Luận án Tiến sĩ Địa chất: Đặc điểm biến dạng, trường ứng suất kiến tạo hiện đại và mối quan hệ của chúng với các tai biến địa chất khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận

Luận án thực hiện nghiên cứu với mục đích nhằm làm sáng tỏ đặc điểm biến dạng và trường ứng suất kiến tạo hiện đại khu vực Biển Đông Việt Nam và đánh giá nguy cơ động đất - sóng thần các đới sinh chấn trong khu vực nội mảng thuộc Biển Đông từ góc độ biến dạng-ứng suất. Để biết rõ hơn về nội dung chi tiết, mời các bạn cùng tham khảo.

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN ĐỊA CHẤT

Nguyễn Văn Hướng

ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG, TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG

VỚI CÁC TAI BIẾN ĐỊA CHẤT KHU VỰC

BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

Hà Nội – Năm 2012

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN ĐỊA CHẤT

Nguyễn Văn Hướng

ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG, TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG

VỚI CÁC TAI BIẾN ĐỊA CHẤT KHU VỰC

BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN

Chuyên ngành: Địa Kiến tạo

Mã số: 62 44 55 05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Phan Trọng Trịnh

2 PGS.TS Nguyễn Trọng Tín

Hà Nội – Năm 2012

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

Nguyễn Văn Hướng

MỤC LỤC Trang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH VẼ iv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1.1 KHÁI QUÁT BỐI CẢNH KIẾN TẠO KAINOZOI 6

1.1.2 KIẾN TẠO TRẺ BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN 9

1.1.2.1 Khu vực Vịnh Bắc Bộ và ngoài khơi Bắc Trung Bộ 10

1.1.2.2 Khu vực ngoài khơi Trung Trung Bộ 14

1.1.2.3 Khu vực ngoài khơi Nam Trung Bộ và Nam Bộ 14

1.1.2.5 Khu vực Trung tâm Biển Đông 16

1.1.2.6 Khu vực Nam Biển Đông 17

1.1.2.7 Khu vực Đông Biển Đông 17

1.2.1 NGHIÊN CỨU VỀ VẬN TỐC BIẾN DẠNG KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI 20

1.2.2 NGHIÊN CỨU VỀ TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI 22

1.2.3 NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘNG ĐẤT-SÓNG THẦN 25

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 KHÁI NIỆM KIẾN TẠO-ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI 27

2.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VẬN TỐC BIẾN DẠNG

2.2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU VẬN TỐC BIẾN DẠNG THEO SỐ LIỆU

2.2.2 BIẾN DẠNG MỘT CHIỀU 29

2.2.3 BIẾN DẠNG HAI CHIỀU 30

2.2.3.1 Các vận tốc biến dạng 30

2.2.3.2 Biểu diễn tensor vận tốc biến dạng theo biến dạng chính 32

2.2.3.3 Chuyển đổi ngược 34

2.2.3.4 Biểu diễn biến dạng trượt cực đại 34

2.2.3.5 Các đại lượng bất biến của biến dạng 36

2.2.4 KHÁI QUÁT VỀ PHẦN MỀM QOCA TÍNH BIẾN DẠNG 38

2.3 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRƯỜNG ỨNG SUẤT

2.3.1.1 Ứng suất 38

2.3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT 42

2.3.2.1 Phương pháp xác định α[S Hmax ] từ tài liệu hình ảnh thành giếng khoan 42

2.3.2.2 Phương pháp xác định độ lớn ứng suất thẳng đứng - Sv từ log mật độ 44

2.3.2.3 Phương pháp xác định áp suất lỗ rỗng - P p 45

2.3.2.4 Phương pháp xác định độ lớn ứng suất ngang cực tiểu - Shmin từ tài liệu thử vỡ vỉa 46

2.3.2.5 Phương pháp xác định độ lớn ứng suất ngang cực đại – S Hmax 48

CHƯƠNG 3: VẬN TỐC BIẾN DẠNG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ

CÁC VÙNG LÂN CẬN THEO SỐ LIỆU CHUYỂN DỊCH GPS 50

3.3 NỘI SUY TRƯỜNG VẬN TỐC CHUYỂN DỊCH 54

3.4.3 Độ lớn biến dạng 61 3.4.4 Biến dạng trương nở hai chiều 63

3.4.5 Biến dạng trượt cực đại 65

CHƯƠNG 4: TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI KHU VỰC BIỂN

ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN 68

4.1 PHƯƠNG ỨNG SUẤT NGANG CỰC ĐẠI (α[S Hmax ]) 68

4.1.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH α[S Hmax ] BỂ CỬU LONG VÀ NAM CÔN SƠN 68

4.1.2 ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ α[S Hmax ]TRÊN TOÀN BỘ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 74

4.1.2.1 Khu vực TN Biển Đông 77

4.1.2.2 Khu vực Nam Biển Đông - Bắc Borneo 77

4.1.2.3 Khu vực Đông Biển Đông 78

4.1.2.4 Khu vực Bắc Biển Đông 80

4.1.2.5 Khu vực trũng Trung tâm Biển Đông 81

4.2 ĐỘ LỚN BA THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH 81

4.2.1 ĐỘ LỚN ỨNG SUẤT THẲNG ĐỨNG – S V 81

4.2.2 ĐẶC ĐIỂM ÁP SUẤT LỖ RỖNG 83

4.2.3 ĐỘ LỚN ỨNG SUẤT NGANG CỰC TIỂU - S hmin 84

4.2.4 ĐỘ LỚN ỨNG SUẤT NGANG CỰC ĐẠI – S Hmax 90

CHƯƠNG 5: TAI BIẾN ĐỘNG ĐẤT – SÓNG THẦN KHU VỰC

5 1 LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ SÓNG THẦN 92

THEO SỐ LIỆU GPS VÀ ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI XÁC ĐỊNH TỪ SỐ

LIỆU GIẾNG KHOAN

5.3 SỰ BIẾN ĐỔI MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG BIẾN DẠNG VÀ NGUY CƠ ĐỘNG

5.4 VẬN TỐC TÍCH LŨY MOMENT ĐỊA CHẤN VÀ NGUY CƠ ĐỘNG ĐẤT 102

5.5 SÓNG THẦN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM 104

KẾT LUẬN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

7 BO Phá hủy nén ép trong giếng khoan (Borehole breakout)

8 DIF Khe nứt căng giãn sinh ra trong quá trình khoan

(Drilling-induced fracture)

9 S v Độ lớn ứng suất thẳng đứng

10 Shmin Độ lớn ứng suất ngang cực tiểu

11 SHmax Độ lớn ứng suất ngang cực đại

12 α[S Hmax ] Phương của ứng suất nén ngang cực đại

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 2.1 Độ lớn ứng suất tương đối và các cơ chế đứt gãy 40

2 Bảng 3.1 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm đo GPS trong khu vực

nghiên cứu được sử dụng để tính biến dạng 52

3 Bảng 3.2 Kết quả tính biến dạng trong từng đa giác 58

4 Bảng 4.1a Kết quả xác định phương ứng suất nén ép ngang cực đại (SHmax) bể

Cửu Long theo tài liệu hình ảnh thành giếng khoan 69

Bảng 4.1b Kết quả xác định phương ứng suất nén ép ngang cực đại (SHmax) bể

Nam Côn Sơn theo tài liệu hình ảnh thành giếng khoan 70

5 Bảng 4.2 Tổng hợp α[S Hmax ] khu vực bể Cửu Long và Nam Côn Sơn 70

6 Bảng 4.3 So sánh kết quả xác định α[S Hmax ] 75

7 Bảng 4.4 Độ lớn ứng suất thẳng đứng – Sv và gradient của Sv trong các bể trầm

tích xác định dựa trên log mật độ 82

8 Bảng 4.5 So sánh gradient ứng suất thẳng đứng trong các bể trầm tích chính 83

9 Bảng 4.6 Độ lớn ứng suất ngang cực tiểu xác định từ phép đo thử vỡ vỉa 85

10 Bảng 4.7 Mối quan hệ Shmin và Sv trong các bể trầm tích 86

11 Bảng 4.8 Độ lớn ứng suất ngang cực đại – SHmax ước lượng trong giếng khoan

DANH MỤC HÌNH VẼ

1 Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng

2 Hình 1.2 Mặt cắt địa chấn minh họa xác định đứt gãy trẻ ở các bể trầm tích

trên thềm lục địa Việt Nam 11

3 Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Vịnh Bắc Bộ và ngoài khơi Bắc

4 Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Trung Trung Bộ và ngoài khơi 14

5 Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực ngoài khơi Nam Trung Bộ và Nam

7 Hình 2.2 Minh hoạ biểu diễn biến dạng theo các biến dạng chính 33

8 Hình 2.3 Sơ đồ phân loại Anderson cho độ lớn ứng suất tương đối trong các

vùng đứt gãy thuận, trượt bằng và nghịch 40

9 Hình 2.4

(a) Phá huỷ nén ép (BO) và khe nứt căng giãn sinh ra trong quá trình khoan (DIF) minh giải từ ảnh CBIL giếng CL10 (b) DIF minh giải trên ảnh FMI giếng CL1

43

10 Hình 2.5 Biểu đồ minh hoạ áp suất theo độ sâu 46

11 Hình 2.6 Minh hoạ về đường cong áp suất đặc trưng của phép thử vỡ vỉa 47

12 Hình 3.1 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm đo GPS được sử dụng 51

13 Hình 3.2 Sơ đồ lưới đa giác tính biến dạng (từ T1 đến T19) 53

14 Hình 3.3

Vận tốc biến dạng trong các đa giác nội mảng (từ T1 đến T14) tính

từ số liệu chuyển dịch GPS thể hiện các trạng thái biến dạng nén ép, trượt bằng hoặc căng giãn trong các đa giác khác nhau

