Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Địa Vật lý: Mô hình cấu trúc vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam trên cơ sở tài liệu địa chấn và trọng lực

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "Mô hình cấu trúc vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam trên cơ sở tài liệu địa chấn và trọng lực" là xây dựng mô hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam bằng tài liệu địa chấn và tài liệu trọng lực.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Địa Vật lý: Mô hình cấu trúc vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam trên cơ sở tài liệu địa chấn và trọng lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ............***............ LẠI HỢP PHÒNG MÔ HÌNH CẤU TRÚC VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN VÀ TRỌNG LỰC Chuyên ngành: Địa vật lý Mã số: 62 44 02 10 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA VẬT LÝ Hà Nội - 2016
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Đinh Văn Toàn 2. GS. TS. Chau Huei-Chen Phản biện 1: GS. TS Bùi Công Quế Phản biện 2: PGS. TS Đỗ Đức Thanh Phản biện 3: TS. Lê Tử Sơn Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học Viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi ...... giờ ........ phút .........ngày ........ tháng ........ năm 20...... Có thể tìm luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc Gia Việt Nam.
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Cho đến nay các sơ đồ cấu trúc sâu vỏ Trái Đất cho toàn lãnh thổ hoặc từng vùng như lãnh thổ phía Bắc cũng đều được xây dựng bằng phân tích tài liệu trọng lực. Do bài toán trọng lực có tính đa trị tương đối cao làm cho việc đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ này gặp khó khăn. Ngoài ra, một số kết quả nghiên cứu cấu trúc sâu bằng địa chấn động đất, nhưng do mạng máy ghi quá thưa nên tài liệu này chỉ phản ánh tính trung bình của cấu trúc vỏ, chỉ thích hợp cho các nghiên cứu mang tính khu vực. Ngoài các tài liệu trên một số tuyến đo sâu từ Tellua cũng đã được thực hiện, trong kết quả nghiên cứu cũng đã tiến hành dự đoán về cấu trúc vỏ Trái đất thông qua đặc điểm phân bố của các cấu trúc dẫn điện. Như vậy ở thời điểm hiện tại chưa có được sơ đồ cấu trúc sâu nào khẳng định độ tin cậy bảo đảm. Tài liệu địa chấn dò sâu là tài liệu nghiên cứu cấu trúc sâu định lượng hơn cả trong các phương pháp địa vật lý. Do vậy đề tài " Mô hình cấu trúc vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam trên cơ sở tài liệu địa chấn và trọng lực" của nghiên cứu sinh (NCS) được đặt ra là một cách tiếp cận mới giải quyết vấn đề nêu trên, chính vì vậy đề tài nghiên cứu có tính thời sự, khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu của luận án Xây dựng mô hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam bằng tài liệu địa chấn và tài liệu trọng lực. 3. Nhiệm vụ của luận án - Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất theo tài liệu địa chấn dò sâu.
2 - Phân tích kết hợp tài liệu địa chấn dò sâu và tài liệu trọng lực nghiên cứu đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam. 4. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi vùng nghiên cứu của đề tài dự kiến giới hạn trong phần lãnh thổ phía Bắc, khoảng từ vĩ tuyến 190N trở ra, bao gồm vùng Tây Bắc và vùng Đông Bắc theo bản đồ địa chất, kiến tạo. 5. Những điểm mới - Luận án đã khai thác tài liệu địa chấn dò sâu lần đầu tiên được thực hiện ở Việt Nam. Kết quả mô hình hóa tài liệu địa chấn đã xây dựng được mặt cắt cấu trúc vỏ Trái đất có cơ sở tin cậy, trong đó vận tốc truyền sóng dọc trung bình trong lớp trầm tích trong khoảng 5,3 đến 5,5 km/s, lớp granit khoảng 6,0 đến 6,2 km/s lớp bazan trong khoảng 6,8 - 7,0 km/s và lớp dưới vỏ là xấp xỉ 8,0 km/s. - Sử dụng mặt cắt cấu trúc theo tài liệu địa chấn làm tài liệu tựa, bằng bài toán mô hình hóa tài liệu trọng lực cho tuyến dọc theo tuyến đo địa chấn đã đánh giá được mối quan hệ giữa mật độ các lớp trong vỏ Trái đất và vận tốc truyền sóng. Kết quả này cho phép giảm được tính đa trị của bài toán ngược trọng lực trong vùng nghiên cứu. Điều này cũng phản ánh cơ sở tin cậy hơn của sơ đồ cấu trúc vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam xây dựng được thông qua giải bài toán ngược trọng lực vùng nghiên cứu. 6. Luận điểm bảo vệ - Cấu trúc vận tốc vỏ Trái đất dọc theo hai tuyến địa chấn dò sâu trên lãnh thổ miền Bắc Việt Nam. - Phân tích kết hợp tài liệu địa chấn và tài liệu trọng lực xây dựng mô hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam.
