Trong nghiên cứu này, các dự đoán về độ lớn và xu thế dịch chuyển tƣơng đối vỏ Trái đất đƣợc thực hiện bằng cách tính toán và đánh giá mối quan hệ giữa trƣờng ứng xuất hiện đại và các tham số đứt gãy. Trên những cơ sở về xu thế và độ lớn đó, có thể xây dựng lại cơ chế kiến tạo địa động lực qua các thời kỳ địa chất khác nhau của khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận.
Tạp chí khoa học công nghệ biển (T.18) 2018 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển; Tập 18, Số 4; 2018: DOI: 10.15625/1859-3097/18/4/ http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst TRƢỜNG ỨNG SUẤT HIỆN ĐẠI VÀ XU THẾ DỊCH CHUYỂN TƢƠNG ĐỐI VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC QUẦN ĐẢO HOÀNG SA VÀ LÂN CẬN Trần Tuấn Dũng1,2,*, Kulinich R G.3, Ngơ Thị Bích Trâm4, Nguyễn Quang Minh1, Nguyễn Bá Đại1, Trần Tuấn Dƣơng1, Nguyễn Thái Sơn5 Viện Địa chất Địa vật lý biển, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Việt Nam Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Việt Nam Viện Hải dương học Thái Bình Dương, Viện Hàn lâm Khoa học Nga, Liên bang Nga Cục đồ-Bộ Tổng tham mưu, Hà Nội, Việt Nam Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Việt Nam * E-mail: trantuandung@yahoo.com Ngày nhận bài: 27-1-2018; Ngày chấp nhận đăng: 27-4-2018 Tóm tắt Trƣờng ứng suất đại khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận đƣợc xác định tham số cấu chấn tiêu động đất ghi nhận đƣợc từ 100 năm qua Các tham số hình học đứt gãy (nhƣ vị trí, phƣơng vị, góc dốc, hƣớng trƣợt độ sâu…) đƣợc xác định trƣờng trọng lực vệ tinh, địa chấn trƣờng ứng suất Trong nghiên cứu này, dự đoán độ lớn xu dịch chuyển tƣơng đối vỏ Trái đất đƣợc thực cách tính tốn đánh giá mối quan hệ trƣờng ứng suất đại tham số đứt gãy Trên sở xu độ lớn đó, xây dựng lại chế kiến tạo địa động lực qua thời kỳ địa chất khác khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận Ở đây, độ lớn xu dịch chuyển tƣơng đối vật chất vỏ Trái đất đƣợc thể phổ màu độ lớn vectơ Mặc dù dịch chuyển xuất tồn khu vực, nhƣng có khác xu cƣờng độ vùng riêng biệt, hệ thống đứt gãy tồn cấp độ khác Từ khóa: Quần đảo Hồng Sa, trƣờng trọng lực vệ tinh, trƣờng ứng suất đại, cấu chấn tiêu động đất, dịch chuyển tƣơng đối vỏ Trái đất GIỚI THIỆU CHUNG Nhìn chung, nghiên cứu kiến tạo, trƣờng ứng suất khu vực có tham số đặc trƣng khác Chúng biến đổi theo thời gian, phụ thuộc vào tƣơng tác mảng kiến tạo thay đổi trạng thái chế độ địa nhiệt vỏ Trái đất Trƣờng ứng suất đóng vai trò quan trọng hình thành đứt gãy nhƣ qui định hành vi trƣợt đứt gãy gây nên dịch chuyển, biến dạng vỏ Trái đất Do đó, dựa vào nghiên cứu hình thái, động học đứt gãy mối liên hệ với trƣờng ứng suất kiến tạo đại, đánh giá đƣợc xu hoạt động đứt gãy khứ tƣơng lai, qua phân vùng dự báo trƣợt lở đáy biển, tai biến tự nhiên khác biển Lý thuyết hành vi trƣợt đứt gãy đƣợc nhắc đến lần đầu Wallace, R.E, 1951 Bott, M H P,1959 [4, 26] Trong đó, tác giả đƣa giả thuyết hƣớng trƣợt song song với phƣơng ứng suất mặt trƣợt đứt gãy (ứng suất trƣợt mặt) Với giả thuyết này, hành vi trƣợt đứt gãy đƣợc xác định trƣờng ứng suất xác định Sau này, giả thuyết đƣợc biết đến rộng rãi với tên ‘giả thuyết Wallace-Bott’ đƣợc sử dụng nhƣ phƣơng pháp cổ điển mơ hình giải tốn ngƣợc ứng suất Giả thuyết Wallace-Bott đƣợc tiếp tục nghiên cứu phát triển McKenzie, 1969 [10] Nghiên cứu [10] đƣa chứng rằng, trận động đất hầu hết xảy đứt gãy đƣợc hình thành trƣớc động đất xảy Từ đó, ý tƣởng việc sử dụng tài liệu cấu chấn tiêu động đất (CCCT) để xác định hành vi khứ đứt gãy đƣợc đƣa nghiên cứu cách rộng rãi Giả thuyết nêu tiếp tục đƣợc kế thừa phát triển thành phƣơng pháp nghiên cứu tái hoạt động đứt gãy (Angelier nnk, 1990; Morris nnk, 1996) [2, 11] Các nghiên cứu phƣơng trƣợt đứt gãy không phụ thuộc vào phƣơng ứng suất mà phụ thuộc vào tỷ số ứng suất / 1 ; đồng thời, xu trƣợt đƣợc xác định tỷ số ứng suất trƣợt