17 Hình 3.6 Vận tốc biến dạng tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy Cơ cấu chấn

tiêu động đất theo danh mục CMT (1976-2011) 61

18 Hình 3.7 Độ lớn biến dạng tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy 62

19 Hình 3.8 Độ lớn biến dạng trương nở 2D tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy 64

20 Hình 3.9 Độ lớn biến dạng trượt cực đại tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy 66

21 Hình 4.1 Sơ đồ phân bố α[S Hmax ] khu vực bể Cửu Long 69

22 Hình 4.2 Sơ đồ phân bố α[S Hmax ] bể Cửu Long 73

23 Hình 4.3 Sơ đồ phân bố α[S Hmax ] bể Nam Côn Sơn 74

24 Hình 4.4 Biểu đồ hoa hồng thể hiện độ lệch α[S Hmax ] bể Cửu Long và Nam

Côn Sơn so với phương MORVEL 75

25 Hình 4.5 Bản đồ phân bố phương của trục ứng suất nén ép ngang cực đại

(α[S Hmax ]) khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận 79

26 Hình 4.6 Độ lớn ứng suất thẳng đứng Sv trong bể Sông Hồng và Hà Nội xác

định trong 17 giếng khoan khác nhau 83

(S v ) và ứng suất ngang cực tiểu (S hmin ) khu vực bể Cửu Long 88

30 Hình 4.10 Áp suất thành hệ, độ lớn ứng suất thẳng đứng và ứng suất ngang cực

tiểu khu vực bể Nam Côn Sơn 88

31 Hình 5.1 Quan hệ của trục biến dạng nén ngang cực đại theo số liệu GPS và

trục ứng suất nén ngang cực đại theo tài liệu địa chất-địa vật lý 96

32 Hình 5.2 Vận tốc biến đổi mật độ năng lượng biến dạng 101

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Trong những năm gần đây, Việt Nam đang phát triển mạnh về cơ sở hạ tầng ven biển Sau khi xảy ra động đất-sóng thần Sumatra năm 2004, nhiều câu hỏi đặt ra

về nguy cơ động đất-sóng thần ở vùng biển Việt Nam Thực tiễn đó đòi hỏi phải đánh giá các vùng nguồn động đất-sóng thần trên Biển Đông nhằm phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế và xây dựng các công trình quan trọng ở ven biển như nhà máy điện nguyên tử, nhà máy lọc dầu, cầu cảng và các công trình phục vụ dân sinh khác

Biển Đông là biển rìa thuộc vành đai lửa Thái Bình Dương – vành đai xuất hiện của khoảng 70% các trận động đất có cường độ mạnh nhất thế giới (theo NIEC catalog) Rìa đông của Biển Đông có cấu trúc khá phức tạp với sự có mặt của hai đới hút chìm cắm ngược hướng Đây là nơi phân bố chủ yếu của hoạt động địa chấn trong Biển Đông Trong khu vực nội mảng, trên Biển Đông, với chứng cớ là các trận động đất, tài liệu trắc địa và mặt cắt địa chấn cho thấy hoạt động biến dạng kiến tạo trong giai đoạn hiện đại có khả năng tồn tại và có thể tiềm ẩn nguy cơ phát sinh các tai biến địa chất trên vùng biển này [18, 19]

Trong các công bố về biến dạng vỏ trái đất ở Đông Nam Á từ số liệu GPS, khu vực Biển Đông là vùng trống số liệu đo GPS nên không cho phép xác định các đặc trưng biến dạng chi tiết hơn trong khu vực này, đặc biệt là biến dạng trên các cấu trúc cụ thể nếu có Các mạng lưới GPS trên đất liền Việt Nam trước đây [3, 15,

36, 38] thường mang quy mô địa phương nên giá trị biến dạng tính được chỉ phản ánh tính chất vận động cục bộ của từng đứt gãy

Các nghiên cứu về đặc điểm trường ứng suất kiến tạo hiện đại khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận mới dừng lại ở mức nghiên cứu phương nén ngang cực đại và độ lớn tương đối của các thành phần ứng suất Các nghiên cứu toàn diện cả phương và độ lớn tuyệt đối của cả ba thành phần ứng suất mới chỉ được thực hiện trong quy mô nội bể trầm tích [1, 5, 7, 62, 70, 71]

Tai biến địa chất nguy hiểm nhất trên Biển Đông có lẽ là động đất và sóng thần Các nghiên cứu về biến dạng, trường ứng suất kiến tạo hiện đại cho phép đánh giá nguy cơ của loại tai biến này một cách toàn diện hơn Tuy nhiên các tai biến địa

chất mới được đánh giá riêng rẽ, trong đó phần lớn dựa trên biến dạng đứt gãy hiện đại Ít có công trình tích hợp được cả biến dạng cũng như trường ứng suất vào quá trình đánh giá tai biến

Do đó, việc liên kết yếu tố biến dạng với ứng suất kiến tạo hiện đại và đánh giá mối quan hệ của chúng với các tai biến địa chất khu vực Biển Đông Việt Nam

và các vùng lân cận là vấn đề rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Các

vấn đề nêu trên là lý do để Nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Đặc điểm biến dạng,

trường ứng suất kiến tạo hiện đại và mối quan hệ của chúng với các tai biến

địa chất khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận”

2 Mục tiêu của luận án: Làm sáng tỏ đặc điểm biến dạng và trường ứng suất kiến

tạo hiện đại khu vực Biển Đông Việt Nam và đánh giá nguy cơ động đất – sóng thần các đới sinh chấn trong khu vực nội mảng thuộc Biển Đông từ góc độ biến dạng-ứng suất

3 Nhiệm vụ của luận án: (1) Xác định đặc điểm biến dạng kiến tạo hiện đại trên

Biển Đông và lân cận theo vận tốc chuyển dịch GPS; (2) Xác định trường ứng suất kiến tạo hiện đại trên Biển Đông và lân cận theo tài liệu địa chất-địa vật lý; (3) Phân tích nguy cơ động đất-sóng thần dựa trên các đặc trưng của trường biến dạng - ứng suất đối với các đới sinh chấn nội mảng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: các đặc trưng địa chấn, trầm tích và trường vận tốc

chuyển dịch trong giai đoạn hiện tại của lớp vỏ trái đất trong khu vực Biển Đông Việt Nam và lân cận

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Phạm vi thời gian: trong thời gian lịch sử có con người - giai đoạn hiện tại

+ Phạm vi không gian: Trọng tâm khu vực nghiên cứu của luận án là khu vực trên

Biển Đông thuộc hải phận Việt Nam, tuy nhiên khi xem xét về nguồn gốc gây biến dạng và ứng suất kiến tạo hiện đại trong khu vực này, cần đặt nó trong mối quan hệ với các mảng/khối thạch quyển liền kề Do đó phạm vi nghiên cứu chung được xác

định trong khoảng từ 0 đến 26 độ vỹ bắc và từ 100 đến 126 độ kinh đông (Hình

1.1) Khu vực trọng tâm nghiên cứu là từ 0 đến 25 độ vỹ bắc và từ 105 đến 118 độ

kinh đông

5 Những điểm mới:

- Biến dạng kiến tạo hiện đại khu vực Biển Đông Việt Nam xác định theo số liệu GPS có vận tốc nhỏ hơn 10 nano-strain/năm, nằm trong khoảng trung gian giữa giá trị biến dạng đặc trưng cho các khu vực hoạt động về mặt kiến tạo (>10 nano-strain/năm) và các khu vực lục địa ổn định (<0,1 nano-strain/năm) Giá trị vận tốc biến dạng xác định được chứng tỏ khu vực nghiên cứu có biểu hiện hoạt động về mặt kiến tạo trong giai đoạn hiên tại nhưng ở mức độ yếu

- Đặc điểm biến dạng và trường ứng suất kiến tạo hiện đại khu vực Biển Đông Việt Nam tuân theo chế độ trượt bằng và tách giãn, chủ yếu thuận lợi cho hoạt động đứt gãy trượt bằng và đứt gãy thuận

- Với việc phát hiện xu thế biến dạng tách giãn chủ đạo ở phía nam Biển Đông có thể suy diễn: không tồn tại hoạt động hút chìm ở tây bắc đảo Palawan-Borneo trong giai đoạn hiện tại

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

- Ý nghĩa khoa học: Góp phần nâng cao khả năng khai thác, phân tích số liệu GPS

và số liệu giếng khoan phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu địa động lực ở Việt Nam Kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ đặc điểm biến dạng-ứng suất kiến tạo hiện đại và sự khống chế của chúng đối với hoạt động đứt gãy hiện đại trong khu vực Biển Đông Việt Nam đóng góp số liệu mới cho nghiên cứu đánh giá tai biến động đất – sóng thần của Việt Nam trong tương lai

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu về ứng suất có thể sử dụng trong công tác

định hướng giếng khoan thăm dò dầu khí nhằm tránh các sự cố gặp phải liên quan đến phá hủy giếng khoan, các số liệu này cũng có thể được sử dụng trong việc thiết

kế và xây dựng các công trình quan trọng ở ven biển Kết quả tính biến dạng có thể

sử dụng để đánh giá chu kỳ lặp lại của các trận động đất mạnh trong khu vực nghiên cứu, nhận dạng các khu vực có nguy cơ động đất cao và sử dụng để xây dựng kịch bản và đánh giá nguy hiểm sóng thần

7 Cơ sở tài liệu: 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 và các đơn vị khác nhau thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, thực hiện trong quá trình tham gia 2 đề tài nghiên cứu khoa học các cấp nhà nước từ năm 2006 đến nay; từ hơn 10 công bố trên các tạp chí và hội thảo khoa học trong và ngoài nước Ngoài ra, Nghiên cứu sinh còn chọn lọc tham khảo hơn 90 công trình nghiên cứu đã công bố có liên quan

8 Cấu trúc của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận

án gồm 5 chương Luận án được trình bày trong 108 trang đánh máy, gồm 11 bảng

và 33 hình vẽ minh họa

Để có căn cứ minh giải các kết quả xác định vận tốc biến dạng và ứng suất kiến tạo hiện đại trong các phần sau của luận án, Nghiên cứu sinh dành phần đầu

của Chương 1 để mô tả bối cảnh địa chất khu vực nghiên cứu, trong đó tập trung

vào bối cảnh kiến tạo Kainozoi Hoạt động kiến tạo trẻ trên khu vực Biển Đông được mô tả chi tiết, sử dụng các kết quả nghiên cứu trong quá trình Nghiên cứu sinh

tham gia các đề tài KC09-11/06-10 và KC09-11BS/06-10 Phần sau của Chương 1

giới thiệu về lịch sử nghiên cứu biến dạng từ số liệu GPS và trường ứng suất kiến tạo hiện đại từ số liệu giếng khoan, động đất và dịch trượt trên các đứt gãy trẻ trên thế giới, ở khu vực Châu Á, Đông Nam Á và Việt Nam Các công trình nghiên cứu nổi bật về tai biến động đất – sóng thần ở Biển Đông cũng được đề cập

Chương 2 trình bày về “Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu” Các

phương pháp sử dụng trong luận án để xác định vận tốc biến dạng và ứng suất kiến tạo hiện đại được mô tả chi tiết

Kết quả nghiên cứu chính đầu tiên của Nghiên cứu sinh là vận tốc biến dạng khu vực Biển Đông xác định từ số liệu chuyển dịch GPS được thể hiện trong

