Nghiên cứu xử lý phân tích tài liệu địa chấn khúc xạ nhằm làm sáng tỏ cấu trúc địa chất khu vực bắc đèo cổ mã tỉnh khánh hòa

NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

MỤC LỤC
Lời mở đầu…………………………………………………………………………......3
Chương I: Phương pháp địa chấn khúc xạ…………………………………….6
I.1

Tổng quan về phương pháp địa chấn khúc xạ....................................6

I.2

Cơ sở vật lý của phương pháp địa chấn khúc xạ……………………….6

I.2.1 Định luật cơ bản (Snell)…………………………………………....6
I.2.2 Điều kiện để có sóng khúc xạ………………………………………7
I.2.3 Phương trình sóng khúc xạ…………………………………………7
I.3 Cơ sở địa chất của phương pháp địa chấn khúc xạ…………………….8
I.4

Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ………………………………………9

I.4.1 Biểu đồ thời khoảng sóng trong môi trường 2 lớp………………...9
I.4.2 Biểu đồ thời khoảng môi trường nhiều lớp………………………..11
I.5
Hệ thống quan sát sóng khúc xạ……………………………………….13
I.5.1 Đặc điểm hệ thống quan sát sóng khúc xạ……………………….13
I.5.2 Chọn hệ thống quan sát……………………………………………13
I.5.3 Đặc điểm phát và thu sóng khúc xạ………………………………14
I.6

Xử lý số liệu sóng khúc xạ……………………………………………..15

Chương II: Phần mềm xử lý địa chấn khúc xạ seisImager……………………16
II.1 Giới thiệu chung về phần mềm…………………………………………..16
II.2 Pickwin……………………………………………………………………19
II.3 PlotRafe…………………………………………………………………..19
II.4 Các thuật toán liên quan phần mềm...................................................21
Chương III: Tổng quan về khu vực nghiên cứu địa chất cụ thể là Bắc đèo Cổ
Mã………………………………………………………………………………...23
1


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

III.1 Vị trí địa lý……………………………………………………………..24
III.2 Điều kiện tự nhiên……………………………………………………..25
III.3

Đặc điểm địa chất (địa hình địa mạo, đất đá, hệ tầng…)……………26

Chương IV: Đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu theo tài liệu địa chấn
khúc xạ.

LỜI MỞ ĐẦU
2

NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Phương pháp địa chấn khúc xạ là phương pháp cho độ tin cậy cao trong
nghiên cứu cấu trúc nông, sâu (đặc biệt là cấu trúc nông) của vỏ trái đất. Phương
pháp này còn góp phần mang tính đột phá trong các nghiên cứu về cấu trúc địa
chất, về địa động lực liên quan đến tai biến địa chất. Ngoài ra, các thiết bị của
phương pháp gọn nhẹ, độ nhạy cao, dùng ít nguồn nổ hơn so với địa chấn phản xạ
nên có thể giảm được đáng kể số lượng các nguồn nổ tạo sóng mà vẫn ghi được tín
hiệu rõ ràng.
Hầm đường bộ qua đèo Cả và đèo Cổ Mã - Quốc lộ 1A thuộc địa phận hai
tỉnh Phú Yên và Khánh Hòa là một dự án trọng điểm quốc gia. Dự án này mang
tính chiến lược cho mục tiêu phát triển lâu dài, tạo động lực thúc đẩy tăng trưởng
kinh tế cho khu vực miền Trung, đặc biệt là hai tỉnh Phú Yên và Khánh Hòa. Đây
là một hạng mục công trình đặc biệt quan trọng trong việc phát triển kinh tế khu
vực miền Trung, nối Đà Nẵng, Phú Yên với khu kinh tế Văn Phong và thành phố
Nha Trang.
Vì vậy, việc nghiên cứu cấu trúc địa chất của vùng phục vụ tốt cho việc
thiết kế và thi công công trình tránh các rủi ro đáng tiếc đặc biệt là việc phát hiện
và chỉ rõ vị trí các đứt gãy kiến tạo, những nơi xung yếu để có các biện pháp khắc
phục xử lý kịp thời là vô cùng cấp thiết và quan trọng.
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường đại học Mỏ- Địa chất,
nhóm nghiên cứu đã được làm quen và tìm hiểu cơ sở lý thuyết của phương pháp
thăm dò địa chấn do thầy Ths. Trần Danh Hùng giảng dạy. Được sự cho phép,
đồng ý và tạo điều kiện của nhà trường, khoa và bộ môn Địa Vật Lý, nhóm nghiên
cứu đã tiến hành tìm hiểu và đi sâu vào đề tài: “Nghiên cứu xử lý phân tích tài
liệu địa chấn khúc xạ nhằm làm sáng tỏ cấu trúc địa chất khu vực Bắc đèo Cổ
3

NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Mã tỉnh Khánh Hòa. ” Với mục tiêu sau:
+ Xử lý và minh giải tài liệu địa chấn khúc xạ khu vực Bắc đèo Cổ Mã bằng
phần mềm SeisImager.
+ Các kết quả xử lý và minh giải sẽ phản ảnh rõ cấu trúc địa chất như sự phân
lớp, vị trí các đứt gãy kiến tạo, các nơi xung yếu… khu vực nghiên cứu.
Để hoàn thành mục tiêu trên nhóm nghiên cứu đã đề ra các nhiệm vụ để giải quyết
đề tài:
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp địa chấn khúc xạ.
+ Tìm hiểu phần mềm SeisImager và ứng dụng của nó trong việc xử lý tài liệu
địa chấn khúc xạ.
+ Áp dụng xử lý, minh giải tài liệu đia chấn khúc xạ khu vực Bắc đèo Cổ Mã
bằng phần mềm SeisImager.
các phương pháp nghiên cứu mà nhóm đề ra gồm có:
+ Tổng hợp và phân tích các tài liệu về địa chất của khu vực Bắc đèo Cổ Mã.
+ Sử dụng phương pháp địa chấn khúc xạ để nghiên cứu cấu trúc nông với độ
phân giải cao của khu vực Bắc đèo Cổ Mã.
+ Nghiên cứu, tìm hiểu phần mềm SeisImager và ứng dụng để xử lý phân
tích một số tuyến địa chấn khúc xạ để nghiên cứu cấu trúc vùng Bắc đèo Cổ
Mã.
Nhóm nghiên cứu gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong bộ môn
Địa Vật Lý, khoa Dầu Khí, trường đại học Mỏ Địa Chất và đặc biệt cám ơn
Ths. Trần Danh Hùng đã hướng dẫn tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành
đề tài nghiên cứu với bố cục chính:
Chương I: Phương pháp địa chấn khúc xạ.
Chương II: Phần mềm xử lý địa chấn khúc xạ SeisImager.

