TỔNG QUAN
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
Nghiên cứu cấu tạo vỏ Trái đất tại Việt Nam, đặc biệt là mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất, đã được thực hiện bởi nhiều tác giả qua các công trình khác nhau.
Phần lớn các nghiên cứu về thời gian truyền sóng địa chấn tại Việt Nam dựa trên dữ liệu từ hệ thống trạm cũ, nhưng chưa có sự so sánh rõ ràng để xác định mô hình nào là tối ưu Hiện nay, hệ thống trạm ghi động đất của Việt Nam đã phát triển hiện đại với gần 30 trạm ghi số và chương trình xử lý tự động Đặc biệt, sau động đất tại thủy điện sông Tranh 2, một hệ thống 15 trạm địa chấn đã được thiết lập ở miền Trung Tuy nhiên, chưa có mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn riêng cho khu vực này, dẫn đến nhu cầu xây dựng một mô hình lát cắt tốc độ phù hợp để tính toán thời gian truyền sóng và xác định chính xác các tham số cơ bản của chấn tiêu động đất Những tài liệu này rất cần thiết cho việc phân vùng động đất, đánh giá độ nguy hiểm và dự báo động đất Do đó, việc xây dựng mô hình lát cắt vận tốc và tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn cho miền Trung Việt Nam là nhiệm vụ cần được ưu tiên giải quyết.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất, trong đó phương pháp mô hình hóa toán học đóng vai trò quan trọng Việc mô hình hóa quá trình lan truyền sóng địa chấn trong các môi trường địa chất phức tạp giúp so sánh tài liệu thực nghiệm với kết quả tính toán lý thuyết, từ đó đánh giá độ chính xác của các mô hình đã chọn.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất và tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng Mỗi nghiên cứu đều có những đặc điểm riêng biệt Bài viết này sẽ tổng quan các kết quả nghiên cứu và xác định mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn tại Việt Nam.
Nghiên cứu xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn và mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất cho miền Bắc Việt Nam và các khu vực lân cận đã thu hút sự quan tâm của các nhà địa chấn Việt Nam từ những năm 70.
Theo nghiên cứu của Phạm Văn Thục, việc phân tích số liệu địa chấn từ các trạm quốc tế và ba trạm địa chấn tại miền Bắc như Bắc Giang, Phủ Liễn và Sapa đã cho phép xác định vận tốc của các sóng địa chấn trong các lớp cơ bản của vỏ trái đất Các sóng Pg và Sg được truyền trực tiếp từ chấn tiêu, trong khi sóng P* và S* được truyền từ ranh giới giữa lớp Bazan và lớp Granit (mặt Conrad), và sóng Pn, Sn được truyền từ mặt Mohor.
Các nghiên cứu sau đó của Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên, 1980 [13,
Dựa trên các số liệu phong phú và độ chính xác cao hơn, đã xây dựng tốc đồ địa phương cho các loại sóng như Pn, Sn, P*, S*, Pg và Sg (bảng 1.1).
Bảng 1.1 Kết quả nghiên cứu tốc đồ các sóng địa chấn Miền Bắc Việt Nam
(theo Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên, 1980 [20])
Năm 1983, tập thể tác giả Trần Trung Đoàn và Nguyễn Đình Xuyên đã thực hiện những đánh giá định lượng chi tiết về tỷ số giữa vận tốc sóng dọc và sóng ngang trong vỏ Trái đất, đặc biệt là tại vùng lãnh thổ Miền Bắc Việt Nam.
Tỷ số giữa vận tốc sóng dọc và sóng ngang (K = VP/VS) là một thông số động học quan trọng trong nghiên cứu cấu trúc sâu của vỏ Trái đất và manti, cũng như trong việc quy toán và dự báo động đất Đánh giá định lượng thông số này giúp nghiên cứu độ sâu các ranh giới phân cách trong vỏ Trái đất, đặc biệt là trong việc đánh giá các thông số của trận động đất và nghiên cứu dị thường của tỷ số này nhằm mục đích dự báo động đất và nghiên cứu trường ứng suất sâu Trong công trình [16], nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá định lượng thông số này dựa trên phân tích tài liệu động đất ghi nhận từ các trạm địa chấn.
Vỏ Trái đất ở Việt Nam rất phức tạp với nhiều hệ thống đứt gãy, ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng dọc và sóng ngang Để đánh giá chính xác trị số của thông số K TB trung bình trong vỏ Trái đất, các tác giả đã sử dụng nhiều nguồn tài liệu phong phú, bao gồm động đất địa phương, động đất gần và xa với các sóng trao đổi và sóng dọc lặp lại Thông số K TB cũng được đánh giá dựa trên các tốc đồ thực nghiệm từ các nghiên cứu trước đó.
Thông tin từ các trận động đất địa phương với khoảng cách chấn tâm ∆ ≤ 50km cho thấy ảnh hưởng của môi trường đối với sự lan truyền của sóng là nhỏ hơn so với các động đất có khoảng cách chấn tâm ∆ ≤ 800km Ngoài ra, các tác giả [16] đã sử dụng số liệu từ trạm địa chấn trong quá trình xác định KTB.
