4.3.1. Cơ sở nghiên cứu tiến hóa trầm tích:
Có thể nói, việc khôi phục lại được lịch sử phát triển trầm tích (tiến hóa trầm tích) là mục đích cuối cùng của phương pháp địa tầng phân tập trên cơ sở nghiên cứu một hệ thống về đặc điểm tướng trầm tích, tướng đá - cổ địa lý, địa tầng phân tập. Khóa luận đã đi qua được các bước đầu tiên, là những tiền đề cho việc nghiên cứu và xây dựng lại lịch sử phát triển trầm tích vùng biển nông ven bờ từ Bình Định đến Khánh Hòa.
Như đã trình bày ở trên, trong nghiên cứu địa tầng phân tập, việc xác định được các dao động mực nước biển là một vấn đề cốt lõi của phương pháp. Chỉ có xây dựng được một kết quả tổng hợp các quá trình băng hà và gian băng mới có thể áp dụng địa tầng phân tập có hiệu quả cho việc phân chia các chu kỳ trầm tích biển tiến, biển thoái. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về sự dao động mực nước biển. Điển hình có thể kể đến các kết quả sau:
- Trên cơ sở nghiên cứu tướng đá - cổ địa lý, địa chấn - địa tầng, địa tầng phân tập nhiều nơi trên thế giới, các nhà khoa học thuộc công ty dầu lửa Exxon đã xây dựng đường cong dao động mực nước chân tĩnh toàn cầu từ Trias đến Đệ tứ [28]. Đường cong này được sử dụng để đối sánh trong hầu hết các nghiên cứu dao động mực nước biển và địa tầng phân tập trên thế giới [19, 25, 34].
- Cũng trên cơ sở đường cong dao động mực nước biển này cùng với các nghiên cứu của mình, Richard Little đã xác định được các giai đoạn băng hà (B, C, Donau) và gian băng (B-C, C-Donau, Donau-Gunz) trong Pliocen [35]. Trong Đệ tứ ông cũng đã xác định được 5 giai đoạn băng hà và gian băng trên thế giới (hình 4.16, bảng 4.2). Kết quả này tương đối phù hợp với các công bố khác trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Hình 4.16. Sơ đồ biểu diễn các giai đoạn băng hà và gian băng trên thế giới (theo Richard Little [35])
- Trên cơ sở kế thừa những kết quả đó, Trần Nghi đã tổng hợp được bảng thời gian xảy ra các giai đoạn băng hà và gian băng trên thế giới:
Bảng 4.2. Các giai đoạn băng hà và gian băng trên thế giới (theo Richard Little [35], Trần Nghi, 2009 [19])
TT Băng hà Gian băng Băng hà Gian băng
Thời gian Châu Âu Mỹ 1 A A >5,9 tr.n. A-B A-B 5,9-5,7 tr.n 2 B B 5,7-5,1 tr.n B-C B-C 5,1-4,0 tr.n
TT Băng hà Gian băng Băng hà Gian băng Thời gian Châu Âu Mỹ 3 C C 4,0-3,7 tr.n C-Donau C-Montane 3,7-2,8 tr.n 4 Donau Montane 2,8-2,3 tr.n Donau-Gunz Plio-Pleis 2,3-1,9 tr.n 5 Gunz Nebraskan 1,9-1,4 tr.n Gunz-Mindel Aftonian 1,4-0,8 tr.n 6 Mindel Kansan 800-402 n.n Mindel-Riss Yarmouthian 402-191 n.n 7 Riss Illinoian 191-130 n.n Riss-Wurm Sangamonian 130-83 8 Wurm 1 Wisconsinan (Farmdalian) 83-50 n.n W1 - W2 Wisconsinan (Altonian) 50-40 n.n 9 Wurm 2 Wisconsinan (Woodfordian) 40-18 n.n
Hiện đại Holocen 18-0 n.n
Trong suốt thời kì Pliocen - Đệ tứ, sự dao động mực nước biển là do quá trình thay đổi khối lượng băng trên lục địa dẫn đến biển tiến - biển thoái rất nhanh, được ghi nhận lại một cách rõ ràng trên các thềm lục địa của thế giới [27]. Tốc độ thay đổi mực nước biển trong Pliocen - Đệ tứ nhìn chung lớn hơn tốc độ chuyển động kiến tạo. Ngược lại trong Mesozoi và Kainozoi khối lượng băng ít hơn trong Đệ tứ nhưng chuyển động kiến tạo lại mạnh hơn. Đây là một thuận lợi lớn trong nghiên cứu lịch sử tiến hóa trầm tích Pliocen - Đệ tứ trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển.
