Đặc điểm kiến tạo khu vực vịnh Bắc Bộ trong Cenozoic

PETROVIETNAM
23DẦU KHÍ - SỐ 2/2015 
1. Mở đầu
Vịnh Bắc Bộ phân bố ở khu vực phía Tây Bắc biển 
Đông (Hình 1). Khu vực này bao quát gần như toàn bộ bể 
trầm tích Sông Hồng, một trong những bể trầm tích lớn 
nhất khu vực Đông Nam Á. Vịnh Bắc Bộ được hình thành 
trên cơ sở quá trình tách giãn biển Đông cùng với sự dịch 
trượt bằng trái của đới đứt gãy Sông Hồng và quá trình va 
chạm mảng Ấn Độ với mảng Âu - Á trong Cenozoic [13]. 
Với bề dày trầm tích có nơi lên đến ~20km [6], vịnh Bắc 
Bộ được coi là khu vực lưu giữ nhiều thông tin quan trọng 
về quá trình tương tác lục địa - đại dương, biến đổi cổ khí 
hậu, tiến hóa kiến tạo khu vực [10]. 
Công tác khoan thăm dò và điều tra địa vật lý trong 
thời gian qua đã phát hiện nhiều cấu tạo triển vọng có 
khả năng tích tụ dầu khí trong các thành tạo trầm tích lục 
nguyên và cả trong các thành tạo móng carbonate. Tuy 
nhiên, khu vực vịnh Bắc Bộ nói riêng và biển Đông nói 
chung đã trải qua nhiều quá trình biến dạng kiến tạo khác 
nhau trong Cenozoic, đặc biệt là hoạt động cắt trượt tạo 
ra bể kéo tách Sông Hồng [12]. Các pha biến dạng kiến 
tạo không những làm thay đổi trật tự địa tầng trầm tích 
Cenozoic mà còn làm phức tạp hóa cấu trúc địa chất, phá 
hủy và/hoặc hình thành nên các cấu tạo có triển vọng 
chứa hydrocarbon. Để góp phần làm sáng tỏ lịch sử tiến 
hóa địa chất - kiến tạo khu vực, phục vụ cho công tác tìm 
kiếm và thăm dò dầu khí ở khu vực vịnh Bắc Bộ, nhóm 
tác giả giới thiệu một số kết quả luận giải đặc điểm kiến 
tạo khu vực vịnh Bắc Bộ trong Cenozoic dựa trên kết quả 
phân tích tài liệu địa chấn 2D.
2. Bối cảnh kiến tạo khu vực
Một trong những sự kiện nổi bật trong Cenozoic đã 
được nhiều công trình nghiên cứu ghi nhận đó là quá trình 
va chạm mảng kiến tạo Ấn Độ với mảng Âu - Á. Bằng các 
mô hình thí nghiệm biến dạng, Tapponnier và nnk. [14] đã 
cho rằng quá trình va chạm mảng đã dẫn đến hiện tượng 
tách giãn biển Đông, sự thúc trồi địa khối Đông Dương 
về phía Đông Nam dọc theo đới đứt gãy trượt bằng trái 
Sông Hồng và một loạt hệ thống đứt gãy trượt bằng trái 
phương Tây Bắc - Đông Nam khác (Hình 2). 
Kết quả nghiên cứu cổ từ trên các đá bazan biển Đông 
cho thấy thành tạo bazan cổ nhất ven rìa Đông Bắc biển 
Đông có số hiệu 11 tương ứng với tuổi thành tạo ~32 triệu 
năm. Đây được coi là thời điểm bắt đầu tách giãn biển 
Đông [1]. Quá trình tách giãn biển Đông được cho là kéo 
dài đến Miocene giữa (~17 triệu năm). Nhận định này phù 
hợp với những tài liệu mới nhất của chương trình khoan 
sâu đại dương được tiến hành tại Trung tâm biển Đông 
năm 2014 [8].
