Luận văn thạc sĩ xác định tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Trần Thị Thu Phương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Vinh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
• Đề tài: Xác định Tốc Độ Truyền Sóng Trong Địa Chấn Phản Xạ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MỘT SỐ NÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ
• 1.1. Cơ sở vật lý của phương pháp
• 1.2. Cơ sở địa chấn hình học
• 1.3. Sự phản xạ, khúc xạ và tán xạ của sóng đàn hồi
• 1.4. Kỹ thuật phát và thu sóng địa chấn
• 1.4.1. Kỹ thuật phát sóng địa chấn
• 1.4.2. Kỹ thuật thu sóng địa chấn
• 2. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG TRONG ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ
• 2.1. Phương pháp biểu đồ giao nhau
• 2.2. Phương pháp biểu đồ hiệu
• 2.3. Phương pháp tọa độ bình phương
• 2.4. Xây dựng phổ tốc độ
• 2.5. Xác định tốc độ bằng phương pháp các điểm tương hỗ
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ THỬ NGHIỆM TRÊN SỐ LIỆU MÔ HÌNH
• 3.1. Chương trình và số liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn thạc sĩ xác định tốc độ truyền sóng

Luận văn thạc sĩ về xác định tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ là một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực vật lý địa cầu. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc của trái đất mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc thăm dò tài nguyên khoáng sản. Tốc độ truyền sóng là một yếu tố quan trọng trong việc phân tích địa chất, giúp xác định độ sâu và hình dạng của các lớp đất đá. Luận văn này sẽ trình bày các phương pháp xác định tốc độ truyền sóng, từ đó đưa ra những kết luận và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Ý nghĩa của việc xác định tốc độ truyền sóng

Việc xác định tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc địa chất. Tốc độ này giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về tính chất của các lớp đất đá, từ đó đưa ra các quyết định chính xác trong thăm dò và khai thác tài nguyên.

1.2. Các phương pháp nghiên cứu trong luận văn

Luận văn sẽ trình bày các phương pháp nghiên cứu như phương pháp biểu đồ giao nhau, phương pháp biểu đồ hiệu và phương pháp tọa độ bình phương. Những phương pháp này sẽ được phân tích chi tiết để làm rõ cách thức xác định tốc độ truyền sóng.

II. Vấn đề và thách thức trong xác định tốc độ truyền sóng

Mặc dù có nhiều phương pháp để xác định tốc độ truyền sóng, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong quá trình thực hiện. Các yếu tố như độ chính xác của thiết bị, điều kiện địa chất và môi trường có thể ảnh hưởng đến kết quả. Việc hiểu rõ các vấn đề này là cần thiết để cải thiện độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng

Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mật độ, độ đàn hồi và cấu trúc của đất đá. Những yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình nghiên cứu để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

2.2. Thách thức trong việc thu thập dữ liệu

Việc thu thập dữ liệu trong các điều kiện địa chất khác nhau có thể gặp khó khăn. Các nhà nghiên cứu cần phải sử dụng các thiết bị hiện đại và kỹ thuật thu thập dữ liệu hiệu quả để đảm bảo chất lượng thông tin.

III. Phương pháp xác định tốc độ truyền sóng hiệu quả

Để xác định tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ, nhiều phương pháp đã được phát triển. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng. Luận văn sẽ phân tích chi tiết các phương pháp này và đưa ra những khuyến nghị cho việc áp dụng.

3.1. Phương pháp biểu đồ giao nhau

Phương pháp biểu đồ giao nhau là một trong những phương pháp phổ biến để xác định tốc độ truyền sóng. Phương pháp này dựa trên việc so sánh thời gian sóng đến các điểm quan sát khác nhau để tính toán tốc độ truyền sóng.

3.2. Phương pháp tọa độ bình phương

Phương pháp tọa độ bình phương sử dụng các điểm dữ liệu để tính toán tốc độ truyền sóng một cách chính xác. Phương pháp này giúp giảm thiểu sai số và tăng độ tin cậy của kết quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu tốc độ truyền sóng

Nghiên cứu về tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thăm dò dầu khí, khai thác khoáng sản và nghiên cứu địa chất công trình.

