Luận án Tiến sĩ Địa chất: Phân tích biến dạng, ứng suất và tai biến địa chất khu vực Biển Đông Việt Nam và lân cận

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN ĐỊA CHẤT Nguyễn Văn Hướng ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG, TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG VỚI CÁC TAI BIẾN ĐỊA CHẤT KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội – Năm 2012 VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN ĐỊA CHẤT Nguyễn Văn Hướng ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG, TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG VỚI CÁC TAI BIẾN ĐỊA CHẤT KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN Chuyên ngành: Địa Kiến tạo Mã số: 62 44 55 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS Phan Trọng Trịnh 2.TS Nguyễn Trọng Tín Hà Nội – Năm 2012 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Văn Hướng MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH VẼ iv MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 6 VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 6 1.1 KHÁI QUÁT BỐI CẢNH KIẾN TẠO KAINOZOI 6 1. KIẾN TẠO TRẺ BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN 9 1.

Khu vực Vịnh Bắc Bộ và ngoài khơi Bắc Trung Bộ 10 1. Khu vực ngoài khơi Trung Trung Bộ 14 1.3 Khu vực ngoài khơi Nam Trung Bộ và Nam Bộ 14 1. Khu vực Bắc Biển Đông 16 1. Khu vực Trung tâm Biển Đông 16 1.

Khu vực Nam Biển Đông 17 1. Khu vực Đông Biển Đông 17 1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 19 1. NGHIÊN CỨU VỀ VẬN TỐC BIẾN DẠNG KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI 20 1. NGHIÊN CỨU VỀ TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI 22 1.

NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘNG ĐẤT-SÓNG THẦN 25 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2. KHÁI NIỆM KIẾN TẠO-ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI 27 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VẬN TỐC BIẾN DẠNG 27 THEO SỐ LIỆU CHUYỂN DỊCH GPS 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU VẬN TỐC BIẾN DẠNG THEO SỐ LIỆU 27 CHUYỂN DỊCH GPS 2.

BIẾN DẠNG MỘT CHIỀU 29 2. BIẾN DẠNG HAI CHIỀU 30 2. Các vận tốc biến dạng 30 2. Biểu diễn tensor vận tốc biến dạng theo biến dạng chính 32 2.

Chuyển đổi ngược 34 2. Biểu diễn biến dạng trượt cực đại 34 2. Các đại lượng bất biến của biến dạng 36 2. KHÁI QUÁT VỀ PHẦN MỀM QOCA TÍNH BIẾN DẠNG 38 2.

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRƯỜNG ỨNG SUẤT 38 KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 38 2. Chỉ thị ứng suất trong giếng khoan 40 i 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT 42 2.

Phương pháp xác định α[SHmax] từ tài liệu hình ảnh thành giếng khoan 42 2. Phương pháp xác định độ lớn ứng suất thẳng đứng - Sv từ log mật độ 44 2. Phương pháp xác định áp suất lỗ rỗng - Pp 45 2. Phương pháp xác định độ lớn ứng suất ngang cực tiểu - Shmin từ tài liệu thử vỡ vỉa 46 2.

Phương pháp xác định độ lớn ứng suất ngang cực đại – SHmax 48 CHƯƠNG 3: VẬN TỐC BIẾN DẠNG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM VÀ 50 CÁC VÙNG LÂN CẬN THEO SỐ LIỆU CHUYỂN DỊCH GPS 3. CƠ SỞ DỮ LIỆU 50 3. PHÂN CHIA LƯỚI ĐA GIÁC TÍNH TOÁN 52 3. NỘI SUY TRƯỜNG VẬN TỐC CHUYỂN DỊCH 54 3.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3. Biến dạng chính 57 3. Độ lớn biến dạng 61 3. Biến dạng trương nở hai chiều 63 3.

Biến dạng trượt cực đại 65 3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 67 CHƯƠNG 4: TRƯỜNG ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI KHU VỰC BIỂN 68 ĐÔNG VIỆT NAM VÀ CÁC VÙNG LÂN CẬN 4. PHƯƠNG ỨNG SUẤT NGANG CỰC ĐẠI (α[SHmax]) 68 4.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH α[SHmax] BỂ CỬU LONG VÀ NAM CÔN SƠN 68 4. ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ α[SHmax] TRÊN TOÀN BỘ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 74 4.

