Vựng nghiờn cứu nằm trong đới sụt lỳn của đứt góy sụng Hồng, được hỡnh thành muộn nhất ở ĐBBB, cỏc trầm tớch Đệ tứ ở vựng Nam Định cú thời gian tồn tại và phỏt triển trong mụi trường biển lõu nhất và muộn nhất. Trờn cơ sở tổng hợp cỏc nghiờn cứu về lịch sử phỏt triển, mụi trường trầm tớch, quỏ trỡnh dao động mực nước biển... đỏnh giỏ cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh hỡnh thành thấu kớnh nước nhạt và khả năng xõm nhập mặn trong trầm tớch Đệ tứ vựng này thấy rằng lịch sử phỏt triển của chỳng gắn liền với lịch sử phỏt triển của toàn bộ đồng bằng. Vựng nghiờn cứu đó trải qua nhiều giai đoạn phức tạp dưới tỏc động của nhiều quỏ trỡnh địa chất và nhiều pha kiến tạo khỏc nhau.
2.4.1.1. Giai đoạn phỏt triển trầm tớch trong Neogen
Ở thời kỳ đầu Neogen (trong Miocen), quỏ trỡnh phong húa, búc mũn diễn ra mạnh mẽ vỡ ở đõy hoàn toàn vắng mặt cỏc trầm tớch Miocen và Pliocen sớm. Đến Pliocen muộn, hoạt động của cỏc đứt góy xảy ra rất mạnh, cựng với phần lớn diện tớch đồng bằng thuộc vựng nghiờn cứu bị sụt lỳn và chỡm dưới mực nước biển. Cỏc trầm tớch hệ tầng Tiờn Hưng, Vĩnh Bảo được thành tạo và lấp đầy cỏc vựng trũng. Thành phần thạch học bao gồm sột kết, bột kết, cỏt kết lẫn ớt sạn sỏi cú tướng biển nụng ven bờ. Riờng khu vực phớa tõy nam đứt góy Ninh Bỡnh vẫn tiếp tục được nõng lờn trong Pliocen muộn. Chiều dày cỏc trầm tớch Neogen dao động trong khoảng 100 ữ 120m. Tại nơi vắng mặt cỏc trầm tớch Neogen, cỏc trầm tớch của hệ tầng Lệ Chi phủ bất chỉnh hợp lờn trờn cỏc trầm tớch thuộc hệ Triat - thống trung - bậc Anizi, hệ tầng Đồng Giao [13].
Vào cuối Pliocen, biển lựi ra xa, gõy ra sự giỏn đoạn trầm tớch. Cỏc trầm tớch của hệ tầng Vĩnh Bảo được thành tạo trước đú, dưới ảnh hưởng của khớ hậu nhiệt đới ẩm, quỏ trỡnh xõm thực, búc mũn và phong húa diễn ra mạnh mẽ và liờn tục. Do quỏ trỡnh phong húa vật lý và phong húa húa học mà cỏc thành tạo của hệ tầng Vĩnh Bảo thường bở rời, đụi nơi cú màu nõu đỏ, xỏm nõu.
NDĐ trong cỏc thành tạo Pliocen hệ tầng Vĩnh Bảo cú nguồn gốc biển, nhưng sau khi thành tạo lại trải qua quỏ trỡnh phong húa, rửa lũa kộo dài, lại cú mối quan hệ với TCN bờn trờn và bờn dưới nờn nước trong TCN Pliocen phần lớn là nước nhạt. Đõy là TCN khe nứt-lỗ hổng cú bề dày lớn, diện phõn bố rộng, mức độ chứa nước tốt.
2.4.1.2. Giai đoạn phỏt triển trầm tớch trong Đệ tứ a. Thời kỳ Pleistocen sớm
Bước sang đầu kỷ Đệ tứ, một pha chuyển động kiến tạo mới lại bắt đầu, vựng ĐBBB lại từ từ bị lỳn xuống, nhưng khụng đều, hoạt động sụt lỳn diễn ra mạnh. Vựng nghiờn cứu nằm ở nơi tiếp giỏp giữa đồng bằng và biển, do tỏc dụng tương hỗ giữa sụng và biển, hỡnh thành vựng tiền tam giỏc chõu. Dưới tỏc dụng của súng và thủy triều cỏc vật liệu trầm tớch do sụng đưa ra được sắp xếp lại, cỏc vật liệu hạt thụ được giữ lại, trải dọc theo bờ biển hỡnh thành đới tớch tụ ven bờ, đú là cỏc doi cỏt ven
biển. Cỏc vật liệu hạt mịn hơn được tớch tụ tại vựng biển nụng ven bờ thành tạo cỏc trầm tớch cú tướng tam giỏc chõu ngầm. Trong điều kiện nước nụng, súng vỗ liờn tục, cỏc di tớch hữu cơ bị vụn nỏt và bảo tồn xấu. Đú là cỏc thành tạo cỏc trầm tớch của hệ tầng Lệ Chi. Cỏc trầm tớch này cú thành phần chủ yếu là cỏt, bột sột với chiều dày từ vài một tới vài chục một, đụi chỗ lẫn sạn sỏi nhỏ. Đõy là cỏc trầm tớch cấu thành phần
dưới của TCN qp. Cuối thời kỳ Pleistocen sớm, biển từ từ rỳt khỏi đồng bằng. Toàn
bộ vựng nghiờn cứu được mở rộng về phớa biển.
