Cấu trúc địa chất sâu khu vực trũng sâu biển Đông và lân cận theo tài liệu địa vật lý

Cấu trúc địa chất sâu khu vực trũng sâu biển

Đông và lân cận theo tài liệu địa vật lý



Trần Văn Khá



Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật lý địa cầu; Mã số: 60 44 15

Người hướng dẫn: TS. Hoàng Văn Vượng

Năm bảo vệ: 2012



Deep geological structure of the deep basin of the East Sea and adjacent based on geophysics

data

59 tr.

Abstract. Tổng quan tình hình nghiên cứu địa chất - địa vật lý, địa chất kiến tạo khu

vực trũng sâu Biển Đông và vùng lân cận. Trình bày một số phương pháp nghiên

cứu được sử dụng như: Phương pháp phân tích tương quan; Phương pháp nâng

trường; Phương pháp Gradient ngang cực đại; Phương pháp tính đạo hàm chuẩn hóa

toàn phần; Giải bài toán ngược đối với vật thể hai chiều. Nghiên cứu cơ sở dữ liệu

và tư liệu sử dụng. Trình bày một số kết quả tính toán và minh giải: Tính hệ số

tương quan bội giữa độ sâu tới móng với độ sâu đáy biển và dị thường trọng lực và

xây dựng hàm hồi quy giữa chúng; Hệ thống đứt gẫy xác định theo kết quả tính

gradient mã của dị thường trọng lực; Một vài mức nâng trường dùng để xác định dị

thường dư Moho; Mặt cắt cấu trúc địa chất sâu theo tài liệu trọng lực - địa chấn; Sơ

đồ địa hình bề mặt Moho; Sơ đồ bề dầy trầm tích.



Keywords. Vật lý địa cầu; Địa chất học; Biển Đông; Địa vật lý; Cấu trúc địa chất



Content

Luâṇ văn “Cấu trúc điạ chất sâu khu vưc̣ trũng sâu Biển Đông và

lân câṇ theo tà

i

liêụ điạ vâṭ lý” có những nội dung chính sau:

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong quá trình nghiên cứu cấu trúc địa chất sâu khu vực trũng sâu Biển Đông và lân

cận theo tài liệu địa vật lý ( khu vực có tọa độ φ=6÷160N, 𝝀=108÷1160

E) tác giả đã thử

nghiệm một số phương pháp sau:

- Phương pháp phân tích tương quan bội: giữa độ sâu tới đáy trầm tích theo tài liệu địa

chấn, dị thường trọng lực , độ sâu đáy biển trên khu vực nghiên cứu với mục đích là xây

dựng được hàm hồi quy tuyến tính giữa chúng

- Phương pháp nâng trường: xác định dị thường dư cũng như trường phông khu vực

nghiên cứu (theo tuyến và theo diện).

- Phương pháp Gradient ngang cực đại với mục đích xác định hệ thống đứt gẫy trên

diện theo số liệu trọng lực.

- Phương pháp gradien chuẩn hóa toàn phần theo tuyến cũng như theo diện để xác

định những điểm đặc biệt. 2

1 2

1

1 2 1 2

2

2

2

2

1

x x

r

x x

r

yx

r

yx

r

yx

r

yx

r

R



 



- Tính toán mô hình trọng lực 2d trên khu vực nghiên cứu để xác định cụ thể cấu trúc

địa chất trên các các tuyến.

2.1. Phƣơng pháp phân tích tƣơng quan

a. Liên hệ tƣơng quan và phƣơng pháp phân tích tƣơng quan

Một phương pháp toán học áp dụng vào việc phân tích thống kê nhằm biểu hiện và

nghiên cứu mối liên hệ tương quan giữa các tham số của hiện tượng tự nhiên gọi là phân tích

tương quan.

