Luận Văn Thạc Sĩ Về Đánh Giá Vi Địa Chấn Và Ứng Dụng Vi Phân Vùng Động Đất Tại Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá đặc điểm vi địa chấn áp dụng vi phân vùng động đất thành phố hà nội, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện

• Tác giả: Nguyễn Tiến Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tử Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
• Đề tài: Đánh Giá Đặc Điểm Vi Địa Chấn, Áp Dụng Vi Phân Vùng Động Đất Thành Phố Hà Nội
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM DAO ĐỘNG VI ĐỊA CHẤN
• 1.1. Miền thời gian - Dao động hạt. Miền tần số - tỷ số phổ H/V
• 1.2. HVSR của DĐVĐC và HVSR sóng S của động đất
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT
• 2.1. Khái niệm về vi phân vùng động đất
• 2.2. Sự khuếch đại sóng địa chấn qua lớp phủ. Các phương pháp vi phân vùng động đất
• 2.3. Nghiên cứu vi phân vùng động đất trên thế giới
• 2.4. Nghiên cứu vi phân vùng động đất tại Việt Nam
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP, CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG DAO ĐỘNG VI ĐỊA CHẤN PHỤC VỤ VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT
• 3.1. Khái niệm về dao động vi địa chấn. Xác định chu kỳ trội của dao động vi địa chấn
• 3.2. Đánh giá chiều dầy lớp phủ nông theo số liệu đo DĐVĐC
• 4. CHƯƠNG 4: VI PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI
• 4.1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu
• 4.2. Đặc điểm địa chất công trình
• 4.3. Tính địa chấn khu vực nghiên cứu và lân cận
• 4.4. Thu nhận và xử lý số liệu
• 4.5. Minh giải số liệu
• 4.6. Thảo luận kết quả
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Đặc điểm dao động vi địa chấn

Đặc điểm của địa chấn tại Hà Nội được nghiên cứu thông qua các dao động vi địa chấn. Các dao động này chủ yếu được tạo ra từ các hoạt động tự nhiên và nhân tạo như gió, giao thông và động đất. Theo Nakamura (1989, 2000, 2007), thành phần của dao động vi địa chấn biến đổi trên các dải tần khác nhau. Đặc biệt, sóng S chiếm ưu thế trong miền tần số trội, trong khi sóng Rayleigh lại tập trung ở tần số cao hơn. Việc phân tích các dao động hạt cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các sóng S và sóng Rayleigh, từ đó giúp xác định các đặc điểm của động đất trong khu vực. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc hiểu rõ về các dao động này là rất quan trọng trong việc đánh giá rủi ro động đất tại Hà Nội.

1.1 Miền thời gian Dao động hạt

Dao động hạt của sóng Rayleigh và sóng S được phân tích để xác định thành phần cấu tạo của địa chấn. Các nghiên cứu cho thấy rằng dao động hạt của sóng S chủ yếu theo phương ngang, trong khi sóng Rayleigh chủ yếu theo phương đứng. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu xác định được các đặc điểm của địa chất khu vực. Kết quả từ các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng sự khuếch đại của địa chấn tại miền tần số trội có thể được mô phỏng bằng các phương trình hàm truyền sóng S, điều này khẳng định vai trò quan trọng của sóng S trong việc phân tích động đất.

1.2 Miền tần số HVSR

Phân tích tần số HVSR cho thấy sự tương đồng giữa địa chấn và sóng S. Sự khuếch đại của HVSR cho thấy rằng sóng S có thể tạo ra các dao động mạnh hơn so với sóng Rayleigh. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá rủi ro động đất tại Hà Nội. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại miền tần số trội, sự khuếch đại của DĐVĐC lớn hơn so với sóng S, điều này cho thấy rằng các sóng S có thể ảnh hưởng đến các dao động vi địa chấn. Kết quả này cung cấp thông tin quý giá cho việc xây dựng các mô hình dự báo động đất trong tương lai.

II. Nghiên cứu vi phân vùng động đất

Vi phân vùng động đất là một phương pháp quan trọng trong việc đánh giá địa chấn tại Hà Nội. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp vi phân vùng động đất có thể giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao hơn về động đất. Các phương pháp như khoan thăm dò và đo địa chấn phản xạ đã được sử dụng để thu thập dữ liệu. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng phương pháp đo DĐVĐC là hiệu quả nhất trong việc thực hiện vi phân vùng động đất. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí so với các phương pháp khác.

