Chương 2 LỊCH SỬ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. CÁCH TIẾP CẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu
2.2.2.1. Nhóm phương pháp địa chất trầm tích
a. Các phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất
53 mẫu cát từ đó xây dựng các biểu đồ tích luỹ độ hạt, biểu đồ phân bố độ hạt, tính tốn các tham số Md, So, Sk để xác định chế độ thuỷ động lực của môi trường.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là phân trầm tích thành các cấp hạt khác nhau bằng bộ rây tiêu chuẩn với cấp hạt lớn hơn 0,063mm (Thông thường sử dụng bộ rây tiêu chuẩn 2 hay 10
10) và dùng pipet (bộ hút robinsơn) đối với cấp hạt nhỏ hơn 0,063mm. Toàn bộ kết quả phân tích được xử lý đồng bộ theo phương pháp đồ thị Trask (hình 2.1). Hàm lượng phần trăm các cấp hạt được cộng tích lũy từ lớn đến nhỏ, sau đó biểu diễn lên đồ thị hai trục. Trục hồnh là kích thước hạt theo chiều giảm dần theo thang logarit, trục tung là hàm lượng phần trăm tích lũy các cấp hạt. Đường cong tích lũy được xây dựng trên cơ sở nối các điểm rời rạc được xác định từ kích thước hạt và hàm lượng phần trăm tích lũy, nhằm xác định các thơng số trầm tích như kích thước hạt trung bình (Md), độ chọn lọc (So), hệ số bất đối xứng (Sk). Trên đường cong tích luỹ này sẽ xác định được giá trị d25: cấp hạt tương ứng 25%; d50 (Md): cấp hạt tương ứng 50% và d75: cấp hạt tương ứng 75%.
25
Các thơng số So, Sk được tính theo cơng thức: So = 75 25 d d Sk =
Đường cong phân bố độ hạt thường tuân theo luật phân bố chuẩn hoặc chuẩn logarit, chúng có thể thay đổi từ 1 đỉnh (môi trường thủy động lực đơn giản, đồng nhất) đến 2 hoặc 3 đỉnh (môi trường thủy động lực phức tạp và hay thay đổi).
Md (kích thước hạt trung bình): được tính trên biểu đồ đường cong tích lũy tại giá trị độ hạt ở hàm lượng tích lũy 50%. Giá trị Md phản ánh quãng đường di chuyển vật liệu, năng lượng sóng và tốc độ dịng chảy, khoảng cách so với nguồn cung cấp. Mối quan hệ này mang tính chất tỷ lệ thuận: Md càng lớn thì động lực mơi trường càng lớn và vật liệu trầm tích càng gần đá gốc; ngược lại Md càng nhỏ, động lực môi trường càng yếu và vật liệu trầm tích có thể càng xa nguồn cung cấp.
So (hệ số chọn lọc): phản ánh năng lượng thủy động lực (chủ yếu là sóng và dịng chảy), tính đồng nhất và tính ổn định của mơi trường thủy động lực tạo nên các thực thể trầm tích. Với giá trị So trong khoảng lớn hơn 1 đến 1,58: trầm tích có độ chọn lọc tốt, chứng tỏ mơi trường có chế độ thủy động lực mạnh và khá đồng nhất trong suốt quá trình trầm tích. Nếu So = 1,59 – 2,12: trầm tích có độ chọn lọc trung bình, chứng tỏ mơi trường thủy động lực khá mạnh nhưng tính ổn định kém hơn. Nếu So > 2,12: trầm tích có độ chọn lọc kém, chứng tỏ môi trường bị xáo trộn (khi mạnh, khi yên tĩnh).
Sk (hệ số đối xứng): đặc trưng cho tính đối xứng của đường cong phân bố. Nếu Sk> 1, trầm tích hạt lớn chiếm ưu thế; Sk < 1, trầm tích hạt nhỏ chiếm ưu thế.
Phân tích lát mỏng thạch học bở rời sẽ giúp xác định được trong mẫu đó có những khoáng vật nào, hàm lượng của từng khoáng vật là bao nhiêu và các đặc điểm của chúng như: kích thước, biến đổi thứ sinh, tính chất, hình dáng (xác định hệ số mài trịn (Ro) và xác định hệ số cầu (Sf), qua đó xác định nguồn gốc và chế độ thuỷ động lực của môi trường).
