7. Cấu trúc luận văn
3.2 Quá trình hình thành vùng đất Hà Nội
Hầu hết các nhà nghiên cứu đều thống nhất là đồng bằng Bắc Bộ đƣợc hình thành trên một trũng dạng địa hào (graben), đƣợc sụt lún mạnh trong Neogen và còn kéo dài cả tới Đệ Tứ. Tuy nhiên, khác với khu vực vịnh Bắc Bộ, tại vùng đồng bằng Hà Nội, do nguồn vật liệu cung cấp từ các hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình và các sông suối khác khá lớn nên về cơ bản các khối sụt tân kiến tạo này đƣợc lấp đầy bởi trầm tích với bề dày khác nhau, thuộc các hệ tầng Phong Châu (N11pc), hệ tầng Phủ Cừ (N12pc) và hệ tầng Tiên Lãng (N13tl). Đến Pliocen, cách ngày nay khoảng 5,0 đến 1,6 triệu năm, về cơ bản trũng địa hào Sông Hồng đã đƣợc lấp đầy và san phẳng bởi các trầm tích nằm ở trên cùng của Neogen là hệ tầng Vĩnh Bảo (N2vb) với thành phần hạt
nhỏ tƣớng tiền châu thổ xen biển nông vũng vịnh gồm cát kết xen với các lớp bột kết, sét kết và cát sạn kết (Trần Nghi, 2000).
Tuy nhiên, để tạo thành dáng vẻ nhƣ hiện nay cho toàn đồng bằng Bắc Bộ trong đó có vùng Tây Hồ - Hà Nội, quá trình tích tụ trong Đệ Tứ không diễn ra êm đềm suôn sẻ mà phải trải qua quá trình biến đổi lâu dài. Địa hình hiện tại cho tới độ sâu khoảng 90m của vùng đất Hà Nội chủ yếu đƣợc hình thành trong giai đoạn Đệ Tứ, liên quan với các đợt “biển tiến - biển lùi” của các kỳ băng hà, đã đƣợc nhiều nhà địa mạo, địa chất mô tả.
Hiện tại, các nghiên cứu trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam khá thống nhất cho rằng trong Đệ Tứ đã có ít nhất 4 đợt băng hà lớn theo thứ tự từ cổ đến trẻ là Gunz (đầu Pleistocen sớm), Mindel (đầu Pleistocen giữa), Riss (cuối Pleistocen giữa) và Wurm (gồm hai băng kỳ nhỏ là Wurm 1 và Wurm 2, xảy ra trong Pleistocen muộn), giữa chúng là các đợt gian băng. Băng hà lần cuối cùng là Wurm 2 xảy ra cách đây khoảng 40.000 năm và lần biển tiến sau băng hà lần cuối cùng là Flandrian (cách đây khoảng 18.000 năm). Vào các thời kỳ băng hà, mực nƣớc ở đại dƣơng thế giới bị hạ thấp, nghĩa là hạ thấp mực cơ sở xâm thực của các con sông đổ ra biển, gây ra sự tăng cƣờng của hoạt động xâm thực, đào lòng của các dòng sông. Vào các thời kỳ gian băng, các khối băng tan làm cho mực nƣớc đại dƣơng tăng lên, mực cơ sở xâm thực của các con sông đƣợc dâng cao, dẫn đến các vùng đất thấp ven biển bị tràn ngập, cửa sông bị đẩy lùi sâu vào lục địa, hiện tƣợng xâm thực ngang và bồi tụ ở vùng đồng bằng thống trị.
