Vài nét tổng quan về núi lửa bùn trên thềm lục địa
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 14, Số 4; 2014: 341-347
DOI: 10.15625/1859-3097/14/4/5820
VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ NÚI LỬA BÙN TRÊN THỀM LỤC ĐỊA
Trần Tuấn Dũng1*, Phí Trường Thành1, Doãn Thế Hưng2
1Viện Địa chất và Địa vật lý biển-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
*E-mail: trantuan[email protected]
Ngày nhận bài: 23-5-2014
TÓM TẮT: Núi lửa bùn xảy ra chủ yếu trong phạm vi các bể trầm tích, trên đất liền và cả dưới
đáy biển, tại những khu vực xung yếu hoặc nơi giao cắt giữa các hệ thống đứt gãy hoạt động kiến
tạo bên trong vỏ Trái đất gây ra. Hoạt động của chúng dưới biển có thể gây ra rủi ro tiềm năng đối
với các hoạt động khoan dầu khí cũng như với đường ống dẫn dầu-khí. Qua thời gian, các hoạt
động tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí trên khu vực Biển Đông diễn ra khá sôi động, đặc biệt
là ở khu vực các bể trầm tích trên thềm lục địa. Vì vậy, trong bài báo này, các tác giả tập trung vào
phân tích khái quát một số đặc điểm của núi lửa bùn cũng như là cơ chế hình thành và mối quan hệ
của chúng với khí hydrate, trượt lở ngầm, làm tiền đề định hướng cho những nghiên cứu sau này.
Từ khóa: Núi lửa bùn, trượt lở ngầm, khí hydrate.
MỞ ĐẦU
của dung nham núi lửa magma phun trào đạt từ
7000C đến 1.2000C, trong khi đó quanh khu
vực miệng núi lửa bùn nhiệt độ lại rất thấp, có
thể đạt đến nhiệt độ đóng băng. Núi lửa bùn là
kết quả của một cấu trúc xuyên thủng, được tạo
ra bởi áp lực bùn, khí thâm nhập từ bên dưới
lớp vỏ Trái Đất. Hiện nay, khoảng 2.000 núi
lửa bùn đã được phát hiện trên toàn thế giới.
Việc thăm dò các vùng biển sâu vẫn đang được
tiếp tục, con số này dự kiến sẽ tăng đáng kể.
Nghiên cứu núi lửa bùn được quan tâm
nhiều từ các nhà khoa học trong những thập kỷ
gần đây bởi sự rủi ro tiềm năng của nó đối với
các hoạt động khoan dầu khí, thiết lập đường
ống dẫn trên bề mặt đáy biển, cũng như ở
những khu vực có tiềm năng khí hydrate cao.
Núi lửa bùn được hình thành tương tự như núi
lửa magma. Chúng thường xảy ra tại những
khu vực xung yếu hoặc nơi giao cắt giữa các hệ
thống đứt gãy do hoạt động kiến tạo bên trong
Một số nghiên cứu khác cũng đã ước tính
vỏ trái gây ra. Tuy nhiên, sự khác biệt giũa núi rằng tổng số núi lửa bùn dưới đáy biển có thể
lửa bùn và núi lửa magma là: Núi lửa magma từ 7.000 đến 1.000.000. Ngọn núi lửa bùn lớn
được thành tạo ở dưới sâu, nơi ranh giới giữa nhất trên thế giới có đường kính đến 10 km và
các mảng thạch quyển, còn núi lửa bùn được cao gần 700 m. Núi lửa bùn Kazakov có đường
hình thành ở nông hơn, trong phạm vi các bể kính 2,5 km và cao 120 m (Krastel, 2003) [1].
trầm tích. Núi lửa bùn thường xuất hiện ở độ Theo ước tính của Milkov (2000) [2], số lượng
sâu từ 8 km đến 22 km. Hoạt động của núi lửa núi lửa bùn dưới đáy biển có thể đạt từ 103 đến
105 (hình 1). Núi lửa bùn xảy ra chủ yếu trong
bùn thường liên quan đến sự xuất hiện của khí
mêtan, khí carbonic và nitơ. Theo một số
nghiên cứu, khi núi lửa bùn hoạt động, lượng
khí mêtan được giải phóng chiếm khoảng 70 -
99% lượng khí thoát ra. Ngoài ra, các kết quả
nghiên cứu khác cho thấy, nhiệt độ nóng chảy
phạm vi các bể trầm tích, trên đất liền và cả
dưới đáy biển, dọc theo các đứt gãy và có
nguồn tương tự nhau (Holland, 2003) [3].
