Đánh giá đặc điểm vi địa chấn, áp dụng vi phân vùng động đất thành phố hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Tiến Hùng ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM VI ĐỊA CHẤN, ÁP DỤNG VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Tiến Hùng ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM VI ĐỊA CHẤN, ÁP DỤNG VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 60 44 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ TỬ SƠN Hà Nội – 2012 MỞ ĐẦU Chƣơng - ĐẶC ĐIỂM DAO ĐỘNG VI ĐỊA CHẤN 1.1 1.2 1.3 Chƣơng - NGHIÊN CỨU VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Chƣơng - PHƢƠNG PHÁP, CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG DAO 3.1 3.2 3.3 Chƣơng - VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI 4.1 4.2 4.3 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Miền thời Miền tần s HVSR Khái niệm Sự khuếch Các phƣơ Nghiên Nghiên ĐỘNG VI ĐẤT Khái niệm Xác định c Đánh giá c Đặc điểm 4.1.1 4.1.2 4.1.3 Đặ 4.1.4 Tín Thu nhận 4.2.1 4.2.2 4.2.3 Mi Thảo luận Danh mục bảng biểu Bảng 4.1 Tiêu chuẩn xây dựng cơng trình chịu động Bảng 4.2 Kỹ thuật phân loại nề Bảng 4.3 Các điểm đo hố kh chiều dầy lớp phủ D Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Dao động hạt sóng Rayleigh chế độ Hình 1.2 Dao động hạt sóng S Hình 1.3 Đồ thị HVSR điểm đo DĐVĐC dao động hạt Hình 1.4 Đồ thị HVSR điểm đo H02 dao động hạt Hình 1.5 Các đƣờng cong HVSR mơ theo phƣơng trình hàm truyền sóng S HVSR mơ theo phƣơng trình tính elip sóng Rayleigh Hình 1.6 Mô không ổn định vận tốc pha Dutta Hình 1.7 Các đƣờng cong HVSR đo đƣợc đƣờng cong HVSR mô trƣờng hợp nhằm kiểm tra tính khơng rõ DĐVĐC Hình 1.8 Đƣờng cong HVSR đo đƣợc, HVSR mơ theo phƣơng trình hàm truyền sóng S HVSR mơ theo phƣơng trình tính elip sóng Rayleigh (theo Kuo (2008)) Hình 1.9 Đồ thị so sánh HVSR DĐVĐC HVSR sóng S trận động đất ghi đƣợc trạm ghi dao động mạnh phân bố bồn trũng Đài Bắc, Đài Loan Hình 2.1 Vị trí lắp đặt thiết bị lát cắt địa chất vùng McGee Creek Hình 2.2 Biểu đồ mơ tả vị trí trạm động đất từ chấn tâm tới thành phố Mêxicô trạm phân bố thành phố Mêxicơ Hình 3.1 Hai phƣơng pháp đo DĐVĐC thƣờng đƣợc sử dụng để xác định chu kỳ trội DĐVĐC Hình 3.2 Mơ hình lớp đơn giản dùng để đánh giá mối liên hệ chu kỳ trội chiều dầy lớp phủ Hình 3.3 Mối quan hệ chiều dầy lớp phủ tần số trội vùng Lower Rhine Embayment (Đức) Hình 4.1 Khu vực nghiên cứu phân bố điểm đo DĐVĐC Hình 4.2 Bản đồ phân bố điểm đo DĐVĐC Tp Hà Nội Hình 4.3 Bản đồ địa chất c Hình 4.4 Bản đồ đƣờng đ chấn động cho T Hình 4.5 Bản đồ phân bố đ Hình 4.6 Thiết bị sử dụng Hình 4.7 Bản đồ phân bố c liệu lỗ khoan Hình 4.8 Các đồ thị tỉ số p từ 93 điểm đo DĐ Hình 4.9 Sơ đồ vi phân vù Hình 4.10 Bản đồ phân loại Hình 4.11 Mối liên hệ phố Hà Nội Hình 4.12 Bản đồ phân bố c chu kỳ trội T0 Hình 4.13 So sánh chiều dầ Hình 4.14 So sánh chiều dầ Bảng ký hiệu chữ viết tắt TT MỞ ĐẦU Dao động vi địa chấn dao động có biên độ nhỏ mặt đất Chúng tạo từ hoạt động như: gió, thuỷ triều, sóng biển, giao thơng, động đất, Phần lớn nhà nghiên cứu cho thành phần chủ yếu dao động vi địa chấn sóng mặt (sóng Rayleigh) Tuy nhiên, Nakamura (1989, 2000, 2007) cho