MỞ ĐẦU . .8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.11
1.1. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu, xác định mô hình vận tốc truyền sóng
địa chấn trong vỏ Trái đất ở Việt Nam .11
1.2. Tình hình nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc vỏ Trái đất ở miền
Trung, Việt Nam. .28
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG .32
2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp. .32
2.1.1. Phương pháp xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn. .32
2.1.2. Phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ
Trái đất .33
2.2. Xử lý số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn. .35
2.2.1. Số liệu sử dụng trong tính toán:.35
2.2.2. Tiêu chuẩn xử lý và hiệu chỉnh số liệu quan sát: .36
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CÁC TỐC ĐỒ THỜI GIAN TRUYỀN SÓNG ĐỊA
CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT
NAM . .38
3.1. Các bước xử lý số liệu cho mỗi loại sóng địa chấn .38
3.2. Kết quả tính toán xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn theo các tài
liệu động đất đối với khu vực miền Trung, Việt Nam .47
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG ĐỊA
CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT
NAM . .51
4.1. Giới thiệu về chương trình tính mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong
vỏ Trái đất. .51
4.2. Tính toán các mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu
vực miền Trung .53
KẾT LUẬN .60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .61
65 trang |
Chia sẻ: mimhthuy20 | Lượt xem: 538 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng trong vỏ trái đất cho khu vực miền trung Việt Nam, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
à khó khăn hoặc hoàn toàn không thể t hực hiện
được, ví dụ khi giải các nhiệm vụ lý thuyết phức tạp và hàng loạt các nhiệm vụ khác
liên quan đến việc nghiên cứu các quá trình ngẫu nhiên.
'
1
n
i pi
i
f t t
(1.5)
Để ổn định công việc của thuật toán tác giả đã sử dụng giới hạn tuyến tính đối
với tốc độ và chiều dày của các lớp, nhưng số lượng các lớp không thay đổi (giới
hạn tuyến tính là giới hạn của mô hình được cho ở dạng phương trình hoặc bất
phương trình tuyến tính) với các đại lượng chưa biết (ẩn số) ở dạng bậc nhất. Để
đánh giá hàm mục tiêu f đã sử dụng tiêu chuẩn 2. Áp dụng chương trình nói trên có
thể xác định được mô hình tốc độ với các tham số V i, hi (Vi, hi – vận tốc và chiều
dày tương ứng của các lớp trong vỏ Trái đất).
Theo phương pháp được tiến hành bởi tác giả, việc cực tiểu hoá hàm mục tiêu
F có thể tiến hành theo các phương án khác nhau tuỳ thuộc vào việc lựa chọn hoặc
đồng thời tất cả các tham số V i, hi; hoặc riêng biệt từng tham số trong chúng. Kết
quả của việc lựa chọn như vậy sẽ chỉ ra sự trùng hợ p hơn cả giữa các tốc đồ thực
nghiệm và tốc đồ lý thuyết.
Khi đó, tác giả các công trình [10 - 12] đã thực hiện việc nghiên cứu trường độ
lệch về thời gian truyền sóng theo quan hệ với tốc đồ chuẩn bất kì để tìm được một
mô hình tốc độ phù hợp nhất vớ i các tài liệu quan sát. Chẳng hạn như trong công
trình [12], tác giả đã sử dụng mô hình chuẩn nhận được trong công trình [24] để
tính toán.
Khi đó, áp dụng phương pháp nêu trên với 196 trận động đất khu vực Tây Bắc
đến năm 1998 với magnitude M ≥ 2.5 tác giả đã xác định được đường cong phụ
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
24
thuộc của thời gian truyền sóng P (đã được hiệu chỉnh theo quan hệ với tốc đồ
chuẩn) vào khoảng cách chấn tâm như sau:
tp’ = 0.138 X + 6.35 (1.6)
Như vậy, có thể thấy do được tính toán và lựa chọn theo chu trình lặp nhiều
lần với việc tính đến các phương án sử dụng các mô hình lát cắt vận tốc khác nhau,
đặc biệt do sự phù hợp với các chu kỳ số liệu quan sát địa chấn khác nhau, m ô hình
lát cắt tốc độ trung bình và họ các tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng đã nhận
được trong các công trình [10 - 12] có thể sử dụng trong thực tế địa chấn Việt Nam
để xác định các tham số cơ bản của chấn tâm động đất Việt Nam với độ chính xác
cao.
