Nghiên cứu đứt gãy sông hồng khu vực sơn tây bằng phương pháp đo sâu từ telua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐÀO VĂN QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG KHU VỰC
SƠN TÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐÀO VĂN QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐỨT GÃY SÔNG HỒNG KHU VỰC
SƠN TÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA
Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
Mã số: 8440130.06
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ HUY MINH
PGS. TS. ĐỖ ĐỨC THANH

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN

Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn tới Bộ môn Vật lý Địa cầu, khoa Vật lý,
trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội; Phòng Địa từ, Viện Vật lý Địa cầu đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi để học viên hoàn thành Luận văn. Luận văn được hỗ trợ
về số liệu từ Đề tài Hỗ trợ nghiên cứu viên cao cấp 2019 của TS. Võ Thanh Sơn.
Học viên xin gửi lời tưởng nhớ tới Tiến Sĩ Võ Thanh Sơn – Nguyên trưởng
phòng Địa từ - Viện Vật lý Địa cầu, tạ thế ngày 6/6/2019. TS Võ Thanh Sơn là
người thầy, người đồng nghiệp, là người được giao phân công hướng dẫn đầu tiên
cho học viên, cũng là người giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần, giúp học viên làm
quen với phương pháp đo sâu từ telua từ những ngày mới công tác tại Viện Vật lý
Địa cầu. Qua đây, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới người quá cố, và một
lần nữa gửi lời chia buồn sâu sắc cùng gia đình vì sự mất mát to lớn này.
Học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn TS. Đỗ Đức
Thanh và nhất là TS. Lê Huy Minh đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo trong suốt quá
trình học viên thực hiện luận văn.
Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành, biết ơn tới gia đình, thầy
cơ giáo, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ học viên trong suốt quá trình học
tập và hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2019
Học viên

Đào Văn Quyền


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA .................... 4
1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước .............................................................. 4
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước ...................................................................... 4
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................................... 5
1.2. Cơ sở phương pháp ................................................................................................. 9

1.2.1. Nguồn gốc trường từ - telua (MT) ..................................................................... 9
1.2.2. Giả thiết của Cagniard và định nghĩa điện trở suất biểu kiến MT .................... 10
1.2.3. Cấu trúc không phân lớp: Trường hợp cấu trúc hai chiều 2D........................... 14
1.2.3.1. Các trở kháng tenxơ ................................................................................. 16
1.2.3.2. Sự quay trục đo để tìm kiếm các hướng chính .......................................... 18
1.2.4. Độ sâu thâm nhập ........................................................................................... 20
1.2.5. Cơ sở địa điện của phương pháp đo sâu từ telua .............................................. 21
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐỨT GÃY KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC
THU THẬP SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ TELUA ............................................................... 24
2.1. Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu ................................................................... 24
2.2. Công tác thu thập số liệu đo sâu từ telua................................................................ 32
2.2.1. Bộ thiết bị đo sâu từ telua MTU-5A và phần mềm đi kèm............................... 32
2.2.2. Công tác thực địa bố trí điểm đo ..................................................................... 35
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO SÂU TỪ
TELUA .......................................................................................................................... 40
3.1. Xử lý số liệu thu thập ............................................................................................ 40
3.2. Nghịch đảo 1D ...................................................................................................... 49
3.2.1. Cơ sở phép nghịch đảo 1D bằng phương pháp Occam .................................... 49
3.2.2. Kết quả nghịch đảo ......................................................................................... 51
3.3. Nghịch đảo 2D ...................................................................................................... 53
3.3.1. Cơ sở phương pháp minh giải số liệu 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh ... 53
3.3.2. Kết quả minh giải ........................................................................................... 60
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 67


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Phổ của trường từ Trái Đất ................................................................................. 9
Hình 1.2. Các kiểu phân cực ............................................................................................ 16
Hình 1.3. Sự định hướng của các trục: X và Y là các trục đo ........................................... 17

Hình 1.4. Sự quay các trục X và Y................................................................................... 18
Hình 1.5. Độ sâu thâm nhập sóng điện từ phụ thuộc vào chu kỳ và điện trở suất .............. 21
Hình 1.6. Điện trở suất của đất đá và khống vật ............................................................. 22
Hình 1.7. Dải điện trở suất của các vật liệu ...................................................................... 23
Hình 2.1. Sơ đồ các đứt gãy chính ở Việt Nam ................................................................ 24
Hình 2.2. Sơ đồ Đới Đứt gãy sông Hồng đoạn Lào Cai – Ninh Bình ................................ 25
Hình 2.3. Kiến trúc đới đứt gãy sông Hồng – sông Chảy đoạn Lào Cai – Việt Trì............ 31
Hình 2.4. Thiết bị đo sâu từ telua V5 system 2000 MTU/MTU-5A.................................. 33
Hình 2.5. Giao diện phần mềm WinTabEd ...................................................................... 34
Hình 2.6. Giao diện thơng tin thời gian thực từ WinHost tại điểm đo Sơn Tây ................. 34
Hình 2.7. Giao diện phần mềm SSMT 2000..................................................................... 35
Hình 2.8. Sơ đồ vị trí các điểm đo sâu từ telua đứt gãy sơng Hồng................................... 37
Hình 2.9. Bố trí các đầu đo từ và các điện cực tại điểm đo sâu từ telua ............................ 39
Hình 3.1. File chứa số liệu thu thập được......................................................................... 40
Hình 3.2. Chương trình chạy xử lý số liệu SSMT2000 ..................................................... 41
Hình 3.3. Màn hình hiển thị phần mềm MTeditor ............................................................ 42
Hình 3.4a. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST01 ..................................................... 43
Hình 3.4b. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST02 ..................................................... 43
Hình 3.4c. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST03 ..................................................... 44
Hình 3.4d. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST04 ..................................................... 44
Hình 3.4e. Đường cong đo sâu NS và EW điểm ST05 ..................................................... 45
Hình 3.4f. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH06 ..................................................... 45
Hình 3.4g. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH07..................................................... 46
Hình 3.4h. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH08..................................................... 46
Hình 3.4i. Đường cong đo sâu NS và EW điểm SH09 ..................................................... 47
Hình 3.5. Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần xy quan sát .............................. 48
Hình 3.6. Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần yx quan sát .............................. 48
Hình 3.7. Kết quả nghịch đảo 1D thành phần yx bằng phương pháp nghịch đảo Occam.. 52

