2.2.1. Sa khống kiểu lịng sơng, cửa sông ven biển
dạng hạt, mảnh và các vật liệu hòa tan trong nước. Các vật liệu trầm tích di chuyển trong đáy sơng theo V. Gonsarov có 2 nhóm lực chính:
- Lực nằm ngang phát triển theo dòng nước chảy; - Lực thẳng đứng.
Qua nhiều tính tốn và chú ý đến lực tác dụng chủ yếu chi phối sự vận chuyển vật liệu ở sông, V. Gonsarov, M. Velicanov, Iu. A. Bilibin và nnk, đã tính tốn tốc độ chuyển động tới hạn cho các vật liệu có kích thước khác nhau và được giới thiệu trên bảng 2.2 và bảng 2.3 dưới đây:
Bảng 2.2. Tốc độ dòng chảy cần thiết để bắt đầu di chuyển các vật liệu theo đáy sông (V. Gonsarov, M. Velicanov)
TT
Theo V. Gonsarov Theo M. Velicanov
Đường kính hạt (mm) Tốc độ dịng chảy (m/s) Đường kính hạt (mm) Tốc độ dịng chảy (m/s) 1 0,10 0,27 2,5 0,65 2 0,25 0,31 5 0,85 3 0,50 0,36 10 1 4 1 1,45 100 2 5 15 1,1 150 2,2 6 25 1,2 200 2,4 7 50 1,5 8 75 1,75
Bảng 2.3. Tốc độ dòng chảy cần thiết để di chuyển các vật liệu kích thước khác nhau (theo I. A. Bilibin)
TT Loại đá (quặng) theo cỡ hạt Kích thước hạt (mm) Tốc độ dòng chảy (m/s) 1 Sét < 0,1 0,08 2 Bột, phấn 0,1 0,15 3 Cát mịn 0,4 0,25 4 Cát vừa 0,7 0,3 5 Cát thô 1,7 0,35 6 Cuội nhỏ 5 0,65 7 Cuội vừa 7 0,85 8 Cuội lớn 27 1 9 Cuội rất lớn 54 1,6 10 Tảng nhỏ 170 2,25 11 Tảng vừa 320 3,25 12 Tảng lớn 410 6,9 13 Tảng rất lớn 700 18
Như vậy, tùy tốc độ dịng chảy mà các vật liệu có kích thước khác nhau được di chuyển hay trầm đọng. Mối quan hệ giữa tốc độ dịng chảy và kích thước vật liệu để di chuyển, trầm đọng và bào mòn chúng được biểu diễn trên hình 2.1. Do tác dụng của dịng chảy và tính chất của con sơng, các vật liệu trầm tích sẽ được phân dị theo trọng lực và kích thước để hình thành các mỏ sa khống.
Hình 2.1. Mối quan hệ giữa tốc độ và dòng chảy, sự bào mòn, di chuyển và trầm đọng với kích thước vật liệu (theo V. Baturin)
Theo V. Gonsanov và M. Velicanov, sự di chuyển các vật liệu mảnh vỡ trong đáy sông không phải xảy ra trong những “lớp hoạt động” có chiều dày khác nhau mà chỉ có tác dụng trong lớp trên mặt. Dưới tác dụng của dòng nước các vật liệu sẽ di chuyển từng bước. Mỗi lần di chuyển, các hạt khác nhau sẽ nẩy khỏi đáy sông một độ cao nhất định (h) và có thể xác định bằng cơng thức sau:
C V H v v h n 0,250,2( ) Trong đó:
h: Chiều cao vật liệu nẩy lên (tính từ đáy sơng); v: Tốc độ trung bình của dịng chảy;
vn: Tốc độ có thể di chuyển được vật liệu trầm tích; H: Chiều sâu lịng sơng;
C: Hệ số phụ thuộc vào tính chất của con sơng; V: Tốc độ rơi của hạt trong môi trường nước.
Từ công thức trên nhận thấy: chiều cao nẩy lên của các phần tử khi di chuyển tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy và tỷ lệ nghịch với tốc độ rơi của phần tử được di chuyển. Nếu tốc độ dịng chảy càng lớn thì độ nảy lên càng tăng. Do đó phần bị khuấy đục trên đáy càng mạnh. Độ nẩy lên của vật liệu tỷ lệ nghịch
với kích thước và trọng lượng riêng của vật liệu. Kích thước hạt và trọng lượng riêng càng bé thì độ nẩy cao hơn được mang đi xa hơn và tích tụ chậm hơn.
