Nghiên cứu áp dụng phương pháp biến đổi trường trong miền tần số thực hiện việc biến đổi trường trọng lực khu vực bể trầm tích sông hồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- PHẠM THỊ THANH HOA NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRONG MIỀN TẦN SỐ THỰC HIỆN VIỆC BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG L

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM THỊ THANH HOA

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRONG MIỀN TẦN SỐ THỰC HIỆN VIỆC BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG LỰC KHU VỰC BỂ TRẦM TÍCH SÔNG HỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM THỊ THANH HOA

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRONG MIỀN TẦN SỐ THỰC HIỆN VIỆC BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG LỰC KHU VỰC BỂ TRẦM TÍCH SÔNG HỒNG

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu

Mã số: 60440111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Đỗ Đức Thanh

Hà Nội - 2015

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG LỰC 2 1.1 NHỮNG NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG LỰC 2 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG 3

1.2.1 Phương pháp trung bình hoá 3

1.2.2 Phương pháp tiếp tục giải tích trường Error! Bookmark not defined

1.2.3 Phương pháp tính đạo hàm bậc cao Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ KẾT QUẢ BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG

LỰC KHU VỰC BỂ TRẦM TÍCH SÔNG HỒNG Error! Bookmark not defined

2.1 NGUỒN SỐ LIỆU SỬ DỤNG 15 2.2 SƠ LƯỢC VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT - KIẾN TẠO KHU VỰC BỂ TRẦM

TÍCH SÔNG HỒNG Error! Bookmark not defined 2.3 ĐẶC ĐIỂM DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC ………

Error! Bookmark not defined

2.4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cách chọn các bán kính của palet 5 Hình 1.2 Đánh giá hàm điều hoà tại một điểm bất kỳ trong vùng R 7

Hình 2.1 Bản đồ dị thường Phai khu vực Biển Đông và kế cậnError! Bookmark

not defined

Hình 2.2 Bản đồ dị thường Bughe khu vực Biển Đông và kế cậnError! Bookmark

not defined

Hình 2.3 Bản đồ dị thường Bughe khu vực bể trầm tích Sông Hồng và kế cận

Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Kết quả hạ trường xuống độ sâu 1km Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Kết quả hạ trường xuống độ sâu 2 km Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần ở mức z = 0Error! Bookmark not

defined

Hình 2.7 Kết quả nâng trường lên độ cao 5 km Error! Bookmark not defined

Hình 2.8 Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khi nâng trường lên độ cao 5 km

Error! Bookmark not defined Hình 2.9 Kết quả nâng trường lên độ cao 10 km Error! Bookmark not defined

Hình 2.10 Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khi nâng trường lên độ cao 10 km

Error! Bookmark not defined Hình 2.11 Kết quả nâng trường lên độ cao 15 km Error! Bookmark not defined.7

Hình 2.12 Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khinâng trường lên độ cao 15 km

Error! Bookmark not defined Hình 2.13 Kết quả nâng trường lên độ cao 20 km Error! Bookmark not defined

Hình 2.14 Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khinâng trường lên độ cao 20 km

Error! Bookmark not defined

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học khoa học tự nhiên em đã nhận được sự tận tình dạy dỗ, chỉ bảo của các thầy cô trong khoa Vật Lý nói riêng

và các thầy cô trong trường nói chung Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy

cô giáo đã dạy em trong thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Vật Lý Địa Cầu

đã trang bị cho em những kiến thức cơ bản trong thời gian học tập tại trường Và

đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Đức Thanh, người đã trực

tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn này

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình và các bạn đã quan tâm động viên và giúp đỡ em trong quá trình học tập và trong thời gian làm luận văn

Em mong nhận được sự quan tâm và góp ý của thầy cô và các bạn về luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

