Xây dựng mạng lưới GPS địa động lực sông mã phục vụ công tác dự báo tai biến tự nhiên vùng tây bắc việt nam

Các kết quả đo GPS đã phát hiện sự chuyển dịch kiến tạo ở mức 0,3m ở Tây Malasait cho đến trên 5,5 m ở gần đứt gãy Weitin.Trong sự phối hợp với các nước khu vực Châu á-Thái Bình Dương để

bộ tài nguyên và môi trường

BTNMT

VKHĐĐ&BĐ

bộ tài nguyên và môi trường

viện Khoa học đo đạc và bản đồ

Đường Hoàng Quốc Việt – Cầu Giấy – Hà Nội

-*** -

báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật dự án thử nghiệm

xây dựng mạng lưới gps địa động lực sông mã

phục vụ công tác dự báo tai biến tự nhiên

vùng tây bắc việt nam

BTNMT VKHĐĐ&BĐ

Bộ tài nguyên và môi trường

VIện Khoa Học ĐO Đạc Và Bản đồ

Đường Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

-*** -

báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật dự án thử nghiệm

xây dựng mạng lưới gps địa động lực sông mã

phục vụ công tác dự báo tai biến tự nhiên

vùng tây bắc việt nam

Bộ Tài nguyên và Môi trường

vụ trưởng vụ khoa học Và công nghệ

TS Nguyễn Đắc Đồng

Mục lục

Lời nói đầu

Chương I Hoạt động của các đới đứt g∙y ở vùng

Tây Bắc Việt Nam

I.1 Một số khái niệm cơ bản về đứt g∙y kiến tạo

I.2 Tổng quan về hoạt động kiến tạo của các đới đứt

g∙y lớn ở vùng Tây Bắc Việt Nam

Chương II Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế

mạng lưới GPS địa động lực phục vụ việc nghiên

cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất trên đới đứt g∙y

II.1 Các phương pháp nghiên cứu đứt g∙y

II.2 Các yêu cầu thiết kế mạng lưới GPS địa động lực

II.3 Quy trình thiết kế và xây dựng mạng lưới GPS địa

động lực

Chương III Nghiên cứu các thuật toán phát hiện,

tìm kiếm và sửa chữa các độ trượt chu kỳ trong

các kết quả đo pha trên các sóng mang với các

tần số tương ứng L 1 và L 2

III.1 Số cải chính vào các trị đo GPS do ảnh hưởng của

tầng điện ly

III.2 Các phương trình của các trị đo GPS

III.3 Hiện tượng trượt chu kỳ của pha sóng mang

III.4 Các nguyên lý xây dựng các tổ hợp của các

sóng mang L1 và L2

III.5 Các phương pháp kiểm tra và sửa chữa độ trượt

chu kỳ trong các trị đo pha của các sóng mang L1 và

L2

Chương IV Xử lý kết quả đo GPS và xác định các

chuyển dịch của vỏ Trái đất trên khu vực đới đứt

g∙y sông M∙ trong giai đoạn 2006 - 2008

IV.1 Một số vấn đề bổ sung khi sử dụng ITRF

IV.2 Kết quả cập nhật và hoàn thiện phần mềm GUST

IV.3 Các kết quả xử lý dữ liệu GPS và xác định

chuyển dịch của đới đứt g∙y Sông M∙ trong giai

19-28 28-33 33-36

36-63

37 37-39 39-41 41-48 48-63

63-73

63-64 64-67 67-73 74-75 75-79

80

81

Lời nói đầu

Nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái đất là nhiệm vụ của chuyên ngành Trắc địa

động (Kinematic Geodesy) - một lĩnh vực khoa học - kỹ thuật quan trọng của Trắc

địa cao cấp Ngày nay việc xác định chuyển dịch của vỏ Trái đất bằng phương pháp trắc địa được thừa nhận là tin cậy nhất để dự báo động đất và là một trong những cơ

sở quan trọng để nghiên cứu các quá trình kiến tạo diễn ra trong lòng Qủa đất

Từ đầu những năm 90 của thế kỷ XX cho đến nay, việc ứng dụng công nghệ GPS để xây dựng các mạng lưới trắc địa đã tạo ra một cuộc cách mạng khoa học - kỹ thuật mới trong lĩnh vực trắc địa Bởi vì mạng lưới GPS là mạng lưới không gian ba chiều, nên việc đo lặp mạng lưới GPS cho phép đồng thời xác định cả véc tơ chuyển dịch ngang lẫn véc tơ chuyển dịch đứng của vỏ Trái đất Với các ưu điểm cơ bản của công nghệ GPS như không đòi hỏi sự thông hướng giữa các điểm, đo đạc được tiến hành trong mọi điều kiện thời tiết, bằng công nghệ GPS có thể nhanh chóng phát triển mạng lưới địa động học trên phạm vi lãnh thổ lớn Bên cạnh việc không ngừng hoàn thiện các thiết bị thu tín hiệu vệ tinh, các dịch vụ được cung cấp bởi Tổ chức dịch vụ GPS quốc tế (IGS – International GPS Service for geodynamics) như lịch vệ tinh chính xác, các sai số đồng hồ vệ tinh, các tham số quay Qủa đất, các tham số

đặc trưng cho độ trễ tầng đối lưu phương thiên đỉnh, các tọa độ của các điểm thuộc mạng lưới IGS cùng tốc độ xê dịch của chúng được xác định trong Hệ tọa độ quy

chiếu Qủa đất quốc tế (International Terrestrial Reference Frame - ITRF) và các mô

hình cải chính các trị đo GPS dưới tác động của các yếu tố địa vật lý như hiện tượng triều của Qủa đất cứng dưới sức hút của Mặt trăng và Mặt trời, sức tải của sóng ở các

đại dương, hiện tượng triều cực Qủa đất và sức tải áp lực khí quyển được cung cấp bởi Tổ chức dịch vụ quay Qủa đất quốc tế (International Earth Rotation Service - IERS) cho phép nhận được các vec tơ baselines độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn Như vậy phương pháp đo đạc GPS với việc sử dụng các dịch vụ cuả Tổ chức IGS hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu hiện đại của việc nghiên cứu chuyển dịch của vỏ trái đất Các kết quả nghiên cứu trong đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi

trường “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để xác định chuyển dịch vỏ Trái

đất trên khu vực đứt g∙y Lai Châu-Điện Biên” trong giai đoạn 2002–2004 đã cho

thấy bằng công nghệ GPS có thể xác định các vectơ baseline với độ chính xác ở mức mm và cao hơn trên khoảng cách hàng trăm km

Việc nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất để xác định sự chuyển dịch của các mảng kiến tạo và dự báo các tai biến tự nhiên (động đất, lũ quét v…v) được nhiều nước và các tổ chức quốc tế tiến hành Các kết quả đo lặp trắc địa trong các vùng đứt gẫy ở biên của các mảng kiến tạo đã xác định được sự chuyển động tương

hỗ của chúng Tốc độ xê dịch của mảng Châu Mỹ tương ứng với mảng Thái Bình

Dương đạt cỡ 4cm/1năm Tốc độ xê dịch của mảng Thái Bình Dương là lớn nhất với

đại lượng khoảng 5cm/1năm Mảng Âu-á có tốc độ xê dịch thấp nhất với đại lượng khoảng 2cm/1 năm

Để nghiên cứu các hiện tượng động lực học diễn ra trên bề mặt và bên trong lòng Quả đất bằng công nghệ GPS, tại cuộc họp của Hội Trắc địa quốc tế (IAG) vào tháng 8 năm 1989 tại Edinburgh (Vương quốc Anh) đã thành lập Tổ chức dịch vụ GPS quốc tế cho địa động lực học (International GPS Service for geodynamics – IGS) Từ đó đến nay tổ chức IGS đã xây dựng mạng lưới IGS gồm 256 trạm thu tín hiệu vệ tinh thường trực bao phủ toàn cầu và cung cấp hàng loại dịch vụ phục vụ công tác nghiên cứu dịch động của vỏ Trái đất (International Terrestrial Reference Frame) v v [Ruth E.N., Moore A International GPS Service tutorial Overview of history, organization and resources GPS’99 Symposium Tsukuba, Japan Oct 21,1999]

Trong tài liệu [Michel G.W, Becker M Crustal motion in E- and SE-Asia from GPS measurements Earth Plates Space, 52, 713-720,2000] đã thông báo kết quả quan trắc dịch động kiến tạo trên mạng lưới GEODYSSEA (framwork of the GEODYnamics of South and South-East Asia) gồm 42 điểm GPS bao phủ lục địa á-

Âu, biển Philippine, ấn Độ, mảng Australia, vùng lõm Sumatra, Iran và đứt gãy Philippine

Trong tài liệu [Pei Zhen Zang, Zhengkang Shen, Min Wang Continuous deformation of the Tibetan plateau from global positioning system data Geology September 2004, V.32, No 9, p.809-812] đã thông báo kết quả đo dịch động trên cao nguyên Tibet từ kết quả đo mạng lưới GPS gồm 553 điểm

Trong tài liệu [Ph Vernant, F Nilforonshan, D Hatzfeld Present-day crustal deformation and plate kinematics in the mildle East constrained by GPS measurements in Iran and northern Oman Geophys J Int (2004) 157,381-398] đã thông báo sử dụng kết quả đo trên mạng lưới GPS gồm 27 điểm nằm ở Iran và phía bắc Oman để nghiên cứu dịch động của vùng núi Himalaya-Alpine

Trong tài liệu [A Socquet, Ch Vigny, N.Chamot-Rooke India and Sunda plates motion and deformation along their boundary in Myanmar determined by GPS Journal of Geophysical Research, Vol.111, 2006] đã thông báo kết quả nghiên cứu dịch động của các mảng ấn Độ và Sunda nhờ kết quả đo GPS

Trong tài liệu [Sauders S., Itikarai I., Stanaway R., Curley B., Suat J Geodetic monitoring of the November 16, 2000–New Ireland Earthquake Progress Report

Research School of Earth Sciences The Australia National University April 4, 2001] đã thông báo về trận động đất với cường độ 8 độ Richte xẩy ra ở đảo phía Tây của New Ireland ngày 16/11/2000 trên ranh giới của mảng Thái Bình Dương và mảng Nam Bismarck Các kết quả đo GPS đã phát hiện sự chuyển dịch kiến tạo ở mức 0,3m ở Tây Malasait cho đến trên 5,5 m ở gần đứt gãy Weitin.

Trong sự phối hợp với các nước khu vực Châu á-Thái Bình Dương để nghiên cứu chuyển dịch vỏ trái đất tại khu vực này, từ 1998 Tổng cục Địa chính (cũ), nay là

Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xây dựng mạng lưới địa động học gồm 5 điểm phân

bố đều trên cả nước và tiến hành đo lặp hàng năm Việc xử lý dữ liệu GPS và tính toán tốc độ chuyển dịch không gian của các điểm này được thực hiện chủ yếu bởi các nước đồng tổ chức Dự án mạng lưới trắc địa khu vực Châu á-Thái Bình Dương như Australia, Nhật và Trung Quốc Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường đã nghiên cứu ứng dụng phần mềm Bernese để xử lý tính toán mạng lưới này

Viện Địa chất thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam đã phát triển mạng lưới GPS gồm 8 điểm cùng với mạng lưới tam giác hạng II để nghiên cứu chuyển dịch vỏ trái đất trên đới đứt gãy Sông Hồng Mạng lưới GPS nêu trên được

đo năm 1996 Việc phối hợp các dữ liệu đo đạc truyền thống và dữ liệu GPS là nét

đặc trưng của công tác nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái đất trên đới đứt gãy Hồng

Sông-Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường “Nghiên cứu ứng

dụng công nghệ GPS để xác định chuyển dịch vỏ Trái đất trên khu vực đứt g∙y Lai Châu - Điện Biên” trong giai đoạn 2002–2004 đã xây dựng mạng lưới GPS địa

động lực Lai Châu - Điện Biên gồm 5 điểm và nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái đất trên khu vực đứt gãy Lai Châu - Điện Biên trong giai đoạn 2002–2005 Trong đề tài này đã luận cứ cho các cơ sở khoa học của việc ứng dụng công nghệ GPS để nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của tổ chức IGS (International GPS Service for geodynamics) như lịch vệ tinh chính xác trong ITRF các tham số chuyển dịch của Cực Quả đất, việc sử dụng Lịch Mặt trăng-Mặt trời để tính đến ảnh hưởng của hiện tượng địa triều của Quả đất nhằm xác định các vectơ baseline độ chính xác cao; các yêu cầu của các phần mềm xử lý dữ liệu đo GPS độ chính xác cao; các thuật toán xác định các vectơ chuyển dịch không gian, chuyển dịch ngang, chuyển dịch đứng từ kết quả xử lý các dữ liệu đo GPS; xây dựng được phần mềm ECME-GPS (Earth Crustal Movement Estimation by GPS technology) để

xử lý các dữ liệu đo GPS nhằm xác định các vectơ baseline và xác định các vectơ chuyển dịch không gian, chuyển dịch ngang, chuyển dịch đứng theo các chu kỳ đo

lặp trên mạng lưới GPS địa động lực, trong đó modun GUST (Gps Using Sequence Technology) cho phép xác định các vectơ baseline độ chính xác cao từ các dữ liệu

đo GPS trên mạng lưới GPS địa động lực Tuy nhiên trong khuôn khổ đề tài nêu trên vẫn còn một số vấn đề cần nghiên cứu giải quyết tiếp như hoàn thiện modun GUST với chức năng bổ sung là phát hiện, tìm kiếm và sửa chữa các đại lượng trượt chu kỳ trong các kết quả đo pha; hoàn thiện quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực trên cơ sở gắn kết các yêu cầu xây dựng mạng lưới này với các yêu cầu nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái đất dựa trên bản đồ địa chất kiến tạo Một trong những kết quả

thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học nêu trên là “Quy trình đo GPS và hướng dẫn

sử dụng các phần mềm xử lý dữ liệu đo GPS độ chính xác cao để nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất”

