PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC ĐIỂM ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI KHU VỰC BIỂN ĐÔNG

I. MỞ ĐẦU

Trong thời gian hiện nay, các nghiên cứu địa động lực hiện đại với việc áp dụng các phương pháp mới phân tích địa chấn kiến tạo trong giới hạn các vùng dịch chuyển ®· biÕt của Châu Á hoàn toàn chưa được tiến hành ở Việt Nam. Bài báo này nằm trong hướng các nghiên cứu kinh điển của các nhà địa chấn kiến tạo Nga thế kỷ 20 với việc áp dụng các phương pháp phân tích tổ hợp các tài liệu địa chất - địa vật lý, địa mạo, địa chấn và các tài liệu viễn thám mới được tiến hành trong giai đoạn phát triển địa chấn kiến tạo gần đây, với mục đích làm sáng tỏ mối liên quan giữa địa kiến tạo cổ và hiện đại, một mặt làm sáng tỏ các đặc điểm của tính địa chấn dưới nước và mặt khác để phát hiện các nguồn sóng thần. Hướng nghiên cứu này không những cho phép làm sáng tỏ các đặc điểm địa động lực hiện đại mà còn cho phép chỉ ra đặc trưng của mối liên quan nói trên ở một dạng cụ thể hơn so với trước đây. Cách tiếp cận như vậy trong thực tế nghiên cứu địa chấn thế giới còn chưa được áp dụng bởi vì thông thường, các nhà khoa học từ các nước tiên tiến sử dụng phương pháp so sánh và xấp xỉ hoá «trenching» để nghiên cứu các chuyển dịch địa chấn theo các đứt gãy kiến tạo hoạt động trong sự tách rời với các nghiên cứu về chế độ địa động lực, mà không liên kết các tài liệu cổ địa chấn với các kết quả quan sát địa chấn dụng cụ.

II. CÁC ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC KIẾN TẠO

Các đặc trưng cơ bản của cấu trúc kiến tạo Việt Nam và vùng Biển Đông đã được phản ánh tổng quan trong các công trình [2, 3, 4] và cũng đã từng được đề cập sơ bộ trong loạt các công trình [5, 6, 7, 11]. Các tác giả của các công trình này đã xem xét các đặc trưng của các đới uốn nếp, phá huỷ và các đới đứt gãy biến dạng trong tiến trình khảo sát thực địa vào năm 2004-2005 theo chương trình hợp tác quốc tế giữa hai Viện Khoa học Việt Nam và Liên bang Nga.

Dọc theo quốc lộ từ Hà Nội đến châu thổ sông Mê Công theo hướng gần như kinh tuyến xuyên suốt chiều dài lãnh thổ Việt Nam, đã quan sát được đặc trưng thay đổi của các cấu trúc uốn nếp, đứt gãy trong các vùng kiến tạo khác nhau. Những ấn tượng đó đã giúp nhóm tác giả hình thành nên những khái niệm về các đặc điểm của quá trình biến dạng trong các tầng đá gốc và trầm tích bở rời.

Ở đầu lộ trình, từ Hà Nội đến đới ophiolit Sông Mã đã quan sát được sự uốn nếp thoải kiểu răng lược trong đá vôi tuổi Trias giữa. Các nếp uốn được đặc trưng bởi trục có hướng gần vĩ tuyến, còn các đới phá huỷ đứt gãy lớn thì có hướng kéo dài chủ yếu theo phương tây bắc. Một trong các đới đứt gãy phá huỷ lớn ở miền Bắc Việt Nam là đứt gãy Sông Hồng có dạng tuyến thẳng theo hướng TB-ĐN, có đặc trưng dịch chuyển phải trong chế độ địa động lực và vận động kiến tạo hiện đại. Đứt gãy kiến tạo này được phản ánh rất rõ nét trên các bức ảnh vệ tinh.

