Quan trắc và thực nghiệm trong phũng thớ nghiệm.

Một phần của tài liệu Địa chất đới bờ ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 5 pptx (Trang 44 - 54)

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.

a. Quan trắc và thực nghiệm trong phũng thớ nghiệm.

Cỏc tớnh chất của mẫu vật thu thập được ngoài thực địa phải được phõn tớch trong phũng thớ nghiệm. Một vài tớnh chất phổ biến cần xỏc định là: (1) Cỏc đặc điểm trầm tớch như độ hạt, hỡnh dỏng, tỷ trọng, thành phần khoỏng vật, khoỏng vật nặng và hàm lượng; (2) Cỏc đặc điểm địa tầng cú thể được xỏc định bằng sử dụng cỏc mụ tả lừi khoan, cỏc mẫu lưu trữ và cỏc phương phỏp phõn tớch; và (3) Thang tuổi địa tầng bằng phương phỏp phúng xạ và hàng loạt

cỏc phương phỏp định tuổi tương đối khỏc. Để đạt được hiệu quả cao nhất từ cỏc phõn tớch trong phũng thớ nghiệm, nhà khoa học phải nhận thức được những hạn chế và sự biến thiờn độ chớnh xỏc và độ tin cậy của mỗi xột nghiệm và mỗi phương phỏp.

(1) Phõn tớch cỏc mẫu trầm tớch

(a) Cỏc đỏ trầm tớch cú thể phõn loại theo cỡ hạt. Theo thứ tự lớn đến nhỏ cú: đỏ tảng, cuội, sỏi, cỏt, bột và sột (Bảng 5.8). Kớch thước hạt thường ký hiệu bằng D - đường kớnh (mm), đụi khi cú con số đi kốm như D84 để chỉ đường kớnh tương ứng với phõn vị được liệt kờ. Một cỏch khỏc là kớch thước hạt được bảng thị bằng đơn vị phi (ứ), trong đú ứ = - log2D (Hobson,1979). Cỏch thức này chuẩn hoỏ sự phõn bố cỡ hạt và cho phộp tớnh toỏn cỏc chỉ số thống kờ kớch thước khỏc theo luật phõn bố chuẩn.

(b) Phõn tớch độ hạt bao gồm một loạt cỏc phương phỏp để xỏc định sự phõn bố cỏc cỡ hạt trầm tớch trong một mẫu cụ thể. Một điểm quan trọng khỏc của chương trỡnh phõn tớch mà phải tớnh đến khi lấy mẫu ngoài thực địa, là mẫu phải cú khối lượng đủ để phõn tớch tớnh chất của trầm tớch (Bảng 5.9). Phải chia nhỏ mẫu lớn bằng dụng cụ chia mẫu để dễ rõy. Cỏc hạt kết vún đặc biệt là ở cỡ hạt là bột – sột cú tớnh kết dớnh cao, phải được chia tỏch bằng nghiền nhẹ nhàng hoặc dựng hoỏ chất (như hexametaphosphate Na) trước khi phõn tớch. Nhớ rằng phụ thuộc mục đớch nghiờn cứu, nhiều khi phải bảo quản cỏc tớnh chất thuỷ lực của cỏc kết tụ trầm tớch (sột cục, cỏt gắn kết, mảnh vỏ sũ/ốc). Trong những trường hợp này tốt nhất là khụng nờn cưa hoặc nghiền mẫu bằng cơ lực.

(c) Cỏc dụng cụ kỹ thuật trong phũng thớ nghiệm để đỏnh giỏ đường kớch hạt phụ thuộc một phần vào độ hạt. Cuội sỏi và trầm tớch thụ cú thể đo trực tiếp bằng thước cặp hoặc bằng sàng thụ. Cỏc cỡ hạt cỏt thỡ dựng sàng, rõy, ống trầm tớch hoặc mỏy đếm Coulter. Vật liệu cỡ bột, sột thỡ xỏc định giỏn tiếp bằng phự kế hoặc ống nghiệm, hoặc dựng mỏy đếm Coulter. Chi tiết xem Folk (1980) và Lewis (1984). Cỏc cẩm nang phũng thớ nghiệm thiờn về ứng dụng xõy dựng cú EM 1110-2-1906 và cỏc cẩm nang khỏc do Hội Phõn tớch và Vật liệu Mĩ (1984) và Bowles (1986) xuất bản.