T p và T s – thời điểm tới của 2 pha P và S
T0 – thời điểm xảy ra động đất
Những sai sót trong quy toán có tác động tương đối cân bằng đến mẫu số của biểu thức, do đó ảnh hưởng đến thông số K TB sẽ ít hơn so với việc sử dụng số liệu từ hai trạm khác nhau.
Sử dụng số liệu từ các trận động đất có khoảng cách chấn tâm từ 2000km đến 7000km, tác giả đã phân tích các sóng trao đổi PS và sóng dọc P L được tạo ra tại các ranh giới địa chấn mạnh trong vỏ trái đất dưới các vùng trạm Kết quả phân tích cho thấy K TB được xác định theo một công thức cụ thể.
Phương pháp này độc lập với các phương pháp khác, dựa vào việc thống kê sóng trao đổi và sóng dọc lặp lại từ các ranh giới Nhờ sử dụng sóng trao đổi và sóng dọc lặp, phương pháp này tạo ra các tia gần như thẳng đứng dưới các vùng trạm, do đó giảm thiểu ảnh hưởng theo chiều ngang của môi trường đến quá trình lan truyền sóng Thông số K TB được xác định qua phương pháp này phản ánh chính xác tỷ số giữa vận tốc sóng dọc và sóng ngang, đồng thời hạn chế sai lệch do môi trường gây ra trong quá trình lan truyền sóng trong vỏ Trái đất Tỷ số KTB mang tính chất thống kê, vì vậy nó phản ánh giá trị K thực tế của môi trường.
Tác giả đã xác định KTB theo công thức: pg TB sg
V pg và V sg là giá trị vận tốc lan truyền của sóng địa chấn P g và S g, được xác định thông qua việc tích phân hai tốc đồ thực nghiệm Đối với các trận động đất gần có khoảng cách ∆ ≤ 800km, tỷ số KTB được xác định dựa vào đồ thị Vadati, yêu cầu tối thiểu dữ liệu từ 2 trạm Những sai sót trong quy trình tính toán có thể ảnh hưởng lớn đến giá trị của các thông số này.
Tình hình nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc vỏ Trái đất ở miền Trung, Việt Nam
Trong khu vực miền Trung Việt Nam, các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào tầng Đệ tứ của lớp vỏ trái đất, với độ chi tiết và chính xác cao Một số công trình nghiên cứu về trầm tích Đệ tứ đã được thực hiện, trong đó các tác giả đã áp dụng phương pháp địa chấn nông phân giải cao (ĐCNPGC) để thu thập dữ liệu.
Trong đề án “Điều tra địa chất, khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất vùng biển Nam Trung Bộ”, tác giả đã sử dụng chương trình RadExpro Plus 3.5 để nâng cao chất lượng tài liệu ĐCNPGC, xác định chính xác các ranh giới phản xạ và tập băng ghi địa chấn tương ứng với trầm tích Đệ tứ Việc xử lý giảm thiểu phông nhiễu giúp phân chia các loại tướng địa chấn, xác định thành phần vật chất và môi trường hình thành các đối tượng địa chất Nâng cao chất lượng băng ghi ĐCNPGC cũng cho phép xác định các hệ thống đứt gãy hoạt động trong Đệ tứ Nghiên cứu này đóng góp quan trọng cho việc điều tra địa chất khoáng sản biển, địa chất môi trường và tai biến biển địa chất tại vùng biển Nam Trung Bộ và các vùng biển Việt Nam.
Các kết quả nghiên cứu về vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực Miền Trung cho thấy:
Mặc dù tài liệu về khảo sát vận tốc truyền sóng địa chấn ở miền Trung còn hạn chế, nhưng các nghiên cứu của một số tác giả đã đóng góp những đặc điểm riêng, làm phong phú thêm nguồn số liệu và mở ra hướng nghiên cứu mới cho toàn bộ lãnh thổ Việt Nam.
Trong nghiên cứu của Hoàng Xuân Lượng, tác giả đã xác định tính chất cơ lý của san hô và nền san hô tại quần đảo Trường Sa và khu vực lục địa ngoài khơi phía Nam Mục tiêu là đề xuất giải pháp xây dựng công trình trên nền san hô, ứng dụng cho các công trình tại Trường Sa và khu vực DKI Dữ liệu khảo sát đã được xử lý và xây dựng thành bản đồ số, trong đó thí nghiệm nổ truyền sóng được thực hiện tại đảo Song Tử Tây Sóng địa chấn được phân loại thành sóng dọc (sóng nén) và sóng cắt, với sóng dọc lan truyền nhanh hơn sóng cắt.
Sóng nén P khi lan truyền trong môi trường nhiều pha bị ảnh hưởng bởi cả pha rắn và pha lỏng, do đó tốc độ lan truyền không phản ánh chính xác độ cứng của cốt đất Ngược lại, sóng cắt chỉ lan truyền trong pha rắn, giúp phản ánh đúng hơn đặc trưng độ cứng của môi trường Đảo có mực nước ngầm thay đổi theo thủy triều và độ cao mặt đất không lớn so với mực nước biển, vì vậy để giảm thiểu ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên như độ ẩm, cao độ và mực nước ngầm đến kết quả đo, trong phòng thí nghiệm chỉ thực hiện thí nghiệm sóng cắt Dựa trên dữ liệu đo đạc, có thể thiết lập mối tương quan giữa khoảng cách các điểm đo và thời gian trễ của sóng khi lan truyền đến các điểm đo.
