Giải bài toán thuận địa chấn với mô hình các ranh giới phẳng nghiêng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Nhƣ GIẢI BÀI TOÁN THUẬN ĐỊA CHẤN VỚI MÔ HÌNH CÁC RANH GIỚI PHẲNG NGHIÊNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Nhƣ GIẢI BÀI TOÁN THUẬN ĐỊA CHẤN VỚI MÔ HÌNH CÁC RANH GIỚI PHẲNG NGHIÊNG Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 60.44.0111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đức Vinh Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn khoa học đƣợc hoàn thành môn Vật lý địa cầu thuộc khoa Vật lý trƣờng Đại học khoa học tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội dƣới hƣớng dẫn khoa học TS Nguyễn Đức Vinh Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo hƣớng dẫn, ngƣời tận tình dẫn dạy bảo học viên suốt trình học tập thực luận văn Học viên xin cảm ơn Ban lãnh đạo trƣờng Đại học khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà nội, Các thầy cô Khoa vật lý, thầy cô giáo môn Vật Lý Địa Cầu, phòng Sau đại học trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên-Đại Học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để học viên nghiên cứu thực luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh chị khóa cao học 2013-2015 bạn bè, ngƣời thân cổ vũ tinh thần, khích lệ học viên trình học tập nghiên cứu Mặc dù học viên cố gắng để hoàn thành luận văn, nhƣng hạn chế kiến thức, kinh nghiệm, thời gian nên không tránh khỏi thiếu sót Học viên mong nhận đƣợc thông cảm ý kiến đóng góp thầy cô bạn để học viên hiểu sâu sắc vấn đề nghiên cứu Học viên xin chân thành cám ơn ! Hà Nội, Tháng 12 năm 2015 Học viên Nguyễn Đình Nhƣ MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG MỘT SỐ NÉT VỀ PHƢƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐỊA CHẤN 1.1 Cơ sở vật lý phƣơng pháp thăm dò địa chấn 1.1.1 Sự hình thành sóng đàn hồi 1.1.2 Sự truyền sóng địa chấn môi trƣờng địa chất 1.1.3 Phát sóng địa chấn 10 1.2 Trƣờng thời gian 12 1.3 Sơ lƣợc xử lý số liệu địa chấn 15 1.4 Ứng dụng phƣơng pháp địa chấn thăm dò 16 CHƢƠNG 19 BÀI TOÁN THUẬN ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ CHO MÔI TRƢỜNG .19 CÁC RANH GIỚI PHẲNG NGANG HOẶC NGHIÊNG .19 2.1 Bài toán thuận địa chấn thăm dò 19 2.2 Bài toán thuận động hình địa chấn phản xạ 21 2.2.1 Mô hình lớp có ranh giới phẳng ngang hay nghiêng 21 2.2.2 Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang song song 23 2.2.3 Mô hình nhiều ranh giới phẳng nghiêng song song 23 2.3 Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang nghiêng 24 CHƢƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 29 3.1 Mô hình ranh giới 29 3.1.1 Mô hình ranh giới phẳng ngang 29 3.1.2 Mô hình ranh giới phẳng nghiêng 31 3.2 Mô hình ranh giới 32 3.2.1 Mô hình ranh giới phẳng ngang 32 3.2.2 Mô hình ranh giới phẳng, nghiêng, song song 34 3.2.3 Mô hình ranh giới phẳng nghiêng khác 36 3.2.4 Mô hình ranh giới: mặt phẳng ngang mặt phẳng nghiêng 38 3.3 Mô hình ranh giới phẳng 40 3.3.1 Mô hình ranh giới phẳng ngang song song 40 3.3.2 Mô hình ranh giới phẳng