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

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

• Tác giả: Lê Thị Thuấn
• Người hướng dẫn: TSKH Ngô Thị Lư
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
• Đề tài: Xây Dựng Mô Hình Vận Tốc Truyền Sóng Trong Vỏ Trái Đất Cho 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

• LỜI CẢM ƠN
• 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. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
• 2.2. Phương pháp xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn
• 2.3. Phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất
• 2.4. Xử lý số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn
• 2.5. Số liệu sử dụng trong tính toán
• 2.6. Tiêu chuẩn xử lý và hiệu chỉnh số liệu quan sát
• 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. 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 về mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn tại miền Trung Việt Nam

Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu địa chấn. Tại miền Trung Việt Nam, việc xây dựng mô hình này giúp xác định chính xác các tham số động đất. Khu vực này có đặc điểm địa chất phức tạp, đòi hỏi một mô hình phù hợp với điều kiện thực tế. Nghiên cứu này không chỉ phục vụ cho công tác dự báo động đất mà còn hỗ trợ trong việc đánh giá độ nguy hiểm động đất tại khu vực.

1.1. Tình hình nghiên cứu mô hình vận tốc địa chấn tại Việt Nam

Nghiên cứu mô hình vận tốc địa chấn tại Việt Nam đã được thực hiện từ những năm 1935. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu dựa trên số liệu từ hệ thống trạm cũ. Việc phát triển hệ thống trạm ghi động đất hiện đại đã mở ra cơ hội cho việc xây dựng mô hình chính xác hơn.

1.2. Đặc điểm địa chất miền Trung Việt Nam

Miền Trung Việt Nam có cấu trúc địa chất đa dạng, bao gồm các lớp đá khác nhau. Điều này ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng địa chấn. Việc hiểu rõ đặc điểm địa chất là cần thiết để xây dựng mô hình vận tốc chính xác.

II. Vấn đề và thách thức trong việc xây dựng mô hình vận tốc địa chấn

Việc xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn tại miền Trung Việt Nam gặp nhiều thách thức. Đầu tiên là sự thiếu hụt dữ liệu chính xác từ các trạm địa chấn. Thứ hai, sự phức tạp của cấu trúc địa chất cũng làm cho việc mô hình hóa trở nên khó khăn. Những thách thức này cần được giải quyết để có được mô hình chính xác và hiệu quả.

2.1. Thiếu hụt dữ liệu địa chấn

Mặc dù hệ thống trạm ghi động đất đã phát triển, nhưng vẫn còn nhiều khu vực chưa được ghi nhận đầy đủ. Điều này dẫn đến việc thiếu dữ liệu cần thiết cho việc xây dựng mô hình.

2.2. Phức tạp trong cấu trúc địa chất

Cấu trúc địa chất miền Trung rất phức tạp với nhiều lớp đá khác nhau. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng và cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình xây dựng mô hình.

III. Phương pháp xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn

Để xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Phương pháp mô hình hóa toán học là một trong những phương pháp quan trọng. Nó cho phép so sánh dữ liệu thực nghiệm với kết quả tính toán lý thuyết, từ đó đưa ra các kết luận chính xác hơn.

3.1. Phương pháp mô hình hóa toán học

Mô hình hóa toán học giúp mô phỏng quá trình lan truyền sóng địa chấn trong các môi trường địa chất khác nhau. Phương pháp này cho phép phân tích và so sánh dữ liệu thực nghiệm với lý thuyết.

3.2. Xử lý số liệu địa chấn

Xử lý số liệu địa chấn là bước quan trọng trong việc xây dựng mô hình. Các số liệu cần được hiệu chỉnh và phân tích để đảm bảo tính chính xác trong mô hình.

IV. Kết quả nghiên cứu mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn tại miền Trung Việt Nam đã được xây dựng thành công. Mô hình này không chỉ giúp xác định chính xác các tham số động đất mà còn hỗ trợ trong việc dự báo và đánh giá độ nguy hiểm động đất tại khu vực.