Tuy quá trình va chạm mảng Ấn Độ với mảng Âu - Á 
có nhiều ảnh hưởng đối với kiến tạo khu vực Đông Nam Á 
nhưng các nhà địa chất sau này cho rằng cơ chế tách giãn 
và hình thành biển Đông chủ yếu là do quá trình hút chìm 
biển Đông cổ xuống bên dưới đới hút chìm Boneo (Hình 
3 và 4) [2, 3, 4, 7, 13].
Số liệu cổ từ và kết quả định tuổi tuyệt đối trên mẫu 
khoan sâu đại dương cho rằng quá trình tách giãn vỏ đại 
dương kéo dài từ ~32 triệu năm và kết thúc cách đây ~17 
ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ TRONG CENOZOIC
TS. Hoàng Văn Long1, ThS. Ngọ Văn Hưng2
1Đại học Mỏ - Địa chất 
2Tập đoàn Dầu khí Việt Nam
Email: hoangvanlong@humg.edu.vn
Tóm tắt
Vịnh Bắc Bộ là một trong những khu vực có lịch sử tiến hóa và cấu trúc địa chất phức tạp, đã trải qua nhiều giai đoạn 
phát triển khác nhau, chịu tác động của các sự kiện kiến tạo lớn trong khu vực. Nghiên cứu các đặc điểm về cấu trúc 
địa chất và địa tầng nơi đây có thể giúp khôi phục lại lịch sử tiến hóa và bối cảnh kiến tạo khống chế quá trình tiến 
hóa địa chất khu vực phục vụ cho các nghiên cứu cơ bản và tìm kiếm thăm dò dầu khí. Trong bài viết này, nhóm tác giả 
trình bày một số kết quả nghiên cứu về quá trình tiến hóa kiến tạo vịnh Bắc Bộ trên cơ sở phân tích tài liệu địa chấn 2D.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, thềm lục địa vịnh Bắc Bộ được phát triển trên móng trước Cenozoic và được cho là bắt 
đầu vào Eocene. Quá trình tiến hóa kiến tạo trải qua 4 giai đoạn: (1) Tách giãn nội lục (Eocene - cuối Oligocene); (2) 
Sụt võng co rút nhiệt (Miocene sớm); (3) Nghịch đảo kiến tạo khu vực (Miocene giữa); (4) Sụt võng do tải trọng trầm 
tích (sau Miocene giữa). Ngoài giai đoạn nghịch đảo kiến tạo khu vực thì phía Tây Bắc vịnh Bắc Bộ còn trải qua ít nhất 
2 giai đoạn nghịch đảo trong Oligocene - Miocene sớm. Trong khi đó khu vực phía Đông Nam lại đặc trưng bởi quá 
trình sụt võng chiếm ưu thế.
Từ khóa: Vịnh Bắc Bộ, biển Đông, kiến tạo. 
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
24 DẦU KHÍ - SỐ 2/2015 
triệu năm, song quá trình sụt võng trên thềm lục địa Việt 
Nam nói chung và vịnh Bắc Bộ nói riêng xảy ra sớm hơn 
rất nhiều [16]. Đến nay, chưa có giếng khoan thăm dò nào 
khoan hết tầng trầm tích ở khu vực sâu nhất của vịnh Bắc 
Bộ. Vì vậy, việc định tuổi cho các thành tạo trầm tích dưới 
cùng của khu vực và thời điểm sụt võng vịnh Bắc Bộ chủ 
yếu mang tính dự đoán và đối sánh với tài liệu địa chất 
trên bờ. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng thời điểm bắt đầu 
sụt võng kiến tạo được bắt đầu từ Eocene.
3. Quá trình tiến hóa kiến tạo vịnh Bắc Bộ
Các tài liệu thăm dò địa chấn 2D cho thấy vịnh Bắc 
Bộ trải qua quá trình sụt võng mạnh mẽ. Một số tuyến 
đo địa chấn cắt qua trục trung tâm của vùng nghiên cứu 
ở độ sâu 8s nhưng vẫn chưa khống chế được hết bề mặt 
móng trước Cenozoic (Hình 5). Quá trình tách giãn được 
bắt đầu từ Eocene cho đến Oligocene. Các thành tạo 
trầm tích đồng tách giãn được phân bố ở dưới đáy bể và 
được đặc trưng bởi các cấu tạo gá đáy trên các sườn dốc 
của đá móng (Hình 5). Biên độ dịch chuyển của các hệ 
thống đứt gãy ngang thuận không đồng nhất theo thời 
gian cho thấy chúng được tái hoạt động qua nhiều giai 
đoạn (Hình 5).