Hình 1.3 Tương quan giữa khoảng cách (Δr) và thời gian trễ (Δt) của sóng khi lan truyền đến các điểm đo [6]
Tác giả đã thiết lập phương trình tuyến tính liên hệ giữa khoảng cách các điểm đo và thời gian trễ của sóng, với độ dốc của đường thẳng tương ứng là vận tốc lan truyền sóng cắt trong lớp cát san hô Qua phương pháp bình phương cực tiểu, tác giả xác định được phương trình ∆r = 454,58 ∆t, từ đó suy ra vận tốc truyền sóng cắt là Vs = ∆r /∆t, trong đó ∆r là khoảng cách từ điểm nổ đến các vị trí đo Nhận xét cho thấy tốc độ lan truyền sóng cắt trong lớp cát san hô tại đảo Song Tử Tây là 454.58 m/s Sóng phản xạ từ lớp san hô cứng bên dưới làm tăng cường độ chấn động ở bề mặt, và quá trình lan truyền sóng trong nền san hô rất phức tạp do cấu trúc địa chất nhiều lớp và cường độ sóng lớn có thể phản xạ từ nhiều lớp khác nhau.
Hiện nay, hầu hết các mô hình vận tốc vỏ Trái đất tại Việt Nam chủ yếu được xây dựng dựa trên sóng P, tập trung vào khu vực phía Bắc và chủ yếu theo mô hình 2 chiều Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khác biệt giữa các kết quả nghiên cứu khác nhau Đặc biệt, khu vực miền Trung chưa có mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn riêng, do đó cần thiết phải phát triển một mô hình cho khu vực này để nâng cao độ chính xác trong việc xác định các tham số cơ bản của chấn tiêu động đất, phục vụ cho các mục đích nghiên cứu khác nhau.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG
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 nghiên cứu đặc điểm thời gian truyền sóng P nhằm định vị chấn tiêu động đất dựa trên quan sát địa chấn ở vùng gần, cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc vỏ Trái đất Kết quả chính xác của tọa độ chấn tiêu giúp xác định thời gian truyền sóng địa chấn, từ đó làm rõ các bất đồng nhất trong môi trường địa chất Đặc biệt, phương pháp này cho phép sử dụng số liệu từ các trận động đất có độ sâu chấn tiêu chưa được xác định Các bước cơ bản để xây dựng thuật toán bao gồm việc phân tích và xử lý dữ liệu địa chấn.
Đối với mỗi trạm, độ lệch về thời gian truyền sóng P có thể được tính gần đúng theo mối quan hệ với tốc độ chuẩn, với công thức f i = t pi – t p *, trong đó t pi là thời gian truyền quan sát và t p * là thời gian chuẩn.
Thời gian truyền được xác định dựa trên tốc độ chuẩn, và việc lựa chọn nhiều lần các giá trị fi cho các độ sâu chấn tiêu hi khác nhau sẽ giúp tìm ra giá trị cực tiểu fi min.
Giả thiết rằng hàm phân bố fi min tuân thủ quy luật phân bố Jeffreys cho phép tính toán các tham số như sai số hệ thống đối với tốc đồ chuẩn (số hiệu chỉnh αi) và các sai số ngẫu nhiên, tương tự như các nghiên cứu trước đây.
Xây dựng đường cong fi min = f() dựa trên việc trung bình hóa độ lệch fi min cho tất cả các trạm theo khoảng cách chấn tâm Kết quả cho phép xác định các số hiệu chỉnh i tương ứng với các khoảng i.
3) Tìm thời gian truyền hiệu chỉnh tp’ bằng cách đưa các số hiệu chỉnh vào tốc đồ chuẩn
Để xác định các điểm uốn của tốc độ, ta có thể tính f(Δ) = tp’; dt p ’/dΔ và d²tp’/dΔ² Ngoài ra, việc so sánh tốc độ thực nghiệm với tốc độ chuẩn sẽ giúp tìm ra 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
Phương pháp này sử dụng dữ liệu về thời gian truyền sóng địa chấn từ tâm động đất đến các trạm địa chấn để xác định vận tốc và độ dày của các lớp trong vỏ Trái đất, dựa trên các phương trình truyền sóng.
Trong lĩnh vực địa chấn, nhiều mô hình vận tốc vỏ Trái đất đã được phát triển dựa trên dữ liệu thực nghiệm và các phương trình truyền sóng lý thuyết Một trong những mô hình nổi bật là ISAPEI, được công nhận và sử dụng rộng rãi trên toàn cầu Tuy nhiên, do mô hình này dựa trên dữ liệu từ các trạm địa chấn quốc tế, nên khi áp dụng cho Việt Nam, cần phải điều chỉnh thời gian truyền sóng để phù hợp với điều kiện địa phương Vì vậy, trong nghiên cứu này, mô hình IASPEI91 sẽ được chọn làm tiêu chuẩn lý thuyết cho các phép tính.