3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Mô hình cấu trúc vận tốc sóng địa chấn trong vỏ Trái đất và kết quả phân tích tài liệu trọng lực với độ tin cậy cao hơn là cơ sở góp phần làm sáng tỏ thêm đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam. - Sơ đồ cấu trúc sâu vỏ Trái đất được hoàn thiện thêm một bước trong nghiên cứu này là nguồn tài liệu có ích cho các nghiên cứu sâu hơn về địa động lực và nguy cơ tai biến địa chất trong vùng nghiên cứu. 8. Cơ sở tài liệu Luận án được xây dựng chủ yếu trên cơ sở tài liệu của chính bản thân NCS thu thập tại Viện Địa chất thực hiện trong quá trình tham gia các đề tài nghiên cứu khoa học các cấp từ năm 2002 đến nay; từ hơn 10 công bố trên các tạp chí và hội thảo khoa học trong và ngoài nước. Ngoài ra, NCS còn chọn lọc tham khảo hơn 70 công trình nghiên cứu đã công bố có liên quan. 8. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, phụ lục và tài liệu tham khảo luận án gồm 04 chương. Luận án được trình bày trong 118 trang đánh máy và hơn 50 hình vẽ và bảng biểu. Cấu trúc của Luận án được trình bày như sau: - Chương 1: Lịch sử nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ miền Bắc Việt Nam. - Chương 2: Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam. - Chương 3: Kết quả nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam bằng tài liệu địa chấn và tài liệu trọng lực.
4 - Chương 4: Đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất lãnh thổ miền Bắc Việt Nam. CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 1.1. SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU Miền Bắc Việt Nam có bốn miền cấu trúc: Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Việt Nam, Bắc Trung Bộ và Thượng Lào. Ranh giới giữa chúng là các đứt gãy lớn như Sông Hồng, Lai Châu-Điện Biên và Sông Mã. Bình đồ cấu trúc trong mỗi miền gồm có các cấu trúc vòm, phức nếp lồi, phức nếp lõm, các trũng chồng gối, các hố sụt và cấu trúc tách giãn dạng Rift. Miền Đông Bắc Bộ đặc trưng bởi kiểu cấu trúc đẳng thước, vòng cung, trong đó có phức nếp lồi Sông Lô, phức nếp lồi Dãy núi Con Voi, phức nếp lồi Bắc Thái - Hạ Lang, phức nếp lồi Quảng Ninh, phức nếp lõm Sông Gâm, phức nếp lõm An Châu, võng chồng Sông Hiến. Ranh giới giữa các cấu trúc thường là đứt gãy: Sông Chảy, Sông Phó Đáy, Phú Lương-Yên Minh, QL13A-Sông Thương và Yên Tử. Ngoài ra còn có cấu trúc dạng Rift Sông Hồng và các hố sụt: Cao Bằng, Thất Khê, Lộc Bình, Hoành Bồ. Miền Tây Bắc Việt Nam đặc trưng bởi kiểu cấu trúc tuyến tính, kéo dài theo phương tây bắc - đông nam, trong đó có phức nếp lồi Fansipan, phức nếp lồi Sông Mã, phức nếp lõm Sông Đà, trũng chồng gối Tú Lệ. Ranh giới giữa các cấu trúc cũng là các đứt gãy Phong Thổ, Than Uyên, Mường La-Bắc Yên-Chợ Bờ, Sơn La. Ngoài ra còn có các hố sụt, trũng - địa hào Kainozoi: Nghĩa Lộ, Hoà Bình - Bất Bạt, Thanh Hoá. Trong miền cấu trúc Bắc Trung Bộ, thuộc khu vực Miền Bắc Việt Nam, có khối nhô Phu Hoạt, phức nếp lõm Sông Cả, trũng chồng gối Sầm
5 Nưa. Còn trong miền cấu trúc Thượng Lào, thuộc khu vực Miền Bắc Việt Nam chỉ có phức nếp lõm Mường Tè. 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM Có nhiều cách tiếp cận sử dụng các phương pháp địa vật lý để nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất: phương pháp mô hình hoá tài liệu trọng lực và từ, phương pháp từ Tellua, phương pháp phân tích trường sóng địa chấn do động đất gây ra, v.v.... Tuy nhiên, cho đến nay phương pháp địa vật lý được coi có độ tin cậy cao nhất trong nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất vẫn là phương pháp địa chấn dò sâu [32, 33, 57, 61, 64, 65, 68, 69, 72]. Ở nước ta, việc nghiên cứu xây dựng các sơ đồ cấu trúc sâu vỏ Trái đất trên cơ sở sử dụng tài liệu địa vật lý lãnh thổ Việt Nam đã được bắt đầu đề cập đến trong một số công trình từ sau những năm 70 của thế kỷ trước [12]. Dưới đây sẽ nêu ra một số kết quả nổi bật về nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái đất miền Bắc Việt nam theo các phương pháp nghiên cứu khác nhau. 1.2.1 Phương pháp từ Tellua Tổng cục Dầu khí là nơi áp dụng đầu tiên phương pháp từ Tellua cho việc nghiên cứu cấu trúc sâu miền võng Hà Nội vào những năm 1971 - 1976 [12]. Năm 1994 - 1995 các tác giả thuộc Viện Vật lý Địa cầu đã thực hiện một số tuyến đo sâu từ Tellua. Kết quả đo đạc trên các tuyến cho phép đưa ra mặt cắt tương đối sâu về cấu trúc địa điện của miền võng Hà Nội [47, 48]. Trong những năm 2004 - 2005, 3 tuyến đo sâu từ Tellua, mỗi tuyến dài khoảng 35 km đã được tiến hành ở khu vực miền võng Hà Nội (vùng Thái Bình – Nam Định), với mục đích đánh giá chi tiết cấu trúc sâu vùng trũng, nhất là đánh giá độ sâu móng cố kết trước Kainozoi phục vụ việc tìm kiếm dầu khí [13, 14].
