Nghiên cứu áp dụng phương pháp biến đổi trường trong miền tần số thực hiện việc biến đổi trường trọng lực khu vực bể trầm tích sông hồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM THỊ THANH HOA

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƢỜNG
TRONG MIỀN TẦN SỐ THỰC HIỆN VIỆC BIẾN ĐỔI TRƢỜNG
TRỌNG LỰC KHU VỰC BỂ TRẦM TÍCH SÔNG HỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM THỊ THANH HOA

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƢỜNG
TRONG MIỀN TẦN SỐ THỰC HIỆN VIỆC BIẾN ĐỔI TRƢỜNG
TRỌNG LỰC KHU VỰC BỂ TRẦM TÍCH SÔNG HỒNG
Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
Mã số: 60440111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Đỗ Đức Thanh

Hà Nội - 2015


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƢỜNG TRỌNG LỰC ...........2
1.1. NHỮNG NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI TRƢỜNG TRỌNG
LỰC. ............................................................................................................................2
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƢỜNG ....................................................3
1.2.1. Phƣơng pháp trung bình hoá .............................................................................3
1.2.2. Phƣơng pháp tiếp tục giải tích trƣờng ............. Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Phƣơng pháp tính đạo hàm bậc cao ................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ KẾT QUẢ BIẾN ĐỔI TRƢỜNG TRỌNG
LỰC KHU VỰC BỂ TRẦM TÍCH SÔNG HỒNG .. Error! Bookmark not defined.
2.1. NGUỒN SỐ LIỆU SỬ DỤNG ......................................................................... 15
2.2. SƠ LƢỢC VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT - KIẾN TẠO KHU VỰC BỂ TRẦM
TÍCH SÔNG HỒNG ................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. ĐẶC ĐIỂM DỊ THƢỜNG TRỌNG LỰC …………………………………..
Error! Bookmark not defined.
2.4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .................................... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ............................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Cách chọn các bán kính của palet ...............................................................5
Hình 1.2. Đánh giá hàm điều hoà tại một điểm bất kỳ trong vùng R .........................7

Hình 2.1. Bản đồ dị thƣờng Phai khu vực Biển Đông và kế cậnError!

Bookmark

not defined.
Hình 2.2. Bản đồ dị thƣờng Bughe khu vực Biển Đông và kế cậnError! Bookmark
not defined.
Hình 2.3. Bản đồ dị thƣờng Bughe khu vực bể trầm tích Sông Hồng và kế cận
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4. Kết quả hạ trƣờng xuống độ sâu 1km ....... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.5. Kết quả hạ trƣờng xuống độ sâu 2 km ...... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6. Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần ở mức z = 0Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.7. Kết quả nâng trƣờng lên độ cao 5 km ....... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.8. Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khi nâng trƣờng lên độ cao 5 km...
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9. Kết quả nâng trƣờng lên độ cao 10 km ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10. Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khi nâng trƣờng lên độ cao 10 km
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.11. Kết quả nâng trƣờng lên độ cao 15 km . Error! Bookmark not defined.7
Hình 2.12. Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khi nâng trƣờng lên độ cao 15 km
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.13. Kết quả nâng trƣờng lên độ cao 20 km ... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.14. Kết quả tính đạo hàm ngang toàn phần khi nâng trƣờng lên độ cao 20 km
................................................................................... Error! Bookmark not defined.


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại trƣờng Đại học khoa học tự nhiên em đã
nhận đƣợc sự tận tình dạy dỗ, chỉ bảo của các thầy cô trong khoa Vật Lý nói riêng

và các thầy cô trong trƣờng 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 trƣờng. Và
đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đỗ Đức Thanh, ngƣời đã trực
tiếp hƣớng 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 đƣợc sự quan tâm và góp ý của thầy cô và các bạn về luận
văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2015
Học viên
Phạm Thị Thanh Hoa