mặt ứng suất pháp tuyến xảy mặt đứt gãy Đây tiền đề quan trọng cho nghiên cứu tiếp sau đứt gãy hoạt động tái hoạt động [9, 10, 18, 23] Kết từ nghiên cứu cho thấy phù hợp phƣơng pháp xác định chế độ hoạt động đứt gãy Tuy nhiên, nghiên cứu chƣa đề cập đến tác động ảnh hƣởng dịch chuyển đứt gãy lên vỏ Trái đất Năm 1980, Aki K Richards P G., 1980, đƣa số tiêu chuẩn qui ƣớc tham số động học đứt gãy dựa cấu chấn tiêu động đất [1] Trong báo này, tác giả sử dụng tiêu chuẩn [1] để xác định thể tham số đứt gãy khu vực nghiên cứu Năm 2004, Nguyễn Văn Vƣợng nnk., nghiên cứu xác định chất biến dạng nội mảng chuyển dịch đại xảy dọc hệ đứt gãy khu vực Tây Bắc Việt Nam dƣới tác động trƣờng ứng suất nhằm phân vùng dự báo động đất nhƣ tai biến tự nhiên liên quan Kết nghiên cứu xác lập đƣợc đặc trƣng biến đổi trƣờng ứng suất với chuyển dịch tƣơng đối yếu tố cấu trúc khơng gian Dựa vào đó, số vị trí chấn tiêu động đất đƣợc dự báo cho dải dọc theo số đứt gãy khu vực [14] Năm 2015, Trần Tuấn Dũng nnk., dựa trƣờng ứng suất đại kết hợp với tham số động học đứt gãy xác định đƣợc xu dịch chuyển ngang thẳng đứng tƣơng đối vỏ Trái đất Trên sở dịch chuyển đó, tác giả tiến hành đánh giá phân vùng dự báo đƣợc khả trƣợt lở ngầm đáy biển khu vực bể Phú Khánh lân cận [22] Khu vực nghiên cứu nằm mảng ÂuÁ; cấu chấn tiêu trận động đất nội mảng đƣợc ghi lại phân bố toàn khu vực Trong nghiên cứu này, trƣờng ứng suất khu vực đƣợc xác định tài liệu cấu chấn tiêu ghi đƣợc 100 năm qua Các tham số đứt gãy (vị trí, phƣơng vị, góc dốc độ sâu) đƣợc xác định phƣơng pháp trọng lực địa chấn Sau đó, tham số hình động học đứt gãy (nhƣ vectơ trƣợt xu trƣợt, hƣớng trƣợt) đƣợc tính tốn thơng qua trƣờng ứng suất khu vực đại Trên sở đó, xu biến dạng dịch chuyển theo phƣơng ngang phƣơng thẳng đứng vỏ Trái đất đƣợc xác định CƠ SỞ DỮ LIỆU Cơ cấu chấn tiêu động đất Dữ liệu cấu chấn tiêu động đất đƣợc thu thập từ nhiều nguồn khác nhau; đó, chủ yếu từ Dự án cấu chấn tiêu toàn cầu (CMT) Project (41 trận từ năm 1976-2016) [5] bổ sung thêm từ nghiên cứu Bùi Công Quế nnk (2010) (4 trận từ năm 1903-1988) [6] Các cấu chấn tiêu động đất động đất nội mảng, đƣợc thu nhận độ sâu ≥ km cƣờng độ M ≥ (hình 1) Nghiên cứu sử dụng 93 cấu chấn tiêu động đất ghi nhận đƣợc khu vực Tuy nhiên, khuôn khổ báo, biểu diễn vài ví dụ cấu chấn tiêu động đất đƣợc thể [5, 6] (bảng 1) Hình Trƣờng ứng suất khu vực đại xác định theo tài liệu động đất Bảng Cơ cấu chấn tiêu động đất [5, 6] TT Thời gian Tham số nguồn động đất Cường độ động đất Mw Góc phương vị Phương nén ép Trạng Cơ cấu chấn ngang thái ứng tiêu Góc dốc Góc trượt cực đại suất SHmax 110,5 19,9 - 7,5 313 66 160 TB 1969/12/17 110,55 18,11 33 4,7 45 78 -6 TB 1977/8/29 119,61 17,38 24,6 6,3 41 70 104 TN 1995/1/10 109,33 20,57 15 5,5 264 64 -173 127 TB … … … … … … … … … 119,8 16,64 61,5 5,4 121 35 161 174 TB 1905/7/13 Độ sâu Vĩ độ Kinh độ chấn tiêu (km) … 93 2015/11/7 Ghi chú: TB: Trƣợt bằng; TN: Trƣợt nghịch … Dữ liệu địa chấn Trong năm gần đây, vùng biển Việt Nam, dự án khảo sát nƣớc hợp tác quốc tế, có thêm nhiều kết điều tra, khảo sát địa chất địa vật lý biển với độ chi tiết vùng bao phủ rộng hơn, đặc biệt tài liệu địa chấn thăm dò Trong nghiên cứu kết hợp khai thác nguồn tài liệu địa chấn từ dự án khảo sát, là: AWHS; PK-03; PGS-08, 09; WA-74; NOPEC93; VOR-93; SEAS-95; SEAS-TC; TC-93, 95, 98; TC-03, 06; VGP-09, PV-08, STC-06; CPV-05, 07; PKBE-07, 08 Các nguồn tài liệu nói đƣợc tổng hợp, so sánh nghiên cứu đề tài KC.09-25/06-10, 2009-2010 [13] Có thể nói, nguồn số liệu có độ tin cậy, có giá trị bổ sung vào nghiên cứu chi tiết xác hóa cấu trúc kiến tạo, xác định tham số đặc trƣng đứt gãy kết hợp với tài liệu trọng lực [6, 19, 22] Tài liệu trọng lực Tài liệu dị thƣờng trọng lực khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận đƣợc thu thập chủ yếu từ chuyến khảo sát chung Việt Nam quốc gia khác nhƣ Nga, Mỹ, Pháp, Đức, Nhật Bản… từ số đề tài cấp Nhà nƣớc đƣợc thực Viện Địa chất Địa vật lý biển viện nghiên cứu khác Các đề tài hoàn thành đƣa đƣợc kết với đồ dị thƣờng trọng lực tỷ lệ 1:250.000, 1:500.000 cho toàn khu vực [6, 22] Bên cạnh đó, có nguồn số liệu trọng lực từ đo cao vệ tinh có độ phân giải đồng nhất, chấp nhận đƣợc độ xác, thời gian kinh phí thực hiện, đặc biệt vùng nhạy cảm biển Đông, với độ phân giải 1’x1’ [16] Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng nguồn tài liệu trọng lực tích hợp từ đo cao vệ tinh đo đạc thành tàu đƣa liệu với độ phân giải đồng cho khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận, tỷ lệ 1:250.000 (hình 2) [16, 20, 22] Hình Dị thƣờng trọng lực Bughe PHƢƠNG PHÁP ÁP DỤNG Nghiên cứu xác định trƣờng ứng suất khu vực đại tham số hình học đứt gãy (vị trí, phƣơng vị, góc dốc ) khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận vấn đề phức tạp, giải với phƣơng pháp Tổ hợp phƣơng pháp nghiên cứu cần phải có nhìn tổng qt mối quan hệ trƣờng ứng suất đại hệ thống đứt gãy Dựa mối quan hệ đó, cƣờng độ xu trƣợt dịch chuyển tƣơng đối theo phƣơng ngang thẳng đứng vật chất vỏ Trái đất đƣợc xác định Với mục tiêu đó, báo áp dụng số phƣơng pháp sau: Xác định tham số hình học đứt gãy tài liệu trọng lực Hình thái cấu trúc hệ thống đứt gãy khu vực Biển Đông nói chung vùng nghiên cứu nói riêng, vấn đề đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học nƣớc Trong báo này, kết minh giải đứt gãy từ tài liệu địa chấn (tham khảo đề tài nghiên cứu giai đoạn trƣớc) [13, 19, 23], để có đƣợc tranh phân bố không gian hệ thống đứt gãy từ xuống dƣới phƣơng pháp trọng lực đƣợc áp dụng kết hợp Các tham số hình học đứt gãy đƣợc xác định tài liệu trọng lực, nghiên cứu sử dụng hai phƣơng pháp, là: Lọc trường theo tần số Nhìn chung, thành phần tần số cao trƣờng trọng lực tƣơng ứng với bƣớc sóng ngắn thƣờng liên quan đến thể địa chất tầng nông Ngƣợc lại, thành phần tần số thấp trƣờng trọng lực với bƣớc sóng dài thƣờng phản ánh cấu trúc địa chất tầng sâu Trong nghiên cứu này, tác giả áp dụng phƣơng pháp lọc trƣờng theo tần số, đƣợc giới thiệu nghiên cứu Trần Tuấn Dũng nnk., 2016 [21], nhằm phân tách hiệu ứng trọng lực tầng cấu trúc độ sâu khác từ dị thƣờng trọng lực Bughe Bộ lọc trƣờng tần số thấp dị thƣờng trọng lực đƣợc tính theo cơng thức [21]: F g LF x, y F H x, y F g x, y (1) Trong đó: F{} biến đổi Fourier; ∆gLF(x, y) dị thƣờng tần số thấp đƣợc lọc toán tử H(x, y); g(x, y) dị thƣờng trọng lực Bughe đầy đủ; H(x, y) toán tử lọc trƣờng tần số thấp Toán tử lọc trƣờng tần số thấp Gaussian đƣợc biểu diễn: H x, y e D x , y 2 (2) Trong đó: D(x, y) khoảng điểm (x, y) lƣới với điểm trung tâm cửa sổ lọc; λ bƣớc sóng cut-off Sau áp dụng lọc trƣờng tần số thấp cho nhiều bƣớc sóng λ khác nhau, dị thƣờng trọng lực tƣơng ứng với bƣớc sóng đƣợc sử dụng để xác định đặc trƣng đứt gãy độ sâu khác (độ sâu, hƣớng cắm, phƣơng phát triển…) Cực đại gradient ngang trọng lực Các điểm cực đại gradient ngang trọng lực (MGHG) cho thấy dấu hiệu ranh giới mật độ đất đá, mà theo quan điểm minh giải trọng lực, ngƣời ta coi đứt gãy Các đứt gãy thƣờng đƣợc thể điểm MGHG liên tục dải vectơ phƣơng theo hƣớng Khối đất đá có mật độ cao xung quanh đƣợc vec-tơ phƣơng MGHG hƣớng vào phía trung tâm khối [3, 19] Trong báo này, tác giả áp dụng phƣơng pháp đƣợc giới thiệu nghiên cứu Blakely, R J., Simpson, R W., (1986) [3], Trần Tuấn Dũng (2013) [19] xác định vị trí độ lớn MGHG, cơng thức tính đƣợc biểu diễn: X Max bd 2a (3) GMax aX Max bX Max H g i , j (4) Trong đó: d khoảng cách nút lƣới số liệu; a, b hệ số khai triển hàm bậc hai đƣợc tính tốn lƣới dị thƣờng trọng lực, H g i , j gradient ngang trọng lực Bằng việc phân tích, liên kết vị trí cƣờng độ điểm MGHG theo cách thức phù hợp, đƣa đƣợc tranh tổng thể phân bố không gian hệ thống đứt gãy Xác định trƣờng ứng suất khu vực đại xu trƣợt đứt gãy Xác định trường ứng suất Trƣờng ứng suất khu vực đại