nghiêng song song 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC BIỂU BẢNG Trang Bảng 1.1: Vận tốc truyền sóng số môi trƣờng Bảng 3.1: Kết tính cho ranh giới phằng ngang 29 Bảng 3.2: Kết tính cho ranh giới phẳng nghiêng 31 Bảng 3.3: Kết tính cho ranh giới phẳng ngang 33 Bảng 3.4: Thông số tính cho ranh giới phẳng, nghiêng, song song 35 Bảng 3.5: Kết tính cho ranh giới nghiêng khác 37 Bảng 3.6: Kết tính cho ranh giới: ranh giới ngang, ranh giới 39 nghiêng Bảng 3.7: Kết tính cho mô hình ranh giới phẳng, ngang, song song 41 Bảng 3.8: Kết tính cho mô hình ranh giới phẳng, nghiêng, song song 43 Bảng 3.9: So sánh kết tính với độ xác khác cho ranh 45 giới thứ Bảng 3.10: So sánh kết tính với độ xác khác cho ranh 45 giới thứ DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 : Quá trình truyền sóng sóng dọc (a) sóng ngang (b) Hình 1.2: Sự phụ thuộc tốc độ VP vào mật độ loại đất đá khác Hình 1.3: Mối quan hệ tốc độ độ rỗng Hình 1.4: Hình ảnh nổ mìn 11 Hình 1.5: Mặt đẳng thời tia 13 Hình 2.1: Mô tả tia sóng, mặt sóng biểu đồ thời khoảng sóng trực tiếp 20 Hình 2.2: Mô hình lớp với ranh giới phản xạ phẳng nghiêng 22 Hình 2.3: Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang song song 23 Hình 2.4: Mô hình nhiều ranh giới phẳng nghiêng song song 24 Hình 2.5: Mô hình ranh giới phẳng ngang nghiêng 25 Hình 2.6: Mô tả góc hai đƣờng thẳng 26 Hình 3.1: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng ngang 30 Hình 3.2: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng nghiêng 32 Hình 3.3: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng ngang 34 Hình 3.4: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng, nghiêng, song song Hình 3.5: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng nghiêng khác Hình 3.6: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới ngang- nghiêng Hình 3.7: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng, ngang, song song Hình 3.8: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng, nghiêng song song 36 38 40 42 44 MỞ ĐẦU Thăm dò địa chấn phƣơng pháp địa vật lý nghiên cứu trình truyền sóng đàn hồi tiến hành phát thu sóng, nhằm xác định đặc điểm môi trƣờng địa chất Để tiến hành công tác thăm dò địa chấn, cần phát sóng tạo dao động đàn hồi nổ mìn, rung, đập (khi khảo sát đất liền) ép hơi, áp điện (khi khảo sát biển) dao động truyền môi trƣờng dƣới dạng sóng đàn hồi Khi gặp mặt ranh giới có tính chất đàn hồi khác hình thành sóng thứ cấp nhƣ sóng phản xạ, sóng khúc xạ Với hệ thống thiết bị máy móc thích hợp thu nhận ghi giữ dao động sóng băng địa chấn Sau trình xử lý phân tích tài liệu nhận đƣợc lát cắt, đồ địa chấn thông tin khác, phản ánh đặc điểm hình thái chất môi trƣờng vùng nghiên cứu [3,4] Có thể nói, thăm dò địa chấn hệ thống động lực phức tạp để nghiên cứu địa chất Trong hệ thống xảy trình biến đổi lƣợng thông tin nhƣ kích thích sóng địa chấn, lan truyền sóng môi trƣờng địa chất, hình thành sóng thứ sinh, thu nhận ghi giữ dao động địa chấn điểm quan sát trình xử lý, phân tích tài liệu địa chấn thu nhận