Chương III: Tổng quan về khu vực nghiên cứu địa chất cụ thể là Bắc
4


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

đèo Cổ Mã.
Chương IV: Đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu theo tài
liệu địa chấn khúc xạ.
Do hạn chế về kinh nghiệm nên nhóm nghiên cứu không tránh khỏi sai sót mong
các thầy cô góp ý đề bản báo cáo được hoàn thiện hơn.

CHƯƠNG I:
PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN
5


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

KHÚC XẠ.
I.1 Tổng quan:
Địa chấn khúc xạ là phương pháp nghiên cứu cấu trúc địa chất trên cơ sở sử dụng
sóng khúc xạ quay trở về mặt quan sát từ các mặt ranh giới có tốc độ lớp dưới lớn
hơn tốc độ lớp trên.
Địa chấn khúc xạ là một trong các kỹ thuật địa vật lý được sử dụng phổ biến trong
các khảo sát địa kỹ thuật và môi trường. Các phương pháp địa chấn ứng dụng hầu

hết các định luật quang hình học để tính toán sự lan truyền sóng địa chấn. Trong
các dạng kỹ thuật địa chấn, địa chấn khúc xạ là một trong các phương pháp có thể
cung cấp cho các nhà địa kỹ thuật và các nhà địa chất các dữ liệu địa chất cơ bản
nhất thông qua các quy trình và thiết bị đơn giản.
Ở Việt Nam, phương pháp địa chấn khúc xạ cũng được áp dụng trong những năm
60-70 để khảo sát bề dày trầm tích và đặc điểm móng kết tinh ở đồng bằng sông
Hồng, trũng An Châu, đồng bằng sông Cửu Long. Phương pháp địa chấn khúc xạ
tần số cao cũng được áp dụng để khảo sát nền móng các công trình, thăm dò
khoáng sản, nghiên cứu địa chất môi trường….như phục vụ xây dựng các nhà máy
thủy điện Hòa Bình, Tri An…
I.2 Cơ sở vật lý.
I.2.1: Định luật Snell.
Giả sử mặt ranh giới phẳng Q phân chia môi trường thành hai vùng W1 và W2 .
Vùng W1 được đặc trưng bởi các tham số λ 1, μ1, ρ1 và W2 được đặc trưng bởi tham
số λ2, μ2, ρ2
Trong W1 phát triển sóng dọc hình sin điều hòa có dạng:
r uu
r j 2Tπ ( t
u = ao e

kx x+ k y y+ kz z
vp

)

(1)

Ở đây ao là biên độ, T là chu kỳ.
Sóng P gọi là sóng tới, đập vào các điểm trên ranh giới Q ở những thời điểm khác
6

NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

nhau. Trên ranh giới bước sóng biểu kiến của các sóng khác nhau là như nhau.
Gọi bước sóng của sóng tới P là λ, bước sóng biểu kiến trên mặt ranh giới là:
λ*= λ/sin α (2)
(α là góc giữa mặt sóng và mặt ranh giới Q hay là góc tới)

Sự phản xạ và khúc xạ của sóng phẳng.
Do điều kiện trên mặt ranh giới, bước sóng của các sóng bằng nhau ,ta có:
λp
λ p1
λ s1
λ p2
λ s2
=
=
=
=
= λ*
sin α sin α p sin α s sin β p sin β s

(3)

Nếu lưu ý rằng λ=vpT thì (3) có thể viết:
vp
sin α

=

v p1
sin α p

=

vs1
sin α s

=

v p2
sin β p

=

vs2
sin β s

= v*

(4)

Trong đó αp là góc giữa mặt sóng P1 (sóng tới thứ sinh) và Q gọi là góc phản xạ
sóng dọc, αs là góc giữa mặt sóng S1 và Q là góc phản xạ sóng ngang, β p là góc
giữa mặt sóng P2 và Q gọi là góc khúc xạ sóng dọc, β s là góc giữa mặt sóng S 2 và Q
gọi là góc khúc xạ sóng ngang.
Công thức xác định vị trí không gian của các mặt sóng thứ sinh là công thức tổng

quát của định luật phản xạ và khúc xạ trên mặt ranh giới gọi là định luật Snell.
I.2.2: Điều kiện hình thành sóng khúc xạ:
7


