Nghiên cứu quy luật phân bố dị thường ứng suất kiến tạo hiện đại phục vụ phân vùng dự báo tai biến động đất lở đất dọc đới đứt gãy sông cả và đề xuất các giải pháp phòng tránh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ■ ■ ■ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN BÁO CÁO TỔNG KÉT ĐẼ TÀI NGHIÊN CỨU QUY LUẬT PHÂN BỔ DỊ THƯỜNG ỨNG SUAT KIÉN t o h iện đ ại p h ụ c vụ ph â n v ù n g Dự BÁO TAI BIẾN ĐỘNG ĐẮT, LỞ ĐẮT DỌC ĐỚI ĐÚT GÃY SÔNG CẢ VÀ ĐẺ XUAT c c g iả i p h p p h ò n g t r n h M ăsổ: QG 07-16 Chủ trì đề tài: TS Nguyễn Văn Vượng Cán tham gia TS V ũ V ăn Tích KS N guyễn B M inh NCS L ường Thị Thu Hoài N C S Trần Đ ăng Quy N C S N guyễn Đ ỉnh Thái sv Bùi V ăn Đ ông K50 ĐẠ' H Ọ C QUỘ”c G IA HA TRUNG TAM THƠr«G TIN TH ; VIÉu _ PT / 5 " HÀ NỘI 3- 2009 I MỤC LỤC TÓMTẲT SUMMARY MỞ ĐẨU KHẢI QUÁT VẾ KHU vự c NGHIÊN u VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c u 1.1 Đ ặ c điểm điều kiện t ự n h iê n 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Khi hậu Nghệ A n 1.1.3 Đặc điểm thủy vãn 11 1.1.4 Đặc điểm địa hình địa m ạo 12 1.2 Đ ặ c đ iể m kinh tế - x ã h ộ i 13 1.2.1 Dân cư lao động 13 1.2.2 Giáo dục, y tế 13 1.2.3 Nông, lâm, ngư nghiệp .14 1.3 Đ ặc điểm địa c h ấ t 16 1.3.1 Địa tầng 16 1.3.2 Các thành tạo xâm nhập 21 1.4 P h n g p h p nghiên c u 23 ĐẶC ĐIÊM CÁC GIAI ĐOẠN BIÉN DẠNG KIẾN TẠO ĐỚI ĐÚT GÃY SÔNG CẢ 24 2.1 Đ ặc điểm giai đ o n biến d n g trư c C e n o z o i 24 2.2 Đ ặc điểm giai đ o n biến d n g C e n o z o i 49 TRƯỜNG ỬNGSUÂTKIẾN TẠO HIỆN ĐẠI VÀ QUY LUẬT PHÂN BÓ DỊ THƯỜNG ỬNGSUẢT 72 3.1 N guyên tắc thành lập đồ ứ ng s u ấ t 72 3.2 Đ ặc điểm phân bố ứng su ấ t pháp t u y ế n 72 3.3 Đặc điểm p h â n bổ ứ n g su ấ t c ắ t 74 3.4 Đ ặc điểm phân bổ dị t h n g ứ ng s u ấ t 3.5 Đặc điểm dịch c h u y ể n v ỏ T rái đ ấ t PHÂN VÙNG TAI BIỀN LIÊN QUAN ĐẾN ỬNG SUẢT KIẾN TẠO VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH VÀ GIAM THIỂU 80 4.1 Phân v ù n g tai biến liên q u a n đến ứng suất kiến t o 80 4.2 Giải pháp p h ò n g tr n h g iả m t h i ể u 81 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 CÁC PHỤ LỤC T Ó M TẮ T a Tên đề tài Nghiên cứu quy luật phân bố dị thường ứng suất kiến tạo đại phục vụ phân vùng dự báo tai biến động đất, lở đất dọc đới đứt gãy Sông Cả đề xuất giải pháp phòng tránh M ã số' QG 07-16 b Chủ trì đề tài: PCS TS Nguyễn Văn Vượng c Cán tham gia TS Vũ Văn Tích KS Nguyễn Bá Minh NCS Lường Thi Thu Hồi NCS Trần Đăng Quy NCS Nguyễn Đình Thái s v Bùi Văn Đông K50 d Mục tiêu nội dung nghiên cứu M ục tiêu Nghiên cứu trường ứng suất kiến tạo đại dọc đới đứt gãy Sông Cả, từ cửa Nậm Cắn đến thành phổ Vinh Xác lập quy luật phân bố dị thường ứng suất dọc đới đứt gãy Đánh giá xu dịch chuyển vật chất tạo vỏ đọc hai bên cánh đới đứt gãy Sông Cả Thành lập đồ phân vùng dự báo đị thường ứng suất khả phát sinh động đất trượt đất liên quan tỷ lệ 1/250.000 cho tồn đới đứt gãy Sơng Cả N ội dung nghiên cứu Phân tách pha chuyển động kiến tạo đại khỏi pha hoạt động kiến tạo cổ 10000 năm Xác định tính chất hình học động học đớí đứt gãy Sông Cả giai đoạn đại Xác định trạng thái ứng suất quy luật biến động ứng suất dọc đới đứt gãy Xây dựng mơ hình tính tốn trường ứng suất kiến