CHƯƠNG 2. LỊCH SỬ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.2. Phương pháp luận và các phương pháp nghiên cứu
2.2.2.1. Phương pháp luận về chu kỳ trầm tích và địa tầng phân tập
Khái niệm về chu kỳ trầm tích: Trần Nghi (1991, 1996, 2012) đã định nghĩa chu kỳ trầm tích Đệ Tứ Đồng bằng Sông Hồng như sau: “Chu kỳ trầm tích là sự lặp đi lặp lại của các phức hệ tướng trầm tích trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển toàn cầu; mở đầu mỗi chu kỳ là phức hệ tướng aluvi nằm trên bề mặt bào mòn cắt xẻ của lòng sông và kết thúc chu kỳ là phức hệ tướng châu thổ”.
3 nội dung chính định nghĩa đề cập: (1) Ranh giới các chu kỳ là bề mặt bào mòn cắt xẻ của lòng sông; (2) Sự lặp đi lặp lại của 3 phức hệ tướng trầm tích từ dưới lên trong mỗi chu kỳ, gồm phức hệ tướng aluvi biển thoái, phức hệ tướng sông - biển biển tiến;
và phức hệ tướng châu thổ biển cao; (2) Chọn chu kỳ thay đổi mực nước biển theo phương án 33’ (hình 3). Theo phương án này mối quan hệ giữa chu kỳ trầm tích và sự thay đổi mực nước biển toàn cầu được thể hiện như sau: (1) mực nước biển thấp nhất là ứng với thời điểm kết thúc phức hệ tướng trầm tích aluvi; (2) mực nước biển cao nhất là ứng với kết thúc phức hệ tướng biển tiến cực đại.
33
Hình 3. Ranh giới chu kỳ trầm tích (33’) trùng với ranh giới phức tập (sequence) (Trần Nghi, 2012)
Khái niệm về phức tập
Trần Nghi et al (2012, 2014, 2018) đã nghiên cứu địa tầng phân tập trên cơ sở phân tích tướng và mối quan hệ giữa tiến hóa trầm tích với sự thay đổi mực nước biển toàn cầu và chuyển động kiến tạo và định nghĩa địa tầng phân tập như sau:“Địa tầng phân tập là chu kỳ trầm tích, trong đó có sự lặp đi lặp lại của một dãy cộng sinh tướng theo không gian và theo thời gian trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển toàn cầu và chuyển động kiến tạo. Ranh giới giữa các chu kỳ là bề mặt bào mòn cắt xẻ của lòng sông”.
Khái niệm về không gian tích tụ trầm tích trong các pha biển thoái và biển tiến Theo Trần Nghi et al [4, 5, 6, 7, 8, 9] không gian tích tụ trầm tích theo các pha biển thoái và biển tiến là cơ bản giống nhau và trải rộng từ ranh giới của miền xâm thực và miền tích tụ đến trung tâm của các bể trên thềm lục địa. Theo quan điểm này, trầm tích luôn luôn có mặt trên không gian này song chỉ khác nhau về tướng mà thôi. Theo các hướng biển tiến và biển thoái tướng trầm tích sẽ thay đổi liên tục theo không gian và theo thời gian.
Công thức tích hợp giữa tướng trầm tích và miền hệ thống
Trên cơ sở những nhận thức về địa tầng phân tập, phức tập, chu kỳ trầm tích, không gian tích tụ trầm tích, Trần Nghi (2018) đã thiết lập 3 công thức tích hợp giữa miền hệ thống trầm tích và tướng trầm tích như sau:
- Miền hệ thống trầm tích biển thấp (LST): LST = ar + amr + mt/amr - Miền hệ thống trầm tích biển tiến (TST): TST = at + amt + mt + amh/mt - Miền hệ thống trầm tích biển cao: HST = ah + amh + mt/amh
Trong đó:
ar: môi trường aluvi, biển thoái; at: môi trường aluvi, biển tiến;
34
ah: môi trường aluvi, biển cao; amr: môi trường châu thổ, biển thoái;
amt: môi trường sông – biển, biển tiến; mt: môi trường biển nông – vũng vịnh, biển tiến mt/amr, mt/amh: môi trường châu thổ biển thoái, biển cao xen kẽ môi trường biển dâng địa phương (local rising sea level)
amh/mt: môi trường biển cao xen kẽ môi trường biển hạ (local falling sea level) 2.2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp nghiên cứu, khảo sát thực địa
Trong suốt thời gian làm luận văn, học viên được trực tiếp tham gia hai đề tài tại khu vực Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình, học viên đã trực tiếp khảo sát, lấy mẫu 3 đợt tại khu vực Hải Hậu, Giao Thủy. Các nhiệm vụ ngoài thực địa gồm:
- Khảo sát địa hình, địa mạo khu vực nghiên cứu, quy mô trầm tích hệ thống các giồng cát, đồng bằng châu thổ.