MỞ ĐẦU
Thăm dò trọng lực là phƣơng pháp địa vật lý nghiên cứu sự phân bố
trƣờng trọng lực trên mặt đất để nghiên cứu cấu trúc bên trong của quả đất, cấu
trúc vỏ của quả đất, tìm kiếm thăm dò khoáng sản và giải quyết các nhiệm vụ địa
chất khác nhau.
Trƣờng trọng lực quan sát đƣợc là tổng hợp nhiều nguồn trƣờng của các đối
tƣợng địa chất khác nhau vì thế đặc điểm của chúng rất phức tạp và đa dạng. Để xác
định dị thƣờng trọng lực liên quan tới đối tƣợng cần nghiên cứu thì một nhiệm vụ
quan trọng là phải áp dụng các thuật toán để phân chia trƣờng trọng lực thành các
trƣờng thành phần (trƣờng khu vực, trƣờng địa phƣơng…), tách biệt các trƣờng liên
quan đến các đối tƣợng cụ thể (nâng và hạ trƣờng, trung bình trƣờng, gradien chuẩn
hoá) và nhận dạng trƣờng…
Trong luận văn này, tôi áp dụng phƣơng pháp biến trƣờng trọng lực trong
miền tần số để thực hiện việc biến đổi trƣờng bao gồm việc nâng, hạ trƣờng ở các

mức khác nhau. Đồng thời thực hiện việc tính đạo hàm bậc cao theo phƣơng nằm
ngang của thế trọng lực ở các độ cao khác nhau cũng đƣợc thực hiện nhằm xác định
vị trí của các đứt gãy sâu trong khu vực bể trầm tích Sông Hồng thuộc phạm vi
thềm lục địa Việt nam.
Luận văn đƣợc chia làm 2 chƣơng sau:
Chƣơng 1: Các phƣơng pháp biến đổi trƣờng trọng lực
Chƣơng 2: Cơ sở dữ liệu và kết quả biến đổi trƣờng trọng lực khu vực bể
trầm tích Sông Hồng

1


CHƢƠNG 1
CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI
TRƢỜNG TRỌNG LỰC
1.1. NHỮNG NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI TRƢỜNG TRỌNG
LỰC.
Các dị thƣờng trọng lực quan sát đƣợc, phản ánh toàn bộ các yếu tố địa chất.
Trong trƣờng tổng cộng, mỗi một yếu tố địa chất đều có đóng góp một phần nhất
định. Trong khi giải quyết các nhiệm vụ địa chất cụ thể, từ trƣờng tổng ngƣời ta
phải tách ra đƣợc các phần trƣờng riêng biệt có liên hệ trực tiếp đến đối tƣợng cần
nghiên cứu. Muốn vậy ngƣời ta phải tiến hành biến đổi trƣờng quan sát đƣợc nhằm
nhấn mạnh phần trƣờng cần thiết và làm yếu đi các phần trƣờng khác.
Các phƣơng pháp biến đổi trƣờng dị thƣờng trọng lực có nhiều điểm chung
với quá trình lọc nhiễu trong lý thuyết thông tin, mặc dù chúng có những đặc điểm
riêng của mình.
Phần cơ bản của phép biến đổi trƣờng trọng lực bao gồm việc tách trƣờng
quan sát ra thành các thành phần tƣơng ứng với các đối tƣợng địa chất nằm ở các độ
sâu khác nhau.
Các phép biến đổi trƣờng chỉ nhấn mạnh phần này và làm yếu phần khác các

thành phần có các đặc điểm khác nhau nằm trong trƣờng tổng .
Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp tính trong dị thƣờng trọng lực [1, 2]. Phụ
thuộc vào phép biến đổi mà hàm sau khi đƣợc biến đổi có thể là hàm thứ nguyên
của hàm xuất phát (nhƣng thuộc về mức khác) hoặc là các đạo hàm của hàm xuất
phát. Các đạo hàm này có thể thuộc mức xuất phát. Các hàm đã đƣợc biến đổi đôi
khi có thứ nguyên là tích của hàm xuất phát với toạ độ. Tất cả các phép biến đổi
trƣờng trọng lực cũng nhƣ phƣơng pháp lọc nhiễu trong lý thuyết thông tin về mặt
toán học đƣợc biểu diễn dƣới dạng tích phân chập:
- Trong trƣờng hợp bài toán ba chiều:
Vbđ(x0,y0,z0)=  Vxp ( , ,0) K ( x0   , y0   , z0 )dd
- Trong trƣờng hợp bài toán hai chiều:

2

(1.1)