b. Thời kỳ Pleistocen giữa-muộn
Quỏ trỡnh biển thoỏi cuối Pleistocen sớm kộo dài đến đầu thời kỳ Pleistocen giữa. Khi đú đồng bằng cũn phỏt triển rộng về phớa đụng nam, tức là cỏch rất xa đường bờ biển hiện nay. Trong giai đoạn này, dưới điều kiện khớ hậu núng ẩm mưa nhiều, quỏ trỡnh xõm thực của cỏc dũng chảy diễn ra mạnh mẽ và liờn tục. Trong phạm vi ĐBBB núi chung và vựng nghiờn cứu núi riờng, cỏc hệ thống sụng ngũi hoạt động mạnh. Dưới tỏc dụng của cỏc dũng chảy tràn và dũng chảy tạm thời, cỏc vật liệu đó bị vỡ vụn do quỏ trỡnh phong húa được vận chuyển từ vựng cao đến cỏc dũng chớnh đó được tớch tụ tại đõy, hỡnh thành một lớp trầm tớch vụn thụ là phần dưới của hệ tầng Hà Nội. Thành phần trầm tớch thời kỳ bao gồm cỏt, cuội, sỏi, độ chọn lọc từ kộm đến trung bỡnh, độ mài trũn trung bỡnh, thành phần đa khoỏng. Chiều dày trầm tớch thay đổi từ 7- 55m. Cỏc trầm tớch lục địa hỡnh thành trong giai đoạn này phủ lờn trờn cỏc trầm tớch cú nguồn gốc sụng biển của hệ tầng Lệ Chi.
Sau khi cỏc vật liệu cuội, sạn, cỏt đó được lắng đọng nõng dần đỏy sụng thỡ vào cuối Pleistocen giữa-muộn, chuyển động nõng lờn yếu đi, hoạt động kiến tạo cú phần yờn tĩnh hơn, cỏc hoạt động xõm thực giảm dần. Giai đoạn cuối của thời kỳ này, nước biển tiến vào đồng bằng, cỏc trầm tớch hỗn hợp sụng biển được thành tạo, vật liệu trầm tớch bao gồm cỏt, bột, lẫn ớt sột, cấu tạo phõn lớp mỏng, nằm ngang, đõy là phần trờn của hệ tầng Hà Nội. Chiều dày lớp trầm tớch này trong vựng thay đổi từ 14,5m đến 33,7m và cú xu hướng tăng dần từ tõy sang đụng, cũn theo hướng TB-ĐN, cỏc trầm tớch được hỡnh thành dưới dạng một nếp lừm thoải. Kết thỳc thời kỳ Pleistocen giữa-muộn, toàn bộ hệ tầng Hà Nội đó được thành tạo.
Trong thời kỳ này đó thành tạo nờn một lớp trầm tớch vụn thụ lớn nhất với thành phần chủ yếu là cỏt, sạn, sỏi phõn bố rộng rói trờn toàn bộ diện tớch vựng nghiờn cứu... Cựng với cỏc trầm tớch của hệ tầng Lệ Chi, cỏc trầm tớch của hệ tầng Hà Nội đó
thành tạo TCN qp, là tầng cú khả năng cung cấp nước lớn nhất đối với vựng nghiờn
cứu và toàn bộ vựng ĐBBB. Chế độ lục địa tồn tại ở đõy trong một thời gian khỏ dài.
c. Thời kỳ Pleistocen muộn
Chế độ lục địa được bắt đầu vào giai đoạn cuối của thời kỳ Pleistocen giữa- muộn vẫn được tiếp tục ở giai đoạn đầu của thời kỳ Pleistocen muộn. Tại cỏc vựng địa hỡnh cao vẫn xuất hiện cỏc dũng chảy ngắn và dốc, mang vật liệu đổ vào bồn trũng của sụng Hồng cổ. Địa hỡnh vựng nghiờn cứu khi đú khỏ bằng phẳng và ở khỏ xa nguồn cung cấp vật liệu nờn hoạt động xõm thực ngang là chủ yếu. Cỏc vật liệu trầm tớch được tớch đọng ở đõy cú tướng đồng bằng chõu thổ liờn quan đến hoạt động của cỏc cửa sụng ven biển. Dưới tỏc động của súng và thủy triều, cỏc vật liệu trầm tớch được hỡnh thành ở đõy bao gồm cỏt hạt mịn đến trung, lẫn ớt bột sột, đõy chớnh là phần dưới của hệ tầng Vĩnh Phỳc. Cựng với cỏc trầm tớch của hệ tầng Lệ Chi và hệ
tầng Hà Nội cỏc trầm tớch phần dưới của hệ tầng Vĩnh Phỳc đó cấu thành TCN qp. Do
thành tạo trong mụi trường lục địa và cửa sụng ven biển, lại được ngăn cỏch với TCN bờn trờn bởi lớp cỏch nước khỏ dày nờn nước trong tầng chủ yếu là nước nhạt.