6 Trong công trình [15] các tác giả đã tiến hành 02 tuyến đo sâu từ tellua từ Thái Nguyên đi Hòa Bình và Hòa Bình - Thanh Hóa. Kết quả đã xây dựng mô hình mặt cắt cấu trúc sâu dựa theo đặc điểm độ dẫn của vật chất trong vỏ Trái đất. Các tác giả đã phân chia vỏ Trái đất dọc các tuyến đo theo các ranh giới phân lớp cơ bản theo kiểu vỏ Phanerozoi. Phân bố điện trở suất dọc theo hai tuyến này cũng cho phép các tác giả khoanh định các đứt gãy lớn như đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Sông Chảy, đứt gãy Sơn La, Mường La - Bắc Yên,... 1.2.2 Phương pháp thăm dò từ và trọng lực thăm dò Sơ đồ đầu tiên về bề dày vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam được xây dựng trên cơ sở tính tương quan giữa tài liệu trọng lực và địa hình được ra đời vào năm 1971 [12]. Năm 1978, trên cơ sở sử dụng các thuật toán biến đổi trường trọng lực và từ, tác giả Quách Văn Gừng đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các trường biến đổi với ranh giới các bề mặt cơ bản trong vỏ Trái đất đã xây dựng được sơ đồ cấu trúc các bề mặt móng kết tinh, Conrad và Moho cho vùng lãnh thổ phía Bắc. Việc nghiên cứu cấu trúc sâu bằng các phương pháp từ và trọng lực được đẩy mạnh lên rất nhiều nhờ ứng dụng các thuật toán phân tích mới và bổ sung nhiều số liệu khảo sát, nhất là từ khi các bản đồ dị thường từ tỉ lệ 1: 200 000 và bản đồ trọng lực Bouguer tỉ lệ 1: 500 000 hầu như phủ kín lãnh thổ cả nước ra đời. Trong số đó, đáng ghi nhận nhất phải kể đến các công trình của Bùi Công Quế và Cao Đình Triều thực hiện vào những năm 80 và 90 của thế kỷ trước. Bằng phân tích tổng hợp các tài liệu trọng lực và từ, kết hợp sử dụng các kết quả nghiên cứu cấu trúc theo tài liệu địa chấn động đất trong những năm 80 tác giả Bùi Công Quế đã xây dựng được sơ đồ cấu trúc vỏ Trái đất và các hệ thống đứt gãy chính cho lãnh thổ Việt Nam [18,19].
