CHƯƠNG IV ĐỊA CHẤN I. Tổng quan về phương pháp địa chấn I.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp địa chấn - Cơ sở lý thuyết của phương pháp địa chấn là lý thuyết đàn hồi. Sóng địa chấn sẽ lan truyền vào trong lòng đất, khi đó sự lan truyền của sóng địa chấn sẽ phụ thuộc vào tính đàn hồi của môi trường đất đá. - Phương pháp điạ chấn dựa trên cơ sở ghi nhận thời gian lan truyền của sóng địa chấn qua các lớp có vận tốc khác nhau nằm bên dưới mặt đất, dựa trên việc nghiên cứu sự phân bố của sóng đàn hồi do vụ nổ nhân tạo hoặc do tác động cơ học khác gây ra ( ví dụ: sự va đập, ) - Có hai phương pháp thăm dò địa chấn chủ yếu : phương pháp thăm dò địa chấn khúc xạ và phương pháp thăm dò địa chấn phản xạ. - Ranh giới giữa các vùng mà ở đó các hạt chưa chuyển động và các vùng mà ở đó các hạt của môi trường nằm trong trạng thái chuyển động thì gọi là mặt đầu sóng các pháp tuyến với mặt đầu sóng trong môi trường đẳng hướng là các quỹ đạo hay tia địa chấn. Khi các tia địa chấn truyền trong môi trường đồng nhất là đường thẳng, còn khi truyền trong trong môi trường đồng nhất này sang môi trường đồng nhất khác thì chúng sẽ bị gãy khúc - Trong thu nổ của phương pháp phản xạ các tia sóng địa chấn tới gần vuông góc với các ranh giới địa chất, các chuyển đổi (P- S) chỉ nhẹ nhàng. Sóng dọc phản xạ là sóng dọc, sóng ngang vẫn là sóng ngang. Trái lại trong phương pháp sóng khúc xạ, trong đó góc tới nghiêng sự chuyển đổi ( P- S) là quan trọng, sóng dọc có thể tạo thành sóng ngang khá mạnh. Sóng địa chấn sẽ lan truyền từ điểm nổ đến các lớp có vận tốc khác nhau trong lòng đất, sau đó sẽ quay trở lại mặt đất và các geophone sẽ ghi nhận tín hiệu sóng truyền tới. - Những số liệu đo đạc được lưu vào máy địa chấn sẽ được chuyển vào máy tính để phân tích. Các phép phân tích truyền thống được thực hiện bằng cách xây dựng các biểu đồ thời khoảng trên cơ sở các sóng đầu ghi nhận, để từ đó tính toán vận tốc cho các lớp và độ sâu của các lớp. Phương pháp địa chấn đã trở thành công cụ đắc lực cho công tác địa chất: nghiên cứu nền móng kết tinh, nghiên cứu tầng sâu của vỏ trái đất, khảo sát nền móng phục vụ cho công tác xây dựng,… 1.2 Các định luật cơ bản của địa chấn hình học • Các định luật truyền sóng đàn hồi trong đất đá có thể nhận được từ các nguyên lý cỏ bản của quang hình học, đó là nguyên lý Huyghen- Fresnel và Fermat. Trong đó, một khái niệm thường hay được sử dụng là mặt đầu sóng được định nghĩa như sau: • Mặt đầu sóng: là mặt giới hạn giữa miền có các hạt dao động dưới ảnh hưởng của sóng đàn hồi và miền không bị nhiễu loạn do sóng chưa truyền tới. • a) Nguyên lý Huyghen-Fresnel: Mỗi một điểm của mặt đầu sóng có thể xét như là một nguồn dao động sơ cấp độc lập. Điều đó có nghĩa là: theo mặt đầu sóng ở một thời điểm nào đó, có thể xác định vị trí của nó ở một thời điểm khác bất kỳ, nếu như xây dựng một mặt cầu bao quanh các mặt đầu sóng sơ cấp có tâm nằm trên mặt đầu sóng cho trước ấy. • b) Nguyên lý Fermat: Nguyên lý Fermat hay còn gọi là nguyên lý thời gian cực trị. Nó là hệ quả của nguyên lý Huyghen-Fresnel. Dạng đơn giản nhất của nó khẳng định rằng: sóng được truyền giữa hai điểm theo đường có thời gian truyền sóng ngắn nhất. Kết quả của nguyên lý đó là sự truyền thẳng của các tia trong môi trường có vận tốc truyền sóng không đổi. I.3 Các hệ số đàn hồi a) Ứng suất: Ứng suất là lực tác dụng lên đơn vị diện tích (ký hiệu T). Giả sử, khi tác dụng một lực F lên một vật có diện tích là S thì tỉ số giữa F và S được gọi là ứng suất. Nếu lực tác dụng thay đổi từ điểm này đến điểm khác thì ứng suất cũng sẽ thay đổi. - Ứng suất có thể được gọi là ứng suất pháp tuyến khi mà lực tác dụng vuông góc với diện tích, khi mà lực tác dụng song song với diện tích thì được gọi là ứng suất tiếp tuyến. - Đối với một hình khối lập phương thì ten-xơ ứng suất tác dụng lên là T= Ten-xơ biến dạng E= - Định luật Hooke biểu diễn các mối tương quan tuyến tính tồn tại giữa biến dạng và ứng suất, khi biến dạng là nhỏ.           zzzyzx yzyyyx xzxyxx σσσ σσσ σσσ           zzzyzx yzyyyx xzxyxx eee eee eee • Theo định luật Hooke, ta có x u xx ∂ ∂ += µλθσ 2 y v yy ∂ ∂ += µλθσ 2 z w zz ∂ ∂ += µλθσ 2         ∂ ∂ + ∂ ∂ = y w x v xy µσ         ∂ ∂ + ∂ ∂ = z v y w yz µσ       ∂ ∂ + ∂ ∂ = x w z u zx µσ =(u,v,w): các dịch chuyển các hạt vật chất trong môi trường : là các hằng số Lame u  λµ , udiv z w y v x u  .= ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ = θ [...]... 1900-3600 2.5-2.9 Granit 4500-6000 2800-3400 2.7-3.1 Than 2200-2700 100-1400 1.3-1.8 Nước 1450-1500 Băng 3400-3800 Dầu 1200-1250 1 1700-1900 0.9 0.6-0.9 II Phương pháp thăm dò địa chấn khúc xạ Phương pháp thăm dò địa chấn khúc xạ là dang thăm dò cơ bản dùng phương pháp tương hỗ các sóng khúc xạ Chủ yếu dùng để nghiên cứu khu vực ,nhằm nghiên cứu bề mặt tầng nền (địa chấn nơng) và các ranh giới sâu hơn... số cơ lý của đất đá ở thế nằm tự nhiên II.2 Ưu nhược của phương pháp địa chấn khúc xạ – Ưu điểm • Phương pháp địa chấn khúc xạ là một trong những phương pháp quan trọng nhất trong số các phương pháp thăm dò địa vật lý do tính ưu việt của nó trên nhiều khía cạnh khác nhau mà trước hết chủ yếu là khả năng về độ chính xác cao,độ phân giải cao độ xun thấm sâu • Ngưòi ta còn dùng phương pháp địa chấn