Xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng trong vỏ trái đất cho khu vực miền trung việt nam

Mục tiêu của luận văn Xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miềnTrung, Việt Nam nhằm phục vụ thiết thực cho công việc quy toán, xử lý số liệu vàxác định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Lê Thị Thuấn

XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN TỐC

TRUYỀN SÓNG TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO

KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu

Mã số: 60 44 0111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TSKH NGÔ THỊ LƯ

Hà Nội - 2014

văn tôi đã nhận được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của TSKH Ngô Thị Lư Tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới cô Tôi cũng xin chân thành cảm

ơn Ban lãnh đạo Viện Vật lý Địa cầu đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này Cảm ơn các đồng nghiệp Viện Vật lý Địa cầu, các cán

bộ phòng Vật lý kiến tạo, đặc biệt là Ths Trần Việt Phương, Ths Vũ Thị Hoãn và Ths Phùng Thị Thu Hằng vì sự giúp đỡ nhiệt tình, thiết thực cho tôi trong suốt quá trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của luận văn.

Luận văn này là sự tiếp tục trau dồi, hoàn thiện và phát triển những kiến thức tôi đã tiếp thu được trong thời gian học tập tại trường ĐHKHTN - ĐHQGHN Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở bộ môn Vật lý Địa cầu, đặc biệt là TS Đỗ Đức Thanh, TS Nguyễn Đức Vinh, TS Nguyễn Đức Tân.

Tôi vô cùng biết ơn gia đình đã luôn động viên, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi học tập và làm việc!

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô, các bạn đồng nghiệp!

Tôi xin chân thành cảm ơn!

1

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……… 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 11

1.1 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 11

1.2 Tình hình nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc vỏ Trái đất ở miền Trung, Việt Nam 28

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG 32

2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 32

2.1.1 Phương pháp xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn 32

2.1.2 Phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất 33

2.2 Xử lý số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn 35

2.2.1 Số liệu sử dụng trong tính toán: 35

2.2.2 Tiêu chuẩn xử lý và hiệu chỉnh số liệu quan sát: 36

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CÁC TỐC ĐỒ THỜI GIAN TRUYỀN SÓNG ĐỊA CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT NAM……… 38

3.1 Các bước xử lý số liệu cho mỗi loại sóng địa chấn 38

3.2 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 47

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG ĐỊA CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT NAM……… 51

4.1 Giới thiệu về chương trình tính mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất 51

4.2 Tính toán các mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung 53

KẾT LUẬN…… 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

Trong quá trình học tập và làm việc tại Viện Vật lý địa cầu để hoàn thànhluận văn, tác giả luận văn đã tham gia và là đồng tác giả của các công trình đã đượccông bố dưới đây:

1. Các công trình đã công bố.

Ngô Thị Lư, Lê Thị Thuấn, Phùng Thị Thu Hằng, 2012 Tính địa chấn và

các đặc điểm hoạt động động đất khu vực Tây Bắc Bộ (Giai đoạn 1903-2011) //Tc

Địa chất số 331-332; 5-8/2012 Tr 124-130 ISSN 0866-7381

Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương, Vũ Thị Hoãn, Lê Thị Thuấn, 2013 Xây

dựng mô hình vận tốc và các tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái Đấtcho các khu vực miền Bắc, miền Trung và miền Nam Việt Nam.//Tc Địa Chất loạt A(đang in)

2. Các đề tài dự án đã và đang tham gia.

Ngô Thị Lư (Chủ nhiệm đề tài), Trần Việt Phương, Phùng Thị Thu Hằng, Nguyễn Hữu Tuyên, Lê Thị Thuấn và nnk, 2013 Nghiên cứu đối sánh các

mô hình vận tốc vỏ Trái đất Việt Nam và Bắc Kavkaz, nước Nga để xây dựng môhình vận tốc vỏ Trái đất phù hợp với môi trường thực tế của Việt Nam //Nhiệm vụhợp tác quốc tế giữa hai Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam và Viện HLKH Liênbang Nga theo Nghị định thư cấp Nhà nước (giai đoạn 2012-2013)

Ngô Thị Lư (Chủ nhiệm đề tài), Trần Việt Phương, Phùng Thị Thu Hằng, Nguyễn Hữu Tuyên, Lê Thị Thuấn và nnk, 2013 Nghiên cứu hoạt động

địa chấn và quá trình trượt, sụt, lở đất trong khu vực thành phố Tuyên Quang vàKhu công nghiệp Long Bình An //Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp tỉnh

do sở khoa học công nghệ Tuyên Quang quản lý (giai đoạn 2012-2014)

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, thảm họa động đất, sóng thần trên toàn cầu ngày mộtgia tăng, nhất là đối với khu vực Đông Nam Á Đặc biệt, thảm họa động đất sóngthần Sumatra ngày 26.12.2004, thảm hoạ do động đất Tứ Xuyên (12.05.2008) vàđộng đất (04.2010) (Trung Quốc), thảm họa động đất Tohoku (Nhật Bản) vào ngày

