ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT ĐỆ TỨ, ĐỊA MẠO – KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI VÙNG THUNG LŨNG SÔNG ĐÀ ĐOẠN TỪ HÒA BÌNH ĐẾN VIỆT TRÌ VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI TAI BIẾN ĐỊA CHẤT

Việc nghiên cứu tai biến địa chất có thể được tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau, song nhận thấy rõ rằng các tai biến địa chất liên quan chặt chẽ với điều kiện địa mạo, chế độ hoạt động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN XUÂN NAM

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT ĐỆ TỨ, ĐỊA MẠO – KIẾN TẠO HIỆN ĐẠI VÙNG THUNG LŨNG SÔNG ĐÀ ĐOẠN TỪ HÒA BÌNH ĐẾN VIỆT TRÌ

VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI TAI BIẾN ĐỊA CHẤT

Ngành: Địa chất học

Mã số: 62.44.02.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI – 2015

Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất, Khoa Địa

chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

phường Đức Thắng – Bắc Từ Liêm – Hà Nội

Vào hồi………giờ, ngày…… tháng…….năm 2015

Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia, Hà Nội hoặc thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất.

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

Vùng nghiên cứu là vùng chuyển tiếp giữa vùng núi tây bắc với đồng bằng Hà Nội, có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội Đây cũng là nơi có nhiều công trình kinh tế, văn hóa trọng điểm quốc gia, có thể bị tác động mạnh

do các tai biến địa chất

Việc nghiên cứu tai biến địa chất có thể được tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau, song nhận thấy rõ rằng các tai biến địa chất liên quan chặt chẽ với điều kiện địa mạo, chế độ hoạt động kiến tạo hiện đại và chúng chính là một đối tượng của địa chất

Đệ tứ, do vậy việc nghiên cứu địa chất Đệ tứ, địa mạo - kiến tạo hiện đại là hướng tiếp cận đúng đắn, hiệu quả nhằm xác định nguyên nhân, dự báo xu hướng giảm thiểu thiệt hại do các tai biến địa chất gây ra

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Mục đích nghiên cứu của luận án là làm sáng tỏ đặc điểm địa chất Đệ tứ, đặc điểm địa mạo-kiến tạo hiện đại vùng thung lũng sông Đà đoạn từ Hòa Bình đến Việt Trì Phân tích mối liên quan của địa chất Đệ tứ, địa mạo, kiến tạo hiện đại với tai biến địa chất, đề xuất các biện pháp giảm thiểu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các thành tạo địa chất

Đệ tứ, địa hình-địa mạo, hoạt động kiến tạo hiện đại và tai biến địa chất Phạm vi nghiên cứu là thung lũng sông Đà đoạn từ Hòa Bình đến Việt Trì

4 Nội dung nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu đặc điểm trầm tích Đệ tứ về nguồn gốc, tuổi

- Nghiên cứu đặc điểm địa mạo

- Nghiên cứu hoạt động kiến tạo hiện đại

- Nghiên cứu tai biến địa chất và mối liên quan của chúng với đặc điểm địa chất Đệ tứ, địa mạo - kiến tạo hiện đại, đề xuất các biện pháp giảm thiểu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu quy luật phân bố trầm tích Đệ tứ, làm cơ sở luận giải các quá trình địa chất xảy ra trong giai đoạn Đệ tứ theo thuyết

“Hiện tại là chìa khoá để hiểu quá khứ” Lập lại lịch sử hình thành

thung lũng hạ lưu sông Đà và hoạt động kiến tạo liên quan

Nghiên cứu địa mạo-kiến tạo (tectonic geomorphology), góp phần phát triển phương pháp nghiên cứu hoạt động kiến tạo hiện đại ở Việt Nam

- Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu lý giải nguyên nhân gây nên tai biến địa chất và đề xuất các biện pháp phòng tránh, giảm thiểu hậu quả của chúng trong phạm vi thung lũng sông tương đối hoàn chỉnh

6 Cơ sở tài liệu của luận án

Luận án được xây dựng trên cơ sở tài liệu do chính NCS thu thập, khảo sát thực địa nghiên cứu địa chất, địa mạo, kiến tạo và tai biến địa chất từ năm 2010 đến nay Bên cạnh đó trong quá trình làm luận án, NCS tham gia đề tài “ Nghiên cứu tai biến địa chất ở vùng Ba Vì, Hòa Bình ” do PGS.TS Hạ Văn Hải làm chủ biên, đề tài “Nghiên cứu, đánh giá kiến tạo hiện đại và vai trò của nó đối với các tai biến thiên nhiên… ” do PGS.TS Trần

