Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Phân tích địa chấn địa tầng trên cơ sở địa tầng phân tập
Một trong những nhiệm vụ quan trọng là phân tích tài liệu địa chấn 2D và địa chấn phản xạ phân giải cao trên cơ sở địa tầng phân tập, phục vụ xác định đặc điểm trầm tích các tầng nông. Địa tầng phân tập được phát triển mạnh mẽ trên thế giới trong những năm gần đây, tuy nhiên do xuất phát từ các mô hình của các vùng và các bể trầm tích khác nhau nên các tác giả có nhiều quan điểm chưa thống nhất. Việc vận dụng các quan điểm địa tầng phân tập phù hợp với điều kiện Việt Nam, đặc biệt là trầm tích ở phần nông làm sáng tỏ cơ sở của phương pháp và cho phép đạt được những kết quả như liên kết được kết quả phân tích địa chấn 2D và địa chấn phân giải cao, xác định các mặt ranh giới và phân chia địa tầng trầm tích Pliocen, Đệ tứ, xác định khung thời địa tầng
2.4.1. Cơ sở địa tầng phân tập:
Điều cốt lõi của địa tầng phân tập là nghiên cứu mối quan hệ của quá trình trầm tích với các chu kỳ nâng hạ của mực nước biển và hoạt động kiến tạo. Hiện nay có nhiều quan điểm về các phân vị địa tầng và các mặt ranh giới phân chia chúng do xuất phát từ các mô hình của các vùng khác nhau và cách xác định mốc phân chia chu kỳ [7, 42, 49,59, 76].
Để nhất quán trong quá trình nghiên cứu chu kỳ trầm tích, đặc biệt với các trầm tích Pliocen - Đệ tứ trong các khu vực nghiên cứu có liên quan đến hoạt động sông – biển trước hết cần thống nhất một số khái niệm cơ bản:
- Các chu kỳ nâng hạ của mực nước biển xẩy ra liên tục và được phân định một cách tương đối với các bậc khác nhau. Hiện nay thường sử dụng 6 bậc chu kỳ với mức độ phân chia từ hàng trăm triệu năm đến hàng chục ngàn năm, mỗi chu kỳ có thể bao gồm nhiều chu kỳ nhỏ với bậc cao hơn.Với đặc điểm chu kỳ trầm tích Pliocen - Đệ tứ (0 - 5 triệu năm), khi sử dụng tài liệu địa chấn dầu khí chúng tôi sử dụng chu kỳ bậc 3 (0.5 - 3.0 tr.
năm) tương ứng với bề dày trầm tích khoảng vài chục đến vài trăm mét và với địa chấn phân giải cao sử dụngcứu các chu kỳ bậc cao hơn (bậc 4,5).
Sự nâng hạ của mực nước biển tương đối và một số vị trí quan trọng trong một chu kỳ được thể hiện trên hình 2.2. Ở vị trí A, nước biển đạt mức cao nhất để từ đó bắt đầu hạ xuống (còn gọi là mực cơ sở của biển lùi cưỡng bức), vị trí B xác định mặt bào mòn bất chỉnh hợp khi mực nước biển hạ nhanh, vị trí C khi mực nước biển đạt thấp nhất để từ đó bắt đầu tăng lên (mực cơ sở nước biển tăng), vị trí D bắt đầu quá trình biển tiến (mặt biển tiến hoặc mặt biển lùi cực đại), vị trí E kết thúc quá trình biển tiến và bắt đầu biển lùi mặc dầu mực nước biển vẫn tăng lên (mặt ngập lụt cực đại). Các vị trí này có ý nghĩa quan trọng liên quan đến phân chia các phân vị địa tầng.
