trường địa từ và kết quả khảo sát tại việt nam

bộ sách chuyên khảo
TI NGUYÊN THIÊN NHIÊN V MÔI TRƯờNG VIệT NAM
Nh xuất Bản khoa học tự nhiên v công nghệ
Viện khoa học v công nghệ việt nam
Tr ờng địa từ

kết quả khảo sát tại việt nam
ừ
v


ViÖn khoa häc vμ c«ng nghÖ viÖt nam
bé s¸ch chuyªn kh¶o
TμI NGUY£N THI£N NHI£N Vμ M¤I TR¦êNG VIÖT NAM

VIệN KHOA HọC V CÔNG NGHệ VIệT NAM
Bộ SáCH CHUYÊN KHảO




HộI ĐồNG BIÊN TậP

Chủ tịch Hội đồng: GS.TSKH Đặng vũ minh
Phó Chủ tịch Hội đồng: GS.TSKH Nguyễn Khoa Sơn


pgs.tskh Nguyễn Tác An, pgs.ts Lê Trần Bình, pgs.tskh
Nguyễn Văn C, gs.tskh Vũ Quang Côn, ts. Mai Hà, gs.vs
Nguyễn Văn Hiệu, gs.TSKH Hà Huy Khoái, gs.tskh Nguyễn

Xuân Phúc, gs.ts Bùi Công Quế, gs.tskh Trần Văn Sung,
pgs.ts Phạm Huy Tiến, gs.ts Trần Mạnh Tuấn, gs.tskh
Nguyễn ái Việt

Lời giới thiệu
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam là cơ quan nghiên cứu
khoa học tự nhiên và công nghệ đa ngành lớn nhất cả nớc, có thế
mạnh trong nghiên cứu cơ bản, nghiên cú và phát triển công nghệ,
điều tra tài nguyên thiên nhiên và môi trờng Việt Nam. Viện tập
trung một đội ngũ cán bộ nghiên cứu có trình độ cao, cơ sở vật chất
kỹ thuật hiện đại đáp ứng các yêu cầu về nghiên cứu và thực nghiệm
của nhiều ngành khoa học tự nhiên và công nghệ.
Trong suốt 30 năm xây dựng và phát triển, nhiều công trình và
kết quả nghiên cứu có giá trị của Viện đã ra đời phục vụ đắc lực cho
sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc. Để tổng hợp và giới thiệu có
hệ thống ở trình độ cao, các công trình và kết quả nghiên cứu tới
bạn đọc trong nớc và quốc tế, Viện Khoa học và Công nghệ Việt
Nam quyết định xuất bản bộ sách chuyên khảo. Bộ sách tập trung
vào ba lĩnh vực sau:
Nghiên cứu cơ bản;
Phát triển và ứng dụng công nghệ cao;
Tài nguyên thiên nhiên và môi trờng Việt Nam.
Tác giả của các chuyên khảo là những nhà khoa học đầu ngành
của Viện hoặc các cộng tác viên đã từng hợp tác nghiên cứu.
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam xin trân trọng giới thiệu
tới các quý đọc giả bộ sách này và hy vọng bộ sách chuyên khảo sẽ
là tài liệu tham khảo bổ ích, có giá trị phục vụ cho công tác nghiên
cứu khoa học, ứng dụng công nghệ, đào tạo đại học và sau đại học.
Hội đồng Biên tập

Hμ NéI - 2007
Tr−êng ®Þa tõ

kÕt qu¶ kh¶o s¸t t¹i viÖt nam
vμ


MỤC LỤC

Trang
Thay lời tựa………………………………………….… v
Lời cám ơn………………………………………………. vii
Mở đầu ………………………………………………… ix
Chương I. Trường địa từ ……………………………… 1
1. Về trường địa từ ………………………………… 4
2. Các thiết bị quan trắc trường địa từ ………………. 15
3. Các phương pháp quan trắc trường địa từ ………… 21
4. Các chương trình hợp tác quốc tế nghiên cứu
trường địa từ ………………………………………

34
5. Đặc điểm trường địa từ …………………………… 38
Chương II. Trường địa từ và cấu trúc bên trong của
Trái đất ……………………………………

43
1. Cấu trúc phân lớp của Trái đất ……………………. 44

2. Biểu diễn giải tích trường địa từ ………………… 47
3. Biến thiên thế kỷ của trường địa từ ……………… 52
4. Sự đảo cực của trường địa từ và cấu trúc bên trong
của Trái đất ………………………………………

61
5. Trường địa từ và cấu trúc vỏ Trái đất …………… 65
6. Về nguồn gốc của trường địa từ ………………… 74
Chương III. Trường địa từ và môi trường xung
quanh Trái đất ………………………