Thanh Hải làm chủ biên Các đề tài này liên quan trực tiếp đến hướng nghiên cứu của NCS

Ngoài ra NCS thu thập và phân tích một khối lượng lớn tài liệu địa chất, địa mạo các tỷ lệ, tham khảo nhiều bài báo được công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước

7 Các luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: Thung lũng hạ lưu sông Đà, đoạn từ Hòa Bình đến Việt Trì được hình thành từ Pleistocen đến nay và

chia làm 03 đoạn có chế độ hoạt động kiến tạo khác nhau

- Luận điểm 2: Hoạt động kiến tạo hiện đại vùng thung lũng

hạ lưu sông Đà từ Hòa Bình đến Việt Trì thể hiện rõ trên địa hình qua 17 bề mặt địa hình thuộc 5 nhóm nguồn gốc và chia thành 03 loại: mạnh, trung bình, yếu thông qua 05 chỉ số địa mạo-kiến tạo

8 Điểm mới của luận án

- Thung lũng hạ lưu sông Đà từ Hòa Bình tới Việt Trì được chia ra làm 3 đoạn có chế độ hoạt động kiến tạo khác nhau

- Hoạt động kiến tạo hiện đại thung lũng sông Đà đoạn từ Hòa Bình đến Việt Trì được đánh giá định lượng thông qua chỉ

số địa mạo-kiến tạo

- Hoạt động kiến tạo hiện đại là nguyên nhân chính liên quan

đến hiện tượng sụt đất ở phường Đồng Tiến (Hòa Bình), xã Phong Vân (Ba Vì), và xã Tân Đức (Việt Trì).

Chương 2 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu Chương 3 Đặc điểm địa chất Đệ tứ vùng thung lũng sông

Đà đoạn từ Hòa Bình đến Việt Trì

Chương 4 Đặc điểm địa mạo -kiến tạo hiện đại vùng thung lũng sông đà đoạn từ Hòa Bình đến Việt Trì

Chương 5 Tai biến địa chất và mối liên quan với địa chất

Đệ tứ, địa mạo- kiến tạo hiện đại

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

nghiên cứu được lựa chọn

mở rộng về phía bắc tạo nên

một khung nghiên cứu hình

1.2 Lịch sử nghiên cứu

NCS tìm hiểu lịch sử nghiên cứu theo 04 trọng tâm là địa chất chung, địa chất Đệ tứ, hoạt động kiến tạo và các nhận định

về lịch sử hình thành thung lũng hạ lưu sông Đà

Theo đó lịch sử nghiên cứu địa chất từ trước năm 1975 đã đề cập tương đối chi tiết một loạt các vấn đề địa chất như địa tầng, magma, kiến tạo, đã làm sáng tỏ lịch sử phát triển địa chất khu vực Sau năm 1975 một loạt các tờ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 được thành lập, vùng nghiên cứu liên quan đến 6 tờ bản đồ địa chất được thành lập từ giai đoạn 1984 đến 1994 Trầm tích Đệ tứ khu vực hạ lưu sông Đà mới được nghiên cứu từ năm 1973 trở lại đây, các nghiên cứu chủ yếu phục vụ cho công tác lập bản đồ địa chất và thăm dò khoáng sản Việc nghiên cứu trầm tích Đệ tứ trong bối cảnh thung lũng hạ lưu sông Đà nhằm tìm hiểu về lịch sử hình thành và hoạt động kiến tạo liên quan chưa được thực hiện

Các nghiên cứu về hoạt động tân kiến tạo và kiến tạo hiện đại cho thấy một số hệ thống đứt gãy tái hoạt động là hệ thống đứt gãy phương TB-ĐN, ĐB-TN và á kinh tuyến Biểu hiện nâng, hạ địa hình được phản ánh qua các nghiên cứu địa mạo ở mức độ định tính Việc nghiên cứu định lượng chưa được thực hiện Vấn đề còn bỏ ngỏ này là cơ hội để NCS tìm cách giải quyết

