Tổng quan luận án

Bồn trũng Kainozoi Quảng Nam (phần đất liền) thuộc vùng đồng bằng ven biển Quảng Nam – Đà Nẵng, là khu vực giữ vị trí chiến lược về kinh tế – xã hội nhưng đồng thời chịu tác động sâu sắc của các hiện tượng tai biến địa chất. Nền địa chất khu vực có cấu trúc phức tạp, được lấp đầy bởi các trầm tích Neogen – Đệ Tứ và chịu sự khống chế nghiêm ngặt của nhiều hệ thống đứt gãy có lịch sử hoạt động đa dạng. Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã bước đầu chỉ ra sự tồn tại của các chuyển động tân kiến tạo, nhưng phần lớn các phân tích tai biến môi trường vẫn giả định nền địa chất ở trạng thái ổn định, thiếu các số liệu định lượng về tuổi hoạt động của đứt gãy và tốc độ nâng hạ kiến tạo hiện đại.

Khoảng trống nghiên cứu cốt lõi mà luận án giải quyết là việc lượng hóa thời gian hoạt động của các hệ thống đứt gãy trong giai đoạn Pleistocen muộn – Holocen, xác lập trường ứng suất kiến tạo khu vực và làm rõ cơ chế tương tác, cộng hưởng giữa các chuyển động nội sinh (đứt gãy, nâng hạ cục bộ, động đất kích thích) với các quá trình ngoại sinh (xói lở bờ biển Cửa Đại, biến động dòng chảy sông Vu Gia – Thu Bồn, bồi lấp suy thoái sông Trường Giang, xâm nhập mặn và trượt lở).

Mục tiêu nghiên cứu

Làm sáng tỏ các đặc điểm của vận động kiến tạo hiện đại bồn trũng Kainozoi Quảng Nam (phần đất liền) và xác định vai trò của hoạt động kiến tạo hiện đại đối với tai biến địa chất nhằm phục vụ công tác phòng chống thiên tai trong vùng nghiên cứu.

Nhiệm vụ nghiên cứu

  1. Nghiên cứu đặc điểm của hoạt động kiến tạo hiện đại vùng Quảng Nam bằng các số liệu phân tích định lượng.
  2. Nghiên cứu vai trò hoạt động kiến tạo hiện đại đối với các tai biến địa chất vùng đồng bằng ven biển Quảng Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các thể địa chất, hiện tượng địa chất nội sinh và ngoại sinh, cấu trúc địa chất, địa hình và địa mạo vùng đồng bằng Quảng Nam trên cấu trúc bồn trũng Kainozoi Quảng Nam.
  • Phạm vi không gian: Diện tích tự nhiên gần 1835 km², giới hạn trong toạ độ từ 107°59’49” đến 108°44’52” kinh độ Đông. Phía Bắc giáp sông Cu Đê, phía Đông giáp Biển Đông với hơn 125 km đường bờ biển, phía Tây giáp đồi núi các huyện Đông Giang, Hiệp Đức, Trà My, phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi. Địa bàn bao gồm thành phố Đà Nẵng, thành phố Hội An, thành phố Tam Kỳ và các huyện Điện Bàn, Duy Xuyên, Đại Lộc, Thăng Bình, Quế Sơn, Núi Thành, Phú Ninh. Phạm vi cấu trúc bao gồm phần đồng bằng chứa trầm tích Kainozoi và các sườn núi khống chế bồn trũng tính đến đường chia nước.
  • Phạm vi thời gian: Giai đoạn Tân kiến tạo bắt đầu từ Pliocen (khoảng 5,3 triệu năm trước) và giai đoạn kiến tạo hoạt động/kiến tạo hiện đại từ ranh giới Pliocen – Đệ Tứ (khoảng 2,5 triệu năm trước) đến Pleistocen muộn – Holocen theo khung chuẩn của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA, 2010).

