Skip to content

Chương 9 — Nội bộ Quả Đất và địa chấn học

Gần như mọi hiểu biết về phần sâu của Quả Đất đều đến từ sóng địa chấn. Cùng nền vật lý đó cũng là cơ sở của mọi phương pháp địa chấn dùng trong khảo sát địa kỹ thuật — nên chương này vừa là kiến thức nền, vừa là phương pháp luận.

9.1 Sóng khối

Hai loại sóng truyền qua nội bộ Quả Đất:

  • Sóng P (sơ cấp) — sóng nén. Nhanh nhất; truyền qua rắn, lỏng và khí.
  • Sóng S (thứ cấp) — sóng cắt. Chậm hơn; chỉ truyền qua chất rắn.

Hình: geology-seismic-hammer.png

Hình. Một nhát búa vào khối đá tạo sóng địa chấn trong đó — nguyên lý của các phép đo địa chấn giữa hố khoan, trong hố khoan và khúc xạ. © Steven Earle, CC BY 4.0 — Physical Geology, 2nd ed., Hình 9.1.1.

Hình: geology-wave-velocities.png

Hình. Vận tốc điển hình của sóng P (đỏ) và sóng S (xanh) trong trầm tích và đá vỏ nguyên thể. Tương phản lớn giữa đất yếu và đá là cơ sở để khúc xạ địa chấn xác định chiều sâu tới đá gốc. © Steven Earle, theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (phạm vi công cộng) — Physical Geology, 2nd ed., Hình 9.1.3.

9.2 Vận tốc và tính chất vật liệu

Vận tốc sóng phụ thuộc độ cứng đàn hồi và khối lượng riêng. Vì độ cứng thường tăng theo chiều sâu nên vận tốc cũng tăng theo chiều sâu — nhưng nó giảm mạnh ở nơi vật liệu yếu, nứt nẻ hoặc nóng chảy một phần. Vận tốc giảm cục bộ là một dị thường, và lập bản đồ dị thường chính là việc mà khảo sát địa chấn làm.

9.3 Quả Đất phân lớp

  • Vỏ — tới khoảng 30–40 km dưới lục địa, 5–10 km dưới đại dương.
  • Moho — ranh giới vỏ – macti, phát hiện nhờ bước nhảy đột ngột của vận tốc sóng.
  • Macti — tới 2 890 km; khoẻ và nặng.
  • Nhân — phần ngoài lỏng (sóng S không qua được) và nhân trong rắn.

Hình: geology-wave-shadow-zones.jpg

Hình. Truyền sóng địa chấn qua macti và nhân. Sóng S bị chặn ở ranh giới nhân – macti, để lại vùng tối sóng S ở phía đối diện Quả Đất. © Steven Earle, CC BY 4.0 — Physical Geology, 2nd ed., Hình 9.1.6.

Điểm then chốt cho kỹ sư địa kỹ thuật

  • Vận tốc sóng S là thông số động then chốt của đất dùng trong đánh giá ứng xử nền và hoá lỏng.
  • Tương phản vận tốc = ranh giới phát hiện được. Tương phản đất/đá là thứ khúc xạ địa chấn khai thác để tìm chiều sâu tới đá gốc.
  • Sóng S không qua chất lỏng, đó là lý do nó phát hiện được lớp bão hoà, mềm hoặc có thể hoá lỏng.
  • Moho là mặt gián đoạn sâu nhất — nhưng những mặt quan trọng nằm cách móng vài mét, chứ không phải vài kilômét.

Thuật ngữ

Tiếng Anh Tiếng Việt
P wave / S wave sóng P / sóng S
seismic velocity vận tốc địa chấn
refraction / cross-hole seismic địa chấn khúc xạ / giữa các hố khoan
Moho (Mohorovičić discontinuity) mặt Moho
anomaly dị thường
shear-wave velocity (Vs) vận tốc sóng cắt (Vs)

Tổng hợp Chương 9, Physical Geology – 2nd Edition, Steven Earle (CC BY 4.0).