Tổng hợp các nhận định trước đây về sự hình thành của thung lũng hạ lưu sông Đà, NCS thấy có hai luồng quan điểm: thứ nhất cho rằng thung lũng hạ lưu sông Đà hình thành trong giai đoạn Pliocen-Đệ tứ (5 triệu năm), thứ hai cho rằng thung

lũng hạ lưu sông Đà hình thành trong giai đoạn Pleistocen Vậy sông Đà đoạn từ Hòa Bình đến Việt Trì hình thành từ thời gian nào là câu hỏi cần lý giải

1.3 Đặc điểm địa chất trước Đệ tứ

Sơ đồ địa chất được thành lập từ việc kết nối 6 tờ bản đồ địa chất 1: 50.000, nhằm nghiên cứu cấu trúc nền nơi các trầm tích

Đệ tứ phủ lên Trên sơ đồ thể hiện 27 phân vị địa tầng, 05 phức

hệ magma và 04 hệ thống đứt gãy Phần bờ trái sông Đà phân

bố chủ yếu là các đá có tuổi cổ từ giai đoạn tiền Cambri đến Devon, các đá cổ được nâng lên đến độ cao hàng ngàn mét chứng tỏ hoạt động nâng đã rất mạnh mẽ làm bóc mòn hết các

đá trẻ Phần bờ phải sông Đà chủ yếu là các đá trẻ từ giai đoạn Trias đến Đệ tứ, hai đỉnh cao nhất ở phần này là núi Ba Vì và núi Viên Nam đều cấu tạo bởi các đá phun trào tuổi Trias chứng

tỏ hoạt động phun trào rất mạnh mẽ Theo quan niệm của các nhà địa chất trước đây thì sông Đà trong vùng nghiên cứu chính

là ranh giới giữa đới Fanxipan và đới Ninh Bình, cả hai đới này đều là đới nâng Đới sụt hạ tồn tại ở phía bắc vùng nghiên cứu với trầm tích trẻ phủ trực tiếp trên các đá gốc có tuổi cổ (Ar)

Sự phân bố các địa tầng địa chất cho thấy hoạt động kiến tạo đã xảy ra rất mạnh mẽ trong quá khứ tạo nên địa hình như chúng ta thấy ngày nay

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp luận

Cơ sở lý luận của luận án là đứng trên quan điểm của địa mạo học truyền thống cũng như hiện đại xem địa hình như

những sự vật có phát sinh, phát triển theo logic tiến hóa và là kết quả của tác động tương hỗ của quá trình nội sinh với các quá trình ngoại sinh, khi các quá trình nội sinh thắng thế tức là hoạt động kiến tạo mạnh dẫn tới địa hình bị phân dị Các yếu tố

độ cao địa hình, độ dốc và hình dạng địa hình do đó là yếu tố quan trọng để xác định hoạt động kiến tạo Dựa trên cơ sở này NCS làm bài toán ngược, nghĩa là thông qua các dấu hiệu địa mạo để suy ra đặc điểm của hoạt động kiến tạo, cụ thể hơn NCS dùng phương pháp trắc lượng hình thái để đánh giá các chỉ tiêu hoạt động kiến tạo hiện đại

Giai đoạn hoạt động tân kiến tạo ở Việt Nam được đa số các nhà địa mạo, địa chất chấp nhận là thời gian từ Oligocen đến Đệ

tứ Như vậy kiến tạo hiện đại (10.000 năm) là một phần của tân kiến tạo Đối với nghiên cứu thung lũng sông, việc xác định hoạt động kiến tạo cần phải nghiên cứu trong bối cảnh hoạt động tân kiến tạo và kiến tạo hiện đại

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nhóm phương pháp địa chất

-Phương pháp thành lập sơ đồ địa chất, địa chất Đệ tứ, phương pháp cổ sinh, phương pháp phân tích tuổi tuyệt đối 2.2.2 Nhóm các phương pháp địa mạo

- Phương pháp thành lập bản đồ địa mạo, phương pháp trắc lượng hình thái, phương pháp viễn thám

2.2.3.Các phương pháp khác

- Phương pháp thành lập sơ đồ tai biến địa chất, phương pháp địa hóa, phương pháp trắc địa