4.1. Ứng dụng trong thăm dò dầu khí

Tốc độ truyền sóng là yếu tố quan trọng trong việc xác định vị trí và độ sâu của các mỏ dầu khí. Việc áp dụng các phương pháp xác định tốc độ truyền sóng giúp tăng cường hiệu quả trong thăm dò và khai thác.

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu địa chất công trình

Nghiên cứu tốc độ truyền sóng cũng có ứng dụng trong việc khảo sát nền móng công trình. Các thông tin thu được từ nghiên cứu này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các công trình xây dựng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu tốc độ truyền sóng

Nghiên cứu về tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tiến bộ mới trong lĩnh vực địa vật lý.

5.1. Những thành tựu đã đạt được

Nghiên cứu đã cung cấp nhiều thông tin quý giá về tốc độ truyền sóng và các yếu tố ảnh hưởng đến nó. Những thành tựu này sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục phát triển các phương pháp xác định tốc độ truyền sóng, đồng thời áp dụng công nghệ mới để nâng cao độ chính xác và hiệu quả của nghiên cứu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Phương pháp địa chấn phản xạ là một trong những kỹ thuật địa vật lý quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái Đất, thăm dò dầu khí và khoáng sản. Theo ước tính, phương pháp này cung cấp độ chính xác cao trong việc xác định độ sâu và hình dạng các mặt ranh giới giữa các lớp đất đá, cũng như vận tốc truyền sóng đàn hồi trong các lớp đó. Tuy nhiên, việc xác định chính xác tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ vẫn là một thách thức do tính phức tạp của môi trường địa chất và sự biến đổi không đồng nhất của các lớp đất đá.

Luận văn tập trung nghiên cứu bài toán xác định tốc độ truyền sóng trong phương pháp địa chấn phản xạ, với mục tiêu phát triển và thử nghiệm các phương pháp xác định vận tốc hiệu dụng dựa trên các biểu đồ thời khoảng và các điểm tương hỗ. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi mô hình số với các lớp đất đá có đặc tính khác nhau về độ sâu, góc nghiêng và vận tốc truyền sóng, nhằm đánh giá độ chính xác và hiệu quả của các phương pháp xác định vận tốc.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp các công cụ tính toán vận tốc truyền sóng có độ chính xác cao, giúp nâng cao chất lượng xử lý và phân tích số liệu địa chấn phản xạ. Điều này góp phần cải thiện hiệu quả thăm dò địa chất, đặc biệt trong các lĩnh vực tìm kiếm dầu khí và khoáng sản, đồng thời hỗ trợ các công tác khảo sát nền móng công trình và nghiên cứu cấu trúc địa chất khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản của vật lý địa cầu và địa chấn học, bao gồm:

• Lý thuyết sóng đàn hồi: Mô tả sự lan truyền của sóng dọc (P) và sóng ngang (S) trong môi trường đàn hồi, với vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào các tham số đàn hồi như mô đun giãn dọc, hệ số Poisson và mật độ đất đá.

• Cơ sở địa chấn hình học: Nghiên cứu đặc điểm động hình học của trường sóng, bao gồm khái niệm mặt sóng, tia sóng, và biểu đồ thời khoảng (BĐTK) thể hiện mối quan hệ giữa thời gian sóng đến và vị trí điểm quan sát.

• Định luật phản xạ và khúc xạ sóng đàn hồi: Áp dụng định luật Snellius và các hệ số phản xạ, khúc xạ để mô tả sự biến đổi của sóng khi gặp mặt ranh giới giữa các lớp đất đá có tính chất khác nhau.

• Phương pháp các điểm tương hỗ: Sử dụng các cặp điểm phát và thu sóng tương hỗ để xác định vận tốc truyền sóng và vị trí các mặt ranh giới phản xạ, dựa trên nguyên lý thời gian tương hỗ và các tính toán đạo hàm thời gian theo vị trí.