Vào cuối Pleistocen muộn, một đợt biển tiến đó tràn ngập đồng bằng núi chung và vựng nghiờn cứu núi riờng. Đõy là đợt biển tiến cú quy mụ lớn nhất trong Pleistocen. Trong giai doạn này, toàn bộ vựng bị ngập trong nước biển. Tại đõy, đó hỡnh thành lớp trầm tớch hạt mịn chủ yếu là sột, bột, đụi chỗ lẫn vỏ sũ hến. Cỏc trầm tớch đú thành tạo trong mụi trường khỏ yờn tĩnh, chiều dày từ 6m đến 32m. Đõy chớnh
là lớp sột Vĩnh Phỳc cỏch nước ngăn cỏch TCN qh1với TCN qp.
Kết thỳc thời kỳ Pleistocen muộn, hoạt động tõn kiến tạo cú phần yờn tĩnh hơn. Đồng thời với việc hạ thấp mực nước đại dương là sự lựi xa của đường bờ biển, toàn bộ bề mặt đồng bằng được lộ ra.
d. Thời kỳ Holocen sớm-giữa
Bước sang Holocen, biển lựi ra xa về phớa vịnh Bắc Bộ. Dưới tỏc động của cỏc yếu tố ngoại sinh, quỏ trỡnh phong húa và búc mũn xảy ra mạnh mẽ. Khi đú trờn bề mặt đồng bằng, mạng lưới sụng ngũi dày đặc cựng với khớ hậu núng ẩm mưa nhiều, tạo điều kiện thuận lợi cho quỏ trỡnh xõm thực sõu và xõm thực ngang mạnh mẽ làm cho bề mặt trầm tớch biển bị bào mũn khụng đều. Đồng thời quỏ trỡnh phong húa laterit đó làm cho phần trờn trầm tớch của hệ tầng Vĩnh Phỳc cú màu sắc loang lổ.
Điều kiện lục địa của đồng bằng tồn tại khụng lõu. Đường bờ biển cú xu hướng chuyển dịch vào trong, bắt đầu thời kỳ biển tiến Flandrian (hỡnh 2.11) làm đồng bằng bị thu hẹp lại. Sự thay đổi xảy ra từ từ, vựng nghiờn cứu bị chỡm dần và ngập hoàn toàn trong nước biển. Lỳc đầu lắng đọng cỏc trầm tớch hạt thụ như cỏt, cỏt bột lẫn ớt sạn nhỏ. Cỏc trầm tớch này phủ trực tiếp lờn bề mặt phong húa của hệ tầng Vĩnh Phỳc.
Đõy chớnh là cỏc trầm tớch cấu thành TCN qh1.
Hỡnh 2.11: Mực nước biển từ thời kỳ Pleistocen muộn đến nay (Tanabe, 2006)
Tiếp theo hoạt động lỳn chỡm tiếp tục diễn ra, cỏc trầm tớch hạt mịn như sột, bột, cỏt mịn được lắng đọng, chỳng cú màu xỏm, xỏm xanh. Cỏc trầm tớch hạt mịn đú
đó tạo thành lớp cỏch nước liờn tục, ngăn cỏch TCN qh2 bờn trờn và TCN qh1 bờn
dưới. Do thành tạo trong nguồn gốc biển lại bị ngăn cỏch với cỏc TCN bờn trờn và bờn dưới bởi cỏc lớp cỏch nước liờn tục, nờn độ mặn của nước trong TCN này khụng được rửa trụi. Thời kỳ biển tiến Flandrian với cường độ mạnh, biển tiến sõu vào lục
địa, qua Mỹ Đức, Thường Tớn, Mỹ Văn, Thuận Thành… Với tầng sột xỏm xanh, sản phẩm trầm tớch tướng vũng vịnh phổ biến khắp cỏc bể trầm tớch Đệ tứ ở Việt Nam.