(d) Trầm tớch ven bờ phản ảnh tầm quan trọng tương quan của cỏc nguồn cung cấp và của quỏ trỡnh vận tải. Một số nguồn cung cấp trầm tớch như lưu vực sụng, chỳng đổ vào đới ven bờ, cỏc mỏm nỳi hoặc cao nguyờn ven bờ bị giú, súng đỏnh mũn, cỏc vật liệu phế thải và bào mũn bờ được tải đến, cỏc trầm tớch được cỏc dũng dọc bờ tải đến. Vỡ sỏi và cỏc hạt cỡ lớn cần sức vận tải lớn hơn, chỳng thường gặp ở vựng gần nguồn cung cấp. Ngược lại, bột và sột cú thể bị vận tải đi xa hơn. Cỡ hạt của trầm tớch phụ thuộc thành phần của đỏ gốc và cỏc điều kiện phong hoỏ. Thành phần khoỏng vật của trầm tớch đặc biệt là sột cho thấy những biến thiờn được khống chế bởi thành phần đỏ nguồn và điều kiện phong hoỏ. Những khoỏng vật bền vững như thạch anh và fenspar là những thành phần cấu thành phần lớn cỏc trầm tớch ven bờ (Bảng 3.2). Tuy nhiờn, ở dạng vết, những khoỏng vật ớt phổ biến nhất thường lại thường là những chỉ thị tốt nhất về nguồn cung cấp.

Phân loại ASTM

Kích thước hạt trầm tích

Rây chuẩn Hoak Kích thước phi mm Kích thước phi Phân loại

Tảng Cuội Sỏi to Sỏi nhỏ Cát thô Cát vừa Cát mịn Tảng Cuội lớn Cuội nhỏ Sỏi rất lớn Sỏi lớn Sỏi vừa Sỏi nhỏ Cát rất thô Cát thô Cát vừa Cát mịn Cát rất mịn Bột thô Hạt nhỏ Bột thô Bột mịn Bột rất mịn Sét thô Sét vừa Sét mịn

Bảng 5-9: Trọng lượng tối thiểu đối với mẫu phõn tớch độ hạt

Cỡ hạt lớn nhất trong mẫu, cú tỉ lệ đỏng kể (>10%) Trọng lượng của mẫu

trong mm kg

2.5 64 50

1.5 40 15 1.0 25 5 1.0 25 5 0.75 20 2 0.50 12.5 1 0.38 10 0.5 0.25 6.3 0.2 2.4 0.1

Ghi chỳ: Theo Viện tiờu chuẩn Anh (1975). Khối lượng mẫu theo Tiờu chuẩn ASTM 02487-92 là tương tự

(e) Những khoỏng vật nặng cú thể cung cấp thụng tin liờn quan nguồn và quỏ trỡnh và cỏc yếu tố khỏc về biến đổi hỡnh thỏi ở đới ven bờ (Brenninkmeyer, 1978…). Những biến thiờn rừ rệt theo mựa của cỏc khoỏng vật nặng cú thể được thể hiện qua cỏc mẫu lấy ở bờ và gần bờ. Những đỏm lộ khoỏng vật nặng thường hay gặp ở bờ biển sau mỗi trận bóo.

(f) Phõn tớch kớch thước và kiến trỳc cũng cú thể dựng để phõn biệt cỏc trầm tớch mà cú thể cú cựng một nguồn gốc. Thớ dụ, Mason và Folk (1958) đó dung phương phỏp phõn tớch độ hạt để phõn biệt trầm tớch cồn và trầm tớch bờ tại đảo Mustang,Texas.

(g) Cú nhiều phương phỏp được dựng để xỏc định thành phần trầm tớch ven bờ. Thành phần khoỏng vật của cỏc trầm tớch hạt thụ và của đỏ thường được xỏc định bằng kớnh hiển vi. Thành phần khoỏng vật sột thỡ phõn tớch bằng phương phỏp nhiễu xạ renghen hoặc hiển vi điện tử. Khoỏng vật nặng được tỏch biệt khỏi khoỏng vật nhẹ bằng dựng bromoform (cú tỷ trọng 2,87) sau khi đó rửa và rõy. Trong trầm tớch bở rời, mẫu khoỏng vật nặng được phõn tớch dưới kớnh hiển vi để xỏc định tỷ lệ gần đỳng của từng loại khoỏng vật.