Hình 3.8. Mơ hình ban đầu xuất phát từ q trình nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm
dư nhanh, các dấu thập là lưới điểm tính tốn. ................................................................. 61
Hình 3.9. Độ lệch bình phương trung bình giữa thành phần điện trở suất yx quan sát và
tính tốn từ mơ hình nghịch đảo 2D ................................................................................. 62
Hình 3.10. Đường cong yx quan sát (các hình thoi) và tính tốn lại từ mơ hình 2D (các dấu
chữ thập) tại điểm sh08 ................................................................................................... 63
Hình 3.11. Giả mặt cắt điện trở suất biểu kiến thành phần yx tính tốn lại từ mơ hình
nghịch đảo 2D ................................................................................................................. 63
Hình 3.12. Mặt cắt địa điện theo kết quả nghịch đảo 2D thành phần yx thu được trên tuyến
cắt ngang đới đứt gãy sông Hồng..................................................................................... 64


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Tọa độ các điểm đo sâu từ telua.................................................................38

CÁC TỪ VIẾT TẮT

AMT: Audio Magnetotelluric)
CNPC: Tập đoàn dầu khí quốc gia Trung Quốc
ĐĐGSH: Đới đứt gãy sơng Hồng
ĐGSH: Đứt gãy sông Hồng
E-W: East – West
GPS: Global positioning system
GSIJ: Viện khảo sát Địa lý Nhật Bản
MT: Magnetotelluaric
N-S: North – South


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân, việc nghiên cứu

địa chất ở nước ta ngày càng đặt ra nhiệm vụ phong phú và phức tạp, không chỉ trên
đất liền mà cả trên vùng biển rộng lớn. Để giải quyết tốt các nhiệm vụ đặt ra, cần áp
dụng có hiệu quả các thành tựu mới của khoa học cơng nghệ, trong đó có các
phương pháp địa vật lý.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ chế tạo máy
(thiết bị ghi số, máy có độ ổn định và độ chính xác cao…), cùng sự tiến bộ nhảy vọt
của công nghệ tin học và xử lý số liệu (rời rạc hóa tín hiệu, tự động hóa q trình xử
lý trên máy tính…) đã cho phép các phương pháp địa vật lý có những bước tiến
mạnh mẽ. Ngày nay, ngành địa vật lý khơng chỉ nghiên cứu hình thái cấu trúc địa
chất (xác định các mặt ranh giới, các lát cắt, đứt gãy, đo vẽ bản đồ….) mà cịn có
khả năng xác định bản chất môi trường (liên kết địa tầng, xác định thành phần thạch
học, tướng đá….). Ưu điểm của các phương pháp địa vật lý là có thể thu nhận thơng
tin về trường địa vật lý bằng các thiết bị hiện đại một cách nhanh chóng, có thể phát
hiện và làm sáng tỏa các đối tượng nằm ẩn sâu trong lòng đất dưới lớp phủ dày mà
trong những điều kiện phức tạp không thể nghiên cứu trực tiếp được; giảm giá
thành chi phí…
Ở nước ta, sử dụng phương pháp địa vật lý để giải quyết các nhiệm vụ địa
chất được tiến hành từ nhiều năm trước và đã có những thành tựu đáng kể trong
việc giải quyết các nhiệm vụ địa chất như đo vẽ bản đồ địa chất ở các tỷ lệ khác
nhau, nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ trái đất, tìm kiếm khống sản (than, sắt, đồng,
thiếc, chì, kẽm, vàng, kim loại q hiếm….), tìm kiếm dầu khí vùng thềm lục địa
rộng lớn, tìm kiếm nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt và bảo vệ nguồn nước,
giải quyết nhiệm vụ địa chất cơng trình xây dựng trên mặt và cơng trình ngầm…
Phương pháp đo sâu từ telua (Magnetotelluaric - MT) cho phép xác định cấu
trúc độ dẫn của đất đá vỏ Trái Đất dựa trên việc đo đạc hai thành phần điện telua và
các thành phần từ Trái Đất vng góc với nhau một cách tương ứng. Đây là phương
pháp có hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc địa chất phức tạp, nó dễ dàng phát hiện ra
1