- Khảo sát hình thái, quy mô bãi triều cát, bãi triều lầy ven biển bồi tụ, bãi triều hỗn hợp ven biển xói lở.
- Sau khi mô tả nhật ký, mẫu trầm tích được thu thập và phân các nhóm chỉ tiêu phân tích: độ hạt; Eh, pH, Cacbonat; Fe (Fe3+S, Fe2+HCl, Fe3+, Tổng Chữu cơ)
Đối với đới bờ, cần mô tả thêm: Độ dốc bãi triều; Quy luật phân bố trầm tích; Vị trí phân bố các đê cát ngầm; Phân loại kiểu bãi triều (bãi triều cửa sông, bãi triều cát, bãi triều lầy); Kiểu cửa sông (estuary hay châu thổ bồi tụ)
Hình 4: Mô tả mẫu khoan ngoài thực địa
35 b. Các phương pháp nghiên cứu trong phòng 1/ Phương pháp phân tích độ hạt và xử lí số liệu
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 luỹ độ hạt, biểu đồ phân bố độ hạt, tính toán 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 1010) 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, (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 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) (Hình 5) 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 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%.
Các thông số So, Sk được tính theo công thức:
So =
75 25
d
d Sk = 2
50 75 25.
d d d
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.
36
- 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.
Nếu So= 1 - 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.
Sk > 1 thì trầm tích hạt lớn chiếm ưu thế;
Sk < 1 thì trầm tích hạt nhỏ chiếm ưu thế.
Hình 5. Mô phỏng đường cong tích lũy độ hạt 2/ Phương pháp phân loại trầm tích
Phương pháp phân loại trầm tích theo Cục Địa chất Hoàng gia Anh (Hình 6) đã được sử dụng trong nhiều đề tài nghiên cứu khoa học, khảo sát cơ bản cấp nhà nước từ năm 1995 đến nay và học viên cũng áp dụng phân loại này trong luận văn. Thanh phân cấp độ hạt được học viên sử dụng phân chia các cấp hạt dựa trên thang phi () ( = - log2d) là thang phân cấp được sử dụng rộng rãi trên thế giới (Bảng 2).
37
Bảng 2. Phân cấp độ hạt theo thang phi () (Folk.R, 1954)
Cấp hạt d (milimet) phi ()
Sạn Sạn > 2 < -1
Cát
Rất thô 2 - 1 -1 - 0
thô 1 - 0.5 0 - 1
Trung 0.5 - 0.25 1 - 2
Mịn 0.25 - 0.125 2 - 3
Rất mịn 0.125 - 0.0625 3 - 4
Bùn Bột
Thô 0.0625 - 0.031 4 - 5
Trung 0.031 - 0.0156 5 - 6 Mịn 0.0156 - 0.0078 6 - 7 Rất mịn 0.0078 - 0.0039 7 -8
Sét < 0.0039 > 8
Hình 6. Biểu đồ phân loại trầm tích (Cục địa chất Hoàng gia Anh, 1979) 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
38
3/ Phương pháp phân tích thạch học trầm tích bở rời
Phương pháp phân tích thạch học trầm tích bở rời được thực hiện bằng cách gắn kết trầm tích bở rời và tạo thành lát mỏng thạch học, lát mỏng hoàn thiện được soi dưới kính hiển vi phân cực để xác định định lượng thành phần khoáng vật, cấu trúc, quá trình biến đổi các khoáng vật, các tham số trầm tích cơ bản (độ cầu, độ mài tròn, độ trưởng thành). Các khoáng vật không chỉ được xác định chính xác mà còn nhìn nhận được cả tính chất và mức độ biến đổi của chúng trong quá trình phát triển – phong hóa, có thể phân biệt được chính xác plagiocla và fenspat kali, phân biệt được thạch anh đơn tinh thể (Qm), đa tinh thể (Qp).
4) Phương pháp phân tích tướng
Tướng trầm tích là một đơn vị địa chất bao gồm một hay nhiều kiểu trầm tích được thành tạo trong một môi trường nhất định. Trong mỗi kiểu trầm tích có thành phần chính là thạch học ngoài ra có các thành phần sinh vật.
1/Kiểu trầm tích là tên gọi thạch học dựa theo biểu đồ phân loại của Cục Địa chất Hoàng Gia Anh bao gồm 2 biểu đồ tam giác: biểu đồ tam giác 15 trường khi có thành sạn và biểu đồ tam giác 10 trường khi không có thành phần sạn.