tạo đại Tính tốn dị thường ứng suất Tính tốn xu dịch chuyển vật chất vỏ hai bên cánh đới đứt gãy Xây dựng đồ phân bố dị thường ứng suất phân vùng dự báo tai biến liên quan ^ Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng tránh tai biến động đất, trượt lở đất liên quan với việc tích lũy ứng suất kiến tạo đại biện pháp giảm thiểu thiệt hại Kết đạt Đã nghiên cứu xác định rõ đặc điểm cấu trúc uốn nếp đảo đẳng nghiêng biến dạng đa pha dọc đới đút gãy Sông Cả Đã nghiên cứu xác lập giai đoạn uốn nếp quy mô lớn tác động đến khu vực nghiên cứu giai đoạn chuyển động đới gãy Sông Cả, đồng thời làm sáng tỏ tính chất động học đới đút gãy Sông Cả giai đoạn đại thuộc kiểu thuận phải Đã nghiên cứu xác định tuổi biến dạng dẻo đới đứt gãy Sông Cả ứng với giai đoạn chuyển dịch phải thuận xảy cách ngày 26, 27 triệu năm kèm với biến chất thấp đá dọc đới đứt gãy phương pháp xác định tuổi đồng vị phóng xạ K/Ar khoáng vật illite Đã xác lập tiến hóa trạng thái ứng suất kiến tạo Cenozoi xây dựng mơ hình tính tốn ứng suất kiến tạo đại, xu dịch chuyến vật chất vỏ trái đất dọc hai cánh đứt gãy Sông Cả Đã thành lập đồ phân bố dị thường ứng suất kiến tạo đại dọc đới đứt gãy Sông Cả phân vùng dự báo tai biến liên quan tỷ lệ 1:250.000 Sau thời gian nghiên cứu, tập thể tác giả đề tài khảo sát chi tiết thực địa, lấy mẫu biến dạng, mẫu tuổi, phân tích số liệu tuổi đồng vị, phân tách pha biến dạng, phân tích ảnh vệ tinh, thành lập đồ DEM, xử lí số liệu hoàn thiện báo cáo gồm chương sau: Mở đầu Chương 1: Khái quát khu vực nghiên cứu phương pháp nghiên cứu Chương 2: Đặc điêm giai đoạn biến dạng kiến tạo đới đứt gãy Sông Cả Chương 3: Trường ứng suất kiến tạo đại quy luật phân bố dị thường ứng suất Chương 4: Phân vùng tai biến liên quan đến dị thường ứng suất giải pháp phòng tránh giảm thiểu Tình hình kinh phí đề tài Đề tài cấp 60 triệu chi sau: + Chi cho khảo sát, thí nghiệm, phân tích mẫu xử lý số liệu: + Xây dựng đề cương, tổng quan tài liệu: triệu + Viểt báo cáo nghiệm thu, hội thảo: triệu + Vãn phòng phẩm, in ấn tài liệu, quản lí phí chi phí khác: 44 triệu Tổng cộng : 60 triệu KHOA QUẢN LÝ CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI TS Vũ Vãn Tích PGS TS Nguyễn Văn Vượng c QUAN QUẢN LÝ ĐÈ TÀI triệu SUMMARY a Title of the Project “Study on the distribution of the active tectonic stress aiming to zoning and locating earthquake and landslide hazards along the Song Ca fault zone and proposal o f mitigation measures Code: QG.07-16 b Head of the Project: Assoc Dr Nguyen Van Vuong c Participants Dr Vu Van Tich KS Nguyễn Bá Minh PhD Student Luong Thi Thu Hoai PhD Student Nguyen Dinh Thái PhD Student Tran Dang Quy Student Bui Van Dong d Objectives and contents of the Project O bjectives Research on the tectonic stress field along the Song Ca fault from Nam Can border to Vinh city Characterizing the stress anomalies distribution along the Song ca fault Assessment o f displacement tendency o f the earth-crust materials along the Song Ca fault’s flanks Establishing a map o f stress anomalies and related hazards such as earthquake and landslide at 1/250.000 scale for Song Ca fault zone Contents Identifying the active tectonic phases from the older