Trong địa phận miền Trung, phổ biến các tầng đá tuổi Paleozoi: đá phiến sét và biến chất tuổi Paleozoi sớm, cũng như đá vôi tuổi Đevon bị xếp thành những nếp uốn hẹp dốc đứng và các nếp uốn đơn dạng nghiêng thoải về phía bắc. Các tầng đá kể trên bị các thể granit nhỏ tuổi Paleozoi xuyên cắt. Những đới phá huỷ kiến tạo này chủ yếu có hướng gần như kinh tuyến.

Tiếp về phiá nam, tại 15,5⁰ B, bắt đầu gặp một phức hệ đá của nền cổ hoạt hoá. Móng nền gồm các đá phiến kết tinh, gneis tuổi Archei và Proterozoi, bị xuyên cắt bởi nhiều thể granitoiđ tuổi Proterozoi. Sự biến dạng trong móng nền rất phức tạp, đặc trưng đối với tầng biến chất cao. Tầng phủ bị phức tạp hóa bởi các đá núi lửa thành phần khác nhau tuổi Paleozoi muộn và Trias, các tầng trầm tích lục nguyên tuổi Jura sớm-giữa, các đá núi lửa tuổi Jura muộn, Creta và Neogen - Đệ tứ. Biến dạng trong tầng phủ nền biểu hiện yếu. Các lớp đá bị phá huỷ uốn thành những nếp thoải rộng kiểu nền, góc dốc của cánh không vượt quá 10-15⁰. Các đứt gãy lớn kéo dài theo hướng đông bắc, đôi chỗ là hướng kinh tuyến.

Theo hướng nam, các đá cổ của móng nền không còn lộ trên bề mặt, thay vào đó vai trò của tầng phủ nền ngày càng lớn hơn. Các hệ tầng của đới phía nam, cả đá trầm tích lẫn đá núi lửa, đều bị nhiều thể đá xâm nhập thành phần granitoiđ có tuổi từ Proterozoi đến Mesozoi - Kainzoi xuyên cắt.

Ba đới kiến tạo được phân chia, có thể coi là Caleđonit (Paleozoi hạ) ở miền Bắc, Hercynit (Paleozoi thượng) ở miền Trung và cuối cùng là đới nền hoạt hoá ở miền Nam.

Các đới đứt gẫy lớn biểu hiện trong một số trường hợp như đới ophiolit (đới Sông Mã), còn trong các trường hợp khác - bằng các trũng dạng tuyến hẹp, được các trầm tích vụn tuổi Neogen - Đệ tứ lấp đầy (đứt gẫy Sông Gianh), hay đứt gẫy Sông Đà Rằng. Các đới đứt gẫy cổ lớn như vậy phần nhiều vẫn đang hoạt động trong giai đoạn hiện đại và có khả năng gây ra các trận động đất mạnh và vừa [3]. Tính đến thành phần rắn của các đá cổ của cả ba đới kiến tạo (đúng hơn là ba miền kiến tạo), cũng như sự phổ biến của các hệ tầng đá cổ trên mặt đất, các trận động đất này có thể có chấn cấp (magnitude) lớn và có chấn tiêu lộ ra ngoài mặt đất. Do vậy trên lãnh thổ Việt Nam việc sử dụng phương pháp cổ địa chất - địa chấn để đánh giá độ nguy hiểm động đất là rất có triển vọng. Nghiên cứu các ảnh vũ trụ LandSat cho thấy rõ sự có mặt của các tuyến địa chấn ở miền Bắc Việt Nam. Nói riêng, hệ đứt gẫy Sông Hồng và các phá huỷ kiến tạo khác theo phương TB-ĐN thể hiện rất rõ. Tiến hành so sánh và xấp xỉ hoá sẽ cho phép xác định cường độ các trận động đất tiền sử ở Việt Nam và chu kỳ lặp lại của chúng, điều đó có thể dùng làm cơ sở để hiểu về chế độ địa chấn dài lâu, có thể trong suốt Holocen.