Chương 3 Kết hợp số liệu chuyển dịch tính được từ số liệu GPS của đề tài

KC0911/06-10 và các số liệu khác khai thác được trong khu vực, sử dụng phần mềm QOCA, lần đầu tiên đã xác định được vận tốc biến dạng với độ chi tiết cao Trường vận tốc biến dạng liên tục cũng được xác định thông qua phép nội suy vận tốc chuyển dịch, từ đó xác định được các tham số biến dạng khác như độ lớn biến dạng, vận tốc biến dạng trượt cực đại và vận tốc biến dạng trương nở hai chiều Các

kết quả này được minh giải trên nền cấu trúc địa chất đã nêu ở Chương 1

Chương 4 trình bày về phương ứng suất ngang cực đại và độ lớn của ba

thành phần ứng suất trong các bể trầm tích lớn trên thềm lục địa Việt Nam được xác định chủ yếu từ tài liệu giếng khoan dầu khí Lần đầu tiên tại Việt Nam, độ lớn của

cả ba thành phần ứng suất được ước lượng trong các giếng khoan tại bể Sông Hồng

và Khú Phánh Số liệu mới về ứng suất được bổ sung trong bể Cửu Long và Nam Côn Sơn, kết hợp các tài liệu đã công bố trong và ngoài nước, Nghiên cứu sinh mô

tả các đặc điểm cơ bản của trường ứng suất kiến tạo hiện đại trong khu vực

Trong Chương 5, các kết quả xác định vận tốc biến dạng trong Chương 3 và

ứng suất kiến tạo hiện đại trong Chương 4 được minh giải trên nền cấu trúc-kiến tạo

hiện đại của khu vực và so sánh chi tiết nhằm chứng minh sự phù hợp ứng suất-biến dạng cũng như độ tin cậy của hai phép xác định này Trường vận tốc ứng suất liên tục cũng được xác định thông qua phương pháp giải bài toán ngược từ vận tốc biến dạng Các kết quả tính vận tốc biến dạng và ứng suất sau đó được sử dụng để đánh giá một số tham số có ý nghĩa vật lý đối với việc đánh giá động đất, đó là vận tốc biến đổi của mật độ năng lượng biến dạng và vận tốc tích lũy moment địa chấn Cuối cùng, các đặc trưng của trường biến dạng và ứng suất được sử dụng để đánh giá nguy cơ sóng thần ở vùng biển Việt Nam

9 Lời cảm ơn: Luận án được hoàn thành tại Phòng Địa động lực hiện đại – Viện

Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phan Trọng Trịnh và PGS.TS Nguyễn Trọng Tín Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc sự hướng dẫn sát sao và tận tình của các thầy trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận

án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, Tổng Công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí và Viện Dầu khí Việt Nam đã cho phép tham khảo và sử dụng tài liệu giếng khoan và tài liệu địa chấn Ngoài ra, Nghiên cứu sinh còn nhận được sự quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của Lãnh đạo Viện Địa chất, của phòng Địa động lực hiện đại; sự góp ý, trao đổi của các nhà khoa học trong và ngoài Viện; sự động viên, khích lệ của bạn bè và người thân; sự

hỗ trợ của đề tài NCCB, mã số 105.06.36.09, đề tài 11/06-10 và đề tài 11BS/06-10 Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu này

KC09-CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1.1 KHÁI QUÁT BỐI CẢNH KIẾN TẠO KAINOZOI

Biển Đông có diện tích khoảng 3,5 × 106 km2, kéo dài từ đường Chí tuyến bắc tới Xích đạo, phủ trên khoảng 20o vỹ tuyến tây Thái Bình Dương Về mặt địa

lý, Biển Đông nằm giữa Châu Á và Thái Bình Dương - một lục địa lớn nhất và một đại dương lớn nhất trên trái đất Về phía tây nó được bao quanh bởi đất liền Việt Nam, về phía bắc bởi Nam Trung Quốc; về phía đông và phía nam bởi một loạt các đảo, từ Luzon ở phía bắc tới Borneo ở phía nam

Địa hình đáy biển của Biển Đông bao gồm ba phần: trũng nước sâu, sườn lục địa và thềm lục địa, lần lượt bao phủ khoảng 15%, 38% và 47% tổng diện tích, với

độ sâu trung bình 1,140m Đặc điểm chính về địa hình Biển Đông là trũng nước sâu dạng hình thoi, nằm trên phần vỏ đại dương và kéo dài theo phương ĐB-TN

Lịch sử kiến tạo của Biển Đông có nguồn gốc liên quan tới biến dạng của lục địa Châu Á Sau sự kiện xô húc Ấn Độ - Âu Á trong Eocen, Châu Á đã được mở rộng đáng kể về diện tích Địa hình nghiêng về phía tây của khu vực Đông Á ngược với xu thế nâng lên của cao nguyên Tây Tạng và quá trình mở ra của các biển rìa, trong đó có Biển Đông Ngăn cách bởi các khối lục địa, các biển rìa này được hình thành là kết quả của sự căng giãn diễn ra trong thời gian dài, dọc theo rìa nam của đại lục Châu Á [82]

Tuy nhiên cho tới nay, chưa có sự thống nhất về cơ chế thành tạo Biển Đông Các giả thuyết hiện nay được thừa nhận rộng rãi bao gồm (1) Sự xô húc Ấn Độ - Âu

Á và quá trình thúc trượt kiến tạo do xô húc, chủ yếu dọc theo đới đứt gãy Sông Hồng, hay đới trượt cắt Ailao Shan-Sông Hồng [81] (2) Lực căng giãn từ quá trình hút chìm của mảng Thái Bình Dương dọc theo rìa tây Thái Bình Dương [45], và (3) Lực căng giãn từ chùm manti đi lên hay vận động của quyển mềm phía trên Tuy nhiên cũng không thể loại trừ rằng có một quá trình kết hợp của các lực vận động nêu trên đã vận hành các hoạt động kiến tạo, đặc biệt là khi chế độ kiến tạo khu vực

thay đổi đột ngột sau sự kiện xô húc giữa các mảng Ấn Độ - Australia và Âu Á – Thái Bình Dương trở nên dữ dội từ Eocen

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận Biên chỉnh theo [17, 18, 19, 68, 69] Các khối cấu trúc chính viết tắt: SH: ShanThai; NT: Nam Trung Hoa; DD: Đông Dương; HS: Hoàng Sa; TT: trũng trung tâm Biển Đông; TS: Trường Sa; BN: Borneo; ML: Malaysia; LZ: Luzon; PH: mảng đại dương Phillippin Các bể trầm tích chính viết tắt:BSH:

Bể Sông Hồng; BPK: Bể Phú Khánh; BCL: Bể Cửu Long; NCS: Bể Nam Côn Sơn; BCG: Bể cửa Châu Giang; BVBB: Bể Bắc vịnh Bắc Bộ; BNHN: Bể Nam Hải Nam; BNTN: Bể Natuna; BML- TC: Bể Malay-Thổ Chu; CM BPTN: Bể Patani; BBBN: Bể Bắc Borneo.

Trọng tâm khu vực nghiên cứu của luận án là khu vực trên Biển Đông thuộc hải phận Việt Nam, tuy nhiên khi xem xét về nguồn gốc gây biến dạng và ứng suất kiến tạo hiện đại trong khu vực này, cần đặt nó trong mối quan hệ với các

mảng/khối thạch quyển liền kề (Hình 1.1) Cụ thể ở đây cần xem xét nó trong mối

tương tác với các mảng Ấn-Úc, phần còn lại của mảng Âu – Á (Nam Trung Hoa),

mảng Philippin và cả mảng Thái Bình Dương

Khu vực Biển Đông phần lớn nằm trong khối Sundaland (khối Sundaland theo định nghĩa của [78]) Khối này chiếm phần lớn diện tích Đông Nam Á ngày nay, bao gồm Đông Dương (Camphuchia, Lào và Việt Nam), Thái Lan, bán đảo Mã Lai, Sumatra, Borneo, Java, và các vùng biển nông nằm xen kẽ bên trong - lớn nhất trong số các thềm của khu vực là thềm Sunda Hầu hết được bao quanh bởi các đới hút chìm hoạt động mạnh, trong đó (theo chiều kim đồng hồ từ phía đông sang tây) bao gồm đới hút chìm Philippin, Australia và Ấn Độ Ở phía bắc, Sundaland được bao quanh bởi phần phía nam ĐN của đới xô húc Ấn Độ - Âu Á và khối Nam Trung Hoa (Dương Tử) Trong khi phần lớn hoạt động địa chấn trong khu vực Đông Nam

Á xảy ra ở các đới hút chìm và xô húc vây quanh, thì nội lục Sundaland chỉ bị ảnh hưởng bởi hoạt động địa chấn nông cường độ rất thấp

Với nguồn tài liệu phong phú do được nghiên cứu điều tra chi tiết, bức tranh đứt gãy của thềm lục địa bao quanh Biển Đông rất đa dạng Ở thềm lục địa Bắc Biển Đông phát triển hệ thống đứt gãy chủ yếu có phương ĐB – TN và á vĩ tuyến Một số đứt gãy lớn dự đoán kéo dài từ trong lục địa ra có phương TB – ĐN và á kinh tuyến Ranh giới giữa thềm lục địa Bắc Biển Đông và thềm lục địa Tây Biển Đông là đới đứt gãy qui mô hành tinh Ailaoshan – Sông Hồng phương TB-ĐN

(Hình 1.1)

Bình đồ kiến trúc thềm lục địa tây Biển Đông quy định bởi hệ thống đứt gãy phương kinh tuyến quy mô thạch quyển Đới đứt gãy kinh tuyến 1100 bắt đầu từ vùng biển phía nam Hải Nam qua sườn lục địa miền Trung, rồi tiếp tục phát triển

xuống phía nam trong cấu trúc thềm lục địa Sunda (Hình 1.1) Các tài liệu địa

chất-địa vật lý cho thấy đây là đới đứt gãy sâu qui mô thạch quyển (đứt gãy cấp 1), được hình thành từ cuối Mesozoi và hoạt động mạnh trong Kainozoi

Trên phạm vi thềm lục địa Nam Biển Đông phân định được hệ thống đứt gãy cấp khác nhau phương chủ yếu là TB – ĐN, ĐB – TN và á kinh tuyến Các đứt gãy qui mô lớn có phương TB – ĐN như Ba Chùa, Sông Hậu đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành các bể Kainozoi vịnh Thái Lan Cấu trúc nội tại của các bể Pattani, Malay – Thổ Chu, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Tư Chính - Vũng Mây, Đông Natuna, Tây Natuna đều được giới hạn bởi hệ thống đứt gãy khu vực và nội bể (đứt

gãy cấp 2 và cấp 3) (Hình 1.1)

