2.2.2.1. Nhóm phương pháp địa chất trầm tích
ạ Các phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất
24
53 mẫu cát 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 10
10) 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 (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 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, 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 =
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 hạt 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, 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, trầm tích hạt lớn chiếm ưu thế; Sk < 1, trầm tích hạt nhỏ chiếm ưu thế.
Phân tích lát mỏng thạch học bở rời sẽ 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, biến đổi thứ sinh, tính chất, 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 thuỷ động lực của môi trường).
26
FeO, Fe2O3, CaO, Na2O, K2O, MgỌ
Phân tích hoá môi trường có thể phân biệt các kiểu môi trường trầm tích, dựa trên các chỉ tiêu sau: độ pH, Eh (thế năng oxi hoá khử), kation trao đổi Kt, (bảng 2.1).
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu địa hóa đặc trưng cho các môi trường trầm tích
Loại phân tích Môi trường
Lục địa Chuyển tiếp Biển
pH < 7 7 > 7
Eh >150 40-150 <40
Kt < 0,5 0,5 – 1 > 1
b. 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).
Hình 2.2. Biểu đồ phân loại trầm tích của Folk, 1954 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 Tû lÖ bét : sÐt Tû lÖ c ¸t : bïn (phi tû lÖ) 9:1 1:1 1:9 1:2 2:1 SÐt Bét C¸t 1 1a 1b 2a 2 2b 7 7a 7b 6 s¹n bïn c¸t Hµm lî ng % s¹n (phi tû lÖ) Tû lÖ c¸t : bïn (phi tû lÖ) 1 5 30 80 1:9 1:1 9:1 (bét vµ sÐt) 1 2 7 6 5 9 11 12 13 10 15 14 8 3 4
c. Phương pháp phân tích tuổi tuyệt đối
Phương pháp nhiệt phát quang và huỳnh quang kích thích
Vật liệu trầm tích được chiếu bởi một chùm các tia bức xạ ion hóa sinh ra từ các hoạt động phóng xạ xảy ra trong tự nhiên từ các nguyên tử như kali, thori và uranị Bức xạ tái phân bố sự tích điện bên trong tinh thể khoáng vật và mặc dù sự phân bố điện tích dịch chuyển này nhanh chóng trở lại trạng thái ban đầu nhưng một số điện tích bị giữ lại trong khoảng trống các ô mạng ở trạng thái năng lượng caọ Lượng năng lượng được giữ lại trong tinh thể phụ thuộc vào khoảng thời gian chiếu bức xạ. Năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt và nó biểu hiện dưới dạng ánh sáng, tạo ra vật liệu huỳnh quang, ảnh hưởng này gọi là nhiệt huỳnh quang (TL) (Botter-Jensen, 1997). Một trong nhiều khả năng đối với việc tăng nhiệt độ là phơi mẫu dưới một khối ánh sáng, một phương pháp được biết là huỳnh quang kích thích quang học (OSL) (Botter-Jensen, 1997).
Ánh sáng mặt trời làm giải phóng năng lượng được tích trữ trong các trầm tích bị phơi lộ trên bề mặt, do đó năng lượng tích trữ để tạo ra hiện tượng huỳnh quang chỉ bắt đầu một khi vật chất bị chôn vùị Đo lượng huỳnh quang tạo ra do đốt nóng hay kích thích quang học một mẫu nào đó có thể được sử dụng để xác định thời gian trầm tích bị chôn vùị Kỹ thuật này chỉ sử dụng với các vật liệu được tích lũy năng lượng tối đa khi được lắng đọng như trầm tích do gió và trầm tích fluvi được tích tụ chậm. Kỹ thuật nhiệt huỳnh quang và huỳnh quang kích thích quang học có thể sử dụng để định tuổi thời gian chôn vùi của trầm tích từ 150 nghìn năm trở lại với độ chính xác khoảng 10%. Các phương pháp này cũng có thể sử dụng cho măng đá trong hang động với độ chính xác tương đương nhưng với dải tuổi gấp đôị
d. Phương pháp phân tích tướng và thành lập bản đồ tướng đá – cổ địa lý
Phân tích tướng là một hệ 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), Fe2+HCl (sắt trong siđerit), Fe3+HCl (sắt ba dễ tan), Chc và
28
các loại vật chất hữu cơ cho phép luận giải điều kiện lắng đọng 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.
