VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN ĐỊA CHẤT NGÔ VĂN LIÊM ĐẶC ĐIỂM PHÁT TRIỂN ĐỊA HÌNH TRONG MỐI LIÊN QUAN VỚI ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2011 VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN ĐỊA CHẤT NGÔ VĂN LIÊM ĐẶC ĐIỂM PHÁT TRIỂN ĐỊA HÌNH TRONG MỐI LIÊN QUAN VỚI ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG Chuyên ngành: Địa mạo và cổ địa lý Mã số: 62.44.72.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Phan Trọng Trịnh 2. TS. Vy Quốc Hải HÀ NỘI - 2011 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 công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án Ngô Văn Liêm LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Phòng Địa động lực - Viên Địa chất, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Phan Trọng Trịnh và TS. Vy Quốc Hải. NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc sự hướng dẫn sát sao và tận tình của các thầy trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Ngoài ra, NCS còn nhận được sự quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của Lãnh đạo Viện Địa chất, của Phòng Địa động lực; sự góp ý, trao đổi của các nhà khoa học trong và ngoài Viện Địa chất; sự động viên, khích lệ của bạn bè và người thân; sự hỗ trợ của đề tài Cơ bản, mã số 105.06.36.09. NCS trân trọng cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu này. Hà Nội, tháng 6 năm 2011 NCS. Ngô Văn Liêm MỤC LỤC Trang CÁC THUẬT NGỮ, KÍ HIỆU VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC ẢNH viii MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của luận án 1 2. Mục tiêu của luận án 2 3. Nhiệm vụ của luận án 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 5. Những điểm mới của luận án 3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4 7. Cơ sở tài liệu 4 8. C ấu trúc của luận án 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN 6 1.1.1. Địa động lực hiện đại 6 1.1.2. Kiến tạo trẻ 7 1.2. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 7 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 8 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 11 1.3. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ PHÁT TRIỂN ĐỊA HÌNH VÀ ĐỊA ĐỘNG LỰ C HIỆN ĐẠI 18 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 1.4.1. Các phương pháp địa chất, địa mạo truyền thống 21 1.4.2. Phương pháp viễn thám và GIS 25 1.4.3. Nhóm phương pháp trắc địa 26 1.4.4. Các phương pháp phân tích cổ động đất 27 i 1.4.5. Các phương pháp đánh giá địa chấn kiến tạo và gia tốc rung động 27 1.4.6. Các phương pháp mô phỏng, mô hình 31 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG 32 2.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỊA HÌNH VÀ CÁC NHÂN TỐ THÀNH TẠO 32 2.1.1. Đặc trưng địa chất - kiến tạo trước Pliocen khu vực nghiên cứu và khu vực lân cận 32 2.1.2. Đặc trưng địa hình khu vực 34 2.1.3. Khái quát đặc điểm khí hậu 35 2.2. ĐẶC ĐIỂM TRẮC LƯỢNG HÌNH THÁI ĐỊA HÌNH 36 2.2.1. Đặc điểm phân bậc địa hình 36 2.2.2. Đặc điểm chia cắt sâu 38 2.2.3. Đặc điểm chia cắt ngang 41 2.2.4. Đặc điểm độ dốc 42 2.3. ĐẶC ĐIỂM KIẾN TRÚC HÌNH THÁI 43 2.3.1. Nhóm kiến trúc hình thái nâng kiến tạo 43 2.3.2. Nhóm kiến trúc hình thái hạ tương đối và sụt lún Tân kiến tạo 50 2.4. ĐẶC ĐIỂM CÁC KIỂU NGUỒN G ỐC ĐỊA HÌNH 57 2.4.1. Nhóm địa hình có nguồn gốc kiến tạo và kiến trúc bóc mòn 58 2.4.2. Nhóm địa hình bóc mòn tổng hợp 58 2.4.3. Nhóm địa hình karst 64 2.4.4. Địa hình do dòng chảy 65 2.5. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỊA HÌNH 69 2.5.1. Khái quát sự phát triển kiến tạo và địa hình trước Pliocen 69 2.5.2. Lịch sử phát triển địa hình khu vực và vùng lân cận từ Pliocen tới nay 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 75 CHƯƠNG 3: KIẾN TẠO TRẺ VÀ ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆ N ĐẠI ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG 76 3.1. ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO TRẺ 76 ii 3.1.1. Các dấu hiệu hoạt động trẻ từ Pliocen –Hiện đại 76 3.1.2. Biên độ và tốc độ chuyển dịch thẳng đứng từ Pliocen tới nay 79 3.1.3. Đặc điểm chuyển dịch trượt bằng trẻ 82 3.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI 96 3.2.1. Đặc điểm hoạt động địa chấn 96 3.2.2. Chuyển động kiến tạo hiệ n đại dọc đới ĐGSH 102 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 115 CHƯƠNG 4: MỐI LIÊN QUAN GIỮA ĐẶC ĐIỂM PHÁT TRIỂN ĐỊA HÌNH VỚI ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI VÀ TAI BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐỚI ĐGSH 116 4.1. SỰ THỂ HIỆN CỦA CHUYỂN ĐỘNG THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG TRÊN ĐỊA HÌNH 116 4.1.1. Sự thể hiện của các chuyển động nâng trẻ trên địa hình 116 4.1.2. Sự thể hiện của các chuyển động hạ lún tương đối 120 4.2. MỐI LIÊN QUAN GIỮA ĐỊA HÌNH VÀ SỰ CHUYỂN DỊCH NGANG 121 4.3. MỐI QUAN HỆ GIỮA CHUYỂN ĐỘNG THEO CHIỂU THẲNG ĐỨNG VÀ TRƯỢT BẰNG DỌC ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG 132 4.4. MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ PHÁT TRIỂN ĐỊA HÌNH VÀ ĐẶC TRƯNG ĐỊA CHẤN KHU VỰC 135 4.4.1. Kết quả đánh giá động đất cực đại 137 4.4.2. Đánh giá gia tốc rung động cực đại 140 4.4.3. Mô hình hóa quá trình biến dạng và biến đổi ứng suất Coulomb khi xảy ra động đất cực đại 141 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 144 KẾT LUẬN 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 147 PHỤ LỤC 157 Phụ lục 3.1: Kết quả tính tính toán chuyển dịch tuyệt đối dạng đầy đủ từ hai chu kỳ đo GPS năm 2000 và 2010 bằng phần mềm Bernese 5.0 157 Phụ lục 3.2: Kết quả tính tính toán chuyển dịch tương đối khu vực đới ĐGSH với sự cố định của điểm NAM0 bằng phần mềm Bernese 5.0 159 Phụ lục 4.1 : B ảng kết quả tính gia tốc rung động gây ra do đứt gãy SC2 160 iii CÁC THUẬT NGỮ, KÍ HIỆU VIẾT TẮT BMSB Bề mặt san bằng CCN Chia cắt ngang CCS Chia cắt sâu DEM Digital Elevation Model (Mô hình số độ cao) DNCV Dãy núi Con Voi ĐGSH Đứt gãy Sông Hồng ĐGSC Đứt gãy Sông Chảy ĐB Đông bắc GEODYSSEA Geodynamics of South and South-East Asia (Địa động lực Nam và Đông Nam Á) GIS Geographic Informations System (Hệ thông tin địa lý) GPS Global Positioning System (Hệ định vị toàn cầu) KTHT Kiến trúc hình thái ITRF (IGS) Khung tọa độ Trái đất quốc tế NCS Nghiên cứu sinh nnk Nhiều người