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Sóng khúc xạ được hình thành trong điều kiện: vp2 > vp1
Khi sóng tới P1 đến mặt ranh giới Q thì sẽ tạo ra trong môi trường W2 sóng qua
P12. Theo định luật khúc xạ Snell tốc độ biểu kiến v2* của sóng P12 dọc mặt ranh
giới trùng với tốc độ biểu kiến v 1* của sóng tới P1. Khi sóng P1 càng truyền xa 0’
(hình chiếu của 0 trên Q). Tốc độ biểu kiến v1* giảm dần và tiến đến giới hạn v1*=
vp1 . Tốc độ biểu kiến của sóng P12 dọc mặt ranh giới Q không thể nhỏ hơn tốc độ
thực vp2 của sóng này. Vì vp2 > vp1 nên khi sóng đạt đến góc tới hạn α= ipp thì góc
khúc xạ βP= 90o và khi đó ta có:
V1*= VP2=VP1/ sin ipp (5)
Khi mặt sóng P12 trượt độc lập trên mặt ranh giới Q sẽ làm xuất hiện trong W1 sóng
thứ sinh gọi là sóng đầu. Sóng đầu P12 trượt theo mặt Q trong môi trường W2 với
tốc độ không đổi vp2 sẽ tạo ra môi trường W1 sóng khúc xạ dọc P 121 và sóng ngang
P12S1.
I.2.3 Phương trình sóng khúc xạ.
Vì trường sóng đàn hồi là trường dao động của các phần tử vật chất quanh vị trí
cân bằng nên để mô tả trương sóng đàn hồi chúng ta cần nghiên cứu đặc điểm phân
v

bố các vecto dịch chuyển u cuả các phần tử vật chất, Véc tơ sịch chuyển biến đổi
trong không gian theo thời gian:

v v
u=u(x,y,z)
Theo nguyên lý d’Alambert, trong điều kiện cân bằng tổng các hợp lực tác dụng
(ngoại lực, lực quán tính, ứng suất…) bằng 0.
uv

uv

Ngoại lực F tác dụng lên một yếu tố thể tích có mật độ ρ là: F ρdV

Lực quán tính:

∂ 2u
− ρ 2 dV
∂t

Lực mặt tác dụng lên dS là

uuv
− ρv dS

Ta có:
8


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

uuv

 uv ∂ 2u 
ρ
F
−
dV
+
∫∫∫v  ∂t 2 ÷ ∫∫S ρv dS = 0
Áp dụng công thức Gauss ta có:

uuv uuv
uuv
uuv
uuv uuv uuv
∂ px ∂ p y ∂ pz
∫∫S pv dS = ∫∫S  pxl + p y m + pz n  dS = ∫∫∫v ∂x + ∂y + ∂z dV
Từ đó ta có:

uuv uuv uuv
v
∂ u ∂p ∂p
∂ p uv
ρ 2 = x + y + z ρF
∂t
∂x
∂y
∂z
2

Vậy

v
v
uv
∂2 u
ρ 2 = (λ + µ ) gradθ + µ∆u + ρ F
∂t
Đây là phương trình cơ bản mô tả trường dao động đàn hồi, còn gọi là phương trình Lamme. Phương trình
này cho phép xác định trường dịch chuyển u nếu biết điều kiện của nguồn phát và các tham số đàn hồi của

môi trường cũng như giá trị ban đầu của
nguồn hoạt động.

v
v ∂u
u,
∂t

xác định trạng thái dao động của môi trường trước khi có

I.3 Cơ sở địa chất
Đất đá cấu tạo nên vỏ Trái đất có tốc độ truyền sóng khác nhau.
Sự khác biệt về tốc độ truyền sóng của các loại đất đá được biểu thi ở bảng số liệu
sau:

9


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Bảng 2: Tốc độ truyền sóng của các loại đất đá khác nhau.
Đặc điểm phân dị về tốc độ truyền sóng của đất đấ có liên hệ với sự khác biệt về
thành phần thạch học, điều kiện tạo thành, độ sau thế nằm. độ ngậm nước của
chúng……
I.4 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ.
I.4.1 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ trong môi trường hai lớp.
Giả sử môi trường gồm hai lớp có tốc độ truyền sóng là v1 và v2 . Khi sóng tới đạt đến
mặt ranh giới R sẽ tạo ra sóng phản xạ quay trở lại môi trường phía trên và sóng qua tiếp
tục đi vào môi trường phía dưới. Trong trường hợp v 2>v1 thì góc khúc xạ sẽ lớn hơn góc
tới (β > α). Khi góc đổ α tăng đến góc tới hạn i thì góc β đạt 90◦ , sóng qua sẽ trượt dọc
theo mặt ranh giới R trong môi trường thứ 2 tạo nên sóng P 121 quay trở về bề mặt được
gọi là sóng khúc xạ.
Chúng ta xét biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ trong trường hợp môi trường có mặt
ranh giới R nghiêng góc φ và có tốc độ truyền sóng lớp phía dưới mặt ranh giới v2 > v1,
chiều sâu pháp tuyến tại tâm điểm nổ là h.
10


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Trên tuyến quan sát x, sóng khúc xạ đầu tiên chỉ xuất hiện khi góc tới đạt đến góc tới
hạn I, nghĩa là phải cách điểm phát sóng một khoảng nhất định. Gọi các điểm bắt đầu có
sóng ở 2 phía của điểm đo là N1 và N2. Có thể xác định các điểm này:
XN1= 2hsosϕ. tg(i-ϕ) + 2hsinϕ

(6)

XN2= 2hcosϕ.tg(i+ϕ) – 2hsinϕ
Qua quá trình biến đổi, ta có: (7)

xN 2 =

2h sin i
xN1 =
cos(i −φ )

2h sin i
cos(i +φ )

Thời gian xuất hiện sóng đầu ở các điểm N1 và N2 là: (8)

tN 2 =

O*M 2 2h cos φ
=
v1
cos(i +φ )

tN1 =

O*M
2h cos φ
=
v1
v1 cos(i −φ )
Biểu đồ

thời khoảng sóng khúc xạ.

