ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA MẠO BIỂN Ở KHU VỰC TÂY NAM BIỂN ĐÔNG

NGUYỄN BIỂU¹, NGUYỄN QUỐC HƯNG², NGÔ THỊ KIM CHI²,
VŨ ANH THƯ², PHÙNG NGỌC MẠNH², BÙI THU HIỀN², LÊ ĐÌNH NAM³

¹Tổng hội Địa chất Việt Nam, 6 Phạm Ngũ Lão, Hà Nội;
²Trường Đại học Mỏ - Địa chất,Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội;
³Viện Địa chất - Địa vật lý Biển,Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Tóm tắt: áp dụng phương pháp phân tích ảnh viễn thám có độ phân giải khác nhau kết hợp với bản đồ đẳng sâu và sự phân bố trầm tích cho phép nghiên cứu địa mạo đáy biển ở khu vực tây nam biển Đông từ mức độ khu vực đến chi tiết.

- Sử dụng ảnh viễn thám độ phân giải thấp kết hợp với tài liệu đo sâu trong nghiên cứu địa mạo đáy biển cho phép phân chia địa hình đáy biển thành 4 vùng địa mạo như thềm, sườn, chân lục địa và đáy biển sâu.

- Sử dụng ảnh viễn thám độ phân giải trung bình (100 đến 200 m) trong nghiên cứu địa mạo đáy biển có thể xác định sự phân bố các kiểu địa hình và kết quả này góp phần hiệu chỉnh các bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 200.000 và 1: 500.000.

- Sử dụng ảnh viễn thám có độ phân giải từ 2 đến 5 m trong nghiên cứu địa mạo đáy biển ở mức độ chi tiết giúp chỉ rõ hình thái thành phần địa hình và dự báo các tiềm ẩn tai biến địa chất liên quan.

I. MỞ ĐẦU

Trước đây, phương pháp phân tích ảnh viễn thám trong nghiên cứu đáy biển đã được áp dụng ở nhiều nước, nhưng cho tới nay phương pháp này vẫn chưa được sử dụng trong các công trình nghiên cứu địa hình, địa mạo và địa chất biển Việt Nam do chưa có ảnh vệ tinh đáy biển. Trong công trình nghiên cứu của mình, các tác giả đã sử dụng các ảnh viễn thám có độ phân giải khác nhau để nghiên cứu đặc điểm địa mạo đáy biển ở khu vực tây nam biển Đông và xác định khả năng ứng dụng của phương pháp này ở Việt Nam.

Vùng nghiên cứu là phần đáy biển Đông từ Nam Trung Bộ đến Đông Nam Bộ, được khống chế trong ô tọa độ địa lý từ 9,57^o đến 13^o vĩ độ Bắc và từ 105,36^o đến 113^o kinh độ Đông (Hình 1).

Khi chưa áp dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu, thềm lục địa ở khu vực này được phân chia với ranh giới thềm - sườn ở độ sâu -200 m [10], -200 đến -300 m [1-9, 11, 12]. Các bản đồ địa hình đo trong vùng nghiên cứu được vẽ trên cơ sở nội suy các điểm đo sâu rời rạc và kết hợp các tuyến đo sâu hồi âm. Vì vậy, hình thái địa hình có chỗ sai khác với thực tế và nhiều hình thái địa hình chi tiết vẫn chưa được chỉ ra. Việc áp dụng phương pháp viễn thám kết hợp với kết quả của những phương pháp khác ở những mức độ khu vực, trung bình, chi tiết phần nào giải quyết được những nhược điểm này.

II. NGHIÊN CỨU ĐỊA MẠO KHU VỰC

Ảnh viễn thám mầu image@2005. EarthSat và số liệu đo sâu đáy biển là tài liệu được sử dụng trong nghiên cứu địa mạo khu vực (Hình 1).

Việc thành lập đường đồng mức độ sâu địa hình đáy biển được thực hiện nhờ phần mềm Vertical dùng thuật toán Kriging trên số liệu đo sâu của Cmap 93. Kết quả vẽ đường đồng mức đẳng sâu nội suy theo thuật toán Kriging được thể hiện trên hình (Hình 2).

