Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN YZ HUỲNH KIM TUẤN SỬ DỤNG CÁC BẤT BIẾN TRONG TENXƠ TỔNG TRỞ ĐỂ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TỪ TELLUA Chuyên ngành: Vật lý Địa cầu Mã số: 60 44 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THÀNH VẤN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2010 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua LỜI CẢM ƠN YZ Sau hơn một năm tìm hiểu và nghiên cứu, luận văn cao học với đề tài “Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua” của học viên Huỳnh Kim Tuấn, chuyên ngành Vật lý Địa cầu đã hoàn thành. Để có được kết quả này, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của các thầy cô và b ạn bè đồng nghiệp. Luận văn được thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn Vật lý Địa cầu, thuộc Khoa Vật lý - Vật lý Kỹ thuật của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn. Lời cảm ơn chân thành tác giả xin gửi đến Thầy PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn, Thầy đã hướng d ẫn rất tận tình, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả có thể hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS. Lê Quang Toại , Thầy TS. Nguyễn Ngọc Thu đã động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các Thầy cô trong Bộ môn Vật lý Địa cầu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tâm truyền đạt những kiến thức cơ bản và cần thiết làm nền tảng cho quá trình nghiên cứu sau này. Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đ ã cổ vũ, động viên và khích lệ tinh thần tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2010 Tác giả Huỳnh Kim Tuấn HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua MỤC LỤC Mục lục Trang Lời mở đầu CHƯƠNG 1. TEN XƠ TỔNG TRỞ TỪ TELLUA 3 1.1. QUAN HỆ TUYẾN TÍNH GIỮA CÁC THÀNH PHẦN CỦA TRƯỜNG TỪ TELLUA 3 1.2. TEN XƠ TỔNG TRỞ 4 1.3. PHÉP QUAY TEN XƠ TỔNG TRỞ 10 1.4. TÍNH CHẤT CỦA TEN XƠ TỔNG TRỞ 12 1.5. GIẢN ĐỒ CỰC CỦA TEN XƠ TỔNG TRỞ 14 1.6. HƯỚNG CHÍNH VÀ GIÁ TRỊ CHÍNH CỦA TEN XƠ TỔNG TRỞ 17 1.7. CHUYỂN ĐỔI TENXƠ T ỔNG TRỞ TỪ TELLUA 19 CHƯƠNG 2. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THỰC ĐỊA 24 2.1. ĐỘ SÂU KHẢO SÁT VÀ VIỆC LỰA CHỌN NHỮNG CẢM BIẾN THÍCH HỢP 24 2.2. VÙNG MỤC TIÊU VÀ NHỮNG NHIỄU CHỒNG LẶP PHỔ KHÔNG GIAN ALIASING 33 2.3. SẮP XẾP CÁC TUYẾN ĐO 34 2.4. PHÂN TÍCH NĂNG LƯỢNG VÀ KHOẢNG THỜI GIAN KHẢO SÁT 34 2.5. VÙNG NHIỄU BÊN NGOÀI ĐẾN TRÁI ĐẤT VÀ DỰ TÍNH CÁCH XỬ LÝ 37 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP THAM SỐ BẤT BIẾN Z S , Z P 39 3.1. PHÉP BIẾN ĐỔI CHUẨN 40 3.2. PHÉP BIẾN ĐỔI PHỨC 41 3.3.TỔNG TRỞ NỐI TIẾP 44 3.4. TỔNG TRỞ SONG SONG 45 3.5. PHÉP BIẾN ĐỔI NỐI TIẾP - SONG SONG 46 3.6. PHÉP BIẾN ĐỔI NGƯỢC 49 HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua CHƯƠNG 4. SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP 52 4.1. VÍ DỤ 52 4.2. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP THAM SỐ Z S , Z P VÀO MÔ HÌNH VÀ THỰC TẾ 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình phân lớp ngang có bất đồng nhất về tính chất điện Hình 1.2: Hệ trục quay Hình 1.3: Giản đồ phân cực tenxơ tổng trở 2D Hình 1.4: Giản đồ cực của tenxơ tổng trở 3D Hình 2.1: (a) Máy đo từ fluxgate (b) Đặc trưng hưởng ứng của máy đo từ cuộn cảm và máy đo từ fluxgate Hình 2.2: Điện cực hình trụ (Ag-AgCl) đo chu kỳ dài Hình 2.3: Nhiễu chồng lặp ph ổ thời gian Aliasing Hình 2.4: Giai đo của máy đổi A/D 16 bit và 24 bit trong datalogger Hình 2.5: Biên độ từ tellua Hình 2.6: Nhiễu chồng lặp phổ không gian aliasing Hình 2.7: (a) Bố trí máy đo từ tellua theo phương không gian (b) Biểu đồ trường điện và trường từ (c) Biểu đồ điện trở suất biểu kiến theo chu kỳ (d) Biểu đồ phổ pha theo chu kỳ Hình 4.1: Phương pháp trực giao: (a) Elip E 1 , H 1 . (b) Elip E 2 , H 2 . (c) Elip E 1 , E 2 Hình 4.2: (a) Mô hình ba lớp với bất đồng nhất 3D gần mặt về độ dẫn điện (b) Sơ đồ điểm đo Hình 4.3: Biểu diễn kết quả xử lý Z S , và Z P mô hình 1 Hình 4.4: Biểu diễn kết quả xử lý Z S , và Z P mô hình 2 Hình 4.5: (a) Khối eke 3D và tấm đệm 2D, (b) Sơ đồ điểm đo Hình 4.6: Biểu diễn kết quả xử lý Z S (a) và Z P (b) mô hình 4 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn Hình 4.7: Mô hình 4: (a) khối elip 3D và tấm đệm 2D, (b) Sơ đồ điểm đo Hình 4.8: Biểu diễn kết quả xử lý Z S (a) và Z P mô hình 4 (b) Hình 4.9: Vòng Mohr thực và ảo Hình 4.10: Phân cực elip E ρ cho hai trạng thái riêng. Hình 4.11: Trị số hiệu theta - thể hiện tính 3D của môi trường Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ∧ Z : Tenxơ trở kháng σ : Độ dẫn điện ρ : Điện trở suất biểu kiến G : Hàm Green T : Chu kỳ thời gian E : Điện trường H : Từ trường Z S : Bất biến nối tiếp Z P : Bất biến song song R : Toán tử quay v RMS : Vận tốc v RMS P : Hàm sóng θ∆ : Góc pha thể hiện tính 1D, 2D, 3D Viết tắt TE : Điện ngang TM : Từ ngang HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn 1 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn LỜI MỞ ĐẦU 1. L ý do chọn đề tài Phương pháp từ tellua là một trong các phương pháp địa vật lý nghiên cứu bất đồng nhất về tính chất điện của môi trường đất đá có độ sâu từ vài chục mét đến hàng trăm kilômét. Nhưng để đạt được kết quả cao hơn cần phải cải tiến việc tính toán mối liên hệ giữa các thành phần biến đổi của trường điện từ E x , H y và E y , H x thông qua tenxơ tổng trở Z ˆ ; Z ˆ là một ma trận phức trong vùng tần số. Việc giải thích các dữ liệu từ tellua là rút ra những tham số vô hướng có ích từ tenxơ tổng trở Z ˆ - hàm truyền liên quan đến trường điện và trường từ quan sát được. Do đó, đề tài nghiên cứu: “SỬ DỤNG CÁC BẤT BIẾN TRONG TENXƠ TỔNG TRỞ ĐỂ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TỪ TELLUA” được đặt ra nhằm tìm hiểu các bất biến trong phương pháp từ tellua. 2. Mục đích và nhiệm vụ của luận văn Mục tiêu của đề tài là trình bày và xem xét lý thuyết của một phương pháp biểu diễn tenxơ tổng trở từ tellua thông qua các bất biến mới: bất biến PS Z,Z để nghiên cứu bất đồng nhất về tính chất điện trên mô hình hai chiều, ba chiều, sau đó đưa ra các nhận xét và kết luận. 3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Việc áp dụng phương pháp từ tellua có tính định hướng và tổng quát cao đã được thực hiện từ lâu và đem lại những kết quả quan trọng trong công tác nghiên cứu cấu trúc lớn sâu trên thế giới nói chung và ở Việ t Nam nói riêng. Do đó, hiệu quả ứng dụng của các bất biến trong phương pháp đã thể hiện được tính thực tiễn cao của đề tài. 4. Bố cục của luận văn Luận văn được trình bày 62 trang bao gồm: Mở đầu: phần giới thiệu chung về luận văn. - Chương 1: Tenxơ tổng trở từ tellua. - Chương 2: Công tác chuẩn bị thực địa. 2 