khác SC Sông Chảy SH Sông Hồng TB-ĐN Tây Bắc-Đông Nam THCBM Tậ p hợp các bề mặt TKT Tân kiến tạo TN Tây nam tr.n Triệu năm iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu Hình 1.2: Dữ liệu đầu vào, đầu ra và mục đích xã hội của việc nghiên cứu sự phá t triển địa hình và địa động lực hiện đại Hình 2.1: (a)- Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu; (b,c,d)- Chú giải tương ứng Hình 2.2: Sơ đồ phân cấp độ cao và vị trí các tuyến mặt cắt địa hình (Khu vực đới ĐGSH đoạn Lào Cai – Việt Trì) Hình 2.3: Mặt cắt trùng hợp thể hiện các BMSB khu vực nghiên cứu Hình 2.4: Sơ đồ chia cắt sâu đới ĐGSH khu vực Lào Cai-Việt Trì và vùng lân c ận Hình 2.5: Sơ đồ chia cắt ngang đới ĐGSH khu vực Lào Cai-Việt Trì và vùng lân cận Hình 2.6: Sơ đồ độ dốc đới ĐGSH khu vực Lào Cai-Việt Trì và vùng lân cận Hình 2.7: Sơ đồ kiến trúc hình thái đới ĐGSH khu vực Lào Cai-Việt Trì và vùng lân cận Hình 2.8: Sơ đồ địa mạo trũng Lào Cai và vùng lân cận Hình 2.9: Sơ đồ địa mạo khu vực trũng Bảo Hà và vùng lân cận Hình 2.10: Sơ đồ địa mạ o khu vực trũng Yên Bái và vùng lân cận Hình 2.11: Sơ đồ địa mạo khu vực trũng Bảo Yên và vùng lân cận Hình 2.12: (a) Sơ đồ địa mạo đới ĐGSH khu vực Lào Cai đến Phú Thọ và vùng lân cận; (b) Chú giải tương ứng Hình 2.13: Các dạng địa hình thềm khu vực xã Báo Đáp Hình 3.1: Sơ đồ phân bố đứt gãy trẻ khu vực từ Việt Trì đến Lào Cai. Hình 3.2: Đoạn đứt gãy trẻ - Sông Hồng 2 (Ảnh vệ tinh Landsat TM được chồng trên mô hình số độ cao) Hình 3.3: Đứt gãy đang hoạt động vùng Văn Yên – Trấn Yên (Quan sát từ ảnh vệ tinh SPOT) Hình 3.4: Đứt gãy trẻ khu vực TP.Lào Cai (Ảnh vệ tinh Landsat TM) Hình 3.5: Mô hình số độ cao thể hiện các nhánh đứt gãy trẻ khu vực TP. Yên Bái Hình 3.6: Đứt gãy trẻ (SC1) khu vực Lục Yên đến ĐN Phố Ràng (Ảnh vệ tinh Spo t được lồng trên DEM ) Hình 3.7: Vị trí đứt gãy trẻ (SC2) trên ảnh vệ tinh Landsat ETM + Hình 3.8: Chuyển dịch theo dấu hiệu địa chất và địa mạo lớn hơn 5km dọc ĐGSH Hình 3.9: Biên độ dịch chuyển theo phân tích các sông suối nhánh của ĐGSC kh u vực Lục Yên, Yên Bái đến Phố Ràng, Lào Cai Hình 3.10: Mặt cắt trong trầm tích Neogen - Đệ tứ và đoán giải cấu trúc từ ảnh (điể m v khảo sát thuộc thôn An Lạc - Bắc Cường - TP Lào Cai) Hình 3.11: Sơ đồ phân bố chấn tâm động đất miền Bắc Việt Nam và lân cận Hình 3.12: Sơ đồ véc tơ tốc độ chuyển dịch tuyệt đối trong khung tham chiếu toàn cầu IGS_05 của các điểm đo dọc đới ĐGSH, theo kết quả đo lặp ~10 nă m của hai chu kỳ đo 2000 và 2010 Hình 3.13: Sơ đồ đối sánh các véc tơ chuyển dịch tuyệt đối của luận án với kết qu ả của đề tài trọng điểm cấp nhà nước mã số KC.09.11/06-10 [146] và nhiệm vụ bổ sung mã số KC.09.11BS/06-10 [142] Hình 3.14: Sơ đồ chi tiết đối sánh véc tơ tốc độ chuyển dịch tuyệt đối của luận án với kết quả trong đề tài trọng điểm cấp nhà nước mã số KC.09.11/06-10 [146] và KC.09.11BS/06-10 [142] Hình 3.15: Sơ đồ tốc độ chuyển dịch tương đối của các điểm đo dọc đới ĐGSH với phương án cố định của điểm NAM0, theo kết quả đo lặp ~10 năm của hai chu kỳ đo 2000 và 2010 Hình 4.1: Mạng lưới sông tỏa tia thể hiện khối nâng địa phương (DNCV) Hình 4.2: Bản đồ địa hình (1:50.000) được chồng trên mô hình số độ cao thể hiện “thung lũng xuyên thủng” cắt qua bậc địa hình cao 150m, được cấu tạo bởi các đá trầ m tích Neogen dưới các góc nhìn khác nhau ( A-Nhìn t ừ hướng TN lên ĐB; B- Nhìn từ hướng ĐB về TN). Hình 4.3: Các dạng địa hình thềm sông khu vực cầu Bảo Hà, thông qua giải đoán ảnh vệ tinh được chồng lên mô hình số độ cao (DEM) Hình 4.4: Mạng lưới sông suối hướng tâm thể hiện sự hạ lún tương đối của địa hình khu vực trũng Nghĩa Lộ Hình 4.5: Sơ đồ thể hiện sự chuyển dịch ngang của địa hình thông qua biến v ị sông suối và sự chuyển dịch ngang đồng thời với sự nâng lên của địa hình dẫn tới sự cướp dòng của suối dọc đứt gãy SH 3 (khu vực Yên Hợp- Xuân Ái- Hoàng Thắng-Báo Đáp). Hình 4.6: Chi tiết đoạn biến vị của địa hình dọc đứt gãy nhánh bờ phải sông Hồng khu vực thôn Tân Xuân, Yên Hợp, Văn Yên, Yên Bái. Vị trí nghiên cứ u xem trên Hình 4.9. (A-Địa hình hiện tại; B- Khôi phục lại địa hình cổ trước khi bị chuyển dịch). Hình 4.7a: Địa hình hiện tại khu vực thôn Tân Xuân, xã Yên Hợp, Văn Yên, Yên Bái (Đứt gãy cắt qua ranh giới giữa thềm bậc III và bậc II và làm biến vị đị a hình thềm III, ~142m). Vị trí xem trên Hình 4.9a. Hình 4.7b: Địa hình cổ được khôi phục lại bằng phép dịch chuyển địa hình ngược chiều chuyển dịch của đứt gãy khu vực thôn Tân Xuân, xã Yên Hợp, Văn Yên, Yên Bái. Vị trí xem trên Hình 4.9b. Hình 4.8a: Địa hình hiện tại khu vực thôn Tân Xuân, xã Yên Hợp, Văn Yên, Yên Bái (Đứt gãy cắt qua ranh giới giữa thềm bậc III và bậc II và làm biến vị đị a hình thềm III, ~142m). Vị trí xem trên Hình 4.9a. vi [...]... sự phát triển địa hình và các quá trình địa động lực hiện đại cũng như các hệ quả của chúng (đặc biệt là tai biến động đất) trong tương lai Các vấn đề nêu trên là lý do để NCS chọn đề tài: Đặc điểm phát triển địa hình trong mối liên quan với địa động lực hiện đại đới đứt gãy Sông Hồng 2 Mục tiêu của luận án Làm sáng tỏ mối liên quan giữa đặc điểm phát triển địa hình với kiến tạo trẻ và địa động lực. .. Tổng quan vấn đề và các phương pháp nghiên cứu Chương 2: Đặc điểm địa mạo đới đứt gãy Sông Hồng Chương 3: Kiến tạo trẻ và địa động lực hiện đại đới đứt gãy Sông Hồng Chương 4: Mối liên quan giữa địa hình với địa động lực hiện đại và tai biến động đất đới đứt gãy Sông Hồng 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN 1.1.1 Địa động lực hiện đại Nghiên cứu sự phát. .. với kiến tạo trẻ và địa động lực hiện đại đới đứt gãy Sông Hồng từ Pliocen đến nay 3 Nhiệm vụ của luận án - Nghiên cứu đặc điểm địa mạo đới đứt gãy Sông Hồng - Nghiên cứu đặc điểm đặc điểm kiến tạo trẻ và địa động lực nội sinh từ Pliocen tới nay - Phân tích mối quan hệ giữa đặc điểm địa hình hiện tại với chế độ địa động lực từ Pliocen tới nay và tai biến động đất liên quan 4 Đối tượng và phạm vi nghiên... nghiên cứu trong khuôn khổ địa động lực hiện đại Trong công trình Địa động lực và tai biến địa chất” (Chu Văn Ngợi, 2007) [91], căn cứ vào thời gian xảy ra các vận động địa chất, địa động lực được chia thành địa động lực cổ, địa động lực trẻ và địa động lực hiện đại Theo đó, địa động lực cổ là những vận động địa chất xảy ra trước Paleogen Sản