Mô hình cấu trúc vỏ trái đất miền bắc việt nam trên cơ sở tài liệu địa chấn và trọng lực

49 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN VÀ TRỌNG LỰC .... Ngoài các tài liệu trên một số tuyến đo sâu từ Tellua cũng đã được thực

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

LẠI HỢP PHÒNG

MÔ HÌNH CẤU TRÚC

VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ

TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN VÀ TRỌNG LỰC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA VẬT LÝ

HÀ NỘI - 2016

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

***

LẠI HỢP PHÒNG

MÔ HÌNH CẤU TRÚC

VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ

TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN VÀ TRỌNG LỰC

Chuyên ngành: Địa vật lý

Mã số: 62 44 02 10

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS Đinh Văn Toàn

2 GS TS Chau Huei-Chen

HÀ NỘI - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Lại Hợp Phòng

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 6

1.1 SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 6

1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM 7

1.2.1 Phương pháp từ Tellua 9

1.2.2 Phương pháp thăm dò từ và trọng lực thăm dò 11

1.2.3 Phương pháp địa chấn 14

Kết luận chương 1 18

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 19

2.1 CƠ SỞ TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 19

2.1.1 Tài liệu địa chấn sâu 19

2.1.2 Cơ sở tài liệu trọng lực miền Bắc Việt Nam 21

2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 23

2.2.1 Phương pháp địa chấn khúc xạ 23

2.2.2 Mô hình hóa tài liệu địa chấn dò sâu nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái đất 39

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG LỰC NGHIÊN CỨU

CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 47

2.3.1 Phương pháp nâng trường 47

2.3.2 Phương pháp tính gradient ngang cực đại 48

2.3.3 Phương pháp phân tích định lượng tài liệu trọng lực 49

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN VÀ TRỌNG LỰC 56

3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN 56

3.1.1 Kết quả phân tích tài liệu địa chấn phản xạ 56

3.1.2 Kết quả phân tích tài liệu địa chấn khúc xạ 62

3.1.3 Xây dựng mặt cắt cấu trúc theo tài liệu địa chấn 72

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG TÀI LIỆU TRỌNG LỰC 76

3.2.1 Kết quả nghiên cứu đứt gãy kiến tạo 76

3.3 PHÂN TÍCH KẾT HỢP TÀI LIỆU TRỌNG LỰC VÀ ĐỊA CHẤN 88

3.3.1 Mối quan hệ vận tốc truyền sóng và mật độ đất đá dọc theo 2 tuyến địa chấn dò sâu 88

3.3.2 Giải bài toán ngược trọng lực cho các tuyến xa tuyến địa chấn sâu94 Kết luận chương 3 98

CHƯƠNG 4 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 100

4.1 BỀ MẶT MÓNG KẾT TINH MIỀN BẮC VIỆT NAM 100

4.2 BỀ MẶT CONRAD MIỀN BẮC VIỆT NAM 105

4.2.1 Mặt Conrad trong vùng Đông Bắc 106

4.2.2 Mặt Conrad trong đới Sông Hồng 107

4.2.3 Mặt Conrad ở vùng Tây Bắc và phần còn lại 108

4.3 BỀ MẶT MOHO MIỀN BẮC VIỆT NAM 111 4.3.1 Bề mặt Moho tại vùng Đông Bắc 111 4.3.2 Bề mặt Moho trong đới Sông Hồng 112 4.3.3 Bề mặt Moho tại vùng Tây Bắc và các phần diện tích còn lại 113 Kết luận chương 4 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHẦN PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Kết quả nghiên cứu vận tốc các sóng động đất Miền Bắc Việt

Nam (theo Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên) 15

Bảng 1.2 Mô hình vận tốc vỏ trái đất Miền Bắc Việt Nam theo [20] 16

Bảng 1.3 Mặt cắt vận tốc của vỏ Trái đất Việt Nam theo công trình trên 16

Bảng 3.1: Tọa độ các trạm địa chấn khu vực tây Thanh Hóa 71

Bảng 3 2: Vận tốc truyền sóng địa chấn theo các lớp khu vực tây Thanh Hóa 72

Bảng 3.3: Quan hệ giữa giá trị mật độ và vận tốc sóng P 93

Bảng 3.4: Mật độ đất đá các khối cấu trúc chính miền Bắc Việt Nam 93

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu 3

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc - kiến tạo miền Bắc Việt Nam 7

Hình 2.1: Vị trí tuyến địa chấn dò sâu miền Bắc Việt Nam 21

Hình 2.2: Thiết bị ghi sóng địa chấn và băng sóng ghi được 21

Hình 2.3: Sơ đồ dị thường Bouguer miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1: 500 000 23

Hình 2.4 Sự hình thành sóng khúc xạ 25

Hình 2.5 BĐTK sóng khúc xạ 26

Hình 2.6 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ trong môi trường có nhiều mặt ranh giới 28

Hình 2.7 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ vùng có đứt gãy 30

Hình 2.8 Hệ thống quan sát sóng khúc xạ 33

Hình 2.9 Liên kết sóng khúc xạ 34

Hình 2.10 Tính vrg bằng BĐTK hiệu 38

Hình 2.11: Mô hình truyền sóng trong môi trường 2 lớp 43

Hình 2.12: Mối quan hệ giữa biểu đồ thời khoảng và các tham số trường sóng 46 Hình 2.13: Đa giác sử dụng tính hiệu ứng trọng lực trong xây dựng mô hình mật độ 54

Hình 3.1: Băng sóng quan sát tại điểm nổ Phổ Yên 57

Hình 3.2: Ranh giới các mặt phản xạ tại điểm nổ Phổ Yên 57

Hình 3.3: Biểu đồ thời khoảng các tia phản xạ tuyến T1 58

Hình 3.4: Sơ đồ tia sử dụng trong bài toán mô hình hóa 58

Hình 3.5: Mô hình cấu trúc vận tốc sóng P tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình 59

Hình 3.6: Trường sóng thu được dưới tuyến đo Hòa Bình - Thanh Hóa 61

Hình 3.7: Vận tốc sóng P trong vỏ theo bài toán 1D , điểm nổ Ân Nghĩa 61

Hình 3.8: Mô hình cấu trúc vận tốc sóng P dưới tuyến đo Hòa Bình - Thanh

Hóa 62

Hình 3.9: Mặt cắt sóng khúc xạ, tổng 2 vụ nổ tại Phổ Yên 63

Hình 3.10: Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình 64

Hình 3.11: Mô hình tia sóng và kết quả tính theo phương pháp cắt lớp tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình 65

Hình 3.12: Mặt cắt cấu trúc vỏ Trái đất tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình theo tài liệu địa chấn khúc xạ 66

Hình 3.13: Mặt cắt sóng khúc xạ tại Ân Nghĩa, tuyến Hòa Bình - Thanh Hóa 68

Hình 3.14: Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ tuyến Hòa Bình - Thanh Hóa 68 Hình 3.15: Mặt cắt cấu trúc vỏ Trái đất tuyến Hòa Bình - Thanh Hóa theo tài liệu địa chấn khúc xạ 69

Hình 3.16: Mô hình vận tốc 1D khu vực tây Thanh Hóa theo tài liệu địa chấn động đất 71

Hình 3.17: Mặt cắt cấu trúc tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình theo địa chấn 74

Hình 3.18: Mặt cắt cấu trúc tuyến Hòa Bình - Thanh Hóa theo địa chấn 75

Hình 3.19: Sơ đồ dị thường trọng lực Bouguer miền Bắc Việt Nam 78

Hình 3.20: Dị thường trọng lực Bouguer nâng lên độ cao 2 km 80

Hình 3.21: Dị thường trọng lực Bouguer nâng lên độ cao 5km 81

Hình 3.22: Dị thường trọng lực Bouguer nâng lên độ cao 15 km 82

Hình 3.23a: Sơ đồ cực đại gradient ngang tính cho trường nâng lên 2 km 84

Hình 3.23b: Sơ đồ cực đại gradient ngang tính cho trường nâng lên 5 km 84

Hình 3.24: Sơ đồ đứt gãy kiến tạo theo kết quả phân tích tài liệu trọng lực 85

Hình 3.25: Sơ đồ cực đại gradient ngang tính cho trường nâng lên 10 km 87

Hình 3.26: Sơ đồ chồng chập gradient ngang cực đại trường trọng lực nâng lên độ cao khác nhau 87