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn - Chương 3: Cơ sở lý thuyết và cách xác định các bất biến Z S , Z P . - Chương 4: Đánh giá phương pháp tham số Z S , Z P . Kết luận: Trình bày những nội dung làm được và một số nhận xét. Với điều kiện nghiên cứu trong nước, mặc dù chúng tôi đã cố gắng tận dụng mọi khả năng và điều kiện để có thể giải quyết tốt nhất những nhiệm vụ đặt ra, nhưng do yếu tố khách quan hay chủ quan, chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, chúng tôi mong muốn nhận được s ự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp. 3 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn CHƯƠNG 1 TENXƠ TỔNG TRỞ TỪ TELLUA Thăm dò từ tellua được Louis Cagniard công bố năm 1953 (viết tắt MT), các công trình song song tiến hành ở Liên Xô bởi A.N.Tikhonov (1950 và 1965). Ông xác định rằng tại một điểm cho trước, các trường từ tellua (trường điện từ tự nhiên) có những biến thiên tương quan theo thời gian. Từ quan hệ này, phương pháp MT cho biết điện trở suất của tầng đất bên dưới cho tới những độ sâu có thể là lớp trên của manti. Những biến thiên tr ường điện từ này có nguồn gốc là sự nhiễu loạn của tầng ion hay điện ly gây ra bởi hoạt động mặt trời và dòng điện do những cơn bão từ tạo ra. Trong phương pháp từ tellua người ta quan tâm đến sự lan truyền sóng điện từ phẳng trong Trái đất; sau đó đo đạc những thành phần của trường điện, trường từ và mối quan hệ tuyến tính c ủa chúng qua tenxơ tổng trở Z ˆ ; Z ˆ là một ma trận phức trong vùng tần số. 1.1. Quan hệ tuyến tính giữa các thành phần của trường từ tellua Mô hình cơ bản của phương pháp từ tellua là mô hình của Tikhônov và Cagniard. Trong mô hình này, sóng điện từ phẳng truyền vào môi trường phân lớp ngang của đất đá và mối liên hệ giữa các thành phần của trường điện trên mặt đất là: yx ZHE = ; xy ZHE −= . Z được gọi là tổng trở Tikhônov - Cagniard, phản ánh sự phân bố của độ dẫn điện theo chiều sâu, trong đó: [ ] z 1xHZE ρ ρ ρ ττ = (1.1) với yyxx lElEE ρ ρ ρ ρ += τ yyxx 1H1HH ρ ρ ρ += τ [...]... đoạn phân biệt: giai đoạn 1 xử lý các tín hiệu và giai đoạn 2 xử lý các Tenxơ Giai đoạn 1 tính toán các giá trị tenxơ sẽ được trình bày trong mục 3.6 Giai đoạn 2 là việc xử lý HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 20 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua các tenxơ tổng trở từ tellua mà cụ thể trong luận văn này là tính các giá trị Zs và Zp sẽ được đề cập trong. .. của tenxơ tổng trở, nghĩa là tenxơ tổng trở bây giờ có đường chéo bằng không HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 14 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua ˆ ⎡ 0 Z=⎢ ⎣− Z t Zr ⎤ 0⎥ ⎦ (1.29) Nghĩa là nếu quay trục tọa độ theo công thức (1.25), (1.26) thì mô hình 3D đối xứng trục và mô hình 2D có cùng một dạng tenxơ tổng trở 1.5 Giản đồ cực của tenxơ tổng trở. .. và các đặc điểm của tenxơ tổng trở Bài toán về giá trị chính và phương chính của tenxơ tổng trở là một trong những vấn đề mấu chốt của bài toán từ tellua và cho đến hôm nay vẫn tiếp tục được nghiên cứu (tìm các bất biến) Chương 3 sẽ trình bày những điểm cần chú ý trong công tác thực địa HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 24 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu. .. hình 3D bất đối xứng thì các dạng của giản đồ cực ở trên bị phá vỡ Ví dụ như giản