Học viên Phạm Thị Thanh Hoa

1

MỞ ĐẦU

Thăm dò trọng lực là phương pháp địa vật lý nghiên cứu sự phân bố trường trọng lực trên mặt đất để nghiên cứu cấu trúc bên trong của quả đất, cấu trúc vỏ của quả đất, tìm kiếm thăm dò khoáng sản và giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác nhau

Trường trọng lực quan sát được là tổng hợp nhiều nguồn trường của các đối tượng địa chất khác nhau vì thế đặc điểm của chúng rất phức tạp và đa dạng Để xác định dị thường trọng lực liên quan tới đối tượng cần nghiên cứu thì một nhiệm vụ quan trọng là phải áp dụng các thuật toán để phân chia trường trọng lực thành các trường thành phần (trường khu vực, trường địa phương…), tách biệt các trường liên quan đến các đối tượng cụ thể (nâng và hạ trường, trung bình trường, gradien chuẩn hoá) và nhận dạng trường…

Trong luận văn này, tôi áp dụng phương pháp biến trường trọng lực trong miền tần số để thực hiện việc biến đổi trường bao gồm việc nâng, hạ trường ở các mức khác nhau Đồng thời thực hiện việc tính đạo hàm bậc cao theo phương nằm ngang của thế trọng lực ở các độ cao khác nhau cũng được thực hiện nhằm xác định

vị trí của các đứt gãy sâu trong khu vực bể trầm tích Sông Hồng thuộc phạm vi thềm lục địa Việt nam

Luận văn được chia làm 2 chương sau:

Chương 1: Các phương pháp biến đổi trường trọng lực

Chương 2: Cơ sở dữ liệu và kết quả biến đổi trường trọng lực khu vực bể trầm tích Sông Hồng

2

CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG LỰC

1.1 NHỮNG NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG TRỌNG LỰC

Các dị thường trọng lực quan sát được, phản ánh toàn bộ các yếu tố địa chất Trong trường tổng cộng, mỗi một yếu tố địa chất đều có đóng góp một phần nhất định Trong khi giải quyết các nhiệm vụ địa chất cụ thể, từ trường tổng người ta phải tách ra được các phần trường riêng biệt có liên hệ trực tiếp đến đối tượng cần nghiên cứu Muốn vậy người ta phải tiến hành biến đổi trường quan sát được nhằm nhấn mạnh phần trường cần thiết và làm yếu đi các phần trường khác

Các phương pháp biến đổi trường dị thường trọng lực có nhiều điểm chung với quá trình lọc nhiễu trong lý thuyết thông tin, mặc dù chúng có những đặc điểm riêng của mình

Phần cơ bản của phép biến đổi trường trọng lực bao gồm việc tách trường quan sát ra thành các thành phần tương ứng với các đối tượng địa chất nằm ở các độ sâu khác nhau

Các phép biến đổi trường chỉ nhấn mạnh phần này và làm yếu phần khác các thành phần có các đặc điểm khác nhau nằm trong trường tổng

Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính trong dị thường trọng lực [1, 2] Phụ thuộc vào phép biến đổi mà hàm sau khi được biến đổi có thể là hàm thứ nguyên của hàm xuất phát (nhưng thuộc về mức khác) hoặc là các đạo hàm của hàm xuất phát Các đạo hàm này có thể thuộc mức xuất phát Các hàm đã được biến đổi đôi khi có thứ nguyên là tích của hàm xuất phát với toạ độ Tất cả các phép biến đổi trường trọng lực cũng như phương pháp lọc nhiễu trong lý thuyết thông tin về mặt toán học được biểu diễn dưới dạng tích phân chập:

- Trong trường hợp bài toán ba chiều:

V bđ (x 0, y 0 ,z 0 )=V xp(,,0)K(x0 ,y0 ,z0)dd (1.1)

- Trong trường hợp bài toán hai chiều:

3

V bđ (x 0 ,y 0 )= V xp(, 0 )K(x0 ,z0)d (1.2)

trong đó V bđ (x 0 ,y 0 ,z 0 ) và V bđ (x 0 ,z 0 ) là các tham số đã được biến đổi, còn