2.1 Khái niệm về vi phân vùng động đất

Vi phân vùng động đất là quá trình phân tích và đánh giá các đặc điểm của địa chấn trong một khu vực cụ thể. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp vi phân vùng động đất có thể giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao hơn về động đất. Các phương pháp như khoan thăm dò và đo địa chấn phản xạ đã được sử dụng để thu thập dữ liệu. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng phương pháp đo DĐVĐC là hiệu quả nhất trong việc thực hiện vi phân vùng động đất.

2.2 Nghiên cứu vi phân vùng động đất tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu vi phân vùng động đất đã được thực hiện từ những năm 90 của thế kỷ trước. Các nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp đo DĐVĐC theo phương pháp phân tích tỉ số phổ H/V đã mang lại kết quả khả quan. Kết quả từ các nghiên cứu này đã giúp xác định được các khu vực có nguy cơ cao về động đất, từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

III. Phương pháp cơ sở lý thuyết sử dụng dao động vi địa chấn

Phương pháp sử dụng dao động vi địa chấn trong nghiên cứu vi phân vùng động đất đã được chứng minh là hiệu quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xác định chu kỳ trội của dao động vi địa chấn là rất quan trọng trong việc đánh giá địa chấn. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp này có thể giúp xác định được chiều dày lớp phủ nông, từ đó đưa ra các nhận định chính xác về động đất trong khu vực.

3.1 Khái niệm về dao động vi địa chấn

Dao động vi địa chấn là những dao động có biên độ nhỏ trên mặt đất, thường được tạo ra từ các hoạt động tự nhiên và nhân tạo. Việc hiểu rõ về dao động vi địa chấn là rất quan trọng trong việc đánh giá địa chấn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xác định chu kỳ trội của dao động vi địa chấn có thể giúp xác định được các đặc điểm của động đất trong khu vực.

3.2 Đánh giá chiều dày lớp phủ nông

Đánh giá chiều dày lớp phủ nông là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu vi phân vùng động đất. Kết quả từ các nghiên cứu cho thấy rằng chiều dày lớp phủ nông có thể ảnh hưởng đến các dao động vi địa chấn. Việc xác định chiều dày lớp phủ nông không chỉ giúp đánh giá địa chấn mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc xây dựng các mô hình dự báo động đất.

IV. Vi phân vùng động đất thành phố Hà Nội

Vi phân vùng động đất tại thành phố Hà Nội đã được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp đo DĐVĐC đã mang lại những thông tin quý giá về địa chấn trong khu vực. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc phân tích số liệu thu thập được có thể giúp xác định được các khu vực có nguy cơ cao về động đất.

4.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu tại thành phố Hà Nội có nhiều đặc điểm địa chất đặc biệt. Việc hiểu rõ về các đặc điểm này là rất quan trọng trong việc đánh giá địa chấn. Kết quả từ các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khu vực này có nguy cơ cao về động đất, từ đó cần có các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

4.2 Thu nhận và xử lý số liệu

Việc thu nhận và xử lý số liệu là một phần quan trọng trong nghiên cứu vi phân vùng động đất. Các phương pháp thu thập số liệu đã được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Kết quả từ việc xử lý số liệu đã giúp xác định được các khu vực có nguy cơ cao về động đất, từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vi địa chấn là những dao động có biên độ rất nhỏ trên mặt đất, phát sinh từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo như gió, sóng biển, giao thông và động đất. Thành phần chủ yếu của dao động vi địa chấn (DĐVĐC) được xác định là sóng mặt, đặc biệt là sóng Rayleigh và sóng S. Tại thành phố Hà Nội, một khu vực có mức độ hoạt động địa chấn trung bình với nhiều trận động đất có cường độ từ cấp IV đến cấp VIII, việc đánh giá đặc điểm vi địa chấn và vi phân vùng động đất là rất cần thiết để giảm thiểu rủi ro thiên tai. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng phương pháp phân tích tỉ số phổ dao động ngang và đứng (HVSR) của Nakamura để xác định chu kỳ trội và đặc điểm khuếch đại nền đất tại 93 điểm đo DĐVĐC trên địa bàn thành phố.

