Kiến tạo đới đứt gãy sông Hồng (phần lãnh thổ Việt Nam) trong kainozoi qua các kết quả nghiên cứu cổ từ, cấu trúc trầm tích, địa mạo-kiến tạo và động đất

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.00098 109 KIẾN TẠO ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG (PHẦN LÃNH THỔ VIỆT NAM) TRONG KAINOZOI QUA CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỔ TỪ, CẤU TRÚC TRẦM TÍCH, ĐỊA MẠO-KIẾN TẠO VÀ ĐỘNG ĐẤT Nguyễn Quốc Cường1*, Cung Thượng Chí1 , Phan Đông Pha2, Hoàng Văn Thà1 1Viện Địa chất, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, E-mail: cuongnqdc@gmail.com 2Viện Địa chất và Địa vật lí biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam TÓM TẮT Sử dụng các phương pháp nghiên cứu kinh điển như cổ từ, phân tích cấu trúc địa chất trầm tích, địa mạo-kiến tạo, địa chấn-động đất,... kết hợp với những phương pháp phân tích hiện đại như viễn thám, tuổi tuyệt đối C14 , OSL-SAR, phản xạ vitrinit,... các tác giả đã tái tạo quá trình hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy Sông Hồng theo từng thời đoạn trong Kainozoi, đồng thời đánh giá được nguy cơ gây nên động đất của nó trong tương lai. Từ khóa: Kiến tạo Đới đứt gãy Sông Hồng, cổ từ, trầm tích, địa mạo, động đất. 1. GIỚI THIỆU Đới đứt gãy Sông Hồng (ĐĐGSH) xuất phát từ Cao nguyên Tây Tạng kéo dài hơn 900 km theo hướng đông nam tới vịnh Bắc Bộ là một trong những đới phá hủy kiến tạo khu vực lớn nhất hành tinh, phân cách hai địa khối Hoa Nam về phía đông bắc và Trung Ấn về phía tây nam. Dọc đới đứt gãy này phát triển 4 khối đá biến chất cao: Xuelong Shan, Diancang Shan, Ailao Shan và Dãy Núi Con Voi. Trên lãnh thổ Việt Nam, Dãy Núi Con Voi (DNCV), phần lõi của ĐĐGSH được giới hạn bởi đứt gãy Sông Chảy (ĐGSC) ở phía đông bắc và đứt gãy Sông Hồng (ĐGSH) ở phía đông nam, phân cách vòm nâng Sông Chảy với khối xâm nhập Fansipan về 2 phía tương ứng. Dọc 2 đứt gãy này phát triển các trũng trầm tích lục nguyên Đệ Tam nhỏ, hẹp, kéo dài theo phương đứt gãy: Bảo Yên, Sông Lô (ĐGSC); Lào Cai, Phố Lu-Trái Hút, Yên Bái, Phà Ghềnh, Trung Hà (ĐGSH). Theo mô hình xoay trượt ngang của Tapponnier thì ĐĐGSH được hình thành và phát triển do hậu quả của sự đụng độ giữa 2 đại lục Ấn Độ và Á-Âu từ Oligoxen như là một đới xoay trượt ngang trái, với biên độ dịch trượt khoảng 700±200 km và tốc độ dịch trượt từ 3-5 cm/năm trong khoảng thời gian từ 34-17 triệu năm về trước. Và sau đó nó chuyển sang xoay trượt ngang phải vào khoảng từ 5 triệu năm trước đến nay, (Tapponnier & nnk., 1986, 1990). Nghiên cứu cổ từ (Chí & nnk, 1999, 2000, 2013) đã chỉ ra rằng sự xoay theo chiều kim đồng hồ của địa khối Trung Ấn trong Kainozoi là không đáng kể. Nghiên cứu quá trình trồi nguội của các khối biến chất cao, đặc biệt là DNCV ở Việt Nam, liên quan đến hoạt động kiến tạo của ĐĐGSH, để xác định thời gian cũng như chế độ địa động của nó, đã được nhiều nhà địa chất quan tâm nghiên cứu nhưng vẫn còn nhiều khác biệt, nhất là về thời điểm khởi đầu của sự nâng lên và đông nguội của đá biến chất, (Leloup et al., 1995, 2001; Harrison et al., 1996; Nam & nnk., 1998; Wang et al., 1998, 2000; Zhang and Scharer, 1999; Maluski et al., 2001; Garnier & nnk., 2002; Gilley et al., 2003; Anczkiewicz et al., 2007 and Viola & Anczkiewicz, 2008; Zelazniewicz et al., 2009, 2013;...). Nghiên cứu các cấu trúc biến dạng kiến