Theo định luật sóng khúc xạ, các
tia sóng đầu tạo với pháp tuyến
của mặt ranh giới R các góc bằng
nhau và bằng góc I nen khi R phẳng thì các tia song song với nhau.
Suy ra tốc độ biểu kiến không đổi và có giá trị bằng:

v* =
v* =

v
sin(i ±ϕ )

∆x
∆t

Vì
là đại lượng không đổi nên độ nghiêng của biểu đồ thời khoảng cũng
không đổi và bằng 1/v*. Điều này chỉ ra rằng biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ là
11


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

những đoạn thẳng .
Phương trình biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ trong môi trường 2 lớp:

t=
t0 =
Với

x sin(i ±ϕ ) 2h cos i
+
v1
v1

2h cos i
v1

Khi mặt ranh giới nằm ngang (φ=0), BĐTK có dạng:

t0 =

x sin i 2h cos i x 2h cos i
+
= +
v1
v1
v2
v1

I.4.2 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ trong môi trường nhiều lớp.

Xét môi trường có n lớp nằm ngang với vận tốc truyền sóng V 1, V2, …., Vn, b là bề
dày là h1, h2, …., hn-1.

12

NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Biểu đồ thời khoảng của môi trường nhiều nước nằm ngang.
T=

x n −1 2hi cos θi
x
+∑
= +τi
Vn i =1
V1
Vn

Như vậy trong môi trường nhiều lớp ngang ta có thể đưa ra những đặc điểm sau:
-

Khoảng cách giới hạn của các sóng khúc xạ liên hệ với các tầng sâu nằm xa hơn các
sóng đi từ các tầng nông, sóng càng sâu càng xuất hiện xa điểm nổ thì quan sát được
nhiều hơn các sóng xuất hiện ở gần điểm nổ.

-

Các sóng khúc xạ đi từ các tầng sâu có tốc độ biểu kiến lớn hơn các sóng đi từ các
tầng nông và nó có biểu đồ thời khoảng nằm thoải hơn biểu đồ thời khoảng của sóng
đi từ các tầng nông.

I.5 Hệ thống quan sát sóng khúc xạ.
I.5.1 Đặc điểm hệ thống quan sát sóng khúc xạ.
13


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Các hệ thống quan sát sóng khúc xạ có những đặc điểm sau:
-

Chặng máy phải đặt xa nguồn nổ một khoảng xác định để đảm bảo ghi được sóng
khúc xạ từ các mặt ranh giới.

-

Để theo dõi được sóng khúc xạ liên tục trên đoạn tuyến dài, có thể sử dụng hệ thống
quan sát kéo dài. Tại một vị trí cố định của điểm nổ có thể tiến hành thu sóng trên
các chặng máy khác nhau đặ gối lên nhau.

-

Cũng với mục đích theo dõi sóng khúc xạ trên một tuyến dài nhưng để rút ngắn
khoảng cách giữa điểm nổ và chặng máy có thể sử dụng hệ thống quan sát BĐTK
đuổi.

-

Ngoài ra người ta còn sử dụng hệ thống quan sát biểu đồ thời khoảng giao nhau.

I.5.2 Chọn hệ thống quan sát.
Tùy thuộc vào điều kiện địa chất cụ thể và nhiệm vụ cần giải quyết mà phải chọn hệ
thống quan sát thích hợp. Phổ biến nhất là dùng hệ thống liên kết toàn phần cho phép
theo dõi các sóng khúc xạ dọc theo tuyến và đảm bảo liên kết các pha dao động liên hệ
với các sóng khác nhau.
Nhiệm vụ quan trọng của việc chọn hệ thống quan sát là phải xác định được vùng theo
dõi sóng và chọn khoảng cách giữa các máy thu.
Để theo dõi được các pha của cùng một sóng trên các mạch địa chấn cần chọn khoảng
cách giữa các máy thu hợp lý và đảm bảo độ chênh lệch thời gian xuất hiện hai sóng ở 2
máy thu cạnh nhau nhỏ hơn nửa chu kì T. Gọi khoảng cách giữa hai máy thu cạnh nhau
là ∆x và sự chênh lệch thời gian xuất hiện sóng là ∆t, tốc độ biểu kiến v* ta có:
∆x = ∆t.v* ≤ v*T / 2 ⇔ ∆x ≤

vT
2sin(i ± φ )

Trong thực tế, khoảng cách giữa các máy thu thường sử dụng khoảng 20-25m.
I.5.3 Đặc điểm phát và thu sóng khúc xạ.
Trong phương pháp địa chấn khúc xạ, do tiến hành quan sát sóng ở xa nguồn nổ nên biên
độ sóng khúc xạ thường yếu, tuy nhiên chúng lại ít chịu ảnh hưởng phông nhiễu của
nguồn. Vì vậy không cần lưu ý nhiều đến hiệu ứng hướng và hiệu ứng thống kê của
nguồn mà cần tập trung năng lượng cho nguồn phát.
Trong địa chấn khúc xạ thường phát sóng bằng nổ mìn trong giếng khoan, trong một số
14


