Tài liệu Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ quả đất miền bắc việt nam bằng địa chấn dò sâu và từ tellua nhằm nâng cao độ tin cậy của các dự báo thiên tai địa chất

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC08/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ QUẢ ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG ĐỊA CHẤN DÒ SÂU VÀ TỪ TELLUA NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC DỰ BÁO THIÊN TAI ĐỊA CHẤT KC08.06/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài: Chủ nhiệm đề tài: Viện Địa chất PGS.TS. Đinh Văn Toàn 8084 Hà Nội – 5/2010 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC08/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ QUẢ ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG ĐỊA CHẤN DÒ SÂU VÀ TỪ TELLUA NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC DỰ BÁO THIÊN TAI ĐỊA CHẤT KC08.06/06-10 Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài: PGSTS. Đinh Văn Toàn Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ Hà Nội – 5/2010 MỤC LỤC MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1 CHƯƠNG I - ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH - ĐỊA MẠO, CẤU TRÚC KIẾN TẠO VÀ MỘT VÀI DẠNG TAI BIẾN ĐỊA CHẤT PHỔ BIẾN Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM ..................................................................................................... 13 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH - ĐỊA MẠO VÙNG NGHIÊN CỨU ........... 13 1.1.1. Đặc điểm địa hình - địa mạo vùng Đông Bắc Việt Nam .............. 13 1.1.2. Đặc điểm địa hình - địa mạo vùng Tây Bắc Việt Nam và Trường Sơn........................................................................................................... 14 1.1.3. Đặc điểm địa hình - địa mạo đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH)...... 17 1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC KIẾN TẠO KHU VỰC BẮC VIỆT NAM 17 1.2.1. Đặc điểm cấu trúc kiến tạo miền Đông Bắc Bộ............................ 18 1.2.2. Đặc điểm cấu trúc kiến tạo miền Tây Bắc Việt Nam ................... 26 1.2.3. Đặc điểm cấu trúc kiến tạo miền Bắc Trung Bộ........................... 30 1.3. ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ DẠNG TAI BIẾN ĐỊA CHẤT Ở LÃNH THỔ BẮC VIỆT NAM ........................................................................................ 33 1.3.1. Về tai biến động đất ...................................................................... 34 1.3.2. Về tai biến nứt, trượt lở đất........................................................... 37 CHƯƠNG II-KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ QUẢ ĐẤT Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN DÒ SÂU... 42 2.1. SƠ LƯỢC VỀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN DÒ SÂU TRONG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VỎ QUẢ ĐẤT .............................. 42 2.2. TRIỂN KHAI THỰC ĐỊA PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN DÒ SÂU . 51 2.2.1. Về đặc điểm của phương pháp địa chấn dò sâu............................ 51 2.2.2. Công tác khảo sát thực địa ............................................................ 54 2.3. XỬ LÝ BƯỚC ĐẦU SỐ LIỆU GHI SÓNG ĐỊA CHẤN .................. 58 2.3.1. Kết quả xử lý bằng phần mềm Seismic Unix ............................... 61 2.3.2. Kết quả xử lý bằng sử dụng phần mềm IXSEG2SEGY ............... 66 Đề tài KC.08.06/06-10 1 2.4. KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU PHÂN TÍCH BẰNG MÔ HÌNH HOÁ TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN DÒ SÂU ....................................................................... 71 2.4.1. Kết quả mô hình hoá tài liệu địa chấn dùng sóng phản xạ ........... 75 2.4.2. Mô hình hoá tài liệu địa chấn theo sóng khúc xạ.......................... 78 2.4.3. Xây dựng mặt cắt cấu trúc vỏ Quả đất theo tài liệu địa chấn ....... 84 CHƯƠNG III - KẾT QUẢ ĐO SÂU TỪ TELLUA NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VỎ QUẢ ĐẤT Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM ....................................... 89 3.1. SƠ LƯỢC VỀ CÁC NGHIÊN CỨU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỪ TELLUA ..................................................................................................... 89 3.2. THIẾT BỊ TỪ TELLUA VÀ KỸ THUẬT ĐO ................................... 