7 Năm 1985 trên cơ sở phân tích tài liệu trọng lực, kết hợp sử dụng các tài liệu địa chất và địa vật lý khác, tác giả Cao Đinh Triều đã xác định mối quan hệ giữa đặc điểm trường trọng lực nâng lên các độ cao khác nhau với các ranh giới cơ bản trong cấu trúc vỏ [36, 37]. Trong các công trình [38, 39, 40, 41, 45, 76] các tác giả đã sử dụng số liệu trọng lực và các nguồn số liệu khác liên quan, bằng các phương pháp biến đổi trường nghiên cứu cấu trúc sâu lãnh thổ Việt nam đã xây dựng được bản đồ cấu trúc đứt gãy và địa động lực hiện đại lãnh thổ Việt Nam và lân cận. Trong công trình [42] tác giả sử dụng cơ sở quan hệ hồi quy giữa độ sâu các mặt ranh giới cơ bản vỏ Trái đất và thành phần trường trọng lực để phân chia cấu trúc vỏ Trái đất khu vực miền Bắc Việt Nam theo dạng vỏ lục địa với các miền khác biệt. Năm 1989 tác giả công trình [28] đã sử dụng nhóm các phương pháp phân tích thống kê và biến đổi trường để xây dựng bản đồ đẳng sâu móng trước Kainozoi vùng đồng bằng Sông Hồng. Trên cơ sở coi kết quả nghiên cứu bằng phương pháp từ Tellua như tài liệu tựa, tác giả công trình [7] đã tiến hành phân tích lại các tài liệu trọng lực bằng xây dựng sơ đồ bề mặt các ranh giới cơ bản trong vỏ Trái đất ở vùng lãnh thổ phía Bắc. Kết quả thu được có mức độ chi tiết khá cao và có nhiều điểm rất khác so với các nghiên cứu trước cả về độ sâu phân bố lẫn hình thái cấu trúc của các mặt ranh giới Moho và Conrad. Ngoài các công trình như vừa nêu, các kết quả nghiên cứu về phân bố các hệ thống đứt gãy và cấu trúc vỏ Trái đất, xác định bề dày các bồn trầm tích được phản ánh trong các công trình của các tác giả khác [11, 16, 17, 24, 25, 30, 39, 46]. 1.2.3 Phương pháp địa chấn Ngoài các nghiên cứu như nêu trên, về cấu trúc sâu còn một số tác giả cũng đã tận dụng các số liệu ghi động đất để tính toán bề dày vỏ Trái đất
8 lãnh thổ Việt Nam nói riêng đã được tiến hành trong các công trình khác nhau [4, 8, 9, 10, 22, 27]. Dựa trên phân tích thời gian truyền sóng và tính phổ Fourier tác giả công trình [4, 22] đã xây dựng mô hình lát cắt vận tốc truyền sóng tại một số điểm khác nhau ở miền Bắc Việt Nam. Mô hình lát cắt cấu trúc cũng được phản ánh trong mặt cắt phân bố vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Trái đất lãnh thổ Bắc Việt Nam theo lý thuyết tia [26, 73]. Một số đặc điểm về cấu trúc sâu thạch quyển cũng được phản ánh theo cấu trúc của trường sóng ngang được xây dựng trên cơ sở phân tích đặc điểm phân tán vận tốc sóng mặt trong vỏ [31]. Với việc sử dụng các băng sóng động đất mạnh giai đoạn 1966-1990, các tác giả của công trình [43,44] đã áp dụng phương pháp phân tích bằng cách xấp xỉ Taylor khi giải bài toán động học phi tuyến ba chiều sóng địa chấn đã nhận được một số mô hình vận tốc truyền sóng dọc P đối với thạch quyển và manti. Năm 1996 tác giả công trình [20] đã nghiên cứu xác định biểu đồ thời khoảng dựa trên số liệu động đất của Việt Nam và thế giới, xây dựng mô hình lát cắt vận tốc của vỏ Trái đất khu vực Miền Bắc Việt Nam. Từ đó đã xác định được các vận tốc của sóng p (Vp) trong mô hình 4 lớp. Mô hình này được kiểm nghiệm qua trận động đất mạnh trong khu vực Tuần Giáo (24.6.1983). Trong các công trình [51, 77, 52, 53, 54] trên cơ sở phân tích thời gian truyền của sóng P và các tài liệu khác, các tác giả đã xây dựng được mặt cắt vận tốc sóng P trong vỏ Trái đất ở Việt Nam. Tác giả công trình [8] đã đề ra một cách tiếp cận tổng hợp áp dụng đồng thời các kết quả nghiên cứu thời gian truyền sóng P và mô hình hóa toán học quá trình lan truyền sóng địa chấn để chính xác mô hình lát cắt tốc độ của vỏ Trái đất đối với lãnh thổ Việt Nam. Các tác giả công trình [32, 33, 34] đã sử dụng mô hình hóa tài liệu địa chấn dò sâu trên 2 tuyến đo Thái Nguyên - Hòa Bình và Hòa Bình -
9 Thanh Hóa. Theo đó vỏ Trái đất nhìn chung mỏng hơn đến vài km so với các kết quả nghiên cứu bằng tài liệu trọng lực trước đó. Tuy nhiên tại một số cấu trúc thì độ sâu bề mặt Moho lớn hơn các công trình đã công bố trước đây [16,17]. Bằng phương pháp hàm thu sóng P, tác giả [56] đã tiến hành tính toán bề dày vỏ Trái đất cho 24 vị trí trạm địa chấn ở miền Bắc Việt Nam.Theo các phân tích này độ sâu mặt Moho dao động trong khoảng từ 26,5 đến 36,4 km. Mặt Moho phần Đông Bắc nông hơn và ít phân dị hơn so với phần phía Tây Bắc Việt Nam. Kết luận chương: Trong khu vực miền Bắc Việt Nam cũng đã có một số các công trình nghiên cứu về cấu trúc sâu vỏ Trái đất và hệ thống đứt gãy kiến tạo bằng các phương pháp địa vật lý khác nhau. Cấu trúc sâu vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam biến đổi rất phức tạp, tại các miền cấu tạo khác nhau bề dày vỏ Trái đất biến động rất khác nhau. Nguồn số liệu cho các phân tích trên chủ yếu là trọng lực, từ và một số các tuyến đo Tellua. Các nghiên cứu cấu trúc sâu dựa vào nguồn sóng ghi động đất cũng chỉ thực hiện ở phạm vi khu vực rộng và số liệu cũng chưa thật đầy đủ. Do vậy các kết quả đạt được vẫn mang tính định tính và độ tin cậy chưa cao. Thực tế các nghiên cứu cấu trúc sâu trong khu vực chỉ ra cần có nguồn số liệu mới hơn, tin cậy hơn. Trong bản luận án này NCS lựa chọn kết hợp phân tích tài liệu địa chấn dò sâu và trọng lực nhằm nâng cao độ tin cậy của mô hình cấu trúc sâu vỏ Trái đất khu vực miền Bắc Việt Nam.
