(Luận án) Nâng cao hiệu quả của phương pháp thăm dò trọng lực trong nghiên cứu cấu trúc địa chất ở việt nam

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO

VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌCVÀ
CƠNGNGHỆVIỆTNAM

HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆ

PHẠMNAMHƯNG

NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA PHƯƠNG PHÁP THĂM
DỊTRỌNGLỰCTRONGNGHIÊNCỨUCẤUTRÚC
ĐỊACHẤTỞVIỆTNAM

Chun ngành: Vật lý Địa
cầuMãsố:62 4401 11

TÓMTẮTLUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝ

Hà Nội,năm2015


1
Cơngtrìnhđượchồnthànhtại:
Học viện Khoa học và Cơng nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệViệt
Nam

Ngườihướngdẫnkhoahọc:
1. PGS.TS.CaoĐìnhTriều
2. PGS.TS. ĐinhVănTồn

Phản biện 1:GS.TS. Bùi Công QuếPhản

biện 2:PGS.TS. Đỗ Đức
ThanhPhảnbiện3:T S .
N g u y ễ n TàiThinh

LuậnánsẽđượcbảovệtrướcHội đồngchấmluậnáncấpHọc việnhọp
tại:.................................................................................................
Vàolúc...........

giờ. . . . . . . . n g à y . . . . . . . .
năm2015.

Cóthểtìmhiểuluậnántại:
- ThưviệnQuốc gia,Hà Nội
- ThưviệnViện HànlâmKhoahọc vàCôngnghệViệtNam
- Thư viện Học việnKhoahọc và Côngnghệ

tháng


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấpthiếtcủaluậnán
Thực tế kết quả cơng tác đo vẽ trọng lực thời gian qua ở Việt Nam
chothấy:Vẫnsửdụngcácmáytrọnglựcthếhệcũvớisaisốlớnkhiđovẽởtỷlệlớn, tỷ lệ đo vẽ chưa đồng bộ
giữa

các

vùng,

khi

thành

lập

bản

đồ

dị

thườngtrọnglựcBouguersửdụngcơngthứctrườngtrọnglựcbìnhthườngcủaHelmert
1901-1909vớisựđiềuchỉnhgiảmđimộthệsố14mGalmàchưacótính tốn cụ thể để chứng minh tính
đúng

đắn

của

cơng

thức

(1.3)

và

các

hiệuchỉnhcịnbỏquacácyếutốnhư:hiệuchỉnhbiếnthiêntrọnglực,hiệuchỉ
nhđịahìnhchưađầyđủcịnbỏquacácyếutốnằmtrongbánkínhtronglà30mvà yếu tố nằm ngồi bán kính
ngồi 7.29 m. Mặt khác, số liệu tựa ban đầu (địachấn, khoan, ...) hiện có ở Việt
Nam là khơng nhiều cho việc minh giải tài liệutrọnglực.
Chínhvìvậy,nghiêncứu

sinh

đã

chọn

đề

tài:“Nângcaoh i ệ u

q u ả của phương pháp thăm dò trọng lực trong nghiên cứu cấu trúc địa chất ởViệt Nam”nhằm tiến
hành xem xét các yếu tổ ảnh hưởng như biến thiên trọnglực và vấn đề hiệu
chỉnh địa hình tới chất lượng tài liệu trọng lực Bouguer.Cũng như xem xét
giảm thiểu tính đa nghiệm của bài tốn ngược trọng lựctrongđiều kiện
khơngcó nhiềutài liệutựaban đầu.
2. Mụctiêucủaluậnán
Nâng cao chất lượng của tài liệu trọng lực thăm dò và giảm thiểu
tínhđan ghi ệ m tronggiải bài t ố n n gư ợ c t r ọng lực,phục vụ n g h i ê n c ứ u cấ u
t r úc địachấtởViệtNam.
3. Nhiệmvụ củaluận án
1. Tínhtốnảnhhưởngcủabiếnthiêntrọnglựcvàảnhhưởngcủađịahìnhđ
ến tàiliệu đo đạctrọnglực.
2. Lựachọnvàứngdụngthửnghiệmcácphươngphápphântíchđịnhtính
vàđịnhlượngtàiliệutrọnglựctrongnghiêncứucấutrúcđịachấtởViệtNam.

3. Giảibài tốn thuậnvàngượctrọng lực2D và3D (vídụtạimộtkhuvực
cụthể).


4. Kếtquảkhoahọc vàýnghĩathực tiễncủaluậnán
1. Nghiên cứu sinh đã khảo sát, đánh giá giá trị biến thiên trọng lực
ởViệt Nam là 0.3 mGal, từ đó cho thấy cần phải tính hiệu chỉnh biến thiên
đốivớitừngtỷlệbản đồtrongđo vẽ trọnglực.
2. Trong luận án nghiên cứu sinh đã khảo sát, đánh giá hiệu chỉnh
địahình phần đất liền lãnh thổ Việt Nam. Từ đó thành lập bản đồ dị thường
trọnglựcB o u g u e r đ ầ y đ ủ t ỷ l ệ 1 : 1 . 0 0 0 . 0 0 0 t h e o c ô n g t h ứ c t r ư ờ n g
b ì n h t h ư ờ n g Quốctế1980.
3. Xây dựng một số mơ hình lý thuyết hợp lý từ đó phân tích và
nhậnđịnhkếtquảcóđốisánhvớicáctuyếnthămdịđịachấnkhuvựcBiểnĐơn
gvàcáctuyếnđịachấndịsâutrênđấtliềnnhằmhạnchếđượctínhđanghiệmcủa bài tốn ngược trọnglực
khi khơngcó nhiềutài liệu tựa.
4. Các bản đồ độ sâu các mặt cơ bản vỏ Trái đất như mặt Kết
tinh,Conrad, Moho lưu vực Sông Cả-Rào Nậy được xây dựng bằng phương
phápmơ hình 2D, 3D có độ tin cậy cao. Đây là những thơng tin độc lập có giá
trịtrongluậngiảicácquyluậtvềcấutrúcđịachất,địađộnglựcvàcáctaibiếnđ
ịachấtliên quantrongkhu vực nghiên cứu.
5. Nhữngđiểmmớicủaluận án
1. Đã xác định được giá trị biến thiên trọng lực theo thời gian ở
ViệtNamcó biên độthayđổi khoảng0 . 3 m G a l .
2. Lầnđ ầ u t i ê n t h à n h l ậ p b ả n đ ồ h i ệ u c h ỉ n h đ ị a h ì n h v ớ i b á n
k í n h ngồitới70kmvàbảnđồtrọnglựcBouguertheocơngthứcQuốctế1980chotồnlãnhthổViệt Nam,
tươngứngvớitỷlệ1/1.000.000.
3. Gợi ý phân tích lựa chọn mơ hình bài tốn thuận nhằm hạn chế
tínhđa nghiệm giải bài tốn ngược trọng lực trong điều kiện khơng có số liệu tựaban đầu(kếtquả khoan
thămdị, địachấnthămdị,…).