Hình 3.27a: Phân tích kết hợp tài liệu trọng lực và địa chấn sâu tuyến 1 90

Hình 3.27b: Phân tích kết hợp tài liệu trọng lực và địa chấn sâu tuyến 2 91 Hình 3.28: Mối quan hệ giữa mật độ và vận tốc truyền sóng theo tuyến địa

chấn 92 Hình 3.29: Sơ đồ các tuyến phân tích trọng lực 96 Hình 3.30: Kết quả phân tích trọng lực 2.5D tuyến T2 98 Hình 4.1: Sơ đồ phân bố độ sâu bề mặt móng kết tinh miền Bắc Việt Nam 101 Hình 4.2: Sơ đồ phân bố độ sâu bề mặt Conrad miền Bắc Việt Nam 108 Hình 4.3: Sơ đồ phân bố độ sâu bề mặt Moho miền Bắc Việt Nam 113

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Việc nghiên cứu cấu trúc sâu ở nước ta được tiến hành trong nhiều năm qua, nhiều kết quả đã đóng góp tích cực cho các nghiên cứu về địa động lực lãnh thổ, phân bố tài nguyên khoáng sản và tai biến địa chất Tuy nhiên cũng còn nhiều vấn đề liên quan đến cấu trúc sâu vẫn còn chưa được giải quyết một cách thoả đáng

Cho đến nay các sơ đồ cấu trúc sâu vỏ Trái Đất cho toàn lãnh thổ hoặc từng vùng như lãnh thổ phía Bắc cũng đều được xây dựng bằng phân tích tài liệu trọng lực Do bài toán trọng lực có tính đa trị tương đối cao làm cho việc đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ này gặp khó khăn Đáng lưu ý là hiện nay

có không ít các sơ đồ thuộc loại này, với sự khác biệt rất đáng kể trong cấu trúc vỏ Trái đất

Mặc dù đã có một số kết quả trong việc nghiên cứu cấu trúc sâu bằng địa chấn động đất, nhưng do mạng máy ghi quá thưa nên tài liệu này chỉ phản ánh tính trung bình của cấu trúc vỏ, chỉ thích hợp cho các nghiên cứu mang tính khu vực Ngoài các tài liệu trên một số tuyến đo sâu từ Tellua cũng đã được thực hiện, trong kết quả nghiên cứu cũng đã tiến hành dự đoán về cấu trúc vỏ Trái đất thông qua đặc điểm phân bố của các cấu trúc dẫn điện Dựa vào đó, các dấu hiệu sử dụng phân tầng có tính định lượng hơn so với tài liệu trọng lực, tuy nhiên bài toán từ Tellua cũng là bài toán nhậy cảm với tính đa trị nên cũng khó đánh giá độ tin cậy của mô hình cấu trúc vỏ

Như vậy ở thời điểm hiện tại chưa có được sơ đồ cấu trúc sâu nào khẳng định độ tin cậy bảo đảm Trong khi đó các nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề địa chất quan trọng như các hoạt động địa động lực, nguy cơ tai biến địa chất, vv… lại đang rất cần có được những thông tin đủ độ tin cậy về cấu trúc sâu lãnh thổ

Tài liệu địa chấn dò sâu là tài liệu nghiên cứu cấu trúc sâu định lượng trong các phương pháp địa vật lý Do vậy đề tài " Mô hình cấu trúc vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam trên cơ sở tài liệu địa chấn và trọng lực" của nghiên cứu sinh được đặt ra là một cách tiếp cận mới giải quyết vấn đề nêu trên, chính vì vậy đề tài nghiên cứu có tính thời sự, khoa học và thực tiễn

2 Mục tiêu của luận án

Xây dựng mô hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam bằng tài liệu địa chấn và tài liệu trọng lực

3 Nhiệm vụ của luận án

- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất theo tài liệu địa chấn dò sâu

- Phân tích kết hợp tài liệu địa chấn dò sâu và tài liệu trọng lực xây dựng

mô hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi vùng nghiên cứu của đề tài dự kiến giới hạn trong phần lãnh

Đông Bắc theo bản đồ địa chất, kiến tạo Đây cũng là vùng có cấu trúc địa chất phức tạp, lại có nhiều loại tai biến địa chất xảy ra mạnh nhất cả về quy

mô, cường độ và tần suất so với cả nước (hình 1.1)

5 Những điểm mới

- Trên cơ sở phân tích tài liệu địa chấn dò sâu trên 02 tuyến đo: Thái Nguyên - Hòa Bình và Hòa Bình - Thanh Hóa, đã xây dựng được mặt cắt cấu trúc vỏ Trái đất có cơ sở tin cậy, trong đó vận tốc truyền sóng dọc trung bình trong lớp trầm tích nhỏ hơn 5,5 km/s với độ sâu đáy lớp thay đổi từ 0 đến 6

km, lớp granit khoảng có vận tốc khoảng 6,0 đến 6,2 km/s có độ sâu đáy lớp thay đổi từ 10 km đến khoảng 18 km, lớp bazan có vận tốc trong khoảng 6,8 -

7,0 km/s với độ sõu đỏy lớp thay đổi nụng nhất là 26 km và sõu nhất là 38 km

B

n Đ

ôn g

T ru

ng Q

uố c Trung Quốc

Hải Dương

Thái Bình Bắc Giang Cao Bằng

TX Hưng yên

Ninh Bình Phủ Lý Nam Định

Thái Nguyên Bắc Ninh

Thanh Hoá

Bắc Kạn

Hà Nội Vĩnh Yên

Hòa Bình Tuyên Quang

Hà Giang

Việt Trì

Yên Bái Lào Cai

Sơn La Lai Châu

Hỡnh 1.1: Sơ đồ khu vực nghiờn cứu

6 Luận điểm bảo vệ

- Cấu trỳc vận tốc vỏ Trỏi đất dọc theo hai tuyến địa chấn dũ sõu trờn

lónh thổ miền Bắc Việt Nam

- Phõn tớch kết hợp tài liệu địa chấn và tài liệu trọng lực xõy dựng mụ hỡnh cấu trỳc sõu vỏ Trỏi đất miền Bắc Việt Nam

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Mô hình cấu trúc vận tốc sóng địa chấn trong vỏ Trái đất và kết quả phân tích tài liệu trọng lực là cơ sở góp phần làm sáng tỏ thêm đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam

- Sơ đồ cấu trúc sâu vỏ Trái đất được hoàn thiện thêm một bước trong nghiên cứu này là nguồn tài liệu có ích cho các nghiên cứu sâu về địa động lực và nguy cơ tai biến địa chất trong vùng nghiên cứu

8 Cơ sở tài liệu

Luận án được hình thành trên cơ sở các số liệu thu thập sau: Luận án được xây dựng chủ yếu trên cơ sở tài liệu của chính bản thân Nghiên cứu sinh thu thập tại Viện Địa chất thực hiện trong quá trình tham gia các đề tài nghiên cứu khoa học các cấp từ năm 2002 đến nay; từ hơn 10 công bố trên các tạp chí và hội thảo khoa học trong và ngoài nước Luận án được sử dụng

số liệu từ đề tài cấp Nhà nước KC08.06/06-10 mà NCS là tác giả chính Ngoài ra, NCS còn chọn lọc tham khảo hơn 70 công trình nghiên cứu đã công

bố có liên quan

9 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, phụ lục và tài liệu tham

- Chương 4: Đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ miền Bắc Việt Nam

CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT

MIỀN BẮC VIỆT NAM 1.1 SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở các tài liệu địa chất, kiến tạo, địa vật lý hiện có, những kết quả nghiên cứu địa chất có thể thấy rằng khu vực Miền Bắc Việt Nam có bốn miền cấu trúc: Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Việt Nam, Bắc Trung Bộ và Thượng Lào Ranh giới giữa chúng là các đứt gãy lớn như Sông Hồng, Lai Châu-Điện Biên và Sông Mã [2, 33, 35] Bình đồ cấu trúc trong mỗi miền gồm có các cấu trúc vòm, phức nếp lồi, phức nếp lõm, các trũng chồng gối, các hố sụt và cấu trúc tách giãn dạng Rift

Miền Đông Bắc Bộ đặc trưng bởi kiểu cấu trúc đẳng thước, vòng cung, trong đó có phức nếp lồi Sông Lô, phức nếp lồi Dãy núi Con Voi, phức nếp lồi Bắc Thái - Hạ Lang, phức nếp lồi Quảng Ninh, phức nếp lõm Sông Gâm, phức nếp lõm An Châu, võng chồng Sông Hiến Ranh giới giữa các cấu trúc thường là đứt gãy: Sông Chảy, Sông Phó Đáy, Phú Lương-Yên Minh, QL13A-Sông Thương và Yên Tử Ngoài ra còn có cấu trúc dạng Rift Sông Hồng và các hố sụt: Cao Bằng, Thất Khê, Lộc Bình, Hoành Bồ

Miền Tây Bắc Việt Nam đặc trưng bởi kiểu cấu trúc tuyến tính, kéo dài theo phương tây bắc - đông nam, trong đó có phức nếp lồi Fansipan, phức nếp lồi Sông Mã, phức nếp lõm Sông Đà, trũng chồng gối Tú Lệ Ranh giới giữa các cấu trúc cũng là các đứt gãy Phong Thổ, Than Uyên, Mường La-Bắc Yên-Chợ Bờ, Sơn La Ngoài ra còn có các hố sụt, trũng - địa hào Kainozoi: Nghĩa

Lộ, Hoà Bình - Bất Bạt, Thanh Hoá

23 00'

Id

IIIc

22 00'

107 00'

20 00'

0 10

Miền kiến tạo Đông Bắc Bộ

Địa danh Phức nếp lồi Fan Si Pan Đứt gãy phân các kiến trúc chính

Trũng chồng Sông Hiến Các trũng Neogen

Phức nếp lồi Sông Lô

Đứt gãy cấp cao hơn

Khối nhô Phu Hoạt Phức nếp lõm Sông Cả

Trũng chồng gối Tú Lệ Miền kiến tạo Bắc Trung Bộ

Phức nếp lõm Mường Tè

Trũng chồng gối Sầm Nưa Miền kiến tạo Thượng Lào

Đ

ứt g ãy

P ho Thổ

Đ ứ

t g ã T

Đứt gãy Yên Bình Xã

Đứt g ãy M Than nh Yê n

ộ - H

oà B h

á

Đ

ứt g ãy Sô ng M

ã

Đứt g

ãy S a

Đứ

t gã

ông Đ à

Đứt gãy QL18

Thái Bình

Bắc Giang Lạng Sơn Cao Bằng

Ii

Hưng yên

Phủ Lý

TP Hà Nội Bắc Ninh

IIc

Hòa Bình Việt Trì

Yên Bái

IIIb IIIc

Lào Cai

Hà Giang

L o L o L o L o L o L o L o L o

L o

IIIb

Trung Quốc

TP Điện Biên Phủ Lai Châu

Sơn La

IIIa IIIb IIIc IId

Hỡnh 1.2: Sơ đồ cấu trỳc - kiến tạo miền Bắc Việt Nam

(Nguồn tài liệu đề tài KC08.06/06.10)

Trong miền cấu trỳc Bắc Trung Bộ, thuộc khu vực Miền Bắc Việt Nam, cú khối nhụ Phu Hoạt, phức nếp lừm Sụng Cả, trũng chồng gối Sầm Nưa Cũn trong miền cấu trỳc Thượng Lào, thuộc khu vực Miền Bắc Việt Nam chỉ cú phức nếp lừm Mường Tố (hỡnh 1.2)

1.2 LỊCH SỬ NGHIấN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM

Đặc điểm cấu trỳc sõu một vựng lónh thổ là một thụng số quan trọng cho nghiờn cứu bức tranh địa động lực Sơ đồ cấu trỳc sõu cú độ tin cậy càng cao, càng cú cơ sở tin cậy cho việc lý giải cỏc hoạt động địa động lực của vựng nghiờn cứu Điều này cũng cú nghĩa là độ tin cậy của cỏc nghiờn cứu về

cơ chế hỡnh thành phỏt sinh một số loại tai biến địa chất nội sinh như động

đất, nứt - trượt đất, v.v cũng phụ thuộc vào độ chính xác của sơ đồ cấu trúc sâu lãnh thổ, chưa nói đến những vấn đề liên quan đến quy luật phân bố tài nguyên khoáng sản

Một số đặc điểm liên quan đến cấu trúc sâu có thể đánh giá thông qua các tài liệu nghiên cứu về thành tạo magma, biến chất, các tài liệu địa hoá, nhưng để

có được sơ đồ cấu trúc sâu phân tầng theo các ranh giới cấu trúc cho một vùng lãnh thổ thì tài liệu địa vật lý đóng một vai trò quan trọng Có nhiều cách tiếp cận sử dụng các phương pháp địa vật lý để nghiên cứu cấu trúc sâu

vỏ Trái đất: phương pháp mô hình hoá tài liệu trọng lực và từ, phương pháp

từ Tellua, phương pháp phân tích trường sóng địa chấn do động đất gây ra, v.v Tuy nhiên, cho đến nay phương pháp địa vật lý được coi có độ tin cậy cao nhất trong nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất vẫn là phương pháp địa chấn dò sâu [32, 33, 57, 61, 64, 65, 68, 69, 72]

Ở nước ta, việc nghiên cứu xây dựng các sơ đồ cấu trúc sâu vỏ Trái đất trên cơ sở sử dụng tài liệu địa vật lý lãnh thổ Việt Nam đã được bắt đầu đề cập đến trong một số công trình từ sau những năm 70 của thế kỷ trước [12] Tuy nhiên, việc nghiên cứu các quá trình địa chất liên quan đến cấu trúc sâu cũng đã được triển khai khá sớm thông qua các nghiên cứu thành lập bản đồ địa chất, bản đồ phân vùng kiến tạo v.v Ngay từ trước năm 1945, các nghiên cứu về địa chất chủ yếu do các nhà địa chất Pháp thực hiện đã xuất bản được

tờ bản đồ kiến trúc Đông Dương tỉ lệ 1: 2 500 000 của Fromaget và các cộng

sự Theo các kết quả nghiên cứu về địa tầng, magma, kết hợp với sử dụng thuyết địa di, nhóm tác giả trên đã chia lãnh thổ Đông Dương thành 3 yếu tố kiến trúc lớn: Địa khối Kon tum, Địa khối Đông Nam Trung Quốc, Khối Miến Điện (Tây Thượng Lào) và các cánh cung Phú Hoạt, Sông Mã Những yếu tố này tạo thành khung cấu trúc và giữa chúng là các võng địa máng

“Neotriat” bị vò nhàu – uốn nếp

Trong giai đoạn 1945 đến 1970, các tài liệu cho thông tin về cấu trúc sâu được phản ánh chủ yếu qua kết quả nghiên cứu các thành tạo magma và biến chất Dựa trên thuyết địa máng thống trị ở giai đoạn này, một số nhà kiến tạo đã có những ý kiến khác nhau về bản chất và lịch sử tiến hoá của kiến tạo Việt Nam, nhưng nhìn chung các nghiên cứu nêu trên đã khẳng định vùng Bắc Việt Nam có những yếu tố kiến trúc chính như sau:

+ Khối nền Nam Trung Hoa

+ Hệ uốn nếp Việt Lào

+ Địa máng uốn nếp Shan Thái

+ Caledonit Catazia

+ Đới khâu Sông Hồng

+ Đứt gãy sâu Sông Mã (đới khâu)