2.2.2. Sa khoáng ven biển
Sa khống ven biển được hình thành chủ yếu do tác dụng của sóng biển, thủy triều lên - xuống và dịng ven bờ. Dưới tác động tổng hợp của chúng, đới ven bờ bị bào mịn và có xu thế tạo cho sườn bờ một trắc diện cân bằng. Theo mức độ phát triển của trắc diện cân bằng người ta chia bờ ra các kiểu sau:
- Bờ bào mịn: các sản phẩm phong hóa bị sóng biển và các tác động khác rửa trơi.
- Bờ tích tụ: là nơi trầm đọng dần dần các vật liệu trầm tích. Trong các vật liệu đó có các khống vật nặng tạo thành sa khoáng ven bờ.
- Bờ ổn định: là bờ có trầm đọng vật liệu và trong q trình đó, trầm tích khơng ngừng được bổ sung, pha trộn, phân dị và chọn lọc lại. Vì thế bờ ổn định thuận lợi nhất cho việc hình thành sa khống ven bờ.
Về địa mạo, có thể chia các yếu tố cấu trúc của bờ ổn định ra các đơn vị và các đới như sau (hình 2.2).
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc ven biển
Dải chạy dọc theo sườn chìm đến gờ biển là đới hoạt động mạnh nhất của sóng và gió. Trong dải này có thể chia làm 2 phụ đới: phụ đới sóng vỗ và phụ đới ven bờ. Sự tác dụng của sóng ven bờ thường bắt đầu ở độ sâu 10 ÷ 15m, độ dài của sóng giảm và đồng thời độ cao của sóng lại tăng lên. Ở độ sâu hơn có ít tác dụng đến việc vận chuyển và chọn lọc vật liệu.
Sự ma sát của của nước với đáy biển sẽ làm giảm tốc độ chuyển động của phần dưới của song và tạo ra sự vượt lên trước của phần trên của sóng. Sóng trở nên bất đối xứng và đới sóng bạc đầu đầu tiên ngọn của sóng bị đảo lại. Khi đó động năng của sóng bị sụt giảm từng cơn và vật liệu vụn cuốn theo đáy được lắng đọng lại tới đới sóng bạc đầu ở dạng các luống ngầm dưới nước kéo dài song song với đường song ập đến. Do cường độ sóng khác nhau, các vật liệu bở rời sẽ được phân dị và tạo ra các tập trung sa khoáng.
Sa khoáng ven bờ được cấu thành các khống vật nặng, tích tụ thành các dải ở đới chìm, tuy nhiên chúng thường được phân bố trên bãi biển. Điều đó chủ yếu liên quan với vận tốc của sóng vỗ bờ bao giờ cũng cao hơn vận tốc của sóng lùi. Do đó, sóng vỗ bờ cuốn theo và hất lên cả các phần tử nặng và nhẹ, cịn nước chảy lùi ngược về biển chỉ có thể cuốn theo và mang đi các phần tử nhẹ.
Sự hoạt động của thủy triều trong việc tạo thành sa khoáng ven bờ chưa được nghiên cứu đầy đủ. Có lẽ tự q trình đó chưa chắc đã tạo thành mỏ sa khoáng, nhưng khi kết hợp với các đợt sóng xơ nó có thể làm tăng cường sự thành tạo các mỏ sa khống.
Các dịng chảy ven bờ không phá hủy sơ đồ chung của sự thành tạo sa khống ven bờ mà nó chỉ làm phức tạp thêm q trình này mà thơi.
Mối liên hệ giữa tác dụng của sóng và dịng chảy ven bờ trong việc di chuyển và trầm đọng các vật liệu mảnh vỡ dọc theo bờ biển đã được V. I. Smirnov biểu diễn trong sơ đồ hình 2.3.
