Địa vật lý là ngành khoa học sử dụng các phương pháp vật lý để nghiên cứu cấu tạo bên trong của Trái Đất, tính chất và các quá trình vật lý diễn ra bên trong và ở các lớp bao quanh Trái đất như thạch quyển, thủy quyển và khí quyển. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu liên quan của khoa học địa vật lý rất rộng. Trong mục từ này chỉ đề cập những nội dung và đối tượng nghiên cứu liên quan với phần bên trong và vỏ thạch quyển của Trái Đất.

Địa vật lý liên kết kiến thức của các ngành khoa học như địa chất, vật lý, thủy văn, hải dương học, thiên văn, toán học, cơ học, khí tượng, khí hậu,... và nhiều ngành khoa học tự nhiên khác.

Các quan sát địa vật lý được triển khai từ đầu thế kỷ 17 khi ở châu Âu phát hiện ra các định luật vật lý kinh điển như định luật vạn vật hấp dẫn của Isaac Newton, định luật rơi tự do của Galileo Galilei,... và hình thành các đài quan sát các hiện tượng vật lý trong tự nhiên, thực hiện các chuyến thám hiểm và khảo sát các trường vật lý của Trái Đất. Trong thế kỷ 20, các khảo sát địa vật lý có quy mô rộng lớn, sử dụng các phương tiện và thiết bị hiện đại, liên kết nhiều quốc gia, nhiều tổ chức quốc tế. Sự phát triển mạnh mẽ các điều tra, nghiên cứu về cấu tạo của Trái Đất và các quá trình, hiện tượng vật lý liên quan trong tự nhiên đã mở rộng phạm vi của địa vật lý như một lĩnh vực kết nối kiến thức của nhiều ngành khoa học tự nhiên vào một hệ thống.

Căn cứ vào phạm vi và đối tượng nghiên cứu người ta phân chia địa vật lý thành ba nhánh tương ứng với ba chuyên ngành: Vật lý địa cầu với đối tượng nghiên cứu là cấu tạo bên trong, tính chất, hiện tượng và các quá trình vật lý của Trái Đất; Vật lý khí quyển với phạm vi, đối tượng nghiên cứu là tầng khí quyển và các tính chất và hiện tượng vật lý liên quan với tầng khí quyển của Trái Đất; Vật lý thủy quyển với phạm vi và đối tượng nghiên cứu là toàn bộ lớp nước của Trái Đất gồm nước trong các đại dương và nước trên các lục địa.

Với các đối tượng nghiên cứu và phát triển, ứng dụng liên quan với Trái Đất và phần vỏ cứng của nó, vật lý địa cầu là một trong ba nhánh của khoa học địa vật lý có sự liên quan trực tiếp và chặt chẽ với ngành khoa học địa chất. Căn cứ vào đối tượng và nội dung nghiên cứu trong chuyên ngành vật lý địa cầu hình thành những bộ môn tương ứng như địa chấn và cấu tạo bên trong Trái Đất, địa từ, trọng lực học, địa nhiệt, địa điện, địa vật lý hạt nhân, địa động lực và thăm dò địa vật lý.

Cơ sở kiến thức chuyên ngành vật lý địa cầu

Địa chấn học

Địa chấn học là môn khoa học nghiên cứu quá trình phát sinh, lan truyền và tác động của sóng địa chấn bên trong và trên bề mặt Trái Đất. Sóng địa chấn là sóng đàn hồi được phát sinh do sự phá hủy cân bằng ứng suất trong môi trường đất đá. Nguồn chấn động chủ yếu trong các tầng đất đá là nguồn tự nhiên như động đất, trượt lở hoặc va chạm của các thiên thạch với bề mặt Trái Đất. Ngoài ra còn có thể là nguồn địa chấn nhân tạo như các vụ nổ dưới lòng đất do con người tạo ra.

