Nghiên cứu kiến tạo đứt gãy hiện đại và động đất liên quan ở khu vực hoà bình làm cơ sở đánh giá ổn định công trình thuỷ điện hoà bình

- Thu thập số liệu động đất từ các mạng trạm địa chấn, đánh giá các thông số cơ bản của động đất bằng một hệ phương pháp nhất quán và thành - Khảo sát địa chất kiến tạo, đo đạc Địa vật l

Viện khoa học và công nghệ việt nam

viện vật lý địa cầu

***o0o***

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài :

Nghiên cứu kiến tạo đứt g∙y hiện đại

và động đất liên quan ở khu vực Hòa Bình làm cơ sở đánh giá ổn định công trình thủy điện Hòa Bình

PGS.TS Nguyễn Ngọc Thủy

Hà nội, 4-2008

Bản quyền 2008 thuộc Viện VLĐC

Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện VLĐC trừ trường hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu

Mục lục

Mở đầu 1

Chương I: Khái quát về đặc điểm địa chất kiến tạo, hoạt động động đất và độ nguy hiểm động đất khu vực Hoà Bình và những vấn đề tồn tại cần giải quyết 5

I.1 Khái quát về đặc điểm địa chất kiến tạo khu vực Hoà Bình 5

I.2 Hoạt động động đất và đánh giá độ nguy hiểm động đất khu vực Hoà Bình 5

I.3 Những vấn đề cần giải quyết 7

Chương II: Đặc điểm đứt gãy kiến tạo hiện đại theo tài liệu địa vật lý, địa hoá và GPS 10

II.1 Tổ hợp các phương pháp nghiên cứu đặc điểm đứt gãy kiến tạo hiện đại khu vực Hoà Bình và lân cận 10

II.2.Các phương pháp nghiên cứu đứt gãy 10

II.2.1 Phương pháp trọng lực 10

II.2.2 Nghiên cứu đứt gãy theo tài liệu cường độ từ trường 22

II.2.3 Nghiên cứu đứt gãy theo tài liệu từ tellua 35

II.2 4 Nghiên cứu đứt gãy theo tài liệu đo địa hoá khí 49

II.2.5 Nghiên cứu đứt gãy theo tài liệu điện trường tự nhiên 54

II.2.6 Nghiên cứu đứt gãy theo tài liệu GPS 66

Kết luận chương II 72

Chương III Đặc điểm địa động lực và các hệ thống đứt gãy kiến tạo hiện đại khu vực Hoà Bình và lân cận 74

III.1 Các hệ kiến tạo - địa động lực Kainozoi muộn khu vực Hoà Bình và kế cận 74

III.1.1 Hệ kiến tạo - địa động lực Hoàng Liên Sơn 74

III.1 2 Hệ kiến tạo - địa động lực Sông Đà: 77

III.1.3 Hệ kiến tạo - địa động lực Sông Mã 78

III.2 Đặc điểm các đới đứt gãy hoạt động chính trong khu vực nghiên cứu 78

III.2.1 Khái niệm chung và cơ sở tài liệu sử dụng 78

III.2.2 Đặc điểm các đới đứt gãy hoạt động chính trong khu vực nghiên cứu 87

Hình III.14chương IV: Hoạt động động Đất tại khu vực công trình Thủy điện hòa bình và lân cận 130

chương IV: Hoạt động động Đất tại khu vực công trình Thủy điện hòa bình và lân cận 130

IV 1 hoạt động động đất 130

IV.1.1 Mạng lưới trạm quan trắc động đất 130

IV.1.2 Mức động đất đại diện ở khu vực Hòa Bình và lân cận 131

IV.1.3 Danh mục động đất khu vực Hòa Bình và lân cận 131

IV.2 Đặc điểm cơ bản của chế độ địa chấn khu vực Hòa Bình 140

IV.2.1 Động đất và năng lượng động đất giải phóng hàng năm 140

IV.2.2 Phân bố động đất theo độ sâu ở khu vực Hòa Bình và lân cận 141

IV.2.3 Tần suất lặp lại động đất 148

Hình IV.12 Đồ thị lặp lại động đất khu vực Hòa Bình và lân cận 149

IV.2.4 Quy luật biểu hiện tiền chấn và dư chấn 149

IV.3 Mối liên quan động đất với cấu trúc kiến tạo và đứt gãy hoạt động 151

IV.3.1 Mối liên quan động đất với cấu trúc kiến tạo và đứt gãy kiến tạo 151

IV.3.2 Vai trò của các hệ thống phá hủy hướng kinh tuyến trong bình đồ hoạt động động đất 152

IV.4 Các đới phát sinh động đất mạnh ở khu vực Hòa Bình và lân cận 155

IV.4.1 Phương pháp xác định các vùng phát sinh động đất mạnh 155

IV.4.2 Kết quả xác định các đới phát sinh động đất mạnh 157

Hình IV.15 157

Chương V: Tính ổn định của công trình thuỷ điện Hoà Bình 159

V.1 Hiện trạng về ổn định công trình thuỷ điện hoà bình 159

V.1.1 Biến dạng đứng của đập đất đá 159

V.2 Đánh gía MứC Độ ổN ĐịNH CủA CÔNG TRìNH 160

V.2.1 ứng suất kiến tạo hiện đại 160

V.2.2 Biến dạng đập Thủy điện Hòa Bình 166

V.2.3 Quan sát GPS khu vực Hòa Bình 170

V.2.4 Đánh giá độ nguy hiểm động đất ở khu vực thuỷ điện Hoà Bình 172

V.2.5 Động đất kích thích khu vực thủy điện Hòa Bình 175

V.2.5.5 Khả năng động đất kích thích ở khu vực hồ chứa Hoà Bình 196

V.2.6 Đánh giá chung về mức độ ổn định công trình 197

V.3 Kết luận và Kiến nghị về các vấn đề liên quan đến tính ổn định của công trình 198 tài liệu tham khảo 200

Mục tiêu của đề tài là làm rõ đặc điểm đứt gãy kiến tạo hiện đại và

động đất liên quan góp phần đánh giá ổn định công trình thuỷ điện Hoà Bình

Để đạt được mục tiêu trên đã xác định ba nội dung chính cần thực hiện trong khoảng thời gian từ 2005 - 2007 là:

1 Thiết lập mạng lưới trạm địa chấn địa phương khu vực Hoà Bình và các trạm động đất lân cận Hoà Bình, thu thập và chỉnh lý số liệu động đất, lập danh mục động đất ở khu vực Hoà Bình và lân cận

2 Tổ chức quan sát các trường Địa vật lý, địa hoá và công nghệ GPS, chuyển động hiện đại và các phương pháp địa chất kiến tạo, địa chấn, động đất kích thích Quan trắc độ lún và biến dạng thân đập đáp ứng yêu cầu đánh giá

- Thiết lập mạng lưới trạm động đất địa phương và tăng cường hoạt

động mạng lưới trạm động đất quốc gia, mạng trạm ghi động đất mạnh ở khu vực Hoà Bình

- Xây dựng phương pháp xử lý số liệu động đất của các mạng trạm địa chấn khu vực Hoà Bình và lân cận

- Thu thập số liệu động đất từ các mạng trạm địa chấn, đánh giá các thông số cơ bản của động đất bằng một hệ phương pháp nhất quán và thành

- Khảo sát địa chất kiến tạo, đo đạc Địa vật lý, địa hoá và công nghệ GPS trên khu vực nghiên cứu, nghiên cứu bình đồ cấu trúc kiến tạo, địa động lực khu vực nghiên cứu

- Quan trắc độ lún, chuyển động ngang và biến dạng thân đập, đối sánh với thông số thiết kế để theo dõi mức độ ổn định của công trình

- Nghiên cứu chế độ địa chấn và các quy luật biểu hiện động đất trên lãnh thổ nghiên cứu

- Nghiên cứu điều kiện địa chấn kiến tạo và mối liên quan với bình đồ kiến tạo địa động lực ở khu vực công trình Hoà Bình và lân cận, xác định các vùng phát sinh động đất mạnh, dự báo địa điểm, độ mạnh và gia tốc dao động nền của động đất mạnh nhất có khả năng phát sinh trong khu vực

- Quan sát động đất ở khu vực công trình thuỷ điện Hoà Bình, nghiên cứu chế độ động đất trong các thời kỳ điều tiết nước lòng hồ, đánh giá xu thế biến động của chế độ động đất liên quan với hoạt động hồ chứa trong mùa lũ

và mùa khô

- Các vấn đề liên quan đến tính ổn định của công trình cần xúc tiến trong tương lai

Kết quả thực hiện đề tài được trình bày trong ba phần :

Phần thứ nhất: Đặc điểm đứt gãy kiến tạo hiện đại qua đo đạc, quan sát các trường địa vật lý, địa hoá, đo đạc bằng công nghệ GPS, khảo sát địa chất kiến tạo để thành lập bình đồ cấu trúc kiến tạo và các đứt gãy hoạt động

Phần thứ hai : Hoạt động động đất và đánh giá nguy hiểm động đất tại khu vực đầu mối công trình thuỷ điện Hoà Bình

Phần thứ ba : Tính ổn định của công trình thuỷ điện Hoà Bình và vấn

đề liên quan cần xúc tiến trong tương lai

Tập thể thực hiện đề tài gồm :