các đới điện trở suất thấp ứng với vùng đất đá bị dập vỡ. Tại các vị trí có đứt gãy,
nhiều q trình vật lý phức tạp có thể diễn ra: Q trình biến chất có sự khử nước
của các khống vật làm tăng chất lỏng lưu thơng tự do trong đới đứt gãy, sự nóng
chảy từng phần, sự đóng kín của một vùng đứt gãy hoạt động làm tăng dần áp suất
chất lỏng cho tới khi áp suất này vượt quá một giới hạn nhất định thì sẽ xảy ra động
đất...Như thế chất lỏng là một yếu tố quan trọng trong các vùng đứt gãy nhất là ở
các vùng đứt gãy hoạt động và chất lỏng cũng đóng vai trị quan trọng trong q
trình phá hủy ở vùng chấn tiêu động đất. Do sự tồn tại của chất lỏng trong đới đứt
gãy hoạt động nên điện trở suất của đất đá giảm đi khá nhiều so với đất đá xung
quanh, như vậy điện trở suất của đất đá mang thông tin về trạng thái vật chất trong
vỏ Trái Đất ở khu vực nghiên cứu.
Năm 2016, Phòng Địa từ - Viện Vật lý Địa cầu được cấp kinh phí để mua 2
máy đo từ telua MTU-5A của công ty Phoenix – Canada, đây là thiết bị đo sâu từ
telua hiện đại nhất hiện nay. Máy có khả năng đo AMT (Audio Magnetotelluric) dải
tần số từ 1000 Hz tới 10000 Hz và đo MT (Magnetotelluric) dải tần số từ 400 Hz tới
0.0000129 Hz. Năm 2019, trong chương trình hỗ trợ hoạt động nghiên cứu khoa
học cho nghiên cứu viên cao cấp, phịng chun mơn chúng tơi có sử dụng thiết bị
để thu thập số liệu từ telua tại đứt gãy sông Hồng.
Đới đứt gãy sông Hồng - ranh giới phân chia vùng kiến tạo Đông Bắc Việt
Nam và vùng kiến tạo Tây Bắc Việt Nam - là đới đứt gãy quan trọng bậc nhất cả về
mặt địa chất kiến tạo và vấn đề sinh khoáng ở miền Bắc nước ta. Vấn đề về địa chất,
địa vật lý của đới đứt gãy này đã được rất nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài
nước quan tâm. Với thiết bị MTU-5A của Hãng Phoenix Canada sản xuất chúng tôi
đã tiến hành đo 9 điểm đo sâu từ telua theo một tuyến cắt qua đới đứt gãy sông
Hồng thuộc địa phận Sơn Tây - Hà Nội. Trong khuôn khổ của luận văn tác giả thực
hiện: “Nghiên cứu đứt gãy sông Hồng khu vực Sơn Tây bằng phương pháp đo sâu
từ telua”, có sử dụng số liệu từ chương trình hỗ trợ nghiên cứu trên. Phương pháp
đo sâu từ telua được trình bày và áp dụng trong luận văn này.

2

Cấu trúc của luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung của luận văn
được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về phương pháp đo sâu từ Telua.
Chương 2: Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu và công tác thu thập số liệu
đo sâu từ telua.
Chương 3: Phương pháp và kết quả xử lý số liệu đo sâu từ telua.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TỪ TELUA
1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Trên thế giới việc tìm hiểu mối liên hệ giữa mặt cắt cấu trúc địa điện theo số
liệu từ telua và phân bố chấn tiêu động đất ở những vùng hoạt động động đất nhằm
làm sáng tỏ bản chất của các quá trình vật lý trong vùng nguồn động đất được sự
quan tâm rất rộng rãi của cộng đồng các nhà khoa học [14,15,23,26]. Việc sử dụng
phương pháp đo sâu từ telua để nghiên cứu cấu trúc sâu ở vùng Himalaya và cao
nguyên Tây Tạng đã cho những kết quả rất tốt. Lớp điện trở suất thấp ở phần vỏ
giữa của vùng này được cho là sự xuất hiện của chất lỏng có liên quan với quá trình
va chạm của mảng Ấn Độ và mảng Châu Á [32]. Kết quả đo sâu từ telua tại 2 vùng
Tây Bắc Hymalaya của Ấn Độ cũng phát hiện được lớp điện trở suất thấp ở độ sâu
từ 25 – 30 km, nó góp phần làm sáng tỏ thêm quá trình kiến tạo liên quan tới sự va
chạm của mảng Ấn Độ và mảng Châu Á [14]. Gần đây, tập đồn dầu khí quốc gia
Trung Quốc (CNPC) và cơng ty Nord-West Ltd (Nga) đã sử dụng phương pháp MT
đo ghi hàng ngàn tuyến đo từ telua nhằm mục đích thăm dị và thành lập bản đồ
tiềm năng mỏ khí Hydrocacbon trên tồn cầu. Cũng dùng phương pháp này, cơng ty
Vale Canada Limited đã phát hiện được một mỏ Niken ở độ sâu 1750 m, hay vào

năm 1996 công ty Falconbridge Canada Limited cũng phát hiện được hai mỏ Ni-Cu
nằm ở độ sâu 800 m đến 1350 m.
Phương pháp đo sâu từ telua này cũng được áp dụng trong những nghiên cứu
dự đoán về thiên tai động đất. Những biến đổi tín hiệu MT có thể là khởi đầu của
các sự kiện địa chấn. Tại Nhật Bản, hệ thống giám sát MT tĩnh đã được lắp đặt từ
tháng 4/1996. Các tín hiệu MT tĩnh từ các trạm Wakuya, trạm Esashi của Viện
Khảo sát Địa lý Nhật Bản (GSIJ) được đo ghi liên tục và cung cấp miễn phí cho
cộng đồng khoa học thế giới cho phép nghiên cứu sâu thêm về sự tương tác giữa tín
hiệu từ telua và tín hiện địa chấn của hoạt động động đất.