81
1. Trường địa từ có nguồn gốc bên ngoài Trái đất … 81
2. Chỉ số tính hoạt động trường địa từ ………………. 88
3. Từ quyển và môi trường xung quanh Trái đất ……. 94
4. Quan hệ Mặt trời – Trái đất ………………………. 95
5. Dự báo thời tiết vũ trụ …………………………… 102
6. Sinh địa từ ………………………………………… 106
7. Trường địa từ - một công cụ trong cuộc sống ……. 109


ii
Chương IV. Nghiên cứu biến thiên của trường địa từ
trên lãnh thổ Việt Nam …………………

111
1. Các đài, trạm quan trắc địa từ tại Việt Nam ………. 111
2. Xác định vị trí của xích đạo từ trên lãnh thổ Việt
Nam ……………………………………………….
114

3. Quan trắc dòng điện xích đạo tại Việt Nam ………. 116
4. Ảnh hưởng của dòng điện xích đạo tới biến thiên
Sq tại Việt Nam …………………………………
120
5. Dòng điện ngược xích đạo tại Việt Nam …………. 125
6. Khảo sát biến thiên từ theo đề án quốc tế “Năm
quốc tế về dòng điện xích đạo” …………………
128
7. Nhiễu loạn từ hình vịnh tại Việt Nam …………… 135
8. Bão từ …………………………………………… 140
9. Quan trắc hiệu ứng từ của nhật thực toàn phần ngày
24-10-1995 tại Việt Nam ………………………….
144
Chương V. Xây dựng mạng lưới đo biến thiên thế kỷ
trên lãnh thổ Việt Nam …………………

153
1. Xây dựng mạng lưới điểm đo biến thiên thế kỷ của
trường địa từ trên lãnh thổ Việt Nam ……………

153
2. Đo giá trị tuyệt đối tức thời của trường địa từ tại
các điểm đo biến thiên thế kỷ ở Việt Nam ………

157
3. Phương pháp hiệu chỉnh biến thiên ngày đêm số
liệu quan trắc trường địa từ ở Việt Nam ………….

164
4. Phương pháp quy nạp số liệu quan trắc về niên đại

1991.5,1997.5 và 2002.5 ………………………….

166
5. Xây dựng bản đồ từ trường bình thường trên lãnh
thổ Việt Nam ……………………………………

173
6. Biến thiên thế kỷ ở Việt nam theo các tài liệu quan
trắc năm 1991 và 1997 ……………………………

176
Chương VI. Nghiên cứu cổ từ tại Việt Nam …………. 183
1. Từ dư tự nhiên của đất đá ………………………… 183
2. Các phương pháp nghiên cứu cổ từ ………………. 190


iii
3. Nghiên cứu cổ từ bazan Kainozoi tại Việt Nam …. 200
4. Sự hình thành độ từ dư hoá học trên khoáng
macnetit và cơ chế tái nhiễm từ trong đất đá ……

209
5. Nghiên cứu cổ từ các đá trầm tích Jura-Creta hai
phía đới đứt gãy Sông Hồng tại miền Bắc Việt
Nam. ………………………………………………

228
Chương VII. Nghiên cứu ứng dụng trường địa từ tại
Việt Nam ………………………………

243
1. Áp dụng phương pháp từ tellua trong khảo sát nước
ngầm tại đồng bằng Nam bộ ………………………

243
2. Phương pháp từ tellua khảo sát cấu trúc sâu đới đứt
gãy Sông Hồng ……………………………………

260
3. Xác định độ từ thiên D tại các sân bay ……………. 266
4. Nghiên cứu tác động của bão từ đối với hệ thống
truyền tải điện ở Việt Nam ………………………

269
5. Độ từ cảm và phương pháp MSEC xác định các
ranh giới địa tầng ………………………………….

274
Tài liệu tham khảo 285
Phụ lục. Hợp tác quốc tế trong nghiên cứu địa từ tại
Việt Nam ……………………………………

321
1. Tổng hội khoa học quốc tế về Trắc địa và Vật lý địa
cầu (IUGG) ………………………………………

321
2. Hội Địa từ và Cao không quốc tế (IAGA) ……… 323
3. Liên hội nghị khoa học IAGA-IASPEI lần thứ nhất
tại Hà Nội, Việt Nam năm 2001 …………………

324
4. Chương trình nghiên cứu cấu trúc sâu của Trái đất
(SEDI) ……………………………………………

326
5. Chương trình tương quan địa chất quốc tế (IGCP) 327
6. Hội thảo Pháp - Việt 1997: Sự tiến hoá và địa động
lực ở Việt Nam ……………………………………