Nghiên cứu của J. Chow (2001) [4] chỉ ra sự có
mặt của đứt gãy xung quanh núi lửa bùn. Núi
341
Trần Tuấn Dũng, Phí Trường Thành, …
lửa bùn cung cấp những thông tin hữu ích về dung bài viết này, các tác giả cung cấp thêm một
thành phần thạch học và chất lỏng ở dưới sâu.
số thông tin nữa về núi lửa bùn để người đọc có
thể nhìn bao quát hơn thay vì chỉ có một loại núi
Mặc dù nghiên cứu về núi lửa bùn đã được lửa phun trào magma. Có thể nói, bài viết mới chỉ
đăng tải khá nhiều trên các tạp chí Quốc tế, song mang tính phân tích tổng hợp về một số nghiên
những thông tin về nó vẫn ít được đề cập trong cứu về các hoạt động của núi lửa bùn, xảy ra trên
một số văn liệu trong nước. Vì vậy trong nội bề mặt đáy biển.
Hình 1. Bản đồ vị trí phân bố núi lửa bùn (1) và khí hydrate (2) (Milkov, 2000) [2]
nghiên cứu bởi Hedberg (1974) [7], Barber và
nnk (1986) [8] ... Các câu hỏi, tại sao và núi lửa
bùn hình thành như thế nào sẽ được giải đáp
theo 4 nhóm lý do sau.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khí
hydrat nằm bên dưới sườn dốc có thể là nhân tố
đóng góp kích hoạt cho các vụ trượt lở ngầm.
Khí hydrat giống như là băng, bao gồm nước
và khí đốt tự nhiên, được ổn định tại các điều
kiện nhiệt độ và áp suất bình thường dưới đáy
biển. Khi nhiệt độ tăng hoặc áp lực giảm, khí
hydrat trở nên không ổn định, làm cho hydrat
tan chảy và thoát khí dưới dạng bong bóng. Độ
tan chảy và thoát khí đến một mức độ nào đó
thì sẽ phá vỡ độ bền vững của sườn dốc, gây
nên hiện tượng trượt lở ngầm [5, 6].
Lý do địa chất:
Trầm tích phủ có bề dày 8 - 22 km, chủ
yếu là trầm tích lục nguyên;
Sự có mặt của các lớp sét dẻo ở bề mặt
dưới;
Sự đảo ngược mật độ đá;
Sự xuất hiện của khí tích tụ ở dưới bề mặt
dưới sâu;
MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ
THÀNH TẠO NÚI LỬA BÙN
Áp suất hình thành cao bất thường.
Lý do kiến tạo:
Những nguyên nhân và cơ chế dẫn đến hình
thành núi lửa bùn dưới đáy biển đã được
342
Vài nét tổng quan về núi lửa bùn …
Sụt lún nhanh của trầm tích phủ do tốc độ
tích tụ trầm tích cao;
Núi lửa bùn có những đặc trưng của đá
trầm tích, được tạo ra tại nơi hỗn hợp trầm tích
hạt mịn giàu chất lỏng, thường được kết hợp
với những mảnh vụn đá hoặc bùn rắn chắc,
được thoát ra trên bề mặt đáy biển (Hovland et
al., 1988; Barber et al., 1986; Cita et al., 1981;
Staffiniet al., 1993) [3, 8, 11, 12]. Dấu hiệu núi
lửa bùn được nhận ra dựa vào những dấu hiệu
địa vật lý riêng biệt (Brown and Westbrook,
1988; Fusiand Kenyon, 1996; Henry et al.,
1990; Vogt et al., 1991, 1999) [9, 13, 14, 15].
