Địa chấn học

656 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> lòng Trái Đâ't. Trong tương lai, công n ghệ cắt lớp chưa trùng thì từng bước thay đối tham s ố của m ô<br /> geoneutrino của chuyên ngành địa vật lý neutrino có hình cho đến khi trùng khớp trong phạm vi sai số.<br /> khả năng xác định sự phân b ố hàm lượng các đồng Trong thực t ế địa châ't, n hừ n g dải giá trị của các<br /> vị đó trong Trái Đất, góp phẩn làm sáng tỏ m ột số tham s ố vật lý và hình học của m ô hình thay đổi<br /> vấn đ ề v ể thành phần hóa học, nguồn địa nhiệt và trong phạm vi hữu hạn, d o vậy có thê lựa chọn các<br /> địa đ ộn g lực của Trái Đất. giá trị đ ó đê tính ra các m ô hình có ý nghĩa địa chất.<br /> Mỗi chuyên ngành địa vật lý đều phải thu thập, C uối cùng phải xét ý nghĩa địa châ't của m ô hình,<br /> xử lý và giải thích s ố liệu địa vật lý. Khi giải thích nếu thây kết quả vẫn chưa hợp lý thì cẩn thay đổi<br /> thường d ù n g m ô hình hóa, xây d ự ng m ô hình (m ô tả m ô hình và làm lại như trên. Trong thực tế, d ù n g tô<br /> các đặc trưng hình học và vật lý của đối tượng khảo hợp hợp lý m ột s ố trường vật lý là giải p háp hừu<br /> sát và m ôi trường vây quanh m ột cách đơn giàn hóa) hiệu đ ế tìm ra m ô hình thích hợp.<br /> đ ể giải bài toán thuận và ngược địa vật lý. Tính giá<br /> trị lý thuyết của trường vật lý theo m ô hình là giải T à i liệ u th a m k h ả o<br /> bài toán thuận. N ó có tính đơn trị, nghĩa là ứ ng với<br /> G u p ta H. K. (E d ito r) , 2011. E n c y c lo p e d ia of S o li d E a rth<br /> m ô hình đã cho thì tính ra được m ột trường vật lý G e o p h y s ic s . Springer. 153 9 p g s .<br /> tương ứng xác định. Trái lại khi đ o đạc xong, thu<br /> L o v v rie w ., 2007. F u n d a m e n t a l s o f G e o p h y s ic s , 2 n đ e d itio n .<br /> được trường vật lý người ta phải tìm cấu trúc địa<br /> Cambridge U niversity Press. 354 p g s.<br /> chất đã tạo ra trường vật lý đó; đó là bài toán ngược,<br /> M a r e s c h a l J. c , J a u p a r t c . , P h a n e u í c . , a n d P e r r y c . , 2012.<br /> nó có tính chât đa trị, nghĩa là có nhiêu m ô hình mà<br /> G e o n e u tr in o s a n d th e e n e r g y b u d g e t o f t h e E a rth . Ịournaỉ o f<br /> trường tính theo lý thuyết của chúng trùng với<br /> Geodynamics 54: 4 3 -5 4 p g s .<br /> trường đ o được trong thực tế. M uốn giải bài toán<br /> ngược cần có thỏm thông tin v ề đối tượng khảo sát S te in s., V V ysession M ., 2003. A n in t r o d u c t i o n to s e is m o lo g y ,<br /> <br /> ngay khi xây d ự ng m ô hình ban đầu đê tính trường e a r th q u a k e s , a n d e a r t h s tr u c tu r e . V V iley-B lackvvell. 4 9 8 p g s .<br /> <br /> lý thuyết, đem so sánh vớ i trường thực tế, nếu thây<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Địa chấn học<br /> Phạm Đ ìn h N guyên, N guyền Đ ìn h X uyên,<br /> N guyễn H ồng Phương, N guyền Lê M in h .<br /> V iệ n V ặ t lý Đ ịa c ầ u , V iệ n H à n lâ m K h o a h ọ c v à<br /> C ô n g n g h ệ V iệ t N a m .<br /> <br /> <br /> <br /> G iớ i th iệ u<br /> <br /> Địa chân học là bộ m ôn khoa học nghiên cứu v ể gây ra cho các vùng, miền, lãnh thố; nhằm phục vụ<br /> quá trình phát sinh, lan truyền và ghi nhận các sóng quy hoạch và thiết k ế các công trình chịu đ ộn g đất.<br /> địa chấn trong Trái Đất. Sóng địa chấn là các rung Ờ Việt N am , trạm quan trắc địa chấn đẩu tiên<br /> động đàn hổi tỏa ra từ các nguồn sinh ra do sự mất đư ợc ngư ời Pháp xây dự ng năm 1924 tại P hủ Liên<br /> cân bằng ứng suất đột ngột trong m ôi trường đâ't - đá. (Hải Phòng). N h ư n g n ghiên cứu địa chân ở nư ớc ta<br /> N guồn sinh ra sóng địa chấn có thê có n guồn gốc tự chi thực sự bắt đầu từ năm Vật lý địa cầu quốc tế<br /> nhiên (động đâ't, v .v ...) hoặc nhân tạo (ví dụ n ổ hạt 1957 - 1958. H oạt đ ộ n g này từ đ ó cho đến nay chủ<br /> nhân). Bản ghi sự biến đổi dao động nền theo thời yếu tập trung vào việc quan trắc, đánh giá n gu yên<br /> gian được gọi là băng địa châh. Băng địa chấn cung nhân, điểu kiện phát sinh, quy luật hoạt đ ộ n g và độ<br /> câp dữ liệu cơ bản mà các nhà địa châh sử d ụng đê<br /> n gu y hiếm đ ộ n g đất.<br /> nghiên cứu sóng đàn hổi và quá trình lan truyền của<br /> chúng trong Trái Đất. Các quan trắc và m ô phỏng<br /> C ơ s ở đ ịa c h ấ n h ọ c<br /> định lượng dao động nền và các sóng địa chấn giúp<br /> chúng ta tửng bước xác định được bản chất của động Địa chấn học xuất phát từ các phân tích d a o đ ộng<br /> đất, cấu trúc và đặc tính vật lý của Trái Đất, cung cấp nền tạo ra bởi các n guồn năng lượng trong Trái Đâ't<br /> thông tin v ề m ức độ n guy hiếm mà động đâ't có thê như đứt đoạn trong đ ộng đất hoặc các vụ n ổ. N goại<br />  Đ ỊA V Ậ T LỶ 657<br /> <br /> <br /> <br /> trù ờ môi trường lân cận nguồn, phẩn lớn các dao Sóng s<br /> động nền tắt dần, nghĩa là nền đất sẽ quay trờ lại vị<br /> Sóng s là dạng són g khi lan truyền có phư ơng<br /> trí ban đẩu của nó sau khi các dao đ ộn g tức thời tắt<br /> dao đ ộn g vu ô n g góc với phương truyền són g [H.2].<br /> đi. Dao đ ộn g dạng này bao gồm n hửng vi biến dạng<br /> Sóng s không có biến đổi v ế th ể tích kèm theo,<br /> đàn hổi tưcTng ứng với các lực nội tại trong đât - đá,<br /> không truyền qua được chất lỏng, lan truyền chậm<br /> còn gọi là ứ ng suất. Với trường hợp ứng suât nhỏ<br /> hơn són g p.<br /> trong khoảng thời gian ngắn thường được quan tâm<br /> trong địa chân học thì biến dạng € và ứng suất ơ có Tới năm 1887 và 1911, Lord Rayleigh và Love đã<br /> mối tương quan tuyến tính ở hẩu hết các vật liệu lẩn lượt ch ứ n g m inh được bằng lý thuyết v ể sự tồn<br /> Trái Đâ't. M ối tương quan này được thê hiện qua tại của hai dạng són g khác lan truyền d ọc theo bể<br /> định luật Hooke: ơ — C £ . mặt chât rắn, sinh ra do sự tương tác của các són g p<br /> và s với b ể mặt tự do. Các sóng này được gọi là sóng<br /> ơ đây c được gọi là m odul đàn hổi và quy định<br /> mặt và m ang tên R ayleigh và Love.