Lịch sử tiến hóa địa chất Holocen đới bờ khu vực Thừa Thiên Huế Đà Nẵng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT Ngô Thị Kim Chi LỊCH SỬ TIẾN HÓA ĐỊA CHẤT HOLOCEN ĐỚI BỜ KHU VỰC THỪA THIÊN - HUẾ - ĐÀ NẴNG... Trước đây, trong khu vực nghiên cứu K

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Ngô Thị Kim Chi

LỊCH SỬ TIẾN HÓA ĐỊA CHẤT HOLOCEN ĐỚI BỜ KHU VỰC THỪA THIÊN - HUẾ - ĐÀ NẴNG

KhoaKhoa học và Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Văn Long

PGS.TS Mai Văn Lạc

Phản biện 1: PGS.TS Đinh Xuân Thành

Phản biện 2: TS Hoàng Anh Khiển

Phản biện 3: TS Trần Đăng Hùng

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá cấp Trường

Họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Vào hồi … ngày … tháng …… năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc Gia, Việt Nam

- Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Đới bờ khu vực Thừa Thiên - Huế - Đà Nẵng (TTH - ĐN) thuộc thềm trong, thềm lục địa miền Trung Việt Nam, là nơi chuyển tiếp và chịu sự tương tác lục địa - đại dương Đồng thời khu vực này có mức

độ tập trung dân số cao, các hoạt động sản xuất và kinh doanh diễn ra rất nhộn nhịp Với các đặc trưng về địa chất, địa mạo, môi trường sinh thái, thủy động lực học… vùng biển nông ngoài khơi TTH - ĐN

có đặc điểm rất đa dạng về sinh thái và nhạy cảm với sự thay đổi quá trình tương tác lục địa - đại dương Bất cứ sự thay đổi nào về tính ổn định đới ven bờ đều có những tác động mạnh đến các hoạt động sống của con người và hệ sinh thái môi trường liên quan

Trước đây, trong khu vực nghiên cứu (KVNC) đã có nhiều công trình nghiên cứu về địa chất, khoáng sản, tai biến địa chất… Mặc dù vậy, các công trình về lịch sử tiến hóa đới bờ ở KVNC chưa được quan tâm xứng đáng, chưa đáp ứng được yêu cầu cấp thiết Chính vì vậy nghiên cứu lịch sử tiến hóa địa chất Holocen đới bờ khu vực TTH - ĐN trở thành một vấn đề cấp bách

Được sự đồng ý của Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Bộ môn Địa chất và cán bộ hướng dẫn, nghiên cứu sinh (NCS) đã thực hiện đề tài

“Lịch sử tiến hóa địa chất Holocen đới bờ khu vực Thừa Thiên - Huế - Đà Nẵng” Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS Hoàng Văn Long và PGS.TS Mai Văn Lạc

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu: Làm sáng tỏ lịch sử tiến hóa địa chất đới

bờ khu vực TTH - ĐN trong giai đoạn Holocen

Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu địa tầng Holocen đới bờ TTH

- ĐN; Làm sáng tỏ thành phần vật chất của các thành tạo Holocen đới

bờ TTH - ĐN; Khôi phục lịch sử tiến hóa đới bờ TTH - ĐN trong Holocen

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là các thành tạo trầm tích Holocen

- Phạm vi nghiên cứu của luận án: đới bờ thuộc vùng biển ven bờ 0

- 30 mét nước, từ xã Điền Hương, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên

- Huế đến phường Hòa Hiệp, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng

4 Cơ sở tài liệu xây dựng luận án

1 Tài liệu khảo sát thực địa do NCS thực hiện

2 NCS đã phân tích: 05 tuyến địa chất nông phân giải cao, 126 mẫu Foraminifera, 30 mẫu SEM, 12 mẫu thạch học lát mỏng, 10 mẫu tuổi tuyệt đối U - Pb, 14 mẫu đồng vị oxi

3 NCS đã tham khảo tài liệu từ các đề tài mà mình trực tiếp tham gia và các báo cáo tổng kết đề tài, nhiều bài báo, công trình trong và ngoài nước liên quan đến lĩnh vực trong KVNC

5 Những luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Các trầm tích Holocen sớm - giữa trong KVNC

bao gồm 04 tướng: Tướng trầm tích cát sông - biển (amQ21-2), tướng trầm tích bùn lẫn cát sông - biển - đầm lầy (abmQ21-2), tướng trầm tích cát - sạn bãi triều (msQ21-2) và tướng trầm tích cát biển hạt mịn (mQ21-2) Trầm tích Holocen muộn bao gồm 04 tướng: Tướng trầm tích cát - bùn sông - biển (amQ23), tướng trầm tích bùn lẫn cát sông - biển - đầm lầy (ambQ23), tướng trầm tích cát - bùn biển - đầm lầy (mbQ23), tướng trầm tích cát biển hạt mịn (mQ23