Các khái niệm chính bao gồm: vận tốc hiệu dụng, biểu đồ thời khoảng, góc nghiêng mặt ranh giới, hệ số phản xạ, và thuật toán lựa chọn vận tốc theo phương pháp chia đôi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ được tính toán từ các mô hình số gồm 2 lớp đất đá với các đặc tính khác nhau về độ sâu, góc nghiêng và vận tốc truyền sóng. Các mô hình được xây dựng với các thông số cụ thể như:

• Độ sâu lớp trên từ 30 đến 50 m, lớp dưới từ 60 đến 86 m.
• Góc nghiêng các lớp từ -5° đến 5°.
• Vận tốc truyền sóng lớp trên khoảng 1000 m/s, lớp dưới khoảng 1500 m/s.

Phương pháp phân tích sử dụng thuật toán lựa chọn vận tốc theo phương pháp chia đôi, giúp tìm nghiệm vận tốc phù hợp với thời gian tương hỗ giữa các điểm phát và thu sóng. Quá trình nghiên cứu bao gồm:

• Tính toán biểu đồ thời khoảng từ các mô hình số.
• Xác định đạo hàm thời gian theo vị trí để tính góc ló tia sóng.
• Áp dụng thuật toán chia đôi để lựa chọn vận tốc sao cho chênh lệch thời gian lan truyền sóng giữa các điểm tương hỗ đạt giá trị nhỏ nhất.
• Thử nghiệm trên 5 mô hình với các đặc tính khác nhau để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2015, với các bước từ xây dựng mô hình, tính toán biểu đồ thời khoảng, đến thử nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác cao của phương pháp chia đôi trong xác định vận tốc: Trên mô hình 1, sau 16 lần lặp, vận tốc lớp trên được xác định là 1000 m/s với sai số chênh lệch thời gian chỉ 0.0000002 s, vận tốc lớp dưới là 1500.56 m/s với sai số gần như bằng 0. Tương tự, các mô hình khác cũng cho kết quả vận tốc xác định với sai số rất nhỏ, dưới 0.5%.

2. Ảnh hưởng của góc nghiêng lớp đất đá đến sai số vận tốc: Mô hình 3 và 4 với các lớp nghiêng từ ±3° đến ±5° cho thấy sai số vận tốc tăng nhẹ, khoảng 0.4% đến 0.6%, nhưng vẫn duy trì độ chính xác cao. Điều này chứng tỏ phương pháp vẫn ổn định khi áp dụng cho các môi trường địa chất có cấu trúc nghiêng.

3. Hiệu quả của thuật toán lựa chọn vận tốc theo phương pháp chia đôi: So với phương pháp dò từng bước, phương pháp chia đôi giúp tìm nghiệm vận tốc nhanh hơn và chính xác hơn, giảm thiểu thời gian tính toán trong xử lý số liệu địa chấn.

4. Khả năng áp dụng rộng rãi cho các mô hình địa chất phức tạp: Kết quả thử nghiệm trên 5 mô hình với các đặc tính khác nhau cho thấy phương pháp có thể áp dụng hiệu quả trong thực tế, kể cả khi có sự biến đổi về độ sâu, góc nghiêng và vận tốc lớp đất đá.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp phương pháp xác định vận tốc đạt độ chính xác cao là do việc sử dụng các điểm tương hỗ và thuật toán chia đôi cho phép khai thác tối đa thông tin thời gian lan truyền sóng phản xạ, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và biến đổi địa hình. So với các nghiên cứu trước đây, phương pháp này có ưu điểm vượt trội về tốc độ hội tụ và độ ổn định kết quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thời khoảng và bảng biểu thể hiện quá trình lặp và sai số thời gian chênh lệch, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của thuật toán. So sánh với các phương pháp truyền thống như biểu đồ giao nhau hay biểu đồ hiệu, phương pháp các điểm tương hỗ kết hợp thuật toán chia đôi cho kết quả chính xác hơn và phù hợp với các mô hình địa chất phức tạp.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao độ chính xác xác định vận tốc truyền sóng mà còn góp phần cải thiện chất lượng xử lý số liệu địa chấn phản xạ, từ đó hỗ trợ hiệu quả cho công tác thăm dò dầu khí, khoáng sản và nghiên cứu cấu trúc địa chất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp các điểm tương hỗ kết hợp thuật toán chia đôi trong xử lý số liệu địa chấn phản xạ: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu là nâng cao độ chính xác xác định vận tốc hiệu dụng, thời gian thực hiện trong vòng 6-12 tháng, chủ thể thực hiện là các trung tâm xử lý số liệu địa chấn.

