CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG
3.2. Kết quả tính tốn xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn theo các tà
tài liệu động đất đối với khu vực miền Trung Việt Nam
Trên cơ sở phương pháp đã trình bày ở trên, chúng tơi đã tiến hành tính tốn và xây dựng được các tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn theo từng loại sóng
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
khác nhau đối với miền Trung Việt Nam. Trên hình 3.5 trình bày các kết quả tính tốn các tốc đồ thời gian truyền sóng trung bình của các sóng P, Pg, Pn và S, Sg, Sn tương ứng đối với khu vực miền Trung Việt Nam với các cặp số liệu thực nghiệm của các nhánh tương ứng được trình bày tại bảng 3.2.
Hình 3.5: Tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn trung bình đối với khu vực miền Trung, Việt Nam
Các phương trình tốc đồ thời gian truyền sóng trung bình cho các sóng khác nhau đối với khu vực miền Trung Việt Nam có dạng như sau:
Đối với sóng P: T = 0.129*X + 3.143 với hệ số tương quan R = 0.999 Đối với sóng Pg: T = 0.173*X + 0.498 với hệ số tương quan R = 0.999 Đối với sóng Pn: T = 0.132*X + 3.412 với hệ số tương quan R = 0.999 Đối với sóng S: T = 0.264*X - 11.8 với hệ số tương quan R = 0.997 Đối với sóng Sg: T = 0.302*X + 0.501 với hệ số tương quan R = 0.999 Đối với sóng Sn: T = 0.217*X + 13.533 với hệ số tương quan R = 1.0 Có thể coi các tốc đồ này là các tốc đồ thời gian truyền sóng trung bình đối với khu vực miền Trung Việt Nam vì chúng vừa thỏa mãn các điều kiện của bài
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
tốn lý thuyết, vừa đảm bảo tính chất vật lý của từng loại sóng (như đã trình bày ở trên), mà lại gần đúng nhất với các tốc đồ thực nghiệm đã quan sát được đối với khu vực xem xét.
Như vậy, trên cơ sở quá trình xử lý và hiệu chỉnh các số liệu về thời gian truyền sóng thực tế đối với các trận động đất khu vực miền Trung, Việt Nam và lân cận theo số liệu quan sát từ các trạm địa chấn miền Trung và trong khu vực xung quanh, bằng phương pháp gần đúng liên tiếp, đã xây dựng được các đồ thời gian truyền sóng địa chấn trung bình đối với khu vực miền Trung, Việt Nam cho các loại sóng khác nhau. Chúng vừa thỏa mãn các điều kiện của bài tốn lý thuyết, vừa đảm bảo tính chất vật lý của từng loại sóng, mà lại gần đúng nhất với các tốc đồ thực nghiệm đã quan sát được đối với khu vực miền Trung. Dựa trên các tốc đồ này có thể xây dựng mơ hình lắt cắt vận tốc truyền sóng địa chấn tương ứng cho khu vực miền Trung, Việt Nam.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
Bảng 3.2. Các cặp số liệu thực nghiệm của các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn tƣơng ứng đối với khu vực miền Trung, Việt Nam
Stt Nhánh sóng P Nhánh sóng PG Nhánh sóng PN Nhánh sóng S Nhánh sóng SG Nhánh sóng SN 1 ID X T ID X T ID X T ID X T ID X T ID X T 2 367 282.43 47.23 1282 365.20 63.85 237 171.60 26.87 60418 383.90 91.24 709 333.30 100.39 1869 601.70 144.55 3 789 497.31 54.67 3959 75.90 14.34 1915 643.50 88.30 17216 358.60 82.59 777 423.50 128.65 3199 949.30 220.23 4 1027 489.83 55.98 4123 69.30 11.66 3251 429.00 59.96 17220 496.10 119.58 1920 603.90 181.96 3253 5 4631 585.23 78.43 4132 258.50 45.10 3965 256.30 37.58 3492 420.20 128.13 3725 6 6591 920.57 136.65 4153 66.00 12.61 3968 430.10 60.05 3572 421.30 127.35 5585 7 8126 950.17 139.12 4156 234.30 40.69 3970 430.10 60.05 3752 429.00 130.50 17277 8 5027 423.50 73.96 4389 440.00 60.99 3808 60.50 19.69 9 6476 66.00 12.53 5583 418.00 57.97 3964 225.50 68.34 10 6630 259.60 45.10 6486 402.60 56.51 4116 236.50 72.40 11 6779 244.20 42.25 6778 244.20 35.08 4154 66.00 20.65 12 6788 459.80 81.04 6826 496.10 69.64 4390 440.00 134.35 13 6986 280.50 48.90 10567 427.90 59.96 4572 589.60 180.31 14 7099 61.60 11.40 12111 390.50 55.21 6477 66.00 20.04 15 12768 289.30 50.28 12775 415.80 57.80 6791 543.40 166.06 16 12776 415.80 73.35 12809 322.30 45.36 7100 61.60 19.09 17 18539 276.10 48.56 12818 328.90 46.57 12760 432.30 130.29 18 32300 319.61 56.29 14494 173.80 26.96 13087 509.30 154.22 19 14500 359.70 51.14 22743 401.50 122.60 20 16338 751.30 102.90
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
CHƢƠNG 4
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN TỐC TRUYỀN SĨNG ĐỊA CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT NAM.
