Dị thường trọng lực

Đừng nhầm lẫn với Dị thường hấp dẫn.

Trong địa vật lý, dị thường trọng lực (tiếng Anh: gravity anomaly) là sự khác biệt giữa gia tốc quan sát của trọng lực của hành tinh với giá trị trường bình thường, là giá trị trường tính toán được khi khái quát hành tinh theo một mô hình xác định.

Vật lý địa cầu nghiên cứu dị thường trọng lực phục vụ nghiên cứu cấu trúc và trạng thái Trái Đất và các hành tinh.

Trong địa vật lý thăm dò, nghiên cứu dị thường trọng là nội dung của thăm dò trọng lực, phục vụ khảo sát địa chất tổng quát, tìm kiếm dầu khí, tìm kiếm khoáng sản, điều tra địa chất môi trường và tai biến tự nhiên,...

Các dị thường của trọng lực và của geoid gây ra bởi sự thay đổi của bề dày thạch quyển và của vỏ Trái Đất so với hình mẫu mốc.

Bản đồ dị thường trọng lực (Bouguer) ở bang New Jersey (USGS).

Nguồn gốc

Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, tương tác hấp dẫn của Trái Đất cùng với lực ly tâm do sự xoay của Trái Đất tạo ra trọng trường Trái Đất, tác động lên các vật thể và dẫn đến các vật thể có trọng lượng.^[1]

Khái quát Trái Đất là khối gồm các lớp với mật độ làm trơn theo lớp, thì trọng trường ứng với nó được gọi là trường bình thường. Mặt đẳng thế trọng trường ứng với mực nước biển trung bình (mean sea level, MSL) được định nghĩa là geoid đặc trưng cho hình dạng thực của Trái Đất. Tức là trên đại dương mặt geoid trùng với mặt nước biển yên tĩnh với giả định không có thủy triều, sóng và các nhiễu động khác.

Geoid là cơ sở để lập ra ellipsoid quy chiếu hay hình cầu dẹt của Trái Đất, làm nền tảng trong môn Trắc địa để lập ra Bản đồ địa hình trên Trái Đất.

Đơn vị đo trọng trường Trái Đất là gal, được định nghĩa bằng 1 cm/s².

Sự khác nhau của mật độ đất đá trong các phần của vỏ Trái Đất dẫn đến trọng lực ở vị trí cụ thể là khác nhau. Đo trọng lực và trừ đi phần trường bình thường, sẽ thu được trường dị thường trọng lực, hoàn toàn đặc trưng cho khối vật liệu đó. Nó tương ứng với lực hấp dẫn của khối vật liệu có mật độ nào đó trừ đi phần mật độ “bình thường”, và được gọi là mật độ dư. Mật độ dư âm dẫn tới dị thường âm, tức là trọng trường ở đó nhỏ hơn trường bình thường.

Các dị thường rộng lớn liên quan đến đối tượng nằm sâu hay trải rộng, gọi là dị thường khu vực (regional). Các dị thường chiếm diện tích nhỏ hơn là dị thường địa phương (local), và nhỏ nữa—dị thường cục bộ, có nguồn gốc nằm nông.

Mô hình ellipsoid là mô hình chung cho mọi hành tinh trong đó có Trái Đất, nên những khái niệm nêu trên đúng cho các hành tinh.

Thu thập dữ liệu

Thông thường thực hiện đo giá trị trường bằng máy đo trọng lực (gravimeter). Trong các khảo sát cần độ chi tiết và khả năng phát hiện đối tượng cao thì đo gradient trường bằng Máy đo gradient trọng lực. Kiểu đo này cho ra độ chênh trường tại cùng thời điểm và hoàn cảnh môi trường, nên có gradient trường chân thực, hơn hẳn gradient tính được từ số liệu đo trường.

Khi đo khảo sát bằng máy đo trọng lực tương đối, phải lập ra lưới điểm tựa (control network) là lưới các điểm có giá trị trường được đo bằng máy có độ chính xác cao hơn, làm mốc giá trị trường. Chuyến đo phải bắt đầu và kết thúc bằng đo tại điểm tựa. Trong thăm dò thì các chuyến đo cần được thực hiện trong thời gian có biến thiên trường gần tuyến tính.

Khi đo trọng lực phải đo kèm tọa độ và độ cao điểm đo để sau này hiệu chỉnh kết quả đo về cùng một mức độ cao.

Đo đường bộ

Đo theo tuyến chuẩn bị sẵn hoặc theo hành trình bằng máy đo trọng lực đường bộ.

Đo trên tàu biển

Đo trên boong tàu đang chạy, đo kéo theo sát đáy, hay đo điểm tùy theo nhiệm vụ khảo sát và phương tiện.

Trên đại dương có độ sâu vài ngàn mét thì dùng máy đo thả xuống dưới sâu sẽ thu được độ chi tiết tốt hơn là đo trên mặt nước.

Đo trên máy bay

Dùng máy đo trọng lực máy bay, đo theo tuyến vạch trên bản đồ địa hình dẫn đường.

Hiệu đính xử lý dữ liệu

Số liệu trường dị thường được xử lý và thường biểu diễn ở dạng bản đồ đẳng trị, thực hiện bằng các phần mềm như Golden Software's Surfer.

Nhìn định tính, bản đồ cho biết nơi trường dị thường âm thì đất đá có mật độ nhẹ hơn trung bình (gọi là mật độ dư âm), nơi có trường dị thường dương thì mật độ nặng hơn trung bình (gọi là mật độ dư dương). Sự sắp đặt của các dải dị thường cho thấy hình thái cấu trúc vật lý – địa chất của vùng, từ đó luận giải ra các yếu tố kiến tạo.

Thăm dò trong không gian

Thăm dò trong không gian thực hiện với nhiều quan sát vật lý và địa vật lý, trong đó có các quan sát trọng trường và từ trường. Trong đó chương trình Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) thực hiện với 2 vệ tinh, dò tìm thay đổi trọng trường Trái Đất.

Đo sự thay đổi trọng trường và từ trường bằng tàu vũ trụ trên quỹ đạo cho phép xác định các chi tiết tinh tế của trường ở hành tinh được quan sát. Ví dụ, trong năm 1970, các nhiễu động trọng trường trên biển Mặt Trăng (lunar maria) đã được đo lường thông qua tàu vũ trụ Mặt Trăng, dẫn đến việc phát hiện sự tập trung mật độ (mascon), bên dưới các bồn trũng Imbrium, Crisium, Nectaris và Humorum.^[2]

Đối tượng nghiên cứu

• Thạch quyển.
• Thủy quyển.
• Trái Đất.
• Hành tinh.

Xem thêm

• Trọng trường Trái Đất
• Thăm dò trọng lực
• Ellipsoid quy chiếu

Tham khảo

1. Pumphrey. H. C., 2014. Gravity surveying: a brief introduction. Truy cập 1 Mar 2015.
2. Muller P., Sjogren W., 1968. Mascons: lunar mass concentrations. Science 161 (3842): 680–684.

Liên kết ngoài

• Bouguer anomaly theory Lưu trữ 2009-01-13 tại Wayback Machine