6. Luậnđiểmbảovệ
1. Nhằmloạitrừtốiđaảnhhưởngcủađịahìnhtớichấtlượngbảnđồdị
thường trọng lực Bouguer cần thiết phải tiến hành tính tốn hiệu chỉnh địahìnhvớibán kính
vịngngồitốithiểulà 50 km.


2. Việc nhận dạng mơ hình ban đầu trên cơ sở kết hợp các
phươngpháp: Gradient ngang, Gradient chuẩn hóa tồn phần và hệ số cấu
trúc/mật độcó thể giảm được tính đa nghiệm giải bài toán ngược trọng lực 2D
tại nhữngkhu vực thiếutài liệutựaban đầu.
7. Cấu trúccủaluậnán
Ngoài phầnmởđầuvàkết luận, luậnángồm4chương:
Chương1 : T ổ n g q u a n v ề p h á t t r i ể n p h ư ơ n g p h á p t h ă m d ò t r ọ n g l ự c t
rênthế giới vàở Việt Nam.
Chương 2:Nghiên cứu đánhgiáảnhhưởng củabiến thiên trọng
lựcvàhiệuchỉnh địa hình tới chấtlượngbản đồtrọnglực Bouguer.
Chương3: G i ả i p há p g i ả m t hi ể u tínhđ a nghi ệm giảib à i t ố n ngượctr
ọnglực.
Chương4:Ápdụngquytrìnhđođạcphântíchtàiliệutrọnglựcnhằmnghiên
cứuđặctrưngcấu trúc vỏ trái đấtlưu vực SôngCả-Rào Nậy.
CHƯƠNG1 : T Ổ N G Q U A N V Ề P H Á T T R I Ể N P H Ư Ơ N G P H Á
P THĂMDÒ TRỌNGLỰC TRÊNTHẾ GIỚI VÀỞ VIỆTNAM
Trên thế giới phương pháp thăm dò trọng lực được sử dụng từ
nhữngnăm đầu của thế kỷ XX, ở Việt Nam phương pháp trọng lực được sử
dụng saunăm 1960, chủ yếu tập trung vào các hướng nhiệm vụ: 1) Tìm kiếm
thăm dịcác cấu trúc chứa dầu khí; 2) Phục vụ nghiên cứu cấu trúc sâu và địa
chất khuvực; 3) Đo đạc lập mạng lưới trọng lực cơ sở hạng cao quốc gia; 4) Đo
giá trịtrọng lực dọc các tuyến thuỷ chuẩn hạng cao phục vụ giải các bài tốn
trắc
địaliênquanđếnthơngsốtọađộ,độcaoNhànước.Vàđãcómộtsốkếtquảcụthể

trong nghiên cứu cấu trúcđịa chấtl ã n h

thổ

Việt

Nam.

Tuy

nhiên

t r o n g công tác thăm dò trọng lực vẫn còn một số hạn chế về máy móc thiết
bị,phươngphápxửlýđúc kết và phân tíchtàiliệutrọnglực, ...
1.1. Tổngquanvềpháttriển phươngphápthăm dòtrọnglựctrênthếgiới
1.1.1. Vềthiếtbịđotrọnglực


Đi cùng với sự phát triển về các máy đo trọng lực biển và hàng
khơngthìcácmáyđotrọnglựcmặtđấtngàycànghiệnđạivàcóđộchínhxácca
o.


Từ các máy trọng lực thế hệ cũ như GAK-7T, GAK-PT, GAK-7S sản
xuấtnhững năm 1960, có độ chính xác khơng cao với sai số từ0.030.06
mGal.Ngày nay trên thế giới đã có các máy trọng lực điện tử thế hệ mới với độ
chínhxáccaonhư:CG-3, CG-5,ZLS,... đạtđ ộ c h í n h x á c t ừ 0 . 0 0 1 đ ế n
0.005
m G a l có thể đápứngđượcphépđo trọnglực chitiết đến vi
thămdòtrọnglực.

1.1.2. Vềkỹthuậtđođạc

Tùy theo tỷ lệ đo vẽ bản đồ và chất lượng yêu cầu của tài liệu mà người
ta thiết kế khoảng cách giữa các điểm và tuyến đo trong khu vực nghiêncứu.
1.1.3. Vềphương phápphân tích tàiliệutrongnghiên cứu cấutrúcđịachất
Trong nghiên cứu cấu trúc địa chất sâu vỏ Trái đất thì phương
phápthăm dị trọng lực đã chứng tỏ được tính hiệu quả vượt trội của nó so với
cácphươngpháđịavậtlýkhác.Vìvậy,mấychụcnămtrởlạiđâycácnhàđịavậtlý trên
thếgiớivànướctađãtậptrungnghiêncứuvàđưarađượcnhiềuphương pháp mới để giải các bài toán
thuận và ngược trọng lực được áp dụngcho trường hợp bài toán hai chiều của
Manik Talwani và n.n.k (1959) và bachiều của Talwani và Eving (1960),
Parker (1973), đồng thời có những phầnmềm chuyên dụng về xử lý tài liệu địa
vật lý đã từng bước được thương mạihoá và ngày càng hiện đại như: bộ chương
trình trường thế, phần mềm OasisMontaj củaMỹ, Coscad 2D, 3D củaLiên
BangNga, ...
1.2. Cơngtácthăm dịtrọnglực ởViệtNam
1.2.1. Pháttriểnmạnglướitựatrọnglực ởViệt Nam
Hệ thống điểm tựa Quốc gia được phân làm 3 giai đoạn: Xây
dựng1973-1978, bổ xung và hiện đại hóa 1987-2000 và hồn thiện nâng cấp
2001-2011. Đến nay, mạng lưới điểm tựa các hạng có được khoảng 500 điểm
trọnglựcphân bổtrên phạmvi phầnđất liềnlãnh thổ Việt Nam.
1.2.2. Thiếtbị đođạctrọnglựcthămdị
Mộtsốloạimáyvàthiếtbịchủyếusửdụngđođạcsốliệutrọnglựcđãđư
ợc sử dụngởViệtNamtrongthờigianqua gồm:
- Cácmáyđotrọnglựctuyệtđối:OBM, AGATcủa LiênXơ cũ, L&R


của Mỹ với độ chính xác 0.01÷0.05 mGal và các máy hiện đại GBL,
GBL.McủaLiên BangNga, vớiđộchínhxác 5µGal.
- Các máy đo điểm tương đối: Trước đây vẫn sử dụng các máy

trọnglực thạch anh của Liên Xô cũ GAK-7T, GNU-K2, GNU-KV và Z400
củaTrung Quốc, gần đây sử dụng thế hệ máy trọng lực điện tử có độ chính
xác caonhưCG-3, CG-5 của Canada và ZLS của Mỹ.
Đi cùng với các máy trọng lực chính xác cao là các máy trắc địa phụcvụ
xác định tọa độ và độ cao: máy GPS 4.000 SI, GPS 4.600 LS, GPS 5.700vớisai
số xácđịnhtoạđộ(Mxy)± 1mvà độ cao(Mh)± 0.20m.
1.2.3. Vềtỷlệ bảnđồnghiêncứu
Trong những năm 1960-1964 đo vẽ trọng lực ở tỷ lệ nhỏ (1 :
500.000)chỉ mới được tiến hành trên phần lãnh thổ phía Bắc và sau năm 1975,
đo vẽtrọng lực phần lãnh thổ phía Nam ở tỷ lệ 1 : 500.000 mới được triển khai
vàđều do các đơn vị trực thuộc Tổng Cục địa chất và Khoáng sản Việt Nam
thựchiện. Từ sau những năm của thập kỷ 80, do nhu cầu tìm kiếm các loại
khốngsảnrắn,tìmkiếmdầukhívàlậpbảnđồđịachấtởcáctỷlệkhácnhau,cơ
ngtácđovẽtrọnglựcđượctiếnhànhtrêntừngvùnghoặctheotừngtờbảnđồđịachất ở các tỷ lệ lớn hơn (từ 1:
200.000 đến 1: 100.000). Thời gian gần đây,công tác đo vẽ trọng lực phục vụ
tìm kiếm, phát hiện khống sản có sự chuyểnbiến dần về chất trong q trình
đo vẽ lập bản đồ địa chất và điều tra khoángsản ởtỷlệ 1:50.000 và lớnhơn.
Cho đến nay, nhờ những nỗ lực to lớn của ngành Địa chất Việt
Nammàc h ú n g t a đ ã c ó đ ư ợ c t ờ b ả n đ ồ d ị t h ư ờ n g t r ọ n g l ự c B o u g u e r t h ố n
g n h ấ t tồnquốctỷlệ1: 500.000[9].
1.3. Phươngphápphântích tàiliệutrọnglựcởViệtNam
1.3.1. Lập bản đồ dị thường trọnglựcBouguer
Các bản đồ dị thường trọng lực Bouguer ở Việt Nam thành lập ở
cácnăm 1985, 1995 và năm 2011 [8, 9] chủ yếu được thành lập trên cở sở
côngthức trường trọng lực bình thường Helmert (1901-1909) với một lượng
hiệuchỉnhlà14 mGalvàliên kếtvớihệchuẩnQuốctế Posdamvớimật độ lớp
trunggian= 2.67g/cm3,xácđịnh theocôngthứcsau:
gB g qs g 0 0.30860.0419*H gdh

Trongđó:

- gqs: Giátrị trọnglực tạiđiểmquansát
(1.1)
- g0:G i á t r ị t r ọ n g l ự c b ì n h t h ư ờ n g đ ư ợ c x á c đ ị n h t h e o c ô n g
thức
Helmert(1901-1909)
g0978016(10.005302sin20.000007sin22)

(1.3)

- : M ật độ lớptrunggian lấytheo thế giớithừanhận  2.67

g/cm3

- H:Độ cao điểmtrọnglựcso vớimặtGeoit.
- gdh: Giá trị ảnh hưởng địa hình xung quanh điểm trọng lực xác
địnhtheophươngpháp Prisivanco.
Mặt khác, ở Việt Nam trước đây khi thành lập bản đồ dị thường
trọnglực Bouguer còn bỏ qua một số hiệu chỉnh khác như: hiệu chỉnh đẳng
tĩnh, ảnhhưởngbiếnthiêntrọnglựctheoMặttrăngvàMặttrờivàhiệuchỉnhđịahìnhchưa đầyđủ.
1.3.2. Phương pháp biến đổi trường trọng lực và giải bài
toánngượctrọnglực
Tùy thuộc vào đối tượng nghiên cứu và số liệu hiện có mà các tác giảsử
dụng các phương pháp phân tích khác nhau trong nghiên cứu cấu trúc địachất.
Có thể kể đến các cơng trình của Bùi Cơng Quế [28, 29, 30], Cao ĐìnhTriều
[50, 51, 55, 59], Đinh Văn Toàn [42, 43], Đỗ Đức Thanh [38, 39], ... Các tácgiả
chủ yếu sử dụng các phương pháp phân tích truyền thống như phươngpháp lựa chọn, biến đổi trường,
phân tích thống kê, phương pháp tính đạo hàmbậccao, phươngpháp phântích bài
tốnthuận và ngược 2 và 3D.

Từ các cơng trình trình bày trên, nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái đất theotài
liệu trọng lực ở nước ta vẫn còn một số ưu điểm và hạn chế: Về cơng tác xửlý,
phântíchtàiliệutrọnglựcởnướctatrongthờigianquađãcónhiềuđónggóp quan trọng trong nghiên cứu
cấu trúc địa chất, công tác điều tra khoángkhảnrắn và lỏng.Tuynhiên cũngbộc lộ
một số hạnchế về cáckết
quảcần tiếptụcnghiên cứukhắc phục.