Trên cơ sở các tốc đồ thời gian truyền sóng thực nghiệm trung bình đối với khu vực miền Trung Việt Nam và lân cận chúng tơi tiến hành tính mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất cho khu vực này nhờ chương trình đã được thiết lập bởi các tác giả Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương theo phương pháp đã trình bày ở trên.
Các số liệu được sử dụng trong tính tốn là các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn đã được xây dựng ở chương 3 (bảng 3.2, hình 3.5)
4.1. Giới thiệu về chƣơng trình tính mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất.
Chương trình tính tốn có một giao diện duy nhất được trình bày trên hình 4.1.
Hình 4.1. Giao diện của chương trình tính mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
Các chú thích cho hình 4.1:
(1) - Lựa chọn tên file dữ liệu đầu vào: khi cần xử lý với nhiều trường hợp khác nhau, có thể chuyển các file input khác nhau để khơng phải mất công sửa trực tiếp ở phần dữ liệu đầu vào
(2) - Bổ sung thêm file dữ liệu đầu vào: dùng để tạo file mới và lưu toàn bộ dữ liệu đang sử dụng ở phần input vào file đó.
(3) - Xóa file dữ liệu đầu vào (file đang được chọn ở ô cửa sổ (1)) (4) - Xử lý dữ liệu đầu vào
(5) - Lưu kết quả ở đầu ra dạng hình ảnh ở cửa (9) vào ổ cứng.
(6) - Mở file kết quả xử lý được, bao gồm phần mô tả các nhánh của tốc đồ thời gian truyền sóng, các lớp với các giá trị vận tốc trong chúng và sai số tương ứng. (7) - Giá trị vận tốc so sánh (V1): khi chạy chương trình, sẽ sử dụng tốc đồ thời gian truyền sóng (là đồ thị tương quan giữa khoảng cách và thời gian). Do vận tốc truyền sóng (ví dụ sóng p) giữa các lớp thay đổi trong khoảng từ khoảng 5.0 đến 8.0 km/s; nếu vẽ đồ thị t = f(x) thì nhìn vào đồ thị sẽ khó phân biệt và đánh giá về vận tốc. Vì thế, thay cho việc vẽ vẽ đồ thị t = f(x) sẽ vẽ đồ thị X = f(TR); với TR được xác định bằng T - X/V1, do đó mỗi tốc đồ được vẽ ra sẽ có độ dốc riêng của mình, nó thể hiện rõ hơn sự chênh lệch, và nhìn qua có thể biết vận tốc các nhánh lớn hơn hay nhỏ hơn V1. Đối với dữ liệu đầu vào là thời gian và quãng đường truyền của sóng P, V1 thường được chọn khoảng = 8 km/s.
