tiểu luận các phương pháp phân tích bồn trầm tích

Các phương pháp nghiên cứu bồn trầm tích 1.1 Phương pháp thạch học – trầm tích Dùng để phân ra các tập, các tầng có đặc điểm thạch học trầm tích khác nhau theo mầu sắc, kiến trúc, cấu t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TIỂU LUẬN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BỒN TRẦM TÍCH

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tiểu luận bao gồm ba nội dung chính:

1 Các phương pháp nghiên cứu bồn trầm tích

1.1 Phương pháp thạch học – trầm tích

Dùng để phân ra các tập, các tầng có đặc điểm thạch học trầm tích khác nhau theo mầu sắc, kiến trúc, cấu tạo, đặc điểm khoáng vật (kv sét, kv phụ), thành phần xi măng, mức độ biến đổi thứ sinh Hai phương pháp thạch học - trầm tích được sử dụng:

a-Phương pháp phân tích thạch học dưới kính hiển vi, X-Ray và SEM;

b-Phương pháp khoáng vật- trầm tích

Một số khoáng vật là chỉ thị môi trường thành tạo: Glauconit, Siderit, Dolomit, Anhydrit, thạch cao, Montmorilonit, Kaolinit, Siderit

Từ các thành phần trầm tích ta cũng có thể xác định được các môi trường thành tạo trầm tích như:

- Hóa thạch động vật biển thể hiện môi trường trầm tích biển; than nâu, than xen kẹp cát sét kết như một chỉ tiêu về môi trường tam giác châu hoặc môi trường không biển;

- Trầm tích chứa than: môi trường đầm lầy lục địa và đầm lầy ven biển;

- Cát chứa mica: môi trường kênh lạch và sườn tam giác châu

- Đá vôi: thềm biển v v…

Những đặc điểm về kiểu phân lớp của đá cũng hỗ trợ tốt cho xác định môi trường trầm tích Một số dạng phân lớp đặc trưng cho môi trường trầm tích: trầm tích bar cát có phân lớp xiên chéo nhỏ, dạng sóng; Cồn cát cửa sông có những lớp vụn thực vật mỏng xen kẹp giữa các lớp cát; trầm tích bãi triều có dạng phân lớp lượn sóng, hạt đậu, trầm tích tam giác châu phân lớp thô dần từ dưới lên (Coarsening upward) v v…

1.2 Phương pháp Cổ sinh - Địa tầng – Cổ sinh thái

Là phương pháp nghiên cứu các di tích sinh vật (hóa thạch) chứa trong các lớp đất đá Trên cơ sở sự khác biệt của hóa thạch mà phân chia thành các đơn vị sinh địa tầng và cổ sinh thái Xác định sinh đới, chủ yếu là đới phức hệ và đới phân đới, đôi khi là đới cực

thịnh dựa theo sự phân bố của các dạng hóa thạch đặc trưng hay tập hợp các hóa thạch của bào tử phấn hoa, Foraminifera, Nanoplanton v v… Đây là phương pháp chủ yếu để xác định tuổi tương đối của đất đá dựa theo đới và các hóa thạch chuẩn

Phương pháp sinh địa tầng không chỉ là phương pháp phân chia đơn thuần định tuổi

mà còn là phương pháp chủ yếu để liên kết địa tầng, liên kết giữa các tướng khác nhau trong một bể và giữa các bể với nhau Việc xác định môi trường trầm tích theo các tài liệu

cổ sinh là dựa trên sinh thái của các sinh vật đã tìm thấy trong tầng trầm tích có thể là tại chỗ như hóa đá sinh vật biển, rong tảo, hóa đá động vật nước ngọt, vết in lá cây hay do di chuyển từ môi trường này sang môi trường khác Nghiên cứu các tập hợp hóa thạch kết hợp cùng với kết quả nghiên cứu thành phần vật chất, cấu trúc, kiến trúc của trầm tích cho phép xác lập tướng – trầm tích cũng như khôi phục lại điều kiện cổ địa lý, giúp cho việc luận giải quá trình tiến hóa trầm tích theo không gian và theo thời gian

1.3 Phương pháp Địa vật lý giếng khoan

Phương pháp này được sử dụng để phân chia các tập cát, sét theo sự phân dị của các đường cong gamma, SP và điện trở, chính xác chiều sâu ranh giới địa tầng và các “tướng cộng sinh” Phương pháp dựa trên cơ sở sự khác nhau về tính chất vật lý của các lớp đất