III. CÁC DẪN LIỆU VỀ CHUYỂN ĐỘNG HIỆN ĐẠI CỦA BỀ MẶT TRÁI ĐẤT

Trong những năm gần đây đã xuất hiện khả năng làm sáng tỏ tốc độ và hướng của các dịch chuyển ngang hiện đại của vỏ Trái đất bằng phương pháp trắc địa viễn thám (GPS) [4, 5, 10, 11]. Gatinski cùng với nhóm đồng tác giả đã xếp Việt Nam và khu vực biển Đông vào 2 khối vỏ thạch quyển lớn khác nhau: khối bắc thuộc Đông Nam Trung Quốc và khối nam là vùng giữa của Đông Dương. Các khối này được phân chia bởi vùng đứt gãy Sông Hồng, hướng theo phương TB-ĐN. Thuộc về khối bắc là phần Bắc Việt Nam và phần đông bắc biển Đông. Còn bán đảo Đông Dương và nửa tây nam biển Đông thì thuộc về khối nam. Trong cả hai khối này đã ghi được các chuyển động ngang hiện đại theo hướng Đ-ĐN với vận tốc dịch chuyển khoảng 30-40 mm/năm [5]. Phía đối diện, ở đảo Luzon và quần đảo Philippines đã quan sát thấy dịch chuyển ngang với vận tốc 25-35 mm/năm ở hướng tây và T-TB [6]. Như vậy, vỏ Trái đất ở vùng biển Đông dường như ở trạng thái nén ngang rất mạnh theo hướng á vĩ tuyến. Có lẽ, trong đới Benioff ở sườn lục địa phía đông của các cung đảo Phillipines đang diễn ra quá trình chuyển hóa giữa các vỏ kiểu cung đảo và kiểu đại dương.

IV. TRẠNG THÁI NỘI SINH (ĐỊA ĐỘNG LỰC) HIỆN ĐẠI LÃNH THỔ VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG RÌA BIỂN ĐÔNG

Từ các tài liệu đã biết, thực tế trên toàn lãnh thổ Việt Nam phát triển vỏ kiểu lục địa, ở phần phía tây với chiều dày khoảng 40 km, ở phía đông gần bờ và trên thềm biển Đông vỏ mỏng đi còn khoảng 25 km, còn ở phần trung tâm biển mở vỏ mang các đặc trưng đại dương với chiều dày khoảng 10 km. Các nghiên cứu của chúng ta đã cho phép chi tiết hoá tính khu vực của vỏ Trái đất ở phần bờ đông Việt Nam, cũng như ở phần thềm và ngoài khơi.

Vào những năm 90 của thế kỷ XX phương pháp phân loại vỏ Trái đất bằng tổ hợp nhiều dấu hiệu đã được Reisner, nhà địa chấn người Nga đề xuất. Trên cơ sở phương pháp này, đã có khả năng hiện thực hoá nhiều cách tiếp cận mới để giải quyết hàng loạt các vấn đề cơ bản của địa chất kiến tạo cũng như các nhiệm vụ ứng dụng khác. Trong số các vấn đề cơ bản trước hết cần phải nhắc tới vấn đề làm sáng tỏ chế độ nội sinh hiện đại (địa động lực hiện đại) và phân vùng các cấu trúc kiến tạo khác nhau, mà chủ yếu là trong giới hạn lục địa [12, 14]. Còn các nhiệm vụ ứng dụng chính là dự báo độ nguy hiểm động đất, phát hiện, tìm kiếm các vùng chứa dầu khí, xác định sự phát triển của các yếu tố nội sinh của các quá trình địa mạo. Trước đây, trong nhiều công trình đã xem xét trạng thái nội sinh của một số vùng trũng chuyển tiếp của phần trong biển Địa Trung Hải cũng như phần rìa biển khu vực phía tây vành đai Thái Bình Dương [13, 16]. Trong bài báo này chúng ta sẽ xem xét chi tiết và toàn diện hơn các cấu trúc của khu vực biển Đông thuộc vùng chuyển tiếp Thái Bình Dương.

