Seediscussions,stats,andauthorprofilesforthispublicationat:
/>
APPLICATIONOFPOWERDENSITY
SPECTRUMOFMAGNETICANOMALYTO
ESTIMATETHESTRUCTUREOF
MAGNETICLAYEROF...
Article·December2014
DOI:10.15625/1859-3097/14/4A/6040

CITATIONS

READS

0

282

1author:
TrungNguyenNhu
VietnamAcademyofScienceandTechnology
19PUBLICATIONS46CITATIONS
SEEPROFILE

Someoftheauthorsofthispublicationarealsoworkingontheserelatedprojects:

MarineGeo-environmentViewproject
Applicationofhydrogeologymodellingmethodstoforecastthesaltwaterintrusionof
coastalzone;grainsizeanalysisofsoilsamplesandsedimentarysamples;analysisto
determinemineralcomponentsViewproject

AllcontentfollowingthispagewasuploadedbyTrungNguyenNhuon27April2015.

Việc xác định cấu trúc nhiệt của vỏ Trái đất
có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu, luận
giải các vấn đề về địa chất, kiến tạo như: kiểu
biến dạng vỏ, độ sâu vùng biến dạng dẻo, cứng,
chế độ địa nhiệt khu vực, vùng địa chấn, dạng
lún chìm/nâng trồi, độ trưởng thành các vận
chất hữu cơ trong các bồn trầm tích …. Để giải
quyết bài toán cấu trúc nhiệt vỏ Trái đất, một
phương pháp được sử dụng khá phổ biển và
hiệu quả là phương pháp phổ mật độ năng
lượng dị thường từ để xác định chiều sâu mặt
Curie của vỏ Trái đất [1-4]. Chiều sâu mặt
Curie là độ sâu tại các khoáng vật từ tính bị
chuyển trạng thái từ trạng thái có từ tình sang
trạng thái không từ tính dưới hiệu tác dụng tăng

nhiệt độ vỏ Trái đất theo chiều sâu đến khoảng
5800C. Spector và Grand, 1970, đã đề xuất
phương pháp xác định độ sâu trung bình của
mặt trên của ranh giới từ tính trên cơ sở xác
định góc nghiêng của đường log phổ mật độ
năng lượng. Phương pháp này sau đó được một
loạt các tác giả khác phát triển và ứng dụng cho
việc xác định độ sâu mặt Curie cho nhiều vùng
khác nhau trên thế giới [1, 5-8]. Trong quá
trình phát triển phương pháp để xác định độ sâu
mặt Curie, phương pháp phân tích phổ mật độ
năng lượng được chia thành hai phương pháp
chính là phương pháp đỉnh phổ và phương pháp
điểm trung tâm. Theo phương pháp đỉnh phổ,

Curie gián tiếp thông qua xác định độ sâu mặt
ranh giới trên (zt) và điểm trung tâm (z0) của
lớp nguồn bằng hệ số góc nghiêng của các đoạn
thẳng phổ mật độ năng lượng và đường tỷ số
phổ mật độ năng lượng trên số sóng [5, 6, 8].
Bằng cách này người ta đã giảm được đáng kể
kích thước cửa số tính phổ, do đó đã tăng được
độ phân giải và độ chính xác của phương pháp.

Hình 1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu (a) và bản đồ dị thuờng từ (b)
Trong bài báo này các tác giả trình bày các
kết quả nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ

138

mật độ điểm trung tâm để xác định cấu trúc mặt
Curie cho khu vực vịnh Bắc Bộ (hình 1a) theo


Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
số liệu dị thường từ. Nguồn số liệu dị thường từ
được sử dụng trong tính toán này (hình 1b)
được thành lập trên cơ sở các nguồn số liệu của
CCOP [11], Trung tâm Địa chất và Khoáng sản
biển, và Viện Địa chất và Địa vật lý biển (đề tài
KC09.09/11-15) [12]. Bằng các kết quả nghiên
cứu trên mô hình và số liệu thực tế, bài báo đã
xác định kích thước cửa sổ thích hợp cho quá
trình tính toán và bản đồ độ sâu mặt ranh giới
trên và mặt ranh giới Curie (mặt ranh giới