đá dọc thành GK Các đường cong Gamma, điện trở, thế tự nhiên, tốc độ có hiệu ứng rõ rệt với sự thay đổi của các tham số địa chất như thành phần vật chất, kiểu kiến trúc, cấu trúc, được sử dụng nhiều trong việc nhận biết tướng đá và môi trường trầm tích Trong đó

có ba dạng đường cong Gamma thường được sử dụng rộng rãi hơn cả để nhận biết tướng

và môi trường: Dạng hình chuông ứng với giá trị GR có xu hướng tăng dần lên trên của các thân cát lòng sông, kênh lạch biển tiến; Dạng hình phễu ứng với giá trị GR có xu hướng giảm dần lên trên phản ánh trầm tích của các cồn cát, cát của đồng bằng châu thổ; Dạng trụ hay răng cưa ứng với giá trị GR thấp và ổn định Giá trị đường cong GR có quan

hệ tuyến tính với hàm lượng sét và độ hạt trong các thành tạo trầm tích, vì thế quan hệ này được sử dụng để xác định hàm lượng sét và độ hạt trầm tích theo tài liệu khoan

Hình 1: Hình dạng đường cong GR xác định môi trường trầm tích

1.4 Phương pháp địa chấn địa tầng (ĐCĐT)

Phương pháp này được áp dụng để:

1 Phân tích, phân chia các tập địa chấn;

2 Kết hợp với tài liệu GK,liên kết các tập trầm tích

3 Phân tích tướng địa chấn;

4 Minh giải tướng và môi trường trầm tích;

5 Xây dựng mô hình địa chấn;

6 Minh giải tổng hợp tài liệu

Đây cũng chính là các bước cần thiết trong quá trình minh giải địa chấn địa tầng Các bước phân tích tài liệu địa chấn địa tầng:

- Phân chia mặt cắt địa chấn thành các phức hệ địa chấn (các tập địa chấn)

- Xác định sự thay đổi tướng địa chấn trong các phức hệ địa chấn hay trong từng tập địa chấn

- Giải thích môi trường địa chất và tướng thạch học

Hình 2: Địa tầng phân tập vùng chuyển tiếp tướng từ aluvi sang châu thổ của đồng bằng Sông Hồng giai đoạn Pleistocen muộn – Holocen cửa sông (Trần Nghi, 2008)

2 Bồn trầm tích và hoạt động kiến tạo

Hoạt động kiến tạo có liên quan chặt chẽ với sự hình thành các bồn trầm tích Các quá trình hoạt động kiến tạo khác nhau sẽ tạo nên các kiểu bồn trầm tích khác nhau

Hình 3: Mối quan hệ giữa trầm tích và kiến tạo.

• Bối cảnh kiến tạo

Bối

cảnh

kiến

tạo

Các kiểu bồn trầm tích

Tướng trầm tích

Môi trường trầm tích Thạch học

Hình 4: Các kiểu ranh giới mảng

Hình 5: Ranh giới mảng và nội mảng

Dựa trên bối cảnh kiến tạo, các bồn trầm tích có thể được chia thành 5 loại (Dickinson 1974) Klein (1987) đã nhấn mạnh rằng nền móng tự nhiên mà các bồn trầm tích ngưng nghỉ là các tham số xác định quan trọng, vì vậy điều này điều chỉnh các hành vi sụt lún và các đặc tính tổng thể của các môi trường trầm tích:

- Các bồn trầm tích rìa thụ động (rìa phân kỳ)

- Các bồn trầm tích rìa tích cực (rìa hội tụ)

- Các bồn trầm tích liên quan đến đứt gãy chuyển dạng và đứt gãy trượt bằng

- Các bồn trầm tích phát triển trong quá trình xô húc lục địa và tạo đới khâu

- Các bồn nội mảng

 Các bồn trầm tích thuộc bối cảnh rìa tích cực (rìa phân kỳ)

Các bồn rìa thụ động (phân kỳ) bao gồm các tách giãn nội lục mà nó xảy ra trước

sự tách giãn đáy đại dương, các nêm rìa thụ động đại dương, aulacogens và các tách giãn yếu Đây là tất cả những bồn mở rộng mà phần còn lại của chúng nằm trên vỏ lục địa hoặc vỏ chuyển tiếp (Miall, 2000)