Các sóng động đất được ghi nhận bằng các máy địa chấn. Máy địa chấn ghi được dao động ở dạng băng địa chấn, trên băng địa chấn ghi thời gian từ khi phát sinh và các pha lan truyền, độ rung động và sự biến động của các sóng địa chấn. Phân tích các băng địa chấn ghi được tại các trạm ghi trên bề mặt và kết hợp các số liệu địa vật lý khác, các nhà khoa học đã xác định được cấu tạo phân lớp bên trong của Trái Đất cùng với các tính chất và tham số hình học cụ thể (hình 2, bảng 1). Xác định được sự thay đổi mạnh mật độ và tốc độ truyền sóng địa chấn bên trong các lớp theo chiều ngang và chiều thẳng đứng tạo nên các bất đồng nhất tồn tại bên trong Trái Đất. Các bất đồng nhất này là nguyên nhân tạo nên các dị thường và biến động trong cấu trúc của các trường địa vật lý như địa chấn, địa từ, trọng lực, địa nhiệt và cả hình dạng của Trái Đất (thể hiện trong độ cao mặt Geoid).

Các thuộc tính cơ bản của Trái Đất

Thuộc tính cơ bản	Đơn vị đo	Ký hiệu	Giá trị
Khối lượng	kg	M	5,97378 × 1024
Mật độ trung bình	kg/m3	ρ	5,513 g/cm3
Thể tích	m3	V	1,08320 × 1021
Bán kính cầu đồng thể tích	m	Re	6.371.000
Bán kính xích đạo	m	a	6.378.136
Bán kính cực	m	c	6.356.751
Tổng diện tích bề mặt	m2	A	5,100655 × 1014
Diện tích mặt biển	m2	Ab	3,62 × 1014
Diện tích mặt đất	m2	Ađ	1,48 × 1014
Khối lượng khí quyển	kg	mkq	5,1 × 1018
Khối lượng nước biển	kg	mđd	1,4 × 1021
Khối lượng lớp vỏ	kg	mvỏ	2,8 × 1022
Khối lượng lớp manti	kg	mmt	4,0 × 1024
Khối lượng nhân ngoài	kg	mnn	1,85 × 1024
Khối lượng nhân trong	kg	mnt	9,7 × 1022
Bán trục quỹ đạo	m	rE	1,4959789 × 1011
Độ dẹt		f	1:298,257223563

Dựa và số liệu ghi được trên các băng sóng địa chấn người ta thiết lập các thang độ lớn động đất để đánh giá cấp độ lớn của động đất, xác định được vị trí của nguồn động đất gọi là chấn tiêu, điểm chiếu thẳng của chấn tiêu trên bề mặt là chấn tâm. Theo độ lớn động đất và phân bố chấn tâm ghi được mà xác lập được các vùng, các đới động đất mạnh và cực mạnh (thảm họa). Một trong những nhiệm vụ quan trọng của địa chấn học hiện đại là xác định vị trí, cơ cấu nguồn và cơ chế phát sinh động đất, đánh giá cường độ chấn động, đánh giá độ nguy hiểm động đất phục vụ ứng phó và phòng chống tác hại do động đất gây ra. Một trong những giải pháp phòng chống động đất được ứng dụng phổ biến ở nhiều nước là phân vùng động đất. Trong phương pháp phân vùng động đất người ta căn cứ vào đặc điểm phân bố của độ nguy hiểm động đất và cường độ chấn động trên bề mặt đất có thể do động đất gây ra để phân định các vùng có mức độ chấn động (chấn cấp) khác nhau để làm cơ sở quy hoạch và xây dựng các tiêu chuẩn kháng chấn cụ thể.

Nếu động đất mạnh xảy ra dưới đáy biển, ở vùng nguồn có sự xê dịch các khối đất đá lớn chiếm chỗ của nước biển tạo thành các cơn sóng mạnh có năng lượng lớn, biên độ sóng cao hàng chục mét tràn vào bờ được gọi là sóng thần. Ngày nay, ở các vùng ven biển có nguy cơ chịu tác động của sóng thần người ta đã tính toán đánh giá các kịch bản sóng thần có thể tràn đến và cảnh báo trước các thảm họa sóng thần có thể xảy ra để tổ chức phòng chống thích hợp.