Từ năm 1971, việc nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất bắt đầu có sự tham gia của phương pháp Địa vật lý Các kết quả nhận được phần nào cũng

đã xác định một cách định tính các đặc trưng chung nhất của cấu trúc vỏ Trái đất Có thể thấy cấu trúc vỏ Trái đất Việt Nam cho đến hiện nay đã được nghiên cứu chủ yếu theo các phương pháp cơ bản sau đây:

Kanozoi tại một số điểm (Nguyễn Đức Tiến và nnk., 1978) [12] Năm 1994 -

1995 trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Vật lý Địa cầu, Viện Địa chất – Viện KHCNVN, Viện Dầu khí với Viện Vật lý địa cầu Paris, 4 tuyến đo sâu từ Telllua: tuyến Yên Bái – Tuyên Quang, tuyến Nam Định – Hải Phòng, tuyến Thanh Sơn - Thái Nguyên và tuyến Lương Sơn – Hà Nội - Bắc Ninh đã được thực hiện Đây là các tuyến đo sâu từ Tellua đầu tiên sử dụng hệ thiết bị ghi số hiện đại hơn của Viện Vật lý địa cầu Paris Kết quả đo đạc trên các tuyến cho phép đưa ra mặt cắt tương đối sâu về cấu trúc địa điện của miền võng Hà Nội, trong đó sự mỏng đi của bề dày vỏ Trái đất ở vùng trũng Đông Quan được phản ánh khá rõ trong các công trình [47, 48] Kết quả này cũng khẳng định sự xuyên sâu ở phạm vi thạch quyển của đới đứt gãy Sông Hồng như trong kết quả các công trình [ 49, 50] Trong những năm 2004 - 2005, 3 tuyến đo sâu từ Tellua, mỗi tuyến dài khoảng 35 km đã được tiến hành ở khu vực miền võng Hà Nội (vùng Thái Bình – Nam Định), với mục đích đánh giá chi tiết cấu trúc sâu vùng trũng, nhất là đánh giá độ sâu móng cố kết trước Kainozoi phục vụ việc tìm kiếm dầu khí ( Lê Huy Minh và nnk, 2005 ) [13, 14] Kết quả cho thấy cấu trúc địa điện của miền võng rất phức tạp, cũng là phản ánh tính chất phức tạp của các quá trình địa chất - kiến tạo trong lịch sử hình thành và tiến hoá của nó Các kết quả đo sâu từ Tellua tuy có ít, nhưng

bề dày vỏ Trái đất dưới các tuyến đo cắt qua đới Sông Hồng được đánh giá theo độ dẫn điện mỏng đi đáng kể so với các kết quả phân tích tài liệu trọng lực trong các nghiên cứu trước đó

Trong công trình nghiên cứu của mình các tác giả Lê Huy Minh, Đinh Văn Toàn và nnk đã tiến hành 02 tuyến đo sâu từ tellua từ Thái Nguyên đi Hòa Bình và Hòa Bình - Thanh Hóa [15] Kết quả đã xây dựng mô hình mặt cắt cấu trúc sâu cho hai tuyến đo nói trên dựa theo đặc điểm độ dẫn của vật chất trong vỏ Trái đất Với cấu trúc dẫn điện của lớp giữa cao hơn lớp bên trên và

bên dưới, các tác giả đã phân chia vỏ Trái đất dọc các tuyến đo theo các ranh giới phân lớp cơ bản theo kiểu vỏ Phanerozoi là loại hình vỏ Trái đất tiêu biểu gặp ở nhiều nơi trên thế giới Phân bố điện trở suất dọc theo hai tuyến này cũng cho phép các tác giả khoanh định các đứt gãy lớn như đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Sông Chảy, đứt gãy Sơn La, Mường La - Bắc Yên,

1.2.2 Phương pháp thăm dò từ và trọng lực thăm dò

Sơ đồ đầu tiên về bề dày vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam được xây dựng trên cơ sở tính tương quan giữa tài liệu trọng lực và địa hình của Phạm Khoản, Ixaev E.N., được ra đời vào năm 1971 [12] Theo đó, bề dày vỏ Trái đất ở phần lãnh thổ phía Bắc tăng dần từ 31 – 33 km ở vùng ven biển đến 45 –

47 km tại phần diện tích khu vực phía Bắc và Tây Bắc gần biên giới với Trung Quốc Do tài liệu trọng lực sử dụng trong nghiên cứu này có mạng lưới điểm đo không đều và đặc biệt còn rất thưa ở các vùng núi, mặt khác, công thức tính tương quan của Deminhixkaia phù hợp hơn cho mạng lưới toàn cầu nên kết quả đánh giá bề dày vỏ Trái đất chủ yếu có ý nghĩa tham khảo cho các nghiên cứu mang tính khu vực lớn Năm 1978, trên cơ sở sử dụng các thuật toán biến đổi trường trọng lực và từ, tác giả Quách Văn Gừng đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các trường biến đổi với ranh giới các bề mặt cơ bản trong

vỏ Trái đất đã xây dựng được sơ đồ cấu trúc các bề mặt móng kết tinh, Conrad và Moho cho vùng lãnh thổ phía Bắc Các sơ đồ được xây dựng như trên mặc dù đã tạo dựng được mối liên quan giữa các yếu tố cấu trúc với đặc điểm các dị thường biến đổi, nhưng cách làm này vẫn mang nặng màu sắc định tính, hơn nữa mạng lưới điểm đo vẫn còn thưa nên tính trung bình phản ánh khá rõ trong kết quả nghiên cứu

Việc nghiên cứu cấu trúc sâu bằng các phương pháp từ và trọng lực được đẩy mạnh lên rất nhiều nhờ ứng dụng các thuật toán phân tích mới và bổ sung nhiều số liệu khảo sát, nhất là từ khi các bản đồ dị thường từ tỉ lệ 1: 200

000 và bản đồ trọng lực Bouguer tỉ lệ 1: 500 000 hầu như phủ kín lãnh thổ cả nước ra đời Trong số đó, đáng ghi nhận nhất phải kể đến các công trình của Bùi Công Quế và Cao Đình Triều thực hiện vào những năm 80 và 90 của thế

kỷ trước

Bằng phân tích tổng hợp các tài liệu trọng lực và từ, kết hợp sử dụng các kết quả nghiên cứu cấu trúc theo tài liệu địa chấn động đất trong những năm 80 tác giả Bùi Công Quế đã xây dựng được sơ đồ cấu trúc vỏ Trái đất và

mặt Moho ở lãnh thổ phía Bắc cũng có xu thế tăng dần từ 30 – 31 km ở vùng ven biển đến 48 – 50 km tại vùng núi cao Tây Bắc Đáng lưu ý là mức độ chi tiết trong các nghiên cứu này đã được cải thiện rõ rệt Trong đó, dưới các vùng trũng Kainozoi, bề dày vỏ mỏng đi đáng kể Mặt Conrad nhận được trong các nghiên cứu này phản ánh hình thái tương tự mặt Moho, với độ sâu phân bố thay đổi trong khoảng 11 – 12 km ở khu vực vùng trũng, đến 22 – 24

km ở các vùng núi cao Bề mặt móng kết tinh thay đổi phức tạp và có sự phân

dị mạnh về độ sâu phân bố từ các vết lộ ở một số vùng núi đến rất sâu 8 - 9

km ở vùng trũng Hà Nội Đáng ghi nhận là công trình nghiên cứu này đã tập hợp được khá nhiều các loại tài liệu khảo sát bổ sung, bao gồm cả tài liệu địa chấn thăm dò dầu khí, một số tuyến đo mới trọng lực, từ và tài liệu lỗ khoan v.v Hệ phương pháp phân tích tổng hợp cũng hoàn thiện hơn, cập nhật được các tiến bộ về công nghệ nên kết quả nghiên cứu có tính thuyết phục hơn

