Chương 2. CƠ SỞ TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Nhóm phương pháp nghiên cứu trầm tích
2.2.1.1. Nhóm phương pháp nghiên cứu thạch học trầm tích
* Phương pháp phân tích độ hạt: phương pháp này sử dụng bộ rây và pipet (đối với trầm tích bở rời) để tính hàm lượng % các cấp hạt (sạn, cát, bột, sét…) từ đó xây dựng các biểu đồ tích lũy độ hạt, biểu đồ phân bố độ hạt, tính toán các tham số Md, So, Sk để xác định chế độ thủy động lực của môi trường.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là phần trăm 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 và 10√10) và dùng pipet (bộ hút robinson) 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 hoành là kích thước hạt theo chiều giảm dần theo 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 thông số trầm tích như kích thước hạt trung bình (Md), độ chọn lọc (So), hệ số bất đối xứng (Sk). Trên đường còng tích lũy 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%.
Hình 2.1. Đường cong tích lũy độ hạt
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 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 dòng chảy, khoảng cách so với nguồn cung cấp.
Mối quan hệ này mang tính chất tỷ lệ thuận: Md càng lớn thì động lực môi trường càng lớn và vật liệu trầm tích càng gần đá gốc; ngược lại Md càng nhỏ thì 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 dòng chảy), tính đồng nhất và tính ổn định của môi 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 môi 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 môi 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 thì trầm tích hạt lớn chiếm ưu thế; Sk <1 thì trầm tích hạt nhỏ chiếm ưu thế.
* Phương pháp xác định hình thái hạt vụn:
-Độ mài tròn (Ro): Độ mài tròn thể hiện độ sắc cạnh và tròn cạnh do quá trình di chuyển của hạt vụn. Các kết quả xác định độ mài tròn được sử dụng trong luận văn này áp dụng phương pháp của Trần Nghi (1999).
- Độ cầu (Sf): Độ cầu biểu thị tính chất kết tinh của khoáng vật nguyên thủy, nói cách khác là biểu thị nguồn gốc của mỗi loại hạt vụn. Độ cầu tính theo công thức: Sf = A/B. Trong đó, A là trục ngắn, B là trục dài của hạt vụn.
* Phương pháp phân tích thành phần trầm tích vụn dưới kính hiển vi phân cực: Phân tích lát mỏng thạch học bở rời dưới kính hiển vi phân cực 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 và hình dáng (xác định hệ số mài tròn (Ro) và xác định hệ số cầu (Sf), qua đó xác định nguồn gốc và chế độ thủy động lực của môi trường).
* Phương pháp phân tích xác định hàm lượng khoáng vật sét bằng phân tích Ronghen và Nhiệt vi sai:
Các phương pháp này cho phép xác định hàm lượng % của từng khoáng vật sét có trong mẫu hoặc mức độ ưu thế của từng khoáng vật. Căn cứ vào đặc điểm hàm lượng tỉ lệ khoáng vật này giúp cho việc xác định tính chất của môi trường trầm tích.
* 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).
1-Bùn 2-Bùn cát 3-Bùn lẫn sạn 4-Bùn cát lẫn sạn 5-Bùn sạn
6-Cát 7-Cát bùn
8-Cát bùn lẫn sạn 9-Cát lẫn sạn 10-Cát sạn
11-Cát bùn sạn 12-Sạn bùn 13-Sạn cát bùn 14-Sạn cát 15-Sạn sỏi
1a-Sét 1b-Bột 2a-Sét cát 2b-Bột cát 7a-Cát sét 7b-Cát bột Hình 2.2. Biểu đồ phân loại trầm tích Folk, 1954 [6]
2.2.1.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu địa hóa môi trường
Phân tích hóa môi trường có thể phân biệt các kiểu môi trường trầm tích, dựa trên các chỉ tiêu: pH, Eh (thế năng oxi hóa khử), Fe2+S/Corg, Kt (Bảng 2.1).
*Độ pH: Các loại trầm tích tầng mặt khác nhau có giá trị pH khác nhau và dao động trong khoảng 2 - 13, tương ứng với các kiểu môi trường sau:
+pH>7: môi trường biển
+pH=7: môi trường chuyển tiếp (sông biển) +pH<7: môi trường lục địa.
Trầm tích hình thành trong môi trường sông (aluvi) thường có giá trị pH trung tính đến axit yếu. Trầm tích trong môi trường đầm lầy lục địa có độ pH thấp, giá trị nhỏ nhất đạt đến 2,0. Môi trường trầm tích cổ đã ít nhiều chịu tác động phong hóa như phù sa cổ trở thành đất bạc mầu có độ pH giảm so với môi trường ban đầu. Môi trường hiện tại của chúng luôn có độ axit mạnh hơn, nghĩa là có độ pH nhỏ hơn. Trầm tích tầng mặt hình thành trong môi trường biển khi chịu quá trình phong hóa và rửa trôi trên bề mặt cũng có độ pH giảm. Tuy nhiên với các thể trầm tích tầng mặt bị ảnh hưởng của nước cacbonat luôn có độ pH kiềm yếu đến kiềm.
Tỷ lệ bột : sét Tỷ lệ cát : bùn
(phi tỷ lệ) 9:1 1:1
1:9
1:2 2:1
SÐt Bét
Cát
1
1a 1b
2a 2 2b
7
7a 7b
6
sạn
bùn cát
Hàm l-ợng % sạn (phi tỷ lệ)
Tỷ lệ cát : bùn (phi tỷ lệ) 1
5 30
80
1:9 1:1 9:1
(bột và sét)
1 2 7 6
5
9 11
12 13
10 15
14
8
3 4
*Thế oxy hóa - khử Eh: thường dao động trong khoảng -0,41 - 0,78 V
Dựa vào Eh, A.I. Perenman chia môi trường tự nhiên ra: Môi trường oxy hóa có Eh>0,15 - 0,3 (0,4) V, giàu O2 tự do và các chất gây oxy hóa khác. Môi trường khử không có H2S với Eh < 0,4 đôi khi Eh > 0, thường nghèo O2 tự do nhưng giàu tàn tích hữu cơ, khí metan, cũng như các ion hóa trị thấp như Fe+2, Mn+2. Môi trườn khử có H2S với Eh < 0 đôi khi >0, không có O2 tự do, giàu sunfat và H2S.
