Nghiên cứu sử dụng trạm đo địa chấn phản xạ nông phân giải cao georesouces và áp dụng đo thực tế tại Việt Nam

Cấu hình của hệ thống Hệ thống địa chấn hay hệ thống thu mặt cắt phản xạ liên tục lắp đặt trên tàu khao sát bao gồm một nguồn phát dao động âm thường được bố trí chìm trong nước và đầu t

ĐẠ I H Ọ C Q l ốc G I A H À N Ô I TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ NHIÊN

BÁO CẢO ĐÈ TÀI CÁP ĐẠI HỌC QUÓC GIA

PHẢN XẠ NỒNG PHÂN GIẢI CAO GEORESOƯCES

MÃ SỐ: QT 09-50

Chủ trí đề tài: Th.s Nguyền Đình Nguyên

HÀ NỘI 2010 €

BÁO C Á O T Ó M T Ắ T

a Tên đề tài: “Nghiên cứu sư dụng trạm đo địa chấn phan xạ nông phân giải cao Georesouces và áp dụng đo thực tê tại Việt Nam”

Mã số: ỌT 09- 50

b C h ủ trì đề tài: ThS Nguyễn Đình Nguyên

c C ác cán bộ tham gia: NCS Phạm Nguyền Hà Vũ

CN Nguyễn Thị Hồng

d Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

- Mục tiêu nghiên cứu:

Hiêu rõ cách sư dụng trạm đo địa chấn nông phân giải cao, nguyên lý hoạt động, các thông số kỳ thuật của máy phù hợp với điều kiện về đặc điếm cua từng khu vực nghiên cứu Qui trình sử dụng, bảo dưỡng thiết bị và nhân lực thực hiện

- Nội dung nghiên cứu:

+ Cách sư dụng trạm đo địa chấn nông phân giải cao + Nguyên lý hoạt động của trạm đo

+ Đánh giá hiệu quà sử dụng

e Các kết quả đạt được

- Ọui trình sử dụng Trạm đo địa chấn nông phân giải cao

- Nắm được nguyên lý sư dụng của hệ thống, xử lý số liệu

- Một sổ kết quả thu được từ thực tế

f rình hình sử dụng kinh phí của đề tài

Chi phí thuê mướn 15.000.000đ

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)

TS Vũ Văn Tích ThS Nguyễn Đình Nguyên

C ơ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI

PH Ó HIỆU TR Ư Ở N G

a T itle o f project: “ Researching operation o f the high resolution shallow seismic system Georesources and applying it in Vietnam”

C ode: ỌT 09- 50

b M ain a u th o r: Master Nguyen Đinh Nguyen

c P a rtic ip a n ts : Pham Nguven Ha Vu

Nguyen Thi Hong

d Target and content:

- Target:

Understanding operating mechanism o f the high resolution shallowseismic system Georesources, carrying out process o f using, maintaning equipment and requirement o f human resources

2926323440444656585864

68

69

Giói thiệu hệ thống thiết bị khảo sát địa chấn nông phân giải cao Georesouces.

1 Giới thiệu chung về địa chấn nông phân giải cao

2 Hệ thống thiết bị khảo sát địa chấn nông phân giải cao Georesouces

3 Cài đặt thông sổ và tiến hành thu dừ liệu

4 Bao quản thiết bị

5 Yêu cầu kỳ thuật, nhân lực thực hiện

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

1 Cấu hình của hệ thống

2 Sóng địa chấn

3 Vận tốc sóng địa chấn

4 Lan truyền sóng địa chấn

5 Cơ chế mất năng lượng

12 Xử lý và ghi nhận bên trong

13 Đo độ sâu nước từ mặt cắt địa chấn

X ử lý số liêu và áp dung đo thưc tế tai Viêt Nam• 1 • “ • • •

MỎ ĐẦU

Phương pháp địa chấn phản xạ nông phân giải cao đã được đưa vào áp dụng đê khảo sát mặt cắt địa chấn nằm sát đáy biển dọc đới biển nông ven bờ và khu vực ngập nước Đối tượng nghiên cứu chu yếu là các thành tạo địa chất nằm

ở phần trên cùng cua lát cat địa chất, khoảng một vài trăm mét trớ lại, trong phạm vi các đới nước nông, tới một vài trăm mét tính từ bề mặt đáy biên

Mục tiêu là khao sát các mo khoáng sản ngoài khơi, các điẻm tích tụ cát soi thích hợp cho mục đích xây dụng hoặc san lấp; nghiên cứu quá trình tích tụ trầm tích thềm lục địa hiện đại, các hoạt động kiến tạo trẻ và hiện đại, cung cấp

sổ liệu cho các dự án công trình bờ biển và ngoài khơi như xây dựng cảng biên, giàn khoan, nạo vét lòng sông, lap đặt đường ổng

Trong những năm 90 của thế kỷ XX đến nay phương pháp địa chấn phản

xạ nông phân giải cao đã được đưa vào áp dụng đế khảo sát mặt cat địa chấn nằm sát đáy biến dọc đới biên nông ven bờ và khu vực ngập nước quanh các đảo thuộc quần đảo Trường Sa của Việt nam Các đề tài nghiên cứu khoa học của các CiS Trần Nghi, GS Phạm Năng Vũ, PGS Tăng Mười và GS Bùi Công Ọuế,

GS Mai Thanh Tân đã sử dụng trạm đo địa chấn nông phân giải cao và đạt được nhiều kết quả

Với đề tài “Nghiên cứu sử dụng trạm đo địa chấn phản xạ nông phân giải cao Georesouces và áp dụng đo thực tế ở Việt Nam” với mục đích đưa ra được cách sử dựng cũng như nguyên lý hoạt động của trạm đo địa chấn trong quá trình vận hành thiết bị Nội dung của báo cáo gồm 3 chương:

- C h u o n g 1: Giới thiệu hệ thống thiết bị khảo sát địa chấn nông phân giải cao Georesouces

- C h ư o n g 2: Nguyên lý hoạt động của hệ thổng

- C h ư o n g 3: Xử lý số liệu và áp dụng đo thực tế tại Việt Nam

1

GIỚI THIỆU HỆ THÓNG THIÉT BỊ KHẢO SÁT • • • ĐỊA CHÁN NÔNG PHÂN GIẢI CAO GEORESOUCES

CHƯƠNG I

1 GIỚI THIỆU CHUNG ĐỊA CHÁN NÔNG PHÂN GIẢI CAO

Đê nghiên cứu nghiên cứu cấu trúc địa chất tầng nông ở vùng biến có độ sâu đến vài trăm mét, người ta thường dùng phưong pháp địa chấn phản xạ liên tục có độ phân giải cao Đối tượng nghiên cứu của địa chất tầng nông chu yếu là các thành tạo địa chất nằm ở phần trên cùng của lát cắt địa chất, nằm ờ độ sâu khoảng một vài trăm mét trở lại dưới đáy biến Mục đích là khảo sát và tìm kiếm các mỏ khoáng sản, các điêm tích tụ cát sỏi thích hợp cho việc xây dựng hoặc san lấp, nghiên cứu trầm tích, các hoạt động kiến tạo trẻ và hiện đại, cung cấp số liệu cho các dự án công trình bờ biển và ngoài khơi như xây dựng cảng biến, giàn khoan, nạo vét lòng sông, lắp đặt đường ống Hệ thống địa chấn nông phân giải cao phát sóng và ghi liên tục dải tần số khoảng 250 - 800Hz, độ phân giải ngang 3-5m, độ phân giải đứng 0 ,5 -lm

2 HỆ THỐNG THIÉT BỊ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤN NÔNG PHÂN GIẢI CAO

GEORESOUCES

Hệ thống thiết bị khảo sát địa chấn nông phản giải cao GeoResources baogồm:

- Nguồn phát xung cao cao áp 1000J

- Nguồn phát dao động Sparker

- Nguồn phát dao động Boomer

- Hệ thống cáp nối Nguồn phát xung cao áp và Nguồn phát dao động

- Dải đầu thu (Streamer) Geo-Sense

- Hệ thống điều khiển phát sóng địa chấn và thu số liệu địa chấn Minitrace (có phần mềm đi kèm)