(8) - Tự xếp lại thứ tự cho các nhánh của tốc đồ thời gian truyền sóng: Nói chung, các nhánh càng xuống sâu hơn thì vận tốc càng lớn hơn. Nếu các nhánh bị sếp sai thứ tự, chương trình sẽ khơng tìm ra đúng được mơ hình lát cắt vận tốc. Chức năng tự sắp xếp lại thứ tự cho các nhánh của chương trình tại ơ cửa sổ số (8) giúp cho người sử dụng chương trình dễ dàng hơn trong việc sắp xếp thứ tự các nhánh mà khơng cần phải thay đổi hồn tồn số liệu của các nhánh. Sau khi sắp xếp lại, thứ tự của các nhánh được sắp xếp sẽ được hiển thị ở ô cửa sổ “11”
(9) - Cửa sổ hiển thị mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn với các lớp tương ứng trong vỏ Trái đất.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
(10) - Dữ liệu đầu vào: Là bảng dữ liệu các cặp (Xi, Ti) tương ứng của tất cả các
nhánh. Dữ liệu này có thể chỉnh sửa tại excel và copy qua lại vào ô cửa sổ nhập dữ liệu (10) của chương trình này.
4.2. Tính tốn các mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam. vực miền Trung Việt Nam.
Trên cơ sở các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng P và sóng S cho khu vực miền Trung (Hình 3.5, bảng 3.2), chúng tơi đã tiến hành tính mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất theo từng loại sóng tương ứng đối với khu vực nói trên. Q trình tính tốn được minh họa tại các hình từ hình 4.2 đến hình 4.7.
Các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng P và sóng S khu vực miền Trung có dạng như các bảng 3.2 và được hiển thị trên các giao diện của chương trình tính như các hình 4.2 – 4.7.
Các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng P
Hình 4.2: Giao diện đầu vào của chương trình tính tốn khi sử dụng thời gian truyền sóng P.
Cần lưu ý rằng giá trị Tr(reduction) trên hình 4.2 là giá trị được tính bằng cơng thức sau:
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn r X T T V
Trong đó, Vr là giá trị trung bình của vận tốc sóng địa chấn P hoặc S tương ứng được sử dụng ở đầu vào của chương trình tính tốn (giá trị ở ô cửa sổ số 7 của giao diện chương trình trên hình 4.1)
Thường đối với sóng P, chúng tơi chọn Vr = 8.0 km/s; cịn với sóng S chúng tơi chọn Vr = 5.0 km/s
Hình 4.3: Giao diện đầu ra của chương trình tính tốn khi sử dụng thời gian
truyền sóng P.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
Các nhánh tốc đồ thời gian truyền sóng S
Hình 4.5: Giao diện đầu vào của chương trình tính tốn khi sử dụng thời gian truyền sóng S.
Hình 4.6: Giao diện đầu ra chương trình tính tốn khi sử dụng thời gian truyền của sóng S
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
Hình 4.7: Giao diện kiểm tra kết quả tính tốc đồ thời gian truyền sóng S ở đầu ra của chương trình.
Với các bước tính tốn như trên, chúng tơi đã xây dựng được các mơ hình vận tốc truyền sóng P và sóng S trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam, chúng được trình bày trên hình 4.8.
V (km /s) -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 H ( k m ) P S
Hình 4.8. Các mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất đối với khu vực miền Trung. S)Mơ hình vận tốc sóng S; P) Mơ hình vận tốc sóng P.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
Phân tích các kết quả trên hình 4.8 ta thấy mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam gồm 3 lớp với vận tốc truyền sóng P, sóng S và chiều dày các lớp tương ứng như trong bảng 4 và hình 4.8.
Bảng 4
Các mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung và lân cận Mơ hình sóng P Mơ hình sóng S H(km) V(km/s) H(km) V(km/s) 0 5.71 0 3.11 4.23 5.71 3.45 3.11 4.23 6.8 3.45 3.31 18.31 6.8 19.94 3.3 18.31 7.55 19.94 3.63 40.1 7.58
So sánh mơ hình vận tốc sóng P với mơ hình vận tốc sóng S ta thấy có sự tương đồng rất rõ rệt cả về số lớp trong vỏ Trái đất cũng như độ sâu ranh giới (hay là chiều dày của các lớp) trong nó. Ví dụ, từ hình 4.3 cho thấy cả 2 mơ hình vận tốc sóng P và sóng S của khu vực này đều phản ánh 3 lớp với các độ sâu ranh giới tương ứng H1 ~ 3.45 - 4.23 km; H2 ~ 18.31- 19.94 km; H3 > 20 km. Sự tương đồng này vừa chứng tỏ mức độ chính xác của các tập số liệu được sử dụng trong tính tốn vừa chứng tỏ tính đúng đắn của các mơ hình cấu tạo vỏ Trái đất được xây dựng cho khu vực miền Trung. Như vậy các mơ hình này có thể sử dụng như là các mơ hình vận tốc trung bình cho khu vực miền Trung.