Sau quá trình sụt võng và tách giãn, khu vực nghiên 
cứu tiếp tục bị sụt võng với mức độ yếu hơn do quá trình 
co rút địa nhiệt (thermal contraction), thể hiện qua các 
thành tạo trầm tích có chiều dày phần trung tâm lớn hơn 
so với ven rìa và không bị ảnh hưởng bởi các hệ thống đứt 
gãy trong quá trình tách giãn và sụt lún trước đây (Hình 5).
Sau quá trình sụt võng do co rút nhiệt, khu vực vịnh 
Bắc Bộ nói riêng và biển Đông nói chung trải qua quá trình 
nghịch đảo kiến tạo, chuyển từ chế độ căng giãn sang chế 
độ ép nén tạo thành một bề mặt bất chỉnh hợp mang tính 
khu vực trong Miocene giữa. Sự kiện này phù hợp với thời 
điểm ngừng nghỉ của quá trình tách giãn biển Đông. Quá 
trình nghịch đảo kiến tạo đã làm cho các thành tạo trầm 
tích được hình thành ở các giai đoạn trước bị uốn nếp và 
biến dạng mạnh. Trên một số mặt cắt địa chất/địa chấn 
cho thấy các nếp uốn đảo đi kèm đứt gãy nghịch và bề 
mặt bào mòn bất chỉnh hợp rất rõ (Hình 6). Dấu hiệu của 
các mặt bào mòn bất chỉnh hợp mang tính khu vực này 
còn được thể hiện trên các mặt cắt địa chấn của bể Cửu 
Long, Tư Chính - Vũng Mây, Nam Côn Sơn... [9, 11, 15].
Giai đoạn nghịch đảo kiến tạo trong Miocene giữa 
được tiếp diễn bởi pha sụt võng thứ 2 khá mạnh tạo thành 
các thành tạo trầm tích có tuổi từ Miocene giữa đến nay. 
Các thành tạo này có chiều dày khá lớn nhưng mức độ 
Hình 2. Sơ đồ kiến tạo Đông Nam Á trong Cenozoic [14]
Hình 3. Mặt cắt địa chấn thể hiện biển Đông hút chìm bên dưới đới hút chìm Boneo [3]
Hình 4. Ophiolite là dấu hiệu còn sót lại của vỏ biển Đông cổ trên đảo Boneo
Hình 1. Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu
PETROVIETNAM
25DẦU KHÍ - SỐ 2/2015 
biến dạng không mạnh và hoạt động đứt gãy cũng chủ yếu là đứt gãy nhỏ 
mang tính cục bộ. Tuy nhiên, các dấu hiệu địa động lực trên đất liền và trên 
biển cho thấy quá trình tách giãn biển Đông và hoạt động của đới trượt 
Sông Hồng đã đi vào giai đoạn kết thúc và/hoặc suy yếu. Nghĩa là không 
có sự kiện kiến tạo đáng kể nào xảy ra 
trong vùng sau Miocene giữa dẫn đến 
quá trình sụt võng tạo nên các thành 
tạo trầm tích rất dày như ở bể Sông 
Hồng và vịnh Bắc Bộ. Vậy quá trình sụt 
võng sau giai đoạn nghịch đảo kiến tạo 
khu vực được diễn ra theo cơ chế nào? 
Theo nghiên cứu của Clift, lớp trên và 
lớp dưới của vỏ trái đất tồn tại một đới 
xung yếu ứng suất; khi các lớp trầm 
tích tăng dày, sẽ tăng áp lực lên lớp vỏ 
dưới và làm cho chúng dịch chuyển về 
hai phía ngược chiều nhau theo mô 
hình dòng chảy vỏ (lower crustal fl ow). 