nhiều thời kỳ khác nhau trong khu vực. Hệ
thống đứt gãy này phát triển dọc theo Bể Sông
Hồng và là yếu tố quy định lên khung cấu trúc
của bể. Hệ thống đứt gãy sâu đông bắc - tây
nam phát triển dọc Bể Bắc Bộ và cũng là hệ
thống đứt gãy quy định lên khung cấu trúc của
bế Bắc Bộ. Chế độ địa nhiệt ở khu vực này
cũng hết sức phức tạp, thay đổi mạnh không

những từ bể trầm tích này sang bể trầm tích kia
mà ngay cả trong cùng một bể trầm tích. Tại
khu vực Bể Sông Hồng giá trị dòng nhiệt thay
đổi từ 56,6 mW/m2 ở khu vực phía nam Bể
Sông Hồng thuộc các lô dầu khí 118, 119, 120
đến 147 mW/m2 ở khu ngoài khơi Huế thuộc
các lô 113, 114, 115 và khu vực miền võng Hà
Nội [17]. Tại khu vực Bể Bắc Bộ, dòng nhiệt
thấp có giá trị trung bình khoảng 65,7 mW/m2.
CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ
MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG
Giả sử có một lớp nguồn từ tính nằm
ngang, có chiều sâu đến ranh giới trên nhỏ hơn
rất nhiều so với tỷ lệ ngang của nguồn từ và độ
từ hóa M(x, y) là hàm ngẫu nhiêu của x và y, thì
phổ mật độ năng lượng của trường dị thường từ
tổng và độ từ hóa được xác định theo phương
trình sau [9, 10]:

T  k x , k y   M  k x , k y  .F  k x , k y 
F  k x , k y   4 C m  m

hóa của nguồn và hướng của trường từ Trái đất.
Trong công thức (1)  m và  f và M  k x , k y 
là hằng số [9]. Khi đó trung bình xuyên tâm của
T  k x , k y  là [7]:



T  k   Ae 2 k z 1  e  k  z
t

b

 zt 



2

(2)

Với k là số sóng ( k= k x  k y = 2/); A là
một hằng số.
Thực hiện logarit tự nhiên hai vế của
phương tình (2) chúng ta được:
ln T  k

   ln A  2 k

2


tiếp hành lập được các chương trình tính toán
trên Matlap để xác định được ranh giới trên (zt)
và ranh giới dưới (zb) của lớp từ tính. Sử dụng
chương trình này chúng tôi tiến hành các kết
quả tính toán dưới đây.

Mặt khác, nếu đặt z0 là độ sâu điểm điểm
giữa của lớp từ tính (hình 2) và thay z0 vào
phương trình (2), tiến hành một số phép biến
đổi chúng ta nhận được phương trình biểu diễn
phổ mật độ năng lượng của giá trị trường từ
theo các tham số zt, z0 và zb như sau [7]:

T  k

12



 De  k z  e  k  z  z 0   e  k  z  z 0  
0

t

b

(5)

Với D là một hằng số. Tại vùng có bước sóng
dài (k nhỏ), phương trình (5) có thể xấp xỉ




1
2


k   ln E  kz0


(7)

Với E là một hằng số. Phương trình (7) là
phương tình tuyến tính của biến z0 với hệ số
góc là k, do vậy, chúng ta có thể xác định chiều
sâu điểm trung tâm z0 bằng tỷ số căn bậc hai
của hệ số góc nghiêng đoạn đường cong của
phổ mật độ năng lượng trên số sóng tại phần số
sóng nhỏ nhất của dị thường từ T (vế trái
phương trình (7)).
Với zt và z0 xác định được từ đường cong
phổ mật độ năng lượng theo (4 và 7), do vậy, từ
140

Hình 2. Mô hình mô phỏng lớp từ tính vỏ Trái
đất, zt là chiều sâu đến mặt ranh giới trên, zb
chiều sâu đến mặt ranh giới dưới và z0 là độ sâu
đến điểm giữa của lớp từ tính
CÁC KẾT QUẢ TÍNH
Xác định kích thước cửa sổ tính toán phổ

