1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
2.2. Đặc điểm địa tầng Đệ Tứ vùng nghiên cứu
2.2.1. Lịch sử nghiên cứu
Công tác nghiên cứu địa chất Đệ Tứ và khoáng sản liên quan đồng bằng ven biển vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế gắn liền với các đồng bằng ven biển khác ở nước ta và đã được nhiều nhà Địa chất nước ngoài (chủ yếu là người Pháp) cũng như đội ngũ các nhà Địa chất Việt Nam tiến hành từ cuối thế kỷ 19 cho tới ngày nay. Quá trình nghiên cứu địa chất Đệ Tứ được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn trước năm 1975 và từ năm 1975 đến nay.
2.2.1.1. Trước năm 1975
Từ đầu thế kỷ 20 công tác nghiên cứu địa chất Đệ Tứ, khoáng sản liên quan ở đồng bằng ven biển vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế và các đồng bằng khác của Việt Nam do các nhà địa chất Pháp thực hiện (E. Patte, 1924; R. Bourret, 1925; A.
Lacroix, 1932, 1934; J.H Hoffet, 1924; E. Saurin, 1935-1937; J. Fromaget, 1937...). Các nhà địa chất Pháp đã phân chia trầm tích Đệ Tứ ra aluvi cổ có tuổi Pleistocen và aluvi trẻ tương ứng với Holocen. Bazan cũng được chia tách thành bazan giàu olivin có tuổi cổ hơn loại bazan nghèo olivin [34].
Tuy vậy, vào cuối giai đoạn này đã có sự tham gia nghiên cứu ngày một nhiều hơn của các nhà Địa chất Liên Xô cũ (A.E. Dovficov, 1965) và Việt Nam vào công tác đo vẽ lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:500.000 (Lê Thạc Sinh, 1967; Trần Kim Thạch, 1974). Ngoài ra, còn có một số nghiên cứu khoáng vật nặng trong cát (L.C. Noakes, 1970; Nguyễn Tấn Thi, 1971) và khoáng vật sét (Hoàng Thị Thân, 1972)...
Nhìn chung, công tác nghiên cứu địa chất Đệ Tứ ở giai đoạn này còn rất hạn chế, mới chỉ là những khám phá ban đầu.
2.2.1.2. Từ năm 1975 đến nay
Công tác nghiên cứu, đo vẽ lập bản đồ địa chất Đệ Tứ và khoáng sản liên quan chủ yếu do các nhà Địa chất Việt Nam thực hiện. Đặc biệt, trong công tác điều tra địa chất - khoáng sản, kể cả khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn đã thi công ngày càng nhiều các lỗ khoan với độ sâu khác nhau kết hợp công tác thăm dò địa vật lý. Cụ thể là:
a) Công tác đo vẽ lập bản đồ địa chất
Bản đồ địa chất miền Nam Việt Nam tỷ lệ 1:500.000 do Nguyễn Xuân Bao chủ biên được xuất bản năm 1980; bản đồ địa chất Việt Nam tỷ lệ 1:500.000 do Nguyễn Xuân Bao - Trần Đức Lương chủ biên, xuất bản năm 1981-1985; bản đồ địa chất Đệ Tứ Việt Nam tỷ lệ 1: 500.000 do Nguyễn Đức Tâm - Đỗ Tuyết thành lập năm 1994. Đây là những công trình lớn có giá trị tổng hợp về địa chất có thể tham khảo, sử dụng trong đo vẽ thành lập bản đồ địa chất, kể cả bản đồ địa chất Đệ Tứ tỷ lệ lớn hơn cũng như triển khai hàng loạt các nghiên cứu chuyên đề khác nhau sau đó.
Vào cuối thập kỷ 90 của thế kỷ trước bắt đầu triển khai hàng loạt công tác đo vẽ lập bản đồ địa chất - khoáng sản tỷ lệ 1: 200.000 [20, 71]. Đáng chú ý nhất là các Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 và 1:25.000 vùng ven biển Bình Trị Thiên (bảng 2.1) do nhiều tác giả chủ trì: [27, 30, 32, 33, 35, 41, 43, 48, 49, 50, 60, 61, 65...].
