ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------
TRẦN THỊ THU PHƢƠNG
XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG
TRONG ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------
TRẦN THỊ THU PHƢƠNG
XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG
TRONG ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ
Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
Mã số: 60440111
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. Nguyễn Đức Vinh
Hà Nội - 2015
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học khoa học tự nhiên em đã
nhận được sự tận tình dạy dỗ, chỉ bảo của các thầy cô trong khoa Vật Lý nói riêng
và các thầy cô trong trường nói chung. Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy
cô giáo đã dạy em trong thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Vật Lý Địa Cầu
đã trang bị cho em những kiến thức cơ bản trong thời gian học tập tại trường. Và
đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Nguyễn Đức Vinh người đã trực tiếp
hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn này.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình và các bạn đã quan tâm động
viên và giúp đỡ em trong quá trình học tập và trong thời gian làm luận văn.
Em mong nhận được sự quan tâm và góp ý của thầy cô và các bạn về
luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 6 năm 2015.
Học viên
Trần Thị Thu Phƣơng
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: MỘT SỐ NÉT VỀ PHƢƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ ..... 2
1.1. Cơ sở vật lý của phương pháp. ......................................................................... 3
1.1.1. Sự hình thành sóng đàn hồi .................................................................... 3
1.1.2. Cơ sở địa chấn hình học ......................................................................... 5
1.1.3. Sự phản xạ, khúc xạ và tán xạ của sóng đàn hồi: .................................. 7
1.2. Kỹ thuật phát và thu sóng địa chấn ................................................................... 9
1.2.1. Kỹ thuật phát sóng địa chấn: .................................................................. 9
1.2.2. Kỹ thuật thu sóng địa chấn:.................................................................. 11
1.2.3. Hệ thống quan sát sóng địa chấn: ........................................................ 15
1.3. Ứng dụng của phương pháp địa chấn phản xạ................................................ 16
1.3.1. Nghiên cứu địa chất khu vực. .............................................................. 16
1.3.2. Tìm kiếm cấu tạo. ................................................................................. 17
1.3.3. Công tác thăm dò chi tiết ..................................................................... 17
CHƢƠNG 2: XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG TRONG ĐỊA CHẤN
PHẢN XẠ ................................................................................................................. 19
2.2. Phương pháp biểu đồ giao nhau. ............................................................. 21
2.3. Phương pháp biểu đồ hiệu. ...................................................................... 23
2.4. Phương pháp tọa độ bình phương. .......................................................... 24
2.5. Xây dựng phổ tốc độ. .............................................................................. 24
2.6. Xác định tốc độ bằng phương pháp các điểm tương hỗ. ....................... 26 CHƢƠNG 3: MỘT SỐ THỬ NGHIỆM TRÊN SỐ LIỆU MÔ HÌNH .............. 29
3.1. Chương trình và số liệu. ................................................................................. 29
3.2. Mô hình 1 ........................................................................................................ 30
3.3. Mô hình 2 ........................................................................................................ 35
3.4. Mô hình 3 ........................................................................................................ 38
3.5. Mô hình 4 ........................................................................................................ 41
3.6. Mô hình 5 ........................................................................................................ 43 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 49
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.2. Mối quan hệ giữa BĐTK và tốc độ biểu kiến v* ..................................... 6
Hình 1.3. Sự phản xạ, khúc xạ và tán xạ của sóng đàn hồi .................................... 8
Hình 2.1. Biểu đồ thời khoảng và đường u trung bình. ......................................... 20
Hình 2.2. a. BĐTK ; b. Dựng đường (x) .............................................................. 22
Hình 2.5.1. Băng địa chấn 3 trục đồng pha ............................................................ 26
Hình 2.5.2. Kết quả tinh phổ tốc độ ....................................................................... 26
Hình 3.1.1. Mô tả lựa chọn tốc độ ........................................................................... 29
Hình 3.1.2. Mô tả phương pháp chia đôi ................................................................ 30
Bảng 3.1. Các thông số mô hình ............................................................................. 30
Bảng 3.2. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ ................................................... 31
Hình 3.2. Mô hình 1 và các BĐTK tính toán .......................................................... 32
Bảng 3.3. Các thông số mô hình ............................................................................. 35
Bảng 3.4. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ ................................................... 35
Hình 3.3. Mô hình 3.2 và các BĐTK tính toán ....................................................... 37
Bảng 3.5. Các thông số mô hình ............................................................................. 38
Bảng 3.6. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ ................................................... 38
Hình 3.4. Mô hình 3 và các BĐTK tính toán .......................................................... 40
Bảng 3.7. Các thông số mô hình ............................................................................. 41
Bảng 3.8. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ ................................................... 41
Hình 3.5. Mô hình 4 và các BĐTK tính toán .......................................................... 42
Bảng 3.9. Các thông số mô hình ............................................................................. 43
Bảng 3.10. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ ................................................. 44
Hình 3.6. Mô hình 5 và các BĐTK tính toán .......................................................... 45
MỞ ĐẦU
Thăm dò địa chấn là một trong các phương pháp thông dụng của địa vật lý
thăm dò. Nó gồm tập hợp nhiều phương pháp quan sát trường sóng đàn hồi phát
triển trong môi trường đất đá để nghiên cứu cấu trúc trái đất và thăm dò tìm kiếm
khoáng sản. Thăm dò địa chấn cho kết quả với độ chính xác cao. Chính vì ưu thế đó
mà mặc dù đòi hỏi chi phí lớn nhưng thăm dò địa chấn vẫn được ưu tiên sử dụng,
nhất là trong công tác thăm dò dầu khí.
Nhiệm vụ của phương pháp thăm dò địa chấn là xác định độ sâu, hình dạng
của ranh giới giữa các lớp đất đá và vận tốc truyền sóng đàn hồi trong các lớp đất đá
đó. Gần đây, đã có nhiều nhà khoa học cố gắng dựa vào đặc điểm trường sóng thu
được để nghiên cứu thành phần thạch học, độ rỗng … của đất đá.
Trong vật lý chúng ta đã biết mối quan hệ mật thiết giữa Thời gian - Quãng
đường - Vận tốc. Có nhiều cố gắng của các nhà nghiên cứu trong việc xác định vận
tốc truyền sóng địa chấn trong các lớp đất đá. Có thể dựa vào các lỗ khoan sâu để
xác định vận tốc truyền sóng. Địa chấn lỗ khoan chắc chắn sẽ cho những kết quả
đáng tin cậy nhất. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có được điều kiện thuận lợi
như vậy, chủ yếu công việc xác định vận tốc vẫn phải dựa trên các biểu đồ thời
khoảng hay nói chung là các băng địa chấn.
Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, học viên được giao đề tài theo hướng
tìm hiểu bài toán xác định tốc độ truyền sóng trong phương pháp địa chấn phản xạ.
Nội dung сủa luận văn :
- Tổng quan về phương pháp địa chấn phản xạ.
- Tìm hiểu về việc xác định vận tốc truyền sóng địa chấn.
- Tìm hiểu một phương pháp cụ thể để áp dụng.
Xây dựng mô hình và thử nghiệm phương pháp. -
Cấu trúc luận văn
Mở đầu.
Chương 1 : Một số nét về phương pháp địa chấn phản xạ.
Chương 2: Xác định tốc độ truyền sóng trong địa chấn phản xạ.
Chương 3: Một số thử nghiệm trên số liệu mô hình.
1
Kết luận.
CHƢƠNG 1: MỘT SỐ NÉT VỀ PHƢƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ
Thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý nghiên cứu đặc điểm trường
sóng dao động đàn hồi trong môi trường đất đá nhằm giải quyết các nhiệm vụ địa
chất khác nhau như nghiên cứu cấu trúc vỏ trái đất, tìm kiếm thăm dò dầu khí và tài
nguyên khoáng sản, nghiên cứu nền móng công trình…
Trong thăm dò địa chấn, người ta tiến hành nổ mìn, rung, đập hoặc ép
hơi…để tạo ra các xung dao động, các xung dao động này truyền trong môi trường
dưới dạng sóng đàn hồi. Nếu gặp các mặt ranh giới của các tầng đất đá có tính chất
đàn hồi khác nhau thì chúng sẽ tạo nên các sóng thứ cấp như sóng phản xạ, khúc xạ,
sóng tán xạ…Với các thiết bị máy móc thích hợp đặt ở trên mặt hoặc trong giếng
khoan ta có thể thu nhận và ghi giữ các dao động sóng này trên các băng địa chấn.
Sau quá trình xử lí và phân tích tài liệu sẽ cho phép hình thành các lát cắt địa chấn,
các bản đồ và các thông tin khác phản ánh đặc điểm hình thái và bản chất môi
trường vùng nghiên cứu.
Có hai phương pháp địa chấn chính là phương pháp địa chấn phản xạ và địa
chấn khúc xạ, chúng được áp dụng trên đất liền, trên biển, trong hầm lò hoặc trong
các giếng khoan…
Phương pháp địa chấn được hình thành từ những năm hai mươi của thế kỷ 20
và cho đến nay đã có những bước phát triển rất mạnh mẽ kể cả trong lĩnh vực
phương pháp, thiết bị và xử lý số liệu.
Ngày nay người ta đã sử dụng các trạm địa chấn ghi số có hàng trăm mạch
ghi, sử dụng hệ giao thoa “điểm sâu chung” với số bội rất cao, quan sát trong không
gian 3 chiều, xử lý số liệu với chương trình xử lý khổng lồ và có thể minh giải tài
liệu trên các trạm máy tính.
Ở nước ta, phương pháp địa chấn phản xạ đã được áp dụng từ những năm 60
nhằm phục vụ cho tìm kiếm và thăm dò dầu khí. Hiện nay, việc khảo sát tỷ mỷ thềm
lục địa đang được tiến hành với các thiết bị hiện đại và công nghệ xử lý đạt trình độ
2
tiên tiến trên thế giới. Ngoài lĩnh vực dầu khí, phương pháp địa chấn còn được áp
dụng để khảo sát các vùng biển nông và tìm kiếm sa khoáng (từ năm 1991), khảo
sát nền móng công trình (từ năm 1970) và nghiên cứu các mỏ hầm lò (từ năm
1991).