mặt ranh giới, chúng tôi khảo sát các cửa sổ có
kích thước cửa sổ tính toán lần lượt bằng 33 ×
33 km, 44 × 44 km, 55 × 55 km, 66 × 66 km,
110 × 110 km và 165 × 165 km tương ứng gấp
8, 10, 13, 16, 26, 39, 53 chiều sâu trung bình
của mặt ranh giới trong cửa sổ khảo sát. Hình 4
là đồ thị các đường phổ mật độ năng lượng dị
thường từ (hình 3b) ứng với các kích thước cửa
sổ nêu trên. Bảng 1 là các kết quả xác định độ
sâu đến mặt ranh giới theo các đường phổ trên

hình 4. Từ Bảng 1 cho thấy với cửa số tính toán
lớn hơn khoảng 10 lần chiều sâu trung bình của
mặt ranh giới thì kết quả tính toán với độ chính
xác trong khoảng từ 1,1 - 2,5% và đến một kích
thước cửa sổ nào đó (ở đây > 16 lần) việc tăng
kích thêm kích thước cửa số làm cho độ chính
xác lại thấp đi. Khi cửa số có kích thước nhỏ
hơn 10 lần chiều sâu trung bình thì kết quả cho
độ chính xác rất thấp (trường hợp kích thước
cửa sổ gấp 8 lần chiều sâu trung bình thì kết
quả cho sai số là 26,7%).

Bảng 1. Kết quả tính độ sâu mặt ranh giới theo các đường phổ có kích thước
cửa sổ tính toán khác nhau
STT

Kích thước
cửa sổ (km)


4,25

2,5

10

3

55 × 55

4,25

4,16

1,7

13

4

66 × 66

4,25

4,2

1,1

16


kích thước khác bằng 33 × 33 km (a1) , 44 × 44 km (a2), 55 × 55 km (a3),
66 × 66 km (a4), 110 × 110 km (a5) và 165 × 165 km (a6)
Ảnh hưởng của yếu tố địa hình mặt ranh giới
đến kết quả tính toán
Kết quả thu được từ phương pháp phổ mật
độ năng lượng là độ sâu trung bình của diện tích
cửa số tính toán. Do đó phương pháp sẽ có độ
chính xác cao khi áp dụng cho những khu vực
địa hình tương đối bằng phẳng, ngược lại khi địa
hình mặt ranh giới thay đổi mạnh thì kết quả sẽ
142

có độ tinh cậy thấp hơn. Để có được những đánh
giá về ảnh hưởng của các yếu tố địa hình vào kết
quả tính toán, chúng tôi khảo sát phương pháp
trên mô hình cho các trường hợp có địa hình
thay đổi khác nhau nhưng có độ sâu trung bình
không thay đổi và bằng 8,5 km. Mức độ thay đổi
của địa hình được đánh giá thông qua độ lệch
chuẩn [21] lần lượt bằng 0,8; 9,5; 12,5; 17; 26
và 30%. Độ từ hóa chọn bằng 2,6 A/m, hướng từ


Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
hóa của đối tượng gây trường trùng với góc từ
hóa của trường từ Trái đất. Kích thước cửa sổ
được chọn bằng 10 lần độ sâu trung bình mặt
ranh giới.
Kết quả tính toán cho các trường hợp địa
hình mặt ranh giới có độ lệch chuẩn khác nhau

8,5
8,5

0,8
9,5
12,4
16,9
26,0
29,4

8,4
8,32
8,3
8,15
9,65
5,25

1,2
2,1
2,4
4,1
13,6
38,2

Kết quả tính toán trên số liệu thực tế khu
vực Vịnh Bắc Bộ
Lựa chọn cửa sổ tính toán
Từ đặc điểm chiều sâu mặt móng trước
Kainozoi có thể suy ra mặt móng trầm tích ở
khu vực nghiên cứu có mức độ thay đổi rất

để tính toán bằng 99 × 99 km.
Bảng 3. Kết quả xác định chiều sâu mặt móng
với kích thước cửa sổ khác nhau tại
khu vực Bể Sông Hồng
STT

Kích thước cửa sổ
(km)

Chiều sâu tinh được
(km)

1
2
3
4
5
6

88 × 88 km
110 × 110 km
132 × 132 km
143 × 143 km
154 × 154 km
165 × 165 km

5,5
5,7
7,1
12,8

các cửa sổ được bố trí cửa sổ nọ chồng lên cửa
sổ liền kề 50% diện tích (hình 5). Trong đó
kích thước cửa sổ ở trung tâm Bể Sông Hồng là