thành phần dao động vi địa chấn biến đổi dải tần khác Thành phần chủ yếu dao động vi địa chấn xung quanh miền tần số trội (T0) dao động ngang giống sóng S, cịn xung quanh dải tần số vùng lõm dao động đứng giống sóng Rayleigh Hai thập kỷ qua, số phương pháp sử dụng để thực vi phân vùng động đất như: Khoan thăm dò, đo địa chấn phản xạ/khúc xạ, sử dụng băng ghi dao động mạnh ghi đất khác đo DĐVĐC Những năm gần đây, với phát triển khoa học kỹ thuật cách cải tiến kỹ thuật đo, phương pháp đo DĐVĐC thường lựa chọn để thực vi phân vùng động đất Phương pháp đo DĐVĐC không cần khoan hay không cần sử dụng nguồn nổ nên dễ dàng thực khu đông dân cư Hơn nữa, nguồn DĐVĐC ln có sẵn, thời gian thực đo khảo sát ngắn giá thành rẻ so với phương pháp khác Cho đến nay, vi phân vùng động đất phương pháp đo DĐVĐC thực thành công nhiều nơi giới [2-10, 12-58] Ở Việt Nam, từ năm 90 kỷ trước, vi phân vùng động đất phương pháp đo DĐVĐC theo phương pháp độ cứng địa chấn thực thành phố Hà Nội [7, 10] Từ năm 2003 đến nay, đo DĐVĐC theo phương pháp phân tích tỉ số phổ H/V Nakamura (1989) thực thành công số thành phố lớn, cơng trình trọng điểm, vùng hoạt động động đất,… [2-7, 9, 10, 54, 57] Xuất phát từ nhận định nên chọn để tài “Đánh giá đặc điểm vi địa chấn, áp dụng vi phân vùng động đất thành phố Hà Nội” làm luận văn Thạc sỹ Trong khn khổ luận văn này, thực số vấn đề sau: (1) Kiểm chứng giả thiết Nakamura (1989, 2000, 2007) xung quanh miền tần số trội HVSR DĐVĐC chủ yếu dao động ngang giống sóng S, cịn xung quanh tần số vùng lõm HVSR DĐVĐC chủ yếu các dao động đứng giống sóng Rayleigh (2) Vi phân vùng động đất Tp Hà Nội theo số liệu đo DĐVĐC phương pháp phân tích tỉ số phổ H/V trạm Nakamura (1989) (3) Đánh giá chiều dầy lớp phủ Tp Hà Nội từ số liệu đo DĐVĐC Kết sau so sánh với mặt cắt địa chất cơng trình nhằm đưa nhận định khách quan kết đánh giá từ đo DĐVĐC tài liệu khoan Với mục tiêu đó, ngồi phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, luận văn trình bày bốn chương với nội dung cụ thể sau: Chƣơng 1: Mô tả đặc điểm dao động vi địa chấn theo miền thời gian miền tần số đưa minh chứng tác giả thành phần cấu tạo DĐVĐC dựa giả thiết Nakamura (1989, 2000, 2007) Chƣơng 2: Mô tả nghiên cứu vi phân vùng động đất thực giới Việt Nam Chƣơng 3: Mô tả phương pháp, sở lý thuyết sử dụng dao động vi địa chấn phục vụ vi phân vùng động đất Chƣơng 4: Mô tả đặc điểm địa chất cơng trình Tp Hà Nội, số liệu sử dụng nghiên cứu, áp dụng vi phân vùng động đất Tp Hà Nội theo số liệu đo DĐVĐC đánh giá chiều dầy lớp phủ Tp Hà Nội theo số liệu đo DĐVĐC Luận văn hoàn thành Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội hướng dẫn TS Lê Tử Sơn Chƣơng - ĐẶC ĐIỂM DAO ĐỘNG VI ĐỊA CHẤN 1.1 Miền thời gian - Dao động hạt Phần lớn nhà khoa học cho DĐVĐC cấu tạo chủ yếu từ sóng có dao động đứng (sóng Rayleigh), đặc biệt miền tần số trội Tuy nhiên, theo Nakamura (1989, 2000, 2007), thành phần cấu tạo DĐVĐC biến đổi dải tần khác Đó là, DĐVĐC chủ yếu sóng Rayleigh, sóng có dao động ngang (sóng S) lại thành phần chủ yếu miền tần số trội, cịn sóng Rayleigh phân bố tập trung dải tần cao miền tần số trội Để minh họa thành phần cấu tạo DĐVĐC