1.1. Cơ sở vật lý của phương pháp.
1.1.1. Sự hình thành sóng đàn hồi
+ Cơ sở lý thuyết đàn hồi:
Người ta gọi những vật thể khi có lực tác dụng thì thay đổi về hình dạng và thể
tích và khi ngừng tác dụng của lực thì lập tức trở lại trạng thái ban đầu là các vật thể
đàn hồi. Sự thay đổi về hình dạng và thể tích như vậy gọi là biến dạng đàn hồi.
Trong các phương pháp địa chấn, do lực tác dụng nhỏ và thời gian tác dụng lực rất
ngắn nên có thể coi môi trường đất đá là môi trường đàn hồi.
Có hai loại biến dạng đàn hồi là biến dạng thể tích và biến dạng hình dạng. Nếu
lực tác dụng chỉ làm thay đổi về thể tích mà hình dạng của vật vẫn giữ nguyên thì
biến dạng đó gọi là biến dạng thể tích. Ngược lại nếu vật thể chỉ thay đổi hình dạng
mà thể tích không đổi thì đó là biến dạng hình dạng. Các dạng biến dạng đàn hồi
phức tạp đều được coi là tổng biến dạng thể tích và biến dạng hình dạng.
Khi ngoại lực tác dụng lên vật thể gây nên sự biến dạng thì trong vật thể đồng
thời xuất hiện nội lực có xu hướng chống lại ngoại lực nhằm kéo các phần tử vật
chất về trạng thái ban đầu. Nội lực này gọi là ứng lực. Ứng lực tác dụng lên một
đơn vị diện tích nhằm cân bằng với ngoại lực gọi là ứng suất. Mối quan hệ giữa ứng
suất và biến dạng được mô tả bới định luật Huk. Môi trường đàn hồi được đặc trưng
bởi các tham số đàn hồi như mô đun giãn dọc E (mô đun Iung), mô đun nén ngang
σ (hệ số poatson) hoặc hằng số Lame μ, λ và mật độ ρ.
Giả sử có một hình trụ tròn chiều dài l và đường kính d. Dưới tác dụng của lực F
vật bị biến dạng có độ giãn dọc là ∆l và độ nén ngang là ∆d. Gọi độ giãn dọc tương
đối là ∂l = , ∂d =
3
Ứng suất T có độ lớn là : T = = (1.1)
Vì mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính nên ta có:
∆l = aT , ∂l = =
Và ∆d = bT, ∂d =
a và b là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất đàn hồi và kích thước của vật thể
+ Sự hình thành sóng đàn hồi:
Trong thăm dò địa chấn, khi kích thích xung lực ở một điểm nào đó của môi
trường thì sẽ gây nên sự biến dạng và suất hiện ứng suất. Do hiện tượng quán tính
nên các phần tử vật chất của môi trường sẽ dao động quanh vị trí cân bằng, trong
môi trường đàn hồi các dao động này được lan truyền theo mọi hướng dưới dạng
sóng đàn hồi. Sóng đàn hồi được truyền đi với vận tốc xác định, tấc độ truyền sóng
phụ thuộc vào các tham số đàn hồi của môi trường. Trong môi trường đồng nhất,
khi có kích thích dao động thì sẽ tạo ra hai loại sóng khác nhau là sóng dọc (P) và
sóng ngang (S) .
Sóng dọc (P) liên quan đến biến dạng thể tích, phương dao động của hạt
cùng với phương truyền sóng. Khi sóng dọc truyền đi sẽ tạo ra các đới nén, dãn liên
tiếp.
Sóng ngang (S) liên quan đến biến dạng hình dạng, phương dao động của hạt
vật chất thẳng góc với phương truyền sóng. Khi sóng ngang truyền đi sẽ tạo ra các
đới trượt liên tiếp.
Trong môi trường đồng nhất sóng dọc và sóng ngang truyền độc lập với nhau
và có tốc độ khác nhau là vp và vs
(1.2) vp = vs =
Với ρ là mật độ đất đá, E là mô đun Iung và σ là hệ số Poatson
4
(1.3) So sánh vp và vs ta có:
Trong không khí và nước không có biến dạng hình dạng nên chỉ có sóng dọc
mà không có sóng ngang.
Trong địa chấn, việc quan sát sóng được tiến hành bằng cách ghi các dao
động tại những điểm nhất định theo thời gian. Đồ thị biểu diễn dao động tại một
điểm quan sát theo thời gian gọi là hình dạng sóng. Độ lệch cực đại của đường ghi
so với vị trí cân bằng gọi là biên độ (A), khoảng thời gian giữa hai cực trị cùng tên
gọi là chu kì T, Đại lượng nghịch đảo với chu kỳ xác định số dao động trong một
đơn vị thời gian gọi là tần số f = , Khoảng cách giữa các cực trị cùng tên là bước
sóng λ, λ = vpT.
1.1.2. Cơ sở địa chấn hình học
Trong quá trình nghiên cứu sự truyền sóng địa chấn có thể xét trường sóng
theo các đặc điểm động lực học hoặc đặc điểm động hình học.
Khi nghiên cứu các đặc điểm động lực của trường sóng, người ta xét trường
véc tơ dịch chuyển theo không gian và thời gian. Các tham số được quan tâm là
hình dạng sóng, biên độ, phổ tần số.
Trong nhiều trường hợp, để đơn giản người ta không xét đầy đủ bản chất,
hình dạng sóng mà chỉ xét đặc trưng thời gian của sóng như sự phân bố mặt sóng,
thời gian, tốc độ…Các đặc trưng như vậy gọi là đặc điểm động hình học và việc
nghiên cứu chúng dựa trên cơ sở địa chấn hình học.
+ Trường thời gian
Khi gây dao động tại một điểm nào đó thì sẽ tạo ra sóng đàn hồi truyền trong
môi trường. Khoảng không gian mà tại mỗi điểm của nó thời gian sóng đến hoàn
toàn được xác định gọi là trường thời gian. Xét điểm quan sát bất kỳ M(x,y,z), thời
gian sóng đến điểm M là t(x,y,z), trường thời gian được xác định bởi phương trình
t = t(x,y,z). Cũng như các trường vật lý vô hướng khác, trường thời gian được đặc
trưng bởi mặt mức, đó là các mặt đẳng thời. Mặt đẳng thời trùng với mặt phân chia
vùng dao động và vùng chưa dao động gọi là mặt sóng. Mặt ranh giới vùng dao
5
động và vùng dao động đã tắt gọi là lưng sóng. Ngoài mặt mức người ta còn sử
dụng khái niệm tia sóng. Tia sóng là những đường thẳng góc với mặt đẳng thời và
trùng với phương truyền sóng. Trong môi trường đồng nhất tia sóng là đường thẳng.
Khi tiến hành phương pháp địa chấn, người ta quan sát sóng tại nhiều điểm khác
nhau trên tuyến. Tại các điểm quan sát, thời gian truyền sóng hoàn toàn được xác
định. Người ta gọi đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian sóng đến và vị trí
điểm quan sát là biểu đồ thời khoảng (BĐTK).
Tốc độ truyền sóng quan sát được dọc theo tuyến quan sát gọi là tốc độ
biểu kiến (v*) khác với tốc độ truyền sóng thực tính theo phương truyền sóng
(Hình vẽ 1.2).
Hình 1.2. Mối quan hệ giữa BĐTK và tốc độ biểu kiến v*
Giả sử quan sát sóng theo tuyến x. Thời gian sóng đến tại 2 điểm A và B
cách nhau ∆x là t1 và t2 . Ta có:
v* =
Nếu tia sóng đến hợp với mặt ranh giới góc α, tấc độ truyền sóng thực là:
6
v =
∆s là quãng đường truyền sóng trong khoảng thời gian ∆t. Mối quan hệ giữa
v* và v được xác định: v* = (1.4)
Như vậy, khi sóng truyền theo bề mặt thì có v* = v, khi sóng đến thẳng góc
với mặt ranh giới thì v* =
+ Các định luật cơ bản của địa chấn hình học:
Để nghiên cứu các đặc điểm động hình học của trường sóng người ta cần áp
dụng các định luật trong quang hình học như nguyên lý Huyghen – Fresnen, nguyên
lý Fecma.
Nguyên lý Huyghen- Fresnen: Theo nguyên lý này mỗi điểm của môi trường
mà dao động sóng đạt tới có thể coi là nguồn phát sóng thứ cấp được xác định bởi
biên độ và pha của nguồn thực.
Nguyên lý Fecma : Theo nguyên lý này, thời gian sóng truyền theo tia sóng
là ngắn nhất so với tia sóng truyền theo bất kỳ phương nào khác .
Xét thời gian sóng truyền theo tia ds giữa 2 điểm A và B với tấc độ v(x,y,z), ta
có:
t = (1.6)
1.1.3. Sự phản xạ, khúc xạ và tán xạ của sóng đàn hồi:
Xét môi trường có mặt ranh giới phẳng và nằm ngang R phân chia môi
trường làm hai phần được đặc trưng bởi các tham số tốc độ truyền sóng dọc vp1, vp2,
tốc độ truyền sóng ngang vs1,vs2 và mật độ ρ1, ρ2.