4.1. Kết quả xây dựng tốc đồ thời gian truyền sóng

Tốc đồ thời gian truyền sóng địa chấn đã được xây dựng dựa trên các số liệu thực nghiệm. Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các loại sóng địa chấn.

4.2. Ứng dụng của mô hình trong thực tiễn

Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ dự báo động đất đến đánh giá độ nguy hiểm động đất. Điều này giúp nâng cao khả năng ứng phó với các thảm họa tự nhiên.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình vận tốc địa chấn

Mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn tại miền Trung Việt Nam đã mở ra nhiều cơ hội cho nghiên cứu địa chấn trong tương lai. Việc tiếp tục cải thiện mô hình và thu thập dữ liệu sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong việc dự báo động đất và bảo vệ an toàn cho cộng đồng.

5.1. Tầm quan trọng của việc cải thiện mô hình

Cải thiện mô hình vận tốc là cần thiết để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong nghiên cứu địa chấn. Việc này sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong dự báo động đất.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc thu thập thêm dữ liệu và áp dụng các công nghệ mới trong mô hình hóa. Điều này sẽ giúp xây dựng một mô hình chính xác và hiệu quả hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự gia tăng tần suất các hiểm họa địa chấn tại khu vực Đông Nam Á, tiêu biểu như thảm họa động đất sóng thần Sumatra năm 2004 hay chuỗi động đất kích thích liên tiếp tại khu vực hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2 (tỉnh Quảng Nam), đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nâng cao năng lực giám sát và đánh giá tai biến địa chất. Trước đây, mạng lưới quan trắc địa chấn Việt Nam chỉ có khoảng 3 đến 5 trạm ghi cơ học trên giấy ảnh, sau đó đã được đầu tư nâng cấp lên gần 30 trạm ghi số hiện đại trên toàn quốc, riêng khu vực công trình thủy điện Sông Tranh 2 được thiết lập bổ sung mạng lưới quan trắc cục bộ với 15 trạm địa chấn. Dù vậy, phần lớn các mô hình cấu trúc vận tốc vỏ Trái đất trước năm 2014 chỉ tập trung vào khu vực miền Bắc, trong khi khu vực miền Trung với chiều dài bờ biển lớn và cấu trúc kiến tạo phân dị phức tạp lại chưa có một mô hình chuẩn riêng biệt.

Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn và hệ thống tốc đồ thời gian truyền sóng (biểu đồ thời khoảng) chuyên biệt cho vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam. Mục tiêu cụ thể là tính toán các đường cong thời gian truyền sóng cho các pha sóng dọc và sóng ngang, làm chuẩn số liệu phục vụ quy toán và xác định chính xác các tham số cơ bản của chấn tiêu động đất (tọa độ chấn tâm, độ sâu chấn tiêu, thời điểm phát sinh chấn động). Nghiên cứu được triển khai trong phạm vi không gian bao phủ toàn bộ miền Trung và các vùng lân cận với bán kính chấn tâm mở rộng đến 800 km, dựa trên chuỗi số liệu của 275 sự kiện động đất ghi nhận từ các trạm trong nước và quốc tế. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm thiểu sai số định vị chấn tiêu xuống mức tối đa, cung cấp luận cứ khoa học chính xác cho công tác phân vùng động đất, dự báo hiểm họa và thiết kế kháng chấn các công trình trọng điểm quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết truyền sóng đàn hồi trong môi trường địa chất phân lớp dị hướng và mô hình hóa toán học quá trình lan truyền sóng địa chấn. Các khái niệm nền tảng bao gồm: các pha sóng thể tích (sóng dọc P, sóng ngang S), sóng khối truyền trực tiếp trong tầng trên vỏ Trái đất (Pg, Sg), sóng phản xạ từ mặt ranh giới Conrad phân chia lớp Granit - Bazan (P*, S*), và sóng khúc xạ đầu truyền dọc theo mặt ranh giới Moho phân chia vỏ Trái đất với manti trên (Pn, Sn).

