CẤU TRÚC KIẾN TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ CỦA CÁC DỊ THƯỜNG ĐỊA PHƯƠNG TRONG  TRẦM TÍCH KAINOZOI KHU VỰC THỀM LỤC ĐỊA ĐÔNG NAM VIỆT NAM THEO TÀI LIỆU TRỌNG LỰC

HOÀNG VĂN VƯỢNG, NGUYỄN VĂN DƯƠNG

Phân viện Hải dương học tại Hà Nội,
Viện KH & CN VN, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Tóm tắt: Đặc điểm cấu trúc kiến tạo và sự phân bố các dị thường địa phương trên  thềm lục địa Đông Nam Việt Nam đã được nghiên cứu theo một hệ phương pháp trọng lực hợp lý. Các kết quả của công trình là sự luận giải tổng hợp nhiều nguồn tài liệu địa vật lý và địa chất đã được xử lý định lư­ợng theo phương án hai chiều và ba chiều. Chúng cho thấy tầng trầm tích Kainozoi gồm một hệ thống các khối dị thường địa phương có kích thước khác nhau và phân bố khá dày trong vùng nghiên cứu. Độ sâu tới tâm của chúng khoảng 2-8 km. Hệ thống phá hủy trong chúng có hướng phát triển phức tạp với hệ đứt gãy kinh tuyến 109^o biểu hiện khá tõ. Các kết quả này cho thấy tính hợp lý của hệ phương pháp nghiên cứu.  

MỞ ĐẦU

Khu vực thềm lục địa Đông Nam Việt Nam đã và đang được nhiều nhà khoa học về địa chất - kiến tạo và địa vật lý tập trung nghiên cứu theo nhiều hướng chuyên sâu khác nhau với mục đích góp phần làm sáng tỏ lịch sử tiến hoá kiến tạo, đặc điểm cấu trúc địa chất, đặc điểm hình thành và phát triển hệ thống đứt gãy và các dạng bẫy có khả năng tích tụ hyđrocarbon trong tầng trầm tích Kainozoi và trong móng trước kainozoi. Trong các công trình nghiên cứu phải kể đến công trình "Bàn về cơ chế hình thành biển Đông và các bể liên quan" [8], trong đó các tác giả đã trình bày những quan điểm về cơ chế hình thành biển Đông dựa trên sự phân tích quá trình lịch sử địa chất khu vực từ cuối Creta đến nay, từ đó mô tả khái quát lịch sử phát triển của bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn. Trên cơ sở xử lý và phân tích các tài liệu trọng lực - từ, các nhà địa vật lý còn tiến hành nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúc địa chất sâu, trong đó có công trình "Một vài nét cơ bản về đặc điểm cấu trúc vỏ trái đất vùng quần đảo Trường Sa theo các số liệu địa vật lý" [3], đã cho chúng ta thấy rõ được bức tranh khái quát về các đặc trưng của trường địa vật lý và cấu trúc vỏ Trái đất ở khu vực nghiên cứu, giải thích cơ sở hình thành và lịch sử tiến hoá kiến tạo của các bể trầm tích nhằm định hướng cho công tác tìm kiếm thăm dò trong khu vực đầy tiềm năng này. Tuy nhiên, ở đây vẫn còn thiếu nhiều những công trình xử lý - phân tích tài liệu trọng lực - từ để nghiên cứu bức tranh cấu trúc chi tiết của tầng trầm tích Kainozoi, đặc biệt là các phá huỷ kiến tạo và giá trị mật độ trung bình của các dị thường địa phương nằm ở tầng nông cũng như đặc điểm phân bố của chúng trong tầng trầm tích Kainozoi. Từ nhận định này, chúng tôi đã đề xuất và thực hiện đề tài "Nghiên cứu cấu trúc và đặc điểm phân bố của các dị thường địa phương trong trầm tích Kainozoi khu vực thềm lục địa Đông Nam Việt Nam theo tài liệu trọng lực". Hy vọng rằng các kết quả của đề tài này có thể là tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn theo hướng này trong thời gian tiếp theo.