Luận điểm bảo vệ

  • Luận điểm 01: Khu vực bồn trũng Kainozoi Quảng Nam có hoạt động kiến tạo hiện đại diễn ra khá mạnh mẽ, trong đó hoạt động dịch chuyển dọc các hệ thống đứt gãy có vai trò chủ đạo tạo nên hiện tượng nâng, hạ kiến tạo các khu vực khác nhau. Khu vực nghiên cứu tồn tại 5 hệ thống đứt gãy hoạt động trong Pleistocen muộn – Holocen, gồm hai hệ thống phương Tây Bắc – Đông Nam, hai hệ thống phương Đông Bắc – Tây Nam và một hệ thống phương á vĩ tuyến. Các hệ thống này hoạt động dưới một trường ứng suất có trục ứng suất cực đại $\sigma_1$ theo phương khoảng $(005 \pm 10)^\circ - (185 \pm 10)^\circ$, góc nghiêng $10^\circ - 20^\circ$ về phía Nam. Sự dịch chuyển của các cánh đứt gãy tạo nên các khối nâng ở phía Tây Nam và vùng hạ võng ở phía Đông Bắc, đồng thời tạo nên các khu vực nâng hạ cục bộ trong đồng bằng Quảng Nam.
  • Luận điểm 02: Hoạt động kiến tạo hiện đại trong khu vực có vai trò quan trọng trong hình thành và phát triển các tai biến địa chất trong bồn trũng Kainozoi Quảng Nam, trong đó vận động theo các hệ thống đứt gãy là yếu tố quan trọng gây nên các hoạt động động đất, sụt lún, nâng. Tác dụng cộng hưởng của hoạt động kiến tạo hiện đại với các yếu tố ngoại sinh là tác nhân quan trọng gây nên hiện tượng ngập lụt cục bộ, xói lở bờ và bồi tụ cửa sông, bờ biển, dịch chuyển dòng chảy sông, dịch chuyển cửa sông, hiện tượng nhiễm mặn, khô hạn. Ngoài ra, vùng nghiên cứu có khả năng bị tác động bởi các tai biến địa chất mang tính khu vực như sóng thần, núi lửa.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Lịch sử nghiên cứu địa chất, kiến tạo và tai biến tại khu vực được tác giả tổng thuật qua các thời kỳ:

  • Giai đoạn trước năm 1954: Các công trình khảo sát của người Pháp như J. Hoffet (1941), Fromaget (1952), A. Lacroix, Trần Huỳnh Anh (1932–1968) chủ yếu tập trung vào địa chất khu vực, chưa chú trọng kiến tạo hiện đại. Saurin (1952) là tác giả đầu tiên đề cập hoạt động núi lửa Kainozoi ở miền Trung Việt Nam và nhận định núi lửa có xu hướng dịch chuyển từ đất liền ra biển.
  • Giai đoạn 1954 – 1980: Các công trình của Lê Thạc Xinh (1967), Trần Kim Thạch (1974) tập trung vào địa tầng và kiến tạo cổ; tân kiến tạo chưa trở thành đối tượng nghiên cứu độc lập.
  • Giai đoạn từ 1980 đến nay: Hệ thống bản đồ địa chất tỷ lệ 1:500.000 (Trần Đức Lương và Nguyễn Xuân Bao, 1988), bản đồ tờ Bà Nà 1:200.000 (Nguyễn Đức Thắng và nnk, 2006), nhóm tờ Tam Kỳ – Hiệp Đức (Koliada A. A. và nnk, 1990), bản đồ địa chất đô thị Đà Nẵng – Hội An (Hồ Vương Bính và nnk, 1991), nhóm tờ A Hội (Bùi Thế Vinh và nnk, 2011), Đăk Glêi – Khâm Đức (Đỗ Văn Chi và nnk, 1997; Cát Nguyên Hùng, 1996) đã xác lập nền tảng thạch học và địa tầng.
  • Nghiên cứu tân kiến tạo và tai biến địa chất chuyên sâu: Ngô Gia Thắng và Lê Duy Bách (1980, 1989, 1994) nghiên cứu tân kiến tạo khối Kon Tum và cấu trúc Kainozoi Việt Nam. Phan Trọng Trịnh (2010, 2012) và Nguyễn Văn Hướng (2012) chỉ ra các biểu hiện kiến tạo hiện đại đới ven biển miền Trung. Lê Đại Diện (2010) đánh giá động đất nội mảng; Vũ Thanh Ca (2010) khảo sát xói lở bờ biển; Bùi Văn Thơm (2010) nghiên cứu nứt đất; Đào Mạnh Tiến (2004) bước đầu tính toán tính dễ bị tổn thương sinh thái; Đặng Văn Bào và nnk (2000, 2002, 2004) nghiên cứu địa mạo phục vụ dự báo lũ lụt; Trần Nghi và nnk (1996, 2007, 2008) phân tích chu kỳ dao động mực nước biển Đệ Tứ; Nguyễn Chí Trung (2011, 2012) khảo sát địa mạo Holocen lưu vực sông Thu Bồn; Hoàng Ngô Tự Do (2016, 2017, 2018) nghiên cứu trầm tích Đệ Tứ, nước ngầm và biến động đường bờ Cửa Đại; Trần Thanh Hải (2015, 2020) xác lập mối quan hệ giữa tân kiến tạo và sự biến đổi dòng chính lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.

