Xây Dựng Mô Hình Vận Tốc Truyền Sóng Địa Chấn Trong Vỏ Trái Đất Khu Vực Miền Trung Việt Nam

Luận văn thạc sĩ trình bày mô hình vận tốc truyền sóng trong vỏ trái đất khu vực miền Trung Việt Nam, góp phần nghiên cứu địa chất.

• Tác giả: Lê Thị Thuấn
• Người hướng dẫn: TSKH Ngô Thị Lư
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
• Đề tài: Mô Hình Vận Tốc Truyền Sóng Địa Chấn Trong Vỏ Trái Đất Khu Vực Miền Trung Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu, xác định mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất ở Việt Nam
• 1.2. Tình hình nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc vỏ Trái đất ở miền Trung, Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
• 2.1.1. Phương pháp xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn
• 2.1.2. Phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
• 2.2. Xử lý số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn
• 2.2.1. Số liệu sử dụng trong tính toán
• 2.2.2. Tiêu chuẩn xử lý và hiệu chỉnh số liệu quan sát
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÁC TỐC ĐỒ THỜI GIAN TRUYỀN SÓNG ĐỊA CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT NAM
• 3.1. Các bước xử lý số liệu cho mỗi loại sóng địa chấn
• 3.2. Kết quả tính toán xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn theo các tài liệu động đất đối với khu vực miền Trung, Việt Nam
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG ĐỊA CHẤN TRONG VỎ TRÁI ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG, VIỆT NAM
• 4.1. Giới thiệu về chương trình tính mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
• 4.2. Tính toán các mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Mô Hình Vận Tốc Địa Chấn Vỏ Trái Đất

Nghiên cứu về mô hình vận tốc địa chấn trong vỏ Trái Đất đóng vai trò then chốt trong việc định vị chính xác tâm chấn động đất, đặc biệt quan trọng trong bối cảnh gia tăng thảm họa động đất toàn cầu. Mô hình vận tốc không chỉ là công cụ thiết yếu cho công tác xử lý số liệu địa chấn, mà còn là nền tảng để đánh giá độ nguy hiểm động đất, dự báo động đất, và nghiên cứu các hiện tượng địa chấn kiến tạo. Trên thế giới, nghiên cứu này đã được khởi xướng từ năm 1935. Việt Nam, với hệ thống trạm ghi động đất ngày càng hiện đại, cần có mô hình vận tốc riêng, phù hợp với điều kiện địa chất thực tế. Luận văn này tập trung xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn cho khu vực miền Trung Việt Nam, nơi chưa có nghiên cứu chuyên sâu nào về vấn đề này.

1.1. Tầm quan trọng của mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn

Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn là yếu tố sống còn trong việc xác định chính xác vị trí và đặc điểm của các trận động đất. Nó cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc vỏ Trái Đất, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và phát triển của khu vực. Từ đó, chúng ta có thể đưa ra những dự báo chính xác hơn về nguy cơ động đất và có những biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

1.2. Mô hình 3D vận tốc và ứng dụng trong nghiên cứu địa chấn

Việc xây dựng mô hình 3D vận tốc cho phép tái hiện một cách trực quan và chi tiết cấu trúc địa chấn của khu vực nghiên cứu. Các mô hình này được xây dựng dựa trên dữ liệu về thời gian và vận tốc của các sóng địa chấn khác nhau, cho phép xác định các ranh giới và các lớp địa chất khác nhau trong vỏ Trái Đất.

II. Thách Thức Thiếu Mô Hình Vận Tốc Địa Chấn Miền Trung

Mặc dù Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về mô hình vận tốc địa chấn, khu vực miền Trung Việt Nam vẫn còn thiếu một mô hình chuyên biệt. Sự phức tạp của cấu trúc địa chất và địa động lực học khu vực, đặc biệt là sau sự kiện động đất tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2, đòi hỏi cần có một mô hình chính xác hơn để phục vụ công tác định vị chấn tiêu và đánh giá nguy cơ động đất. Hệ thống trạm địa chấn dày đặc tại khu vực này cung cấp nguồn dữ liệu dồi dào, nhưng cần có phương pháp phân tích và xây dựng mô hình phù hợp để khai thác hiệu quả.

2.1. Tính phức tạp của cấu trúc địa chất khu vực miền Trung Việt Nam

Khu vực miền Trung Việt Nam có cấu trúc địa chất phức tạp, với nhiều hệ thống đứt gãy và các khối địa tầng khác nhau. Điều này gây khó khăn cho việc xác định vận tốc truyền sóng địa chấn, vì vận tốc này có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loại đá và cấu trúc địa chất.

2.2. Yêu cầu về độ chính xác cao trong định vị chấn tiêu động đất

Việc định vị chính xác tâm chấn của các trận động đất là rất quan trọng để đánh giá nguy cơ động đất và đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Sai sót trong định vị tâm chấn có thể dẫn đến những đánh giá sai lầm về nguy cơ động đất và ảnh hưởng đến việc xây dựng các công trình an toàn.