329
7. Địa chỉ một số Trung tâm số liệu Vật lý địa cầu
quốc tế ……………………………………………

331


iv




THAY LỜI TỰA
Tôi trở thành sinh viên năm thứ nhất khoa Vật lý thuộc chuyên
ngành Vật lý địa cầu tại trường Đại học tổng hợp Matxcơva vào
năm 1963. Hồi đó nhà trường có một thông lệ là bố trí các giáo sư
giỏi nhất dạy cho sinh viên năm dưới, cho nên chúng tôi đã được
học về Vật lý địa cầu đại cương với Giáo sư E. F. Xavarenxki, viện
sĩ thông tấn Viện Hàn lâm khoa học Liên xô.
Mở đầu bài giảng của mình, viện sĩ Xavarenxki chiếu cho chúng

tôi xem bức ảnh quả địa cầu được nâng lên bởi một bàn tay nhăn
nheo. Thầy giải thích rằng địa cầu là đối tượng nghiên cứu của
chúng tôi. Thầy nhấn mạnh là các hiện tượng và quy luật về Vật lý
địa cầu có tính liên tục trên toàn cầu và không thể bị gián đoạn bởi
ranh giới giữa các quốc gia. Cho nên khi quyết định theo nghề Vật
lý địa cầu tức là chúng tôi sẽ tham gia vào cộng đồng quốc tế về
lĩnh vực này, vì chỉ có sự hợp tác toàn cầu mới tạo điều kiện để
chúng tôi hiểu đầy đủ về Trái đất. Thầy hy vọng chúng tôi sẽ được
đi nhiều, thấy nhiều và sẽ đam mê Vật lý địa cầu cho tới khi có một
bàn tay nhăn nheo, tức là trở thành một chuyên gia giàu kinh
nghiệm, để nâng Trái đất lên mà nghiên cứu.
Trong những giờ học của thầy, chúng tôi dường như được theo
chân những nhà thám hiểm tới vùng Bắc cực băng giá để nghiên
cứu cực quang, hay tới những miệng núi lửa đang hoạt động ở Etna
(Italy) đo nhiệt độ các dòng dung nham để tìm hiểu về nhiệt độ
trong lòng đất. Những bài học sống động của thầy về các phương
pháp nghiên cứu Vật lý địa cầu, cũng như các phân tích của thầy về
những khó khăn to lớn mà ngành khoa học này đang gặp phải trong
việc dự báo động đất - một tai hoạ khủng khiếp của loài người đã
thực sự hấp dẫn chúng tôi. Cuối mỗi buổi học bao giờ thầy cũng
chiếu phim cho chúng tôi xem. Cảnh đẹp của những nơi thầy đặt
chân tới khảo cứu đã gợi lên trong tâm hồn chúng tôi lòng ham hiểu
biế
t, thích chu du đây đó, được nhìn thấy mọi thứ và hiểu được
chúng.
Bốn mươi năm qua, nghề Vật lý địa cầu đã cho phép tôi đặt chân
tới nhiều nơi thầy đã tới, và dù ở Pháp, ở Mỹ, ở Đức, ở Nhật hay
bất cứ đâu, tôi đều được nghe các đồng nghiệp nhắc tới tinh thần
Nguyễn Thị Kim thoa

vi
hợp tác quốc tế trong nghiên cứu Vật lý địa cầu mà thầy đã truyền
cho chúng tôi khi mới chập chững theo nghề. Tôi đã mang bài học
của thầy như một hành trang không thể thiếu trong suốt cuộc đời
mình, và bây giờ tôi muốn chuyển lại cho các bạn trẻ, những người
sẽ nối tiếp chúng tôi trong sự nghiệp phát triển Vật lý địa cầu ở Việt
Nam.
Tập sách này sẽ như một nén hương của người học trò Việt Nam
tưởng nhớ về thầy.


vii
LỜI CẢM ƠN
Tập sách đã không thể hoàn thành được nếu thiếu sự cộng tác
nghiên cứu có hiệu quả của các đồng nghiệp trong và ngoài nước,
thiếu sự động viên và cảm thông của gia đình trong suốt 40 năm
qua. Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn tới tất cả bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.
Đặc biệt, tác giả xin cảm ơn sự giúp đõ và cộng tác chân tình
của:
GS.TSKH. G. N. Petrova, GS.TSKH. D. M. Pecherski, TS. N.G.
Kleimenova và các đồng nghiệp tại Viện Vật lý Trái đất, Matxcơva
trong các năm 1975-1985.
GS.TSKH. V.N. Lugovenlo, TS. V.P. Sizov, TS. Y.U. Bursev và
các đồng nghiệp của Viện Địa từ, Điện ly và Truyền sóng Matxcơva
trong các năm 1986-1995.
GS.TS. Viện sỹ J.L. Le Mouel, KS. D.Gilbert, GS.TS. Phạm Văn
Ngọc, TS. D. Boyer và các đồng nghiệp của Viện Vật lý địa cầu
Pari trong các năm 1990- 2002.
GS.TS. H. Soffel, GS.TS. N. Petersen và các đồng nghiệp của