Trên thế giới, cơ sở lý luận về tân kiến tạo và kiến tạo hoạt động được xây dựng bởi Obruchev (1948), Schultz (1949, 1950), Pavlides (1989), Nicolaev (1962), Slemmons (1977, 1982), Hancock và Williams (1986), Burbank và Anderson (2011), Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ (NRC, 1986). Cơ chế biến dạng đứt gãy dựa trên mô hình trượt cắt Riedel (Cloos, 1928; Riedel, 1929; Wilcox et al., 1973). Khung lý thuyết đánh giá tai biến địa chất tổng hợp và tính dễ bị tổn thương đới bờ được phát triển bởi Bell (2003), Montgomery (2010), McGuire và Maslin (2013), Cutter (1996, 2000, 2001) và NOAA (2010).

Vị trí của luận án: Luận án kế thừa các kết quả thực địa từ đề tài cấp Nhà nước do Trần Thanh Hải (2020) chủ trì và đề tài mã số ĐTĐL.112/21 do Lương Quang Khang làm chủ nhiệm, đồng thời bổ sung tổ hợp phương pháp định lượng hiện đại (đo tuổi ESR trên mùn đứt gãy, đo tuổi OSL thềm sông, địa chấn nông phân giải cao ven bờ) để giải quyết dứt điểm tính chất động học, thời gian hoạt động của các đứt gãy và mối liên hệ nhân quả với tai biến địa chất trong toàn bồn trũng Kainozoi Quảng Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Khái niệm bồn trũng trầm tích: Áp dụng định nghĩa của Allen và Allen (2005), xác định bồn trũng Kainozoi Quảng Nam gồm vùng chứa trầm tích sụt lún và phần sườn nâng bao quanh.
  • Khung phân chia thời gian kiến tạo: Dựa theo hướng dẫn của IAEA (2010) đối với vùng nội mảng, lấy ranh giới Pliocen – Đệ Tứ (khoảng 2,5 triệu năm) làm mốc kiến tạo hoạt động và tập trung vào các dịch chuyển trong Pleistocen muộn – Holocen.
  • Cơ chế biến dạng Riedel shear: Sử dụng sơ đồ đới trượt cắt Riedel (Cloos, 1928; Riedel, 1929; Wilcox et al., 1973) để phân tích mối tương quan hình học và động học giữa đới trượt chính (PDZ), các mặt trượt kèm cùng chiều (R, P) và ngược chiều (R', P') dưới tác động của trục ứng suất nén ép cực đại $\sigma_1$.
  • Mô hình tương tác tai biến nội – ngoại sinh: Tiếp cận theo khung phân tích tương tác của Montgomery (2010) và McGuire & Maslin (2013), trong đó vận động nội sinh đóng vai trò chi phối, làm biến đổi nền tảng địa mạo và tạo tiền đề để các tác nhân ngoại sinh (thủy triều, dòng chảy, bão lũ trong bối cảnh biến đổi khí hậu) gia cường mức độ tai biến.
+-----------------------------------------------------------------------------+
|                             TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO                        |
|              (Trục nén ép cực đại: 005° - 185°, dốc 10°-20° về Nam)         |
+-------------------------------------+---------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-----------------------------------------------------------------------------+
|                    5 HỆ THỐNG ĐỨT GÃY HOẠT ĐỘNG KHU VỰC                     |
|           (F1: Á vĩ tuyến; F2 & F3: ĐB-TN; F4 & F5: TB-ĐN [PDZ])            |
+-------------------------------------+---------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-----------------------------------------------------------------------------+
|                    VẬN ĐỘNG NÂNG - HẠ ĐỊA CHẤT HIỆN ĐẠI                     |
|            - Khối nâng Tây Nam (Đông Giang, Quế Sơn, Quế Hiệp)              |
|            - Vùng sụt hạ Đông Bắc (Điện Bàn - Hội An, đồng bằng)            |
+-------------------+-------------------------------------+-------------------+
                    |                                     |
                    v                                     v
+-----------------------------------+ +---------------------------------------+
|        TAI BIẾN NỘI SINH          | |         CỘNG HƯỞNG NGOẠI SINH         |
| - Động đất kích thích Sông Tranh  | | - Xói lở bờ biển Cửa Đại              |
| - Sụt lún công trình ngập nước    | | - Đoạt dòng, chuyển dòng Vu Gia       |
| - Hoạt động nhiệt dịch & khí hiếm | | - Bồi lấp sông Trường Giang           |
| - Nguy cơ sóng thần khu vực       | | - Xâm nhập mặn vùng hạ lưu            |
+-----------------------------------+ +---------------------------------------+

