ĐẶC TRƯNG PHÂN ĐỚI CẤU TRÚC THẠCH QUYỂN
VIỆT
1Viện Vật lý địa
cầu, Viện KH&CN VN, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
2Viện Vật lý địa cầu, Viện HLKH Ukraina,Kiev
Tóm tắt: Đặc điểm phân đới cấu trúc thạch quyển lãnh thổ Việt Nam được xem xét
trên cơ sở: 1) Xây dựng mô hình vận tốc và dị thường vận tốc truyền sóng dọc P
của thạch quyển và manti; 2) Phát hiện các đới đứt gãy sâu là ranh giới vi mảng
thạch quyển theo tài liệu trọng lực, từ và phân tích cắt lớp. Kết quả cho thấy:
1. Vận
tốc truyền sóng P trung bình của thạch quyển lãnh thổ Việt Nam và kế cận có
biểu hiện như sau: lớp vỏ trầm tích là 2,10 - 4,96; lớp vỏ kết tinh là 5,92 -
7,60 km/sec2; lớp dưới vỏ (phần cứng của manti thượng) là 7,85 -
8,00 km/sec2; lớp quyển mềm là 8,00 - 8,20 km/sec2; lớp
chuyển tiếp (từ độ sâu 450-470 km đến 650 km) là 9,50 - 10,50 km/sec2;
và manti hạ có giá trị vận tốc trung bình sóng dọc P biến đổi trong giới hạn
10,80 - 10,95 km/sec2.
2. Có 3
dạng vỏ Trái đất tồn tại trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam và kế cận là: vỏ lục
địa, vỏ đại dương và vỏ chuyển tiếp.
- Các
đơn vị cấu trúc chính thuộc miền vỏ lục địa gồm: Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ,
Trường Sơn, Kon Tum, Đà Lạt, Cần Thơ, Hà Tiên và Hải
- Các
đơn vị cấu trúc chủ yếu thuộc miền vỏ chuyển tiếp bao gồm: Sông Hồng, Bạch Long
Vĩ, Lôi Châu, Châu Giang, Bắc Hoàng Sa, Tri Tôn, Phú Khánh, Hoàng Sa, Trường
Sa, Suối Ngà - Trăng Khuyết, Sabah, Sarawak, Vũng Mây, Natuna, Nam Côn Sơn, Côn
Sơn, Cửu Long, Phú Quốc và Malaysia.
-
Trung tâm biển Đông có đặc trưng vỏ đại dương.
MỞ ĐẦU
Đặc điểm cấu trúc vỏ Trái đất lãnh thổ Việt
Trong khuôn khổ
công trình này, chúng tôi sẽ trình bày một số kết quả nghiên cứu về đặc điểm
phân đới cấu trúc thạch quyển lãnh thổ Việt
1. Xây dựng mô
hình vận tốc và dị thường vận tốc truyền sóng dọc P của thạch quyển và manti
trên cơ sở phép phân tích cắt lớp địa chấn (seismic tomography);
2. Phát hiện
các đới đứt gãy sâu là ranh giới vi mảng thạch quyển trên cơ sở phân tích tài
liệu trọng lực, từ và phân tích cắt lớp;
3. Phân miền đặc trưng cấu trúc vỏ Trái đất trên cơ
sở tài liệu địa vật lý có được.
Việc phân tích cắt lớp địa chấn được tiến hành tại
Viện Vật lý địa cầu
Vùng nghiên cứu
được khống chế trong phạm vi toạ độ: từ 4o39' đến 23o30'
vĩ độ bắc; từ 100o15' đến 117o00' kinh độ đông.
Hình 1. Các mặt cắt vận tốc truyền sóng P thạch quyển và manti
a. Dọc theo 100 độ vĩ bắc; b. 150;
c. 200; d. 250.
II. MÔ HÌNH BẤT ĐỒNG NHẤT VẬN TỐC
TRUYỀN SÓNG CỦA THẠCH QUYỂN VÀ MANTI LÃNH THỔ VIỆT NAM VÀ KẾ CẬN
Sự phân tích
cắt lớp vận tốc truyền sóng dựa trên cơ sở tài liệu động đất đã được các nhà
địa chấn trên thế giới đề cập tới từ những năm đầu thập niên 90 của thế kỷ XX.
Kết quả của hướng nghiên cứu này đã làm sáng tỏ nhiều quan điểm về kiến tạo
mảng như: chứng minh được sự tồn tại của các đới hút chìm, đới va chạm, đới
tách giãn, phát hiện các điểm nóng cũng như các dòng đối lưu trong manti. Đây
là những dẫn liệu cơ bản nhất minh chứng cho quá trình địa động lực bên trong
Trái đất.