(2) Mụ tả mẫu lừi khoan và phõn tớch

(a) Mụ tả mẫu lừi khoan được sử dụng rộng rói để xỏc định cỏc đặc điểm của trầm tớch và điều kiện mụi trường chỳng lắng đọng. Sau khi được thu thập ngoài thực địa, cỏc mẫu lừi khoan được gắn kớn để giữ độ ẩm. Trong phũng thớ nghiệm chỳng được cắt dọc làm đụi. Một nửa dựng cho việc mụ tả, nửa kia để phõn tớch phúng xạ, độ hạt, bào tử phấn hoa và vật chất hữu cơ.

(b) H.5.13 trỡnh bày thớ dụ mụ tả mẫu khoan của USACE được thực hiện ở mức cỏc yờu cầu nghiờn cứu địa chất ven bờ. Một loại mụ tả khỏc (H.5.14) được dựng ở một vài trường đại học. Những tớnh chất của trầm tớch cần được mụ tả là biến thiờn độ hạt, cấu trỳc và hướng của trầm tớch và tớnh phõn lớp theo chu kỳ như phõn dải. Tàn dư rễ cõy và cỏc tớnh chất khỏc biến đổi màu sắc, cỏc vết đốm màu, cỏc giỏn đoạn trầm tớch và những biến thiờn tớnh chất vật lớ khỏc cũng cú thể là những chỉ thị về những biến đổi gắt gao. Chẳng hạn, rễ cõy thường núi lờn mụi trường đầm lầy ở vựng ven bờ, hoỏ thạch và phấn hoa lại là dấu hiệu về tớnh chất và sự biến đổi mụi trường cổ đại. Những phương phỏp để phõn tớch và lớ giải những bằng chứng này cú thể tỡm thấy ở Faegri và Iverson (1975) và Kepp (1969).

(c) Sự biến thiờn độ hạt trong mẫu khoan cú thể cung cấp nhiều thụng tin về mụi trường trầm tớch và do đú về lịch sử địa chất của vựng nghiờn cứu. Bố thụ lắng đọng đầu tiờn, sau là bột rồi sột. Sự phõn tỏch này là hàm số của tốc độ lắng của hạt, nú biến thiờn theo cỡ hạt, tỷ trọng, hỡnh dỏng và tớnh chất của mụi trường vận tải. Sự biến động mụi trường trầm tớch cú

thể làm cho sột tỏch khỏi vật liệu hạt cả theo khụng gian và thời gian. Thớ dụ bột và sột thường lắng đọng xa hơn ở ngoài khơi hơn là cỏc vật liệu hạt.

(d) Chụp ảnh bằng X-quang là phương phỏp tạo hỡnh, nú phúng đại độ tương phản cỡ hạt, thành phần khoỏng vật, mật độ ộp nộn, hàm lượng nước, cỏc sản phẩm của quỏ trỡnh tạo đỏ, cấu trỳc trầm tớch và cỏc tạp chất địa hoỏ trong lừi khoan mà nếu khụng thỡ tưởng như chỳng đồng nhất (Robert,1981). Phõn tớch những đặc điểm này cú thể giỳp tỡm hiểu trỡnh tự cỏc biến động địa mạo xảy ra ở nơi đú. Thớ dụ, quy mụ và hướng của cỏc địa hỡnh bề mặt cú thể được sử dụng để đỏnh giỏ cỏc dũng chảy cổ đại. Cỏc tầng đỏnh dấu là cú liờn quan đến một thời điểm hay một sự kiện lớn nào đú. Than bựn chứng tỏ tớnh ổn định hay sự phỏt triển thực vật ở sỏt hoặc gần mực nước biển. Phương phỏp chụp ảnh X-quang là dựa trờn nguyờn tắc truyền phõn dị tia renghen khi đi qua mẫu vật tới phim ảnh. Những biến thiờn kiến trỳc cũng như thành phần hoỏ học trong mẫu vật làm cho tia X tắt lệch pha nhau trước khi đi đến phim. Mẫu phẩm cú bề dày đồng nhất (1 cm) cắt dọc theo lừi khoan sẽ cho kết quả ảnh renghen tốt nhất (Robert,1981).