)

Luận điểm 2: Nguồn cung cấp vật liệu trầm tích trong KVNC

chủ yếu từ các đá có nguồn gốc lục địa, có tuổi kết tinh tập trung vào

3 khoảng tuổi chính: ~ 230 - 270 triệu năm, ~ 420 - 450 triệu năm và

538 triệu năm trở về trước, gắn liền với quá trình xuất lộ các thành tạo xâm nhập và biến chất tương ứng với các giai đoạn tạo núi Indosini, Caledoni và hoạt kém hơn là động trượt bằng trong Kanozoi Nguồn trầm tích này thay đổi theo không gian, thời gian và

được khống chế bởi lưu vực các hệ thống dòng chảy cổ chảy qua và chế độ hoạt động kiến tạo qua từng giai đoạn

6 Điểm mới của luận án

- Đặc điểm các trầm tích Holocen trong KVNC được nghiên cứu một cách chi tiết về thành phần vật chất và cấu trúc dựa trên các phương pháp phân tích hiện đại

- Nguồn trầm tích ở KVNC và mối quan hệ của chúng với các hoạt động kiến tạo được làm sáng tỏ dựa trên kết quả phân tích tuổi tuyệt đối U - Pb

- Sự thay đổi nhiệt độ cổ môi trường trầm tích trong Holocen được xác định chi tiết hơn bằng phương pháp phân tích đồng vị oxy

- Thiết lập được mối quan hệ về sự thành tạo của các miền hệ thống (tướng, môi trường trầm tích liên quan) với quá trình gian băng

và dâng cao mực nước biển trong Holocen

9 Bố cục của luận án

Luận án gồm 4 chương, không kể phần mở đầu và kết luận:

- Mở đầu

- Chương 1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

- Chương 2 Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3 Đặc điểm các trầm tích Holocen khu vực đới bờ

Thừa Thiên - Huế - Đà Nẵng

- Chương 4 Tiến hóa địa chất Holocen khu vực đới bờ Thừa Thiên - Huế - Đà Nẵng

- Kết luận và kiến nghị

10 Nơi thực hiện đề tài

Luận án được thực hiện tại Bộ môn Địa chất, Khoa Khoa học và

Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ-Địa chất

11 Lời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất, Khoa Khoa học

và Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Văn Long và PGS.TS Mai Văn Lạc Ngoài

ra, NCS cũng nhận được sự hỗ trợ của của Trung tâm Điều tra Tài nguyên - Môi trường biển, Phòng thí nghiệm Trường Đại học Birbek London (Anh), Phòng thí nghiệm, Trường Đại học Đồng Tế (Trung Quốc), Trung tâm Thí nghiệm Công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đề tài cấp bộ mã số B2015-02-24, đề tài cấp nhà nước BĐKH.42, cùng sự giúp đỡ của GS.TSKH Đặng Văn Bát, GS.TS Trần Thanh Hải, GS.TS Nguyễn Địch Dỹ, PGS.TS Ngô Xuân Thành, PGS.TS Bùi Hoàng Bắc, TS Đỗ Văn Nhuận, TS Vũ Trụ, Ths Nguyễn Minh Quyền, Ths Nguyễn Hữu Hiệp, KS Đào Văn Nghiêm, Ths Phan Văn Bình cùng các bạn đồng nghiệp ở Bộ môn Địa chất, Khoa Khoa học và Kỹ thuật địa chất và các nhà khoa học ở trong và ngoài trường… NCS xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

KVNC thuộc vùng biển ven bờ với độ sâu 0 - 30 mét nước, kéo

dài từ xã Điền Hương, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên - Huế đến phường Hòa Hiệp, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng, diện tích khoảng 2.520km²

1.1.2 Đặc điểm tự nhiên

KVNC thuộc đới thềm trong thềm lục địa miền Trung Việt Nam Địa hình tương đối phức tạp, chịu sự chi phối của yếu tố địa chất và kiến tạo Ngoài ra, KVNC khí hậu nhiệt đới gió mùa, có sự khác nhau giữa bắc và nam của đèo Hải Vân Thủy triều đơn giản, phía bắc tính bán nhật triều không đều, phía nam có tính nhật triều không đều với biên độ từ 0,35 - 2,0m