2.3. Ảnh hưởng của đứt gãy tới vận tốc truyền sóng địa chấn

Các đứt gãy trong vỏ Trái Đất có thể ảnh hưởng đáng kể đến vận tốc truyền sóng địa chấn. Sóng địa chấn có thể bị phản xạ, khúc xạ hoặc suy giảm khi truyền qua các đứt gãy, làm thay đổi thời gian truyền và biên độ của sóng.

III. Cách Xây Dựng Mô Hình Vận Tốc Địa Chấn Khu Vực

Luận văn này tập trung vào phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn dựa trên phân tích thời gian truyền sóng. Phương pháp này bao gồm thu thập và xử lý dữ liệu thời điểm tới của các pha sóng địa chấn khác nhau (P, S, Pn, Sn), xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng, và sử dụng các thuật toán đảo ngược để xác định mô hình vận tốc. Chương trình tính toán chuyên dụng được sử dụng để thực hiện các bước này. Kết quả là các mô hình 1D vận tốc có thể được sử dụng để cải thiện độ chính xác của việc định vị động đất.

3.1. Thu thập và xử lý dữ liệu địa chấn từ các trạm quan sát

Bước đầu tiên trong việc xây dựng mô hình vận tốc là thu thập dữ liệu địa chấn từ các trạm quan sát. Dữ liệu này bao gồm thời gian đến của các pha sóng (P, S, Pn, Sn) từ các trận động đất khác nhau. Dữ liệu địa chấn được xử lý để loại bỏ nhiễu và các lỗi, đảm bảo độ chính xác cao nhất.

3.2. Xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng từ dữ liệu thực nghiệm

Tốc đồ thời gian truyền sóng là biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách từ tâm chấn đến trạm quan sát và thời gian đến của sóng. Tốc đồ thời gian truyền sóng được xây dựng dựa trên dữ liệu địa chấn đã được xử lý và là một công cụ quan trọng để xác định vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái Đất.

3.3. Ứng dụng phương pháp đảo ngược địa chấn để xây dựng mô hình

Phương pháp đảo ngược địa chấn là một kỹ thuật toán học được sử dụng để xác định mô hình vận tốc từ tốc độ thời gian truyền sóng. Phương pháp này cho phép ước tính vận tốc truyền sóng ở các độ sâu khác nhau trong vỏ Trái Đất, tạo ra mô hình chi tiết về cấu trúc bên dưới bề mặt.

IV. Phương Pháp Phân Tích Sóng P và Sóng S Địa Chấn

Việc phân tích sóng P (sóng dọc) và sóng S (sóng ngang) đóng vai trò then chốt trong xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn. Tỷ số giữa vận tốc sóng P và vận tốc sóng S (Vp/Vs) cung cấp thông tin quan trọng về thành phần vật chất và trạng thái của vỏ Trái Đất. Các biến đổi trong tốc độ sóng P và sóng S cho phép xác định các ranh giới địa chất và các dị thường về vận tốc. Các tốc đồ thời gian truyền sóng được xây dựng riêng cho sóng P và sóng S, sau đó được kết hợp để tạo ra một mô hình toàn diện.

4.1. Xác định tốc độ sóng P và sóng S từ dữ liệu quan sát

Từ dữ liệu thu thập được, các nhà khoa học xác định tốc độ của sóng P và sóng S bằng cách đo thời gian mà chúng mất để đi từ tâm chấn đến các trạm quan sát. Tốc độ này phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của các lớp địa chất mà sóng đi qua.

4.2. Ứng dụng tỷ số Vp Vs để nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái Đất

Tỷ số giữa vận tốc sóng P (Vp) và vận tốc sóng S (Vs), hay còn gọi là tỷ số Vp/Vs, cung cấp thông tin quan trọng về thành phần vật chất và trạng thái của vỏ Trái Đất. Tỷ số này có thể được sử dụng để phân biệt các loại đá khác nhau, xác định sự hiện diện của chất lỏng và đánh giá mức độ nứt nẻ của đá.

4.3. Tìm kiếm các dị thường vận tốc để xác định đứt gãy

Các dị thường trong vận tốc sóng P và sóng S có thể chỉ ra sự thay đổi trong cấu trúc địa chất, chẳng hạn như sự hiện diện của các đứt gãy. Khi sóng đi qua một đứt gãy, chúng có thể bị chậm lại hoặc thay đổi hướng, tạo ra các dị thường có thể được phát hiện thông qua phân tích dữ liệu địa chấn.

V. Kết Quả Mô Hình Vận Tốc Truyền Sóng Địa Chấn Miền Trung

Nghiên cứu này hướng tới việc xây dựng một mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn chi tiết cho khu vực miền Trung Việt Nam. Mô hình này sẽ cung cấp thông tin về vận tốc sóng P và sóng S ở các độ sâu khác nhau, cũng như xác định vị trí và đặc điểm của các ranh giới địa chất quan trọng. Kết quả này sẽ góp phần nâng cao độ chính xác của việc định vị động đất và đánh giá nguy cơ động đất trong khu vực.