Dự án thử nghiệm “Xây dựng mạng lưới GPS địa động lực sông M∙ phục vụ

công tác dự báo tai biến tự nhiên vùng Tây bắc Việt Nam” sẽ tạo ra các số liệu ban

đầu về chuyển dịch vỏ Trái đất của đới đứt gãy sông Mã là đới đứt gãy lớn ở vùng Tây Bắc Việt Nam (chúng ta đã có các số liệu nghiên cứu chuyển dịch của các đới

đứt gãy lớn khác của vùng Tây Bắc là các đới đứt gãy Sông Hồng, Lai Châu-Điện Biên); hoàn thiện tiếp theo modun xử lý dữ liệu đo GPS (GUST) thuộc phần mềm ECME–GPS trên cơ sở giải quyết bài toán phát hiện, tìm kiếm và sửa chữa các đại lượng trượt chu kỳ trong các kết quả đo pha và hoàn thiện tiếp theo quy trình thiết kế mạng lưới GPS động lực học

Việc thực hiện Dự án này nhằm đạt ba mục tiêu sau:

- Giải quyết bài toán phát hiện, tìm kiếm và sửa chữa các đại lượng trượt chu

kỳ trong các kết quả đo pha để hoàn thiện modun xử lý dữ liệu đo GPS trong phần mềm ECME–GPS;

- Hoàn thiện tiếp theo quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực để nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất;

- Tạo dữ liệu chuyển dịch ban đầu của vỏ Trái đất trên khu vực đứt gãy sông Mã

Để đạt các mục tiêu đã đề ra cần thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu xác lập sơ đồ đứt gãy Sông Mã, lựa chọn các điểm xung yếu nhất về mặt địa chất kiến tạo làm cơ sở để thiết kế lưới GPS địa động lực;

- Nghiên cứu thiết kế và khảo sát thi công lưới GPS địa động lực tại đới đứt gãy Sông Mã trên địa phận tỉnh Thanh Hoá;

- Tiến hành đo ba chu kỳ trên các điểm thuộc mạng lưới GPS địa động lực sông Mã với chu kỳ 1 lần/ năm;

- Nghiên cứu các thuật toán phát hiện, tìm kiếm và sửa chữa các đại lượng trượt chu kỳ trong các kết quả đo pha;

- Hoàn thiện mô đun xử lý dữ liệu đo GPS;

- Xử lý dữ liệu đo GPS trong 3 chu kỳ đo lặp mạng lưới GPS địa động lực;

- Phân tích và đánh giá chuyển dịch đứt gãy sông Mã trong các chu kỳ đo lặp;

- Viết báo cáo tổng kết Dự án

Các sản phẩm của dự án này bao gồm:

- Quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực, quy trình đo đạc và xử lý dữ liệu GPS phục vụ nghiên cứu chuyển dịch của đứt gãy;

- Mô đun xử lý dữ liệu đo GPS hoàn chỉnh;

- Các số liệu đo đạc GPS trên mạng lưới GPS địa động lực sông Mã, các kết quả xác định chuyển dịch và phân tích vi kiến tạo của đứt gãy sông Mã

Các thành viên chính tham gia thực hiện Dự án:

- PGS TSKH Hà Minh Hoà - Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ

- TS Dương Chí Công - Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ

- TS Nguyễn Ngọc Lâu - Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh

- TS Nguyễn Văn Hùng - Viện Địa chất, Viện KH&CN Việt Nam

Trong dự án sản xuất–thử nghiệm này, PGS TSKH Hà Minh Hoà đã thiết lập mối quan hệ giữa phương pháp địa chất và phương pháp trắc địa trong việc nghiên cứu các hiện tượng địa động lực, xác lập cơ sở khoa học của việc xác định các mật

độ điểm GPS trong mạng lưới địa động lực để phục vụ việc nghiên cứu chuyển dịch

vỏ Trái đất; xây dựng Quy trình thiết kế và xây dựng mạng lưới GPS địa động lực; khảo sát các nguyên lý xây dựng các tổ hợp của các sóng mang L1, L2 và đánh giá tốc độ chuyển dịch của đới đứt gãy Sông Mã trong giai đoạn từ tháng 11/2006 đến tháng 10 năm 2008 dựa trên các kết quả đo đạc và xử lý các dữ liệu GPS nhờ phần mềm ECME-GPS TS Nguyễn Văn Hùng đã cung cấp các thông tin về hoạt động của đới đứt gãy Sông Mã dựa trên các kết quả nghiên cứu bằng phương pháp địa chất; TS Dương Chí Công đã áp dụng Quy trình thiết kế và xây dựng mạng lưới GPS

địa động lực để xây dựng mạng lưới GPS địa động lực Sông Mã và sử dụng các phần mềm Bernese, Gamit để xử lý các dữ liệu đo GPS trong 3 chu kỳ đo lặp trong giai

đoạn từ tháng 11/2006 đến tháng 10 năm 2008; TS Nguyễn Ngọc Lâu đã thử nghiệm các thuật toán và xây dựng modun kiểm tra, phát hiện và sửa chữa các độ trượt chu kỳ nhằm hoàn thiện phần mềm GUST, sử dụng phần mềm GUST để xử lý các dữ liệu đo GPS trong 3 chu kỳ đo lặp trong giai đoạn từ tháng 11/2006 đến tháng

10 năm 2008

Chương I Hoạt động của các đới đứt g∙y ở vùng Tây Bắc

Việt Nam

I.1 Một số khái niệm cơ bản về đứt g∙y kiến tạo

Kiến tạo là một lĩnh vực quan trọng của khoa học địa chất chuyên nghiên cứu cấu tạo, chuyển động, biến dạng và những quy luật phát triển của vỏ Trái Đất Đứt gãy kiến tạo là một nội dung của nó

Đứt gãy là sản phẩm biến dạng của đá, là một mặt hoặc một đới, mà dọc theo mặt hoặc đới ấy xẩy ra hiện tượng dịch chuyển song song với chúng Hình chiếu trên mặt phẳng nằm ngang của đường cắt giữa (mặt) đứt gãy và mặt địa hình được gọi là (đường) đứt gãy Đường cắt này cho biết phương kéo dài trong không gian của đứt gãy

Cấu trúc một đứt gãy được mô tả bởi góc phư'ơng vị, hướng dốc và góc dốc (góc cắm) Các thông số này có thể được đo đạc trực tiếp ngoài thực địa bằng địa bàn hoặc có thể được xác định gián tiếp từ các kết quả nghiên cứu kién tạo vật lý

Đứt gãy chia cắt đất đá ra làm hai khối đứt gãy Mỗi khối là một cánh của đứt gãy Dựa vào vị trí của các khối, có thể phân loại cánh đứt gãy thành cánh treo và cánh nằm Nếu các đứt gãy có mặt đứt gãy nằm nghiêng thì khối đá nằm trên mặt

đứt gãy là cánh treo, còn khối đá nằm dưới mặt đứt gãy là cánh nằm Đối với các đứt gãy thẳng đứng không phân biệt cánh treo và cánh nằm

Nếu cấu trúc đứt gãy không phải chỉ có một mặt trượt mà là một đới mặt trượt kèm theo các sản phẩm biến dạng khác, thì gọi là đới đứt gãy Trong một đới đứt gãy, ngoài đứt gãy chính còn có các đứt gãy phụ

Việc xác định chính xác trên địa hình ranh giới của đới đứt gãy cũng như vị trí của các đứt gãy, đặc biệt đối với đứt gãy chính, có vai trò quan trọng trong quá trình chọn vị trí chôn mốc lưới địa động học trên thực địa

Một số đứt gãy được phân loại bao gồm lineamen, đứt gãy sâu, đới rift, đứt gãy biến dạng, đứt gãy trượt bằng, đới trượt, đứt gãy vòng [24]

Lineamen là đới đứt gãy rất lớn, cỡ hành tinh, có bề rộng hàng chục thậm chí hàng trăm km, có lịch sử phát triển lâu dài, có biểu hiện hoạt động lặp đi lặp lại, là

đới xung yếu của vỏ Trái đất, nơi sụt lún vào các thời kỳ địa chất khác nhau để tạo thành các bồn địa trầm tích , nơi vỏ Trái đất khi căng dãn thì thuận lợi cho magma thâm nhập và phún trào núi lửa, khi nén ép thì gây uốn nếp, biến dạng các đá dọc theo nó Nhiều ý kiến cho rằng, lineamen là sản phẩm động học do Trái đất quay xung quanh trục của nó gây nên

Đứt gãy sâu là đứt gãy có chiều dài lớn, phát sinh rất sâu trong lòng đất, có lịch sử lâu dài, nhiều pha với hướng vận động khác nhau, có vai trò quan trọng trong

việc hình thành các đới xâm nhập và phún trào, các dải địa máng, các dải uốn nếp, các đới sinh khoáng

Đới rift là đới tách dãn Cơ chế vận động của nó phụ thuộc vào sự tách dãn của vỏ Trái đất Các cấu trúc rift điển hình thường liên quan tới cấu trúc ba chạc

Đứt gãy biến dạng là đứt gãy trượt ngang lớn làm dịch chuyển các dẫy núi giữa đại dương, là ranh giới trượt ngang giữa các mảng mà ở đó không xẩy ra hiện tượng tách dãn hoặc lấn chờm Đây là đứt gãy biến dạng phổ biến ở đại dương

Đứt gãy trượt bằng là đứt gãy lớn, có hiện tượng dịch chuyển theo phương nằm ngang với cự ly rất khác nhau Đứt gãy trượt bằng nói chung liên quan tới các mặt có ứng suất tiếp cực đại Nó cũng có thể có nguồn gốc từ một loại đứt gãy nào

đó (không nhất thiết phải là mặt có ứng suất tiếp cực đại) tái hoạt động thể hiện tính trượt bằng rõ ràng

Đới trượt, đới cắt, cắt trượt hay dịch trượt là đới biến dạng dẻo hoặc biến dạng dòn thường xuất hiện thành đới trong khối đá không bị biến dạng Đứt gãy do biến dạng dòn tạo nên chỉ xẩy ra đến độ sâu 10-15 km trong vỏ Trái đất Dưới độ sâu đó, tính chất vật lý của đất đá bị biến đổi và trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tăng lên, tính dòn của đá dần chuyển sang tính dẻo và quá trình biến dạng đàn hồi của đá có thể chuyển thành biến dạng dẻo

Đứt gãy vòng là một dạng của cấu tạo vòng, có đặc điểm là đường phương của

đứt gãy thấy được trên bình đồ có dạng vòng tròn khép kín hoặc không khép kín, thường xuất hiện thành một đới dạng sóng lượn theo nhau Đứt gãy vòng có liên quan tới cấu tạo nâng dạng vòm , cấu tạo sụt lún dạng trũng núi lửa

Dựa vào sự dịch chuyển của các cánh người ta phân chia các đứt gãy thành các loại sau:

1 Đứt gãy thuận là đứt gãy có mặt đứt gãy nghiêng về phía đá bị trụt xuống

Nói cách khác đứt gãy thuận là đứt gãy mà cánh treo trượt xuống phía dưới so với cánh nằm Trong đứt gãy thuận thường xẩy ra hiện tượng trượt song song với hướng dốc của mặt trượt

Dựa vào hướng dịch chuyển của các cánh người ta lại phân đứt gãy thuận thành các loại như:

1.1 Đứt g∙y thuận xuôi: khi cánh treo dịch chuyển xuống dưới hoặc cánh

2 Đứt gãy nghịch là đứt gãy có mặt đứt gãy nghiêng về cánh bị trồi lên, tức

là đứt gãy có cánh treo được đẩy lên cao hơn dẫn đến đá cổ lại nằm trên đá trẻ

Đứt gãy nghịch cũng được phân ra thành đứt gãy nghịch xuôi và đứt gãy nghịch ngược Khi nghiên cứu đứt gãy nghịch trong phạm vi xuất hiện đứt gãy có thể nhận thấy rằng đứt gãy nghịch liên quan với trường ứng suất nén ép

3 Đứt gãy chờm nghịch và đứt gãy địa dị: Đứt gãy chờm nghịch là những

đứt gãy nghịch có kèm theo hiện tượng uốn nếp Các đứt gãy chờm nghịch thường có mặt trượt thoải, với góc dốc mặt đứt gãy nhỏ hơn 450 Góc dốc càng nhỏ thì tính chờm nghịch càng phức tạp, thậm chí dẫn đến hiện tượng địa di làm cho các khối đá

từ vùng này bị trượt di rất xađến vùng khác, gây ra biến dạng phức tạp

4 Đứt gãy rời là đứt gãy có hướng dịch chuyển vuông góc với mặt đứt gãy,

làm cho các cánh của đứt gãy tách rời nhau Về mặt động học, trong elipxoit biến dạng, các đứt gãy rời phát triển song song với phương của lực ép nén hoặc vuông góc với lực căng

5 Đứt gãy trượt bằng là đứt gãy có các cánh dịch chuyển theo phương nằm

ngang với cự ly rất khác nhau

5.3 Đứt gãy trượt bằng phải thuận,

5.4 Đứt gãy trượt bằng trái thuận,

5.5 Đứt gãy trượt bằng phải nghịch,

5.6 Đứt gãy trượt bằng trái nghịch

Nghiên cứu đứt gãy có một nội dung phong phú, bao gồm tuổi, quy mô, phạm

vi phân bố của đứt gãy, tính chất và cự ly dịch chuyển của nó, các pha biến dạng trong lịch sử phát triển cấu trúc-kiến tạo của vùng, quan hệ của đứt gãy với các hiện tượng địa chất khác