<br /> các đặc tính vật liệu của m ôi trường, như mật độ, độ<br /> cứng (tính kháng cắt), tính kháng nén (chống lại sự<br /> thay đối thê tích). Khi ứ ng su ất thay đối theo thời Sóng Love<br /> gian, biến dạng cũng thay đổi tương ứng và sự cân<br /> Sóng Love v ề bản chất là các só n g s phân cực<br /> băng giửa ứng suất và biến dạng tạo ra các són g địa<br /> trong mặt p hang nằm ngang (SH), bị bẫy trong m ôi<br /> chân mà tốc độ lan truyền của chúng phụ thuộc vào<br /> trường gần mặt đất (có tốc độ truyền són g địa chấn<br /> các m odul đàn hổi và quy định bởi các phương trình<br /> thâp) [H.3]. Trên băng địa chấn gây ra bởi đ ộn g đất<br /> dao động. N ăm 1830, P oisson đã sử d ụ n g các<br /> xa, són g Love thường có biên độ lớn nhât. C húng lan<br /> phương trình dao đ ộn g và các định luật đàn hổi cơ<br /> bán đ ế chỉ ra rằng hai (và chỉ hai) dạng sóng cơ bản truyền với tốc đ ộ xấp xi 90% tốc độ lan truyền của<br /> (sóng khối) truyền qua châ't rắn đ ổ n g nhât - đó là són g s.<br /> són g p và sóng s.<br /> Sóng Rayleigh<br /> Sóng p Sóng Rayleigh đư ợc tạo ra d o quá trình tương tác<br /> Sóng p lan truyền theo cơ c h ế nén ép - tách giãn, giửa só n g p và só n g s phân cực trong mặt phẳng<br /> lư ơng tự són g âm. D ạng són g này có phương dao thẳng đứ ng (SV) tại lớp gần mặt đâ't có tốc độ truyền<br /> đ ộn g trùng với phương truyền són g [H .l]. Sóng p sóng địa chân thấp. Sóng R ayleigh lan truyền chậm<br /> lan truyền nhanh nhất trong s ố các sóng địa chấn, hơn so với só n g Love. Khi sóng R ayleigh lan truyền,<br /> liê n q u a n đ ế n các b iế n đ ổ i v ề t h ế tíc h v à có th ể các p h ầ n tử m ô i tr ư ờ n g d a o đ ộ n g th e o k iể u c u ộ n<br /> truyền qua châ't lỏng. ngư ợc lại [H.4].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Minh họa sóng p truyền qua môi trường (theo hướng Hình 2. Minh họa sóng s truyền qua môi trường (theo hướng<br /> mũi tên trên cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử moi mũi tên trên cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử mổi<br /> trường được thể hiện bằng các ô lưới, dao động theo mũi tên trường được thể hiện bằng các ô lưới, dao động theo mũi tên<br /> đậm phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile). đậm phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile).<br /> 658 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T= 0<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T= 1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T= 2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T=3<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Minh họa sóng Love truyền qua môi trường (theo Hinh 4. Minh họa sóng Rayleigh truyền qua môi trường (theo<br /> hướng mũi tên trén cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử hướng mũi tên trên cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử<br /> môi trường được thề hiện bằng các ô lưới, dao động theo các môi trường được thể hiện bằng các ô lưới, dao động theo các<br /> mũi tên phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile). mũi tên phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Thời gian (phút)<br /> <br /> Hình 5. Bâng địa chấn ghi nhận được tại trạm địa chấn Binghamton, New York trong trận động đất<br /> ờ Alaska ngày 23/6/2003 với độ lớn M 6,9 xảy ra tại tọa độ 51,58 N, 176,67 E, độ sâu 30km.<br /> Với sự ra đời và phát triến liên tục của m áy ghi theo lý thuyết) dư ới những giả thiết nhất định vê'<br /> địa chấn, các són g p, s, Rayleigh và Love sinh ra bởi n guồn sinh chấn cũng như m ôi trường truyền sóng<br /> đ ộn g đâ't, lan truyền trong Trái Đất đã đư ợc quan chính là cơ sở đ ế các nhà địa chấn xác định thông tin<br /> trắc. M ột ví dụ cho việc ghi nhận các són g này đư ợc v ể n guồn đ ộ n g đât cũng như cấu trúc Trái Đất. Băng<br /> đưa ra ờ hình 5 [H.5]. Phân tích các đặc trưng (pha địa chấn cũng là cơ sở cho các tính toán đánh giá độ<br /> và biên độ) của các són g địa chấn quan trắc được, n guy hiếm của đ ộn g đât và các tham s ố địa chân<br /> đ ổng thời so sánh chúng với các són g địa chấn thu phục vụ thiết k ế kháng chân cho các công trình<br /> được khi giải bài toán lan truyền són g địa chân (tính chịu đ ộn g đất.<br />  Đ ỊA V Ậ T LỶ 659<br /> <br /> <br /> <br /> Đ ộng đất Với A là biên độ cua tín hiệu lớn nhât ghi được<br /> (thư ờng là són g S), A được xác định thông qua sự<br /> D ộng đât là hiện tượng mất cân bằng ứng suât<br /> chênh lệch thời gian tới của sóng p và són g s.<br /> đột ngột trong m ôi trường đât-đá cua Trái Đât (do<br /> vận đ ộ n g kiến tạo, hoạt đ ộn g núi lửa, sặp hang N gày nay thang đ ộ lớn Mi ít được sử d ụn g vì<br /> động, các vụ nổ, v .v ...) dẫn đến giải phóng năng đ ộn g đât không chi xáy ra ở C aliíom ia và m áy địa<br /> ỉưựng dưới dạng các són g đàn hổi, gây ra rung đ ộng chân VVood - A nderson đã rất lạc hậu. Tuy nhiên, vì<br /> trong m ột vù ng rộng lớn trên b ể mặt Trái Đâ't. Đ ộng<br /> rât nhiều công trình có tẩn số dao động riêng xấp xỉ 1<br /> giây, gần sát với chu kỳ dao đ ộng riêng của m áy địa<br /> đâ't một m ặt bị xem như là dạng thiên tai đặc biệt<br /> chân Wood - Anderson, M l thường được xem như là<br /> n guy hiểm do gây ra rung đ ộ n g nền hoặc biến dạng<br /> thước đo của m ức thiệt hại mà m ột trận động đất có<br /> mặt đâ't, có thế phá h ủy nhà cửa, công trình, gây<br /> thê gây ra cho công trình. Chính vì lý d o này m à thi<br /> sóng thẩn, cướp đi của cải và sinh m ạng cùa nhân<br /> thoảng thang độ lớn M l vẫn còn được nói đến.