Cách tiếp cận này nhằm thiết lập một chương trình tính toán để lựa chọn chiều dày các lớp trong vỏ Trái đất và vận tốc lan truyền sóng địa chấn Điều này được thực hiện thông qua việc so sánh thời gian truyền sóng tính theo tốc đồ lý thuyết với thời gian truyền quan sát thực tế.
Nếu có một mô hình tốc độ nhất định và giả định rằng chấn tiêu động đất nằm ở độ sâu H, thì tốc độ truyền sóng địa chấn lý thuyết sẽ có dạng cụ thể.
V - Tốc độ lan truyền của sóng địa chấn
Khoảng cách từ chấn tâm đến trạm địa chấn, được gọi là khoảng cách chấn tâm, là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu địa chấn Nhiệm vụ của chúng ta là thay đổi hoặc đồng thời điều chỉnh tất cả các biến số liên quan để có được kết quả chính xác.
Để đạt được sự gần gũi giữa tốc độ lý thuyết T(V, H, Δ) và thời gian truyền quan sát, cần điều chỉnh các tham số Vi, hi và Δ trong vỏ trái đất Mục tiêu là tối thiểu hóa độ lệch thời gian, được xác định bởi hàm số.
Ti – thời gian truyền của sóng P, nhận được tại điểm i theo tốc đồ lý thuyết
Tpi’ là thời gian truyền tương ứng của sóng P, liên quan đến khoảng cách chấn tâm , và có dạng tương tự như (1) Số điểm n được sử dụng để tối ưu hóa hàm F, tương ứng với số sự kiện trong quá trình tính toán.
Hàm mục tiêu F đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mô hình vận tốc trong vỏ Trái đất Chương trình được phát triển dựa trên phương pháp này, giúp xác định các tham số V i, hi và H, trong đó V i và hi tương ứng với vận tốc và chiều dày của các lớp địa chất.
Xử lý số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn
2.2.1 Số liệu sử dụng trong tính toán
Số lượng trạm địa chấn tại miền Trung Việt Nam rất thưa thớt, với chỉ 2-3 trạm, dẫn đến việc thiếu dữ liệu về thời gian truyền sóng địa chấn trong khu vực này Do đó, việc chỉ sử dụng các cặp số liệu (x i, t i) từ các trạm địa chấn Việt Nam không đủ để xây dựng tốc đồ truyền sóng Để khắc phục vấn đề này, tác giả đã thu thập dữ liệu từ các trạm địa chấn quốc tế lân cận cho các trận động đất trong và xung quanh miền Trung Kết quả là đã thu thập được 275 cặp giá trị (x i, t i) từ các sự kiện ghi nhận, giúp xây dựng tốc đồ đến khoảng cách 800km, cung cấp nguồn dữ liệu đầy đủ cho việc phân tích thời gian truyền sóng địa chấn, bao gồm thời gian xảy ra động đất t 0 và thời điểm đến của các loại sóng khác nhau như 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
Quá trình ghi và thu thập số liệu thường gặp phải nhiều nguyên nhân gây nhiễu, dẫn đến chất lượng dữ liệu không đạt yêu cầu Các nguyên nhân này có thể bao gồm thiết bị đo không chính xác, sai sót từ các quan trắc viên, hoặc các mô hình lý thuyết không phù hợp với môi trường thực tế Do đó, số liệu quan sát được thường không đáp ứng các điều kiện lý thuyết do chứa nhiều sai số ngẫu nhiên hoặc hệ thống.
Để xác định công thức t = f(x) từ các số liệu thực tế về thời gian truyền sóng địa chấn, cần tiến hành xử lý và hiệu chỉnh dữ liệu cho từng trạm ghi động đất tại khu vực miền Trung Việt Nam và lân cận Các bước xử lý số liệu và kết quả sẽ được trình bày phù hợp với các công trình nghiên cứu trước đó [10 - 12, 30].
2.2.2 Tiêu chuẩn xử lý và hiệu chỉnh số liệu quan sát:
Để xử lý số liệu cho từng loại sóng như P, S, Pg, Sg, cần đảm bảo tính tuyến tính cho mỗi cặp giá trị (xi, ti) tương ứng Việc này đòi hỏi phải lọc bỏ những giá trị (xi, ti) có thể coi là "nhiễu" mạnh trong từng loại sóng.
Theo tính chất vật lý của sóng địa chấn, sóng P có tốc độ truyền nhanh hơn sóng S, dẫn đến đồ thị thời gian truyền sóng P nằm dưới đồ thị thời gian truyền sóng S.
Trong quá trình lọc nhiễu, chúng tôi vẽ đồ thị X, T để xác định phương trình bậc nhất T = f(X) Qua từng lần xử lý, chúng tôi thu được các cặp giá trị, trong đó giá trị T’ sau xử lý có độ sai lệch giới hạn so với giá trị T ban đầu Nhờ vậy, chúng tôi dần loại bỏ các giá trị nhiễu, và các cặp giá trị (Xi, Ti) sau mỗi lần xử lý mang lại kết quả chính xác hơn về mối quan hệ giữa T và X.