Việc phân chia các đơn vị địa hình trong vùng nghiên cứu tiến hành dựa vào các cơ sở sau:

Về địa hình: ảnh được chọn là image@2005.EarthSat chụp khu vực nghiên cứu vào buổi chiều. Điều đó giúp dễ dàng nhận thấy rõ vị trí bóng râm của các bậc địa hình và tính chất phân dị của địa hình. Căn cứ vào các yếu tố này kết hợp với tài liệu đo sâu của Cmap 93 và sự thay đổi độ dốc địa hình một cách tương đối có thể phân chia và gọi tên tương ứng là vùng thềm lục địa, vùng sườn lục địa, vùng chân lục địa và vùng đáy biển sâu. Như vậy, từ ảnh viễn thám và tài liệu đo sâu có thể nhận ra được 4 vùng địa hình.

Vùng thềm lục địa với đặc điểm địa hình trên ảnh không thể hiện sự phân dị và độ dốc địa hình thay đổi không đột ngột. Ranh giới thềm - sườn là nơi địa hình có độ dốc thay đổi đột ngột và tính phân bậc rõ ràng thể hiện bóng râm trên ảnh và sự kiểm tra tương đối bằng đường đồng mức và mặt cắt địa chất T65. Độ sâu của ranh giới thềm - sườn phân bố từ -200 m ở khu vực phía bắc từ 13^o đến 12^o vĩ tuyến Bắc, từ -200 đến -500 m ở 12^o đến 10^o30’ vĩ tuyến Bắc và từ -500 đến -200 m ở 10^o30’ vĩ độ Bắc tới nam vùng nghiên cứu được ghi nhận theo tài liệu đo sâu của Cmap 93. Theo cách phân chia này, thềm lục địa trong khu vực hẹp nhất ở 13^o vĩ độ Bắc, mở rộng về phía biển tới 110,2^o kinh độ Đông ở 10^o30’ vĩ độ Bắc. Từ 10^o30’ vĩ độ Bắc tới phía nam, ranh giới thềm - sườn có xu hướng dịch về phía đất liền tới toạ độ 109^o kinh độ Đông ở 8^o vĩ độ Bắc. Về tổng thể, thềm lục địa Nam Trung Bộ có xu hướng mở rộng từ phía bắc xuống phía nam.

Vùng sườn lục địa và quần đảo được nhận biết trên ảnh viễn thám bằng sự phân dị địa hình đáy biển và các đảo thuộc quần đảo Trường Sa. Về ranh giới của nó với vùng chân lục địa không phân định được trên ảnh mà phân định một cách tương đối dựa vào độ dốc địa hình, mà cơ sở là tài liệu đo sâu của Cmap 93 và đường đồng mức. Kết quả cho thấy vùng sườn lục địa và quần đảo có ranh giới trong là thềm lục địa và ranh giới ngoài nằm ở độ sâu khoảng -2000 m. Ranh giới ngoài được lấy ở độ sâu -2000 m do đây là nơi đường đồng mức thay đổi từ mau sang thưa, hay độ dốc địa hình từ dốc sang thoải rất phổ biến ở khu vực phía bắc và phía nam. Sự hạn chế khi xác định ranh giới theo tiêu chí này là độ dốc địa hình khu vực từ 10^o đến 11^o vĩ độ Bắc không tuân theo quy luật từ dốc sang thoải, nhưng ở đây có tính phân bậc địa hình rất rõ ràng. Kết quả phân định cho thấy vùng sườn lục địa và quần đảo có xu thế mở rộng từ bắc tới nam vùng nghiên cứu với đặc điểm địa hình phân dị thể hiện ở dạng đồi ngầm và các đảo phát triển trên địa hình nghiêng. Khu vực phía bắc của sườn hẹp và có đặc điểm độ dốc rất lớn và mang tính liên tục; khu vực từ 10^o đến 11^o vĩ độ Bắc thể hiện độ dốc địa hình thay đổi không liên tục: dốc đột ngột ở ranh giới phía lục địa, nhưng lại rất thoải về phía biển trước khi dốc đột ngột ở ranh giới giữa nó với chân lục địa. Khu vực phía nam của vùng có độ dốc tương đối ổn định, đặc điểm địa hình phân dị thể hiện ở những hình dạng kiểu đồi, núi ngầm và các đường phân cắt. Tây nam vùng là khu vực quần đảo Trường Sa, địa hình có tính chất phân dị rất mạnh thể hiện ở những đồi và núi ngầm bên cạnh những rãnh nước sâu, cục bộ sâu tới -4000 m. Nơi nhô cao nhất là khu vực đảo Trường Sa với xu thế địa hình thoải về hai phía tây bắc và đông nam.