Có 3 kiểu bồn trầm tích thuộc bối cảnh rìa phân kỳ:

- Bồn tách giãn (rift basin): hệ thống rift Đông Phi, rift Baican,

- Sống núi rìa đại dương và các thềm gồm: kiểu Red Sea (trẻ) và kiểu Atlantic (trưởng thành)

- Aulacogens và các tách giãn yếu

Hình 6: Rìa lục địa phân kỳ bồn trầm tích kiểu thung lũng rift (Kinsman, 1975)

0

5

2 0

4 0

6 0

8 0

§ å n g b » n g

v e n b i Ó n M Ð p t h Ò m

S ê n

l ô c ® Þ a § ¸ y

§ ¹ i d ¬ n g

V á § ¹ i d ¬ n g

T h u n g l ò n g r i f t

R × a l ô c ® Þ a

m á n g d Ç n

R × a

h ç n h î p

Hình 7: Mô hình tích tụ của các bồn tách giãn (rift basins) a) Hệ thống trên lục địa với trục dọc hệ thống sông và các nón quạt cửa sông b) Hệ thống biển chỉ ra sự phát triển của các thềm carbonat tại các cánh treo và mái

sườn dốc dưới đáy biển ở phía chân vách của đứt gãy dốc đứng

(Leeder and Gawlhorpe 1987)

 Các bồn trầm tích thuộc bối cảnh rìa tích cực (rìa hội tụ)

Các bồn rìa hội tụ là các bồn liên quan đến các cung magma, bao gồm máng sâu đại dương và các bồn trước cung, bồn trong cung, bồn trên cung, bồn sau cung và bồn lục địa sau cung Bồn lục địa sau cung được phát triển bởi tải trọng trên mặt của vỏ lục địa Các bồn trước cung, trên cung và sau cung được phát triển bởi sự mở rộng và có thể bị

tách giãn đáy vỏ lục địa hoặc vỏ đại dương Máng sâu đại dương phát triển dọc mảng đại dương bị hút xuống

Hình 8: Bồn trũng ở rìa lục địa tích cực (Andrew D Baillie, 1983; Pettijohn, 1979)

 Các bồn trầm tích liên quan đến đứt gãy chuyển dạng và đứt gãy trượt bằng

Các bồn liên quan với rìa mảng chuyển dạng có thể nằm trên vỏ lục địa hoặc vỏ đại dương và có thể mở rộng ra hoặc thu hẹp lại

2 2

a

b

B å n s a u c u n g

( f o r e a r e b a s i n )

M ¸ n g s © u ® ¹ i d ¬ n g

T u r b i d i t

V á ® ¹ i d ¬ n g

B ån s

a u c u

n g

B ån t

r í c

c un g

c u ® ¶o m

a gm a

D ßn g

r bid i t

T rÇ m tÝ

b iÓ n

s ©u

§ íi n

© ng n

g oµ i

C u n g n ó i l ö a

c u n g m a g m a

§ Þ a k h è i h × n h c u n g h a y p h ø c h Ö h ó t c h × m T r ô b å i k Õ t

( s u b d u c t i o n c o m p l e x )

§ í i m Ò m d Î o ( f l e x u r e )

Hình 9: Các đứt gãy trượt bằng và các bồn trầm tích liên quan tại phía nam vùng biên

giới California (Howell et al 1980)

 Các bồn trầm tích phát triển trong quá trình xô húc lục địa và tạo đới khâu

Các bồn phát triển trong quá trình xô húc lục địa và tạo đới khâu bao gồm các bồn trũng rìa trước (proforeland) (là các bồn bị thu hẹp được phát triển trên lớp vỏ lục địa của mảng bị hút chìm), địa hào, các bồn đứt gãy trượt bằng (wrench-fault) (là các bồn mở rộng được phát triển trên lớp vỏ lục địa của mảng bị trồi lên) và các bồn đại dương còn sót lại (phát triển trên vỏ đại dương)

Hình 10: Các bồn trầm tích phát triển trong quá trình xô húc lục địa và tạo đới

khâu (A D.Baillie, 1983 )