4


1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở nước ta, việc nghiên cứu cấu trúc sâu bằng phương pháp đo sâu từ telua đã
được thực hiện trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Vật lý Địa cầu, Viện Địa chất,
trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội và Viện Vật lý Địa cầu Paris bắt đầu từ năm
1993 [2, 25] ở khu vực đới đứt gãy sông Hồng trên 4 tuyến Yên Bái - Tuyên Quang,
Nam Định - Hải Phòng, Thanh Sơn - Thái Nguyên và Lương Sơn - Bắc Ninh. Kết
quả đo đạc tuyến Nam Định - Hải Phòng đưa ra mặt cắt tương đối chi tiết về cấu
trúc địa điện của miền võng Hà Nội. Kết quả này khẳng định sự xuyên sâu ở phạm
vi thạch quyển của đứt gãy sông Hồng, đứt gãy sông Chảy và đứt gãy sông Lô. Kết
hợp với các tài liệu khoan, kết quả đo sâu từ telua tuyến Nam Định – Hải Phòng còn
cho phép xây dựng mặt cắt địa điện tương đối chi tiết của vùng miền võng, chỉ rõ
rằng độ sâu của móng đá trầm tích trước Paleogene thay đổi từ vài trăm met ở rìa
miền võng tới khoảng 5 km ở vùng giữa miền võng giữa đứt gãy Vĩnh Ninh và đứt
gãy sông Lô, thông tin này rất hữu ích với mục đích tìm kiếm dầu khí ở khu vực
miền võng Hà Nội. Các tuyến đo sâu từ telua Thanh Sơn - Thái Nguyên và Ba Vì Bắc Ninh đã được tiến hành để theo dõi sự thay đổi của cấu trúc địa điện và trạng
thái vật chất lớp vỏ Trái Đất và manti trên dọc đới đứt gãy sông Hồng từ Yên Bái
tới Nam Định [2]. Tuy nhiên các mặt cắt địa điện mà những tác giả đưa ra mới chỉ

dựa trên kết quả nghịch đảo 1D bằng phương pháp thử và lựa chọn; còn phương
pháp nghịch đảo 2D các tác giả chưa thực hiện.
Năm 2003, Viện Vật lý Địa cầu Paris đã viện trợ khơng hồn lại cho Viện
Vật lý Địa cầu hệ thống thiết bị thăm dò từ telua Géo-Instrument. Nhờ hệ thống
thiết bị này việc nghiên cứu một cách tương đối chi tiết cấu trúc sâu đứt gãy Lai
Châu - Điện Biên khu vực lòng chảo Điện Biên đã được tiến hành trong khuôn khổ
đề tài độc lập cấp Nhà nước: “Phân vùng dự báo chi tiết động đất vùng Tây Bắc”.
TS. Lê Huy Minh cùng nnk đã đưa ra bức tranh cấu trúc địa điện tương đối chi tiết
cho thấy rằng ở vùng trung tâm lòng chảo tại độ sâu chỉ khoảng 5 km ở vị trí đứt
gãy Lai Châu - Điện Biên chạy qua, điện trở suất của đất đá chỉ xấp xỉ khoảng 1
.m [5]. Kết quả này cho phép khẳng định rằng đứt gãy Lai Châu - Điện Biên là
đứt gãy đang hoạt động, lòng chảo Điện Biên vẫn trong quá trình tách dãn; điện trở
5


suất thấp ở khu vực đứt gãy có thể có các nguyên nhân sau: Nhiệt từ dưới sâu dịch
chuyển lên theo đới đứt gãy có thể làm cho vật chất dưới lịng chảo bị chảy dẻo, các
q trình biến chất giải phóng chất lỏng có thể tồn tại....
Việc nghiên cứu một cách chi tiết cấu trúc đới đứt gãy Sơn La và đới đứt gãy
sông Cả đã được tiến hành trong các năm 2006 và 2007 trong khuôn khổ đề tài cấp
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc sâu vùng
đứt gãy hoạt động (đứt gãy Sơn La và đứt gãy sông Cả) bằng phương pháp đo sâu
từ telua”. Tại khu vực đứt gãy Sơn La tồn tại lớp điện trở suất thấp dưới 10 .m
trong khoảng độ sâu 10 – 30 km; có một mối liên hệ chặt chẽ giữa độ sâu của các
chấn tâm động đất đã quan sát được và độ sâu lớp điện trở suất thấp trong mặt cắt
địa điện cắt ngang qua vùng đứt gãy hoạt động [4]. Như vậy có thể coi sự tồn tại
của đới điện trở suất thấp (khoảng 3 - 30 .m hoặc thấp hơn) trong các lớp vỏ Trái
Đất ở lân cận đứt gãy là dấu hiệu chỉ thị về mặt điện trở suất của một đứt gãy hoạt
động. Từ bề mặt tới độ sâu 30 km ở mặt cắt điện trở suất đứt gãy sơng Cả ở vị trí
tuyến Đơ Lương điện trở suất là tương đối cao, đoạn đứt gãy sông Cả khu vực tuyến

đo sâu từ telua Đô Lương chạy qua có thể có độ hoạt động địa chất kém. Đứt gãy
Đô Lương - Đức Thọ cũng là đứt gãy sâu xuyên vỏ; trên mặt cắt địa điện ở độ sâu
khoảng 14 km tồn tại đới điện trở suất thấp dưới 10 .m dọc theo đứt gãy, đứt gãy
Đô Lương - Đức Thọ là đứt gãy hoạt động. Cả hai trận động đất Đô Lương ngày
01/01/2005 và 12/01/2005 đều xảy ra trên đứt gãy Đô Lương - Đức Thọ.
Hai năm 2005 và 2006, trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước
“Nghiên cứu kiến tạo đứt gãy hiện đại và động đất liên quan ở khu vực Hịa Bình
làm cơ sở đánh giá ổn định cơng trình thủy điện Hịa Bình”, cấu trúc địa điện của
các đứt gãy Trung Hà - Hịa Bình và Chợ Bờ - Hịa Bình đã được nghiên cứu trong
đề tài nhánh “Nghiên cứu đứt gãy bằng phương pháp đo sâu từ telua”. Đối với
tuyến đo sâu từ telua cắt ngang qua hệ thống đứt gãy Trung Hà - Hịa Bình, mặc dù
khơng phát hiện được đứt gãy, nhưng ở đoạn cắt qua sơng Đà có điện trở suất thấp
hơn hẳn so với phần phía Tây (thuộc tỉnh Phú Thọ) của tuyến. Tuyến đo sâu từ telua
cắt qua hệ thống đứt gãy Chợ Bờ - Hòa Bình biểu hiện khá rõ đới đứt gãy này. Đới
6