- Hệ thống phao

- Máy nổ phát điện xoay chiều 220V

- Hệ thong tời kéo thả cáp

- Các loại dụng cụ và thiết bị đi kèm để lắp đặt

Ngoài ra còn cần phải cung cấp thiết bị GPS để định vị và dẫn đường

Nguồn phát xung cao áp 1000J Cáp nối nguồn và hộp đấu với cáp cao áp

Cáp nối cao áp nối Nguồn phát xung và nguồn

phát dao động

Nguồn phát dao động Boomer

Phao giữ cáp nối với bè kéo nổi Máy phái điện xoay chiều 220V

Dải đầu thu Streamer và cáp tín hiệu Hệ thống diều khiển thu phát Minitrace

- Bộ phận thu số liệu địa chấn: dải đầu thu Geo-Sense

Ngoài ra để điều khiển phát sóng và thu số liệu địa chấn sử dụng thiết bị Mini-Trace (có phần mềm điều khiển đi kèm)

Như vậy, để triển khai thiết bị hoạt động cần phải thực hiện lắp ghép hệ thống thiết bị theo từng khối như sau

1.1.1 Ghép nối Bộ phận phát dao động

Khi ghép nối thiết bị cần phải chú ý xiết chặt các ốc đế tránh hiện tượng đánh tia lửa điện khi phát điện cao áp nguy hiêm cho người sử dụng

4

1 Nối nguồn điện 220V do máy phát điện 2 Nối nguồn phát điện cao áp với cáp sirh ra với Nguồn phát điện cao áp điện cao áp

3 Nối cáp cao áp với nguồn phát dao động Boomer

4 Nối cáp cao áp với nauồn phát dao động Sparker

5

5 Hình ảnh tổng quát sau khi ghép nối bộ phận phát dao động

Chú ý: Vì thiết bị làm việc với điện áp cao

thế nên khi lắp đặt thiết bị để đảm bảo an toàn phải tuyệt đối chú ý đến nối đất đối với tất cả các thiết bị Khi nối đất phải thả xuống nước.

6 Khi thu thập sổ liệu, nguồn phát dao động được thả xuống biến

và được kéo theo tàu (thuyền)

6

Đ ối với nguồn p h á t cao áp: sử dụng các nút điều khiển trên bảng điều

khiên đê đặt công suất phát mỗi lần phát tín hiệu phù hợp với điều kiện địa chất

và mực nước biên ơ khu vực khảo sát Khi các đèn tín hiệu báo độ âm, nhiệt độhiện lên màu xanh thì đã ơ chế độ sằn sáng phát điện

- Bâm nút màu xanh lá cây đê băt đâu phát điện

- Bấm nút màu đo đê xả điện cao áp (đảm bảo an toàn) khi kết thúc phát điện

1.1.2 Ghép nối bộ phận thu số liệu vói bộ điều khiển

Streamer được nối với Minitrace, trong quá trình thu thập sổ liệu thì streamer cũng được thả xuống biển và khoảng cách giữa streamer và nguồn phát dao động được điều chỉnh trên thực tế đê đảm bảo thu tốt tín hiệu

7

Tín hiệu điều khiên trigger được phát điều khiển được cấp cho ca nguồn phát cao áp và dùng trích số liệu định vị dần đường (ơ minitrace) để đồng nhất thời gian thực và toạ độ điểm khảo sát.

3 CÀI Đ Ậ T HỆ THỐNG VÀ TIÉN HÀNH THƯ DỮ LIỆU • • •

Trước khi tiến hành thu số liệu địa chấn cần phải cài đặt các thông sổ trên phầm mềm thu thập sổ liệu GeoTrace được cung cấp kèm theo thiết bị Minitrace

Các thông số thiết yếu cần phải cài đặt trên phầm mềm GeoTrace như sau:

Chọn New project từ main menu

Info

P r o e c t definition

Recorder sụstem Client ■ HUS

Tassa setting Area location

Date I Saturday , November 14, 2009 - -

-Required Information only

~5

1 Đặt tên và các thông số của đợt khảo sát: tên đợt khảo sát, tên khách hàng, khu vực khảo sát, tên tàu khảo sát, ngày kháo sát (những mục đánh dấu màu vàng là yêu cầu bắt buộc, những mục màu xanh chỉ mang tính chất cung cấp thông tin)

r-Ệị Acqiẩstaon o EMt project Q& Copy from Print Exit program Q lnffe

Eíõec* te»irÉsn M j Convertei type Boa,riN' |o z i I 1 Reqoked

I liqqeí setting Number of channd*

Pỉotta setting

AUX charmed r — n Streamer ívtỉerr. 1 -11

S aesg system Sampling late (H2) Ị10000

Recoíd length (msỊ [500 3

ÌSQÚẹte w»âree!£íĩ Deỉsy (ms)

|õ ± j SittBUH f Infernal gains (cB) Ị T ~ 3

1 Port numbef E S E M m £<*fcngport

2 Cài đặt các thông số cần thiết cho việc ghi và chuyến đổi dừ liệu: loại card chuyên đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, số lượng kênh thu, tần số lấy mẫu (thường chọn 10000Hz), độ dài thời gian ghi (500ms), thời gian dừng lấy mẫu, chọn hệ số khuyếch đại, đường dần lưu số liệu, mức điện áp của trigger

GeoTrace Premium Edition 2008 - Main program - (V 10.0.0 - Build 200900311) - Project:

3 GeoTrace Premium Edition 2008 - Main program - (V 10.0.0 - Build 200900311) - Project: Viettiain2ữữ9 '^1 Acquisition o Exit project Qjjr Copy from , , Print 'jfp

4 Cài đặt máy in đê trực tiêp in trong quá trình thu thập sô liêu

Acquisition *0 Exitproject á r Copy from.,, Print Exit program

Stretch sections (ml

Number of channels

Hotter setting

Group Interval (m) Broup length (m}

Offset Sterrvfffst Gtoi*) (m)

GeoTrace Premium Edition 2008 * Main program - (V 10.0.G - Build 200900311} - Project: Vietnam2009

ÁQ 2000, 8 pel gioup s 0 3 m spacing

Geodetic parameters

SmẼnmẩ

Acqufsbon *o Exit project 0§r Copy from Pnrtt Exit program Info hoicd cMmtcn

B&OỉtaLiBteỉĩi IflOflSiiaSinQ

Source Type S B S S S B H H H H H H B H H H S E E Ễ B Inh3íma,ionon|y Source Towig Depth (m) Q IK llW iliiH riM IH iM N H IH H H iM IK

Souce Uiribècâl (mi ^ ị |jj|||||Ì l M I |Ệ |§ Ị f l |t |Í Ì f ||^ ^

S.gMf£S.i¥đaf;1 Poáticrònaytỉaviaatbn

Shot Pont Interval (m) I B B B H H H H H H H H H H H I

SKKfeto- HUBtâP?

Survey qnd Offset diaaram

Arnpfcude Fsinfl Rate & 9 3 E S 9 £ 9 E S 9 H H B M I M M M f l K S«v»WOÌec»

New Field Hjidfophone S S K S S H H H H H H B H H H H H I

CD p Covet age (5;) i!H B lililtiliK * !W

6 K.hai báo các thông sổ của nguồn phát dao động, thông số chỉ mang tính chất thông tin (không bắt buộc khai báo)

í?|gttg«tònq

Protocol definition - Type of GPS ptoỉocđ Ị Customized

—-r Coo—-rdinates “I - —— ——

! r U.T.M oGeog Smvev aid

Offset Aaotaro

iayg.aâgti

Field sepaiafor £ Preview Date foofer

Display Log R e Identify by position r Identify by field

Longfesfe r~ r from p i to Fidd Ni H B Longitude Hawsphwe r*“ r from I B M to ■ FwfcJNf H H

taốuđe r~ r from m i to Few Nr W Ê t

Latìtud* Bérospheíe r r fromBBif to ■ 1 Field Nf ■ ■ Fix Number r* r frorr WếM to Fietd N* I J Kiometa Point r r fra m H rii to ReId Nr H i Heating r~ r from H to Reid Nr WÊÊ

Boai Speed p r t e x n B to Field Nr ■ ■ Water Depth r~ r from H i ! to new Nr H i

Source Đ.ẹpệh r* r from H I to m Field Ni WM

Sửearrn* Depỉh f r bom wÊỂầ tom Field Nf M B Weathdfing veteefcy f r from B P ': toW Ê Field Nr ■ ■

