Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đứt gãy sông Hồng khu vực Sơn Tây bằng phương pháp đo sâu từ Telua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐÀO VĂN QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG KHU VỰC

SƠN TÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐÀO VĂN QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG KHU VỰC

SƠN TÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu

Mã số: 8440130.06

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. LÊ HUY MINH

PGS. TS. ĐỖ ĐỨC THANH

Hà Nội - 2019

LỜI CẢM ƠN

Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn tới Bộ môn Vật lý Địa cầu, khoa Vật lý,

trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội; Phòng Địa từ, Viện Vật lý Địa cầu đã

tạo mọi điều kiện thuận lợi để học viên hoàn thành Luận văn. Luận văn được hỗ trợ

về số liệu từ Đề tài Hỗ trợ nghiên cứu viên cao cấp 2019 của TS. Võ Thanh Sơn.

Học viên xin gửi lời tưởng nhớ tới Tiến Sĩ Võ Thanh Sơn – Nguyên trưởng

phòng Địa từ - Viện Vật lý Địa cầu, tạ thế ngày 6/6/2019. TS Võ Thanh Sơn là

người thầy, người đồng nghiệp, là người được giao phân công hướng dẫn đầu tiên

cho học viên, cũng là người giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần, giúp học viên làm

quen với phương pháp đo sâu từ telua từ những ngày mới công tác tại Viện Vật lý

Địa cầu. Qua đây, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới người quá cố, và một

lần nữa gửi lời chia buồn sâu sắc cùng gia đình vì sự mất mát to lớn này.

Học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn TS. Đỗ Đức

Thanh và nhất là TS. Lê Huy Minh đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo trong suốt quá

trình học viên thực hiện luận văn.

Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành, biết ơn tới gia đình, thầy

cô giáo, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ học viên trong suốt quá trình học

tập và hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2019

Học viên

Đào Văn Quyền

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA .................... 4

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .............................................................. 4

1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...................................................................... 4

1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................................... 5

1.2. Cơ sở phương pháp ................................................................................................. 9

1.2.1. Nguồn gốc trường từ - telua (MT) ..................................................................... 9

1.2.2. Giả thiết của Cagniard và định nghĩa điện trở suất biểu kiến MT .................... 10

1.2.3. Cấu trúc không phân lớp: Trường hợp cấu trúc hai chiều 2D........................... 14

1.2.3.1. Các trở kháng tenxơ ................................................................................. 16

1.2.3.2. Sự quay trục đo để tìm kiếm các hướng chính .......................................... 18

1.2.4. Độ sâu thâm nhập ........................................................................................... 20

1.2.5. Cơ sở địa điện của phương pháp đo sâu từ telua .............................................. 21

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐỨT GÃY KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC THU THẬP SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ TELUA ............................................................... 24

2.1. Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu ................................................................... 24

2.2. Công tác thu thập số liệu đo sâu từ telua ................................................................ 32

2.2.1. Bộ thiết bị đo sâu từ telua MTU-5A và phần mềm đi kèm ............................... 32

2.2.2. Công tác thực địa bố trí điểm đo ..................................................................... 35

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ TELUA .......................................................................................................................... 40

3.1. Xử lý số liệu thu thập ............................................................................................ 40

3.2. Nghịch đảo 1D ...................................................................................................... 49

3.2.1. Cơ sở phép nghịch đảo 1D bằng phương pháp Occam .................................... 49

3.2.2. Kết quả nghịch đảo ......................................................................................... 51

3.3. Nghịch đảo 2D ...................................................................................................... 53

3.3.1. Cơ sở phương pháp minh giải số liệu 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh ... 53

3.3.2. Kết quả minh giải ........................................................................................... 60

KẾT LUẬN .................................................................................................................... 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 67

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Phổ của trường từ Trái Đất ................................................................................. 9

Hình 1.2. Các kiểu phân cực ............................................................................................ 16

Hình 1.3. Sự định hướng của các trục: X và Y là các trục đo ........................................... 17

Hình 1.4. Sự quay các trục X và Y................................................................................... 18

Hình 1.5. Độ sâu thâm nhập sóng điện từ phụ thuộc vào chu kỳ và điện trở suất .............. 21

Hình 1.6. Điện trở suất của đất đá và khoáng vật ............................................................. 22

Hình 1.7. Dải điện trở suất của các vật liệu ...................................................................... 23

Hình 2.1. Sơ đồ các đứt gãy chính ở Việt Nam ................................................................ 24

Hình 2.2. Sơ đồ Đới Đứt gãy sông Hồng đoạn Lào Cai – Ninh Bình ................................ 25

Hình 2.3. Kiến trúc đới đứt gãy sông Hồng – sông Chảy đoạn Lào Cai – Việt Trì ............ 31

Hình 2.4. Thiết bị đo sâu từ telua V5 system 2000 MTU/MTU-5A .................................. 33

Hình 2.5. Giao diện phần mềm WinTabEd ...................................................................... 34

Hình 2.6. Giao diện thông tin thời gian thực từ WinHost tại điểm đo Sơn Tây ................. 34

Hình 2.7. Giao diện phần mềm SSMT 2000..................................................................... 35

Hình 2.8. Sơ đồ vị trí các điểm đo sâu từ telua đứt gãy sông Hồng................................... 37

Hình 2.9. Bố trí các đầu đo từ và các điện cực tại điểm đo sâu từ telua ............................ 39

Hình 3.1. File chứa số liệu thu thập được ......................................................................... 40

Hình 3.2. Chương trình chạy xử lý số liệu SSMT2000 ..................................................... 41

Hình 3.3. Màn hình hiển thị phần mềm MTeditor ............................................................ 42

Hình 3.4a. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST01 ..................................................... 43

Hình 3.4b. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST02 ..................................................... 43

Hình 3.4c. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST03 ..................................................... 44

Hình 3.4d. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST04 ..................................................... 44

Hình 3.4e. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST05 ..................................................... 45

Hình 3.4f. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH06 ..................................................... 45

Hình 3.4g. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH07..................................................... 46

Hình 3.4h. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH08..................................................... 46

Hình 3.4i. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH09 ..................................................... 47

Hình 3.5. Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần xy quan sát .............................. 48

Hình 3.6. Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần yx quan sát .............................. 48

Hình 3.7. Kết quả nghịch đảo 1D thành phần yx bằng phương pháp nghịch đảo Occam .. 52

Hình 3.8. Mô hình ban đầu xuất phát từ quá trình nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm

dư nhanh, các dấu thập là lưới điểm tính toán. ................................................................. 61

Hình 3.9. Độ lệch bình phương trung bình giữa thành phần điện trở suất yx quan sát và

tính toán từ mô hình nghịch đảo 2D ................................................................................. 62

Hình 3.10. Đường cong yx quan sát (các hình thoi) và tính toán lại từ mô hình 2D (các dấu

chữ thập) tại điểm sh08 ................................................................................................... 63

Hình 3.11. Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần yx tính toán lại từ mô hình

nghịch đảo 2D ................................................................................................................. 63

Hình 3.12. Mặt cắt địa điện theo kết quả nghịch đảo 2D thành phần yx thu được trên tuyến

cắt ngang đới đứt gãy sông Hồng ..................................................................................... 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Tọa độ các điểm đo sâu từ telua.................................................................38

CÁC TỪ VIẾT TẮT

AMT: Audio Magnetotelluric)

CNPC: Tập đoàn dầu khí quốc gia Trung Quốc

ĐĐGSH: Đới đứt gãy sông Hồng

ĐGSH: Đứt gãy sông Hồng

E-W: East – West

GPS: Global positioning system

GSIJ: Viện khảo sát Địa lý Nhật Bản

MT: Magnetotelluaric

N-S: North – South

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân, việc nghiên cứu

địa chất ở nước ta ngày càng đặt ra nhiệm vụ phong phú và phức tạp, không chỉ trên

đất liền mà cả trên vùng biển rộng lớn. Để giải quyết tốt các nhiệm vụ đặt ra, cần áp

dụng có hiệu quả các thành tựu mới của khoa học công nghệ, trong đó có các

phương pháp địa vật lý.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ chế tạo máy

(thiết bị ghi số, máy có độ ổn định và độ chính xác cao…), cùng sự tiến bộ nhảy vọt

của công nghệ tin học và xử lý số liệu (rời rạc hóa tín hiệu, tự động hóa quá trình xử

lý trên máy tính…) đã cho phép các phương pháp địa vật lý có những bước tiến

mạnh mẽ. Ngày nay, ngành địa vật lý không chỉ nghiên cứu hình thái cấu trúc địa

chất (xác định các mặt ranh giới, các lát cắt, đứt gãy, đo vẽ bản đồ….) mà còn có

khả năng xác định bản chất môi trường (liên kết địa tầng, xác định thành phần thạch

học, tướng đá….). Ưu điểm của các phương pháp địa vật lý là có thể thu nhận thông

tin về trường địa vật lý bằng các thiết bị hiện đại một cách nhanh chóng, có thể phát

hiện và làm sáng tỏa các đối tượng nằm ẩn sâu trong lòng đất dưới lớp phủ dày mà

trong những điều kiện phức tạp không thể nghiên cứu trực tiếp được; giảm giá

thành chi phí…

Ở nước ta, sử dụng phương pháp địa vật lý để giải quyết các nhiệm vụ địa

chất được tiến hành từ nhiều năm trước và đã có những thành tựu đáng kể trong

việc giải quyết các nhiệm vụ địa chất như đo vẽ bản đồ địa chất ở các tỷ lệ khác

nhau, nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ trái đất, tìm kiếm khoáng sản (than, sắt, đồng,

thiếc, chì, kẽm, vàng, kim loại quí hiếm….), tìm kiếm dầu khí vùng thềm lục địa

rộng lớn, tìm kiếm nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt và bảo vệ nguồn nước,

giải quyết nhiệm vụ địa chất công trình xây dựng trên mặt và công trình ngầm…

Phương pháp đo sâu từ telua (Magnetotelluaric - MT) cho phép xác định cấu

trúc độ dẫn của đất đá vỏ Trái Đất dựa trên việc đo đạc hai thành phần điện telua và

các thành phần từ Trái Đất vuông góc với nhau một cách tương ứng. Đây là phương

pháp có hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc địa chất phức tạp, nó dễ dàng phát hiện ra

các đới điện trở suất thấp ứng với vùng đất đá bị dập vỡ. Tại các vị trí có đứt gãy,

nhiều quá trình vật lý phức tạp có thể diễn ra: Quá trình biến chất có sự khử nước

của các khoáng vật làm tăng chất lỏng lưu thông tự do trong đới đứt gãy, sự nóng

chảy từng phần, sự đóng kín của một vùng đứt gãy hoạt động làm tăng dần áp suất

chất lỏng cho tới khi áp suất này vượt quá một giới hạn nhất định thì sẽ xảy ra động

đất...Như thế chất lỏng là một yếu tố quan trọng trong các vùng đứt gãy nhất là ở

các vùng đứt gãy hoạt động và chất lỏng cũng đóng vai trò quan trọng trong quá

trình phá hủy ở vùng chấn tiêu động đất. Do sự tồn tại của chất lỏng trong đới đứt

gãy hoạt động nên điện trở suất của đất đá giảm đi khá nhiều so với đất đá xung

quanh, như vậy điện trở suất của đất đá mang thông tin về trạng thái vật chất trong

vỏ Trái Đất ở khu vực nghiên cứu.

Năm 2016, Phòng Địa từ - Viện Vật lý Địa cầu được cấp kinh phí để mua 2

máy đo từ telua MTU-5A của công ty Phoenix – Canada, đây là thiết bị đo sâu từ

telua hiện đại nhất hiện nay. Máy có khả năng đo AMT (Audio Magnetotelluric) dải

tần số từ 1000 Hz tới 10000 Hz và đo MT (Magnetotelluric) dải tần số từ 400 Hz tới

0.0000129 Hz. Năm 2019, trong chương trình hỗ trợ hoạt động nghiên cứu khoa

học cho nghiên cứu viên cao cấp, phòng chuyên môn chúng tôi có sử dụng thiết bị

để thu thập số liệu từ telua tại đứt gãy sông Hồng.

Đới đứt gãy sông Hồng - ranh giới phân chia vùng kiến tạo Đông Bắc Việt

Nam và vùng kiến tạo Tây Bắc Việt Nam - là đới đứt gãy quan trọng bậc nhất cả về

mặt địa chất kiến tạo và vấn đề sinh khoáng ở miền Bắc nước ta. Vấn đề về địa chất,

địa vật lý của đới đứt gãy này đã được rất nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài

nước quan tâm. Với thiết bị MTU-5A của Hãng Phoenix Canada sản xuất chúng tôi

đã tiến hành đo 9 điểm đo sâu từ telua theo một tuyến cắt qua đới đứt gãy sông

Hồng thuộc địa phận Sơn Tây - Hà Nội. Trong khuôn khổ của luận văn tác giả thực

hiện: “Nghiên cứu đứt gãy sông Hồng khu vực Sơn Tây bằng phương pháp đo sâu

từ telua”, có sử dụng số liệu từ chương trình hỗ trợ nghiên cứu trên. Phương pháp

đo sâu từ telua được trình bày và áp dụng trong luận văn này.

Cấu trúc của luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung của luận văn

được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về phương pháp đo sâu từ Telua.

Chương 2: Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu và công tác thu thập số liệu

đo sâu từ telua.

Chương 3: Phương pháp và kết quả xử lý số liệu đo sâu từ telua.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới việc tìm hiểu mối liên hệ giữa mặt cắt cấu trúc địa điện theo số

liệu từ telua và phân bố chấn tiêu động đất ở những vùng hoạt động động đất nhằm

làm sáng tỏ bản chất của các quá trình vật lý trong vùng nguồn động đất được sự

quan tâm rất rộng rãi của cộng đồng các nhà khoa học [14,15,23,26]. Việc sử dụng

phương pháp đo sâu từ telua để nghiên cứu cấu trúc sâu ở vùng Himalaya và cao

nguyên Tây Tạng đã cho những kết quả rất tốt. Lớp điện trở suất thấp ở phần vỏ

giữa của vùng này được cho là sự xuất hiện của chất lỏng có liên quan với quá trình

va chạm của mảng Ấn Độ và mảng Châu Á [32]. Kết quả đo sâu từ telua tại 2 vùng

Tây Bắc Hymalaya của Ấn Độ cũng phát hiện được lớp điện trở suất thấp ở độ sâu

từ 25 – 30 km, nó góp phần làm sáng tỏ thêm quá trình kiến tạo liên quan tới sự va

chạm của mảng Ấn Độ và mảng Châu Á [14]. Gần đây, tập đoàn dầu khí quốc gia

Trung Quốc (CNPC) và công ty Nord-West Ltd (Nga) đã sử dụng phương pháp MT

đo ghi hàng ngàn tuyến đo từ telua nhằm mục đích thăm dò và thành lập bản đồ

tiềm năng mỏ khí Hydrocacbon trên toàn cầu. Cũng dùng phương pháp này, công ty

Vale Canada Limited đã phát hiện được một mỏ Niken ở độ sâu 1750 m, hay vào

năm 1996 công ty Falconbridge Canada Limited cũng phát hiện được hai mỏ Ni-Cu

nằm ở độ sâu 800 m đến 1350 m.