Hệ số tương quan bội được xác định bởi công thức sau:









2.2. Phƣơng pháp nâng trƣờng

Tiếp tục giải tích trường lên nửa không gian trên là phép biến đổi trường thế đo được

trên một mặt nào đấy thành trường thế ở một bề mặt khác xa các nguồn hơn. Như ta đã biết,

phép biến đổi này làm suy yếu các dị thường tùy theo bước sóng của chúng. Dị thường có

bước sóng càng ngắn càng bị suy yếu mạnh. Theo nghĩa này, quá trình tiếp tục trường lên

trên là một quá trình làm suy biến các đại lượng đo được. Chúng có một ứng dụng rất to lớn

trong thực tế

Cơ sở của phép tiếp tục giải tích trường lên trên là đẳng thức thứ ba của Green. Theo

đẳng thức này, nếu hàm U là điều hòa, liên tục và có đạo hàm liên tục trên một vùng có biên

đều đặn R, thì giá trị của U tại điểm P nằm phía trong R được cho bởi phương trình:

(2.2)

Trong đó S là biên của R, n là hướng pháp tuyến ngoài còn r là khoảng cách từ P đến

điểm tích phân trên S

Qua các tính toán khác chúng ta sẽ thu được một công thức khác của phương trình

2.2.

(2.3)

Trong đó:

(2.4)

Việc tiếp tục giải tích trường lên nửa không gian trên có thể tiến hành trong miền

không gian hoặc miền tần số. Trong khuôn khổ luận văn này tôi sử dụng việc tiếp tục giải

tích lên nửa không gian trên trong miền tần số.

Nếu trường thế U đo được trên mặt z = z0 trong phạm vi đủ rộng so với kích thước

của nguồn, thì tồn tại biến đổi Fourier F [U] của nó. Biểu diễn trong miền tần số của phương

/ / / / / / U(x,y,z ) ( , , ) ( , , ) 0 0 u

z U x y z x x y y z dx dy 

 

 

        2 2 2 3/2

1

( , , )

2 ( ) u

z

x y z

x y z







 

  trình (2.3) tìm được bằng cách biến đổi cả hai vế của phương trình (2.3) qua miền tần số và

áp dụng lý thuyết tích chập:

(2.5)

Với F [Uu] là biến đổi Fourier của trường đã tiếp tục lên trên. Ở đây điều cần thiết là

tìm biểu diễn giải tích của F[Ψu]. Chú ý rằng:

(2.6)

Trong đó và biết rằng: (2.7)

Vì vậy, việc tiếp tục trường thế ở mức này sang một mức khác có thể thực hiện được

bằng cách biến đổi Fourier tài liệu đã đo được, nhân với số hạng hàm mũ của phương trình

(2.7) rồi sau đấy biến đổi Fourier ngược tích số vừa thu được.

Từ phương trình (2.7) ta thấy rằng quá trình tiếp tiếp nâng trường lên trên làm yếu

dần tất cả các số sóng( trừ |k| = 0). Sóng có bước sóng càng ngắn càng bị làm yếu càng nhiều

và mức độ làm suy yếu cũng tăng theo gia số ∆z. Phương trình (2.7) là hàm thực, không có

thành phần pha và do đó không có sự thay đổi pha đối với trường được tiếp tục lên trên.

2.3. Phƣơng pháp Gradient ngang cực đại

Phương pháp này được đề xuất bởi Cordel và Grauch (1982,1985) để xác định biên

của nguồn gây dị thường thực hiện theo các bước sau đây:

Bước 1. Tính đạo hàm ngang các thành phần trên lưới số liệu

H[∆𝑔(�, �)]=

𝜕�

𝜕�



2

+

𝛿�

𝛿�



2

(2.8)

là dị thường trọng lực Bugher

Bước 2. Xác định Gradient ngang cực đại: từ đạo hàm ngang chúng ta sẽ xác định giá

trị Gradient ngang cực đại trên từng ô lưới. điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ so sánh giá trị H

đó với 8 điểm xung quanh theo bất đẳng thức:

 d là khoảng cách giữa các điểm trên lướ

i . Giá trị đạo hàm ngang tại �𝑚��

đươc̣ xác

điṇ h bởi:

H ∆𝑔 𝑚�� = ��𝑚��

2 + ��𝑚�� + H ∆𝑔 �,� (2.9)

Phương pháp Gradient ngang cưc̣ đaị troṇ g lưc̣ cho phép chúng ta xác điṇ h đươc̣ các