I.2 Tổng quan về hoạt động kiến tạo của các đới đứt g∙y lớn ở vùng Tây Bắc Việt Nam

I.2.1 Một số đới đứt g∙y lớn ở vùng Tây Bắc Việt Nam

Lãnh thổ Miền bắc Việt Nam bị phân chia bởi hàng loạt đứt gãy, trong đó các

đứt gãy chính là các đới đứt gãy Sông Hồng, đới đứt gãy Lai Châu-Điện Biên và đứt

gãy sông Mã Theo các nhà địa chấn, các trận động đất với cường độ 4,5-5,0 độ Rich Te đều liên quan đến các đới đứt gãy này

Đới đứt gãy Sông Hồng dài trên 1000km chạy từ Tây Tạng qua Vân Nam

(Trung Quốc), miền Bắc Việt Nam ra tới Biển Đông Đới đứt gãy Sông Hồng được thừa nhận là ranh giới quan trọng ở Châu á, phân chia khối Đông Dương với khối Nam Trung Hoa

Trong sơ đồ kiến tạo địa chất ở Miền bắc Việt Nam, đới đứt gãy Lai

Châu-Điện Biên được thừa nhận là quan trọng thứ hai sau đới đứt gãy Sông Hồng Đứt gãy

Lai Châu-Điện Biên chạy từ biên giới Việt-Trung qua biên giới Việt-Lào dọc theo hướng Bắc Tây bắc–Nam Đông nam đến tận vịnh Thái Lan Đới đứt gãy Lai Châu -

Điện Biên là một phần nhỏ của đới đứt gãy Lai Châu - Luông Pra Băng - Pursat có

bề rộng 40 - 50 km , dài 1200 km Đoạn đứt gãy trên lãnh thổ nước ta dài 160 km nằm gọn trong phạm vi tỉnh Lai Châu bắt đầu từ biên giới Việt – Trung tại Chiềng Chai chạy qua Thị xã Lai Châu , xuống Thị xã Điện Biên rồi uốn quanh về cửa khẩu Tây trang sang đất Lào Đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên là dải trũng thấp dưới

1000 m thuộc sườn và đáy của một loạt các thung lũng suối Nậm Nà, Nậm Lay, Nậm Lức và Nậm Rốn nối tiếp nhau từ biên giới Việt – Trung ở phía Bắc đến biên giới Việt - Lào ở phía Nam , nằm giữa một bên là cao nguyên Tà Phình cao 1500 –

1900 m, dãy núi dạng cao nguyên Huổi Long cao 1200 – 1700 m và các dãy núi khác ở phía Đông và một bên là dãy núi cao 1200 – 1700 m ở khu vực Mường Tè, Mường Chà, Si Pa Phìn ở phía Tây Chiều rộng của dải thay đổi từ 6 km đến 11 km Trên mặt cắt ngang, kiến trúc của đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên được thể hiện dưới dạng ba dải: một dải chính và hai dải phụ Dải chính gồm đứt gãy chính kéo dài liên tục và các đứt gãy phụ chạy song song Đứt gãy chính gần như thẳng đứng, hơi nghiêng về phía Tây – Tây Tây Bắc Từ Nam Mường Mươn, đứt gãy chính tách ra ba nhánh Nhánh phía Tây chạy dọc theo phương Đông Bắc – Tây Nam cắt qua phía Bắc Mường Pôn sang đất Lào Nhánh giữa chạy qua Mường Pôn , phía Tây Thị xã

Điện Biên rồi chạy sang đất Lào Nhánh phía Đông chạy dọc theo phương Bắc Tây Bắc – Nam Đông Nam cắt qua trũng Điện Biên, sau đó chạy theo phương Đông Bắc – Tây Nam qua sườn Tây Trang sang đất Lào Dải phụ phía Tây gồm các đứt gãy phụ có chiều dài trên dưới 10 km có phương chủ đạo là á kinh tuyến ở phía Bắc và phương Đông Bắc – Tây Nam ở phía Nam Dải phụ phía Đông gồm các đứt gãy phụ

có chiều dài đến vài chục km và có phương chủ đạo là kinh tuyến làm với đứt gãy chính một góc nhọn

Các nghiên cứu về hoạt động tân kiến tạo tại đới đứt gãy Lai Châu-Điện Biên gần đây cho thấy đới đứt gãy này đã trải qua hai pha hoạt động kiến tạo trong

kainozoi: pha sớm trượt bằng phải và trượt bằng phải nghịch và pha muộn trượt bằng trái và trượt bằng trái thuận Cấu trúc phức tạp của đứt gãy cùng các thể hiện dị thường cao về địa hoá khí và địa nhiệt cho thấy rằng đới đứt gãy này có hoạt động kiến tạo mạnh với sự xẩy ra thường xuyên các trận động đất, các trận lở đất và lũ quét bùn đá Dọc theo đới đứt gãy Lai Châu-Điện Biên đã ghi nhận được nhiều trận

động đất có cường độ 5,1-5,5 độ Rich Te Ví dụ ở Lai Châu (1944,2001), Điện Biên (1920) đã xẩy ra các trận động đất có cường độ 5,6 độ Rich Te

Đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn trước đây được xác định một cách không rõ

ràng và không đầy đủ kể cả trên các bản đồ địa chất tỷ lệ 1/ 200.000 vùng Tây Bắc xuất bản năm 1979 Trên các bản đồ này phân bố lân cận đứt gãy chính (đứt gãy Sơn La) còn hàng loạt các đứt gãy (chưa được phân cấp) Tất cả các đứt gãy này phát triển chủ yếu trong các thành tạo PZ tạo thành một dải kéo dài theo phương Tây Bắc-

Đông Nam kẹp giữa các thành tạo PR thuộc phức nếp lồi Sông Mã và các thành tạo

MZ thuộc phức nếp lõm Sông Đà [14,21] Đới đứt gãy tân kiến tạo Sơn La - Bỉm Sơn chính thức được đề cập như là một đới đứt gãy tân kiến tạo hoạt động mạnh ở trong một vài công trình nghiên cứu địa động lực hoặc có liên quan đến địa động lực của vùng Tây Bắc trong những thời gian muộn hơn [15,16] Tuy nhiên cho đến nay các công trình đó chỉ mới đề cập đến những nét hết sức khái quát của đới đứt gãy này và

nó chỉ được thể hiện trên các sơ đồ tỷ lệ nhỏ (1/500.000; 1/1.000.000 và nhỏ hơn) Những đặc điểm cơ bản nhất của đới đứt gãy tân kiến tạo này như : đặc điểm phân

bố không gian, đặc điểm địa chất, địa mạo, đặc điểm kiến trúc của đới, đặc điểm hoạt động trong tân kiến tạo và một số đặc điểm đặc trưng khác hoàn toàn mới được một số các giả đề cập đến gần đây [17,23] Đới đứt gãy tân kiến tạo Sơn La - Bỉm Sơn (tên gọi mới) biểu hiện rõ nét nhất bắt đầu từ phía nam đèo Pha Đin chạy theo chân sườn phía Đông Bắc của dãy núi Phu Xung Chảo Chai kéo dài về phía Đông Nam đến bản Nà Đít và được chia thành hai nhánh Nhánh phụ chạy qua qua hai

điểm trầm tích Neogen ở hang Mon và bản Tà Vài, sau đó cắt về đường số 6 ở đầu thị trấn Mộc Châu và kết thúc tại đây Hướng chính chạy dọc theo biên giới Lào - Việt đến Pa Háng - Chiềng Ve đổi sang phương á vĩ tuyến qua Xuân Nha, Mai Châu và bắt đầu mở rộng phạm vi của mình Phần chính của đới chạy theo rìa phía Tây Nam của dãy núi đá vôi ranh giới tự nhiên giữa hai tỉnh Ninh Bình và Thanh Hoá ra bờ biển Nga Sơn Phần các đứt gãy nhánh bắt đầu tách ra khỏi đới từ khu vực Bá Thước và phát triển theo hướng Nam Đông Nam tại các huyện Cẩm Thuỷ, Vĩnh Lộc, Thạch Thành về hướng trung tâm đồng bằng Thanh Hoá Đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn dài hơn 360km, thể hiện rất rõ bằng một đới lineamen trên ảnh vệ tinh và một dải dị thường lớn trên sơ đồ mật độ lineamen [17,23] Dọc đới đử gãy đã tiến hành nghiên cứu kiến tạo vật lý trên 60 điểm, nhiều điểm đo vẽ địa mạo, địa chất,

địa nhiệt và địa hoá.Theo tài liệu địa vật lý, đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn phát triển

đến độ sâu 60km [20] Đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn cắt qua hầu hết các thành tạo

có tuổi từ PZ đến KZ ở rìa Đông Bắc đới đứt gãy cắt chủ yếu các đá có tuổi từ Devon cho đến Neogen ở rìa Tây Nam và dải trung tâm các đứt gãy cắt qua các đá tuổi từ Cambri đến Q Các thành tạo Kanozoi trong đới gồm: cát kết màu xám, bột kết, đá sét và sét vôi, chứa các vỉa than nâu hệ Neogen có diện tích rất nhỏ ở khu vực Hang Mon; cát sạn, cuội sỏi, bột sét bở rời của các thành tạo Q phân bố dọc các thung lũng sông, suối và dải đồng bằng trũng ở phía Đông Nam [17,18,19,20].Thành phần thạch học có các phân vị địa tầng trẻ (Kreta-Neogen - Đệ tứ ) phân bố trong phạm vi phá huỷ và biến dạng của đới cho phép khẳng định tính chất hoạt động của

đới đứt gãy này trong suốt giai đoạn tân kiến tạo cho đến tận ngày nay Đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn có một đứt gãy chính (ĐGc) kéo dài gần như liên tục và nhiều đứt gãy phụ (ĐGp) Theo sự kết hợp không gian của các đứt gãy có thể chia đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn trong phạm vi nghiên cứu thành một số đoạn:

- Đoạn Chiềng Ve-Mai Châu ĐGc và các ĐGp song song kéo dài theo phương

á vĩ tuyến, sau đó đổi lại phương Tây Bắc-Đông Nam tạo thành kiểu kiến trúc song song;

- Đoạn Mai Châu-bờ biển (Nga Sơn) ĐGc phương Tây Bắc-Đông Nam, nằm

giữa đới Các ĐGp trên cánh Đông Bắc song song với ĐGc, trên cánh Tây Nam chuyển hướng và tách ra xa ĐGc tạo thành kiểu kiến trúc "đuôi ngựa"

Dọc đới đứt gãy có một số trũng kiểu P phân bố rải rác ở một số nơi ĐGc của

đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn có thế nằm thay đổi 30-500∠60-800 ở những đoạn có phương Tây Bắc-Đông Nam và 20-300∠800

ở đoạn có phương á vĩ tuyến Trên cánh

Đông Bắc, các đứt gãy rìa ngoài cùng và gần rìa đều nghiêng về Tây Nam, hướng vào trong đới về đứt gãy chính Các đứt gãy phụ ở gần đứt gãy chính hơn có thế nằm thay đổi, nghiêng về đứt gãy chính hoặc hướng ra ngoài.Trên cánh Tây Nam, các

đứt gãy rìa ngoài cùng hoặc gần ngoài cùng có thế nằm nghiêng về đứt gãy chính với góc dốc thoải hơn (30-700), các đứt gãy còn lại có thế nằm thay đổi nghiêng về

Đông Bắc hoặc Tây Nam Riêng đoạn Mai Châu - bờ biển các đứt gãy trên cánh Tây Nam nghiêng về Đông Đông Bắc hoặc Tây Tây Nam

I.2.2 Đới đứt g∙y Sông M∙

Đới đứt gãy Sông Mã thuộc khu vực tỉnh Sơn La và tỉnh Thanh Hoá cách đứt gãy Lai Châu-Điện Biên khoảng 70km Hai đứt gãy này không có quan hệ với nhau

Sự phân bố của đới đứt gãy Sông Mã trong hệ thống các đới đứt gãy ở vùng Tây Bắc Việt Nam được thể hiện ở hình 1 Đới đứt gãy tân kiến tạo Sông Mã được xác định

theo tài liệu viễn thám, địa chất - địa mạo và các tài liệu khác Trong khu vực nghiên cứu thuộc địa phận tỉnh Thanh Hoá, nó được bắt đầu từ Mường Lát kéo dài theo hướng á vĩ tuyến đến Ko Long chuyển sang hướng Tây Bắc - Đông Nam cắt về Lang Chánh Từ đây đới đứt gãy chuyển sang hướng Nam Đông nam chạy qua Thường Xuân đến Bái Thượng, rồi chia làm nhiều nhánh phát triển rộng về phía biển Một nhánh theo hướng cũ qua Yên Cát đến Nghệ An và gặp đường A1 ở phía Nam Hoàng Mai Các nhánh còn lại toả ra và tạo thành một dải rộng hơn 10 km kéo theo hướng Tây Nam cắt ra phía bờ biển Đứt gãy rìa phía Đông Bắc chạy theo rìa phía Tây của huyện Triệu Sơn qua núi Nưa, Nông Cống gặp đường 1A ở khu vực Quảng Trường (Quảng Xương) Đứt gãy rìa Tây Nam cắt qua khu vực Bến En chạy

về phía Tĩnh Gia gặp đường A1 ở phía nam thị trấn Cồng Như vậy phần cuối của đới

đứt gãy này toả ra theo kiểu nan quạt và chỗ rộng nhất đạt trên 15km Theo đặc điểm

địa mạo, từ Tây Bắc xuống Đông Nam có thể chia đới đứt gãy thành một số đoạn như sau:

- Đoạn Mường Lát - Lang Chánh dài gần 100km, là dải đồi và núi thấp

dạng tuyến, rộng 5-6 km với các đỉnh cao 7000 -800m, nằm giữa một bên là dãy núi cao trên 1500m Mường Lát- Bá Thước ở phía Bắc và Đông Bắc, thuộc tả ngạn sông Mã và một bên là vùng núi cao trên 1000m, thuộc rìa dãy Phu Hoạt, ở Tây Nam Các đứt gãy trong đới trùng vào các thung lũng sông suối ngắn, song song, như suối Bản Bo, thung lũng sông Âm và các thung karst kéo dài giữa các dãy núi đá vôi trong khu vực [17, 23];

- Đoạn Lang Chánh - bờ biển là dải đồi thấp dưới 400m rộng từ 20 đến hơn

30 km, kéo dài hơn 100km nằm giữa một bên là các dải núi với các đỉnh cao 1000m ở phía Tây, Tây Nam và một bên là đồng bằng Thanh Hoá thấp hơn 50m ở phía Đông Bắc ở đoạn này đới đứt gãy gồm nhiều nhánh: đới chính và các đới phụ

500-đều là các dải trũng kéo dài, thấp hơn địa hình hai bên Đới chính là dải đồi - thềm thấp dưới 100m bị phân cắt ngang mạnh, rộng 3,5 - 4km, kéo dài từ Lang Chánh theo phương Bắc Tây Bắc-Nam Đông Nam dọc thung lũng sông Âm đến Bái Thượng, đổi sang phương Tây Bắc-Đông Nam qua Yên Cát, Bến En cắt dọc theo rìa phía tây đồng bằng các huyện Nông Cống, Tĩnh Gia ra phía bờ biển Đới phụ thứ nhất ở phía Đông Bắc đới chính, là dải thung lũng karst hẹp chừng 1,5-2km kéo dài

từ Lang Chánh đến Ngọc Lạc theo phương Tây Bắc-Đông Nam, tiếp đến là dải địa hình thấp trũng đầm hồ và lòng sông cổ phương á kinh tuyến chạy qua Thọ Xuân rồi

đổi sang phương Tây Bắc-Đông Nam kéo dài ra bờ biển Đới phụ thứ hai cũng ở phía

Đông Bắc đới chính, là dải đồi thềm thấp, rộng chừng 1km bắt đầu từ phía nam Bái Thượng theo phương Tây Bắc-Đông Nam chạy dọc thung lũng suối Mậu Lâm, rìa

Tây Nam núi Nưa cắt về phía cửa sông Gép Đới phụ thứ ba ở về Tây Nam nhánh chính, là dải đồi thấp dưới 100m rộng gần 10km bắt đầu từ tây Bái Thượng theo hướng Bắc Tây Bắc-Nam Đông Nam kéo dài hơn 50km về phía Hoàng Mai (Nghệ

An )[17,23]

Theo đặc điểm địa chất, đới đứt gãy Sông Mã trùm lên đới đứt gãy Sông Mã

cổ, dọc theo phần tiếp giáp giữa hai đơn vị kiến trúc lớn: đới kiến trúc Sông Mã (cánh Đông Bắc) và đới kiến trúc Sầm Nưa - Hoành Sơn (cánh Tây Nam) Các đứt gãy trong đới cắt qua tất cả các đá có tuổi từ PR2 đến Q Trên cánh Đông Bắc các

đứt gãy cắt qua chủ yếu các đá có tuổi PR2 - Pz Trên cánh Tây Nam các đứt gãy cắt chủ yếu là các thành tạo Mz Dọc theo phần trung tâm và đầu Đông Nam của đới các đứt gãy còn cắt qua cả các thành tạo bazan QI-II (các huyện Như Xuân và Nông Cống) và các trầm tích bở rời Q phân bố dọc thung lũng sông Mã, sông Âm, sông Chu và ở đồng bằng Thanh Hoá) [14,15,17,21]

Kiến trúc của đới đứt gãy sông Mã rất phức tạp gồm một đứt gãy chính phân

bố gần rìa Tây Nam, chạy suốt chiều dài của đới và nhiều đứt đứt gãy phụ ở hai bên Các đứt gãy trong đới kết hợp với nhau tạo nên nhiều dạng kiến trúc (Hình 2) và gồm một số đoạn:

- Đoạn Mường Lát- Lang Chánh, đới có phương Tây Bắc-Đông Nam và gồm 2-3 đứt gãy phụ gần song song nhưng hướng vào và gần sát với đứt gãy chính tại Lang Chánh Chiều rộng của đới đạt 12-16 km;

- Đoạn Lang Chánh - bờ biển gồm đới chính và các đới phụ toả rộng kiểu

"đuôi ngựa" ở đới chính các đứt gãy phụ song song với đử gãy chính, bắt đầu từ Lang Chánh theo phương Bắc Tây Bắc-Nam Đông Nam kéo dài đến Bái Thượng, đổi sang phương Tây Bắc-Đông Nam chạy qua Bến En cắt ra phía bờ biển Tĩnh Gia Nhánh này rộng 3-4km;

- Đới phụ thứ nhất trên cánh Đông Bắc tách ra từ Lang Chánh, gồm 3 đứt gãy song song với nhau theo phương Tây Bắc-Đông Nam kéo dài đến Ngọc Lạc hơi uốn cong về phía nam (phương á kinh tuyến) rồi kéo dài ra phía bờ biển Chiều rộng của

nó khoảng 5-8km;

- Đới phụ thứ hai cũng trên cánh Đông Bắc, tách ra từ Hạ Hai (nam Bái Thượng) gồm 2-3 đứt gãy, theo phương Tây Bắc - Đông Nam chạy dọc rìa Tây Nam Núi Nưa rồi cắt ra bờ biển Nhánh này rộng 3-4km;

- Đới phụ thứ ba trên cánh Tây Nam tách ra từ tây Bái Thượng, gồm 2 đứt gãy lớn có phương Bắc Tây Bắc-Nam Đông Nam cánh nhau gần 10km và một số đứt gãy nhỏ, ngắn nằm giữa chúng Nhánh này theo phương NĐN chạy về phía Hoàng Mai

(Nghệ An) dài hơn 50km

Chiều rộng tổng cộng của đới đứt gãy Sông Mã ở đoạn này tăng từ 15 – 20 km tại Ngọc Lạc lên 30-35 km tại phía Đông Nam

Xét về đặc điểm thế nằm của đới đứt gãy, đứt gãy chính trên suốt chiều dài

đều dốc đứng, góc dốc khoảng 80-900, ít khi 700 và nghiêng về hướng Đông Bắc

(40-600) ở những đoạn có phương Tây Bắc-Đông Nam, về hướng Đông hoặc Đông

Đông Bắc ở những đoạn phương á kinh tuyến, về hướng Bắc Đông Bắc ở đoạn có phương á vĩ tuyến Các đứt gãy phụ có góc cắm thoải hơn 60-700, đôi chỗ 45-500 có hướng cắm thay đổi tuỳ thuộc vào vị trí, phương và mối quan hệ với đứt gãy chính Nhìn chung ở phần Tây Bắc của đới, các mặt trượt đứt gãy có xu thế hội tụ với mặt trượt của đứt gãy chính khi phát triển xuống sâu Một số khác không theo quy luật

đó nhưng lại bị bao bởi những đứt gãy khác ở xa hơn, có mặt trượt hướng về phía đứt gãy chính ở phần Đông Nam của đới, ngược với đứt gãy chính một số đứt gãy phụ trên cánh Đông Bắc nghiêng về phía Tây Nam, một số khác lại song song hoặc ngả

xa mặt trượt đứt gãy chính Trên cánh Tây Nam cũng có tình trạng tương tự Quan hệ phức tạp này giữa các đứt gãy phụ với đứt gãy chính là do kiểu kiến trúc, phản ánh tính chất trượt bằng của đới đứt gãy tại khu vực này tạo nên

Về đặc điểm hoạt động của đới đứt gãy, các kết quả nghiên cứu vào những năm đầu tiên của Thế kỷ XXI đều xác định tính chất của đới đứt gãy chủ yếu là trượt bằng [17,23] Cũng từ các kết quả phân tích trên đây đã xác định được hai pha hoạt

động với tính chất chủ yếu của đới đứt gãy như sau:

- Pha bằng trái chiếm ưu thế, tương ứng với trường ứng suất có S1 phương á vĩ tuyến, gần nằm ngang; S3 phương á kinh tuyến, gần nằm ngang; S2 gần thẳng đứng [17, 23];

- Pha bằng phải chiếm ưu thế, tương ứng với trường ứng suất có S1 phương á kinh tuyến, gần nằm ngang; S3 phương á vĩ tuyến, gần nằm ngang; S2 gần thẳng

đứng

Đáng chú ý là trong pha trước ở những đoạn có phương á kinh tuyến, đới đứt gãy có tính chất trượt bằng trái - nghịch hoặc trượt nghịch Tại đó trường ứng suất thay đổi chút ít: S1 phương á vĩ tuyến, gần nằm ngang; S3 nghiêng một góc lớn hơn

300 hoặc gần thẳng đứng [17,23] Còn trong pha sau ở những đoạn đới đứt gãy (hoặc những đứt gãy thành phần) có phương á kinh tuyến, tính chất thuận tăng lên ở đây

đới đứt gãy trượt bằng phải – thuận Các phân tích sự biến dạng các yếu tố địa mạo (trong đó có các thành tạo Đệ Tứ như thung lũng sông, suối, thềm, bãi bồi v.v ) cho phép xác định pha trượt bằng phải xẩy ra cả trong thời gian Đệ Tứ và sau pha

trượt bằng trái [17, 23] Đối sánh những nghiên cứu trên với những nghiên cứu khác cho toàn khu vực thì pha trượt bằng phải xẩy ra trong thời kỳ Plioxen - Đệ Tứ, còn pha trượt bằng trái xẩy ra trước đó - thời kỳ Paleogen - Mioxen

Hình 1 Sự phân bố của đới đứt gãy Sông Mã trong hệ thống các đới đứt gãy ở vùng Tây Bắc Việt Nam

Xét về biên độ và tốc độ dịch trượt, trong pha sớm tại khu vực Lâm Phú, Làng Trà (huyện Lang Chánh - Thanh Hoá) đã tìm thấy hai vị trí có dấu vết các thung lũng cổ bị dịch bằng trái Đó là những dải địa hình trũng thấp mang hình thái của những thung lũng xâm thực Dấu vết nguồn gốc của nó còn tìm thấy là các mảnh bề mặt tương đối bằng phẳng dưới dạng các mảnh đồi sót phân bố dọc theo đáy thung lũng nằm trên cùng một độ cao tương đối so với đáy suối hiện tại và cao hơn các thành tạo Đệ Tứ có mặt trong các thung lũng đó Dịch bằng trái tại vị trí thứ nhất là 600m nhưng các thành tạo Đệ Tứ của dòng suối hiện đại tại đó lại bị dịch bằng phải khoảng 100m Như vậy "thung lũng" này đã bị dịch trái 700m [17, 23] ở vị trí thứ hai "thung lũng " bị dịch trái 500m, ở đây không có dấu hiệu dịch phải của pha sau [17, 23] Tổng biên độ trượt bằng trái của hai đứt gãy tại hai vị trí này là 1200m Hai

đứt gãy cách nhau 2,5 km theo chiều vuông góc với đới đứt gãy Nếu giả định rằng

gradien dịch chuyển Bt là như nhau trên toàn bộ chiều ngang của đới, thì với chiều rộng hiện nay (tại vị trí mặt cắt là 15-16km) sẽ có biên độ trượt bằng trái khoảng 7-7,5 km Các bề mặt bóc mòn này nằm trong những thung lũng xâm thực Chúng thấp hơn các bề mặt đỉnh của các núi kế cận và cao hơn các bề mặt Q, do đó có thể giả thiết rằng chúng được hình thành trong N và bị biến dạng trong thời gian từ 23 triệu năm đến 6 triệu năm trước Trên cơ sở đó tốc độ dịch chuyển của đới đứt gãy sông Mã trong giai đoạn này sẽ vào khoảng 0,42-0,45mm/n

ĐG Sông Mã

ĐG Sơ

n L a

ĐG Sô

KTH1

Cửa Đạt∃ ∃ Bái Thượng Thanh Hoá

LAI1

<

Hình 2 Cấu trúc của đới đứt gãy Sông Mã

Trong pha muộn (Plioxen - Đệ Tứ ), những dấu hiệu dịch chuyển phải của đới thu thập được ở rất nhiều nơi:

- Tại Lâm Phú (Lang Chánh) dọc theo thung lũng suối chảy vuông góc với

đới, các đứt gãy đã làm dịch chuyển phải nhiều đoạn với biên độ khác nhau Về phía Tây đoạn suối vừa mô tả, một số đứt gãy khác cũng làm dịch chuyển các đường chia nước ở đó Tổng biên độ dịch chuyển của các đứt gãy trong đới đây là 950m;

- Tại Khe Hạ (phía nam Bái Thượng) và Yên Cát, các đứt gãy cũng làm dịch chuyển các thung lung suối và các đường chia nước với biên độ tổng cộng là 1600-

1700m;

- ở phần Tây Bắc, tại khu vực phía nam Chiềng Khương, biên độ trượt bằng phải vào khoảng 1200-1400 m, tại Mường Lầm là 1000 –1200 m

Với biên độ trên, nếu tính cho cả thời kỳ Plioxen-Đệ tứ (6 triệu năm) thì tốc

độ trượt bằng phải của đới đứt gãy Sông Mã sẽ đạt từ 0,15 đến 0,3mm/n Nếu tính cho riêng giai đoạn Đệ Tứ (1 tr năm) sẽ đạt giá trị từ 0,9 -1,7 mm/n

Xét về hoạt động hiện đại tích cực của đới đứt gãy được khẳng định bằng hàng loạt các dấu hiệu khác nhau:

- Các dị thường địa hóa đặc biệt như Ra, Hg, CO2, CH4 đã được tìm thấy ở các khu vực thị trấn Sông Mã, Mường Hung, ở Bá Thước, Lang Chánh, Thường Xuân và Mục Sơn [16,17,19,23];

- Các dị thường địa nhiệt phản ánh tính hoạt động hiện đại của đới đứt gãy cũng thể hiện khá rõ ở khu vực Bái Thượng và Tĩnh Gia [23];

- Nhiều điểm nứt - trượt đất lớn cũng xuất hiện tại nhiều nơi dọc theo đới đứt gãy như ở đèo Tâng Quái (Mường ảng), thị trấn Sông Mã (Sơn La), Quảng Trường (Quảng Xương) [23]

Điểm lộ nước nóng ở Lâm Phú ( Lang Chánh ) nằm trong đới đứt gãy cũng là bằng chứng về sự hoạt động hiện đại của nó [23] Những trận động đất mạnh có Msmax = 6,5 - 7,0 độ Richte đã từng sảy ra ở Sông Mã trong đới đứt gãy và nhiều trận khác có cường độ thấp hơn ở khu vực Lang Chánh, Bá Thước Theo bản đồ phân vùng động đất, đới đứt gãy Sông Mã có khả năng phát sinh địa chấn với Msmax = 6,5-7,0 và độ sâu chấn tiêu khoảng 25 - 30km [22] Đánh giá giới hạn Msmax của đới

đứt gãy Sông Mã theo chiều dài 390km, đới đứt gãy có khả năng phát sinh địa chấn với Msmax=6,4 và độ sâu chấn tiêu đến 28km [23]

Như vậy mặc dù trong thời gian hiện nay trên khu vực đới đứt gãy Sông Mã không ghi nhận được các trận động đất, nhưng các kết quả nghiên cứu địa chất trên

đới đứt gãy này cho thấy đới đứt gãy đang hoạt động Khả năng xẩy ra các trận động

đất thường liên quan đến việc quan sát được chuyển dịch đứng gắn liền với quá trình tích luỹ năng lượng bên trong lòng Quả đất trên khu vực đứt gãy Việc nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất trên đới đứt gãy sông Mã cùng với các đới đứt gãy khác trong hệ thống các đới đứt gãy vùng Tây Bắc Việt Nam là công việc rất cấp bách để phục vụ việc dự báo tai biến tự nhiên ở khu vực này

Chương II Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực phục vụ việc nghiên cứu chuyển

dịch của vỏ Trái đất trên đới đứt g∙y

Việc nghiên cứu hoạt động kiến tạo trên khu vực các đứt gãy có thể được thực hiện bằng các phương pháp địa chất và phương pháp trắc địa Để nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực phục vụ việc nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất trên đới đứt gãy bằng phương pháp trắc địa, trong chương này chúng ta sẽ xem xét các phương pháp địa chất, phương pháp trắc địa và xác định mối quan hệ mật thiết giữa hai lĩnh vực Địa chất và Trắc địa trong nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy Từ đây hình thành các yêu cầu phải tính đến khi thiết kế mạng lưới GPS địa động lực phục vụ việc nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất trên đới đứt gãy

II.1 Các phương pháp nghiên cứu đứt g∙y

II.1.1 Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu đứt gãy của ngành Địa chất

Đứt gãy hoạt động phá huỷ bình đồ cấu trúc cổ, tạo lập cấu trúc mới, làm biến

vị mạnh mẽ các đất đá Do đó nó có những dấu hiệu đặc trưng cho hoạt động của

đứt gãy như: các đới đập vỡ, dăm kết, mặt trượt, vết xước, phay… cũng như những dấu hiệu đặc trưng riêng cho đứt gãy thời kỳ tân kiến tạo như làm biến dạng các thành tạo Kainozoi; làm xuất hiện các dị thường về địa hoá khí đất, địa nhiệt, xuất lộ các nguồn nước khoáng, nước nóng Nghiên cứu đặc điểm đứt gẫy tân kiến tạo khu vực dựa vào các đặc điểm trên bằng phương pháp địa chất được thực hiện nhờ các

phương pháp nghiên cứu chính sau:

1 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám

Trên ảnh vệ tinh các dấu hiệu để xác định các đứt gãy bằng mắt thường là hệ thống lineamen (photolineamen - những yếu tố dạng tuyến) Các lineamen có độ lớn (chiều dài, chiều rộng) khác nhau Các lineamen nhỏ khi chuyển lên bản đồ tỷ lệ lớn chúng vẫn thường chỉ là những đường đơn giản Các lineamen lớn tạo thành một đới

có chiều rộng bằng chiều rộng lineamen trên ảnh theo tỷ lệ tương ứng Bản chất của phương pháp này chính là xác định và thể hiện các yếu tố photolineamen lên bản đồ

địa hình theo mức độ và phạm vi phát triển của chúng Sau đó loại bỏ các lineamen phi kiến tạo, thành lập bản đồ mật độ lineamen bằng phần mềm chuyên dụng Trên bản đồ này thường nổi rõ các dải dị thường mật độ lineamen với gradient cao Các dải này thường là các đới đứt gãy Chiều rộng của các dải dị thường là cơ sở dể xác

định chiều rộng của đới động lực đứt gãy

2 Các phương pháp địa mạo - kiến tạo

Nguyên lý của phương pháp này là xác định các đặc điểm địa hình, địa mạo

và mối quan hệ của chúng với hoạt động đứt gãy, từ đó làm sáng tỏ tính chất và cơ chế dịch chuyển của các đứt gẫy trong giai đoạn tân kiến tạo - hiện đại

Đứt gãy đang hoạt động sẽ được biểu hiện, phản ánh và làm biến đổi các yếu

tố địa hình, địa mạo Vì vậy việc nghiên cứu địa hình, địa mạo cho phép xác định hoạt động hiện đại của đới đứt gãy Sau đây là các phương pháp địa mạo được sử

đặc điểm chính của các quá trình địa mạo: bóc mòn, xâm thực, tích tụ, quá trình sườn và sự hiện diện của các yếu tố địa mạo đặc biệt: các vách kiến tạo - xâm thực, các thung lũng thẳng, các khe hẻm nối tiếp nhau, dải các yên ngựa kéo dài, các thung lũng karst v.v Tổ hợp các yếu tố này sẽ cho phép phân tách được những dải

địa hình dạng tuyến của đới đứt gãy và các khác biệt với hai bên cánh

2.2 Phương pháp phân tích biến dạng các yếu tố địa mạo

Phương pháp này gồm các nội dung sau:

- Phân tích biến dạng (ngang và đứng) của hệ thống đường chia nước của các dãy núi, các nhánh núi ngang, các vai núi trong đới đứt gãy Đường chia nước (sống núi) thuộc yếu tố địa hình dương mà liên quan và tương ứng với nó (sinh ra do cùng một quá trình) là các yếu tố địa hình âm: sông, suối và các máng xói của những dòng chảy tạm thời Sự biến dạng của các đường chia nước tại các vị trí giao cắt với

đứt gãy thường phản ánh đặc điểm chuyển dịch của đứt gãy Tuy nhiên quá trình ngoại sinh (xâm thực bóc mòn) thường làm lu mờ và gây nhiễu những biến dạng do quá trình dịch trượt của đứt gãy gây nên Để loại trừ những ảnh hưởng (gây nhiễu) này, ngoài những phân tích đánh giá cụ thể, những kết quả nghiên cứu đã đảm bảo

được tính biến dạng theo hệ thống và tính phổ biến của chúng, nghĩa là chúng bị biến dạng theo cùng một tính chất trên cùng một đứt gãy và phải có một số lượng lớn các điểm biến dạng này trên một khu vực nghiên cứu thuộc đới đứt gãy Trên cơ

sở đó xác định được tính chất chuyển dịch của các đứt gãy, giai đoạn hoạt động, thời gian biến dạng, biên độ và tốc độ chuyển động của từng đứt gãy cũng như của cả đới

trong từng thời kỳ

+ Phân tích hệ thống thung lũng sông suối, đường đáy suối và các máng xói,

hệ thống dòng chảy tạm thời v.v là những yếu tố đã được sử dụng khá phổ biến trong nghiên cứu đứt gãy hoạt động Chúng cũng cho phép xác định vị trí có đứt gãy cắt qua, biên độ và tốc độ dịch trượt của các đứt gãy trong một giai đoạn phát triển kiến tạo nhất định trên cơ sở tuổi thành tạo của các yếu tố này

+ Xác định các vách kiến tạo - xâm thực, một dạng đặc biệt của nó là các faset, thể hiện không gian phát triển và tính chất chuyển động của đới đứt gãy

- Phân tích biến dạng các thể địa mạo tích tụ có nguồn gốc khác nhau: proluvi (nón phóng vật), aluvi (thềm, bãi bồi v.v.) đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu các đứt gãy kiến tạo trẻ ở Liên Xô (cũ) [23] cũng như một số đứt gãy lớn trên lãnh thổ Việt Nam Yêu cầu của phương pháp là phải nắm vững quy luật hình thành, phát triển của các yếu tố này để xác định sự biến dạng kiến tạo của chúng Trên cơ

sở đó xác định đặc điểm chuyển động, biên độ và tốc độ dịch chuyển của các đứt gãy

2.3 Phân tích mặt cắt địa hình

Trên cơ sở thiết lập các mặt vuông góc các đới đứt gãy trên bản đồ tỷ lệ 1:100

000, 1:50 000 để xác định các chuyển động thẳng đứng, các đứt gãy kế cận Phương pháp cho phép hỗ trợ xác định tính chất dịch chuyển thẳng đứng của các đứt gãy thuận hay nghịch

3 Phương pháp địa chất

Trong nhóm phương pháp địa chất nghiên cứu về đứt gãy chúng ta chủ yếu chỉ xem xét phương pháp phân tích cấu trúc nhỏ Nhằm xác định các biến dạng không lớn như các nếp uốn, các phay, các nếp oằn võng, mặt trượt vết xước, đới dập vỡ cà nát v.v phân bố trong phạm vi đới đứt gãy Các kiến trúc này được hình thành và bị biến dạng do quá trình hoạt dộng của đới đứt gãy tạo nên Chúng phản ánh vị trí không gian, phạm vi phá huỷ, tính chất dịch trượt, các pha hoạt động, biên độ chuyển dịch và nhiều tính chất khác của các đứt gãy, đặc biệt trong các đá Mezozoi muộn và Kainozoi

4 Các phương pháp kiến tạo vật lý

Tồn tại một số phương pháp kiến tạo vật lý chính sau đây:

- Phương pháp kiến tạo động lực (KTĐL) của Nikolaiev P N được đặt trên

cơ sở xử lý thống kê các số đo khe nứt kiến tạo [16] Các số đo (không nhất thiết phải là mặt trượt có vết xước) được đưa lên biểu đồ ma trận vuông, một chiều biểu thị góc dốc của mặt trượt (chiều đứng), một chiều biểu thị giá trị phương vị của mặt trượt (chiều ngang) Mỗi giá trị đo ứng với một điểm trên biểu đồ Sau đó chọn một

tấm đo (paletka) thích hợp để tính mật độ (%) phân bố của chúng và xác lập các

đường đẳng trị Các đường này thường khép kín và tạo ra các cực trị với hướng phân tán xác định Hai cực trị có hướng phân tán đối xứng qua một trục thẳng đứng nào

đó được xem là một hệ cộng ứng Theo tác giả [16], hướng phân tán của các cực trị

có qui luật là định hướng theo các góc phần tư tách, nghĩa là mật độ khe nứt bao giờ cũng giảm từ từ theo hướng đến góc phần tư tách và giảm đột ngột theo hướng đến góc phần tư nén Sau khi đã xác định được giá trị của hai cực trị tương ứng với một cặp hệ khe nứt cộng ứng cùng với hướng phân tán của chúng, hoàn toàn có thể xác

định được giá trị của các trục ứng suất cực đại và cực tiểu cũng như trục ứng suất

trung gian [16]

- Phương pháp dải khe nứt (DKN) của Đanhilovic sử dụng đơn thuần số liệu

về khe nứt kiến tạo Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là các hệ thống khe nứt sinh ra trong một pha kiến tạo thường cắt nhau theo một giao tuyến chung Giao tuyến này song song với mặt trượt đứt gãy và vuông góc với hướng dịch trượt của nó Những khe nứt không phân bố đồng đều theo các phương khác nhau mà tập trung ở một số phương nào đó và tạo thành các cực trị của cực khe nứt (giao điểm giữa pháp tuyến khe nứt với mặt cầu) trên biểu đồ cầu thống kê Các cực trị (tối thiểu là 3) phân bố theo một dải xác định Dải này (được gọi là dải khe nứt) nằm trên giao tuyến của mặt cầu chiếu và mặt phẳng (đi qua tâm cầu chiếu) vuông góc với giao tuyến chung của các hệ thống khe nứt Trong dải có một cực trị chính, có mật độ khe nứt lớn nhất so với các cực trị còn lại Đó là cực trị của hệ thống khe nứt song song với mặt trượt của đứt gãy, phương vị của nó là phương vị của mặt trượt, giao tuyến của nó với mặt phẳng chứa dải chính là phương dịch trượt Giao tuyến này giống như một vết xước trên mặt trượt của đứt gãy nhưng không cho biết chính xác chiều chuyển dịch, chỉ là một giá trị về phương và góc trượt, với hai khả năng về chiều chuyển dịch: phải (hoặc trái), thuận (hoặc nghịch) Kết quả xử lý số liệu khe nứt kiến tạo bằng phương pháp này cho các thông tin về đứt gãy như phương kéo dài, phương vị của mặt trượt, phương và góc chuyển dịch Vì thế phải kết hợp với một phương pháp xử lý khác (ví dụ như phương pháp của Nikolaev) để có thể xác định