92 3.3. CÔNG TÁC ĐO ĐẠC THỰC ĐỊA..................................................... 96 3.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU............................ 102 3.4.1. Phương pháp xử lý số liệu........................................................... 102 3.4.2. Phương pháp phân tích định lượng số liệu từ Tellua.................. 107 3.5. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG SỐ LIỆU TỪ TELLUA THEO BÀI TOÁN 1D VÀ 2D ................................................................. 118 3.5.1. Các mặt cắt phân bố điện trở suất biểu kiến ............................... 119 3.5.2. Kết quả nghịch đảo 2D................................................................ 120 3.5.3. Kết quả phân tích theo bài toán 1D............................................. 121 CHƯƠNG IV - KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TỪ VÀ TRỌNG LỰC NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỎ QUẢ ĐẤT Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM ....................................................................................................................... 124 4.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TỪ VÀ TRỌNG LỰC BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH ................................. 126 4.1.1. Các phương pháp phân tích định tính tài liệu từ......................... 126 4.1.2. Các phương pháp phân tích tài liệu trọng lực ............................ 133 4.1.3. Các kết quả nghiên cứu về đứt gãy theo tài liệu từ và trọng lực 135 Đề tài KC.08.06/06-10 2 4.2. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG TÀI LIỆU TRỌNG LỰC BẰNG BÀI TOÁN 2.5 CHIỀU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẬT ĐỘ VỎ QUẢ ĐẤT 147 4.2.1. Về bài toán ngược trọng lực........................................................ 147 4.2.2. Sơ lược về thuật toán mô hình hoá tài liệu trọng lực bằng bài toán 2,5 D ...................................................................................................... 151 4.2.3. Kết quả phân tích tài liệu trọng lực vùng nghiên cứu bằng bài toán 2,5 D ...................................................................................................... 154 CHƯƠNG V - CẤU TRÚC SÂU VỎ QUẢ ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI BÌNH ĐỒ CẤU TRÚC HIỆN ĐẠI................... 171 5.1. CẤU TRÚC SÂU VỎ QUẢ ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI......................................... 171 5.1.1. Bề mặt móng kết tinh vùng nghiên cứu ...................................... 171 5.1.2. Bề mặt Conrad vùng nghiên cứu................................................. 176 5.1.3. Bề mặt Moho trong vùng nghiên cứu ......................................... 181 5.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC TÂN KIẾN TẠO VÙNG NGHIÊN CỨU184 5.2.1. Đặc điểm biến dạng kiến tạo trong Kainozoi khu vực nghiên cứu ............................................................................................................... 184 5.2.2. Phân vùng TKT và phân loại các kiến trúc TKT khu vực nghiên cứu ......................................................................................................... 186 5.2.3. Đặc điểm các khối kiến trúc TKT khu vực nghiên cứu.............. 187 5.2.4. Đặc điểm các đới đứt gãy TKT chính có biểu hiện hoạt động hiện đại trong vùng nghiên cứu..................................................................... 200 5.3. Ý NGHĨA CỦA KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SÂU VỚI CÁC NGHIÊN CỨU DỰ BÁO THIÊN TAI ĐỊA CHẤT ....................... 207 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 211 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 214 Đề tài KC.08.06/06-10 3 MỞ ĐẦU Đặc điểm cấu trúc sâu một vùng lãnh thổ là một thông số quan trọng cho nghiên cứu bức tranh địa động lực. Sơ đồ cấu trúc sâu có độ tin cậy càng cao, càng có cơ sở tin cậy cho việc lý giải các hoạt động địa động lực của vùng nghiên cứu. Điều này cũng có nghĩa là độ tin cậy của các nghiên cứu về cơ chế hình thành phát sinh một số loại tai biến địa chất nội sinh như động đất, nứt - trượt đất, v.v... cũng phụ thuộc vào độ chính xác của sơ đồ cấu trúc sâu lãnh thổ, chưa nói đến những vấn đề liên quan đến quy luật phân bố tài nguyên khoáng sản. Một số đặc điểm liên quan đến cấu trúc sâu có thể đánh giá thông qua các tài liệu nghiên cứu về thành tạo magma, biến chất, các tài liệu địa