Khu vực TN Biển Đông 77 4. Khu vực Nam Biển Đông - Bắc Borneo 77 4. Khu vực Đông Biển Đông 78 4. Khu vực Bắc Biển Đông 80 4.

Khu vực trũng Trung tâm Biển Đông 81 4. ĐỘ LỚN BA THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH 81 4. ĐỘ LỚN ỨNG SUẤT THẲNG ĐỨNG – SV 81 4. ĐẶC ĐIỂM ÁP SUẤT LỖ RỖNG 83 4.

ĐỘ LỚN ỨNG SUẤT NGANG CỰC TIỂU - Shmin 84 4. ĐỘ LỚN ỨNG SUẤT NGANG CỰC ĐẠI – SHmax 90 4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 89 CHƯƠNG 5: TAI BIẾN ĐỘNG ĐẤT – SÓNG THẦN KHU VỰC 92 BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM 5. LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ SÓNG THẦN 92 5.

SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG XÁC ĐỊNH TỪ CHUYỂN DỊCH 93 ii THEO SỐ LIỆU GPS VÀ ỨNG SUẤT KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI XÁC ĐỊNH TỪ SỐ LIỆU GIẾNG KHOAN 5. SỰ BIẾN ĐỔI MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG BIẾN DẠNG VÀ NGUY CƠ ĐỘNG 98 ĐẤT 5. VẬN TỐC TÍCH LŨY MOMENT ĐỊA CHẤN VÀ NGUY CƠ ĐỘNG ĐẤT 102 5. SÓNG THẦN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM 104 KẾT LUẬN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Đọc là 1 B-N Bắc-Nam 2 Đ-T Đông-Tây 3 ĐB Đông Bắc 4 TN Tây Nam 5 TB Tây Bắc 6 ĐN Đông Nam 7 BO Phá hủy nén ép trong giếng khoan (Borehole breakout) Khe nứt căng giãn sinh ra trong quá trình khoan (Drilling- 8 DIF induced fracture) 9 Sv Độ lớn ứng suất thẳng đứng 10 Shmin Độ lớn ứng suất ngang cực tiểu 11 SHmax Độ lớn ứng suất ngang cực đại 12 α[SHmax] Phương của ứng suất nén ngang cực đại 13 Pp Áp suất lỗ rỗng 14 GK Giếng khoan 15 WSM World Stress Map (Bản đồ ứng suất thế giới) 16 LOT Thử vỡ vỉa 17 LOP Áp suất vỡ vỉa 18 SH Bể Sông Hồng 19 PK Bể Phú Khánh 20 CL Bể Cửu Long 21 NCS Bể Nam Côn Sơn iii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1 Bảng 2.1 Độ lớn ứng suất tương đối và các cơ chế đứt gãy 40 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm đo GPS trong khu vực 2 Bảng 3.1 52 nghiên cứu được sử dụng để tính biến dạng 3 Bảng 3.2 Kết quả tính biến dạng trong từng đa giác 58 Kết quả xác định phương ứng suất nén ép ngang cực đại (SHmax) bể 4 Bảng 4.1a 69 Cửu Long theo tài liệu hình ảnh thành giếng khoan.