Như vậy, bề mặt vỏ trái đất ở khu vực 
nghiên cứu sẽ tiếp tục bị sụt võng mặc 
dù không có hoặc có rất ít tác động của 
quá trình tách giãn kiến tạo [2].
4. So sánh chế độ địa động lực và kiến 
tạo giữa Bắc và Nam vịnh Bắc Bộ
Mặc dù quá trình sụt võng và hình 
thành vịnh Bắc Bộ chịu sự khống chế 
chặt chẽ của chế độ kiến tạo khu vực 
song cũng chịu sự chi phối bởi các hoạt 
động kiến tạo mang tính cục bộ. Mặt cắt 
địa chấn ở khu vực phía Bắc vịnh Bắc 
Bộ (Hình 6) cho thấy ngoài bề mặt bất 
chỉnh hợp khu vực trong Miocene giữa 
còn quan sát thấy các mặt bào mòn bất 
chỉnh hợp và các hệ thống dòng chảy cổ 
phát triển ở phía Đông Bắc của tuyến địa 
chấn. Các bề mặt này đánh dấu các giai 
đoạn nghịch đảo kiến tạo khác diễn ra ở 
khu vực phía Bắc của vùng nghiên cứu. 
Trong khi đó, ở khu vực phía Nam vịnh 
Bắc Bộ và bể Nam Hải Nam không quan 
sát thấy các bề mặt bất chỉnh hợp này và 
chiều dày trầm tích vẫn tiếp tục tăng lên 
chứng tỏ ngoài pha nghịch đảo kiến tạo 
chính trong Miocene giữa thì phía Bắc 
vịnh Bắc Bộ còn trải qua ít nhất hai giai 
đoạn nghịch đảo kiến tạo sớm hơn, có 
thể liên quan đến thời kỳ bắt đầu hoạt 
động của đới đứt gãy Sông Hồng (?). 
Trong khi khu vực phía Nam vịnh Bắc Bộ 
lại được đặc trưng bởi quá trình sụt lún 
chiếm ưu thế. Nhận định này phù hợp 
với quá trình dịch chuyển trung tâm 
Hình 5. Mặt cắt địa chấn cắt qua trung tâm vịnh Bắc Bộ
Hình 6. Mặt cắt địa chấn khu vực phía Bắc bể Sông Hồng thể hiện các thành tạo địa chất trước Miocene giữa 
bị uốn nếp đảo và trượt chờm do nghịch đảo kiến tạo
Hình 7. Bản đồ đẳng dày trầm tích Cenozoic vịnh Bắc Bộ thể hiện sự dịch chuyển trung tâm 
lắng đọng về phía Đông Nam theo thời gian
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
26 DẦU KHÍ - SỐ 2/2015 
lắng đọng trầm tích từ Tây Bắc về Đông Nam theo thời 
gian (Hình 7).
Các kết quả tính toán tốc độ trầm tích cho bể Sông 
Hồng và bể Nam Hải Nam [6] cho thấy giai đoạn đầu của 
quá trình hoạt động của đới đứt gãy Sông Hồng có tác 
động mạnh đến quá trình sụt võng phía Bắc vịnh Bắc Bộ 
trong khi khu vực phía Nam vịnh Bắc Bộ ít chịu ảnh hưởng 
hơn cho đến tận đầu Miocene.
5. Kết luận
Vịnh Bắc Bộ là một trong những khu vực thềm lục địa 
rộng nhất khu vực Đông Nam Á. Trên cơ sở phân tích các 
tài liệu địa chấn 2D kết hợp với tài liệu địa chất trên bờ, 
nhóm tác giả rút ra một số kết luận sau:
Khu vực này chịu sự tác động của nhiều yếu tố kiến 
tạo qua các thời kỳ khác nhau nên có đặc điểm cấu trúc địa 
chất và lịch sử tiến hóa kiến tạo phức tạp. Đây cũng là một 
trong những nơi được cho là có nhiều tiềm năng về dầu 
khí. Cấu trúc địa chất - địa tầng vịnh Bắc Bộ gồm 2 phần: 
Các thành tạo móng trước Cenozoic và các thành tạo trầm 
tích Cenozoic gắn kết yếu hoặc chưa gắn kết. Mặc dù chưa 
có tài liệu sinh địa tầng khống chế tuổi của các thành tạo 
trầm tích ở phần sâu nhất của khu vực nghiên cứu, quá 
trình tách giãn vỏ lục địa được cho là bắt đầu vào cuối 
Paleocene - đầu Eocene và chịu tác động của quá trình va 
chạm giữa mảng Ấn Độ với mảng Âu - Á. 