hoá, nhưng để có được sơ đồ cấu trúc sâu phân tầng theo các ranh giới cấu trúc cho một vùng lãnh thổ thì tài liệu địa vật lý đóng một vai trò quan trọng. Có nhiều cách tiếp cận sử dụng các phương pháp địa vật lý để nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Quả 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 Quả đất vẫn là phương pháp địa chấn dò sâu [4], [35]. Ở nước ta, việc nghiên cứu xây dựng các sơ đồ cấu trúc sâu vỏ Quả 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 [29]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu các quá trình địa chất liên quan đến cấu trúc sâu cũng đã được triển khai khá sớm, thông qua các nghiên cứu thành lập bản đồ địa chất, bản đồ phân vùng kiến tạo v.v... Ngay từ trước năm 1945, các nghiên cứu về địa chất chủ yếu do các nhà địa chất Pháp thực hiện đã xuất bản được tờ bản đồ kiến trúc Đông Dương tỉ lệ 1: 2 500 000 của Fromaget và các cộng sự. Theo các kết quả nghiên cứu về địa tầng, magma, kết hợp với sử dụng Đề tài KC.08.06/06-10 1 thuyết địa di, nhóm tác giả trên đã chia lãnh thổ Đông Dương thành 3 yếu tố kiến trúc lớn: Địa khối Kon tum, Địa khối Đông Nam Trung Quốc, Khối Miến Điện ( Tây Thượng Lào ) và các cánh cung Phú Hoạt, Sông Mã. Những yếu tố này tạo thành khung cấu trúc và giữa chúng là các võng địa máng “Neotriat” bị vò nhàu – uốn nếp. Trong giai đoạn 1945 đến 1970, các tài liệu cho thông tin về cấu trúc sâu được phản ánh chủ yếu qua kết quả nghiên cứu các thành tạo magma và biến chất. Dựa trên thuyết địa máng thống trị ở giai đoạn này, một số nhà kiến tạo đã có những ý kiến khác nhau về bản chất và lịch sử tiến hoá của kiến tạo Việt Nam, nhưng nhìn chung các nghiên cứu nêu trên đã khẳng định vùng Bắc Bộ có những yếu tố kiến trúc chính như sau: + Khối nền Nam Trung Hoa (Chuẩn uốn nếp Đông Việt Nam – Dojikov A.E., 1965; Nền Nam Trung Hoa – Ngô Thường San, 1965, v.v...). + Hệ uốn nếp Việt Lào (Kropotkin, 1953; Dojikov A.E., 1965 v.v...). + Địa máng uốn nếp Shan Thái. + Caledonit Catazia (Hoàng Cấp Thanh, 1952; Pusarovsky I.M., 1965). + Đới khâu Sông Hồng ( Pusarovsky I.M., 1965 ). + Đứt gãy sâu Sông Mã ( đới khâu ) ( Blouder B., 1929; Ngô Thường San, 1965; Trần Văn Trị, 1970 v.v...). Từ năm 1971, việc nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Quả đất bắt đầu có sự tham gia của phương pháp Địa vật lý. Sơ đồ đầu tiên về bề dày vỏ Quả đất lãnh thổ Bắc Việt Nam được xây dựng trên cơ sở tính tương quan giữa tài liệu trọng lực và địa hình của Phạm Khoản, Ixaev E.N., được ra đời vào năm 1971 [29]. Theo đó, bề dày vỏ Quả đất ở phần lãnh thổ phía Bắc tăng dần từ 31 – 33 km ở vùng ven biển đến 45 – 47 km tại phần diện tích khu vực phía Bắc và Tây Bắc gần biên giới với Trung Quốc. Do tài liệu trọng lực sử dụng trong nghiên cứu này có mạng lưới điểm đo không đều và đặc biệt còn rất thưa ở các vùng núi, mặt khác, công thức tính tương quan của Deminhixkaia phù hợp Đề tài KC.08.06/06-10 2 hơn cho mạng lưới toàn cầu nên kết quả đánh giá bề dày vỏ Quả đất chủ yếu có ý nghĩa tham khảo cho các nghiên cứu mang tính khu vực lớn. Năm 1978, trên cơ sở sử dụng các thuật toán biến đổi trường trọng lực và từ, tác giả Quách Văn Gừng đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các trường biến đổi với ranh giới các bề mặt cơ bản trong vỏ Quả đất đã xây dựng được sơ đồ cấu trúc các bề mặt móng kết tinh, Conrad và Moho cho vùng lãnh thổ phía Bắc. Các sơ đồ được xây dựng như trên mặc dù đã tạo dựng được mối liên quan giữa các yếu tố cấu trúc với đặc điểm các dị thường biến đổi, nhưng cách làm này vẫn mang nặng màu sắc định tính, hơn nữa mạng luới điểm đo vẫn còn thưa thớt nên tính trung bình phản ánh khá rõ trong kết quả nghiên cứu. Việc nghiên cứu cấu trúc sâu bằng các phương pháp Địa vật lý 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 [14], [66 ] trong những năm 80 tác giả Bùi Công Quế đã xây dựng được sơ đồ cấu trúc vỏ Quả đất và các hệ thống đứt gãy chính cho lãnh thổ Việt Nam [55], [56], [57]. Theo đó, độ sâu mặt Moho ở lãnh thổ phía Bắc cũng có xu thế tăng dần từ 30 – 31 km ở vùng ven biển đến 48 – 50 km tại vùng núi cao Tây Bắc. Đáng lưu ý là mức độ chi tiết trong các nghiên cứu này đã được cải thiện rõ rệt. Trong đó, dưới các vùng trũng Kainozoi, bề dày vỏ mỏng đi đáng kể. Mặt Conrad nhận được trong các nghiên cứu này phản ánh hình thái tương tự mặt Moho, với độ sâu phân bố thay đổi trong khoảng 11 – 12 km ở khu vực vùng trũng, đến 22 – 