(e) Sự cú mặt của cỏc keo cổ đ ại (paleosols) trong mẫu cũng cho ta những thụng tin quan trọng để tỡm hiểu lịch sử địa chất vựng bờ. Mụi trường bờ nội địa, nơi cú thể cú thời kỳ trầm tớch nghốo nàn kộo dài, trong lỳc này lớp thổ nhưỡng (đất cú dinh dưỡng cho thực vật) cú thể phỏt triển, rồi tiếp sau là thời kỳ trầm tớch tương đối nhanh khụng tạo đất trồng. Kịch bản này là rất đặc trưng cho sự biến đổi mực nước biển gần đõy trong kỷ Đệ tứ. Một kịch bản khỏc cú thể diễn ra là những chu kỳ như vậy cú thể diễn ra ở vựng đầm lầy nước mặn được che chắn bỏn phần, song vẫn bị lắng đọng trầm tớch trong thời gian những trận bóo lớn hoặc xuất hiện ở vựng đất bị lỳn chỡm do bị cỏc trầm tớch khỏc lắng đọng nhanh chúng đố lấp lờn. Với cỏc lớp đất hiện thời, cỏc tầng cú màu hoặc tập hợp cỏc tầng cú màu cho phộp nghĩ về tớnh đồng nhất của chỳng. Những thành tạo keo cổ đại quan trọng mà chỳng cú thể phản ảnh sự thành tạo thổ nhưỡng yếu ớt, thường chỉ thấy ở cỏc tầng mỏng xẫm màu chứa vật chất hữu cơ. Cũng cú thể thấy những biến đổi khụng mấy rừ rệt về tớnh chất hoỏ học, lý học của trầm tớch lộ ra trờn mặt đất. Đất cú tớnh đồng nhất phủ một diện rộng đụi khi cũng cú thể coi tựa như tầng đỏnh dấu và như vậy cũng là cú giỏ trị để định tuổi tương đối. Trong một vài trường hợp đất cũng cú thể chứa khỏ nhiều vật chất hữu cơ đủ để định tuổi bằng cacbon phúng xạ.

Hỡnh 5-13: Vớ dụ về một biểu mẫu mụ tả lừi khoan giả định của USAGE. Việc mụ tả nờn được thực hiện đầy đủ và chi tiết để làm nổi bật đặc điểm của mụi trường trầm tớch và cỏc yếu tố cho thấy

Hỡnh 5-14: Một biểu mẫu mụ tả lừi khoan dựng cho đỏ trầm tớch (nguồn TS. Harry Roberts, Trường đại học bang Louisiana)

(3) Địa niờn biểu học

Địa niờn bảng học nghiờn cứu thời gian trong mối tương quan với lịch sử Trỏi đất. Để nghiờn cứ địa niờn bảng cú hàng loạt cỏc phương phỏp đo phúng xạ và khụng đo phúng xạ, tập hợp lại chỳng cú thể định tuổi cỏc vật phẩm cú niờn đại từ cận đại đến thời Pleistocene và cổ hơn. Cỏc phương phỏp đo phúng xạ khỏc biệt nhau ở độ chớnh xỏc, phạm vi định tuổi, loại vật phẩm cú thể phõn tớch được và loại thụng tin mà chỳng cú thể cung cấp. Cỏc phương phỏp phi phúng xạ cú thể sử dụng ở cỏc vựng ven bờ, bao gồm tư liệu lưu trữ, khảo cổ học, niờn bảng học thụ mộc (dendrochronology - sự tăng trưởng của thực vật), định tuổi bằng nhiệt chiến xạ, từ địa tầng học hay định tuổi bằng cổ từ, cổ sinh thỏi học, sử dụng cỏc dấu hiệu phong hoỏ và lớp vỏ bọc. Sử dụng tập hợp cỏc phương phỏp thường cho kết quả tốt nhất để tỡm hiểu lịch sử địa chất miền bờ.

(4) Định tuổi bằng đo phúng xạ và chất đồng vị

(a) Cỏc phương phỏp định tuổi bằng đo phúng xạ được sử dụng từ những năm 50 thế kỷ trước. Nhiều nguyờn tố tự nhiờn là hỗn hợp của vài đồng vị, cỏc đồng vị này cú cựng tớnh chất hoỏ học và số nguyờn tử nhưng khỏc nhau về số lượng neutron và do đú là trọng lượng nguyờn tử. Cỏc phương phỏp định tuổi bằng phúng xạ dựa trờn sự phõn huỷ phúng xạ của cỏc đồng vị khụng bền. Thời gian cần để phõn huỷ một nửa trọng lượng ban đầu gọi là thời gian bỏn phỏ huỷ. Núi chung, phạm vi định tuổi chớnh xỏc của một phương phỏp đồng vị riờng rẽ là khoảng 10 lần thời gian bỏn phỏ huỷ của nú. Đồng vị phúng xạ C-14, K-Ar40, Cs- 137, Pb-210, Tớn hiệu-230 là phổ biến nhất và được dựng cho những điều tra khảo sỏt địa chất chuẩn (Faure, 1977; Friedlander, Kennedy và Miller,1955).