Hình 2: Mối tương quan giữa các cặp giá trị (X, T)
Bằng cách lọc dần các giá trị có độ lệch lớn, chúng ta có thể thu được những giá trị gần đúng nhất Trên đồ thị, các điểm giá trị gần sát đường thẳng thể hiện sự gần gũi với giá trị chuẩn, trong khi những điểm nằm xa sẽ bị loại bỏ Các điểm thuộc khu vực hình elip sẽ dần dần bị loại trừ để cải thiện độ chính xác.
XÂY DỰNG CÁC TỐC ĐỒ THỜI GIAN TRUYỀN SÓNG ĐỊA CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT NAM
Các bước xử lý số liệu cho mỗi loại sóng địa chấn
+ Xây dựng tốc đồ thực nghiệm trung bình cho từng loại sóng:
Đầu tiên, hãy đưa ra tập hợp các cặp số liệu (xi, ti) đã được thu thập cho từng loại sóng lên đồ thị t = f(x) Từ đồ thị này, chúng ta có thể xác định phương trình tương quan ttb.
= f(x) trên cơ sở các cặp số liệu đã thu thập được
Để tính toán các giá trị độ lệch về thời gian truyền sóng so với tốc độ trung bình, ta sử dụng công thức Δti = ti(xi) – ttbi(xi), trong đó ttbi(xi) là giá trị được xác định từ xi dựa trên mối quan hệ ttb f(x).
Loại bỏ các cặp số liệu (x i, t i) có giá trị Δt i quá lớn, tức là những cặp có độ chênh lệch lớn giữa giá trị thực nghiệm t i (x i) và giá trị t tbi (x i) tại cùng một điểm Bước này nhằm làm trơn tốc đồ bằng cách lọc dần những giá trị lệch lớn, từ đó thu được các giá trị gần đúng nhất.
Sau khi loại bỏ nhiễu, chúng tôi sẽ vẽ lại đồ thị các điểm thực nghiệm (X i , Ti) Các bước này sẽ được thực hiện lặp lại cho đến khi hàm t = f(x) được làm trơn một cách khả dĩ nhất, đảm bảo chất lượng số liệu cho việc xây dựng mô hình vận tốc của vỏ Trái đất.
Sau mỗi lần xử lý như vậy, ta sẽ thu được các cặp giá trị (xi, ti
Giá trị t i sau khi xử lý sẽ có độ sai lệch nhất định so với giá trị ban đầu t i, phù hợp với yêu cầu của người xử lý Qua quá trình này, các giá trị nhiễu (x i, ti) sẽ dần được loại bỏ Tập hợp các cặp giá trị (x i, ti) sau mỗi lần xử lý sẽ cung cấp kết quả chính xác hơn về mối quan hệ t = f(x).
Vẽ đường thẳng t = f(X i ) mới bằng phương pháp bình phương tối thiểu giúp xác định các tham số (a, b, r) của đường thẳng Đây là tốc độ truyền sóng trung bình cần xây dựng.
Với các bước nêu trên chúng tôi tiến hành xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn cho khu vực miền Trung như sau:
Hình 3.1 Tốc đồ thời gian truyền sóng thực nghiệm (theo tài liệu quan sát thực tế) đối với khu vực Miền Trung, Việt Nam
Bài viết trình bày sự phân bố các điểm với các cặp giá trị thực nghiệm (x i , ti) cho các loại sóng khác nhau tại khu vực Miền Trung Việt Nam, như được thể hiện trong hình 3.1 Các cặp số liệu này cho phép xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng thực nghiệm, với các phương trình tương ứng cho sóng P và sóng S g Cụ thể, đối với sóng P, phương trình là T = 0.302*X + 0.382, trong khi đối với sóng S g, phương trình là T = 0.129*X + 3.143.
Theo lý thuyết, đối với các trận động đất gần (khoảng cách chấn tâm Δ ≤
Trong khoảng cách 1000 km, thời gian truyền sóng t và quãng đường x có mối quan hệ tuyến tính bậc nhất, với x là biến và t là hàm Điều này có nghĩa là giá trị của hàm t = f(x) luôn biến thiên tuyến tính theo giá trị x khi x thay đổi.
Hình 3.2: So sánh các tốc đồ thời gian truyền sóng của các sóng P và sóng S đối với khu vực miền Trung, Việt Nam
Vận tốc lan truyền của sóng dọc (P) lớn hơn so với sóng ngang (S), dẫn đến việc trong đồ thị t = f(x), tốc độ sóng dọc nằm dưới tốc độ sóng ngang Để minh họa, ta có thể vẽ một đường vuông góc với trục X, cắt hai tia sóng P và S, rồi chiếu sang trục tung thời gian Như vậy, với cùng một quãng đường X, vận tốc lớn hơn sẽ khiến thời gian truyền sóng ngắn hơn, tức là V_P > V_S dẫn đến T_P < T_S.
