TÓM TẮT

I. MỞ ĐẦU

Phương pháp địa chấn phản xạ sâu - địa chấn dầu khí đã được đưa vào áp dụng ở Việt Nam từ những năm 60 của thế kỷ trước để khảo sát các bể trầm tích chứa dầu khí ở đồng bằng Bắc Bộ - võng Hà Nội. Sau đó, từ thập niên 70 của thế kỷ XX đến nay, phương pháp địa chấn dầu khí đã được áp dụng với quy mô rất lớn để khảo sát các cấu trúc địa chất chứa dầu ở thềm lục địa Việt Nam. Trên thềm lục địa Việt Nam, chúng ta đã đo gần 300 ngàn km tuyến địa chấn 2D và khoảng 15 ngàn km² địa chấn 3D. Kết quả đã phát hiện được hàng chục mỏ dầu đã và đang chuẩn bị đưa vào khai thác [2].

Ngoài địa chấn dầu khí, trong thập niên 90 của thế kỷ XX, với sáng kiến của GS. Phạm Năng Vũ và PGS. Tăng Mười, phương pháp địa chấn phản xạ nông phân giải cao (ĐC PXN-PGC) đã được đưa vào áp dụng để khảo sát lát cắt địa chấn nằm sát đáy biển dọc đới biển nông ven bờ và vùng ngập nước quanh các đảo thuộc quần đảo Trường Sa [5]. Đến nay, chúng ta đã đo trên 20 ngàn km tuyến ĐC PXN-PGC ở vùng biển Việt Nam. Kết quả đã làm rõ được cấu trúc địa chất Đệ tứ ở dọc đới biển nông ven bờ Việt Nam, cho phép đánh giá điều kiện địa chất công trình, đặc điểm môi trường địa chất, đặc biệt tiềm năng sa khoáng và vật liệu xây dựng dọc đới ven biển Việt Nam.

Mặc dù ĐC PXN-PGC đã được áp dụng rất hiệu quả trên thế giới và Việt Nam để khảo sát cấu trúc địa chất nằm sát đáy biển, song việc áp dụng phương pháp này để khảo sát lát cắt địa chất nằm sát mặt đất chỉ được áp dụng ở cuối những năm 80 của thế kỷ trước, nhờ những tiến bộ vượt bậc trong chế tạo các trạm địa chấn ghi số, các máy tính có tốc độ tính cao, cũng như các tiến bộ trong lĩnh vực địa chấn với sự ra đời phương pháp cộng sóng điểm sâu chung, địa chấn 3D. Các thành tựu này, một mặt cho phép đưa ra được các hệ thống quan sát và xử lý số liệu đảm bảo hạn chế hiệu quả được phông nhiễu, mặt khác, cho phép hạ giá thành khảo sát để việc áp dụng ĐC PXN-PGC cạnh tranh được về mặt giá thành.

Do có độ phân giải cao, nên phương pháp ĐC PXN-PGC có khả năng phân chia chi tiết lát cắt địa chất tới 2-3 m theo phương thẳng đứng và phát hiện được các đứt gãy có biên độ dịch chuyển 1-2 m, nên từ những năm 90 của thế kỷ XX đến nay, ĐC PXN-PGC đã được nhiều nước trên thế giới và khu vực, như Mỹ, Đức, Canada, Trung Quốc, Australia, Nhật Bản, Đài Loan, Indonesia, Thái Lan, áp dụng phục vụ các khảo sát địa chất công trình, tìm kiếm nước dưới đất [3, 9], tìm kiếm than. Đặc biệt, được áp dụng rất hiệu quả để khảo sát các đứt gãy sinh chấn và các ẩn họa môi trường [3, 4].

Để phát sóng đã thử nghiệm phương pháp phát sóng bằng nổ mìn với lượng thuốc thay đổi từ 25 đến 500 g TNT; thử nghiệm nổ mìn ở các độ sâu từ 1 đến 15 m. Ngoài ra, đã thử nghiệm phát sóng bằng đập búa và gây rung (vibroseism).

Với mục đích làm rõ hiệu quả áp dụng ĐC PXN-PGC để khảo sát chi tiết lát cắt địa chấn nằm sát mặt đất, phục vụ công tác tìm kiếm tài nguyên khoáng sản, tìm kiếm nước dưới đất, xác định điều kiện địa chất công trình và nghiên cứu môi trường địa chất, từ năm 2006 đến nay, đồng thời với các nghiên cứu hoàn thiện phương pháp, chúng tôi đã tiến hành áp dụng ĐC PXN-PGC ở các khu vực khác nhau, phục vụ việc giải quyết các nhiệm vụ địa chất rất đa dạng. Dưới đây, chúng tôi xin giới thiệu một số kết quả đạt được.

