C. Ghi chỳ: như 1C ở trờn Rất cần sử dụng moi dữ liệu thuộc cỏc vựng kề cận, sử dụng bất kỳ tài liệu nào cú thể cung cấp thụng tin bổ sung về khớ hậu súng (wave climatology) của vựng.
i. Chuyển động của trầm tớch và cỏc địa hỡnh bề mặt
Trong nghiờn cứu lịch sử địa chất điều cú ý nghĩa quan trọng là xỏc định đường vận chuyển trầm tớch. Việc này bao gồm xỏc định vị trớ nguồn cung cấp vật liệu và bồn tớch đọng, xỏc định định lượng tốc độ vận tải trầm tớch và xỏc định đường đi của chỳng. Khả năng vận tải trầm tớch chịu tỏc động bởi cỏc tớnh chất của hạt như kớch thước, hỡnh dỏng và tỷ trọng, trong đú kớch thước hạt là đỏng kể nhất. Sự vận tải tỏch biệt trầm tớch mịn và thụ, gúc cạnh và trũn nhẵn, và giữa nhẹ và nặng dẫn đến sự phõn loại. Những cuộc khảo sỏt thực địa thường được lặp đi lặp lại để phỏt hiện những biến động theo thời gian của hiện tượng này. Những số đo đồng thời về cỏc quỏ trỡnh mang năng lượng như dũng chảy và súng, thường là rất cần để hiểu biết về tốc độ và cơ chế của sự chuyển động.
Hỡnh 5-9: Giàn khoan đặt trờn tàu với 4 mỏ neo, hai kớp làm việc trực 24/24
(1) Đo sự vận động của trầm tớch.
(a) Việc đo đạc sự di chuyển trầm tớch lơ lửng hoặc trầm tớch lắng đọng nơi mặt đỏy ở đới súng nhào là một quỏ trỡnh cực kỳ khú khăn. Cú hàng loạt kiểu thiết bị lấy mẫu để đỏnh giỏ sự vận tải trầm tớch lơ lửng và trầm tớch đỏy ở thực địa (Dugdale,1981; Seymour,1989), song những cụng cụ này trong một số điều kiện sẽ hoạt đụng khụng chắc chắn hoặc đắt đỏ hoặc khú sử dụng. Vỡ những lớ do đú, CERC và cỏc phũng thớ nghiệm khỏc đang xõy dựng và thử nghiệm cỏc quy trỡnh, phương phỏp mới. Đo vận động trầm tớch tại 1 điểm (point measurements) cú thể thực hiện bằng 2 cỏch:
Lấy mẫu trực tiếp và cõn khối lượng vật liệu.
Phỏt hiện luồng chảy lỏng bằng cỏc thiết bị đo điện quang hoặc õm học đặt trong nước. (b) Cú hai phương phỏp chung được sử dụng để lấy mẫu trầm tớch ở dạng lơ lửng hoặc lắng đọng trờn mặt đỏy. Thứ nhất, cú thể dựng chai cầm tay thu thập nước tại chỗ vào hoặc hỳt từ xa vào thựng chứa cú cỏc ụng dẫn và bơm hỳt. Sau đú mẫu được xấy khụ và cõn cặn khụ. Phương phỏp thứ hai là bẫy lọc một số khối lượng đại diện mẫu trầm tớch bằng sàng bẫy để nước cú thể chảy qua trong một thời gian xỏc định. Vấn đề cơ bản mà cả hai phương phỏp đều vấp phải là liệu mẫu thu được cú đại diện cho trầm tớch đang di chuyển hay khụng. Thớ dụ: ống hỳt phải đặt cỏch đỏy biển thế nào để lấy được mẫu trầm tớch đỏy? Nếu để cao sao cho vỉa đỏy khụng bị di chuyển thỡ liệu nú cú làm mất đi một số lượng trầm tớch lắng trờn mặt đỏy? Những chiếc bẫy đặt chắn dũng làm bằng sàng/rõy thỡ dễ kiếm nhưng khú sử dụng. Lỗ phải đủ nhỏ để cú thể hứng được hết trầm tớch nhưng lại phải để sao cho nước được chảy tự do. Kraus (1987) đó đặt cỏc bẫy ở cống Duck, NC, làm bằng khung thộp khụng gỉ (H.5.10). Kraus và Dean (1987) đó xỏc định được sự phõn bố cỏc dũng vận tải cỏt dọc bờ bằng sử dụng cỏc bẫy trầm tớch. Vào thời điểm này cỏc bẫy trầm tớch vẫn cũn được sử dụng nhưng khụng rộng rói nữa.