Viện Vật lý địa cầu Munich trong các năm 1994- 2000.
GS.TS.B.B. Ellwood, Đại học Tổng hợp quốc gia Texas tại
Arlington trong các năm 1991-1998 và Đại học Tổng hợp quốc gia
Lousianna trong các năm 1998-2006.
GS.TS. B.B. Arora, GS.TS. G.K. Rangarajan, Viện Địa từ
Bombay trong các năm 1988-1998.
TS. J. A. Joselyn, Tổng thư k‎ý Tổng Hội Trắc địa & Vật lý địa
cầu quốc tế trong các năm 1997-2006.
GS.TS. Nguyễn Đình Xuyên, PGS. TS. Hà Duyên Châu, PGS.
TS. Nguyễn Văn Giảng, PGS. TS. Trương Quang Hảo, TS. Lê Huy
Minh, TS. Lưu Thị Phương Lan, TS. Võ Thanh Sơn, CN. Võ Hồng
Nam, KTV. Trương Thế Hùng, KTV. Nguyễn Hoài Anh, KTV.
Đồng Thị Nhàn và các đồng nghiệp tại Viện Vật lý địa cầu Hà Nội.
TS. Phạm Kim Ngân, TS. Đặng Trần Huyên và TS. Đoàn Nhật
Trưởng thuộc Viện nghiên cứu Địa chất & Khoáng sản.
TS. Tạ Hòa Phương, Khoa Địa chất, Trường Đại học khoa học tự
Nguyễn Thị Kim thoa

viii
nhiên Hà Nội.
Tác giả xin được tri ân và trích dẫn tên và công trình của các
đồng nghiệp cùng cộng tác nghiên cứu trong tất cả các chương của
tập sách này.
Cuối cùng, tác giả xin cám ơn Chương trình xuất bản sách
chuyên khảo của Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam, Chương
trình nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực khoa học tự nhiên thuộc Bộ
Khoa học & Công nghệ đã tài trợ cho việc hoàn thiện bản thảo của
tập sách.
Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2006

ix
MỞ ĐẦU
Trường địa từ là trường vật lý tự nhiên tồn tại trên Trái đất, có
tác động rõ rệt tới môi trường địa quyển, sinh quyển, khí quyển
cũng như đến các hoạt động và sinh lý của con người. Ở Việt Nam,
các nghiên cứu và ứng dụng trường địa từ mới chủ yếu được tiến
hành khoảng một nửa thế kỷ nay. Tuy nhiên, cho đến nay còn chưa
có một cuốn sách giới thiệu một cách đầy đủ về trường địa từ, nhằm
cung cấp cho độc giả những nét chính về lịch sử phát triển của
trường địa từ, những yếu tố quan trọng cần quan tâm trong nghiên
cứu địa từ trên thế giới và tại Việt Nam, đặc biệt là vai trò hợp tác
quốc tế trong nghiên cứu và khảo sát về trường địa từ.
Với mục tiêu là xây dựng mộ
t cuốn chuyên khảo đầu tiên về
Trường địa từ phục vụ cho công tác nghiên cứu, cũng như đào tạo
các sinh viên cao học và nghiên cứu sinh, tác giả đã tổng quan
những vấn đề cơ bản về trường địa từ dựa trên những quan điểm
hiện đại và phân tích vai trò của trường địa từ trong nghiên cứu về
Trái đất, cũng như về tác động của trường địa từ đến môi trường
xung quanh Trái đất. Trên cơ sở những kiến thức tổng quan về
những thành tựu nghiên cứu địa từ hiện nay trên thế giới, tác giả đã
giới thiệu những kết quả khảo sát về trường địa từ ở Việt Nam từ
khi mới bắt đầu cho đến nay.
Cuốn sách gồm 7 chương chia thành 2 phần, phần thứ nhất gồm
3 chương, từ chương I đến chương III tổng quan những kiến thức cơ
bản về trường địa từ; phần thứ hai gồm 4 chương, từ chương IV đến
chương VII trình bày những kết quả khảo sát và nghiên cứu trường
địa từ tại Việt Nam của bản thân tác giả và các đồng nghiệp trong
Viện Vật lý địa cầu Hà Nội.

Chương I giới thiệu về các yếu tố cơ bản của trường địa từ cùng
với các phương pháp quan trắc và các thiết bị đo đạc các thành phần
của trường địa từ. Trong chương này tác giả đặc biệt nhấn mạnh về
tầm quan trọng của các chương trình hợp tác quốc tế trong nỗ lực
nghiên cứu về trường địa từ trên toàn cầu.
Chương II miêu tả mối quan hệ của trường địa từ với cấu trúc
bên trong của Trái đất. Đó là những vấn đề về cấu trúc phân lớp của
Trái đất, biểu diễn giải tích trường địa từ, cùng với các đặc tính cơ
Nguyễn Thị Kim thoa