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

1.2.1 Giai đoạn trước năm 1975

Việc nghiên cứu địa chất trên bờ cũng như khu vực thềm lục địa Việt Nam, do các nhà khoa học nước ngoài đảm nhận Số lượng các công trình nghiên cứu còn nghèo nàn, mức độ còn chưa chi tiết

1.2.2 Giai đoạn sau 1975

Sau khi đất nước thống nhất, có rất nhiều các công trình thành lập bản đồ địa chất, địa chất khoáng sản phần đất liền ở khu vực nghiên cứu với các tỷ lệ khác nhau được hoàn thành những năm

1980, 1990

Bên cạnh đó còn có các luận án tiến sỹ của nhiều tác giả như Đặng Văn Bào (1996), Nguyễn Hữu Cử (1996), Vũ Quang Lân (2003) nghiên cứu về các vấn đề địa mạo, địa chất, Trùng lỗ, tiến hóa các thành tạo trầm tích Đệ Tứ vùng đồng bằng Quảng Trị - Thừa

Thiên - Huế Ngoài ra còn có các công trình tìm kiếm - thăm dò sa khoáng ven biển ở trong hoặc lân cận KVNC Kết quả thu được về trữ lượng và tiềm năng sa khoáng và những thông tin chi tiết và đặc điểm địa tầng tầng nông

Từ 1991 đến 2001, Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển tiến hành “Điều tra địa chất và tìm kiếm khoáng sản rắn biển nông ven bờ Việt Nam (0 - 30m nước) tỷ lệ 1 : 500.000” do Nguyễn Biểu làm chủ biên Bên cạnh đó các chương trình biển quốc gia được tiến hành và thu được nhiều thành tựu

Năm 2009 và 2010, Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển đã

"Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khoáng sản, địa chất môi trường và dự báo tai biến địa chất các vùng biển Việt Nam

tỷ lệ 1 : 500.000" Tiếp sau đó, cơ qua này cũng điều tra địa chất, địa động lực, địa chất khoáng sản, địa chất môi trường và dự báo tai biến địa chất vùng biển Thừa Thiên Huế - Bình Định (0 - 60m nước) Đánh giá chung về những kết quả thu được: (i) Về cấu trúc địa chất và kiến tạo, trong phần lục địa và đất liền của KVNC đã được làm sáng tỏ ở mức độ tổng thể trên tài liệu bản đồ tỷ lệ 1 : 200.000 (ii) Địa tầng và môi trường trầm tích KVNC đã xác lập được các địa tầng hệ Đệ Tứ

Những vấn đề còn tồn tại: (i) Chưa có nghiên cứu định lượng và chi tiết ranh giới, thành phần vật chất, tập hợp hóa thạch riêng cho các phân vị địa tầng Holocen (ii) Chưa có phân tích định lượng và hệ thống quá trình trầm tích từ nguồn tới nơi lắng đọng, chưa xác lập được vai trò của các yếu tố kiến tạo địa chất, địa mạo và cổ khí hậu đối với quá trình xói mòn, vận chuyển và lắng đọng trầm tích (iii) Việc luận giải tiến hóa trầm tích theo không gian và thời gian còn chưa được đề cập đến, đặc biệt là thiếu các số liệu phân tích định lượng về cổ môi trường và nguồn trầm tích

1.3 Đặc điểm địa chất

1.3.1 Địa tầng

1.3.1.1 Địa tầng phần đất liền ven biển: Phần đất liền kế cận

KVNC có: Phụ hệ tầng A Vương giữa (Є2 - O1 av2), Long Đại (O1 - S1 lđ), Tân Lâm (D1 tl), Quảng Điền (Q12-3 qđ), Phú Xuân (Q1

1.3.1.2 Địa tầng phần biển nông (0 - 30m): có trầm tích Q2

1-2

nguồn gốc biển (mQ21-2), nguồn gốc bãi triều (msQ21-2), Q23 nguồn gốc sông - biển (amQ23), nguồn gốc sông - biển - đầm lầy biển (ambQ23) và biển (mQ23)

1.3.2 Magma

Trong phạm vi khu vực nghiên cứu có hai phức hệ magma là

phức hệ Chà Vằn (Gb/T3 cv) và phức hệ Hải Vân (aT3hv)

1.3.2.1 Phức hệ Chà Vằn (Gb/T 3 cv): có thành phần siêu mafic

đến mafic như pyroxenit, gabropyroxenit và gabrodiorit, độ hạt từ vừa đến rất lớn