5.1. Xây dựng mô hình 1D và mô hình 3D

Nghiên cứu sẽ tập trung vào xây dựng cả mô hình 1D và mô hình 3D. Mô hình 1D cung cấp một cái nhìn tổng quan về sự thay đổi vận tốc theo độ sâu, trong khi mô hình 3D cho phép tái hiện một cách chi tiết cấu trúc phức tạp của khu vực.

5.2. Xác định các ranh giới địa chất quan trọng và địa tầng

Thông qua phân tích dữ liệu địa chấn, nghiên cứu sẽ xác định vị trí và đặc điểm của các ranh giới địa chất quan trọng, chẳng hạn như ranh giới giữa các lớp địa tầng khác nhau. Thông tin này rất quan trọng để hiểu rõ hơn về lịch sử địa chất của khu vực.

5.3. So sánh mô hình vận tốc với các khu vực lân cận

Sau khi xây dựng mô hình vận tốc cho khu vực miền Trung Việt Nam, nghiên cứu sẽ so sánh mô hình này với các mô hình vận tốc đã được xây dựng cho các khu vực lân cận. Điều này cho phép đánh giá mức độ tương đồng và khác biệt về cấu trúc địa chất và cung cấp thông tin quan trọng về sự phát triển địa động lực của khu vực.

VI. Tương Lai Phát Triển Mô Hình Địa Chấn Phục Vụ Dự Báo

Kết quả của luận văn sẽ đóng góp vào việc xây dựng một hệ thống dự báo động đất hiệu quả hơn cho miền Trung Việt Nam. Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn chính xác sẽ giúp cải thiện độ chính xác của việc định vị động đất, từ đó cho phép phân tích và đánh giá nguy cơ động đất một cách toàn diện hơn. Trong tương lai, mô hình này có thể được tích hợp với các dữ liệu khác (ví dụ, dữ liệu địa vật lý, dữ liệu GPS) để tạo ra một hệ thống cảnh báo sớm động đất.

6.1. Tích hợp mô hình vận tốc vào hệ thống cảnh báo sớm động đất

Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn có thể được tích hợp vào hệ thống cảnh báo sớm động đất để cung cấp thông tin chính xác hơn về thời gian và cường độ của các trận động đất sắp xảy ra. Hệ thống này có thể cảnh báo cho người dân và các cơ quan chức năng, giúp giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.

6.2. Nghiên cứu địa động lực học và ứng suất để dự báo

Nghiên cứu về địa động lực học và ứng suất trong vỏ Trái Đất có thể cung cấp thông tin quan trọng để dự báo động đất. Bằng cách theo dõi sự thay đổi của ứng suất trong khu vực, các nhà khoa học có thể đánh giá nguy cơ động đất và đưa ra các cảnh báo sớm.

6.3. Ứng dụng AI và Machine Learning trong phân tích dữ liệu địa chấn

Các kỹ thuật AI và Machine Learning có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu địa chấn một cách hiệu quả hơn và tìm ra các mẫu hoặc dị thường có thể chỉ ra nguy cơ động đất. Các thuật toán này có thể được huấn luyện để nhận dạng các tín hiệu yếu hoặc ẩn trong dữ liệu, giúp cải thiện độ chính xác của việc dự báo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hoạt động địa chấn và hiểm họa động đất tại khu vực Đông Nam Á diễn biến ngày càng phức tạp sau hàng loạt biến cố quy mô lớn như trận động đất sóng thần Sumatra năm 2004 hay thảm họa Tohoku năm 2011. Tại Việt Nam, chuỗi động đất kích thích liên tiếp xảy ra tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2 thuộc tỉnh Quảng Nam đã đặt ra yêu cầu cấp bách về việc nâng cao năng lực quan trắc địa chấn. Việc xác định chính xác các tham số cơ bản của chấn tiêu động đất phụ thuộc hoàn toàn vào độ tin cậy của mô hình cấu trúc vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất.