Vbđ(x0,y0)=  Vxp ( ,0) K ( x0   , z0 )d

(1.2)

trong đó Vbđ(x0,y0,z0) và Vbđ(x0,z0) là các tham số đã đƣợc biến đổi, còn
Vxp(  , ,0) và Vxp ( ,0) là các hàm xuất phát (trƣờng tổng), K( x0   , y0   , z0 ) và
K ( x   , z0 ) là các nhân biến đổi. Các nhân biến đổi nhiều khi còn đƣợc gọi là các
hàm trọng số. Các hàm này gọi là các hàm tuyến tính nên tất cả các biến đổi tƣơng
ứng đƣợc gọi là các biến đổi tuyến tính.
Bằng cách qui ƣớc ngƣời ta có thể chia các phép biến đổi trƣờng ra thành ba
nhóm lớn:
- Trung bình hoá.
- Tiếp tục giải tích các dị thƣờng trọng lực nhƣ là các hàm điều hoà.

- Tính các đạo hàm bậc cao của thế trọng lực.
Ta sẽ lần lƣợt xét đến các nhóm phƣơng pháp này.
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TRƢỜNG
1.2.1. Phƣơng pháp trung bình hoá [2]
Việc phân chia các dị thƣờng trọng lực ra thành các thành phần khu vực và
địa phƣơng nhờ phƣơng pháp trung bình hoá đƣợc sử dụng rộng rãi trong thực tế.
Bản chất của phƣơng pháp trung bình hoá nhƣ sau: Xem trƣờng trọng lực quan sát
đƣợc gồm hai thành phần, thành phần khu vực Vr và thành phần địa phƣơng Vl.
V=Vr+Vl.

(1.3)

Lấy trung bình thƣờng quan sát đƣợc trong phạm vi của vòng tròn bán kính
R. Giá trị trung bình đó đƣợc biểu diễn bằng tích phân sau:
V (0,0,0 

1
R 2

2 R

  V (r,  ,0)drd

(1.4)

0 0

Đối chiếu các công thức tổng quát (1.1) ta thấy rằng trong trƣờng hợp này:
Vbđ(x0,y0,z0)= V (0,0,0)
Còn

Vxp( ( , ,0)  V (r,  ,0)
K (x0   , y0   , z0 )  1 / 2R 2
dd  rdrd .

3


Ngƣời ta chọn bán kính R sao cho nó lớn hơn nhiều so với các kích thƣớc
của các dị thƣờng địa phƣơng và nhỏ hơn nhiều so với kích thƣớc của dị thƣờng
khu vực. Khi điều kiện đó đƣợc thoả mãn thành phần khu vực đƣợc tách ra từ
trƣờng quan sát và các dị thƣờng địa phƣơng (dƣơng và âm) bù trừ lẫn nhau, còn
các thành phần khu vực lại ít bị thay đổi. Kết quả là V  Vr . Trƣờng hợp đặc biệt
nếu trƣờng khu vực thay đổi theo quy luật tuyến tính thì nó hoàn toàn không bị thay
đổi sau phép trung bình, tức là:
V (0,0,0)  Vr (0,0,0).

Sau khi xác định đƣợc trƣờng khu vực Vr , trƣờng dị thƣờng địa phƣơng
đƣợc tính theo công thức:
Vl = V- V

(1.5)

Để làm sáng tỏ ý nghĩa vật lý của dị thƣờng đã đƣợc trung bình hoá ngƣời ta
đƣa vào khái niệm mức độ trung bình hoá. Đó là tỷ số giữa trƣờng đã đƣợc trung
bình hoá với trƣờng xuất phát


V
V

(1.6)

Mức độ trung bình hoá đồng thời đặc trƣng cho mức độ chính xác của việc
tách trƣờng địa phƣơng.
Giả sử trƣờng dị thƣờng Vz do hình cầu có khối lƣợng M nằm ở độ sâu h gây
ra.

VZ (r,  ,0)  kMh /( r 2  h 2 )3 / 2

(1.7)

Ta hãy tìm giá trị trung bình Vz trong phạm vi vòng tròn bán kính R với tâm
trùng với hình chiếu của tâm quả cầu trên mặt đất.
kMh
Vz (0,0,0) 
R 2

2 R

  r
0 0

rdrd
2

h



2 3/ 2



2kM 
h
1 
2 
2
R 
R  h2






(1.8)

