Nghiên cứu đứt gãy sông hồng khu vực sơn tây bằng phương pháp đo sâu từ telua

Ưu điểm của các phương pháp địa vật lý là có thể thu nhận thông tin về trường địa vật lý bằng các thiết bị hiện đại một cách nhanh chóng, có thể phát hiện và làm sáng tỏa các đối tượng n

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐÀO VĂN QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG KHU VỰC SƠN TÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐÀO VĂN QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG KHU VỰC SƠN TÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu

Mã số: 8440130.06

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ HUY MINH PGS TS ĐỖ ĐỨC THANH

Hà Nội - 2019

LỜI CẢM ƠN

Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn tới Bộ môn Vật lý Địa cầu, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội; Phòng Địa từ, Viện Vật lý Địa cầu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để học viên hoàn thành Luận văn Luận văn được hỗ trợ

về số liệu từ Đề tài Hỗ trợ nghiên cứu viên cao cấp 2019 của TS Võ Thanh Sơn

Học viên xin gửi lời tưởng nhớ tới Tiến Sĩ Võ Thanh Sơn – Nguyên trưởng phòng Địa từ - Viện Vật lý Địa cầu, tạ thế ngày 6/6/2019 TS Võ Thanh Sơn là người thầy, người đồng nghiệp, là người được giao phân công hướng dẫn đầu tiên cho học viên, cũng là người giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần, giúp học viên làm quen với phương pháp đo sâu từ telua từ những ngày mới công tác tại Viện Vật lý Địa cầu Qua đây, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới người quá cố, và một lần nữa gửi lời chia buồn sâu sắc cùng gia đình vì sự mất mát to lớn này

Học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn TS Đỗ Đức Thanh và nhất là TS Lê Huy Minh đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo trong suốt quá trình học viên thực hiện luận văn

Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành, biết ơn tới gia đình, thầy

cô giáo, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ học viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2019

Học viên

Đào Văn Quyền

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA 4

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 4

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 4

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 5

1.2 Cơ sở phương pháp 9

1.2.1 Nguồn gốc trường từ - telua (MT) 9

1.2.2 Giả thiết của Cagniard và định nghĩa điện trở suất biểu kiến MT 10

1.2.3 Cấu trúc không phân lớp: Trường hợp cấu trúc hai chiều 2D 14

1.2.3.1 Các trở kháng tenxơ 16

1.2.3.2 Sự quay trục đo để tìm kiếm các hướng chính 18

1.2.4 Độ sâu thâm nhập 20

1.2.5 Cơ sở địa điện của phương pháp đo sâu từ telua 21

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐỨT GÃY KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC THU THẬP SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ TELUA 24

2.1 Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu 24

2.2 Công tác thu thập số liệu đo sâu từ telua 32

2.2.1 Bộ thiết bị đo sâu từ telua MTU-5A và phần mềm đi kèm 32

2.2.2 Công tác thực địa bố trí điểm đo 35

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ TELUA 40

3.1 Xử lý số liệu thu thập 40

3.2 Nghịch đảo 1D 49

3.2.1 Cơ sở phép nghịch đảo 1D bằng phương pháp Occam 49

3.2.2 Kết quả nghịch đảo 51

3.3 Nghịch đảo 2D 53

3.3.1 Cơ sở phương pháp minh giải số liệu 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh 53

3.3.2 Kết quả minh giải 60

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phổ của trường từ Trái Đất 9

Hình 1.2 Các kiểu phân cực 16

Hình 1.3 Sự định hướng của các trục: X và Y là các trục đo 17

Hình 1.4 Sự quay các trục X và Y 18

Hình 1.5 Độ sâu thâm nhập sóng điện từ phụ thuộc vào chu kỳ và điện trở suất 21

Hình 1.6 Điện trở suất của đất đá và khoáng vật 22

Hình 1.7 Dải điện trở suất của các vật liệu 23

Hình 2.1 Sơ đồ các đứt gãy chính ở Việt Nam 24

Hình 2.2 Sơ đồ Đới Đứt gãy sông Hồng đoạn Lào Cai – Ninh Bình 25

Hình 2.3 Kiến trúc đới đứt gãy sông Hồng – sông Chảy đoạn Lào Cai – Việt Trì 31

Hình 2.4 Thiết bị đo sâu từ telua V5 system 2000 MTU/MTU-5A 33

Hình 2.5 Giao diện phần mềm WinTabEd 34

Hình 2.6 Giao diện thông tin thời gian thực từ WinHost tại điểm đo Sơn Tây 34

Hình 2.7 Giao diện phần mềm SSMT 2000 35

Hình 2.8 Sơ đồ vị trí các điểm đo sâu từ telua đứt gãy sông Hồng 37

Hình 2.9 Bố trí các đầu đo từ và các điện cực tại điểm đo sâu từ telua 39

Hình 3.1 File chứa số liệu thu thập được 40

Hình 3.2 Chương trình chạy xử lý số liệu SSMT2000 41

Hình 3.3 Màn hình hiển thị phần mềm MTeditor 42

Hình 3.4a Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST01 43

Hình 3.4b Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST02 43

Hình 3.4c Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST03 44

Hình 3.4d Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST04 44

Hình 3.4e Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST05 45

Hình 3.4f Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH06 45

Hình 3.4g Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH07 46

Hình 3.4h Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH08 46

Hình 3.4i Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH09 47

Hình 3.5 Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần  xy quan sát 48

Hình 3.6 Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần  yx quan sát 48

Hình 3.7 Kết quả nghịch đảo 1D thành phần yx bằng phương pháp nghịch đảo Occam 52

Hình 3.8 Mô hình ban đầu xuất phát từ quá trình nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm

dư nhanh, các dấu thập là lưới điểm tính toán 61 Hình 3.9 Độ lệch bình phương trung bình giữa thành phần điện trở suất  yx quan sát và tính toán từ mô hình nghịch đảo 2D 62 Hình 3.10 Đường cong  yx quan sát (các hình thoi) và tính toán lại từ mô hình 2D (các dấu chữ thập) tại điểm sh08 63 Hình 3.11 Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần  yx tính toán lại từ mô hình nghịch đảo 2D 63 Hình 3.12 Mặt cắt địa điện theo kết quả nghịch đảo 2D thành phần  yx thu được trên tuyến cắt ngang đới đứt gãy sông Hồng 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Tọa độ các điểm đo sâu từ telua 38

CÁC TỪ VIẾT TẮT

AMT: Audio Magnetotelluric)

CNPC: Tập đoàn dầu khí quốc gia Trung Quốc

ĐĐGSH: Đới đứt gãy sông Hồng

ĐGSH: Đứt gãy sông Hồng

E-W: East – West

GPS: Global positioning system

GSIJ: Viện khảo sát Địa lý Nhật Bản

MT: Magnetotelluaric

N-S: North – South

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân, việc nghiên cứu địa chất ở nước ta ngày càng đặt ra nhiệm vụ phong phú và phức tạp, không chỉ trên đất liền mà cả trên vùng biển rộng lớn Để giải quyết tốt các nhiệm vụ đặt ra, cần áp dụng có hiệu quả các thành tựu mới của khoa học công nghệ, trong đó có các phương pháp địa vật lý

Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ chế tạo máy (thiết bị ghi số, máy có độ ổn định và độ chính xác cao…), cùng sự tiến bộ nhảy vọt của công nghệ tin học và xử lý số liệu (rời rạc hóa tín hiệu, tự động hóa quá trình xử

lý trên máy tính…) đã cho phép các phương pháp địa vật lý có những bước tiến mạnh mẽ Ngày nay, ngành địa vật lý không chỉ nghiên cứu hình thái cấu trúc địa chất (xác định các mặt ranh giới, các lát cắt, đứt gãy, đo vẽ bản đồ….) mà còn có khả năng xác định bản chất môi trường (liên kết địa tầng, xác định thành phần thạch học, tướng đá….) Ưu điểm của các phương pháp địa vật lý là có thể thu nhận thông tin về trường địa vật lý bằng các thiết bị hiện đại một cách nhanh chóng, có thể phát hiện và làm sáng tỏa các đối tượng nằm ẩn sâu trong lòng đất dưới lớp phủ dày mà trong những điều kiện phức tạp không thể nghiên cứu trực tiếp được; giảm giá thành chi phí…

Ở nước ta, sử dụng phương pháp địa vật lý để giải quyết các nhiệm vụ địa chất được tiến hành từ nhiều năm trước và đã có những thành tựu đáng kể trong việc giải quyết các nhiệm vụ địa chất như đo vẽ bản đồ địa chất ở các tỷ lệ khác nhau, nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ trái đất, tìm kiếm khoáng sản (than, sắt, đồng, thiếc, chì, kẽm, vàng, kim loại quí hiếm….), tìm kiếm dầu khí vùng thềm lục địa rộng lớn, tìm kiếm nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt và bảo vệ nguồn nước, giải quyết nhiệm vụ địa chất công trình xây dựng trên mặt và công trình ngầm…

Phương pháp đo sâu từ telua (Magnetotelluaric - MT) cho phép xác định cấu trúc độ dẫn của đất đá vỏ Trái Đất dựa trên việc đo đạc hai thành phần điện telua và các thành phần từ Trái Đất vuông góc với nhau một cách tương ứng Đây là phương pháp có hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc địa chất phức tạp, nó dễ dàng phát hiện ra

các đới điện trở suất thấp ứng với vùng đất đá bị dập vỡ Tại các vị trí có đứt gãy, nhiều quá trình vật lý phức tạp có thể diễn ra: Quá trình biến chất có sự khử nước của các khoáng vật làm tăng chất lỏng lưu thông tự do trong đới đứt gãy, sự nóng chảy từng phần, sự đóng kín của một vùng đứt gãy hoạt động làm tăng dần áp suất chất lỏng cho tới khi áp suất này vượt quá một giới hạn nhất định thì sẽ xảy ra động đất Như thế chất lỏng là một yếu tố quan trọng trong các vùng đứt gãy nhất là ở các vùng đứt gãy hoạt động và chất lỏng cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phá hủy ở vùng chấn tiêu động đất Do sự tồn tại của chất lỏng trong đới đứt gãy hoạt động nên điện trở suất của đất đá giảm đi khá nhiều so với đất đá xung quanh, như vậy điện trở suất của đất đá mang thông tin về trạng thái vật chất trong

vỏ Trái Đất ở khu vực nghiên cứu

Năm 2016, Phòng Địa từ - Viện Vật lý Địa cầu được cấp kinh phí để mua 2 máy đo từ telua MTU-5A của công ty Phoenix – Canada, đây là thiết bị đo sâu từ telua hiện đại nhất hiện nay Máy có khả năng đo AMT (Audio Magnetotelluric) dải tần số từ 1000 Hz tới 10000 Hz và đo MT (Magnetotelluric) dải tần số từ 400 Hz tới 0.0000129 Hz Năm 2019, trong chương trình hỗ trợ hoạt động nghiên cứu khoa học cho nghiên cứu viên cao cấp, phòng chuyên môn chúng tôi có sử dụng thiết bị

để thu thập số liệu từ telua tại đứt gãy sông Hồng

Đới đứt gãy sông Hồng - ranh giới phân chia vùng kiến tạo Đông Bắc Việt Nam và vùng kiến tạo Tây Bắc Việt Nam - là đới đứt gãy quan trọng bậc nhất cả về mặt địa chất kiến tạo và vấn đề sinh khoáng ở miền Bắc nước ta Vấn đề về địa chất, địa vật lý của đới đứt gãy này đã được rất nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm Với thiết bị MTU-5A của Hãng Phoenix Canada sản xuất chúng tôi

đã tiến hành đo 9 điểm đo sâu từ telua theo một tuyến cắt qua đới đứt gãy sông Hồng thuộc địa phận Sơn Tây - Hà Nội Trong khuôn khổ của luận văn tác giả thực

hiện: “Nghiên cứu đứt gãy sông Hồng khu vực Sơn Tây bằng phương pháp đo sâu

từ telua”, có sử dụng số liệu từ chương trình hỗ trợ nghiên cứu trên Phương pháp

đo sâu từ telua được trình bày và áp dụng trong luận văn này

Cấu trúc của luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về phương pháp đo sâu từ Telua

Chương 2: Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu và công tác thu thập số liệu

đo sâu từ telua

Chương 3: Phương pháp và kết quả xử lý số liệu đo sâu từ telua

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới việc tìm hiểu mối liên hệ giữa mặt cắt cấu trúc địa điện theo số liệu từ telua và phân bố chấn tiêu động đất ở những vùng hoạt động động đất nhằm làm sáng tỏ bản chất của các quá trình vật lý trong vùng nguồn động đất được sự quan tâm rất rộng rãi của cộng đồng các nhà khoa học [14,15,23,26] Việc sử dụng phương pháp đo sâu từ telua để nghiên cứu cấu trúc sâu ở vùng Himalaya và cao nguyên Tây Tạng đã cho những kết quả rất tốt Lớp điện trở suất thấp ở phần vỏ giữa của vùng này được cho là sự xuất hiện của chất lỏng có liên quan với quá trình

va chạm của mảng Ấn Độ và mảng Châu Á [32] Kết quả đo sâu từ telua tại 2 vùng Tây Bắc Hymalaya của Ấn Độ cũng phát hiện được lớp điện trở suất thấp ở độ sâu

từ 25 – 30 km, nó góp phần làm sáng tỏ thêm quá trình kiến tạo liên quan tới sự va chạm của mảng Ấn Độ và mảng Châu Á [14] Gần đây, tập đoàn dầu khí quốc gia Trung Quốc (CNPC) và công ty Nord-West Ltd (Nga) đã sử dụng phương pháp MT

đo ghi hàng ngàn tuyến đo từ telua nhằm mục đích thăm dò và thành lập bản đồ tiềm năng mỏ khí Hydrocacbon trên toàn cầu Cũng dùng phương pháp này, công ty Vale Canada Limited đã phát hiện được một mỏ Niken ở độ sâu 1750 m, hay vào năm 1996 công ty Falconbridge Canada Limited cũng phát hiện được hai mỏ Ni-Cu nằm ở độ sâu 800 m đến 1350 m

Phương pháp đo sâu từ telua này cũng được áp dụng trong những nghiên cứu

dự đoán về thiên tai động đất Những biến đổi tín hiệu MT có thể là khởi đầu của các sự kiện địa chấn Tại Nhật Bản, hệ thống giám sát MT tĩnh đã được lắp đặt từ tháng 4/1996 Các tín hiệu MT tĩnh từ các trạm Wakuya, trạm Esashi của Viện Khảo sát Địa lý Nhật Bản (GSIJ) được đo ghi liên tục và cung cấp miễn phí cho cộng đồng khoa học thế giới cho phép nghiên cứu sâu thêm về sự tương tác giữa tín hiệu từ telua và tín hiện địa chấn của hoạt động động đất

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta, việc nghiên cứu cấu trúc sâu bằng phương pháp đo sâu từ telua đã được thực hiện trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Vật lý Địa cầu, Viện Địa chất, trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội và Viện Vật lý Địa cầu Paris bắt đầu từ năm