I. TÓM TẮT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT - ĐỊA VẬT LÝ TRONG KHU VỰC

1. Về địa vật lý

Từ những năm 1996, trên vùng thềm lục địa Đông Nam Việt Nam đã có các công trình: "Nghiên cứu đặc điểm phân bố mật độ móng trước Kainozoi khu vực thềm lục địa Đông Nam trên cơ sở mô hình hoá cấu trúc của vỏ Trái đất" [2] và công trình "Đặc điểm phân bố mật độ và bình đồ cấu trúc móng trước Kainozoi khu vực quần đảo Trường Sa” [5], các tác giả đã đưa ra sơ đồ phân bố mật độ theo diện và các lát cắt mô hình cấu trúc khối lớp, từ đó đưa ra những nhận xét về đặc điểm phân bố mật độ và cấu trúc rạn nứt của móng. Ngoài ra còn có các công trình nghiên cứu về hệ thống đứt gãy sâu và các bề mặt ranh giới cơ bản của vỏ quả đất của Bùi Công Quế, Hà Văn Chiến và nnk [4]. Trên cơ sở xử lý và luận giải tài liệu trọng lực - từ, các tác giả đã đưa ra bức tranh về cấu trúc đứt gãy chính trong khu vực, đặc biệt nhấn mạnh vị trí và hướng phát triển của hệ đứt gãy sâu kinh tuyến 109⁰ khá phù hợp với các nghiên cứu địa chất - kiến tạo và tài liệu vệ tinh của nước ngoài đã từng công bố.

2. Về địa chất - kiến tạo

Các nghiên cứu trong khu vực thềm lục địa Đông Nam Việt Nam cho thấy móng của khu vực nằm trong hệ thống móng của thềm lục địa biển Đông và có chung một đặc điểm là móng uốn nếp đa sinh, hợp thành từ các kiến trúc uốn nếp khác tuổi từ Tiền Cambri đến Jura. Cấu trúc của móng uốn nếp này có đặc tính phối khảm rõ rệt, được phản ánh ngay trong bình đồ cấu trúc của loạt Kainozoi nằm chồng phía trên. Quá trình hình thành các cấu trúc Kainozoi ở mỗi đới uốn nếp cụ thể đã bắt đầu vào các thời điểm khác nhau [7]. Các bồn trũng Kainozoi được ngăn cách bởi những cấu trúc nâng  lên (hay sụt xuống tương đối) có quy mô nhỏ hơn và thường là các cấu trúc rìa hoặc chuyển tiếp, nhưng có cấu trúc nội tại phức tạp. Theo những kết quả nghiên cứu hiện nay thì các bồn trũng trong khu vực nghiên cứu có cùng một cơ chế sinh thành là căng giãn và sụt lún. Sự phát triển của chúng nằm trong mối tương quan chặt chẽ với quá trình phát triển của cấu trúc ở biển Đông kế cận.

II. TÀI LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1. Tài liệu sử dụng

Các tài liệu sử dụng trong công trình nghiên cứu này gồm có:

- Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer thềm lục địa Đông Nam Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000.

- Bản đồ độ sâu tới móng trước Kainozoi tỷ lệ 1:1.000.000.

- Bản đồ độ sâu đáy biển tỷ lệ 1:1.000.000.

- Bản đồ phân bố cấu trúc móng trước Kainozoi khu vực thềm lục địa Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000.

- Các tài liệu địa chất - kiến tạo liên quan có trong khu vực nghiên cứu.