FeO, Fe2O3, CaO, Na2O, K2O, MgO.
Phân tích hố mơi trường có thể phân biệt các kiểu mơi trường trầm tích, dựa trên các chỉ tiêu sau: độ pH, Eh (thế năng oxi hoá khử), kation trao đổi Kt, (bảng 2.1).
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu địa hóa đặc trưng cho các mơi trường trầm tích
Loại phân tích Mơi trường
Lục địa Chuyển tiếp Biển
pH < 7 7 > 7
Eh >150 40-150 <40
Kt < 0,5 0,5 – 1 > 1
b. Phương pháp phân loại trầm tích
Kiểu trầm tích được phân loại trên cơ sở hàm lượng phần trăm các cấp hạt theo biểu đồ phân loại của Folk, 1954 (hình 2.2).
Hình 2.2. Biểu đồ phân loại trầm tích của Folk, 1954 1-Bùn 1-Bùn 2-Bùn cát 3-Bùn lẫn sạn 4-Bùn cát lẫn sạn 6-Cát 7-Cát bùn 8-Cát bùn lẫn sạn 9-Cát lẫn sạn 11-Cát bùn sạn 12-Sạn bùn 13-Sạn cát bùn 14-Sạn cát 1a-Sét 1b-Bột 2a-Sét cát 2b-Bột cát Tû lÖ bét : sÐt Tû lƯ c ¸t : bïn (phi tû lƯ) 9:1 1:1 1:9 1:2 2:1 SÐt Bét C¸t 1 1a 1b 2a 2 2b 7 7a 7b 6 sạn bùn cát Hàm lư ng % sạn (phi tỷ lệ) Tỷ lệ cát : bïn (phi tû lƯ) 1 5 30 80 1:9 1:1 9:1 (bét vµ sÐt) 1 2 7 6 5 9 11 12 13 10 15 14 8 3 4
27
c. Phương pháp phân tích tuổi tuyệt đối
Phương pháp nhiệt phát quang và huỳnh quang kích thích
Vật liệu trầm tích được chiếu bởi một chùm các tia bức xạ ion hóa sinh ra từ các hoạt động phóng xạ xảy ra trong tự nhiên từ các nguyên tử như kali, thori và urani. Bức xạ tái phân bố sự tích điện bên trong tinh thể khống vật và mặc dù sự phân bố điện tích dịch chuyển này nhanh chóng trở lại trạng thái ban đầu nhưng một số điện tích bị giữ lại trong khoảng trống các ô mạng ở trạng thái năng lượng cao. Lượng năng lượng được giữ lại trong tinh thể phụ thuộc vào khoảng thời gian chiếu bức xạ. Năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt và nó biểu hiện dưới dạng ánh sáng, tạo ra vật liệu huỳnh quang, ảnh hưởng này gọi là nhiệt huỳnh quang (TL) (Botter-Jensen, 1997). Một trong nhiều khả năng đối với việc tăng nhiệt độ là phơi mẫu dưới một khối ánh sáng, một phương pháp được biết là huỳnh quang kích thích quang học (OSL) (Botter-Jensen, 1997).
Ánh sáng mặt trời làm giải phóng năng lượng được tích trữ trong các trầm tích bị phơi lộ trên bề mặt, do đó năng lượng tích trữ để tạo ra hiện tượng huỳnh quang chỉ bắt đầu một khi vật chất bị chôn vùi. Đo lượng huỳnh quang tạo ra do đốt nóng hay kích thích quang học một mẫu nào đó có thể được sử dụng để xác định thời gian trầm tích bị chơn vùi. Kỹ thuật này chỉ sử dụng với các vật liệu được tích lũy năng lượng tối đa khi được lắng đọng như trầm tích do gió và trầm tích fluvi được tích tụ chậm. Kỹ thuật nhiệt huỳnh quang và huỳnh quang kích thích quang học có thể sử dụng để định tuổi thời gian chơn vùi của trầm tích từ 150 nghìn năm trở lại với độ chính xác khoảng 10%. Các phương pháp này cũng có thể sử dụng cho măng đá trong hang động với độ chính xác tương đương nhưng với dải tuổi gấp đôi.