Hạn chế cơ bản của cỏc bẫy là chỳng thường chỉ dựng được trong những điều kiện ụn hoà. Mựa đụng hoặc khi cú bóo rất nguy hiểm đối với cỏn bộ kỹ thuật ở thực địa khi lấy mẫu. Tiếc thay là trong những điều kiện khắc nghiệt ấy lại xuất hiện những sự vận động trầm tớch lớn nhất. Vấn đề cơ bản khỏc nữa là mối liờn hệ giữa số đo tức thời sự vận tải trầm tớch lơ lửng và trầm tớch lắng đọng ở đỏy với sự chuyển động trầm tớch trong thời kỳ lõu dài. Do những khú khăn lớn khi tiến hành nghiờn cứu ở đới súng nhào nờn cõu hỏi này chưa cú lời giải.
(c) Cỏc thiết bị đo điện tử đang được sỏng chế để đo vận tải trầm tớch. Chỳng cú một số ưu việt so với cỏc phương phỏp lấy mẫu trực tiếp. Đú là khả năng đo những biến đổi theo thời gian của sự vận động trầm tớch lơ lửng và trầm tớch lắng đọng ở đỏy và khả năng sử dụng được trong điều kiện khắc nghiệt (Tuy vậy, cần nhớ rằng trong điều kiện bóo nguy hại, về cơ bản khụng một thiết bị người làm ra nào cú thể tồn tại được ở đới súng nhào). Điểm yếu của chỳng cũn ở chỗ cú khú khăn trong việc chia độ cỏc bộ cảm biến và thử nghiệm sử dụng chỳng với cỏc loại cỏt khỏc nhau dưới nhiệt độ khỏc nhau. Ngoài ra, nhiều thiết bị loại này khỏ đắt tiền và khụng luụn luụn sẵn cú. Steinberg đó sỏng chế và thử nghiệm một thiết bị đo dựng để nghiờn cứu vận tải trầm tớch ở cửa sụng và đới ven bờ.
Hỡnh 5-10: Mẫu thiết kế thiết bị lấy mẫu trầm tớch (bao gồm khung thộp và tỳi lưới nhựa thu mẫu) được sử dụng ở Duck, NC trong chương trỡnh DUCK-85 của CERC (Krau, 1987)
d) Sự di chuyển trầm tớch của cả hai loại - trầm tớch đỏy và tổng lượng trầm tớch - đều cú thể đo được bằng sử dụng cỏc vật đỏnh dấu tự nhiờn và nhõn tạo (Dugdale,1981). Cỏc khoỏng vật nặng là vật đỏnh dấu tự nhiờn, đó được dựng để nghiờn cứu trầm tớch di chuyển (McMaster,1960; Wilde và Case,1977). Cỏt tự nhiờn cũng cú thể được đỏnh dấu bằng tạo lớp phủ phúng xạ hoặc huỳnh quang (Arlman, Santema, và Svasek, 1958; Duane,1970; Inman và Chamberlain,1959; Takeli,1966). Cỏc chất đỏnh dấu phúng xạ khụng được phộp dựng nữa vỡ lớ do bảo vệ sức khoẻ và an toàn. Khi dựng thuốc nhuộm huỳnh quang thỡ cú thể sử dụng đồng thời cỏc màu khỏc nhau ở cỏc bể trầm tớch cú cỡ hạt khỏc nhau để phõn biệt cỏc thớ nghiệm tiến hành kế tiếp nhau ở cựng một địa điểm (Ingle,1966). Cỏc hạt nhõn tạo cú cựng tỷ trọng và cựng phản ứng thuỷ lực như cỏc hạt tự nhiờn, cũng cú thể được dựng trong cỏc nghiờn cứu cú sử dụng vật đỏnh dấu. Nicholls và Webber (1987) đó dựng cuội nhụm ở vựng bờ đỏ ở Anh. Cỏc đỏ chứa nhụm này được định vị ở bờ bằng sử dụng cỏc dụng cụ dũ kim loại. Nelson và Coakley (1974) đó điểm qua cỏc phương phỏp và khỏi niệm dựng vật đỏnh dấu.