Cần thấy rằng giành nhiều quan tâm đến việc nghiên cứu xây dựng các mô
hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất lãnh thổ Việt Nam còn có
tác giả [2 - 5]. Trong nghiên cứu gần đây nhất trên cơ sở hợp tác với Đại học Texas
(Mỹ) thông qua đo đạc và phân tích 02 tuyến thăm dò địa chấn sâu, tác giả này cũng
đã xây dựng được mô hình cấu trúc vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
[3].
Trong công trình [3] tập thể tác giả đã xây dựng mặt cắt sóng dưới tuyến đo
Thái Nguyên – Hòa Bình. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu này là máy ghi địa
chấn chuyên dụng Reftek - 125 do hãng Refraction Technology (Mỹ) chế tạo và
được phòng thí nghiệm Địa Vật Lý J.Miller thuộc trường Đại học Texas ở E1 Paso
cung cấp. Có 200 máy được bố trí dọc tuyến đo với khoảng cách thay đổi trung bình
trong khoảng từ 500 m đến 1000 m, phụ thuộc vào điều kiện địa phương. Đây là
loại máy gọn nhẹ, có dải động học đến 24bit và không cần dây cáp nối giữa các máy
thu. Mật độ ghi tín hiệu được thực hiện là 250 mẫu/giây. Để tạo sóng địa chấn trên
tuyến đo đã tiến hành 6 vụ nổ mìn tại 3 vị trí, mỗi vị trí có 2 vụ nổ trong các lỗ
khoan đường kính lớn từ 220 mm đến 300 mm, sâu từ 26 đến 32 m. Do phân bố dân
cư dọc theo tuyến đo không cho phép tiến hành các vụ nổ đầu mút Tây Nam xấp xỉ
80km. Lượng thuốc nổ sử dụng cho các vụ nổ đầu.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
25
Dựa trên kinh nghiệm của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực địa chấn dò sâu,
khoảng thời gian truyền sóng được lựa chọn trong phép hiệu chỉnh này là cửa sổ 5 -
6 giây.
Trong xử lý số liệu địa chấn một số tác giả khác thường sử dụng phương pháp
quét vận tốc, với những giá trị vận tốc khác nhau, theo công thức tổng quát:
2
2
0 2
XT T
V
(1.7)
Trong đó: T- thời gian truyền sóng địa chấn từ nguồn phát đến máy thu;
T0 - thời gian truyền sóng địa chấn pháp tuyến ngay dưới điểm nổ;
X - khoảng cách giữa nguồn phát và thu sóng;
V = 6.0 km/s – vận tốc truyền sóng địa chấn trung bình trong lớp vỏ
lục địa phần phía trên vỏ Trái đất.
Phương pháp quét vận tốc tương đối hiệu quả đối với vùng có cấu trúc địa
chất phức tạp, bởi nó cho khả năng lựa chọn gần như trực tiếp giá trị vận tốc phù
hợp với từng ranh giới địa chấn tồn tại trong vùng nghiên cứu. Bằng phương pháp
quét vận tốc, đặc điểm phân dị trường sóng theo phương nằm ngang trong nhiều
trường hợp cũng được phản ánh tốt hơn.
Theo phương pháp mô hình hóa được áp dụng bới tác giả công trình [3] trên
cơ sở lý thuyết tia, thời gian sóng tới các máy thu theo đường truyền tia L được tính
theo công thức:
0
1
n
i
i
i i
L
t
V
(1.8)
Trong đó: t0i là thời gian truyền sóng địa chấn từ nguồn phát đến máy thu,
Li và Vi là độ dài đoạn tia và vận tốc sóng P trong khối cấu trúc thứ
i của mô hình cấu trúc,
n – số khối của mô hình.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
26
Phương pháp bình phương tối thiểu cần sử dụng trong những trường hợp cần
thiết của phép mô hình hóa, theo đó thời gian truyền sóng lý thuyết từ nguồn phát
đến máy thu được điều chỉnh theo công thức:
0
1
m
i
i i
j i
t
t t
m
(1.9)
Trong đó: m là tham số mô hình: độ sâu đến các mặt phản xạ, vận tốc truyền
sóng trong các lớp.