Việc xây dựng các công trình như các đập thủy điện lớn hoặc thủy lợi tạo nên các hồ chứa với khối lượng nước tích trữ khổng lồ có thể tạo ra các động đất kích thích. Ở Việt Nam trong thời gian qua đã quan sát được các động đất kích thích xảy ra ở các vùng đập và hồ chứa như Hòa Bình, Sơn La, Sông Tranh 2 và một số nơi khác. Các động đất kích thích lúc mới xảy ra thường có độ lớn xấp xỉ 3-5 độ Richter và xảy ra khá dày trong vùng trong thời hạn 1-3 năm sau khi hồ tích nước, sau đó ổn định dần, tần suất và dộ lớn động đất đều giảm và thời gian sau đó nếu không có thay đổi về tải trọng nước trong hồ chứa thì động đất kích thích hầu như không xảy ra nữa.

Trọng lực học

Trọng lực học là bộ môn khoa học thuộc vật lý địa cầu nghiên cứu về trường trọng lực của Trái Đất và tương tác của nó với các vật thể ở bên trong, trên bề mặt và ở bên ngoài Trái Đất. Thành phần chủ yếu của trường trọng lực là lực hút, còn gọi là lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn là đặc tính của Trái Đất và mọi vật thể trong tự nhiên được biểu thị bằng định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Trọng lực là lực tổng hợp giữa lực hút của Trái Đất hướng vào tâm Trái Đất, lực ly tâm do Trái Đất quay quanh trục của nó và lực hút của các thiên thể như Mặt trăng, Mặt trời. Mọi vật trong trường trọng lực của Trái Đất đều ở trạng thái rơi tự do hướng về phía tâm của Trái Đất.

Đối tượng nghiên cứu chính của trọng lực học là mối liên quan của trường trọng lực với hình dạng của Trái Đất, trường trọng lực bình thường và dị thường, trạng thái đẳng tĩnh của vỏ Trái Đất. Trọng lực học là cơ sở cho sự hình thành và phát triển phương pháp thăm dò trọng lực được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu cấu trúc địa chất và tìm kiếm khoáng sản.

Hình dạng Trái Đất được xác định chính xác khi xác định được độ cao của mặt vật lý so với mặt chuẩn spheroid (ellipsoid dẹt). Trên thực tế khi đo độ cao địa hình ta mới xác định được độ cao so với mặt biển yên tĩnh tức là bề mặt Geoid. Bề mặt Geoid nằm ở độ cao ɳ so với mặt chuẩn spheroid. Mặt chuẩn spheroid là bề mặt của quả đất lý tưởng không có bất đồng nhất ở bên trong. Độ lệch ɳ là đại lượng cần xác định và nó được thể hiện trong giá trị trường trọng lực của Trái Đất. Hiện nay người ta còn sử dụng phương pháp đo từ vệ tinh để xác định thế trọng lực và xác định độ cao geoid qua thế trọng lực. Các kết quả xác định độ cao ɳ theo phương pháp trên được xây dựng thành các bản đồ độ cao mặt geoid với các mô hình Trái Đất chuẩn khác nhau đã được công bố và sử dụng rộng rãi.

Trường trọng lực của Trái Đất gồm hai thành phần cơ bản là trường bình thường và trường dị thường. Trường trọng lực bình thường là phần trường liên quan với Trái Đất chuẩn có cấu tạo bên trong đồng nhất, dạng ellipsoid xoay dẹt ở hai cực. Công thức tính giá trị trọng lực bình thường của Trái Đất chuẩn dạng ellipsoid xoay được phát triển và đưa về dạng chỉ phụ thuộc vĩ độ của Trái Đất. Các công thức tính trọng lực bình thường được sử dụng phổ biến là công thức Helmert (1901-1909), công thức trọng lực bình thường của Cassinis được công nhận là công thức quốc tế (1930), công thức trọng lực bình thường quốc tế 1971,... và một số công thức khác mới hơn đã được công bố. Ngoài ra còn có các công thức tính trường trọng lực bình thường với mô hình Trái Đất chuẩn dạng spheroid có độ dẹt và ba bán trục khác nhau, hoặc với nhiều điểm đo thực tế chính xác hơn. Trường dị thường là phần trường liên quan với các bất đồng nhất bên trong Trái Đất, đặc biệt là trong vỏ Trái Đất và thạch quyển. Dị thường trọng lực chính là đối tượng cần phát hiện và nghiên cứu của phương pháp thăm dò trọng lực.