phẩm của chúng để lại là các tổ hợp đá, các hình hài kiến... xung quanh ra sao, đặc biệt liên quan tới các đô thị lớn dọc đới đứt gãy này như TP Lào Cai, Yên Bái, Việt Trì,… 1 Do vậy, việc nghiên cứu đặc điểm phát triển địa hình trong mối tương quan với địa động lực hiện đại khu vực là cần thiết và cấp bách nhằm bổ sung và hỗ trợ tương hỗ lẫn nhau Nghiên cứu đặc điểm phát triển địa hình cho phép xác định tốc độ biến dạng địa hình trong khoảng thời gian dài nhưng... phân tích đặc điểm các dạng địa hình do các quá trình địa động lực nội sinh từ Pliocen tới nay tạo nên trong mối tác động tương hỗ của chúng với các yếu tố bóc mòn và tích tụ Các dạng địa hình đó vẫn còn được thể hiện rõ ở hiện tại với ưu thế của các quá trình nội sinh Nếu chỉ xét riêng về nghiên cứu sự phát triển và biến dạng địa hình liên quan với các quá trình địa động lực nội sinh hiện đại, thì... các khoáng 6 sản đặc trưng Địa động lực trẻ là những vận động địa chất xảy ra trong PaleogenĐệ tứ dẫn đến hình thành địa hình và bình đồ kiến trúc hiện nay Thời gian bắt đầu các vận động này không như nhau, dao động từ Oligocen sớm đến Miocen Còn địa động lực hiện đại là những quá trình địa chất xảy ra hiện nay hoặc đã xảy ra trong thời gian lịch sử có con người Địa động lực hiện đại có nhiệm vụ nghiên... “chuyển động hiện đại của vỏ Trái đất” được ông thay bằng “điạ động lực hiện đại Từ đó Kuzmin [73] cho rằng: Địa động lực hiện đại là một phần của địa động lực nói chung, nghiên cứu về các chuyển động bên trong Trái đất và các yếu tố liên quan, khi thời gian của hoạt động gần đây có liên quan tới khoảng thời gian của quá trình quan sát (các chuyển động được quan sát bởi con người)” Thời gian quan sát... biết đầy đủ về đặc điểm phát triển địa hình trong mối liên quan với kiến tạo trẻ và địa động lực hiện đại cũng như giảm nhẹ tai biến địa chất, đặc biệt là tai biến động đất 1.2 KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Đới ĐGSH kéo dài hơn 1000km từ Tây Tạng tới vịnh Bắc Bộ, nơi đây được coi như là mô hình kinh điển của sự xuyên thủng vỏ và đứt gãy chuyển đổi nội lục phân tách khối Đông Dương với khối Nam Trung... phần dữ liệu đầu vào, chúng ta thực hiện các phép đo và quan sát từ các bản đồ địa hình, ảnh hàng không, ảnh viễn thám và từ khảo sát thực địa, điều này giúp xác định được mối quan hệ 20 giữa đặc điểm phát triển địa hình và địa động lực hiện đại với các khu vực, nơi mà chúng ta cần có những nghiên cứu thật chi tiết để hiểu rõ hơn về chế độ địa động lực và tai biến liên quan Ở giai đoạn khảo sát này sẽ . tài: Đặc điểm phát triển địa hình trong mối liên quan với địa động lự c hiện đại đới đứt gãy Sông Hồng . 2. Mục tiêu của luận án Làm sáng tỏ mối liên quan giữa đặc điểm phát triển địa hình với. 2: Đặc điểm địa mạo đới đứt gãy Sông Hồng Chương 3: Kiến tạo trẻ và địa động lực hi ện đại đới đứt gãy Sông Hồng Chương 4: Mối liên quan giữa địa hình với địa động lực hiện đại và tai biến động. NAM VIỆN ĐỊA CHẤT NGÔ VĂN LIÊM ĐẶC ĐIỂM PHÁT TRIỂN ĐỊA HÌNH TRONG MỐI LIÊN QUAN VỚI ĐỊA ĐỘNG LỰC HIỆN ĐẠI ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG Chuyên ngành: Địa mạo và cổ địa lý Mã