Mục tiêu chính của luận văn là kiểm chứng giả thiết về thành phần dao động vi địa chấn quanh miền tần số trội, thực hiện vi phân vùng động đất cho thành phố Hà Nội dựa trên số liệu DĐVĐC, đồng thời đánh giá chiều dày lớp phủ trầm tích qua dữ liệu vi địa chấn và so sánh với số liệu khoan địa chất công trình. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ khu vực thành phố Hà Nội với tọa độ từ 20º52’N đến 21º14’N và kinh độ từ 105º42’E đến 106º02’E, trong giai đoạn thu thập số liệu từ năm 2008 đến 2010.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp bản đồ phân bố chu kỳ trội nền đất và chiều dày lớp phủ, giúp xác định các vùng có nguy cơ động đất cao, hỗ trợ công tác quy hoạch xây dựng và thiết kế công trình chịu động đất theo tiêu chuẩn quốc gia. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết về đặc điểm dao động vi địa chấn tại khu vực đồng bằng sông Hồng, đồng thời phát triển phương pháp vi phân vùng động đất phù hợp với điều kiện địa chất Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

1. Giả thiết của Nakamura về thành phần dao động vi địa chấn: Theo đó, dao động vi địa chấn quanh miền tần số trội chủ yếu là dao động ngang giống sóng S, trong khi dao động quanh vùng lõm của phổ HVSR chủ yếu là dao động đứng giống sóng Rayleigh. Giả thiết này được kiểm chứng thông qua phân tích dao động hạt và so sánh với mô hình mô phỏng hàm truyền sóng S và tính elip sóng Rayleigh.

2. Mô hình 2 lớp đơn giản về truyền sóng địa chấn qua lớp phủ: Mô hình gồm một lớp trầm tích yếu phủ lên đá gốc rắn chắc, với chiều dày D và vận tốc truyền sóng ngang Vs. Tần số trội fr liên hệ với chiều dày lớp phủ theo công thức $D = a f_r^b$, trong đó hệ số a, b được xác định từ dữ liệu thực nghiệm. Mô hình này giúp đánh giá chiều dày lớp phủ dựa trên chu kỳ trội của DĐVĐC.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Dao động vi địa chấn (DĐVĐC): Dao động nhỏ trên mặt đất, biên độ dịch chuyển khoảng 0,1-1 µm, vận tốc 0,001-0,01 cm/s.
• Tỉ số phổ H/V (HVSR): Tỉ số phổ dao động ngang và dao động đứng, dùng để xác định chu kỳ trội nền đất.
• Chu kỳ trội (T0): Chu kỳ tại đỉnh trội của phổ HVSR, phản ánh đặc tính khuếch đại nền đất.
• Gia tốc đỉnh (PGA): Giá trị gia tốc lớn nhất đo được trong một trận động đất, dùng để đánh giá mức độ nguy hiểm động đất.
• Vi phân vùng động đất: Phân chia khu vực nghiên cứu thành các vùng có đặc điểm địa chấn khác nhau dựa trên dữ liệu DĐVĐC.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

• Số liệu vi địa chấn: 93 điểm đo DĐVĐC tại Hà Nội, trong đó 24 điểm gần các lỗ khoan địa chất, thu thập trong giai đoạn 2008-2010 bằng hệ thống máy ghi DĐVĐC Servo của Tokyo Sukushin, Nhật Bản.
• Số liệu lỗ khoan: 42 lỗ khoan, trong đó 33 lỗ khoan có độ sâu tới đá gốc, cung cấp thông tin về chiều dày lớp phủ và thành phần địa chất.

Phương pháp phân tích:

• Mỗi điểm đo được ghi liên tục khoảng 18 phút với tần số lấy mẫu 200 Hz.
• Dữ liệu được chia thành các đoạn 20,48 giây, loại bỏ đoạn nhiễu, áp dụng biến đổi Fourier nhanh để tính phổ dao động từng thành phần (bắc-nam, đông-tây, đứng).
• Tính tỉ số phổ H/V theo công thức $(NS \times EW) / V$ và lấy trung bình các đoạn để xác định chu kỳ trội nền đất.
• Nội suy không gian các giá trị chu kỳ trội để tạo bản đồ phân bố chu kỳ trội và phân loại nền đất theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 và kỹ thuật phân loại của Đài Loan.
• Xác định hệ số a, b trong phương trình liên hệ chiều dày lớp phủ và chu kỳ trội bằng phần mềm Matlab dựa trên dữ liệu lỗ khoan và chu kỳ trội.
• Tính chiều dày lớp phủ tại các điểm đo DĐVĐC và so sánh với số liệu khoan qua hai mặt cắt địa chất công trình.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong 3 năm, từ 2008 đến 2010, bao gồm thu thập số liệu, xử lý và phân tích dữ liệu, xây dựng bản đồ vi phân vùng động đất và đánh giá chiều dày lớp phủ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác nhận giả thiết thành phần dao động vi địa chấn: Qua phân tích dao động hạt tại các dải tần xung quanh đỉnh trội và vùng lõm của phổ HVSR, dao động quanh miền tần số trội chủ yếu theo phương ngang giống sóng S, trong khi dao động quanh vùng lõm chủ yếu theo phương đứng giống sóng Rayleigh. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế và lý thuyết của Nakamura.

2. Phân bố chu kỳ trội nền đất tại Hà Nội: Chu kỳ trội nền đất dao động từ dưới 0,6 giây đến trên 1,2 giây, tăng dần từ bắc xuống nam và từ tây sang đông. Khu vực phía bắc có chu kỳ trội nhỏ nhất (<0,6 s), tương ứng với nền đất cứng, trong khi khu vực nội thành và phía đông có chu kỳ trội lớn hơn 1,2 s, tương ứng với lớp phủ trầm tích dày. Kết quả phân loại nền đất chia thành hai loại chính: nền C (chu kỳ trội ≤ 0,6 s) và nền D (chu kỳ trội > 0,6 s).

3. Đánh giá chiều dày lớp phủ trầm tích: Phương trình liên hệ chiều dày lớp phủ và chu kỳ trội được xác định là $D = 82 \times T_0^{1.11}$. Chiều dày lớp phủ tại các điểm đo dao động từ khoảng 30 m đến trên 90 m, tăng dần từ bắc xuống nam. So sánh với số liệu khoan cho thấy sự phù hợp cao, ngoại trừ một số điểm có sai lệch do vị trí đo chưa sát hoặc biến đổi vận tốc sóng ngang chưa được tính đến.

4. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất đến mức độ khuếch đại sóng địa chấn: Các vùng có lớp phủ trầm tích dày và mềm như khu vực nội thành có hệ số khuếch đại sóng S lớn, làm tăng gia tốc đỉnh PGA lên đến 5 lần so với đá gốc, làm tăng nguy cơ phá hủy công trình khi xảy ra động đất.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính hiệu quả của phương pháp đo DĐVĐC và phân tích tỉ số phổ H/V trong việc xác định đặc điểm dao động nền đất và vi phân vùng động đất tại khu vực đô thị phức tạp như Hà Nội. Việc xác nhận giả thiết của Nakamura về thành phần dao động vi địa chấn giúp hiểu rõ hơn về cơ chế truyền sóng địa chấn qua lớp phủ trầm tích.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế tại Đài Loan, Đức và Mỹ, kết quả tại Hà Nội có sự tương đồng về mối quan hệ giữa chu kỳ trội và chiều dày lớp phủ, đồng thời phản ánh đặc điểm địa chất riêng biệt của vùng đồng bằng sông Hồng. Việc phân loại nền đất theo chu kỳ trội giúp xác định các vùng có nguy cơ động đất cao, hỗ trợ thiết kế công trình phù hợp với tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ tỉ số phổ H/V tại các điểm đo, bản đồ phân bố chu kỳ trội nền đất và chiều dày lớp phủ, cũng như bảng so sánh chiều dày lớp phủ tính toán và số liệu khoan. Những biểu đồ này minh họa rõ sự biến đổi không gian của đặc điểm địa chấn và giúp trực quan hóa mức độ rủi ro động đất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống đo DĐVĐC định kỳ tại các khu vực đô thị trọng điểm nhằm cập nhật dữ liệu dao động nền đất, phục vụ công tác giám sát và cảnh báo sớm động đất. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; Chủ thể: Viện Vật lý địa cầu, các cơ quan quản lý địa chấn.

2. Xây dựng bản đồ vi phân vùng động đất chi tiết cho toàn bộ khu vực Hà Nội dựa trên dữ liệu DĐVĐC và số liệu khoan địa chất, làm cơ sở cho quy hoạch xây dựng và thiết kế công trình chịu động đất. Thời gian: 2 năm; Chủ thể: Sở Xây dựng, Viện Khoa học và Công nghệ.