- Chủ nhiệm đề tài : PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ

- Thư ký đề tài : TS Đặng Thanh Hải

- Thực hiện thành lập các hệ thống trạm động đất, quan trắc động đất và thành lập danh mục động đất khu vực công trình thuỷ điện Hoà Bình và lân cận:

PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ, các Kỹ sư, Kỹ sư chính : Nguyễn Quốc Dũng, Trịnh Hữu Đạo, Nguyễn Hữu Trí, Nguyễn Văn Yêm, Đinh Quốc Văn

- Thực hiện việc nghiên cứu chế độ địa chấn và các quy luật biểu hiện

động đất khu vực Hoà Bình và lân cận: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ, ThS Phạm Đình Nguyên, ThS Phạm Quang Hùng, ThS Nguyễn ánh Dương, CN Bùi Văn Duẩn, KS Vũ MinhTuấn

- Thực hiện việc đo đạc địa vật lý, trọng lực, từ trường, từ tellua, GPS,

địa hoá khí nghiên cứu đứt gãy : PGS.TS Cao Đình Triều, PGS.TS Nguyễn Văn Giảng, TS Lê Huy Minh, TS Võ Thanh Sơn, TS Đặng Thanh Hải, PGS Nguyễn Văn Phổ, PGS Nguyễn Thị Lài, TS Nguyễn Phú Duyên

- Đo đạc chuyển động hiện đại bằng GPS: PGS.TS Trần Đình Tô TS Dương Chí Công, TS Vy Quốc Hải, TS Nguyễn Quang Xuyên

- Nghiên cứu địa chất kiến tạo, thành lập bản đồ địa chất kiến tạo, các vùng phát sinh động đất mạnh: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ, TSKH Lê Duy Bách

- Thực hiện việc khảo sát địa chất, kiến tạo, địa mạo tổng hợp các tài liệu địa chất kiến tạo và thành lập bản đồ cấu trúc kiến tạo khu vực Hoà Bình:

TS Trần Văn Thắng, TS Phùng Văn Phách, TS Vũ Văn Chinh, TS Ngô Gia Thắng

- Nghiên cứu đánh giá cấp động đất và gia tốc cực đại: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ, ThS Nguyễn ánh Dương, KS Vũ Minh Tuấn và CN Bùi Văn Duẩn

- Quan sát độ lún thân đập thuỷ điện Hoà Bình: KS Mai Văn Biểu, KS Nguyễn Văn Hùng, Hoàng Mạnh Cường và Hoàng Thế Giang

- Hoàn thiện bản đồ và các hình vẽ trong báo cáo : KS Vũ Minhh Tuấn,

CN Bùi Văn Duẩn, Cán bộ phòng kỹ thuật : Trần Thị An

Báo cáo tổng kết đề tài do tập thể cán bộ sau đây thực hiện:

Danh mục động đất khu vực Hoà Bình và lân cận do tập thể tác giả tham gia thu thập, xử lý số liệu động đất do KS Nguyễn Văn Yêm và KS

Chương II: Đặc điểm đứt gãy kiến tạo hiện đại

- Do PGS.TS Cao Đình Triều, PGS.TS Nguyễn Văn Giảng, PGS.TS Nguyễn Văn Phổ, Lê Thị Lài, PGS.TS Trần Đình Tô, Các TS : Lê Huy Minh,

Võ Thanh Sơn, Nguyễn Phú Duyên với sự tham gia của PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ và TS Đặng Thanh Hải

Chương III: đặc điểm tân kiến tạo và địa động lực hiện đại kainozoi khu vực Hoà BìnH

- Do TS Trần Văn Thắng cùng với sự tham gia của PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ và TSKH Lê Duy Bách

Chương IV: Hoạt động động đất khu vực công trình thuỷ điện Hoà Bình và lân cận

- Do PGS TS Nguyễn Ngọc Thuỷ viết với sự tham gia của KSC Nguyễn Quốc Dũng, ThS Nguyễn ánh Dương, KS Nguyễn Thanh Tùng, KS

Vũ Minh Tuấn

Chương V: Tính ổn định của công trình Hoà Bình

- Do PGS TS Nguyễn Ngọc Thuỷ với sự tham gia của TS Nguyễn Văn Vượng, TS Vũ Văn Tích, ThS Nguyễn Thanh Lan, ThS Nguyễn Đình Thái,

ThS Nguyễn ánh Dương, ThS Nguyễn Văn Tuyên, KS Nguyễn Thanh Tùng,

KS Vũ Minh Tuấn, TSKH Lê Duy Bách, Lê Văn Dũng, CN Bùi Văn Duẩn, NCS Mai Hồng Chương

Các bản đồ, bản vẽ của đề tài do PGS.TS Nguyễn Ngọc Thuỷ, TSKH

Lê Duy Bách, TS Trần Văn Thắng, TS Phùng Văn Phách, TS Vũ Văn Chinh,

TS Ngô Văn Thắng, PGS.TS Cao Đình Triều, PGS.TS Nguyễn Văn Giảng,

TS Võ Thanh Sơn, TS Đặng Thanh Hải, TS Nguyễn Văn Vượng TS Vũ Văn Tích biên tập, số hoá và hoàn thiện bản đồ chủ yếu do KTV Trần Thị An, CN

Võ Thị Thuý

Đề tài được hoàn thành với sự chỉ đạo của Vụ KHCN các ngành Kỹ thuật, Vụ Khoa học Xã hội và Tự nhiên, Viện Vật lý Địa cầu, Ban kế hoạch tài chính viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đặc biệt là chuyên viên ThS Lê Quang Thành, KS Nguyễn Bá Vinh và nhiều cán bộ của Vụ Khoa học Xã hội

và Tự nhiên và Vụ KHCN các ngành Kỹ thuật

Ban chủ nhiệm đề tài ĐTĐL-2005/19G xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới lãnh đạo Bộ Khoa học Công nghệ, Lãnh đạo Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Vụ Khoa học Xã hội và Tự nhiên, Vụ KHCN các ngành Kỹ thuật, Viện Vật lý Địa cầu đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện đề tài

Tập thể tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các nhà khoa học, các đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan về những đóng góp quý báu cho đề tài

Chương I: Khái quát về đặc điểm địa chất kiến tạo, hoạt động động đất và độ nguy hiểm động đất khu vực Hoà Bình và những vấn đề tồn tại cần giải quyết I.1 Khái quát về đặc điểm địa chất kiến tạo khu vực Hoà Bình

Đặc điểm về địa chất kiến tạo khu vực Hoà Bình lần đầu tiên được đề cập tới khi thực hiện công trình "Động đất miền Bắc Việt Nam" (của Nguyễn Khắc Mão, Rezanov, 1968) và về sau trong "Đánh giá tính địa chấn xuất phát

và phân vùng nhỏ động đất khu vực công trình thuỷ điện Hoà Bình" của tác giả Streinberg V.V 1980 Thông qua hai công trình trên, lịch sử phát triển kiến tạo của khu vực Hoà Bình được đề cập đến như là đơn vị kiến tạo nằm ở phần

Đông Nam của miền uốn nếp Tây Bắc Việt Nam- miền có cấu trúc địa chất và hoạt động kiến tạo tích cực, phân dị nhất trên lãnh thổ Việt Nam

Công trình thuỷ điện Hoà Bình nằm ở ranh giới giữa hai đới kiến tạo -

Đới nông Fanxipan ở phía Bắc và đới võng Sông Đà ở phía Nam Đây là một vùng bị nén ép mạnh do kết quả chuyển động nâng mạnh và trôi trượt về phía

Đông Nam của đới Fanxipan chờm lên đới Sông Đà

Trong khu vực nghiên cứu các tác giả (Nguyễn Đình Xuyên, 2004; Nguyễn Ngọc Thuỷ và nnk, 2005) đã phát hiện ranh giới giữa các đới kiến tạo trên là các đứt gãy sâu, chúng trải qua lịch sử phát triển kiến tạo lâu dài do kết quả chuyển động phân dị của các đới, nay đang hoạt động và có mặt các đứt gãy: 1 Hệ thống đứt gãy Sông Hồng gồm các đứt gãy Sông Hồng, Sông Chảy

và Sông Lô, phân cách miền uốn nếp Tây Bắc Việt Nam với miền nén ở phía

Đông Bắc; 2 Đứt gẫy Sơn La phân cách võng Sông Đà ở phía Tây Nam đới phức nếp lồi Sông Mã; 3 Đứt gẫy Mường La-Bắc Yên - Hoà Bình, ranh giới giữa phức nếp lồi Fanxipan và đới võng Sông Đà, phần cuối của đứt gãy chính

là đứt gãy Chợ Bờ - Hoà Bình; 4 Đứt gẫy Sông Đà phân chia đới Sông Đà thành 2 phụ đới phía Tây và phía Đông, và các đứt gãy nội đới (đứt gãy Trung Hà-Hoà Bình, Mường Khến-Vụ Bản)

I.2 Hoạt động động đất và đánh giá độ nguy hiểm

động đất khu vực Hoà Bình

Nghiên cứu động đất lần đầu tiên ở Việt Nam liên quan đến thực hiện

đề tài "Động đất miền Bắc Việt Nam" do tác giả Nguyễn Khắc Mão và Rezanov I.A thực hiện Các tác giả này đã thu thập thông tin và động đất xảy

ra trên lãnh thổ miền Bắc Việt Nam từ nguồn tài liệu của trung tâm quốc tế, của trạm động đất đầu tiên ở Việt Nam - trạm Phủ Liễn, từ tài liệu lịch sử và tài liệu điều tra thực địa về những trận động đất cảm thấy và động đất mạnh