<br /> loại. Mặt khác, đ ộng đâ't là n guồn phát sóng địa chân<br /> có ích với năng lư ợn g vô cùng lớn nên truyền qua C ủng với sự phát triển của m áy địa chấn, sau này<br /> được các phân khác nhau của Trái Đất, khi tới các các nhà địa chấn đã xây dự ng các thang đ ộ lớn của<br /> m áy ghi địa chân m an g rất nhiều thông tin v ề cấu đ ộ n g đâ't xác định theo sóng m ặt Ms và theo són g<br /> trúc cũng như đặc tính của Trái Đâ't. Một s ố khái khối mb. Thang Ms thường sừ d ụn g cho trường hợp<br /> niệm và đặc trưng cơ bản của đ ộn g đât được giới đ ộn g đất chân tiêu nông, được xác định như sau:<br /> thiệu sau đây. M s = lo g A-\- GClo g A + p<br /> với A là biên độ cực đại (đơn vị là Ịjm) của các sóng<br /> Chấn tiêu và chấn tâm động đất m ặt có chu kỳ 20 giây; a = 1,66; p = 1,82 cho trường<br /> Chân tiêu của đ ộ n g đâ't là tâm điểm phát ra són g hợp thành phẩn nằm ngang của các só n g R ayleigh<br /> địa chấn khi đ ộn g đâ't xảy ra. H ình chiếu theo d o đ ộn g đất n ông sinh ra.<br /> phương thắng đ ứ n g của chân tiêu lên mặt đ ấ t gọi là Trường hợp đ ộn g đất chân tiêu sâu, thang mb<br /> chấn tâm đ ộn g đât. Trong thực tế, chấn tiêu đ ộn g thư ờng được sử d ụn g và được định nghĩa như sau:<br /> đâ't không phải là m ột đ iểm mà là cả vù n g đứt đoạn mb = \ og(AIT) + Q{h,k)<br /> trong đ ộn g đất. T ương ứng với đ iểu này, v ù n g chân Trong đ ó A là biên độ cực đại của só n g khối<br /> tâm là hình chiếu của vù n g chân tiêu lên mặt đâ't. (th ư ờng là só n g P) có đơn vị là fam, T là chu kỳ<br /> Khoảng cách từ chân tiêu tới m ặt đất, củ n g là tư ơ n g ứ n g có đơn v ị là giây, Q là hàm thực n gh iệm<br /> khoàng cách giữa chân tiêu và chấn tâm, gọi là độ phụ thuộc vào khoảng cách chân tâm A và độ sâu<br /> sâu chân tiêu. K hoảng cách từ m ột điểm quan tâm chấn tiêu h.<br /> trên mặt đâ't đến chân tiêu gọi là khoảng cách chân Đ iếm hạn c h ế của hai thang đ ộ lớn nêu trên là<br /> tiêu, còn khoảng cách từ đ iểm đ ó đến chân tâm gọi chúng phụ thuộc vào tẩn s ố của són g địa chấn. H ơn<br /> là khoảng cách chấn tâm. thế, khi kích cờ của các trận đ ộn g đâ't lớn đ ến m ột<br /> m ức nhât định, các thang Ms và mb có xu th ế bão hòa<br /> Độ lớn của động đất và không phản ánh đ ún g đ ộ lớn của đ ộ n g đâ't. Chính<br /> Kích cờ hay đ ộ lớn của m ột trận đ ộn g đất thường v ì vậy, m ột thang độ lớn đ ộng đâ't khác, gọi là thang<br /> được các nhà địa chấn xác đ ịnh dựa theo biên đ ộ của đ ộ lớn m om en M«v đã đư ợc xây dựng:<br /> các són g d o trận đ ộn g đất ấy gây ra, đo được trên<br /> A /w - | l o g A f „ - 1 0 , 7<br /> băng địa chân dưới d ạ n g chung như sau:<br /> <br /> M = log( A / T ) + F(tĩ, A) + c ở đ ây Mo là m om en địa chân của đ ộn g đâ't (đơn<br /> vị là din-cm ) và đư ợc xác định như sau:<br /> trong đ ó A là biên đ ộ của tín hiệu, T là chu kỳ tương<br /> ú ng, F là hàm hiệu chinh cho biên đ ộ theo đ ộ sâu h M 0 = ụDA<br /> của chấn tiêu đ ộn g đất và khoảng cách chấn tâm A, với fa là m odu l cắt (bằng 3 X 1011 d in/cm 2 ch o các<br /> còn c là h ệ s ố hiệu chinh địa phương. đứt gãy vỏ), D là dịch trượt trung bình của b ể mặt<br /> Thang đ ộ lớn của đ ộn g đâ't đẩu tiên do đ ứ t gãy và A là diện tích của m ặt đứt gãy đã dịch<br /> c . F. Richter đưa ra năm 1935 cho các trận đ ộn g đất trượt. Thang Mw có ưu điểm là đưa ra đ ộ lớn của<br /> ở phía nam C aliíom ia, được gọi là thang đ ộ lớn đ ộ n g đất gắn với quá trình n guồn và không bị bão<br /> động đâ't địa phương (ký hiệu là M l), hoặc thang hòa. N goài ra, nó cho thây m ôi liên hệ giữa kích<br /> Richter. Từ tín hiệu ghi được bởi m áy địa chấn thước của đứt gãy sinh chấn và độ lớn của đ ộ n g đất<br /> YVood-Anderson (chu kỳ riêng 0,8 giây), độ lớn M l đư ợc sinh ra.<br /> của đ ộ n g đâ't xảy ra ở phía nam Caliíornia được Đ ế hình d u n g cụ thê hơn v ể đ ộ lớn của đ ộ n g đất,<br /> Richter định nghĩa n h ư sau: các nhà địa chân đã đưa ra m ối liên hệ giừa đ ộ lớn<br /> của đ ộn g đât Mw và năng lượng địa chân phát ra<br /> M ị = lo g A + 2 ,7 6 lo g À - 2 ,4 8 tương ứ ng E như sau (Stein và W ysession / 2003):<br /> 660 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> logE = 1,5 Mvv + 11,8 n g u ổ n đ ộ n g đât kiến tạo là sự kết hợp giữa ba kiểu<br /> ơ đ ây E có đơn vị là ec (1 ec = 1 din-cm ). Từ đ ây n g u ồ n cơ bản này.<br /> ta có m ột liên hệ n hư sau: N ăng lư ợng của m ột vụ nô Phân tích b ăn g địa chấn d o đ ộ n g đâ't gây ra ờ<br /> bom 1 m egaton (m ột triệu tân) là khoảng 5.1022 ec, n hiều v ị trí khác n hau đà giúp các nhà địa chấn xác<br /> n h ư n g chỉ m ột phẩn năng lượng ấy phát ra d ư ới đ ịnh đ ư ợ c các đặc trưng n g u ồ n đ ộ n g đâ't (vị trí, đ ộ<br /> d ạn g só n g địa chân. Đ ế có năng lượng sóng địa chân lớn, h ình thái d ịch trượt, v .v ...) , từ đ ó khám phá<br /> tương đ ư ơ n g năng lượng phát ra từ một trận đ ộ n g đ ư ợ c các quá trình địa đ ộ n g lự c bên trong Trái Đâ't<br /> đất có đ ộ lớn Mvv = 7,3 cẩn phải n ổ m ột quả bom và đ ó n g g ó p tích cự c ch o v iệc đ ể xuât các giải pháp<br /> k hoản g 50 m egaton. Lun ý rằng các nhà địa chấn giảm n h ẹ hậu quả của đ ộ n g đâ't có thê gây ra cho con<br /> k hôn g đ ư a ra đ an vị đ o cho độ lớn của đ ộ n g đất. n gư ời khi đ ộ n g đât xảy ra.<br /> Trên các p h ư ơ n g tiện truyền thông hay nói đ ến "độ Đ ộ n g đ ấ t k iế n tạ o ở V iệ t N a m<br /> Richter" n h ư là đơn vị đo trong tất cả các thang độ<br /> Đ ộ n g đ ấ t v ớ i đ ộ lớn M > 4,5 trên lãnh thổ<br /> lớn đ ộ n g đất. v ể m ặt khoa học, nói n h ư v ậ y là<br /> Việt N a m chi tập trung trong đới phá h uỷ của các<br /> k hôn g chính xác.