Kết quả xác định phương ứng suất nén ép ngang cực đại (SHmax) bể Bảng 4.1b 70 Nam Côn Sơn theo tài liệu hình ảnh thành giếng khoan.2 Tổng hợp α[SHmax] khu vực bể Cửu Long và Nam Côn Sơn.3 So sánh kết quả xác định α[SHmax] 75 Độ lớn ứng suất thẳng đứng – Sv và gradient của Sv trong các bể trầm 7 Bảng 4.4 82 tích xác định dựa trên log mật độ 8 Bảng 4.5 So sánh gradient ứng suất thẳng đứng trong các bể trầm tích chính 83 9 Bảng 4.6 Độ lớn ứng suất ngang cực tiểu xác định từ phép đo thử vỡ vỉa 85 10 Bảng 4.7 Mối quan hệ Shmin và Sv trong các bể trầm tích 86 Độ lớn ứng suất ngang cực đại – SHmax ước lượng trong giếng khoan 11 Bảng 4.8 89 có mặt DIF và theo lý thuyết giới hạn ma sát. DANH MỤC HÌNH VẼ STT Tên hình vẽ Trang Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng 1 Hình 1. Mặt cắt địa chấn minh họa xác định đứt gãy trẻ ở các bể trầm tích 2 Hình 1.2 11 trên thềm lục địa Việt Nam Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Vịnh Bắc Bộ và ngoài khơi Bắc 3 Hình 1.3 13 Trung Bộ 4 Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực Trung Trung Bộ và ngoài khơi 14 Sơ đồ cấu trúc-kiến tạo khu vực ngoài khơi Nam Trung Bộ và Nam 5 Hình 1.1 Minh hoạ biến dạng một chiều 29 7 Hình 2.2 Minh hoạ biểu diễn biến dạng theo các biến dạng chính 33 Sơ đồ phân loại Anderson cho độ lớn ứng suất tương đối trong các 8 Hình 2.3 40 vùng đứt gãy thuận, trượt bằng và nghịch. (a) Phá huỷ nén ép (BO) và khe nứt căng giãn sinh ra trong quá trình 9 Hình 2.4 khoan (DIF) minh giải từ ảnh CBIL giếng CL10.

(b) DIF minh giải 43 trên ảnh FMI giếng CL1.5 Biểu đồ minh hoạ áp suất theo độ sâu.6 Minh hoạ về đường cong áp suất đặc trưng của phép thử vỡ vỉa 47 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm đo GPS được sử dụng 12 Hình 3.1 51 để tính biến dạng.2 Sơ đồ lưới đa giác tính biến dạng (từ T1 đến T19) 53 Vận tốc biến dạng trong các đa giác nội mảng (từ T1 đến T14) tính 14 Hình 3.3 từ số liệu chuyển dịch GPS thể hiện các trạng thái biến dạng nén ép, 55 trượt bằng hoặc căng giãn trong các đa giác khác nhau Vận tốc biến dạng trong các đa giác ở ranh giới mảng (từ T15 đến 15 Hình 3.4 56 T19) tính từ số liệu chuyển dịch GPS Vận tốc chuyển dịch nội suy theo lưới 1o×1o bằng phương pháp 16 Hình 3.5 59 Kriging từ các giá trị đo chuyển dịch tuyệt đối của các điểm GPS. Vận tốc biến dạng tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy. Cơ cấu chấn 17 Hình 3.6 61 tiêu động đất theo danh mục CMT (1976-2011).7 Độ lớn biến dạng tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy.8 Độ lớn biến dạng trương nở 2D tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy.9 Độ lớn biến dạng trượt cực đại tính từ vận tốc chuyển dịch nội suy.1 Sơ đồ phân bố α[SHmax] khu vực bể Cửu Long 69 22 Hình 4.2 Sơ đồ phân bố α[SHmax] bể Cửu Long.3 Sơ đồ phân bố α[SHmax] bể Nam Côn Sơn. 74 Biểu đồ hoa hồng thể hiện độ lệch α[SHmax] bể Cửu Long và Nam 24 Hình 4.4 75 Côn Sơn so với phương MORVEL.

Bản đồ phân bố phương của trục ứng suất nén ép ngang cực đại 25 Hình 4.5 79 (α[SHmax]) khu vực Biển Đông Việt Nam và các vùng lân cận Độ lớn ứng suất thẳng đứng Sv trong bể Sông Hồng và Hà Nội xác 26 Hình 4.6 83 định trong 17 giếng khoan khác nhau. Áp suất thành hệ (SH-1P đến SH-7P), độ lớn ứng suất thẳng đứng 27 Hình 4.7 87 (Sv) và ứng suất ngang cực tiểu (Shmin) khu vực bể SH. Áp suất thành hệ (PK-1P đến PK-3P), độ lớn ứng suất thẳng đứng 28 Hình 4.8 87 (Sv) và ứng suất ngang cực tiểu (Shmin) khu vực bể PK Áp suất thành hệ (CL-1P đến CL-3P), độ lớn ứng suất thẳng đứng 28 Hình 4.