tạo trong đá trầm tích, đặc biết là động lực phá hủy các viên cuội thành phần trong cuội kết tại các bồn trũng trầm tích dọc ĐĐGSH đã phần nào kiểm chứng các kết quả nghiên cứu về quá trình trồi nguồi của DNCV đồng thời tái tạo lại các mô hình địa động của ĐĐGSH theo các thời đoạn tích tụ, tạo đá, hình thành và phát triển của các trũng trầm tích dọc theo nó, (Cường & nnk., 2000, 2004, 2009, 2013). Nghiên cứu địa mạo - kiến tạo đã xác Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 110 định được cơ chế hoạt động cũng như biên độ, tốc độ dịch trượt của ĐĐGSH trong Kỷ Đệ Tứ, (Zuchiewicz, Cường et al., 2001, 2004, 2009, 2013). Nghiên cứu tính chất địa chấn và các trận động đất đã xảy ra trong lịch sử đã đánh giá nguy cơ động đất trong tương lai do khả năng và mức độ tái hoạt động của Đ ĐGSH. (Cường& nnk., 2000, 2004, 2009, 2013; Pha & nnk., 2018, 2019) 2. CỔ TỪ So sánh số liệu cổ từ thu thập từ các lớp đá trầm tích tuổi Creta và Paleogen của cả hai Khối Hoa Nam và Trung Ấn cho thấy Khối Hoa Nam khá ổn định đối với toàn bộ mảng Á-Âu ít nhất là từ Kỷ Creta. Có khả năng ĐĐGSH không phải là ranh giới giữa hai khối trên như mô hình xoay trượt ngang của Tapponnier. Một số số liệu cổ từ thu được ở khu vực phía Tây Nam đới đứt gãy chỉ ra rằng Khối Hoa Nam xoay không đáng kể trong suốt cả Kainozoi, dẫn đến khả năng chỉ có các biến dạng của các lớp phủ bên trên thay vì liên quan đến toàn bộ thạch quyển. Cũng có thể có sự ảnh hưởng của quá trình xoay trượt ngang đối với Khối Trung Ấn, nhưng ở đâu đó xa hơn về phía tây nam ĐĐGSH. Tuy nhiên, không quan sát thấy sự xoay vòng theo chiều kim đồng hồ nào từ khu vực này. (Chí and Geissman, 2013). 3. CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT ĐÁ TRẦM TÍCH Các phức hệ đá trầm tích Đệ Tam lấp đầy các bồn trũng dọc ĐGSH và ĐGSC chủ yếu là các lớp cuội tảng dăm kết dày phía dưới và các lớp cát kết dày bên trên xen kẹp các lớp cát kết, bột kết và sét kết mỏng, đôi khi với các thấu kính than nâu. Tuổi của chúng được xác định theo từng tác giả khác nhau là từ Eoxen, Oligoxen, Mioxen và Plioxen. Việc liên hệ địa tầng giữa các bồn trũng này với các bồn trũng khác trong khu vực vẫn đang được tranh cãi. Chúng tôi tạm gọi chung là tuổi Đệ Tam không phân chia cho các trầm tích này. Từ đó việc phân tích các pha hoạt động kiến tạo ứng với từng thời kì tạo đá cũng chỉ là tương đối theo trật tự thời gian sớm muộn. Hầu hết các lớp đá trầm tích ở đây đều bị phá hủy mạnh mẽ, đặc biệt thấy rõ trên các viên cuội thành phần trong cuội kết. Phân tích các phá hủy kiến tạo trên các thành tạo trầm tích này, nhất là các khe nứt đa dạng trên các viên cuội thành phần trong cuội kết như vết nứt, đai - cơ, đứt gãy tách, trượt,... đã xác định được lịch sử biến dạng kiến tạo liên quan đến các pha hoạt động khác nhau của ĐĐGSH và có thể đối sánh nó với quá trình trồi nguội của DNCV. Hoạt động kiến tạo của ĐĐGSH trong quá trình hình thành và phát triển các bồn trũng trầm tích mà nó khống chế có thể chia thành các pha theo trình tự sau: (1)- Pha đầu tiên chủ yếu là hình thành các khe nứt đồng trầm tích liên quan đến xoay trượt ngang trái – thuận. Đây có lẽ là thời điểm đánh dấu sự khởi đầu nâng lên và đông nguội của Khối biến chất DNCV. (2)- Tiếp theo là sự phát triển của các đứt gãy thuận do xoay trượt ngang trái thuần túy (pure sheare) liên quan