Trường trọng lực của Trái Đất còn phản ánh trạng thái cân bằng đẳng tĩnh của lớp ngoài cùng của Trái Đất. Theo lý thuyết đẳng tĩnh thì trạng thái cân bằng đẳng tĩnh là cân bằng áp lực trên một bề mặt bên trong Trái Đất ở độ sâu gọi là độ sâu bù trừ. Trạng thái cân bằng đẳng tĩnh được biểu diễn lý thuyết theo các mô hình của Pratt, Airry (cân bằng đẳng tĩnh cục bộ) và Vening Meinesz (mô hình đẳng tĩnh khu vực). Trên thực tế, căn cứ vào các giá trị trường trọng lực được tính về các dạng dị thường đẳng tĩnh, dị thường rơi tự do (dị thường Faye) và dị thường Bughe đều có thể đánh giá được trạng thái đẳng tĩnh của các lớp ngoài cùng của Trái Đất.

Địa từ học

Địa từ học là bộ môn khoa học vật lý địa cầu nghiên cứu về trường từ của Trái Đất, nguồn gốc, cấu trúc và sự biến đổi của nó trong không gian và theo thời gian và các hiện tượng liên quan (như từ tính đất đá, dòng điện tellur, sự phát sáng ở cực, vòng điện xích đạo, tầng điện ly,...). Trường từ của Trái Đất tồn tại bên trong và ở khoảng không gian bao quanh Trái Đất với bán kính hàng chục nghìn kilomet, khoảng không gian này được gọi là từ quyển. Cực bắc và cực nam của trường địa từ không trùng với cực địa lý bắc và nam của Trái Đất mà trục của trường từ hợp với trục quay của Trái Đất một góc 11,5°. Ở mỗi điểm bất kỳ cường độ trường từ được biểu hiện bằng các thành phần: T là đại lượng vector tổng hợp, H là thành phần nằm ngang, X, Y là thành phần bắc và đông của thành phần nằm ngang, Z-vector là cường độ trường từ thẳng đứng hướng về tâm Trái Đất, D là độ từ thiên (góc giữa véctơ H và phương bắc địa lý), I là độ từ khuynh (góc giữa véc tơ T và mặt phẳng ngang). Kết quả đo đạc và quan trắc về trường địa từ trong nhiều năm đã cho thấy các thông số về trường địa từ không cố định mà luôn biến đổi, đặc biệt là độ từ thiên D và độ từ khuynh I. Tùy thuộc thời gian biến đổi mà biến thiên từ phân thành các loại như bão từ, biến thiên ngày đêm, biên thiên theo mùa, biến thiên năm, biến thiên thế kỷ.

Nguồn gốc của trường địa từ đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và giải quyết. Cho đến nay vẫn có những giả thuyết khác nhau. Hiện tại có thể xác lập rằng nguồn gốc của trường từ không phải là duy nhất. Nguồn gốc của trường địa từ và các biến thiên của nó là nằm trong nhân Trái Đất còn trường dị thường từ gây nên bởi nhiều nguồn khác nhau nằm trong lớp mỏng trên mặt Trái Đất gọi là lớp vỏ từ tính của quả đất. Kết quả khảo sát và nghiên cứu về trường từ của Trái Đất được ứng dụng để nghiên cứu Trái Đất và khoảng không xung quanh nó. Đo cường độ và hướng nhiễm từ của đất đá để xác lập sự thay đổi của trường địa từ theo thời gian là thông tin cơ bản để xác định về tuổi và phát triển lý thuyết kiến tạo mảng. Số liệu về biến thiên từ được sử dụng trong phương pháp thăm dò từ để tìm khoáng sản. Trường từ Trái Đất còn ngăn chặn và làm lệch hướng các tia vũ trụ trên khoảng không cách mặt đất hàng nghìn km để bảo vệ toàn bộ sự sống trên hành tinh khỏi bức xạ cứng của vũ trụ.