V xp(,,0) và V xp(,0) là các hàm xuất phát (trường tổng), K( x0 ,y0 ,z0) và

K(x,z0) là các nhân biến đổi Các nhân biến đổi nhiều khi còn được gọi là các

hàm trọng số Các hàm này gọi là các hàm tuyến tính nên tất cả các biến đổi tương

ứng được gọi là các biến đổi tuyến tính

Bằng cách qui ước người ta có thể chia các phép biến đổi trường ra thành ba

nhóm lớn:

- Trung bình hoá

- Tiếp tục giải tích các dị thường trọng lực như là các hàm điều hoà

- Tính các đạo hàm bậc cao của thế trọng lực

Ta sẽ lần lượt xét đến các nhóm phương pháp này

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƯỜNG

1.2.1 Phương pháp trung bình hoá [2]

Việc phân chia các dị thường trọng lực ra thành các thành phần khu vực và

địa phương nhờ phương pháp trung bình hoá được sử dụng rộng rãi trong thực tế

Bản chất của phương pháp trung bình hoá như sau: Xem trường trọng lực quan sát

được gồm hai thành phần, thành phần khu vực V r và thành phần địa phương V l

V=V r +V l (1.3)

Lấy trung bình thường quan sát được trong phạm vi của vòng tròn bán kính

R Giá trị trung bình đó được biểu diễn bằng tích phân sau:

 





d dr r

V R V

R





2

0 0

2 ( , ,0)

1 0 , 0 , 0 ( (1.4) Đối chiếu các công thức tổng quát (1.1) ta thấy rằng trong trường hợp này:

V bđ (x 0 ,y 0 ,z 0 )= V( 0 , 0 , 0 )

Còn V xp((,,0)V(r,,0)

0

0 , ) 1 / 2



dd rdrd

4

Người ta chọn bán kính R sao cho nó lớn hơn nhiều so với các kích thước

của các dị thường địa phương và nhỏ hơn nhiều so với kích thước của dị thường khu vực Khi điều kiện đó được thoả mãn thành phần khu vực được tách ra từ trường quan sát và các dị thường địa phương (dương và âm) bù trừ lẫn nhau, còn các thành phần khu vực lại ít bị thay đổi Kết quả là V V r Trường hợp đặc biệt nếu trường khu vực thay đổi theo quy luật tuyến tính thì nó hoàn toàn không bị thay đổi sau phép trung bình, tức là:

V(0,0,0)V r(0,0,0)

Sau khi xác định được trường khu vực V r , trường dị thường địa phương được tính theo công thức:

V l = V- V (1.5)

Để làm sáng tỏ ý nghĩa vật lý của dị thường đã được trung bình hoá người ta đưa vào khái niệm mức độ trung bình hoá Đó là tỷ số giữa trường đã được trung bình hoá với trường xuất phát

V

V



 (1.6) Mức độ trung bình hoá đồng thời đặc trưng cho mức độ chính xác của việc tách trường địa phương

Giả sử trường dị thường V z do hình cầu có khối lượng M nằm ở độ sâu h gây

ra 2 2 3 / 2

) /(

) 0 , ,

V Z    (1.7)

Ta hãy tìm giá trị trung bình V z trong phạm vi vòng tròn bán kính R với tâm

trùng với hình chiếu của tâm quả cầu trên mặt đất

      



2

0 0

2 2 2

2 / 3 2 2

) 0 , 0

,

0

(

R

z

h R

h R

kM h

r

rdrd R

kMh

V (1.8) Đặt 2 

/ R

M Lúc đó công thức (1.7) tương tự với công thức của lực hấp dẫn của đĩa vật chất tròn với mật độ mặt  nằm ở độ sâu h có khối lượng bằng khối lượng của quả cầu M và bán kính bằng bán kính của vòng tròn lấy trung bình gây ra Như vậy là phương pháp trung bình hóa dị thường V z của chất điểm nằm ở