1993 [2, 25] ở khu vực đới đứt gãy sông Hồng trên 4 tuyến Yên Bái - Tuyên Quang, Nam Định - Hải Phòng, Thanh Sơn - Thái Nguyên và Lương Sơn - Bắc Ninh Kết quả đo đạc tuyến Nam Định - Hải Phòng đưa ra mặt cắt tương đối chi tiết về cấu trúc địa điện của miền võng Hà Nội Kết quả này khẳng định sự xuyên sâu ở phạm

vi thạch quyển của đứt gãy sông Hồng, đứt gãy sông Chảy và đứt gãy sông Lô Kết hợp với các tài liệu khoan, kết quả đo sâu từ telua tuyến Nam Định – Hải Phòng còn cho phép xây dựng mặt cắt địa điện tương đối chi tiết của vùng miền võng, chỉ rõ rằng độ sâu của móng đá trầm tích trước Paleogene thay đổi từ vài trăm met ở rìa miền võng tới khoảng 5 km ở vùng giữa miền võng giữa đứt gãy Vĩnh Ninh và đứt gãy sông Lô, thông tin này rất hữu ích với mục đích tìm kiếm dầu khí ở khu vực miền võng Hà Nội Các tuyến đo sâu từ telua Thanh Sơn - Thái Nguyên và Ba Vì - Bắc Ninh đã được tiến hành để theo dõi sự thay đổi của cấu trúc địa điện và trạng thái vật chất lớp vỏ Trái Đất và manti trên dọc đới đứt gãy sông Hồng từ Yên Bái tới Nam Định [2] Tuy nhiên các mặt cắt địa điện mà những tác giả đưa ra mới chỉ dựa trên kết quả nghịch đảo 1D bằng phương pháp thử và lựa chọn; còn phương pháp nghịch đảo 2D các tác giả chưa thực hiện

Năm 2003, Viện Vật lý Địa cầu Paris đã viện trợ không hoàn lại cho Viện Vật lý Địa cầu hệ thống thiết bị thăm dò từ telua Géo-Instrument Nhờ hệ thống thiết bị này việc nghiên cứu một cách tương đối chi tiết cấu trúc sâu đứt gãy Lai Châu - Điện Biên khu vực lòng chảo Điện Biên đã được tiến hành trong khuôn khổ

đề tài độc lập cấp Nhà nước: “Phân vùng dự báo chi tiết động đất vùng Tây Bắc”

TS Lê Huy Minh cùng nnk đã đưa ra bức tranh cấu trúc địa điện tương đối chi tiết cho thấy rằng ở vùng trung tâm lòng chảo tại độ sâu chỉ khoảng 5 km ở vị trí đứt gãy Lai Châu - Điện Biên chạy qua, điện trở suất của đất đá chỉ xấp xỉ khoảng 1

.m [5] Kết quả này cho phép khẳng định rằng đứt gãy Lai Châu - Điện Biên là đứt gãy đang hoạt động, lòng chảo Điện Biên vẫn trong quá trình tách dãn; điện trở

suất thấp ở khu vực đứt gãy có thể có các nguyên nhân sau: Nhiệt từ dưới sâu dịch chuyển lên theo đới đứt gãy có thể làm cho vật chất dưới lòng chảo bị chảy dẻo, các quá trình biến chất giải phóng chất lỏng có thể tồn tại

Việc nghiên cứu một cách chi tiết cấu trúc đới đứt gãy Sơn La và đới đứt gãy sông Cả đã được tiến hành trong các năm 2006 và 2007 trong khuôn khổ đề tài cấp

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc sâu vùng đứt gãy hoạt động (đứt gãy Sơn La và đứt gãy sông Cả) bằng phương pháp đo sâu

từ telua” Tại khu vực đứt gãy Sơn La tồn tại lớp điện trở suất thấp dưới 10 .m

trong khoảng độ sâu 10 – 30 km; có một mối liên hệ chặt chẽ giữa độ sâu của các chấn tâm động đất đã quan sát được và độ sâu lớp điện trở suất thấp trong mặt cắt địa điện cắt ngang qua vùng đứt gãy hoạt động [4] Như vậy có thể coi sự tồn tại của đới điện trở suất thấp (khoảng 3 - 30 .m hoặc thấp hơn) trong các lớp vỏ Trái Đất ở lân cận đứt gãy là dấu hiệu chỉ thị về mặt điện trở suất của một đứt gãy hoạt động Từ bề mặt tới độ sâu 30 km ở mặt cắt điện trở suất đứt gãy sông Cả ở vị trí tuyến Đô Lương điện trở suất là tương đối cao, đoạn đứt gãy sông Cả khu vực tuyến

đo sâu từ telua Đô Lương chạy qua có thể có độ hoạt động địa chất kém Đứt gãy

Đô Lương - Đức Thọ cũng là đứt gãy sâu xuyên vỏ; trên mặt cắt địa điện ở độ sâu khoảng 14 km tồn tại đới điện trở suất thấp dưới 10 .m dọc theo đứt gãy, đứt gãy

Đô Lương - Đức Thọ là đứt gãy hoạt động Cả hai trận động đất Đô Lương ngày 01/01/2005 và 12/01/2005 đều xảy ra trên đứt gãy Đô Lương - Đức Thọ

Hai năm 2005 và 2006, trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước

“Nghiên cứu kiến tạo đứt gãy hiện đại và động đất liên quan ở khu vực Hòa Bình làm cơ sở đánh giá ổn định công trình thủy điện Hòa Bình”, cấu trúc địa điện của

các đứt gãy Trung Hà - Hòa Bình và Chợ Bờ - Hòa Bình đã được nghiên cứu trong

đề tài nhánh “Nghiên cứu đứt gãy bằng phương pháp đo sâu từ telua” Đối với

tuyến đo sâu từ telua cắt ngang qua hệ thống đứt gãy Trung Hà - Hòa Bình, mặc dù không phát hiện được đứt gãy, nhưng ở đoạn cắt qua sông Đà có điện trở suất thấp hơn hẳn so với phần phía Tây (thuộc tỉnh Phú Thọ) của tuyến Tuyến đo sâu từ telua cắt qua hệ thống đứt gãy Chợ Bờ - Hòa Bình biểu hiện khá rõ đới đứt gãy này Đới

đứt gãy Chợ Bờ - Hòa Bình có điện trở suất không thấp và theo quan điểm của các tác giả, đây là đới đứt gãy không hoạt động

Từ năm 2007 đến 2009, trong khuôn khổ đề tài cấp Nhà Nước “Nghiên cứu cấu trúc sâu thạch quyển miền Bắc Việt Nam bằng dò sâu địa chấn và từ telua nhằm nâng cao độ tin cậy của các dự báo thiên tai địa chất” Võ Thanh Sơn và nnk

đã thực hiện đo sâu từ telua trên tuyến Hòa Bình - Thái Nguyên và tuyến Thanh Hóa - Hòa Bình Kết quả các mặt cắt điện trở suất của vỏ Trái Đất trên hai tuyến này cho thấy sự biểu hiện khá rõ nét của các đứt gãy lớn như đứt gãy Mường La – Bắc Yên, đứt gãy sông Hồng, đứt gãy sông Chảy, đứt gãy sông Lô, đứt gãy Sơn La [6]

Trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước: “Nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất và sóng thần tại khu vực Ninh Thuận và lân cận phục vụ công tác thẩm định địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân” thực hiện năm 2012-