11 tháng 3 năm 2011 đã gây tổn thất vô cùng nghiêm trọng về người, về của và cả

về sự phá huỷ môi trường Gần đây nhất, hiện tượng động đất liên tục xảy ra tại khuvực đập thủy điện sông Tranh 2 gây hoang mang trong dư luận trong cả nước nóichung và tỉnh Quảng Nam nói riêng Vì vậy việc xây dựng mô hình vận tốc truyềnsóng địa chấn trong vỏ Trái đất phù hợp cho một vùng lãnh thổ có ý nghĩa vô cùngquan trọng giúp cho công tác định vị chấn tiêu động đất một cách chính xác Môhình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn của vỏ Trái đất là một trong những tài liệuquan trọng phục vụ cho công tác qui toán xử lý số liệu địa chấn và xác định cáctham số cơ bản của động đất Chúng là các tài liệu tối cần thiết phục vụ cho việcgiải quyết hàng loạt các nhiệm vụ quan trọng trong thực tế địa chấn như: phân vùngđộng đất, đánh giá độ nguy hiểm động đất, dự báo động đất và nhiều nhiệm vụ địachấn kiến tạo khác Trên thế giới vấn đề xây dựng mô hình vận tốc truyền sóngtrong vỏ Trái đất đã được đề cập rất sớm từ những năm 1935 [21] Ở Việt Nam, hệthống trạm ghi động đất của Việt Nam đã phát triển và được qui hoạch tương đốihiện đại ngang tầm quốc tế (gần 30 trạm ghi số, chương trình xử lý số liệu tự độngtrên máy tính điện tử) Đặc biệt tại khu vực miền Trung Việt Nam, sau khi xảy rađộng đất tại khu vực thủy điện sông Tranh 2, Viện Vật lý địa cầu đã xây dựng vàthiết lập một hệ thống trạm địa chấn dày đặc với tổng số 15 trạm địa chấn Tuynhiên, cho đến nay chưa có tác giả nào xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng trong

vỏ Trái đất riêng cho khu vực miền Trung Việt Nam Điều này đòi hỏi phải xâydựng một mô hình vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất cho khu vực này để phục

vụ công tác xác định các tham số cơ bản của động đất tại đây một cách chính xác

8

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

nhất Đó chính là lý do chúng tôi lựa chọn đề tài: “Xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất cho khu vực miền Trung Việt Nam ”.

Mục tiêu của luận văn

Xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miềnTrung, Việt Nam nhằm phục vụ thiết thực cho công việc quy toán, xử lý số liệu vàxác định chính xác các tham số cơ bản của chấn tiêu động đất

Nhiệm vụ của luận văn

1. Tìm hiểu phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong

vỏ Trái Đất trên cơ sở các tài liệu về thời gian truyền sóng địa chấn

2. Thu thập các tài liệu về thời điểm tới của sóng địa chấn cho khu vực nghiên cứu, phân tích, lựa chọn và chỉnh lý số liệu phục vụ nghiên cứu

3. Xây dựng các tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái Đất cho khu vực miền Trung, Việt Nam

4. Xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái Đất khu vực miền Trung, Việt Nam

Ýnghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

2. Việc xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất phùhợp với môi trường địa chất thực tế của khu vực miền Trung, Việt Nam có ý nghĩa

vô cùng quan trọng giúp cho công tác định vị chấn tiêu động đất tại khu vực miềnTrung đạt độ chính xác cao

3. Kết quả của luận văn là các tài liệu cần thiết phục vụ gián tiếp cho việc giảiquyết hàng loạt các nhiệm vụ quan trọng trong thực tế địa chấn như: phân vùngđộng đất, đánh giá độ nguy hiểm động đất, dự báo động đất và nhiều nhiệm vụ địachấn kiến tạo khác

4. Những nội dung đã được thực hiện trong luận văn này góp phần thiết thựcvào việc giải quyết một trong các nhiệm vụ của đề tài hợp tác quốc tế về KH&CN

theo Nghị định thư cấp nhà nước Việt Nam - Liên Bang Nga: “Nghiên cứu đối sánh các mô hình vận tốc vỏ Trái đất Việt Nam và Bắc Kavkaz, nước Nga để xây dựng mô hình vận tốc vỏ Trái đất phù hợp với môi trường thực tế của Việt Nam”.

Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận và tài liệu tham khảo Toàn

bộ các nội dung nêu trên được trình bày trên 64 trang đánh máy khổ A4, với

18 hình vẽ và 09 bảng biểu minh họa

Phần mở đầu gồm 3 trang trình bày tính cấp thiết và lý do chọn đề tài

nghiên cứu Trong phần này còn trình bày mục tiêu, nhiệm vụ, các kết quả nhận

được, các điểm mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Chương 1 gồm 20 trang: giới thiệu tổng quan về các kết quả nghiên cứu,xác định mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất ở Việt Nam và khuvực miền Trung, Việt Nam

Chương 2 gồm 6 trang: trình bày cơ sở lý thuyết của phương pháp và sốliệu sử dụng trong nghiên cứu xây dựng mô hình vận tốc vỏ Trái đất

Chương 3 gồm 15 trang với 5 hình vẽ và 2 bảng biểu Nội dung chươngnày trình bày việc xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn cho khu vực MiềnTrung, Việt Nam

Nội dung của chương 4 gồm 9 trang trình bày kết quả xây dựng mô hìnhvận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất cho khu vực miền Trung, Việt Nam trên cơ sở

áp dụng chương trình xây dựng mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong

vỏ Trái đất.