x
bản của trường địa từ như biến thiên thế kỷ, sự đảo cực từ, mối liên
quan giữa trường địa từ và cấu trúc vỏ Trái đất cũng như các giả
thuyết về nguồn gốc của trường địa từ.
Chương III xem xét các đặc điểm của trường địa từ xung quanh
Trái đất và các đặc điểm biến thiên từ có nguồn gốc bên ngoài Trái
đất, liên quan với các hoạt động Mặt trời và tầng điện ly.
Chương IV tập trung vào các kết quả nghiên cứu biến thiên từ ở
Việt Nam, từ việc giới thiệu về các đài, trạm quan trắc địa từ ở Việt
nam đến việc xác định vị trí của xích đạo từ trên lãnh thổ Việt Nam,
quan trắc dòng điện xích đạo, đặc biệt làm sáng tỏ các đặc điểm
biến thiên từ liên quan với dòng điện xích đạo.
Chương V giới thiệu các khảo sát chi tiết trong việc tổ chức
mạng lưới quan trắc biến thiên thế kỷ của trường địa từ và xây dựng
các bản đồ từ trường bình thường lãnh thổ Việt Nam, bao gồm việc
đo các giá trị tuyệt đối tức thời của trường địa từ tại các điểm mốc
đo biến thiên thế kỷ, những nguyên lý về hiệu chỉnh biến thiên ngày
đêm, phương pháp quy nạp số liệu và giới thiệu một số kết quả về
biến thiên thế kỷ ở Việt nam theo các tài liệu quan trắc năm 1991 và
1997.

Chương VI dành cho việc tìm hiểu về phương pháp cổ từ bao
gồm các khái niệm về độ từ dư tự nhiên của đất đá, các phương
pháp lấy mẫu cổ từ và phân tích trong phòng thí nghiệm, các phép
thử thực địa, cũng như những khó khăn của phương pháp cổ từ khi
tiến hành trên các mẫu paleozoi do sự tái nhiễm từ trong quá trình
phát triển kiến tạo khu vực. Dựa trên các kết quả phân tích cổ từ
tiến hành trên các đá vôi Đềvôn ở Quảng Bình, có thể đề xuất về
tuổi của pha tái nhiễm từ. Các nghiên cứu bước đầu về cường độ từ
trường Trái đất vào kỷ Đệ tứ xác định trên các đá bazalt của Việt
Nam, cũng như các kết quả nghiên cứu cổ từ đới đứt gãy Sông
Hồng đã góp phần phục hồi lịch sử phát triển kiến tạo địa chất ở
Việt Nam.
Chương VII giới thiệu các kết quả ứng dụng trường điạ từ tại
Việt Nam, bao gồm áp dụng phương pháp từ tellua trong khảo sát
nước ngầm ở đồng bằng Nam bộ, trong nghiên cứu cấu trúc sâu của
đới đứt gãy Sông Hồng, ảnh hưởng của bão từ lên hệ thống truyền
tải điện tại Việt Nam, về độ từ cảm và phương pháp MSEC trong
xác định ranh giới địa tầng.
Phần phụ lục ở cuối sách cung cấp cho độc giả những thông tin


xi
cần thiết về một số tổ chức và đề án hợp tác quốc tế mà ngành Địa
từ Việt Nam đã tham gia, địa chỉ của các tổ chức quốc tế về địa từ,
nơi độc giả có thể tìm kiếm các tư liệu cho việc bắt đầu cũng như
tiếp tục các công trình nghiên cứu của mình.
Tác giả hy vọng rằng tính đa dạng của các nghiên cứu và ứng
dụng trường địa từ được trình bày trong cuốn sách này sẽ giúp các
độc giả hiểu rõ hơn vai trò của ngành khoa học về trường địa từ
trong các nghiên cứu về khoa học Trái đất, giúp độc giả định hướng

các nghiên cứu của bản thân để góp phần phát triển ngành địa từ ở
Việt Nam và trên thế giới.




32
Chương I
TRƯỜNG ĐỊA TỪ

Trường địa từ được biết đến từ rất sớm. Hiện nay tại bảo tàng các
sáng chế cổ của Học viện Smith về Lịch sử khoa học tại London
vẫn còn giữ lại được chiếc la bàn hình thìa đầu tiên trên thế giới, do
người Trung Hoa chế ra vào khoảng năm 220 trước Công nguyên.
Chiếc la bàn hình thìa được làm bằng quặng macnetit luôn chỉ
hướng nam quay trên một đĩa bằng đồng gọi là đĩa vũ trụ và được
đặt trên chiếc bàn gỗ vuông tượng trưng cho Trái đất (H.1).



Hình 1.1. Chiếc la bàn hình thìa do người Trung Hoa chế tạo đang được
lưu giữ tại Viện Bảo tàng Smith tại London ( nguồn tư liệu: [36]).