b) Công tác nghiên cứu chuyên đề liên quan
Bên cạnh công tác đo vẽ lập bản đồ địa chất tỷ lệ nhỏ của Việt Nam (bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000, tỷ lệ 1:50.000 và 1:25.000) đã đề cập ở trên, trên vùng nghiên cứu và vùng kế cận còn triển khai nghiên cứu các chuyên đề liên quan khác nhau như: khoáng sản [9, 13, 14, 21, 28, 38, 61...]; cổ sinh [19, 32, 33, 47, 72]; địa mạo, tân kiến tạo - địa động lực hiện đại [3, 12, 30, 65, 73...]; địa chất môi trường, địa chất đô thị [4, 19, 31, 57]; địa chất thủy văn [11, 39...] và địa chất công trình (hàng nghìn lỗ khoan, hàng chục nghìn mẫu thí nghiệm cơ lý đất và mẫu nước nhưng chưa có điều kiện thống kê đầy đủ).
Từ những kết quả nghiên cứu trên cho vùng ven biển Quảng Trị - Thừa Thiên Huế có thể rút ra một số nhận xét:
- Mặc dù các tác giả của các tờ Bản đồ còn chưa hoàn toàn thống nhất về thang địa tầng Đệ tứ, tên các phân vị địa tầng nhưng về cơ bản địa tầng trầm tích đã được xác định.
- Trong luận án, nghiên cứu sinh đã sử dụng tài liệu đã nghiên cứu của một số tác giả đã nghiên cứu về địa chất, trầm tích Đệ Tứ, tiến hóa trầm tích Đệ Tứ, vật liệu xây dựng... kết hợp số ít tài liệu mới thu thập để làm cơ sở viết địa tầng trầm tích Đệ Tứ trong vùng.
2.2.2. Thang địa tầng Đệ Tứ vùng nghiên cứu
2.2.2.1. Cơ sở lý luận
Trên quan điểm tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu trầm tích Đệ Tứ, thời gian qua cho thấy quy luật sự hình thành, biến đổi thành phần vật chất, cấu trúc, đặc điểm phân bố trầm tích Đệ Tứ theo không gian và theo thời gian có sự phụ thuộc nhân quả và là kết quả tương tác hệ thống của nhiều yếu tố tự nhiên như dao động mực nước đại dương thế giới, chuyển động tân kiến tạo, đặc điểm địa chất, địa hình…, trong đó, dao động mực nước đại dương thế giới ứng với những chu kỳ biển thoái khi băng hà hoạt động hay chu kỳ biển tiến lúc băng tan (gian băng hà) là yếu tố tự nhiên hàng đầu quyết định tính phân nhịp các chu kỳ trầm tích Đệ Tứ. Theo nhiều cứ liệu quốc tế [67, 91, 92...] trong Pliocen - Đệ Tứ đã xảy ra các chu kỳ băng hà (phát sinh biển thoái) và gian băng hà (xảy ra biển tiến) có tính chất hành tinh, không những chỉ ảnh
hưởng trực tiếp đến Châu Âu, Châu Mỹ, mà cả Châu Á và các khu vực không có băng hà khác. Đó là các băng hà, gian băng có tên gọi: Băng hà Đunai (trong N2); gian băng Đunai - Gunz (Q11
); băng hà Gunz (cuối Q11
); gian băng Gunz - Mindel (đầu Q12
); băng hà Mindel (cuối Q12
); gian băng Mindel - Riss (đầu Q13(1)
); băng hà Riss (gần cuối Q13(1)
); gian băng Riss - Wurm (đầu Q13(2)
); băng hà Wurm (cuối Q13(2)
) và gian băng kèm biển tiến Flanđrian (cuối Q13(2)
- đầu Q21
).
Quan sát thực tế vùng nghiên cứu cho thấy, ứng với pha băng hà kèm theo biển thoái trong cột địa tầng lắng đọng trầm tích hạt thô nguồn gốc lục địa (sông, sông - lũ), đồng thời xảy ra quá trình xâm thực, bóc mòn, phong hóa laterit các thành tạo địa chất hình thành trước đó (Hình 2.2). Ngược lại, vào các pha gian băng cùng với biển tiến gặp trầm tích hạt mịn tướng biển, vũng vịnh, châu thổ trong mặt cắt địa chất.