Theo Đỗ Văn Tự, tại thời điểm này trong khu vực phỏt triển với 4 đới cảnh quan chớnh [30]:
- Vựng đồng bằng bồi tớch tam giỏc chõu phõn bố chủ yếu ở phớa đụng bắc và tõy bắc đồng bằng. NDĐ ở đõy nhạt, cú nguồn gốc từ nước mưa, nước mặt;
- Vựng đồng bằng tam giỏc chõu bị đầm lầy hoỏ: vựng này được hỡnh thành ở vựng cửa sụng, nơi tiếp giỏp với biển là cửa sụng Hồng, NDĐ ở đõy chịu ảnh hưởng của nước biển;
- Vựng tiền tam giỏc chõu: là phần diện tớch cũn lại, tiếp giỏp với biển trong giai đoạn đú, NDĐ ở đõy lỳc này bị mặn;
- Vựng tam giỏc chõu ngầm: bị ngập trong nước biển, trầm tớch hạt mịn cú
nguồn gốc biển này là lớp ngăn cỏch giữa hai TCN qh1 và qh2.
e. Thời kỳ Holocen muộn
Sau thời kỳ biển tiến kộo dài khoảng 2.000 năm, nước biển từ từ rỳt ra xa. Những dấu vết của đường bờ biển khi đú cũn thấy rất rừ trờn địa hỡnh ngày nay đú là cỏc dải cỏt nằm song song với đường bờ biển hiện nay. Chỳng đỏnh dấu sự tồn tại của đường bờ biển cổ trước khi biển rỳt đến mực nước ngày nay. Cỏc hoạt động tõn kiến tạo vẫn tiếp tục diễn ra trong thời kỳ này là cỏc hoạt động nõng lờn hạ xuống với biờn độ khụng lớn. Do nằm tại vựng tiếp giỏp giữa biển và lục địa nờn vựng nghiờn cứu chịu ảnh hưởng rất rừ của cỏc hoạt động này, bằng chứng để lại là cỏc trầm tớch cú nhiều nguồn gốc thành tạo.
Vào đầu Holocen muộn cú một chu kỳ biển tiến, vựng nghiờn cứu lại bị ngập nước, hỡnh thành nờn cỏc trầm tớch cú nguồn gốc khỏc nhau của phụ hệ tầng Thỏi Bỡnh dưới. Tại cỏc khu vực cửa sụng đổ ra biển hỡnh thành cỏc trầm tớch cú nguồn gốc hỗn hợp sụng biển, tại cỏc khu vực đầm lầy ven biển hỡnh thành cỏc trầm tớch biển đầm lầy, vũng vịnh ven biển, hỡnh thành trầm tớch biển, tướng biển nụng ven bờ.
Chiều dày cỏc trầm tớch hỡnh thành trong thời gian này là khụng lớn (từ 4m đến 15m). Trong giai đoạn tiếp theo, vựng nghiờn cứu bị ngập chỡm hoàn toàn trong
nước biển, thành tạo cỏc trầm tớch với thành phần khỏ đồng nhất là cỏc trầm tớch hạt mịn màu xỏm lẫn vỏ sũ hến với chiều dày từ 5m đến 11m của phụ hệ tầng Thỏi Bỡnh giữa. Vào cuối thời kỳ Holocen muộn, nước biển rỳt dần ra, phần nổi trờn mặt nước ngày càng chiếm diện tớch lớn hơn.
Những trầm tớch của phụ hệ tầng Thỏi Bỡnh trờn được hỡnh thành trong giai đọan này cú nguồn gốc rất phức tạp. Tại cỏc khu vực cú địa hỡnh cao hơn nằm về phớa lục địa hỡnh thành cỏc dải bồi tớch rộng, dọc theo cỏc hệ thống sụng chiếm hầu hết diện tớch vựng nghiờn cứu. Ở cỏc đầm lầy ven biển thành tạo cỏc trầm tớch biển đầm lầy. Ở vị trớ cửa sụng đổ ra biển thường tạo thành cỏc trầm tớch hỗn hợp dạng tam giỏc chõu. Một số vựng ven biển hỡnh thành cỏc trầm tớch biển giú, tại cỏc vựng vẫn cũn chỡm ngập trong nước biển thành tạo cỏc trầm tớch hạt mịn.
Cỏch đõy khoảng 3.000 năm, nước biển bắt đầu đó rỳt ra khỏi vựng nghiờn cứu, tuy nhiờn đường bờ biển tại đõy luụn cú sự thay đổi [110]. Tại vựng ven biển Giao Thủy, cỏc vật liệu trầm tớch được sụng Hồng đưa ra đó tạo thành phần đất bồi mới, hàng năm lấn ra biển hàng trăm một. Ngược lại tại cỏc khu vực thuộc huyện Hải Hậu biển lại cú xu hướng lấn vào đất liền. Sơ đồ minh họa quỏ trỡnh tiến húa trầm tớch theo Tanabe, 2003 và theo Vũ Nhật Thắng, 1995, được thể hiện ở hỡnh 2.12 và 2.13.