Luận văn thạc sĩ giải bài toán thuận địa chấn với mô hình các ranh giới phẳng nghiêng

Luận văn thạc sĩ toán học phân tích giải bài toán thuận địa chấn với mô hình các ranh giới phẳng nghiêng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực

• Tác giả: Nguyễn Đình Như
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Vinh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
• Đề tài: Giải bài toán thuận địa chấn với mô hình các ranh giới phẳng nghiêng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MỘT SỐ NÉT VỀ PHƢƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐỊA CHẤN
• 1.1. Cơ sở vật lý phƣơng pháp thăm dò địa chấn
• 1.2. Sự hình thành sóng đàn hồi
• 1.3. Sự truyền sóng địa chấn trong môi trƣờng địa chất
• 1.4. Phát sóng địa chấn
• 1.5. Trƣờng thời gian
• 1.6. Sơ lƣợc về xử lý số liệu trong địa chấn
• 1.7. Ứng dụng các phƣơng pháp địa chấn thăm dò
• 2. CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN THUẬN ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ CHO MÔI TRƢỜNG CÁC RANH GIỚI PHẲNG NGANG HOẶC NGHIÊNG
• 2.1. Bài toán thuận địa chấn thăm dò
• 2.2. Bài toán thuận động hình trong địa chấn phản xạ
• 2.3. Mô hình 2 lớp có 1 ranh giới phẳng ngang hay nghiêng
• 2.4. Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang song song
• 2.5. Mô hình nhiều ranh giới phẳng nghiêng song song
• 2.6. Mô hình nhiều ranh giới phẳng ngang hoặc nghiêng
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
• 3.1. Mô hình 1 ranh giới
• 3.2. Mô hình 1 ranh giới phẳng ngang
• 3.3. Mô hình 1 ranh giới phẳng nghiêng
• 3.4. Mô hình 2 ranh giới
• 3.5. Mô hình 2 ranh giới phẳng ngang
• 3.6. Mô hình 2 ranh giới phẳng, nghiêng, song song
• 3.7. Mô hình 2 ranh giới phẳng nghiêng khác nhau
• 3.8. Mô hình 2 ranh giới: 1 mặt phẳng ngang và 1 mặt phẳng nghiêng
• 3.9. Mô hình 3 ranh giới phẳng
• 3.10. Mô hình 3 ranh giới phẳng ngang và song song
• 3.11. Mô hình 3 ranh giới phẳng nghiêng và song song
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng

Giải bài toán thuận địa chấn là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu địa chất. Bài toán này liên quan đến việc tính toán thời gian truyền sóng phản xạ từ vị trí phát dao động đến các ranh giới phân chia giữa các lớp địa chất. Đặc biệt, mô hình ranh giới phẳng nghiêng có vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc điểm của môi trường địa chất. Việc hiểu rõ về phương pháp và ứng dụng của bài toán thuận địa chấn sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong công tác thăm dò địa chấn.

1.1. Định nghĩa và vai trò của bài toán thuận địa chấn

Bài toán thuận địa chấn được định nghĩa là việc tính toán các trường địa vật lý dựa trên các thông số của môi trường. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng nghiên cứu và củng cố lý luận trong lĩnh vực địa chất. Việc giải bài toán này giúp xác định được các thông số cần thiết cho việc phân tích và xử lý số liệu địa chấn.

1.2. Mô hình ranh giới phẳng nghiêng trong địa chấn

Mô hình ranh giới phẳng nghiêng là một trong những mô hình phức tạp trong bài toán thuận địa chấn. Mô hình này giúp mô phỏng sự phản xạ của sóng địa chấn khi gặp các ranh giới có độ nghiêng khác nhau. Việc áp dụng mô hình này giúp cải thiện độ chính xác trong việc dự đoán các đặc điểm của môi trường địa chất.

II. Thách thức trong việc giải bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng

Giải bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như độ phức tạp của môi trường địa chất, sự biến đổi của sóng địa chấn và các thông số vật lý của đất đá đều ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Việc hiểu rõ các thách thức này là cần thiết để tìm ra các phương pháp giải quyết hiệu quả.

2.1. Độ phức tạp của môi trường địa chất

Môi trường địa chất có tính chất rất đa dạng, từ các lớp đất mềm đến các lớp đá cứng. Sự khác biệt này tạo ra những thách thức lớn trong việc tính toán thời gian truyền sóng. Các yếu tố như độ ẩm, thành phần thạch học và cấu trúc địa chất đều ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng.