đứt gãy Chợ Bờ - Hịa Bình có điện trở suất không thấp và theo quan điểm của các
tác giả, đây là đới đứt gãy không hoạt động.
Từ năm 2007 đến 2009, trong khuôn khổ đề tài cấp Nhà Nước “Nghiên cứu
cấu trúc sâu thạch quyển miền Bắc Việt Nam bằng dò sâu địa chấn và từ telua
nhằm nâng cao độ tin cậy của các dự báo thiên tai địa chất” Võ Thanh Sơn và nnk
đã thực hiện đo sâu từ telua trên tuyến Hịa Bình - Thái Ngun và tuyến Thanh
Hóa - Hịa Bình. Kết quả các mặt cắt điện trở suất của vỏ Trái Đất trên hai tuyến
này cho thấy sự biểu hiện khá rõ nét của các đứt gãy lớn như đứt gãy Mường La –
Bắc Yên, đứt gãy sông Hồng, đứt gãy sông Chảy, đứt gãy sông Lô, đứt gãy Sơn La
[6].
Trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước: “Nghiên cứu đánh giá độ
nguy hiểm động đất và sóng thần tại khu vực Ninh Thuận và lân cận phục vụ công
tác thẩm định địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân” thực hiện năm 20122013, Võ Thanh Sơn và nnk đã tiến hành 2 tuyến đo sâu từ telua là tuyến Đà Lạt –

Phan Rang và tuyến Đức Trọng – Tuy Phong để nghiên cứu đứt gãy Nha Trang –
Tánh Linh. Đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh thể hiện khá rõ theo kết quả đo sâu từ
telua. Nhìn chung ở cả hai mặt cắt điện trở suất 2D tuyến Đà Lạt – Phan Rang và
tuyến Đức Trọng – Tuy Phong giá trị điện trở suất tương đối cao. Ở các đới dọc
theo đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh trên cả hai tuyến, giá trị điện trở suất thấp nhất
nằm trong khoảng từ 20 .m – 30 .m và nằm ở phần phía trên tới độ sâu khoảng 6
km – 7 km. Như vậy theo kết quả đo sâu từ telua trên hai tuyến Đà Lạt – Phan Rang
và Đức Trọng – Tuy Phong khơng có lớp vật chất ở trạng thái dẻo. Theo quan điểm
của tác giả, ở các đoạn đứt gãy Nha Trang – Tánh Linh mà các tuyến đo sâu từ telua
cắt qua khó có khả năng phát sinh động đất [33].
Trong khuôn khổ đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2012 - 2014 của Tiến sĩ Võ Thanh Sơn: “Nghiên cứu cấu trúc sâu vỏ Trái Đất khu
vực đới đứt gãy sông Mã bằng phương pháp thăm dò sâu từtelua”, tác giả cùng nnk
đã hoàn thành việc đo sâu từ telua trên ba tuyến thuộc địa phận của các tỉnh Sơn La,

7


Thanh Hóa, đó là các tuyến Sốp Cộp – sơng Mã, tuyến Quan Sơn – Quan Hóa và
tuyến Như Xuân – Nông Cống để nghiên cứu đới đứt gãy sông Mã. Các kết quả
nghịch đảo 2D bằng phương pháp giảm dư nhanh xây dựng được mặt cắt điện trở
suất của vỏ Trái đất cho thấy sự biểu hiện của đứt gãy Sốp Cộp – Quan Sơn trên hai
tuyến Sốp Cộp – sơng Mã và tuyến Quan Sơn – Quan Hóa. Đứt gãy sông Mã biểu
hiện trên cả ba tuyến đo: tuyến Sốp Cộp – sông Mã, tuyến Quan Sơn – Quan Hóa và
tuyến Như Xn – Nơng Cống. Đới điện trở suất thấp nằm dọc theo đứt gãy Sốp
Cộp – Quan Sơn, và đứt gãy sông Mã đoạn mà tuyến Quan Sơn – Quan Hóa cắt qua
có thể liên quan với hoạt động động đất. Đới điện trở suất thấp nằm dọc theo đứt
gãy sông Mã ở đoạn mà tuyến Như Xn – Nơng Cống cắt qua có thể liên quan với
các tai biến địa chất. Trong khu vực đã đo đạc, nhiều đặc điểm cấu trúc sâu đã được
làm sáng tỏ: hình thái và hướng phát triển của các đứt gãy sâu như đứt gãy sông

