See discussions, stats, and author profiles for this publication at:
https://www.researchgate.net/publication/275465699
APPLICATION OF POWER DENSITY
SPECTRUM OF MAGNETIC ANOMALY TO
ESTIMATE THE STRUCTURE OF
MAGNETIC LAYER OF...
Article · December 2014
DOI: 10.15625/1859-3097/14/4A/6040
CITATIONS
READS
0
282
1 author:
Trung Nguyen Nhu
Vietnam Academy of Science and Technology
19 PUBLICATIONS 46 CITATIONS
SEE PROFILE
Some of the authors of this publication are also working on these related projects:
Marine Geo-environment View project
Application of hydrogeology modelling methods to forecast the saltwater intrusion of
coastal zone; grain size analysis of soil samples and sedimentary samples; analysis to
determine mineral components View project
All content following this page was uploaded by Trung Nguyen Nhu on 27 April 2015.
The user has requested enhancement of the downloaded file.
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 14, Số 4A; 2014: 137-148
DOI: 10.15625/1859-3097/14/4A/6040
http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ MẬT ĐỘ NĂNG
LƯỢNG TRONG XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC LỚP TỪ TÍNH
VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ
Nguyễn Như Trung*, Bùi Văn Nam, Nguyễn Thị Thu Hương, Thân Đình Lâm
Viện Địa chất và Địa vật lý biển-Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ việt Nam
*
E-mail:
[email protected]
Ngày nhận bài: 5-10-2014
TÓM TẮT: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật độ năng lượng
dị thường từ trong việc xác định độ sâu của lớp từ tính vỏ Trái đất khu vực vịnh Bắc Bộ. Kích thước
cửa số tính toán phụ thuộc vào độ sâu và địa hình mặt ranh giới đã được khảo sát trên các mô hình và
số liệu thực tế. Kết quả đã cho phép chúng tôi xác định được kích thước cửa sổ tính toán phù hợp cho
việc xác định độ sâu các mặt ranh giới từ tính ở khu vực vịnh Bắc Bộ. Kết quả phân tích số liệu dị
thường từ đã xây dựng được bản đồ độ sâu mặt ranh giới trên và mặt ranh giới dưới (mặt Curie) của
lớp từ tính vỏ trái đất trong khu vực vịnh Bắc Bộ. Độ sâu mặt ranh trên có chiều sâu thay đổi từ 3 km
dọc theo bờ đến 14 km ở khu vực trung tâm bồn trũng sông Hồng. Độ sâu điểm Curie tính toán được
thay đổi từ 11 - 26 km. Mặt Curie có độ sâu khoảng 16 km tại trung tâm bồn trũng sông Hồng. Kết
quả phân tích cũng cho thấy mặt Curie có mối tương quan chặt chẽ với phân bố dòng nhiệt và địa
hình mặt Moho trong khu vực. Mặt Curie luôn nằm nông hơn mặt Moho trong khu vực nghiên cứu.
Từ khóa: Phổ mật độ năng lượng, điểm Curie, bồn trũng sông Hồng, dị thường từ.
MỞ ĐẦU
Việc xác định cấu trúc nhiệt của vỏ Trái đất
có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu, luận
giải các vấn đề về địa chất, kiến tạo như: kiểu
biến dạng vỏ, độ sâu vùng biến dạng dẻo, cứng,
chế độ địa nhiệt khu vực, vùng địa chấn, dạng
lún chìm/nâng trồi, độ trưởng thành các vận
chất hữu cơ trong các bồn trầm tích …. Để giải
quyết bài toán cấu trúc nhiệt vỏ Trái đất, một
phương pháp được sử dụng khá phổ biển và
hiệu quả là phương pháp phổ mật độ năng
lượng dị thường từ để xác định chiều sâu mặt
Curie của vỏ Trái đất [1-4]. Chiều sâu mặt
Curie là độ sâu tại các khoáng vật từ tính bị
chuyển trạng thái từ trạng thái có từ tình sang
trạng thái không từ tính dưới hiệu tác dụng tăng
nhiệt độ vỏ Trái đất theo chiều sâu đến khoảng
5800C. Spector và Grand, 1970, đã đề xuất
phương pháp xác định độ sâu trung bình của
mặt trên của ranh giới từ tính trên cơ sở xác
định góc nghiêng của đường log phổ mật độ
năng lượng. Phương pháp này sau đó được một
loạt các tác giả khác phát triển và ứng dụng cho
việc xác định độ sâu mặt Curie cho nhiều vùng
khác nhau trên thế giới [1, 5-8]. Trong quá
trình phát triển phương pháp để xác định độ sâu
mặt Curie, phương pháp phân tích phổ mật độ
năng lượng được chia thành hai phương pháp
chính là phương pháp đỉnh phổ và phương pháp
điểm trung tâm. Theo phương pháp đỉnh phổ,
dựa trên mối quan hệ giữa vị trí đỉnh phổ (kpic)
của đường cong phổ mật độ năng lượng (vị trí
tại đó đường cong phổ mật độ đạt giá trị cực
137
Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
đại) với giá trị độ sâu mặt ranh giới trên (zt) và
mặt đáy (zb) của lớp từ tính theo công thức:
k pic
ln zb ln zt
zb zt
Bằng cách giải theo phương pháp lựa chọn
người ta xác định được giá trị zb [8, 10].