2. Phát triển phần mềm tự động hóa tính toán vận tốc dựa trên thuật toán chia đôi: Động từ "phát triển", nhằm giảm thiểu thời gian và công sức tính toán, thời gian 12 tháng, chủ thể là các nhóm nghiên cứu và công ty công nghệ địa vật lý.

3. Mở rộng thử nghiệm phương pháp trên các khu vực địa chất phức tạp thực tế: Động từ "thử nghiệm", mục tiêu đánh giá tính ứng dụng thực tiễn, thời gian 1-2 năm, chủ thể là các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp thăm dò.

4. Đào tạo chuyên gia và kỹ thuật viên về phương pháp xác định vận tốc mới: Động từ "đào tạo", nhằm nâng cao năng lực chuyên môn, thời gian liên tục, chủ thể là các trường đại học và viện nghiên cứu.

5. Kết hợp phương pháp xác định vận tốc với các kỹ thuật địa chấn khác để tăng cường độ tin cậy: Động từ "kết hợp", mục tiêu cải thiện chất lượng dữ liệu địa chấn, thời gian 1 năm, chủ thể là các đơn vị thăm dò và nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực vật lý địa cầu và địa chấn học: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm chi tiết, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu về sóng đàn hồi và xử lý số liệu địa chấn.

2. Chuyên gia và kỹ thuật viên làm việc tại các trung tâm xử lý số liệu địa chấn: Các phương pháp xác định vận tốc hiệu dụng được trình bày rõ ràng, giúp nâng cao hiệu quả xử lý và phân tích số liệu thực tế.

3. Doanh nghiệp thăm dò dầu khí và khoáng sản: Nghiên cứu cung cấp công cụ tính toán vận tốc truyền sóng chính xác, hỗ trợ công tác khảo sát và thăm dò tài nguyên hiệu quả hơn.

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 địa chấn phản xạ, kỹ thuật xử lý số liệu và ứng dụng thực tế trong ngành.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp xác định vận tốc hiệu dụng trong địa chấn phản xạ là gì?
   Phương pháp dựa trên phân tích biểu đồ thời khoảng và các điểm tương hỗ, sử dụng thuật toán chia đôi để lựa chọn vận tốc sao cho thời gian lan truyền sóng phản xạ phù hợp nhất. Ví dụ, phương pháp này giúp xác định vận tốc lớp đất đá với sai số rất nhỏ, dưới 0.5%.

2. Tại sao vận tốc xác định được gọi là vận tốc hiệu dụng?
   Vận tốc hiệu dụng là vận tốc trung bình của lớp đất đá tính từ mặt quan sát đến mặt phản xạ, không phải vận tốc thực tại từng điểm. Nó phản ánh đặc tính truyền sóng tổng thể và được sử dụng rộng rãi trong xử lý số liệu địa chấn.

3. Phương pháp chia đôi có ưu điểm gì so với phương pháp dò từng bước?
   Phương pháp chia đôi giúp tìm nghiệm vận tốc nhanh hơn, giảm số lần lặp và tăng độ chính xác, nhờ đó tiết kiệm thời gian tính toán và nâng cao hiệu quả xử lý số liệu.

4. Ảnh hưởng của góc nghiêng lớp đất đá đến kết quả xác định vận tốc như thế nào?
   Góc nghiêng làm tăng nhẹ sai số vận tốc xác định, nhưng phương pháp vẫn duy trì độ chính xác cao, sai số thường dưới 1%, phù hợp với các môi trường địa chất phức tạp.

5. Phương pháp này có thể áp dụng trong thực tế như thế nào?
   Phương pháp được khuyến nghị áp dụng trong các trung tâm xử lý số liệu địa chấn, kết hợp với phần mềm tự động hóa và thử nghiệm trên các khu vực khảo sát thực tế để nâng cao độ tin cậy và hiệu quả thăm dò.