Để xây dựng mô hình ban đầu phục vụ cho giải bài toán thuận dọc theo cả
chiều dài tuyến, ngoài sử dụng c ác thông tin sẵn có về cấu trúc môi trường, tác giả
còn tiến hành bài toán mô hình hóa 1D tại các điểm nổ, có băng sóng thu được với
chất lượng tốt. Kết quả là những thông tin bổ ích, đảm bảo cho mô hình ban đầu
được xây dựng không quá xa với môi trường th ực tế. Đây là biện pháp nâng cao
hiệu quả sử dụng phương pháp mô hình hóa. Đối với tuyến đo Thái Nguyên – Hòa
Bình, băng sóng thu được do các vụ nổ tại Phổ Yên tạo ra có chất lượng tốt nhất,
phản ánh khá rõ ba ranh giới phản xạ trong vỏ Trái đất đã được sử dụng theo bài
toán 1 chiều, theo đó thời gian pháp tuyến từ điểm nổ đến mặt phản xạ lớp trên
cùng là 0,38s, đến mặt giữa vỏ là 4,45s và đến mặt sâu nhất dự đoán Moho đạt
6,56s. Với việc sử dụng phần mềm Seismic Unix theo phương thức đối thoại người
– máy các tác giả của công trình [3] đã xác định được chiều dày và vận tốc sóng P
trong các lớp như trên hình 1.2.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
27
Tên lớp h (km) v (km/s)
Lớp trầm tích 0.9 5.0
Lớp granit 14 6.2
Lớp basalt 12.3 6.7
Vận tốc sóng P trong vỏ Trái đất theo bài
toán 1D
Hình 1.2. Kết quả xác định lát cắt vận tốc trong vỏ Trái đất theo tác giả công trình [3]
Qua kết quả tính toán của tác giả công trình [3] cho thấy dưới tuyến đo Thái
Nguyên – Hòa Bình độ sâu móng kết tinh tăng dần từ La Hiên khoản g 2,6 km đến
khoảng 4 km tại khu vực thị xã sông Công. Vận tốc truyền sóng địa chấn trong phần
mềm trên của lớp trầm tích tại đây đạt 4,6 km/s, còn lại phần dưới của lớp đạt đến
xấp xỉ 6,0 km/s. Tiếp theo đoạn từ Phổ Yên đến 64 km dọc theo tuyến đo thuộc
huyện Tam Dương (Vĩnh Phúc) bề mặt móng kết tinh chìm rất từ từ và đạt đến độ
sâu 1,5 km ở khu vực Tam Dương. Ngay sau điểm này chỉ vài km tiếp về phía nam,
móng kết tinh lại sụt rất nhanh đến xấp xỉ 3,5 km. Vị trí sụt lún này tương ứng với
phần không gian phân bố đới đứt gãy Vĩnh Ninh. Kể từ đây về phía nam mặt móng
kết tinh lại nâng lên từ từ và độ sâu chỉ còn khoảng 1,5 km tại khu vực thành phố
Hòa Bình. Vận tốc truyền sóng địa chấn trung bình trong phần trên và phần dưới
của lớp trầm tích tại đoạn này đều nhỏ hơn so với đoạn phía Bắc, đạt 4,1 km/s và
5,0 km/s tương ứng. Dưới móng kết tinh là lớp granit với bề dày trung bình đạt xấp
xỉ 14 km. Phần phía trên của lớp granit vận tốc truyền sóng địa chấn tăng nhẹ dần từ
6,1 km/s ở phía bắc đến 6,15 km/s tại khu vực dưới khối Phổ Yên – Tam Đảo và 6,2
km/s tại đoạn phía nam tuyến đo. Phần dưới của lớp granit vận tốc trung bình đạt
6,4 km/s trên toàn tuyến. Bề mặt moho tại khu vực La Hiên đạt 30,6 km, nâng dần
lên phía nam và đạt đến 28,5 km tại khu vực thành phố Thái Nguyên. Vùng có mặt
5
15
30
42
H(km)
6 8 km/s
10
25
0
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
28
Moho nâng lên cao nhất xấp xỉ 27 km là đoạn từ khu vực đứt gãy Vĩnh Ninh tại
huyện Tam Dương đến lân cận phía nam của đới đứt gãy sông Hồng tại huyện Phúc
Thọ. Tại đoạn phía nam tuyến đo, mặt này lại tiếp tục chìm dần đến 29,7 km tại khu
vực nam thành phố Hòa Bình. Vận tốc truyền sóng địa chấn trong lớp basalt phản
ánh đồng nhất ở phần trên là 6,6 km/s, còn phần dưới đạt đến 7,0 km/s tại bề mặt
Moho.