Chảy, đứt gãy Vĩnh Ninh..., hình thái cấu trúc kiểu lịng chảo của miền võng cũng
được làm sáng tỏ [11,12].
Năm 2015 trong đề tài độc lập cấp nhà nước: “Nghiên cứu tác động địa chấn
kiến tạo đến sự ổn định cơng trình thủy điện Sông Tranh 2 khu vực Bắc Trà My,
tỉnh Quảng Nam” do TS. Lê Huy Minh chủ nhiệm đề tài, TS. Võ Thanh Sơn cùng
nnk cũng đã nghiên cứu cấu trúc sâu đới đứt gãy Trà Bồng và đới đứt gãy Hưng
Nhượng – Tà Vi bằng phương pháp đo sâu từ telua. Các kết quả nghịch đảo 2D
bằng phương pháp giảm dư nhanh xây dựng được mặt cắt điện trở suất của vỏ Trái
đất cho thấy sự biểu hiện của đứt gãy Hưng Nhượng – Tà Vi và đứt gãy Trà Bồng
trên cả hai tuyến đo từ telua Nam Trà My – Bắc Trà My và Trà Bồng – Núi Thành.
Trên tuyến Nam Trà My – Bắc Trà My còn thể hiện đứt gẫy á vĩ tuyến nằm gần
Sông Tranh. Nghịch đảo 1D bằng phương pháp thử và lựa chọn cho thấy rằng trên
cả hai tuyến cấu trúc địa điện của vỏ Trái Đất có 3 lớp tiêu biểu, với lớp giữa có
điện trở suất cao hơn lớp trên và lớp dưới. Cấu trúc độ dẫn của vỏ Trái đất trên hai
tuyến từ telua nêu trên là kiểu cấu trúc vỏ Phanerozoi, cấu trúc vỏ tiêu biểu gặp
được ở nhiều nơi trên thế giới. Ngoài ra, phương pháp đo sâu từ telua âm tần cũng
được áp dụng trong quá trình khảo sát đánh giá địa chất bước đầu tại khu vực điện

8


hạt nhân ninh thuận trong các năm 2013. Các mặt cắt địa điện thu được trong vùng
nghiên cứu chỉ ra rằng lớp trầm tích Đệ Tứ (cát, á cát…) ở hầu hết các tuyến có độ dày
khoảng 5 - 10 m tới 40 - 50 m. Bên dưới lớp cát, phụ thuộc vào độ sâu là xâm nhập granit
nứt nẻ mạnh, trung bình, ít tới khơng nứt nẻ .
1.2. Cơ sở phương pháp
1.2.1. Nguồn gốc trường từ - telua (MT)
Phương pháp MT sử dụng biến thiên của trường điện từ tự nhiên của Trái
Đất (trường MT) có phổ tần số rất rộng, từ các tần số thấp cỡ 10 5 Hz đến các tần số
cao cỡ 10 4 Hz [28] (hình 1.1).

Trường MT tạo bởi các nguồn khác nhau tùy theo tần số tín hiệu. Nói chung,
phần lớn các tín hiệu có tần số cao hơn 1 Hz, chủ yếu do hoạt động khí tượng, đặc
biệt là hoạt động dơng bão, nhất là dông bão vùng nhiệt đới. Đối với các tần số dưới
1 Hz, trường được cảm ứng bởi các dòng trong tầng điện ly hoặc trong từ quyển ảnh
hưởng bởi tương tác giữa dòng plasma Mặt Trời và trường từ của Trái Đất.

Tần số (Hz)

Hình 1.1. Phổ của trường từ Trái Đất

9


Phổ của các tín hiệu MT là liên tục (có đặc trưng ngẫu nhiên), nhưng đơi khi
có các đỉnh rất rõ rệt (đặc trưng điều hịa), ví dụ ở các tần số của các từ mạch động
(PC), hoặc ở các tần số của các biến thiên đều đặn. Chồng chất lên các tín hiệu tự
nhiên này có thể là các xung nhân tạo, có nguồn gốc cơng nghiệp hoặc các nhiễu có
nguồn gốc khác nhau. Điều quan trọng là phải biết phân biệt các tín hiệu tự nhiên
với các tín hiệu nhân tạo và các nhiễu. Sau này chúng ta sẽ xác định các đặc trưng
lựa chọn các tín hiệu MT tự nhiên tốt, vì đặc trưng ngẫu nhiên của chúng, nên
không dễ dàng phân biệt chúng với các nhiễu ngẫu nhiên. Trái lại, các tín hiệu nhân
tạo (50 Hz và các hài điều hòa của chúng) rất dễ dàng phân biệt do đặc trưng xác
định của chúng. Trong thực tế người ta nhận thấy rằng mức tín hiệu tự nhiên, đặc
biệt đối với các tần số cao hơn 1 Hz, là rất nhỏ (< 0,1 nT). Kết quả là các tín hiệu tự
nhiên dễ bị che dấu bởi các tín hiệu nhân tạo. Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau các
tín hiệu nhân tạo khơng thỏa mãn các điều kiện để áp dụng phương pháp MT.
1.2.2. Giả thiết của Cagniard và định nghĩa điện trở suất biểu kiến MT
Tại một vị trí đã cho, trường từ Trái Đất và trường điện telua thay đổi một
cách ngẫu nhiên. Ngay khi ghi được các trường này, người ta nhận thấy rằng tồn tại
một sự liên quan chặt chẽ giữa chúng. Điều này trong một thời gian dài khơng giải

thích được, cho tới năm 1953 Cagniard đưa ra một minh giải lý thuyết các hiện
tượng quan sát được bằng cách thiết lập một mối liên hệ toán học giữa các biến
thiên của trường từ Trái Đất và của trường điện telua, với sự tham gia của điện trở
của môi trường dưới đất [16].
Để xây dựng lý thuyết MT, Cagniard thừa nhận 2 giả thiết cơ bản:
 Bỏ qua dòng dịch so với dòng dẫn trong đất,
 Lớp dòng telua đồng nhất, điều này giả thiết rằng nguồn kích thích
điện từ ở rất xa.
Từ các giả thiết này Cagniard đã đưa vào các cơ sở đầu tiên của một lý
thuyết mới thăm dò địa vật lý được gọi là phương pháp “Từ - telua” mà ngày nay tất
cả mọi người đều biết với ký hiệu MT.