3. Áp dụng tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất theo TCXDVN 375:2006 kết hợp với phân loại nền đất dựa trên chu kỳ trội để nâng cao độ an toàn cho các công trình xây dựng mới và cải tạo. Thời gian: liên tục; Chủ thể: Các đơn vị thiết kế, nhà thầu xây dựng.

4. Nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo chuyên sâu về vi địa chấn và vi phân vùng động đất tại các trường đại học và viện nghiên cứu nhằm phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao. Thời gian: dài hạn; Chủ thể: Bộ Giáo dục và Đào tạo, các trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia địa chấn học: Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp phân tích tiên tiến, hỗ trợ nghiên cứu sâu về dao động vi địa chấn và vi phân vùng động đất.

2. Cơ quan quản lý đô thị và xây dựng: Thông tin về phân loại nền đất và bản đồ vi phân vùng động đất giúp hoạch định chính sách quy hoạch, quản lý rủi ro thiên tai hiệu quả.

3. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình: Dữ liệu về chu kỳ trội và đặc điểm khuếch đại nền đất là cơ sở để thiết kế công trình chịu động đất phù hợp với điều kiện địa chất địa phương.

4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Vật lý địa cầu, Địa chất công trình: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp đo và phân tích dao động vi địa chấn, cũng như ứng dụng thực tiễn trong vi phân vùng động đất.

Câu hỏi thường gặp

1. Dao động vi địa chấn là gì và tại sao nó quan trọng trong nghiên cứu động đất?
   Dao động vi địa chấn là các dao động nhỏ trên mặt đất do nhiều nguồn khác nhau tạo ra. Chúng phản ánh đặc tính truyền sóng địa chấn qua lớp phủ đất và giúp xác định chu kỳ trội nền đất, từ đó đánh giá mức độ nguy hiểm động đất tại khu vực nghiên cứu.

2. Phương pháp phân tích tỉ số phổ H/V có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Phương pháp H/V chỉ cần đo tại một điểm, không cần khoan hay nguồn nổ, tiết kiệm thời gian và chi phí. Nó cho phép xác định chu kỳ trội và hệ số khuếch đại nền đất chính xác, phù hợp với khu vực đô thị đông dân cư.

3. Chu kỳ trội nền đất ảnh hưởng như thế nào đến thiết kế công trình?
   Chu kỳ trội phản ánh đặc tính dao động của nền đất. Công trình có chu kỳ dao động gần với chu kỳ trội của nền đất sẽ chịu tác động khuếch đại lớn hơn, do đó cần thiết kế để giảm thiểu nguy cơ phá hủy khi động đất xảy ra.

4. Làm thế nào để đánh giá chiều dày lớp phủ trầm tích từ dữ liệu vi địa chấn?
   Dựa trên mối quan hệ giữa chu kỳ trội và chiều dày lớp phủ trong mô hình 2 lớp, chiều dày được tính theo công thức $D = a f_r^b$, trong đó $f_r$ là tần số trội, hệ số a, b được xác định từ dữ liệu thực nghiệm và số liệu khoan.

5. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng như thế nào trong công tác phòng chống động đất tại Hà Nội?
   Bản đồ phân bố chu kỳ trội và chiều dày lớp phủ giúp xác định vùng có nguy cơ động đất cao, hỗ trợ quy hoạch xây dựng, thiết kế công trình phù hợp, đồng thời nâng cao nhận thức và chuẩn bị ứng phó với động đất cho cộng đồng.

