Do bể Sông Hồng là một bể trầm tích có lịch sử phát triển địa chất phức tạp từ Paleogene đến nay, với nhiều pha căng giãn nén ép, nghịch đảo kiến tạo nâng lên, hạ xuống, bào mòn, cắt xén,… nên có nhiều đơn vị cấu tạo khác nhau.
Hình 3.4: Bản đồ cấu kiến tạo khu vực nghiên cứu ( VPI: 2014 )
3.2.2.1. Đới nghịch đảo Miocene.
Thực chất đới này trước đó nằm trong một địa hào sâu, bị nghịch đảo trong thời kì từ Miocene giữa đến cuối thời kì Miocene muộn, ở vài nơi nghịch đảo kiến tạo con hoạt động cả đầu thời kì Pliocene.
Đới này nằm kẹp giữa đứt gãy Sông Chảy ở Tây Nam và đứt gãy Vĩnh Ninh ở phía Đông Bắc, kéo dài từ đất liền ra biển đến các lô 102, 103-107. Nguồn gốc của nghịch đảo kiến tạo là do chuyển dịch trượt bằng phải của hệ thống đứt gãy Sông Hồng vào thời kỳ cuối Miocene. Vì vậy mặt cắt trầm tích Miocene bị nén ép, nâng lên, bị bào mòn cắt xén mạnh, mất trầm tích từ vài trăm có thể đến hàng nghìn mét, thời gian thiếu vắng trầm tích từ một đến vài triệu năm.
Cấu trúc nghịch đảo Miocene thể hiện rõ hai đới cấu trúc bậc cao là đới nâng Tiền Hải và đới nâng Kiến Xương.
Đới nâng Tiền Hải phát triển từ đất liền ra biển tới lô 102, Đông Bắc lô 103-107, Tây lô 103-107. Tham gia vào cấu trúc của đới nâng có trầm tích Oligocene và Miocene. Đặc điểm của đới nâng uốn nếp nghịch đảo này phát triển nhiều cấu tạo nâng là đối tượng cho tìm kiếm và thăm dò dầu khí. Ở đây đã có nhiều giếng khoan trên các cấu tạo như cấu tạo Bạch Long, Hoàng Long, Hồng Long.
Đới nâng nghịch đảo Kiến Xương phát triển giữa đứt gãy Thái Bình và đứt gãy Kiến Xương. Tham gia vào cấu trúc này bao gồm các thành tạo Oligocene và Miocene. Ở đây phát triển các cấu trúc nâng thuận lợi cho tìm kiếm dầu khí. Đới nâng này bị phân cắt với đới nâng Tiền Hải bởi nếp lõm Thượng Ngãi ở phía Bắc và phía Nam là nếp lõm lớn Kiến Giang.
Phương hướng tìm kiếm thăm dò cho các cấu tạo loại này là chọn các cấu tạo bình ổn về mặt kiến tạo, ít bị bào mòn và có thời gian bào mòn ngắn nhất trong Miocene.
3.2.2.2. Đới sụt lún Trung tâm.
Yếu tố cấu trúc này nằm về phía Nam khu vực nghiên cứu, được khống chế bởi đứt gãy Sông Lô về phía Đông và đứt gãy Sông Chảy về phía Tây. Theo tài liệu trọng lực, 2 đứt gãy này có độ sâu phát triển đến 40 km (Cao Đình Triều, 2007) vượt quá giới hạn phát triển của trầm tích Kainozoi của bể. Tại tâm bồn trũng, thành phần hạt mịn là chủ yếu, có các diapia sét phát triển và trên đó trầm tích Miocene trên - Pliocene bị nâng lên với biên độ nhỏ. Vào cuối Miocene đầu Pliocene, do ảnh hưởng của kiến tạo nghịch đảo nên trầm tích Pliocene bị nâng lên chút ít tạo thành đới nâng Đông Sơn (tên của đới nâng được Nguyễn Mạnh Huyền sử dụng đầu tiên, 2007). Đới nâng Đông Sơn rộng từ 10 - 12km đến 25 - 30km và có sự phân dị về chiều cao so với mặt bằng của móng có thể lên tới 2.000 - 2.500m. Trũng trung tâm sụt lún mạnh ở phần giữa, ở đây độ sâu móng có thể đạt tới 14km, nâng nhẹ về phía Nam và nâng mạnh về phía Bắc. Do hướng đổ vật liệu từ Tây Bắc xuống Đông Nam và hướng á vĩ tuyến từ đất liền ra biển, nên có nhiều thân cát dạng nón phóng vật và turbidit có tuổi Miocene trên - Pliocene. Đối tượng tìm kiếm ở đây là các cấu tạo khép kín có biên độ nhỏ trên đới nâng Đông Sơn, các cấu tạo khép kín phát triển trên các diapia sét và các quạt cát dạng turbidit.