2.2. Sự biến đổi của sóng địa chấn

Sóng địa chấn có thể bị biến đổi khi gặp các ranh giới khác nhau. Sự phản xạ, khúc xạ và hấp thụ sóng đều có thể xảy ra, làm cho việc dự đoán kết quả trở nên khó khăn. Việc nắm bắt được các quy luật này là rất quan trọng trong việc giải bài toán thuận địa chấn.

III. Phương pháp giải bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng

Để giải bài toán thuận địa chấn, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng các mô hình toán học, thuật toán số và phần mềm chuyên dụng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong việc tính toán.

3.1. Mô hình toán học trong giải bài toán thuận địa chấn

Mô hình toán học là công cụ quan trọng trong việc giải bài toán thuận địa chấn. Các phương trình sóng đàn hồi được sử dụng để mô phỏng sự truyền sóng trong môi trường địa chất. Việc áp dụng các mô hình này giúp dự đoán chính xác hơn về thời gian truyền sóng.

3.2. Thuật toán số và phần mềm chuyên dụng

Sử dụng thuật toán số và phần mềm chuyên dụng giúp tối ưu hóa quá trình tính toán. Các phần mềm này có khả năng xử lý lượng dữ liệu lớn và thực hiện các phép tính phức tạp một cách nhanh chóng. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả nghiên cứu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng

Bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực địa chất. Các kết quả từ việc giải bài toán này có thể được sử dụng trong việc khảo sát địa chất, tìm kiếm tài nguyên khoáng sản và đánh giá rủi ro địa chất.

4.1. Khảo sát địa chất và tìm kiếm tài nguyên

Việc áp dụng bài toán thuận địa chấn trong khảo sát địa chất giúp xác định được các lớp đất đá và cấu trúc địa chất. Điều này rất quan trọng trong việc tìm kiếm tài nguyên khoáng sản như dầu khí, than đá và các khoáng sản khác.

4.2. Đánh giá rủi ro địa chất

Giải bài toán thuận địa chấn cũng giúp đánh giá rủi ro địa chất trong các khu vực xây dựng. Việc hiểu rõ về cấu trúc địa chất và các yếu tố ảnh hưởng đến sóng địa chấn sẽ giúp đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

V. Kết luận và tương lai của bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng

Bài toán thuận địa chấn với ranh giới phẳng nghiêng là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong địa chất. Việc giải quyết bài toán này không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về môi trường địa chất mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ và phương pháp mới.

5.1. Tiến bộ trong nghiên cứu địa chất

Nghiên cứu bài toán thuận địa chấn đang ngày càng được chú trọng. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và máy học đang được áp dụng để nâng cao độ chính xác trong việc dự đoán và phân tích dữ liệu địa chấn.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Tương lai của bài toán thuận địa chấn sẽ tiếp tục phát triển với sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực địa chất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý quan trọng nhằm nghiên cứu đặc điểm môi trường địa chất thông qua quá trình truyền sóng đàn hồi. Theo báo cáo của ngành, tốc độ truyền sóng trong các lớp đất đá có thể dao động từ khoảng 300 m/s ở lớp đất trồng đến 6000-7000 m/s ở các loại đá macma và trầm tích sâu. Vấn đề nghiên cứu trong luận văn tập trung vào giải bài toán thuận địa chấn phản xạ với mô hình các ranh giới phẳng nghiêng, nhằm xác định thời gian truyền sóng phản xạ từ nguồn phát đến các ranh giới phân chia giữa các lớp địa chất và trở lại máy thu trên mặt đất. Mục tiêu cụ thể là xây dựng thuật toán và chương trình tính toán biểu đồ thời gian truyền sóng phản xạ trong môi trường có nhiều lớp với ranh giới phẳng ngang hoặc nghiêng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình các ranh giới phẳng nghiêng trong môi trường đàn hồi, áp dụng cho các trường hợp thực tế tại một số địa phương có cấu trúc địa chất phức tạp. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác trong xử lý số liệu địa chấn, hỗ trợ hiệu quả cho công tác thăm dò dầu khí, nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái Đất và các ứng dụng địa chất công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết đàn hồi: Môi trường địa chất được xem là môi trường đàn hồi lý tưởng khi sóng địa chấn truyền đi, với các tham số đặc trưng như mô đun khối, mô đun biến dạng, mật độ đất đá. Sóng đàn hồi gồm sóng dọc (P) và sóng ngang (S) với vận tốc phụ thuộc vào tính chất vật lý của đất đá.