1.1.2 KIẾN TẠO TRẺ BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN

Trong khu vực Đông Nam Á nói chung và đất liền Việt Nam nói riêng, vai trò của đới đứt gãy Sông Hồng là rất quan trọng Đới đứt gãy này được xem là hoạt động trong giai đoạn Pliocen – Đệ tứ Ngoài đới Sông Hồng, các đới đứt gãy chính khác như Sông Lô, Cao Bằng – Tiên Yên, Lai Châu – Điện Biên, Sông Cả, Rào Nậy, Sông Ba, Thuận Hải – Minh Hải và Sông Hậu,… trên đất liền Việt Nam cũng đóng vài trò quan trọng và ít nhiều biểu hiện hoạt động trong giai đoạn Pliocen đến ngày nay

Để phục vụ cho các nghiên cứu hoạt động kiến tạo trẻ ở vùng biển Việt Nam,

Đề tài KC09-11/06-10 [18, 19] đã thu thập khối lượng lớn các số liệu địa chấn dầu khí do các công ty tìm kiếm, thăm dò dầu khí trong và ngoài nước tiến hành ở vùng biển Việt Nam Cơ sở dữ liệu còn bao gồm các mặt cắt địa chấn nông phân giải cao

do nhiều cơ quan khác nhau thực hiện trong nhiều năm qua, hiện lưu giữ tại Trung tâm lưu trữ Địa chất và Viện Địa chất-Địa vật lý Biển

Kết hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau, Đề tài KC09-11/06-10 thành lập sơ

đồ phân bố các đứt gãy trẻ (đứt gãy có tuổi Pliocen-Đệ tứ) khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận Các đứt gãy trẻ được phát hiện nhiều nhất trên tài liệu địa chấn là các đứt gãy cấp 3 Theo dạng phân bố các hệ thống đứt gãy Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận, có thể chia làm các vùng sau đây: (I) vùng vịnh Bắc Bộ

và ngoài khơi Bắc Trung Bộ, (II) vùng ngoài khơi Trung Trung Bộ, (III) vùng ngoài khơi Nam Trung Bộ và Nam Bộ, (IV) vùng Bắc Biển Đông, (V) vùng trung tâm Biển Đông, (VI) vùng Nam Biển Đông và (VII) vùng Đông Biển Đông

1.1.2.1 Khu vực Vịnh Bắc Bộ và ngoài khơi Bắc Trung Bộ

Các đứt gãy trẻ trong khu vực TB Biển Đông-thuộc vịnh Bắc Bộ và ngoài khơi Bắc Trung Bộ có mối liên hệ chủ yếu tới hoạt động của các đứt gãy được cho

là phần kéo dài của đứt gãy Sông Hồng ngoài khơi

Vận động trượt bằng phải trong Pliocen–Đệ tứ của đứt gãy Sông Hồng trên đất liền đã được chứng minh qua tài liệu địa mạo như dấu vết sắc nét của đứt gãy, dịch chuyển ngang quy mô lớn của các sông suối và vách kiến tạo dốc đứng bảo tồn tốt Vận động trượt phải trên đứt gãy Sông Hồng có thể bắt đầu vào khoảng 8–

5 triệu năm, và tổng biên độ dịch trượt ước tính khoảng 9 m–54 km

Kết quả minh giải mặt cắt địa chấn cho thấy trong khu vực vịnh Bắc Bộ, các tập hậu rift Neogen–Đệ tứ bao gồm hai phần: hậu rift sớm và hậu rift muộn Trong giai đoạn hậu rift sớm Miocen, sự lún chìm phân dị cục bộ trên các đứt gãy đã giảm đáng kể và lún chìm khu vực chủ yếu do quá trình nguội lạnh của thạch quyển Sau 10,5 tr.n, bể Sông Hồng trải qua quá trình sụt lún Trong giai đoạn hậu rift muộn trong Pliocen–Đệ tứ, hoạt động đứt gãy tái hoạt động nhưng tốc độ trầm tích nhanh chóng vượt qua cả tốc tộ lún chìm Các thành tạo Pliocen–Holocen gần như không

bị biến dạng trong bể Sông Hồng (Hình 1.2a) Các phản xạ địa chấn song song và

địa hình nghiêng khu vực với độ liên tục cao phản ánh môi trường biển nông và sự phát triển của châu thổ Đã phát hiện hai đới đứt gãy trẻ ở rìa bể, một đứt đới gãy ở trung tâm, và một đới ở phía nam bể Sông Hồng có thể là các phần kéo dài chính ngoài khơi của đới đứt gãy Sông Hồng Hai đới đứt gãy rìa bể định hướng theo các

rìa ĐB và TN của bể Sông Hồng thể hiện là các ranh giới bể (Hình 1.1 & 1.3)

Rìa ĐB bể Sông Hồng – TN đảo Hải Nam

Các đứt gãy trẻ ở rìa ĐB bể Sông Hồng định hướng theo phương TB- ĐN tới BTB – NĐN Đây là tập hợp của nhiều chấn đoạn đứt gãy khác nhau Trên các mặt cắt địa chấn, đứt gãy này là tập hợp của nhiều phá huỷ nhỏ, đôi khi cắt lên tận phần

trên cùng của mặt cắt

Về phía ĐN, nó phát triển ép sát vào sườn phía TN của đảo Hải Nam Các đứt gãy ở rìa ĐB bể Sông Hồng tái hoạt động sau 5.5 tr.n Sự tái hoạt động của nó gián tiếp được hỗ trợ bởi hiện tượng thoát chất lỏng hiện tại quan sát thấy gần đứt gãy Hơn 100 điểm thoát khí hiện đại xuất hiện gần các đứt gãy này, phát hiện bởi tài liệu sonar quét sườn Sự tái hoạt động của đứt gãy này đi kèm bởi sự tái hoạt động của hoạt động đứt gãy trong móng và sự đào khoét của channel ngầm

Trung tâm bể Sông Hồng

Các đứt gãy ở trung tâm bể Sông Hồng định hướng chủ yếu theo phương BTB- NĐN với dịch chuyển thuận gần thẳng đứng, phân kỳ và kéo dài lên phía trên

đi vào các tầng Pliocen và Holocen, và cắt lên tận trên cùng ở một số vị trí Đứt gãy này đi kèm các đứt gãy dạng en echelon phương bắc-nam, liên quan đến các cấu trúc diapir Các đứt gãy này tái hoạt động cục bộ sau 5.5 tr.n với dịch chuyển thẳng

đứng nhỏ Các tầng Pliocen–Holocen liên quan không bị biến dạng mạnh

Rìa TN bể Sông Hồng-thềm Thanh Nghệ

Các đứt gãy ở rìa TN bể Sông Hồng phát triển chủ yếu theo phương bắc-nam

ở phía bắc đến TB-ĐN ở phía nam trên khu vực thềm Thanh Nghệ nơi chiều dày của các thành tạo Kainozoi không vượt quá 1-2 km Ở khu vực này, các đới sụt lún dạng địa hào có biên độ vài chục mét Các đứt gãy với dịch chuyển thuận là chủ yếu, nghiêng về phía trung tâm bể và cắt qua các thành tạo trầm tích Pliocen-Đệ tứ với biểu hiện sắc nét trên mặt cắt địa chấn Các đứt gãy này biểu hiện hoạt động cục

bộ sau 5.5 tr.n của đứt gãy ở rìa TN bể Sông Hồng với biên độ dịch chuyển thẳng đứng nhỏ

Phía nam bể Sông Hồng - ngoài khơi Bắc Trung Bộ

Các đứt gãy ở phía nam bể Sông Hồng thuộc vùng biển bắc Trung Bộ bao gồm nhiều đứt gãy nằm gần như song song nhau, kéo dài từ vùng ven biển Thanh Hóa-Nghệ An, Quảng Bình-Vĩnh Linh xuống phía nam Các đứt gãy này có đặc điểm phát triển thành những đoạn ngắn, song song với nhau, thường đổ về phía đông với dịch chuyển thẳng đứng nhỏ

Ở vùng biển từ đèo Ngang đến Quảng Ngãi, các hoạt động kiến tạo trẻ mạnh lên đáng kể về số lượng đứt gãy, cũng như diện phân bố Ở khu vực này, các hoạt

động kiến tạo trẻ không chỉ tồn tại ở đới biển ven bờ mà còn phát triển ra cả phần trung tâm bể trầm tích Sông Hồng Ngoài ra, các hoạt động kiến tạo còn đi kèm với quá trình phun trào núi lửa khá mạnh trong Đệ tứ

Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Vịnh Bắc Bộ và ngoài khơi Bắc Trung Bộ Biên chỉnh

theo [17, 18, 19, 69] Chú giải cấu trúc-kiến tạo xem Hình 1.1 Các khối cấu trúc chính viết tắt:

NT: Nam Trung Hoa; DD: Đông Dương; HS: Hoàng Sa.