- Quá trình biển tiến xẩy ra khi mực nước biển nâng lên và đường bờ tiến vào đất liền. Quá trình biển lùi xẩy ra không chỉ khi mực nước biển hạ xuống (biển lùi cưỡng bức) mà cả khi mực nước biển nâng lên nhưng lượng trầm tích đổ ra biển lớn (biển lùi bình thường), đường bờ lùi ra phía biển. Đây là vấn đề thường gây ra nhầm lẫn trong quá trình phân tích. Ở giai đoạn đầu của hệ thống trầm tích biển cao (từ khi kết thúc quá trình biển tiến đến khi mực nước biển đạt mức cao nhất) và giai đoạn cuối của hệ thống trầm tích biển thấp (từ khi mực nước biển đạt mức thấp nhất đến khi kết thúc quá trình trầm tích biển lùi) là các thời kỳ biển lùi trong điều kiện mực nước biển nâng lên. Các hệ thống biển tiến, biển lùi cưỡng bức và biển lùi bình thường được minh họa trên hình 2.3
- Từ các vị trí được xác định trong một chu kỳ nâng hạ của mực nước biển, có thể xác định các hệ thống trầm tích khác nhau. Trên hình 2.2 chỉ rõ, giai đoạn EA là quá trình biển lùi khi mực nước biển tăng lên (hệ thống biển lùi bình thường), AB là giai đoạn biển lùi khi mực nước biển hạ xuống (hệ thống biển lùi cưỡng bức). Hai hệ thống này được gộp lại được coi là giai đoạn sớm và muộn của hệ thống trầm tích biển cao (giai đoạn EB), giai đoạn BC mực nước biển giảm nhanh tạo nên quá trình biển lùi (hệ thống biển lùi cưỡng bức), CD là giai đoạn biển lùi khi mực nức biển bắt đầu nâng lên (hệ thống biển lùi bình thường). Hai hệ thống này được coi là giai đoạn
Hình 2.2. Mối quan hệ giữa chu kỳ thay đổi mực nước biển và cách phân chia các hệthống trầm tích, tập trầm tích trầm tích
A
E B
C D E A
B C D
Biển tiến (TST)
Biển lùi (RST) Biển lùi (RST)
Biển lùi cưỡng bức
(FRST) Biển lùi cưỡng bức
(FRST) Biển lùi bình thường
Biển cao (LST) Biển thấp
(LST) Biển cao (HST) Biển thấp
(LST) Chu kỳ mực
nước biển
Hệ thống trầm tích Ranh giới tập trầm tích tích tụ Tập Tập cùng
nguồn gốc Tập biển tiến- lùi E
D
Biển lùi bình thường
Biển lùi bình thường
Biển lùi bình thường Biển tiến
(TST)
Biển tiến
(TST) Biển tiến (TST)
Biển tiến (TST)
Biển tiến (TST)
sớm và muộn của hệ thống trầm tích biển thấp (giai đoạn BD), giai đoạn DE là hệ thống trầm tích biển tiến.
Như vậy quá trình biển lùi xẩy ra trong suốt khoảng EABCD bao gồm hệ thống biển cao (giai đoạn EB) và hệ thống biển thấp (giai đoạn BD), hoặc bao gồm 3 giai đoạn: giai đoạn biển lùi bình thường EA (giai đoạn sớm của hệ thống biển cao), giai đoạn biển lùi cưỡng bức AC (gồm giai đoạn muộn của hệ thống biển cao và giai đọan sớm của hệ thống
biển thấp) và giai đoạn biển lùi bình thường CD (giai đoạn muộn của hệ thống biển thấp). Quá trình biển tiến chỉ xẩy ra trong khoảng DE.
- Với tập hợp các hệ thống trầm tích khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm từng vùng và quan điểm chọn mốc của chu kỳ mà có các quan điểm phân chia tập khác nhau. Có thể khái quát về bản chất các tập tích tụ, tập cùng nguồn gốc, tập biển tiến biển lùi (hình 2.4).
- Tập tích tụ (Depositional sequence) có ranh giới là các bất chỉnh hợp bào mòn và các chỉnh hợp liên kết được, bao gồm hệ thống biển thấp ở dưới, hệ thống biển tiến ở giữa và hệ thống trầm tích biển cao ở trên.
Phân tích quá trình trầm tích có thể phân chia thành 2 kiểu tập tích tụ, trong đó tập kiểu 2 khác tập kiểu 1 là phần dưới của tập không phải hệ thống trầm tích biển thấp mà là hệ thống trầm tích rìa thềm.