+ Sóng phản xạ:
Giả sử có sóng tới là sóng dọc P1, khi tới mặt ranh giới R sẽ tạo ra các sóng
thứ cấp. Một phần năng lượng của sóng tới tạo thành sóng phản xạ trở lại môi
trường phía trên, sóng phản xạ gồm có sóng dọc P11(cùng loại sóng tới) và sóng
ngang P1S1(gọi là sóng biến loại). Một phần năng lượng truyền qua mặt ranh giới
7
tạo thành sóng qua, sóng qua cũng gồm sóng cùng loại P12 và sóng qua biến loại
P1S2. Góc hợp bởi tia sóng và pháp tuyến mặt ranh giới ở phía trên là α và phần môi
trường dưới là
Mối quan hệ giữa mặt sóng tới và các sóng thứ cấp được xác định bằng định
luật Snelus:
(1.7)
Hình 1.3. Sự phản xạ, khúc xạ và tán xạ của sóng đàn hồi
Trong đó góc phản xạ α = . Khả năng phản xạ trên mặt ranh giới R được
đặc trưng bởi hệ số phản xạ K. Khi tia sóng đổ thẳng góc với mặt ranh giới, ta có:
Kpp = , KPS = 0 (1.8)
Ap1S1 và Ap11 là biên độ sóng phản xạ, Ap1 là biên độ sóng tới. Khi sóng đổ
thẳng góc với mặt ranh giới sẽ không có sóng phản xạ biến loại. Khi sóng tới không
đổ thẳng góc xuống mặt ranh giới, thì hệ số phản xạ phụ thuộc phức tạp vào góc đổ
α (hoặc phụ thuộc vị trí điểm phát, điểm thu) và các tham số của môi trường.
8
+ Sóng khúc xạ:
Khi sóng tới đạt đến mặt ranh giới R, một phần năng lượng sẽ tạo nên sóng
qua. Gọi hệ số sóng qua là Q, khi α = 0 ta có:
(1.9) Qpp =
Theo định luật Snelus ta có:
(1.10)
, khi góc α tăng dần đến góc tới hạn i thì góc β = 90o, Khi v2 > v1 thì
sini = . Khi đó sóng trượt dọc theo mặt ranh giới R trong môi trường thứ 2. Đây
là hiện tượng phản xạ toàn phần. Theo nguyên lý Huyghen sóng này sẽ tạo nên sóng
thứ cấp quay trở về bề mặt ( sóng cầu). Sóng này chỉ tồn tại khi có mặt ranh giới
khúc xạ với v2 > v1 và chỉ quan sát được xa nguồn một khoảng nhất định.
+ Sóng tán xạ:
Khi sóng tới đập vào một bất đồng nhất của môi trường có kích thước nhỏ
(so với bước sóng) thì theo nguyên lý Huyghen, bất đồng nhất đó trở thành nguồn
phát sóng và sẽ tạo ra sóng tán xạ, trường sóng tán xạ gần như trường sóng của
nguồn điểm phát ra từ tâm tán xạ.
1.2. Kỹ thuật phát và thu sóng địa chấn
1.2.1. Kỹ thuật phát sóng địa chấn:
Trong thăm dò địa chấn, tùy thuộc vào điều kiện tiến hành quan sát sóng trên
đất liền, trên biển, sông hồ, hầm lò… mà sử dụng các loại nguồn khác nhau.
Phát sóng địa chấn trên đất liền.
Khi tiến hành đo đạc địa chấn trên đất liền, loại nguồn phổ biến là nổ mìn
trong giếng khoan.
Người ta đặt quả mìn xuống đáy giếng khoan trong các lớp đất mềm, dẻo,
ngậm nước…Chiều sâu các giếng khoan lớn hơn bề dày lớp đất đá bở rời có tốc độ
9
nhỏ ở gần mặt đất, thường là 10-100 m.
Khi khối thuốc mìn nổ tạo ra một áp suất lớn đập vào môi trường đất đá làm
hình thành lỗ hổng khí. Sóng đập có năng lượng giảm dần và tiếp tục tạo ra ở môi
trường xung quanh các đới biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Các dao động đàn
hồi do nguồn kích thích được xác định bởi điều kiện nguồn bao gồm thành phần và
trọng lượng thuốc nổ, tính chất cơ lý của đất đá vùng nổ.
Trong trường hợp quả mìn đẳng thước, môi trường vùng nổ đồng nhất thì đới
biến dạng dẻo có dạng hình cầu, nguồn phát sóng dạng cầu này tạo ra sóng đàn hồi
lan truyền theo mọi phía có mặt sóng hình cầu. Do áp suất của nguồn tác động
thẳng góc vào mặt cầu nên các dao động đàn hồi được hình thành chủ yếu là sóng
cầu dọc.
Ngoài nguồn nổ, trong địa chấn còn sử dụng một số loại nguồn không nổ như
đập, rung…Việc dùng các loại nguồn không nổ có hiệu suất kinh tế cao, ít nguy
hiểm và có thể tiến hành ở những nơi có các công trình xây dựng. Nguồn không nổ
được chia ra hai loại:
- Nguồn đập: Dùng búa tạ hoặc búa máy tạo ra những xung tức thời (5- 10
ms), trọng lượng quả tạ có thể tới 2 – 3 tấn, độ cao nâng búa 3- 4 m. Loại nguồn này
thường được dùng trong địa chấn công trình, tìm kiếm khoáng sản rắn.
- Nguồn rung: Ngoài các nguồn phát xung, người ta còn sử dụng nguồn rung.
Bằng các thiết bị đặc biệt, người ta kích thích môi trường đất đá bằng các dao động
hình sin có tần số thay đổi và kéo dài trong khoảng thời gian khá lớn (6-8 s). Nguồn
rung cho phép tích lũy năng lượng kích thích khi kéo dài xung phát vì vậy rất được
quan tâm ở những vùng mà việc phát xung gặp khó khăn.
Phát sóng địa chấn trong môi trường nước.
Khi tiến hành địa chấn trong môi trường nước (biển, sông, hồ,…), người ta
sử dụng nguồn không nổ như khí nén, nổ hỗn hợp khí, điện- thủy lực,…
Việc sử dụng các loại nguồn nổ này không chỉ đảm bảo việc phát sóng liên
tục sau những khoảng thời gian nhất định trong khi tàu chạy mà còn bảo vệ môi
10
trường sinh thái biển. Trong các loại nguồn nếu có cùng năng lượng phát như nhau
thì nguồn khí nén kích thích các dao động tần số thấp hơn nên được sử dụng để
nghiên cứu phần sâu của lát cắt. Loại nguồn điện - thủy lực kích thích các dao động
tần cao nên thường được sử dụng để nghiên cứu các lát cắt nông với độ chính xác
cao.
Khi sử dụng nguồn khí nén thường xuất hiện nhiều nổ lặp, điều này đòi hỏi
sử dụng bộ lọc thích hợp để hạn chế chúng.
Nguồn điện – thủy lực: Ngoài loại nguồn khí nén được sử dụng phổ biến
trong địa chấn biển, khi khảo sát vùng biển nông với mục đích nghiên cứu địa chất
công trình và tìm kiếm sa khoáng, người ta thường dùng loại nguồn có độ phân giải
cao như nguồn điện – thủy lực.
1.2.2. Kỹ thuật thu sóng địa chấn:
Trong thăm dò địa chấn, người ta thường tiến hành ghi dao động trên các
tuyến hay trên diện tích quan sát. Trên đó, các dao động địa chấn được ghi nhận
bằng các máy thu và sau quá trình khuếch đại, lọc tần số, điều chỉnh biên
độ,…chúng được ghi trên băng địa chấn. Băng địa chấn là số liệu gốc chứa các
thông tin về cấu trúc địa chất cho phép sử dụng trong quá trình xử lý và phân tích để
tìm hiểu đặc điểm môi trường địa chất vùng nghiên cứu.
Ngày nay, trong địa chấn người ta sử dụng các trạm địa chấn nhiều mạch.
Các trạm này tiến hành ghi nhận đồng thời các dao động xuất hiện ở nhiều điểm
khác nhau trên băng từ dưới dạng số, cho phép tiến hành xử lý trên máy tính một
cách thuận lợi và nhanh chóng.
Mạch địa chấn là một hệ thống các bộ phận các máy móc nối tiếp nhau cho
phép ghi nhận các dao động sóng xuất hiện tại một điểm quan sát nhất định.
Các trạm địa chấn gồm rất nhiều mạch. Số lượng các mạch trong các trạm
địa chấn có thể thay đổi từ 1 đến hàng trăm (1, 6, 12, 24, 48, 96 mạch trong địa chấn
hai chiều và hàng nghìn mạch trong địa chấn ba chiều).
Để thu nhận các dao động xuất hiện ở điểm quan sát và ghi lên băng từ,
11
mạch địa chấn gồm nhiều bộ phận như máy thu, máy khuếch đại, lọc tần số, điều
chỉnh biên độ, ghi từ,…Trong các bộ phận trên, các máy thu được đặt dọc tuyến đo
còn các bộ phận còn lại được bố trí trong trạm địa chấn.
Tùy vào phương pháp ghi, các mạch địa chấn được phân ra làm mạch ghi
tương tự (liên tục) và mạch ghi số.
Để nâng cao chất lượng ghi dao động địa chấn, các mạch địa chấn phải đạt
các yêu cầu:
- Có dải động học ghi lớn để ghi được toàn bộ các thông tin có ích xuất hiện
ở điểm quan sát từ những độ sâu khác nhau với sự khác biệt về biên độ rất lớn giữa các sóng đi từ tầng nông và tầng sâu có thể đạt tới 100- 120 db (105 – 106 lần).
- Có độ phân giải tốt về thời gian để ghi được riêng biệt các xung địa chấn
trong môi trường phân lớp mỏng.
- Có độ chọn lọc tốt để hạn chế phông nhiễu gây trở ngại cho việc ghi sóng
có ích. Thường các mạch ghi địa chấn được trang bị các bộ lọc để hạn chế sóng mặt,
vi địa chấn, nhiễu công nghiệp,…
- Có độ đồng nhất về độ nhạy và về pha để có thể so sánh các dao động xuất
hiện ở các điểm thu khác nhau.
Máy thu địa chấn.