đứ

t gâỹ , đây là

môṭ phương pháp rất cần thiết để xác định các đứt gẫy trên Biển Đông , đăc̣

biêṭ là

trũng sâu biển đông nơi mà

số liêụ điạ chấn sâu không có

nhiều . Tại khu vực trũng sâu

chúng ta có chủ yếu là số liệu từ-trọng lực thành tầu và số liệu trọng lực vệ tinh

2.4. Phƣơng pháp tính đaọ hàm chuẩn hóa toàn phần

Đây là một phương pháp mạnh để giải các bài toán cấu trúc địa chất của tác giả

V.M.Beriozkin công thức tổng quát có dạng:



GH = (2.10)





Trong đó Vxz và Vzz là các đạo hàm tương ứng của trường trọng lực; M là số điểm đo

trên lát cắt tiến hành chuẩn hóa.

Ở đây:



L là

chiều dà

i của tuyến đo, N là

số hà

i cần lưạ choṇ

(2.11)





(2.12)



Trong tính toán ngườ

i ta nhân hê ̣số Bn vớ

i tham số điều chỉnh An vớ

i muc̣ đích làm

giảm nhiều ở biên trong quá trình hạ trường



Tính chất quan trọng nhất của toán tử GH là: trên mặt phẳng thẳng đứng thuộc nửa

không gian dưới giá trị GH cực đại sẽ trùng với mép trên của khối dị thường thành tạo hoặc

tâm của dị thường trọng lực. Các cực trị của hàm GH cho phép xác định các ranh giới biến đổi

mật độ , các miền phá huỷ, vị trí các vật thể hấp dẫn với sai số 10 15%. Đặc biệt phương

pháp này hạn chế được nhiều sai số của tài liệu trọng lực

2.5. Giải bài toán ngƣợc đối với vật thể hai chiều.

Bài toán được đặt ra như sau: Giả sử có một bề mặt phân chia mà mật độ dư biến đổi,

sự khác nhau về mật độ giữa lớp trên và lớp dưới của lát cắt nghiên cứu cũng thay



đổi dọc theo tuyến. Trên trục ox lấy x=dj

( j=1, 2, . . . m) các tham số dj

được lấy sao

cho [dp dp+1] của bề mặt tiếp xúc có thể được xấp xỉ bởi hàm số không phức tạp, ví dụ:

(2.13)





Các tham số b, t1, t2 ở các đoạn khác nhau sẽ có thể thay đổi. Khi đó nếu lớp dưới có

sự khác biệt về mặt mật độ khối được đặc trưng bởi các phương trình x=dk. Các đại lượng dk

là một chuỗi cố định

Bề mặt tiếp xúc là một hàm số trơn từng khúc z=z(x). Dị thường trọng lực được gây

nên bởi tất cả các điểm trên bề mặt có độ sâu hm sẽ được tính bằng công thức:

(2.14)



Trong đó là hiệu ứng trọng lực từ tâm khối thứ j, được tính theo

công thức:



(2.15)

Nếu mật độ khối không đổi thì tính theo công thức:

(2.16)



Nếu các điểm liên tiếp x=dj

được lấy với mật độ dày đặc thì độ sâu z được tính theo

công thức:

(2.17)

Trong trường hợp này, khi ranh giới trên là một cạnh của hình thang cong bất kỳ thì ta

có công thức.



( 2.18)



Bài toán ngược sẽ được giải khi cực tiểu hoá phiếm hàm:



CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ TƢ LIỆU SỬ DỤNG

1. Cơ sở

số liêụ sƣ̉

duṇ g

Các số liệu thu được từ khảo sát địa chấn thăm dò, địa chấn sâu là nguồn số liệu tựa

trong quá trình chính xác hoá các ranh giới cấu trúc cũng như sự biến đổi mật độ của các lớp

đất đá trong vỏ trái đất. Trên cơ sở đó các tác giả tiến hành tính toán, mô hình hoá, thực hiện

các bước nội ngoại suy, các phép hiệu chỉnh nhằm xây dựng một bản đồ ranh giới các mặt



         cấu trúc như mặt móng trước Kainozoi, Conrad, Moho, hệ thống đứt gãy, các mặt cắt tổng

hợp địa chất-địa vật lý trên vùng nghiên cứu.

