Chương 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về các công trình liên quan trong và ngoài nước 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất đóng vai trò quan trọng trong việc làm sáng tỏ, cũng như cung cấp các thông tin về cấu trúc địa chất, nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu sâu hơn về địa động lực, nguy cơ tai biến địa chất và tạo tiền đề cho việc thăm dò khai thác khoáng sản, v. Hiểu rõ được điều này, nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất thông qua các tài liệu địa vật lý đã được chú trọng và được tiến hành từ rất sớm trên thế giới.
Đặc biệt với ưu điểm chi phí khảo sát không quá cao, có thể khảo sát được trên một diện tích rộng, cho nên tài liệu trọng lực rất thích hợp để sử dụng trong việc nghiên cứu các cấu trúc sâu. Nội dung chính của các công trình nghiên cứu về cấu trúc sâu theo tài liệu trọng lực chủ yếu là xác định hệ thống đứt gãy và độ sâu tới các bề mặt ranh giới cơ bản của lớp vỏ Trái đất như mặt móng kết tinh, móng Conrad, Moho [64], [37], [68], [62], [47], [46]. Với mỗi công trình nghiên cứu sẽ có các sự thay đổi khác nhau như độ tin cậy của tài liệu, các phương pháp xử lý và phân tích tài liệu hay là sử dụng tổ hợp các phương pháp địa vật lý, nhằm đưa ra kết quả phản ánh chính xác nhất về cấu trúc địa chất sâu khu vực nghiên cứu. Các bài toán hai chiều là cơ sở cho các phương pháp truyền thống, thường xuyên được áp dụng trong xử lý và phân tích bài toán trọng lực để nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc địa chất, xác định hệ thống đứt gãy, độ sâu tới các bề mặt móng, các bề mặt ranh giới cơ bản của vỏ Trái đất [64], [37].
Nhằm hạn chế tính đa nghiệm cũng như giúp phản ánh tốt hơn về cấu trúc địa chất, một số công trình nghiên cứu đã áp dụng xử lý phân tích kết hợp giữa tài liệu trọng lực và tài liệu từ [67], [56], [38]. Độ chính xác của kết quả được tăng lên khi áp dụng xử lý phân tích kết hợp giữa tài liệu trọng lực và tài liệu địa chấn [44], [78]. 6 Tuy nhiên, thực tế các đối tượng địa chất phân bố trong không gian ba chiều. Để phản ánh gần thực tế các đối tượng địa chất, nhiều công trình nghiên cứu đã áp dụng bài toán ba chiều trong việc nghiên cứu cấu trúc địa chất.
Đặc biệt trong việc xác định độ sâu tới các bề mặt ranh giới cơ bản của vỏ Trái đất thông qua phương pháp giải ngược 3D tài liệu trọng lực, kết quả đã cho thấy được sự hiệu quả cao của bài toán [68], [62], [47], [46]. Một số công trình nghiên cứu đã kết hợp thêm tài liệu địa chấn, nhằm bổ sung thông tin trong quá trình giải ngược 3D tài liệu trọng lực, phục vụ cho việc phân tích và minh giải cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu có độ chính xác hơn [36], [79]. Cùng với sự phát triển của công nghệ theo thời gian, đã có nhiều phần mềm thương mại ra đời, nhằm phục vụ và hỗ trợ trong lĩnh vực địa vật lý, giúp tăng tốc độ xử lý và tính toán. Phần mềm Oasis Montaj thuộc hãng Geosoft là một trong những phần mềm được sử dụng phổ biến trong việc xử lý và phân tích tài liệu địa vật lý, đặc biệt là tài liệu trọng lực và từ.
Đi kèm với phần mềm Oasis Montaj là hai môđun GMSYS-2D và GMSYS-3D, giúp xây dựng mô hình và giải quyết các bài toán thuận và ngược. Hiệu quả của bài toán giải ngược hai chiều, ba chiều với môđun GMSYS- 2D và GMSYS-3D theo tài liệu trọng lực trong việc xác định độ sâu tới các bề mặt móng được thể hiện khá tốt thông qua kết quả của các công trình nghiên cứu [64], [66], [65], [49]. Tuy nhiên, lựa chọn mô hình ban đầu cho bài toán giải ngược là rất quan trọng để làm giảm tính chất đa trị. Để xây dựng mô hình ban đầu hiệu quả thì cần có thêm thông tin tiên nghiệm như các thông tin về địa chất, một số kết quả của các phương pháp địa vật lý khác.
Ngoài ra, kết hợp thêm kết quả của các phương pháp xác định biên, vị trí nguồn gây dị thường, v. sẽ giúp xây dựng được mô hình ban đầu tốt hơn. Do đó, để tăng thêm độ chính xác, thời gian tính toán cũng như tốc độ hội tụ kết quả nhanh hơn. Nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng kết hợp bài toán giải ngược 2D và giải ngược 3D thông qua hai môđun GMSYS-2D và GMSYS-3D để xử lý, phân tích và xây dựng mô hình theo tài liệu trọng lực trong việc xác định bề dày, độ sâu đến các bề mặt móng cũng như độ sâu đến các mặt ranh giới cơ bản của vỏ Trái đất.
7 Kết quả của các nghiên cứu sau đó được kiểm chứng và so sánh với các kết quả của các phương pháp địa vật lý có độ chính xác cao như địa vật lý giếng khoan, từ Tellua và địa chấn tại một số vị trí nhất định. Sự phù hợp, tương đồng cao sau khi so sánh giữa các kết quả nghiên cứu, cho thấy hiệu quả cao khi áp dụng sự kết hợp trên [45], [53], [51], [52]. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc sâu vỏ Trái đất với mục đích nhằm xác định các hệ thống đứt gãy, cũng như xác định các bề mặt ranh giới cơ bản thông qua các tài liệu địa vật lý nói chung và tài liệu trọng lực nói riêng cũng đã được tiến hành khá sớm. Tùy thuộc vào đối tượng nghiên cứu mà các tác giả sử dụng các phương pháp xử lý, phân tích khác nhau.