Từ những phân tích và kết quả cụ thể của tác giả nêu trên cho thấy mô hình
cấu trúc vận tốc sóng P mà tập thể tác giả bước đầu xây dựng còn khá đơn giản
nhưng nhìn chung vẫn phản ánh tương đối trung thực chiều sâu trung bình từng
đoạn của ranh giới cơ bản trong vỏ Trái đất dưới tuyến đo; Phân tích các băng sóng
địa chấn sau khi xử lý cũng cho thấy: ngoài sóng phản xạ sử dụng tính toán mô hình
nêu trên, nhiều mặt cắt sóng phản ánh khá tốt sóng khúc xạ. So với các kết quả
nghiên cứu bằng sử dụng tài liệu trọng lực trong vài năm gần đây thì vỏ Trái đất
theo kết quả địa chấn mỏng hơn từ 2 km đến khoảng hơn 4 km tại một số vị trí
tuyến đo.
1.2. Tình hình nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc vỏ Trái đất ở miền
Trung – Việt Nam.
Đối với khu vực miền Trung - Việt Nam, các công trình nghiên cứu của các
tác giả mới dừng lại ở việc nghiên cứu tầng trên của lớp vỏ; đó là tầng Đệ tứ. Tuy
nhiên, các nghiên cứu này lại rất chi tiết, có tính chính xác cao . Dưới đây xin giới
thiệu một số công trình nghiên cứu về trầm tích Đệ tứ ở khu vực này[1, 6, 18]. Các
tác giả [1, 6, 18]chủ yếu đã áp dụng phương pháp địa chấn nông phân giải cao
(ĐCNPGC) trong nghiên cứu của mình.
Trong khuôn khổ đề án: “Điều tra địa chất, khoáng sản, địa chất môi trường
và tai biến địa chất vùng biển Nam Trung Bộ từ 0 – 30 m nước ở tỷ lệ 1/100.000 và
một số vùng trọng điểm ở tỷ lệ 1/50.000”, tác giả đã sử dụng bộ chương trình
RadExpro Plus 3.5 để xử lý nâng cao chất lượng tài liệu ĐCNPGC nhằm xác định
chính xác các ranh giới phản xạ, các tập băng ghi địa chấn tương ứng với các tập
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
29
trầm tích trong Đệ tứ. Xử lý hạn chế các loại phông nhiễu nhằm xác định rõ các
trường sóng trong các tập băng ghi địa chấn từ đó phân chia được các loại tướng địa
chấn trong vùng khảo sát và đưa ra được thành phần vật chất và môi trường thành
tạo các đối tượng địa chất. Nâng cao chất lượng băng ghi ĐCNPGC để xác định
được các hệ thống đứt gẫy hoạt động trong Đệ tứ. Các vấn đề mà tác giả đã nghiên
cứu trên đây góp phần to lớn, không thể thiếu được để giải quyết nhiệm vụ điều tra
địa chất khoáng sản biển, địa chất môi trường và tai biến biển địa chất vùn g biển
Nam Trung Bộ nói riêng và các vùng biển Việt Nam nói chung.
Các kết quả nghiên cứu về vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
khu vực Miền Trung cho thấy:
Mặc dù các tài liệu về khảo sát vận tốc truyền sóng địa chấn ở miền Trung
còn khá ít song các công trình nghiên cứu của một số tác giả lại mang những nét
riêng biệt, góp phần làm phong phú thêm nguồn số liệu và mở ra những hướng
nghiên cứu mới phục vụ cho việc nghiên cứu toàn bộ lãnh thổ Việt Nam.