Phương pháp đo sâu từ telua này cũng được áp dụng trong những nghiên cứu

dự đoán về thiên tai động đất. Những biến đổi tín hiệu MT có thể là khởi đầu của

các sự kiện địa chấn. Tại Nhật Bản, hệ thống giám sát MT tĩnh đã được lắp đặt từ

tháng 4/1996. Các tín hiệu MT tĩnh từ các trạm Wakuya, trạm Esashi của Viện

Khảo sát Địa lý Nhật Bản (GSIJ) được đo ghi liên tục và cung cấp miễn phí cho

cộng đồng khoa học thế giới cho phép nghiên cứu sâu thêm về sự tương tác giữa tín

hiệu từ telua và tín hiện địa chấn của hoạt động động đất.

1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta, việc nghiên cứu cấu trúc sâu bằng phương pháp đo sâu từ telua đã

được thực hiện trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Vật lý Địa cầu, Viện Địa chất,

trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội và Viện Vật lý Địa cầu Paris bắt đầu từ năm

1993 [2, 25] ở khu vực đới đứt gãy sông Hồng trên 4 tuyến Yên Bái - Tuyên Quang,

Nam Định - Hải Phòng, Thanh Sơn - Thái Nguyên và Lương Sơn - Bắc Ninh. Kết

quả đo đạc tuyến Nam Định - Hải Phòng đưa ra mặt cắt tương đối chi tiết về cấu

trúc địa điện của miền võng Hà Nội. Kết quả này khẳng định sự xuyên sâu ở phạm

vi thạch quyển của đứt gãy sông Hồng, đứt gãy sông Chảy và đứt gãy sông Lô. Kết

hợp với các tài liệu khoan, kết quả đo sâu từ telua tuyến Nam Định – Hải Phòng còn

cho phép xây dựng mặt cắt địa điện tương đối chi tiết của vùng miền võng, chỉ rõ

rằng độ sâu của móng đá trầm tích trước Paleogene thay đổi từ vài trăm met ở rìa

miền võng tới khoảng 5 km ở vùng giữa miền võng giữa đứt gãy Vĩnh Ninh và đứt

gãy sông Lô, thông tin này rất hữu ích với mục đích tìm kiếm dầu khí ở khu vực

miền võng Hà Nội. Các tuyến đo sâu từ telua Thanh Sơn - Thái Nguyên và Ba Vì -

Bắc Ninh đã được tiến hành để theo dõi sự thay đổi của cấu trúc địa điện và trạng

thái vật chất lớp vỏ Trái Đất và manti trên dọc đới đứt gãy sông Hồng từ Yên Bái

tới Nam Định [2]. Tuy nhiên các mặt cắt địa điện mà những tác giả đưa ra mới chỉ

dựa trên kết quả nghịch đảo 1D bằng phương pháp thử và lựa chọn; còn phương

pháp nghịch đảo 2D các tác giả chưa thực hiện.

Năm 2003, Viện Vật lý Địa cầu Paris đã viện trợ không hoàn lại cho Viện

Vật lý Địa cầu hệ thống thiết bị thăm dò từ telua Géo-Instrument. Nhờ hệ thống

thiết bị này việc nghiên cứu một cách tương đối chi tiết cấu trúc sâu đứt gãy Lai

Châu - Điện Biên khu vực lòng chảo Điện Biên đã được tiến hành trong khuôn khổ

đề tài độc lập cấp Nhà nước: “Phân vùng dự báo chi tiết động đất vùng Tây Bắc”.

TS. Lê Huy Minh cùng nnk đã đưa ra bức tranh cấu trúc địa điện tương đối chi tiết

cho thấy rằng ở vùng trung tâm lòng chảo tại độ sâu chỉ khoảng 5 km ở vị trí đứt

gãy Lai Châu - Điện Biên chạy qua, điện trở suất của đất đá chỉ xấp xỉ khoảng 1

.m [5]. Kết quả này cho phép khẳng định rằng đứt gãy Lai Châu - Điện Biên là

đứt gãy đang hoạt động, lòng chảo Điện Biên vẫn trong quá trình tách dãn; điện trở

suất thấp ở khu vực đứt gãy có thể có các nguyên nhân sau: Nhiệt từ dưới sâu dịch

chuyển lên theo đới đứt gãy có thể làm cho vật chất dưới lòng chảo bị chảy dẻo, các

quá trình biến chất giải phóng chất lỏng có thể tồn tại....

Việc nghiên cứu một cách chi tiết cấu trúc đới đứt gãy Sơn La và đới đứt gãy

sông Cả đã được tiến hành trong các năm 2006 và 2007 trong khuôn khổ đề tài cấp

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc sâu vùng

đứt gãy hoạt động (đứt gãy Sơn La và đứt gãy sông Cả) bằng phương pháp đo sâu

từ telua”. Tại khu vực đứt gãy Sơn La tồn tại lớp điện trở suất thấp dưới 10 .m

trong khoảng độ sâu 10 – 30 km; có một mối liên hệ chặt chẽ giữa độ sâu của các

chấn tâm động đất đã quan sát được và độ sâu lớp điện trở suất thấp trong mặt cắt

địa điện cắt ngang qua vùng đứt gãy hoạt động [4]. Như vậy có thể coi sự tồn tại

của đới điện trở suất thấp (khoảng 3 - 30 .m hoặc thấp hơn) trong các lớp vỏ Trái

Đất ở lân cận đứt gãy là dấu hiệu chỉ thị về mặt điện trở suất của một đứt gãy hoạt

động. Từ bề mặt tới độ sâu 30 km ở mặt cắt điện trở suất đứt gãy sông Cả ở vị trí

tuyến Đô Lương điện trở suất là tương đối cao, đoạn đứt gãy sông Cả khu vực tuyến

đo sâu từ telua Đô Lương chạy qua có thể có độ hoạt động địa chất kém. Đứt gãy

Đô Lương - Đức Thọ cũng là đứt gãy sâu xuyên vỏ; trên mặt cắt địa điện ở độ sâu

khoảng 14 km tồn tại đới điện trở suất thấp dưới 10 .m dọc theo đứt gãy, đứt gãy

Đô Lương - Đức Thọ là đứt gãy hoạt động. Cả hai trận động đất Đô Lương ngày

01/01/2005 và 12/01/2005 đều xảy ra trên đứt gãy Đô Lương - Đức Thọ.

Hai năm 2005 và 2006, trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước

“Nghiên cứu kiến tạo đứt gãy 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”, cấu trúc địa điện của

các đứt gãy Trung Hà - Hòa Bình và Chợ Bờ - Hòa Bình đã được nghiên cứu trong

đề tài nhánh “Nghiên cứu đứt gãy bằng phương pháp đo sâu từ telua”. Đối với

tuyến đo sâu từ telua cắt ngang qua hệ thống đứt gãy Trung Hà - Hòa Bình, mặc dù

không phát hiện được đứt gãy, nhưng ở đoạn cắt qua sông Đà có điện trở suất thấp

hơn hẳn so với phần phía Tây (thuộc tỉnh Phú Thọ) của tuyến. Tuyến đo sâu từ telua

cắt qua hệ thống đứt gãy Chợ Bờ - Hòa Bình biểu hiện khá rõ đới đứt gãy này. Đới

đứt gãy Chợ Bờ - Hòa Bình có điện trở suất không thấp và theo quan điểm của các

tác giả, đây là đới đứt gãy không hoạt động.

Từ năm 2007 đến 2009, trong khuôn khổ đề tài cấp Nhà Nước “Nghiên cứu

cấu trúc sâu thạch quyển miền Bắc Việt Nam bằng dò sâu địa chấn và từ telua

nhằm nâng cao độ tin cậy của các dự báo thiên tai địa chất” Võ Thanh Sơn và nnk

đã thực hiện đo sâu từ telua trên tuyến Hòa Bình - Thái Nguyên và tuyến Thanh

Hóa - Hòa Bình. Kết quả các mặt cắt điện trở suất của vỏ Trái Đất trên hai tuyến

này cho thấy sự biểu hiện khá rõ nét của các đứt gãy lớn như đứt gãy Mường La –

Bắc Yên, đứt gãy sông Hồng, đứt gãy sông Chảy, đứt gãy sông Lô, đứt gãy Sơn La

[6].

Trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước: “Nghiên cứu đánh giá độ

nguy hiểm động đất và sóng thần tại khu vực Ninh Thuận và lân cận phục vụ công

tác thẩm định địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân” thực hiện năm 2012-

2013, Võ Thanh Sơn và nnk đã tiến hành 2 tuyến đo sâu từ telua là tuyến Đà Lạt –

Phan Rang và tuyến Đức Trọng – Tuy Phong để nghiên cứu đứt gãy Nha Trang –

Tánh Linh. Đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh thể hiện khá rõ theo kết quả đo sâu từ

telua. Nhìn chung ở cả hai mặt cắt điện trở suất 2D tuyến Đà Lạt – Phan Rang và

tuyến Đức Trọng – Tuy Phong giá trị điện trở suất tương đối cao. Ở các đới dọc

theo đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh trên cả hai tuyến, giá trị điện trở suất thấp nhất

nằm trong khoảng từ 20 .m – 30 .m và nằm ở phần phía trên tới độ sâu khoảng 6

km – 7 km. Như vậy theo kết quả đo sâu từ telua trên hai tuyến Đà Lạt – Phan Rang

và Đức Trọng – Tuy Phong không có lớp vật chất ở trạng thái dẻo. Theo quan điểm

của tác giả, ở các đoạn đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh mà các tuyến đo sâu từ telua

cắt qua khó có khả năng phát sinh động đất [33].

Trong khuôn khổ đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2012 - 2014 của Tiến sĩ Võ Thanh Sơn: “Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái Đất khu

vực đới đứt gãy sông Mã bằng phương pháp thăm dò sâu từtelua”, tác giả cùng nnk

đã hoàn thành việc đo sâu từ telua trên ba tuyến thuộc địa phận của các tỉnh Sơn La,

Thanh Hóa, đó là các tuyến Sốp Cộp – sông Mã, tuyến Quan Sơn – Quan Hóa và

tuyến Như Xuân – Nông Cống để nghiên cứu đới đứt gãy sông Mã. Các kết quả

nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh xây dựng được mặt cắt điện trở

suất của vỏ Trái đất cho thấy sự biểu hiện của đứt gãy Sốp Cộp – Quan Sơn trên hai

tuyến Sốp Cộp – sông Mã và tuyến Quan Sơn – Quan Hóa. Đứt gãy sông Mã biểu

hiện trên cả ba tuyến đo: tuyến Sốp Cộp – sông Mã, tuyến Quan Sơn – Quan Hóa và

tuyến Như Xuân – Nông Cống. Đới điện trở suất thấp nằm dọc theo đứt gãy Sốp

Cộp – Quan Sơn, và đứt gãy sông Mã đoạn mà tuyến Quan Sơn – Quan Hóa cắt qua

có thể liên quan với hoạt động động đất. Đới điện trở suất thấp nằm dọc theo đứt

gãy sông Mã ở đoạn mà tuyến Như Xuân – Nông Cống cắt qua có thể liên quan với

các tai biến địa chất. Trong khu vực đã đo đạc, nhiều đặc điểm cấu trúc sâu đã được

làm sáng tỏ: hình thái và hướng phát triển của các đứt gãy sâu như đứt gãy sông

Chảy, đứt gãy Vĩnh Ninh..., hình thái cấu trúc kiểu lòng chảo của miền võng cũng

được làm sáng tỏ [11,12].

Năm 2015 trong đề tài độc lập cấp nhà nước: “Nghiên cứu tác động địa chấn

kiến tạo đến sự ổn định công trình thủy điện Sông Tranh 2 khu vực Bắc Trà My,

tỉnh Quảng Nam” do TS. Lê Huy Minh chủ nhiệm đề tài, TS. Võ Thanh Sơn cùng

nnk cũng đã nghiên cứu cấu trúc sâu đới đứt gãy Trà Bồng và đới đứt gãy Hưng

Nhượng – Tà Vi bằng phương pháp đo sâu từ telua. Các kết quả nghịch đảo 2D

bằng phương pháp giảm dư nhanh xây dựng được mặt cắt điện trở suất của vỏ Trái

đất cho thấy sự biểu hiện của đứt gãy Hưng Nhượng – Tà Vi và đứt gãy Trà Bồng

trên cả hai tuyến đo từ telua Nam Trà My – Bắc Trà My và Trà Bồng – Núi Thành.

Trên tuyến Nam Trà My – Bắc Trà My còn thể hiện đứt gẫy á vĩ tuyến nằm gần

Sông Tranh. Nghịch đảo 1D bằng phương pháp thử và lựa chọn cho thấy rằng trên

cả hai tuyến cấu trúc địa điện của vỏ Trái Đất có 3 lớp tiêu biểu, với lớp giữa có

điện trở suất cao hơn lớp trên và lớp dưới. Cấu trúc độ dẫn của vỏ Trái đất trên hai

tuyến từ telua nêu trên là kiểu cấu trúc vỏ Phanerozoi, cấu trúc vỏ tiêu biểu gặp

được ở nhiều nơi trên thế giới. Ngoài ra, phương pháp đo sâu từ telua âm tần cũng

được áp dụng trong quá trình khảo sát đánh giá địa chất bước đầu tại khu vực điện

hạt nhân ninh thuận trong các năm 2013. Các mặt cắt địa điện thu được trong vùng

nghiên cứu chỉ ra rằng lớp trầm tích Đệ Tứ (cát, á cát…) ở hầu hết các tuyến có độ dày

khoảng 5 - 10 m tới 40 - 50 m. Bên dưới lớp cát, phụ thuộc vào độ sâu là xâm nhập granit

nứt nẻ mạnh, trung bình, ít tới không nứt nẻ .

1.2. Cơ sở phương pháp

1.2.1. Nguồn gốc trường từ - telua (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 10 5 Hz đến các tần số

cao cỡ 10 4 Hz [28] (hình 1.1).

Trường MT tạo bởi các nguồn khác nhau tùy 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

Tần số (Hz)

hưởng bởi tương tác giữa dòng plasma Mặt Trời và trường từ của Trái Đất.

Hình 1.1. Phổ của trường từ Trái Đất

Phổ của các tín hiệu MT là liên tục (có đặc trưng ngẫu nhiên), nhưng đôi khi

có các đỉnh rất rõ rệt (đặc trưng điều hòa), ví dụ ở các tần số của các từ mạch động

(PC), hoặc ở các tần số của các biến thiên đều đặn. Chồng chất lên các tín hiệu tự

nhiên này có thể là các xung nhân tạo, 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. Sau này chúng ta sẽ xác định các đặc trưng

lựa chọn các tín hiệu MT tự nhiên tốt, vì đặc trưng ngẫu nhiên của chúng, nên

không dễ dàng phân biệt chúng với các nhiễu ngẫu nhiên. Trái lại, các tín hiệu nhân

tạo (50 Hz và các hài điều hòa của chúng) rất dễ dàng phân biệt do đặc trưng xác

định của chúng. 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. Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau các

tín hiệu nhân tạo không thỏa mãn các điều kiện để áp dụng phương pháp MT.

1.2.2. Giả thiết của Cagniard và định nghĩa điện trở suất biểu kiến MT

Tại một vị trí đã cho, trường từ Trái Đất và trường điện telua 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. Điều này trong một thời gian dài không giải

thích được, cho tới 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 telua, với sự tham gia của điện trở

của môi trường dưới đất [16].

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 telua đồng nhất, điều này giả thiết rằng nguồn kích thích

điện từ ở rất xa.

Từ các giả thiết này Cagniard đã đưa vào các cơ sở đầu tiên của một lý

thuyết mới thăm dò địa vật lý được gọi là phương pháp “Từ - telua” mà ngày nay tất

cả mọi người đều biết với ký hiệu MT.

Trước hết chúng ta coi môi trường dưới đất là đồng nhất đẳng hướng có điện

trở suất .

