Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ địa chất chuyên ngành Địa kiến tạo (mã số: 62 44 55 05) của nghiên cứu sinh Nguyễn Hữu Tuyên được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Chu Văn Ngợi và PGS. Cao Đình Triều (Hà Nội, 2012). Đề tài nghiên cứu mang tên: "Nghiên cứu địa động lực vùng Tuần Giáo và kế cận, xác lập cơ sở khoa học đánh giá và dự báo động đất".

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Hoạt động động đất có mối quan hệ biện chứng chặt chẽ với chế độ địa động lực hiện đại; động đất là hệ quả phản ánh chế độ kiến tạo và địa động lực hiện đại của khu vực. Việc nghiên cứu điều kiện địa động lực giúp làm sáng tỏ bản chất môi trường phát sinh động đất, cung cấp cơ sở khoa học cho minh giải hoạt động địa chấn, phục vụ công tác phân vùng và vi phân vùng động đất nhằm giảm thiểu tác hại thiên tai cho các công trình trọng điểm kinh tế, quốc phòng (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử, đô thị lớn). Vị trí phát sinh động đất thường tập trung tại các nơi xung yếu của vỏ Trái đất như ranh giới mảng, ranh giới khối cấu trúc địa chất, hệ thống đứt gãy và các nút giao cấu trúc.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả chỉ rõ: Các công trình đánh giá và dự báo động đất trước đây ở Việt Nam chủ yếu dựa trên cơ sở phương pháp phân tích thống kê động đất. Hướng tiếp cận này bộc lộ những hạn chế căn bản:

  • Sự thiếu hụt số liệu động đất và độ dài thời gian quan trắc ngắn hơn nhiều so với chu kỳ lặp lại tự nhiên của các trận động đất mạnh.
  • Các nghiên cứu thống kê phần lớn chỉ tập trung phân tích quy luật biểu hiện và phát sinh động đất bề mặt, chưa chú trọng giải quyết các điều kiện trực tiếp về bản chất vật lý của môi trường địa động lực sâu nơi tích tụ và giải phóng năng lượng đàn hồi.
  • Thiếu các tiêu chí định lượng tổng hợp để phân chia các khối cấu trúc địa động lực hiện đại và xác lập mối liên hệ giữa động lực học vỏ Trái đất với vị trí không gian của các nguồn sinh chấn tiềm năng.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Làm rõ đặc trưng địa động lực hiện đại khu vực nghiên cứu.
  2. Xác định các vùng nguồn phát sinh và dự báo khả năng phát sinh động đất mạnh.

Nhiệm vụ nghiên cứu

  1. Nghiên cứu đặc trưng phân khối cấu trúc và các đới đứt gãy chính (phân chia cấp bậc khối, ranh giới khối).
  2. Nghiên cứu đặc điểm địa động lực hiện đại (chuyển động thẳng đứng, chuyển động ngang, trường ứng suất, biên độ vận động).
  3. Nghiên cứu biểu hiện hoạt động động đất bao gồm cả cổ động đất trong vùng nghiên cứu.
  4. Xác lập các vùng nguồn phát sinh động đất và đánh giá khả năng phát sinh động đất với các cấp độ khác nhau.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các hoạt động kiến tạo, biến dạng hiện đại, trường ứng suất, tính chất lưu biến, trường trọng lực, các hệ thống đứt gãy kiến tạo, đặc trưng phân khối cấu trúc địa động lực vỏ Trái đất, các biểu hiện động đất lịch sử, động đất hiện đại và dấu vết hoạt động cổ động đất (paleo-earthquakes).
  • Phạm vi không gian: Phần diện tích đất liền thuộc phía bắc lãnh thổ Việt Nam (khu vực Tây Bắc), giới hạn trong khung tọa độ địa lý:
    • Vĩ độ Bắc: $\phi = 21^\circ 00' \div 22^\circ 30' \text{ N}$
    • Kinh độ Đông: $\lambda = 103^\circ 00' \div 104^\circ 30' \text{ E}$
  • Phạm vi thời gian: Tập trung vào thời kỳ địa động lực hiện đại tính từ Holocene trở lại đây (khoảng 11.500 năm trước đến nay), đồng thời xem xét tính kế thừa của các giai đoạn phát triển địa động lực Kainozoi (đặc biệt là giai đoạn Pliocene – Đệ Tứ).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Tác giả đã hệ thống hóa lịch sử nghiên cứu địa chất, kiến tạo, địa vật lý và động đất vùng Tây Bắc và Đông Nam Á qua các giai đoạn chính:

  1. Giai đoạn điều tra địa chất kiến tạo khu vực:

    • J. Fromaget (1937–1952) với Sơ đồ địa chất Đông Dương tỷ lệ 1:2.000.000, phân lập các đơn vị cấu trúc như "cánh cung Sông Mã", "nếp lồi Sầm Nưa", "cánh cung Phú Hoạt".
    • Saurin E. (1956) kế thừa phân vùng của Fromaget, nhấn mạnh vai trò của các nếp uốn lớn và chuyển động ngang làm phức tạp móng.
    • Các công trình của Ngô Thường San (1965), Trần Văn Trị và Gatinxki (1970), Trần Đức Lương (1970).
    • A. Dovjikov chủ biên công trình "Bản đồ địa chất miền Bắc Việt Nam" tỷ lệ 1:500.000 và chuyên khảo "Địa chất miền Bắc" (1960–1965), xác lập các đới cấu trúc Sông Mã, Sơn La, Sầm Nưa, Điện Biên.
    • Phân chia thạch quyển Tây Bắc thành 15 đới kiến trúc dựa trên tuổi hình thành vỏ lục địa và pha uốn nếp chính; đề tài cấp nhà nước KC-08-10 phân chia các hệ kiến tạo địa động lực (HKTĐĐL) Hoàng Liên Sơn, Sông Đà, Sông Mã, Mường Tè, Trường Sơn theo trường phái Gubbin.

  2. Giai đoạn nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất bằng phương pháp địa vật lý:

    • Phạm Khoản (1971) bước đầu xác định bề dày vỏ Trái đất phía bắc biến thiên từ 31–33 km ở ven biển tăng dần lên 45–47 km tại vùng giáp biên giới Trung Quốc.
    • Quách Văn Gừng (1978) phân tích trọng lực và từ hàng không xác định các mặt ranh giới cơ bản.
    • Cao Đình Triều (giai đoạn 1980–2000) xây dựng sơ đồ cấu trúc vỏ Trái đất phía Bắc qua quan hệ độ sâu các mặt ranh giới với trường trọng lực; thiết lập trường ứng suất thạch quyển Việt Nam bị nén ép theo phương vĩ tuyến và phương bắc – tây bắc.
    • Đặng Thanh Hải xác định chi tiết độ sâu mặt Mohor (24–26 km tại trũng Tú Lệ; 26–32 km từ đứt gãy Sông Đà đến Sông Mã; 28–32 km phía nam Sông Mã), độ sâu mặt Conrad (10–20 km, nâng cao 10–12 km tại Tú Lệ và Điện Biên – Sông Mã) và mặt móng kết tinh (1–2 km tại Tú Lệ, Lai Châu – Điện Biên – Sông Mã; 2–5 km tại dải Sông Đà – Sơn La).

  3. Mô hình tiến hóa địa động lực Kainozoi khu vực:

    • P. Tapponnier (1982, 1986) đưa ra mô hình va chạm đâm thụt của mảng Ấn – Úc vào mảng Âu – Á dẫn đến hiện tượng trồi trượt các địa khối (escape tectonics) về phía đông nam dọc theo các đứt gãy lớn, gây trượt bằng trái đứt gãy Sông Hồng và tách giãn Biển Đông kiểu pull-apart.
    • Briais A. (1993), Taylor B. và Hayes (1980, 1983), Hall (2002) phân tích quá trình hút chìm Proto Biển Đông và sự xoay khối Indochina theo chiều kim đồng hồ lớn hơn $12^\circ$.
    • Leloup (1993), Harrison và nnk (1992, 1996), Dewey và nnk (1989, 1996) xác lập 3 pha tiến hóa Kainozoi: Pha 1 (Eocene giữa – Oligocene sớm, 45–32 triệu năm), Pha 2 (Oligocene sớm – Miocene giữa, 32–16 triệu năm với biên độ trượt trái đứt gãy Sông Hồng khoảng 330–500 km), Pha 3 (Miocene giữa – nay, 16–0 triệu năm, chuyển pha sang trượt phải từ 8–5 triệu năm trước).
    • Số liệu GPS của Michel (2001a) và đề án GEODYSSEA chứng minh vận tốc hội tụ mảng khu vực Đông Nam Á đạt 10 cm/năm; khối Sundaland và Nam Trung Hoa trượt tương đối dọc đứt gãy Sông Hồng với vận tốc khoảng 24 mm/năm.
    • Nguyễn Trọng Yêm, Gusenco O.I (1996) phân tích cơ cấu chấn tiêu 12.000 trận động đất ($M_s \ge 4$) xác định sự luân phiên giữa trường ứng suất nén ép đông – tây và bắc – nam.