2. Hệ phương pháp nghiên cứu

Trong công trình này đã sử dụng một hệ phương pháp biến đổi trường trọng lực Bouguer gồm: phương pháp nâng trường ba chiều, phương pháp đạo hàm bậc cao theo diện, phương pháp tính građien chuẩn hoá toàn phần theo tuyến và theo diện, và chương trình tính građien ngang cực đại trên diện tích vùng nghiên cứu. Có thể tóm tắt thuật toán và bản chất của một số phương pháp như sau:

a. Phương pháp nâng trường

Bản chất của phương pháp là khi nâng trường trọng lực lên các độ cao khác nhau, giá trị của trường giảm dần, bức tranh của trường đã được nâng lên liên quan tới các đối tượng nằm ở tầng sâu. Trường tương ứng với các mức nâng lên cũng được dùng để tính các thông số đứt gãy [6].

Giá trị trường trọng lực tại điểm quan sát thứ (i, j) ở độ cao z được tính xấp xỉ theo chuỗi Fourier như sau:

    (1)

trong đó: A_mn, B_mn, C_mn, D_mn là các hệ số khai triển chuỗi Fourier tính theo giá trị dị thường Bouguer đo ở mặt đất (z = 0).

b. Tính đạo hàm bậc cao của thế trọng lực

Khi minh giải số liệu trọng lực, việc tính toán các đạo hàm của thế trọng lực đóng vai trò rất quan trọng, vì trong nhiều trường hợp các đạo hàm bậc cao cho phép làm đơn giản bài toán xác định thông số của vật thể [3] và thể hiện rõ hiệu ứng của nguồn nằm nông. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xác định tham số nguồn trong một số phương pháp giải thích định lượng khác.

Cơ sở phương pháp dựa vào nghiệm của bài toán Noiman mà giá trị đạo hàm bậc cao của thế trọng lực V có dạng như sau:

   (2)

c. Phương pháp građien chuẩn hoá toàn phần

Tổng quát về toán tử građien chuẩn hoá toàn phần: phương pháp građien chuẩn hoá toàn phần được ứng dụng để xác định định lượng các tham số nguồn gây dị thường như: độ sâu tới tâm, độ sâu tới các bề mặt ranh giới và kích thước của dị thường.... Cơ sở toán học của phương pháp dựa trên toán tử građien chuẩn hoá toàn phần GH do Beriozkin đưa ra [1].

III. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH

Vùng nghiên cứu nằm trên diện tích giới hạn trong khoảng j = 6-11° N và l = 106-114° E; các tuyến xử lý được lấy là 56 tuyến số liệu DgB có phương song song với phương vĩ tuyến, cách nhau 10 km/tuyến, độ dài tuyến là 880 km, các điểm trên tuyến cách nhau là 10 km. Với một lưới số liệu phủ đều trên khu vực nghiên cứu cho phép xử lý và luận giải số liệu theo các phương án hai chiều và ba chiều một cách thuận lợi.

1. Các kết quả nâng trường

Trường DgB được nâng lên ở các độ cao 3 km, 5 km, 10 km, 15 km. Bức tranh cấu trúc của trường theo độ cao nâng trường phản ánh ảnh hưởng mạnh mẽ của các khối dị thường nằm nông và các dị thường có nguồn gốc sâu. Trên khu vực nghiên cứu, chúng tôi phát hiện được 3 dị thường trọng lực gồm: 1 dị thường âm trùng với bồn trầm tích Cửu Long, dị thường này gần như đổi dấu ở độ cao nâng trường 15 km; hai dị thường khu vực có dấu dương nằm ở vùng đông bắc và đông nam khu vực nghiên cứu, ở độ cao nâng trường lên 20 km chúng vẫn còn tồn tại với biên độ trung bình khá cao: từ 130  đến  210 mgl.