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  1. Phương pháp thu thập và xử lý thông tin: Tổng hợp tài liệu địa chất, địa vật lý, khí tượng thủy văn, các báo cáo lưu trữ và công trình nghiên cứu đã công bố.
  2. Phương pháp viễn thám: Phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 đa thời gian từ năm 1973 đến 2017, kết hợp phần mềm MapInfo chuyển đổi tọa độ sang hệ VN-2000 nhằm giải đoán cấu trúc đứt gãy, biến động đường bờ và hình thái bồi xói Cửa Đại qua các mốc 1975, 1989, 2000, 2014, 2017.
  3. Phân tích mô hình số độ cao (DEM): Sử dụng ALOS DEM, DEM từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 và bản đồ Cmap93 (vùng biển, cửa sông). Thực hiện chạy 51 mặt cắt địa hình theo dải (Swath profile) phương Bắc – Nam trên 4 vùng nghiên cứu (mỗi dải rộng 2 km, bước cơ sở 15 m) để bóc tách các bậc nâng hạ địa hình 3D.
  4. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Đo vẽ cấu tạo địa chất (mặt trượt, vết xước, gờ trượt, đới dăm kết, mùn kiến tạo); khảo sát địa mạo các bậc thềm sông Cầu Đỏ, sông Trường Giang, sông Ly Ly, sông Vu Gia – Thu Bồn; thu thập mẫu định tuổi tuyệt đối.
  5. Phương pháp địa vật lý: Phân tích mặt cắt địa chấn nông tuyến T7 (sử dụng hệ thống nguồn nổ Boomer 500 J, chu kỳ phát xung 0,1 ms) và tuyến CP09-TU1108 (sử dụng hệ thống nguồn nổ Sparker) nhằm nhận diện đứt gãy dịch chuyển trầm tích Đệ Tứ dưới tầng nước nông.
  6. Phương pháp phân tích mẫu định tuổi:
    • Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (ESR): Phân tích 47 mẫu thạch anh lấy trong mùn đứt gãy tại phòng thí nghiệm Đại học Okayama (Nhật Bản), đo tín hiệu Al-centers ở điều kiện nhiệt độ 77 K (theo quy trình Hancock và Williams, 1986).
    • Phương pháp quang phát quang kích thích quang học (OSL): Phân tích 03 mẫu trầm tích cát thềm sông; hàm lượng các đồng vị phóng xạ U, Th, K được xác định bằng phương pháp kích hoạt neutron tại Viện Năng lượng Nguyên tử Trung Quốc.
    • Phương pháp K-Ar: Phân tích tuổi đồng vị các đá basalt Kainozoi khu vực Quảng Ngãi và đảo Lý Sơn.
    • Phương pháp đo hoạt độ phóng xạ: Đo nồng độ hoạt độ đồng vị $^{222}\text{Rn}$ và tính liều hiệu dụng hàng năm từ nguồn nước khoáng nhiệt (theo Dương Văn Hào và nnk).
  7. Phương pháp mô hình hóa cấu trúc: Tái lập trường ứng suất cổ và trường ứng suất hiện đại, giải đoán mối tương quan động học các đứt gãy theo mô hình trượt cắt Riedel.
Nhóm phương pháp Công cụ / Kỹ thuật chính Khối lượng / Nguồn gốc dữ liệu
Viễn thám & GIS MapInfo, Landsat 8 (1973–2017) Toàn bộ diện tích bồn trũng (~1835 km²)
Phân tích DEM ALOS DEM, Cmap93, Bản đồ 1:25.000 51 Swath profile Bắc – Nam (dải rộng 2 km, bước 15 m)
Địa vật lý Nguồn Boomer 500 J (0,1 ms), Sparker Tuyến địa chấn T7 và tuyến CP09-TU1108
Đo tuổi ESR Đo Al-centers tại 77 K (ĐH Okayama, Nhật) 47 mẫu mùn đứt gãy
Đo tuổi OSL Kích hoạt neutron U, Th, K (Viện NLNT TQ) 03 mẫu trầm tích thềm sông
Trắc địa vệ tinh Số liệu đo đạc GPS vector dịch chuyển 10 trạm GPS khu vực Bắc Trà My và lân cận
Khảo sát thực địa Đo trượt cắt, thềm sông, vỏ phong hóa Hơn 100 km mặt cắt địa chất, tài liệu lỗ khoan

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu, phương pháp luận và các phương pháp nghiên cứu

Chương này tổng kết vị trí địa lý, phạm vi bồn trũng Kainozoi Quảng Nam (phần đất liền), lịch sử nghiên cứu địa chất – kiến tạo – tai biến trong nước và quốc tế. Tác giả luận chứng phương pháp luận nghiên cứu tân kiến tạo và kiến tạo hiện đại dựa trên chuẩn IAEA (2010), làm rõ cơ chế tương tác giữa cấu trúc nứt nẻ đứt gãy với sự hình thành mạng lưới thủy văn mặt và các tầng chứa nước dưới đất. Đồng thời, chương 1 mô tả chi tiết quy trình kỹ thuật thu thập và xử lý tài liệu viễn thám, DEM, địa vật lý Boomer/Sparker, phân tích tuổi ESR thạch anh mùn đứt gãy và tuổi OSL trầm tích thềm sông.