10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 2.1 CƠ SỞ TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 2.1.1 Tài liệu địa chấn sâu Tài liệu địa chấn dò sâu gồm hai tuyến. Tuyến thứ nhất (T1) là tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình cắt qua đới đứt gãy Sông Thương, hệ đứt gãy vòng cung duyên hải Đông Bắc Bộ, hệ đứt gãy Sông Hồng và đứt gãy Nghĩa Lộ - Ninh Bình. Tuyến thứ hai (T2) Hoà Bình - Thanh Hóa, cắt qua đới đứt gãy Nghĩa Lộ - Ninh Bình ở phần phía Bắc, cắt hệ đứt gãy Sông Đà, Sơn La - Bỉm Sơn và đới Sông Mã ở phần phía Nam của tuyến. Hai tuyến đều có chiều dài xấp xỉ 130 km. 2.1.2 Cơ sở tài liệu trọng lực miền Bắc Việt Nam Trong nghiên cứu này NCS sử dụng bản đồ dị thường trọng lực Bouguer miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1: 500 000 do Tổng Cục Địa chất thành lập năm 1995. 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 2.2.1 Phương pháp địa chấn khúc xạ Phương pháp địa chấn khúc xạ nghiên cứu sóng khúc xạ quay trở về mặt quan sát từ các mặt ranh giới có tốc độ truyền sóng lớp dưới lớn hơn lớp trên. Phương pháp địa chấn khúc xạ có ưu điểm là ngoài việc xác định hình thái cấu trúc các mặt ranh giới còn cho phép xác định tốc độ đặc trưng cho tính chất vật lý của các loại đá tạo nên mặt ranh giới nghiên cứu. Việc phân tích tài liệu được tiến hành theo các bước như liên kết sóng, xây dựng biểu đồ thời khoảng, xây dựng các mặt ranh giới và tính tốc độ ranh giới.
11 2.2.2 Mô hình hóa tài liệu địa chấn dò sâu Bài toán thuận được sử dụng trong phép mô hình hoá dưới đây được xây dựng trên cơ sở lý thuyết tia với đường truyền được rời rạc hoá qua các ô lưới [79]. Theo đó, thời gian sóng tới các máy thu từ các điểm nổ theo đường truyền dọc tia L được tính theo công thức ( 2.27 ): ( 2.27 ) Trong đó, t0i – là thời gian truyền sóng từ nguồn phát đến máy thu, Li và vi – là độ dài đoạn tia và vận tốc sóng P trong khối cấu trúc thứ i của mô hình cấu trúc, n – là số khối của mô hình. Thời gian truyền sóng lý thuyết từ nguồn phát đến máy thu được điều chỉnh theo công thức: = ( 2.28 ) Trong công thức trên m – là số tham số mô hình (độ sâu đến các mặt phản xạ, vận tốc truyền sóng trong các lớp). 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỌNG LỰC NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM 2.3.1 Phương pháp nâng trường Phương pháp nâng trường trong trường hợp này các tính toán được thực hiện thông qua biến đổi Fourier. Thuật toán biến đổi trường một cách tổng quát có thể biểu diễn bằng công thức: ( 2.29)
12 Trong đó f(x,y) là hàm kết quả; h(x,y) là nhân phép biến đổi; g(x,y) là giá trị trường trọng lực quan sát. 2.3.2 Phương pháp tính gradient ngang cực đại Công thức tính modul của gradient ngang được viết như sau: G(x,y,z) = (2.33) Giá trị cực đại của gradient ngang được tính bằng cách tiến hành so sánh giá trị tính được ở một điểm với 8 điểm xung quanh. Hướng của ranh giới cực đại gradient ngang trường trọng lực được xác định bằng hướng vuông góc với vectơ gradient ngang. 2.3.3 Phương pháp phân tích định lượng tài liệu trọng lực 2.3.3.1 Bài toán ngược trọng lực Nội dung chính của bài toán này là tìm mô hình cấu trúc môi trường địa chất được xấp xỉ bằng tập hợp các vật thể gây dị thường sao cho phù hợp tốt nhất với những thông tin địa chất - địa vật lý có sẵn, với độ lệch giữa trường quan sát và lý thuyết nhỏ nhất. ( 2.35 ) Trong đó Glt và Gqs là trường trọng lực lý thuyết tính theo mô hình và đường cong quan sát tương ứng; i là thứ tự các điểm quan sát, i = 1,2,...,N; Pj là vectơ tham số của mô hình môi trường, gồm: kích thước hình học và mật độ các lớp, j = 1,2,...,M.