Máy thu địa chấn là bộ phận đầu tiên của mạch địa chấn, được sử dụng để
ghi các dao động cơ học của đất đá và biến đổi chúng thành tín hiệu điện. Khi tiến
hành công tác địa chấn trên đất liền, người ta sử dụng loại máy thu cảm ứng và khi
tiến hành địa chấn trên sông, biển, hồ…dùng máy thu biến áp.
- Máy thu cảm ứng: Máy thu cảm ứng có cấu tạo gồm thanh nam châm gắn
chặt với vỏ máy và cuộn dây cảm ứng, lò xo. Khi sóng địa chấn đập vào máy thu
làm cho vỏ máy thu và nam châm cung dao động với đất đá.
Cuộn dây cảm ứng gắn với vỏ máy qua lò xo có lực đàn hồi. Vì vậy, khi vỏ
máy dao động, do hiện tượng quán tính nên giữa thanh nam châm và cuộn dây cảm
ứng có sự dịch chuyển tương đối, trong cuộn dây sẽ xuất hiện dòng cảm ứng có
12
cường độ tỷ lệ với sự dao động của đất đá.
- Máy thu điện áp: Hoạt động của máy thu điện áp dựa trên hiệu ứng điện áp.
Áp suất cơ học của môi trường được biến đổi trực tiếp thành dòng điện nhờ phân tử
áp điện. Trong các máy thu địa chấn, phần tử áp điện thường là tinh thể gồm titanat
bari hoặc muối xenhet tấm mỏng hoặc hình trụ. Trong các máy thu địa chấn biển,
phần tử điện áp này là ống gốm titanat bari dày 1mm dài 40mm, đường kính 20mm,
mặt trong và mặt ngoài phủ một lớp kim loại và gắn vào nó 2 dây dẫn.
Áp suất của môi trường tác dụng lên mặt tinh thể làm xuất hiện điện áp tỷ lệ với
áp suất tại đó. Loại máy thu này có ưu điểm là không đòi hỏi định hướng, kích
thước nhỏ, ít nhạy với các tác động.
Trạm địa chấn.
Trạm địa chấn nhận tín hiệu từ các máy thu, thực hiện các quá trình biến đổi
và ghi lên băng giấy hoặc băng ảnh (trạm ghi trực tiếp), ghi lên băng từ dưới dạng
liên tục (trạm ghi từ tương tự ) hoặc ghi lên băng từ dưới dạng số ( trạm ghi số).
Hiện nay trong phương pháp địa chấn phản xạ chủ yếu sử dụng trạm ghi số. Quá
trình ghi ảnh hoặc ghi từ tương tự chỉ sử dụng cho các trạm khúc xạ ít mạch đơn
giản.
+ Nguyên tắc trạm địa chấn ghi tương tự:
Các trạm địa chấn ghi tương tự cho phép ghi các dao động địa chấn lên băng từ
hoặc băng ảnh, chúng gồm các bộ phận sau:
- Khuếch đại tín hiệu: Khi sóng địa chấn đến máy thu, biên độ dao động của đất
đá rất nhỏ vào khoảng micron, do đó dòng điện xuất hiện ở máy thu chỉ có điện áp
khoảng microvon đến vài chục hoặc vài trăm microvon. Tín hiệu này được đưa đến bộ khuếch đại để khuếch đại lên 104 – 106 lần.
- Lọc tần số: Các bộ lọc tần số có nhiệm vụ lọc dải tần số nhằm tăng biên độ
sóng có ích nằm trong những dải tần số nhất định và hạn chế nhiễu có tần số nằm
13
ngoài dải đó.
- Bộ phận ghi: Bộ phận ghi dao động có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành
tín hiệu cơ (nhằm ghi lên băng giấy hoặc băng ảnh) hoặc biến đổi trường từ (để ghi
lên băng từ)
+ Nguyên tắc trạm địa chấn ghi số:
Ngày nay, để sử dụng máy tính điện tử và tự động hóa quá trình xử lý số liệu,
người ta sử dụng các trạm địa chấn ghi số. Các trạm ghi có dải động học ghi lớn,
khả năng chống nhiễu cao và một loạt những ưu điểm khác. Đây là một bước phát
triển quan trọng trong thăm dò địa chấn.
Đối với các trạm ghi số, các dao động địa chấn được biến đổi thành các giá trị
không liên tục và ghi lên băng từ dưới dạng số. Để ghi mỗi giá trị tức thời của tín
hiệu dưới dạng số cần có khoảng thời gian nhất định để đo độ lớn và biểu diễn kết
quả dưới dạng số. Vì vậy không thể ghi toàn bộ các giá trị tức thời của tín hiệu một
cách liên tục mà phải rời rạc hóa chúng và tạo thành một tập hợp các xung. Các
xung này có biên độ bằng biên độ tức thời của tín hiệu và bề rộng δ(t) nhỏ hơn
nhiều so với khoảng các các xung ∆t. Nếu U(t) là điện áp của tín hiệu địa chấn liên
tục thì sau khi rời rạc tín hiều sẽ có:
Trong đó : U(k ) là biên độ tức thời
δ(t) là hàm biểu diễn các xung ngắn (xung Dirac)
Trong thăm dò địa chấn, để việc rời rạc hóa không bị méo tín hiệu, người ta
chọn ∆t (fgh là tần số giới hạn trên của phổ tín hiệu). Vì thông thường dải
tần số giới hạn trên của dao động địa chấn (dầu khí) bằng 125 Hz và ∆t = 2 ms.
Để đo độ lớn của các xung, người ta biểu diễn chúng dưới dạng số với cơ số
2, nghĩa là tập hợp các số 0 và 1.
U(k∆t) = am2m + am-12m-1 + …+ a121 + a020
Thực chất đây là quá trình chọn trong chuỗi số này ra các phần tử mà tổng
14
của chúng xấp xỉ bằng U(k∆t).
1.2.3. Hệ thống quan sát sóng địa chấn:
Hệ thống quan sát là sự bố trí tương đối các điểm nổ và chặng máy (đoạn,
tuyến hoặc diện tích trên đó đặt máy thu để ghi nhận dao động do một nguồn gây
ra).
Hệ thống quan sát sóng phản xạ.
Hiện nay, trong phương pháp địa chấn phản xạ, người ta sử dụng phổ biến hệ
thống qian sát “ điểm sâu chung”. Trong hệ quan sát này bảo đảm thu được nhiều
lần sóng phản xạ từ một điểm (hoặc một đoạn) của mặt ranh giới.
Phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa điểm nổ và chặng máy mà có thể sử dụng
hệ thống cách hoặc hệ thống trung tâm.
Trong hệ thống cách, chặng máy thu nằm về một phía của nguồn nổ. Để
tránh phông nhiễu sát điểm nổ và quan sát được khoảng cách xa(ở đó có sự khác
biệt của BĐTK sóng phản xạ và nhiễu) người ta đặt chặng máy cách nguồn nổ một
khoảng xác định, gọi là hệ quan sát có cửa sổ .
Trong hệ thống trung tâm, điểm nổ nằm giữa chặng đặt máy. Trong hệ quan
sát này cũng có thể bố trí hệ thống có cửa sổ khi đặt máy thu ở xa nguồn nổ một
khoảng nhất định.
Trong những điều kiện như nhau, hệ quan sát trung tâm cho phép quan sát
dao động với số lần bội lớn hơn so với quan sát cánh, do đó có hiệu ứng thống kê
mạnh hơn để hạn chế phông nhiễu. Tuy nhiên ở những vùng tồn tại sóng nhiễu phản
xạ nhiều lần mạnh thì cần sử dụng hệ thống cánh có thể quan sát ở các vùng xa mà
ở đó BĐTK sóng phản xạ nhiều lần và sóng có ích khác biệt rõ rệt hơn.
Hệ thống quan sát sóng khúc xạ.
Hệ thống quan sát sóng khúc xạ có đặc điểm là chặng máy phải đặt xa nguồn
nổ một khoảng xác định để bảo đảm ghi được sóng khúc xạ từ các mặt ranh giới.
Để theo dõi sóng khúc xạ liên tục trên đoạn tuyến dài, người ta có thể sử
dụng hệ thống quan sát kéo dài, tương ứng với một vị trí điểm nổ tiến hành thu sóng
15
trên các chặng máy khác nhau đặt gối lên nhau. Cũng với mục đích thu sóng liên tục
trên đoạn tuyến dài nhưng để rút ngắn khoảng cách giữa điểm nổ và chặng máy có
thể sử dụng hệ thống quan sát đuổi, trong đó với các điểm nổ khác nhau có những
chặng máy trùng nhau, các BĐTK đuổi song song với nhau nên có thể chuyển đổi
các đoạn BĐTK kéo dài tương ứng với cùng một điểm nổ.
Ngoài hệ thống quán sát đuổi, người ta còn sử dụng hệ thống quan sát giao
nhau, cho phép thu được BĐTK ngược nhau từ các điểm nổ đặt ở 2 phía. Trong hệ
quan sát này có thể xác định được thời gian tương hỗ T khi thay đổi vị trí điểm nổ.
1.3. Ứng dụng của phương pháp địa chấn phản xạ.
Phương pháp địa chấn phản xạ được sử dụng rộng rãi để giải quyết nhiều
nhiệm vụ địa chất cấu tạo khác nhau. Đặc biệt, trong công tác tìm kiếm, thăm dò
dầu mỏ và khí thiên nhiên thì phương pháp địa chấn phản xạ giữ vị trí chủ lực
trong hầu hết các khâu nghiên cứu khảo sát . Trong các nhiệm vụ trên, phương pháp
địa chấn phản xạ được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau: bắt đầu giai đoạn nghiên
cứu địa chất khu vực và kết thúc ở giai đoạn thăm dò tỉ mỉ.