Kết luận

• Xác nhận thành phần dao động vi địa chấn quanh miền tần số trội chủ yếu là sóng S theo phương ngang, còn quanh vùng lõm là sóng Rayleigh theo phương đứng, phù hợp với giả thiết của Nakamura.
• Phân bố chu kỳ trội nền đất tại Hà Nội dao động từ dưới 0,6 s đến trên 1,2 s, tăng dần từ bắc xuống nam và từ tây sang đông, phân loại nền đất thành hai nhóm chính.
• Thiết lập phương trình liên hệ chiều dày lớp phủ và chu kỳ trội: $D = 82 \times T_0^{1.11}$, với chiều dày lớp phủ từ khoảng 30 m đến trên 90 m, phù hợp với số liệu khoan địa chất.
• Kết quả vi phân vùng động đất cung cấp cơ sở khoa học cho quy hoạch xây dựng và thiết kế công trình chịu động đất tại Hà Nội.
• Đề xuất triển khai hệ thống đo DĐVĐC định kỳ, xây dựng bản đồ vi phân vùng chi tiết và áp dụng tiêu chuẩn thiết kế công trình phù hợp nhằm giảm thiểu rủi ro động đất.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng vi địa chấn trong đánh giá rủi ro động đất và phát triển hệ thống cảnh báo sớm. Đề nghị các cơ quan chức năng và nhà nghiên cứu tiếp tục phối hợp để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nhằm bảo vệ an toàn cộng đồng và phát triển bền vững đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn này được trình bày trong bốn chương với nội dung cụ thể như sau: Chƣơng 1: Mô tả các đặc điểm dao động vi địa chấn theo miền thời gian và miền tần số và đưa ra minh chứng của tác giả về thành phần cấu tạo của DĐVĐC dựa trên giả thiết của Nakamura (1989, 2000, 2007). Chƣơng 2: Mô tả các nghiên cứu vi phân vùng động đất đã thực hiện trên thế giới và Việt Nam. Chƣơng 3: Mô tả phương pháp, cơ 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 công trình Tp.

Hà Nội, số liệu sử dụng trong nghiên cứu, áp dụng vi phân vùng động đất Tp. Hà Nội theo số liệu đo DĐVĐC và đánh giá chiều dầy lớp phủ Tp. Hà Nội theo số liệu đo DĐVĐC. Luận văn được hoàn thành tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn của TS.

2 z Chƣơng 1 - ĐẶC ĐIỂM DAO ĐỘNG VI ĐỊA CHẤN 1. Miền thời gian - Dao động hạt. Phần lớn các nhà khoa học cho rằng DĐVĐC được cấu tạo chủ yếu từ các sóng có dao động đứng (sóng Rayleigh), đặc biệt là trên miền tần số trội. Tuy nhiên, theo Nakamura (1989, 2000, 2007), thành phần cấu tạo của DĐVĐC biến đổi trên các dải tần khác nhau.

Đó là, mặc dù DĐVĐC chủ yếu là các sóng Rayleigh, nhưng các sóng có dao động ngang (sóng S) lại là thành phần chủ yếu trên miền tần số trội, còn các sóng Rayleigh phân bố tập trung trên dải tần cao hơn miền tần số trội. Để minh họa thành phần cấu tạo của DĐVĐC trên các dải tần số khác nhau, tôi đi biểu diễn DĐVĐC dưới dạng các dao động hạt trên các dải tần khác nhau. Dao động hạt là dạng dao động mô tả trạng thái hạt dao động khi bị tác động của ngoại lực. Dao động hạt của các sóng Rayleigh là dạng dao động chủ yếu theo phương đứng, ngược chiều kim đồng hồ tại mặt phân lớp và bị phản xạ trở lại theo chiều kim đồng hồ (hình 1.

Dao động hạt của các sóng S là dạng dao động chủ yếu theo phương ngang (theo các thành phần E và N) tại bề mặt (hình 1. Do đó, bằng cách quan sát các dạng dao động hạt trên các dải tần khảo sát khác nhau chúng ta có thể phát hiện được tại các dải tần này là sóng S hay sóng Rayleigh. Di Giulio (2006) [22], Kuo (2008) [34] đã tiến hành biểu diễn dao động hạt của DĐVĐC tại các dải tần xung quanh đỉnh trội và vùng lõm của HVSR. Kết quả của họ đều cho thấy dao động hạt xung quanh miền tần số trội của HVSR có dao động ngang giống như sóng S.

Ngược lại, dao động hạt tại các dải tần xung quanh vùng lõm của HVSR có dạng dao động đứng giống như sóng Rayleigh (hình 1.4(a) mô tả đồ thị HVSR và các dao động hạt tại điểm đo DĐVĐC (H02) trong nghiên cứu này. Hình bên phải là các dao động hạt của DĐVĐC được lọc xung quanh dải tần vùng lõm của HVSR, hình bên trái là các dao động hạt của DĐVĐC được lọc xung quanh dải tần đỉnh trội của HVSR. Hình này cho thấy các dao động hạt của DĐVĐC có sự khác nhau rất rõ tại miền tần số xung quanh đỉnh trội và vùng lõm. Dao động hạt của DĐVĐC tại tần số xung quanh đỉnh trội chủ yếu theo phương ngang giống như sóng S.