10

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Mô hình lát cắt vận tốc và tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng là mộttrong những vấn đề cơ bản trong xử lý số liệu động đất địa phương Việc xây dựngmột mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn phù hợp cho một vùng lãnh thổ có ýnghĩa quan trọng giúp cho công tác định vị chấn tiêu động đất đạt độ chính xác cao

Vấn đề xây dựng mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất và tính tốc đồ thờigian truyền sóng địa chấn đã được đề cập rất sớm từ những năm 1935 [21] Kết quảnhận được là mô hình lát cắt tốc vận trung bình của vỏ Trái đất và họ các tốc đồ thờigian truyền sóng tương ứng (Jefreys H and Bullen K.E 1940, 1958) [22, 23];chúng được sử dụng phổ biến trên phạm vi toàn cầu

Hiện nay cùng với sự phát triển và tiến bộ không ngừng của khoa học kĩthuật, đặc biệt là công nghệ tin học, các hệ thống máy ghi địa chấn ngày một hiệnđại hơn, cho phép ghi và xử lý các số liệu một cách có hệ thống với độ chính xáccao Điều đó đòi hỏi các nước và từng khu vực phải có riêng cho mình một mô hìnhlát cắt vận tốc và họ các tốc đồ thời gian truyền sóng khu vực phù hợp nhất Vì vậyphương pháp nghiên cứu theo hướng này vẫn đang được quan tâm và tiến hành rộngrãi ở nhiều nước trên thế giới

1.1 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

Ở Việt Nam, nghiên cứu cấu tạo vỏ Trái đất nói chung, nghiên cứu mô hìnhlát cắt vận tốc của vỏ Trái đất lãnh thổ Việt Nam nói riêng đã được tiến hành bởinhiều tác giả trong các công trình khác nhau [7 - 20, 27, 30]

Tuy nhiên, phần lớn những nghiên cứu này đều được tiến hành dựa trên các

số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn, ghi được bởi hệ thống trạm cũ của ViệtNam (chỉ có từ 3 - 5 trạm ghi bằng máy ghi kiểu cơ học trên giấy ảnh) Kết quả củanhững nghiên cứu này cũng đã chỉ ra một số mô hình lát cắt vận tốc tương ứng.Nhưng đến nay chưa có sự so sánh để khẳng định mô hình nào là phù hợp hơn cả và

có thể được sử dụng tối ưu đối với Việt Nam Mặt khác, hiện nay hệ thống trạm ghiđộng đất của Việt Nam đã phát triển trên một mức độ hiện đại ngang tầm quốc tế(gần 30 trạm ghi số, chương trình xử lý số liệu tự động trên máy tính điện tử) Đặcbiệt tại khu vực miền Trung, Việt Nam, sau khi xảy ra động đất tại khu vực thủyđiện sông Tranh 2, Viện Vật lý địa cầu đã xây dựng và thiết lập một hệ thống trạmđịa chấn dày đặc với tổng số 15 trạm địa chấn Tuy nhiên, cho đến nay chưa có tácgiả nào xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất riêng chokhu vực miền Trung, Việt Nam Vì vậy đòi hỏi phải có một mô hình lát cắt tốc độthực sự phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực miền Trung, Việt Nam để tínhtoán họ các tốc đồ thời gian truyền sóng chuẩn, cho phép xác định chính xác hơncác tham số cơ bản của chấn tiêu động đất Chúng là các tài liệu tối cần thiết phục

vụ cho việc giải quyết hàng loạt các nhiệm vụ quan trọng trong thực tế địa chấn(phân vùng động đất, đánh giá độ nguy hiểm động đất, dự báo động đất và nhiềunhiệm vụ địa chấn kiến tạo khác ) Vì những lý do nêu trên, vấn đề xây dựng môhình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất và tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn đối vớikhu vực miền Trung Việt Nam vẫn là một trong các nhiệm vụ cần được giải quyết

Có nhiều phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình lát cắt vận tốc của vỏTrái đất Phương pháp mô hình hoá toán học là một phương pháp đóng vai trò rấtquan trọng trong nghiên cứu cấu tạo vỏ Trái đất và mô hình lát cắt vận tốc của nó.Việc mô hình hoá quá trình lan truyền các sóng địa chấn trong các môi trường địachất phức tạp cho phép so sánh các tài liệu thực nghiệm (số liệu quan sát) với cáckết quả tính toán lý thuyết và từ đó có thể đưa ra các kết luận về độ chính xác củacác mô hình đã được lựa chọn

Có nhiều công trình nghiên cứu mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong

vỏ Trái đất và tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng với nó, nhưng mỗi công trìnhnghiên cứu có những nét đặc trưng riêng Dưới đây chúng tôi sẽ trình bày tổng quan

về các kết quả nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấntrong vỏ Trái đất ở Việt Nam

12

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

Có thể thấy việc nghiên cứu xây dựng một tốc đồ thời gian truyền sóng địachấn và mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất cho MiềnBắc Việt Nam và các khu vực lân cận đã được các nhà địa chấn Việt Nam quan tâmngay từ những năm đầu thập kỷ 70 [13, 14, 17]