Trước năm 2014, mạng lưới trạm địa chấn tại miền Trung còn rất thưa thớt với khoảng 2 đến 3 trạm quan trắc truyền thống, chưa đủ điều kiện để xây dựng một mô hình vận tốc riêng biệt cho khu vực này. Hầu hết các phép quy toán tham số chấn tiêu trước đây đều phải mượn mô hình vận tốc của miền Bắc hoặc áp dụng các mô hình toàn cầu với độ lệch lớn. Đề tài tập trung giải quyết mục tiêu then chốt là xây dựng hệ thống tốc đồ thời gian truyền sóng thực nghiệm và thiết lập mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn phân lớp tối ưu cho khu vực miền Trung Việt Nam.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ dải lãnh thổ miền Trung và các khu vực lân cận, xử lý tập dữ liệu từ 275 sự kiện động đất ghi nhận trong phạm vi khoảng cách chấn tâm lên đến 800 km. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, góp phần hoàn thiện một trong các nhiệm vụ thuộc Nghị định thư hợp tác khoa học công nghệ cấp Nhà nước giữa Việt Nam và Liên bang Nga. Công trình cung cấp bộ thông số chuẩn giúp chuẩn hóa dữ liệu cho hệ thống gồm 15 trạm địa chấn khu vực miền Trung trong tổng số gần 30 trạm ghi số quốc gia, tối ưu hóa hệ số tương quan tốc đồ đạt mức tiệm cận 0.999 và giảm thiểu sai số định vị chấn tiêu phục vụ công tác đánh giá độ nguy hiểm động đất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được phát triển dựa trên nền tảng lý thuyết truyền sóng đàn hồi trong môi trường dị thể phân lớp của vỏ Trái đất kết hợp với lý thuyết tia địa chấn. Mô hình vận tốc chuẩn quốc tế IASPEI91 cùng với quy luật phân bố sai số Jeffreys được sử dụng làm cơ sở đối sánh lý thuyết để xác định độ lệch thời gian truyền sóng thực nghiệm. Quá trình mô hình hóa toán học thiết lập mối quan hệ hàm số giữa thời gian truyền sóng, độ sâu chấn tiêu và khoảng cách chấn tâm nhằm mô tả sự lan truyền của các pha sóng khác nhau qua các ranh giới địa chấn cơ bản.

Nghiên cứu tập trung phân tích 4 khái niệm nền tảng trong vật lý địa cầu:

• Sóng dọc và sóng ngang: Hai dạng sóng thể tích sơ cấp và thứ cấp lan truyền qua các môi trường thạch quyển với vận tốc khác nhau.
• Tốc đồ thời gian truyền sóng: Đồ thị và phương trình biểu diễn mối tương quan tuyến tính giữa khoảng cách chấn tâm và thời gian sóng truyền đến trạm quan trắc.
• Tỷ số vận tốc sóng dọc trên sóng ngang: Đại lượng phản ánh tính chất cơ lý, trạng thái ứng suất và độ bền vững của vật liệu đất đá trong vỏ Trái đất.
• Các ranh giới bất liên tục: Ranh giới Conrad phân chia lớp granit với lớp bazan và ranh giới Moho phân chia lớp vỏ Trái đất với manti trên.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được tổng hợp từ 275 sự kiện động đất riêng biệt với đầy đủ thông tin về tọa độ chấn tâm, độ sâu chấn tiêu và thời điểm xuất hiện các pha sóng. Cỡ mẫu này được thu thập từ mạng lưới trạm địa chấn quốc gia của Việt Nam kết hợp các trạm địa chấn quốc tế trong khu vực lân cận nhằm bù đắp mật độ trạm thưa thớt tại miền Trung. Phương pháp chọn mẫu có mục đích được áp dụng để lọc chọn các trận động đất có khoảng cách chấn tâm từ 0 đến 800 km, đảm bảo ghi nhận rõ nét các pha sóng P, Pg, Pn, S, Sg và Sn.

Nghiên cứu lựa chọn phương pháp mô hình hóa toán học kết hợp thuật toán tối ưu hóa Monte-Carlo và phương pháp bình phương tối thiểu để cực tiểu hóa hàm mục tiêu sai số thời gian truyền sóng. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích này là vì cấu trúc vỏ Trái đất miền Trung có tính bất đồng nhất cao với nhiều đới đứt gãy phức tạp, khiến bài toán truyền sóng mang tính phi tuyến sâu sắc. Phương pháp cho phép giải bài toán ngược một cách tin cậy ngay cả khi độ sâu chấn tiêu ban đầu chưa được xác định chính xác. Quá trình xử lý dữ liệu được tiến hành qua chu trình lặp 3 bước: tính toán độ lệch thời gian so với mô hình chuẩn, loại bỏ các điểm nhiễu có độ sai lệch cực trị, và làm trơn đồ thị để thiết lập phương trình tốc đồ trung bình. Timeline nghiên cứu được thực hiện tập trung trong giai đoạn từ năm 2012 đến năm 2014 dưới sự bảo trợ của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và mô phỏng toán học đã mang lại các phát hiện cốt lõi về trường sóng và cấu trúc vỏ Trái đất khu vực miền Trung:

Thứ nhất, nghiên cứu đã xây dựng thành công hệ phương trình tốc đồ thời gian truyền sóng thực nghiệm trung bình cho 6 pha sóng chính với độ chính xác rất cao. Phương trình sóng dọc P đạt tương quan R = 0.999 với tốc độ góc 0.143, sóng Pg đạt R = 0.999 với hệ số 0.498, và sóng Pn đạt R = 0.999 với hệ số 0.412. Đối với sóng ngang, phương trình sóng S đạt R = 0.997 với hệ số 0.8, sóng Sg đạt R = 0.999 với hệ số 0.501, và sóng Sn đạt R = 1.0 với hệ số 0.533.

Thứ hai, quy trình hiệu chỉnh lặp 3 bước đã chứng minh hiệu quả vượt trội trong việc loại trừ sai số quan trắc. Đối với sóng Pn, hệ số tương quan tuyến tính được nâng từ mức ban đầu R1 = 0.991 lên mức R2 = 0.999 sau 3 lần lọc nhiễu, giúp triệt tiêu hoàn toàn các điểm sai lệch thời gian cực trị từ mức trên 50 giây xuống dưới 0.1 giây.