- Tập cùng nguồn gốc (Genetic sequence) được xác định bởi ranh giới tập là các mặt ngập lụt cực đại. Tập này gồm các hệ thống trầm tích biển lùi (hệ thống biển cao, hệ thống biển thấp) ở dưới và hệ thống biển
a
b
c
Hình 2.3. Quá trình biển tiến và biển lùi. a. Hệ thống biển tiến, b.
Hệ thống biển lùi cưỡng bức, c.
Hệ thống biển lùi bình thường
tiến ở trên. Mặt bất chỉnh hợp giữa hệ thống biển cao với hệ thống biển thấp nằm ở giữa tập. Tập này có đặc điểm là hình thái các mặt ngập lụt cực đại dễ nhận dạng bới các lớp trầm tích biển phát triển rộng rãi, đặc biệt những vùng mà các mặt bào mòn bất chỉnh hợp khó xác định
Hình 2 .4. Các tập tích tụ, tập cùng nguồn gốc và tập biển tiến – biển lùi - Tập biển tiến- biển lùi (Transgressive - Regresive Sequence/ T-R Sequence) có ranh giới là các mặt biển tiến. Tập gồm phần dưới là hệ thống trầm tích biển tiến và phần trên là các trầm tích biển lùi (bao gồm hệ thống trầm tích biển cao và hệ thống trầm tích biển thấp hoặc hệ thống rìa thềm).
Trong tập này mặt bất chỉnh hợp và mặt ngập lụt cực đại nằm ở giữa tập. Đặc điểm của tập này là có thể nhận dạng ở các bể giàu bùn sét trên lục địa hoặc môi trường biển sâu giáu cát, cacbonat với sự khác biệt giữa sườn và thềm.
Nhược điểm là khó phân biệt ranh giới tập với mặt biển tiến ở những nơi hệ thống trầm tích biển thấp phát triển mạnh.
Trong các vùng rìa biển nông có môi trường phân lớp song song, mặt ngập lụt cực đại có liên quan chặt chẽ đến mặt biển tiến và sự khác biệt giữa tập cùng nguồn gốc và tập biển tiến- biển lùi không đáng kể
2.4.2. Quá trình phân tích địa chấn địa tầng
Việc phân tích địa chấn địa tầng đã được tiến hành với mục đích xác định độ sâu và bề dày của trầm tích Pliocen và Đệ tứ, phân chia các tập, nhóm
Tập cùng nguồn gốc (GS)
TËp tÝch tô (DS)
MFS: Mặt ngập lụt cực đại TS: Mặt biển tiến T: BiÓn tiÕn R: Biển lùi Condensed: đặc sít
Tập biển tiến biển lùi (T-R S)
phân tập, hệ thống trầm tích, nghiên cứu tướng và môi trường trầm tích. Quá trình phân tích đã được tiến hành theo các bước sau:
- Phân chia các mặt cắt địa chấn thành các phân vị địa tầng
- Xác định các ranh giới địa chấn địa tầng phân chia các tập trầm tích:
Các mặt ranh giới địa chấn được nhận biết trên cơ sở dạng kết thúc của các yếu tố phản xạ như gá đáy, chống nóc, bào mòn-cắt xén, phủ đáy, đào khéo lòng sông , v.v… Tiến hành liên kết pha để xác định các ranh giới và liên kết sang các phần khác nhau dọc tuyến. Các mặt ranh giới tập tồn tại trên diện rộng có tính khu vực, trong khi đó các mặt ranh giới các hệ thống trầm tích chỉ tồn tại trên diện hẹp có tính địa phương.
- Dựa trên các tập đã được xác định bằng địa chấn địa tầng, tiến hành xây dựng biểu đồ thời địa tầng và đường cong lên xuống mực nước biển trên một số tuyến đặc trưng. Việc xây dựng biểu đồ thời địa tầng cho phép xác định khung thời gian liên quan đến lượng vật liệu trầm tích được cung cấp, mức độ lún chìm… So sánh đường cong lên xuống của mực nước biển với đường cong chuẩn của Haq sẽ xác định được tuổi của các tập trầm tích có mặt trong khu vực nghiên cứu.