1.4. Kếtluậnchương 1
Từ nội dung đã trình bày trong chương 1, nghiên cứu sinh có một số
kếtluậnnhư sau:
- Vẫn sử dụng các máy trọng lực thế hệ cũ, với sai số lớn (sai số
phépđo là ± 0.05 - 0.08 mGal). Chưa tính đến hiệu chỉnh biến thiên trọng lực
khi đođạcởtỷlệ1:100.000 và lớn hơn.
- Tỷ lệ nghiên cứu không đồng đều, khi tính tốn dị thường trọng
lựcBouguer vẫn thường sử dụng cơng thức trường trọng lực bình thường
Helmert(1901-1909) với một sự điều chỉnh giảm đi 14 mGal mà chưa có tính
tốn cụthểđể chứngminh.
- Hiệu chỉnh địa hình chưa đầy đủ, cịn bỏ qua các yếu tố địa hình
nằmởvùng trong cùng nhỏ hơn30m (đây làvùng gây nêngiátrịlớn
củah i ệ u chỉnhđịahìnhtrongđiềukiệnđịahìnhthayđổiphứctạpnhưở nh
ữngvùngnúicao) và vùngngồibánkính lớnhơn 7.290m.
- Hệ phương pháp sử dụng: Sử dụng các phương pháp định tính
mangtính khu vực nhiều hơn, cịn các phương pháp phân tích định lượng chủ
yếudựa vào tài liệu trọng lực ở tỷ lệ nhỏ. Mặt khác với tài liệu tựa ban đầu
hiện cóởViệt Namcịn thiếunên kếtquả mangtính định lượng khơngcao.
CHƯƠNG2:NGHIÊNCỨUĐÁNHGIÁẢNHHƯỞNGCỦABIẾNTHIÊNTRỌ
NGLỰCVÀHIỆUCHỈNHĐỊAHÌNHTỚIC H Ấ T LƯỢNGBẢNĐỒ
TRỌNGLỰC BOUGUER
2.1. Ảnh hưởng của biến thiên trọng lực tới chất lượng của tài liệu

trọnglựcthăm dòở Việt Nam
2.1.1. Biến thiêntrọnglực
Trọng lực tại một điểm bất kỳ trên mặt đất đều chịu tác dụng của
cáchành tinh trong hệ Mặt trời và vệ tinh Mặt Trăng dẫn đến một sự thay đổi
hìnhdạng Trái đất. Sự biến đổi trọng lực như vậy gọi là biến thiên trọng lực
theoMặt trăng và Mặt trời. Theo Telford et. al, 1990 cho thấy biên độ biến
thiêntrong một ngày đêm có thể đạt 0.3 mGal, phụ thuộc vào vị trí (vĩ độ, kinh
độ)vàthờigiantạiđiểmthờiđiểm quansát.Trongcơngtácthămdịtrọnglựcđịi


hỏi độ chính xác cao, hay đo đạc mạng lưới điểm tựa Quốc gia với sai số
phépđolànhỏ hơn 0.3 mGalcầnphảitiến hành hiệu chỉnhbiếnthiên trọnglực.
2.1.2. Biếnthiêntrọnglựcở ViệtNam
Để khảo sát giá trị biến thiên trọng lực ở Việt Nam theo tính tốn
lýthuyết, NCS sử dụng cơng thức Longman, 1959 [115] tính cho 3 vị trí có vĩ
độkhácnhau tại: Hà Nội, ĐàNẵngvàTp. Hồ Chí Minhtrongnăm2014.
Kết quả tính tốn cho thấy đại lượng biến thiến lớn nhất đạt tới
+0.19mGalvàthấpnhất-0.09mGal,
ngàylớn nhất gần bằng 0.3 mGal.
Giátrị biến thiên là tương đối

Đà Nẵng
0.15
Hồ Chí Minh

0.15

Biếnthiên(mGal)

với biên độ biến thiên trong

0.250.25
0.2Hà Nội0.2

0.10.1

0.050.05

phứctạp, trong một ngày đêm có

00

thể có3 giá trị cao và 2 giá trị thấp, vị

-0.05-0.05

trícácg i á t r ị c a o n h ấ t l u ô n l u ô

-0.1-0.1

n
thay đổi và chưa thấy biểu
hiệnmột quy luật phân bố nhất

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

-0.15-0.15
12:00 0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

gian trọng lực theo vĩ
Hình 2.2:Giá trị biếnThời
thiên
tuyếntại Hà Nội, Đà Nẵng và TP. Hồ Chí Minh
tính trong5ngàytừngày2/2/2014 đến ngày6/2/2014

địnhnào.
Mặtk h á c , t h e o k ế t q u ả g i á t r ị bi ế n thi ên n h ậ n đư ợ c b ằ n g m á y trọn
g lựcchínhxáccaoCG-5trongcácngày4tháng11năm2013vàngày4tháng12 năm 2014 tại Tp. Hồ chí
minh cho thấy: Giá trị biên độ biến đổi lớn nhấtcũng khoảng 0.3 mGal và các
giá trị thu nhận được cũng khá trùng khớp vớigiátrị đượctínhtốn bằnglýthuyết.
2.1.3. Ảnh hưởng của biến thiên tới chất lượng của tài liệu trọng
lựcthămdò
Theo kết quả khảo sát giá trị biến thiên ngày đêm ở Việt Nam có biênđộ
đạt gần 0.3 mGal. Chính vì vậy, theo u cầu về sai số điểm thường và saisố

xác định dị thường trọng lực Bouguer khi đo vẽ bản đồ trọng lực ở tỷ lệ
từ1:100.000 và lớn hơn bắt buộc phải thực hiện phép hiệu chỉnh biến thiên
trọnglực đối với các máy trọng lực thế hệ cũ. Cịn đối với u cầu độ chính của
saisốquantrắcởtỷlớnlớnhơnnhưtỷlệ1:25.000,1:10.000hoặcvithămdị