(b) Phương phỏp định tuổi bằng cacbon phúng xạ C-14 cú lẽ là phổ biến nhất và nú dựng để định tuổi cỏc vật chất hữu cơ thời Holocene và Pleistocene muộn. Khi một con hay một cõy chết, hàm lượng cacbon phúng xạ của nú khụng cũn được bổ sung nữa mà bắt đầu giảm theo hàm mũ để đạt được nửa phỏ huỷ sau chừng 5750 năm sau đú. Cỏc chất được sử dụng để định tuổi bằng đồng vị 14C là gỗ, than củi, than bựn, vỏ sũ hến, xương, carbonat thuỷ sinh và vật chất hữu cơ trong đất. Gần đõy khối phổ kế đó được dựng để xỏc định hàm lượng 14C trong mẫu cú trọng lượng 5mg. Để đối sỏnh cỏc dữ liệu định tuổi bằng đồng vị cacbon người ta quy chiếu tuổi 0 vào năm 1950 sau CN. Yếu tố sai số phõn tớch được chấp nhận là một hoặc hai độ lệch chuẩn so với giỏ trị trung bỡnh. Cỏc sai số khỏc cú thể là do nhiễm bẩn mẫu, sự thay đổi hàm lượng 14C trong khớ quyển hay trong đại dương và bị phõn chia - rất khú phỏn đoỏn về cỏc yếu tố này. Cỏc số liệu định tuổi tuyệt đối cho con số nhỏ hơn 150 năm hoặc lớn hơn 50.000 năm hiện nay được coi là sai.

(c) Định tuổi bằng Kali-Argon. Đồng vị Kali-Argon40 (hay K:Ar) được sử dụng để định tuổi nhiều loại đỏ xõm nhập và phun trào cú chứa những khoỏng vật thớch hợp. Một yờu cầu nữa đối với mẫu phõn tớch là phải tươi, khụng bị phong hoỏ hoặc chịu tỏc động của một quỏ trỡnh địa chất nào khỏc cú thể làm cho argon bị khuếch tỏn mất đi. Phương phỏp này dựng để định tuổi trầm tớch Holocene thường cho kết quả núi chung khụng chớnh xỏc với sai số ± 15- 30%. Chỉ một số khoỏng vật, đặc biệt là khi cú hàm lượng K cao và hàm lượng Ar khớ quyển thấp, là thớch hợp để định tuổi bằng phương phỏp này đối với cỏc trầm tớch Pleistocene

muộn. Vỡ lớ do này, phương phỏp K-Ar ớt được dựng trong cỏc nghiờn cứu lịch sử địa chất đới bờ.

(d) Phương phỏp định tuổi bằng vết phõn hạch (Fission—track dating) được xõy dựng như một bổ trợ cho phương phỏp K:Ar. Ứng dụng của nú phần lớn là cho cỏc trầm tớch Đệ tứ với việc định tuổi tro nỳi lửa rơi trong khụng khớ hoặc cỏc trầm tớch thuỷ tinh mà ở thực địa quen gọi là tephrochronology. Vật liệu này thường phõn bố rộng rói. Tuy nhiờn chỳng lại thường ớt gặp trong cỏc cấu tạo ven bờ hoặc dễ bị bào mũn đi khỏi đú. Nếu cú thỡ sự lắng đọng nhanh chúng và sự tỏn phỏt tro rộng khắp trong khớ quyển là một cụng cụ tốt để đối sỏnh cỏc tầng đất đỏ và là mẫu vật định tuổi tuyệt đối tốt. Danh mục một số lớp tro nỳi lửa quan trọng ở Bắc Mỹ, trong đú cú những lớp thuộc tuổi Pleitocene, được Sarma-Wojcicki, Champion và David (1983) tập hợp.

(e) Cesium-137 (137Cs) là một đồng vị nhõn tạo, thoạt đầu nú được sinh ra trong những vụ thử vũ khớ hạt nhõn trong khụng khớ. Những thớ nghiệm này bắt đầu từ những năm 1940 và kết thỳc vào những năm đầu 1960 và bị suy giảm sau khi cú Cụng ước cấm thử vũ khớ hạt

Một phần của tài liệu Địa chất đới bờ ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 5 pptx (Trang 44 - 54)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(116 trang)