Hình 2.1.Một số hình ảnh khảo sát thực địa trong vùng

nghiên cứu: A-phát hiện thềm bậc II bên bờ trái sông Đà; B-lấy mẫu cuội và mẫu bào tử phấn hoa; C-xác định đo đạc phương đứt gãy; D,E- Khảo sát mặt trượt đứt gãy á kinh tuyến tại Hòa Bình; F-Khảo sát điểm sụt đất tại Phong Vân-Ba Vì

Hình 2.2 Minh họa một số yếu tố phụ trợ dùng trong trích

xuất bề mặt địa hình; A-Ảnh vệ tinh; B-Mô hình DEM; C-Phân khoảng độ dốc; D-Phân khoảng độ cao; E-Khoảng độ dốc >35o; F-Thành tạo địa chất; G-Vùng đệm sông suối; H-Vùng đệm đứt gãy; I-Bề mặt cong địa hình

Chương 3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT ĐỆ TỨ VÙNG THUNG LŨNG SÔNG ĐÀ ĐOẠN TỪ HÒA BÌNH ĐẾN VIỆT TRÌ 3.1 Nguồn gốc-tuổi trầm tích Đệ tứ

Các trầm tích Đệ tứ được xâu chuỗi từ các kết quả nghiên cứu trước đây, có kiểm tra thực địa đối sánh với những trầm tích mới phát hiện Phân tích bổ sung một số mẫu bào tử phấn hoa, C14 nhằm chính xác hóa các trầm tích Đệ tứ Sơ đồ địa chất Đệ tứ, cột địa tầng được thành lập trên cơ sở nguồn gốc, tuổi

3.1.1 Trầm tích sông – tuổi Pleistocen sớm (aQ 1 )

07 lỗ khoan cho thấy trầm tích (apQ12-3a) có bề dày trung bình

25 m Tại khu vực Thanh Thủy, Thuần Mỹ qua 12 lỗ khoan cho thấy trầm tích sông-lũ tuổi Pleistocen giữa muộn có bề dày trung bình 20m

3.1.3 Trầm tích sông tuổi Pleistocen muộn phần muộn

Trầm tích sông (aQ1

3b) hệ tầng Vĩnh Phúc (hình 3.1) Thành phần gồm cuội đa khoáng có độ mài tròn tốt, xen lẫn với sét, bột màu loang lổ nâu đỏ Bề dày < 30m

3.1.4 Trầm tích tuổi Holocen sớm-giữa(Q 2

tích tảo nước ngọt: Eunotia, Hantzschia, Navicula , các dạng bào tử phấn hoa: Polypodiaseae, Gleichenia, Lygodium, Lythocarpus, Pinus, Quercus, Liliaceae môi trường đầm hồ

nước ngọt Bề dày <30m

-Trầm tích đầm lầy

Trầm tích (bQ21-2) của hệ tầng Hải Hưng là các đoạn sông

chết bị đầm lầy hóa nhanh lấp đầy bột, sét và xác thực vật thân

gỗ, thân cỏ, đôi khi có thấu kính than bùn Trong tập này có

chứa di tích tảo nước ngọt: Eunotia, Hantzschia, Navicula , các dạng bào tử phấn hoa: Polypodiaseae, Gleichenia, Lygodium, Lythocarpus, Pinus, Quercus, Liliaceae Bề dày <

10m

3.1.5 Trầm tích tuổi Holocen muộn (Q 2 )

-Trầm tích nguồn gốc sông (aQ2

3) hệ tầng Thái Bình (hình 3.1), bao gồm: bãi bồi cao ở trong đê và bãi bồi thấp ngoài đê Tích tụ bãi bồi cao chủ yếu là bột sét lẫn cát Thành phần độ hạt bột: 16,92-87,4%, sét: 17,32- 44,66%; cát: 9,8-20,57% Các hệ

số độ hạt: Md: 0,009-0,16; So: 1,84-4,24; Sk: 0,28-5,94; độ cầu Sf: 0,675; Ro: 0, 297 Trong trầm tích có chứa bào tử phấn hoa:

Polypodiaceae, Microlepia, Ligodium, Pteris Tích tụ bãi bồi

thấp liên quan mật thiết với chế độ của dòng chảy Cát lòng sông Đà có độ lựa chọn, phân hạng khá, cấp hạt cỡ 0,5 đến 1

mm chiếm 97,35% Đường kính trung bình Md = 0,25m/m, So

= 1,84 - 3,52; Sk = 0,97 Các bãi bồi thấp được thành tạo hàng năm, hình dạng kích thước của chúng biến động sau mỗi mùa

lũ Bề dày tích tụ bãi bồi thấp < 9 m

-Trầm tích nguồn gốc hồ (lQ2 ) hệ tầng Thái Bình Tại khu vực Phương Lâm, Hòa Bình, NCS phát hiện được các trầm tích

hồ, đây có thể là hồ móng ngựa với vật liệu trầm tích gồm cát 30%, sét bột 70% Trầm tích chứa nhiều vỏ ốc, hến nước ngọt Kết quả phân tích C14 xác định tuổi tuyệt đối là 2.118 ± 50 năm Điều này cho phép nhận định trong Holocen tại đây đã tồn tại một hồ nước

Hình 3.2 Sơ đồ phân bố trầm tích Đệ tứ dọc sông Đà; 1-hệ

tầng Thái Bình (bãi bồi thấp); 2-hệ tầng Thái Bình (bãi bồi cao); 3-hệ tầng Hải Hưng;4-hệ tầng Vĩnh Phúc; 5- hệ tầng Hà Nội; 6-

hệ tầng Đức Phong; 7-đường mặt cắt và ký hiệu; 8-đường chia đoạn sông Đà; 9-lưu vực sông Đà

Hình 3.3 Một số mặt cắt ngang thể hiện sự phân bố trầm tích ở đoạn 1, đoạn 2 và đoạn 3

Hình 3.4 Mặt cắt địa mạo theo đường 22’ và đường 33’ (1/bề mặt do đứt gãy; 2/bề mặt bóc mòn kiến

trúc;3/bề mặt trọng lực; 4/bề mặt bóc mòn chung; 5/bề mặt san bằng 40-60m; 6/bề mặt san bằng 100-200m; 7/bề mặt san bằng300-500m; 8/bề mặt san bằng 600-800m; 9/bề mặt san bằng 900-1200m;10/núi sót karst;11/thung lũng karst; 12/bãi bồi;13/thềm I; 14/thềm II; 15/trũng xâm thực

3.2 Hoạt động kiến tạo Đệ tứ trong vùng nghiên cứu

Các biểu hiện nâng hạ kiến tạo thể hiện qua hình dạng của thung lũng được xác định bằng mặt cắt ngang, tính toán tỷ số giữa độ rộng của bề mặt thung lũng với độ cao, gọi chung là chỉ

số (Vf) Giá trị chỉ số Vf cao chỉ ra bề mặt thung lũng rộng, liên quan đến tốc độ nâng yếu, chỉ số Vf thấp phản ánh hình dạng thung lũng hẹp, liên quan đến tốc độ nâng mạnh và độ sâu thung lũng lớn Chỉ số Vf được tính toán cho thấy đoạn sông thẳng phương á kinh tuyến (đoạn 2- hình 3.2) có tốc độ nâng mạnh), chính đoạn sông này NCS đã phát hiện thềm bậc II cao hơn mực nước sông 16m

Một cách nghiên cứu cụ thể hơn là kết hợp hình thái, sự phân bố trầm tích Đệ tứ trên mặt và dưới sâu Theo đó NCS chia đoạn sông Đà từ Hòa Bình đến Việt Trì thành 3 đoạn, (hình 3.2) thành lập 14 mặt cắt ngang và 01 mặt cắt dọc sông Đà, để phân tích từng đoạn sông Kết quả cho thấy các đoạn sông liên quan đến chế độ hoạt động kiến tạo hiện đại khác nhau: đoạn 1

bị sụt hạ kiến tạo với tích tụ trầm tích Đệ tứ có chiều dày > 62m tại trũng Hòa Bình Trũng này liên quan với hệ thống đứt gãy á kinh tuyến rìa đông và tây Hòa Bình Đoạn 2 thể hiện hoạt động nâng cao địa hình với chiều dày trầm tích Đệ tứ mỏng, lòng sông cắt xẻ trực tiếp vào đá gốc Đoạn 3 liên quan đến vận động sụt hạ biểu hiện với chiều dày trầm tích Đệ tứ đến 98m (LK.9), đoạn này chịu ảnh hưởng của hệ thống đứt gãy tây bắc-đông nam, đông bắc-tây nam và á kinh tuyến