Thứ ba, tỷ số vận tốc trung bình giữa sóng dọc và sóng ngang trong vỏ Trái đất khu vực miền Trung được xác định nằm trong dải hẹp từ 1.67 đến 1.69 với giá trị trung bình ổn định là 1.68. Giá trị này khẳng định tính tương đồng cao với cấu trúc thạch học vỏ lục địa miền Bắc nhưng có sự phân dị rõ rệt về độ sâu các lớp ranh giới.

Thứ tư, nghiên cứu bổ sung dữ liệu thực nghiệm về vận tốc truyền sóng cắt trong lớp trầm tích san hô bề mặt tại khu vực biển đảo miền Trung với giá trị đo đạc đạt 454.58 m/s, phục vụ trực tiếp cho tính toán ổn định công trình ven bờ và hải đảo.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu được minh họa trực quan thông qua các bảng tổng hợp số liệu thực nghiệm và hệ thống biểu đồ phân bố tọa độ thời gian theo khoảng cách chấn tâm. Trên đồ thị tốc đồ, nhánh đường biểu diễn của sóng P luôn nằm phía dưới nhánh đường biểu diễn của sóng S. Điều này phản ánh chính xác bản chất vật lý địa cầu: sóng dọc có vận tốc lan truyền lớn hơn sóng ngang trong cùng một môi trường đàn hồi, dẫn đến thời gian truyền sóng tới trạm quan trắc ngắn hơn trên cùng một cự ly chấn tâm.

Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt giữa các nhánh tốc đồ Pg, Pn và Sg, Sn xuất phát từ cấu trúc phân tầng rõ rệt của vỏ Trái đất miền Trung. Sóng trực tiếp Pg và Sg lan truyền chủ yếu trong tầng granit ở phần trên của vỏ, trong khi sóng khúc xạ Pn và Sn truyền dọc theo mặt ranh giới Moho ở đáy vỏ Trái đất với vận tốc vượt trội. Khi so sánh với các mô hình 3 lớp và 4 lớp của miền Bắc Việt Nam hay mô hình 1 chiều tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình có bề dày lớp granit khoảng 14 km và mặt Moho sâu từ 27 km đến 30.6 km, mô hình miền Trung phản ánh đặc trưng chuyển tiếp kiến tạo đặc thù. Việc áp dụng mô hình vận tốc riêng biệt này giúp giải tỏa hoàn toàn các hoài nghi về sai số định vị động đất kích thích tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2, nâng cao độ tin cậy của công tác quan trắc địa chấn quốc gia.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực nghiệm và mô hình vận tốc đã thiết lập, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị hành động cụ thể:

Thứ nhất, tích hợp ngay hệ phương trình tốc đồ và mô hình lát cắt vận tốc miền Trung vào phần mềm quy toán chấn tiêu tự động tại Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần. Mục tiêu đặt ra là nâng cao độ chính xác định vị chấn tâm với sai số tọa độ dưới 2 km và sai số độ sâu dưới 3 km, triển khai hoàn thành trong vòng 6 tháng do Viện Vật lý Địa cầu chủ trì.

Thứ hai, mở rộng mạng lưới quan trắc bằng việc lắp đặt bổ sung 5 đến 10 trạm địa chấn băng rộng dải tần cao tại các khu vực tập trung đứt gãy hoạt động như Quảng Nam, Thừa Thiên Huế và Kon Tum. Kế hoạch đầu tư cần được thực hiện trong giai đoạn 2024 - 2026 dưới sự quản lý của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Thứ ba, chuẩn hóa quy trình đánh giá an toàn địa chấn công trình bằng văn bản hướng dẫn kỹ thuật bắt buộc áp dụng mô hình vận tốc địa phương cho các dự án thủy điện bậc thang và công trình ngầm trọng điểm. Quy chuẩn này cần được Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Bộ Công Thương ban hành trong thời hạn 12 đến 18 tháng.

Thứ tư, đẩy mạnh các chương trình nghiên cứu chuyên sâu về mô hình cấu trúc 3 chiều thông qua phương pháp tomograph địa chấn và đo sâu địa chấn phản xạ. Hoạt động này nhằm chi tiết hóa cấu trúc móng kết tinh và hình thái mặt Moho trên toàn dải ven biển, thực hiện theo lộ trình 2 đến 3 năm với sự hợp tác của các đối tác quốc tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu chuyên khảo giá trị dành cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Vật lý địa cầu, Địa chất kiến tạo và Địa vật lý thăm dò. Luận văn cung cấp khung phương pháp luận chi tiết về xử lý dữ liệu động học sóng địa chấn và quy trình giải bài toán ngược mô hình hóa vỏ Trái đất.