(e) Cỏc phương phỏp Eulerian và Lagrangian dựng thuốc đỏnh dấu cũng cú thể ỏp dụng thử nghiệm để nghiờn cứu cỏc hiện tượng khỏc. Đối với phương phỏp tớch phõn thời gian (time integration) hay phương phỏp Eulerian, cỏc thuốc đỏnh dấu được phun với mức độ đồng nhất qua từng khoảng thời gian định trước. Đối với phương phỏp tớch phõn khụng gian (space integration) hay phương phỏp Langragian, cỏc thuốc đỏnh dấu được bơm ra trờn một vựng ở cựng một thời điểm. Việc lựa chọn phương phỏp phụ thuộc bản chất của vấn đề. Phải thiết kế cỏc thực nghiệm tại thực địa một cỏch chu đỏo để tỏch biệt được thụng số ta quan tõm đo đạc hay theo dừi. Thớ dụ, nếu mục đớch nghiờn cứu là sự vận tải trầm tớch lắng đỏy thỡ phải chỳ ý khụng để cỏc chất đỏnh dấu được hỳt vào trầm tớch lơ lửng trong cột nước.
Bảng 5-3: Lấy mẫu đất dưới nước khụng dựng mỏy khoan và ống chống.
Thiết bị Ứng dụng Mụ tả Độ sõu lấy
mẫu Nhận xột Nạo vột kiểu Petersen Ống lao múc trọng lực Ống lấy mẫu rơi tự do Ống mẫu pớt tụng trọng lực Ống lấy mẫu cú gõy nổ Đỏy biển rộng, chưa bị lấy mẫu gầu xỳc Ống mẫu đường kớnh 4 – 15 cm trong đất mềm và cứng Ống mẫu đường kớnh 4 – 15 cm trong đất mềm và cứng Mẫu 6,25cm trong đất mềm đến cứng Gầu xỳc kiểu vỏ hến nặng chừng 450 kg. Cụng suất chừng 0,12m khối Một tải trọng lắp chong chúng nối với ống chống được thả trực tiếp từ thuyền xuống. trong ống cú ống lút và ống mẫu.
Thiết bị treo trờn dõy ở sườn tàu cỏch đỏy ~ 5m rồi thả rơi tự do.
Tương tự như ống mẫu rơi tự do, trừ cỏc pớt tụng để giữ thiết bị đứng chắc trờn đỏy biển khi lấy mẫu Khoảng 10cm Khoảng 9m Đất mềm ~ 5,1m Đất cứng ~ 3,0 m Ống mẫu chuẩn dài 3,0m; cú thể lắp thờm ống 3,0m nữa. Mẫu cú Hoạt động tốt ở nước sõu đến 66m. Sõu hơn thỡ cần trọng lượng bổ sung.
Độ sõu nước tối đa chỉ phụ thuộc tải trọng. Cú thể lấy được mẫu nguyờn khối bằng ống đường kớnh lớn và ngắn.
Độ sõu nước tối đa chỉ phụ thuộc tải trọng. Cú thể lấy được mẫu nguyờn khối bằng ống đường kớnh lớn và ngắn.
Cú thể lấy mẫu nguyờn khối chất lượng cao.
Đó dựng cú kết quả ở độ sõu nước 6000m (20,000ft)
Pớt tụng khớ của Viện Địa kỹ thuật Nauy Ống lấy mẫu rung Ống hộp lấy mẫu Lấy mẫu ở trầm tớch đỏy mềm đến cứng Mẫu chất lượng tốt ở sột mềm Mẫudài 6–12m, đường kớnh 3 – 1/2in, chất lượng cao trong trầm tớch mềm đến cứng. Tấm mẫu rộng, nguyờn trạng của trầm tớch đỏy biển
Tương tự như ống mẫu rơi tự do. Tải trọng dẫn động cú tỏc động như nũng sỳng cũn ống lấy mẫu như viờn đạn. Khi ống va vào đỏy biển cứng, nũng sỳng trượt qua lẫy cũ mổ vào kớp nổ. Sức ộp thuốc nổ đẩy ống mẫu vào sõu trầm tớch đỏy.