24 km ở các vùng núi cao. Bề mặt móng kết tinh thay đổi Đề tài KC.08.06/06-10 3 phức tạp và có sự phân dị mạnh về độ sâu phân bố từ các vết lộ ở một số vùng núi đến rất sâu 8 - 9 km ở vùng trũng Hà Nội. Đáng ghi nhận là công trình nghiên cứu này đã tập hợp được khá nhiều các loại tài liệu khảo sát bổ sung, bao gồm cả tài liệu địa chấn thăm dò dầu khí, một số tuyến đo mới trọng lực, từ và tài liệu lỗ khoan v.v... Hệ phương pháp phân tích tổng hợp cũng hoàn thiện hơn, cập nhật được các tiến bộ về công nghệ nên kết quả nghiên cứu có tính thuyết phục hơn. Cũng từ những năm 80 đến những năm 90, nhiều kết quả nghiên cứu về cấu trúc sâu vỏ Quả đất cũng được phản ánh trong các công trình của tác giả Cao Đình Triều [85], [86], [87], [88], [89]. 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 này đã xác định mối quan hệ giữa đặc điểm trường trọng lực nâng lên các độ cao khác nhau với các ranh giới cơ bản trong cấu trúc vỏ. Độ sâu bề mặt Moho ở vùng phía Bắc được đánh giá ở vùng ven biển khoảng 30 km, cũng tăng dần về phía vùng núi Tây Bắc và đạt đến 38 km tại đây. Độ sâu bề mặt Conrad cũng thay đổi trong khoảng 10 km đề 24 km. Vùng sâu nhất 24 km tại khu vực Hà Giang. Các khu vực dưới các vùng trũng, mặt Conrad mỏng đi khá nhiều. Bề mặt móng kết tinh được đánh giá thay đổi khá phức tạp tương tự như trong các công trình của tác giả Bùi Công Quế. Ngoài các công trình như vừa nêu, các kết quả nghiên cứu về phân bố các hệ thống đứt gãy và cấu trúc vỏ Quả đất còn được phản ánh trong các công trình của các tác giả khác [69], [71], [72] trong cùng khoảng thời gian đó. Tuy các công trình này không tiến hành nghiên cứu đồng bộ các yếu tố cấu trúc sâu của toàn lãnh thổ, nhưng các kết quả cũng góp phần chi tiết thêm các yếu tố cấu trúc, nhất là các hệ thống đứt gãy ở một số vùng lãnh thổ. Song song với các kết quả nêu trên, một khối lượng hạn chế các điểm đo sâu từ Tellua đã được thực hiện. Tổng công ty Dầu khí là nơi áp dụng đầu tiên phương pháp từ Tellua cho việc nghiên cứu cấu trúc sâu miền võng Hà Đề tài KC.08.06/06-10 4 Nội vào những năm 1971 - 1976, vì hệ thiết bị sử dụng của Liên Xô lúc bấy giờ có độ chính xác không cao nên kết quả nghiên cứu chỉ dừng ở mức đánh giá độ sâu đến bề mặt móng trước Kanozoi tại một số điểm ít ỏi ( Nguyễn Đức Tiến và nnk., 1978 ). Năm 1994 - 1995 trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Vật lý Địa cầu, Viện Địa chất – Viện KHCNVN, Viện Dầu khí với Viện Vật lý địa cầu Paris, 4 tuyến đo sâu từ Telllua: tuyến Yên Bái – Tuyên Quang, tuyến Nam Định – Hải Phòng, tuyến Thanh Sơn - Thái Nguyên và tuyến Lương Sơn – Hà Nội - Bắc Ninh đã được thực hiện. Đây là các tuyến đo sâu từ Tellua đầu tiên sử dụng hệ thiết bị ghi số hiện đại hơn của Viện Vật lý địa cầu Paris. Kết quả đo đạc trên các tuyến cho phép đưa ra mặt cắt tương đối sâu về cấu trúc địa điện của miền võng Hà Nội, trong đó sự mỏng đi của bề dày vỏ Quả đất ở vùng trũng Đông Quan được phản ánh khá rõ ( Phạm Văn Ngọc và nnk, 1995; Đoàn Văn Tuyến và nnk, 1998 ) [46], [93]. Kết quả này cũng khẳng định sự xuyên sâu ở phạm vi thạch quyển của đới đứt gãy Sông Hồng (Đoàn Văn Tuyến và nnk, 1998; 1999; 2001 ) [ 94], [95], điều này cũng được khẳng định thêm trong kết quả phân tích tài liệu địa chấn động đất dải tần rộng ( Đinh Văn Toàn, Y-Ben Tsai, Hsin Hung Wu và nnk, 2005 ) [75]. Trong những năm 2004 - 2005, 3 tuyến đo sâu từ Tellua, mỗi tuyến dài khoảng 35 km đã được tiến hành ở khu vực miền võng Hà Nội (vùng Thái Bình – Nam Định), với mục đích đánh giá chi tiết cấu trúc sâu vùng trũng, nhất là đánh giá độ sâu móng cố kết trước Kainozoi phục vụ việc tìm kiếm dầu khí ( Lê Huy Minh và nnk, 2005 ) [39]. Kết quả cho thấy cấu trúc địa điện của miền võng rất phức tạp, cũng là phản ánh tính chất phức tạp của các quá trình địa chất - kiến tạo trong lịch sử hình thành và tiến hoá của nó. Ngoài các đo đạc nêu trên thì những năm 1999 – 2000, Viện Địa chất và khoáng sản cũng kết hợp với Giáo sư Phạm Văn Ngọc ( Viện Vật lý Địa cầu Paris ) đã tiến hành đo một số điểm ở vùng Sông Cả và Sông Mã, rất tiếc là các kết quả đo đạc này chưa được công bố trên các văn liệu. Đề tài KC.08.06/06-10 5 Các kết quả đo sâu từ Tellua tuy có ít, nhưng bề dày vỏ Quả đất dưới các tuyến đo cắt qua đới Sông Hồng được đánh giá theo độ dẫn điện mỏng đi đáng kể so với các kết quả phân tích tài liệu trọng lực như nêu trên. Trên cơ sở coi kết quả nghiên cứu bằng phương pháp từ Tellua như tài liệu tựa, Đặng Thanh Hải đã tiến hành phân tích lại các tài liệu trọng lực bằng sử dụng một hệ phương pháp phân tích ở mức hoàn thiện hơn. Kết quả cũng đã xây dựng được sơ đồ bề mặt các ranh giới cơ bản trong vỏ Quả đất ở vùng lãnh thổ phía Bắc. Đáng lưu ý là kết quả thu được có mức độ chi tiết khá cao và có nhiều điểm rất khác so với các nghiên cứu trước đây, cả về độ sâu phân bố lẫn hình thái cấu trúc của các mặt ranh giới Moho và Conrad [21]. Ngoài các nghiên cứu chủ yếu như nêu trên, về cấu trúc sâu còn một số tác giả cũng đã tận dụng các số liệu ghi động đất ít ỏi để tính toán bề dày vỏ Quả đất tại một vài điểm, dựa trên phân tích thời gian truyền sóng và tính phổ Fourier ( Vũ Ngọc Tân, 1979; Trần Trung Đoàn, 1983 ) [14], [66 ]. Mô hình lát cắt cấu trúc nhận được từ các nghiên cứu này cũng được phản ánh trong mặt cắt phân bố vận tốc truyền sóng địa chấn trong vỏ Quả đất lãnh thổ Bắc Việt Nam theo lý thuyết tia ( Nguyễn Ngọc Thuỷ, 1999 ) [70], hay một số đặc điểm về cấu trúc sâu thạch quyển thưa thớt cũng được phản ánh sơ lược theo cấu trúc của trường sóng ngang được xây dựng trên cơ sở phân tích đặc điểm phân tán vận tốc sóng mặt trong vỏ ( Wu H. H., Đinh Văn Toàn và nnk, 2005 ) [75]. Ngoài các kết quả nghiên cứu bằng các phương pháp Địa vật lý, trong giai đoạn này còn có nhiều kết quả nghiên cứu về thành phần vật chất, các phương pháp địa chất nghiên cứu đánh giá các quá trình địa động lực, cung cấp thêm nhiều thông tin liên quan đến cấu trúc sâu và về lịch sử kiến tạo lãnh thổ nước ta. Nhờ được bổ sung thường xuyên các kết quả nghiên cứu mới trong suốt quá trình, nên trong giai đoạn này xuất hiện thêm nhiều công trình nghiên cứu về kiến tạo và địa động lực. Nhiều kết quả nghiên cứu kiến tạo của Trần Văn Trị, Nguyễn Xuân Bao, Lê Duy Bách, Nguyễn Nghiêm Minh Đề tài KC.08.06/06-10 6 đã được công bố [2], [3], [83], [84]. Tiếp theo là sự xuất hiện nguyên tắc phân vùng kiến tạo theo thuyết tuổi hình thành vỏ lục địa (Văn Đức Chương, 1980; Nguyễn Xuân Bao, 1985, v.v...). Nhiều công trình nghiên cứu địa động lực hiện đại cũng được công bố ( Nguyễn Trọng Yêm, 1996; Trần Đình Tô, 1991; Tapponier, 1982; Trần Văn Thắng, 1996; 2004; Phan Trọng Trịnh, Nguyễn Văn Vượng (1999 – 2004), v.v...). Cũng trong giai đoạn này, từ sau năm 1990 đã xuất hiện một số sơ đồ phân vùng theo học thuyết kiến tạo mảng ( Trần Văn Trị, Nguyễn Xuân Tùng, 1992; Phạm Huy Long, 2002; Dương Đức Kiêm, 2001; v.v...). Nhìn chung, các công trình nghiên cứu về kiến tạo mảng còn nhiều hạn chế do thiếu những nguyên tắc phân vùng nhất quán mà nguyên nhân chính vẫn là thiếu các tài liệu đủ độ tin cậy về cấu trúc sâu lãnh thổ, về tái lập nguyên trạng và thiếu các kết quả nghiên cứu về bồn v.v... Như vậy, đến nay ta đã có không ít sơ đồ cấu trúc các bề mặt ranh giới cơ bản trong vỏ Quả đất và các hệ thống đứt gãy kiến tạo vùng lãnh thổ phía Bắc được xây dựng, chủ yếu trên cơ sở phân tích tài liệu trọng lực. Do tính đa trị tương đối cao của bài toán ngược trọng lực nên các kết quả nghiên cứu cấu trúc vỏ Quả đất của các tác giả khác nhau còn có sự khác biệt rất đáng kể. Một số tác giả cũng đã sử dụng kết quả nghiên cứu ít ỏi bằng phương pháp từ Tellua làm tài liệu tựa để đối sánh và sử dụng cho xây dựng mô hình ban đầu phục vụ tính toán mô hình mật độ, nhằm nâng cao độ tin cậy của phép phân tích trọng lực. Trong thực tế, bài toán ngược từ Tellua cũng vẫn là bài toán khá đa trị do tác động của nguyên lý tương đương, sai số đo đạc v.v... Tình trạng chưa có được số liệu đủ độ tin cậy để đối sánh, liên kết nên rất khó đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ cấu trúc sâu hiện có. Điều này gây khó khăn không ít cho các nhà nghiên cứu về các vấn đề kiến tạo, địa động lực lãnh thổ và tai biến địa chất liên quan. Như đã nêu trên, phương pháp địa chấn dò sâu là phương pháp có độ tin cậy cao nhất trong nghiên cứu cấu trúc sâu, nhưng việc khảo sát bằng Đề tài KC.08.06/06-10 7 phương pháp này khó khăn hơn nhiều so với phương pháp khác và chi phí cũng rất tốn kém. Thường trong các nghiên cứu cấu trúc sâu nguời ta chỉ tiến hành một khối lượng hạn chế khảo sát bằng phương pháp này và sử dụng nó vừa để đánh giá độ tin cậy của phương pháp khác, vừa làm tài liệu tựa cho việc xây dựng mô hình cấu trúc trong phân tích xử lý tài liệu địa vật lý khác. Vùng nghiên cứu được giới hạn từ khoảng vỹ tuyến 190 Bắc đến biên giới Việt Trung. Đây là vùng có