Chỉ sau thời gian ngắn (1964-1968) Việt Nam đã thành lập được danh mục

động đất đầy đủ xảy ra từ những năm xa xưa đến 1968, đã phát hiện ra nhiều trận động đất mạnh và cảm thấy xảy ra ở miền Bắc Việt Nam Quan trọng là

đã thiết lập được bản đồ đường đẳng chấn, xác định được một cách tin cậy chấn tâm, độ sâu chấn tiêu và độ lớn (magnitude) của các trận động đất đó

Sử dụng phương pháp thống kê động đất với tình hình địa chất kiến tạo khi phân chia các vùng động đất khác nhau xuất phát từ ba nguyên tắc cơ bản sau đó là:

a Nếu trong một đới kiến tạo bất kỳ nào đó từng xảy ra động đất thì toàn bộ đới ấy được coi là có mức độ nguy hiểm về động đất giống nhau Hơn nữa, độ mạnh của động đất dự đoán sẽ xảy ra sau này trong đới đó được đánh giá căn cứ vào trận động đất mạnh nhất đã gặp trước đây trong đới ấy rồi

b Trong đới nào mà Gradient của tốc độ vận động kiến tạo mới cùng lớn thì tính động đất trong đới ấy càng cao

c Sát liền bên cạnh các vùng động đất có độ mạnh này hay khác được khoanh định các vùng chịu ảnh hưởng chấn động từ vùng chính Kích thước của chúng lấy căn cứ theo khoảng cách tối đa giữa các đường đẳng chấn của những trận động đất đã từng xảy ra ở vùng chính kề bên

Trong nghiên cứu này các tác giả chưa vạch rõ các vùng phát sinh động

đất, và chỉ đánh giá độ mạnh động đất theo cường độ chấn động (cấp động

đất) Các thông số khác nhau như độ lớn (Magnitude), độ sâu chấn tiêu, tần suất chưa được nghiên cứu

Phải nói rằng những tiến bộ rõ rệt trong nghiên cứu động đất được minh hoạ trong công trình "Đánh giá tính địa chấn và phân vùng nhỏ động đất khu vực công trình thuỷ điện Hoà Bình" của Steinberg V.V và nnk, 1980 Trong công trình này tập thể tác giả đã thu thập và phân tích tất cả các tài liệu hiện

có như các báo cáo về địa chất, kiến tạo, tính địa chấn của các vùng trên lãnh thổ miền Bắc Việt Nam, tài liệu địa chất công trình khu vực xây dựng nhà máy thuỷ điện Hoà Bình

Trên cơ sở phân tích tổng hợp tài liệu địa chất kiến tạo và động đất, phân tích tập hợp sơ đồ đường đẳng chấn của các trận động đất xảy ra dọc lưu vực Sông Đà, Sông Hồng các tác giả đưa ra những công thức xác định cấp

động đất ở chấn tâm, magnitude, độ sâu chấn tiêu, quy luật suy giảm chấn

động theo khoảng cách mối liên quan giữa Magnitude và chiều dài chiết đoạn cho động đất Việt Nam v.v

Nhờ những quy luật của động đất ở miền Bắc Việt Nam phát hiện được, các tác giả đó đánh giá được độ lớn cực đại (magnitude) của động đất có thể gây nguy hiểm cho khu vực nghiên cứu, dự báo các vùng có khả năng xảy ra

động đất, cấp động đất, các thông số dao động do động đất gây ra cho công

trình như biên độ, chu kỳ, độ kéo dài quá trình dao động và phổ gia tốc dao

động động đất gây ra Các thông số này rất có lợi cho thiết kế kháng chấn, xây dựng an toàn cho các công trình trong vùng có nguy hiểm về động đất

Từ những năm 80 về sau này động đất xảy ra được ghi nhận đầy đủ hơn, nghiên cứu được phát triển sâu hơn về động đất, đánh giá độ nguy hiểm về

động đất Đáng kể hơn cả là những tiến bộ do tác giả Nguyễn Đình Xuyên và nnk (1978, 1985, 1987, 1988, 1996, 2004) mang lại Xuất phát từ những công trình nghiên cứu quy luật phát sinh về cơ cấu nguồn động đất, tác giả đã thiết

bởi L và H

Mmax ≤4*LogH + 0,5 Trong đó : L- Chiều dài chấn tiêu động đất cực đại, H-Bề dày tầng sinh chấn

Trên những quy luật ấy xác định vùng phát sinh động đất và các thông

Nam trong đó có khu vực Hoà Bình như sau :

Sông Chảy

+ Các vùng phát sinh động đất cấp VII: Mmax =5,5; h=12km; Phong Thổ, Mường La- Bắc Yên; Sông Đà; Trung Hà-Hoà Bình

gãy Chợ Bờ có thể gây chấn động cấp VII cho khu vực công trình Tuy vậy, khi thiên về an toàn cho các công trình, người ta đã không chú ý lắm đến sự phân đoạn của đứt gãy, tức là không tính đến sự thay đổi khả năng sinh chấn trên các đoạn đứt gãy mà đã gán cho mọi phần đứt gãy mức độ nguy hiểm cao nhất Những điều nói ở trên cho thấy các nghiên cứu đã qua chưa đáp ứng yêu cầu mức độ đánh giá nguy hiểm động đất trong các vùng phát sinh động đất, như vậy càng không thể đánh giá đầy đủ khả năng phát sinh động đất của tất cả các segment sinh chấn gây ra

Hơn thế nữa, trong những năm gần đây các phương pháp động đất kích thích, trường ứng suất kiến tạo hiện đại khu vực Hoà Bình, tốc độ chuyển

động kiến tạo bằng quan trắc, công nghệ GPS, quan sát biến dạng thân đập Hoà Bình, góp phần đánh giá đầy đủ tính ổn định công trình Hoà Bình

I.3 Những vấn đề cần giải quyết

Mục đích của đề tài đặt ra là làm rõ kiến tạo đứt gãy hiện đại và động

đất liên quan ở khu vực Hoà Bình

Như chúng ta đều biết động đất mạnh thì xảy ra trong cấu trúc hoạt

động như là hệ quả của vận động kiến tạo Trong các cấu trúc ấy động đất tập trung trong các đới đứt gãy hoạt động được gọi là đứt gãy sinh chấn

Các phương pháp địa mạo, địa chất, kiến tạo vật lý, viễn thám sẽ được

sử dụng để nghiên cứu đứt gãy cùng với các phương pháp địa vật lý như trọng lực, địa từ trường trái đất, phương pháp từ Tellua, phương pháp điện trường tự nhiên, phương pháp điện từ trường tần số thấp (VLF) nhằm phát hiện các vị trí

đứt gãy, chính xác hoá quy mô đứt gãy (chiều dài, chiều rộng, độ sâu hướng cắm, mức độ hoạt động của đứt gãy

Song song với việc tiến hành các phương pháp trên hệ thống các trạm

đo biến dạng góp phần ghi nhận biến dạng vỏ Trái đất khu vực công trình Kỹ thuật định vị toàn cầu (GPS) đặt tại 13 vị trí trong các đới đứt gãy cho phép xác định vận tốc chuyển động hiện đại các đới đứt gãy nói riêng và khu vực Hoà Bình nói chung Việc quan sát lún thân đập cũng được quan tâm thường xuyên để xác định trực tiếp biến dạng đập phụ thuộc vào mực nước hồ chứa Hoà Bình góp phần xác định ổn định công trình

Phân tích tổng hợp các kết quả của các phương pháp sẽ đưa ra một bức tranh toàn cảnh về kiến tạo các đứt gãy hiện đại

Số liệu động đất là chứng minh hùng hồn tính hoạt động và đặc trưng

động lực của đứt gãy, làm cơ sở dự báo các vùng phát sinh động đất trong tương lai và rất quan trọng là đánh giá ổn định của công trình khi xảy ra động

Để có cơ sở đánh giá ổn định công trình thuỷ điện Hoà Bình theo yêu cầu của đề tài chúng tôi kế thừa các kết quả đã có và nghiên cứu chi tiết các vấn đề sau:

1 Nghiên cứu đặc điểm đứt gãy kiến tạo - hiện đại bằng tổ hợp các phương pháp :

- Nghiên cứu cấu trúc sâu tính chất các lớp trong vỏ trái đất đứt gãy bằng phương pháp trọng lực và biến dạng, từ và từ tellua

- Phân tích ảnh viễn thám có độ phân giải cao làm chính xác vị trí các

đứt gãy để biết và phát hiện các đứt gãy khác

- Khảo sát bổ sung về địa chất, kiến tạo, địa mạo làm chính xác bình đồ cấu trúc, nghiên cứu chi tiết các đứt gãy, đặc điểm hoạt động kiến tạo, chú ý

