Các kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích đảo Trường Sa lớn, Việt Nam

Các kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích đảo Trường Sa lớn có thể được phân tích thông qua các phân bố thống kê log-hyperbolic, log-skew-laplace và log-normal. Phân bố log-skew-laplace là phân bố được hiệu chỉnh tốt nhất đối với các dữ liệu được sử dụng trong nghiên cứu này. Sau một quãng đường vận chuyển trầm tích, phân bố log-normal có xu hướng biến đổi thành phân bố loghyperbolic.

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.00093 CÁC KIỂU PHÂN BỐ KÍCH THƢỚC HẠT TRẦM TÍCH ĐẢO TRƢỜNG SA LỚN, VIỆT NAM Nguyễn Ngọc Anh, Trần Đình Lân, Nguyễn Văn Quân, Vũ Mạnh Hùng Viện Tài nguyên Môi trường biển, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Email: anhnn@imer.vast.vn; lantd@imer.vast.vn; quannv@imer.vast.vn; hungvm@imer.vast.vn TÓM TẮT Các kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích đảo Trường Sa lớn phân tích thơng qua phân bố thống kê log-hyperbolic, log-skew-laplace log-normal Phân bố log-skew-laplace phân bố hiệu chỉnh tốt liệu sử dụng nghiên cứu Sau quãng đường vận chuyển trầm tích, phân bố log-normal có xu hướng biến đổi thành phân bố loghyperbolic Từ khóa: Kích thước hạt trầm tích; phân bố thống kê log-hyperbolic, log-skew-laplace log-normal GIỚI THIỆU Phần lớn phân tích thống kê lý thuyết cần dạng phân bố hàm mật độ để mơ tả chúng Nhiều cơng trình nghiên cứu gần kỷ qua phát triển nhiều kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích: Krumbein (1938) với kiểu phân bố loga chuẩn, Inman (1952) nghiên cứu phân bố Gamma chuỗi Gram-Charlier, Cramer (1946) lại sử dụng chuỗi Edgeworth Các kiểu phân bố phù hợp với số loại trầm tích khác Một số báo kinh điển Friedman (1961), Shepard & Young (1961) nghiên cứu mẫu trầm tích cát có giá trị bất đối xứng gần độ nhọn gần hiệu chỉnh tốt chuỗi Edgeworth Folk & Ward (1957) nghiên cứu trầm tích đáy sơng Brazos sử dụng phân bố Bimodal, Sulaiman et al (2007) nghiên cứu trầm tích đáy sơng Nhật Bản mô tả ba kiểu phân bố phân bố chuẩn (normal), phân bố Talbol phân bố Bimodal Ngoài phân bố đề cập phân bố khác ý đến mơ tả trầm tích luận phân bố Weibul hay gọi phân bố Rosin Nghiên cứu Shih & Komar (1990) trầm tích đáy sơng biến đổi từ phân bố loga chuẩn chế độ động lực dòng chảy yếu sang phân bố Rosin chế độ động lực dịng chảy mạnh có ứng suất ma sát đáy lớn Trong số mơi trường trầm tích đặc biệt (do gió lắng đọng lơ lửng) phân bố log - hyperbolic phù hợp phân bố chuẩn (Barndorff-Nielsen (1977), Deigaard & Fredsoe (1978), Bagnold & BarndorffNielsen (1980)) Do việc hiệu chỉnh phân bố log-hyperbolic phức tạp nên Fieller et al (1984) đề xuất sử dụng phân bố laplace thay cho phân bố log – hyperbolic Về mặt chất toán học, phân bố chuẩn phân bố laplace phân bố giới hạn phân bố họ hyperbolic Như vậy, tương ứng với kiểu mơi trường trầm tích khác nhau, có kiểu phân bố khác để mơ tả chúng Tuy có nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan đến đặc điểm phân bố kích thước hạt trầm tích tự nhiên, song phần lớn cơng trình tập trung nghiên cứu phân loại kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích môi trường sông, bãi biển, biển nông ven bờ sa mạc Đối với mơi trường trầm tích đặc thù mơi trường trầm tích biển khơi chưa quan tâm nghiên cứu mức Do vậy, báo nghiên cứu kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích đảo Trường Sa lớn góp phần hồn thiện hệ thống phân loại phân bố kích thước hạt trầm tích tự nhiên 81 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 PHƢƠNG PHÁP Đảo Trường Sa lớn nằm phía Tây Nam khu vực quần đảo Trường Sa thuộc huyện đảo Trường Sa, tỉnh Khánh Hòa Đảo Trường Sa lớn đảo san hơ có hình dạng gần giống tam giác cân, với cạnh đáy dài khoảng 600 m nằm theo hướng Đông Bắc - Tây Nam trục chay theo hướng Đông Nam - Tây Bắc dài gần 400 m Trong khuân khổ chuyến