đƣợc Trong thăm dò địa vật lý nói chung, thăm dò địa chấn nói riêng, khâu xử lý phân tích số liệu chứa hai mảng công việc quan trọng giải toán thuận giải toán ngƣợc Bài toán thuận thông thƣờng việc tính toán trƣờng địa vật lý với giả thiết thông số môi trƣờng Bài toán thuận đóng vai trò đáng kể việc định hƣớng nghiên cứu, củng cố lý luận giải toán ngƣợc Trong khuôn khổ luận văn này, học viên đƣợc giao nhiệm vụ: ”Giải toán thuận địa chấn với mô hình ranh giới phẳng nghiêng” Nhiệm vụ học viên tìm hiểu thuật toán xây dựng chƣơng trình để tính toán thời gian truyền sóng phản xạ từ vị trí phát dao động đến ranh giới phân chia lớp trở lại máy thu đặt mặt đất Các ranh giới phản xạ thực tế đa dạng với đủ độ phức tạp khác Trong luận văn này, toán thuận đƣợc giới hạn cho trƣờng hợp ranh giới phẳng ngang nghiêng so với mặt quan sát Luận văn có bố cục nhƣ sau: - Mở đầu - Chương 1: Một số nét phương pháp thăm dò địa chấn - Chương 2: Bài toán thuận địa chấn phản xạ cho môi trường ranh giới phẳng ngang nghiêng - Chương 3: Một số kết thử nghiệm - Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo CHƢƠNG MỘT SỐ NÉT VỀ PHƢƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐỊA CHẤN 1.1 Cơ sở vật lý phƣơng pháp thăm dò địa chấn Khi dùng phƣơng pháp thăm dò địa chấn để thăm dò nghiên cứu địa chất, nhiệm vụ cần hiểu rõ đối tƣợng nghiên cứu, cụ thể môi trƣờng nghiên cứu, hình thành sóng đàn hồi, truyền sóng hình thức phát sóng vào môi trƣờng thực địa Dƣới tìm hiểu số sở vật lý thăm dò địa chấn 1.1.1 Sự hình thành sóng đàn hồi Mọi vật thể không bị lực tác dụng phân tử chúng đƣợc xếp theo qui luật định, dƣới tác dụng ngoại lực, có dịch chuyển tƣơng đối phần tử vật thể đó, dẫn đến thay đổi hình dạng vật thể phần vật thể; nói khác xảy biến dạng Còn thay đổi hình dạng vật thể gọi biến dạng đàn hồi Nếu biến dạng nội lực xuất bên vật thể (ứng suất) tỉ lệ thuận với vật thể đàn hồi tuyệt đối (hoặc đàn hồi lý tƣởng), Các vật thể đàn hồi tuyệt đối trở lại trạng thái ban đầu sau ngừng tác động ngoại lực Nếu sau ngừng tác động ngoại lực, vật thể có dạng trở lại trạng thái ban đầu từ từ gọi vật thể đàn hồi không lý tƣởng, dẻo [3, 4, 8, 10] Tuỳ thuộc vào chất vật chất vật thể, giá trị đặc điểm ngoại lực, điều kiện nhiệt độ, áp suất yếu tố khác mà xảy biến dạng đàn hồi hay biến dạng dẻo Khi ngoại lực nhỏ tác dụng thời gian ngắn hầu hết môi trƣờng địa chất đƣợc coi đàn hồi Ngƣợc lại lực tác dụng lớn kéo dài hầu nhƣ biến dạng dẻo Trong thăm dò địa chấn, xét vùng xa nguồn lực sóng địa chấn tạo đất đá nhỏ, môi trƣờng địa chất đƣợc coi môi trƣờng đàn hồi, có sở để áp dụng kết nghiên cứu lý thuyết đàn hồi Từ việc nghiên cứu sở lý thuyết đàn hồi, xác định mối quan hệ biến dạng ứng suất xác định điều kiện cân động lực từ xác định đặc điểm trình truyền sóng môi trƣờng đàn hồi Môi trƣờng đàn hồi môi trƣờng bị lực tác dụng thay đổi thể tích, hình dạng, nhƣng tác dụng lại trở trạng thái ban đầu Đất đá môi trƣờng đàn hồi chịu tác dụng ngoại lực điểm xuất ứng lực để cần với ngoại lực Ứng lực gọi ứng suất Các