13 2.4.3.2 Mô hình hóa tài liệu trọng lực bằng bài toán 2,5D Thuật toán này được Talwani dựng từ năm 1959 [62], theo đó hiệu ứng trọng lực do vật thể có thiết diện đa giác có thể tính theo tích phân đường như sau: (2.36) Ở đây f là hằng số hấp dẫn;  là mật độ đất đá tính bằng g/cm3; L1 là chu vi của đa giác. Kết quả hiệu ứng trọng lực do thiết diện của vật thể gây ra có thể viết: (2.39) CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN VÀ TRỌNG LỰC 3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN 3.1.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ 3.1.1.1 Mô hình hoá tuyến địa chấn Thái Nguyên – Hoà Bình: Kết quả phân tích cho thấy, dưới tuyến đo Thái Nguyên – Hoà Bình độ sâu bề mặt móng kết tinh thay đổi từ 1 km đến khoảng 4 km với vận tốc truyền sóng xấp xỉ 4,6 đến 6 km/s. Lớp đá granit có bề dày trung bình 14 km. Phần phía trên của lớp granit vận tốc truyền sóng tăng dần từ 6,1 km/s đến 6,2 km/s. Phần dưới của lớp granit vận tốc trung bình đạt 6,4 km/s. Bề mặt Moho tại khu vực La Hiên đạt 30,6 km, nâng dần lên về phía nam và đạt đến 28,5 km tại khu vực thành phố Thái Nguyên. Tại đoạn phía nam tuyến đo, mặt này lại tiếp tục chìm dần đến 29,7 km
14 tại khu vực Hoà Bình. Vận tốc truyền sóng trong lớp bazan phản ánh đồng nhất ở phần trên là 6,6 km/s, còn phần dưới đạt đến 7,0 km/s tại bề mặt Moho. 3.1.1.2 Kết quả mô hình hoá tài liệu địa chấn phản xạ theo tuyến Hoà Bình– Thanh Hoá. Theo kết quả phân tích độ sâu trung bình bề mặt Moho ở tuyến này chìm sâu hơn hẳn so với tuyến T1, đến hơn 36 km. Mô hình 1D tính cho trường sóng phản xạ do vụ nổ tại Ân Nghĩa cho độ sâu hơn 35 km đến mặt Moho. Độ sâu trung bình của mặt Conrad cũng sâu hơn tuyến thứ nhất đạt đến hơn 16 km. Riêng mặt móng kết tinh phản ánh nông hơn ở tuyến T1, chỉ khoảng từ 1 đến 2 km. 3.1.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN KHÚC XẠ 3.1.2.1. Kết quả mô hình hoá cấu trúc vỏ Trái đất theo sóng khúc xạ tuyến Thái Nguyên-Hoà Bình Theo kết quả phân tích, bề mặt kết tinh đạt độ sâu xấp xỉ 1 km tại các vùng nâng lên như đoạn Võ Nhai - Đồng Hỷ, Phổ Yên - Mê Linh hay tại khu vực Hòa Bình. Xen kẽ vào đấy là các vùng lõm xuống, sâu nhất là đoạn thành phố Thái Nguyên đến xấp xỉ 5 km. Hình thái bề mặt Conrad có thể chia ra làm 3 khối cấu trúc chính. Đoạn từ đầu tuyến ở Võ Nhai đến hết đất Đồng Hỷ là một cấu tạo lõm có độ sâu từ 13 đến 18 km. Đoạn tiếp theo đến Phúc Thọ phản ánh là khối cấu tạo nâng cao nhất còn dưới 10 km tại Tam Đảo. Phần còn lại của tuyến đo mặt Conrad lại phản ánh là một vùng lõm, độ sâu lớn nhất đạt đến 18 – 19 km tại khu vực Lương Sơn – Hoà Bình. Bề mặt Moho có thể ghép vào ranh giới có vận tốc đạt xấp xỉ 7 km/s. Theo đó, cấu trúc của bề mặt này đơn giản hơn so với hai bề mặt trên. Bề mặt này tạo thàng một vòm nâng lên phần giữa tuyến đoạn qua Sông Hồng - Sông Chảy (độ sâu 27 km) và sâu hơn ở hai đầu tuyến (30 - 31 km).