Theo kết quả nghiên cứu của Phạm Văn Thục [17], dựa trên việc phân tích sốliệu địa chấn các trạm quốc tế và các quan trắc ghi nhận được từ 03 trạm địa chấntrên miền bắc là trạm Bắc Giang, Phủ Liễn và Sapa, đã xác định được vận tốc củacác sóng địa chấn trong các lớp cơ bản của Vỏ trái đất; Sóng Pg, Sg được truyềntrực tiếp từ chấn tiêu, Sóng P*, S* được truyền từ ranh giới giữa lớp Bazan và lớpGranit (mặt Conrad), sóng Pn, Sn truyền từ mặt Mohor

Các nghiên cứu sau đó của Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên, 1980 [13, 18,19] trên cơ sở các số liệu phong phú với độ chính xác cao hơn đã xây dựng tốc đồđịa phương cho các sóng 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])

Như đã biết, tỷ số giữa vận tốc sóng dọc và sóng ngang (K = VP/VS) là mộttrong những thông số động học quan trọng của sóng địa chấn trong công tác nghiêncứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất và manti, trong việc quy toán số liệu động đất và dựbáo động đất Vì vậy, đánh giá định lượng thông số này sẽ góp phần quan trọng vàoviệc nghiên cứu độ sâu các ranh giới phân cách trong vỏ Trái đất nhất là khi áp

dụng nghiên cứu cấu trúc vào việc đánh giá các thông số của các trận động đất vàvào việc nghiên cứu dị thường của tỉ số này nhằm mục đích dự báo động đất vànghiên cứu trường ứng suất sâu Trong công trình [16], trên cơ sở phân tích các tàiliệu động đất đã ghi được ở các trạm địa chấn, tập thể tác giả đã tiến hành nghiêncứu và đánh giá định lượng thông số này.

Vỏ Trái đất ở Việt Nam rất phức tạp do có nhiều hệ thống đứt gãy với nhữngđứt gãy xuyên vỏ Trái đất và vì vậy sẽ có những ảnh hưởng rất khác nhau đến sựlan truyền của sóng dọc và sóng ngang, do đó để có thể đánh giá đúng đắn trị số của

thông số KTB trung bình trong vỏ Trái đất, các tác giả đã sử dụng các nguồn tài liệuphong phú dưới đây để nghiên cứu: động đất địa phương, động đất gần và động đất

xa có các sóng trao đổi và sóng dọc lặp lại tạo thành do các ranh giới trong vỏ Trái

đất Ngoài ra, việc đánh giá thông số KTB còn dựa vào các tốc đồ thực nghiệm đãnhận được từ các nghiên cứu khác trước đó như sau:

+ Nguồn thông tin từ những trận động đất địa phương có khoảng cách chấntâm khoảng ∆ ≤ 50km Do khoảng cách chấn tâm nhỏ như thế nên rõ ràng nhữngảnh hưởng của môi trường đối với sự lan truyền của sóng ít hơn so với những thôngtin từ các động đất gần với khoảng cách chấn tâm ∆ ≤ 800km Đồng thời, các tác giả [16] cũng đã sử dụng số liệu của trạm địa chấn trong khi xác định KTB

K

Trong đó:

Tp và Ts – thời điểm tới của 2 pha P và S

T0 – thời điểm xảy ra động đất

Vì vậy, những sai sót khi quy toán cũng sẽ ảnh hưởng khá cân bằng đến mẫu số của

biểu thức trên và như vậy ít ảnh hưởng đến thông số KTB hơn so với việc sử dụng

số liệu của hai trạm

+ Sử dụng số liệu của các trận động đất xa có khoảng cách chấn tâm từ2000km đến 7000km Theo băng ghi của các trận động đất này tác giả đã phân tích

14

được các sóng trao đổi PS và sóng dọc lặp PL tạo thành tại các ranh giới địa chấnmạnh trong vỏ trái đất dưới các vùng trạm KTB được xác định theo công thức:

K

TB

Phương pháp này hoàn toàn độc lập so với các phương pháp khác, nó dựa vàoviệc thống kê các sóng trao đổi và sóng dọc lặp lại từ các ranh giới, và do việc sửdụng các sóng trao đổi và sóng dọc lặp nên phương pháp này đã dùng các tia gầnnhư thẳng đứng dưới các vùng trạm nên những ảnh hưởng theo chiều ngang của

môi trường đến quá trình lan truyền sóng không đáng kể Thông số KTB xác địnhđược theo phương pháp này sẽ phản ánh trung thực tỷ số giữa vận tốc sóng dọc,sóng ngang và hạn chế được những sai lệch do môi trường gây lên khi sóng lan

truyền lâu trong vỏ Trái đất Tỷ số KTB đã mang tính chất thống kê những số liệuqui toán được vì vậy nó phản ánh giá trị K thực tế của môi trường

Tác giả đã xác định KTB theo công thức:

Theo đánh giá bước đầu của tác giả công trình này thì giá trị KTB trong vỏTrái đất không nằm ngoài khoảng giá trị 1,6 ÷ 2,0

Từ tài liệu động đất địa phương giá trị KTB trong vỏ Trái đất được tính toán

và ghi lại như bảng 1.2 [16]:

15

Bảng 1.2 Thống kê các kết quả xác định hệ số KTB theo [16]

Giá trị KTB

1.61.641.661.671.68

Theo số liệu động đất địa phương tác giả nhận thấy thông số này chủ yếu nhận giá trị từ 1,67 đến 1,69 vì vậy thông số KTB trong vỏ Trái đất là 1,68 với sai số