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

trường hợp có thể nổ mìn trong các hố đâò, ao hồ sông lạch. Khi khảo sát nông có thể
kích thích dao động bằng va đập. Để thu sóng khúc xạ cần dùng các máy thu có độ nhạy
cao, khi khảo sát sâu tần số dao động riêng của máy thu khoảng vài hec song khi khảo sát
các tầng nông dao động riêng của máy thu có thể đạt tới 60-70Hz.
I.6 Xử lý số liệu sóng khúc xạ.
I.6.1 Liên kết sóng khúc xạ.
Từ các băng địa chấn khúc xạ gồm nhiều mạch địa chấn khác nhau, cần liên kết các dao
động do sóng địa chấn gây ra ở các mạch cạnh nhau.
Đối với các sóng đầu đến sớm hơn các sóng khác thì có thể tiến hành liên kết các đầu
sóng, còn các sóng khúc xạ đến chậm hơn các sóng khác nên không theo dõi được đầu
sóng mà phải liên kết các đỉnh cực trị của dao động.
Khi liên kết sóng khúc xạ cần lưu ý các đặc điểm như các xung sóng cùng liên hệ với
một mặt ranh giới khúc xạ phải có hình dạng giống nhau hoặc thay đổi từ từ theo tuyến,
chúng phải được tách với các sóng xuất hiện trước và sau đó.
Trong trường hợp trên băng địa chấn có các vùng giao thoa do sự xuất hiện đồng thời
của nhiều sóng khúc xạ đến từ các mặt ranh giới khác nhau thì phải rất thận trọng và phải
phát hiện được vùng đổi sóng với các dấu hiệu như có sự thay đổi hình dạng sóng, các
trục đồng pha cắt nhau, thay đổi cường độ….
I.6.2 Xây dựng biểu đồ thời khoảng.
Sau khi liên kết sóng cần xây dựng biểu đồ thời khoảng đối với các sóng đã được liên
kết. Trong quá trình xây dựng biểu đồ thời khoảng cần tiến hành hiệu chỉnh tĩnh và hiệu
chỉnh pha. Hiệu chỉnh tĩnh là quá trình loại bỏ các bất đồng nhất của các phần trên lát cắt
liên quan đến điều kiện phát và thu sóng, nhằm đưa điểm nổ và thu về trên cùng một mức
chuẩn. Hiệu chỉnh pha nhằm chuyển thời gian xuất hiện các pha sóng ( tính theo đỉnh cực
trị của dao động) về thời gian xuất hiện đầu sóng. Giá trị hiệu chỉnh pha là không thay
đổi với cùng một sóng xuất hiện ở các mạch khác nhau.
I.6.3 Xác định tốc độ ranh giới (vrg).
Một trong số các phương pháp xác định ranh giới v rg là phương pháp biểu đồ thời khoảng
hiệu.

Giả sử từ hai nguồn nổ 01 và 02 thu được 2 BĐTK giao nhau t1(x) và t2(x) và thời gian
tương hỗ T.
Từ đó có thể xây dựng được BĐTK hiệu θ (x)
θ (x) = t1(x)-t2(x)+T
Từ đó tính hệ số góc của BĐTK hiệu:
15


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

∆θ ∆t1 ( x) ∆t2 ( x)
=
−
∆x
∆x
∆x

Tốc độ biểu kiến tính theo tuyến quan sát tương ứng với BĐTK t1(x) và t2(x) là:
v1* =

∆x
∆t1 ( x)

v2* =

−∆x
∆t2 ( x)

Từ đó suy ra:
vrg = 2

θ là góc nghiêng của mặt ranh giới.

∆x
cos ϕ
∆θ

I.6.4 Xây dựng mặt ranh giới khúc xạ.
Có nhiều phương pháp xây dựng mặt ranh giới khúc xạ, ở đây chỉ xét phương pháp t0.
T0(x) là thời gian sóng truyền trực tiếp từ điểm nổ thẳng góc xuống mặt ranh giới rồi
phản trở lại môi trường phía trên.
t0 ( x) = tt ( x) − [T − tn ( x)]

tt (x) là thời gian nghịch.
tn (x) là thời gian thuận.
I.6.5 Xác định chiều sâu đến mặt ranh giới khúc xạ.
Gọi chiều sâu đến mặt ranh giới là h.
h=

v1t0 ( x )
=
2 cos i

t0
1
1
2 2− 2
v1 v1

CHƯƠNG II:
PHẦN MỀM XỬ LÝ ĐỊA CHẤN KHÚC XẠ
16


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

SEISIMAGER
II.1 Giới thiệu chung về phần mềm
Seisimager là một phần mềm đơn giản nhưng có các chương trình rất mạnh cho
phép bạn :
-

Đọc và hiển thị tài liệu khúc xạ
Kiểm soát dữ liệu của bạn được hiển thị như thế nào
Thực hiện thay đổi, chỉnh sửa các tập tin dữ liệu và hiển thị chúng
Chọn các thay đổi đầu tiên và lưu chúng
Đảo ngược dữ liệu của lát cắt vận tốc
Đầu ra cho biểu đồ thời gian- khoảng dịch chuyển, lát cắt vận tốc và phần đồ
họa khác

Seisimager gồm hai modun Pickwin và PlotRafe ( phần phân tích chính ). Nó là
phần mềm khúc xạ rất mạnh, nó cung cấp 3 kỹ thuật giải ngược riêng biệt: Phương
pháp hạn thời gian, phương pháp nghịch đảo và cắt lớp. Cả hai phương pháp hạn
thời gian và nghịch đảo dựa trên sự chậm trễ về thời gian. Sự khác biệt chính giữa
hai phương pháp này là tính toán . Trong phương pháp hạn thời gian sự chậm trễ
thời gian được tính toán tự động còn phương pháp nghịch đảo thì sự chậm trễ thời

gian được tính bằng tay. Mỗi kỹ thuật khác nhau được sử dụng phụ thuộc mục tiêu
của cuộc khảo sát. Seisimager cũng chứa nhiều công cụ hữu ích phục vụ các nhiệm
vụ này.
II.2 Pickwin
Mục đích của Pickwin là giúp xác định các thay đổi từ đó chọn và lưu chúng đầu
vào cho chương trình phân tích PlotRefa khi ta đọc dữ liệu và chỉnh sửa nếu cần, ta
có thể tối ưu hóa sự xuất hiện của các dữ liệu để tăng cường sự xuất hiện của các
dữ liệu đầu tiên . Hướng tới mục tiêu này ta có thể lọc dữ liệu, thay đổi hiển thị,
thay đổi khoảng cách, quy mô thời gian, thay đổi và theo dõi các lỗi trong bản ghi
thời gian. Một khi đã tối ưu hóa các dữ liệu chương trình sẽ tự động chọn các thay
đổi đầu tiên tại các nút mà ta sẽ điều chỉnh. Sau khi các thay đổi đã được chọn đọc
trong file SEG2 tiếp theo và lặp lại cho đến khi tất cả các tập tin được chọn và lưu.
Sau khi đọc trong tập tin dữ liệu ta có thể chỉnh sửa nó . VD ta có thể cắt nó, xáo
trộn nó , hoặc thay đổi hình học, thông tin trong phần đầu. Một khi hoàn tất chỉnh
17