15 3.1.2.2. Kết quả mô hình hoá tài liệu sóng khúc xạ tuyến Hoà Bình – Thanh Hoá Theo kết quả phân tích bề mặt móng kết tinh từ đoạn đầu tuyến có độ sâu thay đổi trong khoảng từ 2,5 đến 3,5 km. Đoạn tiếp theo bề mặt kết tinh chìm dần từ hơn 2,5 km đến gần 6 km. Từ đây tiếp về phía nam đến điểm cuối tuyến, độ sâu mặt này chỉ thay đổi trong khoảng từ 5 đến 6 km. Bề mặt Conrad xác định được phản ánh lồi lõm phức tạp. Tại phần phía bắc từ Lạc Thuỷ đến Cẩm Thuỷ độ sâu thay đổi trong khoảng từ hơn 15 km đến gần 19 km. Từ phía nam huyện Cẩm Thuỷ bề mặt này nâng lên khá nhanh xấp xỉ 10 km. Đoạn cuối tuyến mặt Conrad lại tăng lên đến độ sâu khoảng 13 km. Bề mặt Moho dưới tuyến đo có bề dày tăng dần từ bắc xuống nam. Độ sâu phần đầu tuyến đạt giá trị hơn 31 km, tăng nhanh về phía đứt gãy Nghĩa Lộ đến xấp xỉ 33 km, phía cuối tuyến đo đạt khoảng 37 km. Kết quả trên còn được củng cố thêm dựa trên kết quả phân tích bài toán ngược tổng quát số liệu địa chấn động đất khu vực tây Thanh Hóa. Kết quả tính toán cho thấy độ sâu của lớp trầm tích vào khoảng 4 km với vận tốc sóng dọc Vp lớn nhất khoảng 5,2 km/s. Lớp granit có vận tốc trung bình khoảng 5,6 đến 6,2 km/s và đạt độ sâu đáy là 17 km. Vận tốc của lớp bazan nằm trong khoảng 6,2 - 6.5 km/s. Độ sâu bề mặt Moho trong phân tích này đạt xấp xỉ 35 km. 3.1.3 XÂY DỰNG MẶT CẮT CẤU TRÚC THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN 3.1.3.1 Mặt cắt cấu trúc vỏ Trái đất tuyến Thái Nguyên - Hoà Bình Theo kết quả phân tích địa chấn cấu trúc vỏ Trái đất theo tuyến T1 được xây dựng như trên hình vẽ 3.17.
16 NghÜa Lé - Ninh B×nh Mêng La - B¾c Yªn N1. S. Th¬ng Trung L¬ng §êng 18 VÜnh Ninh S. Th¬ng Yªn Tö S. l« La Hiªn Phæ Yªn Yªn L¹c Phóc Thä Kú S¬n Hoµ B×nh 0 S. Hång S. Ch¶y -7 VËn tèc 8.5 8.0 7.5 - 17 7.0 6.5 6.0 - 27 5.5 5.0 4.0 3.0 - 37 2.0 1.0 km/s - 47 km 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 km BÒ mÆt mãng kÕt tinh BÒ mÆt Conrad BÒ mÆt Moho §øt g·y kiÕn t¹o Hình 3.17: Mặt cắt cấu trúc tuyến Thái Nguyên - Hòa Bình theo địa chấn 3.1.3.2 Mặt cắt cấu trúc vỏ Trái đất tuyến Hoà Bình – Thanh Hoá: Tương tự như tuyến số 1, cấu trúc vỏ Trái đất tuyến T2 được biểu diễn trên hình 3.18 dưới đây. N2. S. M N1. S. M· S. M· S¬n La _ BØm S¬n S. §µ §ång M«n NghÜa Lé - Kim B«i ¢n NghÜa CÈm Thñy Ngäc LÆc Thä Xu©n B¸i Trµnh ·    Vtb = 5,2 - 5,5 km/s Vtb = 6,1 - 6,4 km/s Vtb = 6,6 - 7,0 km/s Vtb = 8 km/s Km Km chó gi¶i: BÒ mÆt mãng kÕt tinh BÒ mÆt Conrad BÒ mÆt Moho  §iÓm næ m×n §øt g·y Hình 3.18: Mặt cắt cấu trúc tuyến Hòa Bình - Thanh Hóa theo địa chấn