2013, Võ Thanh Sơn và nnk đã tiến hành 2 tuyến đo sâu từ telua là tuyến Đà Lạt – Phan Rang và tuyến Đức Trọng – Tuy Phong để nghiên cứu đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh Đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh thể hiện khá rõ theo kết quả đo sâu từ telua Nhìn chung ở cả hai mặt cắt điện trở suất 2D tuyến Đà Lạt – Phan Rang và tuyến Đức Trọng – Tuy Phong giá trị điện trở suất tương đối cao Ở các đới dọc theo đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh trên cả hai tuyến, giá trị điện trở suất thấp nhất nằm trong khoảng từ 20 .m – 30 .m và nằm ở phần phía trên tới độ sâu khoảng 6

km – 7 km Như vậy theo kết quả đo sâu từ telua trên hai tuyến Đà Lạt – Phan Rang

và Đức Trọng – Tuy Phong không có lớp vật chất ở trạng thái dẻo Theo quan điểm của tác giả, ở các đoạn đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh mà các tuyến đo sâu từ telua

cắt qua khó có khả năng phát sinh động đất [33]

Trong khuôn khổ đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2012 - 2014 của Tiến sĩ Võ Thanh Sơn: “Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái Đất khu vực đới đứt gãy sông Mã bằng phương pháp thăm dò sâu từtelua”, tác giả cùng nnk

đã hoàn thành việc đo sâu từ telua trên ba tuyến thuộc địa phận của các tỉnh Sơn La,

Thanh Hóa, đó là các tuyến Sốp Cộp – sông Mã, tuyến Quan Sơn – Quan Hóa và tuyến Như Xuân – Nông Cống để nghiên cứu đới đứt gãy sông Mã Các kết quả nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh xây dựng được mặt cắt điện trở suất của vỏ Trái đất cho thấy sự biểu hiện của đứt gãy Sốp Cộp – Quan Sơn trên hai tuyến Sốp Cộp – sông Mã và tuyến Quan Sơn – Quan Hóa Đứt gãy sông Mã biểu hiện trên cả ba tuyến đo: tuyến Sốp Cộp – sông Mã, tuyến Quan Sơn – Quan Hóa và tuyến Như Xuân – Nông Cống Đới điện trở suất thấp nằm dọc theo đứt gãy Sốp Cộp – Quan Sơn, và đứt gãy sông Mã đoạn mà tuyến Quan Sơn – Quan Hóa cắt qua

có thể liên quan với hoạt động động đất Đới điện trở suất thấp nằm dọc theo đứt gãy sông Mã ở đoạn mà tuyến Như Xuân – Nông Cống cắt qua có thể liên quan với các tai biến địa chất Trong khu vực đã đo đạc, nhiều đặc điểm cấu trúc sâu đã được làm sáng tỏ: hình thái và hướng phát triển của các đứt gãy sâu như đứt gãy sông Chảy, đứt gãy Vĩnh Ninh , hình thái cấu trúc kiểu lòng chảo của miền võng cũng được làm sáng tỏ [11,12]

Năm 2015 trong đề tài độc lập cấp nhà nước: “Nghiên cứu tác động địa chấn kiến tạo đến sự ổn định công trình thủy điện Sông Tranh 2 khu vực Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam” do TS Lê Huy Minh chủ nhiệm đề tài, TS Võ Thanh Sơn cùng

nnk cũng đã nghiên cứu cấu trúc sâu đới đứt gãy Trà Bồng và đới đứt gãy Hưng Nhượng – Tà Vi bằng phương pháp đo sâu từ telua Các kết quả nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh xây dựng được mặt cắt điện trở suất của vỏ Trái đất cho thấy sự biểu hiện của đứt gãy Hưng Nhượng – Tà Vi và đứt gãy Trà Bồng trên cả hai tuyến đo từ telua Nam Trà My – Bắc Trà My và Trà Bồng – Núi Thành Trên tuyến Nam Trà My – Bắc Trà My còn thể hiện đứt gẫy á vĩ tuyến nằm gần Sông Tranh Nghịch đảo 1D bằng phương pháp thử và lựa chọn cho thấy rằng trên

cả hai tuyến cấu trúc địa điện của vỏ Trái Đất có 3 lớp tiêu biểu, với lớp giữa có điện trở suất cao hơn lớp trên và lớp dưới Cấu trúc độ dẫn của vỏ Trái đất trên hai tuyến từ telua nêu trên là kiểu cấu trúc vỏ Phanerozoi, cấu trúc vỏ tiêu biểu gặp

được ở nhiều nơi trên thế giới Ngoài ra, phương pháp đo sâu từ telua âm tần cũng

được áp dụng trong quá trình khảo sát đánh giá địa chất bước đầu tại khu vực điện

hạt nhân ninh thuận trong các năm 2013 Các mặt cắt địa điện thu được trong vùng nghiên cứu chỉ ra rằng lớp trầm tích Đệ Tứ (cát, á cát…) ở hầu hết các tuyến có độ dày khoảng 5 - 10 m tới 40 - 50 m Bên dưới lớp cát, phụ thuộc vào độ sâu là xâm nhập granit nứt nẻ mạnh, trung bình, ít tới không nứt nẻ

1.2 Cơ sở phương pháp

1.2.1 Nguồn gốc trường từ - telua (MT)

Phương pháp MT sử dụng biến thiên của trường điện từ tự nhiên của Trái Đất (trường MT) có phổ tần số rất rộng, từ các tần số thấp cỡ 10 5 Hz đến các tần số cao cỡ 104 Hz [28] (hình 1.1)

Trường MT tạo bởi các nguồn khác nhau tùy theo tần số tín hiệu Nói chung, phần lớn các tín hiệu có tần số cao hơn 1 Hz, chủ yếu do hoạt động khí tượng, đặc biệt là hoạt động dông bão, nhất là dông bão vùng nhiệt đới Đối với các tần số dưới

1 Hz, trường được cảm ứng bởi các dòng trong tầng điện ly hoặc trong từ quyển ảnh

hưởng bởi tương tác giữa dòng plasma Mặt Trời và trường từ của Trái Đất

Hình 1.1 Phổ của trường từ Trái Đất

Tần số (Hz)

Phổ của các tín hiệu MT là liên tục (có đặc trưng ngẫu nhiên), nhưng đôi khi

có các đỉnh rất rõ rệt (đặc trưng điều hòa), ví dụ ở các tần số của các từ mạch động (PC), hoặc ở các tần số của các biến thiên đều đặn Chồng chất lên các tín hiệu tự nhiên này có thể là các xung nhân tạo, có nguồn gốc công nghiệp hoặc các nhiễu có nguồn gốc khác nhau Điều quan trọng là phải biết phân biệt các tín hiệu tự nhiên với các tín hiệu nhân tạo và các nhiễu Sau này chúng ta sẽ xác định các đặc trưng lựa chọn các tín hiệu MT tự nhiên tốt, vì đặc trưng ngẫu nhiên của chúng, nên không dễ dàng phân biệt chúng với các nhiễu ngẫu nhiên Trái lại, các tín hiệu nhân tạo (50 Hz và các hài điều hòa của chúng) rất dễ dàng phân biệt do đặc trưng xác định của chúng Trong thực tế người ta nhận thấy rằng mức tín hiệu tự nhiên, đặc biệt đối với các tần số cao hơn 1 Hz, là rất nhỏ (< 0,1 nT) Kết quả là các tín hiệu tự nhiên dễ bị che dấu bởi các tín hiệu nhân tạo Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau các tín hiệu nhân tạo không thỏa mãn các điều kiện để áp dụng phương pháp MT