Kết luận

• Phương pháp xác định vận tốc truyền sóng trong địa chấn phản xạ dựa trên các điểm tương hỗ và thuật toán chia đôi cho kết quả chính xác cao, sai số thời gian chênh lệch rất nhỏ, dưới 0.5%.
• Nghiên cứu đã thử nghiệm thành công trên 5 mô hình số với các đặc tính khác nhau về độ sâu, góc nghiêng và vận tốc lớp đất đá, chứng minh tính ổn định và hiệu quả của phương pháp.
• Góc nghiêng lớp đất đá ảnh hưởng nhẹ đến sai số vận tốc, nhưng phương pháp vẫn duy trì độ chính xác phù hợp với yêu cầu thực tế.
• Thuật toán chia đôi giúp rút ngắn thời gian tính toán so với phương pháp dò từng bước truyền thống.
• Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp trong xử lý số liệu địa chấn thực tế, phát triển phần mềm hỗ trợ và đào tạo chuyên gia để nâng cao năng lực nghiên cứu và thăm dò.

Tiếp theo, cần mở rộng thử nghiệm trên các khu vực địa chất thực tế và tích hợp phương pháp vào quy trình xử lý số liệu địa chấn hiện đại. Độc giả và các chuyên gia được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm dựa trên nền tảng nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả thăm dò và nghiên cứu địa chất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 : Một số nét về phương pháp địa chấn phản xạ. Chương 2: Xác định tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ. Chương 3: Một số thử nghiệm trên số liệu mô hình. 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1: MỘT SỐ NÉT VỀ PHƢƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ Thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý nghiên cứu đặc điểm trường sóng dao động đàn hồi trong môi trường đất đá nhằm giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác nhau như nghiên cứu cấu trúc vỏ trái đất, tìm kiếm thăm dò dầu khí và tài nguyên khoáng sản, nghiên cứu nền móng công trình… Trong thăm dò địa chấn, người ta tiến hành nổ mìn, rung, đập hoặc ép hơi…để tạo ra các xung dao động, các xung dao động này truyền trong môi trường dưới dạng sóng đàn hồi.

Nếu gặp các mặt ranh giới của các tầng đất đá có tính chất đàn hồi khác nhau thì chúng sẽ tạo nên các sóng thứ cấp như sóng phản xạ, khúc xạ, sóng tán xạ…Với các thiết bị máy móc thích hợp đặt ở trên mặt hoặc trong giếng khoan ta có thể thu nhận và ghi giữ các dao động sóng này trên các băng địa chấn. Sau quá trình xử lí và phân tích tài liệu sẽ cho phép hình thành các lát cắt địa chấn, các bản đồ và các thông tin khác phản ánh đặc điểm hình thái và bản chất môi trường vùng nghiên cứu. Có hai phương pháp địa chấn chính là phương pháp địa chấn phản xạ và địa chấn khúc xạ, chúng được áp dụng trên đất liền, trên biển, trong hầm lò hoặc trong các giếng khoan… Phương pháp địa chấn được hình thành từ những năm hai mươi của thế kỷ 20 và cho đến nay đã có những bước phát triển rất mạnh mẽ kể cả trong lĩnh vực phương pháp, thiết bị và xử lý số liệu. Ngày nay người ta đã sử dụng các trạm địa chấn ghi số có hàng trăm mạch ghi, sử dụng hệ giao thoa “điểm sâu chung” với số bội rất cao, quan sát trong không gian 3 chiều, xử lý số liệu với chương trình xử lý khổng lồ và có thể minh giải tài liệu trên các trạm máy tính.

Ở nước ta, phương pháp địa chấn phản xạ đã được áp dụng từ những năm 60 nhằm phục vụ cho tìm kiếm và thăm dò dầu khí. Hiện nay, việc khảo sát tỷ mỷ thềm lục địa đang được tiến hành với các thiết bị hiện đại và công nghệ xử lý đạt trình độ tiên tiến trên thế giới. Ngoài lĩnh vực dầu khí, phương pháp địa chấn còn được áp 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] dụng để khảo sát các vùng biển nông và tìm kiếm sa khoáng (từ năm 1991), khảo sát nền móng công trình (từ năm 1970) và nghiên cứu các mỏ hầm lò (từ năm 1991). Cơ sở vật lý của phương pháp.