Chương 2: Đặc điểm địa chất và hiện trạng tai biến địa chất vùng Quảng Nam

Chương 2 trình bày cấu trúc địa chất bồn trũng, tập trung vào các phân vị địa tầng Đệ Tứ, đặc biệt là phụ thống Holocen thượng ($Q_2^3$). Hiện trạng các tai biến địa chất tại khu vực đồng bằng ven biển được thống kê chi tiết:

  • Hiện tượng nhiễm mặn: Diễn ra nghiêm trọng tại vùng hạ lưu sông Hàn (Đà Nẵng), Cửa Đại (sông Thu Bồn), sông Tam Kỳ và đới trũng sụt hạ Kỳ Hà.
  • Hiện tượng xói lở bờ sông và bờ biển: Bờ biển Bắc Cửa Đại bị xâm thực liên tục qua các năm (1975, 1989, 2000, 2014, 2017). Các đoạn kè kiên cố liên tục bị sập đổ; bờ sông Quảng Huế bị xâm thực ngang mạnh mẽ.
  • Biến động dòng chảy và suy thoái sông ngòi: Sự chuyển dịch dòng chảy ở trung – hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn; hiện tượng bồi lấp, nghẽn dòng làm suy thoái sông Bầu Xấu và sông Trường Giang.
  • Trượt lở đất và phá hủy công trình: Sạt lở ta-luy đường cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi, sạt lở đới dăm kết Hòa Sơn và hiện tượng sụt lún mố cầu Hà Tân.

Chương 3: Đặc điểm vận động kiến tạo hiện đại vùng bồn trũng Kainozoi Quảng Nam (phần đất liền)

Chương 3 phân tích vị trí khu vực trong bối cảnh địa động lực Đông Nam Á và tái lập trường ứng suất Kainozoi. Kết quả nghiên cứu xác định trong giai đoạn Pleistocen muộn – Holocen tồn tại một trường ứng suất duy nhất với trục ứng suất nén ép cực đại $\sigma_1$ theo phương $(005 \pm 10)^\circ - (185 \pm 10)^\circ$, góc nghiêng $10^\circ - 20^\circ$ về phía Nam. Dưới trường ứng suất này, 5 hệ thống đứt gãy hoạt động được nhận diện và thống kê chi tiết:

  1. Hệ thống đứt gãy phương á vĩ tuyến ($F_1$): Cơ chế trượt nghịch và trượt bằng nghịch, ghi nhận rõ tại Nông Sơn và Duy Xuyên.
  2. Hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc – Tây Nam ($F_2$): Phương vị $(60^\circ - 70^\circ) - (240^\circ - 250^\circ)$, cơ chế trượt bằng phải (dextral strike-slip), thống kê từ 24 mặt đứt gãy thực địa (khu vực Đại Chánh, mỏ đá Chu Lai, Duy Xuyên).
  3. Hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc – Tây Nam ($F_3$): Phương vị $(30^\circ - 40^\circ) - (210^\circ - 220^\circ)$, cơ chế trượt bằng trái (sinistral strike-slip) kết hợp thành phần nghịch, thống kê từ 18 mặt đứt gãy (khu vực Quế Sơn, Núi Thành, Chu Lai, Hòa An; đới dập vỡ rộng 10–15 m, mùn dày 5–10 cm).
  4. Hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam ($F_4$): Phương vị $(140^\circ - 150^\circ) - (320^\circ - 330^\circ)$, cơ chế trượt bằng phải hợp phần thuận (dextral normal), thống kê từ 43 mặt đứt gãy (khu vực Cẩm Lệ, Kỳ Hà, Tam Thanh, Phú Ninh, Duy Phú). Hệ thống này đóng vai trò là đới trượt chính (PDZ) theo mô hình Riedel shear.
  5. Hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam ($F_5$): Phương vị $(160^\circ - 165^\circ) - (340^\circ - 345^\circ)$, cơ chế trượt bằng phải thuận, thống kê từ 21 mặt đứt gãy tại Nông Sơn, Duy Xuyên.
+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
|               TỔNG HỢP CÁC HỆ THỐNG ĐỨT GÃY HOẠT ĐỘNG (PLEISTOCEN MUỘN - HOLOCEN)                  |
+----+-----------------------------+------------------------------------+-----------+----------------+
| Mã | Phương vị đứt gãy           | Tính chất dịch trượt động học      | Số mẫu đo | Vai trò cơ học |
+----+-----------------------------+------------------------------------+-----------+----------------+
| F1 | Á vĩ tuyến (Đông - Tây)     | Trượt nghịch / Trượt bằng nghịch   | Thống kê  | Trượt ép nén   |
| F2 | ĐB-TN: (60°-70°) - (240°-250°) | Trượt bằng phải (Dextral)         | 24 mặt    | Nhánh trượt R  |
| F3 | ĐB-TN: (30°-40°) - (210°-220°) | Trượt bằng trái nghịch (Sinistral) | 18 mặt    | Nhánh trượt R' |
| F4 | TB-ĐN: (140°-150°)-(320°-330°)| Trượt bằng phải thuận              | 43 mặt    | Đới chính PDZ  |
| F5 | TB-ĐN: (160°-165°)-(340°-345°)| Trượt bằng phải thuận              | 21 mặt    | Nhánh trượt P  |
+----+-----------------------------+------------------------------------+-----------+----------------+