tham số đặc trƣng cho môi trƣờng đàn hồi modun khối k, mô đun biến dạng µ, mô đun dãn dọc E, hệ số poatson  , số lame  , mật độ đất đá  Sự hình thành sóng đàn hồi: Giả sử miền O nằm môi trƣờng đàn hồi, đặc trƣng tham số , , , thời điểm t có ngoại lực tức thời tác dụng dƣới dạng xung F Tác dụng lực F làm cho trƣờng bị biến dạng Trƣớc tiên lớp thứ I nằm sát vùng O bị biến dạng, phần tử lớp bị dịch chuyển làm xuất ứng suất có xu hƣớng kéo dài phần tử vật chất trở trạng thái cân Do đặc điểm quán tính, phần tử vật chất không trở trạng thái cân tức thời mà dao động quanh vị trí cân Sự dao động lớp I làm xuất ứng suất lớp II nằm sát cạnh lớp I, kết lớp I, phân tử lớp II dao động nhƣ dao động đƣợc lan truyền ta gọi truyền dao động truyền sóng đàn hồi Sự truyền sóng đàn hồi môi trƣờng đƣợc đặc trƣng tốc độ truyền sóng xác định, giá trị tốc độ phụ thuộc vào tham số đàn hồi môi trƣờng Khi có lực tác dụng vào môi trƣờng đàn hồi phần tử dao động lan truyền không gian Sự lan truyền không gian gọi sóng đàn hồi, đƣợc truyền môi trƣờng với vận tốc phụ thuộc vào tham số đàn hồi môi trƣờng Có loại sóng đàn hồi: Sóng dọc (P) sóng ngang (S) nh 3.3: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng ngang 3.2.2 Mô hình ranh giới phẳng, nghiêng, song song - Góc nghiêng lớp 1: 50 - Góc nghiêng lớp 2: 50 - Độ sâu lớp : 20 m (tại x0) - Độ sâu lớp : 45 m (tại x0) - Vận tốc lớp 1: 1000 m/s - Vận tốc lớp 2: 1500 m/s - Khoảng cách điểm thu m 34 Bảng 3.4: Thông số tính cho ranh giới phẳng, nghiêng, song song X (m) T (s) lớp T (s) lớp Tính theo T (s) lớp công thức (2.10) T (s) lớp Tính theo công thức (2.10) 0.0 0.0399 0.0399 0.0731 0.0731 5.0 0.0406 0.0406 0.0736 0.0736 10.0 0.0419 0.0419 0.0743 0.0744 15.0 0.0438 0.0438 0.0753 0.0753 20.0 0.0461 0.0461 0.0765 0.0765 25.0 0.0489 0.0489 0.0778 0.0778 30.0 0.0519 0.0519 0.0794 0.0794 35.0 0.0553 0.0553 0.0811 0.0811 40.0 0.0589 0.0589 0.0830 0.0830 45.0 0.0626 0.0626 0.0850 0.0850 50.0 0.0666 0.0666 0.0871 0.0871 55.0 0.0707 0.0707 0.0894 0.0894 35 Hình 3.4: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng, nghiêng, song song 3.2.3 Mô hình ranh giới phẳng nghiêng khác - Góc nghiêng lớp 1: 30 - Góc nghiêng lớp 2: 60 - Độ sâu lớp 1: 43 m - Độ sâu lớp 2: 86 m - Vận tốc lớp 1: 1000 m/s - Vận tốc lớp 2: 1500 m/s - Khoảng cách điểm thu m 36 Bảng 3.5: Kết tính cho ranh giới nghiêng khác Điểm máy Thời gian Thời gian Điểm máy Thời gian Thời gian thu (m) lớp (s) lớp (s) thu (m) lớp (s) lớp (s) -60.0000 0.1024 0.1463 5.0000 0.0866 0.1437 -55.0000 0.0998 0.1454 10.0000 0.0873 0.1443 -50.0000 0.0973 0.1447 15.0000 0.0882 0.1450 -45.0000 0.0951 0.1440 20.0000 0.0895 0.1458 -40.0000 0.0931 0.1434 25.0000 0.0910 0.1468 -35.0000 0.0913 0.1430 30.0000 0.0927 0.1478 -30.0000 0.0897 0.1427 35.0000 0.0947 0.1490 -25.0000 0.0885 0.1425 40.0000 0.0969 0.1502 -20.0000 0.0874 0.1424 45.0000 0.0993 0.1516 -15.0000 0.0867 0.1424 50.0000 0.1019 0.1530 -10.0000 0.0862 0.1426 55.0000 0.1046 0.1546 -5.0000 0.0861 0.1428 60.0000 0.1075 0.1562 0.0862 0.1432 37 nh 