Vùng chân lục địa được xác định bằng ảnh viễn thám và tài liệu đo sâu. Việc xác định ranh giới chân và sườn lục địa như đã trình bầy ở trên. Ranh giới giữa chân lục địa và biển sâu được xác định bằng ảnh viễn thám dựa trên sự khác biệt của địa hình và dấu hiệu bóng râm do hiện tượng bóng đổ. Tài liệu đo sâu cho thấy địa hình của chân lục địa nằm ở độ sâu từ -2000 đến -3500 m với đặc điểm địa hình phân dị mạnh, thể hiện ở dạng núi ngầm với độ chênh cao phần lớn trên 500 m và sự phân cắt địa hình.

Vùng biển sâu được xác định hầu hết bằng ảnh viễn thám và độ sâu cung cấp bởi Google. Vùng này phân bố ở độ sâu trên -3000 m, phổ biến trên -3500 m. Trên ảnh, đáy vùng biển sâu thể hiện dạng bề mặt địa hình khá bằng phẳng và ít bị phân cắt.

Về cấu trúc, trên ảnh image@2005 EarthSat (Hình 3) tương ứng với tầm nhìn từ độ cao 710,9 km xuống Biển Đông, dựa vào các yếu tố dạng đường và kiểm nghiệm bằng mặt cắt địa vật lý VOR-93-105 (Hình 4) có thể vạch được vị trí đứt gãy dọc kinh tuyến 110^o dài 110, 5 km (Hình 3).

III. NGHIÊN CỨU ĐỊA MẠO Ở MỨC ĐỘ TRUNG BÌNH

Mục tiêu nghiên cứu địa mạo ở mức độ này nhằm chính xác hoá hình dạng các yếu tố địa hình đáy biển như các trũng, các bãi và các đảo phân bố ở độ sâu từ 0 đến -30 m nước. Để phục vụ mục tiêu này, chúng tôi sử dụng ảnh image@2005.EarthSat chụp vào tháng 11/2005 (Hình 5) (khi đó là mùa khô), tài liệu đo sâu Cmap 93, tài liệu đo sâu của Google, bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 200.000 và bản đồ địa hình tỉ lệ 1: 500.000.

Trước đây, việc thành lập đường đồng mức địa hình tỷ lệ 1: 200.000 ở độ sâu 0 đến -30 m nước được dựa trên cơ sở các tuyến đo sâu hồi âm cách nhau 5 km, gần bờ là 2,5 km và phương pháp nội suy tuyến tính giữa các điểm đo sâu 5x5 km. Với phương pháp đó, hình dạng địa hình giữa các điểm nội suy có khi chưa phản ánh đúng hình dạng địa hình thật của đáy biển.

Việc phân tích hình thái địa hình đáy biển được dựa trên ảnh vệ tinh kết hợp với các điểm đo sâu của chính các bản đồ đó và bổ sung tài liệu đo sâu của Cmap 93 cùng với tài liệu đo sâu cung cấp bởi Google. Kết quả phân tích cho thấy các hình thái địa hình đáy biển ven bờ 0 đến -30 m nước ở khu vực từ Vũng Tàu đến Mũi Né (Hình 6) về cơ bản là trùng khớp với tài liệu bản đồ độ sâu thành lập năm 1991 và 2001 của Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam [4]. Điều này khẳng định có thể dùng ảnh vệ tinh để nghiên cứu địa hình, địa mạo đáy biển vùng nước nông.