1.3.1. Nghiên cứu địa chất khu vực.
Trong nghiên cứu địa chất khu vực, phương pháp địa chấn phản xạ thường
được sử dụng với khối lượng hạn chế. Nó có nhiệm vụ kiểm tra và làm chính xác
các yếu tố địa chất được các phương pháp địa vật lý khác phát hiện. Ngoài ra, nó
được sử dụng để xác định các thông số của môi trường phục vụ cho việc phân tích
và giải thích tài liệu của các phương pháp địa vật lý khác.
Phương pháp địa chấn phản xạ giữ vai trò quan trọng trong công tác khảo sát
địa chất khu vực các vùng biển và đại dương.Ở đấy, do có hiệu quả kinh tế và kĩ
thuật cao công tác địa chấn phản xa được sử dụng với khối lượng đáng kể.
Trong nghiên cứu địa chất khu vực, công tác địa chấn được tiến hành trên
những tuyến nhất định . Chúng được bố trí vuông góc với các đường phương dự
kiến của các cấu tạo và đứt gãy. Khoảng cách giữa các tuyến thường rất lớn, nhiều
16
khi tới vài chục cây số. Quan sát dọc tuyến có thể tiến hành liên tục hoặc cách
quãng. Trong những khu vực địa hình phức tạp, tuyến khảo sát được thay thế bằng
hệ thống các điểm dò. Ngoài quan sát dọc các tuyến chính. Người ta còn tiến hành
quan sát trên các đoạn tuyến ngắn nằm vuông góc với tuyến chính. Các quan sát này
được sử dụng để xác định vị trí không gian của các mặt phản xạ.
Trong nghiên cứu địa chất khu vực, các tài liệu địa chấn cần được xử lý và
phân tích gấp nhằm phục vụ kịp thời cho việc điều chỉnh hướng tuyến và thay đổi
đúng lúc các biện pháp kỹ thuật thực địa.
1.3.2. Tìm kiếm cấu tạo.
Tìm kiếm cấu tạo là nhiệm vụ chủ yếu của phương pháp địa chấn phản xạ.
Trong giai đoạn này, nó có nhiệm vụ phát hiện các yếu tố cấu tạo mới cũng như
nghiên cứu bản chất các dị thường và làm chính xác các cấu tạo đã được các
phương pháp địa vật lý phát hiện trước.
Để tìm kiếm cấu tạo, người ta tiến hành quan sát sóng dọc các tuyến nhất
định. Chiều dài, khoảng cách và sự bố trí chúng thay đổi phụ thuộc vào kích thước
và hình dạng của các cấu tạo cần nghiên cứu.
Khi khảo sát có nhiệm vụ phát hiện các cấu tạo riêng biệt nằm dọc các đới
kiến tạo biết trước khi các tuyến được bố trí vuông góc với đường phương của đới
này. Khoảng cách giữa chúng được tính để không bỏ sót các cấu tạo cần phát hiện.
Kết quả các công tác tìm kiếm được đúc kết dưới dạng các mặt cắt địa chấn và các
bản đồ, sơ đồ cấu tạo. Các kết quả nhận được trong giai đoạn tìm kiếm là cơ sở để
tiến hành các nghiên cứu địa chấn tỷ mỷ tiếp theo. Trong đó, một số trường hợp
chúng được sử dụng để chọn lựa vị trí đặt các lỗ khoan thăm dò.
1.3.3. Công tác thăm dò chi tiết
Thăm dò chi tiết được tiến hành với mục đích nghiên cứu tỉ mỉ và toàn diện
các cấu tạo được biết trước nhằm chuyển nó sang thăm dò bằng khoan sâu. Ngoài
17
ra, nó được sử dụng để tìm kiếm các cấu tạo cỡ nhỏ.
Để giải quyết các nhiệm vụ trên, địa chấn thường được tiến hành tổ hợp với
khoan cấu tạo và khoan sâu.
Trong công tác thăm dò chi tiết, mạng lưới tuyến được thiết kế chủ yếu dựa
trên cơ sở phân tích kích thước và hình dạng cấu tạo. Để khảo sát các cấu tạo một
cách chi tiết, các tuyến thường được đan dày và được liên kết với nhau nhờ các
điểm cắt nhau.
Ngoài ra các giai đoạn thăm dò chi tiết người ta rất quan tâm nghiên cứu các
quy luật phân bố tốc độ truyền sóng theo phương thẳng đứng và phương nằm
ngang. Với mục đích này người ta tiến hành quan sát sóng trong toàn bộ các lỗ
khoan sâu trong vùng. Quan sát sóng được tiến hành bằng cả phương pháp carota
địa chấn, carota âm và phương pháp tuyến địa chấn thẳng đứng. Để xác định tốc độ
hiệu dụng, người ta sử dụng các phương pháp xử lý và phân tích khác nhau nhằm
18
khai thác tối đa các thông tin về tốc độ truyền sóng của các băng địa chấn.
CHƢƠNG 2: XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG TRONG ĐỊA CHẤN
PHẢN XẠ
Tốc độ truyền sóng trong lớp phủ chủ yếu được xác định bằng cách xử lý
các băng địa chấn. Khả năng sử dụng các băng địa chấn để nghiên cứu tốc độ truyền
sóng có thể quan sát thấy từ các công thức biểu diễn BĐTK của sóng phản xạ. .
Để xác định tốc độ truyền sóng trong lớp phủ người ta sử dụng nhiều phương
pháp khác nhau [2,4,7,8,9,10]. Chúng ta tiến hành xác định tốc độ trên cơ sở so
sánh biểu đồ thời khoảng quan sát với biểu đồ thởi khoảng lý thuyết tính cho mô
hình môi trường có mặt phản xạ phẳng và lớp phủ đồng nhất. Vì môi trường thực tế
khác với mô hình nêu trên nên tốc độ xác định được không trùng với tốc độ thực mà
sóng truyền trong môi trường. Tuy nhiên, tốc độ xác định được thường không khác
nhiều (sai số không quá 5%) so với tốc độ trung bình xác định bằng carota địa chấn
nên tốc độ này được gọi là tốc độ hiệu dụng và được sử dụng rộng rãi vào các mục
đích khác nhau của thăm dò địa chấn.
Dưới đây, chúng ta xét một vài phương pháp xác định tốc độ hiệu dụng
được sử dụng trong thực tế [4,7,9,10].
2.1. Phương pháp hiệu số cố định.
Phương pháp được sử dụng để xác định tốc độ truyền sóng theo các biểu đồ
thời khoảng đơn. Giả sử trên băng quan sát được biểu đồ thời khoảng của sóng phản
19
xạ liên hệ với điểm nổ O:
Hình 2.1. Biểu đồ thời khoảng và đường u trung bình.
Chắc rằng, nếu mặt phản xạ có thể xem là phẳng và môi trường trong lớp
phủ đồng nhất thì trên cơ sở dựa vào phương trình biểu đồ thời khoảng tuyến dọc :
(*)
Thời gian xuất hiện sóng t1 tại điểm quan sát nằm cách O khoảng x được xác
định bởi biểu thức :
(2.1.1)
Tương tự , thời gian xuất hiện sóng tại điểm quan sát nằm cách O khoảng
cách x+m được xác định như sau:
(2.1.2)
Trừ 2 biểu thức cho nhau ta được:
Đặt ta được (2.1.3) (2.1.4)
Trong hệ tọa độ bình phương (u,x) phương trình trên mô tả đường thẳng. Độ
20
dốc của nó bằng :
nên ta có: (2.1.5)
Như vậy , để xác định tốc độ cần dựng đường thẳng của phương trình (2.1.5).
Việc dựng đường thẳng này có thể tiến hành theo các bước sau:
Bước 1: Trên biểu đồ thời khoảng xác định cá giá trị t1 ứng với các điểm x= x1,
x2,.....xn lấy cách nhau bước bằng 50 hoặc 100m. Tương tự xác định thời gian t2
bằng cách lấy các điểm x+m= x1+m, x2+m,...xn+m (m thường được lấy bằng 0,4
chiều dài của biểu đồ thời khoảng.
Bước 2. Dựa vào bảng các giá trị t1 và t2 tính n giá trị u tương ứng với n điểm x,u
được tính theo công thức trên.
Bước 3. Biểu diễn kết quả tính u trong trục tọa độ u,x. Các giá trị của u thường được biểu diễn ở tỉ lệ : 1cm= 0,02-0,04 s2 còn x ở tỉ lệ: 1cm= 100m. Dựa vào các điểm
dựng được kẻ đường thẳng u trung bình.
2.2. Phương pháp biểu đồ giao nhau.
Gỉa sử trên đoạn tuyến O1; O2 sóng được quan sát lặp lại 2 lần: lần đầu ghi
được biểu đồ thời khoảng G1 khi nổ mìn tại O1; lần sau ghi được biểu đồ thời
khoảng G2 khi nổ mìn tại O2. Chúng ta xét khả năng xác định tốc độ dựa vào G1 và
G2.
phương trình biểu đồ thời khoảng Nếu lấy gốc tọa độ trùng với O1 thì từ (*)
của G1 và G2 có dạng :
(2.2.1)
(2.2.2)
Với l= O1O2- khoảng nổ; t1 và t2- thời gian xuất hiện sóng trên G1 và G2
H2 và h1 liên hệ với nhau bằng biểu thức :
Nên hiệu của các phương trình (2.2.1) và (2.2.2) bằng :
21
(2.2.3)
Với . (2.2.4)
Trong hệ tọa độ , phương trình 2.2.3 mô tả đường thẳng có độ dốc
bằng : (2.2.5)
Nên tốc độ được xác định bằng : (2.2.6)
Như vậy để tính v thì cần xác định độ dốc của đường thẳng mà phương trình
của nó được biểu diễn bằng công thức (2.2.3) . Với
mục đích này cần dựng đường thẳng
Hình 2.2. a. BĐTK ; b. Dựng đường
Đường thẳng có thể được dựng như sau: Đầu tiên đọc từ G1 và G2 thời
gian tương ứng là t1 và t2 với các điểm quan sát x=x1, x2,......xn lấy cách nhau bước
50 hoặc 100 m. Tiếp theo dựa vào các giá trị của t1 và t2 đọc được tiến hành tính
hiệu theo công thức : các điểm Cuối cùng dựng trong trong hệ
22
và kẻ qua chúng đường thẳng trung bình. Vì trong phương pháp biểu đồ giao
nhau hiệu được tính dựa vào các giá trị và
xác định được ở những điểm quan sát nhất định nên phương pháp này có khả năng hạn chế ảnh hưởng thay đổi
của địa hình và của đới tốc độ nhỏ dọc tuyến quan sát lên kết quả tính tốc độ.