• Nguyên lý Huygens-Fresnel: Mỗi điểm trên mặt sóng được coi là nguồn sóng thứ cấp, giúp xác định mặt sóng tiếp theo trong quá trình truyền sóng.

• Nguyên lý Fermat: Thời gian truyền sóng theo tia sóng là ngắn nhất, được biểu diễn qua tích phân quãng đường chia vận tốc truyền sóng.

• Định luật Snell: Tỉ số vận tốc truyền sóng và sin góc tới, góc phản xạ hoặc khúc xạ là hằng số, dùng để xác định góc truyền sóng qua các ranh giới.

Các khái niệm chính bao gồm: sóng phản xạ, ranh giới phẳng nghiêng, biểu đồ thời khoảng, tia sóng, mặt đẳng thời.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các số liệu mô phỏng và tính toán dựa trên các mô hình ranh giới phẳng ngang và nghiêng với nhiều lớp địa chất khác nhau. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các mô hình 1, 2 và 3 ranh giới với các thông số vận tốc, độ sâu, góc nghiêng khác nhau. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng các trường hợp điển hình đại diện cho các cấu trúc địa chất phổ biến.

Phương pháp phân tích sử dụng thuật toán giải bài toán thuận động hình trong địa chấn phản xạ, cụ thể là thuật toán "Phương trình tia" dựa trên việc xác định tọa độ giao điểm tia sóng với các ranh giới, tính toán góc tới, góc phản xạ và thời gian truyền sóng. Thuật toán áp dụng phương pháp chia đôi để tìm nghiệm góc tia sóng phù hợp với vị trí máy thu cho trước, đảm bảo sai số nhỏ và hiệu quả tính toán cao.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong giai đoạn 2013-2015, bao gồm việc xây dựng thuật toán, lập trình, thử nghiệm trên các mô hình và so sánh kết quả với công thức giải tích.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình 1 ranh giới phẳng ngang: Kết quả tính toán thời gian truyền sóng phản xạ trùng khớp với công thức giải tích, sai số rất nhỏ, thể hiện độ chính xác cao của thuật toán. Ví dụ, với vận tốc 1000 m/s và độ sâu 60 m, thời gian tính được tại các điểm thu cách nhau 5 m có sai lệch dưới 0.001 s so với công thức chuẩn.

2. Mô hình 1 ranh giới phẳng nghiêng (góc 7 độ): Thời gian truyền sóng phản xạ được tính chính xác, sai số nhỏ hơn 0.002 s so với công thức giải tích, chứng tỏ thuật toán xử lý tốt các trường hợp ranh giới nghiêng.

3. Mô hình 2 ranh giới phẳng ngang và nghiêng song song: Kết quả tính toán cho thấy sự phù hợp cao với công thức chuẩn, với sai số dưới 0.003 s. Đặc biệt, mô hình 2 ranh giới nghiêng khác nhau (góc 30 và 60 độ) vẫn cho kết quả ổn định, thể hiện tính linh hoạt của thuật toán.

4. Mô hình 3 ranh giới phẳng ngang và nghiêng song song: Thời gian truyền sóng phản xạ được tính cho từng lớp với sai số nhỏ, dưới 0.005 s, phù hợp với các mô hình phức tạp hơn. Góc nghiêng nhỏ (5 độ) không làm giảm độ chính xác đáng kể.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân các kết quả đạt độ chính xác cao là do thuật toán "Phương trình tia" tận dụng hiệu quả các định luật vật lý cơ bản và phương pháp chia đôi để tìm nghiệm góc tia sóng phù hợp. So với các nghiên cứu khác trong lĩnh vực địa chấn phản xạ, kết quả này tương đương hoặc vượt trội về độ chính xác và khả năng xử lý các mô hình ranh giới nghiêng phức tạp.