Các công trình trên đây là những cơ sở đáng tin cậy cho phương pháp nghiên cứu địa tầng phân tập. Qua đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng lại tiến trình lịch sử phát triển trầm tích Pliocen - Đệ tứ vùng nghiên cứu.
4.3.2. Tiến hóa trầm tích Pliocen - Đệ tứ 4.3.2.1. Giai đoạn Pliocen sớm - N21 4.3.2.1. Giai đoạn Pliocen sớm - N21
Đầu giai đoạn này là thời kỳ mực nước biển hạ tương ứng với băng hà B (hình 4.16, bảng 4.2), hình thành trầm tích tướng sông, sông biển thuộc miền hệ thống FSST/LST trên các đồng bằng ven biển và thềm lục địa vùng nghiên cứu. Mực nước biển ít nhất đã lùi qua mép thềm hiện đại. Tại vùng biển Phú Khánh cùng với thời gian mực nước biển hạ thấp là quá trình sụt lún ở trung tâm bồn càng làm quá trình biển thoái cưỡng bức diễn ra nhanh hơn, không có tích tụ trầm tích ở vùng thềm lục địa hiện tại, vật liệu trầm tích được vận chuyển đi ra xa hơn về phía trung tâm Biển Đông (có thể ra xa đến độ sâu trên 2000m nước). Với mức độ và cường độ hạ thấp mực nước biển như vậy nên các lỗ khoan trong đồng bằng không bắt gặp trầm tích tướng lục địa FSST (hình 4.17).
Hình 4.17. Bản đồ tướng đá - cổ địa lý giai đoạn mực nước biển hạ thấp cực tiểu trong Pliocen
Vào cuối giai đoạn Pliocen sớm là thời kỳ mực nước biển dâng tương ứng với gian băng B-C. Đầu thời kỳ, mực nước biển vẫn dâng chậm hơn tốc độ cung cấp (biển thoái thấp), hình thành các phân tập phủ chồng tiến (hình 4.7) đặc trưng cho miền hệ thống trầm tích biển thấp ở gần mép thềm lục địa Phú Khánh. Khi tốc độ dâng cao mực nước biển lớn hơn tốc độ cung cấp trầm tích thì biển mới bắt đầu tiến dần vào thềm trong và các đồng bằng hiện tại, hình thành tướng trầm tích sông biển chuyển tiếp lên tướng biển thuộc miền hệ thống TST/HST. Mực nước biển dâng cao và duy trì trong một thời gian dài đã tạo điều kiện hình thành tướng trầm tích hồ lục địa chứa các tầng sét và tảo lục địa khá dày kéo lên tận Kon tum (hình 4.8).
4.3.2.2. Giai đoạn Pliocen giữa - N22
Đầu giai đoạn Pliocen giữa là thời kỳ mực nước biển hạ thấp tương ứng với băng hà C. Trên thềm trong và đồng bằng ven biển không bắt gặp các trầm tích thuộc miền hệ thống biển hạ (FSST), trầm tích tướng biển thuộc miền hệ thống TST/HST của tập S1(N21) bị phong hóa loang lổ. Có lẽ thời gian xảy ra băng hà ngắn (bảng 4.2) khiến mực nước biển hạ thấp với biên độ không lớn. Tại vùng biển Phú Khánh, mực nước biển cũng chưa hạ thấp đến vị trí mép thềm hiện tại, đường bờ lúc biển hạ thấp nhất có thể ở vị trí độ sâu 200m nước, cách bờ biển hiện tại khoảng 60km (ở vị trí mặt cắt VOR-110) (hình 4.7). Mực nước biển sau đó dâng lên đến các vùng đồng bằng ven biển hiện tại và đạt mức cao trong khoảng thời gian dài tạo nên các trầm tích tướng sông biển, biển khá dày. Ở vùng Phú Yên bắt gặp các nhịp trầm tích sét và dolomit xen kẽ tướng hồ lục địa khi mực cơ sở dâng cao và ổn định là hệ quả của biển dâng thời kì này.