II. KẾT QUẢ ÁP DỤNG ĐC PXN-PGC ĐỂ KHẢO SÁT CÁC ĐỨT GÃY SINH CHẤN Ở THUNG LŨNG ĐIỆN BIÊN

Để nghiên cứu chi tiết lát cắt địa chất Đệ tứ và xác định các hoạt động kiến tạo hiện đại ở thung lũng Điện Biên, chúng tôi đã tiến hành đo ĐC PXN-PGC dọc một đoạn tuyến dài hơn 1 km cắt ngang thung lũng. Tuyến đo được bố trí ở vùng cách sân bay Điện Biên khoảng 500 m về phía nam (Hình 1).

Các khảo sát đã được tiến hành bằng hệ thống quan sát điểm sâu chung với bội bằng 6. Khoảng thu dọc tuyến bằng 3 m, còn khoảng nổ bằng 12 m. Cửa sổ quan sát sóng dài 141 m, với khoảng cách từ điểm nổ đến máy thu gần nhất bằng 18 m.

Để ghi sóng, đã sử dụng trạm địa chấn ghi số 48 kênh STRATAVISOR do hãng Geometrics (Hoa Kỳ) sản xuất. Các dao động địa chấn được ghi với bước mẫu hóa bằng 125 micro giây và được lưu giữ ở khuôn (format) SEG2.

Các số liệu thực địa đã được xử lý bằng phần mềm Winseis Turbo 1.5. Kết quả xử lý đã cho phép nhận được mặt cắt địa chấn như biểu diễn ở Hình 2. Trên Hình 2 là mặt cắt địa chấn đo được dọc tuyến quan sát, còn trên Hình 3 giới thiệu kết quả phân tích địa chất mặt cắt địa chấn đo được.

Kết quả phân tích mặt cắt địa chấn cho thấy dọc tuyến khảo sát, lát cắt địa chất gồm 2 phần: phần trên dày 150-160 m, được đặc trưng bởi trường sóng thể hiện rõ tính phân lớp, phản ảnh cấu trúc địa chất của lớp phủ Đệ tứ; phần dưới của lát cắt (nằm phía dưới ranh giới R3), được đặc trưng bởi trường sóng gồm chủ yếu các dao động nhiễu ngẫu nhiên (nhiễu vi địa chấn). Đặc điểm của trường sóng gồm chủ yếu phông nhiễu ngẫu nhiên ở phần dưới lát cắt chỉ ra rằng, về mặt địa chất phần này của lát cắt bao gồm các loại đá cổ có trở kháng âm lớn hơn hẳn trở kháng âm của các trầm tích bở rời của lớp phủ Đệ tứ nằm trên. Sự khác biệt về trở kháng âm tạo ra ranh giới phản xạ mạnh ở nóc lớp đá cổ (ranh giới R3). Ranh giới này phản xạ lại toàn bộ năng lượng quay về lớp phủ Đệ tứ, kết quả làm sóng không truyền được sâu vào lớp đá cổ, nên ở phần dưới của mặt cắt địa chấn chỉ tồn tại các dao động phản xạ lặp từ nóc các lớp đá cổ cũng như phông nhiễu vi địa chấn. Lý do trên đã chỉ rằng, phần dưới của mặt cắt địa chất là các lớp đá cổ của hệ tầng Suối Bàng (T₃n-r sb) và hệ tầng Huổi Nhị (D₁ hn) rất phát triển ở các đới nâng ven rìa thung lũng Điện Biên.

Mặt cắt địa chấn đo được cho phép quan sát khá chi tiết cấu trúc địa chất lớp phủ Đệ tứ. Lớp này gồm 3 tập trầm tích khác nhau.

Trên cùng là tập A0, được đặc trưng bởi trường sóng phản xạ có cường độ yếu nằm phủ trên bề mặt xói mòn, đào khoét lòng sông. Đặc điểm trên của trường sóng chỉ ra rằng, tập A0 liên quan với các thành tạo trầm tích Holocen. Tập giữa (A1) thể hiện tính phân lớp nằm ngang với bề mặt phân lớp ổn định, liên quan đến trầm tích hồ nước sâu, gồm xen kẽ sét bột cát được hình thành trong Pleistocen. Tập dưới (A2) có trường sóng yếu, với các ranh giới phản xạ đứt đoạn phản ảnh các thành tạo lục địa gồm: cát, cuội, sạn sườn tích, tàn tích nằm phủ trên bề mặt các thành tạo cổ.