Ngoài các đứt gãy mô tả trên, khu vực phía TB Biển Đông còn một số đới đứt gãy có biểu hiện hoạt động mạnh trong giai đoạn hiện tại như các đứt gãy liên quan với hoạt động động đất ở ĐB vịnh Bắc Bộ và phía nam đảo Hải Nam Các đứt gãy trẻ ở ĐB vịnh Bắc Bộ chủ yếu phát triển theo phương đông-tây, trong đó khu vực phát triển dày nhất cách bán đảo Lôi Châu khoảng 70 km về phía tây Các đứt gãy này liên quan đến các trận động đất nhỏ hơn 6 với cơ cấu chấn tiêu trượt bằng

1.1.2.2 Khu vực ngoài khơi Trung Trung Bộ

Các đứt gãy trẻ phát hiện được trên khu vực ngoài khơi Trung Trung Bộ được thể hiện tương đối chi tiết Chúng phát triển theo hai phương chủ yếu là bắc-

nam và TB-ĐN trong đó hệ đứt gãy bắc – nam đóng vai trò chủ đạo (Hình 1.2b và

1.4) Các đứt gãy có thể được vẽ liên tục theo hệ kinh tuyến 109oĐ (hay 110oĐ) như trong các văn liệu trước đây, tuy nhiên nếu xét theo tiêu chí đứt gãy trẻ thì chỉ là các đứt gãy không liên tục [18, 19] Ngoài các biểu hiện trên địa hình đáy biển, hoạt động của các đứt gãy trong khu vực này còn tạo ra quá trình phun trào núi lửa phát triển dọc dải biển Miền Trung từ đảo Cồn Cỏ, Lý Sơn Ngoài các hoạt động phun trào núi lửa, hoạt động của hệ đứt gãy này còn gây ra trượt lở kiến tạo dưới biển

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Trung Trung Bộ và ngoài khơi Biên chỉnh theo [17, 18,

19, 69] Chú giải cấu trúc-kiến tạo xem Hình 1.1 Các khối cấu trúc chính viết tắt: DD: Đông

Dương; HS: Hoàng Sa; TT: trũng trung tâm Biển Đông

1.1.2.3 Khu vực ngoài khơi Nam Trung Bộ và Nam Bộ

Ở vùng biển Nam Trung Bộ từ Nha Trang, Ninh Thuận đến phía ĐN đảo Phú Quý là khu vực có hoạt động kiến tạo trẻ hoạt động mạnh trong vùng biển Việt Nam Các đứt gãy trẻ xuất hiện với số lượng lớn và tuy nhiên tính liên tục không

cao Các đứt gãy chủ yếu phát triển theo phương bắc-nam đến TB-ĐN (Hình 1.2c,d

và 1.5) Các đứt gãy trẻ thuộc đới trượt cắt Tuy Hoà có xu hướng phát triển về phía

ĐN theo định hướng của đới trượt này Trong khi đó tiến dần về phía nam đến đảo Phú Quý, các đứt gãy chuyển sang phương gần bắc – nam

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực ngoài khơi Nam Trung Bộ và Nam Bộ Biên chỉnh theo

[17, 18, 19, 69] Chú giải cấu trúc-kiến tạo xem Hình 1.1 Các khối cấu trúc chính viết tắt: DD:

Đông Dương; HS: Hoàng Sa; TT: trũng trung tâm Biển Đông; TS: Trường Sa

Trên mặt cắt địa chấn, các đứt gãy trẻ thường bắt nguồn từ dưới sâu với biên

độ dịch chuyển thẳng đứng nhỏ (Hình 1.2 c và d) Các hoạt động kiến tạo hiện đại

đi kèm với quá trình phun trào núi lửa quan sát thấy ở khu vực quanh các đảo Phú Quý và Hòn Tro Các mặt cắt địa chấn đo ở khu vực này phát hiện thấy các đứt gãy

trẻ cắt qua đáy biển, đồng thời cũng ghi nhận các biểu hiện phun trào núi lửa nằm phủ trên đáy biển liên quan đến hoạt động núi lửa Hòn Tro năm 1923

Từ các mặt cắt địa chấn có thể thấy hoạt động kiến tạo đã làm móng Kainozoi nâng lên rõ rệt ở khu vực giữa kinh tuyến 108o30’ và 109o Ở khu vực này các hoạt động nâng trồi đã tạo ra các đứt gãy trẻ cắt qua toàn bộ các thành tạo Kainozoi Các hoạt động đứt gãy phá hủy cắt qua gần như toàn bộ lớp phủ Đệ tứ và

lộ ra trên đáy biển hiện tại (Hình 1.2c và d)

Ở vùng biển Nam Bộ hệ thống đứt gãy phương BTB NĐN đến gần bắc nam rất phát triển trong Pliocen – Đệ tứ Hệ thống đứt gãy này bao gồm nhiều đứt gãy nhỏ, thể hiện tính liên tục không cao Các đứt gãy này phát triển mạnh về phía nam và ĐN, có biên độ dịch chuyển thẳng đứng trong Pliocen – Đệ tứ đạt tới 30-40m cắt qua toàn bộ lát cắt Kainozoi và có khả năng xuyên vào phần sâu của vỏ trái đất và đóng vai trò chi phối bình đồ cấu tạo địa chất của 20 lát cắt Pliocen – Đệ tứ

-1.1.2.4 Khu vực Bắc Biển Đông

Các đứt gãy trẻ xuất hiện trong khu vực phía bắc Biển Đông-thềm và sườn lục địa Trung Quốc với mật độ thưa, chủ yếu nằm ở bốn khu vực là ĐN đảo Hải Nam, khu vực khối nâng Dongsha, khu vực ven bờ và khu vực gần đảo Đài Loan Biểu hiện rõ rệt nhất trên mặt cắt địa chấn về hoạt động của các đứt gãy trẻ là ở khu vực khối nâng Dongsha [61] Hầu hết trong số chúng phát triển xuống dưới sâu và

có khả năng thể hiện các đới tái hoạt động của các pha kiến tạo trước đó Các đứt gãy trẻ có phương chủ yếu là đông ĐB- tây TN (Hình 1.1) Một số đứt gãy ở gần khu vực Đài Loan và ven bờ biển phía Bắc Biển Đông có phương ĐB-TN và thường có biểu hiện trượt bằng Các đứt gãy trẻ, một số trong chúng làm móng nâng trồi, có phương ĐB-TN, theo sự định hướng của các đứt gãy đồng rift Các đứt gãy hiện địa khác là các bề mặt bóc tách của các khối dịch chuyển ở sườn lục địa, nơi các khối trầm tích khổng lồ bị trượt xuống từ vị trí tích tụ ban đầu của nó Ở rìa lục địa quanh quần đảo Dongsha, có một khu vực có quy mô lên tới 100 km bị biến dạng mạnh về mặt cấu trúc Chúng được đánh dấu bởi một loạt liên tiếp các đứt gãy cách nhau chỉ vài km, và có thể là nguyên nhân làm móng nâng trồi

1.1.2.5 Khu vực Trung tâm Biển Đông

Khu vực trung tâm Biển Đông với các quần đảo trùng với vị trí của các khối nhô móng trước Kainozoi Các đứt gãy xuất hiện trong khu vực này có đặc điểm chung là tuy cắt lên trên cùng nhưng đôi khi do không có trầm tích trẻ nên dễ gây nhầm tưởng là các đứt gãy rất trẻ Đứt gãy trẻ trong khu vực chỉ xuất hiện cục bộ với dịch chuyển nhỏ, mà đa số là các phá huỷ không kèm dịch chuyển trẻ Hầu như không thấy biểu hiện của các đứt gãy hoạt động quy mô lớn trong khu vực này

Tiến về phía ĐB của quần đảo Trường Sa, hay ĐN của khối nâng Dongsha, xuất hiện một số đứt gãy liên quan đến các trận động đất nhỏ trong khu vực Các đứt gãy này thường có phương ĐB-TN trùng với phương của hệ thống sống núi cổ

(Hình 1.1)

1.1.2.6 Khu vực Nam Biển Đông

Khu vực nam Biển Đông nằm trong vùng ảnh hưởng của đới hút chìm cổ Palawan-Borneo (Hình 1.1) Các mặt cắt địa chấn trong khu vực cho thấy hoạt động nghịch chờm trên khu vực này đã ngừng hoạt động Hoạt động kiến tạo trẻ chủ yếu xuất hiện ở phía ĐB Borneo do ảnh hưởng của hoạt động kiến tạo ở ranh giới mảng trong vùng biển Sulu và Celeb Ngoài khơi TB Borneo thuộc hải phận Nam Biển Đông, chỉ xuất hiện các đứt gãy trẻ với cường độ hoạt động không mạnh và thường với tính chất cục bộ

1.1.2.7 Khu vực Đông Biển Đông

Hoạt động kiến tạo trẻ trong khu vực phía Đông Biển Đông biểu hiện với cường độ mạnh nhất trong khu vực Biển Đông, liên quan tới quá trình hội tụ ở ranh giới mảng, với quá trình hút chìm tại máng biển sâu Manila đang xảy ra Do đó các đứt gãy trong khu vưc này được mô tả là các đứt gãy trẻ với mối liên quan mật thiết tới hoạt động địa chấn dày đặc trong khu vực này

Về mặt cấu trúc, quần đảo Philippin là một phần của một đới hội tụ rộng lớn giữa khối Sundaland, một phần độc lập của mảng Âu Á và mảng Philippin Bắc Philippin đặc trưng bởi hai đới hút chìm cắm ngược hướng ở các rìa phía đông và phía tây, các đứt gãy trượt bằng nội cung lớn, hoạt động núi lửa hiện đại và hoạt

động địa chấn cao bên trong phức hệ cung Hoạt động hút chìm của mảng Philippin xảy ra dọc theo rìa đông của quần đảo này, được đánh dấu bởi máng biển sâu Philippin và sự căng giãn ở phía bắc của nó, trũng Đông Luzon Máng Philippin là một trũng sụt phương bắc-nam hoạt động về mặt địa chấn kéo tới độ sâu khoảng

100 km Máng này đánh dấu ranh giới của mảng Philippin đang hút chìm về phía tây dưới đai động Philippin, kéo dài từ đảo Mindanao ở phía nam tới đầu mút phía bắc của nó ở phía đông của trung Luzon Máng đặc trưng bởi các dị thường trọng lực âm lớn và liên quan với các trận động đất lớn cơ chế nghịch rìa mảng

Ở rìa tây Luzon, khối Sundaland hút chìm về phía đông dọc máng Manila,

đới hội tụ chính giữa Âu Á và Luzon (Hình 1.1) Máng này liên quan với một hệ

trước cung phát triển mạnh và kéo dài về phía nam từ Đài Loan ở phía bắc tới đảo Mindoro ở phía nam dọc rìa tây Luzon Ở đầu mút phía bắc và phía nam, hoạt động hút chìm ở máng Manila bị ngắt quãng bởi quá trình tương tác giữa cung bắc Philippin và rìa lục địa Âu Á ở Đài Loan và giữa khối Palawan–Borneo và Luzon ở đảo Mindoro

Giữa Đài Loan và Quần đảo Luzon, thạch quyển Biển Đông đang bị hút chìm về phía đông xuống dưới mảng Philippin dọc theo máng Manila Phía bắc của máng Manila được đánh dấu bởi một trũng sâu địa hình và dị thường trọng lực free-air thấp Tuy nhiên, dị thường trọng lực thấp nhấp phân bố dọc theo Trũng bắc Luzon, phản ánh các đơn vị nâng cao của lăng trụ bồi kết Manila Ở phía tây của đảo Luzon, máng Manila lồi về phía biển; tuy nhiên máng ở khu vực giữa Đài Loan

và Quần đảo Luzon lại uốn cong ngược lại Lăng trụ bồi kết Manila mở rộng từ nam tới bắc Dấu vết của máng Manila trở nên không rõ ràng ở vỹ tuyến 21°N