± 0.01

Theo tài liệu các trận động đất xa tác giả đã nghiên cứu xác định được thông

số KTB trong vỏ Trái đất ở miền Bắc Việt Nam thay đổi trong khoảng 1,67 ± 0.03

Các tác giả của [16] đã tiến hành so sánh kết quả nghiên cứu của các tác giả khác nhau như sau:

Phạm Văn Thục (1970): KTB = Vpg/Vsg = 5,96/3,57 = 1,67

Nguyễn Đình Xuyên (1974): KTB = 6,57/3,69 = 1,68

Nguyễn Kim Lạp (1977): KTB = 5,70/3,35 = 1,70

Theo Vũ Ngọc Tân và Nguyễn Đình Xuyên (1979): KTB = 5,82/3,48 = 1,67

Trần Trung Đoàn và Nguyễn Kim Lạp (1982): KTB = 5,57/3,30 = 1,68

Như vậy tuy giá trị vận tốc biểu kiến thu được khác nhau nhưng các giá trị

KTB vẫn nằm trong khoảng 1,67 ÷ 1,70

Khi các tác giả sử dụng tài liệu từ động đất gần với khoảng cách chấn tâm không lớn hơn 800 km kết quả thu được như sau (bảng 1.3):

16

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

Bảng 1.3 Kết quả xác định hệ số KTB theo tài liệu động đất gần theo [16]

1.61.611.61.631.641.651.661.67

Từ các kết quả tính toán ở trên cho thấy khi dùng tài liệu động đất gần thìphương pháp được áp dụng bởi các tác giả công trình [16] trở nên kém hiệu quả đi

khá nhiều thể hiện các thông số KTB phân bố rải rác từ 1,6 đến 2,0 Theo các tác giảcông trình [16] cho biết phần lớn là do những sai sót khi qui toán số liệu địa chấn

Việc sử dụng đồ thị Vadati khi xác định KTB theo tài liệu ít nhất là của hai trạm phụthuộc rất nhiều vào việc qui toán số liệu Mặt khác do sóng lan truyền lâu trong vỏTrái đất nên chúng chịu những ảnh hưởng khác nhau của môi trường, ở khoảng cáchchấn tâm khác nhau và ở các độ sâu khác nhau thì thông số KTB sẽ khác nhau

Trong các công trình nghiên cứu [14, 15], tác giả Nguyễn Kim Lạp đã dựatrên việc xác định tọa độ chấn tâm động đất đã biết để tính khoảng cách đến các

trạm và sau đó từ thời điểm xảy ra động đất t0 và thời gian tới của sóng P (Tp) đãtính được thời gian truyền của các sóng địa chấn tới các trạm này Tập hợp trên mộttốc đồ chung và dùng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định phương trìnhtốc đồ Tuy nhiên tác giả này cũng chỉ ra việc xác định các sóng P* và S* là kém tin

cậy, do đó tác giả đã chỉ tập trung xây dựng các tốc đồ với các sóng Pn, Sn, Pg và

Sg và đã nhận được các kết quả tại bảng 1.4

Bảng 1.4 Bảng vận tốc truyền sóng địa phương (theo [14, 15])

Vận tốc truyền sóng

Tiếp theo, trong công trình nghiên cứu [30, 31], trên cơ sở áp dụng phương

pháp mới của Kondorskaia N.V [28, 29] tác giả Ngô Thị Lư đã xây dựng tốc đồ thời

gian truyền sóng P cho khu vực miền Bắc Việt Nam theo số liệu của 196 trận động

đất ghi được tại các trạm địa chấn miền Bắc Việt Nam Bằng cách nghiên cứu và

phân tích bức tranh sóng P cho 03 vùng riêng biệt trên lãnh thổ phía Bắc Việt Nam,

tác giả này đã xây dựng được 3 lát cắt tốc độ theo các mô hình 3 và 4 lớp cùng với 3

họ tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn tương ứng đối với 3 vùng này (hình 1.1 a,

b , c) Trên cơ sở đó, tác giả này đã tiến hành so sánh các kết quả nhận được với mô

hình lát cắt vận tốc trung bình (hình 1.1.e) của Jefreys H and Bullen K.E 1940,

1958 [22, 23] và mô hình được sử dụng tại Việt Nam vào thời gian đó (hình 1.1

(d)) Chi tiết hơn có thể tìm hiểu trong công trình [30]

18

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

Trên cơ sở 3 mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn đã nhận được đối với 3 khu vực, tác giả công trình [30] đã tính được 3 họ các tốc đồ thời gian truyến sóng

P tương ứng đối với các độ sâu khác nhau với bước 10km:

Đối với mô hình I:

H = 0H=10H=20H=30H=40H=50Đối với mô hình II:

H = 0H=10H=20H=30H=40H=50Đối với mô hình III:

H = 0H=10H=20H=30H=40H=50Trong đó, H - độ sâu (km); T - thời gian truyền sóng (giây); ∆ - khoảng cách chấn tâm (km)

Năm 1996, tác giả Lê Tử Sơn [7, 8] đã nghiên cứu hệ thống tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn và mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất khu vực Miền bắc