3.5: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng nghiêng khác 3.2.4 Mô hình ranh giới: mặt phẳng ngang mặt phẳng nghiêng - Góc nghiêng lớp 1: 00 - Góc nghiêng lớp 2: 50 - Độ sâu lớp điểm phát x= 0:40 m - Độ sâu lớp đầu tuyến đo x= 0:85 m - Vận tốc lớp 1: 1000 m/s - Vận tốc lớp 2: 1500 m/s - Khoảng cách điểm thu m 38 Bảng 3.6: Kết tính cho ranh giới: ranh giới ngang ranh giới nghiêng Điểm máy Thời gian Thời gian Điểm thu (m) lớp (s) lớp (s) -60.0000 0.1000 0.1448 -55.0000 0.0971 -50.0000 máy Thời gian Thời gian lớp (s) lớp (s) 5.0000 0.0802 0.1403 0.1438 10.0000 0.0806 0.1408 0.0943 0.1429 15.0000 0.0814 0.1414 -45.0000 0.0918 0.1421 20.0000 0.0825 0.1420 -40.0000 0.0894 0.1414 25.0000 0.0838 0.1428 -35.0000 0.0873 0.1408 30.0000 0.0854 0.1437 -30.0000 0.0854 0.1403 35.0000 0.0873 0.1447 -25.0000 0.0838 0.1400 40.0000 0.0894 0.1459 -20.0000 0.0825 0.1397 45.0000 0.0918 0.1471 -15.0000 0.0814 0.1396 50.0000 0.0943 0.1484 -10.0000 0.0806 0.1396 55.0000 0.0971 0.1498 -5.0000 0.0802 0.1399 60.0000 0.1000 0.1512 0.0800 0.1400 thu (m) 39 nh 3.6: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới ngang- nghiêng 3.3 Mô hình ranh giới phẳng 3.3.1 Mô hình ranh giới phẳng ngang song song Thông số mô hình - Độ sâu ranh giới 1: 40 m, vận tốc truyền sóng : 1000 m/s - Độ sâu ranh giới 2: 85 m, vận tốc truyền sóng : 1500 m/s - Độ sâu ranh giới 3: 135 m, vận tốc truyền sóng : 2000 m/s - Khoảng cách máy thu : 5m - Góc nghiêng : độ 40 Bảng 3.7: Kết tính cho mô hình ranh giới phẳng, ngang, song song T(s) lớp Tính theo Công thức (2.9) T(s) lớp T(s) lớp Tính theo công thức (2.9) T(s) lớp T(s) lớp tính theo Công thức (2.9) X (m) T (s) lớp 0.0 0.0800 0.0800 0.1400 0.1400 0.1900 0.1900 5.0 0.0802 0.0802 0.1401 0.1400 0.1900 0.1900 10.0 0.0806 0.0806 0.1402 0.1402 0.1901 0.1901 15.0 0.0814 0.0814 0.1405 0.1404 0.1903 0.1902 20.0 0.0825 0.0825 0.1409 0.1408 0.1905 0.1904 25.0 0.0838 0.0838 0.1414 0.1412 0.1908 0.1906 30.0 0.0855 0.0854 0.1420 0.1418 0.1911 0.1909 35.0 0.0873 0.0873 0.1425 0.1423 0.1915 0.1912 40.0 0.0894 0.0894 0.1434 0.1430 0.1919 0.1916 45.0 0.0918 0.0918 0.1444 0.1439 0.1924 0.1921 50.0 0.0943 0.0943 0.1457 0.1452 0.1930 0.1925 55.0 0.0971 0.0971 0.1465 0.1459 0.1935 0.1929 41 Hình 3.7: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng, ngang, song song 3.3.2 Mô hình ranh giới phẳng nghiêng song song Thông số mô hình - Độ sâu ranh giới 1: 40 m, vận tốc truyền sóng : 1000 m/s - Độ sâu ranh giới 2: 85 m, vận tốc truyền sóng : 1500 m/s - Độ sâu ranh giới 3: 135 m, vận tốc truyền sóng : 2000 m/s - Khoảng cách máy thu : 5m - Góc nghiêng : độ 42 Bảng 3.8: Kết tính cho mô hình lớp phẳng, nghiêng, song song T(s) lớp X (m) T(s) lớp T(s) lớp T (s) Tính theo T(s) Tính theo T(s) tính theo lớp Công thức lớp công thức lớp Công thức (2.10) (2.10) (2.10) 0.0 0.0797 0.0797 0.1395 0.1395 0.1893 0.1893 5.0 0.0803 0.0803 0.1400 0.1400 0.1897 0.1897 10.0 0.0812 0.0812 0.1406 0.1406 0.1903 0.1903 15.0 0.0824 0.0824 0.1413 0.1413 0.1909 0.1909 20.0 0.0838 0.0838 0.1421 0.1421 0.1915 0.1915 