Công nghệ địa chấn sử dụng trong Hệ thống quan trắc quốc tế của CTBTO

Friday, 16/11/2012, 14:36

     Địa chấn học là ngành nghiên cứu các sóng địa chấn, nguồn gốc và sự ảnh hưởng của các sóng địa chấn khi chúng truyền qua trái đất. Sóng địa chấn không chỉ là kết quả từ động đất mà còn từ các sự kiện tự nhiên và nhân tạo. Thậm chí một người dậm mạnh trên mặt đất có thể tạo ra một làn sóng địa chấn có thể đo được bằng máy đo địa chấn có độ nhạy cao.

     Cường độ, quy mô của động đất và các sự kiện địa chấn khác được đo bằng đơn vị độ Richter. Mỗi năm trên toàn cầu có hàng nghìn trận động đất có cường độ lớn hơn 4 độ Richter sảy ra. Một trận động đất cường độ 4 độ Richter là một trận động đất khá nhẹ, có thể làm cửa sổ rung nhẹ  nhưng không gây ra thiệt hại đáng kể.

     Công cụ sử dụng để đo các sóng địa chấn là máy đo địa chấn, đó là những thiết bị cảm biến chuyển đổi chuyển động của mặt đất thành điện áp.

 Mục tiêu của quan trắc địa chấn là để phát hiện và xác định vị trí các vụ nổ hạt nhân dưới lòng đất.

     Công nghệ quan trắc địa chấn là một trong bốn công nghệ được Hiệp ước cấm thử hạt nhân toàn diện (CTBT) sử dụng để giám sát sự tuân thủ Hiệp ước của các nước. Mục tiêu của quan trắc địa chấn là để phát hiện và xác định vị trí các vụ nổ hạt nhân dưới lòng đất. Số liệu từ quan trắc địa chấn được sử dụng để phân biệt giữa một vụ nổ hạt nhân dưới lòng đất với những hoạt động của tự nhiên và hoạt động do con người tạo ra, chẳng hạn như động đất và vụ nổ khai thác mỏ.

      Các vụ thử nghiệm hạt nhân dưới lòng đất bắt đầu vào những năm 1950 và gây nên mối quan tâm ngày càng tăng. Tuy nhiên các vụ thử này sẽ sớm được phát hiện bằng cách quan trắc địa chấn, đây là một phương pháp xác định cường độ và vị trí của một vụ thử hạt nhân dưới lòng đất.

     Sóng địa chấn truyền đi rất  nhanh. Các trạm địa chấn phân bố trên toàn cầu có thể đo được sóng đó trong những khoảng thời gian khác nhau, từ một vài giây để khoảng mười phút.

      Một sự kiện địa chấn tạo ra các sóng cơ và sóng bề mặt. Cả hai đều rất quan trọng để phân tích một sự kiện địa chấn, chúng cung cấp thông tin cần thiết về địa điểm, cường độ và tính chất của một sự kiện.

      Có hai loại sóng cơ phát ra từ một sự kiện địa chấn, sóng P và sóng S. Sóng P là sóng sơ cấp và  lan truyền trong lòng đất theo hướng của phương truyền sóng. Các sóng này có thể di chuyển qua một vật liệu bất kỳ.

 

Hình 1: Một sự kiện địa chấn tạo ra các loại sóng khác nhau, sóng cơ (Body waves) và sóng bề mặt (Surface waves)

     Sóng S là sóng thứ cấp di chuyển vuông góc với phương truyền của sóng. Sóng S chỉ có thể truyền qua các chất rắn nhưng không truyền qua chất lỏng hoặc khí.

     Đo góc của hai sóng P và sóng S có thể xác định được hướng mà từ đó các sóng được phát ra. Từ tốc độ di chuyển khác nhau của các sóng, cũng có thể xác định khoảng cách đến nguồn bằng cách đo thời gian đến khác nhau của các sóng.

 

Hình dưới đây là số liệu của trạm quan trắc địa chấn, được gọi là số liệu dạng sóng (waveform)

Mô hình trạm quan trắc địa chấn

     Hình dưới đây là sơ đồ nguyên lý của một trạm quan trắc địa chấn của CTBTO.