Hình 2.2. Quan hệ các chu kỳ băng hà, gian băng với quá trình hình thành, biến đổi trầm tích Đệ Tứ vùng nghiên cứu
Bảng 2.1. Thực trạng nghiên cứu, phân chia địa tầng Đệ Tứ đồng bằng ven biển vùng nghiên cứu Hệ Th ốn g Ph ụt hố ng
Ký Bản đồ địa chất Bản đồ địa chất tờ Nguyễn Bản đồ địa chất Bản đồ địa chất nhóm
hiệu tờ Lệ Thủy - Hướng Hóa- Huế- Ngọc nhóm tờ Quảng Trị tờ Huế 1:50.000
Quảng Trị Đà Nẵng (1983) 1:50.000 (2000) (1997)
1:200.000 (1996) 1:200.000 (1995)
Q (a, ap, d)Q (ap, ad, ed, (ed)Q
md, a) Q Thượng Q23
(a, mv)Q23 (a, mb, mv, am) (a, ab, am, mv, m)
Q23 Q23
Trung – (am, amb, m) Q22-3 (a, mab, m, mv) Q22-3pv2
Ho
loc
en
Q22-3 (ap, a, am, amb, ma, m) Q22-
thượng pv 3pv1
Điệp Huế
Trung Q2 2 amQ2 2 amQ2 2
(amlQ2)
Hạ - trung Q21-2 Hệ tầng Nam Ô (a, ab, am, m, mv) (ma, m, mv) Q21-2pb2
(mv Q21-2
no) Q21-2
gh (a, am, amb) Q21-2
pb1 ứ Hạ Q21 βQ21 βQ21 gl H ệ Đ ệ T pv: Phú Vang pv1: Phú Vang 1 Tên các hệ tầng
trầm tích no: Nam Ô gh: Gio Hải pb2: Phú Bài 2
pb1: Phú Bài 1 gl: Gio Linh Pl eis to ce n Th ượ ng Phần Q13(1) (mQ1 đn)
trên Q13(2) Hệ tầng Đà Nẵng Hệ tầng (a, ab, am, m) Q13(2)
(ap, a, am, m)Q13(2) px Đà Nẵng amQ13 (mQ13 đn) px Phần 3 dưới 37
H ệ T hố ng Hệ Ne og e P lio ce n Ph ụt hố
ng Ký Bản đồ địa chất Bản đồ địa chất tờ Nguyễn Bản đồ địa chất Bản đồ địa chất nhóm
hiệu tờ Lệ Thủy - Hướng Hóa- Huế- Ngọc nhóm tờ Quảng Trị tờ Huế 1:50.000
Quảng Trị Đà Nẵng (1983) 1:50.000 (2000) (1997)
1:200.000 (1996) 1:200.000 (1995) Trung –
Q12-3 (a, am) (ap, a, ab, am) Q12- (ap, a, ab, am, amb)
thượng adQ12-3 3aqđ Q1 2-3qđ
Trung Q12
Q12-3
Hạ - trung Q11-2 ed
Hạ Q11 ? (a, am, amb) Q11
tm (a, am, amb) Q11
tm
đn: Đà Nẵng đn: Đà px: Phú Xuân
Nẵng
Tên các hệ tầng qđ: Quảng Điền qđ: Quảng Điền
trầm tích
tm: Tân Mỹ tm: Tân Mỹ
Pliocen- N2- βN2- Q11 aN2- βN2- Q11 ?
Pleistocen Q11 Q11
Theo dẫn liệu của các nhà nghiên cứu [92, 95] cách đây 10.000 năm mực nước biển tiến Flanđrian vẫn còn nằm ở độ sâu -50m ÷ -47m so với mực nước biển hiện tại, tới 8.000 - 7.000 năm trước đây mực nước biển tiến vẫn chỉ đạt tới độ sâu -35m ÷ -25m và đến 6.000 năm cách nay biển tiến mới đạt mực nước cực đại với giá trị +5m ÷ +4,5m. Từ những dẫn liệu nói trên về biến động mực nước biển, rõ ràng trong Holocen sớm (12.000 - 7.000 năm) sườn lục địa biển Đông vẫn là lục địa, do đó, cát biển gió trắng xám ở đồng bằng ven biển chỉ được thành tạo từ 7.000 đến 3.000 năm trước đây khi biển tiến Flanđrian đạt mực nước cao nhất +5m. Nói cách khác, cát trắng xám ở đồng bằng ven biển Quảng Trị - Thừa Thiên Huế xếp vào tuổi Holocen giữa là hợp lý.