được tính chất dịch trượt của đứt gãy

- Phương pháp Ba hệ khe nứt cộng ứng (3HKNCƯ) của Seminxki K Zi,

Serman X.I [16,22] là một phương pháp xác định tính chất động học của đứt gãy có khả năng cho những kết quả khả quan Theo các tác giả này, các hệ thống khe nứt kiến tạo trong đới đứt gãy bao giờ cũng tạo thành ba hệ cộng ứng gần vuông góc với nhau Ba hệ đó bao gồm: hệ khe nứt chính chiếm tỷ lệ lớn nhất (có mật độ lớn nhất), song song với mặt trượt của đứt gãy, hệ khe nứt phụ có mật độ thấp hơn và hệ khe nứt bổ xung có mật độ thấp nhất Hơn nữa tổ hợp 3 hệ này phân bố trong không gian

theo 3 kiểu chính tương ứng với 3 kiểu cơ bản của đứt gãy: trượt bằng, nghịch và thuận Trong đới trượt bằng hệ khe nứt chính và hệ khe nứt phụ có góc cắm gần thẳng đứng, hệ khe nứt bổ xung gần nằm ngang Trong đới đứt gãy nghịch hai hệ thống khe nứt chính và phụ gần nằm ngang còn hệ thống khe nứt bổ xung gần thẳng

đứng Trong đới đứt gãy thuận 3 hệ khe nứt cộng ứng có mật độ gần bằng nhau, góc cắm gần bằng nhau Tuy nhiên hệ khe nứt bổ xung gần thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nào đó, còn hệ khe nứt chính và hệ khe nứt phụ có đường phương gần song song với nhau

Kết hợp tính chất 3 hệ khe nứt cộng ứng với tính chất phân tán của chúng theo Nikolaev và đặc điểm biến dạng giòn của đá là góc nén thường nhỏ hơn hoặc bằng

900, có thể dễ dàng nhận ra rằng trên biểu đồ mật độ cực khe nứt, hướng phân tán của các cực trị định hướng về phía trục nén ứng dụng tính chất này cho các đứt gãy trượt bằng hoặc có hợp phần trượt bằng (trượt bằng - thuận, trượt bằng nghịch, nghịch - trượt bằng và thuận - trượt bằng) có thể xác định được tương đối chính xác tính chất dịch trượt của đứt gãy: trượt bằng phải (hoặc trái); trượt bằng phải (trái) - thuận (nghịch); trượt thuận (nghịch) -bằng phải (trái) Điều này có nghĩa là phương pháp “ Ba hệ khe nứt cộng ứng” của Seminxki K.Gi và Serman X.I không chỉ xác

định được những tính chất của đứt gãy (hoặc đới đứt gãy) một cách khái quát: trượt bằng hay thuận (nghịch), mà còn cho phép xác định các tính chất đó một cách chi tiết và cụ thể hơn Ngoài ra phương pháp phân tích "3 hệ khe nứt cộng ứng" còn

được ứng dụng để xác định phương vị của mặt trượt đứt gãy dựa vào sự phân bố của

hệ khe nứt chính và hơn thế nữa, xác định chiều rộng đới phá huỷ đứt gãy dựa vào quy luật biến đổi theo mặt cắt ngang của tổ hợp Ba hệ cộng ứng này theo một quy luật như sau: Trên các mặt cắt ngang, tại phần trục đới (trùng với đứt gãy chính), cấu trúc khe nứt khá phức tạp nhưng nhìn chung hệ khe nứt chính chiếm ưu thế tuyệt đối, tiếp đến là phần mà tương quan 3 hệ khe nứt cộng ứng thể hiện rõ nhất, sau đó tính chất này giảm dần cho tới rìa và mất hẳn khi ra ngoài phạm vi đới đứt gãy Bằng phương pháp này một loạt mặt cắt vuông góc với các đới đứt gãy đã được thiết lập và

đã xác định được ranh giới dập vỡ kiến tạo cho từng đới đứt gãy

II.1.2 Xác định mối quan hệ giữa phương pháp địa chất và phương pháp trắc địa trong nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy

Từ kết quả xem xét các phương pháp nghiên cứu đới đứt gãy của ngành Địa chất ở mục II.1.1, chúng ta thấy rằng phương pháp địa chất có những ưu điểm sau:

- Nhờ phương pháp địa chất kiến tạo hoàn toàn có thể xác định được sự phân

bố không gian và cấu trúc của đới đứt gãy, lịch sử hình thành của nó trong quá trình tiến hoá địa chất của lớp vỏ Trái đất;

- Xác định được lịch sử cũng như hiện trạng hoạt động kiến tạo của các lớp

đất đá (các mảng vi kiến tạo) trong cấu trúc của đới đứt gãy được hình thành trong toàn bộ lịch sử tiến hoá địa chất của đới đứt gãy

Đây là những thông tin rất quý giá trong việc nghiên cứu hoạt động kiến tạo

của đới đứt gãy Việc nghiên cứu hiện trạng hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy bằng

phương pháp địa chất chủ yếu dựa trên phương pháp địa vật lý Do hoạt động của các mảng kiến tạo, tại các ranh giới của chúng xẩy ra sự nén ép hoặc sự co dãn của các khối đất đá Sự nén ép của các khối đất đá tạo ra trường ứng xuất lực Trường này gây ra sự tích luỹ năng lượng địa chấn đàn hồi cho một trận động đất tương lai hoặc hoạt động tân kiến tạo biểu hiện bởi hoạt động của các đứt gãy Biểu hiện của hoạt

động của các đứt gãy là sự xuất hiện các hiện tượng dập vỡ đất đá và làm thay đổi các tính chất vật lý của các lớp đất đá trong chiều sâu của Quả đất Các biểu hiện của

sự thay đổi tính chất vật lý của các lớp đất đá bị dập vỡ bao gồm sự thay đổi mật độ vật chất của các lớp đất; điện trở suất giảm; sự thoát ra từ mặt đất một số khí radon, argon, hêli, NH 4 , CO 2v v

Các cơ sở khoa học của việc nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy phục vụ công tác dự báo tai biến tự nhiên thể hiện ở các điểm sau:

- Sự dịch chuyển của các khối đất đá do hoạt động kiến tạo ở bên trong vỏ Trái đất tạo ra sự nén ép, tách dãn của chúng và từ đây tạo ra các trường ứng suất lực gây ra sự tích luỹ năng lượng Năng lượng này khi được giải phóng sẽ tạo ra các trận

động đất với các cường độ khác nhau;

- Việc tích luỹ năng lượng trong các khối đất đá bên trong vỏ Trái đất tạo ra các dị thường Sự không đồng nhất về cơ học và cấu tạo vật chất của các tầng đất tạo

ra vô số sự tán xạ của các dị thường khác nhau trong không gian rộng lớn với ranh giới không xác định được Trong quá trình này đã hình thành các cấu trúc kiến tạo dạng duỗi thẳng (các đứt gẫy, khe nứt…) trong vỏ Qủa đất với tính chất cơ học của

đất bị làm yếu đi Các cấu trúc này đóng vai trò các kênh truyền các dị thường ra các khoảng cách lớn [25] Như vậy việc nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy

sẽ cho phép đánh giá được các quá trình hoạt động kiến tạo đang diễn ra bên trong lòng Quả đất

Tuy nhiên việc dự báo các tai biến tự nhiên thông qua các kết quả nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy bằng phương pháp địa chất là công việc rất khó khăn Vấn đề này đã được phân tích chi tiết trong tài liệu [7] Thực chất quá trình tích luỹ năng lượng bên trong lòng Quả đất do sự xuất hiện của các trường ứng suất lực là một quá trình lâu dài và thể hiện ở việc xê dịch trong không gian, nén ép hoặc tách dãn các lớp đất đá tạo nên hai cánh của đứt gãy theo những quy luật xác định

Bản thân quá trình tích luỹ năng lượng nêu trên cũng làm thay đổi (biến động) các vị trí mặt bằng và độ cao của các địa vật trên bề mặt Quả đất Các quy luật nêu trên bao gồm [25]:

1 Sự trồi dị thường lên liên tục của bề mặt Quả đất trong và xung quanh khu vực đới đứt gãy Việc trồi lên dị thường được giải thích như sau: Khi chuẩn bị giải phóng năng lượng của một trận động đất lớn, biến dạng địa chấn được tích lũy theo toàn bộ bề dầy của lớp “đàn hồi” địa chấn của lớp vỏ Qủa đất từ bề mặt đến nền của

nó (10-25km) Trước động đất, độ nén đàn hồi được tích lũy ở lớp trên của vỏ trái

đất Sau động đất, độ nén này được giải phóng hết

Theo kết quả nghiên cứu trong [25], sự tích luỹ năng lượng cho một trận động

đất sẽ được phản ánh trên các đứt gẫy với tốc độ chuyển dịch thẳng đứng tăng

nhanh Ví dụ trong vòng 2 năm rưỡi trước trận động đất Xarưcamưs (1970 với M = 6,8), tại một đứt gẫy ở Alma-Ata cách tâm địa chấn 160 km đã phát hiện được

chuyển dịch thẳng đứng với tốc độ trung bình 35 mm/1 năm Sau trận động đất, hiện tượng này không xẩy ra nữa Theo báo cáo trong [26], trên lãnh thổ Liên Xô (cũ) đã ghi nhận được nhiều trường hợp trồi dị thường của bề mặt Qủa đất trước khi có các trận động đất mạnh: hai trường hợp ở vùng Kavkaz lớn và một trường hợp ở vùng

Theo các kết quả nghiên cứu thống kê, kể từ khi phát hiện được sự trồi lên của

bề mặt Qủa đất cho đến khi xảy ra động đất vào khoảng 16 năm ±7 năm

2 Biến dạng địa chấn là sự xê dịch đàn hồi không đồng nhất, nhưng thay đổi theo quy luật trong không gian: ở các vùng đang chuẩn bị địa chấn thường xuất hiện

sự uốn cong đàn hồi có quy luật ở các tầng đất của vỏ Trái đất Sự uốn cong đàn hồi phân bố theo hàm lũy thừa với cơ số e: nó đạt giá trị cực đại ở trung tâm vùng địa chấn và giảm nhanh về 2 phía kể từ trung tâm ra ngoại vi của vùng địa chấn (xem hình 3 ở dưới đây)

Hình 3 Đồ thị sự uốn cong đàn hồi của các tầng đất của vỏ Trái đất

tại khu vực chuẩn bị địa chấn

Sự thay đổi cực đại độ cong của đường cong trùng với hướng vuông góc với

đứt gẫy

3 Trong các vùng địa chấn của các trận động đất mạnh (M>7), sự uốn cong

đàn hồi thâm nhập vào các vật thể của các khối tiếp xúc nhau theo đứt gẫy địa chấn

đến 10-15 km, tức chiều rộng của vùng tích lũy độ cong đàn hồi khoảng 20-50 km

Sự xê dịch đàn hồi của các tầng đất ở vùng địa chấn của các trận động đất mạnh đạt

đến độ lớn 1 vài mét Do đó phải nghiên cứu sự chuyển dịch tương hỗ của các lớp

đất đá ở hai bên cánh của đới đứt gãy với chiều rộng đến 25 km và lớn hơn

4 Biến dạng dị thường ở khu vực đứt gẫy được thể hiện dưới dấu hiệu của sự xuất hiện các vùng dãn và nén [25] (xem hình 4 ở dưới đây)

Hình 4 Ví dụ các vùng co dãn trên khu vực đứt gãy Việc xác định các quy luật nêu trên chỉ có thể được thực hiện bằng phương pháp trắc địa Khi áp dụng phương pháp trắc địa để nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái

đất cần giải quyết bốn nhóm vấn đề sau [27]:

1 Phát triển các phương tiện đo đạc độ chính xác rất cao;

Trung tâm

2 Nghiên cứu các mối quan hệ giữa các sự biến thiên của toạ độ và các thành phần trọng trường của Qủa đất và các hiện tượng địa động học khác nhau;

3 Xác định các yêu cầu về tần xuất và khoảng thời gian đo đạc giữa các chu

kỳ, về sự phân bố của các điểm trắc địa trên bề mặt Qủa đất;

4 Xây dựng các phương tiện toán học để xử lý các dữ liệu đo đạc trong nghiên cứu địa động học bao gồm cả việc lựa chọn hệ tọa độ để tính toán

Để xác định một cách tin cậy các chuyển dịch tuyến tính của vỏ trái đất trong

một vài năm cần độ chính xác đo đạc ở mức cm [27] Trên khoảng cách hàng trăm

km, khi sử dụng các phương pháp đo đạc truyền thống, chỉ có phương pháp thuỷ chuẩn hình học là đáp ứng được yêu cầu

Tuy nhiên ngày nay, sự xuất hiện của các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu như các hệ thống GPS, GLONAS và các hệ thống khác đang từng bước mở ra những khả năng mới cho việc áp dụng các phương pháp trắc địa để nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất trên phạm vi lớn So với các phương pháp đo đạc truyền thống, phương pháp đo đạc vệ tinh có những ưu điểm nổi bật:

- Không yêu cầu sự thông hướng giữa hai điểm trắc địa và đảm bảo đo đạc độ

chính xác cao trên các khoảng cách lớn đến hàng ngàn km;

- Đo đạc có thể tiến hành trong mọi điều kiện thời tiết;

- Mức độ tự động hoá cao và hạn chế sự can thiệp của con người vào quá trình

đo đạc

Theo kết quả nghiên cứu trong [7], việc ứng dụng công nghệ GPS hoàn toàn cho phép đạt được độ chính xác của các vectơ baseline ở mức mm hoặc cao hơn trên khoảng cách đến hàng trăm km Do đó công nghệ GPS ngày nay là công nghệ chủ

đạo để nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất trên khu vực đới đứt gãy bằng phương pháp trắc địa