Đôte r r from 8 8 1 to Field Nr ■ ■

Tine r* r from B U to ■ 1 Field Nr H i

Positioning System Navigation Systwn

X Offcat Anterwa-Sleitt

Y Offsei Antenna (m) Input

Datums Datum

BgaagỊgLỆaạaạ

T (iqq« seeing

Flattening (1/f) Datum S M t

DeftaY Y-axis rotation

Z-axis rotation

34521:»«

Chart Projection Projection Central Mefidian

False Easting

Latitude of Origin Cenbal Meridian Scctie Factor False Northing

Exit project Copy from l H P rin t

8 Khai báo các thông số về trắc địa (chỉ mang tính chất thông tin, không bắt buộc)

In&otlne

From fife

* 9 : ' ề

‘TTyT-ty

1E3 &«oĩrac£ Premium edition 2008 Mam proqrâni (V 10.0.0 Build 20Ơ9003U) Project Vietnam2009 M M M M — i W W

v ^ j AoMaflJon >n E*tt project ũỷ Copy from Prnt 'jp &ftpfogr«« Info

Mouse potìborĩ

9 khai báo các thông sổ về lưới khảo sát, đường bờ, nhập các tuyến khảo sát bằr.g tay hoặc bằng các file số liệu có sẵn (theo định dạng xác định của phần

m ề n GeoTrace)

1 0 Sau khi cài đặt và khai báo xong các thông số cần thiết phai Save project

Sau khi cài đặt và khai báo xong các thống số cần thiết bắt đầu tiến hành các bước thu thập số liệu:

Chọn Acquisition từ Project menu

Sau khi chọn sẽ kiểm tra tự động các tín hiệu, cho đến khi các đèn xuất hiện là màu xanh thì sằn sàng để chuân bị cho quá trình thu thập số liệu băt đâu

i swut: " Ị Settings:

Bấm OK

- Sẽ xuất hiện bang các thông số thu thập số liệu

- Lựa chọn tuyến cần thu thập số liệu trên sơ đồ tuyến và bấm OK để bắt đầu quá trình thu thập số liêu

13

L ư u Ỷi trước khi bắt đầu cần phải chắc chắn tất cả các thiết bị liên quan đà được

nối đất cùng một điểm, nguồn phát và streamer đã được thả xuống biển và tàu kéo ở tốc độ phù hợp

4 BẢO QUẢN T H IÉ T BỊ

- Thiết bị sau mồi lần được triên khai thực địa cần vào rửa sạch nước biển bàng nước ngọt và phơi khô, bôi dầu mờ những thiết bị, vị trí cần phải bảo quan tốt

- C á c th iế t cầ n đ ư ợ c đ ặ t tr o n g th ù n g k h i v ậ n c h u y ể n đ ế đ ả m b ả o an to à n

- Đổi với streamer cần phải cung cấp dầu nổi đặc biệt để bảm báo tính nôi của treamer và tránh hạn chết chất lượng thu tín hiệu cua các hydrophone

5 YÊU CẦU KỸ THUẬT - NHÂN L ự c TRIẺN KHAI T H Ụ C ĐỊA• • • •

- Độ sâu mực nước biển có thể triển khai đo phù hợp ở 3-200m nước

- Thiết bị cần được triển khai trên tàu có độ rộng phù hợp đê thao tác, lắp đặt thiết bị cũng như phòng đặt thiết bị đảm bao an toàn cho thiết

bị cao áp hoạt động liên tục trong vài ngày đêm (phòng lắp điều hoà, tránh độ ẩm cao)

- Nhân lực triển khai thực địa cần từ 2 kỹ sư đảm bảo vận hành thiết bị trong quá trình thu lắp đặt và triên khai kỹ thuật của thiết bị; 3-4 công nhân phụ trách vận chuyến, tháo lắp thiết bị và bảo dường thiết bị sau khi kết thúc thực địa

- Nhừng nhân lực tham gia triển khai thực địa cần phải hiếu rõ và thực hiện đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đảm bảo an toàn về người và thiết bị khi triển khai đo đạc, cũng như đảm bảo an toàn lao động khi lao động trên tàu và trên biên

14

CHƯƠNG II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG• • •

1 Cấu hình của hệ thống

Hệ thống địa chấn hay hệ thống thu mặt cắt phản xạ liên tục lắp đặt trên tàu khao sát bao gồm một nguồn phát dao động âm (thường được bố trí chìm trong nước) và đầu thu hydrophone đế thu tín hiệu phản xạ từ tín hiệu được nguồn phát dao động phát ra, một máy ghi đồ họa để chuyển đổi nhừng tín hiệu ghi được thành mặt cắt hoặc băng ghi giấy liên tục Băng ghi này thế hiện mặt cắt liên tục các thành tạo bên dưới đáy biến khi tàu chuyến động trên mặt nước (hình 2.1)

Hình 2 1 Các thành phần cơ ban của hệ thống địa chấn phan xạ liên tục

Hai giả thuyết cơ sở cua phương pháp địa chấn phản xạ liên tục:

- Khoảng cách giữa nguồn phát và đầu thu (AB) là nhỏ so với khoảng cách từ điếm chính giữa nguồn phát - đầu thu (D) đến các điếm phản xạ (C hoặc E) Vì vậy đường truyền cua tín hiệu thu được, truyền từ nguồn đến hydrophone,

là vuông góc với mặt phan xạ

- Góc tới cua tín hiệu (ACD) bàng góc phản xạ (DCB), nhung nếu AB là nho thì hai góc này cũng nhỏ và tính hiệu được phản xạ gần như vuông góc với mặt ranh giới

2 Sóng địa chấn

Các nguồn phát dao động âm trên biên tạo ra các sóng đàn hôi lan truyên

có vận tốc phụ thuộc vào tính chấn đàn hồi của môi trường xung quanh Có hai loại sóng đàn hồi:

+ Sóng dọc (sóng P): các phân tử vật chât của môi trường chuyên động trùng với phương truyền sóng

+ Sóng ngang (sóng S): các phần tử vật chất của môi trường chuyến động vuông góc với phương truyền sóng

Chất lỏng không cho phép sóng ngang truyền qua do đó trong khảo sát địa chấn trên biển chi cần quan tâm tới sóng dọc Việc thu mặt cắt phản xạ liên tục đạt hiệu quả cao trong môi trường biến vì môi trường nước phù hợp cho năng lượng âm truyền từ nguồn phát đi vào các môi trường đất đá bên dưới đáy biến

rj: mật độ của môi trường

Nhìn chung, vận tốc phụ thuộc nhiều vào độ bền vứng của vật liệu hơn là

v ào mật độ

Vận tôc sóng âm trong môi trường nước biên là từ 1.46 đên 1.56 km/s, phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh, độ mặn và áp suất (độ sâu) Trong minh giải mặt cắt địa chấn, vận tốc sóng âm là 1.5 km/s thường được sử đụng trừ khi có giá trị khác chính xác hơn

Vận tốc sóng âm trong môi trường trầm tích tăng khi độ rồng giam và kích thước hạt tăng Cát bột và bùn có độ rồng cao thì có vận tốc truyền sóng thay đôi từ 1.46 đến 1.6 km/s Cát hạt thô tuổi Đệ tứ có độ rồng thấp có thê có vận tổc đạt tới 1.8 km/s giống như vật liệu có mật độ lớn như sét bột gắn kết Vận tốc truyền sóng trong trầm tích có tuổi cổ hơn phụ thuộc vào lịch sử chôn vùi của chúng Ớ biển Bắc, ngoài khơi nước Anh, vận tốc trung bình của cát, bột

và sét có tuôi trẻ hơn Palaeocene thay đổi từ 1.8 km/s ở độ sâu chôn vùi 1 km; đến 2.1 km/s ơ độ sâu khoảng 6 km Vận tốc của đá cát kết, phiến sét tuôi Jura thay đổi từ 2.4 đến 4.0 km/s Vận tốc của trầm tích không thay đổi đáng kể nếu quá trình nâng trồi tiếp theo và quá trình bào mòn tác động đến trầm tích bị chôn vùi ở gần đáy biến Các số liệu này cho thấy rằng lịch sử chôn vùi của trầm tích trước Đệ tứ cũng có vai trò quan trọng như thành phần thạch học khi xác định tốc độ truyền âm trong các đá trầm tích

Vận tốc trung bình có thể được áp dụng cho các tập trầm tích trước Đệ tứ nếu không các dừ liệu bổ sung không có Các dữ liệu cần thiết có thể thu thập được từ các đường cong sonic trong địa vật lý giếng khoang của các hố khoan dầu khí sâu trong khu vực nghiên cứu Các đường cong này đưa ra được chỉ số

về giá trị của vận tốc truyền sóng địa chấn trong các trầm tích gắn kết theo độ sâu Các giá trị này có thể được sử dụng để dự đoán vận tốc của các trầm tích cùng tuổi và thành phần thạch học nhưng ở độ sâu nông hơn