10


Trước hết chúng ta coi môi trường dưới đất là đồng nhất đẳng hướng có điện
trở suất .
Các hiện tượng điện từ được miêu tả một cách định lượng bằng các phương
trình Maxwell, dưới dạng một nhóm phương trình đạo hàm riêng được viết trong hệ
SI:
 
 
E   B
t

(1.1a)

    
  H  J  D (1.1b)
t

 
. D  q
(1.1c)
 
. B  0
(1.1d)



trong đó E là điện trường (V/m), H là trường từ (A/m), B là cảm ứng từ ( W / m2


), D là cảm ứng điện C / m 2 , J là mật độ dòng điện A / m 2 , q là mật độ hạt tích









điện (C).
Trong mơi trường dẫn đồng nhất đẳng hướng, chúng ta có các mối liên hệ:


B  H
(1.2a)



D  E

(1.2b)

 1 
J E


(1.2c)

q=0

(1.2d)

với  là độ điện thẩm (F/m),  là độ từ thẩm (H/m) và  là điện trở suất (  .m).
Giả sử trường là điều hòa dạng xung  (f), với nhân tử thời gian e it (
i  1 ), các phương trình Maxwell trở thành:
 

  E  iH

  E

  H   iE



 
. E  0
 

. H  0

(1.3a)
(1.3b)
(1.3c)
(1.3d)

Từ (1.3a) và (1.3b) chúng ta có thể thu được hai mối liên hệ:
11



 

    E  k2E  0



(1.4a)





    H  k2H  0

(1.4b)



và





trong đó
k 2   2 

i


(1.5)

k là hằng số truyền.








  

  



Bằng cách sử dụng đẳng thức vectơ     F   . F   2 F và chú ý tới

(1.3c) hoặc (1.3d) chúng ta thu được các phương trình truyền sóng đồng nhất
Helmholtz:






2


 k2 F  0



(1.6)



trong đó F  E hoặc H .
Trong đất, điện trở suất  thay đổi từ cỡ 1.m tới 105 . m . Các tần số thường
sử dụng trong MT thay đổi giữa 10 3 Hz và 103 Hz . Trong (1.5) tỷ số giữa phần thực
phụ thuộc dòng dịch và phần ảo phụ thuộc vào dòng dẫn là . Lấy  là độ điện

. 11 F / m ), tỷ số này thay đổi giữa 510
thẩm của không khí (  0  910
. 14 và 510
. 13 ,
điều đó cho phép bỏ qua dịng dịch so với dòng dẫn (giả thiết thứ nhất của
Cagniard):

i

i   2
k 

e


2

(1.7)

Bây giờ chúng ta xem giả thiết thứ hai của Cagniard trong trường hợp một
sóng điện từ phân cực phẳng, với điều kiện nguồn ở xa và truyền dọc theo trục Z
trong một nửa không gian đồng nhất đẳng hướng, do vậy mặt phẳng OXY là mặt
phẳng phân cực, trong hệ trục vng góc, với trục thẳng đứng OZ hướng xuống
dưới và mặt phẳng OXY là nằm ngang:

F  Fx ( z ), Fy ( z ),0



Kết quả là các phương trình (1.4) trở thành:

12




2

Fm  k 2 Fm  0
2
z

(1.8)

và có lời giải:

Fm  Fm0eikz

(1.9)

với m=x hoặc y, Fm 0 là trường ở bề mặt Trái đất.
Từ các phương trình (1.3a) và (1.3b), chúng ta suy ra:
Ex 


Hy
k

(1.10a)

và
Ey  


Hx
k

(1.10b)

hoặc
Ex   0
E   
 y   Z

Z  H x 
 
0   H y 

(1.11)

với
Z

Em
  e i
Hn

(1.12)

(mx,y; ny,x và  là độ lệch pha giữa E m và H n   / 4 ).
Một đặc trưng quan trọng của Z là đặc trưng bất biến của nó, tức là độc lập
với sự định hướng của các trục đo trong mặt phẳng nằm ngang. Đó là lý do để cho
Z được gọi là “trở kháng vô hướng” (scalar impedance). Từ (1.12) chúng ta có thể
thu được:


T
2

Z
2

(1.13)

T
2
107 Z
2
8

(1.14)

Cho    0  4 .107 H/m:



Với các đơn vị thực tế sử dụng trong MT:  tính bằng .m, T tính bằng s, E tính
bằng mV/km và H tính bằng nT, biểu diễn (1.14) trở thành:

  0,2T Z

2

(1.15)

13


Đây là công thức nổi tiếng của Cagniard là cơ sở của phương pháp MT.

Công thức này chỉ ra rằng có thể thu được điện trở suất của mơi trường đất đá đồng
nhất đẳng hướng từ việc đo một thành phần điện và một thành phần từ trực giao trên
bề mặt Trái Đất.
Trong trường hợp môi trường dưới đất bất đồng nhất, biểu thức (1.15) không
cho điện trở suất thực, mà cho điện trở suất biểu kiến  a :

 a  0,2T Z

2

(1.16)

 a biểu thị kiểu điện trở suất trung bình của mơi trường đất đá bên dưới có dịng

telua chạy trong đó. Vì vậy thơng số này có thứ nguyên của điện trở suất, được biểu
thị bằng .m, và biến thiên của nó liên quan trực tiếp với biến thiên của điện trở
suất môi trường đất đá, điều này giải thích việc sử dụng thường xun nó trong
thăm dò MT. Bên cạnh  a người ta cũng sử dụng sự lệch pha , như là bổ sung của
 a , vì biến thiên của nó ít được đề cập tới.