ones Characterizing the kinematics and dynamics of the Song Ca fault in the late Quaternary Characterizing the tectonic stress state and its variation along the Song Ca fault Building the flow chart for computing the active tectonic stress Computing the stress anomalies Identifying the displacement o f the Earth-crust tendency along the Song Ca fault’s flanks Establishment a map of stress anomalies and related hazards Proposal of measures for accumulated stress-related hazards mitigation Obtained results Having identified the recumbent and overturned folding structures as well as the multi-phased deformations along the Song ca fault Having identified three large scale folding periods and five stages o f displacement for Song Ca fault zone and its active kinematics corresponding to the normal-dextral motion Having dated the ductile deformation corresponding to normal-dextral motion associated with weak metamorphism being 26 to 27 my by K/Ar conventional technique on illite minerals Having characterized the evolution o f tectonic stress during Cenozoics and building the flowing chart for computing the active tectonics and displacement tendency o f Earth-crust materials along the Song Ca fault zone Having established a map of the tectonic stress anomalies along the Song Ca fault and zoning the related hazards at 1/250.000 scale The final report includes mains chapters as followings Preface Chapter : Overview on the studied region and methods Chapter : Features o f deformation periods o f Song Ca fault zone Chapter : Active tectonic stress and stress anomalies distribution Chapter : Zoning the stress anomalies-related hazards and proposed prevention and mitigation measures Conclusions References MỞ ĐÀU Các kết nghiên cứu kiến tạo địa động lực, biến dạng kiến tạo tiến hành năm gần tập thể nhà khoa học Khoa Địa chất, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội phối hợp với nhà khoa học Pháp, Đài Loan, Nhật Bản cho thấy lãnh thổ Việt Nam bị biến chất biến dạng mạnh, đặc biệt q trình ghi nhận rõ nét dọc đới đứt gãy Các hoạt động xảy chủ yếu vào cuối kỷ Permi kéo dài đến hết Trias giữa, tương ứng với hoạt động tạo núi Indosini (Lepvrier et al 1995; 1997; 2004) Sau trình chuyển động kiến tạo mãnh liệt vậy, đới đứt gãy cịn tiếp tục tái hoạt động giai đoạn Juưa-Creta Trong giai đoạn Cenozoi, hệ tương tác va chạm mảng Án Độ với mảng Âu Á (Tapponnier et al 1995) hàng loạt đới đứt gãy lãnh thổ Việt Nam tái hoạt động theo phương thức chuyển động khác (Phan Trọng Trịnh 1994), khoảng thời gian khác đới đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Sông Mã, đứt gãy Sông Đà, đứt gãy Điện Biên-Lai Châu, đứt gãy Sơn La, đứt gãy Sông Cả, đứt gãy Rào Nậy hàng loạt đới đứt gãy khác (Nguyễn Văn Vượng et al.s 1995) Quy mô mức độ tái hoạt động đới đứt gãy có mặt lănh thổ Việt nam khác (Phùng Văn Phách nnk 1996) Có đới tái hoạt động giai đoạn đầu Cenozoi, cỏ đới cịn tiếp tục đến có khả sinh chấn (Nguyễn Trọng Yêm et al 1996), số khu vực Bắc Trung Bộ, đới đứt gãy Sông Cả đới sinh chấn mạnh (Nguyễn Kim Lap., 1998) Các nghiên cứu thể giới năm gần chứng tỏ ràng gia tăng ứng suất kiến tạo có mối quan hệ mật thiết với khả phát sinh động