Chúng được đặc trưng bởi những dữ liệu âm
học (hình ảnh multibeam và side scan sonar),
sự tán xạ ngược cao từ bề mặt đáy biển gồ ghề
và từ sự tán xạ ngược của những mảnh vụn bùn
đá. Sự tán xạ ngược cao chỉ ra sự có mặt của
dòng bùn với những mảnh vụn bùn nhô lên
hoặc bên trong gần bề mặt. Mức độ tán xạ suy
giảm dần theo sự gia tăng độ dày của lắng đọng
bùn cũ phủ trên. Milkov (2000) [2] đã đưa ra
hai tiêu chuẩn để nhận dạng chính xác hơn về
núi lửa bùn:
Sự xuất hiện của diapir hoặc những nếp
uốn lồi;
Sự xuất hiện của đứt gãy;
Nén ép kiến tạo;
Hoạt động địa chấn;
Các quá trình đẳng tĩnh.
Lý do địa hóa:
Các thế hệ dầu khí bên ở bề mặt dưới sâu;
Tình trạng mất nước của các khoáng vật sét.
Lý do địa chất thủy văn:
Dòng chất lưu chạy dọc theo các đới đứt
gãy.
Cơ chế thành tạo núi lửa bùn được nghiên
cứu bởi Brown and West brook (1988) [9],
Hjelstuen và nnk (1999) [10], và nhiều nghiên
cứu khác đã cho thấy núi lửa bùn hình thành
theo 2 cơ chế:
Sự có mặt của trầm tích bùn núi lửa trong
mẫu lõi bao gồm những mảnh vụn bùn, chứa
đựng những trầm tích khác nhau về tuổi, cấu
trúc và thành phần ...
Cơ chế thứ nhất là sự hình thành của núi
lửa bùn trực tiếp trên bề mặt đáy biển bởi sự
xuyên thủng của các diapir sét và dòng chất lưu
di chuyển dọc theo thân diapir.
Sự có mặt của những đặc điểm địa hình
địa phương được phân biệt bởi một địa hình
đặc biệt và sự tán xạ ngược mạnh (miệng núi
lửa, dòng bùn ...), xác định từ những hình ảnh
side scan sonar, từ quan sát trực tiếp, quay
phim và chụp ảnh dưới nước.
Cơ chế thứ 2 là sự hình thành núi lửa bùn,
kết quả của sự gia tăng bùn hóa lỏng dọc theo
những đứt gãy và khe nứt.
ĐẶC TRƯNG CỦA NÚI LỬA BÙN VÀ
NHỮNG DẤU HIỆU NHẬN DẠNG
Hình 2. Mặt cắt địa chấn phản xạ GeoB 02-003 qua núi lửa bùn Kazakov,
đường kính 2,5 km, cao 120 m (Krastel, 2003) [1]
343
Trần Tuấn Dũng, Phí Trường Thành, …
Hình 3. Bản đồ độ sâu và hình ảnh Side scan sonar về núi lửa bùn Tuzlukush
(Zitter T. A. C. et al., 2005) [17]
Bên cạnh đó, P. Yin (2003) [16] cũng cho địa vật lý và side scan sonar, multibeam và
rằng những hình ảnh âm học của núi lửa bùn nhóm các phương pháp địa hóa. Trong đó,
được đặc trưng bởi những mảng xám tán xạ nhóm các phương pháp địa vật lý đưa ra những
ngược cao trên bề mặt đáy biển, được phân biệt thông tin chi tiết về độ sâu, hình dạng, kích
từ những trầm tích xung quanh có mức độ tán thước và diện phân bố của chúng ... Tuy nhiên,
xạ ngược thấp hơn. Núi lửa bùn thường xuất để nhận dạng chính xác núi lửa bùn cần phải có
hiện theo các cụm hoặc từng nhóm nhỏ sự tham gia của nhóm các phương pháp địa
(Milkov, 2000) [2].