Từ cuối thế kỷ 15, la bàn đã được sử dụng để định hướng trong tất
cả các cuộc hành trình vòng quanh thế giới. Tuy nhiên vào lúc đó
người ta vẫn tin rằng la bàn luôn luôn chỉ đúng hướng bắc địa
Nguyễn Thị Kim Thoa
2

Hình 1.2. Chiến thuyền "Santa- Maria", một trong 3 chiến thuyền

của Christophe Colomb (nguồn tư liệu:[42]).

lý. Sự lệch giữa hướng bắc từ với hướng bắc địa lý - độ từ thiên chỉ
được biết đến sau chuyến thám hiểm của Christophe Colomb tìm ra
châu Mỹ: 3 chiến thuyền của ông và đoàn thuỷ thủ xuất phát từ châu
Âu đi theo hướng Tây bằng đường biển để tìm ra một cách đi mới
đến Ấn Độ và Trung Hoa. Ông đã trang bị cho cả 3 chiến thuyền
dụng cụ định hướng là chiếc la bàn. Nhưng đến nửa đường thì bỗng
Chương I. Trường ₫ịa từ
3
dưng cả 3 chiếc la bàn đều không còn chỉ về phương Bắc nữa mà
lệch đi tới 6-7
o
, nếu đem so với việc định hướng bằng sao Bắc đẩu
vào ban đêm. Thuỷ thủ và sĩ quan trên tàu hoang mang đòi quay về.
Christophe Colomb phải trấn an họ bằng cách vặn lại kim la bàn.
Khi Colomb khám phá ra Châu Mỹ (nhưng lúc đó ông vẫn tin là
thuộc đất Ấn Độ), thì kỳ lạ thay, kim la bàn lại chỉ về đúng phương
bắc thực.
Chính vì độ từ thiên thay đổi khác nhau trên mặt đất, nên đã gây
ra nỗi kinh hoàng cho sĩ quan và thuỷ thủ của Christophe Colomb.
Ngành khoa học về địa từ chỉ thực sự ra đời từ năm 1600 khi W.
Gilbert, nhà vật lý của Nữ hoàng Elizabeth I, xuất bản cuốn sách
“Trường Địa từ” (De Magnet) [11]. Trong cuốn sách này lần đầu
tiên W.Gilbert chỉ ra rằng về thực chất, Trái đất là một chiếc nam
châm khổng lồ. Ông đã đưa ra giả thuyết cho rằng Trái đất là một
quả cầu nhiễm từ đồng nhất, nguồn gốc và đặc điểm nhiễm từ của
Trái đất nằm chính trong bản thân nó. Nếu ta giả thiết rằng momen
từ được tập trung ở trong một chiếc nam châm nằm cách tâm Trái
đất khoảng 400 km thì hướng của trục nhiễm từ của chiếc nam

châm này tạo với trục quay của Trái đất một góc ~11.5 độ. Trường
do nam châm tạo nên gọi là trường lưỡng cực. Cực từ của bán cầu
bắc nằm cách cực địa lý 1900 km. Góc chênh lệch giữa kinh tuyến
địa lý và kinh tuyến từ do kim la bàn chỉ gọi là góc từ thiên.








Hình 1.3. W. Gilbert (1544 –1603),
tác giả cuốn sách “De Magnet”
(nguồn tư liệu:[42]).
Nguyễn Thị Kim Thoa
4
1. Về trường địa từ

Theo W. Gilbert trong cuốn sách “Trường địa từ” thì khi lấy gần
đúng trường từ của Trái đất sẽ tương tự trường của lưỡng cực
(dipole). Tất cả các vật thể có từ tính đều tạo ra các đường sức
không nhìn thấy giữa hai cực của vật thể. Cách dễ dàng nhất để
nhận biết các đường sức này là rắc mạt sắt lên một tấm bìa giấy rồi
sau đó đưa thanh nam châm cực mảnh dưới tấm bìa. Các hạt mạt sắt
sẽ tự sắp xếp dọc theo các đường sức xung quanh thanh nam châm.
Trái đất cũng tác động y hệt một nam châm cực lớn. Và chúng ta có
thể hình dung ra các đường sức không nhìn thấy của trường địa từ
như trên H.1.4, nếu tưởng tượng rằng Trái đất có chứa một thanh
nam châm trong lòng nó và hướng từ bắc xuống nam.