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

sửa ta có thể lưu chúng trong SEG2 của một định dạng. Đây là một tính năng hữu
ích để sửa chữa bất kỳ sai sót nào mà bạn có thể đã thực hiện trên thực địa ví dụ ta
sử dụng bản ghi có kích cỡ lớn hơn cần thiết do đó tập tin rất lớn, phần mềm này
cho phép loại bỏ tập tin không cần thiết và làm tập tin nhỏ hơn.
Quá trình được thực hiện dưới đây
Chỉnh sửa và lưu
tệp tin SEG-2

Đọc dữ liệu

khúc xạ
SEG-2

Điều chỉnh
hiển thị các
thông số

Chọn phá vỡ
đầu tiên

Lưu những
pha vỡ đầu
tiên

PlotRefa

Các dữ liệu không bao giờ được ghi đè lên dữ liệu của trường dữ liệu thô, luôn
luôn lưu dữ liệu hiệu chỉnh với một tập tin khác từ dữ liệu thô.
•

Các nhóm lệnh cơ bản dùng trong Pickwin
1. File menu
- Open SEG2 File : Dùng để mở các dữ liệu cần Pick.Các file được mở có
đuôi .dat
- Save SEG2 File : Dùng để lưu các file SEG2 sau khi chỉnh sửa.
- Open First Break Pick File : Dùng để mở file chứa các pick first break. Dữ
liệu được mở có đuôi .vs
- Save First Break Pick File: Dùng để lưu các file sau khi đã pick và chỉnh
sửa.
- Exit : Dùng để thoát chương trình Pickwin

2. Edit/Display Menu
- Select Trace: Dùng để chọn một phần dữ liệu nhằm mục đích thay đổi, xóa
hoặc đảo ngược phân cực.
18


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

-

-

-

ĐỊA VẬT LÝ K54

Select All Traces: Dùng để chọn toàn bộ dữ liệu nhằm mục đích thay đổi,
xóa hoặc đảo ngược phân cực.
Time Shift Traces : Dùng để thay đổi dữ liệu thời gian
Correct Shot Time: Dùng để điều chỉnh thời gian của nguồn
Filter (F) : Bộ lọc dùng để loại bỏ tiếng ồn do giao thông, gió và các nguồn
khác
3. View Menu
Normalize Traces : Dùng để bình thường hóa dữ liệu làm tối ưu hóa các phá
vỡ đầu tiên .
Clip Traces: Dùng để xử lý các dữ liệu lân cận làm ảnh hưởng và làm mờ
các phá vỡ đầu tiên.
Pick First Arrivals Menu : Dùng để chọn các phá vỡ đầu tiên
Linear Velocity Line: Dùng để đo vận tốc biểu kiến của một loạt các phá vỡ
đầu tiên

4. Additional Tool Buttons and Hot Keys
Increase Amplitude Tool Button and Hot Key: Công cụ tăng biên độ dùng để
tăng biên độ các đường cong
Decrease Amplitude Tool Button and Hot Key: Công cụ giảm biên độ dùng
để giảm biên độ các đường cong
Increase Horizontal Axis Tool Button and Hot Key: Công cụ làm giãn
đường cong theo chiều ngang
Decrease Horizontal Axis Tool Button and Hot Key: Công cụ nén đường
cong theo chiều ngang
Increase Vertical Axis Tool Button and Hot Key: Công cụ dãn đường cong
theo chiều dọc
Decrease Vertical Axis Tool Button and Hot Key: Công cụ nén đường cong
theo chiều dọc
Draw Traveltime Curve Tool Button: Công cụ vẽ các đường cong traveltime

II.3 PlotRefa
PlotRefa là modun giải thích của Seisimager. Đầu vào của PlotRefa là đầu ra của
Pickwin thông qua một trong 3 kỹ thuật giải thích đã nêu ở trên để cung cấp một
mặt cắt vận tốc. Nó bao gồm nhiều công cụ hữu ích để tạo thuận lợi cho việc giải
thích dữ liệu như:
1.

File PlotRefa
19


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

2.
3.

4.

5.
6.

7.
8.

9.

ĐỊA VẬT LÝ K54

Open PlotRefa File : Dùng để mở file PlotRefa được lấy ở đầu ra của
Pickwin
Append PlotRefa File : Dùng để nối các PlotRefa với nhau
Save PlotRefa File: Dùng để lưu các PlotRefa sau khi chỉnh sửa
Import Elevation Data File: Dùng để nhập các dữ liệu độ cao địa hình. Nó
kết hợp với dữ liệu vận tốc cho ta mặt cắt địa chấn.
Exit program: Dùng để thoát chương trình
Nối các PlotRefa : Nếu ta muốn khảo sát trên tuyến dài ta có thể nối ở
PlotRefa
Nhập dữ liệu độ cao: Độ cao tuyệt đối hay tương đối của Geophone được
lưu trữ trong tệp tin ASCII. Từ vị trí Geophone và độ cao của nó ta có thể
xây dựng mô hình vận tốc .
Exit Edit Mode: Khi không trong chế độ chỉnh sửa ta có thể nhấp và kéo
chuột vào biểu đồ để đo khoảng cách thời gian, ngoài ra ta có thể kích đúp
vào traveltime để xác định vị trí và độ sâu và chỉnh sửa nếu cần thiết, ta
cũng có thể thay đổi traveltime bằng cách nhấp chuột vào đường cong và
kéo chuột

