơ 
bộ cho thấy sự phù hợp về môi trường minh 
giải địa chất địa vật lý vì đã xác định được đáy 
ao bị san lấp ở khu vực này tại độ sâu khoảng 
2,8 - 3 mét. Kết quả minh giải lát cắt địa chất 
địa vật lý đo lần 1 được thể hiện tại hình 7 và 
kết quả đo lần 2 được thể hiện tại hình 8. Hai 
số liệu thu thập tại cùng một vị trí ở hai lần đo 
đọc lập cho thấy độ ổn định của hệ máy đo 
TEC-2. 
Hình 7. Kết quả đo thử nghiệm lần 1 (thời gian 11 h 30’, ngày 29/5/2011) 
Hình 8. Kết quả đo thử nghiệm lần 2 (thời gian 11 h 45’, ngày 29/5/2011) 
Kết quả đo thực tế tại đảo Song Tử Tây 
thuộc khu vực Quần đảo Trường Sa 
Tại khu vực các đảo san hô nổi thuộc khu 
vực quần đảoTrường Sa, phần đảo nổi có độ 
cao so với mực nước biển từ 3,5 mét đến 6 mét. 
Chúng tôi đã tiến hành đo tham số điện trở suất 
(bảng 1) tại một số khu vực có lỗ khoan và 
khảo sát trên diện rộng toàn khu vực đảo. Kết 
quả xử lý tuyến đo tại đảo Sơn Ca được thể 
Hợp tác Việt - Nga trong chế tạo và thử  
 403
hiện tương ứng trên các hình 9. Trên lát cắt địa 
chất địa vật lý có thể thấy rõ sự phân bố của 
các lớp đất phân chim, cát sạn san hô, san hô 
cuội sỏi, san hô gắn kết yếu và tầng san hô gắn 
kết khối ngậm nước. Các kết quả sau minh giải 
cho thấy sự tương đồng về sự phân bố theo độ 
sâu của các lớp đất đá và các thông tin địa tầng 
từ các lỗ khoan địa chất công trình hiện có. 
Bảng 1. Kết quả đo tham số điện trở suất (đảo Sơn Ca) 
Độ sâu (m) Ký hiệu phân tầng Điện trở suất TB (Ωm) Mô tả đất đá 
ρmax = 1200 
ρmin = 780 
ρtb = 800 
Thành phần: 
Đất phân chim, đất pha cát 
Mầu sắc: nâu vàng, nâu 
sẫm 
ρmax = 520 
ρmin = 320 
ρtb = 400 
Thành phần: 
cát, sạn san hô, mảnh vỏ sò 
ốc, có lẫn đất phân chim 
Mầu sắc: nâu vàng, nâu 
sẫm 
ρmax = 280 
ρmin = 160 
ρtb = 180 
Thành phần: 
cát, sạn, sỏi, cuội san hô 
gắn kết yếu. 
Mầu sắc: vàng nhạt, vàng 
nâu 
ρmax = 58 
ρmin = 8 
ρtb = 21 
Thành phần: 
Cuội, sạn, cành san hô gắn 
kết yếu, độ rỗng lớn 
Mầu sắc: trắng đục, trắng 
xám 
ρmax = 12 
ρmin = 2 
ρtb = 5 
Thành phần: 
Cuội, cành, sạn san hô gắn 
kết yếu. Tảng san hô gắn 
kết yếu, độ rỗng lớn, 
Mầu sắc: trắng đục 
ρmax = 2 
ρmin = 1 
ρtb = 1 
Thành phần: 
Khối, tảng san hô gắn kết 
tốt, độ rỗng lớn 
Mầu sắc: trắng đục, 
Hình 9. Kết quả đo trên đảo Sơn Ca (năm 2011) 
Đỗ Huy Cường, Bùi Thị Bảo Anh,  
 404
Kết quả đo thực tế ven bờ Sông Hồng khu 
vực Sơn Tây, Hà Nội 
Tại khu vực Sơn Tây, Hà Nội các mặt cắt 
minh giải địa chất địa vật lý tương ứng với tuyến 
khảo sát đã được sử lý (hình 10, hình 11). Môi 
trường địa chất tầng nông tại đây được chia 
thành 6 lớp và tham số điện trở xuất tương ứng 
được mô tả trong bảng 2. Trong đó, lớp 1 gồm 
đất trồng trọt, cát, sét hạt mịn khô, giá trị điện 
trở suất trung bình là 209 Ωm; lớp 2 gồm cát sét 
hạt mịn, giá trị điện trở suất trung bình là 
172 Ωm; lớp 3 gồm cát sét hạt mịn, độ ẩm cao, 
giá trị điện trở suất trung bình là 121 Ωm, lớp 4 
gồm cát pha sét màu nâu vàng, trạng thái cứng, 
giá trị điện trở suất trung bình khoảng 70 Ωm; 
lớp 5 gồm sét pha cát trạng thái dẻo cứng, giá trị 
điện trở suất trung bình là 49 Ωm; lớp 6 gồm cát 
hạt nhỏ, màu xám ghi, độ ẩm cao, chặt vừa, giá 
trị điện trở suất trung bình khoảng 30 Ωm; lớp 6 
gồm cát, bột kết màu xám nâu, giá trị điện trở 
suất trung bình khoảng 80 Ωm. 