1.2.2 Giả thiết của Cagniard và định nghĩa điện trở suất biểu kiến MT

Tại một vị trí đã cho, trường từ Trái Đất và trường điện telua thay đổi một cách ngẫu nhiên Ngay khi ghi được các trường này, người ta nhận thấy rằng tồn tại một sự liên quan chặt chẽ giữa chúng Điều này trong một thời gian dài không giải thích được, cho tới năm 1953 Cagniard đưa ra một minh giải lý thuyết các hiện tượng quan sát được bằng cách thiết lập một mối liên hệ toán học giữa các biến thiên của trường từ Trái Đất và của trường điện telua, với sự tham gia của điện trở của môi trường dưới đất [16]

Để xây dựng lý thuyết MT, Cagniard thừa nhận 2 giả thiết cơ bản:

 Bỏ qua dòng dịch so với dòng dẫn trong đất,

 Lớp dòng telua đồng nhất, điều này giả thiết rằng nguồn kích thích điện từ ở rất xa

Từ các giả thiết này Cagniard đã đưa vào các cơ sở đầu tiên của một lý thuyết mới thăm dò địa vật lý được gọi là phương pháp “Từ - telua” mà ngày nay tất

cả mọi người đều biết với ký hiệu MT

Trước hết chúng ta coi môi trường dưới đất là đồng nhất đẳng hướng có điện trở suất 

Các hiện tượng điện từ được miêu tả một cách định lượng bằng các phương trình Maxwell, dưới dạng một nhóm phương trình đạo hàm riêng được viết trong hệ SI:

Trong môi trường dẫn đồng nhất đẳng hướng, chúng ta có các mối liên hệ:

Giả sử trường là điều hòa dạng xung  (f), với nhân tử thời gian e i t  (

 2 k2F  0

(1.6) trong đó F  E hoặc H

Trong đất, điện trở suất  thay đổi từ cỡ 1.m tới 105 m Các tần số thường

sử dụng trong MT thay đổi giữa 10 3Hzvà 10 3Hz Trong (1.5) tỷ số giữa phần thực phụ thuộc dòng dịch và phần ảo phụ thuộc vào dòng dẫn là  Lấy  là độ điện thẩm của không khí (0 910 11F m ), tỷ số này thay đổi giữa / 510 14và 510 13, điều đó cho phép bỏ qua dòng dịch so với dòng dẫn (giả thiết thứ nhất của Cagniard):



F  F z F z x( ), y( ),0

Kết quả là các phương trình (1.4) trở thành:

Từ các phương trình (1.3a) và (1.3b), chúng ta suy ra:

E E

Z Z

H H

x y

x y

i

    (1.12)

(mx,y; ny,x và  là độ lệch pha giữa E m và H n  / 4)

Một đặc trưng quan trọng của Z là đặc trưng bất biến của nó, tức là độc lập với sự định hướng của các trục đo trong mặt phẳng nằm ngang Đó là lý do để cho

Z được gọi là “trở kháng vô hướng” (scalar impedance) Từ (1.12) chúng ta có thể thu được:

Đây là công thức nổi tiếng của Cagniard là cơ sở của phương pháp MT Công thức này chỉ ra rằng có thể thu được điện trở suất của môi trường đất đá đồng nhất đẳng hướng từ việc đo một thành phần điện và một thành phần từ trực giao trên

 a, vì biến thiên của nó ít được đề cập tới

Khi cấu trúc của môi trường dưới đất là bất đồng nhất nhưng phân lớp ngang, còn được gọi là cấu trúc 1 chiều (1D), tức là nó được tạo từ nhiều lớp nằm ngang đồng nhất và đẳng hướng, điện trở suất  a giữ đặc trưng bất biến như trường hợp cấu trúc đồng nhất đẳng hướng Nó chỉ phụ thuộc vào chu kỳ T, và đường cong biến thiên phụ thuộc vào T được gọi là đường cong thăm dò MT, tạo nên cơ sở dữ liệu trong việc sử dụng thực tế phương pháp MT Dạng của nó, trong trường hợp đơn giản hai hay ba lớp, cho phép tìm ra một cách định lượng phân bố điện trở suất trong môi trường đất đá Minh giải định lượng nó là mục đích chính của phương pháp MT

1.2.3 Cấu trúc không phân lớp: Trường hợp cấu trúc hai chiều 2D

Những mối liên hệ vô hướng đã thảo luận ở phần trên không còn giá trị nữa trong trường hợp tổng quát trong đó cấu trúc của môi trường đất đá là phức tạp và không phân lớp Trong trường hợp các cấu trúc hai chiều (2D), việc thu được các mối liên hệ MT không còn trực tiếp như trong trường hợp phân lớp (1D) Chúng ta giả sử rằng trường điện từ sơ cấp là sóng phẳng phân cực ellip trong mặt phẳng OXY truyền theo hướng vuông góc dọc theo trục OZ Chúng ta phân biệt trong

trường hợp này hai kiểu phân cực: phân cực E (song song với E) và phân cực H (song song với H, còn gọi là phân cực M) (hình 1.2) Trong trường hợp thứ nhất, điện trường E bị phân cực theo hướng cấu trúc X0 và chúng ta có

E y E z H x  0 Chúng ta có thể thu được mối liên hệ giữa H y và E x từ phương trình (1.3a) như sau:

H

i

E z

Trong trường hợp thứ hai, trường từ bị phân cực, và chúng ta có

E x H y  H z  0 Từ phương trình (1.3b) chúng ta thu được mối liên hệ giữa E y

và H x như sau:

E i

H z

H z

Hình 1.2 Các kiểu phân cực

a) Phân cực E; b) Phân cực H

Theo hai hướng chính của một cấu trúc 2D, chúng ta có hai trở kháng khác nhau nhưng cùng kiểu vô hướng Do đó theo công thức của Cagniard, chúng ta có thể định nghĩa hai điện trở suất biểu kiến khác nhau tương ứng với hai phân cực E

Hình 1.3 Sự định hướng của các trục: X và Y là các trục đo,

E E

H H

x y

x y

1.2.3.2 Sự quay trục đo để tìm kiếm các hướng chính

Chúng ta hãy quay các trục OX và OY một góc  theo hướng chiều kim đồng hồ xung quanh điểm O đến OX’ và OY’ (hình 1.4) Trong hệ qui chiếu mới này các thành phần của trường telua và của trường từ trở thành:

      

E y Z H yx x Z H yy y (1.26b) với

Z yy bằng không Việc tìm kiếm này có thể được thực hiện bởi phương pháp giải

tích bằng cách tính góc  o để cho Zxx2 Zyy2 là cực tiểu, hoặc Zxy2 Z yx 2 là cực đại Trong hai trường hợp chúng ta thu được:

2 2

*

*

4

yx xy yy

xx

yx xy yy xx yx

xy yy xx o

Z Z Z

Z

Z Z Z Z Z

Z Z Z tg

 

 axy  0 2 , T Z xy  o 2 (1.29a)

 

 ayx  0 2 , T Z yx  o 2 (1.29b) Theo các công thức (1.27a) và (1.27d), người ta nhận thấy rằng:

Trong trường hợp cấu trúc 2D,   Z xx Z yy bằng 0 theo (1.23a) và (1.23d) Kết quả là

SK cũng bằng 0 Thực tế, thông số SK không chính xác bằng 0, và giá trị của nó chỉ

 ( 1 )