Hình 2.3. Sơ đồ về mối quan hệ giữa sóng và dịng chảy ven bờ và sự di chuyển vật liệu (theo V. I. Smirnov)
Như vậy, cần lưu ý rằng sự tập trung các khống vật có ích trong sa khống biển khơng phụ thuộc vào tỷ trọng mà chỉ phụ thuộc vào khối lượng tuyệt đối của các hạt khống vật. Vì vậy các sa khống có giá trị có thể chỉ được thành tạo trong trường hợp khi kích thước các hạt khống vật có ích bằng hoặc lớn hơn các mảnh vụn và hạt cịn lại. Nhìn chung, sa khống ven biển có những đặc điểm sau:
- Chúng phân bố thành dải hẹp nằm giữa đường thủy triều lên và thủy triều xuống, cịn những vũng kín nơi khơng có thủy triều thì nằm ở đới song vỗ.
- Đặc trưng nhất sa khoáng ven biển là các sa khoáng ilmenit, rutil, zircon…; hàm lượng của các khống vật có ích trong sa khoáng này cao hơn đáng kể so với trong sa khoáng aluvi, đạt tới hàng chục phần trăm, hiếm hơn đạt tới 60÷80% khối cát.
- Các tích tụ khống vật có ích trong sa khống ven biển được mài tròn và chọn lọc tốt, kích thước hạt đều và thường là hạt nhỏ.
- Chiều dài sa khoáng ven biển rất lớn, đạt tới hàng chục và thậm chí hàng trăm kilomet và thường nằm ở phần trên cùng của các trầm tích cát ven bờ.
2.2.3. Sa khống do gió
Cơ chế vận chuyển vật liệu do gió mang đi cũng giống như sự vận chuyển bởi dòng nước. Vật chất được vận chuyển dưới dạng vẩn lơ lửng, lăn và kéo lê. Kích thước và khối lượng các phần tử do gió mang đi phụ thuộc vào cường độ của gió (bảng 2.4).
Bảng 2.4. Kích thước các mảnh vụn thạch anh do gió mang đi bởi cường độ khác nhau (theo I. Tula và P. Fagler & nnk)
Loại gió Tốc độ (m/s) Đường kính hạt (mm) Loại gió Tốc độ (m/s) Đường kính hạt (mm) Nhẹ (yếu) 1 0,05 Khá mạnh 8 0,67 2 0,12 9 0,78 3 0,2 10 0,9 4 0,29 Mạnh 11 1,02 Vừa 5 0,35 12 1,33 6 0,46 13 1,75 7 0,57 14 2
Khi cùng một tốc độ chuyển động, các hạt được gió mang đi có kích thước nhỏ hơn 100 lần kích thước các hạt do nước mang đi. Để biểu thị mối quan hệ đó C. V. Cocrenx đã lập một sơ đồ nêu lên sự phụ thuộc giữa tốc độ chuyển động (của nước, gió) và kích thước của vật liệu mang đi (xem hình 2.4).
Hình 2.4. Sự phụ thuộc giữa kích thước hạt với tốc độ dịng chảy (của gió và nước) đối với trạng thái chuyển động của vật chất (theo V.Corenx)
Phương thức vận chuyển chủ yếu của các mảnh vụn trong quá trình hình thành sa khống do gió là kéo lê và lăn. Kết quả là có thể thành tạo các đụn, cồn, gò cát di động. Trên các cồn, gò, đụn cát các hạt từ sườn thoải di chuyển sang sườn dốc và quá trình này xảy ra khơng ngừng, do đó các mảnh vụn được sàng lọc hồn chỉnh theo khối thể của chúng. Các hạt mịn và nhẹ được gió cuốn đi, cịn các phần nặng và thô dần dần bị rớt lại trong quá trình vận động rồi tích đọng lại ở các phần đuôi đụn cát để thành tạo các mỏ sa khống (hình 2.5).
Hình 2.5: Sơ đồ hình thành sa khống do gió trong phần đi của đụn cát (mặt cắt)
1- đụn cát; 2- phần nặng; 3- phần nhẹ; 4-hướng gió
Sa khống do gió phát sinh ở các vùng ven biển mở, hàm lượng các khống vật nặng có ích trong sa khống do gió thường thấp hơn sa khống ven biển. Sa khống do gió ở gần bờ biển thường có nguồn cung cấp vật chất từ sa khoáng ven biển. Trong sa khoáng thành phần cát rời chiếm tỷ lệ khá cao nên rất thuận lợi cho việc khai thác.