17 3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ TRÁI ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG TÀI LIỆU TRỌNG LỰC 3.2.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỨT GÃY KIẾN TẠO 3.2.1.1 Xác định các hệ thống đứt gãy bằng các sơ đồ cực đại gradient ngang trọng lực: Cực đại gradient ngang đã được tính cho các trường trọng lực nâng lên ở độ cao khác nhau: 2, 5, 8, 10, 12, 15, 20, 25 km. Kết quả cho thấy, giá trị cực đại gradient ngang trọng lực tính cho trường nâng lên các độ cao 5, 8 km phản ánh khá đầy đủ các hệ thống đứt gãy chính trong vùng nghiên cứu. Trong các sơ đồ nâng lên ở các độ cao lớn hơn chỉ phản ánh đứt gãy mang tính khu vực. 3.2.1.2 Kết quả đánh giá hướng nghiêng của một số đới đứt gãy lớn trong vùng nghiên cứu: Thông qua kết quả nghiên cứu hướng nghiêng của các đới đứt gãy chính trong vùng đã được xác định. Đáng chú ý hướng nghiêng của một số đới đứt gãy trong nghiên cứu này khác với các nghiên cứu trước đây: đới Sơn La - Bỉm Sơn trong nghiên cứu này đoạn Thanh Hóa có hướng nghiêng về tây nam, đới đứt gãy Phong Thổ - Than Uyên cũng nghiêng về tây nam. 3.3 PHÂN TÍCH KẾT HỢP TÀI LIỆU TRỌNG LỰC VÀ ĐỊA CHẤN 3.3.1 MỐI QUAN HỆ VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG VÀ MẬT ĐỘ ĐẤT ĐÁ DỌC THEO 2 TUYẾN ĐỊA CHẤN DÒ SÂU Việc xác định giá trị mật độ của đất đá ở dưới sâu thông qua mối quan hệ với vận tốc truyền sóng dọc địa chấn. Theo kết quả tính phân tích này thì giá trị mật độ lớp trầm tích thay đổi trong khoảng từ 2,54 đến 2,65 g/cm3. Ở phía đầu tuyến khu vực Thái Nguyên giá trị mật độ thấp hơn ở khoảng 2,54 - 2,55 g/cm3. Về phía cuối tuyến mật độ của
18 đất đá tăng hơn đến giá trị 2,6 - 2,62 g/cm3. Mật độ trong lớp granit có giá trị thay đổi trong khoảng 2,74 đến 2,76 g/cm3, với giá trị nhỏ nhất cũng nằm trong đoạn giữa đứt gãy Sông Hồng và Sông Lô và giá trị lớn nhất đạt được tại khu vực nam đứt gãy Nghĩa Lộ - Ninh Bình. Mật độ của lớp bazan có khoảng giá trị thay đổi nhỏ hơn từ 2,855 g/cm3 ở khu vực giữa tuyến đến 2,877 g/cm3 ở vùng rìa phía nam và phía bắc tương ứng. Mật độ lớp dưới vỏ nhỏ hơn ở đoạn giữa tuyến và lớn hơn ở 2 vùng rìa, với khoảng giá trị thay đổi từ 3,110 đến 3,130 g/cm3. Kết quả phân tích tương tự cho tuyến thứ hai: Hòa Bình - Thanh Hóa. Mật độ của lớp đất đá trầm tích thay đổi thấp hơn ở đầu tuyến phía bắc và cao hơn về cuối tuyến trong khoảng từ 2,548 g/cm3 đến 2,620 g/cm3. Mật độ của lớp bazan cao hơn tại khu vực cấu trúc Sông Mã đạt 2,908 g/cm3 và thấp hơn tại đầu tuyến và cuối tuyến phân tích. Đối với lớp dưới vỏ, trên tuyến đo này đới đứt gãy Sông Mã cắt qua vỏ Trái đất chia thành 2 khối: phần đầu tuyến có mật độ thấp hơn đạt 3.130 g/cm3 và phần cuối tuyến có mật độ cao hơn đạt 3,136 g/cm3. 3.3.2 GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC TRỌNG LỰC CHO CÁC TUYẾN XA TUYẾN ĐỊA CHẤN SÂU Dựa trên mô hình mật độ của các khối, lớp đá trong vỏ Trái đất ở phần trên một số tuyến phân tích trọng lực đã được thực hiện trên vùng nghiên cứu. Bằng bài toán đa giác với các thông tin đã có về ranh giới các mặt cơ bản, sự phân bố mật độ, vị trí và hướng nghiêng của các đứt gãy chính có được từ tài liệu địa chấn và phân tích định tính trọng lực. Kết quả phân tích này đã xây dựng được cấu trúc vỏ Trái đất dọc theo các tuyến phân tích. Đã tiến hành được 11 tuyến phân tích trọng lực như trên cho toàn vùng.