2/Môi trường trầm tích là môi trường xẩy ra quá trình vận chuyển và lắng đọng các kiểu trầm tích. Ví dụ môi trường sườn tích có dòng chảy tạm thời, môi trường lũ tích, môi trường lòng sông, môi trường bãi bồi, môi trường hồ-đầm lầy, môi trường châu thổ, môi trường vũng vịnh, môi trường biển…
3/Tên gọi tướng trầm tích: Tướng trầm tích được gọi theo kiểu trầm tích và môi trường trầm tích. Ví dụ: Tướng cát lòng sông; Tướng bột sét bãi bồi; Tướng sét vũng vịnh; Tướng bùn foraminifera biển nông…
Phân tích tướng là 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 hoá môi trường như pH, Eh, Kt, Fe2+S (sắt trong pirit), Chc
và các loại vật chất hữu cơ cho phép luận giải điều kiện lắng đọng trầm tích, xác định tướng 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.
39
Bảng 3. Phân loại môi trường trên cơ sở các tham số trầm tích và địa hóa môi trường (Trần Nghi, 2005)
Môi trường Q
(%) Ro So pH Eh Kt VCHC
(%) Khoáng vật Fe+3/Fe+2
Lục địa
Sườn
tích < 30 0,3-0,9 > 4.0 ≤ 6,5 + <0,5 - Gơtit,
Limonit >1 Lòng
sông 30-50 0,4-0,6 2,0-2,8 - +
Bãi bồi - - 2,8-3,5 ≤ 6,8 + <0,5 <1 Kaolinit,
Hydromica >1 Hồ đầm - - 2,5-2,8 4,0-7,5 - <0,5 >1 Kaolinit,
Pyrit <1
Chuyển tiếp
Cồn cát cửa sông
> 50 > 0,6 < 1,3 - + - - - >1
Đầm lầy
ven biển - - 2,5-2,8 4,0-6,0 - >1,2 >1,2 Mont
Pyrit <1 Bãi bồi
châu thổ - - 2,8-3,5 ≥ 7,2 + Đê cát
ven bờ > 95 > 0,7 < 1,3 - + - - - >1
Biển
Bãi triều
cát > 90 > 0,7 < 1,3 - + - - - >1
Biển
nông 30-50 0,5-0,7 > 2,0 7,5-8,0 + 1,5-
2,0 <1
Glauconit, Mont, Calcit
≈1
Biển sâu - - > 3,0 8,0-9,0 ≈0 >2,0 - Mont
Calcit <1 5) Phương pháp địa tầng phân tập
Phương pháp địa tầng phân tập là phương pháp mới được dùng rộng rãi để nghiên cứu trầm tích (Posamintier và nnk, 1988; Van Wagoner và nnk, 1990; Hunt và Tucker, 1992; Coe và nnk, 2003). Trong luận văn này tác giả áp dụng mô hình và định nghĩa địa tầng phân tập của GS Trần Nghi (2012). Mô hình này là dựa trên đối sánh các phức tập với chu kỳ trầm tích lấy theo ranh giới 33’ (Hình 3). Mục tiêu và nhiệm vụ của phương pháp địa tầng phân tập là phân chia và liên kết địa tầng trầm tích thành các tập, các miền hệ thống trầm tích và các phân tập sao cho ranh giới giữa chúng tiệm cận gần nhất với ranh giới thời địa tầng.
40
6) Phương pháp minh giải mặt cắt địa chấn nông phân giải cao
Để bổ sung và làm rõ các đặc điểm tướng, đặc điểm địa tầng phân tập, học viên tiến hành phân tích các băng địa chấn nông phân giải cao đo được tại khu vực Ba Lạt – Hải Hậu, các số liệu đo kế thừa từ đề tài KC.09.02/16-20. Ở phương pháp này, dựa vào đặc điểm phân chia của địa tầng phân tập, ranh giới phức tập và các miền hệ thống được chỉ rõ dựa theo chu kì trầm tích và đặc điểm các trường sóng địa chấn.
Các tuyến địa chấn được sử dụng là các tuyến đo song song và vuông góc vùng bờ khu vực nghiên cứu. Các tuyến địa chấn đo qua khu vực nghiên cứu gồm: T6, T7, T8, T22, T 4, T11, T 12, T13 (Hình 7)
Hình 7. Sơ đồ các tuyến đo địa chấn nông phân giải cao khu vực biển ven bờ châu thổ Sông Hồng (Đề tài KC.09.02-16/20)
41
Bảng 4: Tọa độ các tuyến đo địa chấn nông phân giải cao cắt qua khu vực nghiên cứu STT Tên tuyến Toạ độ X Toạ độ Y
1 T13 106° 37' 31.3104" 20° 8' 42.108"
2 T12 106° 33' 34.9776" 20° 8' 1.2192"
3 T11 106° 28' 27.5376" 20° 7' 26.5404"
4 T8 106° 27' 13.7124" 20° 3' 46.0836"
5 T7 106° 21' 41.4108" 20° 5' 20.0724"
6 T6 106° 24' 52.704" 20° 0' 14.3136"
7 T4 106° 18' 48.7008" 19° 52' 31.9368"
8 T22 106° 12' 22.8384" 19° 58' 47.712"
9 T22-1 106° 18' 27.9324" 19° 53' 55.734"
42