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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu tổng quan về phương pháp đo sâu từ Telua, hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu và công tác thu thập số liệu đo sâu từ Telua; phương pháp và kết quả xử lý số liệu đo sâu từ Telua. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 1
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. 2
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. 3
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. 4
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 5
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 6
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, 7
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 8
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 hưởng bởi tương tác giữa dòng plasma Mặt Trời và trường từ của Trái Đất. Tần số (Hz) Hình 1.1. Phổ của trường từ Trái Đất 9
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. 10
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 SI:     E   B (1.1a) t        H  J  D (1.1b) t   . D  q (1.1c)   . B  0 (1.1d)    trong đó E là điện trường (V/m), H là trường từ (A/m), B là cảm ứng từ ( W / m2       ), D là cảm ứng điện C / m 2 , J là mật độ dòng điện A / m 2 , q là mật độ hạt tích điện (C). Trong môi trường dẫn đồng nhất đẳng hướng, chúng ta có các mối liên hệ:   B  H (1.2a)   D  E (1.2b)  1  J 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). Giả sử trường là điều hòa dạng xung  (f), với nhân tử thời gian e it ( i  1 ), các phương trình Maxwell trở thành:      E  iH (1.3a)    E    H   iE (1.3b)    . E  0 (1.3c)   . H  0 (1.3d) Từ (1.3a) và (1.3b) chúng ta có thể thu được hai mối liên hệ: 11
          E  k2E  0 (1.4a) và           H  k2H  0 (1.4b) trong đó i k 2   2  (1.5)  k là hằng số truyền.            Bằng cách sử dụng đẳng thức vectơ     F   . F   2 F và chú ý tới (1.3c) hoặc (1.3d) chúng ta thu được các phương trình truyền sóng đồng nhất Helmholtz:   2   k2 F  0 (1.6)    trong đó F  E hoặc H . 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 phụ thuộc dòng dịch và phần ảo phụ thuộc vào dòng dẫn là . Lấy  là độ điện . 11 F / m ), tỷ số này thay đổi giữa 510 thẩm của không khí (  0  910 . 14 và 510 . 13 , điều đó cho phép bỏ qua dòng dịch so với dòng dẫn (giả thiết thứ nhất của Cagniard): i 2 i   2 k   e (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 dưới và mặt phẳng OXY là nằm ngang:   F  Fx ( z ), Fy ( z ),0  Kết quả là các phương trình (1.4) trở thành: 12
2 2 Fm  k 2 Fm  0 (1.8) z và có lời giải: Fm  Fm0eikz (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:  Ex  Hy (1.10a) k và  Ey   Hx (1.10b) k hoặc Ex   0 Z  H x  E      (1.11)  y   Z 0   H y  với Em Z   e i (1.12) Hn (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  Z (1.13) 2 Cho    0  4 .107 H/m: T 2  2 107 Z (1.14) 8 Với các đơn vị thực tế sử dụng trong MT:  tính bằng .m, T tính bằng s, E tính bằng mV/km và H tính bằng nT, biểu diễn (1.14) trở thành: 2   0,2T Z (1.15) 13