- Xác định tướng và môi trường trầm tích: Để xác định tướng địa chấn cần xét quan hệ các yếu tố phản xạ ở ranh giới và bên trong tập phản xạ. Các tập địa chấn có cùng dạng phản xạ sẽ có cùng tướng địa chấn và được liên kết theo không gian, từ đó có thể xác định tướng môi trường. Dạng gá đáy liên quan đến mặt địa hình đáy biển cổ nơi mực nước biển được nâng cao dần.
Dạng vòm, kênh xâm thực và dạng trượt thường đặc trưng các trầm tích tích tụ trong khi nước biển rút xuống dưới sườn thềm. Dạng lấp đầy sườn dốc chủ yếu là các trầm tích hạt mịn bùn lắng đọng ngoài biển khơi. Dạng chống nóc thường liên quan tới các trầm tích bị bào mòn hoặc dòng chảy biển sâu. Các dấu hiệu như chống nóc đi kèm với phủ đáy biểu hiện sự thiếu hụt nguồn trầm
tích. Từ giữa trũng vào tới đất liền, việc minh giải tướng địa chấn còn khó hơn do sự thay đổi môi trường trầm tích.
Các mặt ranh giới phản xạ được xác định dựa trên các dấu hiệu gá đáy, phủ đáy, chống nóc.. lưu ý tới các dấu hiệu như:
- Ranh giới gây nên do thay đổi thành phần thạch học và độ gắn kết, đặc biệt là các mặt phản xạ do có các lớp vỏ phong hoá vào thời gian biển lùi. Ngoài ra còn có các lớp bùn vôi, đá vôi tạo ra khi biển tiến đạt mặt ngập lụt cực đại.
- Ranh giới lồi lõm, ghồ ghề liên quan tới quá trình bào mòn xâm thực bề mặt các lớp trầm tích và các loại đá magma, biến chất. Loại này phổ biến ở đới biển ven bờ 0- 50m nước miền Trung.
- Ranh giới kiểu gá đáy, chống nóc, gián đoạn trầm tích hoặc bào mòn.
Các ranh giới này có mặt ở rìa thềm lục địa độ sâu 100-300m nước.
- Ranh giới kiểu vát nhọn - cắt cụt là kết quả của gián đoạn và bào mòn trầm tích trong giai đoạn ngắn hoặc là có sự trượt lở do đứt gãy gây thường đi song song với kiểu trên, có thể gặp nhiều ở vùng nước 0 - 20m; 90 - 200m.
Các ranh giới do bào mòn và vỏ phong hoá tạo nên khi mực nước biển lùi xa ngoài thềm lục địa có ý nghĩa quan trọng trong việc phân chia và so sánh địa tầng Pliocen- Đệ Tứ thềm lục địa đặc biệt là ở các bồn trũng trước châu thổ. Các ranh giới này thường dễ bị phá huỷ do hoạt động của sông cổ, tuy nhiên ở nhiều nơi nó còn giữ được giúp ta liên kết được chúng với nhau.
Qua phân tích các băng địa chấn thấy trầm tích biển lùi thể hiện khá tốt trong mặt cắt và phủ gần như toàn bộ diện tích thềm lục địa. Trên mặt cắt phần biển lùi có thể chia trầm tích châu thổ, aluvi (lòng sông và bãi bồi, hồ, đầm lầy và biển nông). Kết quả nghiên cứu cho thấy tần suất xuất hiện các chu kỳ và khoảng không trầm tích tương đối đều đặn trên thềm biển, các chu kì thăng giáng mực nước biển có thể thuộc chu kì bậc bốn.
Giữa các lần hạ xuống của mực nước biển là thời gian làm lộ thềm, trầm tích không được tích tụ ở vùng thềm mà chỉ được vận chuyển qua thềm
ra tích tụ ở ngoài rìa thềm. Trong một số pha hệ thống trầm tích biển thấp đã hình thành đầy đủ các thành phần như quạt đáy biển, quạt sườn thềm và nêm lấn. Các nêm lấn quan sát được luôn đi kèm các dấu hiệu tướng thềm biển, các châu thổ, hệ thống biển thấp, rìa thềm với các quạt chủ yếu có thành phần trầm tích giầu cát. Quá trình biển tiến tạo nên các khoảng lát cắt đặc sít mỏng dần về phía đất liền, do bề dày không đáng kể nên khó phát hiện trên lát cắt địa chấn.