đặc biệt đến tính phân đoạn của đứt gãy

- Tính toán thành lập bản đồ phân bố ứng suất kiến tạo

- Phân tích tổng hợp tài liệu địa chất kiến tạo, địa mạo, tài liệu địa vật lý

để thành lập sơ đồ các đứt gãy hoạt động chính và khả năng phát sinh động

đất của chúng

2 Nghiên cứu hoạt động động đất, các quy luật biểu hiện động đất vùng Hoà Bình và lân cận

Đặt thêm 4 trạm động đất khu vực gần đập và nhà máy nhằm ghi nhận

Nghiên cứu bổ sung, làm chính xác quy luật phân bố động đất, làm rõ mối liên quan với bình đồ kiến tạo, trường ứng suất

trưng của vùng (Mmax, độ sâu chấn tiêu, tần suất động đất) bằng các phương pháp khác nhau Thành lập bản đồ vùng nguồn tỉ lệ 1: 50.000

4 Kiểm tra quy luật lan truyền chấn động, quy luật giảm gia tốc nền bằng các số liệu của vùng nghiên cứu, chọn các quy luật phù hợp

5 Sử dụng phương pháp xác định và phương pháp phân tích xác suất

đánh giá độ nguy hiểm động đất có thể gây cho công trình thuỷ điện Hoà Bình với chu kỳ lặp lại 500, 1000 và 5.000 năm

6 Hiện trạng về ổn định công trình

7 Đánh giá mức độ ổn định của công trình theo các chỉ tiêu sau:

- Theo ứng suất kiến tạo hiện đại

Chương II: Đặc điểm đứt gãy kiến tạo hiện đại theo tài liệu địa vật lý, địa hoá và GPS

II.1 Tổ hợp các phương pháp nghiên cứu đặc điểm

đứt gãy kiến tạo hiện đại khu vực Hoà Bình và lân cận

Nhằm nghiên cứu hệ thống các đứt gãy hiện đại và địa động lực khu vực Hoà Bình, đề tài sử dụng tổ hợp các phương pháp địa vật lý xác định đứt gãy, đó là: phương pháp trọng lực, phương pháp cường độ từ trường và phương pháp từ tellua mà Viện Vật lý địa cầu có ưu thế Ngoài ra, đề tài còn sử dụng các phương pháp: đo đạc chuyển động hiện đại khu vực bằng công nghệ GPS,

địa hoá khí, điện trường tự nhiên, trường ứng suất kiến tạo hiện đại nhằm làm

rõ đặc điểm chuyển động hiện đại của các đứt gãy và cấu trúc khu vực Hoà Bình, làm cơ sở vững chắc cho đánh giá động đất liên quan và đánh giá ổn

định công trình thuỷ điện Hoà Bình

Trong tập hợp các phương pháp kể trên phương pháp trọng lực sử dụng tài liệu khảo sát thực địa kết hợp với tài liệu sẵn có trước đây nhằm nghiên cứu

đặc trưng hệ thống các đứt gãy và cấu trúc sâu khu vực Hòa Bình Phương pháp cường độ từ trường, địa hoá khí, điện tự nhiên được bố trí nghiên cứu các

đới đứt gãy chính trong khu vực Đo sâu từ tellua nghiên cứu cấu trúc sâu 2 hệ thống đứt gãy đới địa hào Hoà Bình và đứt gãy Chợ Bờ - Bãi Chạo Phương pháp GPS nghiên cứu dịch chuyển hiện đại các đới đứt gãy chính Phương pháp trường ứng suất sẽ tính các đặc trưng ứng suất khu vực Hoà Bình Thuật toán phân tích tài liệu của từng phương pháp, cũng như kết quả nhận được sau khi phân tích số liệu mới thu thập trong thời gian qua sẽ được trình bầy ở các phần dưới đây

II.2.Các phương pháp nghiên cứu đứt gãy

II.2.1 Phương pháp trọng lực

Trước tiên là phương pháp trọng lực để đánh giá đặc trưng cấu trúc của

đứt gãy Theo đó, tài liệu trọng lực sử dụng các phép biến đổi và tính toán sau của (Triều C.Đ, 1986, 1999):

- Xây dựng mặt cắt thẳng đứng gradient ngang, gradient thẳng đứng, gradient chuẩn hoá toàn phần;

- Thiết lập mặt cắt hệ số cấu trúc/mật độ trên cơ sở mô hình lăng trụ tròn nằm ngang;

- Giải bài toán ngược trọng lực 2D để chính xác hoá đặc trưng cấu trúc

đứt gãy

Quá trình phân tích này được tiến hành tuần tự theo các bước sau:

II.2.1.1 Xây dựng mô hình cấu trúc sơ bộ ban đầu

Việc xây dựng mô hình cấu trúc ban đầu dựa trên cơ sở:

- Các thông số cấu trúc có được theo các loại tài liệu địa chất-địa vật lý

Cụ thể đối với khu vực nghiên cứu, đã sử dụng tài liệu khoan, địa chất, tài liệu

địa chấn, tài liệu đo sâu điện, điện từ tellua, tài liệu Carota và tài liệu mật độ

có được

- Phác hoạ mô hình ban đầu trên cơ sở các thành phần trường trọng lực

và từ Thực chất của quá trình này là thiết lập các điểm đặc trưng của dị thường Thông thường, sử dụng các quá trình biến đổi như: thiết lập mặt cắt thẳng đứng của các loại gradien, mặt cắt hệ số cấu trúc/mật độ

II.2.1.1.1 Thiết lập mặt cắt gradient ngang trường trọng lực Bouguer Gradient ngang dị thường trọng lực Bouguer được xác định trên cơ sở công thức sau:

10 ) , , (

ω π

dy dx y x g x x z z

y x

; 2

;

1

h ih y

h ih x

h jh y

h ih

Gradient thẳng đứng dị thường trọng lực được xác định trên cơ sở công thức:

( ) (x y z ) (x z ) dydz

z x z

y x

x y z x f V

X

X ZZ

2

1 3

4 2 2 2

3 2 2 2

2 3 2

3 2 2 2

2 2 2

2 2

+

ư +

ZZ XZ

Z

XZ H

ZX

z x W z x W M

z x W z x W G

G G

0

2 2

2 2

) , ( )

, ( 1

) , ( )

, (

II.2.1.1.3 Bài toán mô hình lăng trụ tròn nằm ngang xác định hệ số mật

độ/cấu trúc

Trên tuyến mặt cắt vuông góc với trục của lăng trụ tròn nằm ngang ta

có công thức xác định giá trị dị thường trọng lực như sau:

[ ] (mGal)

z x z

R z

x

z R

2 2

2 2

/ 1

77 12 2

+

= +

Trong trường hợp bài toán hai chiều các thông số của lăng trụ được biểu diễn trên tuyến vuông góc với lăng trụ như sau:

h- Độ sâu tới tâm của lăng trụ

R

Việc xác định giá trị mật độ dư ∆ρ (g/cm3) và bán kính của lăng trụ R (km) một cách riêng biệt là hết sức khó khăn, vì vậy ta đưa vào công thức tính dị thường trọng lực đại lượng t sao cho:

2 2

j j

j R =t

2 2

1

0 ,

1 ) (

j

j j

sign

ρ

ρ ρ

Như vậy, đối với mô hình trụ tròn nằm ngang được đặc trưng bởi 4 thông số: t,h,dvà sign( ∆ ρ )

2 ) )

(

) (

) (

( 4

) (

QS xz

h d

x

d x h t sign k

x V

Thông số sign( ∆ ρj)là không đổi, khi đó mô hình trụ tròn nằm ngang

được biểu diễn bằng 3 đại lượng véctơ:

Nếu gọi mô hình ban đầu là: P j0 ={t(j0),h(j0),d0(0),sign( ∆ ρj)}, thì các bước xấp xỉ tiếp theo sẽ được xác định trên cơ sở công thức:

k F t

t

j

t k k j k

j 1) ( ) ( )

( + = ư λ ′ ,

k F h

h

j

h k k j k

j 1 ) ( ) ( )

k F d

d

j

d k k j k

j 1) ( ) ( )

( + = ư λ ′

với (j= 1 , 2 , ,m) Các giá trị đạo hàm được xác định theo công thức:

t

h d

x

d x h t k

sign F

j

1

2 2 2 ) (

) (

) (

i j i j i j

h

h d

x

h d

x d x t k sign

F j

1

3 2 2

2 2 2

) (

3 ) (

) (

) (

j i j j j i j

d

h d

x

d x h h t k sign

F j

1

3 2 2

2 2

2

) (

) (

3 )

j j

j j

LT

xz

h d

x

d x h t sign

k x

V

1

2 2 2

2 )

(

) (

) (

) ( 4

P

k KN

F F

F

F

′ +

⋅⋅

⋅ +

′ +

t R

ρ

∆

II.2.1.2 Thiết lập mô hình mật độ

Mô hình mật độ khu vực nghiên cứu được thiết lập trên cơ sở: kết quả nghiên cứu thông số mật độ của đất đá (Nguyễn Khải, 1984); thông số mật độ

được xác định tại các độ sâu khác nhau của lỗ khoan

Theo đó, mật độ đất đá và quặng đặc trưng của lớp trầm tích khu vực Hoà Bình và kế cận có thể đúc kết ngắn gọn như sau:

a/ Đá biến chất có mật độ cao, vận tốc truyền sóng lớn song có từ tính yếu Các đá trầm tích hệ Cambri, Ocdovic-silua, Devon, Cacbon, Pecmi có mật độ trung bình song hầu như không có từ tính Trầm tích Jura, Neogen có

từ tính yếu Trong khi trầm tích Trias lại có từ tính rất cao

b/ Các loại đá magma xâm nhập có đặc trưng từ tính rất khác biệt Nhóm đá Gabroid có mật độ và từ tính cao, thứ đến là xâm nhập trung tính, trong khi xâm nhập a xít lại có mật độ và từ tính thấp hơn

c/ Đá phun trào cũng có đặc trưng giá trị mật độ và độ từ cảm thay đổi lớn Hai loại thông số này chủ yếu phụ thuộc vào thành phần vật chất và độ sâu của các lò phun trào Nhìn chung, các đá phun trào a xít hầu như không có

từ tính

II.2.1.3 Giải bài toán ngược trọng lực 2D

Bài toán ngược trọng lực được sử dụng trong nghiên cứu cấu trúc mặt ranh giới cơ bản như: Kết tinh, mặt Moho là bài toán mô hình đa giác nhiều cạnh

Trong trường hợp mô hình hai chiều với dạng cấu trúc vật thể là đa giác

z x



 

ư

Biết rằng góc θ1 và θ2 biến đổi trong giới hạn từ -π đến +π vì vậy trong khi xác định (θ1-θ2) sẽ xảy ra các trường hợp sau:

ln , X = ưx1(θ θ 1 ư 2).