tính hoạt động địa chấn cao nhất trong cả nước, các tai biến khác như nứt, trượt lở đất, lũ quét có nguồn gốc nội sinh cũng xảy ra mạnh mẽ. Việc nâng cao độ tin cậy của sơ đồ cấu trúc sâu đối với vùng lãnh thổ này là một việc làm cấp thiết và cần được ưu tiên trước. Xuất phát từ thực trạng trên, Chương trình: “ Khoa học công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên”, mã số: KC.08/06-10 đã cho phép triển khai Đề tài: “ Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Quả đất miền Bắc Việt Nam bằng địa chấn dò sâu và từ Tellua, nhằm nâng cao độ tin cậy của các dự báo thiên tai địa chất”, mã số: KC.08.06/0610. Việc thực hiện Đề tài dựa trên cơ sở Hợp đồng: Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số: 06/2006/HĐ-ĐTCT-KC.08.0/06-10 được ký giữa Bên A là: đại diện Chương trình KC.08/06-10, đại diện Văn phòng các chương trình khoa học công nghệ thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ với Bên B là: Viện Địa chất, cơ quan chủ trì Đề tài và Chủ nhiệm đề tài. Theo đó Đề tài phải thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu theo đề cương đã được phê duyệt với thời gian thực hiện từ tháng 3/2007 đến hết tháng 3/2010. Theo đó, mục tiêu của đề tài là: Xây dựng cơ sở khoa học phân tích tổng hợp số liệu địa vật lý nhằm làm chính xác hơn mô hình cấu trúc sâu vỏ Quả đất và tính chất vật lý của các thành phần cấu trúc lãnh thổ Bắc Việt Nam. Các nội dung nghiên cứu chính gồm: Đề tài KC.08.06/06-10 8 - Nghiên cứu đặc điểm phân bố trường sóng địa chấn trong vỏ Quả đất. - Nghiên cứu đặc điểm phân bố các cấu trúc dẫn điện trong vỏ Quả đất. - Nghiên cứu các yếu tố cấu trúc vỏ Quả đất bằng phân tích lại các tài liệu trọng lực và từ. - Nghiên cứu bổ sung về đặc điểm cấu trúc sâu và hoạt động của các hệ thống đứt gãy chính bằng các phương pháp địa chất – kiến tạo. - Nghiên cứu xây dựng mô hình cấu trúc vỏ Quả đất và phân bậc các đơn vị cấu trúc và các hệ thống đứt gãy. Đề tài do Viện Địa chất chủ trì và được tổ chức theo 4 đề tài nhánh trong quá trình thực hiện: 1. Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Quả đất ở miền Bắc Việt Nam bằng phương pháp địa chấn dò sâu do PGS.TS. Đinh Văn Toàn kiêm nhiệm. 2. Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Quả đất ở miền bắc Việt Nam bằng phương pháp đo sâu từ Tellua do TS. Lê Huy Minh chủ nhiệm. 3. Kết quả nghiên cứu cấu trúc sâu miền bắc Việt Nam bằng tài liệu từ và trọng lực, do ThS. Lại Hợp Phòng làm chủ nhiệm. 4. Đặc điểm địa hình - địa mạo, kiến tạo, Tân kiến tạo và trường ứng suất kiến tạo hiện đại khu vực miền Bắc Việt Nam do TS. Trần Văn Thắng chủ nhiệm. Qua 3 năm thực hiện, đến nay Đề tài đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao, gồm: - Đã hoàn thành việc khảo sát nghiên cứu 2 tuyến địa chấn dò sâu, cắt qua nhiều đơn vị cấu trúc chính của lãnh thổ Miền Bắc. Kết quả bước đầu đã cho phép xây dựng được mô hình cấu trúc vỏ Quả đất dưới 2 tuyến đo, có cơ sở để tin cậy [76], [77], [78]. Việc khảo sát bằng phương pháp này đã được thực hiện bằng 200 thiết bị địa chấn hiện đại Reftek-125 do hãng Refraction Technology sản xuất và được phòng thí nghiệm Địa vật lý J. Miller thuộc Đại học Texas ở El Paso - Mỹ hỗ trợ thông qua hợp tác với Viện Địa chất. Trong Đề tài KC.08.06/06-10 9 đó GS.TS. Steven Harder trưởng phòng thí nghiệm nêu trên là chuyên gia có nhiều kinh nghiệm đã trực tiếp tham gia từ khâu chuẩn bị, khảo sát và xử lý phân tích tài liệu trong suốt quá trình thực hiện đề tài. - Cũng trên hai tuyến địa chấn đã tiến hành khảo sát nghiên cứu bằng phương pháp từ Tellua, với tổng số điểm đo trên cả 2 tuyến là 64 điểm. Kết quả cũng đã xây dựng được mô hình cấu trúc vỏ Quả đất dưới hai tuyến đo. - Việc phân tích lại tài liệu trọng lực và từ được tiến hành bằng cả các phương pháp định tính và định lượng. Trong đó phân tích định lượng tài liệu trọng lực đã sử dụng tài liệu địa chấn làm tài liệu tựa. Kết quả phân tích định tính đã bổ sung được các thông tin về hình thái cấu trúc và phân bố đứt gãy kiến tạo trong vùng nghiên cứu. Phần phân tích định lượng đã xây dựng được khá nhiều mô hình mật độ vỏ Quả đất, làm cơ sở cho việc xây dựng sơ đồ các bề mặt ranh giới trong vỏ Quả đất. Do có tài liệu địa chấn làm tài liệu tựa nên sơ đồ các bề mặt ranh giới cấu trúc trong vỏ có cơ sở để tin cậy, nhất là các vùng gần với tuyến đo địa chấn. Tài liệu này có thể đóng góp tích cực cho nâng cao hiệu quả của các nghiên cứu