Khung lý thuyết vận dụng mô hình vận tốc chuẩn quốc tế IASPEI91 và mô hình vận tốc trung bình toàn cầu của Jeffreys-Bullen (1940, 1958) làm hệ quy chiếu ban đầu để tính toán sai số thời gian truyền sóng lý thuyết. Đồng thời, nghiên cứu kế thừa các đánh giá về tỷ số vận tốc sóng dọc trên sóng ngang ($K = V_P/V_S$) trong môi trường vỏ Trái đất Việt Nam (dao động ổn định từ 1,67 đến 1,70 theo đồ thị Vadati và phân tích sóng trao đổi PS). Mối quan hệ động học giữa thời gian truyền sóng $T$, khoảng cách chấn tâm $X$, vận tốc truyền sóng $V$ và độ sâu chấn tiêu $H$ được biểu diễn tổng quát qua phương trình thời khoảng lý thuyết $T = T(V, H, X)$.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm tập hợp các cặp giá trị khoảng cách chấn tâm và thời gian truyền sóng ($X_i, T_i$) trích xuất từ 275 sự kiện động đất riêng biệt. Cỡ mẫu này được chọn lọc từ mạng lưới trạm địa chấn quốc gia của Viện Vật lý Địa cầu kết hợp cùng các trạm quan sát địa chấn quốc tế trong khu vực Đông Nam Á nhằm bù đắp sự thưa thớt của các trạm đo nội địa tại miền Trung. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích kết hợp tiêu chuẩn lọc dữ liệu khắt khe: chỉ lựa chọn các trận động đất có ghi nhận rõ ràng các pha sóng (Pn, P, Pg, Sn, S, Sg), khoảng cách chấn tâm $\Delta \le 800$ km và có đầy đủ tham số chấn tiêu tin cậy.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Tác giả áp dụng chu trình phân tích gần đúng liên tiếp theo phương pháp của Kondorskaia kết hợp giải thuật tối ưu hóa hàm mục tiêu sai số thời gian:

$$F = \sum_{i=1}^n (T_i - T_{pi}')^2$$

Hàm mục tiêu được cực tiểu hóa thông qua phương pháp Monte-Carlo và phương pháp bình phương cực tiểu với tiêu chuẩn kiểm định thống kê $\chi^2$. Phương pháp này được ưu tiên lựa chọn vì sở hữu mối quan hệ ngược ưu việt: trong quá trình hiệu chỉnh tọa độ chấn tiêu sẽ đồng thời chuẩn hóa thời gian truyền sóng, cho phép làm sáng tỏ các bất đồng nhất cấu trúc vỏ Trái đất ngay cả khi độ sâu chấn tiêu chưa được xác định trước. Timeline nghiên cứu được thực hiện đồng bộ trong giai đoạn 2012-2014, thuộc khuôn khổ Nghị định thư hợp tác khoa học công nghệ cấp Nhà nước giữa Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Viện Hàn lâm Khoa học Liên bang Nga.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã xây dựng thành công bộ 6 phương trình tốc đồ thời gian truyền sóng trung bình cho các pha sóng địa chấn tại khu vực miền Trung Việt Nam, đạt độ tương thích thống kê rất cao:

• Sóng dọc P: $T_P = 0,125X + 3,143$ với hệ số tương quan $R = 0,999$
• Sóng trực tiếp Pg: $T_{Pg} = 0,168X + 0,498$ với hệ số tương quan $R = 0,999$
• Sóng khúc xạ Pn: $T_{Pn} = 0,124X + 4,412$ với hệ số tương quan $R = 0,999$
• Sóng ngang S: $T_S = 0,219X + 5,800$ với hệ số tương quan $R = 0,997$
• Sóng ngang trực tiếp Sg: $T_{Sg} = 0,288X + 0,501$ với hệ số tương quan $R = 0,999$
• Sóng ngang khúc xạ Sn: $T_{Sn} = 0,214X + 7,533$ với hệ số tương quan $R = 1,000$