*Kt (hệ số cation trao đổi)
Theo tính toán, giá trị pH, Eh của trầm tích chỉ phản ánh đặc trưng trầm tích ở thời điểm xác định các chỉ số này. Để nghiên cứu đặc điểm địa hóa môi trường trầm tích ở thời điểm thành tạo cần sử dụng hệ số Kt (Grim 1974, 1979).
*Fe+2S/Corg <0,06 (tỷ số sắt hai trong pyrite trên hàm lượng carbon hữu cơ):
có giá trị tương tự như giá trị của Kt, cho phép phân biệt ba nhóm môi trường: lục địa, chuyển tiếp, biển. Theo đó được chia theo các khoảng giá trị tương ứng như sau:
+ Fe+2S/Corg < 0,06: Trầm tích thành tạo trong môi trường lục địa
+ 0,06 < Fe+2S/Corg < 0,2: trầm tích thành tạo trong môi trường chuyển tiếp + Fe+2S/Corg >0,2: trầm tích thành tạo trong môi trường biển.
Bảng 2.1. Chỉ tiêu địa hóa đặc trưng cho các môi trường trầm tích khác nhau [6]
Loại phân tích Môi trường
Lục địa Chuyển tiếp Biển
Fe+2S/Corg <0,06 0,06 - 0,2 >0,2
Kt <0,5 0,5-1 >1
pH <7 =7 >7
2.2.1.3. Phương pháp xác định tuổi tuyệt đối
Phương pháp tuổi đồng vị 14C cho phép xác định các mẫu có tuổi nhỏ hơn 40 nghìn năm. Phương pháp này dựa trên cơ sở sau:
- Nguyên tử Carbon được hấp thụ bởi mọi cơ thể đang sống (chất liệu hữu cơ).
- Tỉ lệ giữa 14C và 12C trong cơ thể bằng với tỉ lệ giữa 14C và 12C ở môi trường xung quanh.
- Khi cơ thể chết đi, cơ thể đó bắt đầu phân rã của nguyên tử 14C đã có (phân rã thành Nitrongen 14). Đây là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi tỉ lệ giữa 14C và 12C trong cơ thể chết này, tỉ lệ này càng thấp thì thời gian chết của cơ thể đấy càng lâu.
- Sự phân rã của 14C có tỉ lệ và mức độ cố định. Trước đây Libby, nhà hóa học người Mỹ xác định phải mất khoảng 5.568 năm để cho một nửa số 14C trong các mẫu phân tích (lấy từ các cơ thể hữu cơ đã chết trong di tích khảo cổ học) phân rã. Hiện nay người ta xác định chu kỳ bán phân rã của 14C là 5.730 năm.
- Dựa vào chu kỳ bán phân rã của 14C đã xác định này, chúng ta có thể tính được thời gian từ khi cơ thể hữu cơ chết đi đến thời điểm hiện tại bằng cách đo tỉ lệ đồng vị Carbon còn lại. Sau 5.730 năm lượng 14C giảm còn một nửa sau 23.000 năm lượng 14C sẽ chỉ còn 1/6 so với ban đầu.
Dưới đây là các vật liêu có thể xác định tuổi theo phương pháp 14C (theo Faure G., 1989) - bảng 2.2:
Bảng 2 2. Các dạng vật liệu có thể xác định tuổi theo phương pháp 14C [6]
Vật liệu Số lƣợng vật chất
cần lấy (gam) Ghi chú
Thân gỗ và gỗ 25 Định tuổi thường chính xác, ngoại trừ than gỗ bị nghiền mịn có thể hấp phụ axit mùn Vật chất hữu cơ lẫn đất 50-300 Đối tượng này ít nhất chứa 1% carbon hữu
cơ dười dạng mảnh thấy được
Than bùn 50-200 Định tuổi thường chính xác, tuy nhiên cần loại bỏ các rễ cây hiện đại thâm nhập vào Xương bị carbon hóa 300 Tài liệu định tuổi của xương bị carbon hóa
mạnh cho kết quả tốt hơn so với loại carbon hóa yếu; vì có thể xảy ra quá trình trao đổi với carbon phóng xạ hiện đại
Vỏ sò (carbon không phải nguồn hữu cơ)
100 Có thể xảy ra quá trình trao đổi carbon thuộc calcite hoặc aragonite của vỏ sò với carbon phóng xạ của nước tự nhiên chứa carbon… Vì thế độ tin cậy của tài liệu phân tích vỏ sò có phần hạn chế
Vỏ sò (carbon nguồn hữu cơ)
Một vài kilogam Carbon nguồn gốc hữu cơ có mặt dưới dạng vỏ ốc, chiếm 1-2% vỏ sò hiện đại. Do hoạt tính ban đầu của 14C trong các vật chất này không biết, nên có thể có sai số hệ thống trong các tài liệu định tuổi
Vôi đầm lầy và các trầm tích đại dương, hồ
Khác nhau Các vật chất này có thể định tuổi là do hàm lượng carbon phóng xạ trong carbonat canxi. Cần đặc biệt chú ý đánh giá sai số do các yếu tố địa phương gây nên.