Ngoài khả năng khảo sát chi tiết cấu tạo của lớp phủ Đệ tứ, các số liệu địa chấn còn cho phép phát hiện được các hoạt động đứt gãy kiến tạo hiện đại. Trên mặt cắt địa chấn tồn tại các hoạt động đứt gãy kiến tạo sau trầm tích. Đây là các hoạt động kiến tạo hiện đại xuyên cắt qua Holocen. Ngoài các đứt gãy thuận liên quan với các hoạt động tách giãn theo phương đông-tây, còn tồn tại các đứt gãy nghịch (đứt gãy F5). Sự có mặt các đứt gãy nghịch chứng tỏ vùng Điện Biên đã trải qua các pha nén ép hướng đông-tây. Hoạt động của pha nén ép này đã tạo ra đới phá hủy rộng 30-40 m dọc đứt gãy F5.

Như vậy, các số liệu địa chấn đã cho phép nghiên cứu khá chi tiết lớp phủ Đệ tứ của thung lũng Điện Biên. Đặc biệt, đã làm rõ các hoạt động kiến tạo hiện đại, cho phép đưa ra các đánh giá và dự báo tin cậy hơn về hoạt động động đất ở vùng Điện Biên.

III. KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐC PXN-PGC ĐỂ KHẢO SÁT CHI TIẾT MẶT CẮT ĐỆ TỨ Ở VÙNG HÀ NỘI

Với mục đích đánh giá hiệu quả áp dụng phương pháp ĐC PXN-PGC phục vụ các khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn vùng Hà Nội, chúng tôi đã tiến hành đo địa chấn dọc đoạn tuyến dài hơn 2 km. Tuyến đo được bố trí ở cánh đồng nằm giữa các xã Vân Nội và Nguyên Khê, huyện Đông Anh (Hình 4).

Khác với vùng lòng chảo Điện Biên, ở Đông Anh, lớp phủ Đệ tứ có chiều dày không đáng kể, chỉ khoảng 50-60 m, nên để quan sát sóng đã sử dụng khoảng thu và khoảng nổ cũng như cửa sổ quan sát sóng ngắn hơn so với vùng Điện Biên. Ở Đông Anh, khoảng thu bằng 1,5 m, khoảng nổ là 6 m, cửa sổ quan sát dài 70,5 m.

Trên Hình 5 là mặt cắt đo được dọc tuyến quan sát, còn trên Hình 6 là kết quả phân tích địa chất mặt cắt địa chấn đo được.

Tương tự như ở Điện Biên, ở vùng Đông Anh, Hà Nội, mặt cắt địa chất quan sát được gồm 2 phần: phần trên được đặc trưng bởi trường sóng thể hiện rõ tính phân lớp phản ảnh cấu trúc lớp phủ Pliocen - Đệ tứ; phần dưới của mặt cắt không phản xạ sóng, chủ yếu là các dao động nhiễu vi địa chấn. Trường sóng này phản ánh lớp đá rắn chắc của hệ tầng Nà Khuất tuổi Trias giữa (T₂ nk) nằm lót dưới lớp phủ Đệ tứ ở vùng Đông Anh.

B) Tập này nằm lót dưới tập A và đè trên ranh giới phản xạ mạnh R3 nằm ở độ sâu 35-40 m, trùng với nóc tầng cuội sỏi ở đáy Đệ tứ. Tập B có trường sóng gồm các ranh giới phản xạ có cường độ từ trung bình đến mạnh và có biên độ liên tục trung bình. Ngoài các ranh giới phản xạ phẳng thoải còn tồn tại các ranh giới lõm liên quan với các đới đào khoét lòng sông. Đặc điểm trên của trường sóng chỉ rằng, tập này gồm cát, cuội, sỏi xen kẽ các lớp sét bột, hình thành trong môi trường sông-biển vào đầu Đệ tứ (hệ tầng Hà Nội).

C) Tập này nằm ở đáy lớp phủ Đệ tứ liên quan với lớp cuội, sỏi chứa nước của hệ tầng Hà Nội.