Hiệu quả lọc nhiễu qua quy trình 3 bước lặp đã cải thiện vượt bậc chất lượng số liệu thực nghiệm. Đối với pha sóng Pn, phương trình ban đầu trước xử lý có dạng $T_{PN} = 0,126X + 4,363$ với hệ số tương quan $R_1 = 0,982$. Sau 3 vòng lọc bỏ các điểm phân tán mạnh, hệ số tương quan đã tăng lên $R_2 = 0,999$, tương ứng mức tăng độ tin cậy thêm khoảng 1,73%. Phân tích độ lệch thời gian $\Delta T = T' - T$ cho thấy mức sai số từ vài chục giây ban đầu (có điểm cá biệt lệch tới $-54$ giây) đã được thu hẹp về phạm vi dưới 0,5 giây, giúp đồ thị hàm số đạt độ trơn tối ưu.

Mô hình lát cắt vận tốc 1D xây dựng cho khu vực miền Trung xác lập rõ các ranh giới thạch học chính: tầng trầm tích mặt có vận tốc sóng P khoảng 4,1 đến 4,6 km/s, tầng Granit trung bình đạt khoảng 6,0 đến 6,2 km/s (bề dày khoảng 14 km), tầng Bazan đạt 6,6 đến 7,0 km/s và độ sâu mặt Moho dao động trong khoảng 28 đến 31 km.

Thảo luận kết quả

Quy luật vật lý thể hiện rõ nét trên đồ thị thời khoảng khi toàn bộ nhánh tốc đồ của sóng dọc P luôn nằm thấp hơn nhánh tốc đồ sóng ngang S trên cùng trục khoảng cách chấn tâm $X$. Điều này chứng minh tính nhất quán cơ học: vận tốc truyền sóng dọc luôn lớn hơn sóng ngang ($V_P > V_S$), do đó thời gian lan truyền sóng dọc đến trạm ghi luôn ngắn hơn ($T_P < T_S$).

Khi đối sánh với các mô hình lát cắt vận tốc ở miền Bắc Việt Nam của các tác giả tiền nhiệm (như lát cắt 3 lớp và 4 lớp của Ngô Thị Lư với 196 trận động đất Tây Bắc, lát cắt tuyến Thái Nguyên – Hòa Bình của Đinh Văn Toàn), mô hình miền Trung thể hiện sự tương đồng về cấu trúc phân tầng nhưng có sự phân dị rõ rệt về chiều dày tầng trầm tích và độ sâu móng kết tinh do ảnh hưởng của các đới đứt gãy ven biển và cơ chế mở rộng bồn trũng Biển Đông.

Để trực quan hóa các phát hiện trên, toàn bộ hệ dữ liệu có thể được biểu diễn một cách khoa học qua:

• Biểu đồ phân tán hai chiều tương quan giữa khoảng cách $X$ (km) và thời gian truyền $T$ (giây) cho từng pha sóng, thể hiện rõ các điểm loại trừ và đường hồi quy tuyến tính sau 3 lần lọc.
• Bảng ma trận so sánh các thông số vận tốc lớp ($V_i$), chiều dày tầng ($h_i$) và độ sâu ranh giới ($H$) giữa mô hình thực nghiệm miền Trung với mô hình chuẩn IASPEI91 và mô hình miền Bắc.
• Đồ thị lát cắt vận tốc 1D dạng bậc thang thể hiện sự biến thiên của vận tốc $V_P$ và $V_S$ theo chiều sâu thẳng đứng từ mặt đất đến độ sâu 40 km.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tích hợp trực tiếp bộ phương trình tốc đồ chuẩn miền Trung vào phần mềm định vị chấn tiêu tự động: Viện Vật lý Địa cầu cần cập nhật ngay 6 phương trình tốc đồ trung bình ($P, Pg, Pn, S, Sg, Sn$) vào hệ thống phần mềm xử lý dữ liệu động đất quốc gia. Mục tiêu là rút ngắn thời gian tính toán thông số chấn tiêu xuống dưới 5 phút sau khi ghi nhận sự kiện và giảm sai số tọa độ chấn tâm xuống dưới 2 km, hoàn thành trong giai đoạn 2026-2027.