Trong công trình [6], tác giả đã mở ra một h ướng nghiên cứu mới. Đó là
nghiên cứu và xác định tính chất cơ lý của san hô và nền san hô ở các khu vực
nghiên cứu (khu vực quần đảo Trường Sa và khu vực lục địa ngoài khơi phía Nam
nơi có các công trình DKI) để đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựn g các
công trình trên nền san hô, áp dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo thuộc quần
đảo Trường Sa và các công trình tại khu vực DKI. Trong công trình này, các số liệu
khảo sát đo đạc và các số liệu thu thập được đã được xử lý, tính toán và xây dựng
thành các dạng bản đồ số. Trong đó, thí nghiệm nổ truyền sóng được thực hiện ở
đảo Song Tử Tây. Sóng địa chấn lan truyền sâu trong nền và thường được phân ra
làm sóng dọc (sóng nén) (sóng sơ cấp) và sóng cắt (sóng thứ cấp). Sóng dọc lan
truyền nhanh hơn sóng cắt.
Do sóng nén P lan truyền trong môi trường nhiều pha sẽ chịu ảnh hưởng của
cả pha rắn (cốt đất) và pha lỏng (nước trong đất) nên tốc độ lan truyền của sóng
không phản ánh đúng đặc trưng độ cứng của cốt đất; ngược lại sóng cắt lan truyền
chỉ trong pha rắn nên phản ánh đúng hơn đặc trưng độ cứng của môi trường. Điểm
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
30
tự nhiên của đảo có mực nước ngầm thay đổi trong ngày theo thủy triều và độ cao
mặt đất của đảo không lớn so với mặt nước biển nên để hạn chế ảnh hưởng của sự
thay đổi điều kiện tự nhiên (độ ẩm, cao độ, mực nước ngầm) đến kết quả đo, trong
phòng thí nghiệm cũng chỉ thí nghiệm sóng cắt. Từ các số liệu đo đạc có thể thiết
lập được mối tương quan giữa khoảng cách giữa các điểm đo và thời gian trễ của
sóng khi lan truyền đến các điểm đo (hình 1.3).
Hình 1.3. Tương quan giữa khoảng cách (Δr) và thời gian trễ (Δt) của sóng khi lan
truyền đến các điểm đo [6]
Sau đó tác giả đã thiết lập phương trình tuyến tính liên hệ khoảng cách giữa
các điểm đo và thời gian trễ của sóng (theo nhóm thời gian trễ nhỏ hơn), độ dốc của
đường thẳng này (hình 1. 3) là vận tốc lan truyền sóng cắt trong lớp cát san hô thí
nghiệm. Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu, tác giả đã tìm được phương
trình đường thẳng ∆r = 454,58 ∆t, suy ra vận tốc truyền sóng cắt là Vs = ∆r /∆t
(∆r - là khoảng cách từ điểm nổ đến các vị trí đặt điểm đo tương ứng). Từ đó tác giả
đã rút ra nhận xét về sự lan truyền sóng trong nền san hô tại khu vực đảo Song Tử
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
31
Tây. Đó là: Tốc độ lan truyền sóng cắt trong lớp cát san hô ở bề mặt đảo có thể lấy
là 454.58 m/s. Sóng phản xạ từ lớp san hô cứng bên dưới làm tăng cường độ chấn
động ở lớp bề mặt; Quá trình lan truyền sóng trong nền san hô rất phức tạp khi địa
chất nền có cấu tạo nhiều lớp và cường độ của sóng lớn có thể phản xạ từ nhiều lớp.
Như vậy, cho đến nay hầu hết các mô hình vận tốc vỏ Trái đất đã nhận được
ở Việt Nam chủ yếu được xây dựng theo sóng P và đố i với khu vực phía Bắc Việt
Nam, và đa số là theo mô hình 2 chiều. Vẫn còn những khác biệt đáng kể giữa các
kết quả của công trình nghiên cứu khác nhau. Khu vực miền Trung vẫn chưa có
riêng một mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất. Do đó,
cũng cần phải xây dựng một mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn cho khu vực
miền Trung nhằm nâng cao độ chính xác của việc xác định các tham số cơ bản của
chấn tiêu động đất phụ c vụ cho các mục đích nghiên cứu khác nhau .
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
32
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG
Nhiệm vụ xác định mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất được giải quyết
trên cơ sở giải bài toán xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng (hay là biểu đồ thời
khoảng của sóng địa chấn). Đó chính là xác định vận tốc lan truyền củ a sóng địa
chấn theo các tốc đồ thời gian truyền của các sóng này. Trong tất cả các phương
pháp nghiên cứu địa vật lý, các tốc đồ thời gian truyền các sóng địa chấn mang một
lượng thông tin lớn hơn cả về cấu trúc của Trái Đất.