Phương pháp đỉnh phổ có hạn chế là đỉnh phổ
không phải lúc nào cũng xuất hiện trên đường
cong phổ, nguyên nhân có thể do kích thước
cửa sổ tính toán không đủ lớn, nguồn số liệu
không đủ dày hoặc chất lượng số liệu không tốt
… [1]. Do đó, người ta thường phải tăng dần
kích thước cửa sổ tính toán cho đến khi đỉnh
phổ xuất hiện. Với cách này, đôi khi chúng ta
phải mở rộng kích thước cửa sổ quá lớn dẫn
đến kết quả đạt được có độ phân giải và chính
xác thấp, đặc biệt ở khu vực có gradient địa
hình mặt ranh giới thay đổi lớn [9]. Phương
pháp điểm trung tâm xác định độ sâu điểm
Curie gián tiếp thông qua xác định độ sâu mặt
ranh giới trên (zt) và điểm trung tâm (z0) của
lớp nguồn bằng hệ số góc nghiêng của các đoạn
thẳng phổ mật độ năng lượng và đường tỷ số
phổ mật độ năng lượng trên số sóng [5, 6, 8].
Bằng cách này người ta đã giảm được đáng kể
kích thước cửa số tính phổ, do đó đã tăng được
độ phân giải và độ chính xác của phương pháp.
Hình 1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu (a) và bản đồ dị thuờng từ (b)
Trong bài báo này các tác giả trình bày các
kết quả nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ
138
mật độ điểm trung tâm để xác định cấu trúc mặt
Curie cho khu vực vịnh Bắc Bộ (hình 1a) theo
Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
số liệu dị thường từ. Nguồn số liệu dị thường từ
được sử dụng trong tính toán này (hình 1b)
được thành lập trên cơ sở các nguồn số liệu của
CCOP [11], Trung tâm Địa chất và Khoáng sản
biển, và Viện Địa chất và Địa vật lý biển (đề tài
KC09.09/11-15) [12]. Bằng các kết quả nghiên
cứu trên mô hình và số liệu thực tế, bài báo đã
xác định kích thước cửa sổ thích hợp cho quá
trình tính toán và bản đồ độ sâu mặt ranh giới
trên và mặt ranh giới Curie (mặt ranh giới
dưới) cho khu vực vịnh Bắc Bộ.
KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA
CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Khu vực nghiên cứu thuộc vịnh Bắc Bộ
(hình 1) bao gồm hai đơn vị cấu trúc chính là
Bể Bắc Bộ ở phía đông bắc và Bể Sông Hồng ở
phần trung tâm. vịnh Bắc Bộ là khu vực có điều
kiện địa chất - kiến tạo hết sức phức tạp, nơi
hình thành hai bể trầm tích lớn có phương trực
giao nhau đó là Bể Sông Hồng định hướng theo
phương tây bắc - đông nam và Bể Bắc Bộ định
hướng theo phương đông bắc - tây nam. Mặc
dù hai bể trầm tích này nằm gần nhau nhưng
các đặc trưng cấu trúc của chúng hoàn toàn
khác biệt nhau. Chiều dày trầm tích trước Kz ở
khu vực trung tâm Bể Sông Hồng có thể lên
đến 14 km [13] hay tổng chiều dày trầm tích ở
đây có thể là 17 km [14]. Khu vực Bể Bắc Bộ
chiều dày chỉ khoảng 5 - 6 km [15]. Chiều dày
vỏ Trái đất ở khu vực này vì thế mà cũng biến
đổi rất mạnh. Tại khu vực Bể Sông Hồng mặt
Moho nâng cao đến 22 - 24 km làm cho chiều
dày vỏ Trái đất chỉ khoảng 10 - 12 km. Trong
khi, khu vực Bể Bắc Bộ chiều dày vỏ trái đất
trước Kz khoảng 28 - 24 km [1]. Hệ thống đứt
gãy phát triển mạnh ở khu vực này bao gồm
các đứt gãy tây bắc - đông nam, đông bắc - tây
nam, á kinh tuyến và á vỹ tuyến [12]. Trong đó,
hệ thống đứt gãy dịch chuyển trái tây bắc đông nam sông Hồng là hệ thống đứt gãy sâu
lớn nhất và có chế độ hoạt động phức tạp trong
nhiều thời kỳ khác nhau trong khu vực. Hệ
thống đứt gãy này phát triển dọc theo Bể Sông
Hồng và là yếu tố quy định lên khung cấu trúc
của bể. Hệ thống đứt gãy sâu đông bắc - tây
nam phát triển dọc Bể Bắc Bộ và cũng là hệ
thống đứt gãy quy định lên khung cấu trúc của
bế Bắc Bộ. Chế độ địa nhiệt ở khu vực này
cũng hết sức phức tạp, thay đổi mạnh không
những từ bể trầm tích này sang bể trầm tích kia
mà ngay cả trong cùng một bể trầm tích. Tại
khu vực Bể Sông Hồng giá trị dòng nhiệt thay
đổi từ 56,6 mW/m2 ở khu vực phía nam Bể
Sông Hồng thuộc các lô dầu khí 118, 119, 120
đến 147 mW/m2 ở khu ngoài khơi Huế thuộc
các lô 113, 114, 115 và khu vực miền võng Hà
Nội [17]. Tại khu vực Bể Bắc Bộ, dòng nhiệt
thấp có giá trị trung bình khoảng 65,7 mW/m2.
CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ
MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG
Giả sử có một lớp nguồn từ tính nằm
ngang, có chiều sâu đến ranh giới trên nhỏ hơn
rất nhiều so với tỷ lệ ngang của nguồn từ và độ
từ hóa M(x, y) là hàm ngẫu nhiêu của x và y, thì
phổ mật độ năng lượng của trường dị thường từ
tổng và độ từ hóa được xác định theo phương
trình sau [9, 10]:
T k x , k y M k x , k y .F k x , k y
F k x , k y 4 C m m
2
2
2
(1)
f e 2 k z 1 e k z z
2
t
b
t
2
Trong đó T và M tương ứng là phổ mật độ
năng lượng của trường dị thường từ tổng và độ
từ hóa; kx và ky là số sóng theo trục ox và oy;
zt , zb là chiều sâu đến ranh giới trên và ranh
giới dưới của lớp nguồn từ (hình 2); Cm là hằng
số tỷ lệ, m và f tương ứng là góc nghiêng từ
hóa của nguồn và hướng của trường từ Trái đất.
Trong công thức (1) m và f và M k x , k y
là hằng số [9]. Khi đó trung bình xuyên tâm của
T k x , k y là [7]:
T k Ae 2 k z 1 e k z
t
b
zt
2
(2)
Với k là số sóng ( k= k x k y = 2/); A là
một hằng số.
Thực hiện logarit tự nhiên hai vế của
phương tình (2) chúng ta được:
ln T k
ln A 2 k
2
zt ln 1 e k z z (3)
b
t
139
Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
Với bước sóng nhỏ hơn khoảng 2 lần chiều dày
của lớp, thì phương trình (3) có thể xấp xỉ thành:
ln T k 2 ln B 2kzt
(4)
Trong đó B là một hằng số. Phương trình (4) là
phương trình tuyến tính theo zt với hệ số góc là
2k, do vậy chúng ta có thể ước tính được zt
bằng ½ giá trị hệ số góc nghiêng của đường
phổ mật độ năng lượng của dị thường từ T (vế
trái phương trình (4)).
mối quan hệ zt , z0 và zt chúng ta có thể dễ dàng
xác định được zt , theo công thức sau [7]:
zb= 2z0 - zt
(8)
Từ các công thức (4), (7) và (8) chúng tôi
tiếp hành lập được các chương trình tính toán
trên Matlap để xác định được ranh giới trên (zt)
và ranh giới dưới (zb) của lớp từ tính. Sử dụng
chương trình này chúng tôi tiến hành các kết
quả tính toán dưới đây.
Mặt khác, nếu đặt z0 là độ sâu điểm điểm
giữa của lớp từ tính (hình 2) và thay z0 vào
phương trình (2), tiến hành một số phép biến
đổi chúng ta nhận được phương trình biểu diễn
phổ mật độ năng lượng của giá trị trường từ
theo các tham số zt, z0 và zb như sau [7]:
T k
12
De k z e k z z 0 e k z z 0
0
t
b
(5)
Với D là một hằng số. Tại vùng có bước sóng
dài (k nhỏ), phương trình (5) có thể xấp xỉ
thành phương trình sau [7]:
T k
12
De k z e
0
k zt zb
e k z zb
t
(6)
De k z 2 k d
0
Với 2d là chiều dày của lớp từ tính. Thực hiện
logarit tự nhiên hai vế của phương trình (6)
ta được:
ln T k
1
2
k ln E kz0
(7)
Với E là một hằng số. Phương trình (7) là
phương tình tuyến tính của biến z0 với hệ số
góc là k, do vậy, chúng ta có thể xác định chiều
sâu điểm trung tâm z0 bằng tỷ số căn bậc hai
của hệ số góc nghiêng đoạn đường cong của
phổ mật độ năng lượng trên số sóng tại phần số
sóng nhỏ nhất của dị thường từ T (vế trái
phương trình (7)).
Với zt và z0 xác định được từ đường cong
phổ mật độ năng lượng theo (4 và 7), do vậy, từ
140
Hình 2. Mô hình mô phỏng lớp từ tính vỏ Trái
đất, zt là chiều sâu đến mặt ranh giới trên, zb
chiều sâu đến mặt ranh giới dưới và z0 là độ sâu
đến điểm giữa của lớp từ tính
CÁC KẾT QUẢ TÍNH
Xác định kích thước cửa sổ tính toán phổ
mật độ năng lượng
Sự phụ thuộc của kết quả tính toán vào kích
thước cửa sổ
Như chúng ta biết, độ chính xác của các kết
quả trong phương pháp phổ mật độ năng lượng
phụ thuộc rất lớn vào kích thước cửa sổ tính
toán. Để có khảo sát sự phụ thuộc này, chúng
tôi sử dụng mô hình hiệu ứng dị thường từ gây
ra bởi mặt ranh giới [19] có diện tích 220 ×
220 km và chiều sâu trung bình bằng 4,17 km
(hình 2). Độ từ hóa được lựa chọn bằng 2,6
A/m tương ứng là độ từ hóa của đá phun trào
bazan [20], độ từ khuynh và độ từ thiên của
trường từ Trái đất được lựa chọn lần lượt bằng
300 và -1,750 (tương ứng với vĩ độ trung tâm
của khu vực vịnh Bắc Bộ), hướng từ hóa của
đối tượng gây trường trùng với góc từ hóa của
trường từ Trái đất.
Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
a)
b)
Hình 3. (a) Sơ đồ địa hình mặt ranh giới từ tính có độ sâu trung bình 4,2 km, độ từ hóa bằng
2,6 A/m, D = 300 và I = -1,750 và vị trí, kích thước các cửa sổ tính toán (khung ô vuông);
(b) sơ đồ trường dị thường từ do mặt ranh giới (a) gây ra
Trên cơ sở bản đồ dị thường từ gây ra bởi
mặt ranh giới, chúng tôi khảo sát các cửa sổ có
kích thước cửa sổ tính toán lần lượt bằng 33 ×
33 km, 44 × 44 km, 55 × 55 km, 66 × 66 km,
110 × 110 km và 165 × 165 km tương ứng gấp
8, 10, 13, 16, 26, 39, 53 chiều sâu trung bình
của mặt ranh giới trong cửa sổ khảo sát. Hình 4
là đồ thị các đường phổ mật độ năng lượng dị
thường từ (hình 3b) ứng với các kích thước cửa
sổ nêu trên. Bảng 1 là các kết quả xác định độ
sâu đến mặt ranh giới theo các đường phổ trên
hình 4. Từ Bảng 1 cho thấy với cửa số tính toán
lớn hơn khoảng 10 lần chiều sâu trung bình của
mặt ranh giới thì kết quả tính toán với độ chính
xác trong khoảng từ 1,1 - 2,5% và đến một kích
thước cửa sổ nào đó (ở đây > 16 lần) việc tăng
kích thêm kích thước cửa số làm cho độ chính
xác lại thấp đi. Khi cửa số có kích thước nhỏ
hơn 10 lần chiều sâu trung bình thì kết quả cho
độ chính xác rất thấp (trường hợp kích thước
cửa sổ gấp 8 lần chiều sâu trung bình thì kết
quả cho sai số là 26,7%).
Bảng 1. Kết quả tính độ sâu mặt ranh giới theo các đường phổ có kích thước
cửa sổ tính toán khác nhau
STT
Kích thước
cửa sổ (km)
Độ sâu thực
(km)
Độ sâu tính
toán (km)
Sai số
(%)
Kích thước cửa
sổ/độ sâu (lần)
1
33 × 33
4,25
3,11
26,7
8
2
44 × 44
4,14
4,25
2,5
10
3
55 × 55
4,25
4,16
1,7
13
4
66 × 66
4,25
4,2
1,1
16
5
110 × 110
4,24
4,28
2,0
26
6
165 × 165
4,22
4,41
2,2
39
141
Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
Hình 4. Đường cong phổ mật độ năng lượng tính được với các cửa sổ tính toán có
kích thước khác bằng 33 × 33 km (a1) , 44 × 44 km (a2), 55 × 55 km (a3),
66 × 66 km (a4), 110 × 110 km (a5) và 165 × 165 km (a6)
Ảnh hưởng của yếu tố địa hình mặt ranh giới
đến kết quả tính toán
Kết quả thu được từ phương pháp phổ mật
độ năng lượng là độ sâu trung bình của diện tích
cửa số tính toán. Do đó phương pháp sẽ có độ
chính xác cao khi áp dụng cho những khu vực
địa hình tương đối bằng phẳng, ngược lại khi địa
hình mặt ranh giới thay đổi mạnh thì kết quả sẽ
142
có độ tinh cậy thấp hơn. Để có được những đánh
giá về ảnh hưởng của các yếu tố địa hình vào kết
quả tính toán, chúng tôi khảo sát phương pháp
trên mô hình cho các trường hợp có địa hình
thay đổi khác nhau nhưng có độ sâu trung bình
không thay đổi và bằng 8,5 km. Mức độ thay đổi
của địa hình được đánh giá thông qua độ lệch
chuẩn [21] lần lượt bằng 0,8; 9,5; 12,5; 17; 26
và 30%. Độ từ hóa chọn bằng 2,6 A/m, hướng từ
Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
hóa của đối tượng gây trường trùng với góc từ
hóa của trường từ Trái đất. Kích thước cửa sổ
được chọn bằng 10 lần độ sâu trung bình mặt
ranh giới.
Kết quả tính toán cho các trường hợp địa
hình mặt ranh giới có độ lệch chuẩn khác nhau
được thể hiện trong bảng 2: độ lệch chuẩn càng
lớn thì kết quả tính cho sai số càng lớn, với địa
hình có độ lệch chuẩn nhỏ hơn 17% thì độ
chính xác của phép tính có sai số 4,1%.
Trường hợp địa hình có độ lệch chuẩn lớn hơn
30% thì kết quả tính toán sẽ cho sai số 38%.