Sửa đổi traveltime : Ta có thể sử dụng PlotRefa để sửa đổi traveltime . Chọn
sửa traveltime nhấp chuột và kéo bất kỳ traveltime nào mà ta muốn sửa đổi
Thay đổi một đường cong traveltime : ta có thể thay đổi toàn bộ một đường
cong traveltime Chọn "Shift một đường cong traveltime ", bấm và giữ trên
đường cong quan tâm (nó sẽ thay đổi màu sắc), và kéo nó đến vị trí mới.
Toàn bộ đường cong được đánh dấu trong phần trước đã được chuyển đến
một vị trí mới.
Tính toán sự khác biệt của đường cong traveltime
Kiểm tra đối ứng traveltime: Trạng thái tương hỗ các traveltime đo giữa một
nguồn và máy thu độc lập về hướng di chuyển . Nói cách khác, nếu ta đảo
ngược nguồn và geophone, ta phải có được traveltime giống nhau. Kiểm tra
tương hỗ dữ liệu của ta là một bước quan trọng trong việc xác định chất
lượng của dữ liệu Nếu sự tương hỗ nhỏ hơn trong vòng khoảng 5%,ta nên
kiểm tra lại traveltimes .
Correct Reciprocal Time Automatically: Khi sự tương hỗ vượt quá 5% mà ta
không có dữ liệu tốt hơn ta có thể sử dụng chương trình này để sửa chữa dữ
liệu, nó không thật chính xác nên chỉ nên sử dụng nếu không có số liệu
chính xác
20


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
10.

11.

ĐỊA VẬT LÝ K54

Kết nối đường cong Traveltime nguồn thông thường : Các tệp PlotRefa
kết nối với nhau ta có thể kết nối các đường cong traveltime từ các nguồn

thông thường với nhau.
Tomography: Là một trong các phương pháp giải thích, phương pháp này
bắt đầu với một mô hình vận tốc ban đầu và lặp đi lặp lại các dấu vết tia qua
mô hình với mục tiêu giảm thiểu các lỗi RMS giữa quan sát và tính toán
đường cong traveltime. Nó được áp dụng khi hai phương pháp trước đó
không hiệu quả.
Tạo mô hình ban
đầu

Đọc các phá vỡ
đầu tiên

Đọc dữ liệu
độ cao

Xây dựng mô
hình ban đầu
term-inversion

Nghịch đảo
dữ liệu

Điều chỉnh các
tham số nghịch
đảo

-

-

-

Lát cắt vận tốc
So sánh quan
sát với lý
Generate Initial Model (Tạo
mô hình ban đầu ): Ta có thể tạo ra một mô
thuyết

hình ban đầu bằng cách sử dụng hộp thư thoại trong đó ta lựa chọn vận tốc
max, min bất kỳ để tạo ra lớp thứ nhất
Inversion (With Default Parameters) : Nghịch đảo thừ các thông số mặc
định. Ta có thể quang tuyến nghịch đảo bằng cách sử dụng các thông số
nghịch đảo mặc định. Khi nghịch đảo được hoàn thành mô hình vận tốc sẽ
được hiển thị.
Convert into Layered Model (Chuyển đổi thành mô hình lớp ): Nó được sử
dụng trong điều kiện địa hình khắc nghiệt. Ta có thể chuyển đổi quang tuyến
đến một mô hình lớp để thể hiện tốt hơn các lớp địa chất tự nhiên
21


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

-

ĐỊA VẬT LÝ K54

Inversion (Set Parameters Manually) : Nghịch đảo bằng cách thiết lập các
thông số bằng tay.

II.4 Các thuật toán liên quan đến phương pháp sử lý bằng phần mềm
1.

Phương pháp hạn thời gian : Là phương pháp Least-Squares tuyến tính để
xác định lớp rời rạc
x
Nguồn

Máy thu

ie

ie

v1

Tia truyền sóng

Với

z

v2

S1
S2

Từ định luật Snell có :
Sin(ie) =
Suy ra :

t = 2S1cos(ie)z + xS2
22


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

c = 2S1cos(ie)


t = 2cz + xS2

Tổng quát ta có :
tj =
2.
3.

Phương pháp thời gian đối ứng
Phương pháp quang tuyến

CHƯƠNG III:
TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN
CỨU CỤ THỂ LÀ BẮC ĐÈO CỔ MÃ.
III.1 Vị trí địa lý
Đèo Cổ Mã nằm gần núi Đại Lãnh trên quốc lộ 1A, thuộc địa bàn xã Đại
Lãnh, huyện Vạn Ninh, tỉnh Khánh Hoà. Tại đây có hầm xe lửa dài 402m ở km
1284 + 262 ở phía nam ga Ninh Hoà.
Đại Lãnh là một xã thuộc huyện Vạn Ninh, tỉnh Khánh Hòa, Việt Nam.
Có tọa độ: 12°50′30″B 109°21′22″Đ