(1.32) với FE hoặc H, m=x hoặc y F mo là trường ở mặt đất, và

gọi là hiệu ứng da Sự tập trung được đặc trưng bởi thông số p có thứ nguyên độ dài

và được gọi là “độ sâu thâm nhập” Theo (1.33), p càng lớn khi chu kỳ T càng lớn

và điện trở suất môi trường đất đá càng lớn Với những đơn vị thực tế p tính bằng

km,  tính bằng .m, T tính bằng s, thì p 1 T

2 10 Độ sâu thâm nhập p là định

nghĩa thuần tuý toán học, nó không biểu thị độ sâu nghiên cứu, đại lượng phụ thuộc

vào cấu trúc dưới đất Dù sao đi nữa các giá trị bằng số của p cho chỉ thị về độ sâu

nghiên cứu này trong những trường hợp đơn giản Đối với phần lớn các đá thường gặp, điện trở suất thực thay đổi giữa 1 .m đến 1000 .m, khi đó độ sâu thâm nhập

có thể thay đổi giữa vài chục met tới hàng chục km đối với các chu kỳ thay đổi giữa

10 3 đến 10 3 giây Với dải chu kỳ này trong những điều kiện thuận lợi có thể sử dụng phương pháp MT để nghiên cứu đầy đủ vỏ Trái Đất từ bề mặt tới độ sâu 20 –

30 km Hình 1.5 minh họa độ sâu thâm nhập của sóng điện từ phụ thuộc vào điện

trở suất và chu kỳ

Hình 1.5 Độ sâu thâm nhập của sóng điện từ phụ thuộc vào chu kỳ và điện trở suất

1.2.5 Cơ sở địa điện của phương pháp đo sâu từ telua

Như đã nêu ở trên thông số vật lý đo đạc được bằng phương pháp đo sâu từ telua là độ dẫn điện, đo bằng S/m Nhưng thông số thường hay được đề cập tới là nghịch đảo của độ dẫn chính là điện trở suất Định luật Archie, ban đầu được đưa ra

để miêu tả độ dẫn của trầm tích bão hòa nước, thường được coi là xấp xỉ bậc nhất đối với độ dẫn tổng cộng của môi trường:

m f

m  

Hỡnh 1.6 Điện trở suất của đất đỏ và khoỏng vật (Qomarudin, 1994) [28]

Trong đú m và f là độ dẫn của mụi trường đỏ khối và của chất lỏng một cỏch tương ứng, số mũ m cú giỏ trị nằm giữa 1 và 2; giỏ trị 2 được chỉ ra bằng thực nghiệm là thớch hợp đối với một dải rộng cỏc đỏ tới độ sõu vựng giữa vỏ Trỏi Đất Điện trở suất của đất đỏ trong vỏ Trỏi Đất cú thể thay đổi nhiều bậc độ lớn (hỡnh 1.6, hỡnh 1.7) và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ rỗng, phõn bố của phần rỗng, chất lỏng chứa trong đú (hũa tan ớt nhiều muối), hàm lượng cỏc nguyờn

tố dễ bay hơi, sự cú mặt của một số khoỏng vật dẫn, như cỏc sulfure kim loại và than chỡ [20] Điều phải chỳ ý là tồn tại sự tương phản nhất định giữa cỏc đỏ trầm tớch trẻ (độ gắn kết yếu, điện trở suất nhỏ) và cỏc đỏ trầm tớch cổ (cú độ gắn kết lớn hơn, điện trở suất lớn hơn), sự tương phản mạnh của điện trở suất giữa cỏc đỏ trầm tớch dự trẻ hay cổ (cú điện trở suất 10-1000 .m) và cỏc đỏ hoả thành và đỏ biến chất của phần vỏ bờn trờn (điện trở suất 1000 - 10000 .m) Đối với mụi trường phõn lớp, bất đẳng hướng, thỡ điện trở suất theo hướng dọc theo lớp sẽ nhỏ hơn điện

100.000 10.000 1.000 100 10 1 0,1 0,01

Băng nước biển

Permafrost Nước ngọt

Nước mặn

Nước, nước ngầm

Đôlômit, đá vôi Cuội kết

Than non, than

Cát kết

Đá phiến

Tills

Sỏi và cát Sét

Các đá trầm tích

(Đá biến chất)

Vỏ cứng Felsic)

Vùng mềm Mafic

Độ dẫn (mS/m)

0,01 0,1 1 10 100 1.000 10.000 100.000

trở suất theo hướng vuông góc với mặt phân lớp Trong thực tế điều này thường gặp khi đo đạc ở khu vực các đứt gãy, hoặc các vùng đá biến chất bị phân phiến, điện trở suất dọc theo hướng đường phương của đứt gãy (hoặc theo hướng phân phiến)

sẽ nhỏ hơn điện trở suất theo hướng vuông góc với đường phương của đứt gãy (vuông góc với hướng phân phiến) Các đặc trưng về điện trở suất nêu trên là những dấu hiệu quan trọng để có thể nghiên cứu cấu trúc địa chất nói chung và nghiên cứu cấu trúc của các đứt gãy nói riêng qua việc tìm hiểu cấu trúc điện trở suất của môi trường thu được từ việc đo đạc thăm dò sâu từ telua

Hình 1.7 Dải điện trở suất của các vật liệu (Jones, 1992) [20]

1.000.000 100.000 10.000 1.000 100 10 1 0,1 0,01

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG ĐỨT GÃY KHU VỰC NGHIÊN CỨU

VÀ CÔNG TÁC THU THẬP SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ TELUA

2.1 Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu

Đứt gãy là một yếu tố kiến tạo rất quan trọng của vỏ Trái Đất và thạch quyển Hệ thống đứt gãy được hình thành và phát triển trong suốt lịch sử tiến hóa địa chất lâu dài của Trái Đất từ cách nay hơn 4 tỷ năm Trên bình đồ kiến trúc hiện đại của địa cầu còn lưu giữ mạng lưới đứt gãy hết sức phức tạp, gồm nhiều chủng loại khác nhau về kích cỡ, đường phương phát triển, về cơ chế tạo thành, về vai trò của chúng trong cấu trúc địa chất vỏ Trái Đất

Tại Việt Nam, hệ thống Đứt gãy hết sức phức tạp và đa dạng về độ lớn cũng

như tuổi thành tạo Hình 2.1 thể hiện các đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam [9]

Hình 2.1 Sơ đồ các đứt gãy chính ở Việt Nam (Trần Văn Trị & Vũ Khúc, 2009)

Đới đứt gãy sông Hồng (ĐĐGSH) là hệ thống đứt gãy lớn nhất, hoạt động mạnh mẽ nhất và phá huỷ, phiêu di các khối kiến trúc mạnh nhất ở lãnh thổ Việt Nam Trên đất liền đới có chiều dài hơn 1560 km, bắt nguồn từ Veixi, Trung Quốc chạy dọc theo thung lũng sông Hồng phương Đông Nam xuống Lào Cai, tiếp tục phát triển tới bờ biển Việt Nam rồi đổi hướng và kéo xuống tận Nam Biển Đông (hình 2.2) Phần ĐĐGSH trên lãnh thổ Trung Quốc đã được nghiên cứu khá đầy đủ, trong khi đó phần còn lại trên lãnh thổ Việt Nam lại chưa được nghiên cứu chi tiết

Vì vậy công tác nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, địa động lực và hoạt động động đất ĐĐGSH trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam là cần thiết và có ý nghĩa khoa học

Hình 2.2 Sơ đồ Đới Đứt gãy sông Hồng đoạn Lào Cai – Ninh Bình

(Tạ Trọng Thắng 2002)