Cũng từ những năm 80 đến những năm 90, nhiều kết quả nghiên cứu về cấu trúc sâu vỏ Trái đất cũng được phản ánh trong các công trình của tác giả

dụng các tài liệu địa chất và địa vật lý khác, tác giả này đã xác định mối quan

hệ giữa đặc điểm trường trọng lực nâng lên các độ cao khác nhau với các ranh giới cơ bản trong cấu trúc vỏ Độ sâu bề mặt Moho ở vùng phía Bắc được

đánh giá ở vùng ven biển khoảng 30 km, cũng tăng dần về phía vùng núi Tây Bắc và đạt đến 38 km tại đây Độ sâu bề mặt Conrad cũng thay đổi trong khoảng 10 km đến 24 km Vùng sâu nhất 24 km tại khu vực Hà Giang [36, 37] Các khu vực dưới các vùng trũng, mặt Conrad mỏng đi khá nhiều Bề mặt móng kết tinh được đánh giá thay đổi khá phức tạp tương tự như trong các công trình [13,18, 19, 28, 29]

Trong các công trình [38, 39, 40, 41, 45, 76] các tác giả đã sử dụng số liệu trọng lực và các nguồn số liệu khác liên quan, bằng các phương pháp biến đổi trường nghiên cứu cấu trúc sâu lãnh thổ Việt nam đã xây dựng được bản

đồ cấu trúc đứt gãy và địa động lực hiện đại lãnh thổ Việt Nam và lân cận Các đặc trưng về cấu trúc sâu thạch quyển trong đó có phần vỏ ngoài cũng được đề cập khá chi tiết trong xuất bản của tác giả Cao Đình Triều có tên " Trường địa vật lý và cấu trúc thạch quyển lãnh thổ Việt Nam" năm 2005 [42] Trong xuất bản này tác giả sử dụng cơ sở quan hệ hồi quy giữa độ sâu các mặt ranh giới cơ bản vỏ Trái đất và thành phần trường trọng lực Tác giả đã phân chia cấu trúc vỏ Trái đất khu vực miền Bắc Việt Nam thuộc dạng vỏ lục địa với các miền sau:

- Miền Đông Bắc có biến động mặt Moho tương đối bình ổn với độ sâu nằm trong giới hạn 28 đến 42 km Mặt móng kết tinh có biến động yếu với độ sâu nằm trong giới hạn 2 - 6 km

- Miền Tây Bắc đặc trưng bởi cấu trúc phức tạp mặt ranh giới phía dưới

vỏ Trái đất biến động trong giới hạn 26 đến 40 km Mặt móng kết tinh cũng biên đổi phức tạp tương tự như vậy từ lộ ra ở trên mặt đến độ sâu 7-8 km

- Miền Trường Sơn có bề mặt Moho khá phức tạp từ 26 km đến 40 km

Bề mặt kết tinh trong miền này cũng thay đổi từ lộ ra trên mặt đến độ sâu 5 -

6 km

Năm 1989 tác giả Đinh Văn Toàn [28] đã sử dụng nhóm các phương pháp phân tích thống kê và biến đổi trường để xây dựng bản đồ đẳng sâu

móng trước Kainozoi vùng đồng bằng Sông Hồng

Trên cơ sở coi kết quả nghiên cứu bằng phương pháp từ Tellua như tài liệu tựa, Đặng Thanh Hải đã tiến hành phân tích lại các tài liệu trọng lực bằng

sử dụng một hệ phương pháp phân tích ở mức hoàn thiện hơn [7] Kết quả cũng đã xây dựng được sơ đồ bề mặt các ranh giới cơ bản trong vỏ Trái đất ở vùng lãnh thổ phía Bắc Đáng lưu ý là kết quả thu được có mức độ chi tiết khá cao và có nhiều điểm rất khác so với các nghiên cứu trước đây, cả về độ sâu phân bố lẫn hình thái cấu trúc của các mặt ranh giới Moho và Conrad

Ngoài các công trình như vừa nêu, các kết quả nghiên cứu về phân bố các hệ thống đứt gãy và cấu trúc vỏ Trái đất, xác định bề dày các bồn trầm tích, còn được phản ánh trong các công trình của các tác giả khác [11, 16,

17, 24, 25, 30, 39, 46] Tuy các công trình này không tiến hành nghiên cứu đồng bộ các yếu tố cấu trúc sâu của toàn lãnh thổ, nhưng các kết quả cũng góp phần chi tiết thêm các yếu tố cấu trúc, nhất là các hệ thống đứt gãy ở một

số vùng

1.2.3 Phương pháp địa chấn

Ngoài các nghiên cứu chủ yếu như nêu trên, về cấu trúc sâu còn một số tác giả cũng đã tận dụng các số liệu ghi động đất để tính toán bề dày vỏ Trái đất lãnh thổ Việt Nam nói riêng đã được tiến hành trong các công trình khác nhau [4, 8, 9, 10, 22, 27].Tuy nhiên, phần lớn những nghiên cứu này đều được tiến hành dựa trên các số liệu về thời gian truyền sóng địa chấn, ghi được bởi

hệ thống trạm cũ của Việt Nam Kết quả của những nghiên cứu này cũng đã chỉ ra một số mô hình vận tốc cho các khu vực khác nhau tương ứng

Dựa trên phân tích thời gian truyền sóng và tính phổ Fourier ( Vũ Ngọc Tân, 1979; Trần Trung Đoàn, 1983 ) [4, 22] đã xây dựng mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng tại một số điểm khác nhau ở miền Bắc Việt Nam Mô hình lát cắt cấu trúc nhận được từ các nghiên cứu này cũng được phản ánh trong mặt

cắt phân bố vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam theo lý thuyết tia ( Nguyễn Ngọc Thuỷ, 1999 ) [26, 73], hay một số đặc điểm về cấu trúc sâu thạch quyển cũng được phản ánh sơ lược theo cấu trúc của trường sóng ngang được xây dựng trên cơ sở phân tích đặc điểm phân tán vận tốc sóng mặt trong vỏ ( Wu H H., Đinh Văn Toàn và nnk, 2005 ) [31]

Theo kết quả nghiên cứu của Phạm Văn Thục [27], dựa trên phân tích

số liệu quốc tế và các quan trắc ghi nhận được từ 03 trạm trên miền bắc là trạm Bắc Giang, Phủ Liễn và SaPa đã xác định được vận tốc của các sóng địa chấn trong các lớp cơ bản của Vỏ trái đất Sóng Pg, Sg được truyền trực tiếp

từ chấn tiêu động đất, sóng P*, S* được truyền trong ranh giới lớp Bazan và lớp Granit (mặt Conrad), sóng Pn, Sn truyền trong mặt Moho

Các nghiên cứu sau đó của các tác giả Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên [22] trên cơ sở các số liệu phong phú với độ chính xác cao hơn đã đưa ra mô hình vận tốc địa phương cho các sóng Pn Sn, P*, S*, Pg; và Sg (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Kết quả nghiên cứu vận tốc các sóng động đất Miền Bắc Việt

Nam (theo Vũ Ngọc Tân, Nguyễn Đình Xuyên)

- Vận tốc truyền sóng P trung bình của phần vỏ Trái đất biến động trong giới hạn 5,92 - 7,60 km/s

- Vận tốc trung bình của P lớp dưới vỏ (phần cứng của manti thượng) 7,85 - 8,00 km/s

đã xác định được các vận tốc của sóng p (Vp) trong mô hình 4 lớp (bảng 1.2)

Mô hình này được kiểm nghiệm qua trận động đất mạnh trong khu vực Tuần Giáo (24.6.1983) Đồng thời tác giả này cũng đã xác định được tỷ số Vp/Vs = 1.68

Bảng 1.2 Mô hình vận tốc vỏ trái đất Miền Bắc Việt Nam theo [20]

Trong các công trình [51, 77, 52, 53, 54] trên cơ sở phân tích thời gian truyền của sóng P và các tài liệu khác, các tác giả đã xây dựng được mặt cắt vận tốc sóng P trong vỏ Trái đất ở Việt Nam (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Mặt cắt vận tốc của vỏ Trái đất Việt Nam theo công trình trên