Việt Nam dựa trên số liệu động đất của Việt Nam và thế giới Từ đó đã xác định

được các vận tốc của sóng P (Vp) trong mô hình 4 lớp (bảng 1.5) Mô hình này

được kiểm nghiệm qua quy toán dư chấn của các trận động đất mạnh trong khu vực

như Tuần Giáo (24.06.1983) Đồng thời tác giả này cũng đã xác định được tỷ số

Tiếp đó, tác giả Nguyễn Đình Xuyên trên cơ sở phân tích thời gian truyền

của sóng P cũng đã xây dựng được mặt cắt vận tốc sóng P trong vỏ Trái đất ở Việt

Nam (bảng 1.6) [24]

Bảng 1.6 Mặt cắt vận tốc của vỏ Trái đất ở Việt Nam theo tác giả công trình [24]

Vận tốc của sóng P

phù hợp với cấu tạo môi trường 3 lớp:

Trong những năm gần đây để xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa

chấn vỏ Trái đất và tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn phù hợp với thực tế địa

21

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

chấn Việt Nam, tác giả các công trình [10-12] đã đề nghị một cách tiếp cận mới đểchính xác mô hình lát cắt tốc độ của vỏ Trái đất đối với lãnh thổ Việt Nam trên cơ

sở sử dụng các số liệu mới và áp dụng đồng thời các kết quả nghiên cứu thời giantruyền sóng P và mô hình hóa toán học quá trình lan truyền sóng địa chấn

Tác giả các công trình [10-12] đã áp dụng phương pháp bao gồm chu trìnhnhiều giai đoạn nghiên cứu các đặc điểm thời gian truyền sóng P áp dụng để giải bàitoán định vị chấn tiêu động đất theo các quan sát địa chấn trong vùng gần để nhậnđược các tài liệu chi tiết về cấu tạo vỏ Trái đất Chu trình này có mối quan hệngược: trong quá trình chính xác các tọa độ chấn tiêu cũng đồng thời chính xácđược cả thời gian truyền sóng địa chấn, cho phép làm sáng tỏ cả các bất đồng nhấttrong môi trường địa chất Đặc thù của hệ phương pháp là ở chỗ nó cho phép sửdụng cả các số liệu về các trận động đất mà độ sâu chấn tiêu của chúng chưa đượcbiết Có thể tóm lược các bước cơ bản của phương pháp hay cũng chính là các bước

để xây dựng thuật toán trong các công trình [10-12] như sau:

 Đối với mỗi trạm sẽ tính được độ lệch về thời gian truyền sóng P ở dạng gần đúng bậc nhất theo quan hệ với tốc đồ chuẩn:

fi = tpi – tp Trong đó, tpi – thời gian truyền quan sát; tp * - thời gian truyền được tính theo

tốc đồ chuẩn Thực hiện việc lựa chọn nhiều lần các giá trị fi đối với các độ sâu chấn tiêu hi khác nhau sẽ tìm được giá trị cực tiểu fi min của chúng

Khi giả thiết rằng, hàm phân bố fi min tuân thủ qui luật phân bố Jeffreys và tương tựnhư trong các công trình sẽ tính được các tham số của nó: các sai số hệ thống đốivới tốc đồ chuẩn (gọi là số hiệu chỉnh αi ) và các sai số ngẫu nhiên

 Xây dựng đường cong phụ thuộc f i min = f(∆) trên cơ sở trung bình hoá trường

độ lệch f i min đối với tất cả các trạm trong sự phụ thuộc vào khoảng cách chấn tâm ∆

Kết quả là tìm được các số hiệu chỉnh αδ∆i trên các khoảng δ∆i tương ứng

 Tìm thời gian truyền hiệu chỉnh tp’ bằng cách đưa các số hiệu chỉnh αδ∆

vào

tốc đồ chuẩn

 Việc tính f(∆) = tp’; dtp’/d∆ và d2tp’/d∆2 và xác định các điểm uốn của tốc

đồ cho phép tìm được mô hình tốc độ tương ứng

Khi đó, tác giả đã nhấn mạnh rằng đối với môi trường địa chất phức tạp baogồm nhiều vùng khác nhau bởi vận tốc truyền sóng và cả bởi kích thước của vùng,việc nghiên cứu trường độ lệch thời gian truyền sóng địa chấn so với tốc đồ chuẩn

có thể được tiến hành đối với các vùng riêng biệt của lãnh thổ này Kết quả sẽ nhậnđược các đường cong phụ thuộc tpi’ = f(∆) tương ứng đối với từng vùng phân chia

Phương pháp được áp dụng bởi tác giả các công trình [10-12] có ưu điểm nổibật là nó cho khả năng xác định lát cắt tốc độ đối với môi trường nhiều lớp bất kỳ,thậm chí đối với cả môi trường mà trong nó bao gồm các khối riêng biệt khác nhaubởi tốc độ lan truyền của sóng địa chấn cũng như bởi kích thước

Tác giả đã tiến hành tìm cực tiểu của hàm mục tiêu F từ phương trình (1) theophương pháp Monte-carlo, là một trong những phương pháp mô hình thống kê, dựatrên ý tưởng điều khiển “ô đen” Nó được áp dụng trong các trường hợp khi mà việcxây dựng mô hình tương tự là khó khăn hoặc hoàn toàn không thể thực hiện được,

ví dụ khi giải các nhiệm vụ lý thuyết phức tạp và hàng loạt các nhiệm vụ khác liênquan đến việc nghiên cứu các quá trình ngẫu nhiên

có thể xác định được mô hình tốc độ với các tham số Vi, hi, H (Vi, hi – vận tốc vàchiều dày tương ứng của các lớp trong vỏ Trái đất)

