Radar xuyên đất - phương pháp thăm dò điện từ không phá hủy

Ứng dụng củaGeoradar

Vào những năm 1920 của thế kỷ trước, người Đức đã sử dụng những tín hiệu điện từ để xác định sự tồn tại của những vật thể kim loại chôn sâu trong lòng đất. Đến năm 1926 thì người ta bắt đầu sử dụng kỹ thuật tạo xung sóng rada để xác định cấu trúc dưới mặt đất. Từ thập niên 1970 đến nay, phạm vi ứng dụng của rada xuyên đất đã từng bước được mở rộng, bao gồm cả trong xây dựng dân dụng, khảo sát địa chất, khảo cổ học, kiểm tra chất lượng công trình đường sá, cầu cống, xác định các vị trí xung yếu, hang hốc, đường hầm, thăm dò các vật thể dưới mặt đất như cáp ngầm và ống dẫn nước, dò tìm bom mìn và tìm kiếm các vật thể trong các vụ án hình sự (ví dụ phát hiện các thi thể, các kho tàng bị chôn dấu.….).Là phương pháp còn khá mới mẻ, vì vậy từ năm 1986 đến nay trên thế giới cứ hai năm lại có một Hội nghị khoa học quốc tế về GPR (tại Việt Nam cũng đã tổ chức Hội thảo quốc tế lần thứ nhất về GPR).

Đã nhiều năm nay các nhà khoa học Trung Quốc sử dụng công nghệ GPR để khảo sát nền móng các đê đập, kết quả là tìm ra nhiều vị trí hang hốc trong đá, đánh giá độ nứt nẻ và độ chứa nước trong các khối đá gốc, tìm ra các đới thấm thoát nước, các dị vật như khe nứt và tổ mối trong thân đê đập. Ở Hoa Kỳ, người ta đã sử dụng GPR để xác định ranh giới mặn nhạt cũng như ranh giới nước sạch và ô nhiễm đối với các tầng chứa nước gần mặt đất. Ở Hà Lan, đã áp dụng GPR trong khảo sát cấu trúc đất ngay cả trong vùng ngập nước với độ chính xác cao. Tại Đức, các nhà khoa học đã thành công trong việc ứng dụng GPR để xác định độ ẩm của đất trồng và đánh giá mức độ ô nhiễm của tầng chứa. Tại Ba Lan, công nghệ GPR cùng với nhiều loại thiết bị của các hãng sản xuất khác nhau đang được dùng khá phổ biến trong nghiên cứu địa chất cấu trúc của các mỏ than, vị trí của hang động trong lòng đất, đánh giá được hiện trạng các đường băng sân bay và khảo sát tìm dị vật trong thân đê đập, khoanh vùng dự báo các đoạn đê xung yếu có khả năng bị vỡ trong mùa nước lũ.

Tại Pháp, người ta đã sử dụng GPR với thiết bị Pulse Ekko và Ramac/GPR để phát hiện và khoanh vùng nhiều hang đá vôi trên cả một dải núi dài, đánh giá được mức độ chứa nước trong các hang hốc làm cơ sở cho việc khai thác nguồn nước ngầm tại đây kết hợp với bảo vệ môi trường và cảnh quan thiên nhiên. Tại Italia, các nhà khoa học đã tìm kiếm hang hốc trong núi đá vôi, xác định các khe nứt và đánh giá mức độ nứt nẻ, đập vỡ trong đá và sử dụng GPR cho các nghiên cứu địa tầng đối với những cấu trúc nông trong môi trường cát ven biển nhằm tìm hiểu cấu trúc địa chất ba chiều, xác định vùng đất đóng băng, mực nước ngầm, các vật thể hoặc các dị vật do con người tạo ra. Ngoài ra các nhà khảo cổ học người Italia đã tìm thấy hầm mộ chứa hài cốt của một người phụ nữ được cho là nguyên mẫu của nàng Mona Lisa trong tác phẩm của họa sĩ thiên tài Leonardo da Vinci.

Nghiên cứu tại Việt Nam

Tìm các hổng hốc trong các cấu trúc địa chất: Viện vật lý địa cầu đã cùng một số cơquan hữu quan triển khai phương pháp GPR nhằm điều tra xác định tổ mối và các khuyết tật trong thân đê và hệ thống cống dưới đê của các tuyến đê sông Hồng, sông Cầu, sông Đáy, sông Thái Bình hoặc các đập đất lớn ở Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị… Trường đại học khoa học tự nhiên thuộc ĐHQG TP. HCM, Viện vật lý địa cầu, Viện địa lý tài nguyên TP. HCM, đã nghiên cứu khảo sát các điểm xung yếu để dự báo sạt lở bờ sông Tiền tại Hồng Ngự, Tân Châu, Sa Đéc, Vĩnh Long, bờ sông Sài Gòn tại bán đảo Thanh Đa, nghiên cứu cấu trúc địa chất, môi trường tại dải ven bờ Bạc Liêu, Bình Thuận, Ninh Thuận.