1.3.2.2 Phức hệ Hải Vân (aT 3 hv): Pha 1: gồm các đá granit

biotit hạt vừa đến lớn, kiến trúc dạng porphyr và granodiorit biotit Pha 2: granit 2 mica sáng màu, hạt nhỏ đến vừa Pha đá mạch: đá granit dạng mạch aplit và granit pegmatit

1.3.3 Kiến tạo

1.3.3.1 Vị trí kiến tạo: KVNC là một bộ phận của thềm lục địa

miền Trung Việt Nam Vì vậy sự tiến hóa kiến tạo của đới bờ khu vực nghiên cứu có mối quan hệ chặt chẽ với tiến hóa kiến tạo

1.3.3.2 Các hệ thống đứt gãy: có 4 hệ thống đứt gãy chính: TB -

ĐN, ĐB - TN, phương á vĩ tuyến và phương á kinh tuyến

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Một số thuật ngữ

Tướng trầm tích (sedimentary facies): Theo Rukhin, tướng

trầm tích gồm tập hợp các trầm tích được thành tạo trong một vị trí nhất định có những điều kiện thành tạo đặc trưng khác với những vùng lân cận

Đường bờ (shoreline): Đường bờ được hiểu là đường ranh giới

phân chia giữa đất liền và biển

Đới bờ (Coastal zone): Đới bờ (bao gồm trước bờ và sau bờ) là đới

chuyển tiếp giữa lục địa và đại dương mà ở đó có sự ảnh hưởng tương tác giữa đất liền và biển

Trầm tích Holocen: Các thành tạo trầm tích Holocen được hình

thành vào giai đoạn muộn nhất của Kỷ Đệ Tứ và được xác định là bắt đầu từ 11.700 năm trước

2.1.2 Khái quát về tiến hóa địa chất đới bờ

Tiến hóa địa chất (geological evolution) có nghĩa là sự thay đổi

thành phần vật chất, tính chất hóa - lý và các quá trình địa chất của Trái đất theo thời gian Bản chất là quá trình thay đổi về thành phần hóa học, khoáng vật, thạch học, điều kiện môi trường hóa lý, cấu trúc

- kiến tạo của các thành tạo địa chất theo không gian và thời gian dưới tác động của các quá trình địa chất nội sinh và ngoại sinh

2.2 Các phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp tng pháp nghiên cứuác độn

NCS tiến hành tổng hợp các tài liệu có trước, phân tích để đưa ra những đánh giá về các kết quả nghiên cứu về mặt địa chất, các tài liệu địa vật lý, hải văn Trên cơ sở đó NCS xác định những vấn đề

cần giải quyết

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa

NCS tiến hành 03 đợt khảo sát thực địa trong toàn khu vực nghiên cứu, theo các mặt cắt vuông góc với phương cấu trúc, kéo từ tây sang đông ra đến biển Mục đích của thực địa là thu thập mẫu, thông tin địa hình, địa mạo, cấu tạo, thành phần địa tầng và các hiện tượng biến dạng của các đá móng trước Kainozoi phục vụ cho việc luận giải địa chất sau

2.2.3.2 Phương pháp phân loại trầm tích: Trên cơ sở kết quả

phân tích độ hạt, NCS tính phần trăm (%) của các nhóm: sạn sỏi, cát, bột và sét Sử dụng phần mềm để phân loại các trường trầm tích theo biểu đồ của Folk, 1954 Trên cơ sở kết quả phân loại, xác định chính xác tên gọi của các loại trầm tích

2.2.3.3 Phân tích thành phần và kiến trúc hạt vụn

Xác định thành phần và cấu trúc khoáng vật bằng SEM: Mục

đích của NCS là để nghiên cứu chi tiết hơn về hình thái, cấu trúc tinh thể và thành phần của các khoáng vật trong trầm tích NCS đã phân tích 30 mẫu bở rời và mẫu lát mỏng tại Trung tâm thí nghiệm Công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Phân tích thành phần trầm tích vụn bằng kính hiển vi phân cực:

Trầm tích vụn bở rời được gia công thành mẫu lát mỏng và phân tích bằng kính hiển vi phân cực như phân tích lát mỏng thạch học NCS phân tích 12 mẫu để xác định thành phần mảnh vụn

2.2.3.4 Phương pháp địa chấn địa tầng: NCS tiến hành tái xử lý

và minh giải tài liệu địa chấn nông phân giải cao để phân chia các tập địa tầng địa chấn, phân tích các đặc điểm về tướng địa chấn, hình

thái, kích thước, phân bố không gian và thứ tự các tập địa tầng, thành lập các bản đồ đẳng sâu và bản đồ đẳng dày cho KVNC Việc minh giải được thực hiện trên phần mềm Kingdom Suite V8.5