Địa nhiệt học

Địa nhiệt học là bộ môn khoa học vật lý địa cầu nghiên cứu trạng thái nhiệt và lịch sử trường nhiệt của Trái Đất, sự phân bố nhiệt độ và các nguồn nhiệt bên trong Trái Đất. Các nhiệm vụ cơ bản của Địa nhiệt học là nghiên cứu bản chất vật lý của các nguồn nhiệt, cơ chế truyền nhiệt trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, xác định trường nhiệt ở các tầng sâu, nghiên cứu phương pháp và thiết bị đo nhiệt và độ dẫn nhiệt của đất đá, tính toán xác định nhiệt độ trong các tầng dưới sâu, nghiên cứu lịch sử tiến hóa nhiệt của Trái Đất, đánh giá nhiệt độ nóng chảy của đất đá, xây dựng mô hình địa nhiệt của Trái Đất và thạch quyển, nghiên cứu mối quan hệ của chế độ nhiệt của Trái Đất với các quá trình kiến tạo và địa động lực.

Các nguồn nhiệt từ bên trong Trái Đất cung cấp năng lượng tạo nên các vận động ở nhân ngoài và manti và vận động kiến tạo trong thạch quyển. Nhiệt độ dưới các tầng sâu được nghiên cứu và xác định bằng một đại lượng gọi là dòng nhiệt. Dòng nhiệt trung bình ở lục địa là 65mw/m² và ở đại dương là 101 mw/m².

Đánh giá chung cho thấy năng lượng địa nhiệt của Trái Đất bị mất đi khoảng 70% thông qua vỏ đại dương và 30% qua vỏ lục địa, tuy nhiên lại luôn có lượng nhiệt sinh ra do phân rã hạt nhân phóng xạ trong lòng Trái Đất và Trái Đất cũng tiếp nhận khối lượng lớn năng lượng nhiệt từ bức xạ Mặt Trời. Quá trình này tạo nên sự cân bằng nhiệt của Trái Đất với nhiệt độ trung bình trên bề mặt luôn đạt 15-20°C.

Năng lượng địa nhiệt thoát ra trên bề mặt Trái Đất rất lớn và đa dạng. Có nhiều vùng ở tầng đất đá gần bề mặt đất có năng lượng nhiệt cao như có các dòng magma nóng chảy, các nguồn nước và hơi nóng, núi lửa hoạt động, các dòng nham thạch và các tầng đá khô nóng. Các nguồn năng lượng địa nhiệt như vậy đã được con người khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng địa nhiệt là nội dung của bộ môn khoa học địa nhiệt ứng dụng đang được phát triển mạnh và có quy mô lớn ở nhiều nước trên thế giới hiện nay.

Địa điện học

Địa điện học là bộ môn của vật lý địa cầu nghiên cứu trường điện tự nhiên tồn tại bên trong và trên bề mặt Trái Đất do biến thiên của trường địa từ gây ra. Dòng điện tự nhiên này được gọi là dòng tellur. Dòng tellur có đặc điểm là yếu về cường độ và biến đổi về hướng và đại lượng, tồn tại trong các lớp đất đá và nước gần bề mặt Trái Đất. Biên độ dòng tellur phụ thuộc vào thành phần đất đá, vị trí địa lý và trạng thái kính thích của trường địa từ. Giá trị lớn nhất của dòng tellur thường quan sát được ở những điểm lộ móng kết tinh trên bề mặt và trong thời gian bão từ. Có thể đo được dòng tellur bằng điện kế khi cắm sâu hai cực kim loại của máy vào lớp đất đá trên mặt đất.