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

     E

 B

SI:

  t

  

  H J  

 D

(1.1a)

  t

(1.1b)

(1.1c)

 E là điện trường (V/m),

 B là cảm ứng từ (W m/

C m/

A m/

(1.1d)



   . D q    . B 0  H là trường từ (A/m),  J là mật độ dòng điện 

), , , q là mật độ hạt tích trong đó  D là cảm ứng điện 

điện (C).



Trong môi trường dẫn đồng nhất đẳng hướng, chúng ta có các mối liên hệ:

(1.2a)

 B  D

H   E 

 J

(1.2b)

 1 E 

(1.2c)

q = 0 (1.2d)

với  là độ điện thẩm (F/m),  là độ từ thẩm (H/m) và  là điện trở suất (  .m).

t (

i  1 ), các phương trình Maxwell trở thành:



Giả sử trường là điều hòa dạng xung  (f), với nhân tử thời gian e i

  

 H





  i E

(1.3a)

  i H    E  E 

(1.3b)

(1.3c)

   . E 0   . H 0  

(1.3d)

Từ (1.3a) và (1.3b) chúng ta có thể thu được hai mối liên hệ:



 E

 k E2





     



(1.4a)



và

 H

 k H2





     



(1.4b)

2

 

trong đó

 i 

(1.5)



k là hằng số truyền.

 F

 

     



    . F   



Bằng cách sử dụng đẳng thức vectơ và chú ý tới

(1.3c) hoặc (1.3d) chúng ta thu được các phương trình truyền sóng đồng nhất

2  



Helmholtz:



  2 k F

 F

 E

(1.6)

 H .

trong đó hoặc

Trong đất, điện trở suất  thay đổi từ cỡ 1.m tới 105 . m . Các tần số thường

sử dụng trong MT thay đổi giữa 10 3 Hz và 103 Hz . Trong (1.5) tỷ số giữa phần thực





. 910

/F m), tỷ số này thay đổi giữa 510 14

 và 510 13

phụ thuộc dòng dịch và phần ảo phụ thuộc vào dòng dẫn là . Lấy  là độ điện

, thẩm của không khí (0

điều đó cho phép bỏ qua dòng dịch so với dòng dẫn (giả thiết thứ nhất của



 i 2

 



Cagniard):

 i 

 

(1.7)

Bây giờ chúng ta xem giả thiết thứ hai của Cagniard trong trường hợp một

sóng điện từ phân cực phẳng, với điều kiện nguồn ở xa và truyền dọc theo trục Z

trong một nửa không gian đồng nhất đẳng hướng, do vậy mặt phẳng OXY là mặt

phẳng phân cực, trong hệ trục vuông góc, với trục thẳng đứng OZ hướng xuống

 F



F z F z

( ),



 ( ),0

dưới và mặt phẳng OXY là nằm ngang:

Kết quả là các phương trình (1.4) trở thành:



 0

F m

2 k F m

2  z 

(1.8)



ikz



và có lời giải:

F m

F e 0 m

(1.9)

với m=x hoặc y, Fm 0 là trường ở bề mặt Trái đất.



Từ các phương trình (1.3a) và (1.3b), chúng ta suy ra:

 k

(1.10a)

 

và

 k

(1.10b)

hoặc



  

  

  

   

  

  

(1.11)



  

với

E m H

(1.12)

(mx,y; ny,x và  là độ lệch pha giữa E m và H n   / 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 (1.12) chúng ta có thể





thu được:

T 2 

7 

4 10.



 Cho   

(1.13)





H/m:

102

T 8 

(1.14)

Với các đơn vị thực tế sử dụng trong MT:  tính bằng .m, T tính bằng s, E tính

 0 2

2 , T Z

bằng mV/km và H tính bằng nT, biểu diễn (1.14) trở thành:

(1.15)

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

Công thức này chỉ ra rằng có thể thu được điện trở suất của 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 (1.15) không

,  0 2

T Z

cho điện trở suất thực, mà cho điện trở suất biểu kiến a :

a

a biểu thị kiểu điện trở suất trung bình của môi trường đất đá bên dưới có dòng

(1.16)

telua chạy trong đó. Vì vậy thông số này có thứ nguyên của điện trở suất, được biểu

thị bằng .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 thường xuyên nó trong

a , vì biến thiên của nó ít được đề cập tới.

thăm dò MT. Bên cạnh a người ta cũng sử dụng sự lệch pha , như là bổ sung của

Khi cấu trúc của môi trường dưới đất là bất đồng nhất nhưng phân lớp

ngang, còn được gọi là cấu trúc 1 chiều (1D), tức là nó được tạo từ nhiều lớp nằm

ngang đồng nhất và đẳng hướng, điện trở suất a giữ đặc trưng bất biến như trường

hợp cấu trúc đồng nhất đẳng hướng. Nó chỉ phụ thuộc vào chu kỳ T, và đường cong

biến thiên phụ thuộc vào T được gọi là đường cong thăm dò MT, tạo nên cơ sở dữ

liệu trong việc sử dụng thực tế phương pháp 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.

1.2.3. Cấu trúc không phân lớp: Trường hợp cấu trúc hai chiều 2D

Những mối liên hệ vô hướng đã thảo luận ở phần trên không còn giá trị nữa

trong trường hợp tổng quát trong đó cấu trúc của môi trường đất đá là phức tạp và

không phân lớp. Trong trường hợp các cấu trúc 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 là phân cực M) (hình 1.2). Trong trường hợp thứ nhất,



0X và chúng ta có



 E H

 0. Chúng ta có thể thu được mối liên hệ giữa H y và Ex từ phương

điện trường E bị phân cực theo hướng cấu trúc

 

trình (1.3a) như sau:

1  i

E  x  z

(1.17)

 E H



 0 . Từ phương trình (1.3b) chúng ta thu được mối liên hệ giữa Ey

Trong trường hợp thứ hai, trường từ bị phân cực, và chúng ta có

1 





và H x như sau:

  

   

1  i

H  1    z

H   z

(1.18)

bằng cách bỏ qua dòng dịch.

Dựa vào các phương trình (1.10a) và (1.10b), chúng ta có thể định nghĩa hai



kiểu trở kháng ZTE và ZTH tương ứng với phân cực E và phân cực H:

Z H TE

 

(1.19a)

Z H TH

(1.19b)

trong đó X o và Yo là các trục phân cực (các hướng chính).

Hình 1.2. Các kiểu phân cực

a) Phân cực E; b) Phân cực H

Theo hai hướng chính của một cấu trúc 2D, chúng ta có hai trở kháng khác

nhau nhưng cùng kiểu vô hướng. Do đó theo công thức của Cagniard, chúng ta có

thể định nghĩa hai điện trở suất biểu kiến khác nhau tương ứng với hai phân cực E

và M:

 Phân cực E (trường điện song song với đường phương cấu trúc hay dòng

,  0 2

T Z

điện chạy song song với đường phương cấu trúc)

aTE

(1.20a)

2,0

 Phân cực H (dòng điện chạy vuông góc với đường phương cấu trúc)

 aTH

(1.20b)

1.2.3.1. Các trở kháng tenxơ

Giả sử , góc mà các trục đo đạc X, Y tạo với các trục phân cực X o và Yo

(hình 1.3):

Hình 1.3. Sự định hướng của các trục: X và Y là các trục đo,



cos





sin



X0 và Y0 là các trục phân cực

E x



sin





cos



(1.21a)

 H H

cos





sin



(1.21b)

 H H

sin





cos



(1.21c)

(1.21d)



 Z H Z H

Từ các phương trình (1.19) và (1.21), chúng ta suy ra:

E x



 Z H Z H

(1.22a)



2sin 

(1.22b)

 2

 

 



cos  2

(1.23a)

 2

 2

 

  

 

 

 

cos  2

(1.23b)

 2

 2

  

 

 

 

2sin 

(1.23c)

 2

 

 

(1.23d)

hoặc dưới dạng ma trận:

  

   

  

  

  

  

(1.24)

Trong trường hợp tổng quát của một cấu trúc 2D, chúng ta có mối liên hệ

tenxơ giữa các thành phần trường telua và các thành phần của trường từ, điều đó

dẫn tới sự tồn tại bốn impedance, được gọi là “trở kháng tenxơ”. Các trở kháng này

không còn bất biến như trong trường hợp các cấu trúc phân lớp, mà biến đổi theo

hướng trục đo.

1.2.3.2. Sự quay trục đo để tìm kiếm các hướng chính Chúng ta hãy quay các trục OX và OY một góc  theo hướng chiều kim

đồng hồ xung quanh điểm O đến OX’ và OY’ (hình 1.4). Trong hệ qui chiếu mới

này các thành phần của trường telua và của trường từ trở thành:

cos





sin

Hình 1.4. Sự quay các trục X và Y



E   x

E x

E y

sin





cos

(1.25a)



   y

E x

cos





sin

(1.25b)



H H   x x

sin





cos

(1.25c)



   y

H x

(1.25d)

Bằng cách tổ hợp các phương trình (1.22) và (1.25) chúng ta thu được:

E    xx x

Z H Z H    xy x

 y

(1.26a)

   yx y

Z H Z H    yy x

 y

(1.26b)



sin

 2





cos

với

  xx







 



(1.27a)

  2



1 2





cos

 2



sin

  xy







 



(1.27b)

  2



1 2





cos

 2



sin

  yx

Z xy

Z xx





 







(1.27c)

  2



1 2







sin

 2



cos

  yy

Z xx





 







(1.27d)

  2



1 2

Việc tìm kiếm các hướng chính là quay các trục đo cho tới khi trùng với các

trục phân cực X Yo trong trường hợp mà các trở kháng tenxơ đường chéo Z xx và

Z   yy

Z   yx

 xy

 xx

Z yy bằng không. Việc tìm kiếm này có thể được thực hiện bởi phương pháp giải tích bằng cách tính góc o để cho 

là là cực tiểu, hoặc 













 Z



 4 o





 Z Z

cực đại. Trong hai trường hợp chúng ta thu được:    Z Z (1.28)

Zxy

) và o(

Zyx

) o(

theo hai hướng chính và từ đó Biết o người ta có thể tính

suy ra hai điện trở suất biểu kiến tenxơ chính axy và ayx theo công thức của





, 0 2

T Z

Cagniard:



axy

  o

 xy





, 0 2

T Z

(1.29a)



ayx

  o

 yx

(1.29b)



Theo các công thức (1.27a) và (1.27d), người ta nhận thấy rằng:

Z     Z xx

(1.30a)



  xy

  yx

Z    xx

Z yy và    Z xy

yx vì vậy là bất biến. Kết quả là người ta có thể định nghĩa một

(1.30b)

thông số mới “SK” được gọi là độ lệch (skew):







(1.31)

Z    xx

yy bằng 0 theo (1.23a) và (1.23d). Kết quả là

Trong trường hợp cấu trúc 2D,

SK cũng bằng 0. Thực tế, thông số SK không chính xác bằng 0, và giá trị của nó chỉ

ra mức độ xấp xỉ một cấu trúc 2D.

1.2.4. Độ sâu thâm nhập

Trong trường hợp môi trường dưới đất là đồng nhất và đẳng hướng và với



)1 ( i p



 ikz

giả thiết sóng phẳng, chúng ta thấy rằng trường MT có dạng đơn giản (1.9):

F m

F e mo

(1.32)



 T

với FE hoặc H, m=x hoặc y. Fmo là trường ở mặt đất, và

10  2

(1.33)

Biểu diễn (1.32) chỉ ra rằng trường MT giảm theo hàm mũ và độ sâu, nói

một cách khác là trường tập trung ở lân cận bề mặt đất theo một hiện tượng đã biết

gọi là hiệu ứng da. Sự tập trung được đặc trưng bởi thông số p có thứ nguyên độ dài

và được gọi là “độ sâu thâm nhập”. Theo (1.33), p càng lớn khi chu kỳ T càng lớn



và điện trở suất môi trường đất đá càng lớn. Với những đơn vị thực tế p tính bằng

 . Độ sâu thâm nhập p là định

1  2

km,  tính bằng .m, T tính bằng s, thì p

nghĩa thuần tuý toán học, nó không biểu thị độ sâu nghiên cứu, đại lượng phụ thuộc

vào cấu trúc dưới đất. Dù sao đi nữa các giá trị bằng số của p cho chỉ thị về độ sâu

nghiên cứu này trong những trường hợp đơn giản. Đối với phần lớn các đá thường

gặp, điện trở suất thực thay đổi giữa 1 .m đến 1000 .m, khi đó độ sâu thâm nhập

10 3 đến 10 3 giây. Với dải chu kỳ này trong những điều kiện thuận lợi có thể sử

có thể thay đổi giữa vài chục met tới hàng chục km đối với các chu kỳ thay đổi giữa

dụng phương pháp MT để nghiên cứu đầy đủ vỏ Trái Đất từ bề mặt tới độ sâu 20 –

30 km. Hình 1.5 minh họa độ sâu thâm nhập của sóng điện từ phụ thuộc vào điện

trở suất và chu kỳ.

Hình 1.5. Độ sâu thâm nhập của sóng điện từ phụ thuộc vào chu kỳ và điện trở suất

1.2.5. Cơ sở địa điện của phương pháp đo sâu từ telua

Như đã nêu ở trên thông số vật lý đo đạc được bằng phương pháp đo sâu từ

telua là độ dẫn điện, đo bằng S/m. Nhưng thông số thường hay được đề cập tới là

nghịch đảo của độ dẫn chính là điện trở suất. Định luật Archie, ban đầu được đưa ra

để miêu tả độ dẫn của trầm tích bão hòa nước, thường được coi là xấp xỉ bậc nhất

m  

đối với độ dẫn tổng cộng của môi trường:

(1.34)

§iÖn trë suÊt (Ohm.m)

0,1

0,01

10.000

100.000

1.000

100

Sulfit d¹ng khèi

Khiªn C¸c ®¸ kh«ng chøa níc

§¸ háa thµnh vµ ®¸ biÕn chÊt

Than ch×

Felsic)

Mafic

(C¸c ®¸ háa thµnh:

Vá cøng

Vïng mÒm

Saprolite

Líp níc

(§¸ biÕn chÊt)

SÐt

Sái vµ c¸t

C¸c trÇm tÝch b¨ng hµ

Tills

§¸ phiÕn

Cuéi kÕt

C¸t kÕt

C¸c ®¸ trÇm tÝch

Than non, than

§«l«mit, ®¸ v«i

Níc ngät

Níc mÆn

Permafrost

Níc, níc ngÇm

B¨ng níc biÓn

0,1

100.000

10.000

1.000

100

0,01

§é dÉn (mS/m)

Hình 1.6. Điện trở suất của đất đá và khoáng vật (Qomarudin, 1994) [28]

Trong đó m và f là độ dẫn của môi trường đá khối và của chất lỏng một

cách tương ứng, số mũ m có giá trị nằm giữa 1 và 2; giá trị 2 được chỉ ra bằng thực

nghiệm là thích hợp đối với một dải rộng các đá tới độ sâu vùng giữa vỏ Trái Đất.