hóa, bao gồm việc lấy mẫu và xác định các
thành phần vật chất trong đó. Nếu chỉ sử dụng
phương pháp riêng lẻ cho từng nghiên cứu thì
việc đưa ra kết quả sẽ có những sai sót. Chẳng
hạn, hình 4 và hình 5 biểu diễn hoạt động của
núi lửa phun trào magma và hoạt động của núi
lửa bùn trên băng địa chấn. Trong phạm vi núi
lửa hoạt động, trường sóng địa chấn thể hiện
khá đồng nhất và rõ ràng. Vì vậy, việc phân
biệt giữa núi lửa bùn và núi lửa magma là cũng
Núi lửa bùn hoạt động khá đa dạng, khác
biệt về quy mô, diện phân bố và tuổi. Trên các
băng địa chấn, nó thường làm biến dạng các đá
xung quanh một cách rõ rệt. Núi lửa bùn có thể
trồi hoặc không trồi trên bề mặt đáy biển. Các
dấu hiệu này được nhận thấy rất rõ trên một số
mặt cắt địa chấn phản xạ ở hình dưới đây
(hình 2, 3).
Các phương pháp sử dụng cho thu thập và không dễ, việc đưa ra quyết định đòi hỏi phải
phân tích dữ liệu núi lửa bùn chủ yếu gồm 2 có sự kết hợp của các phương pháp phân tích
nhóm chính, đó là: Nhóm các phương pháp đo địa chất và địa vật lý khác.
Hình 4. Mặt cắt địa chấn nông phân giải cao tuyến 09050403 qua miệng núi lửa
phun trào magma khu vực thềm lục địa Vũng Tàu - Bình Thuận
344
Vài nét tổng quan về núi lửa bùn …
Hình 5. Tuyến địa chấn TASIO 8 cắt qua khối nhô diapir Guadalquivir [18]
QUAN HỆ GIỮA NÚI LỬA BÙN, KHÍ những dấu hiệu của núi lửa bùn và núi lửa
HYDRATE VÀ TRƯỢT LỞ NGẦM
magma là khá giống nhau, vì vậy để xác định
chính xác loại núi lửa thì cần phải có sự kết hợp
giữa các phương pháp địa chất và địa vật lý.
Nghiên cứu về quan hệ giữa khí hydrate và
núi lửa bùn đã được quan tâm bởi nhiều nhà
khoa học, Ginsburg et al., (1999), Eldholm, O.,
et al., 1999) [19, 20] … Các công trình nghiên
cứu trên cho rằng khí hydrate có nhiều đặc
điểm liên quan đến núi lửa bùn. Khí hydrate
được hình thành và tỏa ra từ phần trung tâm
của núi lửa bùn. Hàm lượng khí hydrate trong
trong trầm tích thay đổi từ 1 - 2% đến 35% về
thể tích và thay đổi thông qua khu vực núi lửa
bùn cũng như theo độ sâu. Mêtan là thành phần
Hoạt động của núi lửa bùn dưới đáy biển có
thể gây ảnh hưởng đến hoạt động khoan, lắp
đặt đường ống dẫn dầu, khí ... Bên cạnh đó,
hoạt động của núi lửa bùn còn có thể cung cấp
những dấu hiệu về sự tồn tại túi khí ở các cấu
trúc dưới sâu.
Nhiều nơi trên thềm lục địa Việt Nam có
gradient địa hình đáy biển biến đổi mạnh. Các
chính của khí hydrate. Milkov (2000) [2] đã lớp trầm tích ở đây có độ dày rất lớn và bị phân
ước tính rằng lượng mêtan được tích tụ trong
khí hydrate liên quan đến núi lửa bùn trên toàn
thế giới vào khoảng 1010 - 1012 m3.
cắt mạnh mẽ bởi các hệ thống đứt gãy. Ở đó
cũng tồn tại nhiều cấu trúc núi lửa, đó là nguồn
gốc tiềm ẩn của những vụ trượt lở ngầm. Cần
phải có những nghiên cứu chi tiết về mối liên
quan giữa xuất hiện núi lửa bùn cũng như là vai
trò của biến đổi khí hậu toàn cầu đến trượt lở
và tần suất xuất hiện trượt ngầm.