trọng lực thì ngồi phép hiệu chính biến thiên ra còn phải đưa vào các phéphiệu
chỉnh khác như: hiệu chỉnh thủy triều, hiệu chỉnh lượng mưa, hiệu chỉnhápsuất
khơngkhí.
2.2. Vềgiátrị hiệuchỉnhđịa hìnhởViệt Nam
Việc tính tốn hiệu chỉnh địa hình trọng lực là một cơng việc rất
khókhăn nhưng rất cần thiết và đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong việc thành
lậpbản đồ dị thường trọng lực Bouguer. Ở Việt Nam trước đây vẫn thường
dùngcác phương pháp truyền thống như: phương pháp Lucaptrenco, Beriozkin
vàphương pháp Prisivanco. Hạn chế của các phương pháp này là tính thủ
cơngvới bán kính hiệu chỉnh là khơng lớn nên chưa đảm bảo được độ chính xác
củaphéphiệu chỉnh.
Ngày nay, với sự phát triển của phương pháp tính dựa trên thuật
tốncủa Kane và Nagy được tính trên máy tính cá nhân, cho phép tính tốn
hiệuchỉnh một cách nhanh chóng và có độ chính xác cao, với sai số đảm bảo
từphép đotrọnglực chitiết đến đo vi trọnglực.
2.2.1. Bàitốnvà sốliệutính hiệuchỉnh địa hình
2.2.1.1. Bài tốnt í n h tốntínhhiệuchỉnh địa hình
BàitốntínhhiệuchỉnhđịahìnhdựatrêncơsởthuậttốncủaKanevà
Nagyđược tính dựa trênsự ảnhhưởngcủa 4 vùng[106, 123]:
1/ Vùng ngồi, nằm ở khoảng cách có bán kính từ16r trở ra; 2/ Vùngxa
là vùng nằm trong phạm vi từ khoảng cách 8r đến 16r; 3/ Vùng gần (r- 8r);và
4/ Vùng trong cùng, có bán kính r, đặc điểm của vùng này là chứa điểm
đotrọnglực.
2.2.1.2. Sốliệu được sửdụng tính tốn

Để tính tốn hiệu chỉnh địa hình phần đất liền lãnh thổ Việt Nam,
tácgiảsửdụngcácnguồn sốliệu sau:
1/ Bản đồ địa hình phần đất liền lãnh thổ Việt Nam ở tỷ lệ
1:500.000(CụcĐo đạc và bản đồ).
2/ Bản đồ địa hình số độ cao DEM-30: được cung cấp bởi cơ
quanhàngkhông vũ trụ Mỹvớikhoảngcách điểmlà 30''(xấp xỉkhoảng1 km),


vớihệtọađộtrắcđịa UTM-WGS84.

3/ Nguồn số liệu các điểm trọng lực: được cung cấp bởi Tổngcục
Địa chất và Khoáng sản Việt Nam và các đơn vị khác có được,
baogồm42.591điểmphânbổtrênphạmviphầnđấtliềnlãnhthổViệtNam.
2.2.1.3. Phươngpháptínhhiệuchỉnh địa hình
Đển â n g c a o t í n h c h í n h x á c c ủ a p h é p h i ệ u c h ỉ n h v à g i ả m t h i ể u t h
ờ i giantínhtốnhiệuchỉnh,cầnthiếtphảitìmbánkínhnhỏnhấtcủavùngtrongcùng (r) và vùng ngoài (R).
Chú ý rằng, sự chọn các bán kính phụ thuộc vàomức độ phức tạp của địa hình
trong

vùng

nghiên

cứu.

Chính

vì

vậy

tác

giả

đãchọn10điểm đặct rư ng chokhu vực m i ề n núi Tâybắcvà 4điểm đặct rư ng
chokhuvựcTâyNgunđểkhảosátbánkínhvùngtrongvàvùngngồitrướckhitínhhiệu chỉnh địahình.
2.2.2. Khảosát bánkínhvùng trong(r) khi tínhhiệuchỉnhđịa hình
Vìbántrong(r)phụcthuộcrấtlớnvàomứcđộphứctạpcủađịahình.
Nhằmxác định rtốiưutácgiảđã tiến hành phéptínhsau đây:
1- Chọntheoxácxuấtmộtsốđiểmbấtkỳtrongkhuvựcnghiêncứuvà
tiếnhànhtínhhiệuchỉnhảnhhưởngcủađịahìnhtheocáchchorthayđổitừgiátrịnhỏnhấtcóthểđượcđến giá trịlớn
nhất có thểđược.
2- Thiết lập phân bố giá trị hiệu chỉnh trong quan hệ với r ta có
đượctập hợpđườngcongphân bố.
3- Xác định vùng giá trị cực đại của hiệu chnh, t ú xỏc nh
cbỏnkớnh tiu cho vựngtrongcựng.
4

8

mGal

mGal

7

Lào cai
Lai châu yờn châu
Thảo Nguyờn Cò Nòi

Sơn La Thuận Châu Tuần Giỏo 3.5
Điện Biờn Sapa

Bảo Lộc Di Linh
Lạc Nghiệp
Đà Lạt

3

6

2
500 m 1000 m 1500 m 2000 m 2500 m 3000 m 4000 m 5000 m
5

Hình2.13:Đồthịkhảosátbánkínhvùng
trongcùngcho vùng núi TâyBắc

500m 1000 m 1500 m 2000 m 2500 m 3000 m 4000 m 5000 m
2.5

4

Hình 2.14:Đồ thị khảo sát bán kính
vùngtrongcùng chovùngnúi TâyNguyên
2

3

1.5

Theok ế t q uả khá t s á t bá nkí nh v ù n g tronghì nhở hì nh 2 . 1 3 vàhì n h
2.14 ta thấy: với bán kính r = 2.000 mét thì giá trị hiệu chỉnh ảnh hưởng địahình
vùng trong cùng đạt lớn nhất. Hay nói cách khác, bán kính vùng trong tốiưu
vùngnúi caolãnhthổViệtNamlà 2.000 mét.
2.2.3. Khảo sát bán kính vịng ngồi (R) trong hiệu chỉnh địa hình ở
ViệtNam
Cho R thay đổi với các khoảng cách khác nhau tăng dần từ bé đến
lớnvới số gia là 2.5 km ta vẽ được đường cong phụ thuộc giữa giá trị hiệu
chỉnhcủa vùng ngồi với bán kính cần tính hiệu chỉnh (Hình 2.15 và 2.16). Với
kếtquả khảo sát bán kính tối thiểu cho vùng núi cao lãnh thổ Việt Nam ta thấy
vớibánkínhngồitừR=50kmtrởđithìgiátrịhiệuchỉnhđịahìnhgầnnhưítthay đổi.Nếu khảo sátđến R =
70km thìgiát r ị h i ệ u c h ỉ n h g ầ n n h ư k h ô n g tăng nữa. Hay có thể
nói, với bán bính vịng ngồi R = 70 km thì giá trị hiuchnhahỡnh t
giỏtrtithiu chophộptớnh hiu chnh vựngnỳi cao.
8