Tuy nhiên, giữa các tài liệu trên cũng có sự khác biệt vì lý do kỹ thuật nội suy đã nêu. Sự khác biệt đó được nhận biết qua việc tiến hành chập các bản đồ ở những tỷ lệ khác nhau lên trên nền ảnh viễn thám. Tất cả các điểm chập tọa độ trên bản đồ cũng như trên ảnh đều được chuyển đồng nhất về một hệ tọa độ.

Việc chập bản đồ và biên tập được thực hiện nhờ phần mềm Mapinfor. Kết quả chồng bản đồ (Hình 6) đã cho thấy mặc dù đúng về vị trí nhưng có sự sai khác khá nhiều về hình thái bề mặt địa hình đáy biển như khu vực Hòn Lao, vịnh Phan Thiết, mũi Kê Gà, bãi cạn Britô, vịnh Ba Kiềm cổ, bãi cạn Ba Kiềm, vịnh Vũng Tàu cổ và bãi cạn Vũng Tàu.

Trên cơ sở các tài liệu đã nêu, kết hợp với phương pháp phân tích xu thế địa hình và kiểm tra bằng độ sâu do Google cung cấp, các tác giả đã hiệu chỉnh lại bản đồ địa hình 1:200.000 và 1: 500.000 đã vẽ trước đây tại khu vực từ Hòn Lao tới Vũng Tàu. Kết quả được thể hiện trên Hình 6. Trên hình này ta nhận thấy địa hình khu vực Hòn Lao, hai bên vịnh Phan Thiết, mũi Kê Gà và bãi cạn Hàm Tân có dạng các lưỡi cát nhô ra biển tới độ sâu -20 m thậm chí -25 m có xu hướng vát nhọn và uốn cong về hướng đông bắc. Tây nam vịnh Ba Kiềm cổ là nơi địa hình lượn sóng có trục phát triển song song với đường bờ. Những vị trí nêu trên là nơi địa hình không thể hiện rõ trên bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:200.000 và 1: 500.000 đã đo vẽ trước đây [4].

Như vậy, phân tích ảnh vệ tinh đáy biển giúp ích cho công tác đo vẽ và hiệu chỉnh bản đồ đẳng sâu đáy biển trong thời gian tới.

IV. NGHIÊN CỨU ĐỊA MẠO Ở MỨC ĐỘ CHI TIẾT

Để nghiên cứu địa mạo thềm lục địa Nam Trung Bộ chi tiết hơn, trong phương pháp này sử dụng ảnh viễn thám có độ phân giải cao từ 2 đến 5 m do Google cung cấp bao gồm image@2006.DigitalGloble và image @2006.NASA (từ Hình 7 đến Hình 11). Các ảnh được chụp vào mùa khô ở vị trí tương ứng với độ cao từ 5 đến 12 km xuống mặt nước biển. Kết quả phân tích cho thấy rõ các sóng cát (Hình 7) các dấu hiệu trượt với quy mô chiều ngang khối trượt lên tới trên 2 km xuất hiện phía bắc cảng Cam Ranh (Hình 8); những vết nứt phương tây bắc - đông nam thể hiện trên địa hình tại cửa sông Cái (Hình 9) nơi đới trượt Tuy Hòa đi qua và các sóng cát trong vịnh Nha Trang (Hình 10).

Đặc biệt, bề mặt địa hình khu vực mỏ Rubi cũng được thể hiện các sóng cát ngầm phân bố dọc theo phương có trục đông bắc - tây nam. Điều đáng chú ý là vị trí mỏ này có độ sâu tới -40 m. Ở độ sâu này, các công trình trước đây nghiên cứu hình thái địa hình ở những độ sâu như vậy chỉ được thu thập tài liệu bằng quay camera hoặc đo sâu quét sườn rất tốn kém và thậm chí rất nguy hiểm.

V. KẾT LUẬN

Áp dụng phương pháp phân tích ảnh viễn thám có độ phân giải khác nhau kết hợp với bản đồ đẳng sâu và sự phân bố trầm tích cho phép nghiên cứu địa mạo đáy biển ở khu vực Tây Nam Biển Đông từ mức độ khu vực đến chi tiết.

- Sử dụng ảnh viễn thám độ phân giải trung bình (100 đến 200m) trong nghiên cứu địa mạo đáy biển có thể xác định sự phân bố các kiểu địa hình và kết quả này góp phần hiệu chỉnh các bản đồ địa hình tỉ lệ 1: 200.000 và 1: 500.000.