- Chưa coi trọng ảnh hưởng của dao động mực nước đại dương thế giới, chuyển động tân kiến tạo cũng như đặc điểm địa chất, địa hình khu vực đến quá trình hình thành, biến đổi trầm tích Đệ Tứ ở vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế cũng là hạn chế cần được khắc phục.
2.2.2.2. Khái quát về phương pháp nghiên cứu trầm tích Đệ Tứ
Để nghiên cứu, làm sáng tỏ nguồn gốc, tuổi, thành phần vật chất (khoáng vật, hóa học, hạt), cấu trúc, bề dày, đặc điểm phân bố không gian của trầm tích, phức hệ cổ sinh, địa hóa môi trường trầm tích... thường sử dụng hệ phương pháp dưới đây:
a) Các phương pháp thực địa
Điều tra địa chất thực địa là khâu điều tra địa chất đầu tiên và thường bao gồm: lộ trình địa chất, khoan đào thăm dò, đo địa vật lý, lấy mẫu phân tích.
b) Các phương pháp thí nghiệm, xử lý kết quả phân tích trong phòng bao gồm:
- Phân tích thành phần hạt và xác định các hệ số độ hạt (Md, So, Sk) bằng phương pháp Trask và phương pháp máy tính điện tử.
- Phân tích thành phần hóa silicat.
- Phân tích chỉ tiêu địa hóa môi trường: độ pH, thế oxy hóa khử Eh, cation trao đổi (Kt), carbon hữu cơ (Corg), Fe2+S/Corg, Fe2+/Fe3+.
- Phân tích cổ sinh: bào tử phấn hoa, vi cổ sinh, tảo.
- Phân tích tuổi tuyệt đối các mẫu than bùn, vỏ sò hến bằng phương pháp C14.
c) Các phương pháp nghiên cứu bổ sung khác
- Phương pháp viễn thám.
- Phương pháp tân kiến tạo, kiến tạo hiện đại.
- Phương pháp thu thập thông tin, tư liệu khảo cổ, lịch sử. - Phương pháp cổ địa lý - tướng đá.
2.2.2.3. Ranh giới Neogen - Đệ Tứ, Pleistocen - Holocen và thang địa tầng
Đệ Tứ vùng nghiên cứu
a) Ranh giới Neogen - Đệ Tứ (N-Q)
Ranh giới Neogen - Đệ Tứ cũng như ranh giới Pleistocen - Holocen (Q1 - Q2) đã được bàn thảo sôi động trong thời gian dài ở trên thế giới qua nhiều hội nghị địa tầng quốc tế theo các cơ sở khoa học khác nhau (cổ sinh, cổ khí hậu…) mới tạm đi đến kết luận chưa thật thống nhất về các ranh giới địa chất này.
Năm 1989, Hội nghị địa tầng quốc tế ở Mỹ đã lấy mốc thời gian 1.600.000 năm như là tuổi tuyệt đối của ranh giới N-Q trên phạm vi toàn thế giới. Ở Việt Nam, do chưa có tuổi tuyệt đối của các bề mặt chỉ định ranh giới N-Q, nên ranh giới đang xét được đông đảo tác giả đo vẽ lập bản đồ địa chất lấy từ 1.800.000 đến 1.600.000 năm [67]. Tuy vậy, trong biên hội bản đồ địa chất Đệ Tứ khái quát đồng bằng ven biển Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, nghiên cứu sinh lấy ranh giới bất chỉnh hợp địa tầng giữa trầm tích hạt thô gắn kết của hệ tầng Gio Việt (Quảng Trị) và hệ tầng Vĩnh Điện (Thừa Thiên Huế) với hệ tầng trầm tích mềm rời Tân Mỹ (Q11 tm) làm ranh giới N-Q. Đây là ranh giới có nhiều khả năng liên quan băng hà Đunai xảy ra vào cuối Pliocen đến đầu Pleistocen sớm và ứng với tuổi tuyệt đối 1.600.000 năm [23, 58, 67].
b) Ranh giới Pleistocen - Holocen (Q1-Q2)
Ranh giới dưới Holocen (Q2) được xác định lần đầu tiên tại Hội nghị địa tầng quốc tế lần thứ VI ở Ba Lan. Xuất phát từ nguyên tắc sinh địa tầng và khí hậu địa tầng các nhà nghiên cứu Đệ Tứ lấy mốc ranh giới Q1 - Q2 rất khác nhau từ 6.500 - 7.500 năm cho tới 14.000 - 15.000 năm trở lại đây. Ở Việt Nam các nhà nghiên cứu Đệ Tứ thường lấy ranh giới Q1 - Q2 là 10.000 - 12.000 năm trở lại đây [67].