Bản đồ tướng đá cổ địa lý là tổng hợp hai yếu tố quan trọng là tướng đá và cổ địa lý.Tướng đá là các yếu tố về thạch học và môi trường trầm tích cổ. Còn cổ địa lý là các yếu tố phản ánh bức tranh của một bể trầm tích như: miền xâm thực (lục địa cổ) và miền lắng đọng trầm tích. Bể trầm tích bao gồm: diện tích, hình dáng, độ sâu, đường bờ cổ, các dòng chảy cổ vận chuyển vật liệu trầm tích - chế độ hoá lý của môi trường (độ pH, Eh, Kt), vật chất hữu cơ, thế giới sinh vật và môi trường.
2.2.2.2. Phương pháp địa tầng phân tập
Địa tầng phân tập là một phương pháp phân tích địa tầng mới cả về khoa học lẫn thực tiễn. Phương pháp mới này đã cho chúng ta thấy rõ các bồn trầm tích được lấp đầy trầm tích như thế nào và rất hiệu quả trong kỹ thuật tìm kiếm thăm dò tài nguyên khoáng sản.
Ba yếu tố: nâng hạ kiến tạo, thay đổi mực nước biển chân tĩnh và quá trình trầm tích xảy ra như thế nào, ở đâu, tốc độ của chúng và tác động lẫn nhau như thế nào là nguyên tắc cơ bản của trầm tích học và địa tầng. Đặc điểm trầm tích lắng đọng trong các môi trường thay đổi từ sông và đồng bằng ngập lụt tới bờ biển, thềm lục địa và thậm chí là biển sâu là do tác động của ba yếu tố nàỵ Nghiên cứu các mối quan hệ giữa sự thay đổi mực nước biển và trầm tích thường được gọi là “địa tầng phân tập”.
Các lợi thế của phương pháp địa tầng phân tập trở nên rất rõ ràng khi sử dụng chúng để liên kết các mặt cắt xác định trên các vết lộ, mặt cắt địa chấn hay trong các lỗ khoan sâu từ vài km đến hàng chục km. Những hạn chế của phân tích thạch địa tầng là không cung cấp được một khung thời địa tầng và do đó bị hạn chế về giá trị. Kỹ thuật sinh địa tầng cung cấp những thông tin cần thiết cho việc liên kết địa tầng trên cơ sở tuổi của chúng, nhưng có thể đến hàng trăm mét địa tầng đều rơi vào cùng một đới cổ sinh và sự liên kết giữa các môi trường lục địa, biển nông và biển sâu không phải lúc nào cũng dễ dàng bởi vì các hóa thạch khác nhau được tìm thấy trong các lớp trầm tích lắng đọng trong các môi trường khác nhau nàỵ Tuổi đồng vị phóng xạ thậm chí còn có giá trị liên kết địa tầng hạn chế hơn bởi vì khó khăn trong việc tìm kiếm vật liệu có thể sử dụng để phân tích tuổị Bằng cách
sử dụng sự thay đổi của mực biển tương đối như là tiêu chuẩn để phân tích địa tầng, phương pháp địa tầng phân tập có thể khắc phục được một số nhược điểm của các phương pháp khác nêu trên.
Hình 2.3. Đường cong biển tiến - thoái, và dâng - hạ mực nước biển và các khái niệm cơ bản về địa tầng phân tập [14]
Hình 2.4. Các miền hệ thống trầm tích trong một tập tương ứng với một chu kỳ dao động mực nước biển [14]
30
Chương 3
ĐẶC ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ TƯỚNG TRẦM TÍCH 3.1. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI TƯỚNG TRẦM TÍCH
3.1.1. Khái niệm
Có nhiều định nghĩa về tướng nhưng có thể coi định nghĩa về tướng của Rukhin năm 1960 là hoàn thiện nhất: “Tướng là những trầm tích được thành tạo trong một vị trí nhất định có cùng những điều kiện khác với những vùng lân cận”.
Định nghĩa này có 2 nội dung:
1- Trong một vị trí nhất định: có nghĩa là môi trường cổ địa lý hay hoàn cảnh lắng đọng trầm tích đặc trưng. Ví dụ: vị trí hồ khác với vị trí bãi bồị Vị trí delta khác với vị trí biển nông...
2- Có cùng các điều kiện nghĩa là mỗi vị trí trên có những đặc trưng riêng của nó về thành phần thạch học, cổ sinh và địa hoá.
Vì vậy, khi phân biệt tướng này với tướng kia là phải dựa vào thành phần trầm tích và môi trường thành tạọ
- 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 phần sạn và biểu đồ tam giác 10 trường khi không có thành phần sạn.
- 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…
- 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.