Ý nghĩa của kết quả thể hiện qua khả năng ứng dụng thuật toán trong xử lý số liệu địa chấn thực tế, giúp nâng cao độ phân giải và độ tin cậy của các lát cắt địa chấn. Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thời khoảng (time-distance plots) minh họa sự biến đổi thời gian truyền sóng theo vị trí máy thu, giúp trực quan hóa quá trình truyền sóng phản xạ trong môi trường nhiều lớp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển phần mềm tính toán chuyên dụng: Xây dựng phần mềm ứng dụng thuật toán "Phương trình tia" để xử lý số liệu địa chấn phản xạ trong các dự án thăm dò dầu khí và nghiên cứu cấu trúc địa chất, nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả xử lý trong vòng 1-2 năm tới. Chủ thể thực hiện: các trung tâm nghiên cứu địa vật lý và doanh nghiệp thăm dò.

2. Mở rộng mô hình nghiên cứu: Nghiên cứu áp dụng thuật toán cho các mô hình ranh giới không phẳng, có độ cong hoặc gãy khúc, nhằm phản ánh thực tế địa chất phức tạp hơn trong 3-5 năm tới. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành địa chất.

3. Tích hợp với công nghệ xử lý số liệu hiện đại: Kết hợp thuật toán với các kỹ thuật xử lý tín hiệu số và trí tuệ nhân tạo để tự động hóa việc phân tích và giải bài toán ngược địa chấn, nâng cao tốc độ và độ chính xác trong vòng 2-3 năm. Chủ thể thực hiện: các công ty công nghệ và phòng thí nghiệm nghiên cứu.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp giải bài toán thuận địa chấn và ứng dụng thuật toán cho cán bộ kỹ thuật và nghiên cứu viên, nhằm phổ biến và nâng cao năng lực chuyên môn trong ngành trong vòng 1 năm. Chủ thể thực hiện: các trường đại học và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu địa vật lý và địa chấn học: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thuật toán giải bài toán thuận địa chấn phản xạ, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu về truyền sóng và xử lý số liệu địa chấn.

2. Kỹ sư thăm dò dầu khí: Các kỹ thuật viên và chuyên gia thăm dò có thể áp dụng thuật toán để nâng cao độ chính xác trong việc xác định cấu trúc địa tầng và vị trí các mỏ dầu khí.

3. Chuyên gia địa chất công trình: Thông tin về vận tốc truyền sóng và mô hình ranh giới giúp đánh giá điều kiện nền móng, phát hiện các đới nứt nẻ, phá hủy trong đất đá phục vụ xây dựng công trình.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành Vật lý địa cầu, Địa chất: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến địa chấn và địa vật lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Bài toán thuận địa chấn là gì?
   Bài toán thuận địa chấn là việc tính toán thời gian truyền sóng và biên độ sóng phản xạ dựa trên các thông số đã biết của môi trường địa chất như vận tốc truyền sóng, độ sâu ranh giới và vị trí nguồn phát. Ví dụ, tính thời gian sóng phản xạ từ một ranh giới phẳng nghiêng đến máy thu.

2. Tại sao cần mô hình ranh giới phẳng nghiêng?
   Ranh giới phẳng nghiêng phản ánh thực tế cấu trúc địa chất có nhiều lớp nghiêng, không chỉ là các lớp ngang. Mô hình này giúp mô phỏng chính xác hơn quá trình truyền sóng và phản xạ trong môi trường phức tạp.

3. Phương pháp chia đôi trong thuật toán có ưu điểm gì?
   Phương pháp chia đôi giúp tìm nghiệm góc tia sóng một cách nhanh chóng và chính xác với sai số nhỏ, giảm số vòng lặp tính toán so với các phương pháp thử sai khác.

4. Kết quả tính toán có thể áp dụng cho thực tế không?
   Có, kết quả mô phỏng và tính toán được kiểm chứng với các công thức giải tích và phù hợp với các mô hình thực tế, giúp nâng cao độ chính xác trong xử lý số liệu địa chấn thực địa.

5. Có thể mở rộng thuật toán cho các mô hình phức tạp hơn không?
   Có, luận văn đề xuất mở rộng nghiên cứu cho các ranh giới không phẳng, gãy khúc và tích hợp với công nghệ xử lý số liệu hiện đại để ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công thuật toán giải bài toán thuận địa chấn phản xạ với mô hình các ranh giới phẳng nghiêng, cho kết quả tính toán thời gian truyền sóng chính xác với sai số nhỏ.
• Thuật toán "Phương trình tia" sử dụng phương pháp chia đôi để tìm nghiệm góc tia sóng, đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy cao trong các mô hình nhiều lớp.
• Kết quả thử nghiệm trên các mô hình 1, 2 và 3 ranh giới phẳng ngang và nghiêng cho thấy sự phù hợp tốt với công thức giải tích và khả năng ứng dụng thực tế.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng xử lý số liệu địa chấn, hỗ trợ công tác thăm dò dầu khí và nghiên cứu cấu trúc địa chất.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng mô hình, phát triển phần mềm chuyên dụng và tích hợp công nghệ xử lý số liệu hiện đại.

Các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp thăm dò nên triển khai ứng dụng thuật toán trong xử lý số liệu thực tế, đồng thời đầu tư phát triển phần mềm và đào tạo nhân lực để nâng cao năng lực chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Một số nét về phương pháp thăm dò địa chấn - Chương 2: Bài toán thuận địa chấn phản xạ cho môi trường các ranh giới phẳng ngang hoặc nghiêng - Chương 3: Một số kết quả thử nghiệm - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo. 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1 MỘT SỐ NÉT VỀ PHƢƠNG PHÁP THĂM DÒ ĐỊA CHẤN 1. Cơ sở vật lý phƣơng pháp thăm dò địa chấn Khi dùng phƣơng pháp thăm dò địa chấn để thăm dò và nghiên cứu địa chất, nhiệm vụ đầu tiên là chúng ta cần hiểu rõ về đối tƣợng chúng ta nghiên cứu, cụ thể là môi trƣờng nghiên cứu, hình thành sóng đàn hồi, truyền sóng và hình thức phát sóng vào môi trƣờng thực địa. Dƣới đây chúng ta tìm hiểu một số cơ sở vật lý cơ bản trong thăm dò địa chấn.

Sự hình thành sóng đàn hồi Mọi vật thể khi không bị lực tác dụng thì các phân tử của chúng đƣợc sắp xếp theo qui luật nhất định, dƣới tác dụng của ngoại lực, có sự dịch chuyển tƣơng đối của các phần tử trong vật thể đó, dẫn đến sự thay đổi hình dạng của vật thể hoặc một phần vật thể; nói khác đi là xảy ra sự biến dạng. Còn sự thay đổi hình dạng các vật thể gọi là sự biến dạng đàn hồi. Nếu giữa sự biến dạng và nội lực xuất hiện bên trong vật thể (ứng suất) tỉ lệ thuận với nhau thì đó là các vật thể đàn hồi tuyệt đối (hoặc đàn hồi lý tƣởng), Các vật thể đàn hồi tuyệt đối lập tức trở lại trạng thái ban đầu sau khi ngừng tác động của ngoại lực. Nếu sau khi ngừng tác động của ngoại lực, vật thể có dạng mới hoặc trở lại trạng thái ban đầu từ từ thì gọi là vật thể đàn hồi không lý tƣởng, hoặc dẻo [3, 4, 8, 10].

Tuỳ thuộc vào bản chất vật chất của vật thể, giá trị và đặc điểm của ngoại lực, điều kiện nhiệt độ, áp suất và các yếu tố khác mà có thể xảy ra biến dạng đàn hồi hay biến dạng dẻo. Khi ngoại lực nhỏ và tác dụng trong thời gian ngắn hầu hết môi trƣờng địa chất đƣợc coi là đàn hồi. Ngƣợc lại nếu lực tác dụng lớn và kéo dài thì hầu nhƣ là biến dạng dẻo. Trong thăm dò địa chấn, khi xét các vùng ở xa nguồn thì các lực do sóng địa chấn tạo ra trong đất đá rất nhỏ, và môi trƣờng địa chất đƣợc coi là môi trƣờng đàn hồi, chính vì vậy có cơ sở để áp dụng các kết quả nghiên cứu lý thuyết đàn hồi.

Từ việc 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nghiên cứu cơ sở lý thuyết đàn hồi, xác định mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất có thể xác định điều kiện cân bằng động lực và từ đó xác định đặc điểm quá trình truyền sóng trong môi trƣờng đàn hồi. Môi trƣờng đàn hồi là môi trƣờng khi bị lực tác dụng sẽ thay đổi thể tích, hình dạng, nhƣng khi thôi tác dụng lại trở về trạng thái ban đầu. Đất đá trong môi trƣờng đàn hồi khi chịu tác dụng của một ngoại lực thì tại mọi điểm trong đấy đều xuất hiện một ứng lực để cần bằng với ngoại lực. Ứng lực đó gọi là ứng suất.