Hình 10. Kết quả đo đới bờ Sông Hồng khu vực Sơn Tây, Hà Nội - 1 (năm 2014) 
Hình 11. Kết quả đo đới bờ Sông Hồng khu vực Sơn Tây, Hà Nội - 2 (năm 2014) 
Bảng 2. Kết quả đo tham số điện trở suất (Sơn Tây, Hà Nội) 
Độ sâu (m) Ký hiệu phân tầng Điện trở suất TB (Ωm) Mô tả đất đá 
ρmax = 223 
ρmin = 178 
ρtb = 209 
Đất trồng trọt, cát sét hạt mịn 
khô màu vàng nâu 
ρmax = 183 
ρmin = 157 
ρtb = 172 
Cát sét hạt mịn khô màu nâu 
vàng 
ρmax = 168 
ρmin = 79 
ρtb = 121 
Cát, sét hạt mịn, độ ẩm cao 
màu nâu vàng 
ρmax = 83 
ρmin = 59 
ρtb = 70 
Cát pha sét, cứng xốp, màu nâu 
vàng 
ρmax = 62 
ρmin = 38 
ρtb = 49 
Sét pha cát trạng thái dẻo cứng, 
màu xám 
ρmax = 40 
ρmin = 21 
ρtb = 30 
Sét, cát hạt nhỏ, màu xám ghi, 
độ ẩm cao, chặt vừa 
ρmax = 120 
ρmin = 62 
ρtb = 80 
Cát, bột màu xám nâu 
Hợp tác Việt - Nga trong chế tạo và thử  
 405
KẾT LUẬN 
Sau quá trình đo tham số và thử nghiệm 
trên thực địa tại phần đảo nổi của một số đảo 
san hô thuộc quần đảo Trường Sa cũng như khu 
vực Sơn Tây Hà Nội, máy TEC-2 đã thể hiện 
tính năng ưu việt về độ ổn định của kết quả đo, 
hiệu quả đo cũng như hiệu suất khảo sát của 
thiết bị tương tương với các sản cùng loại do 
Canada sản xuất [3]. Hệ thiết bị này đã góp 
phần quan trọng trong việc hoàn thành các đề 
tài và hợp tác khoa học của phòng địa môi 
trường với các cơ quan trong và ngoài nước. 
Trong khuôn khổ đề tài cấp Viện Hàn lâm 
Khoa học và Công nghệ Việt Nam về đánh giá 
sự bất ổn định môi trường địa chất tầng nông 
đới ven bờ Sông Hồng khu vực Sơn Tây phục 
vụ quy hoạch thích ứng dân sinh thực hiện 
trong giai đoạn 2013 - 2014, máy nâng cấp giai 
đoạn 2 đã được sử dụng. Các kết quả phân tích 
số liệu cho thấy hiệu quả khảo sát nghiên cứu 
môi trường địa chất tầng nông của máy TEC-2. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Perri, M. T., Cassiani, G., Gervasio, I., 
Deiana, R., and Binley, A., 2012. A saline 
tracer test monitored via both surface and 
cross-borehole electrical resistivity 
tomography: comparison of time-lapse 
results. Journal of Applied Geophysics, 79, 
6-16. 
2. LaBrecque, D. J., and Adkins, P., 2011. A 
Multi-Source Approach For Deep Electrical 
Resistivity Tomography Monitoring. In 
2011 SEG Annual Meeting. Society of 
Exploration Geophysicists, 693-696. 
3. Canadian Manufacturer of Geophysical Ins-
truments. (
n.com) 
VIETNAM - RUSSIAN COOPERATION INSTALLING 
AND TESTING THE TOMOGRAPHY ELECTRIC COMPLEX 
(TEC-2) FOR INVESTIGATION OF SHALLOW 
GEOLOGICAL ENVIRONMENT 
Do Huy Cuong, Bui Thi Bao Anh, Nguyen Thi Nhan, 
Nguyen Xuan Tung, Pham Duc Hung, Nguyen Xuan Thanh 
Institute of Marine Geology and Geophysics-VAST 
ABSTRACT: The geophysical investigation system named TEC-2 (Tomography Electric 
Complex-2) was designed, installed and tested in Institute of Marine Geology and Geophysics. This 
TEC-2 is the scientific cooperation product of Geomagnetic and Geoelectric Department of and 
POI and Geo - environmental Department of IMGG-VAST. The test results using TEC-2 show the 
capability of investigating by using certain pole system, short investigation time, high stability, the 
accuracy of two investigation times being more than 92%. The distributed design of electric poles, 
measuring operation, parameter selection,  are programmed and controlled automatically by 
computer. The TEC-2 system was used for investigating the weak structures in islands of Song Tu 
Tay, Son Ca, Nam Yet and Sinh Ton in Truong Sa Archipelagos and shallow geological 
environment in the area of Red River bank in Son Tay, Hanoi. The acquired data contributed to the 
success of the scientific projects managed by IMGG in the National Program of Bien Dong and 
islands in the period of 2011 - 2013 and VAST’s research project in the period of 2013 - 2014. 
Keywords: Tomography Electric Complex, control automatically, electric pole system.