Nếu như tần số xung quanh đỉnh trội này 3 z được cấu tạo bởi sóng Rayleigh (chế độ cơ bản hay cao) thì dạng dao động hạt của nó tại đây phải thể hiện dạng dao động đứng giống như sóng Rayleigh. Ngược lại, khi biểu diễn dao động hạt tại miền tần số xung quanh vùng lõm cho thấy các dao động tại đây chủ yếu theo phương đứng giống như dao động của sóng Rayleigh. Hơn nữa, kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả của Giulio, Kuo, …. và lý thuyết của Nakamura, đó là các sóng Rayleigh phổ biến ở miền tần số xung quanh vùng lõm của HVSR.

Trong trường hợp cụ thể này, giá trị biên độ khuếch đại vi địa chấn trên HVSR tại tần số vùng lõm, nhỏ hơn 1 có thể là do năng lượng của dao động sóng theo phương đứng cao hơn năng lượng trung bình của dao động sóng theo phương ngang.2 Miền tần số - HVSR Xung quanh miền tần số đỉnh trội vẫn có thể tồn tại sóng Rayleigh vì dao động đứng ở đó vẫn nhỏ. Sự biến mất của sóng Rayleigh tại miền tần số này được cho là các vận tốc pha của sóng Rayleigh của DĐVĐC đôi khi trở nên không ổn định từ miền tần số cao tới miền tần số trội (Nakamura 2007), đặc biệt tại các vùng đất chặt và đá cứng. Ohori (2002) [44], Bonnefoy-Claudet (2006) [16], sử dụng mô hình 2 lớp đơn giản để xây dựng mô phỏng phương trình hàm truyền sóng S và mô phỏng phương trình tính elip của sóng Rayleigh (hình 1. Các hình này đều cho thấy có hiện tượng vận tốc pha không ổn định tại tần số xung quanh miền tần số trội (từ 5,5 tới 9 Hz (hình 1.5 (a, b) và 2 Hz (hình 1.

Tuy nhiên, các tác giả này đã giải thích 4 z hiện tượng này như là hiện tượng bất thường. Một ví dụ khác của Dutta (2007) [24] (hình 1.6), cũng cho thấy có trạng thái không ổn định xung quanh tần số 1 Hz (điểm A1) và 0,8 Hz (điểm B3), 2 đồ thị bên trái và 2 đồ thị bên phải cho thấy tần số trội cũng tại 1 Hz và 0,8 Hz. Các ví dụ trên cho thấy có trạng thái không ổn định vận tốc pha tại tần số xung quanh tần số đỉnh trội. Đây không phải là kết quả ngẫu nhiên.

Điều này có nghĩa xung quanh tần số trội của HVSR của DĐVĐC không bị ảnh hưởng bởi các sóng Rayleigh. Nakamura (2007) [43] đã thực hiện xây dựng phương trình mô phỏng hàm truyền sóng S và tính elip của sóng Rayleigh cho thấy có 2 hiện tượng quan trọng đó là: (i) Tại miền tần số trội, sự khuếch đại của DĐVĐC đo được giống với sự khuếch đại của phương trình mô phỏng hàm truyền sóng S, nhưng không giống với sự khuếch đại của phương trình mô phỏng tính elip của sóng Rayleigh; (ii) Các vận tốc pha của DĐVĐC đo được “không ổn định” xung quanh tần số 2 Hz, tần số này cũng là tần số trội của DĐVĐC. Năm 2006, Hội nghị khoa học quốc tế lần thứ 3 về ảnh hưởng địa chấn nông đến DĐVĐC được tổ chức tại Grenoble, Pháp [33]. Vấn đề đặt ra trong hội nghị này là kiểm tra tính không rõ của DĐVĐC.