Sự hình thành sóng đàn hồi + Cơ sở lý thuyết đàn hồi: Người ta gọi những vật thể khi có lực tác dụng thì thay đổi về hình dạng và thể tích và khi ngừng tác dụng của lực thì lập tức trở lại trạng thái ban đầu là các vật thể đàn hồi. Sự thay đổi về hình dạng và thể tích như vậy gọi là biến dạng đàn hồi. Trong các phương pháp địa chấn, do lực tác dụng nhỏ và thời gian tác dụng lực rất ngắn nên có thể coi môi trường đất đá là môi trường đàn hồi. Có hai loại biến dạng đàn hồi là biến dạng thể tích và biến dạng hình dạng.

Nếu lực tác dụng chỉ làm thay đổi về thể tích mà hình dạng của vật vẫn giữ nguyên thì biến dạng đó gọi là biến dạng thể tích. Ngược lại nếu vật thể chỉ thay đổi hình dạng mà thể tích không đổi thì đó là biến dạng hình dạng. Các dạng biến dạng đàn hồi phức tạp đều được coi là tổng biến dạng thể tích và biến dạng hình dạng. Khi ngoại lực tác dụng lên vật thể gây nên sự biến dạng thì trong vật thể đồng thời xuất hiện nội lực có xu hướng chống lại ngoại lực nhằm kéo các phần tử vật chất về trạng thái ban đầu.

Nội lực này gọi là ứng lực. Ứng lực tác dụng lên một đơn vị diện tích nhằm cân bằng với ngoại lực gọi là ứng suất. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng được mô tả bới định luật Huk. Môi trường đàn hồi được đặc trưng bởi các tham số đàn hồi như mô đun giãn dọc E (mô đun Iung), mô đun nén ngang σ (hệ số poatson) hoặc hằng số Lame μ, λ và mật độ ρ.

Giả sử có một hình trụ tròn chiều dài l và đường kính d. Dưới tác dụng của lực F vật bị biến dạng có độ giãn dọc là ∆l và độ nén ngang là ∆d. Gọi độ giãn dọc tương đối là ∂l = , ∂d = Ứng suất T có độ lớn là : T = = (1.1) 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Vì mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính nên ta có: ∆l = aT , ∂l = = Và ∆d = bT, ∂d = a và b là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất đàn hồi và kích thước của vật thể + Sự hình thành sóng đàn hồi: Trong thăm dò địa chấn, khi kích thích xung lực ở một điểm nào đó của môi trường thì sẽ gây nên sự biến dạng và suất hiện ứng suất. Do hiện tượng quán tính nên các phần tử vật chất của môi trường sẽ dao động quanh vị trí cân bằng, trong môi trường đàn hồi các dao động này được lan truyền theo mọi hướng dưới dạng sóng đàn hồi.

Sóng đàn hồi được truyền đi với vận tốc xác định, tấc độ truyền sóng phụ thuộc vào các tham số đàn hồi của môi trường. Trong môi trường đồng nhất, khi có kích thích dao động thì sẽ tạo ra hai loại sóng khác nhau là sóng dọc (P) và sóng ngang (S). Sóng dọc (P) liên quan đến biến dạng thể tích, phương dao động của hạt cùng với phương truyền sóng. Khi sóng dọc truyền đi sẽ tạo ra các đới nén, dãn liên tiếp.

Sóng ngang (S) liên quan đến biến dạng hình dạng, phương dao động của hạt vật chất thẳng góc với phương truyền sóng. Khi sóng ngang truyền đi sẽ tạo ra các đới trượt liên tiếp. Trong môi trường đồng nhất sóng dọc và sóng ngang truyền độc lập với nhau và có tốc độ khác nhau là vp và vs vp = vs = (1.2) Với ρ là mật độ đất đá, E là mô đun Iung và σ là hệ số Poatson So sánh vp và vs ta có: (1.3) 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Trong không khí và nước không có biến dạng hình dạng nên chỉ có sóng dọc mà không có sóng ngang. Trong địa chấn, việc quan sát sóng được tiến hành bằng cách ghi các dao động tại những điểm nhất định theo thời gian.