<br /> đ ứ t g ã y h oạt đ ộ n g , nghĩa là v ề bản chất chúng là<br /> đ ộ n g đ ấ t kiến tạo. K hoảng 90% s ố lư ợn g đ ộng đất<br /> Đ ộng đắt kiến tạo<br /> của n ư ớc ta xảy ra ở v ù n g Tây Bắc, và n hữ ng trận<br /> Đ ộ n g đất kiên tạo là dạng đ ộn g đất phát sinh do đ ộ n g đâ't m ạnh nhâ't cũ n g xảy ra ở đây. Hoạt đ ộn g<br /> sự dịch ch u yển đột ngột của các địa khối theo các đ ộ n g đâ't trên lãnh th ô V iệt N a m nhìn chung có m ức<br /> đ ứ t gãy kiến tạo, hệ quả của các hoạt đ ộn g địa đ ộ n g đ ộ vừ a phải, đ ộ n g đâ't m ạnh nhất đã xảy ra có độ lón<br /> lực tự n h iên bên trong Trái Đất gây ra. Đ ây là d ạn g M < 7 , kiểu n g u ồ n p h ô b iến nhất là trượt bằng.<br /> đ ộ n g đâ't đ ư ợ c quan tâm nhiều nhât trong địa chân Sự k iện n ổ i bật tron g h o ạ t đ ộ n g địa chấn hiện<br /> học. Đ ó là d o dạng đ ộn g đât này xảy ra thư ờn g đ ại ở n ư ớ c ta là trận đ ộ n g đâ't xảy ra ngày 24/6/1983<br /> xu yên , giải p hón g năng lư ợng lớn và có tác đ ộ n g ở v ù n g n ú i P h ư ơ n g Pi, cách thị trấn Tuần Giáo, tỉnh<br /> trên d iện rộng. Lai C hâu 11 km v ề p hía đ ô n g bắc. Với đ ộ lớn<br /> Ms = 6,7 ± 0,2, trận đ ộ n g đ ất n ày đã gâ y thiệt hại<br /> C á c k iể u n g u ồ n đ ộ n g đ ắ t k iế n tạo<br /> n ặ n g n ề ch o các cô n g trình xây d ự n g ó thị trân<br /> Vì đ ộ n g đất kiến tạo phát sinh d o sự d ịch ch u yển T uần G iáo. Đ ộ n g đâ't cũ n g g â y ra sụt lở lớn trong<br /> đ ột n g ộ t của các địa khối theo đứt gãy kiến tạo nên các d ã y n ú i ở v ù n g chân tâm , vù i lâ'p tới 200ha<br /> n goài th ô n g tin v ề đ ộ lớn, các nhà địa chân còn quan ru ộ n g lúa tron g các th u n g lũ n g và n hiều đoạn<br /> tâm đ ến h ình thái dịch trượt trong đ ộng đất. Đ ặc đ ư ờ n g g ia o th ô n g . Đ á lờ đã làm h àn g chục ngư ời<br /> đ iếm n ày đ ư ợc th ế hiện qua ba đại lượng: g ó c ch ết và bị th ư ơ n g . N ứ t đất rộ n g 10 - 15cm, kéo dài<br /> p h ư ơ n g vị, g ó c dốc, và góc trượt [H.6]. G óc p h ư ơ n g từ n g đ o ạ n từ v à i ch ụ c đ ến v à i trăm m ét trên chiều<br /> v ị là g óc tạo bời p hư ơng bắc và giao tuyến của m ặt dài gần 20km . Đ ộ n g đâ't g â y chấn đ ộ n g m ạnh trên<br /> đ ứ t g ã y vớ i m ặt đâ't. Góc d ốc là góc tạo bởi m ặt đứt m ột v ù n g rộn g lớn ở Tây Bắc V iệt N am , Đ ô n g Bắc<br /> g ãy và m ặt đất. G óc trượt là góc giữa vector trượt d Lào và N a m T run g Q u ốc. Sau kích đ ộ n g chính hàng<br /> (m ô tả d ịch ch u yến tương đối giữa hai cánh đ ứ t gãy) loạt d ư ch ấn đã xả y ra. D ư ch ấ n m ạnh nhất với đ ộ<br /> và p h ư ơ n g k éo dài của đứt gãy. Góc trượt có th ể lớ n M s = 5,4 xả y ra n g à y 15/7/1983 n g a y trong v ù n g<br /> thay đ ổ i từ 0° đến 360°. Với các góc trượt khác nhau, chấn tâm của đ ộ n g đâ't T u ần G iáo. Đá lở do d ư<br /> ch ú n g ta sẽ có các kiểu n gu ồn đ ộn g đất kiên tạo khác chân n à y g â y ra c ũ n g làm hai n g ư ờ i thiệt m ạng,<br /> nhau. Ba k iểu n guồn đ ộn g đâ't kiến tạo cơ bàn gồm : n h iều ru ộ n g lúa bị v ù i lấp. P hải 8 thán g sau v ù n g<br /> trượt bằng, thuận và nghịch [H.7]. Phần lớn các kiểu T uần G iá o m ới trở lại y ên tĩnh.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Trượt bằng trái JĩưT ? $ ? hả'<br /> (X_I80><br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H ình 6. Minh họa hình thái dịch trượt trong động đất Hình 7. Các kiểu nguồn động đất kiến tạo cơ bản<br /> (theo stein và VVysession, 2003). (theo stein và VVysession, 2003).<br />  Đ ỊA V Ậ T LỶ 661<br /> <br /> <br /> <br /> Động đất kích thích n ư ớ c hổ, đ ộ n g đâ't thư ờng m ạnh, đ ộ sâu ch ân tiêu<br /> lớ n h ơ n (>10km ) vư ợt qua giới hạn của h ổ chứ a và<br /> Một dạng đ ộng đất đặc biệt, khác với đ ộ n g đâ't<br /> có m ối liên hệ chặt chẽ vói các đứt gãy quan h khu<br /> kiến tạo tụ nhiên, là đ ộ n g đâ't kích thích. Đ ây là kiếu<br /> v ự c hổ chứa.<br /> đ ộ n g đâ't gắn liền với các hoạt đ ộ n g nhât thòi không<br /> liên quan đến các quá trình kiến tạo, làm thay đối Đ ộ n g đất kích thích ở khu vự c hổ chứa có thê gây<br /> trường ứng suâ't và biến d ạn g tại khu vực đ ộn g đâ't n g u y h iểm cho công trình và con người là d ạn g đ ộ n g<br /> xảy ra. Các hoạt đ ộn g này (sau đ ây gọi tắt là hoạt đất kích hoạt, tức là có liên quan tới hệ th ốn g đứt<br /> đ ộn g nhất thời) có thê có n gu ổn g ốc tự nhiên (chăng gã y và trường ứng suất kiên tạo tự nhiên. Đ ê hiếu,<br /> hạn mưa, tuyết rơi, v.v...) hoặc nhân tạo (như tích d ự b áo và đánh giá đ ủ n g v ể m ức độ và d iên biến<br /> nước tại các hổ chứa, khi khai thác m ỏ, dầu, khí đốt, hoạt đ ộ n g đ ộ n g đất dạng này cẩn phải xác định<br /> nước, v.v...). Khi điểu kiện bên d ư ới m ặt đât thay đổi đ ư ợ c đ ầy đ ủ nhữ ng thông tin sau đây: 1). H oạt đ ộ n g<br /> theo chiều h ướng ú n g suât đạt đến n gư ờ n g tới hạn đ ộ n g đất đã xảy ra (phân b ố không gian, thời gian,<br /> tạo ra mất cân bằng đ ột ngột, đ ộ n g đât kích thích sẽ cơ cấu n g u ồ n , v .v ...); 2). Các hệ thống đ ứ t gã y kiến<br /> xảy ra. tạo liên quan; 3). Đ iểu kiện địa chât địa p h ư ơ n g n hư<br /> Có hai d ạng đ ộ n g đâ't kích thích là đ ộn g đâ't kích đ ộ sâu đá m óng, phân b ố các lớp đất đá bên trên,<br /> thích trực tiếp và đ ộ n g đ ât kích hoạt. Đ ộ n g đ ất kích đặc tính bất đ ổn g nhất, các tham s ố lổ rỗng của m ôi<br /> thích trực tiếp xảy ra d o n g u y ê n nhân chính là các trường đâ't đá, v .v ...; 4). Trường ú n g suất kiến tạo tự<br /> hoạt đ ộn g nhât thời, thiếu các h oạt đ ộ n g n ày đ ộ n g n h iên (khu v ự c và địa phương); 5). Các tham s ố liên<br /> đ ất không th ế xảy ra. D ạn g đ ộ n g đất này thư ờn g quan đ ến hoạt đ ộn g hổ chứa như v ị trí cô n g trinh,<br /> n hỏ (độ lớn M < 4), xảy ra ở đ ộ sâu n ô n g (dưới thời đ iếm bắt đẩu và thời gian vận hành cô n g trình,<br /> lOkm). Đ ộ n g đất kích h oạt có n g u y ê n nhân ch ín h là m ứ c n ư ớ c và d un g tích hổ, biến đ ộn g v ề ứ n g suâ't và<br /> từ hoạt đ ộ n g kiến tạo tự n hiên, còn hoạt đ ộ n g nhất áp suất lỗ rỗng phát sinh. Đ ây là n hữ n g đ iểu kiện<br /> thời đ ón g vai trò thứ y ếu , n h ư n g tạo ra n h ữ n g biến k h ô n g d ễ đ áp ứng.