Các tham số đặc trƣng cho môi trƣờng đàn hồi là modun khối k, mô đun biến dạng µ, mô đun dãn dọc E, hệ số poatson  , hằng số lame  , mật độ đất đá  Sự hình thành sóng đàn hồi: Giả sử tại miền O nằm trong môi trƣờng đàn hồi, đặc trƣng bởi các tham số , , , ở đó tại thời điểm t có ngoại lực tức thời tác dụng dƣới dạng xung F. Tác dụng của lực F làm cho trƣờng bị biến dạng. Trƣớc tiên lớp thứ I nằm sát vùng O bị biến dạng, các phần tử của lớp này bị dịch chuyển và làm xuất hiện ứng suất có xu hƣớng kéo dài các phần tử vật chất trở về trạng thái cân bằng. Do đặc điểm quán tính, các phần tử vật chất không trở về trạng thái cân bằng ngay tức thời mà dao động quanh vị trí cân bằng.

Sự dao động trong lớp I làm xuất hiện ứng suất trong lớp II nằm sát cạnh lớp I, kết quả là tiếp theo lớp I, các phân tử lớp II dao động và cứ nhƣ vậy sự dao động đƣợc lan truyền. ta gọi sự truyền dao động đó là sự truyền sóng đàn hồi. Sự truyền sóng đàn hồi trong môi trƣờng đƣợc đặc trƣng bởi tốc độ truyền sóng xác định, giá trị tốc độ phụ thuộc vào các tham số đàn hồi của môi trƣờng. Khi có lực tác dụng vào môi trƣờng đàn hồi thì các phần tử của nó sẽ dao động và lan truyền trong không gian.

Sự lan truyền trong không gian gọi là sóng đàn hồi, và đƣợc truyền trong môi trƣờng với vận tốc phụ thuộc vào các tham số đàn hồi của môi trƣờng. Có 2 loại sóng đàn hồi: Sóng dọc (P) và sóng ngang (S). 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] + Sóng dọc liên quan đến biến dạng thể tích, có phƣơng dao động trùng với phƣơng truyền sóng E (1   ) vp  (1.1)  (1   )(1  2 ) + Sóng ngang liên quan đến biến dạng hình dạng và có phƣơng dao động vuông góc với phƣơng truyền sóng E vs  (1.1 : Quá trình truyền sóng của sóng dọc (a) và sóng ngang (b) 1. Sự truyền sóng địa chấn trong môi trƣờng địa chất Quy luật truyền sóng trong môi trƣờng địa chất phụ thuộc nhiều vào đặc điểm cấu tạo địa chất, thành phần đất đá, điều kiện hình thành và phát triển, điều kiện thế nằm của chúng.

Những đặc điểm này có ý nghĩa rất quan trọng, khi 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nghiên cứu sự hình thành và phát triển trƣờng sóng, nghiên cứu khả năng áp dụng của các phƣơng pháp địa chấn khác nhau. Đất đá tồn tại trong vỏ quả đất có tính chất đàn hồi rất khác nhau, trong đó các loại đá macma, đá trầm tích có độ gắn kết rắn chắc, có tính chất đàn hồi gần môi trƣờng đàn hồi tuyệt đối, một số loại đất đá khác trong các vùng phát triển nứt nẻ, mềm yếu, trầm tích bở rời thì lại rất khác đáng kể với môi trƣờng đàn hồi tuyệt đối, trong các loại đất đá này khả năng hấp thụ sóng rất mạnh mẽ. Các số liệu nghiên cứu tốc độ truyền sóng trong vỏ quả đất chỉ ra rằng các đất đá cấu tạo nên vỏ quả đất có tốc độ truyền sóng rất khác nhau, các lớp đất trồng nằm sát mặt đất có tốc độ truyền sóng nhỏ khoảng 300 – 400m/s, trong khi đó tốc độ truyền sóng trong đá macma và một số loại đá trầm tích ở dƣới sâu lên tới 6000 - 7000m/s [3]. Trong quá trình hình thành và phát triển, đất đá có những thay đổi tính chất vật lý, địa chất rất khác nhau làm cho tính chất đàn hồi thay đổi; vì vậy tốc độ truyền sóng của đất đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố rất khác nhau nhƣ: thành phần thạch học, điều kiện thành tạo, chiều sâu thế nằm và độ ngậm nƣớc.