Điện trở suất của đất đá trong vỏ Trái Đất có thể thay đổi nhiều bậc độ lớn (hình

1.6, hình 1.7) và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ rỗng, phân bố của

phần rỗng, chất lỏng chứa trong đó (hòa tan ít nhiều muối), hàm lượng các nguyên

tố dễ bay hơi, sự có mặt của một số khoáng vật dẫn, như các sulfure kim loại và

than chì [20]. Điều phải chú ý là tồn tại sự tương phản nhất định giữa các đá trầm

tích trẻ (độ gắn kết yếu, điện trở suất nhỏ) và các đá trầm tích cổ (có độ gắn kết lớn

hơn, điện trở suất lớn hơn), sự tương phản mạnh của điện trở suất giữa các đá trầm

tích dù trẻ hay cổ (có điện trở suất 10-1000 .m) và các đá hoả thành và đá biến

chất của phần vỏ bên trên (điện trở suất 1000 - 10000 .m). Đối với môi trường

phân lớp, bất đẳng hướng, thì điện trở suất theo hướng dọc theo lớp sẽ nhỏ hơn điện

trở suất theo hướng vuông góc với mặt phân lớp. Trong thực tế điều này thường gặp

khi đo đạc ở khu vực các đứt gãy, hoặc các vùng đá biến chất bị phân phiến, điện

trở suất dọc theo hướng đường phương của đứt gãy (hoặc theo hướng phân phiến)

sẽ nhỏ hơn điện trở suất theo hướng vuông góc với đường phương của đứt gãy

(vuông góc với hướng phân phiến). Các đặc trưng về điện trở suất nêu trên là những

dấu hiệu quan trọng để có thể nghiên cứu cấu trúc địa chất nói chung và nghiên cứu

cấu trúc của các đứt gãy nói riêng qua việc tìm hiểu cấu trúc điện trở suất của môi

0,01

0,1

1.000

10.000

100.000

1.000.000

100

§iÖn trë (Ohm.m)

C¸c ®¸ kÕt tinh

TrÇm tÝch trÎ

TrÇm tÝch cæ

Líp vá bªn trªn

Líp vá bªn díi

Manti trªn ®¹i d¬ng

Manti trªn lôc ®Þa

Dung dÞch muèi 1% (50 S/m)

Dung dÞch muèi 5% (50 S/m)

Líp máng graphit 1% 4 (5x10 S/m)

trường thu được từ việc đo đạc thăm dò sâu từ telua.

Hình 1.7. Dải điện trở suất của các vật liệu (Jones, 1992) [20]

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG ĐỨT GÃY KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC THU THẬP SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ TELUA

2.1. Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu

Đứt gãy là một yếu tố kiến tạo rất quan trọng của vỏ Trái Đất và thạch

quyển. Hệ thống đứt gãy được hình thành và phát triển trong suốt lịch sử tiến hóa

địa chất lâu dài của Trái Đất từ cách nay hơn 4 tỷ năm. Trên bình đồ kiến trúc hiện

đại của địa cầu còn lưu giữ mạng lưới đứt gãy hết sức phức tạp, gồm nhiều chủng

loại khác nhau về kích cỡ, đường phương phát triển, về cơ chế tạo thành, về vai trò

của chúng trong cấu trúc địa chất vỏ Trái Đất.

Tại Việt Nam, hệ thống Đứt gãy hết sức phức tạp và đa dạng về độ lớn cũng

như tuổi thành tạo. Hình 2.1 thể hiện các đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam [9].

Hình 2.1. Sơ đồ các đứt gãy chính ở Việt Nam (Trần Văn Trị & Vũ Khúc, 2009).

Đới đứt gãy sông Hồng (ĐĐGSH) là hệ thống đứt gãy lớn nhất, hoạt động

mạnh mẽ nhất và phá huỷ, phiêu di các khối kiến trúc mạnh nhất ở lãnh thổ Việt

Nam. Trên đất liền đới có chiều dài hơn 1560 km, bắt nguồn từ Veixi, Trung Quốc

chạy dọc theo thung lũng sông Hồng phương Đông Nam xuống Lào Cai, tiếp tục

phát triển tới bờ biển Việt Nam rồi đổi hướng và kéo xuống tận Nam Biển Đông

(hình 2.2). Phần ĐĐGSH trên lãnh thổ Trung Quốc đã được nghiên cứu khá đầy đủ,

trong khi đó phần còn lại trên lãnh thổ Việt Nam lại chưa được nghiên cứu chi tiết.

Vì vậy công tác nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, địa động lực và hoạt động động đất

ĐĐGSH trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam là cần thiết và có ý nghĩa khoa học.

Hình 2.2. Sơ đồ Đới Đứt gãy sông Hồng đoạn Lào Cai – Ninh Bình

(Tạ Trọng Thắng 2002)

Trên lãnh thổ Việt Nam, ĐĐGSH kéo dài trên diện rộng nên có tầm ảnh

hưởng và vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân vì nó ảnh hưởng trực tiếp

tới các công trình xây dựng, các nhà máy thủy điện (Thác Bà, Hòa Bình, sông

Đà…) hay các khu công nghiệp lớn ở miền Bắc Việt Nam cũng như hệ thống đê

điều của đồng bằng Bắc Bộ, các mỏ khoảng sản, dầu khí….ĐĐGSH hoạt động tích

cực trong giai đoạn hiện đại, gây ra nhiều tai biến địa chất môi trường như động đất,

trượt lở đất đá, xói mòn bờ sông. Hậu quả để lại nghiêm trọng đối với nền kinh tế

quốc dân và đời sống an sinh xã hội nên việc tìm hiểu nắm rõ các cơ chế hoạt động

kiến tạo, cơ chế dịch chuyển nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng, quy

hoạch các công trình, phát triển bền vững vấn đề an sinh xã hội trong khu vực

nghiên cứu.

Hoạt động của ĐĐGSH là nhân tố quan trọng trong việc hình thành hai loại

kiến trúc đặc biệt. Loại thứ nhất là dải biến chất cao của móng uốn nếp cổ kéo dài từ

Veixi đến Việt Trì. Loại kiến trúc thứ hai là bồn Kainozoi sông Hồng kéo dài từ

nam Việt Trì, dọc theo đồng bằng sông Hồng ra vịnh Bắc Bộ và tiếp tục kéo dài đến

vùng thềm lục địa Quy Nhơn (cù lao Xanh) với tổng chiều dài trên 1.500 km và

chiều rộng tối đa đến 150 km. Trong lịch sử phát triển Kainozoi, ĐĐGSH đóng vai

trò một kiến trúc phá hủy kiến tạo cơ bản trên bình đồ kiến trúc hiện đại của lãnh

thổ và vùng biên Việt Nam nói riêng và Đông Nam Châu Á nói chung [3].

Các công trình nghiên cứu gần đây mà tiêu biểu nhất là công trình nghiên

cứu của P.Tapponier [31] trong các năm 80, 90 của thế kỷ 20 đã khẳng định

ĐĐGSH là hệ thống trượt bằng (Stripke slip) quy mô hành tinh được tạo ra trong

Kainozoi do quá trình xô húc của mảng Ấn Độ vào mảng Âu – Á làm khối

Sundaland thúc trượt và quay dọc đới đứt gãy này.

Vào Kainozoi sớm đứt gãy trượt bằng trái với cự ly bằng hoặc lớn hơn 500

km, làm dịch chuyển khối Nam Trung Hoa về phía Tây Bắc, còn khối kiến trúc

Indosinia dịch về phía Đông Nam. Rìa các khối kiến trúc này bị phá huỷ mạnh mẽ,

sinh kèm hàng loạt đứt gãy cấp 3 cùng phương, cùng tính chất dịch ngang trái mạnh

như đứt gãy sông Lô, sông Chảy, Yên Bái - Nghĩa Lộ, Mù Cang Chải - Phong Thổ.

Kèm theo đứt gãy cấp 3 này là các đới đứt gãy sông Công - Đại Từ. Ngoài đới đứt

gãy cấp 2 trên còn có các đới đứt gãy lông chim sinh kèm có phương Á vĩ tuyến

Bắc Ninh - Mông Dương. Vào Kainozoi muộn tất cả các đứt gãy cấp 3,4 sinh kèm

với phương Tây Bắc - Đông Nam đều có tính chất dịch trượt phải mạnh mẽ và đẩy

khối kiến trúc Indosinia về phía Tây Bắc, tạo lực ép mạnh dọc đứt gãy Lai Châu -

Điện Biên. Trong khi đó khối kiến trúc Nam Trung Hoa đẩy về Đông Nam và gây

lực ép mạnh dọc đới đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam là Bắc Ninh - Mông

Dương. Hàng loạt đoạn, khúc ngăn, dọc theo các đứt gãy thuộc hệ đứt gãy sông

Hồng bắt gặp di chỉ của các pha hoạt động đứt gãy vào thời kỳ Mesozoi muộn. Cấu

trúc địa chất về hai cánh của đứt gãy sông Hồng hoàn toàn xa lạ nhau, không thể

nào gép nối được với nhau, và tới thời kỳ Kanoizoi chúng mới kề ghép lại với nhau.

Nếu kéo ghép phần Tây Bắc Việt Nam về phía Tây bắc 500 - 600 km ta có thể thấy

rằng vào Paleozoi, thậm chí cả Mesozoi đứt gãy sông Hồng không đóng vai trò

phân chia kiến trúc lớn có chế độ địa động lực khác nhau. Vùng Hà Giang và vùng

Thanh Hoá vào Paleozoi sớm là một bồn trầm tích thống nhất kiểu rìa lục địa thụ

động [1].

Nếu lưu ý rằng, dãy núi Con Voi nằm kẹp giữa đứt gãy sông Hồng về phía

Tây Nam và đứt gãy sông Chảy về phía Đông Bắc thì hoạt động dịch trượt của

ĐĐGSH xảy ra trong Kainozoi do khối Ấn Độ xô húc vào khối Âu Á trong

Kainozoi đã làm khối Indochina dịch trượt, tạo ra đới biến dạng sâu nhiệt độ cao

dọc dãy núi Con Voi. Quá trình dịch trượt đã làm tăng áp suất, nhiệt độ, dẫn tới làm

tái nóng chảy cục bộ đá có thành phần axit và phát triển mạnh quá trình migmatit và

granit đồng sinh [8].

Trên lãnh thổ Việt Nam hoạt động của ĐĐGSH không chỉ tạo ra đới biến

chất dãy núi Con Voi ở phía Tây Bắc, mà còn tạo ra trên đồng bằng và vịnh Bắc Bộ

bồn trầm tích sông Hồng. Bồn trầm tích này được lấp đầy bởi các thành tạo

Kainozoi dày 14 - 15 km và được khống chế về phía Tây Nam bởi các đứt gãy sông

Hồng, sông Chảy, còn về phía Tây Bắc là các đứt gãy sông Lô, đứt gãy Kiến Thụy.

Sự tồn tại bồn trũng sông Hồng là minh chứng có sức thuyết phục cao về hoạt động

mà ĐĐGSH tạo ra trong Kainozoi.

Trong đề án nghiên cứu trọng điểm thuộc chương trình nghiên cứu cơ bản

“Đới ĐGSH, đặc điểm địa động lực, sinh khoáng và ảnh hưởng đối với môi trường

hiện đại” tác giả Phạm Năng Vũ và nnk có nghiên cứu cấu trúc sâu đới đứt gãy

sông Hồng từ các số liệu đo địa vật lý như địa chấn, trọng lực [8]…. Các kết quả xử

lý tổng hợp các số liệu địa chấn, trọng lực và số liệu đo mật độ đất đá dọc thành

giếng khoan tại một số tuyến cắt qua đới đứt gãy đã khẳng định đới ĐGSH là đới

đứt gãy sâu, hoạt động của nó đã làm Manti trồi nhô cao đáng kể, so với các khu

vực nằm ngoài đới đứt gãy thì mặt Moho trồi cao hơn từ 4 km đến 6 km. Đồng thời

càng về phía trung tâm đới lún chìm sâu của bồn trũng sông Hồng Manti thượng

trồi lên càng cao. Hoạt động nâng trồi của Manti đã làm phun trào bazan ở trung

tâm bồn trũng sông Hồng và có thể làm nóng chảy các lớp đá nằm sát mặt Moho.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hoạt động của ĐĐGSH bao gồm các pha như

sau: Pha tách giãn Eocen và Oligocen (3630 tr.n), pha nén ép sớm vào cuối

Oligocen (3025.5 tr.n), pha tách giãn muộn xảy ra ở khu vực giữa đứt gãy sông Lô

và sông Chảy vào Miocen sớm (25.515.5 tr.n), pha bình ổn cuối Miocen

(15.510.5 tr.n), pha nén ép muộn cuối Miocen muộn đầu Pliocen (xấp xỉ 5.5 tr.n),

pha đơn nghiêng bình ổn và hoạt động tách giãn ở phần Tây Nam vịnh Bắc Bộ.

Hoạt động của đới đứt gãy chủ yếu tập trung dọc một địa hào hẹp nằm giữa

đứt gãy Kiến Thụy và đứt gãy sông Lô ở phía Đông Bắc và đứt gãy sông Hồng,

sông Chảy về phía Tây Nam. Đồng thời hoạt động của đới đứt gãy có xu hướng

dịch chuyển dần từ phía Đông Bắc về phía Tây Nam. Ở khu vực đồng bằng và vịnh

Bắc Bộ hoạt động của đới đứt gãy tạo ra một hệ thống đứt gãy sụt bậc mở rộng

dạng đuôi ngựa làm bồn trũng sông Hồng tụt bậc sâu dần về phía Tây Nam.

Các đứt gãy của ĐĐGSH có xu hướng xoay đường phương theo chiều kim

đồng hồ làm các đứt gãy nằm ở phía Nam vùng biển Thanh Hóa bị xoay đi một góc

20°, từ hướng Tây Bắc – Đông Nam song song hướng kinh tuyến. Sự thay đổi

đường phương của các đứt gãy là dấu hiệu chỉ ra rằng, trong quá trình thúc trượt

vào mảng Âu – Á, khối Indochina bị trượt xoay theo chiều kim đồng hồ.

Theo tác giả Trần Nghi bồn trũng sông Hồng là khu vực có hoạt động địa

chất và kiến tạo hết sức phức tạp, thành phần thạch học bồn trũng sông Hồng được

lấp đầy bởi trầm tích cát bột sét có nguồn gốc phong hóa chủ yếu từ miền xâm thực

của phức hệ sông Hồng. Cát kết đa khoáng chọn lọc và mài mòn kém: acko-litic,

thạch anh-litic, grauvac và grauvac-litic, từ dưới lên trên thành hệ lục nguyên được

cung cấp và phân dị từ một nguồn chính là do sông Hồng cổ mang tới, được sắp xếp

thành 7 chu kỳ trong mối quan hệ nhân quả với hoạt động địa động lực. Vì vậy các

chu kỳ trầm tích của bồn sông Hồng được cấu thành bởi các phức hệ tướng châu

thổ, đầm lầy ven biển và biển nông [10].

Bên cạnh các nghiên cứu về đặc điểm biến dạng và biến chất, thành phần dọc

ĐĐGSH, rất nhiều công trình nghiên cứu đã được triển khai nhằm xác định tuổi của

quá trình biến chất. Theo Leloup P.H thì zizcon, monazite và titanit amphibol của

khối Diancang Shan và Ailao Shan nằm dọc ĐĐGSH có tuổi 2628 tr.n. Tương tự

các đá Gnei của dãy núi Con Voi có tuổi từ 26.830.6 tr.n [22].

* Đứt gãy chính sông Hồng

Đứt gãy chính Sông Hồng (ĐGSH) thuộc hệ thống ĐĐGSH, dài trên 900 km

theo phương Tây bắc - Đông nam với bề rộng 1020 km, trùng với thung lũng sông

Hồng (đoạn từ Lào Cai đến Việt Trì), đứt gãy là ranh giới Tây nam của bồn trũng

Kainzoi sông Hồng tại khu vực Hà Nội.