Kết quả định tuổi ESR trên 47 mẫu thạch anh mùn đứt gãy xác nhận các dịch chuyển kiến tạo xảy ra trong Pleistocen muộn – Holocen. Phân tích trắc địa vệ tinh tại 10 trạm GPS khu vực Bắc Trà My và lân cận xác nhận vận động dịch chuyển hiện đại dạng vector. Phân tích DEM 3D và 51 Swath profile khẳng định bồn trũng Quảng Nam chịu sự phân khối nâng hạ rõ rệt: khối nâng trung tâm Tây Nam (Đông Giang, Quế Sơn, Quế Hiệp) và vùng sụt hạ dạng bậc về phía Đông Bắc (vùng hạ Điện Bàn – Hội An). Các bậc thềm sông 1, 2, 3 liên tiếp dọc sông Vu Gia (cầu Hà Nha, cầu Giao Thủy), sông Thu Bồn (Vĩnh Điện), sông Ly Ly (cầu Hương An) và lớp sét biển Pleistocen bị nâng cao dọc bờ sông Thu Bồn tại Điện Phước là minh chứng cho chuyển động nâng kiến tạo không đều.

Chương 4: Vai trò của hoạt động kiến tạo hiện đại với tai biến địa chất bồn trũng Kainozoi Quảng Nam

Chương 4 làm rõ mối quan hệ nhân quả và cơ chế cộng hưởng giữa kiến tạo hiện đại với các tai biến địa chất:

  • Tai biến nguồn gốc nội sinh:
    • Động đất: Thống kê chuỗi số liệu địa chấn giai đoạn 2011–2015 tại khu vực Bắc Trà My và lân cận ghi nhận 2637 trận động đất kích thích liên quan đến tích nước hồ thủy điện Sông Tranh 2, trong đó có 19 trận có độ lớn $M > 3,0$ độ Richter; năm 1991 ghi nhận rung chấn cấp 4,1 độ Richter. Động đất phát sinh do sự tái hoạt động của các đới đứt gãy xung yếu trẻ dưới tác động tải trọng nước.
    • Sóng thần và núi lửa: Đánh giá khả năng chấn động thứ sinh và nguy cơ sóng thần mang tính khu vực; đối sánh tuổi K-Ar basalt đảo Lý Sơn và Quảng Ngãi để dự báo ảnh hưởng của hoạt động magma Kainozoi.
    • Sụt lún thẳng đứng: Bằng chứng chân kè và móng công trình xây dựng cổ bị chìm sâu dưới đáy biển hàng trăm mét tại khu vực Bắc Cửa Đại nhưng vẫn giữ nguyên tư thế thẳng đứng (không bị nghiêng lệch), chứng minh sự sụt lún nền địa chất tuyệt đối theo phương thẳng đứng do hoạt động của đứt gãy.
  • Tai biến ngoại sinh và tổ hợp cộng hưởng:
    • Xói lở bờ biển: Phân hóa nâng hạ kiến tạo tạo ra sự tương phản đường bờ: bờ Nam Cửa Đại được nâng lên tạo bãi bồi mở rộng; ngược lại bờ Bắc Cửa Đại nằm trên cấu trúc sụt lún nên bị sóng biển xâm thực nghiêm trọng (đoạn Thịnh Mỹ, phường Cẩm An bị ăn sâu 30 m cuốn trôi 4 nhà; xã Duy Hải sạt lở 3–5 m; bãi biển Mỹ Khê sập bờ kè tạo vực sâu 1,5–2 m; bãi biển Hòa Trung tại Tam Kỳ sạt lở hơn 200 m, sâu 3 m vào tháng 3/2023).
    • Biến động dòng chảy và đoạt dòng: Đứt gãy gây sụt hạ tương đối phía sông Thu Bồn dẫn đến hiện tượng chuyển dòng và đoạt dòng từ sông Vu Gia sang sông Thu Bồn tại khu vực Đại Cường, thúc đẩy xâm thực ngang tại đoạn sông Quảng Huế.
    • Suy thoái và bồi lấp dòng sông: Sông Trường Giang và sông Bầu Xấu nằm trên cấu trúc nâng kiến tạo hiện đại, làm giảm độ dốc thủy lực, gây nghẽn dòng, bồi lắng và suy thoái dòng chảy.
    • Xâm nhập mặn: Đứt gãy kiến tạo tạo các phễu sụt hạ cục bộ tại Hội An, Kỳ Hà và hạ lưu sông Hàn, sông Thu Bồn, sông Tam Kỳ, dẫn nước biển xâm nhập sâu vào các tầng nước mặt và nước dưới đất.
    • Hoạt động thoát khí và nhiệt dịch: Đo nồng độ hoạt độ $^{222}\text{Rn}$ và phát hiện các đới phun khí tại Cửa Đại – Hội An, trạm nước khoáng nóng Phú Ninh, bể nước khoáng Hố Ông – Tây Viên – Quế Lâm dọc theo các đới đứt gãy hoạt động.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học