2.3. Phương pháp biểu đồ hiệu.
Phương pháp này là dạng đơn giản của phương pháp biểu đồ giao nhau . Nó
được sử dụng để xác định tốc độ hiệu dụng của các mặt ranh giới nằm sâu .
Bằng cách thay : ; ; có thể đưa phương trình
(2.2.3) về dạng:
(2.3.1)
Vì khi thì gần như không phụ thuộc vào x và bằng một hằng số nên
phương trình (2.3.1) mô tả đường thẳng có hệ số góc bằng:
(2.3.2)
nên ta có:
(2.3.3)
Đại lượng có thể được xác định bằng cách lấy trung bình thời gian xuất
hiện sóng ở các điểm đầu và điểm giữa của biểu đồ thời khoảng. Để xác định độ dốc
cần dựng đường . Vì là hiệu của các biểu đồ thời khoảng G1 và G2
nên việc dựng đường được tiến hành như sau: dùng compa đo khoảng cách
( ) giữa các biểu đồ thời khoảng ở các điểm x khác nhau , sau đó dựng các
khoảng cách đo được dưới dạng đồ thị . Đường thẳng trung bình kẻ quả các
23
điểm dựng được xác định vị trí của .
2.4. Phương pháp tọa độ bình phương.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xác định tốc độ theo các biểu đồ
thời khoảng điểm sâu chung.
Chúng ta biểu diễn phương trình biểu đồ thời khoảng điểm sâu chung dưới
dạng:
(2.4.1)
với ;
Ta được phương trình : (2.4.2)
Trong hệ trục tọa độ (T,X) phương trình trên biểu diễn đường thẳng có hệ số
góc bằng :
( 2.4.3)
Từ đó, tốc độ v được xác định như sau :
(2.4.4)
Như vậy, để tính tốc độ cần dựng biểu đồ thời khoảng trong hệ tọa độ bình
phương kép và xác định được độ dốc của đường thẳng trung bình kẻ qua các điểm
của biểu đồ dựng được. Ngoài các phương pháp tính tốc độ theo biểu đồ thời
khoảng trình bày trên người ta còn sử dụng rộng rãi các phương pháp quét tốc độ
trong phương pháp điểm sâu chung để tính tốc độ truyền sóng trong lớp phủ.
2.5. Xây dựng phổ tốc độ.
Xây dựng phổ tốc độ hay quét tốc độ là một phương pháp mạnh để xác định
vận tốc hiệu dụng. Phương pháp này thông dụng trong địa chấn phản xạ điểm sâu
chung. Muốn sử dụng phương pháp này phải có công cụ tính toán tốt như máy tính
điện tử vì sự khổng lồ của khối lượng các phép tính. Có thể diễn giải phương pháp
24
này như sau:
Chúng ta chia chiều dài thời gian trên băng địa chấn thành các đoạn với các đầu
mút , tại mỗi điểm đầu mút đó ta vạch m đường cộng (theo m giá trị v tiên
nghiệm ), các hướng cộng này có thể xác định theo công thức tính biểu đồ thời
khoảng lý thuyết ( ví dụ công thức . Với mỗi đường cộng ta lại xác
định một cửa sổ có độ rộng và chiều dài l là các số mạch địa chấn sử dụng. Sau
đó ta tiến hành cộng biên độ sóng trong các cửa sổ đó theo một số công thức xác
định, ví dụ công thức năng lượng dưới đây:
(2.5.1)
25
ở đây i chạy theo số mạch còn j chạy theo cửa sổ từ đến .
Hình 2.5.1. Băng địa chấn 3 trục đồng pha
Hình 2.5.2. Kết quả tinh phổ tốc độ
Nếu tại nào đó trùng với của trục đồng pha sóng có ích và nào đó
trùng với của sóng có ích thì phổ tại đó sẽ cực đại. Với cách làm này, chúng ta sẽ
xác định được cho các trục đồng pha trên băng. Trên hình (2.5.1 và (2.5.2) là
hình ảnh băng địa chấn có ba trục đồng pha và hình ảnh phổ tốc độ của nó. Phương
pháp này rất ổn định ngay cả khi băng địa chấn bị nhiễu mạnh.
2.6. Xác định tốc độ bằng phương pháp các điểm tương hỗ.
Phương pháp này đã được các nhà khoa học đề xuất khá sớm, từ những năm
26
60 thế kỷ trước. Yêu cầu của phương pháp này là phải có các cặp trục đồng pha
(biểu đồ thời khoảng) sóng phản xạ từ các điểm tương hỗ. Tương hỗ ở đây được
hiểu là phát sóng (nổ) ở điểm này thu ở điểm kia và ngược lại. Thời gian tương hỗ
chính là thời gian thu được ở A hoặc B (chúng bằng nhau). Để xác định m ranh giới
phản xạ và vận tốc lớp, chúng ta cần m cặp trục đồng pha phản xạ từ m ranh giới
ấy. Ở đây chúng ta sẽ xác định ranh giới và các tốc độ lớp từ lớp thứ 1, 2 đến lớp
thứ m .
Hình 2.6. Mô tả thuật toán các điểm tương hỗ
Việc xây dựng ranh giới và xác định tốc độ của lớp thứ I phía dưới
(i=2,3,….m) được chia làm 2 bước :
Bước 1: Xây dựng các tia sóng đi từ các điểm quan sát tương hỗ xuống đến
ranh giới có tính đến sự phản xạ, khúc xạ của chúng trên các ranh giới phân chia
trung gian và xác định thời gian lan truyền của sóng dọc theo tia đó. Ví dụ như trên
27
hình (2.5.1) ta phải xây dựng ranh giới thứ 2 bằng cặp trục đồng pha ( tại A) và
( tại B). Từ Avà B ta sẽ có các tia đi xuống hợp với trục thằng đứng một góc
(tia tại A) và . Các góc ló này được xác định theo biểu thức của định luật Benđôp:
(2.6.1)
Có nghĩa là sin(e) bằng đạo hàm của đồ thị thời khoảng tại điểm đó. Vấn đề
là xác định đạo hàm thế nào để có độ chính xác cao nhất. Có thể lấy nhiều điểm lân
cận sau đó hồi qui theo đường cong parabol bậc 2. Từ đường cong này tính đạo
hàm. Kết quả như vậy tính ổn hơn do có thể kéo vào tính toán nhiều điểm trên trục
đồng pha.
Bước 2: Nhiệm vụ của bước này là xác định tốc độ lớp phủ thứ I và toạ độ
điểm tương hỗ trên ranh giới thứ I đó. Các tia sóng truyền từ lớp I-1 ( đã xác định)
xuống I phải tuân theo định luật phản xạ, khúc xạ và tổng thời gian chúng đi trong
lớp thứ I phải chính bằng ∆t (∆t là khoảng thời gian còn lại, tức là thời gian đi từ A
đến B (hoặc từ B đến A) trừ đi thời gian đã đi trong lớp phía trên là I-1) . Để giải quyết việc này người ta có thể dùng phương pháp lựa chọn để chọn được Vi thoả
mãn các điều kiện đó.
Các phương pháp xác định vận tốc được đề cập trong 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 khá
đơn giản trong việc thực hiện và độ chính xác khá cao . Tuy nhiên, vận tốc xác định
theo các cách trên được gọi là vận tốc hiệu dụng. Vận tốc hiệu dụng là vận tốc
“trung bình” của lớp đất đá tính từ mặt quan sát đến ranh giới phản xạ. Nó được coi
là vận tốc lớp duy nhất trong trường hợp lớp đầu tiên. Phương pháp xác định vận
tốc trong mục 2.5 là rất tốt, các trung tâm xử lý số liệu vẫn dùng phương pháp này.
Vấn đề khó khăn ở đây là phương pháp đòi hỏi khối lượng tính toán lớn và số liệu
đầu vào phải là các băng địa chấn. Với những lý do đó, trong luận văn này chúng tôi
chọn phương pháp Xác định tốc độ bằng phương pháp các điểm tương hỗ để thử
28
nghiệm.
CHƢƠNG 3: MỘT SỐ THỬ NGHIỆM TRÊN SỐ LIỆU MÔ HÌNH
3.1. Chương trình và số liệu.
Như đã trình bày trong mục 2.6, dựa vào biểu đồ thời khoảng ta xác định được đạo
hàm dt/dx tại A và B. Sử dụng công thức 2.6.1 ta sẽ xác định được góc ló của tia từ
1B . Vấn đề là lựa chọn V, có thể
1B và AC’’
A và B , có nghĩa là ta xác định được đường đi của tia đi từ A tới B (hoặc ngược lại). Theo hình 3.1, ta có thể có một họ các tia từ A và từ C tùy theo giá trị V. Nếu
V không phù hợp thì thời gian đi từ A đến B (hoặc ngược lại) sẽ không hết hoặc quá thời gian tương hỗ, ví dụ đường đi AC’ lựa chọn V theo cách tăng hoặc giảm V theo từng bước ∆V. Đây gọi là phương
pháp lựa chọn theo kiểu dò từng bước.