Nhận xét: Qua phân tích sơ đồ cấu trúc-kiến tạo Biển Đông Việt Nam và các

vùng lân cận, có thể rút ra một số nhận xét sau về hoạt động kiến tạo trẻ trong khu vực:

- Trên khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận, hoạt động kiến tạo trẻ tồn tại cả ở vùng biển Bắc Bộ, Trung Bộ và Nam Bộ và các khu vực khác ở bắc, trung tâm, nam và đông Biển Đông với cường độ hoạt động khác nhau

- Các đứt gãy có độ liên tục không cao cũng như dịch chuyển thẳng đứng nhỏ trên các mặt cắt địa chấn phản ánh hoạt động kiến tạo trẻ chỉ xảy ra với quy mô cục bộ Đứt gãy trẻ hoạt động mạnh vào cuối Pliocen, ít hơn vào cuối Pleistocen, hiếm gặp trong trầm tích Holocen, ở ven rìa các bể Kainozoi trên thềm lục địa và chỉ làm xáo trộn một ít sự sắp xếp các lớp trầm tích, ít khi làm xê dịch lớn

- Các đứt gãy trẻ xuất hiện trong vùng của hệ đứt gãy kinh tuyến 109oĐ (hay

110 oĐ) ở thềm lục địa Trung Trung Bộ cũng không mang tính liên tục

- Ở vùng biển Trung Bộ và đặc biệt là Nam Trung Bộ và Nam Bộ, hoạt động kiến tạo trẻ mạnh lên đáng kể với các đứt gãy trẻ chiếm ưu thế có phương bắc- nam

- Hoạt động kiến tạo trẻ thể hiện cường độ yếu ở phía nam Biển Đông Các mặt cắt địa chấn ngoài khơi Palawan – TB Borneo cho thấy đới nghịch chờm này hiện này đã ngừng hoạt động

- Ở phía bắc Biển Đông, các đứt gãy trẻ chủ yếu định hướng theo phương ĐĐB- TTN với hoạt động kiến tạo yếu

- Ở trung tâm Biển Đông, ít xuất hiện các đứt gãy trẻ mà chỉ quan sát thấy trên mặt cắt địa chất các phá huỷ nhỏ thường không kèm dịch chuyển

- Khu vực Đông Biển Đông là vùng có hoạt động kiến tạo trẻ mạnh nhất trong vùng nghiên cứu với mật độ đứt gãy trẻ cao và hoạt động động đất dày đặc

Xô húc Ấn Độ-Âu Á được xem là có vai trò quan trọng đối với sự hình thành và phát triển kiến tạo Biển Đông

Do vai trò kiến sinh quan trọng của Biển Đông, kiến tạo Kanozoi khu vực này luôn là trung tâm của các nghiên cứu và tranh luận của các nhà khoa học trong

và ngoài nước trong vài ba thập kỷ trở lại đây Sau đây, Nghiên cứu sinh điểm qua một số kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước liên quan tới nội dung chính của luận án

1.2.1 NGHIÊN CỨU VỀ VẬN TỐC BIẾN DẠNG KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI

Trên thế giới, các nghiên cứu sử dụng các thành quả trắc địa để định lượng vận tốc biến dạng và sự tích luỹ biến dạng trên các đứt gãy đã được phát triển khá

đa dạng Phương pháp phổ biến nhất là dựa trên việc chia nhỏ các khu vực nghiên cứu thành các đa giác (thường là tam giác) khép kín tạo bởi các điểm quan trắc và tính vận tốc biến dạng bên trong mỗi đa giác từ vận tốc chuyển dịch của từng điểm [39, 41, 76] Nhóm phương pháp này cũng đã được áp dụng thành công ở khu vực Châu Á, thể hiện trong các công bố của Bock & nnk (2003) [30], Calais & nnk (2006) [32], Dương Chí Công (2005, 2006) [3, 36] Một số chương trình máy tính phục vụ tính biến dạng từ số liệu GPS bằng cách tiếp cận này đã được phát triển, trong đó đáng chú ý hơn cả là bộ phần mềm QOCA [35]

Các kết quả đầu tiên sử dụng trắc địa vệ tinh (GPS) để nghiên cứu chuyển dịch và biến dạng kiến tạo hiện đại ở Đông Nam Á là của Tregoning & nnk (1994) [87], sau đó là kết quả của đề án GEODYSSEA thể hiện trong các công bố của Chamote-Rooke & Pichon (1999) [33] và Michel & nnk (2001) [65] Nghiên cứu GPS của Bock & nnk (2003) xác định khối Sundaland đang dịch chuyển độc lập so với mảng Âu-Á [30]

Các nghiên cứu biến dạng vỏ trái đất từ số liệu đo GPS và động đất cũng được tiến hành nhiều ở Trung Quốc [51, 57, 59, 75, 88], Đài Loan [50], Phillippin [43, 77], Thái Lan [54] và Việt Nam [38]

Bock & nnk (2003) đã tính vận tốc biến dạng bằng phương pháp tam giác Delaunay cho toàn khu vực Đông Nam Á trong đó có Biển Đông [30] Kết quả cho thấy toàn bộ khu vực Biển Đông Việt Nam nằm trong vùng có vận tốc biến dạng

nhỏ hơn 50 nano-strain/năm (1 nano-strain/năm = 10 -9

/năm) Tuy nhiên, phân bố

của các điểm GPS mà các tác giả này sử dụng không đều Trong khi ở khu vực Indonesia phân bố của các điểm GPS khá đều thì ở phía bắc Biển Đông chỉ dựa trên hai điểm GPS ở Côn Minh và Đài Loan, không có điểm nào trên lãnh thổ Việt Nam

Calais & nnk (2006) đã tính biến dạng cho toàn bộ lục địa Châu Á bằng phương pháp tương tự từ việc kết hợp ba lời giải vận tốc chuyển dịch khác nhau Kết quả cho thấy khu vực Biển Đông nằm trong vùng vận tốc biến dạng cỡ 10 nano-strain/năm [32] So với số liệu của Bock & nnk (2003) [30], số liệu của Calais

& nnk (2006) [32] có nhiều hơn các điểm ở phía nam Trung Quốc (điểm xa nhất và phía nam thuộc đảo Hải Nam), thêm các điểm trên khối Đông Dương (trên lãnh thổ Việt Nam có 2 điểm ở Quảng Ninh (CAMP) và Đà Nẵng (NONN)), còn trong lãnh hải Biển Đông vẫn không có điểm đo nào được sử dụng

Simons & nnk (2007) đã giới thiệu một trường vận tốc GPS thống nhất phủ toàn bộ khu vực Đông Nam Á dựa trên số liệu đo GPS trong vòng 10 năm (1994-2004) của hơn 100 điểm phân bố tại các nước trong khu vực Các kết quả này cho thấy trục quay của nhân của khối Sundaland không biến dạng có cực nằm ở 49.0oB–94.2oĐ Biến dạng tính trong mỗi tam giác cho thấy giá trị này của Sundaland thường nhỏ hơn 7 nano-strain/năm [78]

Tại Việt Nam, Trần Đình Tô & Nguyễn Trọng Yêm (2004) trên cơ sở phân tích kết quả nhận được từ GEODYSSEA cho rằng lãnh thổ Việt Nam nằm trong khối Sundaland, có vận tốc chuyển động ngang tương đối là 7mm/năm (tương ứng vận tốc biến dạng 15 nano-strain/năm) [15]

Dương Chí Công & Kurt Feigl (1999) và Dương Chí Công (2006) cũng đã

sử dụng phương pháp tính biến dạng trong từng tam giác và ứng dụng để đánh giá

chuyển động ngang đứt gẫy Sông Hồng và đứt gãy Lai Châu - Điện Biên với vận tốc biến dạng tính được cỡ 10-7/năm (100 nano-strain/năm) [35a, 36]

Phan Trọng Trịnh & nnk (2010a,b) dựa trên số liệu đo GPS 4 chu kỳ 2010) lưới GPS Biển Đông đã khái quát đặc trưng chuyển dịch khu vực Biển Đông Các tác giả tính biến dạng dựa trên sự thay đổi độ dài cạnh theo thời gian đo đạc [18, 19]

(2007-Từ những phân tích nêu trên có thể nhận thấy, trong các công bố về biến dạng vỏ trái đất ở Đông Nam Á, khu vực Biển Đông là vùng trống số liệu đo GPS nên không cho phép xác định các đặc trưng biến dạng chi tiết hơn trong khu vực này, đặc biệt là biến dạng cục bộ nếu có Các mạng lưới GPS trên đất liền Việt Nam trước đây thường mang quy mô địa phương nên giá trị biến dạng tính được chỉ phản ánh tính chất vận động cục bộ của từng đứt gãy Mạng lưới GPS của Việt Nam thuộc các đề tài KC09-11/06-10 và KC09-11BS/06-10 lần đầu tiên bố trí 3 điểm trên Biển Đông, và với sự hỗ trợ của các điểm đo trên đất liền, sẽ là chìa khoá quan trọng để giải bài toán về vận tốc biến dạng chi tiết trong khu vực Biển Đông

1.2.2 NGHIÊN CỨU VỀ TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI

Trên thế giới, các nghiên cứu ban đầu về ứng suất đều nhằm xác định phương ứng suất nén ngang cực đại (kí hiệu là α[S Hmax ]) và độ lớn tương đối của các

thành phần ứng suất thông qua phân tích tài liệu giếng khoan, cơ cấu chấn tiêu động đất và số đo mặt trượt-vết xước Vào những năm 1980, giá trị độ lớn các thành phần ứng suất mới được xác định nhờ các thí nghiệm trong các giếng khoan sâu

Trong số ba thành phần ứng suất, độ lớn của ứng suất thẳng đứng là dễ xác định nhất thông qua log đo mật độ đất đá trong giếng khoan, độ lớn ứng suất nén ngang cực tiểu có thể xác định trực tiếp thông qua các thí nghiệm phá huỷ thuỷ lực, còn độ lớn của ứng suất nén ngang cực đại hiện chưa có phép đo trực tiếp mà phải tính gián tiếp thông qua các phương trình cơ học Giá trị này luôn luôn là thách thức lớn nhất trong nghiên cứu ứng suất