Hình 11: Đới xô húc Ấn Độ - Châu Á Các sông Indus, Ganges, Brahmaputra và sông nhánh của chúng chiếm cứ bồn trũng rìa trước núi phát triển trên mảng đi xuống (mảng Ấn Độ) theo sau quá trình xô húc (Ingersoll et al 1995)

 Các bồn nội mảng

Nguồn gốc của các bồn trũng nội lục nằm trên vỏ lục địa có thể phản ánh quá trình nội mảng, lún sâu và lâu dài, sự sụt lún trên dòng chảy đối lưu bên dưới manti, hoặc sự tái hoạt động của các cấu trúc dạng tuyến rìa mảng cổ Chúng hầu như có nguồn gốc căng giãn Các bồn trũng nội lục có thể bị tác động bởi quá trình tại các rìa mảng

• Đặc điểm thạch học định lượng trong mối quan hệ với bối cảnh kiến tạo

 Phương pháp xác định nguồn gốc khoáng vật của cát kết (Dickinson, 1979)

Hàm lượng thạch anh tổng (Q = Qm + Qp)

Qm: Thạch anh đơn tinh thể (thạch anh magma)

Qp: Thạch anh đa tinh thể (Qp = quaczit + thạch anh biến chất + mảnh đḠsilit) F: Fenspat (F = P + K)

P: Plagiocla

K: Fenspat kali

L: Mảnh đá, (L = Lv + Ls + Lt)

Lv: Mảnh đá phun trào

Ls: Mảnh đá trầm tích và TT biến chất

Lt: Mảnh đá kém bền vững

 Phương pháp xác định kiểu bồn trũng trong mối quan hệ với miền trũng xâm

Dựa vào ba biểu đồ tam giác biểu diễn mối quan hệ giữa QmFL, KPa, Pt và Lv Lm Ls

a) Bối cảnh phân kỳ mảng

Miền xâm thực cung cấp vật liệu cho các bồn trầm tích là các đai tạo núi cổ nằm ở hai phía rift Các vật liệu chủ yếu là vụn cơ học kiểu thành tạo molas, là sản phẩm của phá hủy kiến tạo vỏ phong hóa vật lý Trầm tích sét đóng vai trò thứ yếu, do quá trình phong hóa hóa học xảy ra còn yếu Trầm tích carbonat hầu như vắng mặt

+

+ +

+

+

+ +

+

+

+

+ +

+

2

2 3

3

1

M i Ò n x © m t h ù c ( V á l ô c ® Þ a ) B å n t r Ç m t Ý c h( R i f t n é i l ô c ) M i Ò n x © m t h ù c( v á l ô c ® Þ a )

4 3 2 1

- Granitoit

- Diorit

- §¸ phun trµo vµ vôn nói löa

- §¸ biÕn chÊt

- §¸ lôc nguyªn

- §¸ cacbonat

C«ng thøc:

Qm > F > L

P > K

Pa > Pt

Lv > Lm > Ls

Lv < Lm + Ls

- Granitoit

- Diorit

- §¸ phun trµo vµ vôn nói löa

- §¸ biÕn chÊt

- §¸ lôc nguyªn

- §¸ cacbonat

Q m

Hình 12: Quan hệ giữa miền xâm thực và lắng đọng của bồn rift nội lục

(Trần Nghi, 2002)

b) Các bồn liên quan đến ranh giới chuyển dạng

3 Địa tầng phân tập và bồn trầm tích

Các kiểu địa tầng:

• Thời địa tầng: Giới, hệ, thống, bậc đới

• Thạch địa tầng

• Sinh địa tầng

• Địa chấn địa tầng

• Địa tầng phân tập

Có rất nhiều các định nghĩa khác nhau về Địa tầng phân tập như:

- Địa tầng phân tập (sequence stratigraphy) là một chuyên ngành của địa tầng

“Nghiên cứu các mối quan hệ của đá trong khung thời địa tầng lặp đị lặp lại, các tầng đá

có liên quan với nhau về mặt nguồn gốc và được giới hạn bởi các bề mặt bào mòn, gián đoạn trầm tích, và các bề mặt liên kết từ chúng”, (Posamentier và nnk 1988, Wangoner ,

1995)

-Theo Emery, 1996 thì Địa tầng phân tập là “Sự chia nhỏ của bồn trầm tích lấp

đầy bên trong các gói cùng nguồn gốc (genetic packages) được bao bọc bởi các bề mặt bất chỉnh hợp và chỉnh hợp tương quan”.