Biết được sự thay đổi vận tốc trong các tập trầm tích đang được nghiên cứu là yếu tố cần thiết để chuyển đổi một mặt cắt địa chấn từ thời gian sang độ sâu Việc chuyển đổi này có thể thực hiện được bàng cách sử dụng các vận tốc gia định hay vận tốc được xác định từ hố khoan mà mặt cắt đi qua Ngoài ra, phương pháp khác lại dựa vào việc nhận dạng cùng một ranh giới trong hố khoan cũng như trong mặt cắt, ví dụ như độ sâu đến ranh giới có sự thay đồi thạch học lớn như phần trên của một lớp đá và chia độ sâu cho thời gian truyền sóng m ột lần để thu được vận tốc trung bình trong khoảng đó

Trở kháng âm học

Hiện tượng phản xạ một phần năng lượng của tín hiệu âm học xảy ra ờ các ranh giới, thường là ranh giới thạch học, giữa các các lớp có sự khác biệt về trơ kháng âm Trở kháng âm của đá trầm tích là tích của mật độ với vận tốc sóng dọc cua môi trường

z = Vĩ]

tr o n g đó: z là trở k h á n g â m h ọ c c ủ a đ á trầm tíc h

r| là mật độ cua đá trầm tích

Tỉ số giữa biên độ cua sóng phản xạ với biên độ của sóng tới được gọi là

hệ số phan xạ (R) và ơ trong trường hợp tia tới vuông góc với ranh giới phan xạ thì hệ sô phan xạ được tính theo công thức sau:

Cường độ của tín hiệu phản xạ phụ thuộc vào sự khác biệt của trở kháng

âm học (R) tại bề mặt phản xạ Khi sự khác biệt về trở kháng âm lớn như ở ranh giới giữa nước và không khí thì hầu hết năng lượng của tín hiệu tới sẽ được phan

xạ trở lại Các phản xạ dưới mặt ranh giới như trên dẫn đến hiện tượng phản xạ lặp nhiều lần, sóng phản xạ “chân què” ngắn hoặc dài Sự khác biệt của trở kháng âm học tại ranh giới của các đá trầm tích thay đối và thường phù hợp với

sự thay đổi về thành phần thạch học

Hệ số phản xạ tại một ranh giới dương khi sóng truyền từ môi trường có trở kháng âm thấp sang môi trường có trở kháng âm cao và khi đó pha của tín hiệu được phản xạ không đổi Hiện tượng này phổ biến trong các lớp đá trầm tích khi trở kháng âm (phụ thuộc vào mật độ của đất đá) tăng lên theo độ sâu bị chôn vùi Tuy nhiên trường họp hệ số phản xạ âm cũng không hiếm như óa mặt ranh giới giữa nước biến và không khí, hay khi sóng truyền từ cát chúa nước sang các chứa khí Trong trường hợp này, pha của tín hiệu phản xạ bị nghịch đảo Điều này tạo ra trên mặt cắt địa chấn tính chất nghịch đảo tín hiệu của ranh giới phản xạ Phản xạ lặp đáy biến lần đầu tiên, phản xạ trở lại tại ranh giới mặt biên và không khí chịu ảnh hưởng của hiện tượng nghịch đảo tín hiệu Trên các mặt cắt địa chấn của trầm tích Đệ tứ, tín hiệu nghịch đảo thường liên quan với lớp than bùn hoặc thế cát mỏng chứa nhiều khí

4 Lan truyền sóng địa chấn

Tín hiệu được tạo ra bởi một nguồn phát âm học nằm trong một dải tần

số Tuy nhiên, đế đơn gian hóa trong kỹ thuật, dải tần số này thường được thay thế bằng một tần số chu yếu của nguồn phát hoặc một dải tần số chứa năng

lượng lớn nhất Khi đánh giá các tính chất của tín hiệu âm có một tân sô xác định cần dựa vào bước sóng được tính theo công thức:

Bán kính của đới Fresnel

Mối liện hệ giữa phản giai ngang và đới Fresnel

b) Bán kính đới Fresnel là một hàm của tần số nguồn phát âm học và độ sâucua ranh giới phan xạ (Theo Geyer, 1983).

Tần sổ chiếm ưu thế của các nguồn phát âm học thay đổi từ 3.5kHz đối với nguôn phát pinger, đến khoảng 1000Hz đối với nguồn phát boomer và 500Hz đối với nguồn phát sparker Vận tốc sóng âm truyền trong nước là 1500m/s, bước sóng tương ứng với các nguồn phát trên khi sóng âm lan truyền trong m ô i trường nước là 0.42, 1.5 v à 3.0 m

Cho đến nay, các nghiên cứu về quá trình phản xạ vẫn sư dụng dạng tia sóng Tuy nhiên, nguồn âm học tạo ra một mặt sóng có dạng hình cầu khi nó lan truyền xuống phía dưới tới các mặt ranh giới Khi mặt sóng tới đáy biển, một khu vực xác định có dao động sóng âm nhưng đây chi là một diện tương đối nho hiệu quả để xảy ra hiện tượng phản xạ Diện này là đới Fresnel đầu tiên có hình tròn đổi với ranh giới phản xạ nằm ngang Kích thước của đới Fresnel phụ thuộc vào bước sóng chu yếu của sóng tới và độ sâu của ranh giới phản xạ Đới Fresnel năm trong một vùng hình tròn có ranh giới trong và ranh giới ngoài được xác định bởi ‘/4 bước sóng của tín hiệu (Greyer, 1983) Do đó, tín hiệu có tần số thấp hơn, bước sóng dài hơn có đới Fresnel rộng hơn tín hiệu có tần số cao htm (Hình 2.3a), và kích thước của đới Fresnel đầu tiên cũng tăng theo độ sâu (Hình 2.3b) Góc trải rộng theo hình cầu của tín hiệu khống chế độ phân giải ngang của mặt cắt

5 C ơ ch ế m ấ t n ă n g lư ợ n g

Tín hiệu âm hoặc sóng âm lan truyền trong một môi trường sẽ xảy ra hiện tượng suy giảm năng lượng Sự suy giảm năng lượng này có ba nguyên nhân chính sau:

5.1 M ấ t n ă n g lư ọ n g d o trải rộng của m ặ t són g

Mặt sóng do nguồn âm phát trong môi trường đồng nhất lan rộng ra theo hình cầu Năng lượng tại mặt sóng lan truyền rộng ra tỷ lệ nghịch với bình phương quãng đường mà sóng truyền đi Kiểu suy giảm này không phụ thuộc vào tần số

Khi khảo sát ơ vùng nước nông, nguồn phát và đầu thu lại rất gần với các ranh phản xạ cần khảo sát và do đó năng lượng mất do trải trọng của mặt sóng trong cột nước ít hơn nhiều so với vùng nước sâu, vì vậy nguồn phát năng lượng thấp hơn có thể sư dụng để thu được độ xuyên sâu tương tự Các nguồn phát sóng địa chấn được kéo xuống sâu, gần đấy biển, sẽ giảm được hiện tượng mất năng lượng do trải rộng mặt sóng

5.2 Hấp thụ năng lượng và suy giảm tần số

Đây là nguvên nhân chủ yếu dần đến sự suy giảm năng lượng sóng do chuyên đổi năng lượng thành nhiệt năng khi sóng lan truyền trong môi trường vật chất Sự suy giảm năng lượng sóng khi lan truyền trong môi trường nước do nguyẽn nhân này là rất nhỏ Tuy nhiên, năng lượng sóng mất đi đáng kể khi sóng truyền qua môi trường vật chất dưới đáy biển do hiện tượng ma sát giừa các hạt vật chất của môi trường đó Vật chất có gắn kết, chặt sít và chọn lọc tốt ít làm m ất năng lượng của sóng địa chấn hơn so với vật liệu bở rời, chọn lọc kém

T rái lạ i, s ó n g la n tru y ền tr o n g c á c lớp c á t v à c u ộ i sỏi thì n ă n g lư ợ n g s ó n g su y

giam mạnh ơ các ranh giới các hạt Trong môi trường bùn mềm, vì sóng truyền qua môi trường chứa nước bên trong trầm tích nên sự suy giảm năng lượng sóng

là thấp Tuy nhiên, hiện tượng suy giảm này sẽ tăng lên theo độ sâu của lớp trầm tích do độ lồ hồng trong trầm tích cũng giảm dần theo độ sâu Hiện tượng hấp thụ năng lượng đối với các sóng có tần số cao cũng lớn hơn so với sóng có tần

số thấp hơn nên các nguồn tần sổ cao không có khả năng phát sóng tần số cao có khả năng xuyên sâu như các sóng có tần số thấp