Năm 1970, một kỹ sư của hãng Schlumberger lưu ý rằng các log đo đường kính giếng khoan bị kéo dài có hệ thống Sự kéo dài này được coi là sập lở của thành giếng (borehole breakout) Bell & Gough (1979) [28] cho rằng sự kéo dài này

là do tập trung ứng suất quanh thành giếng – ám chỉ rằng phương của phá huỷ là chỉ thị cho phương của ứng suất ngang, Shmin Năm 1982, thí nghiệm về giếng khoan chứng minh rằng hiện tượng kéo dài này là do sự tập trung ứng suất quanh giếng khoan chứ không phải do hiện tượng giếng xuyên qua các khe nứt tự nhiên [73] Tới năm 1980, các thiết bị cho phép chụp bề mặt thành giếng cho thấy sự xuất hiện

rõ ràng về sập lở của thành giếng khoan (phá huỷ nén ép) và khe nứt sinh ra do thuỷ lực trong quá trình khoan (khe nứt căng giãn) Việc lập bản đồ định phương ứng suất từ các hình ảnh này làm giảm nhiễu – các đặc điểm gây ra do không phải tác động của ứng suất kiến tạo và việc phát hiện khe nứt căng giãn làm tăng thêm về mặt không gian các chỉ thị ứng suất [92]

Bản đồ ứng suất toàn cầu - World Stress Map (WSM) [47, 94] dựa trên kết quả phân tích giếng khoan cũng như các chỉ thị khác như cơ cấu chấn tiêu động đất

và dịch trượt của các đứt gãy cho thấy sự định hướng phù hợp của các ứng suất vỏ

so với vận động của các mảng kiến tạo α[S Hmax ] định hướng song song với phương

của lực đẩy ở sống núi đại dương Trong các khu vực ranh giới mảng phân kỳ thường xuất hiện ứng suất căng giãn, trong khi đó ứng suất nén ép thường chiếm ưu thế trong các khu vực ranh giới mảng hội tụ

Các nghiên cứu nêu trên chủ yếu tập trung vào việc xác định phương của ứng suất nén ngang cực đại (α[S Hmax ]), còn lại độ lớn của ba thành phần ứng suất cũng đã

được xác định chi tiết trong một số dự án khoan khoa học Chương trình Khoan sâu Lục địa quốc tế (ICDP) và Chương trình Khoan sâu Đại dương (ODP) đã tiến hành khoan qua phần vỏ ngoài cùng của trái đất Giếng khoan sâu nhất hiện nay trên bán đảo Kola của Nga (12,3 km) nằm trên vỏ lục địa cũng đã tiến hành đo ứng suất Giếng khoan KTB ở Đức sâu 9,1 km, việc đo đạc ứng suất được tiến hành bằng các phương pháp thuỷ lực tới tận đáy của giếng, đây là một trong những độ sâu lớn nhất

mà phép đo này từng thực hiện Giếng khoan sâu nhất trên vỏ đại dương là của tàu nghiên cứu khoa học JOIDES (giếng 504B), ở trung tâm Thái Bình Dương, gần Costa Rica và đạt tới độ sâu 2,1 km [92]

Các công trình tiêu biểu khái quát về đo đạc ứng suất trong vỏ trái đất thể hiện trong các chuyên khảo gồm: Engelder (1993) [37], Zoback (2007) [95] và Zang & Stephansson, (2009) [92]

Tại Việt Nam và các nước lân cận, các nghiên cứu về ứng suất cũng chủ yếu cũng tập trung vào xác định α[S Hmax ] và độ lớn ứng suất tương đối, thể hiện trong

công bố của Nguyễn Trọng Yêm (1996) [23], Phan Trọng Trịnh (1993) [72], Cao

Đình Triều & nnk (2007) [16], Nguyễn Đình Xuyên & nnk (2007a) [21], Nguyễn Văn Dương (2007) [4], Tingay & nnk (2010) [86] Các nghiên cứu về giá trị tuyệt đối của các thành phần ứng suất chỉ được thể hiện ở khu vực nghiên cứu nhỏ cho bể Cửu Long và Nam Côn Sơn [70, 71], và cho khu vực Borneo [85] Một số khác tập trung vào nghiên cứu dị thường áp suất trong các bể trầm tích Nam Côn Sơn, Sông Hồng và TB Borneo trong công bố của Hoàng Ngọc Đang (2003) [5], Luo & nnk (2003) [62], Trần Châu Giang (2005), Morley & nnk (2008) [67]

Trên đất liền Việt Nam, Nguyễn Trọng Yêm (1996) sử dụng phương pháp cặp khe nứt cộng ứng (Gzopvski) và phương pháp chồng chập các vùng nén-giãn trên biểu đồ (Gusenko), đã khái quát về đặc điểm trường ứng suất, theo đó phương

SHmax chủ đạo giai đoạn trước Pliocen là Đông – Tây và giai đoạn Pliocen - Hiện đại

Trong khi trên đất liền, α[S Hmax ] được nghiên cứu khá chi tiết dựa trên tài liệu

địa chất, thì trên vùng biển Việt Nam, nghiên cứu hầu hết dựa trên tài liệu động đất

và giếng khoan Do số lượng rất hạn chế cơ cấu chấn tiêu ghi nhận được nên chỉ có một chỉ thị ứng suất với α[S Hmax ] TB-ĐN xác định bằng cách trung bình tổ hợp cơ

cấu chấn tiêu của ba trận động đất cơ chế trượt bằng được thể hiện trong WSM năm

2008 [47]

Nguyễn T.T Bình & nnk (2007) sử dụng tài liệu trong 10 giếng khoan thăm

dò dầu khí, đã tiến hành phân tích α[S Hmax ] cũng như độ lớn của các thành phần ứng

suất trong bể Cửu Long và Nam Côn Sơn dựa theo phương phá huỷ nén ép (sập lở) của thành giếng khoan (BO) và phương khe nứt căng giãn (DIF) sinh ra trong quá trình khoan Kết quả cho thấy ở phần Trung tâm bể Cửu Long, α[S Hmax ] thay đổi từ

BTB - NĐN đến Bắc-Nam [70] Phần bắc bể Nam Côn Sơn, SHmax có phương ĐB –

TN WSM đã thêm vào cơ sở dữ liệu 10 chỉ thị này trong phiên bản 2008

Nguyễn T T Bình & nnk (2011) trình bày tính toán đầy đủ về tenxơ ứng suất dựa trên tài liệu giếng khoan ở bể Cửu Long và Nam Côn Sơn Độ lớn ứng suất ngang cực tiểu ước lượng từ XLOT và thử vi khe nứt Ứng suất ngang cực đại tính

từ các tham số của DIF và chiều rộng BO trên thành giếng Kết quả cho thấy độ lớn của SHmax bằng khoảng 70-110% Sv Xem xét đến sai số trong việc ước lượng độ lớn ứng suất, độ lớn tương đối của chúng cho thấy rằng hiện tại tồn tại một chế độ ứng suất trung gian giữa thuận và trượt bằng trong các thành hệ áp suất bình thường ở bể Cửu Long và Nam Côn Sơn [71]

Như vậy, nghiên cứu về đặc điểm trường ứng suất kiến tạo hiện đại khu vực Biển Đông Việt Nam đã có một số thành tựu nhất định Tuy nhiên, các tác giả mới dừng lại ở mức nghiên cứu phương nén ngang cực đại và độ lớn tương đối của các thành phần ứng suất Các nghiên cứu toàn diện cả phương và độ lớn tuyệt đối của cả

ba thành phần ứng suất mới chỉ được thực hiện trong quy mô nội bể trầm tích Do

đó, việc liên kết yếu tố biến dạng với ứng suất kiến tạo hiện đại và đánh giá mối quan hệ của chúng với các tai biến địa chất khu vực Biển Đông Việt Nam là vấn đề rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.2.3 NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘNG ĐẤT-SÓNG THẦN

Nghiên cứu phân vùng động đất trên Biển Đông có công trình của Nguyễn Văn Lương & nnk (2003) [8] Nguyễn Hồng Phương (2004) đã đánh giá độ nguy hiểm động đất cho lãnh thổ Việt Nam và toàn bộ Biển Đông từ cách tiếp cận xác suất [10] Các kết quả nghiên cứu về nguy cơ sóng thần và cổ sóng thần ở Biển Đông lần đầu được tiến hành bởi Phạm Văn Thục (2001; 2004) [13, 14] Sau khi có động đất sinh sóng thần Sumatra năm 2004, có nhiều hơn các công trình nghiên cứu

về nội dung này như Phan Trọng Trịnh (2006) [20], Nguyễn Đình Xuyên & nnk (2007b) [22], Cao Đình Triều & nnk (2007) [16], Vũ Thanh Ca & nnk (2008) [2], Phan Trọng Trịnh & nnk (2010a,b) [18, 19], Rogozhin, Cao Đình Triều, Ngô Thị

Lư & nnk (2009) [12], Bùi Công Quế & nnk., (2010) [11]

Có thể thấy các nghiên cứu liên quan đến nội dung của luận án đã có một số thành tựu của các nhà địa chất đi trước Thông qua các nghiên cứu này, có thể hình dung được bức tranh chung về đặc điểm biến dạng-ứng suất-tai biến địa chất trong khu vực Biển Đông Tuy nhiên vẫn còn một số vấn đề còn tồn tại sau đây:

- Các nghiên cứu về biến dạng chỉ tập trung vào đối tượng trên quy mô lớn, mật độ số liệu không đồng đều dẫn tới việc luận giải đặc điểm biến dạng trở nên khó khăn, đặc biệt là khó khăn trong việc chỉ ra các đứt gãy hoạt động có khả năng tiêu tán biến dạng

- Các nghiên cứu về ứng suất kiến tạo hiện đại mới dừng lại ở mức nghiên cứu phương nén ngang cực đại và độ lớn tương đối của các thành phần ứng suất Các nghiên cứu toàn diện cả phương và độ lớn tuyệt đối của cả ba thành phần ứng suất mới chỉ được thực hiện trong quy mô nội bể trầm tích

- Lĩnh vực tai biến động đất-sóng thần cũng thường được đánh giá riêng rẽ, trong đó phần lớn dựa trên biến dạng đứt gãy hiện đại Ít có công trình tích hợp được cả biến dạng cũng như trường ứng suất vào quá trình đánh giá tai biến

Do đó, việc liên kết yếu tố biến dạng với ứng suất kiến tạo hiện đại và đánh giá mối quan hệ của chúng với các tai biến động đất-sóng thần khu vực Biển Đông Việt Nam là vấn đề rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khu vực nghiên cứu là Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận nằm trong vùng thể hiện hành vi biến dạng yếu, nhưng bao quanh khối này là một loạt các đới hoạt động kiến tạo mạnh với sự phân bố không gian và cơ chế vận động khác nhau khiến trường ứng suất trong khu vực này biến đổi mạnh do chịu sự chi phối của nhiều yếu tố Do đó, để nghiên cứu mối quan hệ đặc điểm biến dạng - trường ứng suất kiến tạo hiện đại – tai biến địa chất trong khu vực cần có phương pháp luận riêng và áp dụng các phương pháp nghiên cứu đặc thù