D) Tập này là phần dưới cùng của lớp phủ Pliocen - Đệ tứ. Phần này được đặc trưng bởi trường sóng phản xạ yếu, nằm ngang có độ liên tục từ trung bình đến kém. Trường sóng này phản ánh các lớp cát bột ven biển được hình thành vào Pliocen (hệ tầng Vĩnh Bảo).

Trong mặt cắt Đệ tứ có thể quan sát thấy 2 mặt phản xạ mạnh: mặt thứ nhất nằm ở độ sâu ~ 5 m; mặt thứ 2 nằm ở độ sâu ~ 40 m. Mặt phản xạ thứ nhất liên quan với mặt nước ngầm trong Holocen, còn mặt thứ 2 liên quan với tầng chứa nước cát cuội sỏi của hệ tầng Hà Nội. Trong phạm vi tuyến khảo sát, mặc dù dọc các tầng chứa nước trên quan sát thấy sự thay đổi tướng trầm tích và bị đứt gãy phá hủy kiến tạo cắt qua ở một số vị trí, song về cơ bản chúng là các tầng chứa nước khá ổn định.

Về điều kiện địa chất công trình: mặt cắt địa chất gồm phần trên (đến độ sâu 20-25 m), chủ yếu gồm các lớp sét, cát lấp đầy các đới đào khoét sông. Đây là các trầm tích bở rời, mềm yếu, có tốc độ truyền sóng địa chấn thay đổi từ vài trăm m/s ở phần trên đến 1400-1500 m/s ở phần dưới. Các thành tạo này có sức chịu tải nhỏ, không có khả năng xây dựng các công trình lớn. Phần dưới của mặt cắt có lớp cát, cuội, sỏi của hệ tầng Hà Nội. Tốc độ truyền sóng của lớp này đạt 2500 m/s, nên khả năng chịu tải của lớp này khá lớn, đáp ứng được các yêu cầu nền móng của các công trình xây dựng lớn.

Bên cạnh các đặc điểm về thành phần và cấu tạo của các lớp đất đá, để xây dựng các công trình lớn, cần lưu ý đến sự có mặt của các đứt gãy kiến tạo trẻ ở khoảng đầu và giữa tuyến khảo sát. Các hoạt động kiến tạo chắc không chỉ phá hủy các lớp đất đá, mà còn có thể là nguyên nhân gây ra các dịch chuyển kiến tạo hiện đại, gây ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định của các công trình xây dựng.

Các thông tin địa chất trên, về cơ bản, phù hợp với các số liệu khảo sát địa chất, địa chất thủy văn và địa chất công trình hiện có ở khu vực bắc Hà Nội. Tuy nhiên, các số liệu địa chấn có ưu điểm là cho phép quan sát rất chi tiết các biến động địa chất dọc tuyến khảo sát, do đó, chúng có thể cung cấp nhiều thông tin có ích phục vụ đánh giá tin cậy điều kiện địa chất thủy văn và địa chất công trình của vùng nghiên cứu.

IV. KHẢO SÁT ĐỊA HÀO KAINOZOI KON TUM

Với mục đích nghiên cứu cấu trúc địa chất của các thành tạo Kainozoi và đá móng Tiền Cambri của địa hào Kainozoi Kon Tum, chúng tôi đã tiến hành đo ĐC PXN-PGC dọc 2 tuyến dài trên 3 km cắt ngang thung lũng Krông Pôkô ở phía nam thị trấn Đắk Tô và vùng Đắk Uy, huyện Đắk Hà (Hình 7).

Khác với các vùng Điện Biên và Hà Nội, ở Kon Tum, lớp phủ Kainozoi có chiều dày đạt tới 500-600 m, nên để quan sát sóng chúng tôi đã sử dụng hệ thống quan sát với cửa sổ quan sát dài 235 m, khoảng thu bằng 3 và 5 m, khoảng nổ bằng 15 m. Khoảng cách giữa điểm nổ đến máy thu gần nhất bằng 120 m.

Hình 8 giới thiệu mặt cắt địa chấn cắt qua thung lũng Krông Pôkô ở phía nam huyện lỵ Đắk Tô. Kết quả phân tích mặt cắt địa chấn ở Hình 8 được biểu diễn ở Hình 9.

