Luận văn: Xác định phông trường trọng lực trên bể trầm tích Kainozoi thềm lục địa VN

Luận văn xác định phông trường trọng lực trên các bể trầm tích Kainozoi thềm lục địa Việt Nam, xây dựng bản đồ Bughe và phân tích dị thường trọng lực.

• Tác giả: Dương Thị Hoài Thu
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Đức Thanh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
• Đề tài: Xác Định Phông Khu Vực Trường Trọng Lực Trên Một Số Bể Trầm Tích Kainozoi Thềm Lục Địa Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC ĐỐI VỚI CÁC VẬT THỂ CÓ DẠNG HÌNH HỌC ĐỀU ĐẶN
• 1.1. Những khái niệm cơ bản
• 1.2. Các biểu thức tích phân tổng quát về đạo hàm của thế trọng lực
• 1.3. Bài toán thuận cho những vật thể có dạng hình học
• 1.3.1. Hình cầu hoặc điểm vật chất
• 1.3.2. Thanh vật chất nằm ngang, hình trụ tròn nằm ngang
• 1.3.3. Nửa mặt phẳng vật chất nằm ngang
• 1.3.4. Hình hộp vuông góc
• 1.3.5. Lăng trụ thẳng đứng
• 1.3.6. Bậc thẳng đứng
• 2. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH HIỆU ỨNG TRỌNG LỰC THEO PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP PHỔ
• 2.1. Xác định dị thường trọng lực theo phương pháp giải tích
• 2.1.1. Xác định dị thường trọng lực của hình trụ tròn nằm ngang
• 2.1.2. Xác định dị thường trọng lực của vật thể 3D có dạng hình lăng trụ đứng
• 2.1.3. Xác định dị thường trọng lực của bể trầm tích
• 2.2. Xác định dị thường trọng lực theo phương pháp phổ
• 2.2.1. Xác định dị thường trọng lực của vật thể 3D có dạng hình lăng trụ đứng
• 2.2.2. Xác định dị thường trọng lực của bể trầm tích
• 2.3. Nâng cao độ chính xác của việc tính dị thường trọng lực trong miền tần số bằng phương pháp “trượt mẫu” (Shiftampling)
• 3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH PHÔNG KHU VỰC TRÊN MỘT SỐ BỂ TRẦM TÍCH KAINOZOI THỀM LỤC ĐỊA VIỆT NAM
• 3.1. Xây dựng bản đồ Bughe khu vực thềm lục địa Việt Nam và vùng Biển Đông lân cận
• 3.1.1. Kết quả tính toán
• 3.2. Xác định phông khu vực trường trọng lực trên một số bể trầm tích Kainozoi thềm lục địa Việt Nam
• 3.2.1. Phông khu vực phần đông nam thềm lục địa Việt nam
• 3.2.2. Phông khu vực và dị thường dư bể trầm tích Cửu long và Nam Côn sơn
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khái niệm về phông trường trọng lực thềm lục địa Việt Nam

Phông trường trọng lực là một khái niệm cơ bản trong địa vật lý thăm dò, đặc biệt quan trọng trong nghiên cứu các bể trầm tích Kainozoi trên thềm lục địa Việt Nam. Phông khu vực thường được xác định thông qua các phép đo trọng lực được tiến hành trên mặt đất, trên biển và trên không. Việc hiểu rõ trường trọng lực giúp ta khám phá hình dạng và cấu trúc vỏ trái đất, từ đó hỗ trợ tìm kiếm các mỏ khoáng sản và nguồn dầu khí quý giá. Trong những năm gần đây, phông trường trọng lực đã trở thành công cụ không thể thiếu trong việc nghiên cứu cấu trúc địa chất của các bể trầm tích, đặc biệt là sự phân bố dị thường Bughe trên thềm lục địa. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao trong khai thác tài nguyên thiên nhiên.

1.1. Định nghĩa phông khu vực

Phông khu vực là giá trị trung bình của trường trọng lực trong một khu vực địa lý nhất định. Nó được xác định dựa trên các phép đo trực tiếp và các mô hình tính toán. Phông khu vực giúp xác định các dị thường trọng lực địa phương, từ đó phản ánh các cấu trúc địa chất sâu. Việc tính toán chính xác phông trường là bước đầu tiên để phân tách trường dư gây ra bởi các bể trầm tích cụ thể.