2.1 KHÁI NIỆM KIẾN TẠO-ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI

Theo các định nghĩa trên các sách của Liên Xô trước đây, Kiến tạo-Địa động lực hiện đại là quá trình hoạt động kiến tạo-địa động lực xảy ra trước mắt loài người

có thể sử dụng các thiết bị máy móc đo được cũng như nhận biết được qua các tài liệu khảo cổ [58] Theo Chu Văn Ngợi (2007), những quá trình địa chất xảy ra hiện nay hoặc đã xảy ra trong thời gian lịch sử có con người gọi là các quá trình địa động lực hiện đại [9]

Có thể thấy hai định nghĩa trên về cơ bản là tương đồng với nhau về khoảng

thời gian “hiện đại” Luận án sử dụng khái niệm kiến tạo-địa động lực hiện đại với

ý “hiện đại” theo định nghĩa trên [9]

2.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VẬN TỐC BIẾN DẠNG THEO SỐ LIỆU CHUYỂN DỊCH GPS

2.2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU VẬN TỐC BIẾN DẠNG THEO SỐ LIỆU CHUYỂN DỊCH GPS

Khi đá chịu sự gia tăng ứng suất, dựa trên hành vi lưu biến, có thể chia ra ba giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi (có thể quan sát thấy), biến dạng dẻo (ductile

- không quan sát thấy – khác với biến dạng chảy dẻo - plastic) và biến dạng phá huỷ dòn (quan sát thấy) Chỉ có một số ít trường hợp biến dạng trong đá xảy ra ở vận tốc

mà con người có thể quan sát được Đó là những biến dạng phá hủy đột ngột xảy ra

dọc các đứt gãy, thường liên quan với các trận động đất, gây phá huỷ đá trong thời gian hàng giây hoặc hàng phút Dấu vết của các sự kiện biến dạng phá hủy này có thể được thể hiện theo các dấu hiệu địa hình, địa mạo, địa chất và địa vật lý ở nhiều cấp độ khác nhau

Biến dạng từ từ dọc theo các đứt gãy trong các khu vực nâng trồi hoặc hạ lún

có thể được đo đạc trong khoảng thời gian hàng tháng hoặc hàng năm nhờ các thiết

bị quan trắc có độ nhạy cao Sự phát triển của các công nghệ định vị vệ tinh, chẳng hạn như GPS, cho phép phát hiện các dịch chuyển nhỏ của bề mặt trái đất cỡ milimet Tuy nhiên các phép đo định vị lặp chỉ cung cấp các thông tin về dịch chuyển của một số lượng hạn chế các điểm Để tìm ra kiểu biến dạng địa phương và khu vực, cần phải có phương pháp phân tích mạng lưới

Trong vòng hai thập kỷ qua, số lượng các quan trắc và độ chính xác của các

đo đạc GPS với độ chính xác cao nhờ sự trợ giúp của các vệ tinh đã tăng lên đáng

kể, cung cấp các trị đo về chuyển dịch và vận tốc của các điểm Nhiều phương pháp nhằm tính toán vận tốc biến dạng từ các mạng lưới GPS đã được đề xuất Phương pháp phân tích tenxơ cung cấp cho ta các khía cạnh khác nhau về biến dạng, chẳng hạn như vận tốc biến dạng trượt cực đại, bao gồm phương và vận tốc biến dạng Các tham số này thích hợp với việc khái quát hoá cơ chế biến dạng hiện đại

Như vậy, Biến dạng từ từ và lâu dài của một khu vực có thể được phát hiện

thông qua việc quan trắc GPS trong thời gian dài, giúp phát hiện và đánh giá chuyển dịch, cũng như biến dạng của khu vực nghiên cứu

Do độ chính xác xác định chuyển dịch thẳng đứng của vỏ trái đất từ số liệu GPS còn nhiều hạn chế nên luận án chỉ xem xét tới các vận động theo phương ngang – tức chỉ tính biến dạng trong không gian hai chiều Phương pháp tính vận tốc biến dạng từ số liệu chuyển dịch GPS được thể hiện chi tiết trong bài toán về mô hình tham số biến dạng trong không gian hai chiều Mô hình tham số biến dạng hai chiều mô tả trong [39] và chi tiết hoá trong [3] được sử dụng Tuy nhiên, trước khi xem xét biến dạng trong không gian hai chiều, cần phải đề cập tới biến dạng trong không gian một chiều

2.2.2 BIẾN DẠNG MỘT CHIỀU

Giả sử có thanh vật liệu cứng trong hệ toạ độ một chiều (0,x) (Hình 2.1) Trên đó có hai điểm rất gần nhau A(x) và B(x+dx) Khi tác dụng một lực P theo hướng x từ đầu mút của thanh cứng, thanh này sẽ bị kéo dài và các điểm A, B cũng

đều dịch chuyển

Hình 2.1: Minh hoạ biến dạng một chiều

Giả sử dịch chuyển này là vô cùng bé, biên độ dịch chuyển sẽ phụ thuộc vào

vị trí của điểm dọc theo thanh: càng gần điểm tác dụng lực P, thì dịch chuyển càng lớn Do đó, điểm B sẽ bị dịch chuyển nhiều hơn so với điểm A Dịch chuyển tại điểm A được biểu diễn là u(x) và của điểm B được biểu diễn là u(x+dx) (Hình 2.1)

Do dịch chuyển dx vô cùng bé nên có thể viết:

dx x

u x

u dx x u

∂

∂ +

= + ) ( )

và

dx x

u dx x

u dx x

u x

u dx B A

∂

∂ +

'

Biến dạng (strain) được định nghĩa là tỉ số của sự thay đổi chiều dài của vật

thể so với chiều dài ban đầu của nó Do dó:

u dx

dx dx

x

u dx AB

AB B A L

Như vậy biến dạng vô cùng bé là gradient không gian của dịch chuyển Loại

biến dạng mô tả trên được gọi là biến dạng pháp tuyến, cũng có thể được khái quát

hoá trong không gian hai hay ba chiều Tuy nhiên trong không gian hai hay ba

chiều, sẽ xuất hiện dạng biến dạng khác, gọi là biến dạng tiếp tuyến hay biến dạng

trượt, biểu diễn biến dạng bóp méo theo góc, không phải biến dạng căng giãn

Trường hợp biến dạng trong không gian hai chiều sẽ được mô tả sau đây

2.2.3 BIẾN DẠNG HAI CHIỀU

2.2.3.1 Các vận tốc biến dạng

Giả sử trong không gian Đề-các hai chiều, trên mặt phẳng xy theo trục x (Ox dương chỉ hướng đông) và trục y (Oy dương chỉ hướng bắc), dịch chuyển của chất điểm A là rất nhỏ Vận tốc chuyển dịch u là một hàm theo vị trí của điểm A(x,y) có

thể được viết dưới dạng:

A A

u A

u A A

∂

∂ +

∂

∂ +

= +

∂

∂ +

∂

∂ +

= +

y y

u x x

u A

u A A u

y y

u x

x

u A

u A A u

y y

y y

x x

x x

δ δ

δ

δ δ

δ

) ( )

(

) ( )

u ( + δ ) = ( ) + δ (6)

với

y

u x

u

g

y y

x x

(7)

g được gọi là tenxơ gradient vận tốc dịch chuyển ngang

Do gradient vận tốc thường bao hàm cả biến dạng nén ép/căng giãn và biến

dạng xoay, nên g là một tenxơ bất đối xứng Theo lý thuyết về tenxơ, một tenxơ bậc

hai bất kỳ có thể phân tách thành hai tenxơ, bao gồm một tenxơ đối xứng và một tenxơ bất đối xứng [64] Do đó (7) có thể viết thành:

] [

2

1 ] [

2

g g g

1

2

10

2

1

21

y

u x u

x

u y u

y

u x

u y u

x

u y

u x

u g

x y

y x

y y

x

y x x

x xy

y x

xy yx

xy

y y

x x

x

u y u

x

u y u y

u x u

2

12

1γ ε

Ω +

yx

xy y

yx

xy x

0

0

ε ε

ε ε

(11)

Trong biểu thức (11):

(-) E& là được gọi là tenxơ vận tốc biến dạng hay tenxơ đối xứng

(-) Ω& là tenxơ vận tốc xoay hay tenxơ phản đối xứng

(-) ε &x và ε &y là vận tốc biến dạng pháp tuyến trên mặt phẳng xy theo trục x và

trục y Chúng được gọi là vận tốc giãn nở (hay căng giãn) khi có giá trị dương và

vận tốc nén ép khi có giá trị âm

(-) ε &xy ε &yx γ &xy

2

1

=

= là vận tốc biến dạng trượt không kèm theo sự xoay

Tenxơ vận tốc biến dạng E& không phụ thuộc vào sự tịnh tiến của hệ toạ độ

và ảnh hưởng không đáng kể vào phép xoay toạ độ: tenxơ vận tốc xoay Ω không phụ thuộc vào phép tịnh tiến hệ toạ độ

&

Do những ưu điểm trên của tenxơ vận tốc biến dạng người ta thường sử dụng

các tham số tính từ các thành phần của nó, bao gồm ε &x, ε &y , ε &xy hay γ &xy để mô

tả biến dạng bề mặt vỏ trái đất

Các vận tốc biến dạng trên có thể xác định từ vận tốc chuyển dịch ngang Từ vận tốc chuyển dịch ngang, các thành phần của tenxơ gradient vận tốc chuyển dịch

g sẽ được xác định tuỳ theo từng đa giác và được quy về trọng tâm của đa giác đó

với giả thiết vận tốc biến dạng là đồng nhất trong một đa giác Như vậy giá trị tính được của các vận tốc biến dạng đối với từng đa giác sẽ phản ánh khách quan và chi tiết hơn thực trạng biến dạng của toàn bộ khu vực nghiên cứu

2.2.3.2 Biểu diễn tenxơ vận tốc biến dạng theo biến dạng chính

Khi biểu diễn biến dạng, người ta thường tìm một hệ quy chiếu sao cho trong

đó biến dạng trượt bằng 0 và hai thành phần còn lại của biến dạng là lớn nhất (Hình

2.2) Điều này tương ứng với việc đường chéo hoá tenxơ vận tốc biến dạng E& Từ đây sẽ thu được các vectơ riêng của ma trận là các trục chính của tenxơ vận tốc biến dạng và các giá trị riêng của ma trận là các vận tốc biến dạng chính