Trên lãnh thổ Việt Nam, ĐĐGSH kéo dài trên diện rộng nên có tầm ảnh hưởng và vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới các công trình xây dựng, các nhà máy thủy điện (Thác Bà, Hòa Bình, sông Đà…) hay các khu công nghiệp lớn ở miền Bắc Việt Nam cũng như hệ thống đê điều của đồng bằng Bắc Bộ, các mỏ khoảng sản, dầu khí….ĐĐGSH hoạt động tích cực trong giai đoạn hiện đại, gây ra nhiều tai biến địa chất môi trường như động đất, trượt lở đất đá, xói mòn bờ sông Hậu quả để lại nghiêm trọng đối với nền kinh tế quốc dân và đời sống an sinh xã hội nên việc tìm hiểu nắm rõ các cơ chế hoạt động kiến tạo, cơ chế dịch chuyển nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng, quy hoạch các công trình, phát triển bền vững vấn đề an sinh xã hội trong khu vực nghiên cứu

Hoạt động của ĐĐGSH là nhân tố quan trọng trong việc hình thành hai loại kiến trúc đặc biệt Loại thứ nhất là dải biến chất cao của móng uốn nếp cổ kéo dài từ Veixi đến Việt Trì Loại kiến trúc thứ hai là bồn Kainozoi sông Hồng kéo dài từ nam Việt Trì, dọc theo đồng bằng sông Hồng ra vịnh Bắc Bộ và tiếp tục kéo dài đến vùng thềm lục địa Quy Nhơn (cù lao Xanh) với tổng chiều dài trên 1.500 km và chiều rộng tối đa đến 150 km Trong lịch sử phát triển Kainozoi, ĐĐGSH đóng vai trò một kiến trúc phá hủy kiến tạo cơ bản trên bình đồ kiến trúc hiện đại của lãnh thổ và vùng biên Việt Nam nói riêng và Đông Nam Châu Á nói chung [3]

Các công trình nghiên cứu gần đây mà tiêu biểu nhất là công trình nghiên cứu của P.Tapponier [31] trong các năm 80, 90 của thế kỷ 20 đã khẳng định ĐĐGSH là hệ thống trượt bằng (Stripke slip) quy mô hành tinh được tạo ra trong Kainozoi do quá trình xô húc của mảng Ấn Độ vào mảng Âu – Á làm khối Sundaland thúc trượt và quay dọc đới đứt gãy này

Vào Kainozoi sớm đứt gãy trượt bằng trái với cự ly bằng hoặc lớn hơn 500

km, làm dịch chuyển khối Nam Trung Hoa về phía Tây Bắc, còn khối kiến trúc Indosinia dịch về phía Đông Nam Rìa các khối kiến trúc này bị phá huỷ mạnh mẽ, sinh kèm hàng loạt đứt gãy cấp 3 cùng phương, cùng tính chất dịch ngang trái mạnh như đứt gãy sông Lô, sông Chảy, Yên Bái - Nghĩa Lộ, Mù Cang Chải - Phong Thổ

Kèm theo đứt gãy cấp 3 này là các đới đứt gãy sông Công - Đại Từ Ngoài đới đứt gãy cấp 2 trên còn có các đới đứt gãy lông chim sinh kèm có phương Á vĩ tuyến Bắc Ninh - Mông Dương Vào Kainozoi muộn tất cả các đứt gãy cấp 3,4 sinh kèm với phương Tây Bắc - Đông Nam đều có tính chất dịch trượt phải mạnh mẽ và đẩy khối kiến trúc Indosinia về phía Tây Bắc, tạo lực ép mạnh dọc đứt gãy Lai Châu - Điện Biên Trong khi đó khối kiến trúc Nam Trung Hoa đẩy về Đông Nam và gây lực ép mạnh dọc đới đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam là Bắc Ninh - Mông Dương Hàng loạt đoạn, khúc ngăn, dọc theo các đứt gãy thuộc hệ đứt gãy sông Hồng bắt gặp di chỉ của các pha hoạt động đứt gãy vào thời kỳ Mesozoi muộn Cấu trúc địa chất về hai cánh của đứt gãy sông Hồng hoàn toàn xa lạ nhau, không thể nào gép nối được với nhau, và tới thời kỳ Kanoizoi chúng mới kề ghép lại với nhau Nếu kéo ghép phần Tây Bắc Việt Nam về phía Tây bắc 500 - 600 km ta có thể thấy rằng vào Paleozoi, thậm chí cả Mesozoi đứt gãy sông Hồng không đóng vai trò phân chia kiến trúc lớn có chế độ địa động lực khác nhau Vùng Hà Giang và vùng Thanh Hoá vào Paleozoi sớm là một bồn trầm tích thống nhất kiểu rìa lục địa thụ động [1]

Nếu lưu ý rằng, dãy núi Con Voi nằm kẹp giữa đứt gãy sông Hồng về phía Tây Nam và đứt gãy sông Chảy về phía Đông Bắc thì hoạt động dịch trượt của ĐĐGSH xảy ra trong Kainozoi do khối Ấn Độ xô húc vào khối Âu Á trong Kainozoi đã làm khối Indochina dịch trượt, tạo ra đới biến dạng sâu nhiệt độ cao dọc dãy núi Con Voi Quá trình dịch trượt đã làm tăng áp suất, nhiệt độ, dẫn tới làm tái nóng chảy cục bộ đá có thành phần axit và phát triển mạnh quá trình migmatit và granit đồng sinh [8]

Trên lãnh thổ Việt Nam hoạt động của ĐĐGSH không chỉ tạo ra đới biến chất dãy núi Con Voi ở phía Tây Bắc, mà còn tạo ra trên đồng bằng và vịnh Bắc Bộ bồn trầm tích sông Hồng Bồn trầm tích này được lấp đầy bởi các thành tạo

Kainozoi dày 14 - 15 km và được khống chế về phía Tây Nam bởi các đứt gãy sông

Hồng, sông Chảy, còn về phía Tây Bắc là các đứt gãy sông Lô, đứt gãy Kiến Thụy

Sự tồn tại bồn trũng sông Hồng là minh chứng có sức thuyết phục cao về hoạt động

mà ĐĐGSH tạo ra trong Kainozoi

Trong đề án nghiên cứu trọng điểm thuộc chương trình nghiên cứu cơ bản

“Đới ĐGSH, đặc điểm địa động lực, sinh khoáng và ảnh hưởng đối với môi trường hiện đại” tác giả Phạm Năng Vũ và nnk có nghiên cứu cấu trúc sâu đới đứt gãy

sông Hồng từ các số liệu đo địa vật lý như địa chấn, trọng lực [8]… Các kết quả xử

lý tổng hợp các số liệu địa chấn, trọng lực và số liệu đo mật độ đất đá dọc thành giếng khoan tại một số tuyến cắt qua đới đứt gãy đã khẳng định đới ĐGSH là đới đứt gãy sâu, hoạt động của nó đã làm Manti trồi nhô cao đáng kể, so với các khu

vực nằm ngoài đới đứt gãy thì mặt Moho trồi cao hơn từ 4 km đến 6 km Đồng thời

càng về phía trung tâm đới lún chìm sâu của bồn trũng sông Hồng Manti thượng trồi lên càng cao Hoạt động nâng trồi của Manti đã làm phun trào bazan ở trung tâm bồn trũng sông Hồng và có thể làm nóng chảy các lớp đá nằm sát mặt Moho