về địa động lực. Trong đó, bề dày vỏ Quả đất là thông số bổ ích cho nghiên cứu đánh giá tầng sinh chấn trên lãnh thổ vùng nghiên cứu. - Nghiên cứu đánh giá mối quan hệ giữa bình đồ cấu trúc hiện đại với cấu trúc sâu thực hiện trong đề tài đã tiến hành phân đoạn được một số đứt gãy lớn trong vùng nghiên cứu. Các kết quả này có thể đóng góp cho nâng cao độ tin cậy của các nghiên cứu dự báo thiên tai địa chất, không chỉ động đất mà còn các tai biến như nứt, trượt lở đất v.v... có nguồn gốc nội sinh. Kết quả nghiên cứu của đề tài được trình bày chi tiết trong 4 đề tài nhánh nêu trên và trong báo cáo tổng kết chung của đề tài. Báo cáo tổng hợp được được trình bày theo 5 chương: - Chương I: Đặc điểm địa hình - địa mạo, cấu trúc kiến tạo và một vài dạng tai biến địa chất phổ biến ở miền Bắc Việt nam. Đề tài KC.08.06/06-10 10 - Chương II: Kết quả nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Quả đất ở miền Bắc Việt Nam bằng phương pháp địa chấn dò sâu. - Chương III: Kết quả đo sâu từ Tellua nghiên cứu cấu trúc vỏ Quả đất ở miền Bắc Việt Nam. - Chương IV: Kết quả phân tích tài liệu từ và trọng lực nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ quả đất ở miền Bắc Việt Nam - Chương V: Cấu trúc sâu vỏ Quả đất miền Bắc Việt Nam và mối quan hệ với bình đồ kiến trúc hiện đại. Đề tài được thực hiện do PGS.TS. Đinh Văn Toàn chủ nhiệm, với sự tham gia hỗ trợ rất tích cực của GS. TS. Steven Harder - Trường Đại học Texas ở El Paso - Mỹ, nhiều cán bộ khoa học Viện Địa chất và cán bộ của các cơ quan khác như: Viện Vật lý Địa cầu, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đại học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội. Ngoài ra, tham gia trực tiếp đề tài này còn có Công ty công nghiệp Hoá chất Mỏ Bắc Trung Bộ, Công ty hoá chất Mỏ Việt Bắc, một số cơ sở khoan và nhiều người dân các địa phương, nơi có tuyến địa chấn chạy qua. Thay mặt tập thể tác giả, chủ nhiệm đề tài xin được gửi lời cảm ơn đến các cơ quan và các nhân nói trên. Trong suốt quá trình thực hiện, Đề tài luôn được sự quan tâm, động viên, tư vấn, hỗ trợ về nhiều mặt của Ban chủ nhiệm Chương trình KC.08/0610, của Văn Phòng các chương trình khoa học và công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước, của Vụ quản lý Khoa học Xã Hội và Tự Nhiên - Bộ Khoa học và Công nghệ. Đề tài cũng được lãnh đạo Viện địa chất và bộ phận chức năng tạo điều kiện thuận lợi để tập thể tác giả hoàn thành các nhiệm vụ được giao. Nhân dịp này cho phép tác giả được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến các đồng chí lãnh đạo, và các cán bộ trực tiếp tư vấn giúp đỡ Đề tài trong suốt quá trình thực hiện. Mặc dù tập thể tác giả cũng đã triển khai thực hiện các nhiệm vụ vớí sự Đề tài KC.08.06/06-10 11 cố gắng tối đa, nhưng vẫn không tránh khỏi được những mặt còn hạn chế, Đề tài mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp gần xa. NHỮNG NGƯỜI THAM GIA CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1. PGS.TS. Đinh Văn Toàn ( Chủ nhiệm đề tài) 2. GS.TS. Steven H. Harder 12. TS. Trần Văn Thắng 3. GS.TSKH Phạm Năng Vũ 13. TS. Vũ Văn Chinh 4. KS. Trịnh Việt Bắc 14. PGS.TS. Nguyễn Văn Vượng 5. ThS. Lại Hợp Phòng 15. ThS. Văn Đức Tùng 6. TS. Đoàn Văn Tuyến 16. CN. Nguyễn Thị Thanh Hương 7. CN. Trần Anh Vũ 17. TS. Vũ Văn Tích 8. CN. Nguyễn Thị Hồng Quang 18. TS. Phạm Tích Xuân 9. PGS.TS. Trần Cánh 19. TS. Võ Thanh Sơn 10. TS. Lê Huy Minh 20. ThS. Nguyễn Chiến Thắng 11. ThS. Nguyễn Bá Duẩn 21.ThS. Lê Trường Thanh Đề tài KC.08.06/06-10 12 CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH - ĐỊA MẠO, CẤU TRÚC KIẾN TẠO VÀ MỘT VÀI DẠNG TAI BIẾN ĐỊA CHẤT PHỔ BIẾN Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH - ĐỊA MẠO VÙNG NGHIÊN CỨU Khu vực nghiên cứu bao gồm các tỉnh miền núi phía Bắc, đồng bằng Sông Hồng, tỉnh Thanh Hoá và một phần đất Nghệ An thuộc phần phía Bắc của vùng Bắc Trung Bộ. Đặc điểm địa hình khu vực nghiên cứu được thể hiện trên hình (hình1.1) và một cách khái quát có thể phân chia ra các vùng khác nhau: 1. Vùng Đông Bắc Việt Nam (ĐBVN) 2. Vùng Tây Bắc Việt Nam và Trường Sơn (TBVN và TS) 3. Vùng Đồng Bằng Sông Hồng (ĐBSH) 1.1.1. Đặc điểm địa hình - địa mạo vùng Đông Bắc Việt Nam Địa hình vùng ĐBVN có đặc điểm nổi bật là rất phát triển các dãy núi uốn cong dạng cánh cung và một đầu của chúng chụm lại với nhau ở Tam Đảo, tạo nên hình hài dạng rẻ quạt. Ở phía TB lãnh thổ, các dãy núi dạng vòng cung này có