2.2.3.5 Nhóm các phương pháp địa hóa

Phương pháp định tuổi tuyệt đối U-Pb trên khoáng vật zircon:

NCS đã sử dụng khoáng vật zircon để định tuổi tuyệt đối bằng phương pháp U-Pb 10 mẫu được lấy ở các độ sâu khác nhau trong lỗ khoan LK.ĐL đã được NCS tách khoáng vật zircon Việc phân tích tuổi được tiến hành bằng máy phân tích LA-ICPMS tại phòng thí nghiệm của Đại học Birkbeck London Mỗi mẫu khoảng 100 hạt zircon được lựa chọn để phân tích Từ kết quả phân tích, vẽ biểu đồ

từ đó định lượng nguồn trầm tích của KVNC

Phân tích đồng vị oxy trên các hóa thạch Foraminifera (Trùng lỗ):

NCS đã chọn 2 loài Foraminifera là Ammonia annecten và

Pseudorotalia schroeteriana trong LK.ĐL ở 7 độ sâu khác nhau Tổng

số 14 mẫu được NCS phân tích tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Đồng Tế, Trung Quốc Kết quả phân tích mẫu chỉ ra tỷ số đồng vị

O18/O16 ở các độ sâu khác nhau Trên cơ sở đó biết được sự thay đổi của nhiệt độ môi trường cổ trong các giai đoạn lịch sử khác nhau

2.2.3.6 Phương pháp nghiên cứu hóa thạch vi cổ sinh: NCS đã

tiến hành phân tích, xác định tên loài hóa thạch Foraminifera có trong mẫu trầm tích trong giếng khoan bãi triều và trầm tích tầng mặt bằng kính hiển vi hai mắt Kết quả xác định các loài Foraminifera, tuổi địa tầng, môi trường thành tạo trầm tích và điều kiện cổ địa lý

2.2.3.7 Phương pháp tướng đá - cổ địa lý: NCS đã thành lập sơ

đồ phân bố các tướng đá trong KVNC Bản đồ thể hiện những đặc điểm môi trường trầm tích, phương thức vận chuyển của vật liệu vụn,

vùng xâm thực bóc mòn và đặc điểm tướng đá

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM CÁC TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC ĐỚI BỜ THỪA THIÊN - HUẾ - ĐÀ NẴNG

bề mặt bào mòn, các dòng chảy cổ và rãnh xâm thực khá rõ Trầm tích Q21-2 chịu tác động của hoạt động kiến tạo nên bị biến dạng uốn nếp yếu được thể hiện qua phản xạ địa chấn song song và lượn sóng Ngoài

ra, còn có một số các đứt gãy trẻ cắt qua trầm tích Holocen Các đứt gãy có biên độ dịch chuyển nhỏ, thuận hoặc thẳng đứng

Bản đồ đẳng sâu, ranh giới dưới của tập trầm tích Q21-2 phân bố

từ ~ 30m (ven bờ), tới trên 85m (ra ngoài rìa) Bề mặt đáy của tầng này tương đối dốc ở ven bờ và càng ra xa càng thoải, cho thấy chúng chịu ảnh hưởng của hoạt động sụt lún của các đứt gãy tầng nông ven

bờ Chiều dày tập được dự báo từ ~ 10 - 25 m

Bản đồ đẳng dày cho thấy quy luật tích tụ trầm tích từ Bắc xuống Nam và từ Đông sang Tây có sự khác nhau Phía bắc đến Lăng Cô thì chiều dày trầm tích có xu hướng giảm từ ven bờ (~ 25m) ra vùng nước sâu (~ 10m) Do ở ven bờ bị sụt võng mạnh hơn nên phần lớn vật liệu trầm tích từ đất liền vận chuyển ra được giữ lại ở trung tâm lắng đọng ven bờ, chỉ có một lượng ít các hạt mịn được vận chuyển

ra xa nên phần nước sâu có chiều dày trầm tích mỏng hơn Ngược lại, khu vực phía nam từ Lăng Cô (Huế) trở vào, vùng ven biển được cấu tạo chủ yếu bởi các đá granit của phức hệ Hải Vân nên địa mạo đáy biển cổ dốc nhanh ra phía ngoài Vì vậy, trầm tích đổ vào sẽ được nhanh chóng vận chuyển ra xa do tác động của trọng lực, sóng, thủy