đồng thời các kết quả nghiên cứu thời gian truyền sóng P và mô hình hóa toán học quá trình lan truyền sóng địa chấn để chính xác mô hình lát cắt tốc độ của

gồm chu trình nhiều giai đoạn nghiên cứu các đặc điểm thời gian truyền sóng

P áp dụng để giải bài toán định vị chấn tiêu động đất theo các quan sát địa chấn trong vùng gần để nhận được các tài liệu chi tiết về cấu tạo vỏ Trái đất Đáng chú ý là tác giả các công trình này đã áp dụng phương pháp tìm ra các

nghiệm nhận được Phương pháp này cho khả năng xác định lát cắt vận tốc đối với môi trường nhiều lớp bất kỳ, thậm chí đối với cả môi trường mà trong

nó bao gồm các khối riêng biệt khác nhau bởi tốc độ lan truyền của sóng địa chấn cũng như bởi kích thước

Bằng phương pháp địa chấn dò sâu tác giả Songlin Li [68, 69] nghiên cứu bề dày vỏ Trái đất khu vực phía nam lãnh thổ Trung Quốc đã xây dựng

sơ đồ bề dày vỏ Trái đất cho khu vực này Theo đó phần tiếp giáp Bắc Việt Nam mặt Moho nằm ở độ sâu 37 - 38 km Như vậy các kết quả này cũng tương đồng với những kết quả nghiên cứu ở phần lãnh thổ Bắc Việt Nam được đề cập trong các công trình nghiên cứu ở Việt Nam [32, 33]

Trong các nghiên cứu gần đây về cấu trúc vỏ Trái đất, các tác giả Đinh Văn Toàn, Lại Hợp Phòng đã sử dụng mô hình hóa tài liệu địa chấn dò sâu trên 2 tuyến đo Thái Nguyên - Hòa Bình và Hòa Bình - Thanh Hóa Kết quả lần đầu tiên đã xây dựng được các bề mặt ranh giới cơ bản của vỏ Trái đất dưới các tuyến đo Theo đó vỏ Trái đất mỏng hơn đến vài km so với các kết quả nghiên cứu bằng tài liệu trọng lực trước đó Đáng lưu ý là trong nghiên cứu cấu trúc sâu thì tài liệu địa chấn sâu cho kết quả đáng tin cậy hơn [32, 33,

34, 74, 75]

Dựa trên mô hình vỏ Trái đất xây dựng bằng tài liệu địa chấn dò sâu, các tác giả trên đã phân tích tài liệu trọng lực, xây dựng mô hình cấu trúc vỏ Trái đất theo hai tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình và Hòa Bình - Thanh Hóa và đưa ra quy luật phân bố mật độ của các lớp vật chất cơ bản trong vỏ Trái đất

Từ quy luật phân bố mật độ này, một số các tuyến phân tích tài liệu trọng lực khác được tiến hành ở miền Bắc Việt nam Từ những kết quả trên sơ đồ bề dày lớp vỏ Trái đất miền bắc Việt Nam đã được xây dựng Theo kết quả này thì độ sâu bề mặt Moho lớn hơn các công trình đã công bố trước đây tại một

số cấu trúc Ví dụ như tại khu vực trũng Sông Đà - Tú Lệ, bề mặt Moho sâu hơn đến 12 km, khu vực phía tây vòm nâng Sông Mã bề mặt này cũng sâu hơn đến 8 km [16,17]

Bằng phương pháp hàm thu sóng P, tác giả Nguyễn Văn Dương [56] đã tiến hành phân tích và tính toán bề dày vỏ Trái đất cho 24 vị trí trạm địa chấn

bố trí ở miền Bắc Việt Nam.Theo các phân tích này bề mặt Moho dao động trong khoảng từ 26,5 đến 36,4 km Bề mặt Moho phần Đông Bắc nông hơn và

ít phân dị hơn so với phần phía Tây Bắc Việt Nam Các kết quả này cũng phù hợp với các kết quả của công trình [16, 17] năm 2009 và 2015 [78]

Kết luận chương 1

Như vậy trong khu vực miền Bắc Việt Nam cũng đã có một số các công trình nghiên cứu về cấu trúc sâu vỏ Trái đất và hệ thống đứt gãy kiến tạo bằng các phương pháp địa vật lý khác nhau Cấu trúc sâu vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam biến đổi rất phức tạp, tại các miền cấu tạo khác nhau bề dày vỏ Trái đất biến động rất khác nhau Nguồn số liệu cho các phân tích trên chủ yếu là trọng lực, từ và một số các tuyến đo Tellua Các nghiên cứu cấu trúc sâu dựa vào nguồn sóng ghi động đất cũng chỉ thực hiện ở phạm vi khu vực rộng và số liệu cũng chưa thật đầy đủ Do vậy các kết quả đạt được vẫn mang tính định tính và độ tin cậy chưa cao Thực tế các nghiên cứu cấu trúc sâu trong khu vực chỉ ra cần có nguồn số liệu mới hơn, tin cậy hơn Trong bản luận án này NCS lựa chọn kết hợp phân tích tài liệu địa chấn dò sâu và trọng lực nhằm nâng cao độ tin cậy của mô hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất khu vực

miền Bắc Việt Nam

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC

SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 2.1 CƠ SỞ TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM

2.1.1 Tài liệu địa chấn sâu

Để phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu của mình NCS đã sử dụng tài liệu địa chấn dò sâu được tiến hành trong đề tài KC.08.06/06-10 [33] Hai tuyến được thiết kế cắt qua các đơn vị cấu trúc chính ở Miền Bắc Việt Nam Tuyến thứ nhất (T1), bắt đầu từ khu vực xã La Hiên - huyện Võ Nhai – Thái Nguyên qua Vĩnh Phúc, Hà Tây cũ và đến điểm cuối tại phía nam thành phố Hoà Bình gọi là tuyến Thái Nguyên – Hoà Bình Tuyến này cắt qua đới đứt gãy Sông Thương, hệ đứt gãy vòng cung duyên hải Đông Bắc Bộ, hệ đứt gãy Sông Hồng và đứt gãy Nghĩa Lộ - Ninh Bình tại phần phía Nam của tuyến Tuyến thứ hai (T2) xuất phát từ khu vực huyện Lạc Thuỷ - Hoà Bình, men theo đường Hồ Chí Minh, qua huyện Yên Thuỷ, Lạc Sơn của tỉnh Hoà Bình

và các huyện Thạch Thành, Cẩm Thuỷ, Ngọc Lặc, Thọ Xuân, Thường Xuân đến xã Bái Trành - huyện Như Xuân, nơi gần ranh giới với Nghệ An, gọi là tuyến Hoà Bình – Thanh Hoá Tuyến này cắt qua đới đứt gãy Nghĩa Lộ - Ninh Bình ở phần phía Bắc, cắt hệ đứt gãy Sông Đà, Sơn La - Bỉm Sơn và đới Sông