II.2.1.4 Thu thập số liệu ngoài thực địa và kết quả minh giải

Thực hiện đề tài, phương pháp trọng lực đã tiến hành 4 tuyến đo (xem hình II.1)

- Tuyến1: 1 Đồng Lai - Mường Khến - Hoà Bình

- Tuyến 2: Hoà Bình - Tinh Nhuệ - Tất Thắng

- Tuyến 3: Cao Sơn - Đà Bắc - Hoà Bình

- Tuyến4: Kỳ Sơn - Dân Hoà - Lâm Sơn II.2.1.4.1 Kết quả phân tích theo từng tuyến

a Mô hình cấu trúc-mật độ vỏ Trái đất dọc theo tuyến nghiên cứu

Đồng Lai - Mường Khến - Hoà Bình (xem hình II.3)

+ Độ sâu mặt Moho: có giá trị độ sâu năm trong giới hạn 26-28km + Độ sâu mặt kết tinh: độ sâu biến đổi trong giới hạn 2-5km

- Mật độ lớp trầm tích biến đổi trong giới hạn 2,62-2,67 g/cm3

- Mật độ vỏ kết tinh (lớp granit và bazan) biển đổi trong giới hạn 2,84 g/cm3

2,82 Mật độ lớp dưới vỏ là 3,30 g/cm3

+ Đứt gãy: Dọc theo tuyến nghiên cứu phát hiện được 3 đới đứt gãy có

độ sâu xuyên vỏ Trái đất (20-30 km) Lần lượt từ trái sang phải trên hình II.2

đó là:

Ng· 3 Phư¬ng L©m

Ng· 3 Mưêng KhÕn

Bưu ®iÖn Kú S¬n Ng· 3 Tinh NhuÖ

Ng· 3 Cao Phong

Yªn M«ng Ng· 3 Hoµ B×nh-§µ B¾c

130 140

150 160

170 180 190

200 210 220 227

1 10

20 30 40

50 60 70

80 90

100 110 120 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 379

1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

- Đứt gãy Mường Khến, cắm về phía tây nam với một góc cỡ 50-700 so với mặt phẳng nằm ngang

- Đứt gãy Mường La-Chợ Bờ (1), cắm về phía bắc với góc cắm khoảng

- Đứt gãy Mường La-Chợ Bờ (2), cắm về phía bắc với góc cắm khoảng

(Đồng Lai - Mường Khến - Hoà Bình)

(Hoà Bình - Tinh Nhuệ - Tất Thắng)

Đường cong đo đạc

Đường cong tính toán

Đường cong đo đạc

Đường cong tính toán

Hình II.4: Mặt cắt cấu trúc - mật độ dọc tuyến 3

Đường cong đo đạc

Đường cong lý thuyết

Đường cong đo đạc

Đường cong lý thuyết

b Mô hình cấu trúc-mật độ vỏ Trái đất dọc theo tuyến nghiên cứu Hoà Bình - Tinh Nhuệ - Tất Thắng (xem hình II.3)

+ Độ sâu mặt Moho: có giá trị độ sâu nằm trong giới hạn 22-28km + Độ sâu mặt kết tinh: biến đổi trong giới hạn độ sâu 2-5km

+ Mô hình mật độ:

- Mật độ lớp trầm tích biến đổi trong giới hạn 2,62-2,64 g/cm3

- Mật độ vỏ kết tinh (lớp granit và bazan) biển đổi trong giới hạn 2,84 g/cm3

2,83 Mật độ lớp dưới vỏ là 3,30 g/cm3

+ Đứt gãy: Dọc theo tuyến nghiên cứu phát hiện được 2 đới đứt gãy có

độ sâu xuyên vỏ Trái đất (20-30 km) Lần lượt từ trái sang phải trên hình II.3,

- Mật độ lớp trầm tích biến đổi trong giới hạn 2,62-2,67 g/cm3

- Mật độ vỏ kết tinh (lớp granit và bazan) biển đổi trong giới hạn 2,84 g/cm3

2,83 Mật độ lớp dưới vỏ là 3,30 g/cm3

+ Đứt gãy: Dọc theo tuyến nghiên cứu phát hiện được 3 đới đứt gãy có

độ sâu xuyên vỏ Trái đất (20-30 km) Lần lượt từ trái sang phải trên hình II.4,

- Mật độ vỏ kết tinh (lớp granit và bazan) biển đổi trong giới hạn 2,84 g/cm3

2,83 Mật độ lớp dưới vỏ là 3,30 g/cm3

độ sâu xuyên vỏ Trái đất (20-30 km), đó là:

- Một vùng có môi trường dị thường trọng lực (từ) tương ứng sẽ phản

ánh một dạng cấu trúc địa chất nhất định Sự khác biệt về hình thái cấu trúc và cường độ trường của khu vực này so với khu vực khác phản ánh sự khác biệt

về đặc trưng cấu trúc địa chất của hai khu vực đó

- Cấu trúc trường dị thường trọng lực (từ) phức tạp phản ánh cấu trúc

- Thành phần dạng tuyến cấu trúc trường trọng lực (từ) phản ánh ranh giới các khối cấu trúc địa chất

- Sự phát triển dạng dải các cực trị trường trọng lực (từ) nối tiếp nhau phản ánh các hệ thống uốn nếp dạng tuyến Điều này có ý nghĩa lớn trong phân miền kiến tạo vùng nền và vùng uốn nếp

- Sự không trùng hợp (sự cắt chéo) của hướng phát triển dị thường trọng lực và từ chứng tỏ sự không tương thích của cấu trúc nông trên bề mặt và cấu trúc sâu

Trên cơ sở phân tích định tính các tài liệu Địa vật lý có được và dựa vào dấu hiệu phân chia khối cấu trúc như đã trình bày, các tác giả đã phân chia khu vực nghiên cứu ra làm 12 khối cấu trúc có đặc trưng trường Địa vật lý khác

biệt Đó là: 1- Khối Sông Hồng; 2- Khối Thanh Sơn; 3- Khốí Văn Luông; 4- Khối Đồng Cửu; 5- Khối Dân Hoà; 6- Khối Hoà Bình; 7- Khối Yên Hoà; 8- Khối Vĩnh Đồng; 9- Khối Yên Thượng; 10- Khối Bắc Sơn; 11- Khối Tuân Lộ;

+ Cấu trúc mặt Moho (Ranh giới phía dưới vỏ Trái đất)

Đẳng sâu mặt Moho có giá trị biến đổi trong giới hạn từ 22 km đến 34

km Khối Phú Sơn là nơi có mặt Moho chìm sâu nhất, đạt tới 33-34 km Mặt Moho nâng lên cao, nằm ở độ sâu có thể nhỏ hơn 23 km trong phạm vi khối cấu trúc Đồng Cửu, Yên Hoà và Vĩnh Đồng Các khối còn lại có độ sâu của mặt Moho nằm trong giới hạn từ 23 đến 32 km Đặc trưng phân khối cấu trúc của mặt móng này cũng có biểu hiện khá rõ nét

c Các hệ thống đứt gãy sâu chủ yếu

Có biểu hiện rõ nét trên tài liệu trọng lực và từ trong phạm vi khu vực nghiên cứu là các đứt gãy bậc I, bậc II và bậc III (cấp Việt Nam)

+ Đứt gãy bậc I:

Đứt gãy Sông Hồng phương tây bắc - đông nam, chạy qua khu vực xã Xuân Lộc, Cẩm Lĩnh, Xuân Sơn Đây là đứt gãy sâu bậc I (Cao Đình Triều, 2003), có độ sâu rất lớn, cắm về phía đông bắc với một góc gần thẳng đứng

Các đứt gãy bậc II này đã phân chia vỏ Trái đất khu vực nghiên cứu thành các khối có đặc trưng cấu trúc bên trong của vỏ và đặc tính trường địa vật lý khác biệt

+ Đứt gãy bậc III:

Các đứt gãy bậc III có vai trò yếu hơn trong phân chia cấu trúc vỏ Trái

đất (chủ yếu ảnh hưởng phân chia trong các lớp từ Kết tinh lên trên bề mặt) và biểu hiện kém rõ nét hơn trên tài liệu trọng lực, từ hoặc các thành phần của chúng