N hư vậy, có sự mâu thuẫn của yêu cầu về độ sâu khảo sát và độ phân giải, khi sử dụng nguồn phát có tần số thấp, năng lượng cao thì tăng độ sâu khảo sát

và khi sử dụng nguồn tần số cao, năng lượng thấp thì tăng độ phân giải Việc tăng năng lượng của nguồn phát là một phương pháp để tăng độ sâu nghiên cửu

có ít hiệu quả khi so sánh với việc sử dụng tần số thấp hơn để tăng độ sâu nahiên cứu Vì nguyên nhân này mà nhiều khi người ta thường s ử dụng 2 hoặc 3 nguồn phát với tần số khác nhau cùng một lúc trong khảo sát địa chấn nông phân giải cao

Tín hiệu được tạo ra bởi nguồn phát âm học chứa một phổ tần số Phồ này

c ó thể được nhận diện một cách sơ bộ trên băng bằng các khoảng cách giữa các đỉnh sóng tạo ra tín hiệu phản xạ Khoảng cách giữa các đỉnh càng hẹp thì tần sổ thành phần của tín hiệu càng cao Khi sóng địa chấn lan truyền trong môi trường địa chất, các thành phần tần số cao suy giảm rất nhanh so với thành phần có tần

số thấp hơn Do đó sóng địa chấn phản xạ trở lại từ các thành tạo sâu hơn có các tlhành phần tần sổ thấp nhiều hơn so với các sóng phản xạ từ các thành tạo gần đáy biển hơn Ánh hưởng này đáng chú ý hơn ớ các mặt cắt có thời gian quét dài (trèn 500ms) và có độ xuyên sâu lớn

5.3 Hiện tưọng phản xạ sóng địa chấn

Dù hiện tượng phản xạ tín hiệu âm học không liên quan đến sự suy giam

n ăng lượng, các quá trình phản xạ đi kèm các hiện tượng nhiễu xạ, tán xạ, phản

xạ giữa các lớp dẫn đến sự suy giam về cường độ của cua các phản xạ chính và

do đó có thê xem đó như nguồn gây ra suy giam

Hiện tượng nhiều xạ xuất hiện do các đặc điểm cấu trúc có kích thước phù hợp với bước sóng (ví dụ như các hòn cuội, đường ống bị chôn vùi .) hoặc từ các ranh giới phan xạ kêt thúc đột ngột (ví dụ như ranh giới phan xạ kêt thúc tại một đút gày), (hình 2.4)

Đường đi của tàu khảo sát - vi trí của đầu thu

Có 2 loại sóng phản xạ lặp lại, multiples đường truyền ngắn (hình 2.5) và multiples đường truyền dài (hình 2.6) Sóng phản xạ đường truyền ngắn dần đến ngay sau sự phản xạ chính và chỉ kéo dài trong suốt thời gian của xung hoặc tín hiệu chính, trong khi multiples đường truyền dài đến như một trường hợp riêng biệt muộn hơn

Hình 2.5 Mô hình lặp ngăn do phản xạ tại đáy biên, ranh giới giữa nước biên và

>

không khí, trong các lớp các lớp trâm tích mỏng

Hình 2.6 Mô hình giai thích cơ chê lặp lại đáy biên trên mặt căt Chú ý răng sóng lặp làm tăng sự khác biệt về địa hình của đáy biến Trên mặt cặt này chi giải thích thích cơ chế hình thành ranh giới lặp đầu tiên của đáy biên Mô hình lặp dài do phản xạ tại đáy biển và tại ranh giới giữa nước biên và không khí Các ranh giới lặp lại tương tự có thê được tạo ra do các ranh giới phản xạ ơ sâu hơn

có biên độ lớn hơn

6.1 Sóng lặp lại đuòng truyền ngắn

Một dạng phô biến cua sóng lặp lại đường truyền ngắn là bề mặt mô phong phản xạ Một số năng lượng được sinh ra từ nguồn đi lên bề mặt nước biên và tín hiệu bị phản xạ xuống dưới tại mặt phân cách giừa không khí và nước với một pha nghịch đao được thêm vào đoạn cuối của xung đi xuổng Việc này có sự ảnh hướng cua việc mớ rộng các xung phát ra trong giới hạn phụ thuộc vào độ sâu của nguồn

Độ chìm sâu cua bộ thu cũng gây ra một anh hường tương tự, tông họfp cả nhừng tín hiệu đã bị phan xạ trực tiếp và những tín hiệu đạt được không đáng kê sau này, sau khi sự phản xạ từ mặt phân cách giữa không khí và nước biên Độ sâu cua các nguồn và bộ thu được xem là một điều quan trọng trong quá trình khao sát địa chấn khi chúng làm thay đối hình dạng sóng của tín hiệu nguồn phát

đi và ảnh hưởng đến độ phân giải cơ bản của nguồn Hình 13 hiển thị các ảnh hương này

Những phản xạ lặp được tạo ra khi một phần cua năng lượng bị phản xạ

từ đáy của một lớp và đỉnh của một lớp mỏng để sau đó kết hợp với tín hiệu được phản xạ từ đáy của lớp mỏng đó (hình 5) Phần bị phản xạ bên trong của tín hiệu bị cản trở một chút và thêm vào các tín hiệu bị phản xạ chính Quá trình này có thế xảy ra một số lần trong cùng một lớp Nó chịu ảnh hướng của việc kéo dài khoảng thời gian tồn tại của dạng sóng và cũng có thế giảm bót những tần số cao và tăng cường các thành phần tần số thấp Chiều rộng xung dài hơn còn chịu anh hưởng của việc làm giảm đi hiệu quả của sự phân lớp và việc giảm

độ phân giải

Mức độ mà sóng phán xạ nhiều lần xen giữa được tạo ra cũng phụ thuộc vào tần sổ của sóng tới liên quan đến khoảng cách giữa những mặt phản xạ Nói chung một tập các tầng mỏng sẽ phản xạ tần sổ cao nhưng sẽ là ảnh hường rõ rệt đến tần số thấp, nơi có bước sóng lớn hơn đáng kể độ dày tầng

6.2 Sóng lặp lại đường truyền dài

Hình 6 thể hiện những ví dụ về việc hình thành sóng lặp lại đường truyền dài Những sóng lặp lại này truyền đến như là nhừng trường hợp riêng biệt và có thể gây rắc rối đặc biệt khi chúng rất khó để phân biệt từ những phản xạ chính Một trong những điều quan trọng nhất cua chúng là sóng lặp lại đáy biến lần đầu tiên Các tín hiệu đã phan xạ từ đáy biển có thể bị phản xạ trớ lại về mặt biên và sau đó xuống dưới một lần nữa đế giữ vai trò như tín hiệu phát đi giả Khi bề

mặt nước biên là một mặt phản xạ tuyệt vời (do có trơ kháng tương phan cao giữa không khí và nước) gần như tất cả các năng lượng được phan xạ đê sinh ra một tín hiệu đi xuông thứ hai bị cản trở Biên độ của sóng lặp lại được xác định bởi hệ sô phan xạ sóng âm của vật liệu tại đáy biền Cát và sỏi tạo ra nhừng phan

xạ mạnh và vì thế những sóng phản xạ nhiều lần mạnh trơ lại Ngược lại bùn là một mặt phản xạ sóng âm kém, và sóng phản xạ nhiều lần tạo ra từ bùn đáy biên thường là yếu

Độ mạnh của sóng lặp lại có thể được sử dụng để chỉ ra những thay đổi thành phần thạch học cua các trầm tích tại đáy biển Những phần mềm hiện nay đang có khả năng phân tích biên độ và quang phố của tín hiệu gửi đi, mặt phan

xạ đáy biến và sóng phản xạ nhiều lần đáy biển lần đầu tiên và đưa ra kết luận từ một so sánh giữa hai tín hiệu, thành phần thạch học của các trầm tích hình thành tại đáy biển