25.0 0.0856 0.0856 0.1431 0.1431 0.1922 0.1922 30.0 0.0876 0.0876 0.1441 0.1441 0.1930 0.1930 35.0 0.0898 0.0898 0.1453 0.1453 0.1938 0.1938 40.0 0.0922 0.0922 0.1466 0.1466 0.1947 0.1947 45.0 0.0949 0.0949 0.1479 0.1479 0.1956 0.1956 50.0 0.0977 0.0977 0.1494 0.1494 0.1966 0.1966 55.0 0.1007 0.1007 0.1509 0.1509 0.1976 0.1976 43 Hình 3.8: Biểu đồ thời khoảng mô hình ranh giới phẳng, nghiêng song song  Nhận xét kết mô hình qua tính toán: Khi xét trƣờng hợp đặc biệt có công thức so sánh, kết bảng 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.7 3.8 ta thấy kết trƣờng hợp mức trùng lệch nhỏ (các ranh giới nằm ngang mức độ trùng cao hơn) Các ranh giới nghiêng có cặp lệch mức 10- Việc tìm nghiệm toán theo phƣơng pháp gần (phƣơng pháp chia đôi) đóng góp vào sai lệch Khi giải toán phƣơng pháp chia đôi biên trái (a) biên phải (b) khoảng nghiệm dần tiến sát đến giá trị sai số cho trƣớc mà mong muốn Tuy nhiên, với giá trị sai số nhỏ số vòng lặp tăng lên thời gian cho nghiệm lâu Có thể theo dõi kết tính toán với giá trị sai số khác mục dƣới Học viên sử dụng mô hình ranh giới nhƣ mục 3.2.2 Các kết tính với sai số lần lƣợt 10-2, 10-3, 10-4 Kết trình bày bảng 3.9, 3.10 44 Bảng 3.9 So sánh kết tính với độ xác khác cho ranh giới thứ X (m) T(s) ranh giới Sai số=0.01 T(s) ranh giới Sai số=0.001 T(s) ranh giới Sai số=0.0001 0.0 0.039921 0.039850 0.039848 5.0 10.0 15.0 0.040671 0.041999 0.043998 0.040593 0.041922 0.043791 0.040591 0.041921 0.043783 20.0 25.0 0.045780 0.049296 0.046111 0.048854 0.046117 0.048851 30.0 35.0 40.0 0.052352 0.056155 0.058402 0.051907 0.055281 0.058891 0.051924 0.055285 0.058867 45.0 50.0 55.0 0.063775 0.067002 0.070680 0.062620 0.066629 0.070618 0.062648 0.066595 0.070672 Bảng 3.10 So sánh kết tính với độ xác khác cho ranh giới thứ X (m) T(s) ranh giới Sai số=0.01 T(s) ranh giới Sai số=0.001 T(s) ranh giới Sai số=0.0001 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 0.073181 0.073485 0.074295 0.075394 0.076807 0.077643 0.079607 0.073062 0.073604 0.074340 0.075335 0.076493 0.077838 0.079372 0.073055 0.073597 0.074353 0.075318 0.076484 0.077835 0.079376 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 0.080750 0.083413 0.084961 0.086676 0.088582 0.081093 0.082917 0.085012 0.087076 0.089416 0.081079 0.082956 0.084967 0.087126 0.089408 45 Qua hai bảng 3.9, 3.10 ta thấy với sai số phải đủ nhỏ (ví dụ từ 10 – 4,10 – 3) kết tính toán thay đổi hơn, nghĩa gần với nghiệm Với độ xác (sai số) phƣơng pháp chia đôi cỡ 10- , kết tính toán cho ranh giới nằm ngang song song hay nghiêng song song (mục 3.3.1, 3.3.2) cho mô hình có tới ranh giới đạt trùng khớp tốt cách tính Các kết tính toán cho mô hình lớp với góc nghiêng khác ranh giới đƣợc trình bày bảng 3.5, 3.6 Đồ thị biểu đồ thời khoảng đƣợc trình bày hình 3.5 3.6 Với ranh giới có góc nghiêng phía bên phải, cực tiểu đƣờng lệch phía bên trái Với ranh giới ngang (hình 3.6 – đƣờng cong phía dƣới) ta thấy cực tiểu điểm phát Nhƣ dáng điệu đƣờng cong hợp lý Độ xác đồ thị thời khoảng cho ranh giới kiểm tra đƣợc