dải tần số khác nhau, biểu diễn DĐVĐC dạng dao động hạt dải tần khác Dao động hạt dạng dao động mô tả trạng thái hạt dao động bị tác động ngoại lực Dao động hạt sóng Rayleigh dạng dao động chủ yếu theo phương đứng, ngược chiều kim đồng hồ mặt phân lớp bị phản xạ trở lại theo chiều kim đồng hồ (hình 1.1) Dao động hạt sóng S dạng dao động chủ yếu theo phương ngang (theo thành phần E N) bề mặt (hình 1.2) Do đó, cách quan sát dạng dao động hạt dải tần khảo sát khác phát dải tần sóng S hay sóng Rayleigh Di Giulio (2006) [22], Kuo (2008) [34] tiến hành biểu diễn dao động hạt DĐVĐC dải tần xung quanh đỉnh trội vùng lõm HVSR Kết họ cho thấy dao động hạt xung quanh miền tần số trội HVSR có dao động ngang giống sóng S Ngược lại, dao động hạt dải tần xung quanh vùng lõm HVSR có dạng dao động đứng giống sóng Rayleigh (hình 1.3) Hình 1.4(a) mơ tả đồ thị HVSR dao động hạt điểm đo DĐVĐC (H02) nghiên cứu Hình bên phải dao động hạt DĐVĐC lọc xung quanh dải tần vùng lõm HVSR, hình bên trái dao động hạt DĐVĐC lọc xung quanh dải tần đỉnh trội HVSR Hình cho thấy dao động hạt DĐVĐC có khác rõ miền tần số xung quanh đỉnh trội vùng lõm Dao động hạt DĐVĐC tần số xung quanh đỉnh trội chủ yếu theo phương ngang giống sóng S Nếu tần số xung quanh đỉnh trội Thời gian động đất Stt Năm Tháng Ngày 57 1969 23 58 1969 59 1969 12 17 60 1969 12 20 61 1970 23 62 1970 12 63 1970 18 64 1970 65 1972 24 66 1973 22 67 1977 29 68 1977 10 19 69 1978 28 70 1979 Thời gian động đất Stt Năm Tháng Ngày 71 1979 18 72 1979 73 1980 16 74 1980 18 75 1982 25 76 1982 18 77 1982 20 78 1983 24 79 1983 24 80 1983 24 81 1983 24 Thời gian động đất Stt Năm Tháng Ngày 82 1983 24 83 1983 24 84 1983 25 85 1983 25 86 1983 25 87 1983 11 88 1983 15 89 1983 90 1985 19 91 1985 19 92 1985 10 18 93 1986 Thời gian động đất Stt Năm Tháng Ngày 94 1986 95 1986 10 20 96 1987 97 1988 8 98 1988 10 22 99 1988 11 100 1988 11 10 101 1989 23 102 1989 16 103 1991 10 104 1993 29 105 1993 30 Thời gian động đất Stt Năm Tháng Ngày 106 1993 24 107 1993 12 21 108 1994 12 31 109 1994 12 31 110 1995 10 111 1995 15 112 1995 23 113 1995 15 114 1995 24 115 1995 21 116 1995 11 117 1996 22 118 1996 28 119 1997 11 Thời gian động đất Stt Năm Tháng Ngày 120 2000 11 13 121 2001 122 2001 19 123 2001 19 124 2001 19 125 2001 126 2001 127 2001 128 2001 30 129 2001 130 2002 12 131 2003 132 2003 133 2005 134 2005 12 Thời gian động đất Stt Năm Tháng Ngày 135 2005 17 136 2005 19 137 2005 138 2005 139 2005 140 2005 13 141 2005 20 142 2005 26 143 2005 10 10 144 2005 10 16 145 2005 11 146 2005 11 19 76 ... trình trọng điểm, vùng hoạt động động đất, … [2-7, 9, 10, 54, 57] Xuất phát từ nhận định nên chọn để tài ? ?Đánh giá đặc điểm vi địa chấn, áp dụng vi phân vùng động đất thành phố Hà Nội? ?? làm luận văn... HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Tiến Hùng ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM VI ĐỊA CHẤN, ÁP DỤNG VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số:... sống thành phố Hồ Chí Minh tỉnh Nam Bộ Sau trận động đất này, vi phân vùng động đất thực thành phố Hồ Chí Minh thành phố Vũng Tàu [4, 9] Giai đoạn từ năm 2003 đến nay, vi phân vùng động đất thực