<br /> đ ộ n g nhất đ ịnh v ề trư ờn g ứ n g suât, kích h oạt đ ộ n g<br /> Đ ộ n g đ ấ t k íc h th íc h h ồ c h ứ a ở V iệ t N am<br /> đâ't xảy ra sớm hơn b ình thư ờn g. N h ư vậy, đ ộ n g đất<br /> kích hoạt chi xảy ra ở n h ừ n g v ù n g có các đ ứ t gãy H iện tư ợ n g đ ộn g đâ't kích thích đ ư ợ c th eo dõi<br /> kiến tạo và ứ n g suất k iến tạo ở đ ó đã đ ư ợc tích lũy đ ẩu tiên ở V iệt N am gắn với giai đoạn đẩu vận h ành<br /> gẩn đến m ức tới hạn. Đ ộ lớn của đ ộ n g đất kích hoạt h ổ th ủ y đ iện H òa Bình. Hổ có d u n g tích ~ 9 tỷ m 3,<br /> có th ể đạt M > 6, chấn tiêu có thê sâu hơn lOkm. d iện tích m ặt h ổ khoáng 196km 2, nơi sâu nhất trong<br /> lò n g h ổ xấp xi lOOm. Sau khi tích nước h ổ chứ a H oà<br /> Dộng đất kích thích hồ chứa Bình đ ến đ ộ cao 86m , s ố lư ợn g đ ộn g đất y ếu xảy ra<br /> Đ ộng đất kích thích ở các khu vự c h ổ chứa (gọi tắt tăng dẩn. Đ ến tháng thứ sáu kê từ khi tích n ư ớ c hổ<br /> là đ ộn g đâ't hổ chứa), là h iện tượng biến đổi (chủ yếu chứ a tức là và o n gày 14/4/1989 thì liên tiếp xảy ra<br /> là tăng) hoạt đ ộn g đ ộ n g đâ't tại đ ó khi h ổ chứa đ i vào hai trận đ ộ n g đất có đ ộ lớn M = 3,8 và 3,7 và bốn<br /> hoạt đ ộn g (tích và xả nước). T hông thường, các h ổ trận đ ộ n g đ ât yếu với đ ộ lớn từ 1 đến 1,4. C hấn tiêu<br /> chứa được xây d ự n g tại n h ữ n g nơi có liên quan với của ch ú n g ở v ù n g Bình Thanh, trên đứt g ã y C hợ Bờ<br /> các hoạt đ ộn g kiến tạo khu vực, v ì v ậ y xung quanh hổ cách tu y ến đ ập H oà Bình 15km v ể phía tây. Sau đ ó<br /> chứa thường có các đ ứ t gãy. Khi h ổ chứa đ ư ợ c tích là thời g ia n yên tĩnh kéo dài m ột tháng. Đ ến n g à y<br /> nước, khối nước k hổng 16 đ ó sê làm tăng áp suất tác 23/5/1989, v à o lú c 6 giờ 30 phút đã xảy ra m ột trận<br /> đ ộ n g lên đ áy hổ và lan truyền tới b ể m ặt các đ ứ t gãy đ ộ n g đâ't có đ ộ lớn M = 4,9 ở đ ộ sâu chân tiêu 6km,<br /> x u n g quanh. N goài ra, quá trình thấm n ư ớc từ hổ g â y ch ân đ ộ n g khá m ạnh trong v ù n g chấn tâm k éo<br /> chứa vào m ôi trường đất - đá và b ề m ặt đứt gã y xu ng dài từ Bình Thanh đến thị xã H oà Bình, d ọ c th eo đ ứ t<br /> quanh cũng làm tăng áp suất lỗ rỗng (do th ể tích lỗ gã y C h ợ B ò - H oà Bình. Sau trận đ ộ n g đất ch ín h n ày<br /> rỗng giảm đi khi bị nén chặt lại). H ai sự biến đ ổi này còn xảy ra m ột s ố d ư chấn. M ạnh nhât trong sô' đ ó là<br /> đ ó n g vai trò chủ y ếu trong v iệc kích hoạt sự dịch sự k iện n g à y 27/5/1989 có độ lớn M = 4,0, đ ộ sâu<br /> ch u yến của đứt gãy và tạo ra đ ộ n g đâ't. chấn tiêu 5km . Sau các sự kiện đã nêu, h oạt đ ộ n g<br /> C ó th ể p hân đ ộ n g đ ât k ích thích h ổ chứa làm hai địa chấn y ế u dần và trở lại yên tĩnh tron g thán g<br /> loại: a). Loại p h ản ứ n g n h an h - đ ộ n g đất kích thích 9/1989. V ề sau, trong m ỗi chu kỳ tích n ư ớ c v à o h ổ<br /> x ả v ra n g a y sau khi tích n ư ớ c h oặc khi có sự b iến chứa thì từ 4 đến 6 tháng đẩu s ố lư ợn g đ ộ n g đ â t y ếu<br /> đ ổ i lớn v ề m ự c n ư ớ c sau đ ó . Đ ộ n g đ ất loại n à y có đều tăng, rồi lại giảm dẩn đến mức bình thường.<br /> m ối tư ơng q uan chặt ch è v ớ i sự th ay đ ổi m ự c n ư ớc, V ào đ ẩ u ch u kỳ tích nư ớc năm 1991, n gày 6/10/1991<br /> đ ộ n g đất k h ôn g m ạnh, có ch ân tiêu n ô n g (< lOkm ) khi m ự c n ư ớ c đạt cao trình 115m, thì ở Tạ K hoa đã<br /> n g a y d ư ới lòn g h oặc x u n g q u an h h ổ chứa; b). Loại xảy ra m ột trận đ ộ n g đất trên đứt gãy M ư ờ n g La -<br /> p h ản ứ n g chậm : đ ộ n g đ ất kích thích xảy ra sau m ột Bắc Y ên có đ ộ lớn M = 4,9. Có th ể đ ó cũ n g là m ột<br /> k h oản g thời gia n trễ đ á n g k ể tính từ khi h ổ ch ứ a trận đ ộ n g đ ất kích thích bắt n gu ồn từ hoạt đ ộ n g của<br /> đ ư ợ c tích nước. Đ ộ n g đất loại n à y th ư ờ n g k h ô n g có hổ H òa Bình, tuy Tạ Khoa ở khá xa v ể phía th ư ợ n g<br /> m ố i tư ơng quan trực tiếp v ớ i v iệ c thay đ ổ i m ự c n g u ồ n sô n g Đà.<br /> 662 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tù năm 1992 trờ đi s ố lượng đ ộng đâ't yếu bắt đầu su y ra tử thời gian lan truyền cua các só n g địa chấn<br /> giảm, m ặc dù m ực nước hổ đạt m ức cao nhât. Từ sau phản xạ và khúc xạ sinh ra từ các trận đ ộ n g đâ't. Từ<br /> năm 1994 ch ế độ đ ộng đất trong vù n g hổ d ư ờ n g n hư các dữ liệu này, các nhà địa chân đã tìm ra các mặt<br /> đã bình ổn, không còn thấy hiện tượng tăng giảm s ố gián đoạn địa chân chính cũng như đặc tính của<br /> lượng đ ộn g đất yếu theo chu kỳ tích nước. chúng (độ sâu và nhảy bậc v ề tốc độ truyền són g địa<br /> N h ư vậy việc tích nước và hoạt đ ộ n g h ổ chứa chân) trong các lớp khác nhau của Trái Đâ't. Đẩu tiên<br /> Hoà Binh đã gây biến đ ộn g hoạt động đ ộ n g đ ât ở là mặt gián đoạn M ohorovicic, thường gọi là mặt<br /> khu vự c hổ trong khoảng thời gian từ 4 đ ến 5 năm M oho, giữa v ỏ và m anti ờ dải độ sâu 10 - 60km, sau<br /> đầu tiên. Đ ộng đất kích thích m ạnh nhất k h ô n g đạt đó là ranh giới nhân - m anti ở độ sâu 2.900km . N hân<br /> tới ngư ờng đ ộn g đâ't cực đại dự đoán M = 5,2. không cho són g s truyền qua nên phần ngoài của nó<br /> được coi là lỏng. Tuy vậy, nhân trong đã đ ư ợc chứng<br /> Trong n hữ ng năm 2011 - 2013, động đất h ổ chứa<br /> m inh là rắn (xem M ontagner, 2011).