Bảng 2. Độ sâu mặt ranh giới xác định được phụ thuộc vào địa hình mặt ranh giới
STT
Độ sâu TB của mặt ranh giới
Độ lệch chuẩn (%)
Giá trị tính được (km)
Sai số (%)
1
2
3
4
5
6
8,5
8,5
8,5
8,5
8,5
8,5
0,8
9,5
12,4
16,9
26,0
29,4
8,4
8,32
8,3
8,15
9,65
5,25
1,2
2,1
2,4
4,1
13,6
38,2
Kết quả tính toán trên số liệu thực tế khu
vực Vịnh Bắc Bộ
Lựa chọn cửa sổ tính toán
Từ đặc điểm chiều sâu mặt móng trước
Kainozoi có thể suy ra mặt móng trầm tích ở
khu vực nghiên cứu có mức độ thay đổi rất
khác nhau từ khu vực Bể Sông Hồng sang Bể
Bắc Bộ. Do vậy, việc lựa chọn kích thước cửa
sổ tính toán độ sâu zt và z0 ở các khu vực này
sẽ phải khác nhau. Để lựa chọn được kích
thước cửa sổ phù hợp, chúng tôi lựa chọn một
số vị trí đại diện trong khu vực nghiên cứu để
tính phổ mật độ năng lượng với các kích thước
cửa sổ tăng dần, khi kích thước cửa sổ đủ lớn
thì độ sâu tính được sẽ có xu hướng hội tụ về
một giá trị và cửa sổ được lựa chọn sẽ là cửa sổ
có kích thước nhỏ nhất trong các cửa sổ này.
Ví dụ, tại khu vực trung tâm Bể Sông Hồng
chúng ta chọn vị trí tâm cửa số có tọa độ là
(107030’, 190), lần lượt cho kích thước cửa sổ
tính toán bằng 88 × 88, 110 × 110, 132 × 132,
143 × 143, 154 × 154 và 165 × 165 km, chúng
ta sẽ tính được độ sâu đến mặt ranh giới trên
(zt) tại điểm này (bảng 3). Bảng 3 cho thấy khi
kích thước cửa sổ nhỏ độ sâu mặt ranh giới xác
định được quá nông (5,5 km). Khi kích thước
cửa sổ đủ lớn ( 143 × 143 km), độ sâu mặt
ranh giới dao động trong khoảng từ 11,3 12,9 km. Như vậy, kích thước cửa sổ phù hợp ở
khu vực này có thể chọn bằng 143 × 143 km.
Tương tự tại vị trí tâm của sổ (109045’, 170) ở
khu vực nam Hải Nam, kết quả tính với các
kích thước cửa số tăng dần chúng ta cũng xác
định được độ sâu hội tụ về giá trí 9,9 km khi
kích thức cửa số 99 × 99 km (bảng 4). Như
vậy, chúng ta có thể lựa chọn kích thước cửa sổ
để tính toán bằng 99 × 99 km.
Bảng 3. Kết quả xác định chiều sâu mặt móng
với kích thước cửa sổ khác nhau tại
khu vực Bể Sông Hồng
STT
Kích thước cửa sổ
(km)
Chiều sâu tinh được
(km)
1
2
3
4
5
6
88 × 88 km
110 × 110 km
132 × 132 km
143 × 143 km
154 × 154 km
165 × 165 km
5,5
5,7
7,1
12,8
12,9
11,3
Bảng 4. Kết quả xác định chiều sâu mặt móng
với kích thước cửa sổ khác nhau tại khu vực
nam đảo Hải Nam
STT
Kích thước cửa sổ (km)
Chiều sâu (km)
1
2
3
4
88 × 88 km
99 × 99 km
110 × 110 km
121 × 121 km
6,6 km
9,7 km
9,97 km
9,6 km
Tính độ sâu mặt ranh giới trên (zt)
Để tính toán độ sâu mặt móng trầm tích,
khu vực nghiên cứu được chia thành 78 cửa sổ,
các cửa sổ được bố trí cửa sổ nọ chồng lên cửa
sổ liền kề 50% diện tích (hình 5). Trong đó
kích thước cửa sổ ở trung tâm Bể Sông Hồng là
143
Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
143 × 143 km và các khu vực còn lại được tính
với kích thước cửa sổ bằng 99 × 99 km. Kết
quả tính toán xác định độ sâu mặt móng (zt )
cho khu vực nghiên cứu được thể hiện trên hình
6. Kết quả tính toán trên hình 6 cho thấy: độ
sâu mặt móng từ tính trên có sự thay đổi lớn từ
khoảng hơn 3 km dọc theo đường bờ biển đến
14 km ở khu vực trung tâm Bể Sông Hồng.
Nhìn chung, địa hình mặt móng trầm tích phản
ánh hình dạng cấu trúc của mặt móng trước
Kainozoi. Tại khu vực Bể Sông Hồng mặt
móng trầm tích có địa hình kéo dài theo
phương tây bắc - đông nam. Tại khu vực Bể
Bắc Bộ, mặt móng trầm tích có độ sâu lớn nhất
khoảng 6,5 km, địa hình mặt móng tương đối
thoải và định hướng theo phương đông bắc tây nam. Trên khu vực thềm Hạ Long, độ sâu
mặt móng khoảng từ 3 - 5 km, có cấu trúc
nâng, định hướng theo phương đông bắc - tây
nam. Khu vực phía nam của vùng nghiên cứu
(thuộc bể nam Hải Nam) độ sâu mặt móng trầm
tích cực đại lên đến 9 km. Địa hình mặt móng
có phương đông bắc - tây nam.