29
Hình 3.1.1. Mô tả lựa chọn tốc độ
Hình 3.1.2. Mô tả phương pháp chia đôi
Chúng tôi lựa chọn V theo phương pháp chia đôi, thông dụng trong khoa học tính toán. Vận tốc V cũng sẽ được tìm trong khoảng từ V đầu (Vđ) đến V cuối (Vcuối), tức là trong khoảng có nghiệm. Nhưng khác cách dò từng bước, phương pháp chia đôi cho nghiệm nhanh hơn. Sơ đồ thuật toán phương pháp chia đôi trình
bày trên hình 3.2.
Như vậy, tìm nghiệm trên cơ sở phương pháp chia đôi sẽ hỗ trợ cho việc lựa chọn
V. Phần mềm được xây dựng trên cơ sở các vấn đề đã đề cập trong 2.6 và 3.1. Để
thử nghiệm, chúng tôi sử dụng số liệu là các biểu đồ thời khoảng được tính theo các
mô hình số. Phần tính toán các biểu đồ thời khoảng từ các mô hình được thực hiện
với sự trợ giúp của giáo viên hướng dẫn. Dưới đây là số liệu và kết quả tính cho
từng mô hình.
3.2. Mô hình 1
Mô hình đầu tiên được chọn thử nghiệm là mô hình đơn giản gồm 2 lớp song
song nằm ngang với các thông số như trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các thông số mô hình
Lớp Độ sâu tại gốc tọa Góc nghiêng Vận tốc
độ (độ) (m/s)
(mét)
1 30 m 1000 0
30
2 60 m 1500 0
Hai điểm phát được đặt tại mốc 200 m (gọi là điểm nổ trái) và 250 m (gọi là
điểm nổ phải) trên tuyến quan sát, sử dụng 13 máy thu trong đó có 1 máy thu đặt
trước điểm nổ trái và 1 máy thu đặt sau điểm nổ phải. Các máy thu đặt cách đều
nhau khoảng dx=5 m trên cùng tuyến với các điểm phát. Kết quả giải bài toán
thuận, tính các biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ từ 2 điểm nổ được trình bày trong
bảng 3.2 và trên hình 3.1.
Tọa độ các máy
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
thu (m)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ phải)
(điểm nổ phải)
195.0
0.060414
0.100276
0.081478
0.109643
200.0
0.060000
0.100000
0.078102
0.107967
205.0
0.060414
0.100276
0.075107
0.106688
210.0
0.060828
0.100552
0.072111
0.105409
215.0
0.062037
0.100966
0.069597
0.104200
220.0
0.063246
0.101379
0.067082
0.102991
225.0
0.065164
0.102185
0.065164
0.102185
230.0
0.067082
0.102991
0.063246
0.101379
235.0
0.069597
0.104200
0.062037
0.100966
240.0
0.072111
0.105409
0.060828
0.100552
245.0
0.075107
0.106688
0.060414
0.100276
250.0
0.078102
0.107967
0.060000
0.100000
255.0
0.081478
0.109643
0.060414
0.100276
31
Bảng 3.2. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ
Hình 3.2. Mô hình 1 và các BĐTK tính toán
Kết quả chạy chương trình như sau:
Lop 1
Vdau=700.00 Vcuoi=1500.00
Lan lap thu :1 V=1100.00
Chenh lech thoi gian DT=0.0134652
32
Lan lap thu :2 V=900.00
Chenh lech thoi gian DT=0.0184542
Lan lap thu :3 V=1000.00
Chenh lech thoi gian DT=0.0001085
Lan lap thu :4 V=1050.00
Chenh lech thoi gian DT=0.0071627
Lan lap thu :5 V=1025.00
Chenh lech thoi gian DT=0.0036601
Lan lap thu :6 V=1012.50
Chenh lech thoi gian DT=0.0018107
Lan lap thu :7 V=1006.25
Chenh lech thoi gian DT=0.0008600
Lan lap thu :8 V=1003.12
Chenh lech thoi gian DT=0.0003780
Lan lap thu :9 V=1001.56
Chenh lech thoi gian DT=0.0001353
Lan lap thu :10 V=1000.78
Chenh lech thoi gian DT=0.0000135
Lan lap thu :11 V=1000.39
Chenh lech thoi gian DT=0.0000475
Lan lap thu :12 V=1000.59
Chenh lech thoi gian DT=0.0000170
Lan lap thu :13 V=1000.68
Chenh lech thoi gian DT=0.0000017
Lan lap thu :14 V=1000.73
Chenh lech thoi gian DT=0.0000059
Lan lap thu :15 V=1000.71
Chenh lech thoi gian DT=0.0000021
Lan lap thu :16 V=1000.70
33
Chenh lech thoi gian DT=0.0000002
goc nghieng rg= 0.00
h= -30.035
-------------------
Lop 2
Vdau=1100.00 Vcuoi=2000.00
Lan lap thu :1 V=1550.00
Chenh lech thoi gian Dt=-0.0028220
Lan lap thu :2 V=1325.00
Chenh lech thoi gian Dt=0.0126989
Lan lap thu :3 V=1437.50
Chenh lech thoi gian Dt=0.0040293
Lan lap thu :4 V=1493.75
Chenh lech thoi gian Dt=0.0004102
Lan lap thu :5 V=1521.88
Chenh lech thoi gian Dt=-0.0012507
Lan lap thu :6 V=1507.81
Chenh lech thoi gian Dt=-0.0004319
Lan lap thu :7 V=1500.78
Chenh lech thoi gian Dt=-0.0000138
Lan lap thu :8 V=1497.27
Chenh lech thoi gian Dt=0.0001975
Lan lap thu :9 V=1499.02
Chenh lech thoi gian Dt=0.0000917
Lan lap thu :10 V=1499.90
Chenh lech thoi gian Dt=0.0000389
Lan lap thu :11 V=1500.34
Chenh lech thoi gian Dt=0.0000125
34
Lan lap thu :12 V=1500.56
Chenh lech thoi gian Dt=-0.0000006
Với lớp thứ nhất, sau 16 lần lặp, thời gian chênh lệch chỉ còn 0.0000002 s và
vận tốc được xác định là 1000.70 m/s. Với lớp thứ 2 cần 12 lần lặp và vận tốc xác
định được là V=1500.56, thời gian chênh lệch là 0.0000006. Độ chính xác trong
việc xác định vận tốc là khá cao, sai số rất nhỏ (0.7/1000).
3.3. Mô hình 2
Mô hình 2 được chọn thử nghiệm là mô hình 2 lớp, lớp trên nằm ngang, lớp
dưới nghiêng góc 3 độ so với mặt quan sát, với các thông số như trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Các thông số mô hình
Lớp Độ sâu tại gốc tọa độ Góc nghiêng Vận tốc
(mét) (độ) (m/s)
1 30 m 0 1000
2 60 m 3 1500
Bố trí 2 điểm phát và máy thu như trên mô hình 3.1. Kết quả giải bài toán
thuận, tính các biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ từ 2 điểm nổ được trình bày trong
bảng 3.4 và trên hình 3.3.
Tọa độ các máy
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
thu (m)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ phải)
(điểm nổ phải)
Bảng 3.4. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ
195.0 0.060414 0.113807 0.081478 0.123376
200.0 0.060000 0.114000 0.078102 0.122167
35
205.0 0.060414 0.114205 0.075107 0.121207
210.0 0.060828 0.114619 0.072111 0.120296
215.0 0.062037 0.115088 0.069597 0.119470
220.0 0.063246 0.115691 0.067082 0.118782
225.0 0.065164 0.116498 0.065164 0.118201
230.0 0.067082 0.117469 0.063246 0.117787
235.0 0.069597 0.118450 0.062037 0.117591
240.0 0.072111 0.119659 0.060828 0.117409
245.0 0.075107 0.120873 0.060414 0.117261
250.0 0.078102 0.122167 0.060000 0.117455
36
255.0 0.081478 0.123744 0.060414 0.117659
Hình 3.3. Mô hình 3.2 và các BĐTK tính toán
Kết quả xác định vận tốc như sau:
Lop 1
Vdau=700.00 Vcuoi=1500.00
…………………………
Lan lap thu :16 V=1000.70
Chenh lech thoi gian DT=0.0000002
V=1000.70
goc nghieng rg= 0.00
h= -30.035
-------------------
Lop 2
Vdau=1100.00 Vcuoi=2000.00
……………
Lan lap thu :15 V=1499.00
Chenh lech thoi gian Dt=0.000001
37
V=1499.00
Với lớp thứ nhất, vì vẫn với các thông số như mô hình 1 nên vận tốc được
xác định là 1000.70 m/s sau 16 lần lặp. Lớp thứ 2 cần 15 lần lặp và vận tốc xác định
được là V=1499.00, thời gian chênh lệch là 0.000001. Độ chính xác trong việc xác
định vận tốc là khá cao, sai số rất nhỏ (1/1500). Tuy nhiên sai số này có cao hơn so
với mô hình 1.
3.4. Mô hình 3
Mô hình 3 được chọn thử nghiệm là mô hình 2 lớp, lớp trên nằm nghiêng 3
độ , lớp dưới nghiêng góc 5 độ so với mặt quan sát, với các thông số như trong bảng
3.5.
Bảng 3.5. Các thông số mô hình
Lớp Độ sâu tại gốc tọa Góc nghiêng Vận tốc
độ (độ) (m/s)
(mét)
1 40 m 3 1000
2 77 m 5 1500
Bố trí 2 điểm phát và máy thu như trên mô hình 1. Kết quả giải bài toán thuận,
tính các biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ từ 2 điểm nổ được trình bày trong bảng
3.6 và trên hình 3.4.