<br /> cũng xảy ra ở khu vự c hổ thủy điện S ông Tranh 2<br /> sau khi hổ đi vào hoạt động. H ổ bắt đầu đ ư ợ c tích M anti có th ể đ ư ợ c chia làm m anti trên và m anti<br /> nước vào ngày 29/11/2010, d u n g tích 730 triệu m 3, dưới, phân cách bời m ặt gián đoạn tại đ ộ sâu<br /> diện tích mặt hổ khoảng 36km 2, nơi sâu nhất trong 660km . Trong m anti trên, n gư ời ta cũ n g đà phát<br /> lòng hổ xâp xi 91 m. Trong thời gian từ năm 1715 đ ến hiện ra m ột m ặt gián đoạn ờ khoản g đ ộ sâu 410km<br /> trước thời điểm hồ tích nước hoạt động, tại khu vự c gọ i là đới ch u y ên tiếp. Tại đ áy của m anti, khoảng<br /> Bắc Trà My và lân cận chỉ xảy ra 8 trận đ ộ n g đâ't, chủ 200km phía trên ranh giới nhân - m anti, m ột mặt<br /> yếu là đ ộn g đất nhỏ. M ạnh nhất trong s ố n ày là trận gián đoạn khác cũ n g đà đ ư ợc phát hiện là lớp D".<br /> đ ộng đât có độ lớn M = 4,8 xảy ra năm 1957 cách khu N goài ra còn có m ột s ố m ặt gián đoạn khác, chăng<br /> vực công trình thủy điện Sông Tranh 2 khoản g hạn m ặt gián đoạn H ales ở đ ộ sâu 80km , m ặt gián<br /> lOOkm v ề phía Đ ôn g N am . Tuy nhiên, sau k hoản g 4 đoạn G utenberg tại m ón g của thạch q uyển, mặt<br /> tháng k ể từ khi hổ tích nước đã bắt đẩu có b iếu h iện gián đoạn Lehm ann tại các đ ộ sâu 220km , 520km và<br /> của hoạt đ ộn g đ ộn g đâ't (có tiếng nô và rung đ ộ n g khoảng 900km . T uy vậy, bản chât toàn cầu cùa các<br /> nhẹ). Sau khoảng m ột năm kê từ khi hổ chứ a bắt đẩu m ặt gián đoạn này vẫn còn là vân đ ể đ ư ợ c tranh<br /> tích nước, đến tháng 11/2011 đã xảy ra 02 trận đ ộ n g luận. H ầu hết các m ặt gián đ oạn v ể tốc đ ộ truyền<br /> đất có đ ộ lớn M = 3,4. Tiếp theo, từ tháng 11/2011 só n g địa chấn đ ư ợ c giải thích là ranh giớ i của các<br /> đến 11/2012 khoảng 70 trận đ ộn g đât với đ ộ lớn khối vật chất khác nhau v ề thành phẩn k hoán g vật,<br /> M < 4,7 đã liên tiếp xảy ra ở khu vực này. Đ ặc biệt, n h ư n g m ột s ố m ặt gián đoạn có th ể là ranh giói<br /> trong tháng 9/2012 đà xảy ra bốn trận đ ộ n g đâ't có đ ộ giữ a các thành tạo hóa học khác nhau.<br /> lớn M = 3,8 - 4,2, ngày 22/10/2012 xảy ra trận đ ộ n g Từ đặc tính đàn hổi cùa chúng, các ranh giới khác<br /> đât có M = 4,6 và ngày 15/11/2012 xảy ra trận có nhau được th ế hiện trong Bảng 1 và hình 8 [H.8].<br /> M = 4,7. Các trận đ ộn g đâ't xảy ra đều kèm theo tiến g Trái Đất có th ể đư ợc phân chia thành vỏ rắn silicat ở<br /> nổ, vị trí chấn tâm đ ểu ở lân cận khu v ự c h ồ chứa phía ngoài, m anti trên (bao gồm m ột phẩn thạch<br /> thủy điện Sông Tranh 2. Đ ến thời điếm tháng 3/2013, quyển, quyển m ểm và đới ch u yển tiếp), m anti dưới<br /> hoạt đ ộn g đ ộn g đất vẫn còn tiếp diễn. Rỏ ràng, cũ n g (với lớp D" và m óng của nó), nhân ngoài lỏng và<br /> giốn g như trường hợp hổ H òa Bình, v iệc tích nư ớc nhân trong rắn.<br /> hổ thủy điện Sông Tranh 2 đã làm gia tăng hoạt Bảng 1. Cấu trúc 1D của Trái Đất.<br /> đ ộn g đ ộn g đất tại khu vự c công trình và lân cận.<br /> Lớp (km) Tên lớp<br /> <br /> C ấu trú c T rá i Đ ấ t 0 -8 0 Thạch quyến (thay đổi cục bộ giữa 5 - 200 km)<br /> 0 -3 5 Vỏ (thay đổi cục bộ giữa 5 - 70 km)<br /> Cấu trúc của Trái Đâ't có thê được xác đ ịnh theo<br /> 3 5 -8 0 Phần trên cùng của manti<br /> các tính châ't vật lý hoặc theo các đặc tính h óa h ọc<br /> của nó. Các nhà địa vật lý thường sử d ụ n g các 35 - 2890 Manti<br /> trường vật lý khác nhau cho m ục tiêu này. Bang cách 80 - 220 Quyền mềm<br /> quan trắc trực tiếp các đặc tính vật lý của Trái Đâ't, 410-660 Đới chuyển tiếp<br /> khoa học Địa vật lý đã giú p cho việc hình d u n g đ ư ợ c 35 - 660 Manti trên<br /> câu trúc sâu bên trong hành tinh chúng ta. Kết quả<br /> 660 - 2890 Manti dưới<br /> phân tích són g địa chân đã cho phép xác đ ịn h câu<br /> 2740 - 2890 Lớp D"<br /> trúc và các đặc tính đàn hổi và phi đàn hổi của toàn<br /> 2890-5150 Nhân ngoài<br /> bộ Trái Đất.<br /> 5150-6360 Nhân trong<br /> cắu trúc Trái Đất theo mô hình 1D<br /> Có rât nhiều m ô hình tham khảo (đối x ú n g cẩu) đã<br /> C ó thế xem câii trúc Trái Đâ't gần như là đ ối x ứ n g được phô biến suốt th ế kỳ qua nhưng được biết đến<br /> cầu, phân lớp theo chiểu sâu. Trong n h ữ n g thập kỷ nhiểu nhất là các m ô hình PREM (Preliminary<br /> đẩu của thê kỷ 20, tính phân lớp của Trái Đ ât đ ư ợ c Reference Earth M odel cùa D ziew onski và<br />  Đ ỊA VẬT LỶ 663<br /> <br /> <br /> <br /> Anderson, 1981) [H.9], IASP91 và sau đó là AK135 sâu bên trong Trái Đâ't ra sao? Đ ể giải quyết các vân<br /> (xem Montagner, 2011). M ô hình PREM lần đẩu tiên đ ể đặt ra, các nhà nghiên cứu cẩn đánh giá đư ợc các<br /> giới thiệu m ột lớp bất đăng hướng ờ phẩn 220km trên bâ't đ ổ n g nhâ't ở phạm vi toàn cẩu có nhừ ng đặc<br /> nhất của manti. Tới năm 1996, M ontagner và Kennett trư ng khác nhau v ề quy m ô không gian (tù rât lớn<br /> cũng đà chi ra rằng đặc tính bât đăng hướng là đáng v ó i kích thư ớc trên lO.OOOkm như m ột s ố m áng kiến<br /> k ế trong đới chuyển tiếp của m anti ở dải độ sâu giữa tạo tới râ't nhỏ như các điểm nóng) cũng như thời<br /> 410 - 900km. gian (thời gian gắn với hoạt đ ộng kiến tạo m ảng tính<br /> đ ến h àn g chục triệu năm , các sự kiện tai biến như<br /> vỏ phát sin h đ iếm nóng, chu trình địa chấn và núi lửa<br /> chỉ k éo dài qua vài th ế kỷ). Với sự phát triến vượt<br /> Moho<br /> bậc v ể thiết bị quan trắc địa chấn dải rộng từ nhừng<br /> Manti trên<br /> năm 80 của th ế kỷ 20, việc phát triển các m ô hình 3D<br /> Manti dưởi theo các tham s ố địa chấn chính là m ột trong nhừng<br /> Lớp D" giải p háp thực t ế và hiệu quả đ ể giải quyết các vân<br /> Nhân ngoải<br /> đ ể đặt ra. N h ờ m áy tính có khả năng xử lý các tập dừ<br /> liệu rất lớn, kỹ thuật cắt lớp địa chấn có thê đưa ra<br /> Ranh giới<br /> lỏng - rắn h ình ảnh câu trúc sâu 3D của Trái Đất, cung câp các<br /> Nhân trong<br /> đ ầu m ối v ể bán chất cơ ch ế điều khiển các quá trình<br /> đ ổi lư u tron g manti.