143


Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
143 × 143 km và các khu vực còn lại được tính
với kích thước cửa sổ bằng 99 × 99 km. Kết
quả tính toán xác định độ sâu mặt móng (zt )
cho khu vực nghiên cứu được thể hiện trên hình
6. Kết quả tính toán trên hình 6 cho thấy: độ
sâu mặt móng từ tính trên có sự thay đổi lớn từ
khoảng hơn 3 km dọc theo đường bờ biển đến
14 km ở khu vực trung tâm Bể Sông Hồng.
Nhìn chung, địa hình mặt móng trầm tích phản
ánh hình dạng cấu trúc của mặt móng trước
Kainozoi. Tại khu vực Bể Sông Hồng mặt
móng trầm tích có địa hình kéo dài theo

phương tây bắc - đông nam. Tại khu vực Bể
Bắc Bộ, mặt móng trầm tích có độ sâu lớn nhất
khoảng 6,5 km, địa hình mặt móng tương đối
thoải và định hướng theo phương đông bắc tây nam. Trên khu vực thềm Hạ Long, độ sâu
mặt móng khoảng từ 3 - 5 km, có cấu trúc
nâng, định hướng theo phương đông bắc - tây
nam. Khu vực phía nam của vùng nghiên cứu
(thuộc bể nam Hải Nam) độ sâu mặt móng trầm
tích cực đại lên đến 9 km. Địa hình mặt móng

là bản đồ kết quả tính độ sâu điểm Curie khu
vực nghiên cứu. Trên hình 7 cho thấy chiều sâu
điểm Curie trong khu vực nghiên cứu thay đổi


Nghiên cứu áp dụng phương pháp phổ mật …
trong khoảng từ 12 km đến 26 km. Khu vực có
độ sâu lớn nhất là dải nằm dọc theo đường bờ
từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế với độ sâu
từ 22 km đến 26 km. Những khu vực có độ sâu
điểm Curie nâng lên cao nhất là khu vực dọc
theo Bể Sông Hồng có độ sâu thay đổi từ 10 16 km, khu vực trũng Hà Nội và khu vực phía
nam Bể Sông Hồng độ sâu điểm Curie chỉ
khoảng 10 - 12 km. Tại khu vực thềm Hạ Long
và Bể Bắc Bộ, độ sâu điểm Curie vào khoảng
20 - 21 km. Về đặc điểm cấu trúc, địa hình mặt
Curie ở khu vực Bể Sông Hồng là một đới nâng
cao có phương tây bắc - đông nam, trùng với
phương cấu trúc của Bể Sông Hồng. Khu vực
Bể Bắc Bộ địa hình mặt Curie tương đối phẳng,
ít thay đổi.

K c

(9)
q
Trong đó Dc là độ sâu điểm Curie, K là hệ số
dẫn nhiệt,  c là nhiệt độ điểm Curie, q là
dòng nhiệt.
Dc 

vịnh Bắc Bộ
145


Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …
Bản đồ độ sâu điểm Curie có mối tương
quan rất cao với bản đồ độ sâu mặt Moho [18].
Tại những khu vực mặt Moho nâng lên cao thì
mặt Curie cũng nâng lên, những khu vực mặt
Moho hạ thấp ở đó mặt Curie cũng hạ thấp.
Trong khu vực nghiên cứu, độ sâu mặt Curie
luôn nằm nông hơn mặt Moho. Điều này chứng
tỏ rằng mặt Moho ở khu vực này là mặt không
có từ tính.
Tổng chiều dày trầm tích ở khu vực Bể Sông
Hồng
Bể Sông Hồng là một bể trầm tích có chiều
dày trầm tích rất lớn. Việc xác định chiều dày
trầm tích ở khu vực này thường rất khó khăn do
Bể Sông Hồng có dạng kéo dài hẹp theo chiều
đông bắc - tây nam nhưng móng trầm tích lại
rất sâu. Các mặt cắt địa chấn cắt qua khu vực
này thường có tín hiệu rất yếu về mặt ranh giới
móng trầm tích này, hơn nữa các thông tin khác
hỗ trợ cho quá trình phân tích ngược chuyển từ
mặt cắt thời gian sang mặt cắt độ sâu hầu như
không có, dẫn đến kết quả phân tích có được
thường có độ tin cậy thấp. Kết quả phân tích số
liệu trọng lực để xác định độ sâu mặt móng
trầm tích ở khu vực này cũng ở trong tình trạng