Tọa độ các
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
máy thu (m)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ phải)
(điểm nổ phải)
Bảng 3.6. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ
195.0 0.080710 0.129699 0.099656 0.140799
200.0 0.081000 0.130009 0.097276 0.139894
205.0 0.081307 0.130544 0.095044 0.139064
38
210.0 0.082012 0.130931 0.093116 0.138492
215.0 0.082916 0.131700 0.091302 0.137920
220.0 0.084382 0.132551 0.089762 0.137480
225.0 0.085860 0.133443 0.088347 0.137182
230.0 0.087820 0.134535 0.087475 0.137065
235.0 0.089827 0.135709 0.086650 0.136991
240.0 0.092136 0.136969 0.086182 0.136975
245.0 0.094516 0.138390 0.085891 0.137259
250.0 0.097276 0.139894 0.086182 0.137550
39
255.0 0.100157 0.141496 0.086489 0.137963
Hình 3.4. Mô hình 3 và các BĐTK tính toán
Kết quả xác định vận tốc như sau:
Lop 1
Vdau=700.00 Vcuoi=1500.00
Lan lap thu :16 V=1000.65
Chenh lech thoi gian DT=0.000001
goc nghieng rg= 2.930
h= -40.511
-------------------
Lop 2
Vdau=1100.00 Vcuoi=2000.00
Lan lap thu :15 V=1506.47
Chenh lech thoi gian Dt=0.0000005
Với lớp thứ nhất, dù ranh giới nghiêng 3 độ nhưng vận tốc được xác định là
1000.65 m/s sau 16 lần lặp. Lớp thứ 2 cần 15 lần lặp và vận tốc xác định được là
V=1506.47, thời gian chênh lệch là 0.0000005. Độ chính xác trong việc xác định
40
vận tốc là khá cao, sai số có tăng (6.47/1500 <5/1000 ).
3.5. Mô hình 4
Mô hình 4 được chọn thử nghiệm là mô hình 2 lớp, hai lớp đều nghiêng theo
hướng ngược lại so mới mô hình 3, lớp trên nằm nghiêng -3 độ , lớp dưới nghiêng
góc -5 độ so với mặt quan sát, với các thông số như trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Các thông số mô hình
Lớp Độ sâu tại gốc tọa độ Góc nghiêng Vận tốc
(mét) (độ) (m/s)
1 50 m -3 1000
2 86 m -5 1500
Bố trí 2 điểm phát và máy thu như trên mô hình 1. Kết quả giải bài toán
thuận, tính các biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ từ 2 điểm nổ được trình bày trong
bảng 3.8. và trên hình 3.5.
Tọa độ các
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
BĐTK lớp 1 (s)
BĐTK lớp 2 (s)
máy thu (m)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ trái)
(điểm nổ phải)
(điểm nổ phải)
Bảng 3.8. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ
195.0 0.099252 0.147138 0.111071 0.150516
200.0 0.099000 0.146642 0.108427 0.148885
205.0 0.098853 0.146309 0.105939 0.147340
210.0 0.099010 0.146054 0.103815 0.146035
215.0 0.099264 0.146079 0.101726 0.144781
220.0 0.099914 0.146182 0.099890 0.143526
225.0 0.100674 0.146315 0.098160 0.142572
41
230.0 0.101915 0.146574 0.096887 0.141578
235.0 0.103229 0.146962 0.095712 0.140792
240.0 0.104778 0.147518 0.094854 0.140009
245.0 0.106482 0.148105 0.094066 0.139545
250.0 0.108427 0.148885 0.093735 0.139160
255.0 0.110551 0.149726 0.093467 0.138849
42
Hình 3.5. Mô hình 4 và các BĐTK tính toán
Kết quả xác định vận tốc như sau:
Lop 1
Vdau=700.00 Vcuoi=1500.00
Lan lap thu :15 V=999.39
Chenh lech thoi gian DT=0.0000003
goc nghieng rg= -3.31
h=-49.69
-------------------
Lop 2
Vdau=1100.00 Vcuoi=2000.00
Lan lap thu :15 V=1506.58
Chenh lech thoi gian Dt=-0.0000004
V=1506.58
Với lớp thứ nhất, dù ranh giới nghiêng 3 độ nhưng vận tốc được xác định là
999.39 m/s sau 15 lần lặp. Lớp thứ 2 cần 15 lần lặp và vận tốc xác định được là
V=1506.58, thời gian chênh lệch là 0.0000004. Độ chính xác trong việc xác định
vận tốc là khá cao, sai số có tăng (6.58/1500 <5/1000 ).
3.6. Mô hình 5
Mô hình 5 được chọn thử nghiệm là mô hình 2 lớp, hai lớp đều nghiêng
nhưng lớp 1 theo chiều hướng lên trên 3 độ. Lớp dưới nghiêng cắm xuống một góc
5 độ so với mặt quan sát, với các thông số như trong bảng 3.9.
Bảng 3.9. Các thông số mô hình
Lớp Độ sâu tại gốc tọa độ Góc nghiêng Vận tốc
(mét) (độ) (m/s)
1 40 m -3 1000
43
2 77 m 5 1500
Bố trí 2 điểm phát và máy thu như trên mô hình 3.1. Kết quả giải bài toán
thuận, tính các biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ từ 2 điểm nổ được trình bày trong
bảng 3.10 và trên hình 3.6.
Bảng 3.10. Các biểu đồ thời khoảng từ 2 điểm nổ
Tọa độ các BĐTK lớp 1(s) BĐTK lớp 2(s) BĐTK lớp 1(s) BĐTK lớp 2(s)
máy thu(m) (điểm nổ trái) (điểm nổ trái) (điểm nổ phải) (điểm nổ phải)
195.0 0.079315 0.129285 0.094225 0.138531
200.0 0.078901 0.129372 0.091190 0.137416
205.0 0.078816 0.129646 0.088256 0.136491
210.0 0.079038 0.130070 0.085603 0.135722
215.0 0.079484 0.130540 0.083172 0.134966
220.0 0.080346 0.131186 0.080969 0.134393
225.0 0.081476 0.131997 0.079010 0.133974
230.0 0.082908 0.132880 0.077331 0.133582
235.0 0.084625 0.133821 0.075954 0.133349
240.0 0.086579 0.134937 0.074897 0.133293
245.0 0.088772 0.136186 0.074100 0.133315
250.0 0.091190 0.137416 0.073627 0.133415
44
255.0 0.093739 0.138832 0.073540 0.133721
Hình 3.6. Mô hình 5 và các BĐTK tính toán
Kết quả xác định vận tốc như sau:
Lop 1
Vdau=700.00 Vcuoi=1500.00
45
Lan lap thu :15 V=999.58
Chenh lech thoi gian DT=0.000001
goc nghieng rg= -3.31
h=-39.72
-------------------
Lop 2
Vdau=1100.00 Vcuoi=2000.00
Lan lap thu :10 V=1505.18
Chenh lech thoi gian Dt=0.000001
V=1505.18
Theo kết quả tính toán, với lớp thứ nhất, dù ranh giới nghiêng 3 độ nhưng vận
tốc được xác định là 999.58 m/s sau 15 lần lặp. Lớp thứ 2 cần 10 lần lặp và vận tốc
xác định được là V=1505.18, thời gian chênh lệch là 0.000001. Độ chính xác trong
việc xác định vận tốc là khá cao, sai số có tăng (5.18/1500 <5/1000 ).
Nhận xét
Các thử nghiệm cho thấy :
- Các kết quả xác định vận tốc lớp cho độ chính xác khá cao, sai số lớn nhất
không quá 5/1000.
- Lớp ở phía trên, dù ranh giới có nghiêng hay không nghiêng đều cho độ
chính xác cao hơn.
- Ranh giới nghiêng nằm phía trên ảnh hưởng chính đến sai số trong xác định
46
vận tốc lớp dưới.
KẾT LUẬN
Qua quá trình tìm hiểu một vài phương pháp xác định tốc độ truyền sóng trong
địa chấn phản xạ và tiến hành thử nghiệm mô hình tính toán trong luận văn tốt nghiệp, em xin đưa ra một số nhận xét sau :
Có nhiều phương pháp xác định vận tốc truyền sóng địa chấn theo biểu đồ -
thời khoảng sóng phản xạ, nếu quan sát theo sơ đồ tương hỗ có thể xác định
được tốc độ từng lớp theo từng cặp biểu đồ thời khoảng.
Việc đưa thuật toán tìm nghiệm bằng phương pháp chia đôi đã giúp tăng tốc -
độ tìm nghiệm đáng kể ( theo các thử nghiệm chỉ cần dưới 20 lần lặp).
Kết quả tính toán thử nghiệm theo phương pháp các điểm tương hỗ cho thấy -
tốc độ tính nhanh và độ chính xác khá cao.
Để có thể thực hiện việc xác định vận tốc truyền sóng theo phương pháp các -
điểm tương hỗ phải bố trí sơ đồ quan sát phù hợp với mục đích sử dụng.
Hướng phát triển tiếp theo để nâng cao độ chính xác và ổn định cho việc xác -
47
định tốc độ là nâng cao chất lượng xác định đạo hàm dt/dx .
48
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tạ Văn Đĩnh (1994), Phương pháp tính, Nhà xuất bản Giáo dục.
2. Mai Thanh Tân(2005), Địa vật lý đại cương, Nhà xuất bản GTVT.
3. Nguyễn Đức Tiến (2013), Địa vật lý đại cương, Nhà xuất bản ĐHQG Tp
Tiếng Việt
4. Phạm Năng Vũ và NNK(1983), Thăm dò địa chấn, Nhà xuất bản ĐH và TH
HCM.
5. Dương Thuỷ Vỹ (2001), Phương pháp tính, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ
Chuyên nghiệp.
thuật.
6. Golden Sofware Inc. SURFER User’s Guide.
7. Geldart 4444444444444, Sheriff L.P (1995), Exploration Seismology [2 ed.],
Tiếng Anh
8. Reynolds John M (1997), An Introduction to Applied and Environmental
Cambridge University Press,.
Geophysics ,Wiley.
9. Phedynxki А (1964), Thăm dò địa vật lý, Nhà xuất bản "Nhedra".
10. Urupov A.K(1966), Nghiên cứu đánh giá tốc tộ trong thăm dò địa
Tiếng Nga