Đứt gãy có phương phát triển Tây Bắc - Đông Nam, cắm về phía Đông Bắc

và tạo nên bậc địa hình mặt ranh giới cơ bản vỏ Trái đất. Độ chênh lênh lệch độ sâu

về hai cánh của đứt gãy đối với mặt Moho có thể đạt tới 45 km (3236 và 2834

km), tương ứng như vậy đối với mặt Conrad và mặt kết tinh là 46 km (1218 km)

và 24 km (04 km). Có nơi có thể đạt giá trị 8 km biến động mặt Conrad như ở khu

vực trung tâm trũng sông Hồng. Độ sâu ảnh hưởng của đứt gãy là lớn hơn 60 km.

Trên bản đồ dị thường trọng lực Bouguer, đứt gãy sông Hồng thể hiện rõ nét phân

chia miền cấu trúc. Phía Đông bắc là cấu trúc dương tương đối, biểu hiện là các

đường đồng mức (Từ Lào Cai đến Yên Bái) và cục bộ nhỏ nối nhau thành chuỗi

(đoạn cuối đứt gãy), có giá trị thay đổi trong khoảng -455 mGal. Phía Tây Nam là

cấu trúc âm tương đối, thể hiện là các đường đồng mức dạng dải theo phương đứt

gãy có giá trị dị thường -7010 mGal. Bản thân đứt gãy trùng với dải gradient

ngang dị thường trọng lực có cường độ trung bình 1 3mGal/km. Đứt gãy cũng thể

hiện ranh giới phân chia miền cấu trúc dị thường từ hàng không, thành phần Ta.

Phía Đông Bắc là cấu trúc dương tương đối, thể hiện là các đường đồng mức dạng

dải và dị thường cục bộ nhỏ có giá trị thay đổi trong khoảng -16040 nT. Phía Tây

nam là cấu trúc âm tương đối, thể hiện là các đường đồng mức rất lớn và dị thường

cục bộ với giá trị âm và dương xen kẽ nhau ở đoạn từ Yên Bái đến Nam Định có giá

trị dị thường -400200 nT. Gradient ngang trung bình dị thường từ cục bộ nhỏ tạo

thành chuỗi cùng phương đứt gãy cường độ trung bình 35nT/km, đoạn giữa đứt gãy

gần Hà Nội có giá trị cường độ 1020nT/km.

Theo tác giả Nguyễn Đăng Túc, ĐGSH gồm đứt gãy chính, một đứt gãy phụ

lớn và một số đứt gãy phụ nhỏ. Đứt gãy chính giới hạn phía Tây Nam dải biến chất

dãy núi Con Voi và cũng là giới hạn phía Tây Nam các trũng Kanozoi, nằm ở phía

nam sông Hồng, biểu hiện rõ trên bề mặt địa hình. Về phía Đông Bắc đứt gãy chính

có đứt gãy phụ Lào Cai - Việt Trì dài chừng 250 km, phương TB - ĐN, giới hạn

Đông Bắc các trũng Kainozoi, nằm ở phía bắc sông Hồng. Đứt gãy Lào Cai - Việt

Trì tách từ đứt gãy chính ở gần điểm địa đầu biên giới Việt - Trung, cách đứt gãy

chính chừng 1 km ở thị xã Lào Cai, chừng 9 km ở Việt Trì [7].

Đứt gãy Lào Cai - Việt Trì tách ra ít nhất 4 đứt gãy phụ dài 4 - 5 km về phía

Đông Bắc, kết hợp với hướng trượt phải của đới đứt gãy tạo nên cấu trúc kiểu đuôi

ngựa, có tính chất đứt gãy nghịch. Ở giữa đứt gãy chính và đứt gãy Lào Cai - Việt

Trì, theo dấu hiệu địa mạo còn có các đứt gãy phụ ngắn phương á kinh tuyến, dài 1-

5 km. Về phía Tây Nam đứt gãy chính từ Lào Cai đến Việt Trì chia làm ba phân

đoạn: Bát Xát - Bảo Thắng, Bảo Thắng - Văn Yên, Văn Yên - Thanh Thuỷ. Ngăn

cách giữa các phân đoạn là trũng tách giãn lớn lấp đầy trầm tích Đệ tứ (hình 2.3)

Hình 2.3. Kiến trúc đới đứt gãy sông Hồng – sông Chảy đoạn Lào Cai – Việt Trì ĐGSH: Đứt gãy sông Hồng, ĐGSC: Đứt gãy sông Chảy, ĐGĐH – TH: Đứt gãy Đoan Hùng – Tiền Hải, ĐGLC – VT: Đứt gãy Lào Cai – Việt Trì

Trên đây là những giới thiệu sơ lược về hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu,

việc tìm hiểu những vấn đề này giúp ích cho tác giả có những khái quát hơn về đối tượng

nghiên cứu, từ đó việc áp dụng phương pháp đo sâu từ telua vào tìm hiểu đối tượng sẽ

đưa đến những kết luận chính xác hơn và đem lại hiệu quả cao trong quá trình nghiên

cứu.

2.2. Công tác thu thập số liệu đo sâu từ telua

2.2.1. Bộ thiết bị đo sâu từ telua MTU-5A và phần mềm đi kèm

Năm 2003, Viện Vật lý Địa cầu Paris đã viện trợ không hoàn lại cho Viện

Vật lý Địa cầu hệ thống thiết bị thăm dò từ telua Géo-Instrument. Thiết bị này đã

được sử dụng nhiều trong các nghiên cứu cấu trúc sâu bằng phương pháp đo sâu từ

telua [4, 5, 6, 11, 12, 13, 33], trong luận văn chúng tôi không đề cập tới thiết bị do

không sử dụng.

Năm 2016, Phòng Địa từ - Viện Vật lý Địa cầu được cấp kinh phí để mua 2

máy đo từ telua MTU-5A của hãng sản xuất thiết bị địa vật lý Phoenix – Canada.

Đây là thiết bị đo từ telua hiện đại nhất hiện nay, máy có khả năng đo AMT (Audio

Magnetotelluric) trong dải tần số từ 1000Hz tới 10000Hz, và đo MT

(Magnetotelluric) trong dải tần số từ 400Hz tới 0.0000129Hz (tương đương chu kỳ

từ 0.0025 đến 21.5 giờ). Trên thế giới, các nhà địa vật lý đã sử dụng hệ thống máy

đo MTU-5A cho nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp và khoa học như:

 Tìm kiếm thăm dò dầu khí, các mỏ chứa Hydrocacbon, nước ngầm…

 Tìm kiếm thăm dò kim loại, mỏ kim cương, khoáng sản rắn khác….

 Phát hiện các khu vực chất thải nguy hại, vùng sạt lở, đê đập…

 Nghiên cứu vỏ trái đất, các đứt gãy đang hoạt động và vùng có

nguy cơ động đất…

Sau khi nhận máy, chúng tôi đã thực hiện một số nghiên cứu cấp cơ sở nhằm

tìm hiểu, vận hành khai thác thiết bị [18]. Về cơ bản, bộ thiết bị bao gồm: 1 bộ điều

khiển trung tâm, 03 đầu đo từ để đo 3 thành phần trường từ, 2 thành phần nằm

ngang và 1 thành phần thẳng đứng, 5 điện cực không phân cực, 1 ăngten thu tín

hiệu GPS, dây cáp điện để nối các điện cực đo và điện cực nối đất, acqui 12V cung

cấp nguồn cho hệ thống hoạt động và bộ phần mềm đi theo máy (hình 2.4).

Hình 2.4. Thiết bị đo sâu từ telua V5 system 2000 MTU/MTU-5A

Cùng với thiết bị, nhà sản xuất cung cấp cho chúng tôi bộ phần mềm đi kèm

theo máy, chúng được chia thành 2 nhóm như sau:

Nhóm phần mềm đo: gồm hai phần mềm WinHost và WintabEd. Phần mềm

WintabEd là phần mềm cho phép chạy khi không kết nối với các thiết bị để thiết lập

các thông số trước khi đi đo và đồng thời cho xem lại các thiết lập của file đã đo.

Phần mềm WinHost là phần mềm chạy thời gian thực, chỉ chạy được khi máy đo

MTU-5A hoạt động, dùng để thiết lập và theo dõi trạng thái khi đo đạc ngoài thực

địa. Trước mỗi một điểm đo, tùy thuộc vào điều kiện vị trí mà người đo sẽ thiết lập

đặt các thông số như độ khuếch đại, chọn bộ lọc, chọn số kênh đo, thời gian đo....,

trên hình 2.5 là giao diện WintabEd, giao diện điều khiển của WinHost gần tương

tự như WintabEd nhưng có thêm chức năng xem thông tin trạng thái hiện tại ngoài

thực địa. Hình 2.6 là trạng thái tại một thời điểm đo của điểm đo Cổ Đông, Sơn

Tây, Hà Nội.

Hình 2.5. Giao diện phần mềm WinTabEd

Hình 2.6. Giao diện thông tin thời gian thực từ WinHost tại điểm đo Sơn Tây

Nhóm phần mềm xử lý số liệu : Gồm các phần mềm xử lý số liệu sau khi đo

như sau :

- Phần mềm SSMT 2000 : là phần mềm quan trọng để đọc file số liệu nhị

phân thu thập ngoài thực địa, tiến hành xử lý trả về kết quả đo là các đường cong

điện trở suất biểu kiến, đường cong pha … để dùng cho các phần mềm hiển thị và

xử lý tiếp theo (hình 2.7)

Hình 2.7. Giao diện phần mềm SSMT 2000

- Phần mềm MTPlot, MTEditor, dùng để hiển thị các kết quả xuất ra từ phần

mềm SSMT 2000, xuất ra (export) số liệu dạng cột, dữ liệu theo chuẩn EDI để dùng

được với các phần mềm xử lý khác.

Việc tìm hiểu về thiết bị, cách đo đạc, xử lý minh giải số liệu được tác giả

cùng phòng chuyên môn tiếp cận và triển khai. Bước đầu thu được những kết quả

nhất định, tuy nhiên vì thiết bị mới, không có sự hướng dẫn, đào tạo cụ thể của công

ty cung cấp thiết bị và phần mềm nên có những vấn đề bất cập trong quá trình khai

thác, chúng tôi sẽ đề cập phần sau.

2.2.2. Công tác thực địa bố trí điểm đo

a) Lựa chọn điểm đo

Các điểm đo sâu từ telua trước hết phải đảm bảo tránh được các nguồn nhiễu

điện từ: các khu vực dân cư, các đường dây cao thế, trạm biến áp, các vùng công

nghiệp ở đó tín hiệu điện từ nhân tạo cao hơn tín hiệu điện từ tự nhiên, tránh xa các

đường giao thông để tránh các nguồn nhiễu từ các phương tiện giao thông (ô tô, xe

máy, xe đạp), tránh xa các tháp phát sóng nhất là các tháp phát sóng của Tổng cục

Bưu chính Viễn thông. Đồng thời trong quá trình đo đạc phải tránh không để gia

súc, gia cầm và các động vật hoang dã như chim, chuột... chạm vào dây nối từ các

điện cực vào máy ghi, những va chạm mạnh đều có thể tạo nên những xung điện

mạnh làm nhiễu tín hiệu tự nhiên, có khi làm bão hòa tín hiệu ghi. Các phép đo đạc

từ telua phải tiến hành khi trời không mưa, không có sấm chớp (nguồn sóng điện từ

do sấm chớp không thoả mãn điều kiện sóng phẳng), không có gió lớn (làm rung

dây nối quá mạnh). Điểm đo cần tiến hành ở vị trí khô ráo, không có nước để ôtô có

thể đi vào tận điểm đo. Quanh điểm đo có khoảng trống rộng rãi mỗi chiều khoảng

một vài trăm mét để có thể kéo các đường telua được dễ dàng, nói chung nên chọn

các điểm đo ở ruộng sau thu hoạch.

b) Thông tin và vị trí các điểm đo sâu từ telua

Trong khuôn khổ đề tài cấp cơ sở - Viện Vật lý Địa cầu năm 2018, chúng tôi

đã sử dụng bộ thiết bị đo sâu từ telua MTU-5A để thử nghiệm thu thập số liệu, khai

thác phần mềm đi kèm và xử lý số liệu đo, kết quả chúng tôi đã đo sâu từ telua được

4 điểm. Các điểm này thuộc địa phận thị xã Sơn Tây, ký hiệu lần lượt là SH06,

SH07, SH08, SH09. Quá trình xử lý số liệu ban đầu đã thu được những kết quả nhất

định. Năm 2019, chương trình “Hỗ trợ hoạt động nghiên cứu khoa học dành cho

nghiên cứu viên cao cấp” của TS. Võ Thanh Sơn, Mã số: NVCC12.04/19-19 do

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phê duyệt, nhóm nghiên cứu cũng

thực hiện được 5 điểm đo sâu từ telua tại khu vực Sơn Tây với mục đích nghiên cứu

đứt gãy sông Hồng, các điểm này được ký hiệu từ ST01 đến ST05.

Trong luận văn thạc sĩ này, tác giả sử dụng số liệu 9 điểm đo sâu từ telua từ 2

nguồn số liệu đã trình bày trên để xử lý luận giải về đứt gãy sông Hồng tại khu vực

này. Dưới đây là tọa độ cũng như vị trí trên bản đồ của các điểm đo ghi (Bảng 1).

TT Điểm

Tọa độ

đo

Độ dài NS (m)

Độ dài EW (m)

Địa danh

Vĩ độ

Kinh độ

ST01

21o07’39,54” 105o33’21,18” Võng Xuyên, Phúc Thọ, HN 146

115

ST02

115

129

21o04’54,36” 105o32’37,56” Cẩm Yên Thạch Thất, HN

ST03

112

113

21o05’12,18” 105o31’34,68” Cẩm Yên, Thạch Thất, HN

ST04

115

21o04’5,82”

105o29’34,08” Sơn Đông, Sơn Tây, HN

ST05

135

21o02’8,28”

105o28’44,64” Cổ Đông, Ba Vì, HN

SH06

21o06’23,58” 105o33’8,34”

135

Phúc Thọ, Phúc Thọ, HN

SH07

116

21o03’05,22” 105o29’27,36” Cổ Đông, Sơn Tây, HN

SH08

21o01’6,3”

108

105o27’29,28” Yên Bài, Ba Vì, HN

SH09

20o59’14,04” 105o24’58,38” Yên Quang, Kỳ Sơn, HN

138

144

Bảng 1. Tọa độ các điểm đo sâu từ telua

Hình 2.8. Sơ đồ vị trí các điểm đo sâu từ telua đứt gãy sông Hồng

c) Công tác ngoài thực địa

Trong quá trình đo đạc và di chuyển, tốt nhất là các điện cực nên đặt trong

đất sét hòa nước để đảm bảo tiếp xúc tốt với đất, cũng như được che đậy để tránh

mưa gió khi đo đạc. Điện cực phải được kiểm tra cẩn thận mỗi buổi sáng trước khi

tiến hành đi tới điểm đo, thế phân cực của các cặp điện cực cỡ một vài mV là cặp

cực đó có thể sử dụng được. Tuy nhiên, điện cực chúng tôi sử dụng đo đạc trong

nghiên cứu này là điện cực đi kèm thiết bị, mới sản xuất nên độ nhạy cao và có tính

hiệu quả. Đối với các vùng có điện trở suất cao, tín hiệu điện telua lớn, các đường

telua có thể chỉ kéo dài cỡ 100m, với môi trường điện trở suất thấp, tín hiệu điện

telua nhỏ nên độ dài đường telua phải cỡ 160-180m. Khu vực đo sâu từ telua phải

tương đối bằng phẳng (khu vực ruộng khô là hợp lý nhất). Hố chôn cực phải được

đào tới vài ba chục cm tới phần đất không bị nứt nẻ. Đổ một ít nước vào hố chờ cho

tới khi nước thấm hết vào đất và thấy khó có thể thể thấm thêm ra ngoài thì đổ đất

sét pha nhão như bùn xuống đáy hố, sau đó lèn chặt điện cực bằng đất xung quanh

hố để điện cực không có khả năng bị xê dịch trong quá trình đo đạc. Sau khi chôn

các điện cực cần kiểm tra thế phân cực và điện trở suất giữa các cặp điện cực NS

(North – South) và EW (East – West). Nếu thế phân cực giữa các cặp điện cực cỡ

khoảng dưới 50mV và điện trở suất cỡ một vài k có thể tiến hành các bước đo đạc

tiếp theo. Việc chôn điện cực chắc chắn, thế phân cực và điện trở suất giữa các cặp

điện cực đã đặt dưới đất nhỏ là những điều kiện tiên quyết cho sự thành công của

điểm đo sâu từ telua. Các đầu thu từ được sử dụng là đầu thu kiểu cảm ứng có độ

nhạy cỡ10(cid:2879)(cid:2870) nT, dây nối từ đầu thu từ tới máy ghi là 50 m, đảm bảo tránh được các

nguồn nhiễu từ nhỏ ở gần vị trí đặt trạm ghi.