Trong nước nông, nơi đáy biên có thế được phản xạ mạnh, một loạt sóng phan xạ nhiều lần (sự phản xạ sóng địa chấn) sẽ được tạo ra mà có thê làm suy giam sự phản xạ dưới đáy bên dưới sóng lặp lại đầu tiên Độ mạnh của các sóng phan xạ nhiều lần đáy biển và gần bề mặt thường lớn hơn sự phản xạ tầng đáy sâu hơn do đó trở nên không thể giải thích những mặt phản xạ ở dưới sự xuất hiện của sóng lặp lại đáy biển Trong các trường hợp này, không thực tế chỉ đơn giản là làm tăng độ mạnh của nguồn để cải thiện sự xuyên cắt khi độ mạnh của sóng lặp lại cũng tăng Giải pháp duy nhất có thể là một hệ thống ghi âm kỹ thuật số mà thử nghiệm bàng cách xử lý tín hiệu phản xạ để làm giảm độ mạnh của sóng lặp lại Tuy nhiên, khi mà độ mạnh của sóng lặp lại giảm theo thời gian, và ít khi có hơn bốn sóng lặp lại ghi nhận được trên một mặt cắt, nó có thể

đê xác định những mặt phan xạ dưới sóng lặp lại thứ 2 hoặc thứ 3 Lớp đá cứng trên cùng thường là một mặt phản xạ mạnh có thể được xác định tại một số độ sâu đáng kê, ngay cả khi những mặt phản xạ nằm dưới bị làm mờ đi bới sóng lặp lại

Khi mà sóng lặp lại đáy biến hiện thời được xem xét như là một trong những vấn đề chính trong việc minh giải các cuộc khảo sát nước nông thì cần thiêt đê phân biệt đúng giữa các phản xạ chính và phản xạ lặp lại Tại những khu vực sườn đáy biến dốc sóng lặp lại sớm sẽ có giá trị gấp đôi giá trị gradient thực tại đáy biến (hình 6) Các sóng lặp lại thường có biên độ cao hơn và tần số cao hơn sự phản xạ đáy biên truyền đến tại một thời điêm tương đương khi nó đã trải qua sự suy giảm ít hơn Thêm vào đó, sóng lặp lại sẽ bị nghịch đảo trong từng

giai đoạn trong sự so sánh với mặt phan xạ đáy biên, mặc dù nghịch đao này có thê khó phân biệt trêncác ghi nhận tương tự.

7 Dạng của m ặ t cắt địa chấn

Mặt cat địa chấn được tạo ra trên một bộ ghi biêu đồ đại diện cho một mặt cắt ngang âm học cua trầm tích ơ bên dưới đường đi của con tàu Cách ghi nhận chính xác như thế nào đê đại diện cho các tập trầm tích này phụ thuộc vào dụng

cụ và sự phức tạp cua các tập trầm tích mà từ đó các tín hiệu sóng âm bị phản xạ lại

Trong đó quan trọng là việc ghi nhận địa chấn đó là mặt cắt liên quan đến thời gian hơn là mặt cắt liên quan đến khoảng cách hay độ sâu Trục ngang được lấy theo thời gian di chuyên của tàu khảo sát, trục dọc được lấy theo thời gian phan xạ 2 chiều của tín hiệu khi mà nó lan truyền qua một tập trầm tích với sự thay đổi vận tốc địa chấn Điều đó có nghĩa là sự ghi nhận thường bị biến dạng không gian và một sự hiểu biết đúng về a) tốc độ cấu trúc cúa tập trầm tích và b)

ti lệ ngang là bắt buộc trước khi mặt cắt thời gian được chuyển đối sang mặt cắt

4 A A

độ sâu

Tia sóng sinh ra bởi tín hiệu âm và từ một mặt phản xạ được giả định rằng

là khoảng thời gian di chuyển ngắn nhất và tia này là chuẩn đối với bề mặt phản

xạ từ nguồn/máy thu Ghi nhận địa chấn được giải thích trên giả định rằng những tia phản xạ tới bình thường bẳt nguồn trực tiếp từ những điêm bên dưới nguồn - máy thu Tuy nhiên, đây không phải là trường hợp ở những khu vực của mặt phân cách dốc nghiêng, những nếp lõm và những nếp lồi kín và khu vực địa hình phức tạp

Hình 2.7 Xác định độ phóng đại thăng đúng cua các câu trúc địa hình đáy biên

Đê tính độ phóng đại thăng đứng của cấu trúc địa hình đáy biên yêu câu cân phai

có tỷ lệ n g a n g và tỷ lệ đứng

Tính tý lệ ngang:

+ Xác định khoang cách giữa hai điêm xác định trên thực tế = D]in

+ Xác định khoảng cách giữa các điêm trên trên mặt cất: = D2m

Tỷ lệ ngang của mặt cat Hs = D |/D2 (m/cm)

Tính tỷ lệ đứng:

+ Xác định khoảng thời gian T trên mặt cắt: T /2xl.5m = D3 (mét)

+ Xác định khoảng cách trên mặt cắt cho thời gian T= D4 cm

Tỷ lệ đứng của mặt cát = Vs = D3/D4(m/cm)

Độ phóng đại thẳng đứng trên mặt cat Hs/Vs

Độ phóng đại thăng đứng thường giữa 5:1 đến 20:1 dựa vào tôc độ của tàu, tôc

độ quét và tốc độ của giấy in Khi tính toán độ phóng đại thăng đứng cua câu trúc bị chôn vùi, vận tốc lan truyền trong các trầm tích xung quanh được sử dụng đê thay thế cho giá trị 1.5m/ms (vận tốc sóng âm trong nước) nhằm tính toán día trị D3

7.1 Tí lệ phóng đại

Tỉ lệ ngang của những mặt cắt địa chấn phụ thuộc vào tốc độ của tàu chạy

và tỉ lệ giấy được in ra từ bộ ghi biểu đồ Tỉ lệ giấy được điều chinh, phụ thuộc vào khoảng phát đi của nguồn, để đưa ra một sự biểu diễn hợp lý đối với mồi lần phát, không gộp chúng lại với nhau mà cũng không làm cho khoảng cách giữa chúng quá xa đến nồi làm mất đi tính liên kết trên mặt cắt Tỉ lệ đúng phụ thuộc vào thời gian quét đã được chọn ở trên máy ghi để thề hiển những tín hiệu hiệu phản xạ nhận được từ mỗi lần phát (hoặc bắn đi của nguồn sóng âm) Tỉ lệ quét được chọn sẽ phụ thuộc vào tỉ lệ bắn của nguồn và sự xuyên qua dưới đáy được mong đợi Kết quả của sự phóng đại thẳng đứng thường trong phạm vi 5:1 đến 20:1 Sự phóng đại thăng đứng của mặt cắt được tính toán cho những đặc tính đáy biên bàng việc phân chia tỉ lệ ngang của mặt cắt hình 2.7 (được lấy từ lộ trình đường đi của tàu) và tỉ lệ đứng của mặt cắt (phụ thuộc vào sự quét cua mặt cắt) Sự phóng đại thẳng đứng vừa đu được chọn để những thay đổi về quan điểm hình học của những những tia phản xạ đã được thể hiện có thể được xác định một cách chính xác (hình 2.8) Tuy nhiên nếu mặt cất bị phóng đại quá, sự thay đổi không gian có thể xảy ra ở những khu vực dốc ngầm, bởi đó mà bề mặt dưới không được lấy mầu đầy đủ, sự liên kết giữa những lần bắn kế tiếp nhau bị mất đi Trong trường hợp này thì cần thiết mớ rộng tỉ lệ ngang hoặc bằng cách giảm tỉ lệ phát của nguồn hoặc iàm chậm đi tốc độ của tàu

Hĩnh 2.8 Tính góc dốc của một ranh giới phản xạ dưới đáy biến

Đê tính toán giá trị thật cua a (góc thật của ranh giới phản xạ) chọn ranh giớiphản xạ quan sát và kéo dài dài ranh giới đó đề cắt hai điềm xác định

Khoang cách thực tế giữa hai điêm xác định đó theo phương ngang là Di (m) Tính khoảng thời gian T trên mặt cắt, T biểu diền khoảng cách thằng đứng là =

Mối quan hệ giữa giá trị của góc nghiêng của sóng phản xạ trên mặt cắt địa chấn (góc nghiêng biểu kiến), và giá trị góc dốc nhỏ nhất (giá trị thực) phụ thuộc vào góc giữa hướng của mặt cắt và chiều của góc nghiêng thực Nếu mặt cắt chạy song song với hướng của góc nghiêng thực thì sau đó góc nghiêng biêu kiến ớ trên mặt cắt giống với góc nghiêng thực của sóng phản xạ Nếu mặt cắt chạy theo hướng vuông góc nghiêng thực thì góc nghiêng thực của sóng phản xạ