Các kết quả nâng trường cho thấy: các dị thường trọng lực địa phương biên độ nhỏ từ -20 đến 20 mgl và 120 đến 160 mgl hoàn toàn biến mất ở độ cao 10 km. Điều đó cho phép đưa ra một số nhận định sơ bộ: trên khu vực nghiên cứu tồn tại một loạt các dị thường địa phương có thể nằm trong tầng trầm tích Kainozoi; các dị thường có các kích thước hết sức khác nhau và phân bố không đều ở phần đông và tây của khu vực. Ở phần tây của vùng nghiên cứu thấy rất rõ tính đa dạng về kích thước và phân bố của các dị thường này, điều đó phản ánh phần nào cấu trúc nội tại phức tạp của tầng trầm tích Kainozoi ở các độ sâu 3 - 12 km .

2. Các kết quả tính trường građien thẳng đứng

Trường građien thẳng đứng là một bức tranh đa dạng cho chúng ta thấy toàn cảnh các hệ thống dị thường địa phương của vùng nghiên cứu. Khi đối sánh với bản đồ dị thường trọng lực Bouguer và trường ở các mức nâng khác nhau, chúng tôi có một số nhận xét sau đây: 3 dị thường khu vực được tách ra không rõ nét (tồn tại ở mức nâng 15 km), rất nhiều dị thường địa phương mới đã xuất hiện ở phần đông và tây của khu vực và được ngăn cách bởi hệ thống dị thường địa phương chạy song song theo kinh tuyến 116^o. Đặc biệt ở phần tây của khu vực xuất hiện một dải dị thường địa phương hình cánh cung phân bố theo rìa tây bắc của trũng Nam Côn Sơn với giá trị građien từ -0,2 đến 0,5 mgl/km, và cùng với các dị thường địa phương ở trung tâm của trũng, nó phần nào cho thấy loạt kiến trúc chồng trên móng trước Kainozoi hang hốc nứt nẻ có cấu trúc phức tạp [7].

3. Các kết quả tính toán građien ngang cực đại

Nhằm xác định hình ảnh trên diện của các phá huỷ kiến tạo cũng như các đứt gãy có nguồn gốc sâu, chúng tôi tiến hành tính građien ngang cực đại ở nhiều mức nâng trường khác nhau. Kết quả tính toán cho thấy:

Ở mức 0 km trường građien ngang cực đại phân bố hết sức phức tạp, tuy nhiên theo kết quả tính toán và phân tích có thể thấy một số đặc điểm sau: hệ thống đứt gãy dọc theo phương kinh tuyến 109 -110^o thể hiện khá rõ nét, ngăn cách khu vực nghiên cứu ra hai vùng đông-tây riêng biệt. Phần đông là một hệ thống các phá huỷ và đứt gãy, kích thước đa dạng có hướng ĐB - TN là chủ đạo, ở phần rìa tây nam của vùng xuất hiện một hệ đứt gãy và phá huỷ chạy theo phương vĩ tuyến. Trên vùng trũng Nam Côn Sơn thấy xuất hiện một loạt các phá huỷ kích thước nhỏ không xác định được đặc điểm phân bố theo diện.

Ở các mức nâng trường lên 6 km, 12 km, 15 km, bức tranh trường građien ngang cực đại đơn giản dần, hình ảnh các phá huỷ kiến tạo liên quan đến thành phần chu kỳ ngắn của trường DgB bị mờ nhạt hoặc biến mất. Hệ thống đứt gãy sâu vẫn thể hiện ở tất cả các mức, tuy nhiên không phải là các dải liên tục.

4. Các kết quả tính toán građien chuẩn hoá toàn phần

Trường građien chuẩn hoá toàn phần được tính toán kỹ lưỡng theo cả hai phương án: theo lát cắt và theo diện. Điểm mạnh của phương pháp là xác định được độ sâu tới tâm dị thường, ranh giới phân chia mật độ theo cực trị G_H cho phép phân tích và luận giải kích thước, vị trí dị thường gần với hình ảnh 3 chiều của nó trong môi trường địa chất thực.