II.2.2 Nghiên cứu đứt gãy theo tài liệu cường độ từ trường

Với mục đích xác định vị trí các biên của các vật thể dị thường từ, đề tài dùng phương pháp chuyển trường về cực và phương pháp tín hiệu giải tích Giả thiết các biên là các tiếp xúc đơn giản chúng ta có thể xác định được độ sâu đến nguồn dị thường Vị trí các biên ngang được xác định nhờ dấu hiệu cực đại của tín hiệu giải tích và gradient ngang của trường dị thường từ đã

được chuyển về cực Để xác định độ sâu đến đỉnh của nguồn dị thường cũng như hướng cắm, các phương pháp xử lý số liệu hiện đại hơn được tiến hành gồm: phương pháp giải chập Euler và phương pháp giải chập Euler mở rộng

II.2.2.1 Phương pháp tín hiệu giải tích

Giả sử vật thể gây dị thường là một vật thể từ hoá đồng nhất có tiết diện ngang là một đa giác Dị thường gây bởi một cạnh của đa giác nằm giữa 2

1 cos sin ln sin

2 ) , (

r

r d

kFc z

i - độ từ khuynh của Trái Đất

α cos

tgi tgI =

d - góc giữa cạnh đa giác và hướng dương của trục x

r1 và r2 là khoảng cách giữa các điểm (x1, z1) và (x2, z2) với điểm quan sát (x, z)

θ1 và θ2 là góc giữa các bán kính r1 và r2 với phương thẳng đứng

thức dạng phức:

F j x

F z

x A

với:

2 2

F artg

φ

Nabighan (1972) đã chứng minh rằng tín hiệu giải tích đối với một đỉnh

đơn lẻ của đa giác có dạng chuông, cực đại ngay phía trên của đỉnh và độ sâu

đến đỉnh h bằng nửa độ rộng của đường cong dạng chuông Góc d giữa cạnh của đa giác và hướng dương của trục x có thể đánh giá được qua biểu thức:

d = φ + 2I - 90

II.2.2.2 Phương pháp chuyển trường về cực

m p

f m

e I

I I

I

sin

sin sin

sin

ϑ ϑ

m arctg

x

z m

) cos(

f arctg

x

z f

Các thành phần x và z của độ từ hoá và của trường khu vực được xác

định bởi:

) cos(

cos

) cos(

cos

trong đó Im và Dm là độ từ khuynh và độ từ thiên của vectơ từ hoá của vật thể dị từ, If và Df và độ từ khuynh và độ từ thiên của trường khu vực k là

số sóng trong miền tần số

Các biên ngang được xác định bằng cực đại của gradient ngang của trường dị thường sau khi đã được chuyển về cực ∆Fp

II.2.2.3 Phương pháp giải chập Euler

Xét không gian 2-D với độ sâu z (hướng dương ở phía dưới) và phương nằm ngang x Đối với một loại đặc biệt của dị thường từ, thế là hàm đồng nhất

x z

Thompson (1982) phương trình Euler hai chiều có dạng:

F N z

F z z x

F x

II.2.2.4 Phương pháp giải chập Euler mở rộng

II.2.2.4.1 Đối với ranh giới tiếp xúc từ tính

Đối với ranh giới tiếp xúc từ tính, các phương trình Euler mở rộng như sau (Fairhead J.D., 1994):

) sin(

) ( )

F x

và

) cos(

) ( )

F x

thường toàn phần, và r2 = (zưz0)2+ (xưx0) với K là giá trị độ tương phản từ cảm của ranh giới tiếp xúc, d là độ nghiêng, F là giá trị trường toàn phầíacủa Trái Đất, c= 1 ư cos2(i) sin2(A) trong đó i là độ từ khuynh của môi trường và A

là góc giữa phương bắc từ và trục x, và tan(I) = tan(i)/ cos(A)

Các phương trình (II.2.4) và (II.2.5) là mở rộng của phương trình Euler

đối với ranh giới tiếp xúc từ, mà về mặt lý thuyết có chỉ số cấu trúc là 0 Phương trình (II.2.4) đã được cải tiến bởi Reid và nnk (1990), với việc coi vế phải của phương trình như là một tập hợp các hiệu ứng của biên độ, đường

phương và độ nghiêng của vật thể gây dị thường Bằng sự cải tiến tương tự cho phương trình (II.2.5), các vế phải của 2 phương trình bây giờ cho hai phương trình với 2 ẩn số; từ đó có thể tìm α và β Nếu biết giá trị cường độ của trường

từ, độ từ khuynh và độ từ thiên, chúng ta có thể xác định được độ nghiêng và

độ từ cảm của ranh giới tiếp xúc từ tính với giả thiết không có độ từ dư Các phương trình (II.2.4) và (II.2.5) được giải bằng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định các thông số về vị trí, độ sâu, độ nghiêng và độ từ cảm

II.2.2.4.2 Đối với đai mỏng

Phương trình Euler mở rộng đối với đai mỏng có dạng như sau (Fairhead J.D., 1994):

F z

F z z x

F x

F z z z

Phương trình (II.2.6) là phương trình Euler của đai mỏng với chỉ số cấu trúc là 1 Trong phương trình (II.2.7), ∆V là gradient thẳng đứng của trường từ của ranh giới tiếp xúc từ Từ đó phương trình (II.2.6) được dùng để xác định vị trí của nguồn, và phương trình (II.2.7) được sử dụng để xác định ∆V

Mặt khác chúng ta lại có:

2

2 2

2

r V

) sin(

) ( )

) cos(

) ( )

Như vậy, độ nghiêng, độ tương phản từ cảm và độ dầy của đai mỏng có thể được xác định nếu chúng ta biết giá trị cường độ trường từ và giá trị độ từ khuynh với giả thiết không có độ từ dư

II.2.2.5 Mô hình minh giải các dị thường

Để tiến hành xây dựng mô hình cấu trúc địa chất dọc theo các tuyến đo minh giải các dị thường thu được chúng tôi dùng phần mềm MAG2DC Phần mềm này được xây dựng trên cơ sở dùng các công thức tính cường độ trường

từ gây bởi các vật thể có tiết diện ngang là một đa giác và có đường phương

kéo dài (thuật ngữ chuyên môn dùng trong thăm dò từ là các vật thể 2,5 chiều) Việc minh giải số liệu từ thường không đơn giản như việc minh giải các số liệu trọng lực Dị thường trọng lực chỉ phụ thuộc vào các thông số hình học và mật độ của dị vật Trường dị thường từ ngoài phụ thuộc vào các yếu tố hình học của vật thể (hình thái tiết diện ngang và đường phương vật thể), còn phụ thuộc vào vectơ từ hóa của vật thể, mà vectơ này phụ thuộc vào cường độ trường từ Trái Đất, độ từ khuynh của trường, độ cảm ứng từ của vật thể Bài toán vật thể 2,5 chiều được xây dựng cho hệ tọa độ vuông góc với trục y theo hướng đường phương của vật thể, trục z hướng thẳng đứng xuống dưới, trục x nằm trong mặt phẳng tiết diện ngang của vật thể và vuông góc với các trục y

và z Như vậy để chuyển từ hệ toạ độ chuẩn trong nghiên cứu địa từ (trục x hướng về phía Bắc, trục y hướng về phía Đông, trục z hướng thẳng đứng xuống dưới) sang hệ toạ độ vật thể phải thực hiện bằng một phép quay với góc quay bằng góc giữa tuyến quan sát và hướng Bắc Như vậy hướng tuyến quan sát là một thông số quan trọng trong quá trình minh giải số liệu từ bằng phương pháp này Tất cả các thông số này được đưa vào khi xây dựng mô hình minh giải từng tuyến số liệu

Một chú ý nữa là xác định trường dị thường cho mỗi tuyến bằng cách trừ đi giá trị trung bình của tuyến đó và tiến hành minh giải, điều đó có nghĩa

đã loại bỏ đi một trường nền cho mỗi tuyến Do vậy việc minh giải chỉ là minh giải tương đối, nghĩa là các dị vật gây ra dị thường là các bất đồng nhất so với môi trường xung quanh (coi như là nền) Độ từ cảm của mỗi dị vật cũng là độ

từ cảm tương đối so với môi trường nền Dùng các phương pháp tín hiệu giải tích, giải chập Euler và giải chập Euler mở rộng, có thể xác định được một cách khá chính xác độ nghiêng và độ sâu đến mặt trên của nguồn gây dị thường, còn mặt dưới vẫn chỉ là giả định (ở đây chúng tôi đã giả định độ sâu

đến mặt dưới của vật thể gây dị thường là 500 m)

Trong khu vực nghiên cứu, dị thường từ liên quan với đứt gãy thường là các dị thường âm có biên độ từ vài chục tới hàng trăm nT

II.2.2.6 Khảo sát ngoài thực địa và kết quả minh giải tài liệu

II.2.2.6.1 Tuyến 1:

Tuyến 1 thực hiện ở xã Bình Thanh, phía Đông Nam của đập thủy điện

có trường dị thường biến đổi khá mạnh (biên độ biến đổi đạt tới hơn 700 nT) gồm 5 dị thường (xem hình II.6):

- Dị thường đầu tiên (cách điểm đầu tuyến khoảng gần 200 m) rộng 80

m có độ sâu đến mặt trên là 25 m với góc cắm thẳng đứng, ứng với một đứt gãy nhỏ phương Đông Bắc - Tây Nam