  4. Nghiên cứu tính địa chấn và dự báo động đất:

    • Ghi nhận lịch sử động đất: quận Nhật Nam (năm 114, nứt đất trên 35 km, cấp VIII), Yên Định – Nho Quan (năm 1635, cấp VIII), Hà Nội (năm 1276, 1278, 1285, cấp VIII).
    • Nguyễn Khắc Mão và Rezanop I. (1968) xây dựng sơ đồ phân vùng động đất miền Bắc đầu tiên.
    • Nguyễn Đình Xuyên (1978, 1996) hoàn thiện bản đồ phân vùng động đất Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000, xác định các đới phát sinh động đất mạnh với $M_{s\max} = 6,6 \div 7,0$ tại Sông Mã, Sơn La, Lai Châu – Điện Biên; tính toán hoạt độ địa chấn $A_{10} \ge 0,2$.
    • Lê Tử Sơn phân tích quan hệ tần suất – magnitude chia miền Bắc thành hai miền Đông Bắc và Tây Bắc.
    • Đo lặp thủy chuẩn chu kỳ 1963 và 1985 của Nguyễn Đình Lữ; đo GPS của Trần Đình Tô; tính biến dạng thẳng đứng Pliocene – Đệ Tứ của Ngô Gia Thắng.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án giải quyết khoảng trống về phương pháp luận và dữ liệu thực tế: chuyển đổi từ phương pháp thống kê động đất thuần túy sang hướng tiếp cận địa động lực học hiện đại kết hợp thuật toán nhận dạng hình học – cấu trúc. Cụ thể, luận án tích hợp các dữ liệu địa chất, cấu trúc sâu, trường địa vật lý, tham số địa mạo và dấu hiệu cổ địa chấn để khoanh định các khối cấu trúc địa động lực, xác định các ranh giới xung yếu (đứt gãy và nút giao cấu trúc), từ đó nhận dạng không gian phát sinh động đất mạnh tại vùng Tuần Giáo và lân cận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Kiến tạo mảng nội mảng (intra-plate tectonics): Khu vực nghiên cứu nằm trọn vẹn trong nội mảng thuộc khối Indochina, chịu tác động nén ép và truyền ứng suất do sự hội tụ, đâm thụt của mảng Ấn – Úc vào mảng Âu – Á.
  • Khái niệm Địa động lực hiện đại: Luận án tiếp thu quan điểm của V. Khain (1973), Edward A. Keller và Nicholas Pinter (về kiến tạo hoạt động/địa mạo kiến tạo) và Cao Đình Triều, xác định địa động lực hiện đại nghiên cứu các quá trình vật lý bên trong Trái đất chi phối hoạt động kiến tạo từ Holocene trở lại đây (khoảng 11.500 năm qua), có tính đến sự kế thừa của chu kỳ Kainozoi.
  • Khái niệm Cấu trúc địa động lực (CTĐĐL): Đơn vị cấu trúc vỏ Trái đất độc lập, đồng nhất tương đối về tổ hợp thạch kiến tạo, trường địa vật lý, trạng thái ứng suất và cơ chế biến dạng. Hệ thống phân loại nội mảng phân cấp theo cặp: Siêu khối – Ranh giới siêu khối; Khối – Ranh giới khối; Phụ khối – Ranh giới phụ khối (theo trường phái Gubbin, Gelfand, Alekseevskaya). Ranh giới khối là các đới đứt gãy sâu hoặc các nút giao cấu trúc (nodes) – nơi tập trung nguy cơ tích tụ ứng suất và phát sinh động đất.
  • Đứt gãy kiến tạo hoạt động (active fault): Các đứt gãy ghi nhận hoạt động dịch chuyển trong thời kỳ Holocene (11.500 năm đến nay).
  • Mô hình trạng thái ứng suất: Phương pháp kiến tạo vật lý Belousov khôi phục trường ứng suất từ hệ thống khe nứt; mô hình ứng suất Coulomb đánh giá biến thiên độ tập trung ứng suất nén/cắt.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án sử dụng một tổ hợp phương pháp liên ngành định tính và định lượng:

Tổ hợp phương pháp nghiên cứu của luận án
  1. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và mô hình số độ cao (DEM):
    • Sử dụng ảnh vệ tinh ASTER, Google (độ phân giải tới 15m) và dữ liệu DEM SRTM độ phân giải 30m bằng phần mềm Global Mapper 10.
    • Giải đoán các yếu tố dạng tuyến (DEM-lineament - D-L), nhận dạng các cấu trúc biến dạng trẻ, vách kiến tạo (facets), đới cắt trượt (shear zone) và bậc thềm bị dịch chuyển.
  2. Phương pháp trắc lượng hình thái địa mạo:
    • Tính toán chỉ số tỷ số chiều rộng đáy thung lũng trên chiều cao thung lũng ($V_f$) tại các khối cấu trúc để định lượng mức độ nâng bóc mòn.
    • Tính toán chỉ số độ khúc khuỷu chân núi ($S_{mf}$) để xác định mức độ hoạt động kiến tạo của các vách đứt gãy.
    • Xây dựng bản đồ bề mặt hình thái qua các hiệu số: đỉnh 3 – gốc 3, đỉnh 3 – gốc 2, đỉnh 2 – gốc 2.
  3. Phương pháp phân tích trường địa vật lý và cấu trúc sâu:
    • Minh giải tài liệu dị thường trọng lực Bouguer, dị thường từ hàng không ($\Delta Ta$), dị thường đẳng tĩnh, hệ số Poisson.
    • Phân tích 05 tuyến mặt cắt địa chất – địa vật lý khu vực và 08 tuyến trọng lực chi tiết tại các khu vực thủy điện Sơn La, Huội Quảng – Bản Chát.
    • Xác định độ sâu các mặt ranh giới cơ bản: mặt móng kết tinh, mặt Conrad và mặt Mohor.
  4. Phương pháp đo đạc biến dạng hiện đại:
    • Phân tích chu kỳ đo lặp thủy chuẩn hạng I, II (năm 1963 và 1985 theo số liệu của Nguyễn Đình Lữ) để xác định vận tốc nâng hạ thẳng đứng.
    • Phân tích dịch chuyển ngang hiện đại từ mạng lưới định vị toàn cầu GPS đo đạc năm 2002 và 2004 dọc theo các đứt gãy Lai Châu – Điện Biên và Sơn La – Sông Đà (số liệu Trần Đình Tô).
  5. Phương pháp cổ địa chấn (paleoseismology):
    • Khảo sát vết lộ, cấu trúc biến dạng trong trầm tích bở rời Kainozoi, tầng cuội tảng hỗn độn liên quan đến chấn động mạnh cổ xưa.
    • Lấy mẫu hữu cơ phân tích tuổi tuyệt đối bằng đồng vị Carbon phóng xạ ($C^{14}$) theo hai chuẩn chu kỳ bán rã: chuẩn truyền thống ($T_{1/2} = 5.570\text{ năm}$) và chuẩn mới ($T_{1/2} = 5.730 \pm 30\text{ năm}$).
    • Đánh giá magnitude động đất cổ dựa trên đồ thị tần suất lặp lại.
  6. Phương pháp mô hình hóa ứng suất và thuật toán nhận dạng dự báo động đất:
    • Mô phỏng biến đổi trường ứng suất Coulomb trên bề mặt và theo độ sâu.
    • Sử dụng phần mềm CORA3: gồm chương trình COD (thực hiện rời rạc hóa và mã hóa nhị phân ma trận 18 tham số đầu vào cho 70 nút giao cấu trúc) và chương trình PRAL (tính toán trọng số tham biến, phân nhóm nhận dạng các nút giao có nguy cơ phát sinh động đất với các ngưỡng $M_0 \ge 4,0$ và $M_0 \ge 5,0$).
    • Sử dụng phần mềm COSCAD: chồng chập không gian các trường địa vật lý và mật độ lineament, nhận dạng theo đối tượng mẫu chuẩn để khoanh định vùng nguy cơ động đất cực đại $M_s = 6,7 \div 6,8$.
    • Sử dụng phần mềm EDCAT và CATAL để chuẩn hóa danh mục động đất.