đồ cực đối với mô hình bất đồng nhất 3D bất đối xứng trên hình 1.4 Hình 1.4: Giản đồ cực của tenxơ tổng trở 3D HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 17 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua 1.6 Hướng chính và giá trị chính của tenxơ tổng trở Giản đồ cực xác định các giá trị... các dao động từ có chu kỳ từ 0.001s đến 3600s, ngược lại từ kế Fluxgate đo ở miền chu kỳ từ 10s đến 100000s Dựa theo hình 2.2, người sử dụng HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 27 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua muốn đo toàn bộ miền chu kỳ từ 0.001s dến 100000s sẽ sử dụng kết hợp từ kế cuộn cảm và từ kế Fluxgate 2.1.3 Cảm biến điện Sự dao động của... 2 với các trục phân cực thẳng góc nhau và hai số phức riêng HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 18 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua ζ 1 , ζ 2 thỏa các trường trên Đây là các trị riêng và được gọi là các giá trị riêng của ˆ tenxơ Z , hướng của trục phân cực của thành phần trường phân cực điện riêng được gọi là hướng chính ρ ρ ˆ Xét tenxơ Z trong. .. Thành Vấn 12 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua 1.4 Tính chất của tenxơ tổng trở ˆ Tính chất của tenxơ Z tùy thuộc vào loại mô hình Chúng ta lần lượt xem xét các mô hình 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều Mô hình 1D: Trong mô hình này độ dẫn điện chỉ thay đổi theo chiều sâu z Mô hình phân lớp ngang của Cagniard là loại này Trong mô hình 1D thì theo hướng bất kỳ của trục... phần g E , g E , g H , g H trong (1.16) bằng không, từ đó xy yx xx yy Z xx = 0 Z xy = Z // = Zn + g E xx 1+ gH yx Z yx = − Z ⊥ = − Zn + g E yy (1.23) 1− gH xy Z yy = 0 HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 13 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua Z // , Z ⊥ là các thành phần song song và thẳng góc của tenxơ tổng trở Vậy tenxơ tổng ˆ trở Z có đường chéo bằng... phần bất kỳ của trường điện từ liên hệ tuyến tính với hai thành phần còn lại HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 10 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua 1.3 Phép quay tenxơ tổng trở ˆ Điều kiện liên hệ của các thành phần của Z với hướng được quan tâm Để xác định thành phần Zxx, Zxy hướng theo trục x, còn thành phần Zyx, Zyy theo trục y Hướng của các. .. điện trở suất biểu kiến từ trở kháng của các sóng quan sát được trên bề mặt quả đất (1.3): (1.52) Đại lượng này là một hàm của tần số, sử dụng các đơn vị đo trường trên thực tế mV/km.gamma và tần số f = ω/2п, đại lượng này rút gọn bằng: HV: Huỳnh Kim Tuấn GVHD: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn 23 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua (1.53) * * * Chúng tôi vừa trình bày về cách . Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua LỜI CẢM ƠN YZ Sau hơn một năm tìm hiểu và nghiên cứu, luận văn cao học với đề tài Sử dụng các bất biến. ích từ tenxơ tổng trở Z ˆ - hàm truyền liên quan đến trường điện và trường từ quan sát được. Do đó, đề tài nghiên cứu: “SỬ DỤNG CÁC BẤT BIẾN TRONG TENXƠ TỔNG TRỞ ĐỂ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TỪ TELLUA . về luận văn. - Chương 1: Tenxơ tổng trở từ tellua. - Chương 2: Công tác chuẩn bị thực địa. 2 Sử dụng các bất biến trong tenxơ tổng trở để phân tích tài liệu từ tellua HV: Huỳnh Kim