Bố trí các điện cực và các đầu đo từ bằng hệ thống thiết bị đo MTU-5A tại

mỗi điểm được trình bày ở hình 2.9. Trong đo sâu từ telua, người ta đo 02 thành

phần điện theo hướng Bắc - Nam Ex (thành phần X) và thành phần theo hướng

Đông - Tây Ey (thành phần Y). Tuy nhiên có thể chọn hướng X dọc theo phương

cấu trúc và hướng Y vuông góc với hướng cấu trúc. Hai thành phần từ Hx và Hy

được bố trí theo các hướng X và Y tương ứng. Khi đo đạc bằng thiết bị MTU-5A

còn đo cả thành phần từ theo phương thẳng đứng Hz. Tại các điểm đo từ telua khu

vực đới đứt gãy sông Hồng, do đứt gãy có hướng Tây Bắc – Đông Nam với phương vị khoảng 140o nên tại các điểm đo chúng tôi chọn hướng X có phương vị 140o (song song với phương cấu trúc), và thành phần Y có phương vị 50o (vuông góc với

phương cấu trúc). Khoảng cách từ điểm SH09 đến ST01 chừng 25km dọc theo

phương vuông góc với đứt gãy và mỗi điểm cách nhau chừng 2 đến 3 km.

Hình 2.9. Bố trí các đầu đo từ và các điện cực tại điểm đo sâu từ telua

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU

ĐO SÂU TỪ TELUA

3.1. Xử lý số liệu thu thập

Số liệu sau khi thu thập tại các điểm đo ngoài thực địa, được ghi vào thẻ nhớ

lưu trong máy. Các file số liệu quan sát tại mỗi điểm đo bao gồm 4 file, ví dụ đối

với điểm SH05, 4 file bao gồm: SH05.TBL, SH05.TS3, SH05.TS4, SH05.TS5,

trong đó file*.TBL chứa các thông số điểm đo, 3 file còn lại mang thông tin tín hiệu

các thành phần điện và từ quan sát được với thời gian lấy mẫu lần lượt là 2400, 150

và 15 mẫu/sec. Số liệu quan sát được chuyển vào máy tính bằng cách tháo thẻ nhớ

trong thiết bị lắp vào máy tính. Các tệp số liệu thô này lưu vào 1 thư mục do người

xử lý số liệu tạo ra (Hình 3.1).

Hình 3.1. File chứa số liệu thu thập được

Tác giả tiến hành minh giải số liệu của 09 điểm đo, toàn bộ số liệu quan sát

tại các điểm ST01 - ST05 và SH06 - SH09 và các file chuẩn thiết bị được copy vào

thư mục CAL. Trong đó file *.CLB là file chuẩn máy đo còn file *.CLC là file

chuẩn 3 đầu đo cảm biến từ (hình 3.1).

Công tác xử lý số liệu tại phòng máy sử dụng các phần mềm đi kèm với bộ

thiết bị. Trước tiên số liệu thô cùng các file chuẩn máy được xử lý trên phần mềm

SSMT2000, hình 3.2 là giao diện cửa sổ khi làm việc. Quá trình xử lý tiến hành qua

2 bước:

 Bước 1: Xử lý số liệu bằng biến đổi Fourier (TS to FT).

 Bước 2: Tính toán số liệu sau khi xử lý TS to FT đưa ra kết quả.

Hình 3.2. Chương trình chạy xử lý số liệu SSMT2000

Kết quả xử lý thu được tại mỗi điểm sẽ cho 2 file *.MTH (tần số cao) và

*.MTL (tần số thấp). Sử dụng phầm mềm MTeditor để đọc file kết quả cũng như xử

lý loại bỏ các tín hiệu xấu. Việc loại bỏ có thể xử lý bằng tay hoặc máy xử lý tự

động tích hợp trên phần mềm, tuy nhiên có những tín hiệu mà khi máy tự động xử

lý không được nên người xử lý cần thao tác bằng tay sẽ cho kết quả tiệm cận chính

xác hơn. Cuối cùng số liệu xuất ra định dạng mà người xử lý mong muốn, ở đây

chúng tôi xuất số liệu dưới dạng file *.csv được đọc bởi Excel để tiện cho quá trình

tính toán tiếp theo (hình 3.3).

Hình 3.3. Màn hình hiển thị phần mềm MTeditor

Sau mỗi file kết quả thu được, sẽ lấy ra những thành phần như điện trở suất,

pha, sai số...của cả 2 thành phần xy, yx. Theo quan sát thấy vì số liệu pha và sai số

không được tốt, nên tác giả không sử dụng chúng để đưa vào nghịch đảo sau này.

Tiếp theo các đường cong điện trở suất được làm trơn bằng hàm Pollyfit

trong chương trình Matlab bởi các hàm đa thức bậc thấp (4 hoặc 5). Các đường

cong cả hai thành phần xy (hay NS) và yx (hay EW) tại các điểm đo sau khi được

làm trơn được trình bày từ hình 3.4a đến 3.4i.

1000

)

.

EW

m m h O

NS

100

( n Õ i k

u Ó i b t Ê u s

ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4a. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST01

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

10000

)

.

NS

1000

m m h O

EW

100

( n Õ i k u Ó i b t Ê u s ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4b. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST02

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

1000

EW

)

.

NS

100

m m h O

( n Õ i k

u Ó i b t Ê u s

ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4c. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST03

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

1000

)

.

EW

m m h O

NS

100

( n Õ i k u Ó i b t Ê u s ë r t

n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4d. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST04

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

1000

)

EW

.

m m h O

NS

100

( n Õ i k

u Ó i b t Ê u s

ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

10.000

100.000

1000.000

1.000 Chu kú (sec)

Hình 3.4e. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST05

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

10000

)

.

EW

1000

m m h O

NS

100

( n Õ i k u Ó i b t Ê u s ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4f. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH06

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

1000

NS

)

.

EW

100

m m h O

( n Õ i k

u Ó i b t Ê u s

ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4g. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH07

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

10000

)

EW

.

1000

NS

m m h O

100

( n Õ i k u Ó i b t Ê u s ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4h. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH08

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

1000

)

NS

.

EW

m m h O

100

( n Õ i k

u Ó i b t Ê u s

ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.4i. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH09

◊ Thành phần NS; + Thành phần EW

Tại các điểm đo, đa phần thời gian đo ghi trên dưới 7 tiếng. Tần số thu được

biến đổi từ khoảng hơn 300 Hz đến khoảng 0.0008 Hz (tương ứng dải chu kỳ từ

0.003s đến 1250s). Đa số điện trở suất thấp dưới 10 .m trong khoảng chu kỳ từ

0.003s đến 0.5s, sau đó dao động trong khoảng 10 đến 1000 .m từ chu kỳ 0.5s đến

100s. Từ chu kỳ 100s đến hết dải đo điện trở xuất biểu kiến dao động trên dưới giá

trị 1000 .m.

Ngoài ra chúng ta nhận thấy rất rõ tại các điểm ST04, ST05, SH07 thì điện

trở suất thấp hơn so với các điểm còn lại, tại đây điện trở suất cực đại chỉ lên trên

dưới 300 .m (ST04 và SH07) và 400 .m (ST05), còn lại các điểm khác điện trở

suất cao hơn với cực đại lên đến 1000 .m. Chúng ta nhận thấy 3 điểm ST04,

ST05, SH07 nằm liền nhau điều này chứng tỏ tồn tại một lớp đất đá có điển trở suất

thấp bên dưới vị trí này. Điều này sẽ rõ ràng hơn khi chúng ta nghịch đảo 1D và 2D

ở phần sau.

Lg (§TSBK) Ohm.m

) z H

( ) f ( g L

-2

3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2

Distance (km)

Hình 3.5 Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần xy quan sát

8

5

7

4

3

2

6

1

9 Lg (§TSBK) Ohm.m

) z H

( f

g L

-2

3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4

Distance (Km)

Hình 3.6 Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần yx quan sát

Từ các đường cong đo sâu xy và yx xây dựng các giả mặt cắt điện trở suất biểu

kiến (hình 3.5 và hình 3.6) trên tuyến đo.

3.2. Nghịch đảo 1D

3.2.1. Cơ sở phép nghịch đảo 1D bằng phương pháp Occam

Có một vài phương pháp nghịch đảo 1D các số liệu đo sâu từ telua: phương

pháp nghịch đảo Occam [17], phương pháp thử và lựa chọn [23, 24, 25, 26, 27],

phương pháp Marquart (1963). Trong báo cáo này tác giả lựa chọn phương pháp

nghịch đảo Occam, phương pháp nghịch đảo cho mô hình nhẵn về cấu trúc địa điện

 Giả sử chúng ta có tập hợp tài liệu quan sát ký hiệu dưới dạng vectơ d

vỏ Trái Đất. Cơ sở của phương pháp được giới thiệu sơ bộ dưới đây.

, với

các sai số tương ứng i (i=1M), trong thăm dò từ telua đó có thể là tập hợp các giá

trị điện trở suất biểu kiến hoặc pha ở các tần số khác nhau. Thuật toán nghịch đảo

1D cần tìm mô hình là một tập hợp N lớp nằm ngang và có thể ký hiệu dưới dạng

 vectơ m

  [mFd ]



. Lời giải của bài toán thuận nói chung được viết dưới dạng:

(3.1)

trong đó F là một phiếm hàm thuận. Độ lệch giữa giá trị quan sát và giá trị đánh giá

được từ mô hình là:



 dW

 mWF [

]



(3.2)

1  1

trong đó W là ma trận đường chéo MxM.



...

1  2 ...

...

... 1  M

         

         

(3.3)

và . là ký hiệu chuẩn Euclide thông thường. Chúng ta định nghĩa một phiếm hàm

U có dạng:



 m



 1 

 dW

 mWF ] [



2 *

  

  

(3.4)

0  1





trong đó  được gọi là nhân tử Lagrange,  là ma trận dạng:

...



       

       

(3.5)

 Chúng ta tìm các vectơ mô hình m

 1 

 mWJ



T 

 m

với điều kiện U là dừng nghĩa là:

 WJ



   T  dWWJ

(3.6)

trong đó ma trận J (MxN) là ma trận Jacobian hoặc ma trận gradient:

m

(3.7)





hoặc biểu diễn dưới dạng các thành phần:

  mF i  m

(3.8)

Quá trình nghịch đảo tìm mô hình có độ lệch giữa giá trị quan sát và giá trị

 đối với một vectơ đủ nhỏ 

tính từ mô hình nhỏ nhất được thực hiện bằng một quá trình lặp bắt đầu từ một mô

 1m

 ] 

]

 

: hình xuất phát m1. F là khả vi tại

 mF [ 1

 J  1

(3.9)

 là vectơ mà biên độ của nó là 

]

 trong đó 

 1mJ [

, ma trận Jacobian và J1 là

 1m

đánh giá được đối với vectơ . Giả sử chúng ta xấp xỉ F bằng cách giảm số hạng

 dư 

 

và viết:

   2 mm 1

(3.10)



 m



 1 

 dW

 mWG



Nếu biểu diễn xấp xỉ này được thay vào (3.4) chúng ta có:

2 *

  

  

(3.11)

 1d

trong đó biểu diễn trong ngoặc đơn ở số hạng thứ hai là kiểu vectơ số liệu gọi là .

 1m

Bây giờ chúng ta xác định được như là mô hình, bằng cách cực tiểu phiếm hàm

 1

U trong biểu diễn trên chúng ta tìm được:

 WJ



 m 2

  T dWWJ 1 1

 T  

 

(3.12)

Lựa chọn  để tạo ra độ lệch giữa giá trị tính toán bằng mô hình so với số liệu quan

 2m

sát nhỏ như mong muốn, chúng ta có thể dùng như là mô hình lối vào để tính

 3m

toán tiếp mô hình , nghĩa là có thể lặp lại quá trình tính toán (3.12) cho tới khi

nghiệm thu được thoả mãn các yêu cầu của người phân tích.

3.2.2. Kết quả nghịch đảo

Phép nghịch đảo 1D bằng phương pháp Occam được tích hợp trong phần

mềm Geotools MT (1997). Tiến hành nghịch đảo theo phương pháp Occam tại từng

điểm một. Sau đó chúng ta sẽ sử dụng kết quả nghịch đảo tại 9 điểm đo sâu từ telua

liên kết lại để vẽ các giá trị điện trở suất theo độ sâu bằng phần mềm Surfer. Kết

quả nghịch đảo 1D thành phần yx được trình bày ở hình 3.7.

Như đã nêu phương pháp nghịch đảo 1D cho hình ảnh cấu trúc địa điện ở

từng điểm đo sâu từ telua, không cho phép thấy được ảnh hưởng của cấu trúc địa

điện theo phương ngang, do vậy mặt cắt địa điện thu được từ phương pháp nghịch

đảo 1D thường không cho hình ảnh gần với cấu trúc địa điện thực tế, mà chỉ cho

chúng ta khái niệm có tính chất định tính của môi trường địa điện thực. Kết quả trên

hình 3.7 cho chúng ta thấy rằng tại mặt cắt tồn tại đới điện trở suất dưới điểm SH07

thấp hơn điện trở suất ở các điểm xung quanh, đới này có thể biểu hiện sự tồn tại

của đới đứt gãy sông Hồng, hy vọng có thể nhìn thấy rõ rệt hơn ở kết quả nghịch

đảo 2D.

Hình 3.7. Kết quả nghịch đảo 1D thành phần yx bằng phương pháp nghịch đảo Occam

3.3. Nghịch đảo 2D

3.3.1. Cơ sở phương pháp minh giải số liệu 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh Khai thác đầy đủ khả năng của phương pháp đo sâu từ telua đòi hỏi nghịch

đảo một số lượng lớn các đường cong từ telua ở nhiều vị trí trên cả một tuyến đo

cho phép thu được mặt cắt địa điện có điện trở suất biến đổi theo cả chiều sâu và

chiều ngang, đó chính là phép nghịch đảo 2D. Như vậy kết quả của phép nghịch đảo

2D là xây dựng một mô hình mặt cắt địa điện làm khớp tốt nhất với tập hợp các

đường cong đo sâu từ telua tại tất cả các điểm khảo sát trên tuyến đối với cả hai

thành phần NS và EW của điện trở suất đo được. Đây là một bài toán khá phức tạp,

trong báo cáo này tác giả sử dụng phương pháp nghịch đảo 2D của Smith và Booker

(1991) được gọi là phương pháp nghịch đảo giảm dư nhanh (Rapid Relaxation

Inverse – RRI) [30].