Lịch sử tiến hóa kiến tạo của vịnh Bắc Bộ trong 
Cenozoic được chia thành 4 giai đoạn chính: (1) Giai 
đoạn tách giãn vỏ lục địa tạo cấu trúc địa hào, bán 
địa hào nội lục từ Eocene đến cuối Oligocene; (2) Giai 
đoạn sụt võng từ từ do co rút nhiệt được kéo dài từ cuối 
Eocene đến cuối Miocene sớm; (3) Giai đoạn nghịch đảo 
kiến tạo trong Miocene giữa hình thành nên bất chỉnh 
hợp mang tính khu vực; (4) Giai đoạn tái sụt võng do 
tải trọng trầm tích. Giai đoạn này không có nhiều ảnh 
hưởng của các hoạt động kiến tạo khu vực nhưng tải 
trọng trầm tích lớn đã tạo nên áp lực quá lớn lên bề mặt 
móng và tạo ra quá trình tự biến dạng sụt võng làm 
tăng chiều dày trầm tích.
Tuy chịu tác động chung của các chuyển động kiến 
tạo khu vực nhưng khu vực phía Tây Bắc và phía Đông 
Nam của vịnh Bắc Bộ có đặc thù riêng. Nếu như phía Tây 
Bắc vịnh Bắc Bộ chịu sự khống chế của đới trượt Sông 
Hồng phương Tây Bắc - Đông Nam là chủ yếu thì phần 
phía Đông Nam còn chịu ảnh hưởng của quá trình tách 
giãn rìa Đông Bắc biển Đông. Ngoài pha nghịch đảo kiến 
tạo chính trong Miocene giữa thì phía Đông Bắc vịnh Bắc 
Bộ còn trải qua ít nhất 2 pha nghịch đảo trước đó, liên 
quan đến hoạt động của đới cắt trượt Sông Hồng. Ngược 
lại, khu vực phía Đông Nam vịnh Bắc Bộ lại liên tục bị sụt 
lún. Sự tương phản về chế độ kiến tạo đã làm cho trung 
tâm lắng đọng trầm tích được dịch chuyển dần về phía 
Đông Nam và chiều dày trầm tích cũng có xu hướng tăng 
dần theo hướng này.
Tài liệu tham khảo
1. U.Barckhausen, H.A.Roeser. Seafl oor spreading 
anomalies in the South China sea revisited. Continent-
Ocean Interactions in the East Asian Marginal Seas. 
Monograph Series. 2004; 149: p. 121 - 125.
2. P.Clift, P.Wang, W.Kuhnt, R.Hall, R.Tada. Continent-
ocean interactions within the East Asian marginal seas. 
Eos, Transactions American Geophysical Union. 2003; 
84(15): p. 139 - 141.
3. P.Clift, G.H.Lee, N.Anh Duc, U.Barckhausen, 
Hoang Van Long, S.Zhen. Seismic refl ection evidence for a 
Dangerous Grounds miniplate: No extrusion origin for the 
South China Sea. Tectonics. 2008; 27(3). 
4. R.Hall, M.Van Hattum, Spakman. Impact of 
India-Asia collision on SE Asia: The record in Borneo. 
Tectonophysics. 2008, 451(1-4): p. 366 - 389. 
5. C.G.Macpherson. Lithosphere erosion and crustal 
growth in Subduction zones: Insights from initiation of the 
nascent East Philippine Arc. Geology. 2008; 36(4): p. 311 - 
314.