chuẩn của mặt ranh giới từ tính. Khi địa hình
có độ lệch chuẩn nhỏ hơn 17% thì độ chính xác
của phương pháp tính có thể  4,1%, khi độ
lệch chuẩn của địa hình lệch chuẩn lớn hơn
30% thì kết quả tính toán sẽ cho sai số  38%.
Mặt ranh giới móng trầm tích có độ sâu
thay đổi từ 3 - 14 km. Độ sâu mặt Curie xác
định được trong khoảng từ 11 - 26 km.
Cầu trúc mặt Curie có mối tương quan
chặt chẽ với phân bố dòng nhiệt trong khu vực
và địa hình mặt Moho: tại nơi địa hình mặt
Moho nâng lên cao thì ở đó mặt Curie nông và
ngược lại.
Mặt Moho trong khu vực nghiên cứu
không có hiệu ứng từ tính.
Lời cảm ơn: Bài báo này được hoàn thành với
sự trợ giúp của đề tài KC09.09/11-15 và đề tài
cơ sở năm 2014.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ravat, D., Pignatelli, A., Nicolosi, I., and
Chiappini, M., 2007. A study of spectral
methods of estimating the depth to the
bottom of magnetic sources from nearsurface
magnetic
anomaly
data.
Geophysical Journal International, 169(2):
421-434.
2. Ross, H. E., Blakely, R. J., and Zoback, M.
D., 2006. Testing the use of aeromagnetic

O., 1999. Curie point depth based on
spectrum analysis of the magnetic anomaly
data in East and Southeast Asia.
Tectonophysics, 306(3): 461-470.
9. Blakely, R. J., 1996. Potential theory in
gravity
and
magnetic
applications.
Cambridge University Press.
10. Spector, A., and Grant, F. S., 1970.
Statistical
models
for
interpreting
aeromagnetic data. Geophysics, 35(2): 293302.
11. Magnetic anomaly map of East Asia
1:4,000,000. Published by geological
survey of Japan and CCOP. 1996.
12. Nguyễn Như Trung, Phùng Văn Phách,
Trần Văn Trị và nnk, 2013. Đặc trưng cấu
trúc khu vực bắc vịnh Bắc Bộ theo phân
tích số liệu khảo sát địa vật lý và địa chất
mới. Tuyển tập báo cáo khoa học hội nghị
khoa học địa chất Biển toàn quốc lần thứ 2,
Hà Nội - Hạ Long, 10-12/10/2013.
13. Nguyễn Hiệp (chủ biên) 2007. Địa chất và
tài nguyên dầu khí Việt Nam. Nxb.
KH&KT, 549 tr.
14. Clift, P. D., and Sun, Z., 2006. The

Accumulation of the Northern Marginal
Basins, South China Sea. Chinese Journal
of Geophysics, 57(1): 64-78.
19. Parker, R. L., 1973. The rapid calculation
of potential anomalies. Geophysical Journal
International, 31(4): 447-455.
20. Dobrin, M. B., and Savit, C. H., 1988.
Introduction to geophysical prospecting: 4th
edition: McGraw-Hill Book Co., 867 p.
21. Statistics
and
Standard
Deviation.
Mathematics Learning Centre.

147


Nguyễn Như Trung, Bùi Văn Nam, …

APPLICATION OF POWER DENSITY SPECTRUM OF MAGNETIC
ANOMALY TO ESTIMATE THE STRUCTURE OF MAGNETIC LAYER
OF THE EARTH CRUST IN THE BAC BO GULF
Nguyen Nhu Trung, Bui Van Nam, Nguyen Thi Thu Huong, Than Dinh Lam
Institute of Marine Geology and Geophysics-VAST
ABSTRACT: This paper presents results of application of power density spectrum of magnetic
anomaly to estimate the structure of magnetic layer of the earth crust in Bac Bo Gulf. The window
sizes depending on the depth and topography of the magnetic boundary were investigated on the
digital modeling and the field data. It allows us to define suitable window sizes for estimating the
depth of the magnetic layers in the Bac Bo Gulf. The interpretation result of magnetic data was used