Đồ thị biểu diễn dao động tại một điểm quan sát theo thời gian gọi là hình dạng sóng. Độ lệch cực đại của đường ghi so với vị trí cân bằng gọi là biên độ (A), khoảng thời gian giữa hai cực trị cùng tên gọi là chu kì T, Đại lượng nghịch đảo với chu kỳ xác định số dao động trong một đơn vị thời gian gọi là tần số f = , Khoảng cách giữa các cực trị cùng tên là bước sóng λ, λ = vpT. Cơ sở địa chấn hình học Trong quá trình nghiên cứu sự truyền sóng địa chấn có thể xét trường sóng theo các đặc điểm động lực học hoặc đặc điểm động hình học. Khi nghiên cứu các đặc điểm động lực của trường sóng, người ta xét trường véc tơ dịch chuyển theo không gian và thời gian.

Các tham số được quan tâm là hình dạng sóng, biên độ, phổ tần số. Trong nhiều trường hợp, để đơn giản người ta không xét đầy đủ bản chất, hình dạng sóng mà chỉ xét đặc trưng thời gian của sóng như sự phân bố mặt sóng, thời gian, tốc độ…Các đặc trưng như vậy gọi là đặc điểm động hình học và việc nghiên cứu chúng dựa trên cơ sở địa chấn hình học. + Trường thời gian Khi gây dao động tại một điểm nào đó thì sẽ tạo ra sóng đàn hồi truyền trong môi trường. Khoảng không gian mà tại mỗi điểm của nó thời gian sóng đến hoàn toàn được xác định gọi là trường thời gian.

Xét điểm quan sát bất kỳ M(x,y,z), thời gian sóng đến điểm M là t(x,y,z), trường thời gian được xác định bởi phương trình t = t(x,y,z). Cũng như các trường vật lý vô hướng khác, trường thời gian được đặc trưng bởi mặt mức, đó là các mặt đẳng thời. Mặt đẳng thời trùng với mặt phân chia vùng dao động và vùng chưa dao động gọi là mặt sóng. Mặt ranh giới vùng dao động và vùng dao động đã tắt gọi là lưng sóng.

Ngoài mặt mức người ta còn sử 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] dụng khái niệm tia sóng. Tia sóng là những đường thẳng góc với mặt đẳng thời và trùng với phương truyền sóng. Trong môi trường đồng nhất tia sóng là đường thẳng. Khi tiến hành phương pháp địa chấn, người ta quan sát sóng tại nhiều điểm khác nhau trên tuyến.

Tại các điểm quan sát, thời gian truyền sóng hoàn toàn được xác định. Người ta gọi đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian sóng đến và vị trí điểm quan sát là biểu đồ thời khoảng (BĐTK). Tốc độ truyền sóng quan sát được dọc theo tuyến quan sát gọi là tốc độ biểu kiến (v*) khác với tốc độ truyền sóng thực tính theo phương truyền sóng (Hình vẽ 1. Mối quan hệ giữa BĐTK và tốc độ biểu kiến v* Giả sử quan sát sóng theo tuyến x.

Thời gian sóng đến tại 2 điểm A và B cách nhau ∆x là t1 và t2. Ta có: v* = Nếu tia sóng đến hợp với mặt ranh giới góc α, tấc độ truyền sóng thực là: v= 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] ∆s là quãng đường truyền sóng trong khoảng thời gian ∆t. Mối quan hệ giữa v* và v được xác định: v* = (1.4) Như vậy, khi sóng truyền theo bề mặt thì có v* = v, khi sóng đến thẳng góc với mặt ranh giới thì v* = + Các định luật cơ bản của địa chấn hình học: Để nghiên cứu các đặc điểm động hình học của trường sóng người ta cần áp dụng các định luật trong quang hình học như nguyên lý Huyghen – Fresnen, nguyên lý Fecma. Nguyên lý Huyghen- Fresnen: Theo nguyên lý này mỗi điểm của môi trường mà dao động sóng đạt tới có thể coi là nguồn phát sóng thứ cấp được xác định bởi biên độ và pha của nguồn thực.