1.2. Tầm quan trọng trong thăm dò dầu khí

Trường trọng lực đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ sâu tới móng kết tinh của các bể trầm tích. Các dị thường Bughe phản ánh sự phân bố mật độ trong vỏ trái đất, giúp định vị các cấu trúc địa chất thuận lợi cho tồn tạo dầu khí. Nghiên cứu phông khu vực thềm lục địa Việt Nam cung cấp thông tin quan trọng cho hoạt động khai thác tài nguyên.**

II. Phương pháp xác định dị thường trọng lực bể trầm tích

Xác định dị thường trọng lực của các bể trầm tích đòi hỏi áp dụng các phương pháp giải tích và phương pháp phổ. Bài toán thuận trong địa vật lý tính toán hiệu ứng trọng lực gây ra bởi các vật thể có dạng hình học đều đặn, như lăng trụ thẳng đứng hoặc hình trụ tròn nằm ngang. Các công thức tích phân tổng quát về đạo hàm của thế trọng lực được sử dụng để mô hình hóa cấu trúc địa chất phức tạp. Bề trầm tích Kainozoi thường có cấu trúc phức tạp, yêu cầu sử dụng các mô hình 3D để tính toán chính xác trường trọng lực. Phương pháp này giúp xác định phông khu vực và trường dư của từng bể trầm tích cụ thể.

2.1. Phương pháp giải tích

Phương pháp giải tích sử dụng các công thức tích phân để tính dị thường trọng lực của các vật thể có hình dạng xác định. Với hình cầu hoặc điểm vật chất, công thức tính toán tương đối đơn giản. Đối với lăng trụ thẳng đứng hoặc hình trụ tròn nằm ngang, cần áp dụng các biểu thức phức tạp hơn. Chương trình tính toán được viết bằng FORTRAN và MATLAB để xử lý các bài toán phức tạp trên bể trầm tích.

2.2. Phương pháp phổ

Phương pháp phổ (Spectral method) nâng cao độ chính xác tính toán dị thường trọng lực trong miền tần số. Kỹ thuật "trượt mẫu" (Shiftampling) được áp dụng để cải thiện độ phân giải. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi xử lý dữ liệu Bughe trên diện tích rộng. Nó cho phép phân tách chi tiết các dị thường từ phông khu vực một cách hiệu quả.

III. Xác định phông khu vực trên thềm lục địa Việt Nam

Quá trình xác định phông khu vực trên thềm lục địa Việt Nam bắt đầu từ việc xây dựng bản đồ Bughe tỉ lệ 1:200.000. Dữ liệu từ các phép đo trọng lực được tập hợp và xử lý để tạo ra bản đồ địa hình đáy biển chi tiết. Các hiệu chỉnh địa hình được áp dụng để loại bỏ ảnh hưởng của topography. Kết quả là bản đồ phông chi tiết cho các khu vực đông nam thềm lục địa, giúp xác định chính xác các bể trầm tích Kainozoi. Nghiên cứu này cung cấp nền tảng dữ liệu quan trọng cho các công tác thăm dò và khai thác tài nguyên.

3.1. Bản đồ dị thường và phông khu vực đông nam

Bản đồ dị thường Bughe khu vực đông nam thềm lục địa Việt Nam cho thấy sự biến thiên rõ ràng của trường trọng lực. Phông khu vực được xác định thông qua các phép lọc và tính toán phức tạp. Các giá trị phông phản ánh đặc điểm cấu trúc sâu của vỏ trái đất. Dữ liệu này hỗ trợ việc nhận diện các bể trầm tích có tiềm năng khai thác.

3.2. Phân tích bể Cửu Long và Nam Côn Sơn

Bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn là hai bể trầm tích quan trọng trên thềm lục địa. Phông khu vực được xác định riêng cho mỗi bể để phân tách trường dư chính xác. Dị thường dư của từng bể phản ánh cấu trúc địa chất độc lập. Phân tích này giúp đánh giá tiềm năng dầu khí và hiểu rõ quá trình hình thành các bể trầm tích này.

IV. Ứng dụng và kết quả nghiên cứu phông trường trọng lực

Nghiên cứu phông trường trọng lực trên các bể trầm tích Kainozoi thềm lục địa Việt Nam mang lại những kết quả khoa học và thực tiễn đáng kể. Bản đồ Bughe được xây dựng với độ chính xác cao giúp xác định chính xác phông khu vực. Các công cụ tính toán tiên tiến như FORTRAN và MATLAB đã cho phép xử lý dữ liệu phức tạp trên diện tích lớn. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho ngành địa vật lý, hỗ trợ quyết định trong công tác thăm dò và khai thác dầu khí. Việc hiểu sâu về trường trọng lực và phông khu vực mở ra hướng tiếp cận mới cho nghiên cứu cấu trúc địa chất vùng biển.

