xác Định Độ sâu của nguồn gây dị thường từ thông qua xác Định Độ sâu của nguồn gây dị thường từ thông qua xác Định Độ sâu của nguồn gây dị thường từ thông qua
Mục tiêu nghiên cứu
Bài báo này đặt ra mục tiêu nghiên cứu chính là đánh giá và trình bày kết quả của phương pháp Tilt-Depth (Salem et al., 2007) khi được áp dụng vào các tập dữ liệu từ tính quy mô lục địa của đất liền Hoa Kỳ và Úc Mục tiêu chính của nghiên cứu là đảm bảo rằng phương pháp Tilt-Depth không chỉ là một công cụ mạnh mẽ trong việc xác định độ sâu của nguồn gây dị thường, mà còn hiệu quả khi áp dụng vào quy mô địa phương, như được minh họa qua ví dụ từ Bán đảo Olympic, Hoa Kỳ và Bể Eastern Officer, Úc.
Phạm vi của đề tài này mở rộng từ việc áp dụng phương pháp Tilt-Depth vào các tập dữ liệu địa vật lý lớn, quy mô lục địa, đến việc kiểm tra tính ứng dụng của nó trong bối cảnh địa phương, nơi đặc điểm địa chất có thể thay đổi đáng kể.
Nghiên cứu tập trung vào khả năng ứng dụng và độ chính xác của Tilt-Depth khi ánh xạ tầng cơ sở, cũng như khả năng giải quyết các thách thức đặc biệt của cấu trúc địa chất phức tạp.
Thông qua những mục tiêu nghiên cứu và phạm vi đề tài này, chúng tôi hướng đến việc cung cấp thông tin chi tiết và chiều sâu về khả năng và ứng dụng của phương pháp Tilt-Depth trong lĩnh vực địa vật lý, từ quy mô lớn đến địa phương, từ đó đóng góp vào sự hiểu biết và phát triển của lĩnh vực này.
Tổng kết
Trong phần tổng quan của bài báo này, chúng tôi đã trình bày và giới thiệu về phương pháp Tilt-Depth, một phương pháp độ sâu đặc biệt trong lĩnh vực địa vật lý Tilt-Depth là một công cụ mạnh mẽ giúp xác định độ sâu của nguồn gây dị thường dưới mặt đất, và dưới đây là một tổng kết về những điểm nổi bật và ý nghĩa của phương pháp này.
Đơn Giản và Hiệu Quả Tilt-Depth nổi bật với sự đơn giản trong lý thuyết và thực hiện, tập trung chủ yếu vào đạo hàm bậc nhất của trường từ tính Điều này giúp giảm thiểu ảnh hưởng từ nhiễu và làm cho phương pháp trở nên dễ triển khai trong nhiều bối cảnh khác nhau Sự hiệu quả của Tilt-Depth đã được chứng minh thông qua nhiều ứng dụng trên quy mô lớn và địa phương.
Linh Hoạt và Ứng Dụng Rộng Rãi Phương pháp này không chỉ hiệu quả trên quy mô lục địa mà còn chứng tỏ khả năng linh hoạt trong việc áp dụng nó cho các tập dữ liệu địa chất cụ thể tại quy mô địa phương Sự linh hoạt này mở ra cánh cửa cho nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như khảo sát địa chất, nghiên cứu tài nguyên tự nhiên, và quản lý môi trường.
Xác Định Sự Can Thiệp của Đặc Điểm Dị Thường Một trong những đặc điểm nổi bật của Tilt-Depth là khả năng xác định sự can thiệp của các đặc điểm dị thường đối với mô hình địa chất Khả năng này mang lại sự chính xác và tin cậy trong việc phân tích và đánh giá dữ liệu, giúp nghiên cứu có thể chọn lựa giữa các giải pháp phù hợp.
Sự Đóng Góp Đặc Biệt Cho Lĩnh Vực Địa Vật Lý Tilt-Depth không chỉ là một công cụ trong kho dữ liệu của các nhà nghiên cứu địa vật lý, mà còn là một đóng góp quan trọng Phương pháp này mở ra những cơ hội mới trong việc hiểu biết độ sâu của nguồn gây dị thường và khả năng ánh xạ cấu trúc địa chất.
Tóm lại, Tilt-Depth không chỉ là một công cụ thuận tiện cho nghiên cứu,mà còn là một gia tố quan trọng đóng góp vào sự phát triển và tiến bộ của lĩnh vực địa vật lý đương đại.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP
2.1 Nền tảng của phương pháp Tilt-Depth
Góc nghiêng là định nghĩa tổng quát cho pha địa phương (Miller và Singh, 1994) và đã được giới thiệu lại bởi Verduzco và cộng sự (2004) và được định nghĩa như sau: θ = tan −1
�ℎ = �� �� 2 + �� �� 2 và �� �� , �� �� , �� �� là đạo hàm bậc nhất của từ tính M theo hướng x, y và z Vì góc nghiêng bao gồm tỉ lệ giữa đạo hàm dọc và đạo hàm ngang, hàm góc nghiêng kết quả không chứa thông tin về cường độ của trường địa từ M hoặc độ dễ bị từ tính của các thể gây ra, do đó ngầm định không chứa thông tin về từ tính hóa của các thể dưới mặt đất.