Nguồn tư liệu và dữ liệu nghiên cứu

  • Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 (Tổng cục Địa chất và Khoáng sản, 2005).
  • Bản đồ địa chất Đệ Tứ tỷ lệ 1:1.000.000 (Viện Địa chất, 1996).
  • Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer và bản đồ dị thường từ hàng không ($\Delta Ta$) do Liên đoàn Vật lý Địa chất xuất bản.
  • Dữ liệu mô hình số độ cao DEM từ nhiệm vụ SRTM của NASA (tháng 4 năm 2000).
  • Danh mục nước khoáng, nước nóng khu vực Tây Bắc.
  • Danh mục động đất Việt Nam giai đoạn 1900–2009.
  • Dữ liệu đo lặp thủy chuẩn và trắc địa GPS khu vực Tây Bắc.
  • Mẫu phân tích tuổi đồng vị $C^{14}$ tại Bình Lư 2, Phong Thổ 2 và vùng chấn tâm động đất Tuần Giáo.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về kiến tạo, địa động lực và động đất vùng Tuần Giáo và kế cận

Chương 1 (dài 21 trang, 6 hình vẽ) tổng kết vị trí kiến tạo của vùng nghiên cứu thuộc khối Indochina, nằm kẹp giữa các đới đứt gãy quy mô khu vực. Quá trình tiến hóa địa động lực Kainozoi khu vực chịu sự tương tác luân phiên giữa đụng độ va mảng Ấn – Úc vào Âu – Á và tương tác rìa Thái Bình Dương qua 3 pha kiến tạo:

  • Pha 1 (45–32 triệu năm): Bắt đầu co dồn vỏ lục địa, dày vỏ tại Tây Tạng lên 70 km, uốn cong các cấu trúc cổ.
  • Pha 2 (32–16 triệu năm): Ấn Độ đâm thụt mạnh vào châu Á, nâng cao nguyên Tây Tạng, đứt gãy Sông Hồng trượt bằng trái với biên độ dịch chuyển lớn ($330 \div 500\text{ km}$), tách giãn tạo vỏ đại dương Biển Đông diễn ra từ 32 đến 16 triệu năm trước.
  • Pha 3 (16 triệu năm đến nay): Chuyển đổi cơ chế dịch chuyển tương đối, đứt gãy Sông Hồng đảo chiều từ trượt bằng trái sang trượt bằng phải trong khoảng 8–5 triệu năm trước đến nay.

Về tính địa chấn, chương này tổng kết các ghi nhận động đất lịch sử và hiện đại; các đới Sông Hồng, Sông Mã, Lai Châu – Điện Biên, Tuần Giáo ghi nhận hoạt độ động đất $A_{10} \ge 0,2$. Tác giả chỉ ra rằng các mô hình phân vùng động đất trước đây chủ yếu dựa vào thống kê tần suất xuất hiện, chưa giải quyết được bản chất cơ học của môi trường tích lũy năng lượng và chưa xác định cụ thể các nút giao cấu trúc có khả năng phát sinh động đất.

Chương 2. Phương pháp luận và hệ phương pháp nghiên cứu

Chương 2 (dài 27 trang, 10 hình vẽ) trình bày cơ sở lý thuyết về phân chia đơn vị cấu trúc địa động lực nội mảng (phân định khối và ranh giới khối), nguyên lý xác lập các nút giao cấu trúc (nodes) là vị trí tích tụ tập trung ứng suất biến dạng. Chương này mô tả chi tiết:

  • Quy trình phân tích DEM 30m bằng Global Mapper 10 để vẽ các mặt cắt địa hình (AA', BB') và lập mô hình 3D cho các đứt gãy Sông Đà, Mường Than – Khánh Yên, Lai Châu – Điện Biên, Phong Thổ, Mường La – Bắc Yên.
  • Phương pháp tính toán hai chỉ số trắc lượng địa mạo: tỷ số chiều rộng đáy thung lũng trên chiều cao thung lũng ($V_f$) và chỉ số khúc khuỷu chân núi ($S_{mf}$).
  • Quy trình phân tích 05 tuyến kết hợp địa chất – địa vật lý cắt qua khu vực nghiên cứu.
  • Cơ sở tính toán trường biến đổi ứng suất Coulomb.
  • Quy trình nhận dạng động đất trên máy tính qua phần mềm CORA3 (sử dụng chương trình COD để mã hóa nhị phân dữ liệu địa chất – địa mạo – địa vật lý và chương trình PRAL để nhận dạng nút nguy hiểm) và phần mềm COSCAD.