Để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra, các tài liệu gốc đặc trưng cho cấu tạo và trạng thái hiện đại của vỏ Trái đất đã được hệ thống hoá lại. Chúng bao gồm 5 dấu hiệu: mật độ dòng nhiệt (Q), chiều dày vỏ Trái đất (T), độ cao của địa hình hiện đại (R), độ sâu thế nằm của móng kết tinh (F) và độ thiếu hụt (khiếm khuyết) chiều dày vỏ Trái đất (DT). Cũng đã xem xét cả các tài liệu gốc về các bể trầm tích lục nguyên dưới biển với tư cách là các tài liệu so sánh bổ trợ [12, 14].

Đối tượng miêu tả tổ hợp địa chất - địa vật lý chính là các ô yếu tố của lưới toạ độ với kích thước 20’ × 30’. Việc phân loại vỏ Trái đất, như trong tất cả các công trình trước đây, được tiến hành bằng cách áp dụng thủ thuật phân tích đặc biệt. Để giải thích đã chọn bước thứ 5 của thủ thuật, trong đó đã chia ra 40 loại và phụ loại (thứ cấp) vỏ Trái đất [14].

Thông tin đặc trưng cho các kiểu vỏ sẽ cho khả năng xếp nó thuộc vào một loại chế độ địa động lực nhất định nào đó. Một tập hợp nào đó các thuộc tính của vỏ Trái đất phản ánh đặc trưng của các quá trình diễn ra trong nó và chứng minh về khuynh hướng tiến hoá của nó [12, 13, 14] được hiểu là một chế độ địa động lực của vỏ. Khi đó, 3 tham số: mật độ dòng nhiệt, độ thiếu hụt chiều dày (hay là độ vát mỏng) của vỏ Trái đất và độ cao của địa hình hiện đại là 3 đặc trưng cơ bản nhất.

Các dấu hiệu cơ bản biểu hiện chế độ lún chìm là sự có mặt trong cấu trúc vỏ Trái đất những vát mỏng chiều dày của nó (DT). Như đã chỉ ra trong công trình của Reisner [12, 14] đối với các vùng với độ cao địa hình nhỏ hơn 0,4 km, nó tương ứng với hiệu giữa giá trị nhỏ nhất, đặc trưng cho các vùng thềm (với chiều dày vỏ Trái đất khoảng gần 37 km), và giá trị thực của nó.

Trong phạm vi biểu hiện chế độ lún chìm (T) ở khu vực nghiên cứu đã phân ra 6 giai đoạn phát triển của nó trong sự phụ thuộc vào các đại lượng DT: T1 (0 < DT < 5 km), T2 (5 km < DT < 10 km), T3 (10 km < DT< 15 km), T4 (15 km < DT< 20 km), T5 (20 km < DT< 24 km) và T6 (DT > 25 km). Các cấp đã lựa chọn theo giá trị DT khá ước định nhưng nói chung là chúng tương ứng với độ chính xác của việc xác định tham số chiều dày vỏ Trái đất.

Trong khu vực biểu hiện chế độ tạo núi (O) đã phân ra 3 giai đoạn phát triển của nó trong sự phụ thuộc vào độ cao địa hình: O1 – khi (0 < R £ 1,0 km); O2 khi (1,0 km < R £ 2,5 km); O3 khi (R > 2,5 km). Các chế độ hỗn hợp ở một giai đoạn tạo núi trước nào đó được thay bằng giai đoạn lún chìm. Chẳng hạn, chữ viết tắt T3O1 (Bảng 1) có nghĩa là chế độ tạo núi của giai đoạn phát triển thứ nhất được thay thế muộn hơn bằng chế độ lún chìm, đến tận giai đoạn thứ 3 của quá trình phát triển nó.