Có thể nói, biến đổi khí hậu cũng là một
vấn đề nghiêm trọng, góp phần thúc đẩy các
quá trình trượt lở ngầm. Sự gia tăng nhiệt độ ở
đáy, sự nóng lên của các vùng nước sâu được
cho là một trong những nguyên nhân gây nên
sự thoát khí mêtan, quá trình đó góp phần vào
sự sụp đổ của các sườn lục địa ngầm (Kennett
et al., 2003) [21].
Lời cảm ơn: Các tác giả cảm ơn Đề tài
KC09.11/11-15 đã hỗ trợ các điều kiện cần
thiết để hoàn thành nghiên cứu này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
KẾT LUẬN
1. Krastel, S., Spiess, V., Ivanov, M.,
Weinrebe, W., Bohrmann, G., Shashkin, P.,
and Heidersdorf, F., 2003. Acoustic
investigations of mud volcanoes in the
Sorokin Trough, Black Sea. Geo-Marine
Letters, 23(3-4): 230-238.
Núi lửa bùn được thành tạo ở độ sâu nhỏ,
thường trong phạm vi các bể trầm tích. Nhiệt
độ của núi nửa bùn rất thấp, có thể đạt đến
nhiệt độ đóng băng. Khi núi lửa bùn hoạt động
chúng thường giải phóng ra một lượng khí mà
chủ yếu là khí mêtan. Trên băng địa chấn,
345
Trần Tuấn Dũng, Phí Trường Thành, …
2. Milkov, A. V., 2000. Worldwide distribution
of submarine mud volcanoes and associated
gas hydrates. Marine Geology, 167(1): 29-42.
pp. 543-570). Laboratoire de géologie de
l'Université.
12. Staffini, F., Spezzaferri, S., and Aghib, F.
1993. Mud diapirs of the Mediterranean
3. Hovland, M., and Judd, A., 1988. Seabed
pockmarks and seepages: impact on
geology, biology, and the marine
environment. Springer.
Ridge:
sedimentological
and
micropaleontological study of the mud
breccia. Rivista italiana di paleontologia e
stratigrafia, 99(2): 225-254.
4. Chow, J., Lee, J. S., Liu, C. S., Lee, B. D.,
and Watkins, J. S., 2001. A submarine
canyon as the cause of a mud volcano -
Liuchieuyu island in Taiwan. Marine
Geology, 176(1): 55-63.
13. Fusi, N., and Kenyon, N. H., 1996.
Distribution of mud diapirism and other
geological structures from long-range
sidescan sonar (GLORIA) data, in the
Eastern
geology, 132(1): 21-38.
Mediterranean
Sea. Marine
5. Hühnerbach, V., and Masson, D. G., 2004.
Landslides in the North Atlantic and its
adjacent seas: an analysis of their
morphology, setting and behaviour. Marine
Geology, 213(1): 343-362.
14. Henry, P., Le Pichon, X., Lallemant, S.,
Foucher, J. P., Westbrook, G., and Hobart,
M., 1990. Mud volcano field seaward of the
Barbados Accretionary Complex:
A
6. Mason, D., Harbitz, C., Wynn, R.,
Pederson, G., and Lovholt, F., 2006.
Submarine landslides: processes, triggers
and hazard protection. Philosophical
Transactions of the Royal Society, 364,
2009-2039.
deep‐towed side scan sonar survey. Journal
of Geophysical Research: Solid Earth
(1978-2012), 95(B6): 8917-8929.
15. Vogt, P. R., Crane, K., Sundvor, E.,
Hjelstuen, B. O., Gardner, J., Bowles, F.,
and Cherkashev, G., 1999. Ground-
Truthing 11-to 12-kHz side-scan sonar
imagery in the Norwegian-Greenland Sea:
Part II: Probable diapirs on the Bear Island
fan slide valley margins and the Vøring
Plateau. Geo-Marine Letters, 19(1-2): 111-
130.
7. Hedberg, H. D., 1974. Relation of methane
generation to undercompacted shales, shale
diapirs, and mud volcanoes. AAPG
Bulletin, 58(4): 661-673.