Lập bản đồ công trình ngầm đô thị, khảo cổ: Với tốc độ đô thị hóa như ngày nay, cácthành phố lớn chắc chắn sẽ đối mặt với việc phải đưa nhiều công trình xuống dưới lòng đất. Do đó, công tác lập bản đồ công trình ngầm đang nhận được sự quan tâm rất lớn và trong đó không thể thiếu GPR. GPR có thể xác định các yếu tố bên dưới mặt đất, qua đó đo vẽ chính xác bản đồ công trình ngầm đô thị. Thuận lợi của phương pháp rađa xuyên đất so với các phương pháp khác là khả năng không phá hủy, thu thập số liệu nhanh và nhất là có độ phân giải cao, có thể phân biệt tốt các dị thường gần nhau.

Chúng tôi đã đề nghị sử dụng GPR trong việc dò tìm các hố sụt (hố tử thần) trên địa bàn TP. HCM và đã được các nhà khoa học đánh giá cao (cùng với các giáo sư của ĐH công nghệ Krakov Ba Lan dùng máy GPR Ramac và Pulse Ekko nghiên cứu về hố sụt tại một số nơi trên địa bàn TP. HCM). Hình bên cho thấy việc dùng GPR để xác định hố ngầm (hố tử thần tại giao lộ Hai Bà Trưng - Nguyễn Văn Thủ, Q.1, TP.HCM). Từ việc minh giải hình ảnh GPR người ta dự đoán có hố ngầm, kiểm tra bằng cách đào qua lớp bê tông nhựa và thấy xuất hiện hàm ếch đường kính 1m, sâu 1m, tránh nguy cơ một hố tử thần nữa xảy ra trong thành phố.

Việc sử dụng có kết quả GPR để xác định ranh giới và đề xuất giải pháp khắc phục sự cố hố sụt trên mặt đường cao tốc vừa mới trải nhựa tại Đồng Mỏ - Lạng Sơn đã được phòng địa vật lý, Viện vật lý vật lý địa cầu thực hiện với sự đánh giá rất cao của nhà thầu và tư vấn nước ngoài.

Một số bộ phận của xác chết như da, xương có tính chất điện khác với môi trường xung quanh. Đây là điều kiện tốt để áp dụng GPR vào việc thăm dò và tìm kiếm xác động vật cũng như các vật thể trong các vụ án hình sự. Trong lĩnh vực khảo cổ, chúng tôi cũng đã thành công tại Hoàng Thành, Hà Nội hay đền Pan Sao, Wat Pan Sao, Thái Lan.

Hiện nay người ta đang dự định tiến hành khảo sát bằng rada xuyên đất kết hợp với một số công cụ địa vật lý khác tại Mỹ Sơn (Quảng Nam ) - di sản văn hoá thế giới....

Ngoài ra, phương pháp này còn rất hiệïu quả trong việc xác định đánh giá cầu đường và xây dựng.

Qua khảo sát ta thấy GPR có nhiều ứng dụng rộng rãi, có thể giải quyết được nhiều thực trạng mà nước ta đang đối mặt như đánh giá chất lượng các công trình giao thông, xây dựng, địa chất công trình, khảo sát môi trường, tìm kiếm các khoáng sản có ích, qui hoạch không gian ngầm tại các thành phố lớn, khảo cổ học, tìm kiếm các vật thể trong các vụ án hình sự và dò tìm bom mìn.

Cần lưu ý là việc xử lý GPR thường phải đối mặt với nhiễu từ nhiều nguồn khi sử dụng anten khảo sát tần số cao trong thành phố và khu dân cư. Do đó để có được các kết quả mong muốn thì kinh nghiệm giải đoán đóng một vai trò rất quan trọng.  

Tìm hiểu sâu về GPR bạn đọc có thể liên hệ trực tiếp với PGS.TS Nguyễn Thành Vấn – Bộ môn vật lý địa cầu, khoa vật lý – vật lý kỹ thuật, Trường ĐH khoa học tự nhiên, ĐH quốc gia TP. HCM. ĐT: 08.38350829 - 0908466890. Email: ntvanvldc@gmail.com. Hiện nay tại Bộ môn của PGS.TS Nguyễn Thành Vấn đang có máy georadar Pulse Ekko của Canada và georadar tần số kép Duo Detector (IDS) của Italia.