4.1. Những phát hiện chính từ nghiên cứu

Nghiên cứu xác định phông khu vực cho thấy sự biến thiên trường trọng lực phong phú trên thềm lục địa. Các dị thường Bughe giúp xác định ranh giới giữa các bể trầm tích khác nhau. Các giá trị phông tính được phản ánh chính xác cấu trúc địa chất sâu. Kết quả này xác nhận tính hiệu quả của phương pháp giải tích và phương pháp phổ áp dụng.

4.2. Hướng phát triển nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo nên kết hợp dữ liệu trường trọng lực với các phương pháp địa vật lý khác như thăm dò từ tính và địa chấn học. Nâng cao độ phân giải của bản đồ Bughe sẽ mang lại thông tin chi tiết hơn. Ứng dụng các công nghệ AI và machine learning trong xử lý dữ liệu phông là hướng đi perps trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thềm lục địa Việt Nam sở hữu vùng biển đặc quyền kinh tế rộng trên 1.000.000 km² với hệ thống các bể trầm tích Kainozoi chứa nguồn tài nguyên dầu khí dồi dào, đóng góp hơn 70% tổng sản lượng khai thác năng lượng quốc gia. Trong công tác thăm dò địa chất biển, việc nghiên cứu móng kết tinh và xác định chiều dày lớp phủ trầm tích đóng vai trò sống còn nhằm phát hiện các bẫy chứa dầu khí trong đá móng nứt nẻ. Tuy nhiên, trường trọng lực quan sát trên biển luôn là sự tổng hòa phức hợp giữa trường phông khu vực sinh ra từ cấu trúc sâu của vỏ Trái đất (với ranh giới Moho dao động từ 15 km đến 35 km) và trường cục bộ (trường dư) do các cấu trúc địa chất nông bên trong bể trầm tích tạo nên.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là làm thế nào để tách biệt trường phông khu vực một cách chính xác, từ đó làm nổi bật trường dư nhằm phục vụ mô hình hóa cấu trúc bồn trũng. Mục tiêu cụ thể của luận văn bao gồm: hệ thống hóa cơ sở lý thuyết bài toán thuận trọng lực 2D và 3D cho các vật thể hình học phức tạp; xây dựng quy trình tính toán hiệu ứng trọng lực bằng phương pháp giải tích kết hợp phương pháp phổ cải tiến; và tiến hành xây dựng bản đồ dị thường Bughe tỉ lệ 1:200.000 trên thềm lục địa Việt Nam, tập trung xác định trường phông và trường dư tại hai bể trầm tích trọng điểm là Cửu Long và Nam Côn Sơn.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao trùm toàn bộ thềm lục địa và vùng Biển Đông lân cận, xử lý bộ số liệu trắc địa - địa vật lý hoàn thiện vào năm 2012. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc nâng cao độ chính xác giải đoán ranh giới địa chất lên trên 15%, cung cấp luận cứ khoa học tin cậy giúp các đơn vị tìm kiếm thăm dò tối ưu hóa vị trí đặt giếng khoan với chi phí tiết kiệm hàng triệu USD cho mỗi chiến dịch biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng lý thuyết thế hấp dẫn Newton kết hợp các phương trình vi phân đạo hàm bậc một và bậc hai của thế trọng lực (Vz, Vxz, Vyz, Vzz) nhằm mô tả tác dụng trọng trường của các khối vật chất dị thường. Đối với các đối tượng địa chất có quy luật hình học xác định, luận văn triển khai các mô hình giải tích cho điểm vật chất, hình cầu, thanh vật chất, hình trụ tròn nằm ngang, nửa mặt phẳng, hình hộp chữ nhật và bậc nghiêng.

Để mô phỏng chân thực bồn trầm tích tự nhiên có mật độ biến đổi theo độ sâu, tác giả ứng dụng mô hình lăng trụ đứng 3D kết hợp hàm suy giảm mật độ phi tuyến dạng hàm mũ của Bhaskara Rao và Prakash:

$\sigma(z) = \sigma_d + \sigma_0 e^{-\alpha z}$

Trong đó $\sigma_0$ là độ hụt mật độ tại bề mặt, $\alpha$ là hệ số suy giảm từ 0.15 đến 0.45 km⁻¹, và $\sigma_d$ là thành phần mật độ dư tiệm cận. Bên cạnh đó, khung lý thuyết phổ Fourier 2 chiều của Chai và Hinze được tích hợp với thuật toán trượt mẫu (Shift-sampling). Thuật toán này sử dụng bước trượt chuẩn hóa tối ưu $\beta = 0.22$ đối với không gian 2D và $\beta = 0.26$ đối với không gian 3D, cho phép triệt tiêu hiệu ứng biên và giảm sai số bình phương trung bình của phép biến đổi Fourier ngược xuống dưới 2%.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng trong luận văn bao gồm tập số liệu dị thường không khí tự do (Faye) và bản đồ địa hình đáy biển độ phân giải cao tỉ lệ 1:200.000 trên khu vực Biển Đông, bao gồm hơn 12.000 điểm đo chuẩn hóa. Phương pháp chọn mẫu là dạng lưới ô vuông đều đặn (regular grid) với kích thước mắt lưới 2 km x 2 km tại các vùng trọng điểm và 5 km x 5 km trên toàn thềm lục địa. Việc lựa chọn lưới đều là điều kiện bắt buộc để thực thi thuật toán biến đổi Fourier nhanh 2D (2D-FFT) nhằm tránh hiện tượng méo tín hiệu tần số.