= 0 N hững ý trên nói rằng trong hầu hết các trường hợp thì góc nghiêng thực của sóng phản xạ dốc hơn trên mặt cắt và những sóng phản xạ ngang trên mặt cat không nhất thiết nằm trên nền phẳng

Đế tính góc nghiêng thực của sóng phản xạ yêu cầu biết về những góc nghiêng biểu kiến ở trên 2 hoặc nhiều hơn các mặt cắt giao nhau Một phương trình cần có sự hiểu biết về hướng và giá trị của góc nghiêng biểu kiến của 2 mặt cat giao nhau có thế được sử dụng sau đó đê tính toán hướng và giá trị của góc nghiêng thực Phương trình và phần mềm tin học được thiết lập trong Appendix

A được sử dụng cho sự tính toán thiết yếu

Hình 2.9 Các mô hình hiệu chỉnh góc dốc bị phóng đại

Các giá trị biêu diền góc dốc đã được hiệu chỉnh của ranh giới

Các đường thăng thê hiện góc dốc trên mặt căt

7.2 Sự sai lệch của góc nghiêng

Những sự phản xạ trở lại thẳng góc từ một giao diện mặt dốc được thê hiện trên ghi nhận địa chấn một cách thẳng đứng bên dưới vị trí của nguồn-bộ thu Đây là góc nghiêng xuống của vị trí thực của chúng và chịu sự ảnh hương của việc giảm độ dốc biếu kiến của sóng phản xạ Ảnh hưởng này chỉ chiếm ưu thế trong những khu vực nghiêng dốc - trong giới hạn hơn 15° Ví dụ một sóng phan xạ với góc nghiêng thực 25° được biểu diễn với một góc nghiêng biểu kiến

là 23° nhưng 1 góc nghiêng 45° biểu hiện chỉ là 35° (hình 2.10)

Hình 2.10 Hiện tượng méo của ranh giới dôc trên mặt căt địa chân

7.3 Sư nhiễu xa• •

Sự nhiễu xạ được sinh ra bởi nhũng đặc tính của những đại lượng có thê

so sánh được với bước sóng của tín hiệu âm (giừa 0.5 và 3.Om) có vai trò như

những điếm nguồn Nhừng nhiễu xạ từ những khu vực địa hình gồ ghề, đá cuội đáy biên và cát biến Hình 2.4 thể hiện rằng những sự nhiều xạ này sinh ra những phản xạ hypecbol trên những mặt cat địa chấn Hình 2.11 thê hiện những

sự nhiễu xạ và sự phân tán được sinh ra do đáy biển gồ ghề Nhừng sự nhiễu xạ còn được sinh ra tại nơi gián đoạn đột ngột nơi mà điêm cuối cua sóng phản xạ đóng vai trò như điêm nguồn Tại một đứt gãy phẳng chi một nứa hypecbol trên phân sụt lún được quan sát thấy trên những mặt cắt địa chấn Trong cả 2 ví dụ anh hương của những sự nhiều xạ là làm phăng đi những bề mặt đã tạo ra chúng trôn mặt cắt địa chấn

Sự nhiều xạ có thế được sinh ra bởi những đặc tính bên ngoài mặt phắng của truyến địa chấn, không trực tiếp bên dưới đường đi của tàu Hình dạng của hypecbol phụ thuộc vào khoang cách của nó từ điểm phản xạ đến máy thu và dựa trên vận tốc của những vật chất đi qua mà sóng di chuyển Vận tốc càng nhỏ thì khoang cách càng ngắn, hypecbol càng kín Thời gian di chuyên đến đinh cua hypecbol có thể được sử dụng để tính toán khoảng cách độc lập đến một mốc Độ dốc của cánh hypebol có thể được sử dụng để biểu thị rằng sóng sinh ra

nó đã di chuyển qua một môi trường với tốc độ lan truyền trung bình của nước biến Sự phản xạ bên cạnh thì hầu như phù hợp ở những khu vực của những địa hình khác nhau Độ sâu được vạch trên nhũng sườn lục địa và tính phản xạ mạnh, trở lực không đối dưới nước thì hầu như có thế sinh ra như là những sự phan xạ

Hình 2.11 Hiện tượng tán xạ của tín hiệu âm học trên đáy biến Các ranh giới phan xạ có dạng hyperbol tỷ lệ nhò hay các tán xạ từ các nguồn điếm phản xạ trên đáy biến như các đinh gợn sóng hay tròn dạng cuội

7.4 Đ ộ co n g

Khi mà độ cong của vật phản xạ vượt quá mặt sóng tới, những sự phản xạ

có thể được sinh ra từ nhiều hơn một điêm Những kết quả ghi nhận địa chấn có thê khó để minh giái một cách chi tiết bới lè hình dạng chính xác của những đặc

C ó s ự kh u y ếch tá n

trưng sẽ không được xác định tốt Hình 12b cho thấy ghi nhận địa chấn ngang qua một nếp lõm kín Khi sụ phản xạ được thu từ cả bên sườn và trung tâm của nếp lõm một mô hình phức tạp được sinh ra cua 3 nhánh phản xạ Khi mà nguồn

ơ thăng phía trên cua trung tâm nếp lõm thì sự phản xạ từ sườn đến trước khi sự phan xạ đến từ nhừng điềm sâu nhất và nếp lõm biếu hiện nông hơn độ sâu thực cua nó Nếp lõm sè biêu hiện được nằm bên dưới bởi một vật phản xạ dạng nếp lồi lớn được sinh ra bơi điểm nguồn hình chừ V tại đáy của nếp lõm Hệ nhừng điểm phản xạ tăng lên gây ra hiệu quả khác biệt “bow tie”

Mạt nước

tích

\dạng mũi nhọn trên mặt cắt địa chấn

của cấu trúc Phản xạ dạng hypecbon trên mặt cắt địa chấn thu được bằng nguồn sparker

cảt qua phần trên thềm lục địa bị đào khoét

Hình 2.12 Các ranh giới phản xạ dạng hyperbol tại các đáy biển nghiêng và

không có quy luật (a) và tại các cấu trúc bị chôn vùi (b)

\ Phạp xa aạng hypecbon tưđạy £ £ phản xa dang hypecbon (giao nhau) trên mât cắt đia chấn

ngay bên dưới phát trên măt chấn nguồn

8 Độ phân giải của mặt cắt địa chấn

Việc xác định độ phân giải cho thấy khả năng cua hệ thống phán chia được trên mặt cắt 2 đặc trưng cơ bản Nó phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa những đặc t r ư n g khi so sánh với bước sóng của sóng tới Nguôn bước sóng ngăn hơn (tần sổ cao hơn) có kha năng phân tích lớn hon, nhưng tân sô cao hơn chịu sự suy giảm nhiều hơn trong suốt sự mất đi lan truyền và sự xuyên qua bởi vậy bị giới hạn nhiều hơn so với nhừng nguồn có tần số thấp hơn

8.1 Độ phân giải thẳng đứng

Sự gần đúng chung cho độ phân giải thăng đứng có thê đạt tới nho nhât là

'Á cua tín hiệu bước sóng trội hơn của nguồn sóng âm Độ dầy của một đơn vị

nhỏ hơn lÁ bước sóng, sự phản xạ giữa những mặt thấp hơn và cao hơn có thê

không dài hơn là đáng chú ý riêng biệt Đổi với 1 nguồn có một tần số trội 1 kHz, lớp có độ dầy phân tích nhỏ nhất trong trầm tích có vận tốc âm thanh là 2000m/s

là 0.5m, một nguồn có tần số thấp hơn khoảng 400Hz sẽ chỉ có thế phân tích những lớp mà dày ít nhất 1.25m Stefanon, Rabitti và Boldrin cho là “khả năng phân tích 10 - 20 cm là không có gì khác thường” đối với hệ thống hệ thống boomer EG & G-UN1BOOM mà có 1 hợp thành tần số cao với hiệu suất quang phổ của nó