Ở Việt
1. Phương pháp nghiên cứu
Đặc trưng biến
đổi vận tốc truyền sóng theo diện có thể được thiết lập, dựa vào mô phỏng sự
thay đổi vận tốc truyền sóng trên cơ sở hàm:
(1)
Ở đây: ,
vớilà độ sâu tới ranh giới phía dưới của các khối
thuộc manti (km) và:
(2)
trong đó: h* {100, 250,400, 650}, H*
{250,400,650, 850}, h* và H* là độ sâu tới mặt trên và mặt dưới
của các khối tương ứng thuộc manti (km).
Công thức (2)
biểu diễn sự phân bố vận tốc trung bình truyền sóng theo diện (theo chiều nằm
ngang), mô tả tính phân khối (phân mảng cấu trúc) của manti theo chiều nằm
ngang. Mô hình này phù hợp với những gì chúng ta hiểu biết về manti và thuyết
kiến tạo mảng.
Mô hình tổng thể vận tốc - độ sâu với: vmin(z)
- vận tốc nhỏ nhất, vmax(z) - vận tốc lớn nhất, và vaver(z)
- vận tốc trung bình, được thiết lập trên cơ sở các công thức sau đây:
(3)
trong đó: là diện tích của khối
tại độ sâu
,
là diện tích bề mặt trong hệ toạ độ
và
.
Mô hình này cũng tương
tự mô hình Jeffris-Bullen và PREM (Dziewonski and Anderson, 1981) với độ lệch
rất nhỏ, sử dụng hàm:
ở độ sâu. (4)
ở đây:
và
là chỉ số vận tốc theo Jeffris-Bullen.
2. Mô hình vận tốc truyền sóng dọc P của
thạch quyển và manti lãnh thổ Việt
Mô hình vận tốc
truyền sóng dọc P thạch quyển và manti lãnh thổ Việt
- Công thức (3)
đã trình bày ở trên;
- Số liệu được sử dụng là các băng địa chấn ghi thời
gian đến của sóng dọc P của tất cả các trận động đất mạnh từ năm 1966 đến 1990
(số liệu của ISC);
Hình 2. Các mặt cắt dị
thường vận tốc truyền sóng P thạch quyển và manti
a. Dọc theo 100 độ vĩ bắc; b. 150;
c. 200; d. 250.
-
Phương pháp cắt lớp địa chấn được GS. Geyko [12-13] xây dựng trên cơ sở giải
bài toán ngược địa chấn của
Việc thiết lập
mặt cắt vận tốc được thực hiện theo quy trình sau:
H×nh 3. BiÓu hiÖn ®Æc
®iÓm ph©n miÒn cÊu tróc th¹ch quyÓn l·nh thæ ViÖt
- Vận tốc
truyền sóng được tính toán bắt đầu từ lớp dưới vỏ Trái đất (lấy trung bình cho
lãnh thổ Việt Nam là 35 km), lần lượt sau đó là các độ sâu 50, 75, 100,
...(cách nhau 25 km)..., đến 850 km;
- Xây dựng mặt cắt vận tốc thuyền sóng dọc P theo độ
sâu tới 850 km. Cũng tương tự, các mặt cắt dị thường vận tốc truyền sóng dọc
cho tới độ sâu 850 km cũng được thiết lập;
- Khái niệm về đới chuyển tiếp được hiểu là vùng có
giá trị građien thẳng đứng vận tốc truyền sóng cao. Tại vùng này có P đạt cỡ
9,50 đến 10,50 km/s. Ở Việt Nam đới này có độ sâu từ 450-470 km đến 650 km.
Tổng cộng đã
dựng được:
- 16 tuyến mặt cắt (từ vĩ độ 10 đến vĩ độ 25) vận
tốc truyền sóng dọc P đến độ sâu 850 km;
- 16 tuyến mặt
cắt (từ vĩ độ 10 đến vĩ độ 25) dị thường vận tốc truyền sóng P đến độ sâu 850
km;
- 16 sơ đồ phân bố vận tốc truyền sóng P theo diện
tại các mức độ sâu: 35 (Moho), 50, 75, 100, 125, ... (cách nhau 25 km)..., 400
km.
- 8 sơ đồ phân bố vận tốc truyền sóng P trung bình
đối với các lớp có bề dày: từ 50 đến 100 km, từ 50 đến 250 km, từ 50 đến 400
km, từ 50 đến 650 km, từ 100 đến 250 km, từ 250 đến 400 km, từ 400 đến 650 km
và từ 650 đến 850 km.
