Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ vật lý của tác giả Nguyễn Kim Dũng với đề tài "Nghiên cứu áp dụng hệ phương pháp phân tích, xử lý hiện đại xác định cấu trúc móng trước Kainozoi trên một số bể trầm tích thuộc thềm lục địa Việt Nam theo tài liệu Trọng lực" được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội (chuyên ngành Vật lý địa cầu, mã số 62440111) dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Đỗ Đức Thanh và TS. Hoàng Văn Vượng (cùng sự tham gia cố vấn của GS. Bùi Công Quế). Công trình hoàn thành năm 2018, tập trung giải quyết bài toán định lượng và làm sáng tỏ bức tranh cấu trúc bên trong tầng móng trước Kainozoi ở thềm lục địa Việt Nam.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Thềm lục địa Việt Nam có diện tích rộng lớn với nhiều bể trầm tích chứa tiềm năng dầu khí quan trọng như Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay - Thổ Chu, Tư Chính - Vũng Mây. Trước thời điểm nghiên cứu, phần lớn các công trình điều tra địa chất – địa vật lý biển chỉ tập trung nghiên cứu tầng phủ trầm tích Kainozoi và các mặt ranh giới cơ bản như nóc móng trước Kainozoi, mặt Conrat hay ranh giới Moho. Trong khi đó, cấu trúc bên trong tầng móng trước Kainozoi (lớp nằm dưới lớp phủ trầm tích Kainozoi và trên mặt Moho) chưa được quan tâm tương xứng.

Các nghiên cứu trước đây về mật độ và đứt gãy trong móng chủ yếu sử dụng phương pháp phân tích định tính (Bùi Công Quế và nnk, 1996, 1998) hoặc phương pháp tương quan thống kê với độ chính xác hạn chế (Cao Đình Triều và nnk, 2009). Một số công trình giải bài toán ngược 2D (Đỗ Đức Thanh và nnk, 2008) tuy mang lại hiệu quả nhất định nhưng chưa thể hiện được bức tranh ba chiều (3D) đồng bộ và hoàn chỉnh. Luận án được triển khai nhằm lấp đầy khoảng trống này bằng cách thiết lập và áp dụng một tổ hợp phương pháp phân tích, xử lý dữ liệu trọng lực 3D hiện đại để xác định phân bố mật độ, cấu trúc khối tảng và hệ thống đứt gãy trong móng.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu chính:

  1. Nâng cao hiệu quả việc xác định cấu trúc bên trong móng trước Kainozoi bằng một hệ phương pháp phân tích, xử lý tài liệu trọng lực hiện đại phục vụ công tác nghiên cứu cấu trúc sâu, tìm kiếm và thăm dò khoáng sản trên thềm lục địa Việt Nam.
  2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc tầng đá móng trước Kainozoi theo tài liệu trọng lực trên một số bể trầm tích thuộc thềm lục địa Việt Nam.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu trên, luận án đặt ra hai nhiệm vụ cụ thể:

  1. Nghiên cứu áp dụng hệ phương pháp phân tích, xử lý hiện đại (bài toán ngược 3D, trị riêng của tensor gradient trọng lực, đạo hàm tín hiệu giải tích theo hướng kết hợp giải chập Euler) nhằm xác định cấu trúc bên trong móng trước Kainozoi theo tài liệu trọng lực; xây dựng các chương trình máy tính tương ứng và thử nghiệm trên mô hình số cùng tài liệu thực tế.
  2. Xác định sự phân bố khối cấu trúc - mật độ và hệ thống đứt gãy để làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc bên trong móng trước Kainozoi trên một số bể trầm tích trọng điểm theo hệ phương pháp đề xuất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc bên trong móng trước Kainozoi (phân bố mật độ đất đá, cấu trúc khối tảng, hệ thống đứt gãy nội móng).
  • Phạm vi không gian: Các bể trầm tích chính trên thềm lục địa Việt Nam, tập trung thử nghiệm và minh giải chi tiết tại bể trầm tích Sông Hồng (khu vực miền Bắc) và phần thềm lục địa Đông Nam Việt Nam (bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn).
  • Phạm vi dữ liệu: Tài liệu dị thường trọng lực tàu biển (Gagarinsky, Atalante), tài liệu trọng lực vệ tinh (SIO, NGDC), dữ liệu dị thường trọng lực đề tài KC09-02 (tỷ lệ 1:1.000.000), bề dày trầm tích Kainozoi, độ sâu ranh giới Moho và tài liệu địa chấn 2D/giếng khoan hiện có.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa lịch sử nghiên cứu địa chất – địa vật lý trên thềm lục địa Việt Nam và Biển Đông qua các giai đoạn lịch sử cùng tổng quan các phương pháp trọng lực sâu trong và ngoài nước.

Lịch sử nghiên cứu địa chất – địa vật lý biển Việt Nam

  • Giai đoạn trước 1975: Hoạt động điều tra do các nhà khoa học Pháp và phương Tây khởi xướng từ năm 1922 với Viện Hải dương học Nha Trang, tàu De Lanesson (công trình của R. Kpempt, Wyrtki, Lafond, LeLoup, E. Saurin). Giai đoạn 1959–1961, Viện Scripps (Hoa Kỳ) cùng chính quyền miền Nam Việt Nam và Thái Lan triển khai chương trình NAGA khảo sát địa hình, trầm tích vịnh Thái Lan và vùng biển Đông Nam (Park, Emery, Robinson). Giai đoạn 1965–1972, Hải quân Hoa Kỳ và các tổ chức quốc tế thực hiện đo từ hàng không, đo địa chấn phản xạ (Alpine Geophysical đo 19.500 km, Ray Geophysical Mandrel đo 12.121 km, GSI đo 5.000 km, nâng tổng tuyến địa chấn lên 87.908 km). Ở phía Bắc, chương trình hợp tác Việt Nam – Trung Quốc (1959–1962) khảo sát tổng hợp vịnh Bắc Bộ với 6 tàu. Thăm dò dầu khí giai đoạn 1967–1975 do Mandrell, Mobil, Exxon, Union, Texas, Marathon thực hiện đã phác thảo các bồn trũng ban đầu.
  • Giai đoạn 1975–2000: Sau năm 1975, Tổng cục Dầu khí Việt Nam hợp tác với Liên Xô và trên 30 công ty quốc tế thực hiện khảo sát địa vật lý và khoan thăm dò quy mô lớn. Các chương trình hợp tác với Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô (sau là CHLB Nga) sử dụng tàu Bogorop, Nexmetanop, Gagarinsky, Geophysics, Vulcanolog. Hợp tác quốc tế mở rộng với Pháp (tàu Atalante, chương trình Ponaga 1993), Đức (tàu Sonne 1996–2005). Các chương trình biển cấp nhà nước triển khai liên tục: Chương trình Thuận Hải – Minh Hải (1977–1980, Lê Văn Cự, Hồ Đắc Hoài, Ngô Thường San); Chương trình 48-06 (1981–1985, Hồ Đắc Hoài); Chương trình KT-03-02 (1991–1995, Bùi Công Quế, Nguyễn Giao); Chương trình KHCN-06-04, KHCN-06-12 (1996–2000, Bùi Công Quế, Nguyễn Thế Tiệp); Đề tài 48-B-3-2 (1996–2000, Bùi Công Quế, Nguyễn Hiệp) thành lập bản đồ trọng lực, từ tỷ lệ 1:500.000 và 1:200.000. Đáng chú ý là công trình của Văn Đức Chương (1991) chia móng trũng Hà Nội thành 3 đới (Tây Nam, Trung Tâm, Đông Bắc), và phát hiện dầu trong móng nứt nẻ của Phan Trung Điền (1995, 1997).
  • Giai đoạn từ năm 2000 đến 2018: Công bố các công trình chuyên khảo lớn như Biển Đông Tập III (Mai Thanh Tân chủ biên, 2003), Địa chất và tài nguyên dầu khí Việt Nam (Nguyễn Hiệp chủ biên, 2005), Atlas điều kiện tự nhiên và môi trường vùng biển Việt Nam đề tài KC.09-24 (Nguyễn Thế Tiệp chủ biên, 2006, gồm bản đồ các bể trầm tích của Phùng Văn Phách, bản đồ đẳng dày Kainozoi của Phạm Huy Tiến, bản đồ địa chất của Trần Nghi). Năm 2016, Nguyễn Thu Huyền và nnk cập nhật cấu trúc nóc móng trước Kainozoi từ hơn 21.000 km tuyến địa chấn 2D (dự án PVN12).

Tổng quan phương pháp trọng lực và vị trí của luận án

  • Nghiên cứu quốc tế:
    • Bài toán phân chia mật độ và ranh giới: Talwani (1959), Bhattacharyya & Nivolio (1975), Murthy & Rao (1989) phát triển mô hình đa giác 2D; Talwani & Ewing (1960), Cordell & Henderson (1968) giải bài toán ngược 3D bằng phương pháp lựa chọn; Rasmussen & Pedersen (1979) giải bài toán 2.5D; Oldenburg (1974), Parker (1973), Gomez-Ortiz (2011), Bagherbandi (2006) giải bài toán ngược trong miền tần số và thuật toán tìm mặt Moho.
    • Xác định biên và độ sâu nguồn: Phương pháp gradient chuẩn hóa toàn phần NFG (Berezkin, 1967; Karsli, 2015), đạo hàm thẳng đứng bậc hai SVD (Berezkin, 1977), gradient ngang cực đại (Cordell, 1979; Blakely & Simpson, 1985).
    • Tensor gradient trọng lực và giải chập Euler: Mickus và nnk (2004), Oruc (2013), Zhou (2013), Beiki (2010, 2011) nghiên cứu tensor gradient trọng lực (GGT) và tensor độ cong trọng lực (CGGT). Pedersen (2000), Reid (1990, 2014), Cooper (2014) hoàn thiện giải chập Euler (ED) và lựa chọn chỉ số cấu trúc (Structural Index - SI).
  • Nghiên cứu trong nước: Đỗ Đức Thanh (1997–2013) nghiên cứu bài toán ngược xác định chiều sâu ranh giới và mật độ móng; Cao Đình Triều (1999–2012) phân tích đứt gãy và phân loại đá móng bằng tổ hợp gradient; Hoàng Văn Vượng (1996–2011) áp dụng phương pháp tương quan mật độ; Võ Thanh Sơn (2005, 2007) và Lê Huy Minh (2005) nghiên cứu tín hiệu giải tích 3D và Euler deconvolution.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam về móng trước Kainozoi dừng lại ở mức 2D hoặc sử dụng phương pháp tương quan có độ phân giải thấp, chưa tích hợp đồng thời việc bóc lớp dị thường 3D để tách trường móng, giải bài toán ngược mật độ 3D, phân định ranh giới khối cấu trúc bằng trị riêng tensor CGGT và định vị độ sâu đứt gãy bằng giải chập Euler tại các mức nâng trường khác nhau.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng và kết hợp hệ 3 phương pháp toán – địa vật lý xử lý dữ liệu trọng lực:

                            [Trường trọng lực quan sát (Δg_obs)]
         [Bóc lớp dị thường 3D]                          [Biến đổi trường & Gradient]
[Lọc trường trầm tích]    [Lọc trường phông Moho]  [Tensor độ cong CGGT]  [Tín hiệu giải tích theo hướng]
(Thuật toán Bhaskara Rao) (Nâng trường & đa thức)  (Tính trị riêng λ1, λ2) (Kết hợp Euler Deconvolution)
       [Dị thường móng dư (Δg_bas)]          [Ranh giới khối móng]     [Vị trí & độ sâu đứt gãy]
                              [MÔ HÌNH CẤU TRÚC MÓNG TRƯỚC KAINOZOI]

1. Phương pháp giải bài toán ngược 3D xác định phân bố mật độ móng trước Kainozoi

  • Nguyên lý bóc lớp dị thường: Trường dị thường quan sát $\Delta g_{obs}$ được xem là tổng hợp của dị thường do lớp trầm tích $\Delta g_{sed}$, do ranh giới Moho $\Delta g_{reg}$ (trường phông khu vực) và do sự bất đồng nhất mật độ trong móng trước Kainozoi $\Delta g_{bas}$: $$\Delta g_{bas}(i,j) = \Delta g_{obs}(i,j) - \Delta g_{sed}(i,j) - \Delta g_{reg}(i,j)$$
  • Tính trường trầm tích: Áp dụng công thức tính hiệu ứng trọng lực của lăng trụ thẳng đứng (Bhaskara Rao, 1986). Mật độ dư lớp trầm tích suy giảm theo độ sâu theo hàm bậc hai: $$\Delta\sigma(z) = -0{,}635 + 0{,}125z - 0{,}007z^2$$
  • Tách trường phông khu vực tối ưu: Kết hợp phương pháp nâng trường lên các độ cao khác nhau $\Delta g_{up}$ và phương pháp xấp xỉ đa thức bậc 7 $\Delta g_{pol}$. Mức nâng trường tối ưu được chọn khi hệ số tương quan $R$ giữa hai phương pháp đạt giá trị cực đại: $$R = \frac{\sum_{i=1}^M \sum_{j=1}^N \Delta g_{pol}(i,j) \cdot \Delta g_{up}(i,j)}{\sqrt{\sum_{i=1}^M \sum_{j=1}^N (\Delta g_{pol}(i,j))^2 \cdot \sum_{i=1}^M \sum_{j=1}^N (\Delta g_{up}(i,j))^2}}$$
  • Giải bài toán ngược bằng phương pháp lựa chọn: Chia lớp móng thành mạng lưới $M \times N$ lăng trụ thẳng đứng (đáy trên $Z_t$ là nóc móng, đáy dưới $Z_b$ là mặt Moho). Mật độ ban đầu ước tính trực tiếp: $$\Delta\sigma_{bas}^{(0)}(i,j) = \frac{\Delta g_{bas}(i,j)}{2\pi f (Z_b(i,j) - Z_t(i,j))}$$ Trong các bước lặp tiếp theo, độ lệch trường $\Delta g_{dev} = \Delta g_{bas} - \Delta g_{cal}$ được dùng để hiệu chỉnh mật độ dư lăng trụ: $$\delta\sigma_{bas}(i,j) = \frac{\Delta g_{dev}(i,j)}{2\pi f (Z_b(i,j) - Z_t(i,j))}$$ Quá trình dừng lại khi sai số bình phương trung bình $R_{ms} \le \varepsilon$.

2. Phương pháp xác định biên của nguồn gây dị thường bằng giá trị riêng (Tensor CGGT)

  • Cơ sở lý thuyết: Dựa trên tensor độ cong gradient trọng lực 2D (Curvature Gravity Gradient Tensor - CGGT) cấu thành từ 4 thành phần đạo hàm cấp hai theo phương ngang của thế hấp dẫn $U$: $$CGGT = \begin{bmatrix} g_{xx} & g_{xy} \ g_{yx} & g_{yy} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \frac{\partial^2 U}{\partial x^2} & \frac{\partial^2 U}{\partial x \partial y} \ \frac{\partial^2 U}{\partial y \partial x} & \frac{\partial^2 U}{\partial y^2} \end{bmatrix}$$
  • Trị riêng và nhận dạng ranh giới: Phương trình đặc trưng bậc hai cho hai giá trị riêng $\lambda_1, \lambda_2$ ($\lambda_1 \ge \lambda_2$). Ranh giới biên ngang của các khối cấu trúc mật độ được định vị chính xác tại vị trí các đường đồng mức $\lambda_2 = 0$ hoặc cực trị của định thức $\det(CGGT)$.

3. Phương pháp đạo hàm tín hiệu giải tích theo hướng kết hợp giải chập Euler

  • Đạo hàm tín hiệu giải tích theo hướng: Tăng cường độ phân giải các ranh giới tuyến tính (đứt gãy) và giảm thiểu hiện tượng nhiễu giao thoa do các nguồn nông.
  • Giải chập Euler (Euler Deconvolution - ED): Áp dụng phương trình thuần nhất Euler cho trường thế và các đạo hàm gradient. Chỉ số cấu trúc $SI = 0$ hoặc $1$ được lựa chọn phù hợp cho mô hình đứt gãy và bậc cấu trúc móng.
  • Kỹ thuật nâng trường đa mức: Thực hiện giải chập Euler trên các trường đã nâng lên độ cao 8 km và 20 km để triệt tiêu ảnh hưởng của tầng trầm tích Kainozoi, cho phép trích xuất chính xác vị trí không gian và độ sâu của các đứt gãy nằm sâu trong móng.

Dữ liệu và công cụ tính toán

  • Công cụ tính toán: Tác giả tự lập trình hoàn chỉnh 3 bộ chương trình tính toán chuyên dụng trên môi trường ngôn ngữ Matlab.
  • Nguồn dữ liệu sử dụng:
    • Bản đồ dị thường trọng lực Fai tỷ lệ 1:1.000.000 từ đề tài KC09-02.
    • Số liệu trọng lực đo tàu biển: tàu Gagarinsky, tàu Atalante (chương trình Ponaga 1993).
    • Dữ liệu trọng lực vệ tinh tỷ lệ 1:200.000 (lưu trữ tại Scripps Institution of Oceanography - SIO và National Geophysical Data Center - NGDC).
    • Bản đồ cấu trúc ranh giới đáy Kainozoi và bản đồ đẳng sâu Moho từ các đề tài nghiên cứu cấp nhà nước.
    • Mặt cắt minh giải địa chấn 2D (tuyến GPGT93_204, tuyến NCS_T06) và tài liệu mật độ giếng khoan (giếng R24).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu về địa chất - địa vật lý trên thềm lục địa Việt Nam và kế cận

  • Trình bày toàn diện lịch sử các chuyến khảo sát biển từ năm 1922 đến năm 2016, phân tích đặc điểm địa chất – kiến tạo của 4 khu vực thềm lục địa: Bắc Bộ (vịnh Bắc Bộ, bể Sông Hồng rộng thoải), Trung Bộ (bể Phú Khánh hẹp và dốc do đới đứt gãy kinh tuyến khống chế), Đông Nam Bộ (bể Cửu Long, Nam Côn Sơn, Tư Chính – Vũng Mây, Trường Sa với trầm tích dày và hành lang thoải) và Tây Nam Bộ (bể Malay – Thổ Chu).
  • Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp nghiên cứu trọng lực truyền thống. Kết luận chương khẳng định sự cần thiết phải chuyển dịch từ các bài toán 2D/tương quan sang hệ phương pháp 3D hiện đại để giải quyết bài toán cấu trúc móng.
Giai đoạn nghiên cứu Đơn vị / Tác giả chính Phương pháp / Công cụ Kết quả / Đóng góp chính
Trước 1975 Viện Scripps, Hải quân Hoa Kỳ, Pháp Đo đạc hải văn, địa chấn 2D, từ hàng không Thu thập 87.908 km tuyến địa chấn; phát hiện sơ bộ các bồn trũng
1975 – 2000 Viện Hàn lâm KH VN & CHLB Nga, PVN Khảo sát tàu biển, đo trọng lực, từ, khoan sâu Phát hiện dầu trong móng (1995); lập bản đồ trọng lực 1:500.000
2000 – 2018 Đề tài KC09-24, PVN12 (2016) Địa chấn 21.000 km, trọng lực vệ tinh, Atlas Xác định cấu trúc nóc móng và bề dày trầm tích Kainozoi toàn thềm

Chương 2: Nghiên cứu hệ phương pháp phân tích, xử lý hiện đại xác định cấu trúc bên trong móng trước Kainozoi

  • Xây dựng thuật toán, quy trình xử lý và mã hóa chương trình Matlab cho 3 phương pháp trọng lực thành phần.
  • Thử nghiệm trên mô hình số 3D:
    • Mô hình bài toán ngược 3D: Kích thước lưới $330 \times 330\text{ km}$, bước lưới $\Delta x = \Delta y = 3{,}3\text{ km}$. Mô hình gồm 3 lớp: trầm tích có mật độ thay đổi theo chiều sâu ($\Delta\sigma(z) = -0{,}635 + 0{,}125z - 0{,}007z^2$), lớp móng mật độ thay đổi theo diện, và lớp dưới Moho có mật độ dư đồng nhất $0{,}53\text{ g/cm}^3$. Kết quả: sau 10 lần lặp, sai số bình phương trung bình xác định mật độ giảm xuống $0{,}048\text{ mGal}$, sai số giữa trường quan sát và trường tính toán đạt $0{,}12242\text{ mGal}$.
    • Mô hình biên bằng giá trị riêng CGGT: Thử nghiệm trên mô hình 2 vật thể và mô hình 5 vật thể (Bảng 2.1, Bảng 2.2, Bảng 2.3 trong văn bản) xác nhận đường $\lambda_2 = 0$ và cực đại gradient phân định chính xác ranh giới các khối thể mật độ cạnh nhau.
    • Thử nghiệm xác định đứt gãy trên vùng trũng Sông Hồng: Áp dụng thành công đạo hàm tín hiệu giải tích theo hướng kết hợp giải chập Euler ở mức nâng trường $8\text{ km}$ và $20\text{ km}$ để định vị hệ thống đứt gãy nội móng.
Mô hình thử nghiệm Số lần lặp Sai số mật độ móng ($R_{ms}$) Sai số trường dị thường Kết quả kiểm chứng
Mô hình số 3D (330x330 km) 10 lần 0,048 mGal 0,12242 mGal Thuật toán hội tụ nhanh, tách chuẩn xác trường phông
Mô hình 2 vật thể & 5 vật thể – – – Đường $\lambda_2 = 0$ trùng khớp hoàn toàn biên thực của nguồn
Thử nghiệm trũng Sông Hồng – Mức nâng 8 km & 20 km – Tách lọc rõ hệ thống đứt gãy móng, loại trừ nhiễu nông

Chương 3: Kết quả áp dụng hệ phương pháp phân tích, xử lý hiện đại xác định cấu trúc bên trong móng trước Kainozoi các bể trầm tích trên thềm lục địa Việt Nam

  • Khu vực Bể trầm tích Sông Hồng:
    • Bóc tách thành công trường trầm tích Kainozoi và trường phông Moho (tối ưu hóa qua hàm tương quan đa thức bậc 7 ở mức nâng trường xác định).
    • Bản đồ phân bố mật độ đá móng trước Kainozoi phản ánh tính phân dị cao theo diện, dao động từ $2{,}65\text{ g/cm}^3$ đến $2{,}85\text{ g/cm}^3$.
    • Xác định các khối cấu trúc móng qua hàm $\det(CGGT)$ và đường $\lambda_2 = 0$: phân chia bể Sông Hồng thành các đới cấu trúc khối có ranh giới rõ ràng.
    • Hệ thống đứt gãy trong móng bể Sông Hồng: xác định vị trí và độ sâu đứt gãy qua các điểm cực đại ED tại mức nâng $20\text{ km}$, đối chiếu trùng khớp với tài liệu minh giải mặt cắt địa chấn 2D tuyến GPGT93_204.
  • Khu vực Thềm lục địa Đông Nam Việt Nam (Bể Cửu Long và Nam Côn Sơn):
    • Xử lý số liệu mật độ giếng khoan R24 và số liệu bóc lớp dị thường.
    • Bản đồ phân bố mật độ móng cho thấy các đới nâng móng có mật độ cao xen kẽ các trũng sụt cục bộ có mật độ thấp hơn.
    • Vẽ sơ đồ gradient ngang của phân bố mật độ và đường đồng mức $\lambda_2 = 0$ cho cả trường tổng và trường sau bóc lớp trầm tích.
    • Xác định hệ thống đứt gãy sâu xuyên móng và đứt gãy nội móng qua hàm cực đại HGA và ED tại mức nâng $20\text{ km}$, đối chiếu và kiểm chứng mức độ tin cậy với mặt cắt địa chấn 2D tuyến NCS_T06.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  1. Ứng dụng thành công bài toán ngược 3D bằng phương pháp lựa chọn: Xây dựng quy trình hoàn chỉnh để xác định sự phân bố mật độ lớp đá móng trước Kainozoi cho các bể trầm tích Sông Hồng, Cửu Long và Nam Côn Sơn trên cơ sở thuật toán bóc lớp dị thường trọng lực ba chiều.
  2. Đề xuất tổ hợp phương pháp nhận dạng đứt gãy sâu: Kết hợp tính đạo hàm tín hiệu giải tích theo hướng của tensor gradient trọng lực với phương pháp giải chập Euler tại các mức nâng trường khác nhau ($8\text{ km}, 20\text{ km}$), giúp định vị chính xác vị trí không gian và ước tính độ sâu của hệ thống đứt gãy trong đá móng.
  3. Phát triển bộ công cụ phần mềm chuyên dụng: Tác giả đã tự thiết kế và xây dựng 3 chương trình tính toán trên nền tảng ngôn ngữ Matlab, thực hiện trơn tru các thuật toán từ tính toán mô hình lý thuyết đến xử lý tài liệu thực tế.

Đóng góp thực tiễn và giải pháp đề xuất

  • Xây dựng bộ sơ đồ cấu trúc móng mới: Cung cấp bộ bản đồ và sơ đồ mới về phân bố mật độ diện, cấu trúc phân khối tảng và sơ đồ hệ thống đứt gãy bên trong móng trước Kainozoi của bể Sông Hồng và thềm lục địa Đông Nam Việt Nam.
  • Cung cấp luận cứ cho tìm kiếm thăm dò dầu khí: Các kết quả phân bố mật độ và đứt gãy nội móng là cơ sở khoa học định hướng cho công tác thăm dò dầu khí trong đá móng nứt nẻ (granitoid hoặc carbonat trước Kainozoi), bổ sung thông tin địa vật lý tại các chiều sâu mà tài liệu địa chấn thông thường bị suy giảm năng lượng hoặc không ghi nhận rõ nét.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Kết quả giải bài toán ngược bóc lớp phụ thuộc trực tiếp vào độ chính xác của các mô hình ranh giới đầu vào (bề mặt đáy Kainozoi và ranh giới Moho) vốn được kế thừa từ các công trình nghiên cứu trước.
    • Phương pháp giải chập Euler chịu ảnh hưởng nhất định bởi việc lựa chọn kích thước cửa sổ tính toán và chỉ số cấu trúc (Structural Index).
    • Mật độ trạm đo trọng lực và tuyến địa chấn kiểm chứng ở một số vùng nước sâu còn thưa.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tích hợp thêm tài liệu dị thường từ và mô hình hóa liên kết Trọng lực – Từ 3D để tăng độ đơn định của bài toán ngược móng.
    • Cập nhật số liệu từ các giếng khoan sâu mới và các tuyến địa chấn 3D độ phân giải cao để hiệu chỉnh chi tiết mô hình mật độ cục bộ.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên sau đại học ngành Vật lý Địa cầu, Địa chất biển: Luận án là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận xử lý trường thế 3D, thuật toán tensor gradient trọng lực (CGGT), kỹ thuật giải chập Euler đa mức nâng trường và kỹ thuật lập trình Matlab ứng dụng trong địa vật lý.
  • Đối với các nhà khoa học, cơ quan nghiên cứu địa chất – dầu khí (Viện Địa chất và Địa vật lý biển, Viện Dầu khí Việt Nam, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam): Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu số và bản đồ cấu trúc móng tin cậy phục vụ nghiên cứu kiến tạo sâu, địa động lực thềm lục địa và khoanh vùng bẫy cấu trúc chứa dầu khí trong móng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần phải nâng trường lên các mức cao (8 km, 20 km) khi thực hiện giải chập Euler trong luận án?

Việc nâng trường trọng lực lên các độ cao $8\text{ km}$ và $20\text{ km}$ đóng vai trò như một bộ lọc thông thấp trong miền không gian, giúp triệt tiêu hoàn toàn các dị thường tần số cao gây ra bởi các bất đồng nhất mật độ cục bộ ở tầng nông (lớp trầm tích Kainozoi). Nhờ đó, phương pháp giải chập Euler chỉ bắt các điểm nguồn cực đại phản ánh chính xác ranh giới đứt gãy và bất đồng nhất mật độ nằm sâu bên trong tầng móng trước Kainozoi.

2. Thuật toán bóc lớp dị thường 3D trong luận án xử lý trường phông Moho như thế nào?

Để tách trường phông khu vực $\Delta g_{reg}$ do ranh giới Moho gây ra, tác giả kết hợp đồng thời hai kỹ thuật: nâng trường lên các độ cao khác nhau $\Delta g_{up}$ và xấp xỉ trường quan sát bằng đa thức giải tích bậc 7 $\Delta g_{pol}$. Mức nâng trường tối ưu được xác định chính xác tại điểm mà hệ số tương quan $R$ giữa hai phương pháp đạt giá trị cực đại ($R_{max}$).

3. Phương pháp tensor độ cong gradient trọng lực (CGGT) xác định biên của các khối cấu trúc móng bằng đại lượng nào?

Phương pháp CGGT sử dụng ma trận 4 thành phần gradient ngang ($g_{xx}, g_{xy}, g_{yx}, g_{yy}$) để giải phương trình đặc trưng tìm hai giá trị riêng $\lambda_1, \lambda_2$ ($\lambda_1 \ge \lambda_2$). Biên của các khối cấu trúc mật độ được xác định chính xác tại vị trí các đường đồng mức $\lambda_2 = 0$ hoặc đường phân định qua giá trị hàm $\det(CGGT)$.

4. Quy luật suy giảm mật độ dư của lớp trầm tích Kainozoi được thiết lập theo hàm số nào?

Trong mô hình tính toán hiệu ứng trọng lực trầm tích, mật độ dư $\Delta\sigma(z)$ của lớp Kainozoi được giả định suy giảm phi tuyến theo chiều sâu $z$ theo quy luật đa thức hàm bậc hai: $\Delta\sigma(z) = -0{,}635 + 0{,}125z - 0{,}007z^2$ (với $z$ tính bằng km, mật độ tính bằng $\text{g/cm}^3$).

5. Kết quả tính toán trên mô hình lý thuyết 3D của luận án đạt độ chính xác và sai số như thế nào?

Thử nghiệm trên mô hình số $330 \times 330\text{ km}$ (bước lưới $3{,}3\text{ km}$) cho thấy thuật toán có tốc độ hội tụ rất nhanh: chỉ sau 10 lần lặp lựa chọn, sai số bình phương trung bình ($R_{ms}$) xác định mật độ dư của móng tại tất cả các điểm quan sát giảm xuống còn $0{,}048\text{ mGal}$, và sai số giữa dị thường quan sát và dị thường tính toán đạt $0{,}12242\text{ mGal}$.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Kim Dũng đã xây dựng và áp dụng thành công hệ phương pháp phân tích, xử lý 3D hiện đại trên tài liệu dị thường trọng lực để giải quyết trọn vẹn bài toán cấu trúc móng trước Kainozoi tại thềm lục địa Việt Nam. Bằng việc kết hợp bài toán ngược 3D theo nguyên lý bóc lớp, phân tích trị riêng tensor CGGT và giải chập Euler trên các mức nâng trường tối ưu, công trình đã xác lập được phân bố mật độ, ranh giới khối tảng và hệ thống đứt gãy sâu tại bể Sông Hồng, Cửu Long và Nam Côn Sơn. Các kết quả đạt được có độ tin cậy khoa học cao, được kiểm chứng qua mô hình số lẫn dữ liệu địa chấn thực tế, đóng góp luận cứ quan trọng cho nghiên cứu địa chất sâu và công tác thăm dò dầu khí biển Việt Nam.