với sự tách giãn là chính. (3)- Sau đó xuất hiện các cặp đứt gãy trượt bằng ngang phải và trái cộng ứng trong chế độ xoay trượt ngang trái đơn giản (simple shear) cũng kết hợp chủ yếu với tách giãn liên quan đến sự trồi lên mạnh mẽ và đông nguội nhanh của DNCV. (4)- Và cuối cùng là đảo nghịch kiến tạo với sự tái hoạt động của các đứt gãy thuận và đứt gãy trượt bằng thành các đứt gãy chờm nghịch trong chế độ xoay trượt ngang phải, liên quan đến thời kì trồi nguội thứ hai của DNCV (Cường & nnk., 2000, 2009, 2013; Pha & nnk., 2018, 2019). Kết quả phân tích phản xạ vitrinit trong Hệ tầng Cổ Phúc ở Trũng Lào Cai cho thấy nhiệt độ thành tạo than nâu nằm trong khoảng 53-97 oC. Như vậy hệ tầng này đã được nâng lên đến 1.8 km và có lẽ nó được bắt đầu vào khoảng 5 triệu năm trước khi chế độ kiến tạo bị nghịch đảo. 4. ĐỊA MẠO-KIẾN TẠO Phân tích địa mạo bao gồm nghiên cứu biến dạng cấu trúc địa mạo ngoài thực địa và sử dụng các bản đồ địa hình, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh và nhất là ảnh vệ tinh DEM (SRTM) để phát hiện các yếu tố địa mạo-kiến tạo dị thường và xác định biên độ cũng như tốc độ của các chuyển động kiến tạo gây ra chúng. Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 111 Từ những yếu tố địa mạo chỉ định cho các dịch trượt ngang cũng như trượt thuận, kết hợp với những kết quả định tuổi OSL-SAR (optically stimulated luminescence, single aliquot regenerative dose technique) và C 14, so sánh với kết quả đo lặp GPS (Tô & nnk., 2001, 2013) biên độ và tốc độ dịch trượt của ĐĐGSH đã được xác định như sau: Các dấu hiệu hoạt động đứt gãy trượt bằng trẻ dọc ĐĐGSH bao gồm: xê lệch (biến vị) và dịch chuyển thung lũng sông (10-50 m đến gần 13 km), thay đổi hình thái hệ thống thủy văn, thung lũng suối bị chặn đầu (cướp dòng chảy), gờ trượt-chắn, các mặt trượt đứt gãy sắp xếp dưới dạng cánh gà (en echelon), thềm và nón phóng vật bồi tích bị dịch trượt, cũng như các đoạn thung lũng sông (khe suối) và những mặt trượt lớn cao đến 30-50 m có dạng tuyến tính. Đoạn ĐN của ĐĐGSH có thành phần trượt thuận lớn hơn được xác nhận bởi sự phát triển mạnh mẽ của các sườn trượt tam giác, các thềm bào mòn bị mất dòng chảy bề mặt do được nâng cao và các thung lũng treo. ĐĐGSH có phương TB-ĐN, thường đi kèm với các trũng kiểu pull-apart và graben nhỏ hẹp, lấp đầy bởi các trầm tích lục nguyên hạt thô tuổi Oligoxen và Neogen và các lớp bồi tích khá mỏng Đệ Tứ. Ở đây, cuội trong cuội kết Đệ Tam thường bị nứt, không như cuội không bị nứt trong các lớp bồi tích Đệ Tứ. DọcĐĐGSH xuất hiện với tần suất khá cao hiện tượng trượt đất với các lớp bùn đá và các mương xói xâm thực. Trượt, lở lớn nhất trong ĐĐGSH xảy ra trong quá khứ là do các trận động đất mạnh. Nghiên cứu địa mạo - kiến tạo trên phân đoạn nằm trong lãnh thổ Việt Nam của ĐĐGSH cho thấy quá trình phá hủy đứt gãy trượt bằng trong thời kì Đệ Tứ có tốc độ trong khoảng 0.43 và 1.1 mm/năm trên các đoạn đứt gãy riêng biệt có độ dài khoảng 8-10 km và 20-25 km, và 5.5-7.8 mm/năm cho toàn bộ dịch chuyển, cũng như tốc độ nâng hiện đại ít nhất là 0.1 mm/năm. 5. ĐỊA CHẤN Nghiên cứu cuội nứt để xác định mức độ hoạt động địa chấn theo thời gian đã được triển khai tại Trũng Lào Cai. Trong khi các viên cuội thành phần trong cuội kết Đệ Tam bị nứt vỡ và dịch trượt khá mạnh mẽ thì cuội trong cuội kết Holoxen nằm trên các thềm