đƣợc đặc trƣng CCCT trận động đất khu vực lân cận [5, 6] Khu vực nghiên cứu đƣợc chia thành ba phân vùng riêng, dựa tƣơng đồng đặc điểm chế CCCT Ở đây, phƣơng pháp giải ngƣợc ứng suất đề xuất Angelier, J., (1990), đƣợc sử dụng để tính tốn trƣờng ứng suất phân vùng nói Cơ sở phƣơng pháp dựa dựa theo giả thuyết Wallace-Bott: Ứng suất trƣợt song song với hƣớng trƣợt mặt đứt gãy [4, 26] Với giả thuyết trƣờng ứng suất phân vùng đƣợc biểu diễn tensor ứng suất giản lƣợc T - ma trận đối xứng 3×3 [2] Khi có T, phƣơng ba trục ứng suất độ lớn tƣơng đối (σ1, σ2, σ3) đƣợc xác định công thức sau: T n p (5) Nhƣ vậy, việc xác định đƣợc tỷ số ứng suất (ϕ), phƣơng pháp đƣợc hƣớng ba trục ứng suất chính, đặc biệt với tập hợp số liệu Điều có ý nghĩa thực tế giải toán ngƣợc trƣờng ứng suất biển Delvaux nnk., (2010) với phƣơng pháp này, cần tối thiểu lời giải cấu chấn tiêu động đất xác định đƣợc chế ứng suất khu vực [7] Xác định vectơ trượt xu trượt mặt đứt gãy Khi có tỷ số ứng suất ϕ hƣớng trục ứng suất σ1, σ2, σ3, xác định ứng suất trƣợt mặt (σs) ứng suất pháp tuyến (σn) mặt đứt gãy nhƣ sau [12]: Hay cách tƣờng minh: xx xy xz 1 x1 0 yx yy yz p x2 0 1 x3 0 zx zy zz Trong đó: p độ lớn tƣơng đối ứng suất chính; n vectơ ứng suất đơn vị tƣơng ứng Do T ma trận đối xứng dƣơng nên tƣơng quan độ lớn p đƣợc xác định nghiệm phƣơng trình sau: 3p I1 p2 I1 p I3 (6) Ở đây: I1 xx yy zz I2 xx xy xx xz yy yz yx yy zx zz zy zz xx xy xz I yx yy yz zx zy zz độ lớn tƣơng đối ứng suất hƣớng tƣơng ứng, đồng thời tỷ số ứng suất đƣợc xác định là: (8) 1 n k1 1 m2 n2 (9) Trong đó: l, m, n giá trị cosin góc pháp tuyến mặt trƣợt với trục ứng suất chính; k1= σ1 – σ2; φ góc ma sát trƣợt Từ đó, hƣớng trƣợt đƣợc xác định dựa vào ứng suất trƣợt mặt theo giả thuyết Wallace-Bott Xu trƣợt theo trƣờng ứng suất khu vực mặt đứt gãy đƣợc định nghĩa tỷ số ứng suất trƣợt mặt ứng suất pháp tuyến mặt Hƣớng trƣợt đứt gãy đƣợc giả định song song với phƣơng ứng suất trƣợt mặt [11, 23] Các bƣớc sau nghiên cứu tuân theo giả định nói Xu trƣợt (Ts) đƣợc sử dụng để xác định mức độ dịch chuyển tƣơng đối cánh đứt gãy Ts đƣợc Yukutake Y., nnk., công bố năm 2015, biểu diễn theo công thức [23]: Ts Ứng với giá trị p xác định đƣợc s 1 l m2 m2 n2 n2l (7) s n (10) Trong đó: s n ứng suất trƣợt mặt ứng suất pháp tuyến đứt gãy; hệ số ma sát mặt đứt gãy Hệ số ma sát mặt đứt gãy đƣợc lựa chọn = 0.65 (dựa theo công bố Schellart W P., 2000) [24] Do hệ số ma sát đƣợc đƣa vào công thức (10), nên giá trị xu trƣợt lớn cƣờng độ ứng suất trƣợt tiệm cận với lực ma sát Một đứt gãy mà xu trƣợt có giá trị lớn khơng ổn định mối quan hệ với trƣờng ứng suất khu vực Xác định xu dịch chuyển vỏ Trái đất Cơ sở lý thuyết đặc trƣng biến dạng dịch chuyển vật chất vỏ trái đất dƣới tác động tổng hợp ứng suất khu vực hành vi đứt gãy đƣợc trình bày chi tiết cơng ui trình nghiên cứu của Okada Y., (1992) [15] Dựa sở phƣơng pháp đƣợc giới thiệu Steketee, J A., (1958), Okada Y., đƣa cách tiếp cận tính tốn trƣờng dịch chuyển [25] Theo đó, trƣờng dịch chuyển ui (x1, x2, x3) gây một đoạn đứt gãy Δuj (ξ1, ξ2, ξ3) cắt qua bề mặt Σ môi trƣờng đồng nhất, đƣợc biểu diễn công thức [15, 25]: uij uik uin u j jk F n j k Ở đây: υk vector phƣơng pháp tuyến với bề mặt dΣ, ví dụ 0, sin , cos ; λ số Lame; δij delta Kronecker Dựa công thức (11) quan hệ tƣơng đƣơng khối lực, trƣờng dịch chuyển nội (uo) k d (11) gây điểm nguồn đƣợc biểu diễn tổng hợp lực từ nhân căng giãn ∂uj/∂ξk Các điểm nguồn gây trƣờng dịch chuyển chia làm bốn loại (hình 2) Hình Bốn điểm nguồn gây trƣờng dịch chuyển [15] Trƣờng dịch chuyển theo công thức (11) đƣợc phát triển Toda, S., nnk., (2005), tích hợp tính tốn phần mềm mã nguồn mở Coulomb [18] Trong nghiên cứu này, trƣờng dịch chuyển vật chất vỏ Trái đất đƣợc coi đại lƣợng tƣơng đối, khơng có thứ nguyên, giá trị dịch chuyển tƣơng đối theo phƣơng ngang thẳng đứng đƣợc gán từ đến từ -1 đến Trong trƣờng hợp dịch