d. Phương pháp phân tích tướng và thành lập bản đồ tướng đá – cổ địa lý
Phân tích tướng là một hệ phương pháp tổng hợp nhất của khoa học trầm tích luận. Trên cơ sở nghiên cứu thạch học, khoáng vật, các tham số trầm tích định lượng như: So, Md, Ro, Sf, Sk và các chỉ tiêu địa hố mơi trường như pH, Eh, Kt, Fe2+S (sắt trong pirit), Fe2+HCl (sắt trong siđerit), Fe3+HCl (sắt ba dễ tan), Chc và
các loại vật chất hữu cơ cho phép luận giải điều kiện lắng đọng trầm tích và xây dựng bản đồ hoàn cảnh địa lý tự nhiên trong một thời điểm của lịch sử tiến hoá địa chất nhất định.
Bản đồ tướng đá cổ địa lý là tổng hợp hai yếu tố quan trọng là tướng đá và cổ địa lý.Tướng đá là các yếu tố về thạch học và mơi trường trầm tích cổ. Cịn cổ địa lý là các yếu tố phản ánh bức tranh của một bể trầm tích như: miền xâm thực (lục địa cổ) và miền lắng đọng trầm tích. Bể trầm tích bao gồm: diện tích, hình dáng, độ sâu, đường bờ cổ, các dòng chảy cổ vận chuyển vật liệu trầm tích - chế độ hố lý của mơi trường (độ pH, Eh, Kt), vật chất hữu cơ, thế giới sinh vật và môi trường.
2.2.2.2. Phương pháp địa tầng phân tập
Địa tầng phân tập là một phương pháp phân tích địa tầng mới cả về khoa học lẫn thực tiễn. Phương pháp mới này đã cho chúng ta thấy rõ các bồn trầm tích được lấp đầy trầm tích như thế nào và rất hiệu quả trong kỹ thuật tìm kiếm thăm dị tài nguyên khoáng sản.
Ba yếu tố: nâng hạ kiến tạo, thay đổi mực nước biển chân tĩnh và q trình trầm tích xảy ra như thế nào, ở đâu, tốc độ của chúng và tác động lẫn nhau như thế nào là nguyên tắc cơ bản của trầm tích học và địa tầng. Đặc điểm trầm tích lắng đọng trong các môi trường thay đổi từ sông và đồng bằng ngập lụt tới bờ biển, thềm lục địa và thậm chí là biển sâu là do tác động của ba yếu tố này. Nghiên cứu các mối quan hệ giữa sự thay đổi mực nước biển và trầm tích thường được gọi là “địa tầng phân tập”.
Các lợi thế của phương pháp địa tầng phân tập trở nên rất rõ ràng khi sử dụng chúng để liên kết các mặt cắt xác định trên các vết lộ, mặt cắt địa chấn hay trong các lỗ khoan sâu từ vài km đến hàng chục km. Những hạn chế của phân tích thạch địa tầng là không cung cấp được một khung thời địa tầng và do đó bị hạn chế về giá trị. Kỹ thuật sinh địa tầng cung cấp những thông tin cần thiết cho việc liên kết địa tầng trên cơ sở tuổi của chúng, nhưng có thể đến hàng trăm mét địa tầng đều rơi vào cùng một đới cổ sinh và sự liên kết giữa các môi trường lục địa, biển nông và biển sâu không phải lúc nào cũng dễ dàng bởi vì các hóa thạch khác nhau được
29
sử dụng sự thay đổi của mực biển tương đối như là tiêu chuẩn để phân tích địa tầng, phương pháp địa tầng phân tập có thể khắc phục được một số nhược điểm của các phương pháp khác nêu trên.
Hình 2.3. Đường cong biển tiến - thoái, và dâng - hạ mực nước biển và các khái niệm cơ bản về địa tầng phân tập [14]
Hình 2.4. Các miền hệ thống trầm tích trong một tập tương ứng với một chu kỳ dao động mực nước biển [14]