Hình 1.4. Trường lưỡng cực của Trái đất (nguồn tư liệu: NASA [27])

Chương I. Trường ₫ịa từ
5
1.1. Các thành phần của trường địa từ
Trường dipole thể hiện gần đúng nhất trường từ thực của Trái đất
hiện tại có trục dipole nằm nghiêng với trục địa lý một góc 11
o
5.
Hướng và cường độ của trường địa từ có thể xác định một cách đơn
giản nhờ kim nam châm. Khi treo tự do theo phương ngang, kim
nam châm sẽ nằm theo hướng song song với đường sức địa phương
của trường địa từ và chỉ về phương bắc.
Trường địa từ được miêu tả bằng các tham số sau (xem H.1.5):
 Tham số miêu tả hướng của trường địa từ là độ từ thiên D và độ
từ khuynh I. Độ từ thiên D là góc giữa phương bắc từ với
phương bắc địa lý. Góc D được tạo thành giữa kinh tuyến địa lý
(hướng bắc) và thành phần nằm ngang H của vectơ trường toàn
phần F, góc I là góc giữa vectơ F và thành phần nằm ngang H. D
và I được đo bằng đơn vị đo góc là độ, phút và giây. D có giá trị
dương về phía đông, còn I có giá trị dương khi đầu bắc kim la
bàn hướng xuống dưới.
 Tham số chỉ cường độ trường toàn phần F được miêu tả bởi
thành phần nằm ngang (H), thành phần thẳng đứng (Z), thành
phần bắc từ (X) hoặc đông từ (Y) của cường độ nằm ngang (H).
Mặt phẳng thẳng đứng đi qua thành phần H được gọi là mặt

phẳng kinh tuyến từ (địa phương). Các thành phần này được đo
bằng đơn vị nanoTesla (1nT x 100.000 = 1Oe). Cường độ trường
địa từ thay đổi trong khoảng 25.000-65.000 nT.
Tại một điểm O bất kỳ trên mặt đất, vectơ trường địa từ F được
đặc trưng bởi hướng và cường độ mà chúng ta có thể đo được (xem
H.1.5). Người ta thường sử dụng 2 cách đo để xác định vectơ
trường địa từ.
 Trong cách đo thứ nhất sẽ đo: T- giá trị tuyệt đối của vectơ F,
góc D và I. Góc D dương, nếu H lệch về phía đông, góc I dương
khi F hướng xuống dưới so với mặt phẳng ngang (xem H.1.5).
 Trong cách đo thứ hai: sử dụng việc phân tách vectơ F ra các
thành phần X, Y và Z - là thành phần bắc (X) và đông (Y) của
thành phần nằm ngang H và thành phần thẳng đứng (Z). Z được
coi là dương, nếu F hướng xuống dưới.
Tất cả 7 giá trị T, H, X, Y, Z, D, I được gọi là các thành phần
của trường địa từ. Chúng có mối liên hệ với nhau theo các biểu thức
Nguyn Th Kim Thoa
6
sau:
H = F cos I; Z = F sin I = H tg I;
X= H cos D; Y= H sin D; (1.1)
X
2
+ Y
2
= H
2
; X
2
+Y

2
+Z
2
=H
2
+Z
2
=T
2
;


Y
hớng
đông
D
I
H
Z
hớng vào
tâm trái đất
hớng Bắc (địa lý)
F
F - Cờng độ toàn phần
D - độ từ thiên
I - độ từ khuynh
H
- thành phần nằm ngan
g
Z - thành phần thẳng đứng

X

Hỡnh 1.5. Cỏc thnh phn ca trng a t (ngun t liu: Butler [8])

1.2. Cc t v cc a t
Thng o t khuynh ngi ta dựng kớnh kinh v t: kim la
bn quay trong mt phng kinh tuyn trờn mt trc nm ngang. Ti
bỏn cu bc, cc bc ca kim la bn luụn hng xung di (I
dng). Ti bỏn cu nam, cc nam ca kim la bn hng xung
di (I õm). Ti v trớ m thnh phn nm ngang bng 0, kim la bn
hng thng ng. Cỏc v trớ ny c gi l cc t: cú hai v trớ
F - Cng ton phn
D- t thiờn
I - t khuynh
H- thnh phn nm ngang
Z- thnh phn thng ng
hng Bc (a lý)
hng
ụn
g

hng vo
tõm Trỏi t
Chương I. Trường ₫ịa từ
7
như vậy, một vị trí nằm ở Bắc Băng Dương, còn vị trí thứ hai nằm ở
Nam Băng Dương (H.1.6).


N (cùc b¾c ®Þa l

ý
)
cùc ®Þa tõ b¾c
cùc tõ b¾c

(I = 90 )
o
xÝch ®¹o t
õ
(I = 0 )
o
XÝch ®¹o ®Þa tõ
di
p
ole t
õ
cùc ®Þa tõ nam
cùc tõ nam
(I= -90 )
O
xÝch ®¹o
®Þa lý

11.5
O

Hình 1.6. Mô hình dipole từ có trục xuyên tâm nghiêng
(nguồn tư liệu:NASA [27])
Do trục dipole nghiêng với trục địa lý một góc 11
o