Trong phương pháp nghịch đảo 2D của phương pháp đo sâu từ telua người ta

đưa vào một mô hình ban đầu được tham số hóa bởi tập hợp giá trị độ dẫn (hoặc

điện trở suất) trên một lưới sai phân hữu hạn. Mô hình ban đầu được giả định và

một ma trận F các đạo hàm riêng của số liệu đối với những thay đổi nhỏ trong các

tham số được tính toán. Bài toán thuận được giải trên cơ sở mô hình ban đầu. Sau đó việc nghịch đảo có điều chỉnh ma trận FFT được sử dụng để dự báo nhiễu loạn

độ dẫn phù hợp với tài liệu quan sát. Các nhiễu loạn này được cộng vào mô hình

ban đầu tạo ra mô hình bắt đầu mới. Bài toán thuận tiếp tục được giải trên cơ sở mô

hình độ dẫn mới tìm được và tính toán phần dư mới. Quá trình này được lặp lại cho

đến khi đạt được sự phù hợp giữa đáp ứng của mô hình với tài liệu quan sát.

Phương pháp nghịch đảo RRI có bước cải tiến quan trọng so với phương pháp

nghịch đảo 2D thông thường là lấy xấp xỉ các gradient ngang của các thành phần

trường điện và trường từ trong mô hình bằng các giá trị của chúng từ lần lặp trước.

Sau đó ta chỉ cần tính toán nhiễu loạn độ dẫn dưới mỗi vị trí đo đạc bằng việc giải

bài toán ngược gần như bài toán ngược 1D, quá trình tính toán sẽ đơn giản hơn. Nội

dung của phương pháp được giới thiệu chi tiết dưới đây.

Như đã trình bày ở trên, trong trường hợp cấu trúc 2D, chúng ta có hai điện

trở suất biểu kiến ứng với hai mode của trường điện từ: mode TE (trường điện song

song với đường phương cấu trúc, thành phần NS) và mode TH (dòng điện chạy

vuông góc với đường phương cấu trúc, thành phần EW). Các phương trình đối với 2

mode này có khác nhau, chúng ta sẽ xem xét lần lượt từng trường hợp.

Mode TE

Trong mode TE trường điện song song với đường phương của cấu trúc, các

phương trình Maxwell trong một vật dẫn tốt đẳng hướng thừa nhận là phụ thuộc

ie  t

 H

thời gian theo hàm mũ , không phải là chất sắt từ và bỏ qua dòng dịch, dẫn tới:

 

 H

  E

  0 iE

 trong đó E

 và H

, (3.13)

là các trường điện và trường từ,  là độ dẫn và 0 là độ từ thẩm

của chân không. Đối với trường hợp  có cấu trúc 2D với x hướng theo đường

phương, y vuông góc với đường phương và z hướng thẳng đứng xuống dưới, các





),( Ezy

phương trình này trở thành:

(3.14)

0 i

 E x  z

(3.15)

Để đơn giản hóa, tất cả các biến, như x, y, z hoặc  sẽ được chỉ ra khi cần thiết để

phân loại.

Phương trình (3.14) có thể được viết lại dưới dạng:





i 0

E 2

1 E

 

E  2 y 

  

  

(3.16)

Nếu không có số hạng trong dấu ngoặc móc, phương trình trên là phương trình cảm

ứng trong mô hình 1D. Tài liệu đã được xác định là các giá trị trên mặt (z=0) của

biến:



 i 0

1 E

 E  z

(3.17)

Chú ý rằng V liên quan chặt chẽ với trở kháng MT (Zxy = Ex/Hy). Từ định nghĩa này

dễ dàng chỉ ra rằng:



1 E

 V  z

 

E 2 z

  

  

(3.18)

Khi đó (3.16) trở thành





i 0

V   z

1 E

 

E 2 y

  

  

(3.19)

Chú ý rằng các gradient ngang của trường chỉ nằm trong số hạng trong ngoặc móc.

Bây giờ giả sử rằng V0 và E0 thỏa mãn phương trình (3.19) khi =0. Đặt

=0+ và V=V0+V. Vì các gradient thẳng đứng nói chung lớn hơn các gradient



ngang do hiệu ứng skin, chúng ta dùng xấp xỉ:

1 E

 E 2  y

1 E

 E 2  y

(3.20)

Thay vào phương trình (3.19), loại trừ phương trình bậc zero dẫn tới một phương

trình Ricatti đối với V. Bỏ qua các số hạng bậc hai cho phương trình vi phân bậc

nhất tuyến tính:

V 





iVV 2   0

 0

 z 

(3.21)

phương trình này có thể là một phương trình vi phân thực sự bằng cách dùng một

nhân tử tích phân. Tích phân thẳng đứng ở mỗi vị trí quan sát yi và dùng định nghĩa



( yV

)0,



)( z

của V cuối cùng tạo nên:

 zyE

 

2 0



 i 0 2 yE ( )0, 0

(3.22)

Các giới hạn của tích phân là bề mặt và độ sâu đủ lớn mà trường điện quả thực là

giảm đến zero. Biểu diễn này là phức và vì vậy biểu diễn hai phương trình ở mỗi tần

số ở mỗi vế.

(ln

Biểu diễn trên được thay đổi một cách dễ dàng nếu chúng ta muốn dùng

  ) 0

ln(z) như là mô hình đối với các biến đổi vi phân . Một cách thay

đổi hữu ích khác là xác định lại tài liệu như sau:







i  0



V  i 0

  

  

  

  

   

   

(3.23)

vì:

Re[dxy] = -ln a Im[dxy] = 3/2 - 2

trong đó a và  là điện trở suất biểu kiến và pha trở kháng. Bằng cách lấy sai phân

 d



 V

 (ln )

(3.23) chúng ta có thể dễ dàng kết luận rằng:



2 yV (

)0,

 2 0 yE ( 0

2 )( zyEz ( ), 0 i yH )0, ( )0, 0

(3.24)

trong đó H0(yi,0) tính được từ E0(yi,z) bằng cách dùng (3.15).

Nếu các phần dư ở vế trái của các phương trình (3.22) hoặc (3.24) là sự

chênh lệch giữa tài liệu đo được ở mỗi tần số và tài liệu dự đoán được bằng 0, các

phương trình này có thể dễ dàng được nghịch đảo đối với một nhiễu loạn độ dẫn

trực tiếp bên dưới vị trí đo. Chúng ta sẽ gọi các nghịch đảo tại một vị trí này là

nghịch đảo giả 1D, vì các đạo hàm “giả Frechet” này khác với các đạo hàm Frechet

đối với trường hợp 1D chỉ vì trường E0(yi,z) được sử dụng để tính chúng phải thoả

mãn phương trình 2D (3.13) với =0(y,z).

Chu trình lặp đầy đủ là như sau: một đoán nhận ban đầu được giả thiết đối

với 0(y,z) và phương trình (3.13) được giải ra đối với E0(y,z). Các trường này được

dùng để đánh giá các nhân giả - Frechet và các phần dư số liệu ở mỗi vế. Các

phương trình (3.22) và (3.24) sau đó được nghịch đảo và dùng tiêu chuẩn làm trơn

để đảm bảo không đưa vào cấu trúc quá mức. Sau đó, 0(y,z) được cập nhật (thường

chỉ cỡ phần trăm của  hoặc (ln) và được nội suy giữa các vị trí để tạo nên một

(y,z) mới. Phương trình (3.24) sau đó lại được giải để tìm những đánh giá mới của

các trường 2D dùng xấp xỉ sai phân hữu hạn và phương pháp ma trận. Chu trình

được lặp lại cho đến khi các phần dư số liệu trở nên đủ nhỏ. Sơ đồ này, trong đó

người ta giữ nguyên một phần bài toán cố định trong khi tác động lên phần khác, là

một lợi thế nổi bật của kỹ thuật giảm dư để giải các phương trình vi phân, và vì vậy

chúng ta gọi phương pháp này là phương pháp nghịch đảo giảm dư nhanh “rapid

relaxation inverse” hay RRI.

Mode TM (Hoặc mode TH)

Sử dụng cùng hệ toạ độ như mode TE và điện trở suất =1/, các phương

trình thích hợp đối với mode TM, trong đó dòng điện chạy vuông góc với đường





 .

phương cấu trúc (tức là, mặt phẳng y-z), khi đó ta có:

   i H 0





(3.14’)

 H  z

(3.15’)

Phương trình (3.14’) có thể được viết lại:









i 

0 

H   z

H   y

 1 zH  x

 1 yH  x

  

  

(3.16’)



Xác định tập tài liệu mới:

 H

 H  z

(3.17’)

tính toán đạo hàm giả Frechet gần như đối với mode TE. Kết quả cuối cùng là:





( zyE ),



2 0



)0,

1 2 yH ( 0

(3.22’)

trong đó E0 được xác định bằng việc sử dụng (3.15’) và trường H0 thỏa mãn (3.14’)







với 0. Định nghĩa lại tài liệu mode TM như sau:

 i 0

H E

 i 0 2 U

   

  

   

   

   

   

(3.23’)

 d





 (ln )

chúng ta thu được tương tự TM của đạo hàm giả Frechet (3.24):



2 yU (

)0,

2 )( ( ), zyEz  0 i yHyE ( )0, )0,

 2 0 (

(3.24’)

Các đạo hàm giả Frechet xấp xỉ (3.22’) và (3.24’) có thể được nghịch đảo một cách

độc lập từ mode TE hoặc có thể được tổ hợp với các đạo hàm giả Frechet mode TE

và tài liệu đối với 1 nghịch đảo đồng thời.

 QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN

Để thực hiện nghịch đảo người ta dùng chuẩn Laplace vô hướng của mô hình





)( zg







 yQ i



 

m 2 z

 

m 2 y

  

  

(3.25)

trong đó nhân tử (z+z0)2 nảy sinh từ việc lấy các đạo hàm và tích phân đối với log

độ sâu, và nhân tử g(z) cho phép sự tương hợp giữa việc xếp đặt cấu trúc theo

phương ngang và đứng. Khi sử dụng phương pháp xấp xỉ bằng sai phân hữu hạn và

qui tắc cầu phương, chuẩn trên được viết dưới dạng:

(3.26) Qi=(Rmi-ci)T(Rmi-ci)

trong đó mi là mô hình mẫu rời rạc bên dưới vị trí yi, R là toán tử tạo từ đạo hàm

bậc hai thẳng đứng trên mi; ci là vectơ nảy sinh từ việc lấy đạo hàm bậc hai theo

phương ngang, nó biểu thị rằng cấu trúc dưới yi phải gần với cấu trúc ở vị trí bên

cạnh, và số mũ T là ký hiệu ma trận chuyển vị.

Vì tài liệu đo được có sai số, chúng ta không muốn mô hình cực tiểu Qi làm

hợp một cách chính xác với số liệu. Thay vì thế, chúng ta muốn cực tiểu đại lượng:

 QW i

 i

2 e i

ie có phân bố thống kê

(3.27)

Các phương sai của các sai số đo đã được sử dụng để lấy tỷ lệ số liệu và các đạo hàm giả-Frechet sao cho sai số(misfit) bình phương  2 chuẩn 2. Hằng số i là thông số biến đổi giữa cấu trúc mô hình và misfit. Vì bài 2 tới mục tiêu cuối cùng trong chuỗi các toán ngược thực là phi tuyến, cần giảm ei

bước, đủ nhỏ sao cho sự tuyến tính hóa tự nhiên trong (3.22) và (3.24) hoặc (3.22’)

và (3.24’) vẫn có giá trị.

Sự phức tạp nảy sinh trong trường hợp 2D vì Wi có thể tăng do độ dẫn thay

đổi dưới vị trí khác. Vấn đề này nghiêm trọng đối với mode TM, trong đó các dòng

điện chạy dọc theo tuyến hơn đối với mode TE khi dòng chạy vuông góc với tuyến.

Vì vậy ở mỗi bước tính toán nghịch đảo 2D, người ta phải xem xét một độ đo tổng

quan hơn là dáng điệu của Wi tại một điểm đo riêng lẻ. Các hàm mục tiêu tại điểm

đơn lẻ có thể được tổ hợp để tạo nên một độ đo chung theo nhiều cách khác nhau.

sites



Một độ đo chung được chấp nhận là:

W G



W i  

1 

median

(3.28)

Đại lượng này tỷ lệ với các hàm mục tiêu ở mỗi vị trí vì thế hệ số nhân với misfit 2 có bậc 1, và WG tránh bị lấn át bởi các vị trí có i rất lớn hoặc rất bình phương ei

nhỏ. Vì i và median thay đổi mỗi lần lặp, giá trị của WG đối với mô hình được so

sánh với giá trị của nó đối với mô hình được chấp nhận cuối cùng dùng các biến i

và median từ lần lặp hiện tại. Điều này làm cho sự chấp nhận độ đo hàm là đồng nhất

đối với cả hai mô hình.

3.3.2. Kết quả minh giải

Quy trình nghịch đảo 2D trên được thực hiện như một chức năng trong phần

mềm Geotools MT (1997), phần mềm này cho phép minh giải 1D, 2D và 3D các tài

liệu từ telua. Nghịch đảo 2D đưa ra mô hình mặt cắt địa điện làm hợp tất cả các

đường cong từ telua quan sát được trên một tuyến đo sâu từ telua. Mô hình nghịch

đảo 2D như vậy đã tính tới cả sự biến đổi của điện trở suất theo chiều sâu phụ thuộc

tần số quan sát và cả sự biến đổi của điện trở suất theo phương ngang. Như vậy sự

biến đổi của điện trở suất quan sát được tại mỗi điểm quan sát trong phép nghịch

đảo 2D phản ánh ảnh hưởng của các điểm xung quanh, vì thế bức tranh cấu trúc địa

điện thu được trên tuyến hy vọng sẽ gần hơn với cấu trúc địa điện trong thực tế.

Mặc dù trong đo sâu từ telua chúng ta có thể thu được thành phần điện trở suất biểu

kiến theo hướng cấu trúc xy và thành phần điện trở suất theo hướng vuông góc với

phương cấu trúc yx và các thành phần pha tương ứng. Nghịch đảo 2D có thể sử

dụng nghịch đảo 1 thành phần điện trở suất, nghịch đảo đồng thời 2 thành phần điện

trở suất, hoặc đồng thời điện trở suất và pha tương ứng của 1 thành phần, hoặc

nghịch đảo đồng thời cả hai thành phần điện trở suất và 2 thành phần pha một cách

tương ứng. Trong thực tế trong nhiều công trình nghiên cứu cấu trúc sâu bằng

phương pháp đo sâu từ telua, người ta chỉ sử dụng mode TM (thành phần yx) trong

quá trình nghịch đảo 2D [19], nguyên nhân của điều này còn chưa được làm sáng

tỏ. Sau khi thử nghiệm tác giả thu được kết quả nghịch đảo 2D hội tụ với việc sử

dụng thành phần yx.

Quá trình nghịch đảo được bắt đầu bằng một mô hình nửa không gian đồng

nhất có điện trở suất 100 .m. Để khắc phục phần nào hiệu ứng biên theo phương

ngang, lưới điểm tính toán được mở rộng về hai đầu tuyến đo khoảng hơn 60 km,

trong phạm vi tuyến đo khoảng cách mắt lưới tính toán khá dày đặc, và thưa dần khi

ra xa; độ sâu tính toán cũng được mở rộng tới khoảng gần 60 km, tuy nhiên khoảng

cách mắt lưới cũng thưa dần từ trên xuống dưới (hình 3.8).

Hình 3.8. Mô hình ban đầu xuất phát từ quá trình nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh, các dấu thập là lưới điểm tính toán.