Nhóm thứ hai là đội ngũ kỹ sư xây dựng, chuyên gia tư vấn thiết kế các công trình thủy điện, nhà máy điện hạt nhân và cơ sở hạ tầng giao thông ngầm. Luận văn hỗ trợ số liệu vận tốc truyền sóng chuẩn xác để tính toán tải trọng kháng chấn động lực học và mô phỏng phản ứng nền móng.

Nhóm thứ ba là cán bộ quản lý thuộc các cơ quan phòng chống thiên tai, Cục Quản lý đê điều và Viện Quy hoạch đô thị nông thôn. Nguồn dữ liệu giúp xây dựng bản đồ phân vùng vi địa chấn, dự báo hiểm họa động đất và lập kế hoạch di dân vùng nguy hiểm.

Nhóm thứ tư là các đơn vị khảo sát địa kỹ thuật biển và công trình ngoài khơi. Nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo thực nghiệm quý giá về tốc độ truyền sóng cắt trong tầng trầm tích Đệ tứ và nền san hô để thiết kế công trình biển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất đóng vai trò gì trong việc xác định chấn tiêu động đất? Mô hình vận tốc cung cấp thông số nền tảng để chuyển đổi khoảng thời gian sóng truyền ghi nhận tại các trạm thành cự ly không gian thực tế. Nếu sử dụng mô hình vận tốc không phù hợp, sai số định vị chấn tâm có thể lệch hàng chục km và sai số độ sâu chấn tiêu lên tới 10 đến 15 km, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đánh giá mức độ nguy hiểm địa chấn.

Tại sao không thể áp dụng trực tiếp mô hình chuẩn toàn cầu IASPEI91 cho khu vực miền Trung Việt Nam? Mô hình IASPEI91 được xây dựng dựa trên giá trị trung bình toàn cầu của thạch quyển lục địa và đại dương. Cấu trúc vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam có tính phân dị phức tạp với bề dày các lớp trầm tích, granit và bazan mang đặc thù riêng biệt, đòi hỏi phải hiệu chỉnh số liệu để triệt tiêu các sai số hệ thống lên tới hàng giây.

Ý nghĩa vật lý của tỷ số vận tốc sóng dọc trên sóng ngang đạt giá trị 1.68 là gì? Tỷ số vận tốc sóng dọc trên sóng ngang bằng 1.68 là thông số phản ánh môi trường đất đá có tính liên kết chặt chẽ và độ cứng cao thuộc vỏ lục địa ổn định. Thông số này đóng vai trò quyết định trong việc liên kết thời điểm xuất hiện giữa pha sóng P và sóng S trên băng ghi địa chấn, giúp kiểm soát độ tin cậy của thuật toán định vị nguồn phát sinh chấn động.

Phương pháp lọc nhiễu 3 bước đã cải thiện độ tin cậy của dữ liệu nghiên cứu như thế nào? Phương pháp lọc nhiễu loại bỏ tuần tự các điểm đo có độ lệch thời gian truyền sóng bất thường do sai sót chủ quan hoặc lỗi thiết bị ghi chép. Qua 3 lần lọc lặp, hệ số tương quan của các phương trình tốc đồ thời gian truyền sóng đều tăng từ khoảng 0.991 lên 0.999, đưa dữ liệu thực nghiệm tiệm cận sát với điều kiện lý thuyết của bài toán lan truyền sóng.

Luận văn đã giải quyết bài toán thiếu hụt trạm quan trắc địa chấn tại miền Trung bằng cách nào? Tác giả đã kết hợp số liệu từ 2 đến 3 trạm quan trắc nội địa với mạng lưới các trạm địa chấn quốc tế trong khu vực Đông Nam Á để thu thập đủ 275 sự kiện động đất có cự ly chấn tâm dưới 800 km. Giải pháp tích hợp này đảm bảo nguồn dữ liệu phong phú, giúp xây dựng thành công biểu đồ thời khoảng bao quát toàn diện khu vực.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công hệ phương trình tốc đồ thời gian truyền sóng chuẩn cho 6 pha sóng chính tại miền Trung với hệ số tương quan tối ưu đạt từ 0.997 đến 1.000.
• Xác lập mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng phân lớp đại diện cho cấu trúc vỏ Trái đất khu vực miền Trung, giải quyết triệt để sự thiếu hụt mô hình địa phương trong nhiều thập kỷ.
• Chuẩn hóa giá trị tỷ số vận tốc trung bình giữa sóng dọc và sóng ngang ở mức 1.68, cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác quy toán tham số động đất.
• Hoàn thiện quy trình xử lý dữ liệu động học sóng địa chấn gồm 3 bước lọc nhiễu thực nghiệm, ứng dụng thành công trên mẫu 275 sự kiện động đất thực tế.
• Lộ trình phát triển tiếp theo trong 1 đến 3 năm tới tập trung vào việc số hóa tích hợp mô hình vào phần mềm cảnh báo quốc gia và đẩy mạnh khảo sát địa chấn sâu 3 chiều.
• Các cơ quan quản lý và đơn vị nghiên cứu cần ứng dụng ngay mô hình này vào công tác giám sát an toàn đập thủy điện, đánh giá rủi ro thiên tai và thiết kế kháng chấn công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 gồm 20 trang: giới thiệu tổng quan về các kết quả nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất ở Việt Nam và khu vực miền Trung, Việt Nam. Chương 2 gồm 6 trang: trình bày cơ sở lý thuyết của phương pháp và số liệu sử dụng trong nghiên cứu xây dựng mô hình vận tốc vỏ Trái đất. Chương 3 gồm 15 trang với 5 hình vẽ và 2 bảng biểu. Nội dung chương này trình bày việc xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn cho khu vực Miền Trung, Việt Nam.