Mục tiêu cơ bản của bài toá n này là xây dựng đường cong vận tốc V = V (Z)
theo các tốc đồ thời gian truyền sóng (hay là biểu đồ thời khoảng) của các sóng
khúc xạ, phản xạ và sóng đầu. Vì vậy, để xây dựng mô hình vận tốc vỏ Trái đất cho
một khu vực bất kỳ, trước hết cần xây dựng các tốc đồ thời gian truyền sóng địa
chấn cho khu vực đó.
2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp.
2.1.1. Phương pháp xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn
Để xây dựng các tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn, trong nghiên cứu này
sẽ áp dụng phương pháp được đề nghị trong [28, 29] với cơ sở lý thuyết của phương
pháp như sau:
Hệ phương pháp bao gồm chu trình nhiều giai đoạn nghiên cứu các đặc điểm
thời gian truyền sóng P áp dụng để giải bài toán định vị chấn tiêu động đất theo các
quan sát địa chấn trong vùng gần để nhận được các tài liệu chi tiết về cấu tạo vỏ
Trái đất. Chu trình này có mối quan hệ ngược là trong kết quả chính xác các toạ độ
chấn tiêu cũng đồng thời chính xác được cả thời gian truyền sóng địa chấn, và chính
chúng lại cho phép làm sáng tỏ cả các bất đồng nhất trong môi trường địa chất. Đặc
thù của hệ phương pháp là ở chỗ nó cho phép sử dụng cả các số liệu về các trận
động đất mà độ sâu chấn tiêu của chúng chưa được biết. Các bước cơ bản của
phương pháp hay là các bước để xây dựng thuật toán như sau:
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
33
1) . Đối với mỗi trạm sẽ tính được độ lệch về thời gian truyền sóng P ở dạng
gần đúng bậc nhất theo quan hệ với tốc đồ chuẩn:
fi = tpi – tp* (2.1)
trong đó, tpi – thời gian truyền quan sát; tp* - thời gian truyền được tính theo tốc đồ
chuẩn. Thực hiện việc lựa chọn nhiều lần các giá trị fi đối với các độ sâu chấn tiêu hi
khác nhau sẽ tìm được giá trị cực tiểu fimin của chúng.
Khi giả thiết rằng, hàm phân bố fimin tuân thủ qui luật phân bố Jeffreys [19]
và tương tự như trong các công trình [ 28, 29] sẽ tính được các tham số của nó: các
sai số hệ thống đối với tốc đồ chuẩn (gọi là số hiệu chỉnh i ) và các sai số ngẫu
nhiên.
2). Xây dựng đường cong phụ thuộc fimin = f(X) trên cơ sở trung bình hoá
trường độ lệch fimin đối với tất cả các trạm trong sự phụ thuộc vào khoảng cách chấn
tâm X. Kết quả là có thể tìm được các số hiệu chỉnh i trên các khoảng i tương
ứng.
3). Tìm thời gian truyền hiệu chỉnh tp’ bằng cách đưa các số hiệu chỉnh
vào tốc đồ chuẩn.
4). Hoặc là tính f(X) = tp’; dtp’/dX và d2tp’/dX2 và xác định các điểm uốn của
tốc đồ, hoặc là so sánh tốc đồ thực nghiệm với tốc đồ chuẩn sẽ cho phép tìm được
mô hình tốc độ tương ứng.
2.1.2. Phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ
Trái đất.
Bản chất của phương pháp là sử dụng số liệu về thời gian truyền của các
sóng địa chấn từ chấn tiêu động đất đến các trạm địa chấn để xác định vận tốc và
chiều dày của các lớp trong vỏ Trái đất theo các phương trình truyền sóng.