phương AKT nhưng dần về ĐN chúng chuyển sang AVT. Từ TB xuống ĐN lần lượt gặp các dãy núi cánh cung Sông Gâm, Ngân Sơn, Bắc Sơn và kết thúc là cánh cung Đông Triều. Độ cao của dãy núi cũng có xu thế giảm dần từ TB xuống ĐN. Ôm vòng phía trước và phía sau cánh cung là các thung lũng. Phía sau cánh cung Sông Gâm là thung lũng Sông Gâm, Sông Đáy. Phía trước nó và phía sau cánh cung Ngân Sơn là thung lũng sông Năng, sông Cầu. Phía trước cánh cung Bắc Sơn là thung lũng sông Thương. Phía sau cánh cung Đông Triều là thung lũng sông Lục Nam, sông Tiên Yên, còn phía trước nó là biển được chuyển tiếp qua vùng đồi - đồng bằng. Đề tài KC.08.06/06-10 13 Ngoài các cánh cung, trong vùng còn có một số dãy núi phương TB ĐN, điển hình là dãy Tam Đảo. Kèm theo với chúng là các hệ thống sông hoặc chuỗi các thung lũng cùng phương như sông Lô, sông Bằng Giang, sông Kỳ Cùng, và sông Phố Cũ. Phía TN vùng Đông Bắc Việt Nam, phần tiếp giáp với phần Tây Bắc phát triển địa hình tuyến tính trải dài theo phương TB - ĐN, điển hình ở đây là dãy Tam Đảo cao 1591 m, dãy núi con voi cao trên 1000 m. Đặc điểm địa hình này đã khống chế dòng chảy theo phương TB - ĐN của hai sông Hồng và sông Chảy. Từ TB xuống ĐN tới vĩ độ Việt Trì, dãy núi Con Voi hạ thấp độ cao đáng kể và nhường chỗ cho sự phát triển đồng bằng kiểu Delta Sông Hồng. 1.1.2. Đặc điểm địa hình - địa mạo vùng Tây Bắc Việt Nam và Trường Sơn Theo đặc điểm về hình thái địa hình có thể chia miền núi Tây Bắc ra thành 2 vùng khác nhau qua ranh giới là thung lũng phương Á kinh tuyến Điện Biên - Lai Châu. Vùng phía Tây ranh giới này, thuộc địa phận các huyện Mường Tè, Mường Nhé và Mường Lay, đặc trưng bởi các dãy núi có độ cao từ 1000 m đến trên 3000 m và được chia làm 2 phần rõ rệt qua ranh giới Sông Đà. Các dãy núi ở phía bờ trái Sông Đà có độ cao trung bình khoảng 2000 – 3000 m, kéo dài theo phương TB - ĐN, điển hình là dãy núi Pu Si Lung cao 3076 m. Các dãy núi này bị cắt xẻ mạnh mẽ bởi tập hợp các khe suối thượng nguồn sông Đà, tạo nên các hình thái sườn núi thẳng với độ dốc lớn, đạt > 450, còn đỉnh có dạng răng cưa. Ở phía bờ phải sông Đà, các dãy núi lại có dạng uốn cong quay đỉnh lồi về ĐB với phần phía Tây kéo dài theo phương TB - ĐN, còn phần phía Đông, phương chuyển dần sang Á kinh tuyến. Phần uốn cong của các dãy núi thể hiện rõ nhất ở phía Tây Nà Pheo (Thị trấn Mường Lay mới). Hai dãy núi điển hình của phần này là dãy núi Mường Chà có độ cao Đề tài KC.08.06/06-10 14 trung bình khoảng 1500 – 2000 m, có phương TB - ĐN từ biên giới Việt Trung đến thị trấn Mường Nhé đến Á kinh tuyến từ thị trấn Mường Nhé đến thị trấn Phu Sa Phìn. Độ cao dãy núi này giảm dần về phía ĐN. Thứ hai là dãy núi Phu Đen Đinh có độ cao trung bình 1500 – 1800 m ( đỉnh Phu Đen Đinh cao 1886 m ) chạy theo phương TB-ĐN dọc theo biên giới Việt - Lào, đến Na Khoa thì chảy sang phương Á kinh tuyến. Nằm xen kẹp giữa 2 dãy núi Pu Đen Đinh và Mường Chà – Si Pha Phìn là dải đồi núi thấp Mường Nhé có dạng như một dải thung lũng kéo dài theo phương phân bố cuả các dãy núi xen kẹp. Độ cao trung bình khoảng 1000 – 2000 m. Mức độ chia cắt sâu giảm, chia cắt ngang tăng lên. Do vậy rải rác trong dải này phân bố các dạng địa hình tích tụ dọc theo chân sườn của chúng. Vùng phía Đông thung lũng Á kinh tuyến Lai Châu - Điện Biên được đặc trưng bởi các dãy núi cao kéo dài phương TB-ĐN phân bố xen kẹp giữa các dãy núi cao với dải địa hình núi thấp tạo nên cấu trúc dạng lòng máng rất ấn tượng. Chênh lệch độ cao địa hình giữa chúng rất lớn, có thể đạt tới cả nghìn mét, thậm chí hơn. Lòng máng gần trùng với thung lũng sông Đà và được giới hạn phía ĐB là dãy núi Hoàng Liên Sơn hùng vĩ, cao không chỉ nhất nước mà còn nhất khu vực Đông Dương với đỉnh Phanxipan cao 3.143m, còn phía TN là dãy núi Sủ Sung Chảo Chai, cao khoảng 1600 - 1800m. Phía TN dãy núi Sủ Xung Chảo Chai là các dãy núi cao kề tiếp nhau phân định biên giới Việt - Lào như Pu Sam Sao, Pha Luông… Ngoài cấu trúc dạng lòng máng, địa hình Tây Bắc còn thể hiện rất rõ xu hướng thấp dần từ TB xuống ĐN. Chính vì vậy, ở ven rìa Đông và Đông Nam, nơi tiếp giáp với đồng bằng Sông Hồng và Biển Đông địa hình núi thấp, đồi trung du và đồng bằng là đặc trưng. Ở đây đồng bằng Thanh Hoá là đáng kể nhất với diện tích khoảng 2500 km2. Ở khu vực này còn phát triển địa hình cao nguyên trong đó phải kể đến cao nguyên Sơn La, Mộc Châu và Tà Phình. Cao nguyên Sơn La và cao Đề tài KC.08.06/06-10 15