4

7

Sơn La
3.5
Cò Nòi
Thảo Nguyờn Thuận Châu
Điện Biờn Tuần Giỏo Lào cai yờn châu
3 Sapa
Lai châu
mGal

mGal

6

5

Bảo Lộc Di Linh
Lạc Nghiệp
Đà Lạt

2.5

2
2
4
1
10 km 20 km 30 km 40 km 50 km 60 km 70 km 80 km 90 km 100 km

Hình2.15:Khảosátbánkínhvùng
ngồicùngRchokhuvựcTâyBắc

3

1.5
10 km 20 km 30 km 40 km 50 km 60 km 70 km 80 km 90 km 100 km

Hình2.16: Khảosát bánkí nh vùng ngồi
cùngRchokhu vựcTâyNgun

2.2.4. BảnđồgiátrịhiệuchỉnhđịahìnhphầnđấtliềnlãnhthổViệt
Nam
Vớiviệckhảosátchọnbánkínhvùngtrongcùngđượclấybằng2km,
bán kính vùng ngồi cùng lấy là 70 km và mật độ đất đá lấy bằng 2.67g/cm 3.Kết
quả tính hiệu chỉnh cho thấy (Hình 2.25): giá trị hiệu chỉnh địa hình
caonhấtc ó t h ể l ê n đ ế n 2 0 . 7 6 m G a l ở v ù n g n ú i p h í a B ắ c V i ệ t N a m n hư t ạ i
Lai


Châu, Lào Cai,... và giá trị nhỏ dần về phía vùng đồng bằng. Nói chung, hầuhết
giátrị hiệu chỉnhnhỏ hơn 10 mGal.
2.3. Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer phần đất liền lãnh thổ Việt
Namtrêncơ sở hiệuchỉnh địahình đầy đủ
2.3.1. Vềcơngthứctínhtrườngbìnhthường
Có rấtnhiều cơng thức tính giátrị trọng lực bìnht h ư ờ n g

như

c ô n g thứcH e l m e r t 1 9 0 1 1 9 0 9 , K a s s i g n i t , 1 9 3 0 , 1 9 6 7 , . . . T u y n h i ê n , p h ổ b i ế n n h ấ t trên thế giới
hiệnnaysửdụngcôngthứcQuốctế1980khithànhlậpbảnđồdịthườngtrọnglực Bouguer[119].Côngthức
nhưsau:
g0 978032.7(10.0053024sin20.0000058sin22 )

(2.17)

Vớiđộchính xác0.7Gal
2.3.2. Giá

trị

trường

trọnglựcở Việt Nam
Phầnđ ấ t l i ề n V i ệ t N a m t rả i d à i t ừ
vĩ độ 8030' đến 23030', với vĩ
tuyếntuyến () trung bình là 150, giá
trịtrọnglựcbìnhthường(g0)d a o động
trongkhoảngrấtl ớ n l à 708.72m G a
l , t ừ g 0= 9 7 8 1 4 5 . 5 2
mGalở v ĩ đ ộ  = 8 030'đ ế n v ĩ đ ộ
giátrịg0=978854.23mGalởvĩđộ
= 23030'. Giá trị trọng lực
bìnhthường(g0)càngtăngkhiđiểmtrọn
glựcbìnhthườngtăngtheochiềutừNam
raBắc.
2.3.3. Bảnđồdịthườngtrọ
ng

lực

Bouguer

phần

đất

liềnlãnhthổ Việt Nam
BảnđồdịthườngtrọnglựcBou
guerđượcxâydựngtrêncơsở

Hình 2.25:Bản đồ phân bố giá trị hiệu
chỉnhđịahình phầnđấtliệnlãnhthổ Việt Nam


côngt h ứ c t r ư ờ n g b ì n h t h ư ờ n g Q u ố c t ế 1 9 8 0 v à h i ệ u c h ỉ n h đ ị a h ì n h đ ầ y
đ ủ phần đấtliền lãnh thổ Việt Nam cho thấy:Cường độ trường dịt h ư ờ n g
t r ọ n g lực Bouguer Việt Nam có giá trị lớn đạt -175 mGal ở Mèo Vạc- Hà
Giang và ởSapa-LàoCaivàởMườngTè-LaiChâuchođếngiátrị+20mGalởRạchGóc-CàMau,BiênHịa,LongAn.
GiátrịdịthườngcóxuthếtăngcaotừBắcvàoNam và tăng dần từ Tây sang Đông. Các đường
đẳng trị của trường phát triểncó dạng dải, uốn lượn, gấp khúc tạo nên nhiều dị
thường địa phương có hìnhdáng rất phức tạp về kích thước hình dạng và diện
phân bố. Phương phát triểncủa đường đẳng trị cũng như phương phát triển của
các trục dị thường cũng rấtđa dạng, theo phương Tây Bắc-Đông Nam, phương Đông Bắc-Tây Nam là
chủyếu, tiếp theo là phương Á vĩ tuyến và Á kinh tuyến. Miền trường có giá trịdương daođộng từ 0đến
20mGaltrải dài cáchđoạndọc theob ờ b i ể n t ừ Móng Cái-Quảng Ninh đến Bà
Rịa-Vũng Tàu và bao trùm hầu hết đồng bằngNam Bộ. Miền trường có giá trị
âm phân bố trên diện rộng, bao trùm hầu hếtcácmiền núi phíaBắc, Đơngbắc và
TâyNgun.
2.4. Kếtluận chương2:
Trên cơ sở trình bày các phép hiệu chỉnh ảnh hưởng tới chất lượng
tàiliệutrọnglực Bouguer, cóthể đưaramột số nhậnđịnhsau:
1. Các máy đo trọng lực thế hệ mới có chế độ tự động hiệu chỉnh
biếnthiên, các loại máy cịn lại thì phải tính hiệu chỉnh biến thiên trọng lực.
Giá trịbiến thiên trọng lực ở Việt Nam thay đổi với biên độ khoảng 0.3 mGal.
Vớiphép đo trọng lực ở tỷ lệ 1:100.000 và lớn hơn cần thiết phải thực hiện
hiệuchỉnhbiến thiêntrọnglực.
2. Cần thiết phải tiến hành khảo sát lựa chọn bán kính vùng trong
cùngvà bán kính vùng ngồi cùng trước khi tiến hành thiết lập quy trình tính
hiệuchỉnhđ ị a h ì n h . Khả o s á t v ù n g trongc ùngt ối ư u l à n h ằ m lựa c h ọ n bá n k
í n h màc ó m ơ h ì n h l ý t h u y ế t p h ù h ợ p n h ấ t v ớ i đ ị a h ì n h t h ự c t ế n h ằ m n â n