Phân tích thu được thực tê trong quá trình điêu tra phụ thuộc vào một sô yếu tố Thứ nhất là độ sâu mà bộ nguồn thu được kéo theo Hiệu ứng mở rộng trên tín hiệu đi xuống và xảy ra sau sự giảm đi của độ phân giải gây ra bởi bề mặt phản xạ của nguồn làm giảm độ phân giải lý thuyêt Anh hưởng này có thê được giảm xuống tối thiểu bằng cách kéo theo 1 nguồn chỉ ở bên dưới bề mặt nước biển Tuy nhiên, điều này có thề gây bất lợi do nguồn trớ lên bị tác động nhiều hơn bởi sự di chuyển của sóng và làm suy yếu tín hiệu lan truyền xảy ra trong dòng nước rối Thêm vào đó, điều này tác động đến ổn định của tín hiệu đi

ra cả ở giới hạn của vị trí nguồn ở trên điểm phản xạ và cường độ tín hiệu tổng hợp và cả hình dạng sóng Một cấu hình thỏa hiệp thường được lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết phổ biến

Bằng cách lựa chọn cẩn thận độ sâu kéo nguồn có thể làm tăng độ mạnh của tín hiệu truyền đi tại tần số chiếm ưu thế, bàng cách tận dụng các bản sao pha đảo ngược để củng cố tín hiệu đi xuống (hình 2.13) Một nguồn với tân sô trội là 1kHz độ sâu kéo theo tốt nhất là 0.5m Một mối liên hệ tương tự áp dựng đối với độ sâu kéo theo cua máy thu

Tín hiêu b (Sau khi phản xa từ đáy biển và đảo cực)

; Trong trường hơp D bằng 1/4 lần bước sóng

Kết quả của tín hiêu a+b

/Hình 2.13 Sử dụng các tính chât cộng sóng và đao pha

đê thay đôi dạng tín hiệu địa chân đâu ra

8.2 Độ phân giải ngang

Sự phản xạ được sinh ra từ một khu vực của bề mặt giao nhau phản xạ được biết đến như là vùng Fresnel Đặc trưng với những đại lượng ít hơn so với vùng Fresnel đầu tiên sẽ không được phân biệt trong những ghi nhận địa chấn và yếu tố này chịu giới hạn cực đại độ phân giải ngang có thể đạt đến được Bằng việc đảm bảo rằng tỉ lệ bắn của nguồn là đủ cao và tốc độ của tàu trên mặt đất là

đủ thấp, có thể chắc chắn rằng vùng Fresnel từ những lần bắn kề nhau sẽ chồng gối lên nhau, và phần phản xạ sẽ được xác định đầy đủ trên kết quả ghi nhận địa chấn

Vùng Fresnel đầu tiên đối với 1 phần phản xạ ở độ sâu 50m trong trâm tích với vận tổc 1800m/s thì rộng 13.4m đối với tín hiệu 1kHz 1 Mặt cắt khảo sát tại 4 điểm nút sử dụng 1 nguồn với một tỉ lệ phát thứ hai sẽ có sự phân cắt

2m giữa khoảng cách mỗi lần phát, sẽ cho phép chồng gối đầy đủ lên nhau cho những đặc tính đi qua ít hơn 13.4m

mặt sóng phản xạ, tín hiệu trả về được mở rộng, và giảm đi sự xác định của các ghi nhận địa chấn Những ảnh hưởne này có thể giảm đi bằng cách một nguồn tập trung như boomer, và bằng cách giảm kích thước của vùng Fresnel, hoặc bằng cách tăng tần số, nếu việc giảm đi trong sự xuyên qua là có thể chấp nhận

được hoặc kéo theo bộ nguồn/thu gần đáv biển hơn Hệ thống boomer được kéo theo ở độ sâu lên đến lkm cho độ phân giải tuyệt vời từ các trầm tích mềm phô biên tại nhũng độ sâu này.

9 T ắ t tín hiêu âm

Trên một số mặt cắt địa chấn nông, đặc biệt là ở các vùng cửa sông, các phần phan xạ có thể đột nhiên trở lên bị xóa nhòa ở bên dưới của một lớp nằm gần ngang trong phạm vị một cột trầm tích (hình 2.14) Hiện tượng này được gọi

là tẳt tín hiệu âm hoặc âm độ đục Một số đặc điểm của trầm tích xuất hiện đẻ hâp thụ và hoặc là phân tán năng lượng âm đê cả hai giới hạn năng lượng đạt đến những tầng sâu hơn và che đi những tín hiệu bị phản xạ từ những tầng sâu hơn

Tắt tín hiệu âm là phô biến trong trầm tích Holocen ở cửa sông và ngang qua bên trong thềm lục địa Hai nguyên nhân được đưa ra cho việc tắt tín hiệu này là do: một lớp vo vụn thô hoặc lộn xộn, hoặc một lớp bọt khí lớn ở trong trầm tích Sự tắt tín hiệu âm kết hợp với lớp vỏ vụn thì biến đôi mạnh dọc theo lớp và không liên quan đến bất kỳ sự thay đổi nào về trạng thái của lớp phản xạ nằm dưới do vận tốc truyền xuống Trong khi các mảnh vở vỏ gây ra sự phân tán của xung địa chấn và đưa tiếng ồn vào những tín hiệu ghi nhận được Nó hiếm khi làm mờ đi những lớp phản xạ nằm dưới một cách hoàn toàn giống như việc tắt tín hiệu âm Vì vậy trong hầu hết các trường hợp việc tắt tín hiệu rộng trên các mặt cắt có vẻ có liên quan đến các bọt khí trong cột trầm tích

Nguồn khí trong trầm tích Holocen là do sự phân hủy sinh học của vật liệu thực vật tự nhiên đã có trong trầm tích Hầu hết trầm tích biển nông đều chứa cacbon hữu cơ và trầm tích Holocen ở cửa sông trong vùng nhiệt đới có thể chửa 0.5% tổng hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC) Vi khuẩn ớ trầm tích đáy biển

có thế phân hủy những vật chất hữu cơ đế tạo thành metan và các loại khí khác Khí này bị hòa tan trong nước lồ hống cho đến khi bão hòa khi đó khí tự do sẽ tạo thành những bọt khí mà có thể sau đó sẽ thoát ra vào trong những cột nước

Sự bảo tồn khí trong trầm tích phụ thuộc vào ti lệ phân hủy của vật chất hữu cơ

nhưng có thế chi quan sát được ngay tức thời trên các mẫu khôi phục ơ phía trên mực nước.

Hiện (ương nhiễu ảm hoc dò bòt khí trong trám tích gần đáy biển

J I

Hình 2.14 Trường sóng “trắng” trong trầm tích Holocen trên mặt cắt boomer ở

Hông Kông Kêt thúc đột ngột của trường sóng “trắng” ở lân cận có thệ do sự

thoát khí theo phương thăng đứng qua đáy biên

Nước và trầm tích đã bị bão hòa có thể chịu nén và truyền đi nhừng sóng

âm nén với sự suy giảm đôi chút Khí, tuy có thê bị nén, và khi mà sóng âm tác động đến bọt khí, nó hấp thụ một số năng lượng bằng cách nén chúng Điều này làm suy giảm năng lượng đi xuống qua cột trầm tích làm giảm khả năng thảm nháp của tín hiệu âm Bởi vì các bọt khí di chuyên một cách linh hoạt chúng tiêp tục cộng hưởng và phát ra năng lượng sóng âm sau khi sự nén ban đầu Sự cộng hương này tạo ra nhiễu mà vần còn tồn tại sau khi nén ban đầu của bọt khí và biếu hiện trên mặt cắt địa chấn như là nhiễu không liên tục bên dưới tầng giàu khí Nhiễu này làm che đi vật phản xạ bên dưới lớp trầm tích giàu bọt khí

Sự thay đổi hệ thống địa chấn từ Pinger đến Boomer hoặc Parker, mà đưa

ra một sự thay đổi tần số trội và độ mạnh của tín hiệu âm, thường tạo ra sự thay đôi nhỏ trong sự xâm nhập tầng khí Kích thước và sự tập trung của những bọt khí trong trầm tích tất yếu gây ra sự tắt tín hiệu âm vẫn chưa được hiểu biết rõ

Việc tắt tín hiệu âm được mô tả ở trên thường liên quan với sự hình thành khí sinh học trong những trầm tích Holocen Khí được sinh ra dưới sâu do quá trình sinh nhiệt có thê đạt đến đáy biển thông qua các trầm tích xốp hoặc dọc theo các đứt gãy và có thể sinh ra lớp phủ khí trong cả trầm tích Holocen và Ple stocen Khí này có thể tạo thành bẫy trong những tập ọ nơi mà áp lực của nó

đă ihoát ra khỏi nước lỗ hổng Những lớp giàu khí mỏng, dày một vài mét, hiếm