Đặc điểm cấu trúc mặt móng trầm tích bồn trũng trung tâm biển đông theo phân tích ngược 3D dị thường trọng lực hạ trường

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000111 170 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC MẶT MÓNG TRẦM TÍCH BỒN TRŨNG TRUNG TÂM BIỂN ĐÔNG THEO PHÂN TÍCH NGƯỢC 3D DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC HẠ TRƯỜNG Nguyễn Nhƣ Trung*, Trần Văn Kha, Bùi Văn Nam, Nguyễn Thị Thu Hƣơng Viện Địa chất và Địa vật lý biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Email: nntrung@imgg.vast.vn TÓM TẮT Bồn trũng Trung Tâm biển Đông (BTTT) là bồn trũng nước sâu có độ sâu đáy biển trung bình lên tới 4.200 m. Dị thường trọng lực đo được trên mặt nước biển ở những khu vực này bị suy giảm do hiệu ứng nâng trường, dẫn đến dị thường không phản ảnh chi tiết được các cấu trúc phía dưới.Trong bài báo này, các tác giả trình bày kết quả phân tích ngược 3D số liệu dị thường trọng lực nhằm xác định độ sâu mặt móng trầm tích khu vực bồn trũng Trung Tâm Biển Đông. Quy trình phân tích ngược được tính toán bằng thuật toán giải ngược trực tiếp của Parker 1972 và dị thường trọng lực được hạ trường xuống gần mặt đáy biển. Cấu trúc mặt móng trầm tích BTTTnhận được từ việc giải ngược số liệu hạ trường trọng lực có độ chi tiết và chính xác hơn so với việc giải ngược từ dị thường trọng lực trên mặt nước biển. Độ sâu mặt móng trầm tích xác định được thay đổi từ 4000 đến 6500 m và chiều dày trầm tích thay đồi từ và trăm mét ở khu vực núi ngầm đền 2000 mét ở khu vực thung lũng trục tách giãn. Dọc theo thung lũng trục tách giãn mặt địa hình gồ ghề và là nơi mặt móng hạ thấp nhất. Từ khóa: Bài toán ngược trọng lực; móng trầm tích; hạ trường; trọng lực vệ tính; Biển Đông. 1. MỞ ĐẦU Bồn trũng Trung Tâm (BTTT) nằm ở trung tâm Biển Đông, là một bồn trũng đại dương có diện tích khoảng 450,000 km2 và địa hình đáy biển tương đối phẳng và độ sâu nước biển trung bình là 4200 m. BTTT được phân chi làm ba phụ bồn là phụ bồn trũng Tây Bắc (BTTB), phụ bồn trũng Đông (BTĐ) và phụ bồn trũng Tây Nam (BTTN) (hình 1a). Bồn trũng được hình thành do quá trình tách giãn đáy biển trong khoảng thời gian từ 33-15 triệu năm [4, 1]. Do ảnh hưởng của quá trình tách giãn đáy biển và các hoạt động magma sau này, móng của BTTT đã hình thành lên thung lũng trục tách giãn, các khối nâng và khối hạ. Do đặc điểm địa chất ở khu vực bồn trũng đại dương tương đối đơn giản (lớp trầm tích nằm trực tiếp trên mặt mòng basalt), địa hình mặt móng được phản ảnh khác rõ trên đị thường trọng lực[8, 9, 6]. Trước đây trên khu vực Biển Đông đã có một số công trình sử dụng nguồn số liệu trọng lực vệ tinh để xây dựng các bản đồ mặt Moho và mặt móng trầm tích [6]. Tuy nhiên, việc phân tích số liệu trọng lực ở khu vực BTTT có một sô hạn chế sau: 1) Khu vực BTTT là khu vực nước sâu, mặt quan sát (mặt nước biển) nằm xa so với đối tượng gây dị thường (độ sâu nước biển > 4 km), dẫn đến dị thường trọng lực bị suy giảm nhanh do hiệu ứng nâng trường, đặc biệt là dị thường liên quan đến các đội tượng có bước sóng ngắn; 2)Khu vực BTTT trước đây không có các tài liệu giếng khoan để xác định các tham số mật độ của các lớp trầm tích và basalt. Trong bái báo này các tác giả trình bày một qui trình phân tích ngược nhằm xác định độ sâu mặt móng trầm tích theo thuật toán giải ngược 3D số liệu trọng lực của Parker [7] và phương pháp phổ mất độ năng lượng. Trong đó, dị thường trọng lực trước khi giải ngược được tiến hành chuyển trường xuống gần đáy biển nhằm làm rõ hơn các dị thường có bước sóng ngắn. Điều này dẫn đến địa hình mặt móng trầm tích nhận được có độ chi tiết và chính xác hơn.Độ sâu móng trầm tích xác định được đã có bức tranh rõ ràng hơn quá trình trầm tích và phát triển vỏ đại dương ở khu vực này, đồng thời cung cấp cho chúng ta những thông tin về quá trình tách giãn đãy biển hình thành lên bồn trũng đại dương ở khu vực Biển Đông. Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 171 Hình 1. Vị trí vùng nghiên cứu (a); Bản đồ dị thường Bughe ở mực nước biển (a) và hạ trường xuống 3000 m (b); Dị thường trọng lực mặt móng trầm tích ở mực nước biển (c) và hạ trường xuống 3000 m (d). 2. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG 2.1. Phương pháp phân tích Trong trường hợp BTTT, mô hình vỏ trái đất gồm ba lớp cơ bản: lớp trầm tích ở phía trên, sau đó đến lớp basalt và cuối cùng là lớp đá manty. Giá trị dị thường trọng lực khoảng không tự do đo trên mặt nước biển sẽ gồm hiệu ứng của lớp nước biển, lớp trầm tích, lớp basalt và manty. Quy trình phân tích xác định độ sâu móng trầm tích bao gồm các bước sau: (1) Xác định hiệu ứng trọng lực của móng trầm tích từ dị thường khoảng không tự do; (2) Tính độ sâu móng trầm tích từ hiệu ứng trọng lực của móng trầm tích bằng thuật toán giải ngược trực tiếp 3D[3, 6] với sự hỗ trợ của phương pháp phổ mật độ năng lượng [10]và số liệu giếng khoan [2] để lựa chọn số liệu đầu vào ban đầu. 2.2. Nguồn số liệu sử dụng: Trong tính toán này chúng tôi sử dụng nguồn số liệu trọng lực tai cơ sở dữ liệu địa hình đáy biển và trọng lực tại https://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi, [8]. Số liệu trọng lực được tính toán từ các nguồn số liệu đo cao vệ tính mới Cryosat-2, Enivsat and Hason-1 có độ chính xác gấp khoảng 2 lần so với nguồn sô liệu trước đây, đặc biệt là vùng có bước sóng 40-60 km. Số liệu mật độ đất đá tại giếng khoan của Chương trình Thám hiểm Đại dương Quốc tế IOPD 349 được sử dụng trong quá trình tính toán. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả - Dị thường trọng lực Bughe được tính từ dị thường khoảng không tự do cộng với hiệu ứng lớp nước biển với mật độ bằng mật độ trung bình của lớp trầm tích (2,0 g/cm3) và dị thường Bughe hạ trường xuống 3000 m (Hình 1b và 1c). Dị thường trọng lực mặt móng trầm tích được xác định bằng việc lấy dị thường Bughe trừ đi hiệu ứng trọng lực của mặt Moho. Hình 1d là bản đồ dị thường trọng lực của móng trầm tích ở mực nước biển và hình 1e là bản đồ dị thường trọng lực của móng trầm tích khi hạ xuống 3000 m. Bản đồ dị thường móng trầm tích ở mức hạ trường xuống 3000 m có biên độ dị thường lớn hơn so với biên độ của dị thường móng trầm tích ở mực nước biển, các dị thường âm sẽ âm hơn và dị thường dương sẽ dương hơn thể hiện rõ nét hơn các dị thường có bước sóng ngắn. Trên cơ sở tính phổ mật độ năng lượng của dị thường trọng lựccho phép chúng ta xác định được độ sâu trung bình đến mặt ranh giới trầm tích là 4,3 km. - Độ sâu móng trầm tích: Hiệu ứng trọng lực của móng trầm tích trên hình 1e được giải ngược theo thuật toán giải ngược trực tiếp của Parker với độ tương phản mật độ Δρ = 0,83 g/cm3. Kết quả chúng ta được độ sâu móng trầm tích như trên hình 2a. Chiều dày trầm tích cũng được xây dựng trên cơ sở lấy độ sâu móng trầm tích trừ đi độ sâu đáy biển (hình 2b). Kết quả so sánh với một số tuyến địa chấn có trong khu vực cho thấy móng trầm tích xác định được có độ trùng khớp rất cao với tài liệu địa chấn. Ví dụ trên đoạn tuyến địa chấn CSL07-15 độ sâu mặt móng được xác định so với số liệu địa chấn lệch nhau là 4,2 %. Bản đồ độ sâu móng trầm tích khu vực BTTT xác định được có chiều sâu thay đổi trong khoảng từ 2500-6500 m. Tại các khu vực có núi lửa ngầm móng Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 172 trầm tích nâng cao từ 2500-3000 m và ở thung lũng trục tách giãn móng hạ thấp đền 6000-6500 m. Chiều dày trầm tích ở khu vực BTTT không lớn, giá trị thay đổi từ vài trăm mét đến 2000 m. Phần lớn các diện tích của BTTT có chiều dày trầm tích từ 1250-1500m. Khu vực bồn phụ BTĐ và BTTB có chiều dày trầm tích lớn (1500-2000 m), khu vực phụ BTTN (1000-1500 m). Phần rìa của BTTT phần lớn là có bề dày trầm tích mỏng hơn so với phần trong của bồn trũng. Hình 2. Sơ đồ độ sâu móng trầm tích (a) và chiều dầy trầm tích khu vực BTTT (b) theo phân tích ngược trọng lực 3D. 3.2. Thảo luận Báo cáo đề cập đến hai vấn đề cần thảo luận là: Lún chìm nhiệt ở thung lũng trục tách giãn: Thung lũng trục tách giãn bị lùn chìm rất nhanh sau khi quá trình tách giãn Biển Đông ngừng, đồng thời thiếu các hoạt động magma dẫn đến địa hình của trục tách giãn có dạng thung lũng sâu, hẹp như hiện nay. Biện pháp hạ trường để xác định móng các bồn trũng ở khu vực nước nông: Để nâng cao độ chi tiết trong việc xác định mặt móng trầm tích trong các bồn trũng ngoài thềm lục địa Việt Nan chúng ta có thể áp dụng biện pháp hạ trường trước khi tiến hành công việc giải ngược. 