Đánh Giá Đặc Điểm Vi Địa Chấn và Ứng Dụng Vi Phân Vùng Động Đất Tại Thành Phố Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus đánh giá đặc điểm vi địa chấn áp dụng vi phân vùng động đất thành phố hà nội, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện

• Tác giả: Nguyễn Tiến Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tử Sơn
• Trường học: Đại học Khoa Học Tự Nhiên - 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. Tổng Quan Về Đánh Giá Vi Địa Chấn Tại Hà Nội

Đánh giá vi địa chấn là một lĩnh vực quan trọng trong nghiên cứu địa chất, đặc biệt tại các khu vực có nguy cơ động đất cao như Hà Nội. Vi địa chấn đề cập đến các dao động nhỏ trên mặt đất, thường do các hoạt động tự nhiên hoặc nhân tạo gây ra. Việc hiểu rõ về các đặc điểm của vi địa chấn giúp xác định các vùng có nguy cơ động đất và từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích các đặc điểm vi địa chấn tại Hà Nội, nơi có mật độ dân cư cao và nhiều công trình xây dựng quan trọng.

1.1. Đặc Điểm Địa Chất Của Hà Nội

Hà Nội nằm trong vùng đồng bằng sông Hồng, với cấu trúc địa chất phức tạp. Địa chất tại đây chủ yếu là đất sét, cát và sỏi, tạo điều kiện cho sự khuếch đại sóng địa chấn. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, sự phân bố của các lớp đất có ảnh hưởng lớn đến cường độ và tần số của các dao động vi địa chấn.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Vi Địa Chấn Trong Đánh Giá Rủi Ro

Vi địa chấn không chỉ giúp đánh giá rủi ro động đất mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế công trình. Các nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng các phương pháp vi địa chấn có thể giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra, đặc biệt là trong các khu vực đông dân cư như Hà Nội.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Đánh Giá Động Đất Tại Hà Nội

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về vi địa chấn, nhưng việc đánh giá động đất tại Hà Nội vẫn gặp nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự thiếu hụt dữ liệu chính xác về các trận động đất trong quá khứ. Điều này làm khó khăn trong việc xây dựng mô hình dự đoán và đánh giá rủi ro. Hơn nữa, sự phát triển đô thị nhanh chóng cũng tạo ra áp lực lớn lên hệ thống hạ tầng, làm tăng nguy cơ thiệt hại khi có động đất xảy ra.

2.1. Thiếu Dữ Liệu Về Động Đất

Việc thiếu hụt dữ liệu về các trận động đất trong quá khứ tại Hà Nội khiến cho việc phân tích và dự đoán trở nên khó khăn. Các nhà nghiên cứu cần phải thu thập thêm thông tin từ các nguồn khác nhau để có cái nhìn tổng quan hơn về tình hình động đất tại khu vực này.

2.2. Tác Động Của Đô Thị Hóa

Sự phát triển đô thị nhanh chóng tại Hà Nội đã làm tăng áp lực lên các công trình xây dựng. Điều này không chỉ làm tăng nguy cơ thiệt hại khi có động đất mà còn làm phức tạp thêm việc đánh giá rủi ro. Cần có các biện pháp quản lý và quy hoạch hợp lý để giảm thiểu tác động của động đất.

III. Phương Pháp Đánh Giá Vi Địa Chấn Tại Hà Nội

Để đánh giá vi địa chấn tại Hà Nội, nhiều phương pháp đã được áp dụng, trong đó có phương pháp đo dao động vi địa chấn (DĐVĐC). Phương pháp này cho phép thu thập dữ liệu chính xác về các dao động trên mặt đất mà không cần phải khoan hay sử dụng các nguồn nổ. Điều này rất quan trọng trong các khu vực đông dân cư, nơi mà việc khoan có thể gây ra nguy hiểm.

3.1. Phương Pháp Đo DĐVĐC

Phương pháp đo DĐVĐC đã được áp dụng thành công tại nhiều nơi trên thế giới. Tại Hà Nội, phương pháp này đã được sử dụng để thu thập dữ liệu về các dao động vi địa chấn, từ đó giúp đánh giá các vùng có nguy cơ động đất cao. Kết quả từ các nghiên cứu cho thấy, phương pháp này mang lại độ chính xác cao và dễ dàng thực hiện.

3.2. Phân Tích Tỉ Số Phổ H V

Phân tích tỉ số phổ H/V là một trong những phương pháp quan trọng trong nghiên cứu vi địa chấn. Phương pháp này giúp xác định tần số trội và chiều dày lớp phủ của đất, từ đó đánh giá được khả năng khuếch đại sóng địa chấn. Kết quả từ phân tích này có thể cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế công trình.

IV. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Vi Địa Chấn Tại Hà Nội

Kết quả từ các nghiên cứu vi địa chấn tại Hà Nội không chỉ có giá trị trong việc đánh giá rủi ro động đất mà còn có thể được áp dụng trong thực tiễn. Các thông tin thu thập được có thể giúp các nhà quy hoạch và thiết kế công trình đưa ra các quyết định hợp lý nhằm giảm thiểu thiệt hại khi có động đất xảy ra.

4.1. Thiết Kế Công Trình Chịu Động Đất

Các kết quả nghiên cứu vi địa chấn có thể được sử dụng để thiết kế các công trình chịu động đất. Việc áp dụng các thông số vi địa chấn vào thiết kế sẽ giúp tăng cường khả năng chịu đựng của công trình trước các tác động của động đất.

4.2. Quy Hoạch Đô Thị An Toàn

Thông tin từ các nghiên cứu vi địa chấn cũng có thể được sử dụng trong quy hoạch đô thị. Việc xác định các vùng có nguy cơ động đất cao sẽ giúp các nhà quy hoạch đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả, từ đó bảo vệ an toàn cho người dân.

V. Kết Luận Về Đánh Giá Vi Địa Chấn Tại Hà Nội

Đánh giá vi địa chấn tại Hà Nội là một nhiệm vụ quan trọng nhằm bảo vệ an toàn cho người dân và tài sản. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các phương pháp vi địa chấn có thể giúp xác định các vùng có nguy cơ động đất cao và từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu và thu thập dữ liệu để cải thiện độ chính xác của các mô hình dự đoán.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Vi Địa Chấn

Nghiên cứu vi địa chấn tại Hà Nội cần được tiếp tục mở rộng và phát triển. Việc áp dụng công nghệ mới và các phương pháp nghiên cứu hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các nghiên cứu này.

5.2. Khuyến Nghị Đối Với Các Nhà Quản Lý

Các nhà quản lý cần chú trọng đến việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vi địa chấn vào thực tiễn. Việc xây dựng các chính sách và quy định hợp lý sẽ giúp giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra, bảo vệ an toàn cho cộng đồng.

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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.