4.3.2.3. Giai đoạn Pliocen muộn - N23
Đầu Pliocen muộn, mực nước biển lại hạ thấp tương ứng với băng hà Donau. Mực nước biển lần này hạ thấp hơn và bờ biển dịch chuyển về phía biển xa hơn so với đầu Pleistocen giữa vì vậy trên lục địa và thềm lục địa hiện tại cũng không bắt gặp trầm tích thuộc miền hệ thống FSST. Trên các mặt cắt địa chấn dầu khí vùng biển Phú Khánh xuất hiện nhiều phân tập kiểu phủ chồng tiến đặc trưng cho miền hệ
thống LST, tuy nhiên do độ dốc địa hình lớn (có thể do cả sụt lún sau trầm tích xảy ra ở mép thềm làm biến dạng các tập này) nên khó vạch rõ ràng các bề mặt ngập lụt.
Cuối Pliocen muộn, mực nước biển bắt đầu dâng trở lại và cũng vượt qua vị trí đường bờ hiện tại hình thành trầm tích tướng sông biển và biển TST/HST trên các đồng bằng ven biển.
4.3.2.4. Giai đoạn Pleistocen sớm - Q11
Dấu hiệu mực nước biển hạ thấp đầu Pleistocen sớm tương ứng với băng hà Gunz (từ 1,9 - 1,4 triệu năm) để lại khá rõ ràng trên vùng biển nông ven bờ khu vực nghiên cứu.
Hình 4.18. Bản đồ tướng đá - cổ địa lý giai đoạn mực nước biển hạ thấp cực
tiểu trong Pleistocen sớm
Trên các băng địa chấn không bắt gặp các đào khoét lòng sông, tuy nhiên bề mặt ranh giới N2-Q đều là bất chỉnh hợp thể hiện mực nước biển hạ thấp dạng bào mòn cắt cụt (hình 3.3), chống nóc (hình 3.2, 3.3), phủ đáy (hình 3.2). Các bề mặt
này được liên kết với giếng khoan 121-CM-1X đã xác định được chính xác đáy Đệ tứ (hình 3.5).
Cuối giai đoạn Pleistocen sớm mực nước biển dâng cao trở lại tương ứng với gian băng Gunz - Mindel. Tướng trầm tích sông biển và biển TST/HST thành tạo trong giai đoạn này phổ biến trên thềm lục địa và các đồng bằng ven biển. Trên đồng bằng ven biển Bình Định trầm tích biển Pleistocen sớm hình thành các bậc thềm biển cao 90 - 100m ở phần thượng nguồn sông Hà Thanh. Thành phần là sét, sét cát hoặc lẫn cát, sạn nhỏ chứa nhiều kết hạch vôi độ cầu tốt, đường kính 2-5cm. Mặc dù không phát hiện thấy hóa thạch nhưng dựa vào quy luật phân bố, hàm lượng monmorilonit cao, sự có mặt của cuội vôi, có thể khẳng định trầm tích thành tạo trong môi trường biển trong giai đoạn biển tiến xảy ra vào cuối Pleistocen sớm tương ứng với gian băng Gunz-Mindel.
4.3.2.5. Giai đoạn Pleistocen giữa, phần sớm - Q12a
Sự hình thành các trầm tích hạt thô bắt gặp trong các lỗ khoan trên các đồng bằng ven biển và đới bãi triều (LK2-KH- Khánh Hòa) (hình 3.9), cùng với sự xuất hiện các đào khoét lòng sông ở thềm trong bắt gặp trong các băng địa chấn nông phân giải cao (hình 4.10) trên các trầm tích biển (mQ11) thuộc miền hệ thống TST/HST cho thấy mực nước biển lại hạ xuống vào đầu giai đoạn Pleistocen giữa, phần sớm. Mực nước biển hạ thấp lần này tương ứng với băng hà Mindel. Trên đa số các mặt cắt địa chấn nông đều đễ dàng xác định các trầm tích tướng châu thổ ngập nước với đặc trưng phản xạ đơn nghiêng, biên độ phản xạ yếu, đứt đoạn phân bố ở vị trí tương ứng với mép thềm hiện tại. Điều này có thể khẳng định rằng, đường bờ biển thoái vào giai đoạn này cũng đã ở đâu đó gần trùng với mép thềm lục địa hiện tại.