Trong biên hội bản đồ địa chất Đệ Tứ vùng nghiên cứu, nghiên cứu sinh sử dụng kết quả ranh giới dưới Holocen là 10.000 năm về trước.
c) Thang địa tầng Đệ Tứ vùng nghiên cứu
- Coi trọng vai trò dao động mực nước đại dương thế giới và vận động tân kiến tạo đối với sự hình thành, biến đổi địa tầng Đệ Tứ; xuất phát từ nguyên tắc kết hợp thời gian thành tạo với nguồn gốc các thể địa chất, đồng thời kế thừa thành tựu đo vẽ lập bản đồ địa chất, nhất là bản đồ địa chất tỷ lệ từ 1:200.000, 1:50.000, 1:25.000 đồng bằng ven biển vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, nghiên cứu sinh sử dụng thang địa tầng Đệ Tứ đã xác lập ở vùng nghiên cứu (Bảng 2.2) gồm 8 phân vị địa tầng cơ bản và cột địa tầng tổng hợp (Hình 2.3). Trong đó, ngoài ranh giới N-Q là 1.600.000 năm, ranh giới Q1-Q2 là 10.000 năm như đã phân tích ở trên, trong thang địa tầng Đệ Tứ còn đề cập cả phun trào bazan N2-Q11
và bazan Q12
như là các thể địa chất.
- Thang địa tầng: luận án sử dụng thang địa tầng Đệ Tứ được Ngô Quang Toàn và nnk (2000) sử dụng trong thuyết minh "Vỏ phong hoá và trầm tích Đệ Tứ Việt Nam" [67].
Bảng 2.2. Thang địa tầng Đệ Tứ
Giới Hệ Thống Phụ thống Ký hiệu Niên đại tuyệt
đối (năm) Thượng Q23 4000 Holocen Trung Q22 6000 Đệ Tứ Kainozoi Hạ Q21 10.000 Thượng Q13 125.000 Pleistocen Trung Q12 700.000 Hạ Q11 1.600.000 Neogen Pliocen N2 41
Hình 2.3. Cột địa tầng tổng hợp N-Q đồng bằng ven biển vùng nghiên cứu
2.2.3. Đặc điểm địa tầng Đệ Tứ
2.2.3.1. Phun trào bazan Pliocen - Pleistocen hạ (βN2-Q11
)
Phun trào bazan đang xét phân bố trên diện tích ước tính khoảng trên 10km2 ở một phần diện tích phía Đông của khối Gio Linh và 2,8km2 ở đảo Cồn Cỏ. Đây là bazan olivin, cấu tạo khối đặc sít, phủ bất chỉnh hợp chủ yếu trên hệ tầng Long Đại.
Bazan bị phong hóa laterit mạnh tạo vỏ phong hóa dày với các đới từ trên xuống như sau: đất thổ nhưỡng mỏng, đới sét đỏ nâu chứa kết vón laterit, đới laterit cấu tạo tổ ong, đới sét cấu trúc loang lổ đỏ vàng và bazan tươi.
Tuy còn chưa hoàn toàn nhất quán trong định tuổi thành tạo này, nhưng Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam đã công nhận khối bazan đông Gio Linh có tuổi như các khối bazan ở Lệ Thủy, trong đó tác giả bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 tờ Lệ Thủy - Quảng Trị xếp vào tuổi Pliocen - Pleistocen sớm. Bề dày 50-70m.
2.2.3.2. Địa tầng Pleistocen (Q1)
a)Trầm tích Pleistocen hạ (Q11
)
Cho đến nay chưa có lỗ khoan khảo sát cho xây dựng nào khoan sâu gặp và xuyên thủng trầm tích Pleistocen hạ. Do đó, trong mô tả trầm tích này nghiên cứu sinh chỉ dựa vào tài liệu nghiên cứu của các nhà địa chất để lại [60, 66…]. Trầm tích Pleistocen hạ (Q11
) ở vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế phân bố ở độ sâu từ 106,1m (LK3QT) đến 81,5m (LK424), được Phạm Huy Thông, nnk [61] xếp vào hệ tầng Tân Mỹ với 2 nguồn gốc: trầm tích sông, sông lũ và trầm tích sông biển có yếu tố