Hình 5. Sơ đồ bố trí tâm các cửa số tính toán và cách di chuyển các cửa sổ,
các cửa số liền kề nhau nằm chồng lên nhau 50% diện tích
Tính độ sâu điểm curie
Kết quả nghiên cứu gradient địa nhiệt ở khu
vực Bể Sông Hồng cho thấy gradient địa nhiệt
trung bình ở khu vực này khoảng từ 29 35,90C/km [17]. Nếu ước tính một cách rất thô
thiển thì độ sâu mặt Curie ở khu vực này có thể
dao đông trong khoảng từ 16 - 26 km, tương
ứng với độ sâu điểm trung tâm (z0) khoảng
16 km. Do vậy, kích thước cửa sổ tính toán để
xác định độ sâu điểm trung tâm (z0) cho khu
vực nghiên cứu chúng ta chọn bằng 165 ×
165 km. Khi đó, toàn bộ khu vực nghiên cứu
được chia làm 37 cửa sổ, các cửa sổ liền kề
được bố trí đè chồng lên nhau 50% diện tích
144
(hình 5). Ngoài ra, trước khi áp dụng phương
pháp phổ mật độ năng lượng xuyên tâm để xác
định độ sâu điểm trung tâm, với mục đích làm
giảm ảnh hưởng của các đối tượng nhỏ có bước
sóng ngắn ở phía trên, chúng ta tiến hành lọc số
liệu dị thường từ để loại bỏ dị thường có bước
sóng ngắn nhỏ hơn 10 km [11].
Từ kết quả tính độ sâu mặt móng trầm tích
(zt) và độ sâu điểm trung tâm (z0) của lớp từ
tính, chúng tôi tính được độ sâu điểm Curie cho
khu vực nghiên cứu theo công thức (8). Hình 7
là bản đồ kết quả tính độ sâu điểm Curie khu
vực nghiên cứu. Trên hình 7 cho thấy chiều sâu
điểm Curie trong khu vực nghiên cứu thay đổi
Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
trong khoảng từ 12 km đến 26 km. Khu vực có
độ sâu lớn nhất là dải nằm dọc theo đường bờ
từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế với độ sâu
từ 22 km đến 26 km. Những khu vực có độ sâu
điểm Curie nâng lên cao nhất là khu vực dọc
theo Bể Sông Hồng có độ sâu thay đổi từ 10 16 km, khu vực trũng Hà Nội và khu vực phía
nam Bể Sông Hồng độ sâu điểm Curie chỉ
khoảng 10 - 12 km. Tại khu vực thềm Hạ Long
và Bể Bắc Bộ, độ sâu điểm Curie vào khoảng
20 - 21 km. Về đặc điểm cấu trúc, địa hình mặt
Curie ở khu vực Bể Sông Hồng là một đới nâng
cao có phương tây bắc - đông nam, trùng với
phương cấu trúc của Bể Sông Hồng. Khu vực
Bể Bắc Bộ địa hình mặt Curie tương đối phẳng,
ít thay đổi.
K c
(9)
q
Trong đó Dc là độ sâu điểm Curie, K là hệ số
dẫn nhiệt, c là nhiệt độ điểm Curie, q là
dòng nhiệt.
Dc
Từ công thức (9) ta thấy nhiệt độ điểm Curie
tỷ lệ nghịch với dòng nhiệt, nghĩa là những khu
vực dòng nhiệt cao thì ở đó có độ sâu điểm
Curie nhỏ và ngược lại. Xem xét kết quả tính
toán độ sâu điểm Curie với bản đồ phân bố dòng
nhiệt trong khu vực chúng ta thấy chúng có sự
tương đồng rất cao. Trên bản đồ dòng nhiệt
trong khu vực cho thấy những khu vực có đặc
điểm dòng nhiệt cao như: Khu vực thềm Đà
Nẵng thuộc các lô dầu khí 113, 114, 115 có giá
trị dòng nhiệt cao lên tới 130 mW/m2, khu vực
miền võng Hà Nội có giá trị dòng nhiệt cao nhất
trong khu vực [17]. Những khu vực có dòng
nhiệt cao trùng với những khu vực độ sâu điểm
Curie được nâng lên cao (hình 7). Khu vực Bể
Bắc Bộ có giá trị rất thấp, trung bình khoảng
65,7 mW/m2 [21], độ sâu điểm Curie tại khu vực
này hạ xuống rất sâu.
Hình 6. Bản đồ độ sâu móng trên của lớp từ
tính vỏ Trái đất khu vực vịnh Bắc Bộ
THẢO LUẬN
Mối liên hệ giữa độ sâu mặt Curie, trường
địa nhiệt và độ sâu mặt Moho
Mối quan hệ giữa độ sâu điểm Curie và giá
trị dòng nhiệt được biểu diễn qua công thức
sau [8]:
Hình 7. Bản đồ độ sâu điểm Curie khu vực
vịnh Bắc Bộ
145
Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
Bản đồ độ sâu điểm Curie có mối tương
quan rất cao với bản đồ độ sâu mặt Moho [18].