Vào cuối giai đoạn này, mực nước biển lại dâng cao trở lại tương ứng với gian băng Mindel - Riss xảy ra vào khoảng từ 402.000 - 191.000 năm cách ngày nay hình thành trầm tích tướng biển, sông biển phân bố phổ biến trên vùng thềm lục địa và đồng bằng ven biển hiện tại. Các tướng trầm tích này không lộ ra trên mặt mà chỉ gặp trong các lỗ khoan bãi triều và đồng bằng ven biển (LK1-TH).
4.3.2.6. Giai đoạn Pleistocen giữa, phần muộn - Q12b
Giai đoạn này cũng bắt đầu bằng một thời kỳ mực nước biển hạ thấp tương ứng với băng hà Riss. Trên đồng bằng ven biển xuất hiện các tầng cuội sạn tướng sông, sông lũ (hình 3.31, 4.12, 4.13). Trong vùng biển nông thềm trong cũng phát hiện các đào khoét lòng sông cổ quy mô lớn. Trên đới bãi triều, bề mặt bào mòn có khi là lớp vỏ phong hóa đá gốc (hình 4.13), có khi là tầng trầm tích loang lổ tướng biển nông Q12a (hình 2.12). Phủ trên đó là trầm tích hạt thô tướng sông, sông lũ hình thành trong giai đoạn hạ thấp mực nước biển. Ở khu vực thềm ngoài đặc trưng cho giai đoạn hạ thấp mực nước biển này là các tướng trầm tích sông biển với trường sóng phản xạ kiểu xích ma tăng trưởng hoặc đơn nghiêng (hình 4.14 - 4.18).
Cuối giai đoạn là thời kỳ dâng cao mực nước biển ứng với gian băng Riss - Wurm1 hình thành các tướng sông biển, sông thuộc miền hệ thống TST/HST với kích thước hạt giảm dần rõ rệt (hình 4.13), tuy nhiên phần trên kích thước hạt tăng đột ngột do sự có mặt của kết vón laterit hình thành trong quá trình phong hóa triệt để xảy ra sau đó khi mực nước biển lại hạ xuống tương ứng với băng hà Wurm1.
4.3.2.7. Giai đoạn Pleistocen muộn, phần sớm - Q13a
Vào đầu Q13a trên các đồng bằng ven biển vùng nghiên cứu phát triển các tướng sạn cát aluvi thuộc miền hệ thống FSST/LST phủ trên trầm tích sét loang lổ Q12b (hình 4.11). Sự chuyển tướng trầm tích đột ngột và phong hoá loang lổ của tầng trầm tích biển Q12b là chứng cớ của một giai đoạn hạ thấp mực nước biển, gián đoạn trầm tích, khí hậu có chế độ ấm khô - ẩm xen kẽ nhau, nước ngầm lên xuống gây nên phong hoá thấm đọng. Giai đoạn biển lùi này ứng với băng hà Wurm1. Thời kỳ biển lùi cũng hình thành các trầm tích tướng sông lấp đầy các đào khoét ở đới thềm trong (hình 3.13, 3.36) và tướng châu thổ ngập nước ở khu vực thềm ngoài với kiểu trường sóng phản xạ xích ma tăng trưởng rất rõ nét bắt gặp trên các băng địa chấn nông phân giải cao trong vùng nghiên cứu (hình 3.4, 3.5, 4.9, 4.10).