- Theo lát cắt G_H:  Một đặc điểm nổi bật là ở tất cả các lát cắt từ 1 đến 56 đều thấy xuất hiện ở phần trung tâm một hệ thống đặc sít các đường đẳng trị mà giá trị của trường khoảng 0,9 - 1,3; điều đó cho thấy hệ thống đứt gãy sâu 109-110^o biểu hiện rõ nét trên trường G_H. Cũng trên toàn bộ phần phía tây các lát cắt với chiều rộng khoảng 200 km là một hệ thống các dị thường âm kích thước khác nhau với tâm dị thường nằm ở độ sâu từ 2 đến 6 km, ở phần Đông của khu vực xuất hiện một loạt các dị thường G_H âm dương xen kẽ có tâm dị thường nằm ở độ sâu từ 2 đến 9 km và các dị thường này có kích thước và dạng mặt cắt rất khác nhau. Khi phân tích cấu trúc kiến tạo theo phương án hai chiều, các tác giả đã xác định ranh giới mật độ, phá huỷ kiến tạo, các đứt gãy sâu theo tiêu chuẩn liên kết điểm đặc biệt G_H của I. X. Eliseva [1]. Điểm nổi bật của các tiêu chuẩn này chính là khả năng liên kết các chuỗi điểm đặc biệt trong miền građien cao biểu hiện bởi các tín hiệu giải tích xuất hiện trong tất cả các số hài N. Kết quả phân tích trên hình 1 cho thấy: cấu trúc bên trong của môi trường địa chất tới độ sâu < 10 km hết sức phức tạp, một loạt các ranh giới mật độ ngang phát triển không liên tục. Các phá huỷ kiến tạo và đứt gãy sâu phân chia môi trường thành dạng cấu trúc khối - lớp. Trong hầu hết các lát cắt, các tác giả đều nhận thấy biểu hiện của đứt gãy sâu kinh tuyến 109^o ở phần trung tâm với mặt trượt nghiêng về phía đông. Cấu trúc mặt móng trước Kainozoi theo tài liệu địa chấn ảnh hưởng khá lớn tới hình thái và sự phát triển các ranh giới mật độ trong tầng trầm tích thể hiện rõ nét ở phần trung tâm tuyến T5 và T25 (Hình 2).

- Trường G_H tính theo diện ở các mức hạ trường xuống các độ sâu 3 và 7 km. Ở tất cả các mức này đều thấy một đặc điểm chung là hệ thống các dị thường G_H dương phân bố theo hai hướng chủ đạo là ĐB-TN và kinh tuyến (Hình 3), đối chiếu với các lát cắt G_H trên khu vực có thể thấy một số dị thường dương trên bình đồ  có tâm ở độ sâu > 7 km có nguồn gốc sâu. Đối sánh với các kết quả nghiên cứu phân bố mật độ móng trước Kainozoi [2] thì hầu hết các dị thường này trùng với các khu vực có mật độ móng s = 2,85 - 2,97 g/cm³. Ngoài ra, khi nghiên cứu trường G_H, chúng tôi còn phát hiện được một hệ thống các dị thường âm, dương kích thước nhỏ phân bố tập trung ở các trũng Cửu Long và Nam Côn Sơn, và dọc theo dải nâng Côn Sơn. Các số liệu tính toán còn cho thấy ở khu vực bồn trũng Cửu Long dị thường G_H mang dấu âm là chủ đạo. Các dị thường âm điển hình phần lớn trùng với khu vực có tiềm năng dầu khí.

KẾT LUẬN

- Khu vực nghiên cứu có cấu trúc địa chất phức tạp, đặc biệt tầng trầm tích Kainozoi được tạo thành bởi một hệ thống các khối dị thường địa phương kích thước đa dạng và phân bố dày đặc trên khu vực nghiên cứu. Các dị thường này biểu hiện rõ nét trên các lát cắt G_H cũng như trên trường građien thẳng đứng ở bản đồ phân bố trường G_H với các mức hạ trường khác nhau. Hướng chủ đạo là ĐB-TN, kinh tuyến và á kinh tuyến.