Tuy nhiên để thiết kế mạng lưới GPS địa động lực để nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất, các nhà trắc địa bắt buộc phải sử dụng các kết quả nghiên cứu của các nhà địa chất Vai trò của các thông tin về hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy của các nhà địa chất thể hiện ở các mặt sau:

- Lớp đất đá hình thành bên hai cánh của đới đứt gãy tạo nên vô số mảng vi kiến tạo Do hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy, nên các mảng vi kiến tạo chuyển dịch tương hỗ với nhau Do đó để bố trí các điểm trắc địa để quan trắc chuyển dịch hiện đại của vỏ Trái đất phải nghiên cứu bản đồ địa chất kiến tạo nhằm xác định cấu trúc của đới đứt gãy và các điểm xung yếu nhất về mặt địa chất kiến tạo nằm ở ranh

giới của các mảng vi kiến tạo ở hai bên cánh của đới đứt gãy; lựa chọn các điểm xung yếu làm các điểm trắc địa sao cho chúng phân bố đều bên hai cánh của đới đứt gãy, cách đứt gãy từ 5 – 50 km;

- Do hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy xuất phát từ các chuyển dịch của vật chất bên trong lòng Quả đất xuyên suốt toàn bộ bề dầy của đới đứt gãy, nên với mục

đích nghiên cứu dịch chuyển của vỏ Trái đất trên khu vực đới đứt gãy phải bố trí các

điểm trắc địa trên các đá gốc là lớp đá cơ bản cấu thành đới đứt gãy đó Việc xác

định các đá gốc này phải có sự trợ giúp của các nhà địa chất cùng các thông tin về cấu trúc địa chất của các tầng đất đá trên bản đồ cấu trúc địa chất của khu vực đới

đứt gãy;

- Khi xác định được các dịch chuyển dị thường của đới đứt gãy bằng phương pháp trắc địa, việc xác định các nguyên nhân gây ra các dịch chuyển dị thường đó là nhiệm vụ của các nhà địa chất kiến tạo

Các vấn đề nêu trên đã xác định mối quan hệ mật thiết của hai ngành Trắc địa

và Địa chất trong việc nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy và xác định các nội dung của quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực để nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy bằng phương pháp trắc địa

II.2 Các yêu cầu thiết kế mạng lưới GPS địa động lực

Trong tài liệu [9] đã luận chứng cho các yêu cầu thiết kế mạng lưới GPS địa

động lực để phục vụ việc nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất trên khu vực đới

đứt gãy Việc ảnh hưởng của đồ hình mạng lưới GPS đến độ chính xác xác định tọa

độ không gian của các điểm GPS đã được nghiên cứu trong [8] Dựa trên các tiêu chuẩn cực tiểu của vết và cực đại của định thức của ma trận trọng số đảo của các ẩn

số trong [8] đã chứng minh được rằng đồ hình của mạng lưới GPS là tốt (đảm bảo nâng cao độ chính xác của các tham số cần tìm và ma trận chuẩn không suy biến) khi chiều dài cạnh lớn nhất SMAX và chiều dài nhỏ nhất SMIN giữa các điểm GPS kề nhau thoả mãn điều kiện sau:

, 667 , 0

, 333 , 1

S S

S S

S S

S S

=

δ

δ

(II.1)

ở đây S - chiều dài cạnh trung bình của mạng lưới GPS

Việc lựa chọn các điểm xung yếu cách đứt gãy từ 5 – 10 km và thoả mãn điều kiện (II.1) là các yêu cầu cơ bản trong việc bố trí các điểm GPS để nghiên cứu sự hoạt động của đứt gãy Tuy nhiên điều kiện (II.1) không phải là điều kiện bắt buộc,

mà chỉ là điều kiện giúp chúng ta định hướng lựa chọn các điểm GPS sao cho các chiều dài các cạnh trong mạng lưới GPS địa động lực khác nhau không quá lớn, bởi

vì trong trường hợp ngược lại ma trận chuẩn nhận được khi bình sai mạng lưới đó sẽ trở nên kém ổn định Như đã chỉ ra trong [7], khi góc ngưỡng vệ tinh giảm dần đến

0

5 thì độ chính xác xác định độ cao bằng công nghệ GPS sẽ được nâng lên Như vậy

vị trí đặt mốc của điểm GPS phải đảm bảo thoáng đãng, cách xa các vật cản (tối thiểu 500 m) để hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng đa đường truyền đến kết quả đo GPS và đảm bảo thu được tín hiệu vệ tinh với góc ngưỡng nhỏ đến 50. Các yêu cầu

bố trí các điểm GPS nêu trên đã được áp dụng khi thiết kế mạng lưới GPS địa động lực phục vụ nghiên cứu hoạt động của đứt gãy Lai Châu - Điện Biên [7]

Chúng ta sẽ khảo sát các yêu cầu thiết kế đo đạc và xử lý dữ liệu đo GPS phục

vụ việc xác định vectơ chuyển dịch của vỏ Trái đất trên khu vực đứt gãy dựa trên việc đánh giá độ chính xác đo GPS theo yêu cầu xác định các vectơ chuyển dịch Gọi

W - tham số cần đánh giá (hiệu tọa độ phẳng, độ cao trắc địa) để xác định vectơchuyển dịch Cho W1 và W2- hai giá trị của tham số W được xác định nhờ kết quả đo lặp trong hai chu kỳ 1 và 2 Khi đó sự thay đổi (tốc độ chuyển dịch) của tham số W trong hai chu kỳ được đánh giá theo công thức:

m , m2- các sai số trung phương của các tham số W1 và W2

Khi đo đạc và xử lý các dữ liệu đo GPS theo cùng một quy trình có thể coi rằng

,

3

2m≤ m Vhay

.

2 3

V m

m≤ (II.6)

Trong thực tế, đại lượng V được coi là vectơ chuyển dịch khi V> 2.m V Do đó

khi coi sai số trung phương cho phép m cp của tham số W bằng 2.m, từ (II.6) chúng ta

nhận được điều kiện:

.

2 3

V

m cp ≤ (II.7) Khi sử dụng các phần mềm hiện đại như GAMIT (Mỹ), BERNESE (Châu Âu)

bằng kỹ thuật sai phân trong quá trình xử lý dữ liệu đo GPS sẽ khử được hầu hết hoặc

giảm thiểu các ảnh hưởng của các nguồn sai số cơ bản trong công nghệ GPS như ảnh

hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh, sai số đồng hồ vệ tinh, tầng điện ly, tầng đối lưu

v v và tính đến các ảnh hưởng của các hiện tượng địa vật lý như hiện tượng triều của

Quả đất, hiện tượng triều cực Quả đất đến kết quả xác định vectơ baseline lớn Như

vậy sai số của vị trí vệ tinh (độ chính xác của lịch vệ tinh) còn lại (không thể hạn chế

được ảnh hưởng) là nguồn sai số đặc trưng cho hệ thống vệ tinh được sử dụng và là

nguồn sai số cơ bản được sử dụng để đánh giá ước tính độ chính xác của vectơ

baseline Từ kết quả nghiên cứu trong [7] cho thấy rằng sai số trung phương của

chiều dài cạnh mS được đánh giá theo độ chính xác của lịch vệ tinh bởi công thức

sau:

mS = α ⋅ 10-β ⋅ S., (II.8)

ở đây S – chiều dài của baseline, các hệ số α và β được xác định theo mức độ

chính xác của lịch vệ tinh được sử dụng và được thể hiện ở bảng 1 dưới đây

9

9

7 Chúng ta sẽ đánh giá yêu cầu sử dụng lịch vệ tinh để nghiên cứu chuyển dịch

đứng với tốc độ chuyển dịch nhỏ nhất, giả sử là V = 3 mm/1 năm Coi hiệu độ cao

trắc địa (∆H ) AB giữa hai điểm A, B là tham số cần đánh giá W Với giả thiết rằng

điểm A ổn định theo độ cao, điểm B không ổn định, tốc độ chuyển dịch đứng của

điểm B trong hai chu kỳ đo lặp (trong khoảng thời gian giữa hai chu kỳ này không

xẩy ra biến thiên gia tốc lực trọng trường lớn, tức hiệu độ cao Geoid giữa hai điểm A

và B được coi là không đổi) được đánh giá theo công thức sau:

AB

B

V = ( ∆ 2) - ( ∆H1)AB,

ở đây ( ∆H1)AB, ( ∆H2)AB - các hiệu độ cao trắc địa (∆H)AB giữa hai điểm A, B

được xác định trong các chu kỳ đo lặp 1 và 2

Giả sử đặt ra yêu cầu xác định tốc độ chuyển dịch đứng với đại lượng nhỏ nhất 3 mm/1 năm, từ (II.7) suy ra rằng sai số trung phương cho phép của hiệu độ cao trắc địa (∆H)AB được xác định bằng công nghệ GPS không được vượt quá 0,7 mm Mặt khác trong [10] cho công thức đánh giá độ chính xác xác định hiệu độ cao trắc

địa bằng công nghệ GPS trong trường hợp tồi nhất:

3

S H

m

m∆ =hay lưu ý công thức (II.8) suy ra

Tương tự chúng ta sẽ đánh giá yêu cầu sử dụng lịch vệ tinh để nghiên cứu chuyển dịch mặt bằng với tốc độ chuyển dịch nhỏ nhất giả sử là V = 3 mm/1 năm

Coi hiệu các tọa độ phẳng ( ∆x)AB, ( ∆y)AB giữa hai điểm A, B là tham số cần đánh giá

W Việc xác định các hiệu tọa độ phẳng từ các thành phần của vectơ baseline được

đề xuất trong [7] Với các giả thiết rằng giữa hai chu kỳ đo lặp điểm A ổn định ( không xê dịch vị trí mặt bằng) và điểm B không ổn định vị trí mặt bằng, các thành phần của vectơ chuyển dịch vị trí mặt bằng của điểm B so với điểm A giữa hai chu

kỳ đo lặp được xác định theo công thức:

AB

B

V = ( ∆ 2) - ( ∆x1)AB, AB

B

V = ( ∆ 2) - ( ∆y 1 AB) ,

ở đây ( ∆x )1 AB, ( ∆y )1 AB và ( ∆x2)AB, ( ∆y )2 AB - các tọa độ phẳng ( ∆x)AB, ( ∆y)ABgiữa hai điểm A, B được xác định trong các chu kỳ đo lặp 1 và 2

Với yêu cầu xác định được tốc độ chuyển dịch đứng với đại lượng nhỏ nhất 3 mm/1 năm, từ (II.7) suy ra rằng các sai số trung phương cho phép của các hiệu tọa

độ phẳng ( ∆x)AB, ( ∆y)AB được xác định bằng công nghệ GPS không được vượt quá 0,7

mm Mặt khác các sai số trung phương của các hiệu tọa độ phẳng ( ∆x)AB, ( ∆y)AB

được đánh giá theo công thức:

, 2

S y x

m m

Các kết quả nghiên cứu ở trên cho thấy rằng với giả thiết đặt ra yêu cầu xác

định tốc độ chuyển dịch đứng và chuyển dịch mặt bằng với cùng đại lượng nhỏ nhất

là 3mm/1 năm, yêu cầu khoảng cách tối đa giữa hai điểm GPS kề nhau trong mạng lưới GPS địa động lực đối với trường hợp nghiên cứu chuyển dịch đứng của vỏ Trái

đất lớn hơn 2 lần so với trường hợp nghiên cứu chuyển dịch vị trí mặt bằng của vỏ

vị trí mặt bằng và độ cao với giá trị không nhỏ hơn 0,4 mm/năm Tuy nhiên để đạt

được điều này đòi hỏi phải xử lý dữ liệu đo GPS bằng các phần mềm GAMIT, BERNESE hoặc các phần mềm tương đương và có tính đến các ảnh hưởng của các hiện tượng địa vật lý như hiện tượng triều của Quả đất, hiện tượng triều cực của Quả

đất Đối với mạng lưới GPS địa động lực như trên, theo kết quả khảo sát trong [7], thời gian thu tín hiệu vệ tinh liên tục trên 1 điểm GPS từ 1 – 2 ngày đêm

II.3 Quy trình thiết kế và xây dựng mạng lưới GPS địa

động lực

Quy trình đo GPS và sử dụng các phần mềm xử lý dữ liệu đo GPS độ chính xác cao là sản phẩm kèm theo Báo cáo tổng kết của đề tài [7] Theo đề cương của dự

án này, nhóm nghiên cứu sẽ xây dựng Quy trình thiết kế và xây dựng mạng lưới GPS

địa động lực học Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong các mục II.1, II.2 cho phép xây dựng Quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực học với các nội dụng sau:

II.3.1.Thu thập và đánh giá các tài liệu địa chất liên quan đến đới đứt gãy

đang nghiên cứu

- Nghiên cứu các tài liệu khoa học của ngành Địa chất liên quan đến đới đứt gãy đang nghiên cứu nhằm xác định cấu trúc, sự phân bố của đới đứt gãy trong toàn

bộ không gian lãnh thổ và các mảng vi kiến tạo được hình thành do hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy;

- Thu thập bản đồ cấu trúc địa chất của phạm vi lãnh thổ mà trong đó có sự phân bố của đới đứt gãy;

- Thu thập các thông tin về lịch sử địa chất của quá trình hình thành và hoạt

động của đới đứt gãy, về các trận động đất và các tai biến tự nhiên khác đã xẩy ra liên quan đến hoạt động của đới đứt gãy;

- Thu thập các thông tin về hiện trạng hoạt động của đới đứt gãy được xác định bằng phương pháp địa vật lý;

- Cùng với các nhà địa chất kiến tạo xác định các điểm xung yếu nhất về mặt

địa chất kiến tạo nằm trên ranh giới của các mảng vi kiến tạo được phân bố trên hai cánh của đứt gãy chính và các đứt gãy phụ (nếu có) Lựa chọn sơ bộ các vị trí có thể

bố trí các điểm GPS trên cơ sở các điểm xung yếu được phân bố trên các lớp đá gốc (lớp đá cơ bản của đới đứt gãy);