Chúng tôi đã tiến hành xử lý số liệu và tính toán các tốc độ thời gian truyền sóng địa chấn cho khu vực miền Trung, dựa trên các bước xử lý số liệu đã được trình bày trước đó.
Tốc đồ thời gian truyền sóng PN đối với khu vực miền Trung được trình bày trên hình 3.3
Hình 3.3: Tốc đồ thời gian truyền sóng PN đối với khu vực Miền Trung
Từ tốc đồ thời gian truyền sóng thực nghiệm của sóng PN, mối quan hệ giữa khoảng cách chấn tâm X và thời gian truyền sóng T được thể hiện qua phương trình T PN = 0.134*X + 3.363 với hệ số tương quan R1= 0.903 Sau khi xử lý và loại bỏ những điểm nhiễu lớn, tác giả đã thu được tốc đồ thực nghiệm trung bình, được mô tả bởi phương trình tốc đồ thời gian truyền sóng PN.
TPN = 0.132*X + 3.412 với hệ số tương quan R2= 0.999
Hệ số tương quan R2 = 0.999, cao hơn R1 = 0.903, cho thấy sau khi loại bỏ các điểm "nhiễu", phương trình tốc độ thời gian truyền sóng đã tiến gần hơn tới giá trị R = 1 Điều này chứng tỏ rằng phương trình tốc độ thời gian truyền sóng thực nghiệm có độ tin cậy cao hơn và gần gũi với tốc độ thời gian truyền sóng trung bình của khu vực So sánh hai hệ số tương quan trước và sau khi hiệu chỉnh cho thấy số liệu sóng PN ghi nhận từ các trạm địa chấn ở Miền Trung và khu vực lân cận, mặc dù số lượng ít, vẫn có độ tin cậy khá cao.
Hình 3.4 Tốc đồ thời gian truyền sóng PN sau khi xử lý loại bỏ các điểm
“nhiễu” đối với khu vực Miền Trung, Việt Nam
Các điểm màu xanh trên đồ thị (hình 3.4) đại diện cho các cặp giá trị bị loại bỏ qua mỗi lần lọc số liệu, trong khi các điểm màu đỏ tương ứng với các cặp giá trị được giữ lại để xây dựng tốc đồ thực nghiệm trung bình, như thể hiện trong bảng 3.1.
Code của hàng dữ liệu
Khoảng cách chấn tâm theo tài liệu thực tế (km)
Thời gian truyền sóng quan sát thực tế (s)
Kiểu sóng địa chấn đã ghi được bởi các trạm quan sát động đất
Thời gian truyền của sóng sau hiệu chỉnh lần 1 Độ chênh lệch về thời gian truyền thực tế so với giá trị trung bình (ΔT 1 )
Thời gian truyền sau hiệu chỉnh lần 2 Độ chênh lệch về thời gian truyền thực tế so với giá trị trung bình (ΔT 2 )
Thời gian truyền sau hiệu chỉnh lần
2 Độ chênh lệch về thời gian truyền thực tế so với giá trị trung bình (ΔT 3 )
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Quá trình lọc số liệu được thực hiện nhiều lần để thu được tập hợp các giá trị (xi, ti) đã được lọc cho từng loại sóng, giúp so sánh gián tiếp với giá trị lý thuyết Việc xử lý số liệu này nhằm đảm bảo giá trị T’ gần nhất với giá trị T thực nghiệm mà vẫn giữ nguyên tính chất của đường cong thời gian truyền sóng Tuy nhiên, để hiệu chỉnh số liệu chính xác, cần giới hạn số lần hiệu chỉnh theo từng trường hợp cụ thể, vì việc hiệu chỉnh quá nhiều có thể làm méo dạng đồ thị của các cặp số liệu thực.
Theo bảng 3.1, hiệu chỉnh lần thứ hai cho giá trị (ΔT2) nhỏ hơn (ΔT1) sau lần hiệu chỉnh đầu tiên Tiếp theo, hiệu chỉnh lần thứ ba sẽ cho giá trị (ΔT3) nhỏ hơn (ΔT2) sau lần hiệu chỉnh thứ hai Giá trị thời gian truyền sóng địa chấn sau hiệu chỉnh lần ba sẽ được sử dụng làm kết quả để xây dựng tốc đồ thực nghiệm trung bình Do đó, số lần hiệu chỉnh lặp lại sẽ phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể.
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
Dựa trên phương pháp đã trình bày, chúng tôi đã tính toán và xây dựng các tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn cho từng loại sóng khác nhau tại miền Trung Việt Nam Hình 3.5 thể hiện kết quả tính toán tốc đồ thời gian truyền sóng trung bình của các sóng P, Pg, Pn và S, Sg, Sn cho khu vực này, với các cặp số liệu thực nghiệm tương ứng được trình bày trong bảng 3.2.