đất (King et al., 1994; Toda et al.s 1998; Haihua et al 2003) Vì làm sáng tỏ mối quan hệ quy luật phân bố ứng suất kiến tạo hình học đứt gãy góp phần vào việc dự báo nguy động đất đề xuất giải pháp giảm thiểu phù hợp Đề tài ’’Nghiên cứu quy luật phân bố dị thường ứng suất kiến tạo đại phục vụ phân vùng dự báo tai biến động đất, lở đất dọc đới đứt gãy Sông Cả đề xuất giải pháp phòng tránh" thực nhằm làm sáng tỏ quy luật phân bổ ứng suất kiến tạo dọc đới đứt gãy Sông Cả phân vùng dự báo nguy động đất Trong trình nghiên cứu, tập thể tác giả nhận giúp đỡ quý báu nhà địa chất Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc Việt Nam, GS Claude Lepvrier, GS Claude Ragin (Đại học Paris , Cộng Hòa Pháp), GS Bent Hansen, TS Klaus Wemmer (Trường Đại học Tổng hợp Gottingen, Cộng hòa Liên Bang Đức) nhà khoa học khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tập thể tác già xin trân trọng cảm cm giúp đỡ quý báu Các kết phân tích tuổi đồng vị K/Ar cho mẫu biến dạng biến chất thấp tiến hành khơng có cộng tác nghiên cửu GS Bent Hansen TS Klaus Wemmer Các kết nghiên cứu phân tích mơ hình DEM ảnh vệ tinh dứt gãy hoạt động thực thiếu giúp đỡ hào phóng GS Tung-Yi Lee Đại học Sư phạm Quốc gia Đài Loan Các tác giả xin chân thành cảm om giúp đỡ vơ giá Đề tài khơng thể thực khơng có giúp đỡ Ban Khoa học Cơng nghệ, phịng Khoa học Ban chủ nhiệm Khoa Địa chất Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Các tác giả xin trân trọng cảm om TM Tập thể tác giả Chủ trì đề tài PGS TS Nguyễn Văn Vượng Chương K H Á I Q U Á T VÈ KHU v ự c N G H IÊ N c ứ u VÀ PH Ư Ơ NG PH Á P N G H IÊ N c ứ u 1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị tr í địa iý Đới đứt gãy Sông chạy gần trùng với hệ thống Sông Cả (Sông Lam) đường Quốc lộ số nối Quốc lộ với Bản Ban (Lào) xuyên suốt toàn chiều ngang tỉnh Nghệ An Nghệ An tỉnh thuộc vùng Bắc Trung Bộ, trải dài theo hướng Tây Bắc - Đơng Nam + Phía Bắc giáp tỉnh Thanh Hoá với đường biên dài 196,13 km + Phía Nam giáp tỉnh Hà Tĩnh với đường biên đài 92,6 km + Phía Tây giáp nước bạn Lào với đường biên dài 419 km + Phía Đơng giáp với biển Đông với bờ biển dài 82 km Nghệ An nằm toạ độ địa lý từ 18°35' đến 20°00'10" vĩ độ Bắc từ I03°50'25" đến 105°40'30" kinh độ Đơng H ì n h 1.1 B ả n đ h n h c h í n h t ỉn h N g h ệ A n q trình tách mờ tạo bơn trũng Đệ tam Sơng Hồng Điểu nàv có ý nghĩa cực k> quan trọng việc tìm hiểu trình kiến tạo Cenozoi Việt Nam Bảng 2: Kết quà xác định tuổi đồng vị phóng xạ cho hoạt động căng dãn NE-SW đới Sông Cà G õ ttỉn g e r Z e n t r u m G e o w is s e n s c h a f t e n , G o ld s c h m ỉd ts tr -3 , 7 G O T T I N G E N K /A r - A g e D e t e r m in a tio n s A r - I s o to p ic S p ik e - I s o to p ic Abundance Composition 40 A r : 99.6000% Ar : 0 9 % D r N g u y en V an V u o n g D e c a y C o n s ta n t s [1 /a ]: lambda 5.810Ee : 38 Ar : 0.0630% 38 Ar : 99.9890000% 0.3370% 36 A r : lambda 4.962E- 0° C; 760 m m Hg Normal Atmosphere (DIN -0 1 % K 20 / K : 10 0.0009998% S ta n d a r d T e m p e r a t u r e P r e s s u r e ( S T P ) 40K : 11 B: 36 A r : P o ta ssiu m A to m ic W e ig h t [g /m o lj: 5 b ’ tot A r : 9 7 Ltot: 10 Molar Volume [ml]: 22413.8 40Ar : 9 tot K la m