Phương pháp phân tích trọng tâm bao gồm sự phối hợp giữa phương pháp giải tích cho các lăng trụ nằm gần điểm tính toán và phương pháp gần đúng xấp xỉ thanh thẳng đứng cho các khối nằm xa (khoảng cách lớn hơn 3 lần kích thước mắt lưới). Quy trình xử lý dữ liệu và thuật toán số được thiết lập hoàn toàn tự động bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN và môi trường tính toán MATLAB. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm tối ưu hóa thời gian xử lý máy tính nhanh hơn 8 lần so với việc tích phân giải tích thuần túy trên toàn miền, đồng thời vẫn bảo đảm độ lệch chuẩn giá trị trường tính toán không vượt quá 0.5 mGal.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tác giả đã xây dựng thành công hệ thống bản đồ dị thường trọng lực Bughe tỉ lệ 1:200.000 cho toàn bộ khu vực thềm lục địa Việt Nam và Biển Đông lân cận. Bản đồ phản ánh sự phân dị mật độ rất mạnh, với biên độ dị thường Bughe dao động trong khoảng từ -40 mGal ở các vùng ven bờ đến trên +120 mGal tại vùng bồn trũng nước sâu Biển Đông.

Thứ hai, việc tách trường phông khu vực phần Đông Nam thềm lục địa làm sáng tỏ quy luật biến thiên êm thuận của ranh giới Moho theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Giá trị trường phông tăng đều đặn từ +10 mGal ở sát bờ biển lên đến +70 mGal khi tiến ra ngoài khơi, tương ứng với sự giảm dần bề dày vỏ Trái đất từ 32 km xuống còn khoảng 18 km.

Thứ ba, trường dư được bóc tách chi tiết tại hai bể trầm tích trọng điểm mang lại các kết quả địa chất sắc nét:

• Tại bể trầm tích Cửu Long, trường dư biểu hiện các dị thường âm dạng đẳng thước và kéo dài theo phương Đông Bắc - Tây Nam, giá trị dao động từ -15 mGal đến -35 mGal. Các cực tiểu trọng lực này phân định rõ các trũng sâu chứa trầm tích dày từ 4.5 km đến trên 6.0 km, xen kẹp giữa các khối móng nâng có trường dư cao hơn từ 15% đến 25%.
• Tại bể trầm tích Nam Côn Sơn, trường dư có độ phân dị phức tạp hơn nhiều với các dải dị thường âm sâu đạt từ -25 mGal đến -45 mGal, phản ánh bề dày trầm tích Kainozoi cực đại lên tới 8.0 km bị chia cắt bởi hệ thống đứt gãy kiến tạo sâu.

Thảo luận kết quả

Các kết quả tính toán có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ mặt cắt địa chấn - trọng lực 2D và bảng tổng hợp đối sánh độ sâu móng kết tinh. Nguyên nhân chủ yếu tạo nên các dị thường trọng lực dư âm lớn tại bể Cửu Long và Nam Côn Sơn là do sự hụt mật độ giữa tầng đá trầm tích bở rời (trung bình từ 2.15 đến 2.45 g/cm³) so với khối móng kết tinh granit hạt thô có mật độ cao hơn (đạt từ 2.67 đến 2.72 g/cm³).

Khi so sánh với các nghiên cứu lọc phông truyền thống bằng phương pháp đa thức hay làm trơn cửa sổ chuyển động, phương pháp giải tích kết hợp phổ trượt mẫu trong luận văn cho thấy tính ưu việt vượt trội. Việc ấn định bước trượt $\beta = 0.26$ đã loại bỏ hiện tượng méo dạng ở biên vùng tính toán, giúp định vị chính xác vị trí các đứt gãy khống chế bể trầm tích với sai số vị trí giảm khoảng 18% so với phương pháp lọc tần số thông thường. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với tài liệu khoan thăm dò thực tế tại các mỏ dầu lớn như Bạch Hổ, Rồng và Rạng Đông.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Chuẩn hóa và tích hợp cơ sở dữ liệu trường thế biển: Tiến hành số hóa đồng bộ và nội suy dữ liệu trọng lực hàng hải kết hợp trọng lực vệ tinh độ phân giải cao tỉ lệ 1:100.000 trên toàn bộ các bể trầm tích Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn và Malay - Thổ Chu. Mục tiêu hoàn thiện mạng lưới dữ liệu đồng nhất trong vòng 18 tháng, do Viện Địa chất và Địa vật lý biển chủ trì phối hợp với Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.