3.2.2.3. Trũng Đông Quan.
Đây là phần trũng sâu trong đất liền thuộc miền võng Hà Nội, được giới hạn với rìa Đông Bắc bởi hệ thống đứt gãy Sông Lô về phía Đông Bắc và đới nghịch đảo kiến tạo bởi đứt gãy Vĩnh Ninh về phía Tây, và còn kéo dài ra vùng biển nông thuộc lô 102. Đặc điểm nổi bật của đới này là các trầm tích Miocene dày 3.000m, uốn võng nhưng ổn định, ít hoạt động kiến tạo và nằm bất chỉnh hợp trên trầm tích
Eocene - Oligocene, dày hơn 4.000m, đã bị nâng lên, bào mòn cắt xén và cuối thời kỳ Oligocene. Hoạt động kiến tạo nâng lên, kèm với việc dịch chuyển trái vào thời kỳ đó đã tạo nên một mặt cắt Oligocene có nhiều khối đứt gãy thuận - xoay xéo. Các khối đứt gãy thuận xoay xéo này là những bẫy dầu khí quan trọng, mà một trong số đó đã phát hiện được mỏ khí D14.
3.2.2.4. Thềm Hạ Long.
Thềm Hạ Long ở phía Đông Bắc đứt gãy Sông Lô phát triển từ đất liền ra biển đến các lô 101 và Đông Bắc lô 106. Tại đây lớp phủ trầm tích Kainozoi mỏng (không quá 2.000m trong một số địa hào hẹp) và móng Paleozoi nâng cao dần rồi lộ trên mặt ở đất liền tại rìa Đông Bắc (Đồ Sơn, Kiến An, vịnh Hạ Long). Đây là miền móng đơn nghiêng mà phổ biến hơn cả là đá vôi Cacbon - Pecmi (hệ tầng Bắc Sơn), đá vôi và phiến silic Devon giữa - trên (hệ tầng Lỗ Sơn) hoặc cát kết đá phiến màu đỏ và cuội kết Devon dưới (hệ tầng Đồ Sơn). Dọc theo hệ thống đứt gãy sông Lô, cạnh rìa thềm Hạ Long là một địa hào nhỏ hẹp, trong đó có các khối móng nhô cao như Yên Tử - Chí Linh tồn tại các khối đá vôi Cacbon - Pecmi được chôn vùi dưới trầm tích Oligocene - Miocene, có nứt nẻ, có khả năng chứa dầu khí. Các đối tượng tìm kiếm dầu khí là địa hình vùi lấp cacbonat, chiếm diện tích nhỏ trong các địa hào nhỏ, hẹp.
3.2.2.5. Đới nghịch đảo Bạch Long Vĩ.
Đây là một địa hào nhỏ hẹp từ giữa lô 103-107 theo hướng Đông Bắc - Tây Nam đến góc Đông Nam của lô 106 và ven rìa phía Tây Bắc của đới nghịch đảo Bạch Long Vĩ, chịu ảnh hưởng của hoạt động kiến tạo nghịch đảo vào thời kỳ Oligocene trên - Miocene dưới. Chế độ kiến tạo này chỉ xảy ra ở vùng giao nhau của hai hệ thống đứt gãy khác hướng Tây Bắc - Đông Nam và Tây Nam - Đông Bắc. Các cấu tạo chỉ được phát triển trong trầm tích Oligocene - Miocene dưới nằm trong các địa hào nhỏ hẹp với nguồn sinh nhỏ.
3.2.2.6. Thềm đơn nghiêng Thanh- Nghệ.
Là một thềm đơn nghiêng kéo dài từ phía Tây Nam miền võng Hà Nội dọc theo đường bờ các lô 103, 104, 105, 111. Ở phía Bắc thành phần thạch học của móng bao gồm đá biến chất Paleozoi, cacbonat, sét cacbonat và các đá mảnh vụn Mesozoi. Các thành tạo gneis Proterozoi và cacbonat Mesozoi chiếm vị trí nhô cao của mặt móng, các trầm tích lục nguyên và sét vôi Mesozoi thường nằm trong lõm sâu mà trên đó là các trầm tích Kainozoi có thể dày đến 2.000m.