Kuo (2008) [34] thực hiện mô phỏng 4 trường hợp (N101 - N104) nhằm kiểm tra tính không rõ này (hình 1. Hình này cho thấy xung quanh miền tần số trội, các đường cong HVSR của DĐVĐC (màu đen) giống (cả về biên độ khuếch đại và hình dạng) với HVSR được mô phỏng theo phương trình hàm truyền sóng S (màu xanh). Tuy nhiên, HVSR được mô phỏng theo phương trình tính elip của sóng Rayleigh ở chế độ cơ bản (màu đỏ) cũng trội xung quanh tần số này, nhưng biên độ khuếch đại lại khác nhiều. Trường hợp N102 và N104 cho thấy sự khuếch đại tại miền tần số trội của HVSR được mô phỏng theo phương trình tính elip của sóng Rayleigh lớn hơn 10 lần so với sự khuếch đại của HVSR được mô phỏng theo phương trình hàm truyền sóng S và sự khuếch đại của DĐVĐC đo được.

Sự khuếch đại tại miền tần số xung quanh vùng lõm cũng cho hiện tượng tương tự. Fäh (2001) [25] giải thích đỉnh trội tạo ra là do tính elip của sóng Rayleigh ở chế độ cao. Ông đã đưa ra 2 nhận định sau: (i) Ở miền tần số cao, 5 z HVSR của DĐVĐC đo được không thể lớn hơn HVSR của DĐVĐC mô phỏng, vì DĐVĐC đo được bị ảnh hưởng bởi sóng các S; (ii) Sóng Rayleigh ở chế độ cao không thể trội tại miền tần số xung quanh đỉnh trội, vì miền tần số này đã hạn chế nó (sóng mặt mức cao chỉ tồn tại được tại dải tần số lớn hơn tần số cắt của nó).7 cho thấy sự khuếch đại tại miền tần số trội là do các sóng S bị phản xạ nhiều lần, tại miền tần số xung quanh vùng lõm chủ yếu là các sóng Rayleigh ở chế độ cơ bản và tại miền tần số cao các sóng S sẽ suy yếu còn các sóng Rayleigh chế độ cơ bản sẽ mạnh lên. Do đó, tại tần số cao, đường cong HVSR của DĐVĐC thường nằm giữa đường cong HVSR được mô phỏng theo phương trình hàm truyền của sóng S và đường cong HVSR được mô phỏng theo phương trình tính elip của sóng Rayleigh.

Ở miền tần số cao hơn miền tần số trội, đỉnh trội của HVSR đo được thường nhỏ hơn đỉnh trội của HVSR được mô phỏng theo phương trình hàm truyền sóng S là do các sóng Rayleigh ở chế độ cơ bản tập trung nhiều hơn tại miền tần số này. Kuo (2008) [34] đưa ra một dấu hiệu mới để chứng tỏ đỉnh trội của HVSR của DĐVĐC chủ yếu là do sóng S chứ không phải là do các sóng Rayleigh ở chế độ cơ bản hay chế độ cao. Ông thực hiện khảo sát trường hợp HVSR có đỉnh trội kép, điểm TAP089, các băng ghi DĐVĐC được lọc xung quanh tần số trội của đỉnh trội thứ nhất, đỉnh trội thứ 2 và vùng lõm. Sau đó, ông tiến hành biểu diễn các dao động hạt tại các dải tần số này.

Kết quả cho thấy dao động hạt tại đỉnh trội thứ nhất và đỉnh trội thứ 2 có xu hướng dao động ngang giống như dao động của sóng S, còn dao động hạt tại tần số vùng lõm chủ yếu dao động đứng giống như sóng Rayleigh. Sau đó, ông thực hiện mô phỏng HVSR theo phương trình hàm truyền sóng S (đường xanh lá cây) và phương trình tính elip của sóng Rayleigh chế độ cơ bản (đường đỏ) và chế độ cao thứ nhất (đường xanh nước biển). Kết quả của ông cho thấy, cả 2 đỉnh trội đều được mô phỏng theo phương trình hàm truyền sóng S, còn mô phỏng theo phương trình tính elip của sóng Rayleigh chỉ phù hợp với đỉnh trội ở chế độ cơ bản, còn đỉnh trội ở chế độ cao thứ nhất lại khác xa so với đỉnh trội thứ 2 của HVSR đo được. Hơn nữa, khi xét đến sự khuếch đại tương đối giữa các đỉnh 6 z trội của HVSR đo được và HVSR mô phỏng cho thấy sự khuếch đại tại đỉnh trội thứ 2 lớn hơn sự khuếch đại tại đỉnh trội thứ nhất.