Bằng sự liên hệ với sự dao động mực nƣớc có tính toàn cầu và các nguồn tài liệu thực tế, có thể chia lịch sử tiến hóa địa chất - địa mạo trong Đệ Tứ vùng đất Hà Nội và lân cận thành 2 thời kỳ: thời kỳ thứ nhất xảy ra trƣớc Holocen và thời kỳ thứ hai từ sát trƣớc Holocen đến nay (theo Địa chí Tây Hồ, Nguyễn Vinh Phúc, Đặng Văn Bào)
3.2.1 Thời kỳ trước Holocen
Vào đầu Đệ Tứ (1,6 đến 1,3 triệu năm trƣớc), do ảnh hƣởng của băng hà Guns, biển thoái đã làm cho gốc xâm thực hạ thấp. Phần phía đông Việt Nam khi đó là miền đồng bằng rộng lớn với các trầm tích lục địa, Hà Nội chỉ là vùng nằm ở rìa ven núi của đồng bằng này. Các dòng chảy trong phạm vi đồng bằng Bắc Bộ có trắc diện dốc, tích tụ các vật liệu hạt thô nằm ở phần đáy của hệ tầng Lệ Chi phủ trực tiếp lên trầm tích Neogen thuộc hệ tầng Vĩnh Bảo (N2 vb) trƣớc đó. Biển tiến giữa Pleistocen sớm (Q11b) (Nguyễn Địch Dỹ, 1996) tác động tới phần rìa phía Đông đồng bằng Bắc Bộ, tuy không vào tới khu vực Tây Hồ - Hà Nội, song chúng tạo điều kiện cho sự hình thành tƣớng bãi bồi của sông đồng bằng thuộc các tập 2 và 3 của hệ tầng Lệ Chi (aQ11lc).
Vào đầu Pleistocen giữa, liên quan với thời kỳ băng hà Mindel, đƣờng bờ biển lùi khá xa khỏi khu vực đồng bằng Bắc Bộ, và thậm chí vào đầu Pleistocen giữa, trong thời kỳ gian băng Mindel – Riss, trên khu vực này vẫn chƣa tìm thấy dấu ấn của biển.
Nhận xét trên đƣợc đƣa ra bởi sự vắng mặt các thành tạo trầm tích có tuổi đầu Pleistocen giữa của khu vực Hà Nội trong các văn liệu địa chất.
Băng hà Riss xảy ra vào cuối Pleistocen giữa đƣợc ghi nhận khá ấn tƣợng trong đồng bằng Bắc Bộ, nơi không ảnh hƣởng trực tiếp bởi băng hà mà chỉ ảnh hƣởng bởi sự hạ thấp của mực nƣớc biển. Đây là thời kỳ tạo tầng trầm tích hạt thô của hệ tầng Hà Nội. Bằng phân tích thành phần trầm tích ở phần dƣới của hệ tầng Hà Nội có thể thấy rằng trong hầu hết thời gian của Pleistocen giữa, khu vực Hà Nội có chế độ lục địa với địa hình khá dốc. Trầm tích hệ tầng Hà Nội (apQ12-3
hn) có tƣớng lũ tích kiểu nón phóng vật, sông-lũ với vật liệu tích tụ chủ yếu là tảng, cuội lớn, cuội vừa, sỏi, sạn, cát thô (kích thƣớc từ 5-8 cm hoặc hơn đến 1-2 mm), bùn cát, sét, phân bố lộn xộn, chứng tỏ rằng chúng đƣợc hình thành bởi những trận “lũ quái” khủng khiếp hàng năm hoặc cách một số năm. Nếu so sánh vật liệu do lũ mà ta quen gọi là “lũ lịch sử” (kiểu nhƣ lũ 1971) mang đến trên đáy sông Hồng vùng Hà Nội gồm chỉ là cát thô, cát vừa thì mới thấy lũ thời kỳ tạo tầng Hà Nội thật khủng khiếp nhƣ thế nào (Đỗ Tuyết, 2010).
Trong thời kỳ gian băng Riss – Wurm 1, biển tiến đầu Pleistocen muộn (biển
Bỉm Sơn”, theo Nguyễn Đức Tâm), đã ảnh hƣởng khá lớn tới sự hình thành các đồng
bằng ven biển Việt Nam. Về hoàn cảnh cổ địa lý, khu vực Hà Nội trở thành vùng cửa sông ven biển. Môi trƣờng cửa sông với sự phổ biến các cảnh quan đầm lầy ven biển đã tạo điều kiện cho sự hình thành tập 3 của trầm tích hệ tầng Hà Nội với thành phần là các trầm tích hạt nhỏ gồm bột sét lẫn cát mịn màu xám, xám vàng, xám đen lẫn hữu cơ, cây mục (tƣơng ứng hệ tầng Bỉm Sơn (bmQ13.2.2
bs - Nguyễn Văn Túc & Trần Văn Việt).