- Độ sâu tới tâm của phần lớn các khối dị thường là từ 2 đến 8 km, một số khối dị thường có độ sâu tới tâm là 9-10 km. Hầu hết các khối dị thường có mặt cắt ngang không đều đặn, một số khối có nguồn gốc sâu.

- Hệ thống các phá huỷ kiến tạo trong tầng trầm tích có hướng phát triển phức tạp, đặc biệt thể hiện rõ ở phần đông của khu vực nghiên cứu, điều đó minh chứng thêm cho nhận định "Móng trước Kainozoi là móng uốn nếp đa sinh tuổi khác nhau... là móng có cấu trúc hang hốc và nứt nẻ". Hệ đứt gãy kinh tuyến 109^o cũng biểu hiện khá mạnh trong tầng trầm tích Kainozoi khu vực nghiên cứu và chắc chắn nó có ảnh hưởng lớn tới sự hình thành và phát triển của hệ thống các phá huỷ kiến tạo.

- Hệ phương pháp sử dụng là hợp lý; các kết quả của mỗi phương pháp bổ sung cho nhau và tạo nên một bức tranh tổng hợp về cấu trúc và đặc điểm phân bố của hệ thống dị thường địa phương và các phá huỷ kiến tạo trong tầng trầm tích Kainozoi thềm lục địa Đông Nam Việt Nam.

Công trình được hoàn thành với sự hỗ trợ của Chương trình nghiên cứu cơ bản năm 2004.

VĂN LIỆU

1. Beriozkin V.M. Áp dụng giải tích điều hoà trong xử lý tài liệu trọng lực. Nxb Nedra, Moskva (tiếng Nga).

 2. Bùi Công Quế, Hoàng Văn Vượng, 1996. Đặc điểm phân bố mật độ móng trước Kainozoi khu vực thềm lục địa Đông Nam trên cơ sở mô hình hoá cấu trúc của vỏ Trái đất. TC Dầu khí, 2/1996 : 14- 22. Hà Nội.

3. Bùi Công Quế, Nguyễn Văn Giáp, Nguyễn Thu Hương, Lê Trân, Nguyễn Đức Thành, Đỗ Huy Cường, Trần Tuấn Dũng, 1996. Một vài nét cơ bản về đặc điểm cấu trúc vỏ Trái đất vùng quần đảo Trường Sa theo các số liệu địa vật lý. Công trình NCĐC - ĐVL biển, II : 13-22. Viện Hải dương học, Hà Nội.

4. Bùi Công Quế, Đỗ Đức Thanh, Hà Văn Chiến, 1996. Xử lý ba chiều tài liệu dị thường trọng lực xác định độ sâu đáy bể trầm tích Cửu Long trên máy vi tính. Công trình NCĐC-ĐVL biển, II : 277-285. Viện HDH, Hà Nội.

5. Bùi Công Quế, Hoàng Văn Vượng, 1998. Đặc điểm phân bố mật độ và bình đồ cấu trúc móng trước Kainozoi khu vực quần đảo Trường Sa. Công trình NCĐC- ĐVL biển, III : 13-24. Viện HDH, Hà Nội.

6. Gaimanov A.G., Panteleev V.L., 1991. Thăm dò trọng lực biển. Nxb Nedra, Moskva. (tiếng Nga).

7. Lê Duy Bách, Ngô Gia Thắng, 1990. Về phân vùng kiến tạo thềm lục địa Việt Nam và các miền kế cận. TC Các khoa học về Trái đất. 12/3 : 65-73. Hà Nội.

8. Phan Trường Thị, Phan Trường Định, Phan Trường Giang, 2003. Bàn về cơ chế hình thành biển Đông và các bể liên quan. Tt báo cáo HNKHCN Viện Dầu khí năm 2003 : 357-365. Viện Dầu khí, Hà Nội.