- Dị thường thứ hai liên quan tới đứt gãy nằm ở vị trí cách điểm đầu tuyến khoảng 800 m với độ sâu đến mặt trên cỡ 50m, rộng 120 m và có hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ ba (theo tài liệu địa chất đây là đứt gãy Chợ Bờ - Thá) nằm ở vị trí cách điểm đầu tuyến khoảng hơn 1000 m, rộng 320 m và độ sâu

đến mặt trên là 55 m, có hướng cắm gần như thẳng đứng hơi nghiêng về Đông Bắc (phía cuối tuyến)

- Dị thường thứ tư liên quan tới một đứt gãy nhỏ phương á vĩ tuyến, nằm cách điểm đầu tuyến khoảng 1600 m với bề rộng 80 m, độ sâu đến mặt trên 25

m và có hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ năm cách điểm đầu của tuyến khoảng 1900 m liên quan với đứt gãy (theo tài liệu địa chất đây là đứt gãy Bình Thanh), có độ sâu đến

đỉnh 25 m và bề rộng 280 m với hướng cắm gần như thẳng đứng hơi chếch về phía Đông Bắc (phía cuối tuyến)

Hình II.6: Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 1

II.2.2.6.2 Tuyến 2:

Tuyến 2 nằm gần như song song với đường quốc lộ từ Sơn La về Hòa Bình Điểm đầu tiên của tuyến cách ngã ba dốc Cun 3 km và điểm cuối tuyến nằm ngay tại ngã ba này Tuyến có hướng Nam - Bắc Đông Bắc với góc

(chỉ khoảng gần 150 nT) Kết hợp với tài liệu địa chất cho thấy trên tuyến 2 gồm 3 dị thường (xem hình II.7):

- Dị thường đầu tiên nằm ở khoảng giữa tuyến (cách điểm đầu tiên của tuyến khoảng 1500 m) liên quan với đứt gãy Chợ Bờ - Thá với bề rộng 200 m,

độ sâu đến đỉnh 35 m và có hướng cắm gần như thẳng đứng hơi chếch về phía

đầu tuyến (hướng Bắc Đông Bắc)

- Dị thường thứ hai liên quan với một đứt gãy nhỏ nằm cách điểm đầu tuyến khoảng gần 1900 m, đới gây dị thường này có bề rộng khoảng 60 m, độ sâu đến đỉnh khoảng 30 m và có hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ ba liên quan với đứt gãy nằm ở gần cuối tuyến (cách

điểm đầu tiên của tuyến khoảng 2800 m) Đới gây dị thường này có bề rộng

100 m, độ sâu đến đỉnh 35 m và có hướng cắm thẳng đứng

Hình II.7: Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 2

II.2.2.6.3 Tuyến 3:

Tuyến đo có chiều dài khoảng gần 5 km, với điểm đầu tuyến ở ngã ba

đi Thung Rếch (cách đường dốc Cun đi Kim Bôi khoảng 3 km về phía Bắc) và

điểm cuối cùng của tuyến cách cổng khu du lịch sinh thái Long Cung - Thác Bạc khoảng 100 m; khoảng cách giữa các điểm đo là 20 m và có hướng tuyến

đổi mạnh (khoảng 1200 nT), tuy nhiên phần trường ở trên bình nguyên Thung Rếch rất bình ổn Kết hợp với tài liệu địa chất cho thấy tuyến 3 xuất hiện 2 dị thường (xem hình II.8):

- Đới dị thường đầu tiên nằm cách điểm đầu của tuyến khoảng 4000 m liên quan với đứt gãy Chợ Bờ - Thá Độ sâu đến mặt trên là 50 m với bề rộng

400 m và hướng cắm gần như thẳng đứng hơi chếch về phía Bắc (phía đầu tuyến)

- Đới gây dị thường thứ hai liên quan với một đứt đứt gãy nhỏ ở gần cuối tuyến (nằm cách điểm đầu tuyến khoảng 4500 m) với bề rộng 100 m, độ

sâu đến đỉnh 30 m và hướng cắm gần như thẳng đứng hơi chếch về hướng Bắc (phía đầu tuyến)

Hình II.8: Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 3

II.2.2.6.4 Tuyến 4:

Tuyến đo bắt đầu từ xã Tu Lý về đến ngã ba đi Đà Bắc ở thị xã Hòa Bình Khi tiến hành minh giải đã chia tuyến này làm ba phần để tiện cho việc xác định góc phương vị của tuyến Đoạn tuyến 4A (chiều dài khoảng 9,3 km) với điểm đầu tiên được đo ở trường trung học phổ thông cơ sở Tu Lý, có góc

điểm cuối nằm ở phía Đông Bắc của xóm Meo Đoạn tuyến 4C (góc phương vị khoảng 120o) với điểm đầu cách ngã ba đi Đà Bắc ở thành phố Hòa Bình khoảng 600 m và điểm cuối nằm ngay tại ngã ba này

Tuyến 4A có trường dị thường biến đổi khá mạnh (biên độ biến đổi đạt tới gần 800 nT), qua minh giải kết hợp với tài liệu địa chất cho thấy (xem hình II.9):

- Dị thường thứ nhất liên quan với một đứt gãy vòng cung nằm cách

điểm đầu tuyến khoảng 2 km, có độ sâu đến mặt trên 35 m và rộng 170 m với hướng cắm thẳng đứng hơi nghiêng về hướng Tây Bắc

- Dị thường thứ hai liên quan tới đứt gãy nằm cách điểm đầu tuyến khoảng 2500 m, có độ sâu đến mặt trên 30 m và bề rộng hơn 200 m với hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ ba liên quan tới đứt gãy vòng cung nằm cách điểm đầu tiên của tuyến khoảng 3500 m, với bề rộng 200 m và mặt trên nằm ở độ sâu 30

m, hướng cắm gần như thẳng đứng hơi nghiêng về hướng Tây Bắc (phía đầu tuyến)

- Dị thường thứ tư liên quan với một đứt gãy vòng cung khác nằm cách

điểm đầu tuyến khoảng 4200 m, độ sâu đến mặt trên là 25 m và bề rộng 200

m có hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ năm liên quan với một đứt gãy vòng cung nữa nằm cách

điểm đầu tuyến khoảng 7500 m, rộng hơn 200 m và có độ sâu đến mặt trên 50

m, hướng cắm gần như thẳng đứng hơi nghiêng về phía Tây Bắc (phía đầu tuyến)

Hình II.9: Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 4A

Hình II.10 Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 4B

Tuyến 4B có trường dị thường biến đổi không nhiều (biên độ biến đổi khoảng 150 nT) với 2 dị thường chính (xem hình II.10):

- Dị thường nằm cách điểm đầu tuyến khoảng 1300 m liên quan với một

đứt gãy phương Tây Bắc - Đông Nam, độ sâu đến mặt trên của dị thường là 50

m với bề rộng 80 m và có hướng cắm thẳng đứng

- Đới gây dị thường thứ hai liên quan với một đứt gãy phương kinh tuyến nằm ở cuối tuyến Đới này nằm cách điểm đầu tuyến khoảng 1700 m,

có bề rộng 150 m và độ sâu đến mặt trên là 40 m với hướng cắm gần như thẳng đứng hơi chếch về hướng Tây Nam (phía đầu tuyến)

Trường dị thường từ trên đoạn tuyến 4C biến đổi trong khoảng 150 nT với 2 dị thường (xem hình II.11):

- Đới gây dị thường nằm cách điểm đầu tuyến khoảng 350 m có thể liên quan với một đứt gãy vòng cung, có độ sâu đến mặt trên khoảng 20 m và rộng khoảng 40 m với hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ hai có khả năng liên quan với đứt gãy nằm ở phía cuối tuyến (cách điểm đầu của tuyến khoảng 420 m) Dị thường này rộng khoảng

60 m và có độ sâu đến mặt trên khoảng 15 m với hướng cắm gần như thẳng

đứng hơi nghiêng về phía đầu tuyến (hướng Tây Bắc)

Hình II.11 Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 4C

II.2.2.6.5 Tuyến 5

Tuyến dài khoảng gần 2,5 km có phương Tây Tây Bắc - Đông Đông

con đường nhỏ ở xã Yên Hòa cách bờ sông Đà khoảng 1,5 km về phía Tây

Phía bên kia sông Đà, tuyến được đo tiếp tục ở phía Bắc của nhà máy giấy Hòa Bình với chiều dài khoảng 250 m Do đoạn qua sông không đo được nên phần giá trị trường dị thường cắt qua sông được nội suy với khoảng cách 600

- Dị thường thứ hai liên quan với đứt gãy nằm ở vị trí gần giữa tuyến (cách điểm đầu tuyến khoảng 1 km), độ sâu đến mặt trên của dị thường cỡ 40

m với bề rộng 120 m và có hướng cắm gần như thẳng đứng hơi nghiêng về phía cuối tuyến (hướng Đông Đông Nam)

- Dị thường thứ ba liên quan với đứt gãy nằm ở phía cuối tuyến (cách

điểm đầu tuyến khoảng 2100 m) Đới gây dị thường này có độ sâu đến mặt trên là 130 m, bề rộng 110 m và có hướng cắm gần như thẳng đứng hơi nghiêng về hướng Tây Tây Bắc (phía đầu tuyến)