Năm 1984, Larry Sloss là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ “tập” (sequence) và tập

được định nghĩa là “đơn vị địa tầng thạch học bậc cao hơn loạt, vĩ loạt hoặc siêu loạt và

có thể được xác định trên diện rộng lớn của lục địa và được giới hạn bởi các bất chỉnh hợp khu vực”

Chân tĩnh (eustasy): là “độ cao MNB trên toàn cầu so với mốc cố định ví dụ như

tâm trái đất ”(theoC.GSt C Kendall, 2006) Sự thay đổi chân tĩnh là sự thay đổi toàn cầu

của MNB (MNB) và nó tác động đến tất cả các đại dương Chân tĩnh không phụ thuộc vào các yếu tố địa phương như lún chìm hoặc nâng lên của bề mặt đất, trầm tích, nén kết trầm tích và là một hợp phần của MNB tương đối (MNBTĐ) Chân tĩnh được nhận biết bởi sự thay đổi MNBTĐ trên toàn cầu

ĐTPT liên quan chặt chẽ với dao động mực nước đại dương Theo P Vail, Mitchum và nnk., năm bậc của chu kỳ chân tĩnh đã được xác định:

 Các chu kỳ ngập lụt lục địa (bậc 1), hoặc chu kỳ chân tĩnh dài:

Có thể nhận thấy trên tất cả các lục địa và có tính toàn cầu Nguyên nhân chủ yếu của các chu kỳ này là sự thay đổi thể tích của các đại dương Sự thay đổi đẳng tĩnh kiến tạo có thể đạt đến tốc độ cực đại là 1,2 – 1,5 cm/1000 năm Có 2 chu kỳ trong Phanerozoi:

• Chu kỳ trẻ bắt đầu vào Trias đến Hiện đại (dài 250Ma)

• Chu kỳ cổ hơn bắt đầu từ Phanerozoi và kéo dài đến Pecmi (500Ma)

 Các chu kỳ tạo tập (Sequence cycles):

Là các chu kỳ thành tạo các tập trầm tích do tác động của thay đổi đẳng tĩnh biên

độ nhỏ hơn, tần số cao và tốc độ lớn hơn (được xếp từ bậc 2 đến bậc 5):

+ Các chu kỳ bậc 2 kéo dài: 5 – 50 tr năm

+ Các chu kỳ bậc 3 kéo dài: 0.5 – 3 tr năm

+ Các chu kỳ bậc 4 kéo dài: 0.1 – 0.5 tr năm

+ Các chu kỳ bậc 5 kéo dài: 0.01 – 0.1 tr năm

Dựa trên tài liệu địa chấn, kết hợp với nhiều số liệu ĐVLGK và vùng lộ của nhiều

bể trầm tích trên thế giới Vail, Mitchum và nnk (1977); Haq, Vail, Hardenbol và nnk.

(1988); Haddad và Vail (1992) đã xây dựng bộ đường cong MNB từ Trias đến Hiện đại

• MNB tương đối: “khoảng cách giữa mặt biển và mặt mốc chuẩn (thường là mặt

móng)”, (Posamentier, Jervey và Vail, 1988).

• Sự thay đổi MNB tương đối chịu ảnh hưởng của sự nâng/hạ biểu kiến của MNB so với về mặt lục địa Nhìn chung sự thay đổi MNB tương đối có thể xẩy ra trên quy

mô địa phương, khu vực hoặc toàn cầu

• Thay đổi MNB biểu kiến là kết qủa của sự thay đổi MNB đẳng tĩnh và chuyển động của bề mặt lục địa được chọn (mặt móng hoặc một bề mặt gần đáy biển chứ không phải bề mặt đang trầm tích) Do vậy sự thay đổi MNB tương đối phụ thuộc

vào quá trình lún chìm hoặc nâng lên của đáy biển (liên quan đến kiến tạo) Nâng tương đối MNB sẽ bổ sung không gian tích tụ, còn hạ tương đối MNB sẽ làm co lại không gian tích tụ

• Một chu kỳ nâng-hạ MNB tương đối bao gồm một thời kỳ nâng tương đối, một thời kỳ dừng tương đối và một thời kỳ hạ tương đối MNB và đây chính là một chu

kỳ tạo tập trầm tích

Hình 12: Dao động mực nước đại dương (Hag et al.,1989)