Cần lưu ý rằng, ngoài kết quả dạng sơ đồ như trên hình 4.8, chương trình tính tốn cịn cho kết quả dạng bảng số liệu (hình 4.9), nó cho thấy số liệu đầu ra chính xác với sai số của số liệu đầu vào, giúp ta có cơ sở để hiệu chỉnh lại số liệu khi cần thiết.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
Hình 4.9. Ví dụ về kết quả của chương trình ở dạng file text với các bảng số liệu
So sánh mơ hình này với các mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất đã nhận được trước đây bởi các tác giả của cơng trình [8, 9, 24, 29 - 31] cho thấy mơ hình này phù hợp với các kết quả của những nghiên cứu trước đây về số lớp trong vỏ Trái đất. Tuy nhiên, có sự khác biệt về vận tốc và chiều dày của các lớp trong vỏ Trái đất là do sự khác biệt về đặc điểm địa chất địa vật lý của mơi trường truyền sóng thực tế trong khu vực miền Trung và lân cận.
Có thể nói đây là mơ hình lần đầu tiên được xây dựng cho khu vực miền Trung Việt Nam trên cơ sở tập hợp số liệu địa chấn quan sát tương đối đầy đủ với
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
quá trình xử lý số liệu rất chi tiết, bài bản và hầu hết xử lý tự động bằng các chương trình máy tính chun dụng. Do đó, nó có độ tin cậy khá cao.
Như vậy, trên cơ sở quá trình xử lý và hiệu chỉnh các số liệu về thời gian truyền sóng thực tế đối với 275 sự kiện thuộc khu vực miền Trung Việt Nam và lân cận theo số liệu quan sát từ các trạm địa chấn Việt nam và trong khu vực xung quanh đã nhận được các nhánh khác nhau của tốc đồ thời gian truyền sóng thực nghiệm. Bằng phương pháp gần đúng liên tiếp, đã xây dựng được 3 nhánh của các đồ thời gian truyền sóng địa chấn trung bình đối với khu vực miền Trung Việt Nam theo các loại sóng khác nhau. Chúng vừa thỏa mãn các điều kiện của bài toán lý thuyết, vừa đảm bảo tính chất vật lý của từng loại sóng, mà lại gần đúng nhất với các tốc đồ thực nghiệm đã quan sát được đối với khu vực miền Trung Việt Nam và lân cận. Trên cơ sở các tốc đồ này đã xây dựng được mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất cho khu vực miền Trung Việt Nam và các vùng lân cận. Các mơ hình vận tốc sóng P và sóng S của khu vực miền Trung có sự tương đồng rất rõ rệt cả về số lớp trong vỏ Trái đất cũng như độ sâu ranh giới (hay là chiều dày của các lớp) trong nó. Điều đó vừa chứng tỏ mức độ chính xác của các tập số liệu được sử dụng cho tính tốn vừa chứng tỏ tính đúng đắn của các mơ hình cấu tạo vỏ Trái đất được xây dựng cho khu vực miền Trung. Như vậy các mơ hình này có thể sử dụng như là các mơ hình vận tốc trung bình cho khu vực miền Trung.
Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn
KẾT LUẬN
1. Trên cơ sở sử dụng các số liệu về thời gian truyền sóng P và sóng S, thu được từ các băng ghi động đất, bằng phương pháp gần đúng liên tiếp, đã xây dựng được 3 nhánh của các đồ thời gian truyền sóng địa chấn trung bình đối với khu vực miền Trung Việt Nam theo các loại sóng khác nhau.
2. Xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng và xác định mơ hình vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất riêng cho khu vực miền Trung Việt Nam được tiến hành một cách bài bản theo một phương pháp luận thống nhất với việc sử dụng một tập hợp phong phú, đầy đủ các số liệu về thời gian truyền sóng P và sóng S. Đây cũng là lần đầu tiên mơ hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất của khu vực miền Trung được xây dựng đồng thời theo cả hai loại sóng địa chấn (sóng dọc P sóng ngang S), cho phép so sánh để lựa chọn mơ hình tối ưu và đánh giá độ tin