chuyển tƣơng đối theo phƣơng thẳng đứng, giá trị biến đổi khoảng -1 đến xu dịch chuyển hƣớng xuống dƣới ngƣợc lại KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hệ thống đứt gãy Đối với nghiên cứu đứt gãy dựa liệu dị thƣờng trọng lực, phân bố không gian điểm MGHG đƣợc coi phân bố hệ thống đứt gãy ranh giới mật độ đất đá Theo nghiên cứu [19, 22] mơ hình 3D dị thƣờng trọng lực trƣờng trọng lực mức lọc trƣờng = 75 km đƣợc cho phản ánh tốt cấu trúc địa chất tầng Miocen-hiện đại khu vực nghiên cứu Trong nghiên cứu này, dị thƣờng trọng lực Bughe đƣợc lọc với bƣớc sóng = 25, 50, 75, 100 km (xem hình 4–5) đƣợc sử dụng tƣơng ứng để tính tốn gradient ngang cực đại gradient ngang trƣờng trọng lực Ở đây, lựa chọn bƣớc sóng nêu đơn giản với mục đích nhận đƣợc tranh chung phân bố không gian hệ thống đứt gãy độ sâu khác Thông thƣờng, minh giải tài liệu trọng lực tham số khơng gian đứt gãy (nhƣ vị trí, phƣơng vị, góc dốc, độ sâu) đƣợc xác định dựa phân bố MGHG theo độ sâu khác (hình 4–5) Các đứt gãy thƣờng đƣợc thể dải điểm MGHG vector phƣơng chúng theo hƣớng Bằng việc phân tích, kết nối vị trí độ lớn MGHG theo phƣơng thức phù hợp, kết hợp với kết minh giải địa chấn thăm dò, phân bố không gian hệ thống đứt gãy đƣợc đƣa hình Trong nghiên cứu này, hệ thống đứt gãy đƣợc sử dụng từ minh giải tài liệu cực đại gradient ngang trọng lực (đối với nơi chƣa có thƣa số liệu địa chấn) hình hình tác giả từ minh giải tài liệu địa chấn nghiên cứu trƣớc [13, 20] Vì vậy, khơng tập trung vào mô tả chi tiết đặc điểm chúng Tổng hợp tham số hình học hệ đứt gãy Miocen-Hiện đại đƣợc biểu diễn hình bảng Hình Gradient ngang (bƣớc sóng lọc trƣờng = 50 km) cực đại gradient ngang trọng lực (bƣớc sóng lọc trƣờng = 25, 50 km) Hình Gradient ngang (bƣớc sóng lọc trƣờng = 75 km) cực đại gradient ngang trọng lực (bƣớc sóng lọc trƣờng = 75, 100 km) Hình Phân bố hệ thống đứt gãy Bảng Tham số hình học đứt gãy dùng cho mơ hình tính tốn Điểm đầu STT Điểm cuối Kinh độ Vĩ độ Kinh độ Vĩ độ … 106.477 106.954 106.363 106.746 106.648 …… 20.665 19.700 19.897 19.189 17.927 …… 107.245 107.792 105.531 106.624 106.695 …… 20.331 18.899 20.426 19.572 18.759 …… 31 32 33 34 35 … 109.120 108.339 109.629 109.051 109.120 …… 16.803 18.482 17.453 15.486 16.803 …… 109.005 109.396 110.694 109.405 109.629 …… 16.085 17.188 18.080 14.734 17.453 …… 63 64 65 66 67 … 217 119.213 118.034 119.999 117.371 115.769 …… 113.025 16.329 21.462 22.544 20.101 19.765 …… 10.860 119.237 118.611 119.934 117.683 116.881 …… 111.741 17.740 21.912 22.999 20.549 19.777 …… 9.958 Đường phương Góc cắm Vùng 113 70 134 72 302 77 342 75 70 …… … Vùng 189 67 141 73 60 65 155 66 38 66 …… … Vùng 49 52 66 352 70 35 66 89 65 ……… … 235 70 Hướng trượt Kiểu trượt Cận (km) Cận (km) Xu trượt Ts -112 -177 84 46 62 … Th-Ph Ph Ng Ng-Tr Ng-Tr … 2 2.3 … 8 8.3 … 0.13 0.41 0.27 0.67 0.66 … 146 -121 -132 91 -156 … Ng-Ph Th-Ph Th-Ph Ng Th-Ph … 2 2.3 1.5 2.2 … 8 8.3 7.5 8.2 … 0.63 0.72 0.33 0.65 0.65 … 64 177 169 171 … -43 Ng-Tr Ph Tr Ph Ph … Th-Tr 2.5 3 … 4.4 11 8.5 9 … 6.7 0.82 0.31 0.23 0.18 0.37 … 0.60 Ghi chú: Th: Trƣợt thuận, Ng: Trƣợt nghịch, Ph: Trƣợt phải, Tr: Trƣợt trái, Th-Ph: Thuận phải, ThTr: Thuận trái, Ng-Tr: Nghịch trái Trƣờng ứng suất khu vực đại Trƣờng ứng suất kiến tạo đại khu vực đƣợc tính tốn dựa phƣơng vị ứng suất nén ép ngang cực đại cấu chấn tiêu động đất; đồng thời kết hợp với phƣơng chuyển động phụ mảng Đơng Nam Á Ở phía tây khu vực nghiên cứu (vùng 1), phƣơng nén ép ngang cực đại Á Kinh tuyến, vùng lại theo phƣơng bắc tây bắc - nam đơng nam; Phía đông (vùng 3) phƣơng nén ép ngang cực đại lại theo phƣơng Á Vĩ tuyến (hình 1) Dựa khác phƣơng nén ép ngang cực đại liệu cấu chấn tiêu động đất, khu vực nghiên cứu đƣợc chia chi tiết làm phân vùng (vùng 1, vùng vùng 3) để xác định thông số trƣờng ứng suất kiến tạo đại Trên sở trƣờng ứng suất xác định, đánh giá hành vi hoạt động đứt gãy phân vùng cụ thể (hình 