3.1.2. Phân loại tướng
Phân loại các nhóm tướng trầm tích dựa vào môi trường thành tạọ Ví dụ: Nhóm tướng châu thổ gồm: chân châu thổ, tiền châu thổ, đồng bằng châu thổ. Nhóm tướng bãi triều gồm: đới dưới triều, đới gian triều và đới trên triềụ Nhóm tướng estuary – vũng vịnh: bãi triều, lạch triều, vũng vịnh.
3.2. ĐẶC ĐIỂM TƯỚNG TRẦM TÍCH
Trên cơ sở phân tích trực tiếp tài liệu lỗ khoan LK13-6, LKTV, số liệu trầm tích tầng mặt và tham khảo các tài liệu lỗ khoan TV1, TC1 và VL1 [21, 22], các tướng trầm tích Holocen khu vực nghiên cứu được xác định bao gồm các tướng trầm tích saụ
3.2.1. Tướng bùn vũng vịnh
Trong vùng nghiên cứu, tướng này chỉ bắt gặp tại lỗ khoan VL1 ở độ sâu từ - -20 đến -35 m. Bùn cấu tạo phân lớp song song không liên tục tới liên tục. Hàm lượng bùn lớn hơn 90%, cao nhất trong tất cả các tướng. Thành phần tảo biển phù
du phong phú các loài như Coscinodiscus Radiatus, C. nodulifer, Thalassiosira
excentrica, và Thalassionema nitzschioides, chúng đặc trưng và là dấu hiệu để xác
định được môi trường vũng vịnh. Có thể thấy rằng tại thời điểm này ảnh hưởng của biển là rất lớn trong khi ảnh hưởng của sông là nhỏ hơn. Tuổi của các tướng này trong lỗ khoan VL1 dao động trong khoảng 7,6-8,1 nghìn năm cách naỵ
3.2.2. Tướng cát bùn sau bờ
Vùng sau đường bờ (backshore) là phần địa hình hơi trũng nằm ngay sau bờ biển, ngăn cách với bờ biển là gờ cao, sự tác động của biển đến vùng sau bờ chỉ khi có các hoạt động triều cường hoặc sóng biển khi có bãọ Do là vùng trũng hẹp, phần sau bờ thường hình thành các đầm lầy trũng thấp, nguồn vật liệu chủ yếu là vật liệu rửa trôi, bóc mòn ở phía trên đưa xuống và các thảm thực vật bị phân hủy lắng đọng hoặc đôi khi có các nguồn vật liệu từ biển vận chuyển vào do dòng triều cường hoặc sóng biển khi có bãọ Vùng sau bờ gồm các trầm tích từ mịn đến thô, từ sét bột đến cát, sạn, cuộị Đặc biệt trong đới này có rất nhiều cuội laterit kết vón là sản phẩm tàn tích tại chỗ hoặc từ địa hình cao hơn vận chuyển xuống lắng đọng ở phần dướị
Tướng trầm tích sau bờ gặp trong các lỗ khoan LKTV ở độ sâu từ -23,4m đến -24,3m. Thành phần chủ yếu là cát bùn có chứa nhiều cuội sạn laterit nằm lót đáy, kích thước sạn từ 5mm đến 10mm, phủ lên trên là các trầm tích cát bột sét màu xám đen. Cát chiếm từ 40-45%, bột chiếm 20-25%, sét chiếm 30-35%. Kích thước hạt trung bình của trầm tích Md: 0,008-0,1mm, độ chọn lọc kém, giá trị So dao
32
động từ 1,75 đến 3,6; giá trị Sk từ 0,4-0,84. Các chỉ số địa hóa môi trường: pH từ 6,0-6,5; trị số Eh: -20 đến +40 mv; Kation trao đổi (Kt) từ 0,7 đến 0,9. Hàm lượng phần trăm khoáng vật sét trong trầm tích: kaolinit: 25-30%, hydromica: 20-30%, monmorinolit: 30-35%. Trầm tích có nhiều dấu tích hoạt động của sinh vật, đôi chỗ có cấu trúc phân lớp song song, trong trầm tích phát hiện nhiều mảnh vỏ sò ốc và thân cây bị hóa than.
Hình 3.1. Trầm tích cát bùn sau bờ tại lỗ khoan LKTV [3] và lỗ khoan LK13-6 3.2.3. Tướng cát bột bãi triều
Trầm tích cát bột bãi triều bắt gặp trong lỗ khoan LKTV, phân bố ở độ sâu từ -20 đến -23,4m. Trầm tích có thành phần chủ yếu là cát trung mịn chiếm 70-80%, bột chiếm 10-20%, sét chiếm 0-5%; kích thước hạt trung bình Md từ 0,1-0,17mm,