Mã ở phần phía Nam của tuyến Hai tuyến đều có chiều dài xấp xỉ 130 km

Nguồn tạo sóng địa chấn được bố trí 3 vị trí nổ dọc theo mỗi tuyến Trong đó, có 2 vị trí là điểm đầu và điểm cuối của mỗi tuyến, điểm thứ 3 nằm trong phạm vi của tuyến khảo sát nhưng gần hơn về đầu mút Bắc của tuyến khảo sát (hình 2.1) Trên cả hai tuyến, các điểm nổ giữa tuyến đều cách điểm

nổ đầu mút xấp xỉ 40 - 50 km và cách điểm đầu mút Tây Nam khoảng 80 km

Để sóng địa chấn truyền đi được xa, việc nổ mìn phải được thực hiện trong

các lỗ khoan có đường kính lớn, khoảng từ 200 đến 300 mm ở các độ sâu xấp

xỉ 30 mét Tại mỗi vị trí, tiến hành 2 vụ nổ trong 2 lỗ khoan gần nhau và được thực hiện cách nhau từ 3 – 7 giây Như vậy, để thực hiện việc khảo sát dọc theo 2 tuyến đã tiến hành 12 vụ nổ Lượng thuốc nổ dùng cho cả 2 vụ nổ tại mỗi điểm thay đổi trong khoảng từ 550 kg đến 1005 kg Việc ghi sóng địa chấn được tiến hành bằng 200 máy thu chuyên dụng REFTEK-125 do hãng Refraction Technology của Mỹ chế tạo Máy thu có tần số 4,5 Hz, số liệu được ghi có độ dài 24 bit, có bộ nhớ dung lượng 64 MB Máy gọn nhẹ, thời gian ghi sóng được chỉnh theo đồng hồ vệ tinh thống nhất cho tất cả các máy trước khi lắp đặt, đảm bảo cho việc xác định thời gian truyền sóng phục vụ khâu xử lý tài liệu đạt độ chính xác cao Ngoài ra, máy nổ mìn cũng là loại chuyên dụng được nối với một máy GPS và tự động đánh dấu thời điểm nổ theo đồng hồ vệ tinh Các máy thu được bố trí cách nhau từ 500 đến 900 m dọc theo tuyến khảo sát Mật độ ghi tín hiệu sóng được sử dụng trong khảo sát này là 250 mẫu/ giây Độ dài các băng ghi sóng được đặt trước là 15 phút kể

từ thời điểm phát nổ quả thứ nhất Vị trí đặt máy phải được lựa chọn tránh gần đường giao thông và ít nhiễu khác do con người tạo ra Tuy nhiên, ở nước ta công việc ghi sóng đều phải tiến hành ban ngày, do các vụ nổ không được phép thực hiện vào ban đêm nên khó tránh được phông nhiễu cao Toạ độ điểm ghi sóng được đo bằng thiết bị GPS cầm tay Sau khi khảo sát các máy thu được nối với máy tính và số liệu ghi sóng được chuyển vào máy tính thông qua sử dụng phần mềm chuyên dụng đi kèm (Hình 2.2)

Đ C B

ằn

g - T iê

n Y ên

Đ C B

ằn

g - T iê

n Y ên

Đ C

B ằn

g - T iên Y ên

Đ C B

ằn

g - T

n Y ên

Đ C

B ằn

g - T iên Y ên

ao B

ằn

g - T

n Y ên

Đ C

ao B

ằn

g - T iên Y ên

Đ C B

ằn

g - T

n Y ên

Đ. Tr

g L ươ ng

Đ. Tr

g L ươ ng

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ Q uả

H òa

Đ H

à ng

Đ H

à ng

Đ H

à ng

Đ H

à ng

Đ H

à ng

Đ H

à ng

Đ H

à ng

Đ H

à ng

Đ H

à ng

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

h - P

hú L

ươ

Đ Y M in

g P

hó Đ

áy

Đ S

g P

hó Đ

áy

Đ S

g P

hó Đ

áy

Đ S

g P

hó Đ

áy

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ C hiê m H óa

Đ

g Sô

C hả y

Đ

g Sô

C hả y

Đ

g Sô

C hả y

Đ S

g L ô

Đ S

g L ô

Đ S

g L ô

Đ S

g L ô

Đ S

g L ô

Đ S

g L ô

Đ S

g L ô

Đ S

g L ô

Đ S

Đ Đ

ườn g 1 8

Đ Đ

ườn g 1 8

Đ Đ

ườn g 1 8

Đ Đ

ườn g 1 8

Đ Đ

ườn g 1 8

Đ Đ

ườn g 1 8

Đ Đ

ườn g 1 8

Đ Đ

ườn g 1 8

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g N gh

ĩa L ộ K

B ôi

Đ

g S

ôn g Đ à

Đ

g S ơn L

a - B ỉm Sơ n

Đ

g S ơn L

a - B ỉm Sơ n

Đ g

n L

a - B ỉm Sơ n

Đ

g S ơn L

a - B ỉm Sơ n

Đ g

n L

a - B ỉm Sơ n

Đ

g S ơn L

a - B ỉm Sơ n

Đ

g S ơn L

a - B ỉm Sơ n

Đ

g S ơn L

a - B ỉm Sơ n

biể

n đ

ô g

hải phòng quảng ninh bắc giang

nam định

hà nam

hai dương hưng yên

ninh bình

thái bình

tuyên Quang

bắc kạn cao bằng

Tuyến đo địa chấn và điểm nổ

Đường bờ biển

Đường biên giới

Ranh giới các tỉnh

Đứt gãy kiến tạo chính

E6

chú giải

Hỡnh 2.1: Vị trớ tuyến địa chấn dũ sõu miền Bắc Việt Nam

Hỡnh 2.2: Thiết bị ghi súng địa chấn và băng súng ghi được

2.1.2 Cơ sở tài liệu trọng lực miền Bắc Việt Nam

Bản đồ dị thường trọng lực là loại tài liệu điều tra cơ bản cần thiết, phục vụ cụng tỏc nghiờn cứu địa chất, điều tra tỡm kiếm khoỏng sản, phục vụ việc tớnh toỏn cỏc mạng lưới trắc địa Quốc gia để xõy dựng hệ độ cao Nhà nước,

Công tác đo vẽ tài liệu trọng lực được tiến hành ở nước ta từ những năm 60 của thế kỷ trước [5, 6, 10a] Giai đoạn từ 1960 đến 1964 bản đồ dị thường Bouguer được Tổng cục Địa chất thành lập cho toàn miền Bắc với tỷ

lệ 1: 500 000 Sau đó do nhu cầu tìm kiếm khoáng sản, một số khu vực công tác đo vẽ trọng lực Bouguer tỷ lệ lớn hơn cũng được thành lập Từ sau năm

1975, công tác đo vẽ bản đồ trọng lực với tỷ lệ khác nhau được tiến hành Giai đoạn 1976 đến 1985 đã tiến hành thống nhất bản đồ trọng lực toàn quốc

tỷ lệ 1: 1 000 000 Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer phần đất liền lãnh thổ Việt Nam tỷ lệ 1 : 500.000 lần đầu tiên được thành lập năm 1985 do Nguyễn Thiện Giao làm chủ nhiệm [5] Bản đồ này được thực hiện trên cơ sở các nguồn tài liệu: 1/ Đo vẽ trọng lực tỷ lệ 1: 500.000 - 1: 200.000 ở Miền bắc Việt Nam do chuyên gia Liên Xô và Liên Đoàn Địa chất 36 thực hiện (1961-1967); 2/Đo vẽ trọng lực tỷ lệ 1:200.000 ở đồng bằng sông Cửu Long do Tổng cục Dầu khí Việt Nam thực hiện (giai đoạn từ 1976-1979); 3/ Đo vẽ trọng lực tỷ lệ 1: 500.000 phần Miền Nam do Liên đoàn 75 thực hiện (1976-1981); 4/ Đo đạc mạng lưới điểm tựa trọng lực hạng cao Quốc gia của Cục

Đo đạc và Bản đồ Nhà nước; 5/ Đo bổ sung vùng trống trọng lực tỷ lệ 1 : 5 00.000 do Liên đoàn Vật lý Địa chất thực hiện (1980-1984)

Sau đó do yêu cầu ngày càng tăng của công tác thăm dò khoáng sản cũng như việc thành lập các bản đồ địa chất tỷ lệ lớn, như 1 : 200 000, 1 : 500

000, bản đồ dị thường trọng lực Bouguer toàn lãnh thổ Việt Nam tỷ lệ 1 : 500

000 được Tổng cục Địa chất thành lập [6] Bên cạnh đó các bản đồ có tỷ lệ khác nhau cũng được thành lập cho các vùng tìm kiếm khoáng sản, các mục đích nghiên cứu chi tiết khác nhau