Kết quả sau 31 lần lặp độ lệch bình phương trung bình của tập hợp 9 đường

cong thành phần yx quan sát và tính lại từ mô hình nghịch đảo 2D giảm từ 73,5

.m (ở lần lặp thứ nhất) đến 3,7 .m (lần lặp cuối cùng) (hình 3.9), và quá trình

nghịch đảo không thể lựa chọn các tham số mô hình để cho giá trị độ lệch bình

phương trung bình giữa yx quan sát và tính lại từ mô hình được tốt hơn, quá trình

nghịch đảo dừng lại.

80

70

60 )

.

50 m m h O

(

40

30 T T P B L §

20

10

0

5

10

25

30 15 20 Sè lÇn lÆp

35

Hình 3.9. Độ lệch bình phương trung bình giữa thành phần điện trở suất yx quan sát và tính toán từ mô hình nghịch đảo 2D

Hình 3.10 trình bày các đường cong yx quan sát và tính toán lại từ mô hình

2D thu được ở lần lặp cuối cùng. Chúng ta thấy rằng đường cong yx tính toán lại từ

mô hình khá phù hợp với đường cong yx quan sát. Hình 3.11 là giả mặt cắt điện trở

suất biểu kiến thành phần yx tính toán lại từ mô hình nghịch đảo 2D. Chúng ta thấy

rằng có sự tương tự hoàn toàn giữa hình 3.6 và hình 3.11, điều này ngụ ý rằng quá

trình nghịch đảo 2D cho kết quả hội tụ.

10000

)

.

1000

m m h O

100

( n Õ i k u Ó i b t Ê u s

ë r t n Ö i §

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

10000.000

Chu kú (sec)

Hình 3.10. Đường cong yx quan sát (các hình thoi) và tính toán lại từ mô hình 2D (các dấu chữ thập) tại điểm sh08

4

9

5

8

7

3

2

6

1 Lg (§TSBK) Ohm.m

) z H

( ) f ( g L

-2

3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2

Distance (Km)

Hình 3.11. Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần yx tính toán lại từ mô hình nghịch đảo 2D

Kết quả nghịch đảo 2D thành phần yx ở lần lặp cuối cùng được trình bày ở

hình 3.12. Chúng ta thấy rằng mặt cắt địa điện tuyến đo có cấu trúc với lớp vỏ trên

cùng có điện trở suất thấp từ vài .m tới vài chục .m, phần vỏ giữa có điện trở

suất cao tới vài ngàn .m, phần vỏ dưới cùng có điện trở suất từ hàng trăm tới cỡ

ngàn .m.

Hình 3.12. Mặt cắt địa điện theo kết quả nghịch đảo 2D thành phần yx thu được trên tuyến cắt ngang đới đứt gãy sông Hồng

Kiểu cấu trúc vỏ với lớp vỏ giữa cao hơn lớp vỏ trên và lớp vỏ dưới được gọi

là kiểu vỏ phanerozoi quan sát được ở nhiều nơi trên thế giới. Điều quan trọng thể

hiện trên mặt cắt này là đới điện trở suất dưới các điểm ST04, ST05 và SH07 ngăn

cách cấu trúc điện trở phần đầu tuyến và phần cuối tuyến. Đới điện trở suất thấp này

ứng với đới dập vỡ của đứt gãy sông Hồng, do đất đá dọc theo đứt gãy bị dập vỡ

nên điện trở suất giảm so với xung quanh.

Từ hình thái của mặt cắt điện trở tác giả có thể vạch ra vị trí của đứt gãy sông

Hồng như ở hình vẽ. Từ kết quả này tác giả có thể kết luận rằng, đứt gãy sông Hồng là đứt gãy sâu xuyên vỏ, nghiêng về phía đông bắc với góc dốc khoảng 80o, kết quả

này khá phù hợp với kết quả nghiên cứu từ các dấu hiệu địa chất địa mạo [7,29,34].

Ngoài ra tác giả cũng nhận thấy rằng, ở trên sơ đồ đứt gãy hình 2.8 được

trích dẫn của tác giả Nguyễn Đình Xuyên cùng nnk thì đứt gãy được vạch nằm giữa

2 điểm đo st03 và st04. Tuy nhiên kết quả minh giải cho thấy rằng đứt gãy nằm giữa

vị trí st04 và st05, tức là lệch về phía Tây Nam so với sơ đồ đứt gãy trích dẫn. Kết

quả này có thể cho chúng ta xác định lại vị trí chính xác của đứt gãy Sông Hồng.

KẾT LUẬN

Phương pháp đo sâu từ telua cho phép xác định cấu trúc độ dẫn của đất đá

trong vỏ Trái Đất được xem là một trong những phương pháp hiệu quả trong việc

nghiên cứu cấu trúc địa điện của vùng đứt gãy hoạt động.

Việc thực hiện luận văn cao học giúp tác giả nắm bắt cách xử lý số liệu qua

các phần mềm đi kèm theo máy là SSMT2000 và MTEDITOR, đã đưa ra được các

đường cong điện trở suất. Từ đó thành lập các giả mắt cắt, cũng như minh giải 1D

theo Occam và minh giải 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh qua phần mềm

chuyên dụng Geotool, kết quả đưa ra được mặt cắt điện trở suất. Qua kết quả mặt

cắt điện trở suất, tác giả đã có những nhận xét về cấu trúc địa chất tại khu vực

nghiên cứu.

Từ kết quả đo sâu từ telua tại 9 điểm được thực hiện trong nghiên cứu này,

kết quả thực hiện nghịch đảo 2D bằng phầm mềm Geotools MT cho phép kết luận

rằng: Đứt gãy sông Hồng là đới đứt gãy sâu xuyên vỏ, nghiêng về phía đông bắc với góc nghiêng khoảng 80o. Kết quả này cũng phù hợp với những nghiên cứu trước

đây.

Kết quả minh giải cho thấy rằng đứt gãy nằm giữa vị trí st04 và st05, tức là

lệch về phía Tây Nam so với sơ đồ đứt gãy trích dẫn, điều này có thể cho chúng ta

xác định lại vị trí chính xác của đứt gãy Sông Hồng trên thực tế, cũng như là một

nguồn tài liệu bổ sung thêm thông tin về đới đứt gãy Sông Hồng mà ta có thể tham

khảo trong tương lai.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt.

1. Cao Đình Triều, Phạm Huy Long, 2002. Kiến tạo đứt gãy lãnh thổ Việt Nam.

NXB Khoa học và Kỹ thuật. 210 tr. Hà Nội.

2. Đoàn Văn Tuyến, Đinh Văn Toàn, Nguyễn Trọng Yêm, Phạm Văn Ngọc,

Boyer D., 1999. Đặc điểm cấu trúc địa động lực đới đứt gãy Sông Hồng trên

cơ sở tài liệu từ telua.Tạp chí Địa chất, A267, 21-28.

3. Lê Duy Bách, 2017. Đứt gãy ở Việt Nam. NXB ĐH Quốc gia Hà Nội.

4. Lê Huy Minh, Võ Thanh Sơn, Nguyễn Chiến Thắng, Nguyễn Trọng Vũ,

Nguyễn Đình Xuyên, G Marquis, Trần Văn Thắng, 2008. Mặt cắt đứt gãy

Sơn La theo kết quả đo sâu từ telua. Tạp chí Các Khoa học về Trái Đất,

30(4), 491-502.

5. Lê Huy Minh, Phạm Văn Ngọc, D. Boyer, Nguyễn Ngọc Thủy, Lê Trường

Thanh, Ngô Văn Quân, Guy Marquis, 2009. Nghiên cứu chi tiết đứt gãy Lai

Châu – Điện Biên bằng phương pháp đo sâu từ telua. Tạp chí Địa chất,

A311, 11-21.

6. Lê Huy Minh, Đinh Văn Toàn, Võ Thanh Sơn, Nguyễn Chiến Thắng,

Nguyễn Bá Duẩn, Nguyễn Hà Thành, Lê Trường Thanh, Guy Marquis, 2011.

Kết quả xử lý bước đầu số liệu đo sâu từ tellua tuyến Hòa Bình – Thái

Nguyên và tuyến Thanh Hóa – Hà Tây. Tạp chí các Khoa học về Trái Đất,

33(1), p. 18 – 28.

7. Nguyễn Đăng Túc, 2004. Đặc điểm hoạt động đới đứt gãy sông Hồng, Tổng

cục địa chất và khoáng sản.

8. Phạm Năng Vũ, Doãn Thế Hưng, 2004. Cấu trúc sâu của đới đứt gãy sông

Hồng, Kết quả nghiên cứu cơ bản 2001-2003: Đới đứt gãy sông Hồng, đặc

điểm địa động lực, sinh khoáng và tai biến thiên nhiên. Nhà xuất bản khoa

học và kỹ thuật, 2004, p.107-171.

9. Trần Văn Trị và Vũ Khúc (đồng chủ biên), 2009. Địa chất và Tài nguyên

Việt Nam. Cục Địa chất và khoáng sản Việt Nam. NXB Khoa học tự Nhiên

và Công nghệ. 589 tr. Hà Nội.

10. Trần Nghi, Trần Hữu Thân, Đinh Xuân Thành, Nguyễn Thanh Lan, Phạm

Nguyễn Hà Vũ, Nguyễn Hoàng Sơn, 2004. Tiến hóa trầm tích Kainozoi bồn

trũng sông Hồng trong mối quan hệ với hoạt động địa động lực. Kết quả

nghiên cứu cơ bản 2001-2003: Đới đứt gãy sông Hồng, đặc điểm địa động

lực, sinh khoáng và tai biến thiên nhiên. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,

2004, p.373-412.

11. Võ Thanh Sơn, Lê Huy Minh, Guy Marquis, Nguyễn Hà Thành, Trương

Quang Hảo, Nguyễn Chiến Thắng, 2014. Kết quả đo sâu từ Telua tuyến Sốp

Cộp – sông Mã tỉnh Sơn La. Tạp chí Địa chất, Loạt A, 341-345, p. 327-334.

12. Võ Thanh Sơn, Lê Huy Minh, Guy Marquis, Nguyễn Hà Thành, Trương

Quang Hảo, Đào Văn Quyền, Nguyễn Chiến Thắng, 2015. Kết quả đo sâu từ

telua tuyến Quan Sơn – Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa.Tạp chí các Khoa học về

Trái Đất, 37(1), p. 57-42.

13. Võ Thanh Sơn và nnk, 2015. Thuộc đề tài độc lập cấp nhà nước: “Nghiên cứu

tác động địa chấn kiến tạo đến sự ổn định công trình thủy điện Sông Tranh 2

khu vực Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam”. Lưu giữ tại thư viện Vật lý Địa cầu

– nhà A8 – 18 Hoàng Quốc Việt – Cầu giấy – Hà Nội, p. 1-73.

Tiếng Anh

14. Arora B. R., Unsworth M. J., Rawat G, 2007: Deep resistivity structure of

the northwest Indian Himalaya and its tectonic implications. Geophysical

research letters, vol. 34, L04307.

15. Bedrosian P. A., Unsworth M. J., Egbert G. D., Thurber C. H. 2004.

Geophysical images of the creeping segment of the San Andreas fault:

implications for the role of crustal fluids in the earth process.

Tectonophysics, 385, 137 – 158.

16. Cagnia L., 1953: Basic theory of magnetotelluric method of geophysical

prospecting, Geophysics, 18, 605-635.

17. Constable S. C. et al., 1987. Occam’s inversion : a practical algorith for

generating smooth models from electromagnetic sounding data. Geophysics,

52, 3, 289-300.

18. Geotools Corporation, 1997. Geotools MT User’s guide.

19. Ingham M., 2005. High resolution electrical imaging of fault zones. Phys.

Earth Planet. Inter., 150, 93-105.

20. Jones A., 1992. Electrical conductivity of the continental lower crust,

Continental lower Crust, edited by D. M, Fountain, R. J. Arculus and R. W.

Kay.

21. Leloup P.h., Lacassin R., Tapponier P., Scharer U., Zhong D., Liu X., Zhang

L., Ji S, Phan Trường Thị, 1995. The Ailso Shan – Red River shear zone:

Tertiary transform boundary of Indochiana. Tectonophysics.

22. Nsworth M. J., Jones A. G., Wei W., Marquis G., Gokam S. G., Spratt J. E.,

and the INDEPTH MT Team, 2005. Crustal rheology of the Himalaya and

southern Tibet inferred from magnetotelluric data. Nature, 438, 78 - 81.

23. Pham V. N., D. Boyer, P. Therme, X. C.Yuan, L. Li and G. Y. Jin, 1986.

Partial melting zones in the crust in southern Tibet from magnetotelluric

results, Nature, 319, No 6051, 310-314.

24. Pham Van Ngoc, Danièle Boyer, Nguyen Thi Kim Thoa, Nguyen Van

Giang, 1993. Deep ground-water investigation by combined VES/MTS

methods near Ho Chi Minh city, Vietnam. Proceedings of the NCSR of

Vietnam, 5(1), 71-86.

25. Pham V. N., D. Boyer, Nguyen Van Giang et Nguyen Thi Kim Thoa, 1995.

Proprétés électriques et structure profonde de la zone de faille du Fleuve

Rouge au Nord Vietnam d’après les résultats de sondage magnéto-tellurique.

C.R. Acad. Sci. Paris, 320, série IIa, 181-187.

26. Pham V. N. et al, 2000. Electrical conductivity and crustal structure beneath

the central Hellenides around the Gulf of Corinth (Greece) and their

relationship with the seismotectonics. Geophys. J. Int., 142, 948-969.

27. Pham V. N. et al., 2002. Hydrogeological investigation in the Mekong Delta

around Ho Chi Minh city (South Vietnam) by electric tomography. C.R.

Geoscience, 334, 733-740.

28. Quomarudin M., 1994. Propriétés électriques et structures de la croûte en

France, (Programmes Ecors, GPF) d’après les résultats de sondage

magnéto-tellurique. Thèse, Université Paris 7.

29. Replumaz A., R. Lacassin, P. Tapponnier, P. H. Leloup, 2001. Large river

offsets and Plio-Quatermary dextral slip rate on the Red River fault (Yunnan,

China), J. Geophys. Res., 60(B1), 819-836.

30. Smith J. T. & J. R. Booker, 1991. Rapid inversion of two- and three-

dimentional magnetotelluric data, J. Geophys. Res., 96, 3905-3922.

31. Tapponier P. Et al, 1986. On the michanics of the collision between India

and Asia. Collision Tectonics. Geol. Soc. Special publication 19.

32. Unsworth M. J., Jones A. G., Wei W., Marquis G., Gokam S. G., Spratt J. E.,

and the INDEPTH MT Team, 2005. Crustal rheology of the Himalaya and

southern Tibet inferred from magnetotelluric data. Nature, 438, 78– 81.

33. Vo Thanh Son, Le Huy Minh, Nguyen Hong Phương, Guy Marquis, Nguyen Ha

Thanh, Vu Dao Nam, Nguyen Ba Vinh, Dao Van Quyen, Nguyen Chien Thang,

Nguyen Hong Viet, 2017. The results of deep magnetotelluaric sounding for

studying the Nha Trang – Tanh Linh fault. Journal of Marine Science and

Technology; Vol. 17, No. 4B:123-129

34. Zuchiewicza W., Nguyen Quoc Cuong, J. Zasadnia, Nguyen Trong Yem,

2011. Late Cenozoic tectonics of the Red River Fault Zone, Vietnam, in the

light of geomorphic studies. J. Geodynamics, 69, 11-30,

doi:10.1016/j.jog.2011.10.008.