Nhƣ vậy, lịch sử tiến hóa địa chất - địa mạo từ cuối Pliocen đến đầu Pleistocen muộn gắn liền với sự hình thành các thềm sông phân bố ở rìa đồng bằng Hà Nội và các trầm tích lấp đầy sự lồi lõm của bề mặt địa hình cổ tại đây, tạo điều kiện cho các thời kỳ địa chất sau đó quyết định sự hình thành địa hình hiện tại của đồng bằng.
Vào giữa Pleistocen muộn, băng hà Wurm 1 và biển thoái có lẽ ảnh hƣởng không lớn tới khu vực Hà Nội. Bằng chứng là các thành tạo hạt thô tƣớng lòng sông nhƣ cát bột nằm ở phần dƣới của hệ tầng Vĩnh Phúc có kích thƣớc hạt không lớn, bề dày mỏng và không ổn định.
Cuối Pleistocen muộn, đợt biển tiến cuối cùng của Pleistocen đã đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nền vật chất của bề mặt địa hình đồng bằng Bắc Bộ. Đợt biển tiến này đƣợc các nhà Địa chất thống nhất gọi là “biển tiến Vĩnh Phúc”. Không gian của biển tiến này còn có nhiều ý kiến khác nhau, chúng tôi cho rằng vào thời kỳ biển tiến cực đại, khu vực phía Nam sông Hồng tại Hà Nội nằm trong phạm vi vùng cửa sông hoặc vũng vịnh biển.
Nguyễn Đức Tâm (1982) khẳng định trong Pleistocen muộn, hầu hết đồng bằng Bắc Bộ nằm trong một vịnh biển. Dấu hiệu của một bồn nƣớc lớn trong thời kỳ này
chính là sự phân bố rộng rãi của tầng sét kaolin, hiện khá phổ biến trên các thềm cao 10 – 15m ở rìa đồng bằng. Trong phạm vi vùng Tây Hồ, dấu ấn của đợt biển tiến này đƣợc thể hiện khá rõ bởi các trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc (am/mlQ13vp) lộ ra ở khu vực đất cao Xuân La - Xuân Đỉnh hoặc bị chôn vùi không sâu dƣới các lớp trầm tích Holocen ở Ngọc Hà, Giảng Võ,...
Sau biển tiến Vĩnh Phúc, băng hà cuối cùng Wurm 2 đã làm cho mực nƣớc đại dƣơng hạ thấp, tác động mạnh tới đồng bằng Sông Hồng.
3.2.2 Thời kỳ từ Holocen đến nay
Vào cuối Pleistocen muộn, do ảnh hƣởng của băng hà Wurm 2, biển thoái có quy mô toàn cầu đã có ảnh hƣởng lớn tới khu vực. Theo các kết quả nghiên cứu trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, mực nƣớc biển thấp nhất xảy ra vào khoảng thời gian 20.000 - 18.000 năm trƣớc, ở độ sâu khoảng -110 mét so với mực nƣớc hiện nay. Đợt biển thoái này đã hình thành nên một bề mặt thềm sông/biển khá rộng. Ở phía Bắc Tây hồ Tây, thềm I tại Cổ Loa - Đông Anh đƣợc hình thành vào thời kỳ này. Quá trình địa mạo thống trị trong khoảng thời gian này là bóc mòn - xâm thực do nƣớc chảy trên mặt (cả dòng chảy thƣờng xuyên lẫn dòng chảy tạm thời) đã chia cắt bề mặt thềm vừa đƣợc hình thành để tạo ra địa hình máng trũng và lòng sông suối có độ sâu khá lớn nằm xen giữa các gò đồi và đồng bằng lƣợn sóng thoải.
Trong khoảng thời gian này, điều kiện khí hậu khô - ẩm xen kẽ nhau đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phong hóa hóa học mạnh mẽ để tạo nên kiểu vỏ phong hóa laterit (đá ong) rất điển hình cho vùng trung du Bắc Bộ nói chung và Hà Nội nói riêng. Các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc cấu tạo nên vùng đất Xuân La - Xuân Đỉnh cũng bị phong hóa mạnh trong thời kỳ này để tạo nên một tầng sét bột xám trắng loang lổ đỏ.