Tuy nhiên, thời gian đầu các công trình nghiên cứu chủ yếu sử dụng những phương pháp xử lý, phân tích hai chiều. Đầu tiên, phải kể đến đó là công trình nghiên cứu của Phạm Khoản và Ixaev A., vào năm 1971 [11] đã sử dụng một số thuật toán tương quan để tính độ sâu đến bề mặt Moho và một số phương pháp biến đổi trường (nâng trường và hạ trường) được áp dụng để phân vùng kiến tạo lãnh thổ phía Bắc dựa trên tài liệu trọng lực cùng với một số tài liệu địa vật lý khác. Tiếp đến là các công trình nghiên cứu của Bùi Công Quế [16], [19], [17], [20], [18] đã sử dụng tổ hợp các phương pháp biến đổi trường, phương pháp phân tích thống kê và phân tích bài toán ngược để xây dựng các bản đồ cấu trúc sâu khu vực đất liền và trên Biển Đông. Công trình nghiên cứu của tác giả Phan Quang Quyết [21] đã sử dụng phương pháp lựa chọn của Talwani và nnk [70] để xử lý tài liệu trọng lực theo tuyến và xác định độ sâu móng Kainozoi vùng đồng bằng sông Cửu Long.
Đinh Văn Toàn [23], [24] đã áp dụng nhóm các phương pháp thống kê và biến đổi trường, phương pháp gradient chuẩn hoá toàn phần với phiếm hàm điều chỉnh Chikhônôv để xây dựng bản đồ đẳng sâu móng kết tinh, móng trước Kainozoi vùng trũng Sông Hồng. Cao Đình Triều [26], [29], [28], [27] sử dụng các nguồn số liệu trọng lực và các nguồn số liệu khác hiện có tại từng thời điểm, tác giả đã áp dụng một số phương pháp biến đổi trường, kết hợp với các bài toán mô hình 2D trọng lực và từ trong nghiên cứu cấu trúc sâu lãnh thổ Việt Nam đã xây dựng được 8 bản đồ cấu trúc đứt gãy và địa động lực hiện đại lãnh thổ Việt Nam và lân cận. Hoàng Minh Thái [22] đã áp dụng phương pháp lựa chọn có điều chỉnh để xử lý tài liệu trọng lực nhằm xác định móng kết tinh vùng trũng Sông Hồng. Đặng Thanh Hải [6] đã tiến hành sử dụng các phương pháp xử lý, phân tích bài toán hai chiều với tài liệu trọng lực.
Kết quả cũng đã xây dựng được sơ đồ bề mặt các ranh giới cơ bản trong vỏ Trái đất ở vùng lãnh thổ phía Bắc. Đáng lưu ý là kết quả thu được có mức độ chi tiết khá cao và có nhiều điểm rất khác so với các nghiên cứu trước đó, cả về độ sâu phân bố lẫn hình thái cấu trúc của các mặt ranh giới kết tinh, Conrad và Moho. Ngoài ra, vào năm 2010, Đinh Văn Toàn và nnk [25] đã sử dụng tổ hợp các tài liệu trọng lực, địa chấn dò sâu và từ Tellua để nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái đất miền Bắc Việt Nam. Việc sử dụng thêm tài liệu có độ chính xác cao như trên làm tăng thêm mực độ tin cậy của kết quả nghiên cứu, tuy nhiên với số lượng tuyến khảo sát khá ít, dẫn đến việc phản cấu trúc sâu của cả khu vực miền Bắc Việt Nam đâu đó còn mang tính chất trung bình.
Năm 2011, Phạm Nam Hưng và Lê Văn Dũng [9] đã sử dụng phương trình tương quan hồi quy bội giữa độ sâu các mặt với trường dị thường trọng lực Bouguer nâng trường lên các mức khác nhau để xác định độ sâu mặt kết tinh, độ sâu mặt Conrad, độ sâu mặt Moho khu vực Hà Nội và lân cận. Kết quả nghiên cứu đã đưa ra được độ sâu mặt kết tinh dao động 0-8 km, độ sâu mặt Conrad 14-19 km, độ sâu mặt Moho 20-32 km. Năm 2012, Lê Văn Dũng và Cao Đình Triều [5] dựa trên cơ sở phân tích tài liệu trọng lực đã xác định được bề dày vỏ kết tinh miền Tây bắc bộ với giá trị dao động 18-34 km, võng Hà Nội nhỏ hơn 24 km, trũng Tú Lệ 26-28 km và bề dày vỏ Trái đất tại trũng Tú lệ, Ninh Bình, dải ven biển Thanh Hóa có bề dày nhỏ 26 km. Năm 2016, Lại Hợp Phòng [14] đã chính xác lại các hệ thống đứt gãy chính lãnh thổ miền Bắc Việt Nam bằng phương pháp tính gradient ngang cực đại và phương pháp nâng trường trường trọng lực để khẳng định thêm các thông tin về phân bố không gian và hướng nghiêng của một số đới đứt gãy lớn trong khu vực.
Cùng với đó, độ sâu tới các bề mặt móng kết tinh, Conrad, Moho khu vực miền Bắc Việt Nam cũng đã được xác định lại dựa trên tài liệu trọng lực và địa chấn. Phan Thanh Quang [15] 9 đã xử lý và phân tích tài liệu trọng lực để đưa ra đặc trưng cấu trúc sâu vỏ Trái đất khu vực bậc thang thủy điện sông Đà.