Nguồn số liệu trọng lực trong khu vực nghiên cứu rất đa dạng phong phú nhưng còn

chưa đồng bộ. Chúng có nguồn gốc từ các chuyến khảo sát trong nước, và từ các dự án khảo

sát thăm dò hợp tác với nước ngoài. Ngoài các nguồn số liệu khảo sát đo đạc thành tàu đã

được sử lý liên kết vào một bản đồ chung còn thu thập các nguồn số liệu khảo sát từ vệ tinh

về độ sâu đáy biển, các số liệu về trường dị thường từ…. Nguồn dữ liệu trọng lực vệ tinh có

độ phân giải đồng nhất cũng như tính đồng bộ cao, thể hiện rõ nét được các cấu trúc địa chất

trong khu vực. Các Bản đồ dị thường trọng lực Fai và Bughe được xây dựng và bổ sung hoàn

chỉnh ở tỉ lệ 1:1.000.000 (đề tài KC-09-02) với độ phân giải chi tiết thoả mãn với yêu cầu của

đề tài đặt ra là số liệu trọng lực chủ yếu được sử dụng để xác định đặc trưng cấu trúc sâu

trong đề tài.

Nguồn số liêụ sƣ̉

duṇ g trong luâṇ văn này :

- Số liêụ đô ̣sâu Topo (nguồn vê ̣tinh ) và nguồn độ sâu Gebco (The General Bathymetric

Chart of the Oceans) tỷ lệ 1:200.000

- Số liêụ bề dầy trầm tích toàn cầu tỷ lệ 1:1000.000 tại địa chỉ:

(http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/sedthick/sedthick.html)

- Nguồn số liêụ troṇ g lưc̣ Free air vê ̣tinh tỷ

lê ̣1 :200.000 tại địa chỉ:

http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi

- Số liêụ troṇ g lưc̣ Geodas (số liêụ troṇ g lưc̣ thành tầu đa ̃đươc̣ công bố và

cho miêñ phí

trên

internet) tại địa chỉ: http://maps.ngdc.noaa.gov/viewers/geophysics

- Số liêụ troṇ g lưc̣ thành tầu đươc̣ đo tiến hành đo bởi trung tâm khoa hoc̣ Viêñ Đông Nga

trên các tàu Lavrentiev R /V cruise, 1987, Gagarynsky R/V cruises, 1990-1992 vớ

i tỷ

lê ̣trên

tuyến 1:200.000

- Số liêụ từ -trọng lực thành tầu và số liệu địa chấn đo sâu 7-10s đươc̣ đo bởi PVEP năm

2007-2008 trong dư ̣án “Xác định ranh giới ngoài thềm lục địa Việt Nam ” vớ

i tỷ

lê ̣đo trên

tuyến 1:100.000

Ngoài ra một số nguồn số liệu được dùng để tham khảo trong luâṇ văn này như: bản đồ

dị thường trọng lực Bugher tỷ lệ 1:1000.000 (đươc̣ lưu trữ taị Viêṇ Điạ chất và

Điạ vâṭ lý ),

Bản đồ cấu trúc sâu (lưu trữ taị Viêṇ Điạ chất và

Điạ vâṭ lý

Biển) tỷ lệ 1:1000.000.



MỘT SỐ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Một số kiến nghị

Từ

các kết quả

tính toán , phân tích và minh giải về cấu trúc địa chất sâu trên khu vưc̣

trũng sâu Biển Đông có thể đưa ra một số kết luận sau đây:

+ Khu vưc̣ trũng sâu Biển Đông : Ranh giớ

i Moho là

ranh giớ

i giữa Mantile trên (nơi

có mật độ 3.2g/cm3

) và Bazan (mâṭ đô ̣khối 2.85g/cm3

), đô ̣sâu tớ

i măṭ Moho taị đây dao

đôṇ g từ

10÷ 16km. Tại khu v ực truc̣ tách giañ , độ sâu tới bề măṭ Moho dao đôṇ g từ

11÷

13km, ở hai bên rìa trục tách giañ măṭ Moho nằm cao hơn vào khoảng 10÷ 12km.

+ Vùng Thềm: Ranh giớ

i Moho nằm đô ̣sâu từ

18÷28km là

ranh giớ

i giữa Mantile

trên và

lớp vỏ

dướ

i (lower Crust mâṭ đô ̣khối 2.9g/cm3

), măṭ Moho có

đô ̣sâu 28km ở

gần bờ



và nâng dần nên khi ra gần trũng sâu đaị dương.

+ Ranh giới giả định là măṭ Conrad : là ranh giới giữa lớp vỏ dưới (có mật độ khối

2.9g/cm3

) vớ

i móng kết tinh (mâṭ đô ̣khối khoảng 2.7g/cm3

) đây là

măṭ có

cấu trúc phân di ̣và



chia cắt maṇ h taọ nên các c ấu trúc khối phức tạp và rất khó xác định trong địa chấn sâu cũng như số liêụ điạ chấn đôṇ g đất , tuy nhiên để cho mô hình troṇ g lưc̣ hôị tu ̣tốt chúng tôi vâñ sử

dụng ranh giới này trong việc xây dựng mô hình cấu trúc đị a chất sâu.

+ Móng trầm tích: đây là

ranh giớ

i giữa móng kết tinh (mâṭ đô ̣khối 2.7g/cm3

) và trầm

tích (mâṭ đô ̣dao đôṇ g từ

1.8÷2.55g/cm3

). Tầng trầm tích trên khu vưc̣ này dao đôṇ g lớn . Phía

Tây Nam (φ=60

÷110N, 1080

÷1090

E) trầm tích dầy từ 4÷9km. Khu vưc̣ Quần đảo Trường Sa

bề dầy trầm tích mỏng hơn , tại đây bề dầy vào khoảng 2÷4km. Trên vùng Tư Chính Vũng

Mây và

môṭ phần bể Nam Côn Sơn theo kết quả

tính toán mô hình troṇ g lưc̣ 2D và

tổng hơp̣

môṭ vài kết quả khác thấy rằng bề dầy trầm tích dao động 2÷7km.

+ Trầm tích khu vưc̣ trũng sâu trên vùng nghiên cứu này có

bề dầy khoảng 0.5÷ 3km,

tại trục tách giãn trầm tích dầy đến 3km. điều này đa ̃đươc̣ xác điṇ h trên số l iêụ điạ chấn sâu

cũng như trong các mặt cắt cấu trúc sâu được mô hình hóa trên số liệu trọng lực và cả trong

bản đồ bề dầy trầm tích.

+ Lớp trầm tích nằm trên cùng có

mâṭ đô ̣từ

1.8÷2.55g/cm3

có bề dầy từ 1÷10km, tại

bể Phú Khánh trầm tích dầy khoảng từ 2-7km, khu vưc̣ Trường Sa bề dầy trầm tích dao đôṇ g

từ

2-6km, tại khu vực phía Tây Nam (60

÷110

, 1080

÷1090

) thì trầm tích dầy hơn dao động từ

3-9km.

+ Ranh giớ

i vỏ

đaị dương và

vỏ

luc̣ điạ : Hiêṇ nay chưa có

tà

i liêụ nào chỉ

ra đươc̣

chính xác ranh giới này , chúng tôi nhận thấy (hình 26) đường đồng mức đô ̣sâu tớ

i b ề mặt

Moho 14km tương đối trùng vớ

i đường đô ̣sâu đáy bi ển 3.8km trên vùng trũng sâu Bi ển

Đông, vâỵ phải chăng ranh giớ

i này trùng với đường đồng mức 14km trên bản đồ Moho?.

Một số kiến nghị:

- Cần tiến hành đo đạc số liệu địa vật lý nhiều hơn nữa để có thể làm sáng tỏ hơn nữa

về cấu trúc địa chất sâu trên khu vực trũng sâu và lân cận

- Cần làm sáng tỏ vấn đề có thực sự ở trũng sâu Biển Đông là vỏ đại dương điển hình

hay không?. Hay nó vẫn là vỏ lục địa hoặc á lục địa đặc trưng cho vùng biển rìa.

- Trong tương lai không xa cần có các nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc không gian của

trục tách giãn Biển Đông ,cũng như mô hình về cơ chế địa động lực, sự hình thành và phát

triển của vùng trũng sâu đặc biệt này.