Hình 3.4: Tầng sét loang lổ hệ tầng Vĩnh Phúc lộ ra tại Xuân Đỉnh
Hình 3: Tầng sét loang lổ hệ tầng Vĩnh Phúc lộ ra tại Xuân Phương (ảnh: Đặng Văn Bào)
Sau đợt băng hà cuối cùng Wurm 2, biển tiến Flanđri bắt đầu khoảng 18.000 năm trƣớc có ý nghĩa quyết định đối với sự hình thành địa hình vùng Tây Hồ và thành phố Hà Nội. Các nhà nghiên cứu đều thống nhất rằng mực nƣớc biển khi bắt đầu đợt biển tiến này vào khoảng -110m. Ở thời kỳ đầu mực nƣớc dâng lên rất nhanh, và 10 ngàn năm trƣớc đây nó đạt mức -30m. Giao động mực nƣớc biển trong 10 ngàn năm trở lại đây có nhiều thay đổi và cũng có nhiều quan điểm của các nhà khoa học không giống nhau: 1. Theo Shepard, Emery, Kaplin thì mực nƣớc biển khoảng 10-7 ngàn năm trở lại đây vẫn dâng cao không ngừng và chậm dần lại và tiến dần tới mức hiện nay; 2. Ý kiến thứ 2 của Fairbridge, Skofild, Hill, Leontyev, Nikiforov cho rằng cách đây 5-6 ngàn năm, vào thời kỳ ấm áp Atlantic, mực nƣớc biển đã cao hơn hiện nay 3-5m, sau đó nó hạ xuống, rồi lại dâng lên một cách chậm chạp với những dao động không lớn lắm cho đến mực nƣớc hiện nay; 3. Còn ý kiến thứ 3, nhƣ Fisk cho rằng mực nƣớc biển đã đạt tới mực hiện nay cách đây vào khoảng 5000 năm rồi ổn định cho tới ngày nay.
Tại Việt Nam, nhiều nhà nghiên cứu thống nhất với quan điểm thứ 2 của Fairbridge bởi vì nó đã đƣợc khẳng định bằng sự phân bố rộng rãi của bậc thềm Flandrian ở độ cao 3-6m so với mực nƣớc biển hiện nay. Thêm vào đó, nghiên cứu của Lê Đức An cho thấy dao động mực nƣớc biển ở đây không hoàn toàn đơn giản nhƣ vậy. Theo tác giả này thì trong Holocen, đúng hơn là từ 8000 năm trở lại đây dao động của mực nƣớc biển ở thềm lục địa ven bờ biển Việt Nam đã có ba lần giao động lên và xuống của mức nƣớc biển. Ba lần mực biển hạ thấp vào các thời điểm khoảng 7000, gần 4000 và 1500 - 1200 năm trƣớc; cự ly hạ thấp có xu thế giảm dần. Có ba lần mực biển dâng cao hơn hiện nay vào các thời điểm khoảng 5500 - 4500 năm (ứng với thềm 4 - 6m), 2500 - 2000 năm (ứng với thềm 2 - 3m) và khoảng 1000 năm trƣớc.
Hình 3.6: Sơ đồ tiến trình giao động mực nước biển Việt Nam trong Holocen (Theo Lê Đức An)
Trên cơ sở phân tích về giao động mực nƣớc đại dƣơng thế giới ở trên, kết hợp với các dấu hiệu về địa tầng và địa mạo, có thể nhận xét rằng trong phạm vi đồng bằng
châu thổ sông Hồng, vào đầu Holocen, mực nƣớc biển vẫn tiếp tục tăng lên và lấn sâu dần vào lục địa. Phần rìa của đồng bằng châu thổ sông Hồng bị nƣớc biển tràn ngập. Trong phạm vi thành phố Hà Nội, đƣờng bờ biển thời kỳ Holocen giữa kéo dài từ phía Đông Nam Hoài Đức theo phƣơng Đông Nam qua Vân Canh, Xuân Đỉnh rồi vòng lên phía Đông Bắc đến phía Nam - Đông Nam Cổ Loa. Qua phân tích địa tầng, các nhà địa chất cho rằng ở thời kỳ đầu biển tiến xảy ra quá trình đầm lấy hoá đồng bằng, tạo thành loại đất sét lẫn mùn hữu cơ màu xám đen. Đó chính là tầng đất bùn sét yếu đặc trƣng ở vùng Hà Nội, phát hiện đầu tiên ở Giảng Võ, đƣợc gọi là tầng bùn Giảng Võ (mbQ22 hh1), thuộc phần dƣới của hệ tầng Hải Hƣng. Pha thứ hai là trầm tích biển
nông phủ phủ chồng lên tầng bùn trên, tạo thành tầng sét mịn xám xanh đặc trƣng gọi là “tầng Đống Đa” (lớp 3a: mQ22 hh2) nhƣ là lớp trám trên và bắt gặp rải rác trên địa phận Hà Nội (Nguyễn Đức Tâm).