Mô hình vận tốc truyền sóng dọc P thạch quyển và
manti lãnh thổ Việt nam và kế cận được biểu diễn ví dụ trong các hình 1 và hình
2. Trên cơ sở kết quả này chúng ta có thể rút ra một số nhận định sau:
1. Vận tốc
truyền sóng P trung bình của vỏ Trái đất biến động trong giới hạn: vận tốc của
lớp vỏ trầm tích là 2,10 - 4,96 km/sec2; và của lớp vỏ kết tinh là
5,92 - 7,60 km/sec2.
2. Vận tốc
trung bình của P lớp dưới vỏ (phần cứng của manti thượng): 7,85 - 8,00 km/sec2.
3. Lớp quyển
mềm có vận tốc sóng P trung bình là 8,00 - 8,20 km/sec2.
4. Vận tốc sóng
dọc P đạt giá trị trung bình tại lớp chuyển tiếp (từ độ sâu 450-470 km đến 650
km): 9,50 - 10,50 km/sec2.
5. Manti dưới
có giá trị vận tốc trung bình sóng dọc P biến đổi trong giới hạn 10,80 - 10,95
km/sec2.
III. ĐẶC ĐIỂM PHÂN ĐỚI CẤU TRÚC THẠCH
QUYỂN LÃNH THỔ VIỆT
Trong khuôn khổ công trình này, nhằm mô tả chung
nhất đặc điểm phân đới cấu trúc thạch quyển Việt
1. Tính phân
đới của thạch quyển Việt
2. Một số đơn
vị cấu trúc chính vỏ Trái đất lãnh thổ Việt
1. Tính phân đới của thạch quyển Việt
a. Phương
pháp phân tích kết hợp tài liệu trọng lực và cắt lớp địa chấn nghiên cứu tính phân
đới cấu trúc thạch quyển
Đặc trưng phân
đới cấu trúc thạch quyển lãnh thổ Việt
1. Nâng trường dị thường trọng lực lên nửa không
gian phía trên. Nhiệm vụ của phép phân tích này là nhằm phân chia các đơn vị
cấu trúc của thạch quyển. Chẳng hạn, khi nâng trường trọng lực lên độ cao 150
km thì các cấu trúc nông bị triệt tiêu tối đa và chỉ còn lại chủ yếu ảnh hưởng
của bề mặt ranh giới phía dưới của thạch quyển [3,5,6].
2. Tính toán
građien ngang dị thường trọng lực ở các độ sâu khác nhau theo diện và theo mặt
cắt. Các tính toán này nhằm phát hiện và phân loại mức độ ảnh hưởng của các đứt
gãy [4, 6, 7]. Trong công trình này, nhằm phát hiện các cấu trúc cũng như các
đứt gãy sâu, chúng tôi tiến hành xây dựng sơ đồ và mặt cắt các thành phần
građien đến độ sâu tối đa là 200 km.
3. Xây dựng véctơ thành phần dị thường trọng lực
theo trục X, Y và Z, trong đó quan trọng nhất là thành phần Z vì nó biểu hiện
trạng thái ảnh hưởng của đứt gãy tới độ sâu nào đó [4,7]. Việc tính toán Z cũng
được tiến hành tới độ sâu nghiên cứu 200 km.
4. Phân chia
các đơn vị cấu trúc thạch quyển trên cơ sở tài liệu trọng lực và vận tốc truyền
sóng dọc
Hình 4. Sơ đồ véctơ thành phần Z ở độ cao nâng
trường trọng lực lên 50 km
lãnh thổ Việt
b. Đơn vị cấu
trúc chính của thạch quyển lãnh thổ Việt
Hình 5. Sơ đồ phân miền cấu trúc thạch quyển lãnh
thổ Việt
Theo Cao Đình Triều và
Phạm Huy Long [8] thì: trong Kainozoi muộn, khu vực Đông Nam Á là phần đông nam
mảng thạch quyển Âu-Á, phía đông giáp với mảng thạch quyển Thái Bình Dương qua
đới hút chìm Guinea - Philippine, phía tây và nam giáp với mảng thạch quyển Ấn
- Úc qua đới hút chìm Miến Điện - Nicobar - Sumba và đới va chạm Timor. Ranh
giới giữa mảng thạch quyển Thái Bình Dương và mảng thạch quyển Ấn - Úc là đứt
gãy trượt bằng trái Sorong. Trong giai đoạn này Đông Nam Á được chia làm 2
phần:
1. Phần rìa kéo dài từ
Miến Điện qua Andaman - Sumatra - Java - Timor - Halmahera - Philippine - Đài Loan
có chế độ rìa lục địa tích cực. Đới rìa lục địa tích cực này có bề rộng 500 -
700 km, được cấu tạo bởi móng cổ trước Kainozoi muộn, bị họat hóa mạnh mẽ trong
Kainozoi muộn (phần trong) và các thành tạo bồi kết kiến tạo tuổi Kainozoi muộn
(ở phần rìa).