Chương 3. Biểu hiện hoạt động địa động lực hiện đại vùng Tuần Giáo và kế cận

Chương 3 (dài 81 trang, 42 hình vẽ, 5 bảng biểu) là chương trọng tâm về mặt thực chứng của luận án. Tác giả đã phân tích toàn diện các trường địa vật lý và địa mạo:

  1. Phân khối cấu trúc địa động lực: Trên cơ sở bản đồ dị thường từ, trọng lực, hệ số Poisson, dị thường đẳng tĩnh, chiều sâu mặt móng kết tinh, mặt Conrad, mặt Mohor, mật độ lineament và các bản đồ hiệu số đỉnh – gốc (đỉnh 3 – gốc 3, đỉnh 3 – gốc 2, đỉnh 2 – gốc 2), tác giả xác lập 06 khối cấu trúc địa động lực cấp II:
    • Khối cấp II Hoàng Liên Sơn
    • Khối cấp II Sông Đà
    • Khối cấp II Sơn La
    • Khối cấp II Sông Mã
    • Khối cấp II Sốp Cộp
    • Khối cấp II Điện Biên
  2. Hệ thống đứt gãy ranh giới khối:
    • Đới đứt gãy cấp I: Đới đứt gãy Sông Hồng.
    • Đới đứt gãy cấp II: Đới Lai Châu – Điện Biên (trượt bằng trái hiện đại), đới Sông Đà, đới Sơn La, đới Sông Mã, đới Mường La – Bắc Yên, đới Phong Thổ – Than Uyên.
    • Đới đứt gãy cấp III: Đứt gãy Tây Pu Sam Cáp (vách kiến tạo facets nghiêng về tây nam), Đông Pu Sam Cáp, Mường Than – Khánh Yên, đới đứt gãy kinh tuyến Tây và Đông Tuần Giáo.
Khối CTĐĐL cấp II Giới hạn và đặc điểm cấu trúc vỏ Biểu hiện vận động thẳng đứng hiện đại
Hoàng Liên Sơn Nằm phía đông bắc vùng nghiên cứu; ranh giới là đới Sông Hồng và đứt gãy Phong Thổ - Than Uyên. Vỏ dày, Conrad sâu 12–14 km. Nâng mạnh mẽ; tốc độ đo lặp thủy chuẩn đạt $5 \div 6\text{ mm/năm}$.
Sông Đà Nằm giữa đứt gãy Phong Thổ - Than Uyên và đới Sông Đà; đặc trưng cấu tạo trũng phức tạp. Nâng trung bình; tốc độ đo lặp thủy chuẩn đạt $1 \div 3\text{ mm/năm}$.
Sơn La Nằm giữa đới đứt gãy Sông Đà và đới Sơn La; móng kết tinh phân bố dạng khối đồng tâm sâu 2–5 km. Xu thế sụt hạ kiến tạo; khu vực Sơn La hạ $\sim 2\text{ mm/năm}$, Yên Châu hạ lớn nhất $2,5\text{ mm/năm}$.
Sông Mã Nằm dọc đới đứt gãy Sông Mã; Moho sâu 28–32 km, mặt Conrad nâng cao 10–12 km. Chuyển động phân dị, nâng yếu đến trung bình xen kẽ các ô trũng cục bộ.
Sốp Cộp Nằm ở rìa tây nam, tiếp giáp biên giới Việt – Lào; trường trọng lực và đẳng tĩnh phân dị mạnh. Ổn định tương đối, nâng chậm trong Pliocene – Đệ Tứ.
Điện Biên Phát triển dọc thung lũng đứt gãy trượt bằng kinh tuyến Lai Châu – Điện Biên; dị thường đẳng tĩnh bất đối xứng. Hạ sụt hiện đại; khu vực Tuần Giáo ghi nhận hạ lún với vận tốc $\sim 2\text{ mm/năm}$.
  1. Đặc trưng vận động kiến tạo:
    • Vận động thẳng đứng: Bất cân bằng đẳng tĩnh thể hiện rõ nét; chuyển động nâng mạnh nhất tập trung ở rìa đới Hoàng Liên Sơn ($v = 5 \div 6\text{ mm/năm}$); khu vực Thuận Châu, Mai Sơn, nam Sông Đà nâng trung bình ($1 \div 3\text{ mm/năm}$); khu vực Tuần Giáo và Sơn La đang sụt hạ với tốc độ $\sim 2\text{ mm/năm}$ (hạ mạnh nhất ở Yên Châu đạt $2,5\text{ mm/năm}$). Các giá trị này được kiểm chứng qua chỉ số đáy thung lũng $V_f$ (Bảng 3.2).
    • Vận động ngang: Số liệu trắc địa GPS (Trần Đình Tô) và phân tích chỉ số khúc khuỷu chân núi $S_{mf}$ (Bảng 3.3) ghi nhận chuyển dịch trượt bằng trái rõ rệt dọc đới Lai Châu – Điện Biên. Bảng 3.5 tổng hợp tốc độ dịch chuyển trung bình các đứt gãy chính giai đoạn $N_2 - Q$.
    • Trường ứng suất và mô hình Coulomb: Mô phỏng Coulomb chỉ ra dải tập trung ứng suất hiện đại phương bắc tây bắc – nam đông nam (BTB – NĐN) dọc đới Lai Châu – Điện Biên. Nơi tập trung ứng suất cao nhất nằm ở phía tây đới Tuần Giáo – Tủa Chùa tạo thành dải dài 68 km, rộng 9 km với giá trị từ $0,5 \div 4\text{ bar}$, một số tâm điểm vượt quá $4\text{ bar}$.

Chương 4. Nghiên cứu đánh giá và dự báo động đất vùng Tuần Giáo và kế cận

Chương 4 (dài 27 trang, 20 hình vẽ, 7 bảng biểu) trình bày kết quả dự báo chấn động:

  1. Hoạt động địa chấn và nghiên cứu cổ động đất:
    • Xây dựng danh mục động đất giai đoạn 1900–2009 qua các chương trình EDCAT, CATAL; lập sơ đồ chấn tiêu 2D và 3D đối sánh với mô hình Scholz (1990).
    • Tiến hành khảo sát thực địa, mô tả vết lộ và đào hào cổ địa chấn tại 3 điểm trọng điểm: Bình Lư 2 (điểm 18), Phong Thổ 2 (điểm 2) và khu vực chấn tâm Tuần Giáo.
    • Kết quả phân tích tuổi tuyệt đối Carbon phóng xạ ($C^{14}$) của các tầng đất đá bị biến dạng, nứt nẻ và trượt lở hỗn độn:
      • Tính theo chu kỳ bán rã truyền thống ($T_{1/2} = 5.570\text{ năm}$): Bảng 4.2.
      • Tính theo chu kỳ bán rã mới ($T_{1/2} = 5.730 \pm 30\text{ năm}$): Bảng 4.3.
    • Tính toán giá trị magnitude cho các trận động đất cổ theo đồ thị lặp lại động đất (Bảng 4.4).
  2. Quy trình và kết quả đánh giá nút giao cấu trúc bằng thuật toán CORA3:
    • Xác lập 70 nút giao cấu trúc (nodes) trên cơ sở sơ đồ cấu trúc địa động lực (Hình 4.13).
    • Thu thập ma trận 18 tham số đầu vào (thuộc các nhóm địa vật lý, địa chất, địa mạo, hình thái đứt gãy) cho mỗi nút giao (Bảng 4.6).
    • Rời rạc hóa và mã hóa nhị phân dữ liệu bằng chương trình COD (Hình 4.9, 4.10).
    • Tính toán trọng số tham biến và nhận dạng nút nguy hiểm bằng chương trình PRAL (Hình 4.11, 4.12).
    • Kết quả phân loại: Lập danh mục và sơ đồ dự báo các nút giao cấu trúc có nguy cơ phát sinh động đất với ngưỡng $M_0 \ge 4,0$ (Hình 4.14, Phụ lục 6) và ngưỡng $M_0 \ge 5,0$ (Hình 4.15, Phụ lục 8).
  3. Dự báo vùng phát sinh động đất cực đại bằng phần mềm COSCAD:
    • Chồng chập tài liệu dị thường từ, trọng lực và mật độ lineament (Hình 4.16).
    • Nhận dạng theo đối tượng mẫu chuẩn (Hình 4.17, 4.18, Phụ lục 9).
    • Thành lập sơ đồ khoanh định các vùng nguy cơ xuất hiện động đất mạnh với magnitude $M_s = 6,7 \div 6,8$ (Hình 4.19, 4.20).
Phương pháp / Phần mềm Số lượng nút giao / Tham số đầu vào Ngưỡng Magnitude dự báo Vị trí phân bố nguồn sinh chấn
CORA3 (chương trình COD và PRAL) 70 nút giao cấu trúc; 18 tham số địa chất, địa vật lý, địa mạo. $M_0 \ge 4,0$ và $M_0 \ge 5,0$ Phân bố dọc đới đứt gãy Lai Châu – Điện Biên và Sông Đà (ranh giới các khối Sông Đà, Mường Tè, Mường Mô).
COSCAD (chồng chập trường địa vật lý và lineament) Ma trận dữ liệu từ, trọng lực, mật độ lineament đối sánh mẫu chuẩn. $M_s = 6,7 \div 6,8$ Phân bố tại ranh giới phân chia giữa các khối CTĐĐL: Hoàng Liên Sơn, Sơn La, Sông Mã và Sốp Cộp.
Đồng vị Carbon phóng xạ $C^{14}$ Mẫu phân tích tại Bình Lư 2, Phong Thổ 2, chấn tâm Tuần Giáo. Khôi phục chấn động cổ qua đồ thị lặp lại Các vết lộ sạt lở đứt gãy Phong Thổ – Mù Căng Chải và đới Tuần Giáo.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học

  1. Xác lập sơ đồ phân chia các khối cấu trúc địa động lực vỏ Trái đất vùng Tuần Giáo và kế cận trên cơ sở tích hợp đồng bộ các trường địa vật lý (trọng lực, từ, đẳng tĩnh, hệ số Poisson), cấu trúc các mặt ranh giới sâu (móng kết tinh, Conrad, Mohor), các chỉ số trắc lượng hình thái địa mạo ($V_f, S_{mf}$, hiệu số đỉnh – gốc), giải đoán ảnh viễn thám DEM 30m và số liệu động đất. Sơ đồ này phản ánh chi tiết điều kiện môi trường vật lý liên quan trực tiếp đến hoạt động địa chấn.
  2. Lần đầu tiên tại khu vực nghiên cứu, tác giả ứng dụng nguyên tắc nhận dạng cấu trúc theo thuật toán CORA3 (thông qua chương trình COD và PRAL với hệ 18 tham số đầu vào) để đánh giá và dự báo nguy cơ phát sinh động đất tại 70 nút giao cấu trúc theo các ngưỡng magnitude $M_0 \ge 4,0$ và $M_0 \ge 5,0$.
  3. Ứng dụng giải thuật COSCAD chồng chập trường địa vật lý và lineament theo mẫu chuẩn để dự báo các vùng nguy cơ xuất hiện động đất cực đại với magnitude $M_s = 6,7 \div 6,8$.
  4. Bổ sung phương pháp luận nghiên cứu cổ địa chấn (paleoseismology), sử dụng phân tích tuổi tuyệt đối Carbon phóng xạ $C^{14}$ (theo chuẩn chu kỳ bán rã 5.570 năm và 5.730 năm) để khôi phục dấu vết các trận động đất cổ trong Holocene dọc theo các đới đứt gãy trẻ.

Kết quả thực tiễn và giải pháp đề xuất

  1. Xác định 06 khối cấu trúc địa động lực cấp II: Hoàng Liên Sơn, Sông Đà, Sơn La, Sông Mã, Sốp Cộp, Điện Biên; làm rõ đặc trưng phân dị vận động thẳng đứng (nâng 5–6 mm/năm ở Hoàng Liên Sơn, hạ 2 mm/năm ở Tuần Giáo và hạ 2,5 mm/năm ở Yên Châu) và dịch chuyển ngang (trượt bằng trái dọc đới Lai Châu – Điện Biên).
  2. Khoanh định không gian các vùng nguồn phát sinh động đất:
    • Nguồn phát sinh động đất mạnh với magnitude $M_s = 6,7 \div 6,8$ xảy ra tại ranh giới giữa các khối CTĐĐL cấp II: Hoàng Liên Sơn, Sơn La, Sông Mã, Sốp Cộp.
    • Nguồn phát sinh động đất với magnitude $M_0 = 4,0 \div 5,0$ phân bố tập trung trên đới đứt gãy Lai Châu – Điện Biên và Sông Đà (ranh giới các khối Sông Đà, Mường Tè và Mường Mô).
  3. Cung cấp cơ sở khoa học, tập bản đồ chuyên đề và danh mục vị trí các nút giao nguy hiểm phục vụ trực tiếp cho công tác phân vùng và vi phân vùng địa chấn chi tiết, đánh giá độ nguy hiểm động đất cho các công trình thủy điện bậc thang trên dòng sông Đà (Sơn La, Huội Quảng, Bản Chát), các công trình hạ tầng giao thông và quy hoạch đô thị tại vùng Tây Bắc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Mạng lưới các trạm quan trắc trắc địa vệ tinh GPS và các tuyến đo lặp thủy chuẩn trong vùng nghiên cứu còn thưa thớt, thời gian quan trắc giữa các chu kỳ còn ngắn nên việc đánh giá vận tốc biến dạng hiện đại tức thời trên từng nhánh đứt gãy nhỏ còn hạn chế.
  • Số lượng đi