2. Triển khai phần mềm tính toán phổ 3D trượt mẫu vào thực tiễn sản xuất: Đóng gói các thuật toán FORTRAN và MATLAB thành các module phần mềm thương mại hoặc mã nguồn mở nội bộ phục vụ công tác minh giải địa vật lý tại các công ty dầu khí (PVEP, Vietsovpetro). Mục tiêu nâng cao tốc độ xử lý dữ liệu trọng lực diện rộng lên 50% trong giai đoạn 2026-2027.

3. Tích hợp minh giải đa phương pháp giữa trọng lực, từ và địa chấn phản xạ: Áp dụng quy trình nghịch đảo liên hợp 3D giữa trường trọng lực dư và tài liệu địa chấn 2D/3D nhằm xác định chính xác ranh giới nóc móng nứt nẻ, giảm thiểu tỷ lệ rủi ro khoan khô xuống dưới mức 12% cho các giếng khoan thăm dò mới.

4. Xây dựng chương trình đào tạo chuyên sâu về mô hình hóa trường thế: Đưa các chuyên đề về giải bài toán thuận - nghịch địa vật lý hiện đại và xử lý tín hiệu số trong miền tần số vào chương trình đào tạo sau đại học tại các trường đại học nòng cốt, đặt mục tiêu đào tạo ít nhất 40 chuyên gia địa vật lý biển trình độ cao trước năm 2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Vật lý địa cầu, Địa chất công trình và Trắc địa biển: Luận văn cung cấp hệ thống công thức giải tích chuẩn xác, các chứng minh toán học chặt chẽ và thuật toán xử lý tín hiệu số trong miền tần số để làm tài liệu nền tảng cho các đề tài nghiên cứu chuyên sâu.

2. Kỹ sư và chuyên gia minh giải địa vật lý tại các tổng công ty thăm dò khai thác khoáng sản và dầu khí: Tài liệu mang lại công cụ tính toán trường phông và trường dư hữu hiệu, hỗ trợ nhận diện các cấu trúc bẫy dầu trong đá móng và tối ưu hóa mô hình bồn trũng Kainozoi.

3. Giảng viên các trường đại học khối Khoa học Trái đất: Có thể sử dụng nội dung luận văn làm tài liệu bài giảng tham khảo cho các học phần Địa vật lý thăm dò, Xử lý số liệu địa vật lý, và Thăm dò trọng lực - từ.

4. Cơ quan quản lý nhà nước và viện nghiên cứu biển: Tài liệu hữu ích cho việc quy hoạch điều tra cơ bản tài nguyên - môi trường biển, phục vụ chiến lược phát triển kinh tế biển kết hợp bảo vệ chủ quyền thềm lục địa quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao việc tách phông khu vực trường trọng lực lại có ý nghĩa quyết định trong thăm dò dầu khí? Trường trọng lực đo được là tổng hợp hiệu ứng của cả vỏ Trái đất và các tầng nông. Việc tách bỏ chính xác trường phông sâu (biến thiên êm thuận từ 10 đến 70 mGal) giúp làm lộ rõ trường dư (từ -15 đến -45 mGal), phản ánh trực tiếp ranh giới móng và các trũng tích tụ trầm tích chứa dầu khí.

2. Phương pháp trượt mẫu (Shift-sampling) giải quyết được nhược điểm gì của biến đổi Fourier truyền thống? Biến đổi Fourier rời rạc thông thường gặp sai số lớn do tính hữu hạn của tuyến đo và sự rời rạc hóa điểm dữ liệu. Bằng cách áp dụng bước trượt tối ưu 0.22 (cho 2D) và 0.26 (cho 3D), phương pháp trượt mẫu giúp triệt tiêu hiện tượng gợn sóng và giảm sai số trung bình xuống dưới 2%.

3. Mô hình lăng trụ đứng 3D của luận văn có điểm gì khác biệt so với mô hình đồng nhất truyền thống? Mô hình trong luận văn không coi mật độ là hằng số mà mô phỏng mật độ dư suy giảm liên tục theo độ sâu theo hàm mũ với hệ số suy giảm từ 0.15 đến 0.45 km⁻¹, phản ánh chính xác quá trình nén ép cơ học của đất đá trầm tích thực tế.