Tương tự thiết bị lấy mẫu kiểu pớt tụng Osterberg trừ việc pớt tụng ở ống lấy mẫu được kớch hoạt bằng ỏp suất khớ
Mỏy đặt trờn đỏy biển. Áp suất khụng khớ của tàu biển kớch hoạt bộ tạo rung bằng khớ nộn để ống thõm nhập vào đất; cú ống lút nhựa để giữ lừi mẫu.
Một hộp cú tải trọng cú cửa đúng ở đỏy để lấy mẫu sinh học đỏy biển đườngkớnh 2,5– 20 cm, dài 3,0m (core to 1 – 7/8 in. and to 10 ft lengths) Khoảng 10,5m Tốc độ xuyờn đất tuỳ thuộc độ cứng trầm tớch. Khoảng 0,3m
Độ sõu nước tối đa 60m Lấy mẫu dài 6m trong đất mềm hết 2 phỳt.
Phần tõm của lừi mẫu khụng bị phỏ cấu trỳc.
(2) Sử dụng địa hỡnh dưới mặt nước để đỏnh giỏ chế độ luồng chảy
Chương 4 đó giới thiệu hỡnh dỏng địa hỡnh bề mặt (bed form shape) và danh phỏp của chỳng.
(a) Jopling (1966) đó chỉ ra cỏc dấu chỉ thị hữu ớch như sự phõn lớp của tập đầu vỉa, (foreset laminae) nhờ đú cú thể đỏnh giỏ định lượng sức mạnh của cỏc dũng chảy trầm tớch cổ và hiện đại. những dấu hiệu chỉ thị này gồm: (1) Gúc dốc cực đại của tập đầu vỉa (với tốc độ thấp gúc này cú thể lớn hơn gúc dốc tĩnh tự nhiờn (static angle of repose) trong khi đú nếu tốc độ thấp thỡ gúc này nhỏ hơn gúc tĩnh); (2) Tớnh chất của ranh giới giữa tập đầu vỉa (foreset) và tập đỏy (bottomset) (ranh giới tiếp giỏp biến đổi từ dạng gúc sang dạng tiếp
tuyến đến dạng chữ sigma ( ∑ ) cựng với sự tăng vận tốc). (3) Tần suất phõn lớp được đo theo đường vuụng gúc với mặt phõn lớp (số lượng mặt phõn lớp trờn một đơn vị diện tớch tăng cựng với sự tăng tốc độ). (4) Độ rừ nột hay độ tương phản kiến trỳc giữa cỏc mặt lớp kề cận (ở tốc độ cao khụng phõn biệt rừ cỏc lớp); và (5) Sự xuất hiện cỏc vết gợn súng thoỏi lui (gợn súng thoỏi lui – regressive ripples – là chỉ thị cho biết tốc độ tương đối cao).
(b) Cú thể đo cỏc địa hỡnh bề mặt (bed form) ở dải cỏt lộ ra ở vựng nước thấp với việc sử dụng cỏc kỹ thuật trắc đạc hoặc chụp ảnh hàng khụng tỷ lệ lớn. Cỏc thụng số phi thứ nguyờn của gợn súng và của cỏc địa hỡnh bề mặt khỏc cú thể là chỉ thị mụi trường trầm tớch (Tanner, 1967). Cú thể được xỏc định chiều dũng chảy dựa vào đường sống của cỏc gợn súng (the trace of the crestline) (Allen,1988). Cỏc địa hỡnh dạng súng phản ảnh tốc độ và hướng của cỏc dũng chảy dao động cũng như bước của hợp phần nằm ngang trong chuyển động quỹ đạo và tớnh bất đối xứng tốc độ của dũng chảy (Clifton và Dingler,1984). Dựa vào trỡnh tự tốc độ theo chiều sõu của cỏc dũng tạo ra cỏc địa hỡnh bề mặt cũng cú thể đỏnh gớa cường độ ở một độ sõu nhất định của dũng chảy đó tạo ra cỏc địa hỡnh bề mặt ở vựng cửa sụng trong đới gian triều. [The flow strength for intertidal estuarine bed forms can also be estimated for a given flow depth by the velocity – depth sequence of bed forms] Boothroyd,1985).