Khi cấu trúc của môi trường dưới đất là bất đồng nhất nhưng phân lớp
ngang, còn được gọi là cấu trúc 1 chiều (1D), tức là nó được tạo từ nhiều lớp nằm
ngang đồng nhất và đẳng hướng, điện trở suất  a giữ đặc trưng bất biến như trường
hợp cấu trúc đồng nhất đẳng hướng. Nó chỉ phụ thuộc vào chu kỳ T, và đường cong
biến thiên phụ thuộc vào T được gọi là đường cong thăm dò MT, tạo nên cơ sở dữ
liệu trong việc sử dụng thực tế phương pháp MT. Dạng của nó, trong trường hợp
đơn giản hai hay ba lớp, cho phép tìm ra một cách định lượng phân bố điện trở suất
trong mơi trường đất đá. Minh giải định lượng nó là mục đích chính của phương
pháp MT.
1.2.3. Cấu trúc khơng phân lớp: Trường hợp cấu trúc hai chiều 2D

Những mối liên hệ vô hướng đã thảo luận ở phần trên không cịn giá trị nữa
trong trường hợp tổng qt trong đó cấu trúc của môi trường đất đá là phức tạp và
không phân lớp. Trong trường hợp các cấu trúc hai chiều (2D), việc thu được các
mối liên hệ MT không còn trực tiếp như trong trường hợp phân lớp (1D). Chúng ta
giả sử rằng trường điện từ sơ cấp là sóng phẳng phân cực ellip trong mặt phẳng
OXY truyền theo hướng vng góc dọc theo trục OZ. Chúng ta phân biệt trong
14


trường hợp này hai kiểu phân cực: phân cực E (song song với E) và phân cực H
(song song với H, cịn gọi là phân cực M) (hình 1.2). Trong trường hợp thứ nhất,
điện trường E bị phân cực theo hướng cấu trúc  X 0  và chúng ta có

E y  Ez  Hx  0 . Chúng ta có thể thu được mối liên hệ giữa H y và E x từ phương
trình (1.3a) như sau:
Hy  

1 E x
i z

(1.17)

Trong trường hợp thứ hai, trường từ bị phân cực, và chúng ta có

Ex  H y  Hz  0 . Từ phương trình (1.3b) chúng ta thu được mối liên hệ giữa Ey
và H x như sau:
1

1 H
 1

 H
Ey  
  . x  . x
 i

z
 z

(1.18)

bằng cách bỏ qua dòng dịch.
Dựa vào các phương trình (1.10a) và (1.10b), chúng ta có thể định nghĩa hai
kiểu trở kháng Z TE và Z TH tương ứng với phân cực E và phân cực H:

Exo  ZTE H yo

(1.19a)

E yo  ZTH Hxo

(1.19b)

trong đó X o và Yo là các trục phân cực (các hướng chính).

15


Hình 1.2. Các kiểu phân cực
a) Phân cực E; b) Phân cực H
Theo hai hướng chính của một cấu trúc 2D, chúng ta có hai trở kháng khác

nhau nhưng cùng kiểu vơ hướng. Do đó theo cơng thức của Cagniard, chúng ta có
thể định nghĩa hai điện trở suất biểu kiến khác nhau tương ứng với hai phân cực E
và M:
 Phân cực E (trường điện song song với đường phương cấu trúc hay dòng
điện chạy song song với đường phương cấu trúc)
 aTE  0,2T ZTE

2

(1.20a)

 Phân cực H (dịng điện chạy vng góc với đường phương cấu trúc)
 aTH  0,2T Z TH

2

(1.20b)

1.2.3.1. Các trở kháng tenxơ
Giả sử , góc mà các trục đo đạc X, Y tạo với các trục phân cực X o và Yo
(hình 1.3):

16


Hình 1.3. Sự định hướng của các trục: X và Y là các trục đo,
X0 và Y0 là các trục phân cực

Ex  Exo cos   Eyo sin 

(1.21a)

E y  Exo sin   E yo cos 

(1.21b)

Hx  Hxo cos   H yo sin 

(1.21c)

H y  Hxo sin   H yo cos

(1.21d)

Từ các phương trình (1.19) và (1.21), chúng ta suy ra:

Ex  Zxx Hx  Zxy H y

(1.22a)

Ey  Zyx Hx  Zyy H y

(1.22b)

 Z  ZTH 
Z xx   TE
 sin 2
2


(1.23a)

 Z  ZTH   ZTE  ZTH 
Z xy   TE
  
 cos 2
2
2


(1.23b)

 Z  ZTH   ZTE  ZTH 
Z yx    TE
  
 cos 2
2
2


(1.23c)

 Z  ZTH 
Z yy    TE
 sin 2
2


(1.23d)

hoặc dưới dạng ma trận:

17


 Ex 
E  
 y

 Z xx
Z
 yx

Z xy   H x 
Z yy   H y 

(1.24)

Trong trường hợp tổng quát của một cấu trúc 2D, chúng ta có mối liên hệ
tenxơ giữa các thành phần trường telua và các thành phần của trường từ, điều đó
dẫn tới sự tồn tại bốn impedance, được gọi là “trở kháng tenxơ”. Các trở kháng này
khơng cịn bất biến như trong trường hợp các cấu trúc phân lớp, mà biến đổi theo
hướng trục đo.
1.2.3.2. Sự quay trục đo để tìm kiếm các hướng chính
Chúng ta hãy quay các trục OX và OY một góc  theo hướng chiều kim
đồng hồ xung quanh điểm O đến OX’ và OY’ (hình 1.4). Trong hệ qui chiếu mới
này các thành phần của trường telua và của trường từ trở thành:

Hình 1.4. Sự quay các trục X và Y

Ex  Ex cos  Ey sin

(1.25a)

Ey  Ex sin   Ey cos

(1.25b)

Hx  Hx cos  H y sin 

(1.25c)

H y   Hx sin   H y cos

(1.25d)

Bằng cách tổ hợp các phương trình (1.22) và (1.25) chúng ta thu được:

Ex  Zxx Hx  Zxy H y

(1.26a)

18