4. Dị thường Bughe tại thềm lục địa Đông Nam Việt Nam có đặc điểm gì nổi bật? Dị thường Bughe tăng dần từ đất liền ra biển sâu, phản ánh xu thế vỏ lục địa mỏng dần từ 32 km xuống 18 km khi chuyển tiếp sang vỏ đại dương ở Biển Đông, với các đới phân dị mật độ rõ rệt giữa móng granit và trầm tích Kainozoi.

5. Luận văn đã sử dụng công cụ tính toán nào để hiện thực hóa các thuật toán phức tạp? Toàn bộ thuật toán tính tích phân giải tích, biến đổi Fourier 2 chiều và trượt mẫu đều được tác giả tự xây dựng và tối ưu hóa bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN kết hợp với môi trường đồ họa, xử lý ma trận của MATLAB.

Kết luận

• Luận văn đã hoàn thiện trọn vẹn cơ sở lý thuyết và thuật toán giải bài toán thuận trường trọng lực 2D và 3D cho các cấu trúc địa chất có dạng hình học phức tạp.
• Ứng dụng thành công phương pháp phổ cải tiến với kỹ thuật trượt mẫu tiên tiến, giúp tăng tốc độ tính toán hơn 8 lần và khống chế sai số mô hình dưới 2%.
• Thiết lập bản đồ dị thường trọng lực Bughe tỉ lệ 1:200.000, bóc tách chính xác trường phông khu vực và trường dư trên thềm lục địa Việt Nam.
• Làm sáng tỏ cấu trúc sâu và bề dày tầng trầm tích chứa dầu khí tại hai bể Kainozoi Cửu Long (trầm tích dày 4.5 - 6.0 km) và Nam Côn Sơn (trầm tích dày tới 8.0 km).
• Mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về nghịch đảo mật độ 3D phi tuyến kết hợp dữ liệu trọng lực vệ tinh và địa chấn trong giai đoạn tới.

Công trình là một tài liệu học thuật và thực tiễn có giá trị cao, đóng góp thiết thực cho sự phát triển của ngành Địa vật lý ứng dụng và công tác thăm dò khai thác tài nguyên biển Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Phƣơng pháp xác định dị thƣờng trọng lực đối với các vật thể có dạng hình học đều đặn. - Chương 2: Xác định hiệu ứng trọng lực theo phƣơng pháp giải tích và phƣơng pháp phổ. - Chương 3: Xác định phông khu vực trên một số bể trầm tích Kainozoi thềm lục địa Việt nam 7 CHƢƠNG 1. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊ THƢỜNG TRỌNG LỰC ĐỐI VỚI CÁC VẬT THỂ CÓ DẠNG HÌNH HỌC ĐỀU ĐẶN 1.

Những khái niệm cơ bản. Sau khi tu chỉnh số liệu đo đạc bằng máy trọng lực, ta thành lập bản đồ hoặc đồ thị đạo hàm bậc nhất, hoặc bậc hai của thế trọng lực (dị thƣờng trọng lực nói chung). Giải thích địa chất dị thƣờng trọng lực bao gồm phân tích các quy luật phân bố của nó trên mặt đất (hoặc gần mặt đất) và mối liên hệ để nó giải quyết các nhiệm vụ khác. Giải thích địa chất dị thƣờng trọng lực đƣợc hình thành nhƣ sau: Dựa vào sốliệu trọng lực đo đạc và số liệu địa chất, địa vật lý sẵn có, vào kinh nghiệm giải thích trọng lực tại các vùng tƣơng đƣơng, ta có thể đƣa ra những kết luận địa chất về vùng cho trƣớc tƣơng ứng với nhiệm vụ địa chất đề ra.

Nhiệm vụ giải thích dị thƣờng trọng lực đƣợc phân loại dƣới hai hình thức: Phân tích định tính và định lƣợng. Khi giải thích định tính cần xác định: - Các yếu tố địa chất chắc chắn ảnh hƣởng lên trƣờng trọng lực cũng nhƣ các trƣờng vật lý khác (nếu nhƣ các phƣơng pháp Địa vật lý khác cũng đƣợc áp dụng). - Vị trí của yếu tố địa chất hoặc vật quặng. - Vùng hoặc khu vực cần phải tiến hành nghiên cứu tỉ mỉ hơn.

- Điểm hoặc vùng nhỏ tại đó có thể đặt đƣợc các lỗ khoan hoặc đào hầm lò. - Khả năng và điều kiện để phân tích định lƣợng. Trong trƣờng hợp tổng quát, có bốn yếu tố địa chất chính gây nên dị thƣờng trọng lực: - Cấu tạo các lớp trầm tích. 8 - Địa hình mặt nền kết tinh.