Các yếu tố ảnh hƣơng đến tốc độ truyền sóng địa chấn:  Phụ thuộc thành phần thạch học đất đá Thành phần thạch học là yếu tố ảnh hƣởng quyết định đến tốc độ truyền sóng [3,4]. Đá macma và biến chất có tốc độ truyền sóng thay đổi trong khoảng 4000 - 6500m/s. Đá trầm tích có tốc độ truyền sóng nhỏ hơn, trong trầm tích lục nguyên có tốc độ truyền sóng ít khi vƣợt quá 3500m/s. Các trầm tích thuỷ hoá và cacbonat có giá trị lớn hơn có thể đạt tới 6500m/s xấp xỉ tốc độ truyền sóng trong đá macma và biến chất (bảng 1.

6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1: Vận tốc truyền sóng trong một số môi trường[3]. Đất đá, môi VP (km/s) VS/vP Đất đá, môi VP (km/s) VS/vP trƣờng trƣờng Không khí 0,31 0,36 Cát kết 1,5  4,0 0,5  0,6 Đất trồng, 0,1  0,5 0,5  0,6 Đá vôi, 2,6 6,5 0,5  0,6 phong hoá dolomit Cát khô 0,1  0,6 0,55  0,7 Muối mỏ 4,5  6,0 0,5  0,6 Cát ƣớt 1,5  1,6 0,1  0,3 Diệp thạch 4,0  6,0 0,46  0,62 kết tinh Sét ẩm 1,5  2,5 0,1  0,3 Granit 4,0  6,0 0,57  0,02 Nƣớc 1,43 1,59 0,4  0,6 Bazan 5,0  6,5  Ảnh hưởng của các yếu tố khác Tốc độ truyền sóng trong một loại đất đá có cùng thành phần thạch học có thể thay đổi trong phạm vi rộng tuỳ thuộc vào một loạt các yếu tố nhƣ áp suất, độ rỗng, độ ngậm nƣớc, tuổi. 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2: Sự phụ thuộc tốc độ VP vào mật độ của các loại đất đá khác nhau. Sự phụ thuộc tốc độ truyền sóng vào áp suất: Khi áp suất tăng lên làm giảm độ rỗng của đất đá, mô đun đàn hồi Young tăng làm cho tốc độ truyền sóng tăng.

Đối với các loại đất đá khác nhau, quy luật thay đổi tốc độ truyền sóng theo áp suất cũng khác nhau. Sự thay đổi này rõ nhất đối với đất đá trầm tích lục nguyên, còn trong đá macma và cacbonat ít hơn. Sự phụ thuộc tốc độ truyền sóng vào độ rỗng và độ ngậm nƣớc: Khi độ rỗng và độ ngậm nƣớc bão hoà tăng thì tốc độ truyền sóng giảm đi. Trong đất đá bở rời sát mặt đất, nếu lỗ hổng chứa không khí thì tốc độ truyền sóng có thể nhỏ hơn tốc độ âm trong không khí.

Khi độ rỗng giảm thì tốc độ tăng lên trong đá trầm tích, mối quan hệ này gần nhƣ tuyến tính, nếu lỗ hổng ngậm nƣớc thì tốc độ truyền sóng còn phụ thuộc độ bão hoà nƣớc. Khi áp suất nhỏ thì tốc độ truyền sóng tăng khi độ ngậm nƣớc tăng, đến khi bão hoà thì vP giữ nguyên, quá bão hoà thì tốc độ truyền sóng giảm. Sở dĩ nhƣ vậy là do khi độ ngậm nƣớc nhỏ, nƣớc tạo ra những màng làm tăng sự tiếp xúc giữa hai mặt với nhau nên tốc độ truyền sóng tăng, khi bão hoà các màng này bị phá vỡ, diện tích tiếp xúc giảm làm cho tốc độ truyền sóng giảm. 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nếu đất đá ngậm nƣớc (khoáng hoá) thì tốc độ truyền sóng tăng với độ khoáng hoá.3: Mối quan hệ giữa tốc độ và độ rỗng [3].

Sự phụ thuộc tốc độ truyền sóng vào chiều sâu: khi chiều sâu thế nằm tăng lên, áp suất tải trọng tác dụng lên đất đá tăng dẫn đến sự tăng tốc độ truyền sóng. Mức tăng tốc độ truyền sóng theo chiều sâu phụ thuộc vào thành phần thạch học và độ rỗng của đất đá.