Tuy nhiên, nó chứa thông tin về độ sâu của nguồn gốc của đặc điểm dị thường và độ nghiên và hướng địa từ trường Hàm ‘arctan’ cũng giới hạn độ lớn của góc nghiêng đến ±90 0 ( hoặc ± π/2) và tương tự như bộ lọc kiểm soát độ lớn tự động được sử dụng trong xử lý dữ liệu trường tiềm năng như trong xử lý phản xạ địa chấn truyền thống, cho phép các đặc điểm dị thường có biên độ thấp được nhìn thấy một cách rõ ràng như các đặc điểm dị thường có biên độ cao.
Do tính chất lưỡng cực của trường địa từ, các dị thường từ được quan sát ở bất kỳ đâu chứ không phải các cực từ đều không đối xứng ngay cả khi sự phân bố vật thể gây bệnh là đối xứng Giảm đến cực (RTP) là một kỹ thuật chuyển đổi dị thường từ tính thành dạng đối xứng có thể được quan sát bằng từ hóa dọc Kỹ thuật này thường được áp dụng trong miền tần số có một số nhược điểm như cảm ứng nhiễu, cần phải sử dụng độ nghiêng và độ lệch cố định trên toàn khu vực khảo sát và cũng có từ hóa dư chưa xác định nên trong nhiều trường hợp hạn chế khả năng ứng dụng của nó.
Nếu trường từ tính được giảm xuống cực (RTP) một cách phù hợp, thì sự phụ thuộc của độ nghiêng và hướng địa từ trường của đặc điểm dị thường được loại bỏ, từ đó định vị điểm zero.
Hình 2: Độ lỗi độ sâu được tính dưới dạng phần trăm so với độ sâu thực tế với sự khác biệt biến đổi về góc nghiêng giữa các lĩnh vực từ tính gây ra và từ tính còn lại
Phương pháp Tilt-Depth sử dụng trường RTP và tìm mối quan hệ giữa góc nghiêng, vị trí ngang và độ sâu của một mô hình tiếp xúc 2D đơn giản nằm dưới mặt đất dọc theo trục thẳng đứng như sau: θ = tan −1 ℎ
Trong đó: h là vị trí ngang của tiếp xúc. z c là độ sâu.
Phương trình 2 cho thấy rằng vị trí của tiếp xúc (h = 0) tương ứng với góc nghiêng không và độ sâu tương ứng với khoảng cách ngang giữa các góc nghiêng từ 0 đến ±45 (tức là tương ứng với h =± zc) Các góc nghiêng khác cũng có thể được sử dụng.
Ví dụ: 26.6 0 khi h = 0.5 Zc, v.v… Ước tính độ sâu có thể được tìm thấy trực tiếp từ bản đồ góc nghiêng bằng cách đo khoảng cách giữa các đường đồng mức phù hợp, do đó được gọi là Tilt- Depth.
Chúng ta cũng xác định một lượng DN, khoảng cách vuông góc giữa các đường đồng mức θ= -N vàθ= +N, trong đó N là đơn vị độ DNcó mối liên hệ trực tiếp với độ sâu nguồn gốc.
Chúng tôi sử dụng phương pháp điền màu các đường đồng mức để hiển thị kết quả, như minh họa trong Hình 1, so sánh với phương pháp điền màu xám được sử dụng trong Salem et al (2007) để tăng cường hình ảnh và cho phép kiểm tra nhanh sự biến thiên độ sâu Trong các Hình 1b, 3b, 4c, 5b
Hình 3 (a) Bản đồ từ trường của Hoa Kỳ (North American Magnetic AnomalyGroup, 2002), được giảm về cực bằng phương pháp Swain (2000) (b) Bản đồ màu Tilt-Depth của Hoa Kỳ (c) Bản đồ độ dày trung bình của lớp trầm tích ởHoa Kỳ (Laske và Masters 1997) (d) Bản đồ đường đồng mức Tilt-Depth sau khi được xếp lại thành lưới với khoảng cách 0.25 (Hình 1b) (e) Đồ thị phân tích hồi quy của độ sâu các điểm lưới trên hình 3c và 3d Đường màu đỏ thể hiện sự phù hợp tốt nhất của hồi quy tuyến tính (f) Sự khác biệt giữa bản đồ độ dày trầm tích và ước tính Tilt-Depth. và 6a, chúng tôi đã đơn giản hóa các bản đồ góc nghiêng Tilt có biên độ từ ±90º chỉ đơn giản vẽ các đường đồng mức 0, +45º và -45º, do đó cho phép màu sắc có tác động lớn nhất trên một hình ảnh quy mô lục địa Trong Hình 1b, màu sắc được gán dựa trên khoảng cách vuông góc D45 giữa các đường đồng mức ±45º.