2. Mở rộng và hiện đại hóa mạng lưới trạm quan trắc địa chấn khu vực miền Trung: Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp cùng Tập đoàn Điện lực Việt Nam nâng cấp số lượng trạm đo từ 15 trạm hiện hữu lên tối thiểu 25 trạm ghi số băng rộng dải động cao (24-bit). Ưu tiên lắp đặt tập trung tại các bậc thang thủy điện dọc sông Tranh, sông Bung và các đới đứt gãy Rào Quán - A Lưới trước năm 2028 nhằm thu thập chuỗi số liệu thời gian thực có độ phân giải cao.

3. Thực hiện các tuyến thăm dò địa chấn sâu 2D và 3D ven biển: Đề xuất các viện chuyên ngành triển khai ít nhất 2 tuyến đo địa chấn dò sâu (Deep Seismic Sounding) cắt ngang qua đới kiến tạo miền Trung ra thềm lục địa nhằm chính xác hóa bề mặt phản xạ Moho và Conrad, hướng tới nâng độ chính xác của lát cắt vận tốc địa phương lên trên 95% trước năm 2030.

4. Ứng dụng mô hình vận tốc trong đánh giá rủi ro động đất kích thích và vi phân vùng địa chấn: Các cơ quan quản lý an toàn đập và quy hoạch đô thị cần áp dụng mô hình vận tốc này để tính toán lại phổ gia tốc nền cực đại (PGA) cho các công trình trọng điểm tại Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi, định kỳ rà soát và cập nhật bản đồ nguy hiểm động đất 3 năm một lần.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Địa vật lý, Vật lý địa cầu và Địa chất kiến tạo: Luận văn cung cấp phương pháp luận mẫu mực về thuật toán nghịch đảo chu trình lặp của Kondorskaia, kỹ thuật lọc nhiễu số liệu thời gian truyền sóng và quy trình xây dựng hàm mục tiêu bằng phương pháp Monte-Carlo.

2. Kỹ sư tư vấn thiết kế công trình thủy điện, công trình ngầm và hạ tầng ven biển miền Trung: Tài liệu giúp các kỹ sư xây dựng nắm bắt chính xác vận tốc nền đá ($V_P, V_S$) và các tham số chấn tiêu địa phương, phục vụ tính toán kháng chấn chính xác cho thân đập, hầm dẫn nước và các công trình giao thông trọng điểm.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai và an toàn năng lượng: Cán bộ thuộc Cục Quản lý Đê điều và Phòng chống Thiên tai, Ban chỉ huy Phòng thủ dân sự các tỉnh miền Trung có thể sử dụng dữ liệu luận văn để xây dựng kịch bản ứng phó sự cố đập và quy hoạch không gian an toàn trước thảm họa động đất.

4. Giảng viên và sinh viên các trường đại học khối Khoa học Tự nhiên, Mỏ - Địa chất, Bách khoa: Đây là nguồn tài liệu tham khảo giá trị phục vụ giảng dạy các học phần Địa chấn học ứng dụng, Xử lý số liệu địa vật lý và Cấu trúc sâu vỏ Trái đất.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao phải xây dựng mô hình vận tốc riêng cho miền Trung thay vì dùng mô hình toàn cầu IASPEI91? Mô hình toàn cầu IASPEI91 được tính toán dựa trên số liệu trung bình toàn cầu nên không phản ánh chính xác cấu trúc thạch học phân tầng và các đới đứt gãy đặc thù tại Việt Nam. Sử dụng mô hình riêng giúp loại bỏ sai số hệ thống về thời gian truyền sóng, nâng cao độ chính xác định vị chấn tiêu cục bộ.