g c a o đượctínhđầy đủ của phép hiệu chỉnh. Khảo sát vùng ngồi tối thiểu để tìm
rabán kính bao nhiêu là đủ cho tính hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trong
mộtphươngánthămdò cụ thểđể đạtyêu cầu kỹthuậtđặtratừ trước.


3. Với bán kính vùng trong lấy bằng r = 2 km và bán kính vùng
ngồiR= 7 0 k m đượcs ử d ụ n g để t í n h hi ệ u c h ỉ n h đ ị a h ì n h p h ầ n đ ấ t l i ề n lã n
ht hổ ViệtNam.Kếtquảchothấyhơnmộtnửagiátrịhiệuchỉnhnhỏhơn10mGal.Giá trị hiệu chỉnh ở vùng
đồng bằng nhỏ hơn 2 mGal. Giá trị hiệu chỉnh lớnnằm ở vùng miền núi phía
Bắc, gần bằng 21 mGal. Bản đồ trọng lực Bouguerđầy đủ theo cơng thức
trường bình thường Quốc tế 1980 được thành lập chotồnlãnhthổViệt Namcó
độ tin cậycao.
CHƯƠNG3:GIẢIPHÁPGIẢMTHIỂUTÍNHĐANGHIỆMGIẢIBÀITỐN
NGƯỢC TRỌNGLỰC
3.1. Mởđầu
Với thực tếhiệnnay,sốliệu tựa ban đầu choviệc giảitoánn g ư ợ c trọng
lực là rất thiếu, trong khi bài toán ngược trọng lực là bài tốn đa nghiệm.Mục
đích của việc xây dựng mơ hình là để khảo sát trường dị thường bằng
cácphương pháp đã chọn trên mơ hình lý thuyết để nhận biết và đưa ra các
thôngtin tiên nghiệm về các đặc điểm nhận dạng hình dạng vậtt h ể , h ì n h
t h á i c ấ u trúc, ranh giới phân chia địa chất (đứt gãy), đặc điểm thay đổi của
trường theotừng mức tính chuyển trường, tính đạo hàm bậc cao và gradient
trọng lực theotuyến. Từ đó có phân tích, nhận định và đánh giá quy trình xử lý
tài liệu trọnglực áp dụng trong nghiên cứu cấu trúc địa chất. Thơng thường để
giải bài tốntrọnglực trên mơ hìnhlýthuyết, cácbước sau đâyđược áp dụng:
1. Tạom ơ h ì n h b a n đ ầ u :T ứ c l à x â y d ự n g m ộ t m ơ h ì n h h ì n h h ọ c l
ý thuyếtdựatrênmộtsốgiảđịnhvềđịachất như:mật độ,đặcđiểmđịamạo,v.v.
2. Khảos át m ơ hì n h đ ã l ậ p :Tí nh đ ư ờ n g c ongl ý thuyết c ủ a m ơ h ì n h,
thựchiện các phépbiến đổitrườngtrên mơ hìnhđãlập.
3. Ứngdụngmơhình:Từtínhtốntrênmơhìnhlýthuyết,đưaracácth

ơngtintiên nghiệmđểáp dụngcho việcgiảibài tốnngượctrọnglực.
3.2. Hệphương phápxácđị nht hơng tintiê nnghiệm và ứngdụng tron
gbàitốn mơhình hóa cấutrúc 2D
3.2.1. Xâycácmặtcắtbiếnđổitrườngtrọnglực


Córấtn hi ề u p hư ơ ng phápbi ế n đổi tr ư ờng trọng lựctrongmi nh gi ả
i tài liệu trọng lực theo tuyến, nhưng theo các kết quả nghiên cứutrước đây củaCao Đình Triều 2004,
2006 có thể sử dụng 3 phương pháp sau: Mặt cắtgradient ngang, gradient chuẩn
hóa tồn phần và hệ số cấu trúc/mật độ. Cácphương pháp này được sử dụng hỗ
trợ cho nhau nhằm xác định vị trí đứt gãy,cấu trúcphục vụ xâydựngmơ hình cấu
trúcban đầu trongluậnáncủa mình.
3.2.2. Xây dựng bài tốn mơ hình lý thuyết 2D trong phân tích
tàiliệutrọng lực
NCS đã xây dựng các dạng bài tốn mơ hình lý thuyết cho trường
hợpmột hoặc hai vật thể thẳng đứng và nghiêng có giá trị mật độ thay đổi
trongtừngphânlớpcấutrúc địachất.
Từ giá trị đường cong trọng lực nhận được trên các mơ hình lý thuyếtđã
lập, sử dụng các phép biến đổi trường ở trên nhằm nhận dạng lại mơ hìnhban
đầu.

Kết quảtrên các mặtcắt cho thấy:
1. Đốivới vậtthểcắmthẳng đứng:
- Mặt cắt gradient ngang có sự đổi dấu khi đi qua tâm của vật thể

gâydịthườngvà có hai dải cựctrịtrùngvớihai mép biên của vậtthể.
- Mặt cắt gradient chuẩn hoá tồn phần cho thấy vùng cực trị
tươngứng với vị trí không gian vật thể. Ranh giới phân lớp ngang trùng với
tâm cácđiểmcực trị,...
- Đối với mặt cắt hệ số cấu trúc/mật độ: Khi đi qua đứt gãy có sự

đổidấu và tạo ra dị thường dương âm ngay vị trí vật thể. Đường đẳng trị "0"
gầnnhư có hướng trùng vớiv ị t r í đ ứ t g ã y , c ũ n g c h í n h l à c á c
đ i ể m đ ặ c b i ệ t l i ê n quan đến mép bên của vật thể, tức là ranh giới
thẳng đứng phân chia môitrường.
2. Đốivới vậtthểcắmnghiêng:
Về dáng điệu thay đổi của đường cong dị thường cũng giống như
dạngmơhìnhđứtgãythẳngđứng,tuynhiêndángđiệuđườngđẳngtrịthayđổikhácnhiều.Xuthếcủacácđườngđẳngtrị
nghiêngtheoxuthếgócnghiêngcủađứtgãy.Đó cũnglàmột dấu hiệu khitaxác định góccắmcủa
đứtgãy.