Quan sát dòng điện tellur truyền qua các tầng đất đá cho phép xác định được điện trở của đất đá và tạo nên một hướng ứng dụng quan trọng của trường điện tự nhiên của Trái Đất. Ngày nay, phương pháp thăm dò điện từ để nghiên cứu cấu trúc địa chất dựa trên việc đo đạc biến đổi của dòng điện tellur và biến thiên từ trường đã được phát triển mạnh và được triển khai có hiệu quả cả trên mặt đất và trên các vùng biển. Quan sát dòng tellur còn cho phép nhận được các thông tin về những dao động của trường địa từ với chu kỳ 1- 2 đến chục giây. Nghiên cứu các biến thiên điện từ tự nhiên như vậy rất quan trọng trong việc khảo sát từ quyển của Trái Đất, để phát triển và ứng dụng trong các phương pháp thăm dò điện và điện từ.

Địa vật lý hạt nhân

Địa vật lý hạt nhân nghiên cứu trường bức xạ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ như urani, thori và kali ở các lớp bên trong và bên trên bề mặt Trái Đất để xác định hàm lượng và đặc điểm phân bố của chúng liên quan với các đặc điểm cấu trúc địa chất và sự phân bố các mỏ khoáng sản. Bên trong các lớp của Trái Đất luôn tồn tại phóng xạ. Phóng xạ là hiện tượng tự phân rã của hạt nhân nguyên tử hay sự thay đổi trạng thái năng lượng của nó và phát xạ bức xạ alpha hoặc beta hoặc có thể kèm theo bức xạ điện từ như các tia gamma hay tia X. Phóng xạ còn là sự phân rã hạt nhân ở trạng thái bị kích thích, hiểu theo nghĩa rộng hơn là sự phân rã các hạt nhân bị kích thích cao. Bức xạ phóng xạ có thể là các hạt mang điện, tia gamma, tia X hay neutron. Mỗi hạt bức xạ tương tác với vật chất dưới các hình thức khác nhau. Các dạng tương tác của phóng xạ với vật chất chính là cơ sở của các phương pháp ứng dụng của phóng xạ trong thăm dò phóng xạ và địa vật lý hạt nhân cũng như chế tạo ra các đầu dò để lắp đặt trong các thiết bị đo bức xạ phóng xạ sử dụng trong các phương pháp thăm dò nói trên.

Địa động lực học

Địa động lực học là bộ môn khoa học vật lý địa cầu nghiên cứu về các lực, các chuyển động và các quá trình xảy ra do tiến hóa quả đất làm thay đổi cấu trúc, thành phần và địa hình bề mặt của nó. Địa động lực là nền tảng của học thuyết kiến tạo mảng, là cơ sở để giải thích nguyên nhân, cơ chế của các quá trình kiến tạo quy mô lớn như thành tạo và di chuyển các lục địa, các quá trình tạo núi, biến chất khu vực, hình thành các bể trầm tích. Địa động lực được chia ra thành hai hướng chính là địa động lực nội sinh và địa động lực ngoại sinh. Địa động lực nội sinh gồm các quá trình xảy ra bên trong của Trái Đất. Các dòng vật chất ở thể lỏng, khí với nhiệt độ cực cao và áp suất lớn đã tạo ra các xung lực làm chuyển động và làm biến hóa thành phần đất đá, tác động trực tiếp vào các lớp trong thạch quyển, chia cắt, xô đẩy và kéo chúng vào các chuyển động kiến tạo. Một trong những nhiệm vụ của địa động lực hiện đại là đo đạc và quan sát các chuyển động hiện đại sử dụng thế hệ máy GPS đo chuyển động và chuyển dịch theo phương nằm ngang của các mảng thạch quyển. Địa động lực ngoại sinh là các quá trình xảy ra trên bề mặt Trái Đất có nguyên nhân và chịu tác động của các nguồn năng lượng từ bên ngoài Trái Đất như năng lượng bức xạ Mặt Trời, dòng chảy, sóng, gió, các va chạm từ vũ trụ.