Trong thực tế địa chấn hiện có một số mô hình vận tốc vỏ Trái đất chuẩn đã
được xây dựng trên cơ sở các số liệu địa chấn thực nghiệm theo các phương trình
truyền sóng lý thuyết [21 - 23, 25, 27, 28]. Một trong chúng là mô hình vận tốc
ISAPEI [23], đã được công nhận và được sử dụng rộng rãi trên thế giới [ 25]. Tuy
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
34
nhiên, mô hình này được xây dựng theo số liệu địa chấn thực nghiệm quan sát được
từ các trạm địa chấn quốc tế, nên khi áp dụng cho lãnh thổ Việt Nam chắc chắn phải
tính hiệu chỉnh về thời gian truyền sóng để đảm bảo tính phù hợp với môi trường
thực của Việt Nam. Trong khuôn khổ luận văn này, mô hình IASPEI91 sẽ được sử
dụng với tư cách là mô hình lý thuyết chuẩn để tính toán.
Nội dung cơ bản của cách tiếp cận này là thiết lập một chương trình tính toán
cho phép lựa chọn chiều dày của các lớp trong vỏ Trái đất và vận tốc lan truyền của
sóng địa chấn trong các lớp đó, trên cơ sở so sánh thời gian truyền sóng được tính
theo tốc đồ lý thuyết với thời gian truyền quan sát như sau:
Nếu cho trước một mô hình tốc độ bất kì và giả thiết rằng chấn tiêu động đất
nằm ở độ sâu H nào đó, khi đó tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn lý thuyết có
dạng:
T = T (V, H, X) (2.2)
trong đó:
V - Tốc độ lan truyền của sóng địa chấn
H - Độ sâu chấn tiêu
X - Khoảng cách từ chấn tâm đến trạm địa chấn (gọi là khoảng cách chấn tâm).
Nhiệm vụ của chúng ta là cần phải thay đổi hoặc đồng thời tất cả các biến số
Vi, hi (Vi, hi – vận tốc và chiều dày tương ứng của các lớp trong vỏ trái đất) và tham
số hoặc thay đổi riêng mỗi một trong chúng để sao cho tốc đồ lý thuyết T = T (V,
H, X) có thể gần hơn cả với thời gian truyền quan sát. Điều đó có nghĩa là cần phải
cực tiểu hoá các độ lệch thời gian, được xác định bởi hàm số:
'
1
n
i pi
i
f t t
(2.3)
trong đó:
Ti – thời gian truyền của sóng P, nhận được tại điểm i theo tốc đồ lý thuyết.
Tpi’ - thời gian truyền tương ứng của sóng P, được biểu thị bằng quan hệ với khoảng
cách chấn tâm X, có dạng tương tự như ( 2.1).
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
35
n – Số điểm đã cho để cực tiểu hoá hàm f (hay là số sự kiện sử dụng trong tính
toán).
f gọi là hàm mục tiêu
Chương trình được xây dựng trên cơ sở phương pháp này cho phép xác định
được mô hình vận tốc với các tham số V i, hi (Vi, hi – vận tốc và chiều dày tương
ứng của các lớp trong vỏ Trái đất).
Cần chú ý rằng, việc cực tiểu hoá hàm mục tiêu f có thể tiến hành theo các
phương án khác nhau tuỳ thuộc vào việc lựa chọn nhiều lần hoặc đồng thời tất cả
các tham số V i, hi; hoặc riêng biệt từng tham số trong chúng. Kết quả của việc lựa
chọn như vậy sẽ chỉ ra sự trùng hợp hơn cả giữa các tốc đồ thực nghiệm và tốc đồ lý
thuyết.
2.2. Xử lý số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn.
2.2.1. Số liệu sử dụng trong tính toán .
Trước hết cần lưu ý rằng số lượng trạm địa chấn Việt Nam phân bố rất thưa
thớt trong khu vực miền Trung (chỉ có 2-3 trạm), nên hầu như không thu thập được
các tài liệu về thời gian truyền sóng đối với khu vực miền Trung. Do đó, nếu chỉ sử
dụng tập hợp các cặp số liệu (x i, ti) thu thập được từ các trạm địa chấn Việt Nam thì
không thể đủ để xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn cho khu vực miền
Trung. Vì vậy để khắc phục hạn chế này, tác giả luận văn đã sử dụng số liệu về thời
gian truyền sóng địa chấn của các trạm địa chấn quốc tế lân cận đối với các trận
động đất trong và xung quanh các khu vực này.