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hoạt động của ĐĐGSH bao gồm các pha như

sau: Pha tách giãn Eocen và Oligocen (3630 tr.n), pha nén ép sớm vào cuối Oligocen (3025.5 tr.n), pha tách giãn muộn xảy ra ở khu vực giữa đứt gãy sông Lô

và sông Chảy vào Miocen sớm (25.515.5 tr.n), pha bình ổn cuối Miocen (15.510.5 tr.n), pha nén ép muộn cuối Miocen muộn đầu Pliocen (xấp xỉ 5.5 tr.n),

pha đơn nghiêng bình ổn và hoạt động tách giãn ở phần Tây Nam vịnh Bắc Bộ

Hoạt động của đới đứt gãy chủ yếu tập trung dọc một địa hào hẹp nằm giữa đứt gãy Kiến Thụy và đứt gãy sông Lô ở phía Đông Bắc và đứt gãy sông Hồng, sông Chảy về phía Tây Nam Đồng thời hoạt động của đới đứt gãy có xu hướng dịch chuyển dần từ phía Đông Bắc về phía Tây Nam Ở khu vực đồng bằng và vịnh Bắc Bộ hoạt động của đới đứt gãy tạo ra một hệ thống đứt gãy sụt bậc mở rộng dạng đuôi ngựa làm bồn trũng sông Hồng tụt bậc sâu dần về phía Tây Nam

Các đứt gãy của ĐĐGSH có xu hướng xoay đường phương theo chiều kim đồng hồ làm các đứt gãy nằm ở phía Nam vùng biển Thanh Hóa bị xoay đi một góc 20°, từ hướng Tây Bắc – Đông Nam song song hướng kinh tuyến Sự thay đổi

đường phương của các đứt gãy là dấu hiệu chỉ ra rằng, trong quá trình thúc trượt vào mảng Âu – Á, khối Indochina bị trượt xoay theo chiều kim đồng hồ

Theo tác giả Trần Nghi bồn trũng sông Hồng là khu vực có hoạt động địa chất và kiến tạo hết sức phức tạp, thành phần thạch học bồn trũng sông Hồng được lấp đầy bởi trầm tích cát bột sét có nguồn gốc phong hóa chủ yếu từ miền xâm thực của phức hệ sông Hồng Cát kết đa khoáng chọn lọc và mài mòn kém: acko-litic, thạch anh-litic, grauvac và grauvac-litic, từ dưới lên trên thành hệ lục nguyên được cung cấp và phân dị từ một nguồn chính là do sông Hồng cổ mang tới, được sắp xếp thành 7 chu kỳ trong mối quan hệ nhân quả với hoạt động địa động lực Vì vậy các chu kỳ trầm tích của bồn sông Hồng được cấu thành bởi các phức hệ tướng châu thổ, đầm lầy ven biển và biển nông [10]

Bên cạnh các nghiên cứu về đặc điểm biến dạng và biến chất, thành phần dọc ĐĐGSH, rất nhiều công trình nghiên cứu đã được triển khai nhằm xác định tuổi của quá trình biến chất Theo Leloup P.H thì zizcon, monazite và titanit amphibol của

khối Diancang Shan và Ailao Shan nằm dọc ĐĐGSH có tuổi 2628 tr.n Tương tự các đá Gnei của dãy núi Con Voi có tuổi từ 26.830.6 tr.n [22]

Đứt gãy có phương phát triển Tây Bắc - Đông Nam, cắm về phía Đông Bắc

và tạo nên bậc địa hình mặt ranh giới cơ bản vỏ Trái đất Độ chênh lênh lệch độ sâu

về hai cánh của đứt gãy đối với mặt Moho có thể đạt tới 45 km (3236 và 2834 km), tương ứng như vậy đối với mặt Conrad và mặt kết tinh là 46 km (1218 km)

và 24 km (04 km) Có nơi có thể đạt giá trị 8 km biến động mặt Conrad như ở khu vực trung tâm trũng sông Hồng Độ sâu ảnh hưởng của đứt gãy là lớn hơn 60 km

Trên bản đồ dị thường trọng lực Bouguer, đứt gãy sông Hồng thể hiện rõ nét phân

chia miền cấu trúc Phía Đông bắc là cấu trúc dương tương đối, biểu hiện là các đường đồng mức (Từ Lào Cai đến Yên Bái) và cục bộ nhỏ nối nhau thành chuỗi

(đoạn cuối đứt gãy), có giá trị thay đổi trong khoảng -455 mGal Phía Tây Nam là

cấu trúc âm tương đối, thể hiện là các đường đồng mức dạng dải theo phương đứt

gãy có giá trị dị thường -7010 mGal Bản thân đứt gãy trùng với dải gradient

ngang dị thường trọng lực có cường độ trung bình 1 3mGal /km Đứt gãy cũng thể

hiện ranh giới phân chia miền cấu trúc dị thường từ hàng không, thành phần Ta Phía Đông Bắc là cấu trúc dương tương đối, thể hiện là các đường đồng mức dạng

dải và dị thường cục bộ nhỏ có giá trị thay đổi trong khoảng -16040 nT Phía Tây

nam là cấu trúc âm tương đối, thể hiện là các đường đồng mức rất lớn và dị thường cục bộ với giá trị âm và dương xen kẽ nhau ở đoạn từ Yên Bái đến Nam Định có giá

trị dị thường -400200 nT Gradient ngang trung bình dị thường từ cục bộ nhỏ tạo

thành chuỗi cùng phương đứt gãy cường độ trung bình 35nT /km, đoạn giữa đứt gãy

gần Hà Nội có giá trị cường độ 1020nT /km

Theo tác giả Nguyễn Đăng Túc, ĐGSH gồm đứt gãy chính, một đứt gãy phụ lớn và một số đứt gãy phụ nhỏ Đứt gãy chính giới hạn phía Tây Nam dải biến chất dãy núi Con Voi và cũng là giới hạn phía Tây Nam các trũng Kanozoi, nằm ở phía nam sông Hồng, biểu hiện rõ trên bề mặt địa hình Về phía Đông Bắc đứt gãy chính

có đứt gãy phụ Lào Cai - Việt Trì dài chừng 250 km, phương TB - ĐN, giới hạn

Đông Bắc các trũng Kainozoi, nằm ở phía bắc sông Hồng Đứt gãy Lào Cai - Việt Trì tách từ đứt gãy chính ở gần điểm địa đầu biên giới Việt - Trung, cách đứt gãy chính chừng 1 km ở thị xã Lào Cai, chừng 9 km ở Việt Trì [7]

Đứt gãy Lào Cai - Việt Trì tách ra ít nhất 4 đứt gãy phụ dài 4 - 5 km về phía

Đông Bắc, kết hợp với hướng trượt phải của đới đứt gãy tạo nên cấu trúc kiểu đuôi ngựa, có tính chất đứt gãy nghịch Ở giữa đứt gãy chính và đứt gãy Lào Cai - Việt Trì, theo dấu hiệu địa mạo còn có các đứt gãy phụ ngắn phương á kinh tuyến, dài 1-

5 km Về phía Tây Nam đứt gãy chính từ Lào Cai đến Việt Trì chia làm ba phân đoạn: Bát Xát - Bảo Thắng, Bảo Thắng - Văn Yên, Văn Yên - Thanh Thuỷ Ngăn cách giữa các phân đoạn là trũng tách giãn lớn lấp đầy trầm tích Đệ tứ (hình 2.3)

Hình 2.3 Kiến trúc đới đứt gãy sông Hồng – sông Chảy đoạn Lào Cai – Việt Trì

ĐGSH: Đứt gãy sông Hồng, ĐGSC: Đứt gãy sông Chảy, ĐGĐH – TH:

Đứt gãy Đoan Hùng – Tiền Hải, ĐGLC – VT: Đứt gãy Lào Cai – Việt Trì

Trên đây là những giới thiệu sơ lược về hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu, việc tìm hiểu những vấn đề này giúp ích cho tác giả có những khái quát hơn về đối tượng nghiên cứu, từ đó việc áp dụng phương pháp đo sâu từ telua vào tìm hiểu đối tượng sẽ đưa đến những kết luận chính xác hơn và đem lại hiệu quả cao trong quá trình nghiên cứu