1) Hệ thống đứt gãy hình đƣợc phân chia thành nhóm tƣơng ứng với trƣờng ứng suất phân vùng: Vùng 1, vùng vùng nhƣ hình Trên hình minh họa cách xác định tham số đoạn đứt gãy vùng tƣơng ứng Mơ hình gồm hai đứt gãy tạo thành địa hào, với phƣơng vị góc dốc biến đổi theo không gian Các đứt gãy đƣợc chia thành đoạn nhỏ với tiêu chí: Trong đoạn đứt gãy phƣơng vị góc dốc phải gần nhƣ khơng thay đổi, sau xác định thơng số cho đoạn đứt gãy Góc dốc δ đứt gãy đƣợc xác định theo công thức: arctan FG CD thỏa mãn 90o Giá trị xu trƣợt vectơ trƣợt đoạn đứt gãy đƣợc xác định dựa trƣờng ứng suất vùng Trong vùng nghiên cứu, tham số 217 đoạn đứt gãy đƣợc tính tốn, nhiên, khn khổ báo, có số kết minh họa đƣợc đƣa bảng Hình Minh họa cách xác định tham số đoạn đứt gãy Bảng Kết giải tốn ngƣợc trƣờng ứng suất (hình 1) Vùng Số CCCT 101 σ1 σ2 σ3 Phương vị Góc cắm Phương vị Góc cắm Phương vị Góc cắm 166 154 286 11 21 329 046 18 78 67 75 247 124 21 69 Xu hƣớng độ lớn trƣờng dịch chuyển tƣơng đối vỏ Trái đất Mơ hình trƣờng dịch chuyển đại vỏ Trái đất đƣợc xác định theo công thức (11) Các số liệu đầu vào mơ hình tham số đứt gãy bảng 2, chúng đƣợc xác định đƣợc phƣơng pháp khác nhƣ nêu Qua kết nhiều nghiên cứu giai đoạn trƣớc [6, 20], nói, phần lớn đứt gãy khu vực dừng hoạt động, nên mơ hình này, biên độ trƣợt (net-slip) đƣợc thay tham số xu hƣớng trƣợt (slip-tendency) Khả mức độ dịch chuyển gây phân đoạn đứt gãy đƣợc xác định theo nguyên tắc so sánh tƣơng đối chúng với Độ sâu mơ hình tính tốn đƣợc lấy mặc định mức 10 km so với mặt nƣớc biển Trên hình 8–9, độ lớn hƣớng dịch chuyển tƣơng đối vỏ trái đất khu vực đƣợc biểu diễn qua phổ màu độ lớn vectơ Mặc dù biến dạng dịch chuyển xuất toàn vùng nghiên cứu, nhƣng khu vực tồn hệ thống đứt gãy lớn biến ϕ SHmax 0.33 0.67 0.45 166 156 104 dạng dịch chuyển có cƣờng độ lớn Nhìn vào đó, thấy đƣợc tranh phân bố mạnh yếu khác khu vực cụ thể trƣờng dịch chuyển Trên hình 8, biến dạng dịch chuyển ngang phát triển mạnh dọc theo hệ đứt gãy có qui mô lớn Khu vực bắc bể Phú Khánh tây quần đảo Hoàng Sa, biên độ dịch chuyển ngang lớn hƣớng vectơ xu hoạt động trƣợt hệ thống đứt gãy khu vực Điều cho thấy hệ đứt gãy khu vực chịu ảnh hƣởng mạnh mẽ trƣờng ứng suất đại, chúng có khả tái hoạt động cao Một số biểu biến dạng dịch chuyển ngang tƣơng đối mức trung bình xuất khu vực quần đảo Hoàng Sa Tại khu vực này, hƣớng vecto dịch chuyển ngang cho thấy khả trƣợt hệ thống đứt gãy Trên khu vực trũng sâu Biển Đông, mức độ biến dạng dịch chuyển thấp, cho thấy trƣờng ứng suất kiến tạo đại tác động đến hệ thống đứt gãy khu vực (hình 8) Hình Biến dạng dịch chuyển ngang vật chất vỏ Trái đất xác định theo tham số đứt gãy Hình Biến dạng dịch chuyển đứng vật chất vỏ Trái đất xác định theo tham số đứt gãy Trên hình thể biến dạng dịch chuyển thẳng đứng tƣơng đối vỏ Trái đất, thể xu lên-xuống địa phƣơng quanh hệ thống đứt gãy Các khu vực có xu hƣớng dịch chuyển lên trên, phía bắc bể Phú Khánh, phía bắc nam quần đảo Hồng sa Trong đó, khu vực nhƣ trung tâm bể Phú Khánh, tây đông quần đảo Hồng Sa, trƣờng dịch chuyển đứng lại có xu xuống dƣới Ở phía bắc khu vực nghiên cứu-đới đứt gãy Littoral, trƣờng biến dạng dịch chuyển có xu hƣớng xuống dƣới, có cƣờng độ nhỏ nhiều so với xung quanh Ở khu vực trung tâm quần đảo Hoàng Sa mức độ biến dạng dịch chuyển mức trung bình, có đan xen xu lên xuống dƣới Trung tâm khu vực nghiên cứu, vùng trƣờng biến dạng dịch chuyển hƣớng xuống dƣới đan xen vùng hƣớng lên chạy dọc theo đứt gãy Các vùng dịch chuyển hƣớng xuống dƣới chủ yếu nằm khối nâng cấu trúc Có thể thấy, phần phía tây khu vực nghiên cứu (Bắc Phú Khánh), xu dịch chuyển hƣớng lên vỏ Trái đất mạnh Điều cho thấy mức độ hoạt động mạnh mẽ hệ thống đứt gãy khu vực (hình 9) KẾT LUẬN Trên khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận, trƣờng ứng suất khu vực đại đƣợc xác định thông qua tham số cấu chấn tiêu động đất ghi đƣợc 100 năm