Tại những khu vực mặt Moho nâng lên cao thì
mặt Curie cũng nâng lên, những khu vực mặt
Moho hạ thấp ở đó mặt Curie cũng hạ thấp.
Trong khu vực nghiên cứu, độ sâu mặt Curie
luôn nằm nông hơn mặt Moho. Điều này chứng
tỏ rằng mặt Moho ở khu vực này là mặt không
có từ tính.
Tổng chiều dày trầm tích ở khu vực Bể Sông
Hồng
Bể Sông Hồng là một bể trầm tích có chiều
dày trầm tích rất lớn. Việc xác định chiều dày
trầm tích ở khu vực này thường rất khó khăn do
Bể Sông Hồng có dạng kéo dài hẹp theo chiều
đông bắc - tây nam nhưng móng trầm tích lại
rất sâu. Các mặt cắt địa chấn cắt qua khu vực
này thường có tín hiệu rất yếu về mặt ranh giới
móng trầm tích này, hơn nữa các thông tin khác
hỗ trợ cho quá trình phân tích ngược chuyển từ
mặt cắt thời gian sang mặt cắt độ sâu hầu như
không có, dẫn đến kết quả phân tích có được
thường có độ tin cậy thấp. Kết quả phân tích số
liệu trọng lực để xác định độ sâu mặt móng
trầm tích ở khu vực này cũng ở trong tình trạng
tương tự, và thường lấy số liệu địa chấn làm tựa
trong quá trình phân tích dẫn đến tính độc lập
của các kết quả phân tích trọng lực so với địa
chấn thường không cao. Kết quả xác định độ
sâu mặt ranh giới trên của lớp từ tình (zt) là kết
quả tính toán có tính độc lập cao so với kết quả
phân tích bằng địa chấn và trọng lực. Chiều sâu
mặt móng từ xác định được ở khu vực trung
tâm bồn trũng sông Hồng chỉ đạt tới độ sâu
14 km. Với độ sâu mặt móng từ như vậy có thế
cho rằng tổng chiều dầy trầm tích ở khu vực
này chỉ khoảng đâu đó 14 km chứ không phải
17 km như các kết quả phân tích của các tác giả
Trung Quốc [14 ].
KẾT LUẬN
Trên cơ sở các nghiên cứu trình bày ở các
phần trên, bài báo đi đến một số kết luận sau:
Đã xác định được cấu trúc lớp từ tính, bao
gồm độ sâu mặt móng và độ sâu điểm Curie,
cho khu vực vịnh Bắc Bộ theo phương pháp
phổ mật độ năng lượng dị thường từ. Kết quả
tính toán trên mô hình lý thuyết và thực thực tế
đã xác định được kích thước cửa sổ tính toán
146
thích hợp cho khu vực bằng khoảng 10 lần
chiều sâu của mặt ranh giới.
Độ chính xác của phương pháp phổ mật
độ năng lượng không chỉ phụ thuộc và kích
thước của sổ mà còn phụ thuộc vào độ lệch
chuẩn của mặt ranh giới từ tính. Khi địa hình
có độ lệch chuẩn nhỏ hơn 17% thì độ chính xác
của phương pháp tính có thể 4,1%, khi độ
lệch chuẩn của địa hình lệch chuẩn lớn hơn
30% thì kết quả tính toán sẽ cho sai số 38%.
Mặt ranh giới móng trầm tích có độ sâu
thay đổi từ 3 - 14 km. Độ sâu mặt Curie xác
định được trong khoảng từ 11 - 26 km.
Cầu trúc mặt Curie có mối tương quan
chặt chẽ với phân bố dòng nhiệt trong khu vực
và địa hình mặt Moho: tại nơi địa hình mặt
Moho nâng lên cao thì ở đó mặt Curie nông và
ngược lại.
Mặt Moho trong khu vực nghiên cứu
không có hiệu ứng từ tính.
Lời cảm ơn: Bài báo này được hoàn thành với
sự trợ giúp của đề tài KC09.09/11-15 và đề tài
cơ sở năm 2014.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ravat, D., Pignatelli, A., Nicolosi, I., and
Chiappini, M., 2007. A study of spectral
methods of estimating the depth to the
bottom of magnetic sources from nearsurface
magnetic
anomaly
data.
Geophysical Journal International, 169(2):
421-434.
2. Ross, H. E., Blakely, R. J., and Zoback, M.
D., 2006. Testing the use of aeromagnetic
data for the determination of Curie depth in
California. Geophysics, 71(5): L51-L59.
3. Eletta, B. E., and Udensi, E. E., 2012.
Investigation of the Curie Point Isotherm
from the Magnetic Fields of Eastern Sector of
Central Nigeria. Geosciences, 2(4): 101-106.
4. Hsieh, H. H., Chen, C. H., Lin, P. Y., &
Yen, H. Y., 2014. Curie point depth from
spectral analysis of magnetic data in
Taiwan. Journal of Asian Earth Sciences,
90, 26-33.
5. Bhattacharyya, B. K., and Leu, L. K., 1975.
Analysis of magnetic anomalies over
Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
Yellowstone National Park: mapping of
Curie point isothermal surface for
geothermal reconnaissance. Journal of
Geophysical Research, 80(32): 4461-4465.