    Tín hiệu địa chấn được ghi nhận bởi đầu đo địa chấn và được đưa đến thiết bị lưu giữ và được truyền về Trung tâm dữ liệu quốc tế (IDC) của tổ chức CTBTO thông qua mạng viễn thông toàn cầu, tại đó nó được phân tích và lưu giữ và cung cấp cho các quốc gia thông qua Trung tâm dữ liệu quốc gia của các nước thành viên.

 Các bước xây dựng hệ thống trạm giám sát quốc tế (International Monitoring System- IMS), đó là khảo sát vị trí, lắp đặt, chứng nhận và hoạt động.

 

 

Hình 2: Trạm địa chấn PS14 ở tỉnh Chiang Mai, Thailand

Bước một: Khảo sát vị trí được chọn để tiến hành đánh giá sự phù hợp của vị tríđó  và xác định những điều kiện cụ thể có thể ảnh hưởng đến thiết kế của trạm.

Bước hai: Một nhà thầu duy nhất được chọn để sản xuất, thiết kế và lắp đặt trạm. Lựa chọn này thường được thực hiện thông qua một quá trình đấu thầu quốc tế. Ủy ban của Hiệp ước cấm thử hạt nhân toàn diện (CTBTO) cung cấp hướng dẫn cho công trình xây dựng trạm và đánh giá tất cả các khía cạnh của quá trình để đảm bảo rằng nó đáp ứng tất cả tiêu chuẩn để nó có thể được chứng nhận như là một trạm hợp lệ trong mạng IMS 

      CTBT liệt kê các tọa độ địa lý cho mỗi trạm. Một cuộc khảo sát xác định vị trí chính xác của một trạm địa chấn.

     Những trạm IMS phải chắc chắn rằng dữ liệu nhận được tại IDC đáng tin cậy. Điều này đạt được thông qua một "chữ ký " kỹ thuật số đặc biệt trong dữ liệu từ mỗi trạm. Những thiết bị phát hiện sự giả mạo được đặt xung quanh các thiết bị địa chấn để ngăn chặn giả mạo với phần cứng.

 Bước ba, trạm IMS phải được chứng nhận để đảm bảo rằng tất cả các cơ sở hạ tầng, trang thiết bị và thiết lập của nó đáp ứng các thông số kỹ thuật của CTBTO và tất cả các dữ liệu được truyền đến IDC được đặt ở Viên thông qua các cơ sở hạ tầng truyền thông toàn cầu một cách kịp thời.

 Thứ tư, sự vận hành và bảo dưỡng được thành lập giữa CTBTO và những người điều hành trạm. Giám sát chất lượng được thực hiện để duy trì các tiêu chuẩn cao của chất lượng dữ liệu và hiệu suất các trạm.

 Hiệp ước thành lập hai mạng lưới quan trắc địa chấn toàn cầu: một mạng lưới địa chấn chính với 50 trạm và một mạng lưới địa chấn phụ trợ với 120 trạm. Các trạm của mạng lưới địa chấn chính gửi dữ liệu liên tục theo thời gian thực tới IDC và sẽ được sử dụng rộng rãi nhất. Mạng lưới địa chấn phụ trợ đang được nâng cấp để đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật IMS. Các trạm địa chấn phụ trợ không gửi dữ liệu theo thời gian thực nhưng sẽ gửi khi có yêu cầu.

Phân bố địa lý 50 trạm quan trắc địa chấn chính của CTBTO

     Cho tới thời điểm hiện tại, mạng quan trắc địa chấn đã hoàn thành 85%. Tất cả các trạm đã được lắp đặt truyền tín hiệu liên tục về IDC của CTBTO tại thủ đô Viên, Áo. Ngoài mục tiêu để phát hiện vụ nổ thử hạt nhân, hiện nay mạng quan tắc địa chấn của CTBTO còn góp phần tích cực cho việc quan trắc và cảnh báo sóng thần đối với một số quốc gia như Nhật Bản, Hàn Quốc, Indonesia, Malaysia…trên cơ sở ký kết thoả thuận giữa CTBTO và các quốc gia này.

 Trung tâm dữ liệu quốc gia cho Hiệp ước Cấm thử hạt nhân toàn diện,

             Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân

 

Lượt xem: 2237

Các tin khác