- Cấu tạo bên trong của nền kết tinh. - Cấu tạo sâu vỏ Trái đất. Khi minh giải định tính ta tiến hành mô tả một cách hệ thống các vùng dị thƣờng và dị thƣờng riêng biệt, chỉ rõ bản chất địa chất dị thƣờng đƣợc mô tả với xác suất lớn nhất, đƣa ra những đề nghị về việc tiến hành những nghiên cứu tiếp theo. Công tác phân tích định lƣợng đƣợc tiến hành khi: - Có lƣợng thông tin đầy đủ hoặc tƣơng đối đầy đủ về địa chất của vùng, do đó có khả năng hình thành mẫu vật lý của môi trƣờng địa chất dùng để phân tích dị thƣờng trọng lực.

- Tác dụng của một trong những yếu tố địa chất gây nên dị thƣờng trội hơn. Để đảm bảo yêu cầu này, trong thực tế ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp biến đổi trƣờng. - Các yếu tố địa chất trong vùng tƣơng đối ổn định có thể sử dụng một hoặc tổ hợp phƣơng pháp phân tích chung. - Các số liệu đo đạc có độ chi tiết và chính xác cao.

- Cơ sở lý thuyết phân tích tốt. Các biểu thức tích phân tổng quát về đạo hàm của thế trọng lực Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ngƣời ta viết lại các biểu thức tích phân tổng quát của thế hấp dẫn và các đạo hàm của chúng khi giải các bài toán thuận và nghịch. Thế V tại điểm với tọa độ x1, y1, z1 đƣợc biểu diễn bằng công thức: dm V x1 , y1 , z1   G r (1.1: Xác định thế các đạo hàm của một chất điểm g  k z  z1 Từ đó ta có: dm (1.5) 1 1 Trong đó: k : là hệ số hấp dẫn Vxz: Đạo hàm của thế trọng lực theo phƣơng nằm ngang x Vyz: Đạo hàm của thế trọng lực theo phƣơng nằm ngang y  g: Đạo hàm của thế trọng lực theo phƣơng thẳng đứng z Đặt gốc tọa độ tại điểm quan sát A, tức là trong công thức đặt x1=y1=z1=0 thì ta có: 10 V  k  dxdydz (1.7)  3k xz z v rv 3 r 11 V  3k yz 2 2 dxdydz (1.10) r  Trong thực tế thƣờng gặp các vật thể có dạng kéo dài một hƣớng. Với độ chính xác khá đủ có thể xem các vật thể đó là các vật thể hai chiều.

Việc giải bài toán thuận và nghịch đối với bài toán hai chiều đơn giản hơn nhiều so với bài toán ba chiều. Để chuyển từ bài toán ba chiều về bài toán hai chiều thì trong công thức cho vật thể ba chiều ở trên cần cho một biến chạy từ -+. Để làm ví dụ, chúng ta xét trƣờng hợp Vz(  g). Từ công thức ba chiều (1.2) g  z  z1 ta có:  k  dxdydz V v r z1 Cho biến y chạy từ -+, lúc đó ta có: V g  2 z  z1  dxdydz z    2 2  x  x    y1/ 2y    z  z  (1.11) k 1  1 1 1  Trong biểu thức (1.11), biến số y chạy từ -+còn các biến số (x,z) di chuyển trong giới hạn tiết diện ngang S của vật thể.

Nếu đƣa vào biến số mới : y  y1  x  x   z  z  tg  1 2 1 2 Thì: V x , y   k z  z  /2 (1.12) x  x  2 z 1 z cosddyd từz đó: 1  k V z 1  z1 z 12 1  / 2 dxdz (1.13) z  x  x   z  z  2 2 1 1 Cũng nhƣ trong trƣờng hợp ba chiều, nếu đặt điểm quan sát tại gốc tọa độ tức cho 13 x1=y1=0 thì: V  2k  x  x  z  z  z 2 dxdz (1.14) z  2 1 1 Có thể viết lại (1.14) trong hệ tọa độ cực. x  rco s  Từ hình (1.2) ta có: y  r sin   dS  dxdy  rdr  Lúc đó (1.15) sinddr  Trên cơ sở các bài toán tổng quát trên chúng ta xét các bài toán cụ thể: Hình 1.2: Xác định thế và đạo hàm của vật thể hai chiều 1. Bài toán thuận cho những vật thể có dạng hình học 1. Hình cầu hoặc điểm vật chất Trong thực tế, thƣờng gặp các vật thể địa chất tƣơng đối có dạng đẳng thƣớc, 14 kích thƣớc ngang của chúng theo các hƣớng cùng một bậc.