8. Barber, A. J., Tjokrosapoetro, S., and
Charlton, T. R., 1986. Mud volcanoes,
shale diapirs, wrench faults, and melanges
16. Yin, P., Berne, S., Vagner, P., Loubrieu, B.,
and Liu, Z., 2003. Mud volcanoes at the
shelf margin of the East China Sea. Marine
Geology, 194(3): 135-149.
in
accretionary
complexes,
eastern
Indonesia. AAPG Bulletin, 70(11): 1729-
1741.
9. Brown, K., and Westbrook, G. K., 1988.
Mud diapirism and subcretion in the
Barbados Ridge accretionary complex: the
role of fluids in accretionary processes.
Tectonics, 7(3): 613-640.
17. Zitter, T. A. C., Huguen, C., and Woodside,
J. M., 2005. Geology of mud volcanoes in
the eastern Mediterranean from combined
sidescan
sonar
and
submersible
surveys. Deep Sea Research Part I:
Oceanographic Research Papers, 52(3):
457-475.
10. Hjelstuen, B. O., Eldholm, O., Faleide, J. I.,
and Vogt, P. R., 1999. Regional setting of
Håkon Mosby mud volcano, SW Barents
Sea margin. Geo-Marine Letters, 19(1-2):
22-28.
18. Medialdea, T., Somoza, L., Pinheiro, L. M.,
Fernández-Puga, M. C., Vázquez, J. T.,
León, R., ... and Vegas, R., 2009. Tectonics
and mud volcano development in the Gulf
of Cádiz. Marine Geology, 261(1): 48-63.
11. Cita, M. B., Ryan, W. B., and Paggi, L.,
1981. Prometheus mud breccia: an example
of shale diapirism in the western
19. Ginsburg, G. D., Milkov, A. V., Soloviev, V.
Mediterranean
ridge.
In Annales
A., Egorov, A. V., Cherkashev, G. A., Vogt,
geologiques des Pays helleniques (Vol. 30,
346
Vài nét tổng quan về núi lửa bùn …
P. R., ... and Khutorskoy, M. D., 1999. Gas
hydrate accumulation at the Haakon Mosby
mud volcano. Geo-Marine Letters, 19(1-2):
57-67.
Håkon Mosby mud volcano. Geo-Marine
Letters, 19(1-2): 29-37.
21. Kennett, J. P., Cannariato, K. G., Hendy, I.
L., and Behl, R. J., 2003. Methane hydrates
in Quaternary climate change: The clathrate
gun hypothesis (Vol. 54, pp. 1-216).
American Geophysical Union.
20. Eldholm, O., Sundvor, E., Vogt, P. R.,
Hjelstuen, B. O., Crane, K., Nilsen, A. K.,
and Gladczenko, T. P., 1999. SW Barents
Sea continental margin heat flow and
OVERVIEW OF SUBMARINE MUD VOLCANO
Tran Tuan Dung1, Phi Truong Thanh1, Doan The Hung2
1Institute of Marine Geology and Geophysics-VAST
2Vietnam Academy of Science and Technology
ABSTRACT: Mud volcanoes occur mostly within the sedimentary basins, both on land and
seabed, where are weak areas of Earth crust or intersection of the fault systems. The activities of
submarine mud volcano might cause potential risks for drilling operations and setting oil and gas
pipeline on the sea floor. The activities of exploration and exploitation of oil and gas in the East Sea
are pretty strong, especially in the sedimentary basins of the continental shelf. Therefore, in this
paper, the authors focus on essential analysis of some characteristics of mud volcanoes as well as
the mechanism of formation and their relationships with gas hydrate, submarine landslide as a
premise for the next researches.
Keywords: Mud volcano, submarine landslide, gas hydrate.
347
7 trang
13/01/2024
12260
Free
Bạn đang xem tài liệu "Vài nét tổng quan về núi lửa bùn trên thềm lục địa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- vai_net_tong_quan_ve_nui_lua_bun_tren_them_luc_dia.pdf