khảo sát tháng 7/2019 (mùa gió Tây Nam) thuộc đề tài KC09.29/16-20, khoảng 12 mẫu trầm tích cát, cát sạn bở rời thu thập đảo (#10, #12, #16, #18), bãi biển (#7, #8, #15) biển nông (#1, #3, #19, #20, #21) để phục vụ cho nghiên cứu Phần lớn mẫu trầm tích thu thập đảo Trường Sa lớn chứa nhiều lượng vật chất hữu vụn vỏ sinh vật (hầu, hà, ngao, ốc v.v.) Các vật chất hữu loại bỏ mẫu hóa chất cơng nghiệp Hydrogen Peroxide ( ) Các mảnh vụn vỏ sinh vật mẫu loại bỏ thông qua quan sát mắt thường kính hiển vi Sau loại bỏ tạp chất, mẫu trầm tích bở rời phân tích phương pháp rây Hàm mật độ xác suất phân bố log-hyperbolic diễn tả dạng sau đây: { ( | ) [( ) {( ( ( √( ) ) ( √( ) ) ( )) ) } ]} phương trình Bessel bậc Hàm mật độ xác suất phân bố chuẩn diễn tả dạng sau đây: ( | ) { ( ) } √ Hàm mật độ xác suất phân bố log-skew-laplace diễn tả dạng sau đây: ( | ) ( *( ) + với ) *( ) + với ( ) Khi hiệu chỉnh thông số thống kê, sử dụng tham số Ncrit để so sánh mơ hình với Ncrit xác định dựa kiểm định thống kê chi-square sau: ∑ { ( ̂ )} (̂) số lớp kích thước hạt, m số thơng số phân bố thống kê xác định, t=k-m-1, ri hàm lượng phần trăm lớp thứ i, pi xác xuất lớp thứ i hiệu chỉnh chứa tham số phân bố hiệu chỉnh Giá trị Ncrit lớn mơ hình hiệu chỉnh tốt KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Bảng kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích đảo Trường Sa lớn Phân bố lognormal (phân bố loga chuẩn) hiệu chỉnh tốt mẫu trầm tích bở rời đảo Phân bố hyperbolic hiệu chỉnh tốt mẫu trầm tích bở rời phần biển nơng xung quanh đảo Ngược lại, phân bố log-skew-laplace phân bố hiệu chỉnh tốt hầu hết liệu sử dụng nghiên cứu 82 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” Bảng Kết hiệu chỉnh phân bố kích thước hạt trầm tích đảo Trường Sa lớn dựa mẫu trầm tích thu thập chuyến khảo sát tháng 7/2019 (mùa gió Tây Nam) Mẫu #10 #12 #16 #18 #7 #8 #15 #1 #3 #19 #20 #21 μ -0,6618 -0,3664 -0,6353 6,087 -0,5735 Nd Nd -0,538 -0,6556 -0,1128 1,701 -0,0345 Log-hyperbolic δ ϒ φ 1,078 2,848 0,4674 1,732 1,467 0,7248 3,213 7,468 93,16 20,01 0,1088 0,06646 5,312 Nd Nd Nd Nd Nd Nd 0,7237 1,184 3,025 0,5122 0,8181 3,119 1,06 2,155 2,413 6,2E-09 -10,15 0,6603 0,01022 0,3253 1,55 Ncrit 159,7 503,2 72,91 83,56 306 Nd Nd 222 229 759,8 190,3 284,2 Log-skew Laplace μ β α -0,6618 0,9273 0,3511 -0,4316 0,7364 0,801 -0,6353 1,38 0,3112 -0,2266 0,4145 0,4471 -0,5379 26,14 0,2068 Nd Nd Nd -0,6406 0,3521 0,1103 -0,2197 1,101 0,5621 -0,5997 1,833 0,3875 0,001768 0,7171 0,7179 2,165 13 0,9509 -0,03395 3,074 0,6457 Ncrit 193,9 557,8 88,52 73,52 367,9 Nd 60,07 200,3 233,7 537,2 40,29 345 Log-normal μ α Ncrit -0,2099 0,7538 90,54 -0,4681 0,8602 349,4 0,06154 0,885 33,53 -0,2679 0,5459 109,3 0,7748 0,9549 86,15 1,653 0,7174 170,6 -0,3434 0,3841 18,74 0,08304 0,856 141 0,1403 0,9002 113,9 -0,0349 0,8268 713,3 Nd Nd Nd 0,6232 1,08 203,6 Chú thích: ND – thông số chưa xác định Lý do: mẫu chọn lọc tốt có đến hai cấp hạt mẫu trầm tích khơng đủ điều kiện đầu vào để tính tốn tối ưu vịng lặp code Trên sở so sánh kết hiệu chỉnh phân bố thông kê tương ứng với vị trí thu mẫu bãi cát (mẫu #7, #8, #15) phần biển nơng nằm phía đơng bắc đảo (mẫu #1, #3, #19, #20, #21) bối cảnh thu mẫu mùa gió Tây Nam thấy sau quãng đường di chuyển trầm tích, phân bố log-normal có xu hướng biến đổi thành log-hyperbolic Một xu hướng tương tự Purkait (2002) ơng nghiên cứu trầm tích sơng Usri (Ấn Độ) Do đặc điểm thủy thạch động lực (sóng, dịng chảy, di chuyển trầm tích v.v.) khu vực đảo Trường Sa lớn phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió mùa (mùa gió Tây Nam, gió mùa Đơng Bắc) nên nhận định chế độ gió mùa châu Á chi phối biến đổi kiểu phân bố kích thước hạt họ hyperbolic KẾT LUẬN Nghiên cứu rằng: (1) Các phân bố thuộc họ hyperbolic hiệu chỉnh tốt kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích bở rời đảo Trường Sa lớn (2) Gió mùa