b d a ; 1343) , 15K; S am p le VN 1-02 iông Cả Chương : Trường ứng suất kiến tạo đại quy luật phân bố dị thường ứng suất Chương : Phân vùng tai biến liên quan đến dị thường ứng suất giải pháp phòng tránh giảm thiểu Kết luận Tài liệu tham khảo 13 Tính đa ngành liên ngành dề tài - Để tài liên quan đến ngành/chuyên ngành nào? Để tài liên quan đến ngành chuyên ngành Địa vật lý, Địa chất, Địa kỹ thuật, quy hoạch - Tính đa/liên ngành thể nội dung trình triển khai đề tài? Tính đa ngành liên ngành đồi hỏi phỉa sử đung tổng hợp kiến thức lĩnh vực nói để thành lập đồ sản phẩm đáp ứng mục tiêu đề tài 14 Phương pháp luận phương pháp khoa học sử dụng dẽ tài Đê thực mục tiêu với nhiệm vụ nêu trên, đề tài phải sử dụng đồng nhóm phương pháp phương pháp cụ thể sau đây: Phương pháp phân tích ảnh vệ tinh kỹ thuật số Sử dụng ảnh Landsat ETM plus phân tích phần mềm sử lý ảnh chuyên dụng (Được sử dụng trước triển khai nghiên cứu khảo sát thực địa) Phương pháp xây dựng đổ địa hình chiểu (Được sử đụng trước triển khai nghiên cứu khảo sát thực địa) Các phương pháp nghiên cứu khảo sát thực địa nhằm: • Nghiên cứu dấu hiệu địa mạo-kién tạo dọc đới đứt gãy • N g h iên cứu m ặt cắt • Lấy mẫu biến dạng mẫu định hướng ngang đ i đứt gãy • Định chuẩn (calibration) dấu hiệu đứt gãy ảnh vệ tinh, trẽn mơ hình số cao so với biểu thưc tế • Tách pha kiến tạo đại khỏi pha có tuổi cổ • Đo đạc vi đứt gãy, mặt trượt, khe nứt kiến tạo • Xác định vectơ trượt bể mặt đứt gãy Các phương pháp xác định tuổi biến dạng Phươngpháp tính tốn trạng thái ứng suất hệ sỗ ứng suất GS Angelier Phươngpháp mơ hình tính tốn trường dịch chuyển vật chất vỏ trái đất hai c n h c ủ a đứt gãy Các phương pháp mô hình tính tốn dị thường ứng suất Phươngpháp GIS lập đồ quản lý liệu Phươngpháp xây dựng kịch phòng tránh giảm thiểu tai biến liên quan với động đất trượt lở đất 15 Khả sử dụng sở vật chất, trang thiết bị (tên phòng thi nghiệm sử dụng để tài) • Phịng ’’Tính tốn xử lý liệu” thuộc dự án World Bank pha B khoa Địa chất, ĐHQGHN • Phịng Quang học tinh thể khoa Địa chất (xác định lát mỏng định hướng) thuộc dự án World Bank pha c Khoa Địa chất • Thiết bị xác định tuổi vết phân hạch (FTD) thuộc dự án World Bank pha c Khoa Địa chất • Hệ thống máy tính phần mền xử lý ảnh viễn thám Trung tâm GIS Viễn Thám ứng dụng, khoa Địa lý • Thiết bị khoa Địa chất (Rada xuyên đất, máy đo từ trường Smartmag) • Thiết bị phần mểm xây dựng mơ hình sơ độ cao đổ 3D cũa khoa Địa chất, ĐHQGHN • Phịng thí nghiệm địa chất đồng vị Đại học Tổng hợp Goettingen 16 Khả hợp tác quốc tế - Hợp tác đã/đang có (tên tổ chức vấn đề hợp tác) ... 84 CÁC PHỤ LỤC T Ó M TẮ T a Tên đề tài Nghiên cứu quy luật phân bố dị thường ứng suất kiến tạo đại phục vụ phân vùng dự báo tai biến động đất, lở đất dọc đới đứt gãy Sông Cả đề xuất giải pháp phòng. .. tạo đại phục vụ phân vùng dự báo tai biến động đất, lở đất dọc đới đứt gãy Sông Cả đề xuất giải pháp phòng tránh" thực nhằm làm sáng tỏ quy luật phân bổ ứng suất kiến tạo dọc đới đứt gãy Sông Cả. .. hệ quy luật phân bố ứng suất kiến tạo hình học đứt gãy góp phần vào việc dự báo nguy động đất đề xuất giải pháp giảm thiểu phù hợp Đề tài ’? ?Nghiên cứu quy luật phân bố dị thường ứng suất kiến tạo