Theo độ lớn của giá trị mật độ dòng nhiệt, có thể chia ra một số pha năng lượng của chế độ này hay khác. Pha thụ động (hay là pha chờ đợi) (Ph1) được đặc trưng bởi các giá trị mật độ dòng nhiệt Q trong khoảng Q < 50 mVt/m² (điều này phù hợp với phần lớn các vùng thềm với tuổi khác nhau); pha chuyển tiếp (Ph2) muộn hơn 50 mVt/m² £ Q < 80 mVt/m²; tích cực là 2 pha: Ph3 – 80 mVt/m² < Q £ 120 mVt/m² và Ph4 – Q > 120 mVt/m².

Có thể chia ra nhiều dạng khác nhau của chế độ địa động lực hiện đại. Tuy nhiên, chủ yếu có 4 kiểu cơ bản: chế độ thềm yên tĩnh và 3 chế độ kích thích – cũng là thềm và 2 kiểu với hướng tác động lên vỏ Trái đất đối ngược nhau: gắn kết (tạo núi) và phá huỷ (lún chìm).

Trong Bảng 1 dẫn ra các thông tin đặc trưng cho các chế độ địa động lực trong tất cả bồn trũng dưới đáy biển xem xét.

Từ các bồn trũng biển đã xem xét, ta thấy lòng chảo sâu của biển Đông là bồn trũng có diện tích lớn nhất. Chế độ địa động lực kiểu T6Ph2 chiếm toàn bộ phần trục đông của nó với hướng kéo dài theo phương đông bắc. Vùng không gian đó định hướng chủ yếu theo hướng á kinh tuyến, song song với đảo Luzon và phân bố chiếm ưu thế trong các khu vực ở phần bắc và đông nam của bồn trũng. ở khu vực tây nam phần trục bồn trũng bao trùm chế độ kiểu T5Ph4. Từ đó về hướng đông, theo sự trải dài của phần trục ở hướng đông bắc (trên các ranh giới khu vực phía bắc và một phần phía đông nam bồn trũng) phát triển chế độ T5Ph3. Còn tiếp theo về phía đông bắc thì nó được thay thế bằng chế độ kiểu T5Ph2. Và theo ranh giới phía đông của bồn trũng ở dạng các vạch đứt đoạn song song với đảo Luzon biểu hiện vùng phổ biến là chế độ kiểu T5Ph1. ở các phần còn lại ngoài khơi theo phần rìa (ngoại vi) của bồn trũng phát triển các chế độ theo 2 kiểu: thông thường hơn cả là các kiểu chế độ T4Ph3 và T4Ph2 thay thế nhau theo các mảng (các dải). Kiểu thứ nhất chiếm ưu thế ở các phần tây bắc và đông nam của bồn trũng, còn kiểu thứ 2 chủ yếu gặp ở khu vực đông nam bồn trũng.

Bảng 1. Các chế độ địa động lực hiện đại tại các bồn trũng trong và ven biển

Các bồn trũng	Số lượng các ô	Kiểu chế độ	Diện tích bị chiếm (%)	Chế độ chung
Biển Đen	281	PPh1	13,2	T2Ph1
		PPh2	2,5
		T1Ph1	2,8
		T1Ph2	7,8
		T2Ph1	18,9
		T3Ph1	47,7
		T3Ph2	7,1
Ađriat	86	PPh1	59,0	PPh1
		PPh2	2,0
		T1Ph1	29,1
		T1Ph2	4,7
		T2Ph1	2,0
		T3Ph2	1,2
		T3O1Ph2	1,2
Caspi	161	PPh1	80,7	PPh2
		PPh2	16,8
		T1Ph1	2,5
Tirren	74	T2Ph3	5,4	T3Ph3
		T3Ph2	43,2
		T3Ph3	4,0
		T4Ph3	31,1
		T3O1Ph2	16,2
Ligury	127	T3Ph2	30,7	T4Ph2
		T4Ph2	16,5
		T4Ph3	47,2
		T3O2Ph2	5,6