Do đó, màu sắc là một chỉ báo trực tiếp về độ sâu nguồn gốc, mà màu sắc ấm áp cho thấy nguồn gốc nông và màu sắc lạnh cho thấy nguồn gốc sâu Phương pháp hiển thị này cũng cho phép người thông dịch phân biệt chất lượng giữa các giải pháp đáng tin cậy và không đáng tin cậy ở những vị trí có sự nhiễu lẫn hiện tượng không thường.
Hình 1b minh họa rằng 45º > θ > -45º là kết quả của hai cấu trúc gần nhau được mô tả trong Hình 1a Cơ thể phía Tây Bắc (sâu 4 km) có một hiện tượng tần số cao hơn, gây nhiễu lẫn với hiện tượng sóng dài từ nguồn sâu hơn (8 km), dẫn đến ước tính sâu hơn (khoảng 6 km) cho phần của hiện tượng sóng dài đó nằm gần nhất với cơ thể phía Tây Bắc.
Các độ sâu được suy ra từ DN có thể dễ bị sai lệch do sự khác biệt so với các giả định mô hình cơ bản: ví dụ như các liên hệ hoặc lỗi không phải là 2D, sự tương phản đặc tính từ từ, sự hiện diện của từ tính còn lại, các liên hệ không theo hướng dọc, và các cấu trúc từ tính gần kề gây nhiễu với hiện tượng mục tiêu. Để kiểm tra tác động của từ tính còn lại, chúng tôi tạo dữ liệu từ tính cho một liên hệ ở độ sâu 4 km với từ tính kích hoạt theo hướng dọc Sau đó, chúng tôi thêm vào trường từ tính còn lại với cường độ bằng với trường từ tính kích hoạt nhưng với góc nghiêng dao động từ -20º đến 20º so với góc nghiêng dọc kích hoạt Như dự đoán, việc giới thiệu từ tính còn lại ảnh hưởng đến kết quả Ước tính độ sâu bị đánh giá cao hơn lên đến 30% so với độ sâu thực tế (Hình 2).
TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM
Phương pháp đo độ sâu yêu cầu một trường từ tính RTP (reduced-to-pole) được hạn chế tốt Hướng của trường từ tính của Trái đất thay đổi đáng kể trên các khu vực lục địa lớn như Hoa Kỳ và Úc Vì vậy, việc tính toán trường từ tính đã giảm cực sử dụng một góc nghiêng và độ nghiêng duy nhất trên một khu vực lớn là không thỏa đáng Swain (2000) trình bày một phương pháp để tính toán việc giảm cực liên tục, lấy vào cân nhắc sự thay đổi của độ nghiêng và độ nghiêng trên các khu vực nghiên cứu lớn Chúng tôi đã áp dụng thành công thuật toán này cho một lưới 1 km của các cơ sở dữ liệu Intensity Tổng hợp từ từ tính của Hoa Kỳ và Úc Chúng tôi cũng áp dụng phương pháp này cho khảo sát từ tính hàng không quy mô cục bộ, có độ phân giải tương đối cao trên bán đảo Olympic ở tiểu bang Washington.
3.2 Dữ liệu khu vực của lục địa Hoa Kỳ
Hình 4: hiện tượng từ tính RTP của phần đất liền của Hoa Kỳ
Hình 4 cho thấy các hiện tượng từ tính RTP (reduced-to-pole) của phần đất liền của Hoa Kỳ, được suy ra từ lưới hiện tượng từ tính của Bắc Mỹ (North AmericanMagnetic Anomaly Group, 2002) Mặc dù kích thước ô lưới là 1 km, nhiều khu vực có khoảng cách giữa các đường bay lên đến 5 đến 10 km.
Hình 5: Tilt-Depth được áp dụng cho các hiện tượng từ tính của lục địa Hoa Kỳ
Bản đồ này được tính toán trong năm bước:
B1: Tiếp tục hiện tượng lên trên một khoảng cách 1 km B2: Giảm hiện tượng về cực.
B3: Tính toán và hiển thị đạo hàm Tilt theo đường đồng mức 0 và cặp đường đồng mức được sử dụng để ước tính độ sâu,
B4: Áp dụng một thuật toán thứ hai để vẽ bản đồ D25, khoảng cách giữa đường đồng mức đạo hàm Tilt tại ±25° (trong đó D25= 0.4663 zc), và
B5: Trừ đi độ cao quan sát và khoảng cách tiếp tục lên trên (1.305 km).
Bản đồ cho thấy các khu vực rộng lớn của nền tảng từ tính nông (độ sâu