Hình II.12 Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 5

II.2.2.6.6 Tuyến 6

Tuyến đo nằm trên địa phận của hai tỉnh Phú Thọ và Hòa Bình Khi tiến hành xử lý số liệu, chúng tôi chia tuyến 6 thành hai đoạn tuyến Đoạn thứ nhất (ký hiệu là 6A) được bắt đầu đo từ ngã ba đường nằm giữa xóm Mè - xóm Pheo thuộc xã Yên Lương huyện Thanh Sơn tỉnh Phú Thọ với chiều dài khoảng 6,3 km, hướng Tây Bắc - Đông Nam và góc phương vị 135o Đoạn tuyến thứ hai (ký hiệu là 6B) là đoạn tiếp tục của tuyến 6A với điểm đầu tiên

qua sông Đà không đo được (khoảng 500 m) nên phần giá trị trường dị thường cắt qua sông được chúng tôi nội suy Phần cuối của tuyến 6B ở phía bên kia sông được đo từ bờ sông thuộc địa phận của xóm Nha theo đường vào đến xóm Môn (hai xóm này đều thuộc địa phận xã Hợp Thành huyện Kỳ Sơn tỉnh Hoà Bình) Tuyến 6B dài khoảng 4,5 km theo phương Tây Tây Bắc - Đông

- Dị thường thứ hai liên quan tới một đứt gãy vòng cung nằm cách điểm

đầu tuyến khoảng 1900 m, có độ sâu đến mặt trên cỡ 30 m, rộng 80 m với hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ ba liên quan tới đứt gãy phương kinh tuyến nằm cách

đầu tuyến khoảng 2200 m Đới gây dị thường này rộng 90 m, có độ sâu đến mặt trên của đới là 40 m với hướng cắm thẳng đứng

Hình II.13: Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 6A

Trường dị thường từ trên tuyến 6B biến đổi không mạnh (cũng chỉ khoảng 150 nT) Theo tài liệu địa chất, có một số đứt gãy phương kinh tuyến

mà tuyến đo này cắt qua (xem hình II.14)

- Dị thường thứ nhất cách điểm đầu tiên của tuyến khoảng 1600 m liên quan tới đứt gãy có độ sâu đến mặt trên cỡ 50 m, bề rộng 130 m với hướng cắm gần như thẳng đứng hơi nghiêng về hướng Đông Đông Nam (phía cuối tuyến)

- Dị thường thứ hai liên quan tới đứt gãy nằm cách điểm đầu tuyến khoảng 2 km, có hướng cắm gần như thẳng đứng hơi nghiêng về hướng Đông

Đông Nam (phía cuối tuyến), chúng rộng 120 m và độ sâu đến mặt trên là 30

m

Hình II.14 Kết quả minh giải trường dị thường từ tuyến 6B

- Dị thường thứ ba liên quan tới đứt gãy nằm cách điểm đầu của tuyến khoảng 2500m, có độ sâu đến đỉnh là 50 m với bề rộng 80 m và hướng cắm thẳng đứng

- Dị thường thứ tư liên quan tới đứt gãy cách điểm đầu tuyến cỡ 3800

m, có bề rộng 120 m, độ sâu đến mặt trên 40 m và hướng cắm gần như thẳng

đứng hơi nghiêng về phía đầu tuyến (hướng Tây Tây Bắc)

Bằng việc áp dụng các thuật toán mới vào phân tích minh giải tài liệu, phương pháp đo cường độ từ trường đã xác định được các thông số của hệ đứt gãy á vĩ tuyến, đứt gãy vòng cung và đới đứt gãy địa hào Hoà Bình Cùng với các phương pháp địa vật lý khác, kết quả đo cường độ từ trường cho thêm thông tin về các đứt gãy tại khu vực Hoà Bình

II.2.3 Nghiên cứu đứt gãy theo tài liệu từ tellua

II.2.3.1 Nguồn gốc trường từ-tellua (MT) và định nghĩa điện trở suất biểu kiến MT

Phương pháp MT sử dụng biến thiên của trường điện từ tự nhiên của Trái Đất (trường MT) có phổ tần số rất rộng, từ các tần số thấp cỡ 10ư5 Hz đến các tần số cao cỡ 10 4 Hz

Trường MT tạo bởi các nguồn khác nhau tuỳ theo tần số tín hiệu Nói chung, phần lớn các tín hiệu có tần số cao hơn 1 Hz, chủ yếu do hoạt động khí tượng, đặc biệt là hoạt động dông bão, nhất là dông bão vùng nhiệt đới Đối với các tần số dưới 1 Hz, trường được cảm ứng bởi các dòng trong tầng điện ly hoặc trong từ quyển ảnh hưởng bởi tương tác giữa dòng plasma Mặt Trời và trường từ của Trái Đất

Chồng chất lên các tín hiệu tự nhiên này có thể là các xung nhân tạo, nói chung có nguồn gốc công nghiệp hoặc các nhiễu có nguồn gốc khác nhau

Điều quan trọng là phải biết phân biệt các tín hiệu tự nhiên với các tín hiệu nhân tạo và các nhiễu Trong thực tế người ta nhận thấy rằng mức tín hiệu tự nhiên, đặc biệt đối với các tần số cao hơn 1 Hz, là rất nhỏ (< 0,1 nT) Kết quả

là các tín hiệu tự nhiên dễ bị che dấu bởi các tín hiệu nhân tạo

Tại một vị trí đã cho, trường từ Trái Đất và trường điện tellua thay đổi một cách ngẫu nhiên Ngay khi ghi được các trường này, người ta nhận thấy rằng tồn tại một sự liên quan chặt chẽ giữa chúng Năm 1953 Cagniard đưa ra một minh giải lý thuyết các hiện tượng quan sát được bằng cách thiết lập một mối liên hệ toán học giữa các biến thiên của trường từ Trái Đất và của trường

điện tellua, với sự tham gia của điện trở của môi trường dưới đất

Để xây dựng lý thuyết MT, Cagniard thừa nhận 2 giả thiết cơ bản:

* Bỏ qua dòng dịch so với dòng dẫn trong đất,

* Lớp dòng tellua đồng nhất, điều này giả thiết rằng nguồn kích thích

điện từ ở rất xa

Từ các giả thiết này Cagniard đã đưa vào cơ sở lý thuyết thăm dò địa vật

lý phương pháp mới được gọi là phương pháp “từ-tellua” mà ngày nay tất cả mọi người đều biết với ký hiệu MT

Các hiện tượng điện từ được miêu tả một cách định lượng bằng các phương trình Maxwell, dưới dạng một nhóm phương trình đạo hàm riêng được viết trong hệ SI (Jones A., 1992):

Qua một loạt các phép biến đổi, người ta đã chứng minh được rằng 2 giả thiết của Cagniard là hợp lý và ta thu được các mối liên hệ:

Z Z

H H

x y

x y

i

với ε là độ điện thẩm (F/m), à là độ từ thẩm (H/m) và ρ là điện trở suất (Ω.m), điều hòa dạng xung ω (ω=2πfhoàm≡x, y; n≡ y, x và φ là độ lệch pha giữa E m và H n = ± π / 4

Một đặc trưng quan trọng của Z là đặc trưng bất biến của nó, tức là độc lập với sự định hướng của các trục đo trong mặt phẳng nằm ngang Đó là lý do

để cho Z được gọi là “trở kháng vô hướng” (scalar impedance) Từ (II.3.4) chúng ta có thể thu được:

ρ πà

8 210

7 2

(II.3.6)

s, E tính bằng mV/km và H tính bằng nT, biểu diễn (II.3.6) trở thành:

ρ = 0 2, T Z2 (II.3.7)

Đây là công thức nổi tiếng của Cagniard và là cơ sở của phương pháp

MT Công thức này chỉ ra rằng có thể thu được điện trở suất của một môi trường đất đá đồng nhất đẳng hướng từ việc đo một thành phần điện và một thành phần từ trực giao trên bề mặt Trái Đất

Trong trường hợp môi trường dưới đất bất đồng nhất, biểu thức (II.3.7) không cho điện trở suất “thực”, mà cho điện trở suất “biểu kiến” ρa:

dòng tellua chạy trong đó Vì vậy thông số này có thứ nguyên của điện trở suất, được biểu thị bằng Ω.m, và biến thiên của nó liên quan trực tiếp với biến thiên của điện trở suất môi trường đất đá, điều này giải thích việc sử dụng

lệch pha φ”, như là bổ sung của ρa, vì biến thiên của nó ít được “đề cập tới”

đường cong “thăm dò MT” Dạng của nó, trong trường hợp đơn giản hai hay

ba lớp, cho phép tìm ra một cách định lượng phân bố điện trở suất trong môi trường đất đá Minh giải định lượng nó là mục đích chính của phương pháp

MT

Trong trường hợp các cấu trúc có hai chiều (2D), việc thu được các mối liên hệ MT không còn trực tiếp như trong trường hợp phân lớp (1D) Chúng ta giả sử rằng trường điện từ sơ cấp là sóng phẳng phân cực ellip trong mặt phẳng OXY truyền theo hướng vuông góc dọc theo trục OZ Chúng ta phân biệt trong trường hợp này hai kiểu phân cực: phân cực E (song song với E) và phân cực H (song song với H, còn gọi làm phân cực M) (hình II.15) Trong

và chúng ta cóEy=Ez=Hx=0 Chúng ta có thể thu được mối liên hệ giữa Hy và

H

i

E z

y

x

= ư 1