độ xác, nhƣng với ranh giới lớp nghiêng chƣa có kết tƣơng ứng để so sánh 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua việc thực luận văn đƣa kết luận kiến nghị sau: - Bài toán thuận động hình với ranh giới có góc nghiêng khác phức tạp, chƣa có biểu thức giải tích tƣờng minh (nhƣ trƣờng hợp có ranh giới phẳng ngang nghiêng) Việc tìm kiếm thủ thuật để tính toán cho mô hình nói cần thiết - Thuật toán “Phƣơng trình tia” đơn giản, thuận tiện cho việc xây dựng chƣơng trình máy tính - Kết tính toán thử nghiệm trƣờng hợp có so sánh cho thấy độ trùng hợp cao hai cách tính Tốc độ tính toán máy tính cá nhân chấp nhận đƣợc (với mô hình lớp 3-5 phút tùy theo sai số cho trƣớc) - Có thể sử dụng thuật toán nói cho việc giải thuận địa chấn động hình phục vụ mục đích học tập - Cần tiếp tục thử nghiệm với mô hình phức tạp - Cần tiếp tục tìm phƣơng pháp tính khác phần mềm có thƣơng mại khác để so sánh, đánh giá 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Tạ Văn Đĩnh Phƣơng pháp tính Nhà xuất Giáo dục, 1994 Nguyễn Thị Phƣơng Tìm hiểu toán xác định vận tốc truyền sóng phƣơng pháp địa chấn phản xạ Luận văn thạc sĩ , Khoa vật lý, 2014 Mai Thanh Tân Địa vật lý đại cƣơng Nhà xuất GTVT, 2005 Phạm Năng Vũ NNK Thăm dò địa chấn Nhà xuất ĐH TH Chuyên nghiệp, 1983 Ths Nguyễn Hoàng Hải, Ths Nguyễn Việt Anh Lập trình matlab ứng dụng, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, 2006 Tiếng Anh Geldart R E , Sheriff L.P Exploration Seismology [2 ed.] Cambridge University Press, 1995 Reynolds John M An Introduction to Applied and Environmental Geophysics Wiley, 1997 Tiếng Nga Gurvich I.А Thăm dò địa chấn Moxcva, 1980 Gurvich I.А Thăm dò địa chấn Sổ tra cứu Moxcva, 1981 10 Khmelevxkoi V K Cơ sở phƣơng pháp địa vật lý Nhà xuất ĐH Tổng hợp Perm, 2010 11 Kapertov G.A Thực hành môn “Thăm dò địa chấn” Nhà xuất ĐH Dầu khí Guvkin, 1997 48 [...]... số nét cơ bản của phƣơng pháp thăm dò địa chấn nói chung và phƣơng pháp địa chấn phản xạ nói riêng Trong chƣơng sau học viên tìm hiểu về việc giải bài toán thuận trong phƣơng pháp địa chấn phản xạ 18 CHƢƠNG 2 BÀI TOÁN THUẬN ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ CHO MÔI TRƢỜNG CÁC RANH GIỚI PHẲNG NGANG HOẶC NGHIÊNG 2.1 Bài toán thuận địa chấn thăm dò Trong thăm dò địa chấn, bài toán thuận đƣợc quan niệm [8,9,10] là việc... là không đơn giản (mô hình các ranh giới song song), tuy nhiên với các mô hình dạng các ranh giới phẳng ngang hoặc nghiêng khác nhau chắc chắn sẽ khó hơn nhiều Trong công trình [2] có sử dụng một thủ thuật mà chúng ta có thể áp dụng Nội dung nhƣ sau: 24 Hình 2.5: Mô hình các ranh giới phẳng ngang hoặc nghiêng Các ranh giới phẳng nghiêng trong trƣờng hợp 2 chiều thì có thể coi nhƣ các đƣờng thẳng dạng... phẳng ngang hoặc nghiêng sẽ đƣợc so sánh với kết quả tính với kết quả tính theo công thức giải tích 2.8 Các kết quả tính với 2 ranh giới phẳng ngang hay nghiêng sẽ đƣợc so sánh với các kết quả tính theo các công thức (2.9) và (2.10) 3.1 Mô hình 1 ranh giới 3.1.1 Mô hình 1 ranh giới phẳng ngang - Góc nghiêng : 0 độ - Độ sâu tại điểm phát : 60 m - Vận tốc truyền sóng: v= 1000 m/s - Khoảng cách giữa các. .. (2.10) Ở đây: φ là góc nghiêng của các ranh giới so với mặt quan sát α0 là góc tia ló tại G của mô hình phẳng ngang song song phát tại S thu tại G x và t của mô hình phẳng ngang song song có điểm phát tại S thu tại G 2.3 Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang hoặc nghiêng Mô hình dạng này ( hình 2.5) tổng quát hơn so với hai mô hình trình bày trong mục 2.3 ở trên Việc tính toán sử dụng các biểu thức (2.9)... cosαi δxi = hi tgαi 2.2.3 Mô hình nhiều ranh giới phẳng nghiêng song song Mô hình các lớp phẳng nghiêng song song đƣợc mô tả trên hình 2.4 Các nhà địa vật lý [9, 11] đã coi nhƣ chúng là các mặt song song nằm ngang bị quay một góc φ và thay vì SG ta phải tính SG’ và phải tính thêm đoạn đƣờng đi GG’ 23 Hình 2.4: Mô hình nhiều ranh giới phẳng nghiêng song song Theo [9,11] ta có các biểu thức sau cho x và... là bài toán thuận trong trƣờng hợp môi trƣờng có hai lớp với ranh giới phân chia phẳng ngang hoặc nghiêng và các môi trƣờng nhiều phân lớp phẳng song song 2.2.1 Mô hình 2 lớp có 1 ranh giới phẳng ngang hay nghiêng Giả sử dƣới lớp đồng nhất có vận tốc truyền sóng V1 , mật độ đất đá σ1 là lớp có vận tốc truyền sóng V2 , mật độ đất đá σ2 và góc nghiêng của ranh giới phân chia là φ Nếu trên ranh giới thực... cùng, biểu thức cho thời gian sóng phản xạ từ ranh giới có góc nghiêng φ sẽ là [3,4,6,7,8,9,10]: (2.8) Dấu ± tùy thuộc vào ranh giới đi xuống hay đi lên 22 2.2.2 Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang song song Hình 2.3: Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang song song Nhƣ mô tả trên hình 2.3, các lớp có bề dày, vận tốc tƣơng ứng là h i, Vi Góc của tia tới các ranh giới lần lƣợt là αi Ký hiệu δti là thời gian... thuật toán đƣợc sử dụng trong việc giải bài toán thuận dạng động hình, tuy nhiên tùy theo từng dạng mô hình có thể áp dụng những thuật toán thích hợp để đảm bảo tính hiệu quả của công việc [10,11] 2.2 Bài toán thuận động hình trong địa chấn phản xạ Bài toán thuận địa chấn phản xạ nói ở đây là việc xác định biểu đồ thời khoảng cho lát cắt với bề dày và vận tốc truyền sóng đã cho Đơn giản nhất có lẽ là bài. .. với phƣơng pháp địa chấn khúc xạ và các phƣơng pháp địa vật lý khác Nhiệm vụ đặt ra là nghiên cứu một số mặt ranh giới địa tầng, nghiên cứu cấu tạo, phát hiện các đứt gẫy kiến tạo, các ranh giới thẳng đứng + Giải quyết các nhiệm vụ địa chất công trình: Trong lĩnh vực địa chất công trình (xác định nền móng các giàn khoan, điều kiện đặt đƣờng ống dẫn dầu khí, các công trình cảng ), phƣơng pháp địa chấn. .. ( hình 2.2) Nhiệm vụ bây giờ là xác định thời gian của sóng đi từ O qua điểm A trên ranh giới và tới x trên mặt quan sát (sóng phản xạ ) Bài toán này đã đƣợc giải từ rất sớm và trình bày trong các tài liệu giáo khoa về phƣơng pháp thăm dò địa chấn [3,4,6,7,8,9,10] Ta có: t= (OA + Ax)/V1 21 (2.6) Hình 2.2: Mô hình 2 lớp với ranh giới phản xạ phẳng nghiêng Giả sử O* là điểm đối xứng của O qua ranh giới