6. Hoang Van Long, Peter D.Clift, Anne M.Schwab, 
Mads Huuse, Duc Anh Nguyen, Sun Zhen. Large-scale 
erosional response of SE Asia to monsoon evolution 
reconstructed from sedimentary records of the Song Hong-
Yinggehai and Qiongdongnan basins. Geological Society. 
2010; 342: p. 219 - 244.
7. C.Hutchison. Marginal basin evolution: the Southern 
South China Sea. Marine and Petroleum Geology. 2004; 
21(9): p. 1129 - 1148.
8. International Ocean Discovery Program. Opening 
of South China Sea and its implications for SE Asia tectonics, 
climate and deep mantle processes since the Late Mezozoic. 
Expedition 349 preliminary report, IODP. 2014: 109p.
9. Nguyễn Giao, Nguyễn Trọng Tín. Bể trầm tích Nam 
Côn Sơn và tài nguyên dầu khí. Địa chất và Tài nguyên Dầu 
khí. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 2007: trang 317 
- 360.
PETROVIETNAM
27DẦU KHÍ - SỐ 2/2015 
10. Nguyễn Mạnh Huyền, Hồ Đắc Hoài. Bể trầm tích 
Sông Hồng và tài nguyên dầu khí. Địa chất và Tài nguyên 
Dầu khí. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 2007: trang 
185 - 240.
11. Nguyễn Quang Bô. Bể trầm tích Tư Chính - Vũng 
Mây và tài nguyên dầu khí. Địa chất và Tài nguyên Dầu khí. 
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 2007: trang 403 - 424.
12. C.Rangin, M.Klein, D.Roques, X.Le Pichon, 
L.V.Truong. The Red River fault system in the Tonkin Gulf, 
Vietnam. Tectonophysic. 1995; 243: p. 209 - 222.
13. A.Replumaz, P.Tapponnier. Reconstruction of the 
deformed collision zone between India and Asia by backward 
motion of lithospheric blocks. J. Geophys. Res. 2003; 108(6): 
p. 22 - 85. 
14. P.Tapponnier, G.Peltzer, A.Y.Le Dain, R.Armijo, 
P.Cobbold. Propagating extrusion tectonics in Asia; new 
insights from simple experiments with plasticine. Geology 
(Boulder). 1982; 10: p. 611 - 616.
15. Trần Lê Đông, Phùng Đắc Hải. Bể trầm tích Cửu 
Long và tài nguyên dầu khí. Địa chất và Tài nguyên Dầu khí. 
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 2007: trang 269 - 316.
16. Trần Văn Trị, Vũ Khúc. Địa chất và Tài nguyên Việt 
Nam. Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. 
2009: 590 trang.
Summary
The gulf of Tonkin is one of the areas with complex geological structures and evolutionary history. This area has ex-
perienced many development periods and was aff ected by various regional tectonic events. Studying the geological 
structure and stratigraphy of this area can help us reconstruct the tectonic regime controlling geological settings in 
the region for basic researches and oil and gas exploration. In this paper, the authors present some study results on 
the tectonic evolution of the gulf of Tonkin based on 2D seismic data. 
The results show that the continental shelf within the Tonkin Gulf has evolved on the pre-Cenozoic basement, which 
was supposed to start in the Eocene. The tectonic evolution of the region has undergone 4 periods: (1) intracontinen-
tal rifting (Eocene - Late Oligocene); (2) Thermal subsidence (Early Miocene); (3) Regional inversion (Middle Miocene) 
and (4) Subsidence due to sediment load (After Middle Miocene).
Apart from the regional inversion event, the northwestern part of Tonkin Gulf was aff ected by at least 2 local uplifting 
events, which occurred in the Oligocene - Early Miocene. In contrast, the southeastern part was dominated by subsid-
ing process.
Key words: Tonkin Gulf, East Sea, Tectonics.
Cenozoic tectonic evolution in the Tonkin Gulf
Hoang Van Long1, Ngo Van Hung2
1University of Mining and Geology
2Vietnam Oil and Gas Group