2. Phần còn lại của Đông
Nam Á trong giai đoạn này có chế độ nội mảng. Việt Nam chiếm vị trí trung tâm
của phần nội mảng này và có chế độ nâng khối tảng kèm phun trào bazan mạnh mẽ ở
các đới Đà Lạt, Kon Tum và tạo núi khối tảng ở phần lục địa còn lại, trong phạm
vi rìa tây biển Đông có chế độ rìa lục địa thụ động.
Sự phân tích tài liệu trọng lực và cắt lớp địa chấn
của chúng tôi trong công trình này cho phép phân chia thạch quyển lãnh thổ Việt
Nam và kế cận ra làm 3 vi mảng mà ranh giới giữa chúng là các đứt gãy sâu cấp
II (cấp I Việt Nam): Sông Hồng, Hải Nam - Natuna và Ba Chùa (Three Pagodas). Đó
là các vi mảng (Hình 5): Nam Trung Hoa - Đông Bắc Bộ -
Các đới đứt gãy
sâu xuyên thạch quyển: Sông Hồng, Hải
- Phân chia
khác biệt miền trường dị thường trọng lực (Hình 3 và 4) và trùng với dải dị
thường cực đại thành phần Z được nâng lên độ cao 50 và 150 km. Đứt gãy Sông
Hồng là ranh giới giữa miền trường Tây Bắc Bộ - miền trường Trường Sơn (có giá
trị trung bình -40 ¸ -50 mGal) về phía tây nam và miền trường
Đông Bắc Bộ - Trũng Sông Hồng (có giá trị trung bình -4 ¸ -20 mGal) về
phía đông nam. Cũng tương tự như vậy, trường trọng lực nằm về phía tây của đứt
gãy Hải Nam - Natuna cũng có giá trị âm lớn (có thể đạt -45 mGal) trong khi giá
trị này là dương tương đối lớn tại cấu trúc phía đông của đứt gãy. Đứt gãy Ba
Chùa là ranh giới giữa hai miền dị thường âm về phía đông bắc và dương về phía
tây nam của đứt gãy.
- Ba đứt gãy
sâu xuyên thạch quyển này cũng có biểu hiện là ranh giới của đơn vị cấu trúc
thạch quyển và manti về sự khác biệt vận tốc truyền sóng dọc P và dị thường vận
tốc truyền sóng dọc (Hình 1 và 2).
Vận tốc truyền sóng dọc
P và dị thường vận tốc truyền sóng dọc có giá trị thay đổi rõ rệt từ vi mảng
Nam Trung Hoa - Đông Bắc Bộ -
2. Một số đơn vị cấu trúc chính vỏ
Trái đất lãnh thổ Việt
Chỉ tiêu phân định các
đơn vị cấu trúc chính vỏ Trái đất lãnh thổ Việt
1. Sự khác biệt
về đặc trưng cấu trúc của: trường trọng lực; các thành phần trường dị thường
theo các trục X,Y,Z; građien trường trọng lực ở các mức biến đổi khác nhau cho
tới 200 km độ cao [3,6].
2. Trường từ
cũng như các thành phần biến đổi của trường từ có sự khác biệt của đơn vị cấu
trúc này so với đơn vị cấu trúc khác [3,4].
3. Sự thay đổi
vận tốc truyền sóng dọc và dị thường vận tốc truyền sóng dọc nhận được qua
phương pháp phân tích cắt lớp đia chấn [10-16).
4. Mối quan hệ
giữa tài liệu trọng lực và tài liệu từ thông qua thiết lập hệ số Poisson khu
vực nghiên cứu ở các mức: trên bề mặt, ở độ sâu 10 km và ở độ sâu 20 km [3].
Trong
khuôn khổ công trình này, chúng tôi tiến hành xác lập đặc trưng phân đới cấu
trúc theo: đặc điểm vỏ Trái đất (phân định theo vỏ lục địa, vỏ đại dương và vỏ
chuyển tiếp) và tách ra các đơn vị cấu trúc có đặc trưng chung nhất về biểu
hiện trên trường trọng lực, trường từ và vận tốc truyền sóng.