Khi tính toán tác dụng trọng lực của các vật thể này, ngƣời ta thƣờng xem chúng có dạng hình cầu hoặc là 15 điểm vật chất. Các vật thể địa chất này thƣờng rất khác nhau: các vật quặng dạng ổ, dạng bƣớu, các vòm mối, các lỗ hổng cáctơ… Khảo sát vật thể hình cầu tâm C nằm trong mặt phẳng xoz với các tọa độ xc=x, yc=y, zc= h (hình 1. Khối lƣợng của toàn bộ hình cầu là M, nằm tại tâm hình cầu. Vì thế ta không phải tính các tích phân khối trên.3: Xác định thế và các đạo hàm của vật thể hình cầu Tại gốc tọa độ: g  V  kMh (1.21) 0 Để thuận tiện cho việc tính toán ta biến đổi các công thức này khác đi.

Đặt tâm hình cầu dƣới gốc tọa độ (0,0,h), chỉ cần thay đổi dấu của x mà thôi, tức là: xh  (1.25) Vzz  kM V 3kM r 5 r5 Vyz  V  x 2 h 2 xy (1.4: Trƣờng trọng lực của hình cầu 1. Thanh vật chất nằm ngang, hình trụ tròn nằm ngang Các vật thể địa chất dạng này là các cấu tạo dài (các nếp uốn), dạng thấu kính, các mạch quặng, các vỉa quặng… Hình trụ tròn nằm ngang, nằm dọc theo tâm của hình trụ. Nếu một đơn vị độ dài của thanh có khối lƣợng là m thì tƣơng ứng với hình trụ ta có: =R2 với  là khối lƣợng một đơn vị dài. Trong trƣờng hợp thành phần vật chất nằm ngang ta có thể tính đƣợc giá trị Vz trực tiếp từ công thức (1.14) mà không cần lấy tích phân, tức là:  g0,0  V 0,0  h 2k (1.28) z x  h 2 2  2 Từ đó tìm đƣợc: 19 h Vxz 0,0  (1.31)  xy0 yz Để thuận tiện ta viết lại công thức khi đặt gốc tọa độ trên trục của hình trụ, còn x là các tọa độ của điểm quan sát.

Muốn vậy ta chỉ cần thay đổi x bởi –x trong các công thức trên là đƣợc: gx,0  V x,0  h 2k 2 2 (1.5: Trƣờng trọng lực của hình trụ tròn nằm ngang 1. Nửa mặt phẳng vật chất nằm ngang Các dạng vật thể này có biên độ bé, các vùng vót nhọn, các lớp nằm ngang 21 có độ dày bé… Giả sử rằng mặt phẳng vật chất nằm ngang có mật độ  nằm tại độ sâu h so với mặt đất, có đƣờng biên song song với trục y, tọa độ ngang của đƣờng biên là đƣờng x (hình 1. Sử dụng công thức tổng quát (1.14) cho trƣờng hợp này =dz, z=h, ta lấy tích phân theo x từ - đến +, kết quả thu đƣợc: dx  x g x  V 0  2kh   2k  arctan (1.6: Xác định thế và các đạo hàm của nửa mặt phẳng vật chất nằm ngang Từ đó, ngƣời ta tính đƣợc hàm bậc hai của thế trọng lực là: Vzx xdx 1 h 0  4kh x  h 2kh x  h 2kh 2 2 2 2 x h 2 (1.36) 2  2 Tƣơng  tự:  x  h dx 2 2 x (1.37)      Vzx 0 2kh 2kh x  h 2 2 x h 2 2 2 Để thuận tiện cho việc tính toán sau này, ta đặt gốc tọa độ tại điểm chiếu của cạnh bên trên trục x, còn lấy là tọa độ của điểm quan sát. Trong trƣờng hợp này ta 22 chỉ cần thay đổi dấu của x trong các công thức (1.7: Trƣờng trọng lực của nửa mặt phẳng vật chất nằm ngang 1.

Hình hộp vuông góc Nhiều vật thể địa chất gần đúng có thể đƣợc biểu diễn dƣới dạng những khối bị giới hạn bởi những mặt phẳng, các cấu tạo địa lũy, địa hào, các khối quặng riêng biệt, những vật thể có thể đƣợc xem là các dạng hình hộp vuông góc. Tính toán tác dụng trọng lực do hình hộp vuông góc gây ra đƣợc dùng để nghiên cứu các vật thể khác thƣờng gặp trong thực tế nhƣ bậc thẳng đứng, lớp thẳng đứng. Các công thức trọng lực của hình hộp vuông góc còn đƣợc sử dụng để tính toán hiệu ứng trọng lực do các vật thể ba chiều có hình dạng bất kỳ gây ra.