Đối với khu vực miền Trung Việt Nam, đã thu thập được tập hợp các cặp giá
trị (xi, ti) từ 275 sự kiện riêng biệt ghi được bởi các trạm địa chấn Việt Nam và các
trạm địa chấn quốc tế trong khu vực lân cận để đảm bảo việc xây dựng các tốc đồ
đến khoảng cách 800km. Đây là nguồn dữ liệu khá đầy đủ, chứa các thông tin cần
thiết cho việc xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn . Chúng bao gồm: thời
gian xảy ra động đất t0, thời điểm tới của các loại sóng khác nhau (Pn, P, Pg, Sn, Sg,
S, v.v), thời gian truyền của các sóng địa chấn từ chấn tiêu tới trạm (ti), các tọa độ
chấn tâm động đất, độ sâu chấn tiêu và nhiều dữ liệu quan trọng khác....
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
36
Trên thực tế, có rất nhiều nguyên nhân ảnh hướng tới quá trình ghi và thu
thập số liệu nên dữ liệu thu được thường có rất nhiều “nhiễu”. Những nguyên nh ân
làm cho chất lượng số liệu không tốt có thể là do thiết bị đo, do chủ quan hoặc sai
sót của các quan trắc viên, do các mô hình lý thuyết dược sử dụng trong tính toán
chưa thực sự phù hợp với môi trường truyền sóng thực tế.). Vì vậy số liệu thực tế
quan sát được thường không thỏa mãn các điều kiện của bài toán lý thuyết do có
chứa “nhiễu” là các sai số ngẫu nhiên hoặc hệ thống.
Vì vậy, để tìm công thức chung nhất t = f(x) dựa trên tập hợp các số liệu thực
tế thu được, nghĩa là tính tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn theo các tài liệu
quan sát, trước hết cần tiến hành xử lý và hiệu chỉnh số liệu về thời gian truyền sóng
địa chấn cho từng trạm ghi động đất đối với khu vực miền Trung Việt Nam và lân
cận. Dưới đây là các bước xử lý số liệu và kết quả xử lý số liệu cho khu vực Trung
Việt Nam và lân cận trong sự phù hợp với các công trình [10 - 12, 30].
2.2.2. Tiêu chuẩn xử lý và hiệu chỉnh số liệu quan sát:
Xử lý số liệu theo từng loại sóng P, S, Pg, Sg, đảm bảo được tính tuyến tính cho
mỗi cặp giá trị (xi, ti) (tương ứng cho từng loại sóng). Nghĩa là cần phải lọc đi
những giá trị (xi, ti) có thể được coi là “nhiễu” mạnh trong mỗi loại sóng.
Theo tính chất vật lý của sóng địa chấn, sóng P đi nhanh hơn sóng S nên tốc đồ
thời gian truyền sóng P sẽ nằm ở phía dưới tốc đồ thời gian truyền sóng S.
Ví dụ về lọc nhiễu: Chúng tôi tiến hành vẽ đồ thị X, T. Từ đồ thị này, chúng
tôi sẽ đưa ra được một phương trình bậc nhất cho mối quan hệ T = f(X). Sau mỗi
lần xử lý như vậy, ta sẽ thu được các cặp giá trị mà giá tr ị T’ sau khi xử lý có độ sai
lệch so với giá trị T ban đầu ở một giới hạn nào đó theo cách của người xử lý. Như
vậy, chúng tôi sẽ dần dần loại bỏ được các giá trị nhiễu, các cặp giá trị (Xi, Ti) sau
mỗi lần xử lý sẽ cho ta kết quả chính xác hơn về mối quan hệ giữa T = f(X).
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
37
Hình 2: Mối tương quan giữa các cặp giá trị (X, T)
Sau đó bằng cách lọc dần những giá trị có độ lệch lớn, ta sẽ thu được những
giá trị gần đúng nhất. Trên đồ thị (Hình 2), những điểm giá trị càng nằm sát đường
thẳng thì càng tiến gần hơn về giá trị chuẩn, ngược lại những điểm giá trị nằm xa
đường thẳng sẽ bị loại bỏ (các điểm giá trị thuộc khu vực hình elip sẽ dần dần được
loại bỏ).
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
38
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG CÁC TỐC ĐỒ THỜI GIAN TRUYỀN SÓNG ĐỊA CHẤN
TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG – VIỆT NAM.
Như đã trình bày ở trên, tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn là một t
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- luanvanthacsi_chuaphanloai_234_7357_1870135.pdf