Sau khi đạt tới mức cực đại của biển tiến (khoảng 3-4 mét so với mực nƣớc biển hiện nay) vào khoảng 6000 năm trƣớc, mực nƣớc biển tƣơng đối ổn định trong khoảng thời gian khá dài để tạo nên tầng trầm tích vũng vịnh/ biển ven bờ có bề dày thay đổi từ vài mét tại Giảng Võ, Ba Đình đến và chục mét ở vùng Từ Liêm. Các trầm tích trong giai đoạn này chủ yếu là vật liệu hạt mịn, có màu xám xanh đặc trƣng (tầng Đống Đa) nhƣ là lớp trám trên (Nguyễn Đức Tâm), nằm chuyển tiếp trên lớp bùn tầng Giảng Võ.
Sau thời kỳ biển tiến cực đại, từ khoảng 5 nghìn năm trƣớc, biển bắt đầu lùi, bề mặt đồng bằng châu thổ sông Hồng dần dần đƣợc lộ ra. Đây là giai đoạn cuối cùng của chu kì phát triển đồng bằng châu thổ. Lúc này đƣờng bờ ngày càng lùi ra phía biển, độ dốc của bề mặt châu thổ giảm đáng kể nên một phần vật liệu do các con sông vận chuyển sẽ đƣợc lắng đọng ngay trên bề mặt của đồng bằng châu thổ. Trong các kì lũ lụt, nƣớc chảy tràn bờ các dòng sông đã để lại các lớp trầm tích hạt mịn gồm chủ yếu là sét, sét bột trên bề mặt châu thổ với chiều dày thay đổi từ 0,5 đến 3m. Khi nƣớc sông tràn hai bên bờ thì động năng của dòng chảy giảm, các vật liệu thô nhƣ bột cát, cát bột sẽ lắng đọng trƣớc, tạo nên những con trạch hay đê tự nhiên ven sông, khá phổ biến ở khu vực Phú Thƣợng, Cổ Nhuế. Độ cao của các đê thiên nhiên này so với phần bãi bồi phía trong từ 1 – 3m. Đây là nơi thích hợp nhất cho việc tụ cƣ của ngƣời dân đồng bằng khi chƣa có các công trình trị thủy. Đến khoảng 4000 năm trƣớc, biển lùi xa dần, dòng sông Hồng phát triển theo hƣớng vƣơn dần về phía biển, uốn khúc, dịch chuyển lòng mạnh trên các thành tạo bở rời và tích tụ các sản phẩm mới thuộc hệ tầng Thái Bình (aQ23tb).
Khoảng 2000 đến 2500 năm trƣớc ở vùng bờ biển miền Bắc hiện nay lại xảy ra đợt biển tiến nhẹ (phù hợp với sơ đồ giao động mực nƣớc biển của Lê Đức An), mực nƣớc thâm nhập vào đồng bằng ở với mức cao hơn hiện tại chừng 1,5m đến 2,0m (gọi là đợt
biển tiến Quảng Xương), tuy nhiên không ảnh hƣởng nhiều tới địa phận Hà Nội, chỉ làm tăng quá trình xâm thực ngang khi độ dốc dòng chảy giảm.
Quá trình biển lùi dần trong Holocen đã làm cho sông Hồng và các sông nhánh đổ ra biển với vận tốc ngày càng mạnh hơn. Thế cân bằng ban đầu của các dòng sông, vốn dĩ đã vô cùng mỏng manh do sông uốn khúc ngoằn nghèo phức tạp trên trầm tích bở rời, nên đã dẫn tới hiện tƣợng “cắt cổ khúc uốn”: các dòng chảy chọn hƣớng chảy thẳng, tạo dòng chảy mới cắt qua trầm tích bở rời, bỏ lại khúc uốn cũ để tạo nên các hồ