4. KẾT LUẬN Những kết luận chính của bài báo như sau: Bồn trũng Trung Tâm Biển Đông có chiều sâu móng trầm tích từ 5000-6500 mét, chiều dày trầm tích từ vài trăm mét đến 2000 m. Khu vực có mặt móng sâu nhất cũng như chiều dày trầm tích lớn nhất tập trung dọc theo thung lũng trục tách giãn của phụ BTTN và phụ BTĐ. Phụ BTĐ và BTTB có chiều dày trầm tích lớn hơn phụ BTTN (trừ khu vực trục tách giãn). Trong quá trình hình thành phụ BTTN và phụ BTĐ, hệ số tích tụ trầm tích lớn nhất dọc theo thung lũng trục tách giãn. Hệ số tích tụ trầm tích nhỏ nhất ở phần rìa của BTTT. Địa hình mặt móng khu vực BTTT có hai hướng chính: khu vực phụ BTTN và phụ BTĐ có hướng địa hình chủ đạo là ĐB–TN và hướng á kinh tuyến, phụ BTTB địa hình khá bằng phẳng chủ yếu có phương Đ-T. Quy trình phân tích ngược số liệu trọng lực nêu trên cho phép chúng ta xác định nhanh, khách quan và tin cậy độ sâu móng trầm tích khu vực biển nước sâu mà không đòi hỏi nhiều thông tin tiên nhiệm. Quy trình này có thể áp dụng có hiệu quả đối với việc xác định các mặt móng trầm tích của các bồn trũng nước sâu xa bờ nơi có ít số liệu địa chấn. Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 173 Lời cảm ơn Công trình này được hoàn thành dưới sự tài trợ của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc Gia (NAFOSTED) mã số 105.99-2017.318. Các tác giả xin chân thành cảm ơn quỹ NAFOSTED. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Briais, A., Patriat, P., Tapponnier, P., (1993). Geophys. Res., 98(B4), 6299–6328. [2]. Expedition 349 Scientists, (2014). International ODP Preliminary Report, 349. [3]. Huchon P., T.N.H. Nguyen and N. Chamot-Rooke, (1998). Mar. Petrol. Geol. 15(7), 619-634. [4]. Li, C.-F., et al., (2014). Geochem. Geophys. Geosyst., 15, 4958–4983. [5]. Nissen, S.S. and Hayes, D.E., 1995. J. Geophy. Res., v. 100, pp. 22447-22483. [6]. Nguyen N. Trung and Nguyen T.T Huong, 2013. Acta geophysica, 61(2), p. 357-384. [7]. Parker, R. L., (1972). Geophysics Journal R. Astr. Soc., No 31, 447-455. [8]. Sandwell, D.T., R. Dietmar Müller, Walter H. F. Smith, Emmanuel Garcia, Richard Francis, 2014.Science 346, 65. [9]. Smith, W. H. F., and D. T. Sandwell, (1997). Science, v. 277, p. 1957-1962. [10]. Spector A. and Granti F.S., (1970). Geophysics Prospecting, 20, 633-649. CHARACTERISTICS OF THE SEDIMENTARY BASEMENT OF THE CENTRAL BASIN FROM 3D INVERSE INTERPRETATION OF THE DOWNWARD CONTINUED GRAVITY ANOMALY Nguyen Nhu Trung, Tran Van Kha, Bui Van Nam, Nguyen Thi Thu Huong Institute of Marine Geology and Geophysics. Email: nntrung@imgg.vast.vn ABSTRACT The Central Basin is a deep-water basin with an average depth of 4,200 m. Gravity anomalies measured on sea surface in these areas are attenuated due to the upward continuation effect, resulting in anomalies that do not reflect in detail the underlying structures. In this paper, the authors present the results of 3D inverse interpretation of gravity anomalous data to determine the depth of sedimentary basement in the Central Basin. The inverse interpretation procedure was calculated using Parker 1972's direct inverse algorithm and the gravity anomaly was downward continued near the seabed. The sedimentary basement received from the inverse of downward continued gravitation data is more detailed and accurate than the reverse resolution of the gravity anomalies on the sea surface. The depth of the sedimentary basement has been determined to vary from 4000 to 6500 m and the thickness of the sediments varies from some hundred meters in the area of the seamounts to 2000 meters in the area of the spreading valley. Along the spreading axis, the sedimentary basement is rough and the lowest.