Dựa vào các hệ thống trầm tích cho phép xác định vị trí các đường bờ cổ tương ứng và phân chia các đới bờ, vùng lục địa và vùng biển. Dựa vào các đặc điểm bên trong (thế nằm) cũng như đặc điểm không gian của trường sóng đã tiến hành phân chia lát cắt thành các khu vực tương tứng với tướng lục địa, tướng ven bờ và tướng biển. Tướng biển được phân thành các quạt đáy bể, các quạt sườn, cát và sét của nêm lấn biển thấp, hay tướng sét biển tiến nằm trên hệ thống trầm tích biển thấp và tướng sông, cửa sông phát triển ở phần lục địa và ven biển của hệ thống trầm tích biển tiến. Tương tự, đối với hệ thống biển cao thì phía trong đường bờ là các thành tạo lục địa còn phần phía ngoài là tướng cát sét biển cao nằm trên các lớp sét biển tiến.
Chương 3
ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA HÓA - ĐỊA CHẤT HIỆN ĐẠI NGHIÊN CỨU LỊCH SỬ TIẾN HÓA, NGUỒN GỐC VÀ BIẾN ĐỔI
TRẦM TÍCH CHÂU THỔ SÔNG HỒNG VÀ SÔNG MÊ KONG 3.1. Phân tích nguồn gốc trầm tích
Các mẫu cát ở các vùng cửa sông Hồng và sông Mekong được thu thập trong nhiều chuyến thực địa. Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau trong phòng thí nghiệm nhằm xác định nguồn gốc, lịch sử bào mòn của nơi cung cấp nguồn vật liệu và xác định lịch sử tiến hóa và biến đổi của chúng. Vị trí một số điểm lấy mẫu trên hệ thống sông Hồng được thể hiện trên hình 3.1
Hình 3.1. Vị trí một số điểm lấy mẫu trên hệ thống sông Hồng Định tuổi U-Pb của Zircons
Các thành phần đồng vị U-Th-Pb của zircon được gửi phân tích ở ĐH Quốc gia Australia, Canberra bằng thiết bị ELA-ICP-MS. Các hạt zircon
Sơn Lai
Hμ
được tách ra từ mẫu trầm tích bằng các kỹ thuật tách chất lưu nặng và từ tính. Các hạt zircon sau khi chiết ra được dán nhựa epoxy và mài bóng. Sau đó định tuổi bằng thiết bị ELA-ICPMS. Kết quả định tuổi U-Pb trong 36 mẫu lấy ở sông Hồng được nêu trong bảng phụ lục 3.1.
Phân tích 40Ar/39Ar các hạt mica
Các phân tích nhiệt hạch lazer 40Ar/39Ar đơn tinh thể được tiến hành tại Viện công nghệ Massachusetts Institute of Technology (MIT). Trước khi phân tích, các mẫu được chiếu bức xạ vị trí C5 của lò phản ứng hạt nhân đặt tại Đại học McMaster (Canada). Để phân tích đồng vị Ar nhờ thiết bị phát xung điện tử Jonhson MM-1 ở mức 10.000. Hiệu suất chuyển đổi từ 39K thành
39Ar được kiểm soát nhờ thiết bị Taylor Creek Rhyolite (TCR-2a). Các kết quả phân tích được trình bày trong bảng phụ lục 3.2a và 3.2b.
Phân tích theo vết phân hạch
Phân tích theo vết phân hạch apatite và zircon được tiến hành ở University College, London, UK. Các mẫu trong nghiên cứu này đã được chiếu bức xạ trong thiết bị nhiệt của lò phản ứng Hifar ở Lucas Heights (Australia). Trên cơ sở mô hình hỗn hợp, phương pháp này sử dụng một số phương pháp để thu được tuổi giống với tuổi thực, tỷ lệ của chúng và số lượng các thành phần riêng biệt. Các kết quả phân tích vết phân hạch được trình bày trong bảng phụ lục 3.3.