5

độ sâu h trong vòng tròn bán kính R tương đương với việc phân phối lại khối đó

thành đĩa vật chất nằm ở cùng độ sâu có bán kính bằng bán kính trung bình hoá

















































2

2 2

2 2 2

1

1 1

: 1

2 ) 0 , 0 , 0 (

) 0 , 0 , 0 (

h

R h

kM h

R

h R

kM V

V

z

z

 (1.9)

gọi R/h=R h , từ công thức (1.8) ta có























2 2

1

1 1 2

h

R

 (1.10)

Từ công thức (1.9) ta có thể chọn được bán kính trung bình hoá khi cho trước

mức độ chính xác xác định dị thường địa phương và khi biết trước độ sâu h

Hình 1.1a Hình 1.1b

Hình 1.1 Cách chọn các bán kính của palet

Trong thực tế phần lớn bán kính trung bình hóa được chọn bằng phương pháp thực nghiệm theo cách lấy trung bình trường trọng lực cho trước Muốn vậy tại một số điểm khác nhau của trường ta áp dụng phương pháp trung bình hoá với các bán kính trung bình khác nhau Tiếp theo người ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa trường đã được trung bình hoá và bán kính trung bình Theo đồ thị người

ta chọn các bán kính trung bình hoá tối ưu ( H1.1.a.b.)

Trong trường hợp (a) bán kính tối ưu tương ứng với điểm mà bắt đầu từ đó

trường được trung bình hoá bắt đầu không thay đổi khi R thay đổi, còn trong trường

hợp (b) bán kính tối ưu tương ứng với điểm uốn của đường cong

Ngoài vòng tròn, trong phương pháp trung bình hoá người ta còn lấy các hình khác nhau để làm miền trung bình Đặc biệt trong thực tế người ta dùng miền

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Tôn Tích Ái (2003), Trọng lực và thăm dò trọng lực, NXB Đại học quốc gia

Hà Nội

2 Đỗ Đức Thanh (2006), Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu từ và trọng lực,

NXB ĐHQG Hà Nội

3 Nguyễn Như Trung (2014), “Xác định độ sâu móng trầm tích khu vực bể Bắc Bộ

theo phân tích ngược trực tiếp 3D số liệu trọng lực vệ tinh”, Tạp chí các khoa

học về trái đất, 36 (3CD), tr.315-320

4 V.M Nikiforov, Phùng Văn Phách, R.G Kulinich, V.V Khakhinov,

I.V Dmitriev, G.N Skabarnya, M.G Valitov, Hoàng Văn Vượng, Lê Đức Anh, Nguyễn Văn Điệp, Trần Văn Khá (2014), “Một số kết quả thử nghiệm phương

pháp từ telua nghiên cứu vỏ Trái Đất khu vực Bắc vịnh Bắc Bộ”, Tạp chí các

khoa học về trái đất, 36 (3CD), tr.306-314

5 Hoàng Văn Vượng, Trần Văn Khá, Đào Thị Hà, Nguyễn Kim Dũng (2014), “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và mật độ trung bình đất đá trầm tích khu vực trũng sâu Biển Đông - Quần đảo Trường Sa và kế cận theo tài liệu địa vật lý”,

Tạp chí các khoa học về trái đất, 36 (3CD), tr.321-328

6 Đoàn Văn Tuyến và nnk (1999), “Đặc điểm cấu trúc sâu đới Sông Hồng trên khu vực tây bắc vùng trũng Hà Nội theo kết quả phân tích tài liệu từ - telur”,

Tạp chí các khoa học về Trái Đất, 21(1), tr 31-35

Tiếng Anh

7 Richard J.Brackeyly (1992), Potential theory in gravity and magnetic

application, Cambridge University Press