23


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

Xã Đại Lãnh có diện tích 20 km², dân số năm 1999 là 9964 người, mật độ dân số
đạt 498 người/km².
Huyện Vạn Ninh nằm ở phía bắc của tỉnh Khánh Hoà, phía nam dãy Đèo Cả-Vọng
Phu. Giáp các huyện Đông Hòa, Tây Hòa, Sông Hinh của Phú Yên về phía Bắc và
phía Tây, giáp thị xã Ninh Hòa về phía nam
Tổng diện tích tự nhiên của huyện là 550km², với khoảng 75% là rừng. Tổng dân
số là 129.578 người. Dân cư sống chủ yếu bằng nông nghiệp, ngư nghiệp và lâm
nghiệp.
Tỉnh Khánh Hòa ở về phía khu vực duyên hải Nam Trung Bộ của Việt Nam,
phía Bắc giáp ba huyện Sông Hinh, Đông Hòa và Tây Hòa của tỉnh Phú Yên, phía
Tây giáp hai huyện M'Drăk và Krông Bông của tỉnh Đắk Lắk, phía Nam giáp
huyện Bác Ái và Thuận Bắc của tỉnh Ninh Thuận, phía Tây Nam giáp huyện Lạc
Dương của tỉnh Lâm Đồng, phía Đông giáp Biển Đông.
Phần lãnh hải có hệ thống đảo, đặc biệt là huyện đảo Trường Sa, có vị trí rất quan
trọng về kinh tế, quốc phòng của cả nước. Khánh Hoà nằm giữa hai thành phố lớn
là thành phố Hồ Chí Minh và Đà Nẵng, là các trọng điểm phát triển kinh tế của cả
nước, trung tâm tỉnh lỵ Nha Trang cách thành phố Hồ Chí Minh 400 km. Với vị trí
địa lý như vậy đã tạo điều kiện thuận lợi cho Khánh Hoà phát triển sản xuất hàng
hoá và mở rộng giao lưu kinh tế - xã hội với các tỉnh trong cả nước và quốc tế.
Khánh Hòa có diện tích tự nhiên là 5.197 km². Phần đất liền của tỉnh nằm kéo
dài từ tọa độ địa lý 12°52’15" đến 11°42’50" vĩ độ Bắc và từ 108°40’33" đến
109°27’55" kinh độ Đông. Điểm cực Đông trên đất liền của Khánh Hòa nằm
tại Mũi Đôi trên bán đảo Hòn Gốm, huyện Vạn Ninhvà cũng là điểm cực đông trên

đất liền của Việt Nam. Chiều dài vào khoảng 150 km, chiều ngang chỗ rộng nhất
vào khoảng 90 km.
III.2 Điều kiện tự nhiên
Là một tỉnh nằm sát dãy núi Trường Sơn, đa số diện tích Khánh Hòa là núi non,
miền đồng bằng rất hẹp, chỉ khoảng 400 km², chiếm chưa đến 1/10 diện tích toàn
tỉnh. Miền đồng bằng lại bị chia thành từng ô, cách ngăn bởi những dãy núi ăn ra
biển. Do đó để đi suốt dọc tỉnh phải đi qua rất nhiều đèo như đèo Cả, đèo Cổ Mã,
đèo Chín Cụm, đèo Bánh Ít, đèo Rọ Tượng, đèo Rù Rì.
III.2.1 Đặc điểm địa hình
Địa hình phía bắc đèo Cổ Mã nói riêng và của tỉnh Khánh Hoà nói chung tương
24


NHÓM NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỊA VẬT LÝ K54

đối phức tạp, thấp dần từ Tây sang Đông với những dạng địa hình núi, đồi, đồng
bằng, ven biển và biển khơi. Phần phía Tây là sườn đông dãy Trường Sơn, chủ yếu
là núi thấp và đồi, độ dốc lớn và địa hình bị chia cắt mạnh. Tiếp đến là dạng địa
hình núi thấp, đồi thấp xen kẽ bình nguyên và thung lũng, thỉnh thoảng có núi đá
chạy ra sát biển chia cắt dải đồng bằng ven biển thành những vùng đồng bằng nhỏ
hẹp, với chiều dài 200 km bờ biển khúc khuỷu có điều kiện thuận lợi để hình thành
các cảng nước sâu, nhiều vùng đất rộng thuận lợi để lập khu chế xuất và khu công
nghiệp tập trung. Có 8 cửa lạch, 10 đầm, vịnh, 2 bán đảo và trên 200 hòn đảo lớn,
nhỏ với nhiều hình thù khác nhau. Đặc điểm địa hình Khánh Hoà đã tạo ra những
cảnh quan phong phú và đa dạng vừa mang tính đặc thù của mỗi tiểu vùng, vừa
mang tình đan xen và hoà nhập. Với đặc điểm như vậy phù hợp cho việc khai thác
các tài nguyên khoáng sản. tuy nhiên việc khai thác tài nguyên phải phù hợp với
các dạng hình cảnh quan nhằm bảo đảm tính bền vững và có hiệu quả.

III.2.2 Khí hậu.
Khí hậu toàn tỉnh Khánh Hoà nói chung vừa chịu sự chi phối của khí hậu nhiệt
đới gió mùa, vừa mang tính chất của khí hậu đại dương nên tương đối ôn hoà.
Nhiệt độ trung bình năm 260C . Do có những vùng núi cao trên 1.000 m nên có các
đặc trưng của khí hậu nhiệt đới vùng núi cao, ôn hoà và mát mẻ quanh năm, không
có các hiện tượng thời tiết đặc biệt như gió nóng, sương muối… Ở những tiểu
vùng khí hậu này, sương mù thường xuất hiện vào lúc sáng sớm và chiều tối cuối
tháng 7 và 8 nên khi nghiên cứu địa chất cũng cần chú trọng.
III.3 Đặc điểm địa chất
Huyện Vạn Ninh có một số khoáng sản như cao lanh (ở Xuân Tự), cát trắng (ở
Đầm Môn), sa khoáng imenit (ở Vĩnh Yên - Hòn Gốm), đá granit (ở Tân
Dân), vàng (ở Xuân Sơn)
Cấu tạo địa chất ở khu vực phía bắc Đèo Cổ Mã chủ yếu là
đá granit và ryolit, dacit có nguồn gốc mác ma xâm nhập hoặc phún trào kiểu
mới. Ngoài ra còn có các loại đá cát, đá trầm tích ở một số nơi. Về địa hình kiến
tạo, phần đất của tỉnh Khánh Hòa đã được hình thành từ rất sớm, là một bộ phận
thuộc rìa phía Đông-Nam của địa khối cổ Kom Tom, được nổi lên khỏi mặt nước
biển từ đại Cổ sinh, cách đây khoảng 570 triệu năm. Trong đại Trung sinh có 2 chu
kỳ tạo sản inđôxi và kimêri có ảnh hưởng một phần đến Khánh Hòa. Do quá trình
phong hóa vật lý, hóa học diễn ra trên nền đá granit, ryolit đã tạo thành những hình
25