  1. Nhận dạng một cách có hệ thống đặc điểm hoạt động kiến tạo hiện đại khu vực bồn trũng Kainozoi Quảng Nam (phần đất liền) bằng tổ hợp phương pháp địa chất cấu tạo, địa mạo, viễn thám và địa vật lý phân giải cao (Boomer/Sparker).
  2. Lần đầu tiên áp dụng phương pháp định tuổi cộng hưởng thuận từ điện tử (ESR) trên 47 mẫu mùn thạch anh đứt gãy để xác lập bằng chứng định lượng về tuổi dịch chuyển Pleistocen muộn – Holocen của các hệ thống đứt gãy trong khu vực.
  3. Xác định tuổi tuyệt đối bằng phương pháp quang phát quang (OSL) trên các bậc thềm sông, khẳng định các thềm sông hình thành trong Holocen dưới sự khống chế của chuyển động nâng hạ kiến tạo.
  4. Tái lập trường ứng suất kiến tạo Pleistocen muộn – Holocen với trục nén ép cực đại $\sigma_1$ phương $(005 \pm 10)^\circ - (185 \pm 10)^\circ$; ứng dụng mô hình trượt cắt Riedel chứng minh 5 hệ thống đứt gãy ($F_1$ đến $F_5$) cùng hình thành trong một trường ứng suất duy nhất, trong đó hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam ($F_4$) là đới trượt chính (PDZ).
  5. Luận giải cơ chế chi phối của chuyển động đứt gãy và nâng hạ kiến tạo đối với sự tương phản xói lở – bồi tụ bờ biển Cửa Đại, hiện tượng đoạt dòng sông Vu Gia – Thu Bồn, sự suy thoái sông Trường Giang, nguy cơ động đất kích thích Sông Tranh 2 và các đới xâm nhập mặn.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Cần tích hợp các thông số vận động kiến tạo hiện đại (biên độ nâng hạ, đứt gãy hoạt động, gia tốc nền động đất) vào các mô hình tính toán quy hoạch không gian kinh tế – xã hội và kịch bản ứng phó biến đổi khí hậu tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng.
  • Thiết kế hệ thống công trình chỉnh trị bờ biển Cửa Đại, kè chống sạt lở sông Quảng Huế và công trình nạo vét lưu thông sông Trường Giang phải dựa trên bản đồ phân vùng nâng hạ kiến tạo cục bộ, tránh xây dựng kè cứng trên các đới đứt gãy sụt lún thẳng đứng đang hoạt động.
  • Duy trì mạng lưới trạm quan trắc địa chấn và trắc địa GPS định kỳ tại khu vực hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2 và các đới đứt gãy hoạt động nhằm cảnh báo sớm động đất kích thích.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào phần đất liền của bồn trũng Kainozoi Quảng Nam; các số liệu địa chấn nông phân giải cao (tuyến T7, CP09-TU1108) mới chỉ bao phủ một số dải ven bờ hạn chế, chưa mở rộng ra toàn bộ thềm lục địa lân cận. Số lượng mẫu định tuổi OSL thềm sông còn hạn chế (03 mẫu).
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng khảo sát địa chấn và đo vẽ cấu trúc kiến tạo hiện đại ra phần bồn trũng Kainozoi ngoài khơi biển Quảng Nam – Đà Nẵng; tăng cường mạng lưới lấy mẫu định tuổi ESR và OSL trên các bậc thềm sông và đới đứt gãy biển; thiết lập mô hình số trị mô phỏng tương tác động lực dòng chảy – sóng biển trên nền sụt lún kiến tạo chi tiết.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Địa chất, Địa mạo, Địa kỹ thuật: Luận án cung cấp quy trình phương pháp luận chuẩn xác về tích hợp phân tích cấu trúc đứt gãy, mô hình Riedel shear, viễn thám đa thời gian, DEM Swath profile và phương pháp định tuổi ESR mùn đứt gãy / OSL thềm sông.
  • Đối với giảng viên và các cơ quan nghiên cứu khoa học Trái đất: Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực tế về 5 hệ thống đứt gãy hoạt động, trường ứng suất kiến tạo trẻ và danh mục địa chấn chi tiết khu vực miền Trung Việt Nam.
  • Đối với các nhà quản lý quy hoạch và cơ quan phòng chống thiên tai: Chương 4 là tài liệu tham khảo trực tiếp cho việc lập quy hoạch đô thị ven biển (Đà Nẵng, Hội An, Tam Kỳ), xây dựng đê kè Cửa Đại, bảo vệ dòng chảy Vu Gia – Thu Bồn và cải tạo sông Trường Giang.

Câu hỏi thường gặp

1. Trường ứng suất kiến tạo giai đoạn Pleistocen muộn – Holocen tại khu vực nghiên cứu có đặc trưng gì?

Trường ứng suất kiến tạo giai đoạn Pleistocen muộn – Holocen trong khu vực là một trường ứng suất đồng nhất với trục ứng suất nén ép chính cực đại $\sigma_1$ định hướng theo phương khoảng $(005 \pm 10)^\circ - (185 \pm 10)^\circ$, góc dốc nghiêng khoảng $10^\circ - 20^\circ$ về phía Nam, điều khiển hoạt động đồng thời của 5 hệ thống đứt gãy theo mô hình trượt cắt Riedel.

2. Luận án đã sử dụng những phương pháp định tuổi tuyệt đối nào và khối lượng mẫu phân tích là bao nhiêu?

Tác giả đã phân tích 47 mẫu tuổi tuyệt đối bằng phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (ESR) trên thạch anh lấy từ mùn đứt gãy tại Đại học Okayama (Nhật Bản), 03 mẫu định tuổi thềm sông bằng phương pháp quang phát quang kích thích quang học (OSL) phân tích kích hoạt neutron tại Viện Năng lượng Nguyên tử Trung Quốc, cùng các dữ liệu phân tích tuổi đồng vị K-Ar trên đá basalt Kainozoi.

3. Đứt gãy hoạt động nào giữ vai trò là đới trượt chính (PDZ) trong bồn trũng Quảng Nam?

Hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam ($F_4$), có phương vị $(140^\circ - 150^\circ) - (320^\circ - 330^\circ)$ với cơ chế dịch trượt bằng phải hợp phần thuận (dextral normal), đóng vai trò là đới trượt chính (Principal Displacement Zone - PDZ) khống chế cấu trúc biến dạng của khu vực.

4. Vì sao bờ biển Cửa Đại có sự tương phản sâu sắc giữa phía Bắc (xói lở mạnh) và phía Nam (bồi tụ)?

Sự tương phản này do hoạt động nâng hạ kiến tạo cục bộ chi phối: phía Nam Cửa Đại nằm trên khối nâng kiến tạo tạo điều kiện tích tụ trầm tích và mở rộng bãi biển; ngược lại phía Bắc Cửa Đại nằm trên đới sụt lún kiến tạo thẳng đứng (thể hiện qua các công trình kè cổ bị chìm sâu dưới biển nhưng không bị nghiêng), làm gia tăng năng lượng sóng xâm thực và kéo sập bờ biển.

5. Số liệu thống kê động đất kích thích tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2 trong luận án như thế nào?

Trong giai đoạn 2011–2015, mạng lưới địa chấn đã ghi nhận 2637 trận động đất kích thích tại khu vực Bắc Trà My và lân cận do quá trình tích nước hồ chứa kích hoạt các đới đứt gãy xung yếu trẻ, trong đó có 19 trận động đất có độ lớn $M > 3,0$ độ Richter.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Quốc Hưng đã làm sáng tỏ đặc điểm kiến tạo hiện đại bồn trũng Kainozoi Quảng Nam (phần đất liền) thông qua tổ hợp phương pháp định lượng hiện đại như đo tuổi ESR mùn đứt gãy, OSL thềm sông, phân tích địa chấn Boomer/Sparker và mô hình Riedel shear. Công trình đã chứng minh sự tồn tại của 5 hệ thống đứt gãy hoạt động trong Pleistocen muộn – Holocen dưới một trường ứng suất nén ép duy nhất có trục cực đại phương $(005 \pm 10)^\circ - (185 \pm 10)^\circ$, tạo nên sự phân hóa nâng hạ khối tảng rõ rệt giữa khối nâng Tây Nam và vùng sụt hạ Đông Bắc. Kết quả nghiên cứu xác lập luận cứ khoa học khẳng định các vận động nội sinh giữ vai trò nền tảng, trực tiếp chi phối và cộng hưởng cùng các quá trình ngoại sinh gây nên các tai biến xói lở Cửa Đại, biến động dòng chảy Vu Gia – Thu Bồn, suy thoái sông Trường Giang, xâm nhập mặn và động đất kích thích Sông Tranh 2, cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy cho công tác quy hoạch phát triển bền vững và phòng chống thiên tai tại khu vực miền Trung.