có độ cao đến 3 m, được định tuổi C14 là 370 - 570 năm lại không bị nứt. Tuy nhiên cũng quan sát thấy nhiều viên cuội nứt trong cuội kết nằm trên các thềm cao hơn 20 - 24 m có tuổi C14 là 2300 năm với mật độ cỡ 1 – 5 viên cuội nứt/ 1m2. Loại trừ các nguyên nhân khác, chúng tôi cho rằng cuội nứt trong các trường hợp này xảy ra đồng thời với động đất (co-seismic). Từ việc định tuổi C14 cho 2 bậc thềm có độ cao khác nhau ở trên, ta cũng có thể tính được tốc độ chuyển động thẳng đứng của ĐĐGSH, ít nhất cũng cho phân đoạn của nó dọc Trũng Lào Cai. Những trận động đất lưu trong sử sách và do địa chấn kế ghi được trong khoảng 100 năm lại đây cho thấy dọc ĐĐGSH không có trận động đất nào mà M > 5. Các trận động đất có M < 6 không đủ mạnh để làm nứt cuội hàng loạt. Từ đó suy ra khoảng thời gian để các trận động đất mạnh M5+ hoạt động trở lại nhanh nhất là 370 năm và không lâu hơn 2300 năm (H.6) 6. KẾT LUẬN Từ những kết quả phân tích định lượng vừa mới được thực hiện kết hợp với việc tổng hợp các kết quả nghiên cứu trước đây, lịch sử hoạt động kiến tạo chung của ĐĐGSH có những đặc điểm dưới đây: (1) Các bồn trũng trầm tích dạng graben, bán graben dọc ĐĐGSH được hình thành trong chế độ xoay trượt trái thuận của đới đứt gãy. (2) Các hệ tầng trầm tích Đệ Tam được nâng lên với biên độ đến 2,4 km do chuyển động xoay trượt phải của ĐĐGSH (nghịch đảo kiến tạo). (3) Tốc độ nâng bề mặt Holoxen muộn cỡ khoảng 7 mm/năm. (4) ĐĐGSH đã từng phát sinh những trận động đất lớn M5+. Thời gian động đất trở lại với M mạnh tương tự ít nhất là 370 năm, nhưng không lâu hơn 2300 năm. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 112 Lời cảm ơn Công trình nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) cho đề tài mã số: 105.01-2014.38 do Nguyễn Quốc Cường làm chủ nhiệm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Anczkiewicz R., Viola, G., Müntener, O., Thirlwall, O., Villa, I.M., & Cuong N.Q. (2007). Structure and shearing conditions in the Day Nui Con Voi massif: Implications for the evolution of the Red River shear zone in northern Vietnam. Tectonics, 26, doi: 10.1029/2006TC001972. [2]. Chi C.T., Geissman W. (2013). A review of the paleomagnetic data from Cretaceous to lower Tertiary rocks from Vietnam, Indochina and South China, and their implications for Cenozoic tectonism in Vietnam and adjacent areas. Journal of Geodynamics, 69. [3]. Cuong N.Q., Tokarski A.K., Świerczewska A., Zuchiewicz W.A. & Yem N.T. (2013). Late Tertiary tectonics of the Red River Fault Zone: Structural evolution of sedimentary rocks. Journal of Geodynamics, 69. [4]. Pha P.D., Tokarski A.K., Świerczewska A., Waliczek M., Strzelecki P., Krąpiec M., Cuong N.Q. (2019). Neotectonic (Miocene to recent) vertical movements in the Lao Cai Basin (Red River Fault Zone, Vietnam): An approach to seismic hazard assessment. Journal of Asian Earth Sciences. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2019.103885. [5]. Viola G. & Anczkiewicz R. (2008). Exhumation history of the Red River shear zone in northern Vietnam: New insights from zircon and apatite fission-track analysis. J. Asian Eart Sci., 33. [6]. Zuchiewicz W., Nguyen Quoc Cuong, Jerzy Zasadni, Nguyen TrongYem (2013). Late Cenozoic tectonics of the Red River Fault Zone, Vietnam, in the light of geomorphic studies. Journal of Geodynamics, 69.