Hình 3.5: Tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn trung bình đối với khu vực miền
Các phương trình tốc độ thời gian truyền sóng trung bình cho các loại sóng khác nhau tại khu vực miền Trung Việt Nam được xác định như sau: Sóng P có phương trình T = 0.129*X + 3.143 với hệ số tương quan R = 0.999; sóng P g với T = 0.173*X + 0.498 và R = 0.999; sóng Pn có T = 0.132*X + 3.412 với R = 0.999 Đối với sóng S, phương trình là T = 0.264*X - 11.8 với R = 0.997; sóng S g có T = 0.302*X + 0.501 và R = 0.999; cuối cùng, sóng S n với T = 0.217*X + 13.533 và R = 1.0.
Các tốc đồ này có thể được xem là tốc đồ thời gian truyền sóng trung bình cho khu vực miền Trung Việt Nam, vì chúng đáp ứng đầy đủ các điều kiện lý thuyết và tính chất vật lý của từng loại sóng Hơn nữa, chúng cũng gần gũi với các tốc đồ thực nghiệm đã được quan sát trong khu vực này.
Quá trình xử lý và hiệu chỉnh dữ liệu thời gian truyền sóng địa chấn từ các trận động đất tại miền Trung Việt Nam đã được thực hiện dựa trên số liệu quan sát từ các trạm địa chấn trong khu vực Phương pháp gần đúng liên tiếp đã giúp xây dựng đồ thị thời gian truyền sóng địa chấn trung bình cho các loại sóng khác nhau, đáp ứng yêu cầu lý thuyết và đảm bảo tính chất vật lý của từng loại sóng Những kết quả này gần gũi với tốc đồ thực nghiệm đã quan sát, từ đó cho phép xây dựng mô hình lắt cắt vận tốc truyền sóng địa chấn tương ứng cho khu vực miền Trung, Việt Nam.
Stt Nhánh sóng P Nhánh sóng PG Nhánh sóng PN Nhánh sóng S Nhánh sóng SG Nhánh sóng SN
1 ID X T ID X T ID X T ID X T ID X T ID X T
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG ĐỊA CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT NAM
Giới thiệu về chương trình tính mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
Chương trình tính toán có một giao diện duy nhất được trình bày trên hình 4.1
Hình 4.1 Giao diện của chương trình tính mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
Các chú thích cho hình 4.1:
Khi xử lý nhiều trường hợp khác nhau, việc lựa chọn tên file dữ liệu đầu vào là rất quan trọng Điều này cho phép bạn dễ dàng chuyển đổi giữa các file input mà không cần phải sửa đổi trực tiếp dữ liệu đầu vào, tiết kiệm thời gian và công sức.
(2) - Bổ sung thêm file dữ liệu đầu vào: dùng để tạo file mới và lưu toàn bộ dữ liệu đang sử dụng ở phần input vào file đó
(3) - Xóa file dữ liệu đầu vào (file đang được chọn ở ô cửa sổ (1))
(4) - Xử lý dữ liệu đầu vào
(5) - Lưu kết quả ở đầu ra dạng hình ảnh ở cửa (9) vào ổ cứng
Mở file kết quả xử lý để xem mô tả các nhánh của tốc đồ thời gian truyền sóng, bao gồm các lớp và giá trị vận tốc tương ứng cùng với sai số liên quan.
Giá trị vận tốc so sánh (V1) được xác định khi chạy chương trình thông qua tốc đồ thời gian truyền sóng, phản ánh mối tương quan giữa khoảng cách và thời gian Vận tốc truyền sóng, như sóng P, có thể dao động từ 5.0 đến 8.0 km/s Việc vẽ đồ thị t = f(x) có thể gây khó khăn trong việc đánh giá vận tốc, do đó, đồ thị X = f(TR) được sử dụng, với TR được tính bằng T - X/V1 Mỗi tốc đồ sẽ có độ dốc riêng, giúp thể hiện rõ sự chênh lệch và cho phép nhận biết vận tốc các nhánh lớn hơn hoặc nhỏ hơn V1 Trong trường hợp dữ liệu đầu vào là thời gian và quãng đường truyền của sóng P, V1 thường được chọn là 8 km/s.
Chức năng tự xếp lại thứ tự cho các nhánh của tốc đồ thời gian truyền sóng giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh mà không cần thay đổi hoàn toàn số liệu Các nhánh càng xuống sâu thì vận tốc càng lớn, do đó, việc sắp xếp đúng thứ tự là rất quan trọng để chương trình tìm ra mô hình lát cắt vận tốc chính xác Sau khi thực hiện sắp xếp, thứ tự mới của các nhánh sẽ được hiển thị ở ô cửa sổ “11”.
(9) - Cửa sổ hiển thị mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn với các lớp tương ứng trong vỏ Trái đất
Dữ liệu đầu vào bao gồm bảng các cặp (Xi, Ti) tương ứng của tất cả các nhánh Người dùng có thể chỉnh sửa dữ liệu này trong Excel và sao chép vào ô nhập dữ liệu (10) của chương trình.
Tính toán các mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung
Dựa trên các nhánh tốc độ truyền sóng P và sóng S cho khu vực miền Trung, chúng tôi đã tính toán mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất theo từng loại sóng tương ứng Quá trình tính toán này được minh họa qua các hình từ hình 4.2 đến hình 4.7.