Thăm dò địa vật lý

Thăm dò địa vật lý là sử dụng những phương pháp khảo sát sự thay đổi về không gian và thời gian của các trường địa vật lý để xác định sự phân bố các bất đồng nhất liên quan với đặc điểm cấu trúc địa chất, thành phần vật chất trong các lớp đất đá và phân bố của các khoáng sản.

Trên thế giới, thăm dò địa vật lý hình thành trong quá trình phát triển các bộ môn của vật lý địa cầu. Sự phát triển các phương pháp thăm dò địa vật lý hiện đại liên quan mật thiết với việc phát kiến và chế tạo ra các thế hệ máy móc sử dụng công nghệ và kỹ thuật đo đạc các trường địa vật lý có độ chính xác cao. Vai trò to lớn và có tính quyết định trong lĩnh vực chế tạo và triển khai ứng dụng các máy móc thiết bị, công nghệ đo đạc, khảo sát địa vật lý hiện đại thuộc về thế hệ các nhà địa vật lý Nga, Mỹ, Nhật, Canada và các nước EU như Đức, Pháp, Ý, Thụy Điển.

Đối tượng ứng dụng trực tiếp của thăm dò địa vật lý là cấu tạo bên trong Trái đất và thạch quyển, cấu trúc địa chất, địa kiến tạo, tìm kiếm khoáng sản, địa chất thủy văn, địa chất công trình, khảo cổ học, địa môi trường. Thông thường để phân biệt các phương pháp địa vật lý khác nhau người ta căn cứ vào loại trường địa vật lý tự nhiên hoặc được tạo ra để đo và quan sát, sử dụng như các phương pháp thăm dò địa chấn, thăm dò điện, điện từ, thăm dò trọng lực, thăm dò từ, thăm dò phóng xạ và địa vật lý hạt nhân, thăm dò nhiệt. Căn cứ vào nhiệm vụ và đối tượng thăm dò, các phương pháp địa vật lý được phân ra các nhóm như địa vật lý sâu, địa vật lý khu vực, địa vật lý biển, địa vật lý nông (gần bề mặt đất), địa vật lý dầu khí, địa vật lý quặng (mỏ), địa vật lý công trình, địa vật lý nước ngầm, địa vật lý môi trường, địa vật lý giếng khoan.

Các phương pháp thăm dò địa vật lý được triển khai thực hiện theo một quy trình gồm các bước: Đo đạc trên thực địa, quan sát các yếu tố trường tự nhiên hoặc được tạo ra theo các mạng lưới điểm đo và thời gian đo cố định, đúc kết và phân tích, xử lý các số liệu đo bằng các chương trình chuyên dụng để minh giải các kết quả đo và bước cuối cùng là tổng hợp, liên kết kết quả minh giải xây dựng mô hình địa chất và đối tượng cần nghiên cứu.

Mỗi phương pháp địa vật lý gắn với việc đo và quan sát, kiểm soát một hoặc một số tham số địa vật lý cụ thể. Căn cứ vào nhiệm vụ điạ chất và đối tượng nghiên cứu cụ thể người ta có thể lựa chọn một phương pháp địa vật lý phù hợp hoặc là tổ hợp một số các phương pháp địa vật lý để phối hợp nghiên cứu đối tượng. Phân tích số liệu của các khảo sát địa vật lý đều dựa trên cơ sở giải các bài toán thuận và ngược của địa vật lý. Trên thực tế hiện nay các bài toán thuận và ngược trong địa vật lý đều được giải bằng cách ứng dụng các chương trình chuyên dụng và thao tác tự động trên máy tính điện tử.

Thăm dò địa vật lý sử dụng những thành tựu của các nghành khoa học liên quan như toán học, vật lý, công nghệ thông tin, điện tử để phát triển các hệ máy và thiết bị ghi chuyên dụng như các khối điều khiển điện tử, các nguốn phát tin hiệu, các máy ghi tín hiệu hiện đại, các máy tính và chương trình tính hiệu năng cao. Cùng với công nghệ và thiết bị tiên tiến, các phương tiện chuyên dụng hiện đại cũng lần lượt ra đời để có thể tiến hành đo đạc các trường địa vật lý ở mọi điều kiện, mọi địa điểm như đo trên các tàu biển, tàu ngầm, máy lặn, trên máy bay và trên các vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ và các trạm đo vũ trụ, cũng như có thể đo các tham số địa vật lý ở các độ sâu dưới mặt nước, trong các hầm lò và trong lỗ khoan.