6. Bhattacharyya, B. K., and Leu, L. K., 1977.
Spectral analysis of gravity and magnetic
anomalies due to rectangular prismatic
bodies. Geophysics, 42(1): 41-50.
7. Okubo, Y., Graf, R. J., Hansen, R. O.,
Ogawa, K., and Tsu, H., 1985. Curie point
depths of the island of Kyushu and
surrounding areas, Japan. Geophysics,
50(3): 481-494.
8. Tanaka, A., Okubo, Y., and Matsubayashi,
O., 1999. Curie point depth based on
spectrum analysis of the magnetic anomaly
data in East and Southeast Asia.
Tectonophysics, 306(3): 461-470.
9. Blakely, R. J., 1996. Potential theory in
gravity
and
magnetic
applications.
Cambridge University Press.
10. Spector, A., and Grant, F. S., 1970.
Statistical
models
for
interpreting
aeromagnetic data. Geophysics, 35(2): 293302.
11. Magnetic anomaly map of East Asia
1:4,000,000. Published by geological
survey of Japan and CCOP. 1996.
12. Nguyễn Như Trung, Phùng Văn Phách,
Trần Văn Trị và nnk, 2013. Đặc trưng cấu
trúc khu vực bắc vịnh Bắc Bộ theo phân
tích số liệu khảo sát địa vật lý và địa chất
mới. Tuyển tập báo cáo khoa học hội nghị
khoa học địa chất Biển toàn quốc lần thứ 2,
Hà Nội - Hạ Long, 10-12/10/2013.
13. Nguyễn Hiệp (chủ biên) 2007. Địa chất và
tài nguyên dầu khí Việt Nam. Nxb.
KH&KT, 549 tr.
14. Clift, P. D., and Sun, Z., 2006. The
sedimentary and tectonic evolution of the
Yinggehai - Song Hong basin and the
southern Hainan margin, South China Sea:
Implications for Tibetan uplift and
monsoon intensification. Journal of
Geophysical Research: Solid Earth (1978 2012), 111(B6).
15. Phùng Văn Phách (chủ biên) và nnk., 2011.
Kiến tạo địa động lực và tiềm năng dầu khí
của bể trầm tích Sông Hồng - vịnh Bắc Bộ.
xb. Khoa học tự nhiên và Công nghệ. (Sách
chuyên khảo).
16. Nguyen Nhu Trung and Nguyen Thi Thu
Huong, 2013. Topography of the Moho and
Earth Crust Structure Beneath the East
Vietnam Sea from 3D inversion of Gravity
Field data. Acta geophysica, 61(2): 357384. (DOI: 10.2478/s11600-012-0078-9).
17. Trần Huyên, 2013. Dòng nhiệt và tài
nguyên năng lượng địa nhiệt của các bể
trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt
Nam (Bể Sông Hồng, Nam Côn Sơn, Cửu
Long và Malay - Thổ Chu) một vài giải
pháp ứng dụng. Hà Nội.
18. Xiao‐Yin, T. A. N. G., Sheng‐Biao, H. U.,
Gong‐Cheng, Z. H. A. N. G., Jian‐She, L. I.
A. N. G., Shu‐Chun, Y. A. N. G., Song, R. A.
O., and Wei‐Wei, L. I., 2014. Geothermal
Characteristics
and
Hydrocarbon
Accumulation of the Northern Marginal
Basins, South China Sea. Chinese Journal
of Geophysics, 57(1): 64-78.
19. Parker, R. L., 1973. The rapid calculation
of potential anomalies. Geophysical Journal
International, 31(4): 447-455.
20. Dobrin, M. B., and Savit, C. H., 1988.
Introduction to geophysical prospecting: 4th
edition: McGraw-Hill Book Co., 867 p.
21. Statistics
and
Standard
Deviation.
Mathematics Learning Centre.
147
Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
APPLICATION OF POWER DENSITY SPECTRUM OF MAGNETIC
ANOMALY TO ESTIMATE THE STRUCTURE OF MAGNETIC LAYER
OF THE EARTH CRUST IN THE BAC BO GULF
Nguyen Nhu Trung, Bui Van Nam, Nguyen Thi Thu Huong, Than Dinh Lam
Institute of Marine Geology and Geophysics-VAST
ABSTRACT: This paper presents results of application of power density spectrum of magnetic
anomaly to estimate the structure of magnetic layer of the earth crust in Bac Bo Gulf. The window
sizes depending on the depth and topography of the magnetic boundary were investigated on the
digital modeling and the field data. It allows us to define suitable window sizes for estimating the
depth of the magnetic layers in the Bac Bo Gulf. The interpretation result of magnetic data was used
to construct the maps of top boundary and bottom boundary (Curie point surface) of the magnetic
layer of the earth crust in the Bac Bo Gulf. The calculated depth of top boundary ranges from 3 km
along the coast to 14 km in the depocenter of the Song Hong basin. The calculated Curie depth is in
range of 11 - 26 km. The Curie surface depth is 16 km in the depocenter of the Song Hong Basin.
The interpretation result also showed that the Curie surface has good correlation with heat flow
and the Moho depth in the study area. The Curie surface depth is always shallower than Moho
surface in the study area.
Keywords: Power density spectrum, Curie point, Red River basin, magnetic anomaly.
148
View publication stats
.PDF 
13 
66 
97 