3.3. Mơhình cấutrúcvỏTrái đất theo2 tuyến địachấndị sâu
Ở đây, NCS xây dựng mơh ì n h

ban

đầu

cho

2

tuyến

p h â n t í c h t r ọ n g lực dựa theo các kết quả phân tích bài tốn thuận ở
mục 3.2, từ đó giải bài tốnngược trọng lực và đối sánh kết quả nhận được theo 2 tuyến địa chấn dị
sâucủaĐinh VănTồn, 2012[44].
3.3.1. Xâydựngmơ hình banđầu dọc2 tuyến nghiêncứu
Áp dụng các phép biến đổi và phân tích 3 thành phần trường trên cácmơ
hình lý thuyết để xây dựng mơ hình ban đầu cho 2 tuyến trọng lực: Tuyến1:

Thái Nguyên - Hịa Bình và Tuyến 2: Hịa Bình - Thanh Hóa. Kết quả
mơhìnhx â y d ự n g b a n đ ầ u p h ả n á n h s ơ b ộ c ấ u t r ú c đ ị a c h ấ t v ớ i đ ộ l ệ c h
g i ữ a đườngcongđođạcvàđườngcongnhậnđượctừmơhìnhbanđầunằmtrongkhoảng 5-7 mGal và ta
chỉ cần điều chỉnh mơ hình sao cho 2 đường cong trùngkhítnhất.
3.3.2. Mặtcắtcấu trúcvỏTráiđất dọc2tuyến nghiêncứu
Từmơhìnhbanđầucóđượcởtrên,tiếnhànhgiảibàitốnngược.Kếtquảtheo
2tuyến phântíchtrọnglựcchothấy:
+M ặ t kế t tinhtha yđổitừ1km đến5 k m , v ớ i m ậ t đ ộ l ớp trầmtíchthayđổi
trongkhoảng2.63÷2.67 g/cm3.
+ MặtConrad thayđổi từ 11 kmđến 18 km,vớimậtđộ lớp granit
thayđổi2.68÷2.75 g/cm3.
+MặtMohothayđổitừ28kmđến36km,vớimậtđộlớpBazanthayđổitrongkh
oảng2.89÷2.94g/cm3.
3.3.3. Đốisánhkếtquảphântíchtheotàiliệutrọnglựcvàđịachấn
dịsâu
Theocác bước phân tíchtừbàitốn mơ hìnhhóavà kếtquả nhận được
từgiảibàitốnngượctrọnglực,tácgiảcóđốisánhvới2tuyếnđịachấndịsâu
củaĐinhVănTồn[44]chothấy:
- Vềm ặ t r a n h gi ớ i nga ng c á c m ặ t c ơ b ả n v ỏ T r á i đấ t n h ư : K ế t t i n h
, Conradvà Moho là khá tươngđồngnhau về độ sâu.
- Vịtrícácđứtgãyđượcxácđịnhtrên2tuyếntrọnglựccũngkhátrùng


với các đứt gãy lớn phân chia các ranh giới cấu trúc như: Sông Lô, Sông
Chảy,SôngMã, MườngLa-Bắc Yên,...
Sự phù hợp chặt chẽ giữa bài toán trọng lực và phương pháp địa
chấnthăm dị chứng tỏ hiệu quả của bài tốn phân tích trọng lực và khả năng
ápdụng

phương

pháp

phân

tíchkếthợpgiữa

hailoại

tài

liệu:

trọng

lựcvàđ ị a chấnthămdị.
3.4. Kếtluậnchương 3
1. Qua 3 phép biến đổi và phân tích các thành phần trường trọng
lựckhảo sát trên mơ hình lý thuyết và thực tế là: Gradient ngang, gradient
chuẩnhóa tồn phần và bài tốn mơ hình cấu trúc/mật độ cho phép chúng ta
có thểxác định được sơ bộ hình dạng vật thể tương đối chính xác về vị trí đứt
gãy vàranhgiớingang củacác mặtcơbảnvỏTráiđất. Đó làc á c t h ơ n g t i n
t i ê n nghiệmban đầu phục vụ cho việc giải bàitốn ngượctrọnglực.
2. Quy trình nhận biết và phân tích tài liệu đưa ra kết hợp chặt chẽ
cácphép biến đổi định tính và định lượng được áp dụng trên 2 tuyến trọng lực
cóđối sánh với các tuyến chuẩn địa chấn là khá tương đồng về cấu trúc địa
chất,đứt gãy. Vì vậy có thể áp dụng hướng phân tích này cho các vùng khác
khichúngtakhơngcó nhiều tài liệu tựa ban đầu.
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG QUY TRÌNH ĐO ĐẠC PHÂN TÍCH TÀI
LIỆUTRỌNG LỰC NHẰM NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC

VỎTRÁIĐẤTLƯUVỰCSÔNGCẢ-RÀO NẬY
4.1. Mởđầu
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu biến thiên trọng lực và hiệu chỉnhđịa
hình trên lãnh thổ Việt Nam, hệ phương pháp xử lý và phân tích đã thửnghiệm
và áp dụng trên mơ hình theo nhiều phương án khác nhau được nghiêncứusinhtrình
bàytrongchương2vàchương3.Trongchươngnàynghiêncứusinh áp dụng quy trình đo đạc và phân
tích tài liệu trọng lực nhằm nghiên cứuđặc trưngcấutrúc vỏ Trái đấtlưu vực
SơngCả-Rào Nậy.
4.2. Mơhình cấutrúc vỏTráiđất dọc 6tuyếnnghiên cứu
4.2.1. Đo đạcvàtínhtốndị thườngtrọng lựcBouguer