II.3.2 Thiết kế sơ bộ mạng lưới GPS địa động lực

- Thể hiện toàn bộ đới đứt gãy và các điểm GPS được lựa chọn sơ bộ lên bản

+ Các điểm nằm cách đứt gãy từ 5 – 50 km;

+ Lựa chọn một số điểm nằm cách xa đứt gãy, ở khu vực về nguyên tắc không

bị ảnh hưởng của hoạt động kiến tạo của đứt gãy;

+ Các điểm quan trắc được phân bố đều bên hai cánh của đứt gãy;

+ Các điểm quan trắc được bố trí càng gần các tuyến giao thông, các điểm dân cư càng tốt

- Xây dựng đồ hình sơ bộ của mạng lưới GPS địa động lực trên bản đồ;

- Phân tích xác định số chu kỳ đo lặp trong từng năm xuất phát từ các yêu cầu nghiên cứu chuyển dịch của đứt gãy

II.3.3 Điều tra thực địa

Mục đích của việc điều tra thực địa là làm rõ các vấn đề khoa học – kỹ thuật nẩy sinh trong quá trình nghiên cứu các tài liệu thu thập được; xác định các vị trí dự kiến chôn các mốc trắc địa; tìm hiểu tình hình dân cư, hệ thống điện nước, giao thông trong khu vực xây dựng mạng lưới GPS địa động lực Việc điều tra thực địa

được tiến hành cùng với các nhà địa chất

Trong quá trình điều tra thực địa cần thực hiện các nội dung công việc sau:

- Tiếp cận điểm theo bản đồ Xác định vị trí chôn mốc trên lớp đá gốc (đối với khu vực rừng núi) và lựa chọn vị trí chôn mốc thoáng đãng, cách xa các vật cản nhân tạo và tự nhiên, đảm bảo thu được các tín hiệu từ vệ tính với góc ngưỡng không nhỏ hơn 50,thêm vào đó vị trí chôn mốc gần khu dân cư, đường giao thông (nếu có điện lưới càng tốt);

- Làm việc với Chính quyền địa phương để được đảm bảo rằng sẽ không có dự

án xây dựng các khu dân cư, đường giao thông v v trên các vị trí chôn mốc đã được chọn

II.3.4 Hoàn chỉnh thiết kế mạng lưới GPS địa động lực

Dựa trên kết quả điều tra thực địa tiến hành các công việc sau:

- Hoàn chỉnh lại đồ hình mạng lưới GPS địa động lực;

- Lập và trình duyệt Thiết kế kỹ thuật – dự toán xây dựng mạng lưới GPS địa

động lực;

- Xây dựng phương án chuyển các nhóm đo đạc GPS lên các điểm dựa trên việc xem xét hệ thống giao thông trên khu vực xây dựng mạng lưới GPS địa động lực

II.3.5 Triển khai xây dựng mạng lưới GPS địa động lực

Sau khi Thiết kế kỹ thuật – dự toán xây dựng mạng lưới GPS địa động lực đã

được cấp có thẩm quyền phê duyệt, tiến hành xây dựng mạng lưới GPS địa động lực theo các trình tự sau:

a) Công tác chuẩn bị

- Chuẩn bị xi măng, sắt thép, các dấu mốc bằng thép không gỉ để xây dựng mốc điểm GPS Đối với các mốc điểm GPS dự kiến chôn trên các lớp đá gốc ở khu vực rừng núi cần chuẩn bị thêm các khoan đá Cấu trúc mốc điểm GPS chôn ở vùng rừng núi xem ở Phụ lục 1, ở vùng đồng bằng và trung du xem ở Phụ lục 2;

- Chuẩn bị các máy thu tín hiệu vệ tinh GPS để đo nối mốc chính và mốc phụ (mốc bảo vệ) Đối với mỗi điểm cần mang theo máy nổ, xăng (ở khu vực không có

điện lưới), thiết bị nạp ắc quy, máy tính xách tay có gài phần mềm xử lý dữ liệu đo GPS và các thiết bị đo nhiệt độ, áp suất và độ ẩm không khí;

- Chuẩn bị lương thực, thực phẩm và các điều kiện sinh hoạt cần thiết khác

b) Chôn mốc trên thực địa

- Đối với mỗi điểm GPS tiến hành xây dựng mốc chính và mốc phụ Tùy theo các khu vực chôn mốc, cấu trúc của các mốc được quy định trong các Phụ lục 1 và 2;

- Đo nối mốc chính và mốc phụ bằng công nghệ GPS;

- Lập ghi chú điểm của các mốc chính và mốc phụ đối với mỗi điểm GPS;

- Làm việc với chính quyền địa phương về các biện pháp bảo vệ các mốc được

xây dựng

Dựa trên quy trình thiết kế mạng lưới GPS địa động lực nêu trên, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và xây dựng hoàn chỉnh mạng lưới GPS địa động lực sông Mã (xem hình 2) Đối với các mốc GPS được chôn ở vùng trung du và đồng bằng, để tránh hiện tượng lún tự nhiên của mốc do độ nặng của khối bê tông, độ yếu của đất nền hoặc sự co dãn của đất nền dưới tác động của nhiệt độ không khí, việc đo đạc GPS trên điểm chỉ được tiến hành sau khi chôn mốc ít nhất được 06 tháng

Chương III Nghiên cứu các thuật toán phát hiện, tìm kiếm

và sửa chữa các độ trượt chu kỳ trong các kết quả đo pha trên các sóng mang với các tần số tương ứng L 1 và L 2

Trong quy trình xử lý dữ liệu đo GPS trên các sóng mang với các tần số tương ứng L1 và L2 chúng ta phải thực hiện hai bước xử lý dữ liệu đo GPS cơ bản:

Bước 1: Phát hiện, tìm kiếm và sửa chữa các độ trượt chu kỳ trong các kết quả

đo pha trên các sóng mang với các tần số tương ứng L1 và L2;

Bước 2: Giải đa trị và xác định vectơ baseline độ chính xác cao

Trong đề tài nghiên cứu khoa học [7] đã xây dựng được bộ phần mềm GPS (Earth Crustal Movement Estimation by GPS technology) Phần mềm này cho phép xử lý dữ liệu GPS để xác định các vectơ baseline độ chính xác cao (nhờ modun GUST – GPS Using Sequence Technology) và xử lý tính toán các vectơ chuyển dịch không gian, chuyển dịch ngang và chuyển dịch đứng của vỏ Trái đất Như đã trình bày trong [7], bài toán xử lý dữ liệu GPS để xác định các vectơ baseline độ chính xác cao đòi hỏi phải sử dụng các dịch vụ do tổ chức IGS cung cấp như tọa độ chính xác của các vệ tinh trong ITRF, các tham số chuyển dịch của Cực Quả đất so với Cực Quả đất quy ước và Lịch Mặt trăng – Mặt trời nhằm cải chính vị trí của các máy thu

ECME-do ảnh hưởng của hiện tượng địa triều của Quả đất Ngoài ra trong quá trình tổ chức thi công đo đạc GPS phải chọn vị trí thoáng đãng đảm bảo thu được các tín hiệu từ các vệ tinh với góc ngưỡng 0

5

≥

E và thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong nhiều ngày

đêm (với khoảng cách dưới các điểm nhỏ hơn 100 km nên đo liên tục trong 3 ngày

đêm) Các kết quả xử lý dữ liệu GPS để xác định các vectơ baseline độ chính xác bằng modun GUST và phần mềm Bernese cho thấy các kết quả sử lý tính toán các vectơ baseline là tương đương nhau Tuy nhiên modun GUST mới chỉ thực hiện bước

2 của quy trình nêu trên Việc phát hiện, tìm kiếm và sửa chữa các độ trượt chu kỳ trong các kết quả đo pha trên các sóng mang với các tần số tương ứng L1 và L2 được thực hiện nhờ các phần mềm phụ khác của nước ngoài Với mục đích hoàn thiện tiếp theo phần mềm xử lý dữ liệu đo GPS của Việt Nam (GUST), trong Dự án này đã đặt

ra nhiệm vụ giải quyết bài toán: Phát hiện, tìm kiếm và sửa chữa các độ trượt chu kỳ

trong các kết quả đo pha trên các sóng mang với các tần số tương ứng L1 và L2 Tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu lý thuyết giải quyết bài toán được đặt ra

III.1 Số cải chính vào các trị đo GPS do ảnh hưởng của tầng điện ly

Các trị đo GPS bao gồm các trị đo pha và các giả cự ly được xác định theo mã (C/A, P) Sự chậm thời gian của sóng mang tần số L do sự có mặt của các điện tử tự

do trong tầng điện ly đưọc xác định bởi công thức [1, p ⋅ 82]:

δτion = k ⋅ TEC/f2, (III.1)

ở đây k - hệ số thực nghiệm (đối với sóng mang tần số L1, hệ số k = -1,35⋅10-7,

f - tần số của sóng mang băng tần L, TEC (Total Electronic Content) – mật độ điện

tử tự do trên 1m2 đường truyền sóng trong tầng điện ly

Khi đó số cải chính vào trị đo pha (đơn vị chu kỳ) do ảnh hưởng của tầng

ở đây c - tốc độ ánh sáng, λ - bước sóng của sóng mang

Đối với các sóng mang tần số L1 và L2 (đối với vệ tinh GPS, tần số f1 = 1575,42 MHz, tần số f2 = 1227,60 MHz), từ (III.2) chúng ta có quan hệ giữa các số cải chính vào các trị đo GPS (pha, giả cự ly) có đơn vị chu kỳ do ảnh hưởng của tầng

điện ly đối với các sóng mang với các tần số L1 và L2:

I = (III.3) Đối với trị đo GPS (pha, giả cự ly) có đơn vị là mét, khi lưu ý (III.2) các số cải chính do ảnh hưởng của tầng điện ly đối với các sóng mang với các tần số L1 và

L2 có dạng:

, ) , , ( ) , , ( ˆ

, ) , , ( ) , , ( ˆ

2 2 2

2 2

2 1 1

1 1

f

TEC k c t j i I f

c t j i I

f

TEC k c t j i I f

c t j i I

f

f t j i

I = (III.5) III.2 Các phương trình của các trị đo GPS

Phương trình trị đo pha (đơn vị chu kỳ) của sóng mang băng tần số L đối với

vệ tinh i và máy thu j vào thời điểm thu tín hiệu vệ tinh t có dạng[6]:

( ) ( ) ( ) ( )

j t i t j t i f t j i m t j i T

c

f

t j i I j i N t j dT t i dt f t j i c

f t

j

i

ε ϕ

ϕ δ

δ

ρ ϕ

+

+

ư +

ư

⋅ +

⋅

=

0 0

, ,

) , , ( , ,

, , ) , ( ) , ( ) , ( ,

, ,

,

(III.6)

ở đây f - tần số của sóng mang; c - tốc độ ánh sáng; ρ(i,j,t) = D(i,j,t) - khoảng cách hình học chính xác từ vệ tinh i đến máy thu j vào thời điểm t; dt(i,t) - số cải chính do sai số đồng hồ vệ tinh vào thời điểm phát tín hiệu t từ vệ tinh i so với thang GPST; dT(j,t) - số cải chính do sai số đồng hồ máy thu vào thời điểm phát tín hiệu t

từ vệ tinh i; N(i,j) - trị nguyên đa trị; I(i, j, t) - số cải chính do ảnh hưởng của tầng

điện ly; T(i, j, t) - số cải chính do ảnh hưởng của tầng đối lưu; m(i,j,t) - số cải chính

do ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường truyền (multipath); δ(i, t) và δ(j, t) – các số cải chính do sự chậm pha trong các thiết bị phần cứng của vệ tinh và máy thu; ϕi(t0) và

ϕj(t0) - các đại lượng cố định của các pha ban đầu của sóng mang từ vệ tinh i và bản copy của nó trong máy thu j; εij - sai số ngẫu nhiên của trị đo pha Theo [37], đại lượng εij đối với trị đo pha chỉ ở mức một vài mm

Đối với các đo pha ϕ1(i,j,t) và ϕ2(i,j,t) (đơn vị chu kỳ) từ các sóng mang L1

và L2 từ vệ tinh i đến máy thu j vào thời điểm t, dựa vào (III.6) chúng ta có các phương trình:

0 0

, ,

) , , ( ,

,

, , ) , ( ) , ( ) , ( ,

, ,

,

1 1

1

1 1

1 1

+

+

ư +

ư

⋅ +

⋅

=

t j t i t j t i f t j i m t j i

T

c

f

t j i I j i N t j dT t i dt f t j i c

f t

j

i

ϕ ϕ

δ δ

ρ ϕ

, ,

) , , ( ,

,

, , ) , ( ) , ( ) , ( ,

, ,

,

2 2

2

2 2

2 2

+

+

ư +

ư

⋅ +

⋅

=

t j t i t j t i f t j i m t j i T

c

f

t j i I j i N t j dT t i dt f t j i c

f t

j

i

ϕ ϕ

δ δ

ρ ϕ

(III.8)

Phương trình trị đo pha (đơn vị mét) của sóng mang băng tần số L đối với vệ tinh i

và máy thu j vào thời điểm thu tín hiệu vệ tinh t có dạng:

0 0

, ,

) , , ( , ,

, , ˆ ) , ( ) , ( ) , ( ,

, ,

,

ij f

C f

j t i t

j t i c t j i m t j

i

T

t j i I j i N t

j dT t i dt c t j i t

j

i

ε ϕ

ϕ δ

δ

λ ρ

+

+

ư +

ư

⋅ +

=

(III.9)

ở đây số cải chínhI(i,j,t) có dạng (III.4)

Phương trình giả cự ly (đơn vị mét) được xác định theo mã P có dạng sau: