Nghiên cứu áp dụng phương pháp mới phân vùng các cấu trúc chính móng trước Kainozoi khu vực vịnh Bắc Bộ và lân cận

Trong bài viết này, tác giả nghiên cứu áp dụng phương pháp đường cong tensor gradient trọng lực CGGT (the curvature gravity gradient tensor) của Oruç, B., và nnk., (2013) kết hợp với phương pháp biến đổi trường để phác thảo các phân vùng cấu trúc chính trong móng trước Kainozoi trên khu vực vịnh Bắc Bộ và lân cận.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển; Tập 16, Số 4; 2016: 356-363 DOI: 10.15625/1859-3097/16/4/7621 http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP MỚI PHÂN VÙNG CÁC CẤU TRÚC CHÍNH MÓNG TRƯỚC KAINOZOI KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ VÀ LÂN CẬN Nguyễn Kim Dũng Viện Địa chất Địa vật lý biển-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam E-mail: kimdunggeo@yahoo.com Ngày nhận bài: 4-1-2016 TÓM TẮT: Trong báo này, tác giả nghiên cứu áp dụng phương pháp đường cong tensor gradient trọng lực CGGT (the curvature gravity gradient tensor) ca Oruỗ, B., v nnk., (2013) kt hợp với phương pháp biến đổi trường để phác thảo phân vùng cấu trúc móng trước Kainozoi khu vực vịnh Bắc Bộ lân cận Phương pháp tính tốn thử nghiệm mơ hình số sau vận dụng vào số liệu thực tế khu vực nghiên cứu Phương pháp áp dụng cho kết định tính nhanh tương đối xác Đường đồng mức giá trị riêng lớn  (giá trị riêng ma trận gồm phần tử thành phần gradient ngang tensor) phác họa biên nguồn có mật độ dư dương, đường đồng mức giá trị riêng nhỏ  phác họa biên nguồn có mật độ dư âm Quỹ tích đường đồng mức tích số hai giá trị riêng det( )    nhiều mức nâng trường phác họa hình thái biên khối cấu trúc nằm độ sâu khác Đặc biệt giá trị dương thể khối nâng thềm Thanh Nghệ, thềm Hạ Long, giá trị âm thể trũng, địa hào trũng Đông Quan, địa hào Quãng Ngãi, … Kết đạt cho thấy có nhiều trùng hợp so với số kết nghiên cứu công bố 2 Từ khóa: Xác định biên vật thể, phương pháp mới, CGGT, khối cấu trúc, móng trước Kainozoi MỞ ĐẦU Hiện nay, có nhiều phương pháp, thuật tốn mà vận dụng vào để xác định biên vật thể nghiên cứu hình thái cấu trúc địa chất tài liệu trọng lực như: Phương pháp gradient ngang Cordell, (1979) [1], gradient ngang cực đại Blakely, R J., Simpson, R W., (1986) [2] Cordell, L., Grauch, V J S., (1985) [3], phương pháp gradient chuẩn hóa tồn phần (NFG) Berezkin, W M., (1967) [4], Cianciara, B., (1977) xác định vị trí khơng gian ranh giới địa chất, phương pháp đạo hàm thẳng đứng bậc hai (SVD), phân tích xử lý số liệu GGT (gravity gradient tensor) Pedersen, L B., 356 Rasmussen, T M., (1990) [5], Beiki, M., (2010) [6], phân tích vector riêng tensor trọng lực Beiki, M., Pedersen, L B., (2010) [7], phương phỏp ng cong tensor trng lc Oruỗ, B., Sertỗelik, I., (2013) [8] Tập thể tác giả nước nghiên cứu áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, phương pháp cho thấy hiệu nó: Hồng Văn Vượng [9] sử dụng phương pháp gradient chuẩn hóa tồn phần, Trần Tuấn Dũng [10] sử dụng phương pháp gradient ngang gradient ngang cực đại, Võ Thanh Sơn [11] sử dụng phương pháp đạo hàm thẳng đứng bậc cao Phương pháp đường cong tensor gradient trng lc (CGGT) ca Oruỗ, B., v nnk., (2013) phương pháp dựa đặc Nghiên cứu áp dụng phương pháp … điểm đường cong giá trị riêng ma trận thành phần ngang tensor gradient trọng lực để đặc trưng cấu trúc địa chất bên phác họa biên đối tượng địa chất Trên sở lý thuyết phương pháp CGGT kết hợp với phương pháp biến đổi trường, tác giả tiến hành lập chương trình tính, mơ hình hóa thử nghiệm số liệu thực để phân vùng cấu trúc móng trước Kainozoi khu vực vịnh Bắc Bộ lân cận CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG TENSOR TRỌNG LỰC Tensor gradient trọng lực (GGT) tensor hạng hai chứa đạo hàm bậc hai miền không gian hấp dẫn Trái đất theo hướng x, y z hệ tọa độ Cartesian viết dạng:  U  x   U    yx   U  zx 2 2 U xy U y 2 U zy  xz   g U    g yz  g U  z  U 2 xx g xy g xz yx g yy g yz zx g zy g zz     Giải  từ phương trình (4) giá trị riêng  Các cột x vectơ riêng  giá trị riêng xếp:    0  (5)  Nó rõ ràng dạng đường chéo tensor  dạng đơn giản Vectơ x nhân với giá trị riêng vectơ riêng  Phương trình (4) viết lại như: (  I ) x  (6) Bỏ qua vectơ không (x = 0) Phương trình (6) có nghĩa ma trận   I đơn yếu tố định khơng Từ định thức   I xây dựng lại phương trình điều hòa đặc trưng cho tensor  :  g    x det(  I )    g  x g x  y  0 g    y x (1) y (7) y Trong đó: U hấp dẫn Ngoài nguồn U thỏa mãn phương trình Laplace  U ( r )  Oruỗ, B., v nnk., (2013) (xột cỏc thnh phần gradient ngang tensor) giới thiệu đường cong ma trận gradient trường trọng lực mô tả: Giải phương trình đặc trưng ta giá trị riêng  :     g g   CGGT   xx g xy  yx g yy   (2) 2  g xx  g yy  g xx  g yy   g xy  (8)  g xx  g yy  g xx  g yy   g xy  (9) 2 det( )  12 2 (10) Từ phương trình (2), tensor CGGT có tính đối xứng nên thành phần đối xứng với qua đường chéo nhau: Tại vị trí det()  biên vật thể, hay nói cách khác đường đồng mức det()  phác họa biên nguồn, ranh giới cấu trúc địa chất (3) Theo Zhou, W., nnk., (2013) [12]: Thì  giá trị riêng lớn đường đồng mức   phác họa biên nguồn nguồn có g x / y  g y / x x   x (4) 1 357 Nguyễn Kim Dũng mật độ dư dương  giá trị riêng nhỏ đường đồng mức   phác họa biên nguồn nguồn có mật độ dư âm Do 2 IE   g xx  g  g yy  g  g  g  g yy  g    g xy  g  xx Trong đó: g dị thường trọng lực, gxx, gyy, gxy thành phần gradient trọng lực Đường đồng mức hàm IE không thay đổi ta thay đổi mật độ dư âm hay dương hàm IE công cụ hiệu để phác họa biên vật thể hàm det( ) MƠ HÌNH HĨA Trên sở lý thuyết trình bày trên, để kiểm tra tính đắn thuật tốn này, tác giả tiến hành xây dựng chương trình máy tính xác định giá trị hàm  ,  , det , IE từ giá  (11) trị trường dị thường trọng lực quan sát, chương trình máy tính xây dựng ngơn ngữ lập trình Matlab Chương trình thử nghiệm mơ hình số trước áp dụng với số liệu thực tế Mô hình thử nghiệm gồm đối tượng có độ sâu mật độ khác nhau, có kích thước 150 × 150 km Khoảng cách điểm quan sát theo chiều x y dx = dy = km Các tham số vị trí bảng hình vẽ bên Các tham số mơ hình: X1/X2 Y1/Y2 Z1/Z2 Mật độ Vật 50/60 50/60 1/5 -0,4 Vật 90/100 50/60 6/10 0,4 Vật 90/100 90/100 1/5 -0,5 Vật 50/60 90/100 6/10 0,5 Trên sở tham số mô hình trên, tác giả tiến hành tính tốn trường vật gây Trường quan sát thu được, tác giả sử dụng để tính tốn giá trị hàm  ,  , det , IE theo công thức (8, 9, 10 11) tương ứng (hàm det  ký hiệu IEC hình vẽ) Như trình bày phần lý thuyết, đường đồng mức hàm det , IE phác họa biên vật thể không phân biệt vật thể có mật độ dư âm hay dương Đối với biên vật thể có mật độ dư dương xác định riêng đường đồng mức hàm 358 2 Kết tính tốn: xuất phát từ giá trị riêng lớn Zhou, W., nnk., (2013) đưa công thức:  (Lamda_1), biên vật thể có mật độ dư âm xác định riêng đường đồng mức hàm  (Lamda_2) Tồn kết tính tốn thể hình bao gồm: Trường quan sát (hình 1a), đường đồng mức giá trị riêng lớn Lamda_1 đường đồng mức giá trị riêng nhỏ Lamda_2 giá trị hàm det  (hình 1b), giá trị hàm IE đường đồng mức hàm IE (hình 1c), giá trị hàm det  đường đồng mức hàm det  (hình 1d) Để so sánh vị trí biên xác đường đồng mức hàm, hình chúng tơi biểu diễn vị trí vật thể mơ hình đường màu đen Nghiên cứu áp dụng phương pháp … Hình Kết mơ hình Nhận xét: Trên sở kết thu từ việc xây dựng chương trình thử nghiệm mơ hình tính tốn, tác giả có số nhận xét sau: Kết cho thấy đường đồng mức hàm det( ) IE phác họa biên vật thể tốt Đặc biệt đường đồng mức hàm Lamda_1 tách vị trí biên vật có mật độ dư dương đường đồng mức hàm Lamda_2 tách vị trí biên vật thể có mật độ dư âm Các kết thu không cho thấy hiệu phương pháp mà khẳng định chương trình xây dựng đắn mang lại kết tính tốn nhanh, có độ xác cao ÁP DỤNG CHO SỐ LIỆU THỰC TẾ Trên sở chương trình máy tính kiểm nghiệm mơ hình số, bước đầu tiến hành áp dụng số liệu thực tế khu vực vịnh Bắc Bộ lân cận Nguồn số liệu sử dụng dị thường trọng lực trọng lực Bougher với tỷ lệ từ 1:200.000 đến 1:1.000.000 lưu trữ Viện Địa chất Địa vật lý biển Các mặt cắt địa chấn, sơ đồ đứt gãy, cấu trúc móng, tham khảo từ đề tài: KC.09.18/0610, KC.09.20/06-10 [13], KC.09.25/06-10 Để xác định phát triển khối cấu trúc từ nơng đến sâu, nói cách khác thay đổi hình thái cấu trúc móng trước Kainozoi theo chiều sâu, phép nâng trường thực mức h = [10, 20, 30, 40, 50, 60] km Tại mức h, giá trị  ,  , det  xác định theo cơng thức (8, 9, 10) Trên hình 2b biểu diễn đường đồng mức hàm det  mức nâng trường khác nhau, mức biểu thị màu khác Quan sát kết thu dễ dàng nhận thấy: Đường đồng mức det()    từ mức thấp đến cao phác họa sơ hình thái cấu trúc qui mơ nhỏ (mức 10, đường màu xanh) đến hình thái cấu trúc lớn ổn định (mức 60, đường màu đỏ) rõ nét Nếu biểu diễn riêng giá trị dương giá trị âm hàm det( ) thấy rằng, giá trị dương hàm det( ) phản ánh đới nâng, giá trị âm phản ánh đới sụt Từ kết thu hình 2b, với đới sụt (đánh số màu đỏ), đới nâng (đánh số màu đen), phân vùng cách định tính cấu trúc móng trước Kainozoi, cụ thể sau: 359 Nguyễn Kim Dũng Đới phân dị Tây Bắc Sông Lô (11), thềm Thanh Nghệ (12) Đơn nghiêng Nam Hải Nam (5), Nhóm bể Hồng Sa (Bể Nam Hải Nam) (16) Bể Tây Lôi Châu (1), Đới nghịch đảo Bạch Long Vĩ (3), Đới nghịch đảo Miocen (2), Phụ trũng Trung tâm (6), thềm Đà Nẵng (7), Địa Lũy Tri Tôn (8) Phụ bể Huế - Đà Nẵng (15), Địa Hào Quảng Ngãi (9), Địa Hào Lý Sơn (8) Miền Võng Hà Nội (20) Thềm Hạ Long (19) Đơn nghiêng Đơng Tri Tơn (23) Hình Bản đồ phân vùng cấu trúc bể Sông Hồng [14] Các khối cấu trúc độ sâu khác xác định hàm det  Để thấy bình đồ cấu trúc móng trước Kainozoi cách rõ nét hơn, tác giả giả định hình thái cấu trúc móng trước Kainozoi có hình dáng đa thức bậc cao Do vậy, tính toán thử nghiệm xấp xỉ trường quan sát đa thức bậc Sau đó, trường đa thức xấp xỉ tính tương quan so với trường trọng lực mức nâng 360 trường khác từ đến 100 km, mức nâng trường có hệ số tương quan cao lựa chọn làm kết [14] Hình đồ thị tương quan mức nâng trường so với đa thức bậc 7, kết cho thấy, mức nâng trường 50 km có hệ số tương quan cao R = 0,98383 Nghiên cứu áp dụng phương pháp … Hình Đồ thị biểu diễn tương quan mức nâng trường với đa thức bậc Hình Kết biểu diễn giá trị hàm Lamda_1 (4a) Lamda_2 (4b) với đường đồng mức (đường màu đỏ) Như vậy, cách xấp xỉ tính tương quan này, nghiên cứu thấy với mức nâng trường 50 km thể cấu trúc móng trước Kainozoi tốt Hình 4a, 4b kết giá trị hàm Lamda_1 Lamda_2 với đường đồng mức (đường màu đỏ) mức nâng trường 50 km Từ kết này, lần thấy rõ đường đồng mức hàm 361 Nguyễn Kim Dũng Lamda_1 phác họa biên đới nâng, đường đồng mức hàm Lamda_2 phác họa biên đới sụt Hay nói cách khác, nâng hạ cấu trúc móng phản ánh qua đảo pha đường cong hàm det( ) , điểm có giá trị nơi đảo chiều cấu trúc móng, xuất đứt gãy KẾT LUẬN Từ kết trình bày trên, đưa số kết luận sau: Phương pháp CGGT phương pháp việc xác định vị trí biên nguồn Thuật tốn khơng q phức tạp mang lại kết định tính nhanh xác phác họa biên nguồn Phương pháp CGGT kết hợp với phương pháp chuyển trường lên nửa không gian bên cho phép xác định khối cấu trúc địa chất, hình thái cấu trúc theo chiều sâu Giá trị riêng lớn giá trị riêng nhỏ (giá trị riêng ma trận gồm phần tử thành phần gradient ngang tensor) giúp khoanh vùng khu vực mật độ dư âm mật độ dư dương Đây sở để nghiên cứu khoanh vùng cấu trúc có tiềm dầu khí, khống sản rắn Sự đảo pha hàm det()    thể thăng giáng cấu trúc: Giá trị dương thể khối nâng, giá trị âm thể khối sụt rõ nét Kết cho thấy, móng trước Kainozoi, hình thái thềm Đà Nẵng cấu trúc lõm, ngược với hình thái thềm Thanh Nghệ có hình thái giống hình thái bể Tây Lơi Châu TÀI LIỆU THAM KHẢO Cordell, L., 1979 Gravimetric expression of graben faulting in Santa Fe country and the Espanola basin, New Mexico In New Mexico Geol Soc Guidebook, 30th Field Conf Pp 59-64 Blakely, R J., and Simpson, R W., 1986 Approximating edges of source bodies from magnetic or gravity anomalies Geophysics, 51(7): 1494-1498 362 Cordell, L., and Grauch, V J S., 1985 Mapping basement magnetization zones from aeromagnetic data in the The utility of regional gravity and magnetic anomaly maps, 181 Berezkin, W M., 1967 Application of the full vertical gravity gradient to determination to sources causing gravity anomalies Expl Geopys, 18, 69-76 Pedersen, L B., and Rasmussen, T M., 1990 The gradient tensor of potential field anomalies: Some implications on data collection and data processing of maps Geophysics, 55(12): 1558-1566 Beiki, M., 2010 Analytic signals of gravity gradient tensor and their application to estimate source location Geophysics, 75(6): I59-I74 Beiki, M., and Pedersen, L B., 2010 Eigenvector analysis of gravity gradient tensor to locate geologic bodies Geophysics, 75(6): I37-I49 Oruỗ, B., Sertỗelik, I., Kafadar, ệ., and Selim, H H., 2013 Structural interpretation of the Erzurum Basin, eastern Turkey, using curvature gravity gradient tensor and gravity inversion of basement relief Journal of Applied Geophysics, 88, 105-113 Hoàng Văn Vượng, 2005 Biểu ranh giới mật độ theo tín hiệu cực trị GH Các cơng trình nghiên cứu địa chất địa vật lý biển, Tập VI Nxb Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Tr 59-63 10 Dung, T T., Que, B C., and