qua Các tham số hình học đứt gãy (nhƣ vị trí, phƣơng vị, góc dốc, hƣớng trƣợt độ sâu) đƣợc xác định tài liệu trọng lực vệ tinh, địa chấn trƣờng ứng suất Xu độ lớn trƣờng dịch chuyển tƣơng đối vật chất vỏ Trái đất đại đƣợc tính toán dựa mối quan hệ trƣờng ứng suất khu vực với tham số hình học đứt gãy Trên sở xu độ lớn đó, xây dựng lại chế kiến tạo địa động lực qua thời kỳ địa chất khác khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận Trƣờng ứng suất khu vực đại đóng vai trò quan trọng hoạt động dịch trƣợt hệ thống đứt gãy Trên thực tế đứt gãy lớn có hệ số ma sát cao, tích lũy đƣợc nhiều lƣợng dƣới tác động trƣờng ứng suất Khi tích đủ lƣợng, chúng tái hoạt động phá vỡ cấu trúc địa chất khu vực Mối quan hệ đƣợc xem nhƣ yếu tố then chốt nghiên cứu nguy tai biến địa chất biển Lời cảm ơn: Các tác giả cảm ơn đề tài VTUD.03/17-20, đề tài VAST06.01/18-19 ĐLTE00.09/18–19 hỗ trợ điều kiện cần thiết để hoàn thành nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Aki K and Richards P.G., 1980 Quantitative Seismology, Theory and Methods, Vol I and II, W.H Freeman, San Francisco [2] Angelier J., 1990 Inversion of field data in fault tectonics to obtain the regional stress III - A new rapid direct inversion method by analytical means, Geophys J Int., Vol 103, pp 363-376 [3] Blakely, R, J and Simpson, R.W 1986 Approximating edges of source bodies frommagnetic or gravity anomalies Geophysics, 51, 1494-1498 [4] Bott, M.H.P., 1959, The mechanisms of oblique slip faulting: Geological Magazine, Vol 96, pp 109–117 [5] http://www.globalcmt.org/ [6] Bùi Công Quế nnk, 2011 Nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất sóng thần vùng ven biển hải đảo Việt Nam đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ hậu Đề tài ĐTĐL2007G/45, 2009-2011 [7] Delvaux D., Barth A., 2010 African stress pattern from formal inversion of focal mechanism data Tectonophysics 482, 105–128 [8] Karoly I K, 1990, Transfer properties of the reduction of magnetic anomalies to the pole and to the equator Geophysics vol 55, no 9, 1141-1147 [9] McFarland J.M., Morris A.P., Ferrill D.A., 2012 Stress inversion using slip tendency, Computers & Geosciences 41, pp 40-46 [10] McKenzie, D P., 1969 The relation between fault plane solutions for earthquakes and the directions of the [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] principal stresses, Bull seismol Soc Am., Vol 59, pp 591-601 Morris, A., D A Ferrill, and D B Henderson (1996), Slip tendency analysis and fault reactivation, Geology, 24, 275– 278 Neves M.C., L.T Paiva, J Luis, 2009 Software for slip-tendency analysis in 3D: A plug-in for Coulomb Computers & Geosciences Vol 35 (12), 2345–2352 Nguyễn Trọng Tín nnk, 2010 Nghiên cứu cấu trúc địa chất đánh giá tiềm dầu khí Khu vực Trƣờng Sa Tƣ Chính – Vũng Mây Đề tài KC.0925/06-10, 2009-2010 Nguyễn Văn Vƣợng nnk, 2004 Thử nghiệm phân vùng dự báo đặc trƣng chuyển dịch đại vỏ trái đất khu vực Tây Bắc Bộ sở nghiên cứu mối tƣơng tác trƣờng ứng suất khu vực với số hệ thống đứt gãy Tạp chí Địa chất, số 285/ /11-12/ 2004) Okada Y., 1992 Internal deformation due to shear and tensile faults in half-space, Bull of the Seism Soc of America, Vol 82, No 2, pp 1018-1040 Sandwell D T., Garcia E., Soofi K., Wessel P., and Smith W H F, 2013, Towards mGal Global Marine Gravity from CryoSat-2, Envisat, and Jason-1, The Leading Edge, 32(8), 892-899 doi: 10.1190/tle32080892.1 Schellart W.P., 2000 Shear test results for cohesion and friction coefficients for different granular materials: scaling implications for their usage in analogue modeling, Tectonophysics, Vol 324, pp 1-16 Toda S., Stein R S., Richards-Dinger K and Bozkurt S., 2005 Forecasting the evolution of seismicity in southern California: Animations built on earthquake stress transfer, Journal of Geophysical Research, Vol 110, B05S16, doi:10.1029/2004JB003415 [19] Trần Tuấn Dũng, 2013 