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

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.

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.