Đặt M / R 2   . Lúc đó công thức (1.7) tƣơng tự với công thức của lực hấp
dẫn của đĩa vật chất tròn với mật độ mặt  nằm ở độ sâu h có khối lƣợng bằng
khối lƣợng của quả cầu M và bán kính bằng bán kính của vòng tròn lấy trung bình
gây ra. Nhƣ vậy là phƣơng pháp trung bình hóa dị thƣờng Vz của chất điểm nằm ở

4


độ sâu h trong vòng tròn bán kính R tƣơng đƣơng với việc phân phối lại khối đó
thành đĩa vật chất nằm ở cùng độ sâu có bán kính bằng bán kính trung bình hoá



 kM 
Vz (0,0,0) 2kM 
h
1
 : 2 1

 2 1 


2
2
Vz (0,0,0)
R 
R h  h 
R2
1 2

h









(1.9)

gọi R/h=Rh, từ công thức (1.8) ta có


2 
1
1
2 
Rh
1  Rh2







(1.10)

Từ công thức (1.9) ta có thể chọn đƣợc bán kính trung bình hoá khi cho trƣớc
mức độ chính xác xác định dị thƣờng địa phƣơng và khi biết trƣớc độ sâu h.

Hình 1.1a

Hình 1.1b

Hình 1.1. Cách chọn các bán kính của palet
Trong thực tế phần lớn bán kính trung bình hóa đƣợc chọn bằng phƣơng
pháp thực nghiệm theo cách lấy trung bình trƣờng trọng lực cho trƣớc. Muốn vậy
tại một số điểm khác nhau của trƣờng ta áp dụng phƣơng pháp trung bình hoá với
các bán kính trung bình khác nhau. Tiếp theo ngƣời ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ

thuộc giữa trƣờng đã đƣợc trung bình hoá và bán kính trung bình. Theo đồ thị ngƣời
ta chọn các bán kính trung bình hoá tối ƣu ( H1.1.a.b.).
Trong trƣờng hợp (a) bán kính tối ƣu tƣơng ứng với điểm mà bắt đầu từ đó
trƣờng đƣợc trung bình hoá bắt đầu không thay đổi khi R thay đổi, còn trong trƣờng
hợp (b) bán kính tối ƣu tƣơng ứng với điểm uốn của đƣờng cong.
Ngoài vòng tròn, trong phƣơng pháp trung bình hoá ngƣời ta còn lấy các
hình khác nhau để làm miền trung bình. Đặc biệt trong thực tế ngƣời ta dùng miền

5


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Tôn Tích Ái (2003), Trọng lực và thăm dò trọng lực, NXB Đại học quốc gia
Hà Nội.
2. Đỗ Đức Thanh (2006), Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu từ và trọng lực,
NXB ĐHQG Hà Nội.
3. Nguyễn Nhƣ Trung (2014), “Xác định độ sâu móng trầm tích khu vực bể Bắc Bộ
theo phân tích ngƣợc trực tiếp 3D số liệu trọng lực vệ tinh”, Tạp chí các khoa
học về trái đất, 36 (3CD), tr.315-320.
4. V.M. Nikiforov, Phùng Văn Phách, R.G. Kulinich, V.V. Khakhinov,
I.V. Dmitriev, G.N. Skabarnya, M.G. Valitov, Hoàng Văn Vƣợng, Lê Đức Anh,
Nguyễn Văn Điệp, Trần Văn Khá (2014), “Một số kết quả thử nghiệm phƣơng
pháp từ telua nghiên cứu vỏ Trái Đất khu vực Bắc vịnh Bắc Bộ”, Tạp chí các
khoa học về trái đất, 36 (3CD), tr.306-314.
5. Hoàng Văn Vƣợng, Trần Văn Khá, Đào Thị Hà, Nguyễn Kim Dũng (2014),
“Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và mật độ trung bình đất đá trầm tích khu vực
trũng sâu Biển Đông - Quần đảo Trƣờng Sa và kế cận theo tài liệu địa vật lý”,
Tạp chí các khoa học về trái đất, 36 (3CD), tr.321-328.
6. Đoàn Văn Tuyến và nnk (1999), “Đặc điểm cấu trúc sâu đới Sông Hồng trên

khu vực tây bắc vùng trũng Hà Nội theo kết quả phân tích tài liệu từ - telur”,
Tạp chí các khoa học về Trái Đất, 21(1), tr. 31-35

Tiếng Anh
7. Richard J.Brackeyly (1992), Potential theory in gravity and magnetic
application, Cambridge University Press.