5, cho nên cực
bắc và cực nam địa lý không trùng với cực từ bắc và cực từ nam
(H.1.6). Tại cực từ, kim nam châm hướng vuông góc với mặt đất
(góc I= 90
o
), thành phần nằm ngang bằng 0 và la bàn không chỉ ra
được hướng của vectơ trường địa từ (độ từ thiên D không xác định).
Có hai cách xác định cực từ:
 Cách thứ nhất sử dụng kim la bàn, đó là khi kim la bàn có vị trí
thẳng đứng.
 Cách thứ hai sử dụng mô hình trường địa từ: cực từ được xác
định là nơi mà độ từ khuynh được tính là bằng 90
o
.
Trên thực tế, cực từ quan trắc được không phải là một điểm đơn
độc, mà nó là một khu vực, nơi có “nhiều cực từ” tồn tại. Việc xác
định cực từ thường rất khó vì mấy lý do: độ từ khuynh gần bằng 90
o

trên một vùng rộng, khu vực cực không phải là những điểm cố định,
mà nó chuyển động trong khoảng từ 10 đến hàng trăm km do ảnh
hưởng của biến thiên ngày đêm và bão từ, và cuối cùng, vùng cực là
(I=90
o
C
(I= -90
o
C
(I=0
o

C
Nguyễn Thị Kim Thoa
8
vùng rất khó đi tới bằng các phương tiện giao thông bình thường.
Cục Địa chất Canađa là cơ quan nhận trọng trách xác định cực bắc
từ. Cực này dịch chuyển chậm trên vùng biển Bắc Băng Dương
thuộc Canađa và họ phải đo lặp lại đều đặn để xác định vị trí cực từ
bắc. Lần đo lặp gần nhất là vào tháng 5 năm 2001 đã xác định được
vị trí của cực từ bắc và khẳng định là cực từ bắc dịch chuyển về
phía tây bắc với tốc độ khoảng 40 km/năm. Trên H.1.7 là sự dịch
chuyển của cực từ bắc trong các năm 1600 - 2001, còn trên H.1.8 là
sự dịch chuyển của cực từ bắc trong tương lai cho đến năm 2050
[9]. Giá trị cực từ bắc quan trắc được cho năm 2001 và vị trí cực từ
bắc được dự tính cho năm 2002-2005 là:
Năm Vĩ độ (
o
N) Kinh độ (
o
W)
2001 81,3 110,8
2002 81,6 111,6
2003 82,0 112,4
2004 82,3 113,4
2005 82,7 114,4
Vị trí quan trắc được của cực từ nam
2001 64,7
o
S 138,0
o
E

Nguồn: Cục Địa chất Canađa [9]

Trong nghiên cứu địa từ người ta còn sử dụng khái niệm cực địa
từ (hay còn gọi là cực dipole từ đồng tâm). Vị trí của cực địa từ
được tính dựa theo phân tích trường địa từ theo mô hình IGRF đến
hài bằng 3 (xem mục 2, chương II). Sử dụng mô hình IGRF và tính
các vị trí đối xứng, nơi dipole cắt với mặt đất, cực địa từ bắc và cực
địa từ nam được tính cho năm 2001 là: 81,0
o
N và 110,0
o
W

& 64,6
o
S
và 138,3
o
E. Những vị trí này thường được dùng để tính toạ độ địa từ
(xem H. 1.9).
Thường người ta xác định phương hướng bằng la bàn. Khi biết
được độ từ thiên (là góc giữa phương bắc địa lý với hình chiếu của
trường địa từ trên mặt phẳng nằm
ngang tại nơi khảo sát) sẽ cho
phép ta hiệu chỉnh la bàn để xác định hướng của trường địa từ tại
đó. Tại Trung tâm số liệu Địa vật lý quốc gia Mỹ (NGDC) có
chương trình tính độ từ thiên trực tiếp trên mạng INTERNET [28].
Có thể nhận thông tin từ trang Web sau:
Chương I. Trường ₫ịa từ
9

Khi vào trang Web, người ta điền vị trí nơi khảo sát và sẽ nhận
được giá trị độ từ thiên cho mục đích hiệu chỉnh.


Hình 1.7. Đường dịch chuyển của cực từ bắc từ năm 1600 đến năm
2001 (Nguồn: Cục Địa chất Canađa [9])
Để la bàn có thể hoạt động tốt, kim la bàn cần được quay tự do
và định hướng theo từ trường. Do đó cần lưu ý về sự khác nhau
trong thiết kế giữa la bàn để sử dụng ở bắc bán cầu và ở nam bán
cầu. Đó chính là ở vị trí của trọng vật “cân bằng” (balance), tức là
trọng lượng đặt vào đầu kim la bàn để giữ cho nó ở tại vị trí nằm
ngang và có thể quay tự do. T
ại bắc bán cầu, trường địa từ hướng
vào bên trong Trái đất, nên kim la bàn có trọng vật gắn lên đầu
nam của kim để giữ cho nó ở mặt phẳng ngang. Tại nam bán cầu,
trọng vật phải đặt vào đầu bắc của kim la bàn. Nếu không thay