Trong nghiên cứu này NCS sử dụng bản đồ dị thường trọng lực Bouguer miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1: 500 000 do Tổng Cục Địa chất thành lập năm 1995

hà giang

tuyên Quang

nghệ an thanh hoá

hai dương hải phòng quảng ninh bắc giang

Hỡnh 2.3: Sơ đồ dị thường Bouguer miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1: 500 000

2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN NGHIấN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM

Như đó nờu ở phần trờn, tài liệu địa chấn dũ sõu NCS sử dụng được tiến hành trờn lónh thổ miền Bắc Việt Nam theo kết quả của đề tài KC08.06/06.10

Từ tài liệu này chỳng ta cú thể khai thỏc cả hai loại súng phản xạ và khỳc xạ cho phõn tớch cỏc đặc điểm cấu trỳc của vỏ Trỏi đất dưới tuyến đo Dưới đõy NCS trỡnh bày sơ lược cơ sở của phương phỏp địa chấn khỳc xạ sử dụng cho nghiờn cứu cấu trỳc sõu vỏ Trỏi đất miền Bắc lónh thổ Việt Nam Phần phõn tớch tài liệu địa chấn phản xạ NCS sử dụng từ kết quả của đề tài KC08.06/06.10 do GS TS Steven Harder thực hiện

2.2.1 Phương pháp địa chấn khúc xạ

Theo công trình [23], phương pháp địa chấn khúc xạ nghiên cứu sóng khúc xạ quay trở về mặt quan sát từ các mặt ranh giới có tốc độ truyền sóng lớp dưới lớn hơn lớp trên Với các mặt ranh giới này, khi xa nguồn nổ một khoảng cách xác định sẽ xẩy ra hiện tượng phản xạ toàn phần và hình thành sóng khúc xạ quay trở về bề mặt quan sát Phương pháp địa chấn khúc xạ có

ưu điểm là ngoài việc xác định hình thái cấu trúc các mặt ranh giới còn cho phép xác định tốc độ đặc trưng cho tính chất vật lý của các loại đá tạo nên mặt ranh giới nghiên cứu

Phương pháp này thường được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc sâu như xác định móng trầm tích, các mặt ranh giới cơ bản của quả đất (mặt Moho, mặt Conrad ) Ngoài ra khi sử dụng địa chấn khúc xạ tần số cao cho phép nghiên cứu bề dày lớp phủ trầm tích, chiều sâu và địa hình mặt đá gốc, phát hiện các đới nứt nẻ, đứt gãy Trong lĩnh vực địa chất công trình (xác định nền móng các giàn khoan, điều kiện đặt đường ống dẫn dầu khí, các công trình cảng ), phương pháp địa chấn khúc xạ được sử dụng để xác định bề dày các lớp phủ bở rời trên nền đá gốc, chiều sâu và địa hình mặt đá gốc, phát hiện các đới bị phá huỷ, nứt nẻ, các hang karst, xác định mực nước ngầm, xác định các tham số cơ lý đất đá ở thế nằm tự nhiên

a) Sự hình thành sóng khúc xạ

Trong quá trình truyền sóng đàn hồi, nếu trong môi trường tồn tại mặt ranh giới phân chia 2 phần có tính chất đàn hồi khác nhau thì sẽ xuất hiện sóng phản xạ và sóng qua Giả sử 2 phần môi trường có tốc độ và mật độ là

Khi sóng truyền tới mặt ranh giới mặt ranh giới sẽ tạo ra các sóng thứ sinh Một phần năng lượng tạo nên các sóng phản xạ quay trở về môi trường phía trên, một phần năng lượng truyền qua mặt ranh giới tạo nên sóng qua

Góc hợp bởi tia sóng và pháp tuyến mặt ranh giới ở phía trên là  và phần

môi trường phía dưới là  (hình 2.3)

Mối quan hệ giữa sóng tới và các sóng thứ cấp được xác định bởi định

1 1 1

v A

A Q







(2.2)

mặt ranh giới R trong môi trường thứ

2 Đây là hiện tượng phản xạ toàn

phần Sóng trượt theo mặt ranh giới

sẽ kích thích môi trường phía trên,

theo nguyên lý Huyghen nó sẽ tạo

xạ Do có quãng đường truyền sóng

khác, người ta còn gọi đây là sóng đầu (hình 2.4)

Điều kiện để có sóng khúc xạ là phải có mặt ranh giới thoả mãn điều

sát được cách xa nguồn một khoảng cách nhất định, khoảng cách này phụ

b) Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ

Chúng ta xét biểu đồ thời khoảng

sóng khúc xạ trong trường hợp môi

trường có mặt ranh giới R nghiêng góc

 và có tốc độ truyền sóng lớp phía dưới

tuyến tại tâm điểm nổ là h (hình 2.5)

Trên tuyến quan sát x, sóng đầu

chỉ xuất hiện cách điểm nổ một

khoảng nhất định khi góc tới đạt đến

góc tới hạn i

(2.4)

Qua quá trình biến đổi, ta có

N1

2h sin ix



2h sin ix

Theo định luật khúc xạ, các tia sóng đầu tạo với pháp tuyến của mặt ranh giới R các góc bằng nhau và bằng góc i nên khi R phẳng thì các tia sóng song song với nhau Suy ra tốc độ biểu kiến không đổi và có giá trị bằng :

N

v

1 x

x

t t

)isin(

x

Nếu kéo dài BĐTK về phía điểm nổ thì chúng sẽ cắt nhau trên trục thời

0

v

icosh2

t 

Khi mặt ranh giới nằm ngang ( = 0), BĐTK có dạng:

icosh2v

xv

icosh2v

isinx

(2.6) Qua các kết quả tính toán ở trên có thể rút ra nhận xét là:

- Khi mặt ranh giới phẳng, BĐTK sóng khúc xạ là những đoạn thẳng,

góc của BĐTK thay đổi theo góc nghiêng của mặt ranh giới và dạng BĐTK cũng là đường cong phụ thuộc vào hình dạng mặt ranh giới

- Sóng khúc xạ chỉ xuất hiện cách điểm nổ những khoảng nhất định Tại các điểm đầu, thời gian xuất hiện sóng phản xạ và sóng khúc xạ như nhau nên BĐTK của sóng phản xạ và sóng khúc xạ tiếp xúc với nhau

không có khả năng quay trở về mặt quan sát

Trong môi trường nhiều lớp, khi tồn tại một số mặt ranh giới thoả mãn

nhau Biểu đồ thời khoảng có những đặc điểm sau:

- Điểm đầu của các sóng khúc xạ liên hệ với các tầng sâu nằm xa hơn các sóng từ các tầng nông Sóng càng sâu càng xuất hiện xa điểm nổ Số sóng khúc xạ thu được ở xa điểm nổ nhiều hơn ở gần điểm nổ

- Các sóng khúc xạ từ tầng sâu có tốc độ biểu kiến lớn hơn các sóng đi

từ tầng nông Biểu đồ thời khoảng của các sóng từ các tầng sâu thoải hơn các sóng đi từ tầng nông

Hình 2.6 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ

trong môi trường có nhiều mặt ranh giới

- Trong môi trường phân lớp nằm ngang thì các biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ có thể cắt nhau, tạo ra các vùng có sự giao thoa của các sóng

khúc xạ từ các mặt ranh giới khác nhau, mặt khác cũng tạo ra các vùng có thể theo dõi các sóng sóng khúc xạ một cách rõ ràng Thí dụ trên hình 2.5 mô tả

và DE sóng bị giao thoa, các đoạn AB, CD và EG có thể theo dõi sóng khúc

Trong môi trường có đứt gãy, bức tranh sóng có phức tạp hơn Giả sử

Trước hết, chúng ta xét trường hợp điểm nổ đặt ở cánh nâng của ranh

ra, khi đạt tới mép cụt AB sóng trượt bị tán xạ làm hình thành trong lớp phủ

của sóng đầu tại điểm ló D của tia sóng đầu đi từ điểm A đến ranh giới

Sóng khúc xạ - tán xạ có khả năng làm kích động sóng đầu từ cánh



(2.7)