Từ các hình trên, có thể thấy rằng các số liệu ĐC PXN-PGC cho phép quan sát khá chi tiết cấu trúc địa chất của địa hào Kon Tum. Địa hào được khống chế bởi nhiều hệ thống đứt gãy thuận phát triển dọc hướng kinh tuyến. Các hệ thống đứt gãy đã tạo ra bồn trũng gồm xen kẽ các đới nâng và đới sụt được lấp đầy bởi lớp phủ trầm tích dày từ 500 đến 700m.

Trên mặt cắt có thể quan sát thấy lớp phủ được đặc trưng bởi trường sóng phân lớp và nền đá gốc Paleozoi, Proterozoi nằm phía dưới bề mặt phản xạ sóng có biên độ lớn (R4), ở độ sâu 500-700 m.

Trong lớp phủ Kainozoi tồn tại các ranh giới bất chỉnh hợp R1, R2, R3. Chúng phân mặt cắt thành 4 tập trầm tích khác nhau:

- Tập A0: nằm trên cùng, được đặc trưng bởi trường sóng địa chấn đồng nhất và phân lớp nằm ngang. Trường sóng này phản ảnh các thành tạo sét xen các lớp cát mỏng, được thành tạo vào giai đoạn cuối Đệ tứ (Holocen ?).

- Tập A1: thể hiện rõ tính phân lớp và được đặc trưng bởi các sóng phản xạ có độ liên tục trung bình và có biên độ từ trung bình đến lớn. Đây là tập sét có các lớp bột, cát mỏng xen kẽ, được thành tạo trong môi trường nước nông.

- Tập A2: có trường sóng không liên tục thể hiện rõ sự thay đổi tướng với các sóng phản xạ biên độ mạnh và biên độ yếu nằm xen kẽ nhau. Trường sóng này phản ảnh các lớp cát, sét và các thấu kính than hình thành trong môi trường nước nông, lục địa.

- Tập A3: nằm ở dưới cùng lớp phủ Kainozoi. Tập này có trường sóng đứt đoạn và biên độ yếu, đặc trưng cho các thành tạo lục địa gồm tàn tích, sườn tích, lũ tích, … hình thành vào Neogen (Miocen muộn?).

Các thông tin địa chất khai thác được từ các số liệu địa chấn nêu trên khá phù hợp với các số liệu địa chất hiện có [6] và là các số liệu quan trọng phục vụ đánh giá tiềm năng khoáng sản, điều kiện địa chất thủy văn và địa chất công trình ở khu vực Tây Nguyên.

V. KẾT LUẬN

1. Các số liệu ĐC PXN-PGC đã cung cấp các thông tin địa chất khá chi tiết về lát cắt địa chất nằm sát mặt đất đến độ sâu 500-700 m. Các kết quả phân tích các lát cắt địa chấn đo được ở các vùng khác nhau ở Việt Nam không những cho phép phân chia chi tiết lớp phủ Pliocen - Đệ tứ nằm phủ trên nền đá cổ rắn chắc, mà còn có khả năng nghiên cứu điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế các công trình xây dựng lớn và tìm kiếm nước dưới đất. Ngoài ra, phương pháp ĐC PXN-PGC còn có khả năng phát hiện các hoạt động đứt gãy phá hủy kiến tạo, đặc biệt kiến tạo hiện đại. Các thông tin này hết sức quan trọng cho việc dự báo các đới sinh chấn gây động đất, cũng như cho việc đánh giá độ ổn định của các công trình xây dựng lớn.

2. Phương pháp ĐC PXN-PGC một mặt có ưu điểm là cung cấp các thông tin địa chất bằng hình ảnh có tính định lượng và độ chi tiết cao, mặt khác giúp cho việc thi công các khảo sát ĐC PXN-PGC không quá phức tạp và giá thành có tính cạnh tranh cao. Việc hoàn thiện các biện pháp kỹ thuật khảo sát và áp dụng có hiệu quả ĐC PXN-PGC ở Việt Nam trong thời gian qua đã mở ra khả năng áp dụng rộng rãi phương pháp này để giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất khác nhau, phục vụ tìm kiếm khoáng sản, tìm kiếm than, khảo sát địa chất công trình, tìm kiếm nước dưới đất và các nghiên cứu địa chất môi trường ở Việt Nam.


Hình 7. Vị trí tuyến khảo sát ở vùng Kon Tum

Hình 8. Mặt cắt địa chấn quan sát được ở thung lũng Krông Pôkô, Kon Tum.

Hình 9. Kết quả phân tích mặt cắt địa chấn ở thung lũng Krông Pôkô, Kon Tum