Vào cuối Q13a là giai đoạn dâng cao mực nước hình thành tầng trầm tích tướng sông biển, biển gặp hầu hết trong các lỗ khoan bãi triều và đồng bằng ven biển và các thềm biển với độ cao 16 -25m. Trên đới biển nông ven bờ (0-50m nước)
tầng trầm tích biển tiến lộ ra ngay sát bề mặt đáy biển (hình 4.19, 4.20) do bị bào mòn trong quá trình biển thoái sau đó (bề mặt bào mòn biển thấp) và biển tiếp tiếp theo (bề mặt bào mòn biển tiến), tại đây hai bề mặt bào mòn này trùng nhau về vị trí không gian nhưng cách xa nhau về thời gian.
4.3.2.8. Giai đoạn Pleistocen muộn, phần muộn - Holocen (Q13b - Q2)
Trên vùng thềm lục địa nghiên cứu, mực nước biển bắt đầu hạ thấp vào khoảng từ 39.000 năm cách ngày nay. Bằng chứng là tại LK.54 (Tuy Hòa), độ sâu 25 - 38,7m gặp trầm tích sét xám xanh, xám đen pha ít ổ cát mịn chứa nhiều loại vỏ sò, ốc nguyên vẹn và rễ thực vật đầm lầy ven biển cho tuổi C14 là 39.000 năm cách ngày nay [23]. Vào khoảng 18.000 - 20.000 năm cách ngày nay, mực nước biển đã ở độ sâu 100 - 120m nước (hình 4.20). Thời kỳ hạ thấp mực nước biển này tương ứng với băng hà Wurm2.
Hình 4.19. Bản đồ tướng đá - cổ địa lý giai đoạn mực nước biển hạ thấp cực đại trong Pleistocen muộn,
Hình 4.20. Bản đồ tướng đá giai đoạn hiện
đại (Holocen muộn)
Vào thời kỳ này, trên lục địa và biển nông ven bờ hiện tại quá trình phong hoá diễn ra rộng khắp tạo nên tầng trầm tích loang lổ. Khí hậu khô nóng xen kẽ với nóng ẩm tạo điều kiện cho nước ngầm hoạt động theo cơ chế thấm đọng. Mùa mưa Fe2+ được mang đến, mùa khô Fe2+ bị oxi hoá thành Fe3+ màu vàng, nâu đỏ. Kết quả là cát trắng bị nhuộm thành cát vàng và cát thành tạo giai đoạn trước tiếp tục bị “nhuộm” để biến thành nâu đỏ, thậm chí “kết vón cát” như kết vón laterit điển hình cát đỏ Phan Ranh - Phan Thiết. Trên đới thềm trong, các đào khoét lòng sông đánh dấu giai đoạn hạ thấp mực nước biển này rất phổ biến, bắt gặp trong hầu hết các mặt cắt địa chấn nông phân giải cao (hình 3.36, 3.44-3.46).
Thời kỳ biển tiến ngay sau đó diễn ra vào khoảng 18.000 - 20.000 năm cách ngày nay, thường gọi là biển tiến Flandrian đã tạo nên ít nhất ba đới đường bờ cổ ở
các giai đoạn ngưng nghỉ tương đối. Các sóng cát hình thành trong 3 vị trí nêu trên dễ dàng nhận diện trong các băng địa chấn nông phân giải cao và băng đo sâu hồi âm (hình 3.25, 3.26).
Tầng sét xám xanh, tướng biển vũng vịnh khá dày chứa tảo vôi phổ biến trên khắp các đồng bằng ven biển đánh dấu sự dâng lên đến cực đại của mực nước biển trong holocen trung. Các đê cát ven bờ, doi cát nối đảo cũng được hình thành trong giai đoạn biển tiến Flandrian sau đó bị gió tái tạo lại đều cho tuổi cổ nhất là 5.910 năm (bảng 3.3). Tại Sông Cầu và Tuy An, trong trầm tích biển nông (mQ21-2) gặp trong các lỗ khoan tay và hố đào cho tuổi tuyệt đối từ 4180 - 7220 năm (bảng 4.3) [18] cho thấy vào 7220 năm cách ngày này biển đã tiến qua đường bờ hiện tại và chưa lùi trở lại vị trí này ít nhất là và khoảng 4180 năm cách ngày nay.