Cũng cần nói rằng, vấn
đề phân chia các đơn vị cấu trúc vỏ Trái đất chỉ mang tính tương đối theo khái
niệm đồng nhất tương đối về đặc điểm trường. Trong nhiều trường hợp, các miền
trường được phân chia này chỉ phản ánh đặc điểm phân đới cấu trúc vỏ Trái đất
có biểu hiện rõ nét trong hiện tại song chịu ảnh hưởng kế thừa của các cấu trúc
cổ. Tài liệu được sử dụng trong nghiên cứu này là tài liệu khu vực nên các đơn
vị cấu trúc được phân chia ở đây cũng chỉ mang tính đại diện chung nhất. Tuy
vậy chúng tôi cũng mạnh dạn công bố để các nhà địa chất và kiến tạo tham khảo.
Đặc trưng phân
miền cấu trúc vỏ Trái đất lãnh thổ Việt
1. Có biểu hiện
3 dạng vỏ Trái đất trên phạm vi lãnh thổ Việt
2. Các đơn vị
cấu trúc chính thuộc miền vỏ lục địa gồm: Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, Trường Sơn,
Kon Tum, Đà Lạt, Cần Thơ, Hà Tiên và Hải
3. Các đơn vị
cấu trúc chủ yếu thuộc miền vỏ chuyển tiếp bao gồm: Sông Hồng, Bạch Long Vĩ,
Lôi Châu, Châu Giang, Bắc Hoàng Sa, Tri Tôn, Phú Khánh, Hoàng Sa, Trường Sa,
Suối Ngà - Trăng Khuyết, Sabah, Sarawak, Vũng Mây, Natuna, Nam Côn Sơn, Côn
Sơn, Cửu Long, Phú Quốc và Malaysia.
4. Phần diện
tích còn lại thuộc Trung tâm biển Đông có biểu hiện của một đơn vị cấu trúc vỏ
đại dương.
KẾT LUẬN
Các kết quả nghiên cứu trên đây của chúng tôi cho
phép rút ra một số kết luận sau:
1. Vận tốc
truyền sóng P trung bình của thạch quyển lãnh thổ Việt Nam và kế cận có biểu
hiện như sau: lớp vỏ trầm tích là 2,10 - 4,96; lớp vỏ kết tinh là 5,92 - 7,60
km/sec2; lớp dưới vỏ (phần cứng của manti thượng) là 7,85 - 8,00
km/sec2; lớp quyển mềm là 8,00 - 8,20 km/sec2; lớp chuyển
tiếp (từ độ sâu 450-470 km đến 650 km) là 9,50 - 10,50 km/sec2; và
manti dưới có giá trị vận tốc trung bình sóng dọc P biến đổi trong giới hạn
10,80 - 10,95 km/sec2.
2. Có 3 dạng vỏ
Trái đất tồn tại trên phạm vi lãnh thổ Việt
- Các đơn vị
cấu trúc chính thuộc miền vỏ lục địa gồm: Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, Trường Sơn,
Kon Tum, Đà Lạt, Cần Thơ, Hà Tiên và Hải
- Các đơn vị
cấu trúc chủ yếu thuộc miền vỏ chuyển tiếp bao gồm: Sông Hồng, Bạch Long Vĩ,
Lôi Châu, Châu Giang, Bắc Hoàng Sa, Tri Tôn, Phú Khánh, Hoàng Sa, Trường Sa,
Suối Ngà - Trăng Khuyết, Sabah, Sarawak, Vũng Mây, Natuna, Nam Côn Sơn, Côn
Sơn, Cửu Long, Phú Quốc và Malaysia.
- Trung tâm
biển Đông có đặc trưng vỏ đại dương.
VĂN LIỆU
1. Boot M.H., 1970. The use of
rapid digital computing methods for direct gravity interpretation of
sedimentary basins.
2.
3. Cao Đình Triều, 1998. Phân vùng cấu
trúc lãnh thổ Việt
4. Cao Đình Triều,
5. Cao Đình Triều, Đinh
6. Cao Đình Triều, 2000. Trọng lực và
phương pháp thăm dò trọng lực. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 276 tr.
7. Cao Đình Triều, 2002. Về mô hình mật
độ thạch quyển lãnh thổ Việt
8. Cao Đình Triều, Phạm Huy Long, 2002. Kiến tạo đứt
gãy lãnh thổ Việt
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Goldin S.V. and Suvorov V.D., 1975. Analytical condition of the travel-time
curve of reflected wave. Dokl. AN SSSR, 222: 825-828. (in Russian).
15.
16.
17.