Phuong, N H., 2013 Cenozoic basement structure of the South China Sea and adjacent areas by modeling and interpreting gravity data Russian Journal of Pacific Geology, 7(4): 227-236 11 Võ Thanh Sơn, Lê Huy Minh, Lưu Việt Hùng, 2005 Xác định vị tri theo phương ngang chiều sâu đến mặt ranh giới mật độ vùng Châu thổ Sông Hồng phương pháp đạo hàm thẳng đứng giải chập Euler tài liệu dị thường trọng lực Tạp chí Địa chất, loạt A, số 287 Tr 39-52 Nghiên cứu áp dụng phương pháp … 12 Zhou, W., Du, X., and Li, J., 2013 The limitation of curvature gravity gradient tensor for edge detection and a method for overcoming it Journal of Applied Geophysics, 98, 237-242 13 Xu, Y., Hao, T., Li, Z., Duan, Q., and Zhang, L., 2009 Regional gravity anomaly separation using wavelet transform and spectrum analysis Journal of Geophysics and Engineering, 6(3): 279-287 14 Trần Nghi Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ đề tài: Nghiên cứu địa tầng phân tập (sequence stratigraphy) bể trầm tích Sơng Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn nhằm đánh giá tiềm khống sản Chương trình KHCN cấp nhà nước KC.0920/06-10 APPLICATION OF THE NEW METHOD TO DETERMINE THE MAIN STRUCTURE OF THE PRE-CENOZOIC BASEMENT IN THE GULF OF TONKIN AND ADJACENT AREA Nguyen Kim Dung Institute of Marine Geology and Geophysics-VAST ABSTRACT: In this paper, the author applies the method of Oruỗ, B., et al., (2013), which uses the curvature gravity gradient tensor, in combination with the field transform method to outline the main structural partitions of the Pre-Cenozoic basement rock in the Gulf of Tonkin and adjacent are The method was tested on the digital model and applied to factual data The applied method gave the qualitative results quickly and fairly accurately The contour of big eigenvalue  delineated the spatial location of the edges of the anomalous sources with positive residual density, the contour of small eigenvalue  delineated the spatial location of the edges of the anomalous sources with negative residual density The locus of the contours of the product of the eigenvalues det( )    at the upward continuation levels of the potential field expressed fluctuations on the main structure at the different depths The positive values represented the anticline, for example Thanh Nghe anticline, Ha Long anticline … The negative values expressed the syncline quite clearly, for example Dong Quan syncline, Quang Ngai syncline The qualitative results are relatively consistent with some research results which have been previously published 2 Keywords: Determination of the edges of object, the new method, CGGT, the block structural, the Pre-Cenozoic basement rock 363 ... phương pháp CGGT kết hợp với phương pháp biến đổi trường, tác giả tiến hành lập chương trình tính, mơ hình hóa thử nghiệm số liệu thực để phân vùng cấu trúc móng trước Kainozoi khu vực vịnh Bắc. .. Long (19) Đơn nghiêng Đông Tri Tôn (23) Hình Bản đồ phân vùng cấu trúc bể Sơng Hồng [14] Các khối cấu trúc độ sâu khác xác định hàm det  Để thấy bình đồ cấu trúc móng trước Kainozoi cách rõ nét... nâng (đánh số màu đen), phân vùng cách định tính cấu trúc móng trước Kainozoi, cụ thể sau: 359 Nguyễn Kim Dũng Đới phân dị Tây Bắc Sông Lô (11), thềm Thanh Nghệ (12) Đơn nghiêng Nam Hải Nam (5),