Các nhánh tốc độ thời gian truyền sóng P và sóng S tại khu vực miền Trung được trình bày trong bảng 3.2 và hiển thị trên các giao diện của chương trình tính trong các hình 4.2 đến 4.7.
Các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng P
Hình 4.2: Giao diện đầu vào của chương trình tính toán khi sử dụng thời gian truyền sóng P
Cần lưu ý rằng giá trị Tr(reduction) trên hình 4.2 là giá trị được tính bằng công thức sau: r
Vr là giá trị trung bình của vận tốc sóng địa chấn P hoặc S, được sử dụng làm đầu vào cho chương trình tính toán, hiển thị ở ô cửa sổ số 7 trong giao diện chương trình như hình 4.1.
Thường đối với sóng P, chúng tôi chọn Vr = 8.0 km/s; còn với sóng S chúng tôi chọn Vr = 5.0 km/s
Hình 4.3: Giao diện đầu ra của chương trình tính toán khi sử dụng thời gian truyền sóng P.
Hình 4.4: Giao diện kiểm tra kết quả tính tốc đồ thời gian truyền sóng P ở đầu ra của chương trình
Các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng S
Hình 4.5: Giao diện đầu vào của chương trình tính toán khi sử dụng thời gian truyền sóng S.
Hình 4.6: Giao diện đầu ra chương trình tính toán khi sử dụng thời gian truyền của sóng S
Hình 4.7: Giao diện kiểm tra kết quả tính tốc đồ thời gian truyền sóng S ở đầu ra của chương trình
Chúng tôi đã phát triển các mô hình vận tốc truyền sóng P và sóng S trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam, dựa trên các bước tính toán đã thực hiện Các mô hình này được trình bày chi tiết trong hình 4.8.
Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất tại khu vực miền Trung được thể hiện qua Hình 4.8, bao gồm mô hình vận tốc sóng S và mô hình vận tốc sóng P.
Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam được phân tích qua hình 4.8, cho thấy có ba lớp với vận tốc truyền sóng P, sóng S và độ dày của các lớp tương ứng, như được trình bày trong bảng 4.
Bảng 4 Các mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền
Mô hình sóng P Mô hình sóng S
Mô hình vận tốc sóng P và sóng S cho thấy sự tương đồng rõ rệt về số lớp và độ sâu ranh giới trong vỏ Trái đất Cụ thể, cả hai mô hình đều phản ánh 3 lớp với độ sâu ranh giới lần lượt là H1 ~ 3.45 - 4.23 km, H2 ~ 18.31 - 19.94 km, và H3 > 20 km Sự tương đồng này không chỉ chứng tỏ độ chính xác của dữ liệu mà còn khẳng định tính đúng đắn của các mô hình cấu tạo vỏ Trái đất tại miền Trung Do đó, các mô hình này có thể được coi là mô hình vận tốc trung bình cho khu vực miền Trung.
Ngoài việc cung cấp kết quả dưới dạng sơ đồ như hình 4.8, chương trình tính toán còn cho ra bảng số liệu (hình 4.9) với độ chính xác cao, cho phép người dùng kiểm tra sai số giữa dữ liệu đầu ra và đầu vào, từ đó tạo điều kiện để hiệu chỉnh số liệu khi cần thiết.
Hình 4.9 Ví dụ về kết quả của chương trình ở dạng file text với các bảng số liệu
So sánh mô hình này với các mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất trước đây cho thấy sự phù hợp với các nghiên cứu trước về số lớp trong vỏ Trái đất Tuy nhiên, sự khác biệt về vận tốc và chiều dày của các lớp trong vỏ Trái đất xuất phát từ đặc điểm địa chất địa vật lý khác nhau của môi trường truyền sóng trong khu vực miền Trung và lân cận.
Mô hình này là lần đầu tiên được phát triển cho khu vực miền Trung Việt Nam, dựa trên việc tập hợp dữ liệu địa chấn quan sát đầy đủ và quy trình xử lý số liệu chi tiết, bài bản Hầu hết các bước xử lý được thực hiện tự động thông qua các chương trình máy tính chuyên dụng, mang lại độ tin cậy cao cho mô hình.
Bài viết trình bày quá trình xử lý và hiệu chỉnh số liệu về thời gian truyền sóng thực tế cho 275 sự kiện tại miền Trung Việt Nam, dựa trên quan sát từ các trạm địa chấn Qua phương pháp gần đúng liên tiếp, đã xây dựng được ba nhánh đồ thời gian truyền sóng địa chấn trung bình cho khu vực này, thỏa mãn các điều kiện lý thuyết và đảm bảo tính chất vật lý của từng loại sóng Các tốc đồ này đã hỗ trợ xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất cho miền Trung và các vùng lân cận Mô hình vận tốc sóng P và sóng S cho thấy sự tương đồng rõ rệt về số lớp và độ sâu ranh giới trong vỏ Trái đất, chứng minh độ chính xác của dữ liệu và tính đúng đắn của mô hình cấu tạo vỏ Trái đất Các mô hình này có thể được sử dụng như mô hình vận tốc trung bình cho khu vực miền Trung.