<br /> Hình 8. Các lớp khác nhau cùa Trái Đất. Q uá trình lan truyền sóng địa chấn rất nhạy với<br /> các dị th ư ờ n g nhiệt độ, áp suất, thành phẩn hóa học<br /> và các k hoán g vật. V iệc gia tăng nhiệt độ thư ờng dẫn<br /> tới sự su y giảm tốc đ ộ truyền són g địa chấn. N gư ợ c<br /> lại, v iệc gia tăng áp suất lại đi củng với sự gia tăng<br /> tốc đ ộ truyền són g địa chân. Đ ây là nhừ ng điểm<br /> quan trọng khi sử d ụn g phư ơng pháp địa chấn trong<br /> n g h iên cứ u câu trúc sâu của Trái Đâ't.<br /> N h ừ n g m ô hình 3D đẩu tiên của m anti Trái Đất<br /> đ ư ợ c đ ề xu ất vào cuối n h ũ n g năm 70 của th ế kỷ 20<br /> n h ư n g cu ộ c cách m ạng thật sự v ề cắt lớp địa chân<br /> xảy ra sau đ ó gần m ười năm, khi m ột bộ đẩy đủ các<br /> m ô h ìn h cắt lớp đư ợc đ ể xuất, từ b ể m ặt cho tới tâm<br /> của Trái Đâ't (xem M ontagner, 2011). H iện nay, độ<br /> p hân giải cho các dị thường k ế bên ở quy m ô toàn<br /> cẩu (cho toàn bộ Trái Đất) là khoảng l.OOOkm.<br /> H ình 10 [H.10] là m ột v í dụ v ề các m ô hình cắt lớp<br /> của Trái Đâ't (Thurber và Ritsema, 2007) với nhữ ng<br /> c ắ u trúc Trái Đất theo cắt lớp địa chắn 3D th ô n g tin m ó i v ể đ ộ n g lực Trái Đâ't và các quá trình ở<br /> d ư ớ i sâu. Ớ đ ộ sâu lOOkm, sự phân b ố các dị thường<br /> Một thực t ế là khi sử d ụ n g các m ô hình Trái Đất tốc đ ộ lan truyền són g địa chấn phản ánh cấu trúc<br /> 1D nêu trên các nhà khoa h ọc đã không thế giải thích địa chất trên mặt. Tại hầu hết các ranh giới m ảng tốc<br /> đ ư ợ c sự khác biệt quan trọng v ể thời gian truyền đ ộ lan truyền són g địa chân là thấp v ì chúng thường<br /> só n g (m ặc dù khá nhỏ, d ư ới 10%) giữa số liệu quan gắn liề n v ớ i các hoạt đ ộn g núi lửa. Tại các m iền đại<br /> sát và s ố liệu tính toán lý thuyết. N h ử n g khác biệt d ư ơ n g , tốc đ ộ lan truyền sóng địa chân tăng lên theo<br /> này được cho là do có các bất đ ổn g nhâ't v ề đặc tính tu ổ i của n h ữ n g v ù n g đ áy biển được xác định gắn với<br /> vật lý ở k ế bên, trong các lớp khác nhau của Trái Đất. quá trình n g u ộ i đi của các m ảng theo thời gian. N h ư<br /> Sau khi m ô hình kiến tạo m ảng và đối lưu trong vậy, sự p hù hợp đáng k ế giữa cấu trúc địa chấn quan<br /> m an ti được chấp nhận, m ột loạt vấn đ ể liên quan tới trắc đ ư ợ c và cấu trúc su y diễn theo địa chất là bằng<br /> địa động lực bên trong Trái Đ ất được đặt ra. Đ ó là - ch ứ n g đ ẩu tiên v ề tính hiệu quả của p hư ơn g pháp<br /> N g u ồ n gốc của đ iểm n ón g là gì? Có bao n hiêu lớp cắt lớ p địa chấn. Tại các độ sâu lớn hơn, tương quan<br /> trong manti? Q uá trình đối lưu trong m anti d iễn ra giữ a địa chât trên mặt và cấu trúc địa chấn dẩn kém<br /> thê nào? Địa chất trên mặt (lục địa, ranh giới m ảng, đi và b iên đ ộ của các dị thường địa chấn giảm<br /> các điếm nóng) đ ư ợc phản ánh như thê nào ở dưới x u ố n g . Khi xu ống tới đ ộ sâu khoảng 250 - 300km<br /> sâu? Sụ tương tác và kết hợp giừa các lớp khác nhau vẫn cò n có th ể thây được m óng của lục địa nhưng<br /> cua Trái Đằ't ra sao? Các d òn g chày ở sâu trong k h ô n g thê nhận ra các sống núi giừa đại dương.<br /> m anti tác đ ộn g đến địa chất trên mặt như thê nào N g ư ợ c lại, các phiến hút chìm gắn với tốc đ ộ lan<br /> hoặc các hiện tượng trên mặt tác đ ộn g đến đ ộ n g lực truyền só n g cao vẫn thấy được ở đ ộ sâu rất lớn. Đới<br /> 664 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> chuyên tiếp (410 - 660km) vẫn thuộc vào m ột trong m anti) được tóm lược ở hình 12 [H.12]. Tại m óng<br /> SỐ nhừng dải chiểu sâu mà các dị thường địa chấn m anti, lớp D" vẫn còn là bí ẩn bời nó có thê là nơi các<br /> kém rõ ràng nhâ't. N ét đặc trưng của nó là tính bất phiến hút chìm tiêu biến đi và có điểu kiện phù hợp<br /> đ ổn g nhât yếu n hưng có phân b ố tốc đ ộ lan truyền đ ê trở thành thê m ẹ của m ột s ố chùm m an ti sinh ra<br /> són g địa chấn rất đơn giản với giá trị cao ở xung các điểm n óng trên b ể mặt Trái Đất.<br /> quanh Thái Bình D ương, giá trị thâp tại bên dưới Các m ô hình cắt lớp toàn cẩu được cải tiến hàng<br /> v ù n g trung tâm Thái Bình D ương và Châu Phi và năm không chi ở s ố lượng dữ liệu tăng lên mà còn ở<br /> đ ược gọi là m ô hình hai câp. Mô hình hai cấp này các tham s ố được sử dụng ngày m ột p hong phú và<br /> được liên hệ với các d òn g m anti quy m ô lớn dâng khái quát hơn. Hiện tại, chúng bao gồm cả các đặc tính<br /> lên ở bên dưới trung tâm Thái Bình D ư ơng và Châu<br /> bất đẳng hướng và phi đàn hổi (Montagner, 2011).<br /> Phi, đi xuống ở hai rìa Thái Bình D ương. Vai trò của<br /> V iệc khai thác đặc tính bất đ ổn g nhấi đ ẳn g h ư ớng có<br /> các bất đ ổng nhât kích thước lớn là nổi trội, tuy<br /> th ế xác định các v ù n g nóng, lạnh bên trong Trái Đât,<br /> nhiên vai trò của các đối tượng kích thước nhỏ như<br /> còn sử d ụ n g tính bât đẳng h ư ớng địa chấn cho phép<br /> phiến hút chìm và chùm m anti vẫn chưa thật sự<br /> khảo sát d òn g đối lưu. Gaboret và nnk. (2003) đã chi<br /> rõ ràng (M ontagner, 2011).