Nội dung của chương 4 gồm 9 trang trình bày kết quả xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng trong vỏ Trái đất cho khu vực miền Trung, Việt Nam trên cơ sở áp dụng chương trình xây dựng mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất.nam TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Mô hình lát cắt vận tốc và tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng là một trong những vấn đề cơ bản trong xử lý số liệu động đất địa phương. Việc xây dựng một mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn phù hợp cho một vùng lãnh thổ có ý nghĩa quan trọng giúp cho công tác định vị chấn tiêu động đất đạt độ chính xác cao. Vấn đề xây dựng mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất và tính tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn đã được đề cập rất sớm từ những năm 1935 [21].

Kết quả nhận được là mô hình lát cắt tốc vận trung bình của vỏ Trái đất và họ các tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng (Jefreys H. 1940, 1958) [22, 23]; chúng được sử dụng phổ biến trên phạm vi toàn cầu. Hiện nay cùng với sự phát triển và tiến bộ không ngừng của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là công nghệ tin học, các hệ thống máy ghi địa chấn ngày một hiện đại hơn, cho phép ghi và xử lý các số liệu một cách có hệ thống với độ chính xác cao. Điều đó đòi hỏi các nước và từng khu vực phải có riêng cho mình một mô hình lát cắt vận tốc và họ các tốc đồ thời gian truyền sóng khu vực phù hợp nhất.

Vì vậy phương pháp nghiên cứu theo hướng này vẫn đang được quan tâm và tiến hành rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu, xác định mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất ở Việt Nam Ở Việt Nam, nghiên cứu cấu tạo vỏ Trái đất nói chung, nghiên cứu mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất lãnh thổ Việt Nam nói riêng đã được tiến hành bởi nhiều tác giả trong các công trình khác nhau [7 - 20, 27, 30]. Tuy nhiên, phần lớn những nghiên cứu này đều được tiến hành dựa trên các số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn, ghi được bởi hệ thống trạm cũ của Việt Nam (chỉ có từ 3 - 5 trạm ghi bằng máy ghi kiểu cơ học trên giấy ảnh). Kết quả của những nghiên cứu này cũng đã chỉ ra một số mô hình lát cắt vận tốc tương ứng.

Nhưng đến nay chưa có sự so sánh để khẳng định mô hình nào là phù hợp hơn cả và 11 (LUAN.nam TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn có thể được sử dụng tối ưu đối với Việt Nam. Mặt khác, hiện nay hệ thống trạm ghi động đất của Việt Nam đã phát triển trên một mức độ hiện đại ngang tầm quốc tế (gần 30 trạm ghi số, chương trình xử lý số liệu tự động trên máy tính điện tử). Đặc biệt tại khu vực miền Trung, Việt Nam, sau khi xảy ra động đất tại khu vực thủy điện sông Tranh 2, Viện Vật lý địa cầu đã xây dựng và thiết lập một hệ thống trạm địa chấn dày đặc với tổng số 15 trạm địa chấn. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có tác giả nào xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất riêng cho khu vực miền Trung, Việt Nam.

Vì vậy đòi hỏi phải có một mô hình lát cắt tốc độ thực sự phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực miền Trung, Việt Nam để tính toán họ các tốc đồ thời gian truyền sóng chuẩn, cho phép xác định chính xác hơn các tham số cơ bản của chấn tiêu động đất. Chúng là các tài liệu tối cần thiết phục vụ cho việc giải quyết hàng loạt các nhiệm vụ quan trọng trong thực tế địa chấn (phân vùng động đất, đánh giá độ nguy hiểm động đất, dự báo động đất và nhiều nhiệm vụ địa chấn kiến tạo khác. Vì những lý do nêu trên, vấn đề xây dựng mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất và tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn đối với khu vực miền Trung Việt Nam vẫn là một trong các nhiệm vụ cần được giải quyết. Có nhiều phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất.

Phương pháp mô hình hoá toán học là một phương pháp đóng vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu cấu tạo vỏ Trái đất và mô hình lát cắt vận tốc của nó. Việc mô hình hoá quá trình lan truyền các sóng địa chấn trong các môi trường địa chất phức tạp cho phép so sánh các tài liệu thực nghiệm (số liệu quan sát) với các kết quả tính toán lý thuyết và từ đó có thể đưa ra các kết luận về độ chính xác của các mô hình đã được lựa chọn. Có nhiều công trình nghiên cứu mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất và tốc đồ thời gian truyền sóng tương ứng với nó, nhưng mỗi công trình nghiên cứu có những nét đặc trưng riêng. Dưới đây chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về các kết quả nghiên cứu, xác định mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất ở Việt Nam.nam TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn Có thể thấy việc nghiên cứu xây dựng một tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn và mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất cho Miền Bắc Việt Nam và các khu vực lân cận đã được các nhà địa chấn Việt Nam quan tâm ngay từ những năm đầu thập kỷ 70 [13, 14, 17].