Phát triển và ứng dụng địa vật lý ở Việt Nam

Những quan sát và đo đạc địa vật lý đầu tiên được triển khai ở Việt Nam từ năm 1924 khi người Pháp thành lập và vận hành các trạm ghi động đất ở Phù Liễn (Hải Phòng) và Nha Trang. Năm 1957, khi Việt Nam chính thức tham gia vào chương trình Năm vật lý địa cầu Quốc tế 1957-1958, các đài vật lý địa cầu Phù Liễn và Sa Pa đã được xây dựng mới và vận hành với các hạng mục quan trắc về động đất, địa từ và vật lý khí quyển. Đến nay đã có trên 30 trạm động đất được trang bị các máy ghi địa chấn mới, dải rộng, bốn đài quan trắc địa từ, hàng chục trạm quan trắc vật lý khí quyển, hệ thống các điểm tựa trọng lực gồm ba cấp với hàng trăm điểm phân bố trên cả nước. Các thành tựu chủ yếu đạt được trong lĩnh vực này là các bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ Việt Nam được thành lập vào các năm 1985, 2004, thành lập Trung tâm báo tin động đất và cảnh báo sóng thần của Việt Nam hoạt động liên tục từ 2008 đến hiện tại, các kết quả khảo sát đặc điểm cấu trúc và biến đổi của trường địa từ trên lãnh thổ Việt Nam, xây dựng bản đồ cấu trúc sâu lãnh thổ và vùng biển Việt Nam.

Trên các vùng đất liền và thềm lục địa Việt Nam từ sau năm 1975 các phương pháp thăm dò trọng lực, từ và đặc biệt là địa chấn và địa vật lý giếng khoan đã được áp dụng khá mạnh và rộng rãi với mục đích nghiên cứu cấu trúc địa chất và tìm kiếm, thăm dò các mỏ khoáng sản và dầu khí. Kết quả áp dụng các phương pháp thăm dò địa vật lý đã góp phần phát hiện các mỏ khoáng sản quan trọng trên đất liền như các mỏ than, các mỏ quặng sắt, đồng, chì, phốt phát, đặc biệt là phát hiện các mỏ dầu và khí đốt trên vùng thềm lục địa đông nam Việt nam. Các kết quả đo địa chấn và địa vật lý giếng khoan ở vùng này còn là những cơ sở quan trọng để tìm ra các vỉa dầu trong đá móng nứt nẻ, một phát hiện mới và đặc biệt đối với một dạng mỏ dầu hiếm có ở các nơi khác trên thế giới.

Tài liệu tham khảo

1. Bùi Công Quế, Trần Tuấn Dũng, Nguyễn Hồng Phương, Nghiên cứu đặc điểm các trường địa vật lý và cấu trúc sâu vùng biển Việt Nam, Nxb.KHTN và CN, Hà Nội, 32tr., 2015.
2. Gupta H.K (Editor), Encyclopedia of soild Earth Geophysics. Springes, 1539p., 2011.
3. Lowrie W., Fundamentals of Geophysics, Cambridge University Press, 354p., 2007.
4. Nguyễn Thị Kim Thoa, Trường địa từ và kết quả khảo sát tại Việt Nam. Nxb. Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 332tr., 2007.
5. Phạm Văn Thục, Địa chấn học và quan sát động đất ở Việt Nam. Nxb. KHTN và CN, Hà Nội, 350tr., 2007.
6. Sheriff R.E., Encyclopedic dictionary of Exploration Geophysics. Society of Exploration Geophysicists, 376p., 1991.
7. Stacey F.D., Physics of the Earth,University of Queensland.Australia, 518p., 1992.