- Sử dụng ảnh viễn thám có độ phân giải từ 2 đến 5 m trong nghiên cứu địa mạo ở mức độ chi tiết cho phép chỉ rõ hình thái thành phần địa hình và dự báo các tiềm ẩn tai biến địa chất liên quan.

Kết quả nghiên cứu cho phép khẳng định phương pháp viễn thám hoàn toàn có thể sử dụng có hiệu quả trong nghiên cứu địa mạo biển Việt Nam

VĂN LIỆU

1. Mai Thanh Tân, Phạm Văn Tỵ, 2002. Đặc điểm địa chất công trình thềm lục địa Việt Nam. TC Khoa học và Công nghệ biển, 2: 1-12, Hà Nội.

2. Mai Thanh Tân và nnk, 2003. Biển Đông. Phần III. Địa chất - Địa vật lý biển. Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

3. Mai Thanh Tân và nnk, 2004. Nghiên cứu đặc điểm địa chất - địa chất công trình vùng đông nam thềm lục địa Việt Nam phục vụ chiến lược phát triển kinh tế và xây dựng công trình biển. Đề tài Mã số KC 09.09, Bộ Khoa học & Công nghệ và Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội.

4. Nguyễn Biểu (Chủ biên), 2001. Kết quả điều tra địa chất và khoáng sản biển nông ven bờ 0-30 m nước Việt Nam tỷ lệ 1/500.000 (1991-2001). Lưu trữ Địa chất, Cục ĐC&KSVN, Hà Nội.

5. Nguyễn Biểu, Mai Thanh Tân, Trịnh Thế Hiếu, 2003. Các thành tạo Đệ tứ vùng thềm lục địa đông nam Việt Nam và ý nghĩa nghiên cứu địa chất công trình. TTBC HNKH Công trình và Địa chất biển, Đà Lạt, tr. 16-30.

6. Nguyễn Biểu, Mai Thanh Tân, 2005. Địa tầng trầm tích Pliocen - Đệ tứ và bản đồ địa chất tầng nông đông nam thềm lục địa Việt Nam. TTBC HNKH 60 năm Địa chất Việt Nam, tr. 7-16, Cục ĐC&KSVN, Hà Nội.

7. Nguyễn Thế Tiệp, Lê Đức An và nnk, 2000. Bản đồ địa mạo vùng biển Việt Nam và kề cận. Trong Biển Đông I. Khái quát về biển Đông. Tr.33-62. Nxb Đại học QG Hà Nội, Hà Nội

8. Nguyễn Tiến Hải, Nguyễn Huy Phúc, Nguyễn Trung Thành, 2005. Trầm tích bề mặt đáy biển Nam Trung Bộ và sự tiến hóa của chúng. Địa chất và địa vật lý biển, VIII: 166-178, Hà Nội.

9. Nguyễn Văn Tạc, Trịnh Phùng, 1992. Một vài kết quả nghiên cứu địa mạo phần phía Nam thềm lục địa Việt Nam. Tuyển tập Nghiên cứu biển, IV: 100-114. Nha Trang.

10. Schimanski A., 2002. Holocene Sedimentation on the Vietnamese Shelf: From Source To Sink. Tóm tắt luận án Tiến sĩ. Christian Universitat zu Kiel (Germany)

11. Trần Nghi và nnk, 2003. Sự thay đổi mực nước biển trên cơ sở nghiên cứu trầm tích vùng ven biển và biển nông ven bờ từ Nha Trang đến Bạc Liêu. TTBC HNKH Công trình và Địa chất biển, Đà Lạt, tr.181-189.

12. Trần Nghi, Mai Thanh Tân, Đinh Xuân Thành, Nguyễn Thanh Lân, Trần Thị Thanh Nhàn, 2005. Đặc điểm tướng đá, cổ địa lý và lịch sử phát triển địa chất Pliocen - Đệ tứ thềm lục địa Đông Nam Việt Nam. TTBCHNKH 60 năm Địa chất Việt Nam, tr.140-154. Cục ĐC&KSVN, Hà Nội.