Đặc điểm cấu trúc kiến tạo khu vực nƣớc sâu biển đông việt nam sở minh giải tổng hợp tài liệu trọng lực từ Hội nghị 35 năm thành lập viện Dầu khí Việt Nam, 6/2013, Tr 55-66 [20] Tran Tuan Dung, Bui Cong Que, Nguyen Hong Phuong, 2013 Cenozoic basement structure of the South China Sea and adjacent areas by modeling and interpreting gravity data Russian Journal of Pacific Geology ISSN 1819-7140 Vol Pp 227-236 [21] Tran Tuan Dung, Bui Cong Que, Nguyen Quang Minh, 2016 Distribution of eruptive volcanic basalt in the South China Sea and adjacent areas by interpreting gravity, magnetic and seismic data Russian Journal of Pacific Geology ISSN 1819-7140, 10(1), 1-12 DOI 10.1134/S1819714016010024 [22] Trần Tuấn Dũng nnk, 2015 Nghiên cứu, cảnh báo nguy trƣợt lở ngầm thềm sƣờn lục địa Nam Trung Đề tài cấp nhà nước KC-09.11/11-2015 [23] Yukutake Y., Takeda T., Yoshida A., 2015 The applicability of frictional reactivation theory to active faults in Japan based on slip tendency analysis.Earth and Planetary Science Letters 411, pp 188-198 [24] Schellart W.P., 2000 Shear test results for cohesion and friction coeffcients for different granular materials: scaling implications for their usage in analogue modeling, Tectonophysics, Vol 324, pp 1-16 [25] Steketee J A., 1958 On Volterra’s dislocation in a semi-infinite elastic medium, Can J Phys., Vol 36, pp 192205 [26] Wallace, R.E., 1951 Geometry of shearing stress and relation to faulting The journal of Structural Geology, Vol 59, pp 118-130 PRESENT-DAY STRESS FIELD AND RELATIVE DISPLACEMENT TENDENCY OF THE EARTH'S CRUST IN THE PARACEL ISLANDS AND ADJACENT AREA Tran Tuan Dung1,2, R G Kulinich3 , Ngo Thi Bich Tram4, Nguyen Quang Minh1, Nguyen Ba Dai1, Tran Tuan Duong1, Nguyen Thai Son Institute of Marine Geology and Geophysics, VAST, Vietnam 2Graduate Universiy of Science and Technology, VAST, Vietnam V.I Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of Russia Academy of Sciences, Russia Institute of Geography, VAST, Vietnam Abstract Present-day stress filed in the Paracel Islands and adjacent areas is determined through the earthquake’s focal mechanism parameters that have been recorded during a time period of more than 100 years The geometric parameters of the faults (such as the location, strike and dip angles as well as depth, length…) are determined by satellite-derived gravity, seismic data and stress fields In this study, predictive determination of the magnitude and tendency of the relative displacement of the Earth’s crust is carried out by calculating and assessing the relationship between the stress fields and fault’s geometric parameters On the basis of the Earth’s crust relative displacement, the geodynamic mechanism of the Paracel Islands and adjacent areas through the different geological periods can be rebuilt Magnitude and tendency of the relative displacement of the Earth’s crust are represented by the color spectrum and the vector’s magnitude Although the displacement appears in the whole region, its intensities are different in particular areas that have the faults systems with different grades Keywords Paracel Islands, Satellite-derived gravity, Present-day stress field, Earthquake’s focal mechanism, Earth’s crust displacement ... TRƢỜNG ỨNG SUẤT HIỆN ĐẠI VÀ XU THẾ DỊCH CHUYỂN TƢƠNG ĐỐI VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC QUẦN ĐẢO HOÀNG SA VÀ LÂN CẬN Trần Tuấn Dũng1,2,*, Kulinich R G.3, Ngơ Thị Bích Trâm4, Nguyễn Quang Minh1, Nguyễn Bá Đại1 ,... chất khác khu vực quần đảo Hoàng Sa lân cận Ở đây, độ lớn xu dịch chuyển tƣơng đối vật chất vỏ Trái đất đƣợc thể phổ màu độ lớn vectơ Mặc dù dịch chuyển xu t tồn khu vực, nhƣng có khác xu cƣờng... gãy Xác định trƣờng ứng suất khu vực đại xu trƣợt đứt gãy Xác định trường ứng suất Trƣờng ứng suất khu vực đại đƣợc đặc trƣng CCCT trận động đất khu vực lân cận [5, 6] Khu vực nghiên cứu đƣợc