<br /> ra rằng chu trình m anti su y ra từ các m ô hình địa<br /> Biểu hiện của các phiến hút chìm trong các đ ộn g lực Tất phù hợp với các phân b ố bâ't đẳng<br /> nghiên cứu ở quy m ô khu vực d ư ờng như không h ư ớng xu yên tâm và phư ơng vị [H.13]. Tính bất<br /> thống nhất [H .lla ]. Một s ố phiến hút chìm có v ẻ cắm đắng hướng có rất nhiều ứng dụng như xác định đáy<br /> sâu xu ống tận ranh giới nhân - m anti (van der H ilst m óng lục địa, khảo sát đối lưu quy m ô n hỏ tại m óng<br /> và nnk. 1997), ngược lại m ột s ố khác, chẳng hạn bên<br /> thạch quyến, khảo sát các lớp ranh giới đ ối lưu bên<br /> dưới N hật Bản (Fukao và nnk. 2001), bị giới hạn ở đới<br /> trong Trái Đất, trong đới chuyển tiếp, lớp D" và<br /> chuyển tiếp [H .lla ]. Còn các chùm m anti và các<br /> thậm chí ở nhân trong (xem M ontagner, 2011).<br /> điểm n óng liên quan có th ể khởi đẩu tại n hừ n g nơi<br /> xung yếu của lục địa, bao gồm nơi bắt đẩu của các N hữ n g tiến bộ ấn tượng của cắt lớp địa chấn, địa<br /> sốn g núi đại d ư ơ n g m ói [H .llb ]. N gu ồn gốc của hóa học và vật lý tinh thế đạt được trong 20 năm gần<br /> chùm m anti vẫn còn là vấn đ ể gây tranh cãi. D ư ờng đây trong nỗ lực tìm hiểu địa đ ộn g lực toàn cẩu đà<br /> như chúng không có m ột nguồn gốc d uy nhất, cho thây hành tinh của chúng ta râ't sốn g động. Tâ't cả<br /> n hưng rõ ràng chúng có th ể phát sinh từ các lớp các lớp là bất đ ổng nhất, có sự tưcmg tác và trao đổi<br /> ranh giới khác nhau trong Trái Đât như trong quyển vật chất. Đ ến nay, các m ô hình cắt lớp 3D toàn cẩu đã<br /> m ềm , đới chuyển tiếp và lớp D". Hai m ô hình đưa ra được giải quyết tốt cho những đối tượng địa châ't có<br /> sự giải thích khác biệt v ể n gu ồn gốc và đ ộ sâu sinh kích thước rất lớn (>1.000km). Tuy nhiên, chúng vẫn<br /> ra các chùm manti (m ô hình m ảng và m ô hình chùm chưa thỏa mãn đối với các đối tư ợng địa chất có kích<br /> <br /> SAVV24B16 SB4L18 TXBW S20RTS<br /> <br /> <br /> <br /> 120 km (X = 7%)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 10. Các mô hình tốc độ lan truyền sóng s (SAVV24B16, SB4L18, TXBW và S20RTS) tại các độ sâu<br /> 125.600, 1.350 và 2.750 km (Nguồn: Thurber và Ritsema, 2007).<br />  Đ ỊA V Ậ T LỶ 665<br /> <br /> <br /> <br /> thước nho hơn mặc dù có râ't nhiều đối tượng như hiện các n ghiên cứu ờ quy m ô lớn với đ ộ chi tiết cao<br /> vặy, chăng hạn như các p hiến hút chìm hoặc chùm hơn. Tuy nhiên, cũng cẩn phải nói rằng phư ơng<br /> manti, rộng khoảng lOOkm, có vai trò then chốt trong pháp cắt lớp địa chân hiện nay vân còn hạn c h ế ở<br /> địa đ ộng lực toàn cẩu. Chất lư ợn g hình ảnh 3D của chô n ó chỉ có thê cung cấp hình ảnh tức thời. D o vậy,<br /> các nghiên cửu ở quy m ô khu vự c hiện nay đã khá đ ể có thêm thông tin v ể lịch sử Trái Đất, vẫn cần<br /> tốt [H.14] nhưng rõ ràng, ở quy m ô toàn cầu vẫn cẩn phái đối sánh các kết quả địa chấn với các kết quả<br /> phải tiếp tục cải thiện yếu tố này cùng với độ phân mà nhừ ng lĩn h vực khoa học v ể Trái Đất khác đem<br /> giải theo phương ngang, đ ổn g thời kết hợp chặt chẽ lại. Địa chấn nói riêng và Địa vật lý nói chung mới<br /> các nển tàng lý thuyết truyền thống với các đặc tính chỉ cung câp được m ột s ố m ảnh gh ép trong bức<br /> bâ't đăng hướng và phi đàn hồi. V iệc xây dự ng m ột tranh toàn cảnh v ề địa đ ộng lực toàn cẩu và cẩn<br /> m ô hình Trái Đất tham khảo 3D phù hợp với s ố liệu thêm rất n hiều nỗ lực trong nhiều lĩnh vự c đ ê có thể<br /> địa chất, khoáng vật và m ô hình đ ộn g lực học châ't hiếu đ ầy đủ v ể tiến hóa không/thời gian của hành<br /> lòng là thực sự cần thiết. tinh mà chúng ta đ ang sinh sống.<br /> Trục<br /> Mỏ hinh Mô hỉnh<br /> chùm manti c_2 'CK. máng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Nhật Bàn Tonga<br /> <br /> <br /> Đ ộ sâu<br /> (Km )<br /> <br /> <br /> 300<br /> <br /> <br /> 65 0<br /> <br /> <br /> 1000 Nóng Tốc độ châm<br /> <br /> < Tốc độ » Tổcdộ<br /> tương đổi tương dối<br /> 1450<br /> Hình 12. Hai mô hình đưa ra cách giải thích khác nhau về<br /> nguồn gốc của các điểm nóng (Bên trái: C ourtillot và nnk.,<br /> 2003; Anderson, 2001) (Nguồn: Foulger và nnk., 2005).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 11. Hình ảnh cắt lớp của (a) các phiến hút chim<br /> (Nguồn: van der Hilst và nnk., 1997) và(b)chùm m anti<br /> (Nguồn: M ontelli và nnk., 2004).<br /> <br /> N hữ n g tiến bộ nêu trên đã dẫn đến sự gia tăng<br /> các thiết bị m ói n hư các m ạng lưới trạm địa chân dày<br /> đặc trên đất liền (chẳng hạn m ạng lưới địa chân của<br /> M ỹ, của Châu Âu, m ạng H i-N et của N hật Bản,<br /> v.v...), dưới đáy biến. Đ ổn g thời, các kỹ thuật tính<br /> toán tham s ố phục vụ m ô hình hóa và giải bài toán<br /> ngược cũng liên tục phát triến và hiện nay đã có thê<br /> sử d ụng đ ầy đủ các d ạng són g địa chấn khác nhau<br /> và kết hợp n hiều d ạng s ố liệu như nhiều địa chấn<br /> (Shapiro và nnk., 2005), ch u yển đ ộn g quay (Lee và Hình 13. Mô phỏng số về lưu thông dòng chảy chồng lên mô<br /> nnk., 2009), biến d ạng (M oritz và nnk., 2011) đ ế thực hình cắt lớp 3D (Nguồn: Gaboret và nnk., 2003).<br /> 666 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÂT<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 200 400 600 8 0 0 1000 1200 1400 1 6 0 0 1 8 0 0<br /> Độ sâu (km)<br /> H ì n h 1 4 . Cấu trúc sâu 3D khu vực Bắc Mỹ từ độ sâu 100 km trở xuống. Hình bên trái thẻ hiện các cấu trúc tương ứng với<br /> dị thường tốc độ truyền sóng dVp/Vp = +0.35%, hình bên phải thẻ hiện các cấu trúc tương ứng với dVpA/p = -0.35%<br /> (Nguồn: Sigloch, 2011).<br /> <br /> quan tâm là cư ờng đ ộ chân đ ộng. Khi các thiết bị ghi<br /> Địa chắn công trình, nguy hiểm động đất và<br /> nhận dao đ ộ n g nền chưa đư ợc phát triển, cường đ ộ<br /> rủi ro động đất<br /> chân đ ộn g d o đ ộn g đâ't gây ra trên mặt đất đư ợc<br /> Sóng địa chân m ột mặt có ích vì m ang thông tin đánh giá theo các thang phân bậc m ứ c đ ộ tác đ ộ n g<br /> v ề n guồn sinh chấn và m ôi trường tru