châu Á có ảnh hưởng chi phối biến đổi kiểu phân bố kích thước hạt họ hyperbolic Lời cảm ơn Nghiên cứu thực khuôn khổ đề tài cấp Nhà nước KC09.29/16-20 Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn quan liên quan Ban chủ nhiệm đề tài hỗ trợ thực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bagnold, R.A., and Barnforff-Nielsen, O., (1980) The pattern of nature size distributions Sedimentology, v 27, p 199-207 [2] Barndorff-Nielsen, O., (1977) Exponentially decreasing distributions for the logarithm of particle size Royal Society of London, proceedings, v 353(A), p 401-419 83 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 [3] Fieller, N.R.J., Gilbertson, D.D., and Olbricht, W., (1984) A new method for environmental analysis of particle size distribution data from shoreline sediments Nature, v 311, p 641 – 651 [4] Friedman, G.M., (1961) Distinction between dune, beach, and river sands from their textural characteristics Journal of Sedimentary Petrology, v 27, p 514-529 [5] Ibbeken, H., (1983) Jointed source rocks and fluvial gravels controlled by Rosin’s law: A grain size study in Calabria, South Italy Journal of Sedimentary Petrology, v 53, p 1213-1231 [6] Inman, D L., (1952) Measures for describing the size distribution of sediments Journal of Sedimentary Petrology, vol 22, No 3, pp 125-145 [7] Kitteman, L.R.Jr., (1964) Application of Rosin’s distribution in size frequency analysis of clastic rocks Journal of Sedimentary Petrology, v 34, p 483-502 [8] Krumbein, C.K., (1938) Size frequency distribution of sediments Journal of Sedimentary Petrology, Vol 8, p 84-90 [9] Leroy, S.D., (1981) Grain size and moment measures: a new look at Karl Pearson’s ideas on distributions Journal of Sedimentary Petrology, 51(2), pp 625-630 [10] Shepard, F.P and Young, R., (1961) Distinguishing between beach and dune sands Journal of Sedimentary Petrology, v 31, p 196-214 [11] Shih, S.M., and Komar, P.D., 1990 Hydraulic controls of grain size distributions of bed load gravels in Oak Creek, Oregon, U.S.A Sedimentology, v 37, p 367 – 376 [12] Sulaiman, M., Tsutsumi, D., Fujita, M., and Hayashi, K., 2007 Classification of grain size distribution curves of bed material and the porosity Annuals of Disas Prev Res Inst., Kyoto Univ., No 50 B [13] Wyrwoll, K.H and Smyth, G.K., (1985) On using the log hyperbolic distribution to describe the textural characteristics of eolian sediments Journal of Sedimentary Petrology, v 55, p 471-478 GRAIN SIZE DISTRIBUTION PATTERNS OF SEDIMENTARY DEPOSITS IN SPRATLY ISLAND, VIETNAM Nguyen Ngoc Anh, Tran Dinh Lan, Nguyen Van Quan, Vu Manh Hung Institute of Marine Environment and Resources, Vietnam Academy of Science and Technology, Email: anhnn@imer.vast.vn; lantd@imer.vast.vn; quannv@imer.vast.vn; hungvm@imer.vast.vn ABSTRACT Grain size distribution patterns of sedimentary deposits in Spratly Island can be analysed in the light of log-hyperbolic, log-skew-laplace and log-normal distribution models The log-skewlaplace distribution is the best fitted distribution for the used data set With distance of transport, the log-normal distribution becomes log-hyperbolic distribution Key words: Sediment grain size; log-hyperbolic, log-skew-laplace, log-normal 84 ... LUẬN Bảng kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích đảo Trường Sa lớn Phân bố lognormal (phân bố loga chuẩn) hiệu chỉnh tốt mẫu trầm tích bở rời đảo Phân bố hyperbolic hiệu chỉnh tốt mẫu trầm tích bở... biến đổi kiểu phân bố kích thước hạt họ hyperbolic KẾT LUẬN Nghiên cứu rằng: (1) Các phân bố thuộc họ hyperbolic hiệu chỉnh tốt kiểu phân bố kích thước hạt trầm tích bở rời đảo Trường Sa lớn (2)... Minh, tháng 11 năm 2019 PHƢƠNG PHÁP Đảo Trường Sa lớn nằm phía Tây Nam khu vực quần đảo Trường Sa thuộc huyện đảo Trường Sa, tỉnh Khánh Hòa Đảo Trường Sa lớn đảo san hơ có hình dạng gần giống tam