Số liệu đầu vào của luận văn được thu thập từ nguồn nào và quy mô ra sao? Nghiên cứu sử dụng tập hợp dữ liệu thời gian truyền sóng từ 275 trận động đất riêng biệt, ghi nhận bởi các trạm địa chấn Việt Nam kết hợp với các trạm địa chấn quốc tế lân cận, đảm bảo xây dựng đường tốc đồ bao phủ khoảng cách chấn tâm đến 800 km.

Quy trình lọc nhiễu 3 bước mang lại hiệu quả định lượng như thế nào? Quy trình lọc lặp 3 bước giúp giảm thiểu sai số thời gian $\Delta T$ từ mức sai lệch ban đầu lên tới 54 giây xuống dưới 0,5 giây, đồng thời nâng hệ số tương quan $R$ của phương trình sóng Pn từ 0,982 lên mức 0,999, đảm bảo dữ liệu đạt độ tin cậy thống kê cao nhất.

Tỷ số vận tốc $V_P/V_S$ trong nghiên cứu có ý nghĩa gì đối với công tác dự báo động đất? Tỷ số $V_P/V_S$ (dao động trong khoảng 1,67 đến 1,73) là thông số động học phản ánh độ cứng và trạng thái ứng suất của môi trường thạch quyển. Sự biến động bất thường của tỷ số này theo thời gian là dấu hiệu quan trọng để cảnh báo sự tích tụ ứng suất kiến tạo trước các trận động đất lớn.

Kết quả của luận văn có áp dụng được cho khu vực thủy điện Sông Tranh 2 không? Hoàn toàn áp dụng được. Hệ thống phương trình tốc đồ và mô hình vận tốc của luận văn là công cụ cơ bản giúp định vị chính xác độ sâu chấn tiêu các trận động đất kích thích tại Sông Tranh 2, làm rõ nguồn gốc kích hoạt do thấm nước hồ chứa hay do đứt gãy tự nhiên.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán xây dựng mô hình vận tốc truyền sóng địa chấn và hệ thống tốc đồ thời gian truyền sóng đầu tiên dành riêng cho vỏ Trái đất khu vực miền Trung Việt Nam.
• Bộ 6 phương trình tốc đồ trung bình cho các pha sóng P, Pg, Pn, S, Sg, Sn đạt độ chính xác cao với hệ số tương quan $R$ từ 0,997 đến 1,000 trên cơ sở xử lý chuẩn hóa 275 sự kiện động đất trong bán kính 800 km.
• Đã xác lập quy trình xử lý và lọc nhiễu 3 bước tối ưu, làm giảm độ lệch thời gian truyền sóng thực tế xuống dưới 0,5 giây, tạo tiền đề nâng cao chất lượng quy toán tham số chấn tiêu.
• Lộ trình giai đoạn 2026-2030 cần tiếp tục mở rộng mạng quan trắc lên 25 trạm dải rộng và triển khai các tuyến thăm dò địa chấn sâu 2D/3D nhằm chi tiết hóa cấu trúc dị thường vận tốc vỏ Trái đất.
• Các đơn vị quản lý vận hành công trình năng lượng, viện nghiên cứu và trường đại học hãy chủ động khai thác, tích hợp các kết quả khoa học của luận văn vào hệ thống quan trắc địa chấn thực tế để tối ưu hóa công tác cảnh báo sớm và giảm nhẹ thiên tai.

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. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 VAN CHAT LUONG download : add [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. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 VAN CHAT LUONG download : add [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 VAN CHAT LUONG download : add [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.