23

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

Theo phương pháp được tiến hành bởi tác giả, việc cực tiểu hoá hàm mục tiêu

F có thể tiến hành theo các phương án khác nhau tuỳ thuộc vào việc lựa chọn hoặc

đồng thời tất cả các tham số Vi, hi, H; hoặc riêng biệt từng tham số trong chúng Kếtquả của việc lựa chọn như vậy sẽ chỉ ra sự trùng hợp hơn cả giữa các tốc đồ thựcnghiệm và tốc đồ lý thuyết

Khi đó, tác giả các công trình [10 - 12] đã thực hiện việc nghiên cứu trường độlệch về thời gian truyền sóng theo quan hệ với tốc đồ chuẩn bất kì để tìm được một

mô hình tốc độ phù hợp nhất với các tài liệu quan sát Chẳng hạn như trong côngtrình [12], tác giả đã sử dụng mô hình chuẩn nhận được trong công trình [24] để tínhtoán

Khi đó, áp dụng phương pháp nêu trên với 196 trận động đất khu vực Tây Bắcđến năm 1998 với magnitude M ≥ 2.5 tác giả đã xác định được đường cong phụthuộc của thời gian truyền sóng P (đã được hiệu chỉnh theo quan hệ với tốc đồchuẩn) vào khoảng cách chấn tâm ∆ như sau:

tp’ = 0.138 ∆ + 6.35Như vậy, có thể thấy do được tính toán và lựa chọn theo chu trình lặp nhiềulần với việc tính đến các phương án sử dụng các mô hình lát cắt vận tốc khác nhau,đặc biệt do sự phù hợp với các chu kỳ số liệu quan sát địa chấn khác nhau, mô hìnhlát cắt tốc độ trung bình và họ các tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng đã nhậnđược trong các công trình [10 - 12] có thể sử dụng trong thực tế địa chấn Việt Nam

để xác định các tham số cơ bản của chấn tâm động đất Việt Nam với độ chính xáccao

Cần thấy rằng giành nhiều quan tâm đến việc nghiên cứu xây dựng các môhình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất lãnh thổ Việt Nam còn cótác giả Đinh Văn Toàn [2 - 5] Trong nghiên cứu gần đây nhất trên cơ sở hợp tác vớiĐại học Texas (Mỹ) thông qua đo đạc và phân tích 02 tuyến thăm dò địa chấn sâu,tác giả này cũng đã xây dựng được mô hình cấu trúc vận tốc truyền sóng địa chấntrong vỏ Trái đất [3]

Trong công trình [3] tập thể tác giả đã xây dựng mặt cắt sóng dưới tuyến đoThái Nguyên – Hòa Bình Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu này là máy ghi địachấn chuyên dụng Reftek - 125 do hãng Refraction Technology (Mỹ) chế tạo vàđược phòng thí nghiệm Địa Vật Lý J.Miller thuộc trường Đại học Texas ở E1 Pasocung cấp Có 200 máy được bố trí dọc tuyến đo với khoảng cách thay đổi trung bìnhtrong khoảng từ 500 m đến 1000 m, phụ thuộc vào điều kiện địa phương Đây làloại máy gọn nhẹ, có dải động học đến 24bit và không cần dây cáp nối giữa các máythu Mật độ ghi tín hiệu được thực hiện là 250 mẫu/giây Để tạo sóng địa chấn trêntuyến đo đã tiến hành 6 vụ nổ mìn tại 3 vị trí, mỗi vị trí có 2 vụ nổ trong các lỗkhoan đường kính lớn từ 220 mm đến 300 mm, sâu từ 26 đến 32 m Do phân bố dân

cư dọc theo tuyến đo không cho phép tiến hành các vụ nổ đầu mút Tây Nam xấp xỉ80km Lượng thuốc nổ sử dụng cho các vụ nổ đầu

Dựa trên kinh nghiệm của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực địa chấn dò sâu,khoảng thời gian truyền sóng được lựa chọn trong phép hiệu chỉnh này là cửa sổ 5-6giây

Trong xử lý số liệu địa chấn một số tác giả khác thường sử dụng phương phápquét vận tốc, với những giá trị vận tốc khác nhau, theo công thức tổng quát:

T

2

2

Trong đó: T- thời gian truyền sóng địa chấn từ nguồn phát đến máy thu;

T0 - thời gian truyền sóng địa chấn pháp tuyến ngay dưới điểm nổ; X - khoảng cách giữa nguồn phát và thu sóng;

V = 6.0 km/s – vận tốc truyền sóng địa chấn trung bình trong lớp vỏlục địa phần phía trên vỏ Trái đất

Phương pháp quét vận tốc tương đối hiệu quả đối với vùng có cấu trúc địachất phức tạp, bởi nó cho khả năng lựa chọn gần như trực tiếp giá trị vận tốc phùhợp với từng ranh giới địa chấn tồn tại trong vùng nghiên cứu Bằng phương pháp

25

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

quét vận tốc, đặc điểm phân dị trường sóng theo phương nằm ngang trong nhiềutrường hợp cũng được phản ánh tốt hơn