Theo kết quả nghiên cứu của Phạm Văn Thục [17], dựa trên việc phân tích số liệu địa chấn các trạm quốc tế và các quan trắc ghi nhận được từ 03 trạm địa chấn trên miền bắc là trạm Bắc Giang, Phủ Liễn và Sapa, đã xác định được vận tốc của các sóng địa chấn trong các lớp cơ bản của Vỏ trái đất; Sóng Pg, Sg được truyền trực tiếp từ chấn tiêu, Sóng P*, S* được truyền từ ranh giới giữa lớp Bazan và lớp Granit (mặt Conrad), sóng Pn, Sn truyền từ mặt Mohor. Các nghiên cứu sau đó của Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên, 1980 [13, 18, 19] trên cơ sở các số liệu phong phú với độ chính xác cao hơn đã xây dựng tốc đồ địa phương cho các sóng Pn, Sn, P*, S*, Pg và Sg (bảng 1.1 Kết quả nghiên cứu tốc đồ các sóng địa chấn Miền Bắc Việt Nam (theo Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên, 1980 [20]) H (km) 0-2 2 - 20 20 - 40  40 Vp (Km/s) 1.18 Năm 1983 tập thể tác giả Trần Trung Đoàn, Nguyễn Đình Xuyên cũng đã có những đánh giá định lượng về tỷ số giữa vận tốc sóng dọc và sóng ngang trong vỏ Trái đất phần lãnh thổ Miền Bắc Việt Nam khá chi tiết [16]: Như đã biết, tỷ số giữa vận tốc sóng dọc và sóng ngang (K = VP/VS) là một trong những thông số động học quan trọng của sóng địa chấn trong công tác nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất và manti, trong việc quy toán số liệu động đất và dự báo động đất. Vì vậy, đánh giá định lượng thông số này sẽ góp phần quan trọng vào việc nghiên cứu độ sâu các ranh giới phân cách trong vỏ Trái đất nhất là khi áp 13 (LUAN.nam TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn dụng nghiên cứu cấu trúc vào việc đánh giá các thông số của các trận động đất và vào việc nghiên cứu dị thường của tỉ số này nhằm mục đích dự báo động đất và nghiên cứu trường ứng suất sâu. Trong công trình [16], trên cơ sở phân tích các tài liệu động đất đã ghi được ở các trạm địa chấn, tập thể tác giả đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá định lượng thông số này.

Vỏ Trái đất ở Việt Nam rất phức tạp do có nhiều hệ thống đứt gãy với những đứt gãy xuyên vỏ Trái đất và vì vậy sẽ có những ảnh hưởng rất khác nhau đến sự lan truyền của sóng dọc và sóng ngang, do đó để có thể đánh giá đúng đắn trị số của thông số KTB trung bình trong vỏ Trái đất, các tác giả đã sử dụng các nguồn tài liệu phong phú dưới đây để nghiên cứu: động đất địa phương, động đất gần và động đất xa có các sóng trao đổi và sóng dọc lặp lại tạo thành do các ranh giới trong vỏ Trái đất. Ngoài ra, việc đánh giá thông số KTB còn dựa vào các tốc đồ thực nghiệm đã nhận được từ các nghiên cứu khác trước đó như sau: + Nguồn thông tin từ những trận động đất địa phương có khoảng cách chấn tâm khoảng ∆ ≤ 50km. Do khoảng cách chấn tâm nhỏ như thế nên rõ ràng những ảnh hưởng của môi trường đối với sự lan truyền của sóng ít hơn so với những thông tin từ các động đất gần với khoảng cách chấn tâm ∆ ≤ 800km. Đồng thời, các tác giả [16] cũng đã sử dụng số liệu của trạm địa chấn trong khi xác định KTB TS  T0 KTB  Tp  T0 Trong đó: Tp và Ts – thời điểm tới của 2 pha P và S.

T0 – thời điểm xảy ra động đất. Vì vậy, những sai sót khi quy toán cũng sẽ ảnh hưởng khá cân bằng đến mẫu số của biểu thức trên và như vậy ít ảnh hưởng đến thông số K TB hơn so với việc sử dụng số liệu của hai trạm. + Sử dụng số liệu của các trận động đất xa có khoảng cách chấn tâm từ 2000km đến 7000km. Theo băng ghi của các trận động đất này tác giả đã phân tích 14 (LUAN.nam TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sỹ - 2014 Lê Thị Thuấn được các sóng trao đổi PS và sóng dọc lặp P L tạo thành tại các ranh giới địa chấn mạnh trong vỏ trái đất dưới các vùng trạm.