Theo phương pháp mô hình hóa được áp dụng bới tác giả công trình [3] trên cơ

sở lý thuyết tia, thời gian sóng tới các máy thu theo đường truyền tia L được tínhtheo công thức:

i là thời gian truyền sóng địa chấn từ nguồn phát đến máy thu,

Li và Vi là độ dài đoạn tia và vận tốc sóng P trong khối cấu trúc thứ

i của mô hình cấu trúc,

n – số khối của mô hình

Phương pháp bình phương tối thiểu cần sử dụng trong những trường hợp cầnthiết của phép mô hình hóa, theo đó thời gian truyền sóng lý thuyết từ nguồn phátđến máy thu được điều chỉnh theo công thức:

Trong đó: t0

là 0,38s, đến mặt giữa vỏ là 4,45s và đến mặt sâu nhất dự đoán Moho đạt

26

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

6,56s Với việc sử dụng phần mềm Seismic Unix theo phương thức đối thoại người– máy các tác giả của công trình [3] đã xác định được chiều dày và vận tốc sóng P trong các lớp như trên hình 1.2

Vận tốc sóng P trong vỏ Trái đất theo bài toán 1D

Hình 1.2 Kết quả xác định lát cắt vận tốc trong vỏ Trái đất theo tác giả công trình [3]

Qua kết quả tính toán của tác giả công trình [3] cho thấy dưới tuyến đo TháiNguyên – Hòa Bình độ sâu móng kết tinh tăng dần từ La Hiên khoảng 2,6 km đếnkhoảng 4 km tại khu vực thị xã sông Công Vận tốc truyền sóng địa chấn trong phầnmềm trên của lớp trầm tích tại đây đạt 4,6 km/s, còn lại phần dưới của lớp đạt đếnxấp xỉ 6,0 km/s Tiếp theo đoạn từ Phổ Yên đến 64 km dọc theo tuyến đo thuộchuyện Tam Dương (Vĩnh Phúc) bề mặt móng kết tinh chìm rất từ từ và đạt đến độsâu 1,5 km ở khu vực Tam Dương Ngay sau điểm này chỉ vài km tiếp về phía nam,móng kết tinh lại sụt rất nhanh đến xấp xỉ 3,5 km Vị trí sụt lún này tương ứng vớiphần không gian phân bố đới đứt gãy Vĩnh Ninh Kể từ đây về phía nam mặt móngkết tinh lại nâng lên từ từ và độ sâu chỉ còn khoảng 1,5 km tại khu vực thành phốHòa Bình Vận tốc truyền sóng địa chấn trung bình trong phần trên và phần dướicủa lớp trầm tích tại đoạn này đều nhỏ hơn so với đoạn phía Bắc, đạt 4,1 km/s và

Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn

6,1 km/s ở phía bắc đến 6,15 km/s tại khu vực dưới khối Phổ Yên – Tam Đảo và 6,2km/s tại đoạn phía nam tuyến đo Phần dưới của lớp granit vận tốc trung bình đạt6,4 km/s trên toàn tuyến Bề mặt moho tại khu vực La Hiên đạt 30,6 km, nâng dầnlên phía nam và đạt đến 28,5 km tại khu vực thành phố Thái Nguyên Vùng có mặtMoho nâng lên cao nhất xấp xỉ 27 km là đoạn từ khu vực đứt gãy Vĩnh Ninh tạihuyện Tam Dương đến lân cận phía nam của đới đứt gãy sông Hồng tại huyện PhúcThọ Tại đoạn phía nam tuyến đo, mặt này lại tiếp tục chìm dần đến 29,7 km tại khuvực nam thành phố Hòa Bình Vận tốc truyền sóng địa chấn trong lớp basalt phảnánh đồng nhất ở phần trên là 6,6 km/s, còn phần dưới đạt đến 7,0 km/s tại bề mặtMoho

Từ những phân tích và kết quả cụ thể của tác giả nêu trên cho thấy mô hìnhcấu trúc vận tốc sóng P mà tập thể tác giả bước đầu xây dựng còn khá đơn giảnnhưng nhìn chung vẫn phản ánh tương đối trung thực chiều sâu trung bình từngđoạn của ranh giới cơ bản trong vỏ Trái đất dưới tuyến đo; Phân tích các băng sóngđịa chấn sau khi xử lý cũng cho thấy: ngoài sóng phản xạ sử dụng tính toán mô hìnhnêu trên, nhiều mặt cắt sóng phản ánh khá tốt sóng khúc xạ So với các kết quảnghiên cứu bằng sử dụng tài liệu trọng lực trong vài năm gần đây thì vỏ Trái đấttheo kết quả địa chấn mỏng hơn từ 2 km đến khoảng hơn 4 km tại một số vị trítuyến đo

1.2 Tình hình nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc vỏ Trái đất ở miền Trung – Việt Nam.

Đối với khu vực miền Trung - Việt Nam, các công trình nghiên cứu của cáctác giả mới dừng lại ở việc nghiên cứu tầng trên của lớp vỏ; đó là tầng Đệ tứ Tuynhiên, các nghiên cứu này lại rất chi tiết, có tính chính xác cao Dưới đây xin giớithiệu một số công trình nghiên cứu về trầm tích Đệ tứ ở khu vực này[1, 6, 18] Cáctác giả [1, 6, 18]chủ yếu đã áp dụng phương pháp địa chấn nông phân giải cao(ĐCNPGC) trong nghiên cứu của mình