Bài giảng địa tầng phân tập và bồn trầm tích phần 1

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 v

Địa tầng phân tập và bồn trầm tích

Phần I

Các kiểu địa tầng

• Thời địa tầng (Geochronology):

Giới, hệ, thống, bậc, đới

• Thạch địa tầng: Lithostratigraphy

• Sinh địa tầng: Biostratigraphy

• Địa chấn địa tầng: Seismostratigraphy

• Địa tầng phân tập.

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 )

Sequence stratigraphy is “Subdivision of sedimentary basin fills into genetic packages bounded by unconformities and their correlative conformities (Emery-1996)

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”

Một số khái niệm

• 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:

a 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.

Dao động mực nước đại dương Hag et all 1989

• Tập (sequence) là “một tổ hợp các phân vị địa tầng (các phụ tập, nhóm phụ tập) tương đối chỉnh hợp

có liên quan với nhau về nguồn gốc, được giới hạn

ở nóc và đáy bằng các bất chỉnh hợp và chỉnh hợp

có thể liên kết được”

(Mitchum và Vail, 1977)

• Theo định nghĩa trên thì các nguyên tắc địa

tầng phân tập có thể nói là độc lập về quy mô không gian và thời gian

• Hệ thống trầm tích (Dep System track) Là tập hợp các tập trầm tích hình thành trong một giai đoạn của dao động mực nước biển Mỗi hệ trầm tích được xác định một cách khách quan theo hình thái lớp trầm tích tại bề mặt ranh giới nằm trong tập và dạng phủ chồng của các phụ tập Mỗi hệ trầm tích ứng với một giai đoạn

(khoảng đặc biệt) của đường cong đẳng tĩnh.

• Bề mặt biển tiến (Transgressive surface)

• Bề mặt xói do biển tiến (Ravinment surface)

• Tập chặt xít (Condence section)

Ranh giới tập

• Ranh giới tập (Sequence Boundary) là bề mặt bất chỉnh hợp (unconformity) và bề

mặt chỉnh hợp liên kết Có 2 kiểu RG tập.

• Kiểu 1 được hình thành trong suốt giai

đoạn hạ thấp MNB chân tĩnh, khi mà tốc

độ hạ thấp MNB lớn hơn so với tốc độ sụt lún ở rìa thềm, dẫn tới sự rút lui nhanh

chóng (thoái lui ép buộc) của đường bờ

và sự xói mòn đáng kể phần thềm lộ ra.

Kiểu 2 hình thành trong giai đoạn MNB đẳng tĩnh hạ từ từ, khi tốc độ hạ MNB nhỏ hơn tốc độ sụt lún ở rìa thềm và tạo ra chỉ một phần nhỏ lộ thiên sát mặt đất và bào mòn

thềm lục địa (Vail và nnk., 1984)

• “Mặt ngập lụt là bề mặt phân tách các tập lớp do sự tăng

đột ngột chiều sâu mực nước” (Van Wagoner, 1990) Nói

cách khác là mặt ngập lụt phân tách các phụ tập hoặc nhóm phụ tập Trong trường hợp mặt ngập lụt phân tách

các nhóm phụ tập thì được gọi là mặt ngập lụt chính

(major flooding surface, mFS)

Dấu hiệu nhận biết:

• Đường cong GR (gamar ray) tự nhiên thay đổi nhanh

chóng nhưng không bị ngắt quãng từ phía dưới lên trên, đường tỷ trọng và neutron có giá trị cao do chứa nhiều sét Mặt ngập lụt có thể liên kết tốt trong các môi trường trầm tích đồng bằng ven bờ, delta, bãi biển, thuỷ triều, cửa sông và thềm lục địa tức là trong môi trường có sự tham gia của biển ở các mức độ khác nhau Mặt ngập lụt hoặc mặt ngập lụt cực đại phân tách trầm tích lắng đọng trong điều kiện nước sâu hơn ở trên và trầm tích lắng đọng trong điều kiện nước nông hơn ở dưới

• Mặt ngập lụt cực đại là “Mặt tương ứng với thời gian ngập

lụt cực đại (trong chu kỳ biển tiến / thoái) được gọi là mặt kề

đáy hoặc mặt ngập lục cực đại”, Posamentier và nnk (1998).

Dấu hiệu nhận biết:

• MFS là mặt ngập lụt sâu rộng nhất vào bờ trong phạm vi chu

kỳ biển thoái và tiến triển của đường bờ, và thường đi cùng với lớp chặt xít Trên mặt cắt địa chấn, MFS được đặc trưng bằng kề đáy (downlap) ở trên và cắt cụt biểu kiến (apparent truncation) ở dưới Ranh giới này sẽ khó phân tích trong phạm

vi các tập trầm tích đồng bằng ven bờ Trên tài liệu ĐVLGK, MFS được xác định như đối với lớp chặt xít, nó nằm trong lớp chặt xít và là ranh giới giữa khoảng mặt cắt trầm tích hình

thành trong điều kiện nước sâu dần lên ở dưới và trầm tích

hình thành trong điều kiện nước nông dần lên ở trên MFS do

đi cùng với mặt cắt chặt xít nên nó là bề mặt địa tầng dễ xác định nhất, là bề mặt xác định các đơn vị địa tầng nguồn gốc của Galloway (1989

• Flooding Surface đại diện cho thời kỳ trầm tích phát triển mở rộng nhất và có bề mặt bằng

phẳng nhất Mặt ngập lụt là một bề mặt quan

trọng trong liên kết thời gian và tướng đá của

một vùng như cỡ phạm vi của một mỏ hoặc lớn hơn Tuy nhiên ranh giới này rất nhạy cảm với tốc độ trầm tích và do đó khó liên kết trong vùng thưa các GK và khó hoặc không thể liên kết khu vực

• Mặt ngập lụt cực đại có đặc trưng phân bố rộng hơn nhiều và chúng là những bề mặt quan trọng trong liên kết thời gian và tướng đá của một

vùng rộng lớn trên toàn bể

• Lớp chặt xít là“Tập trầm tích biển đặc trưng bởi chiều dày

mỏng, tốc độ lắng đọng trầm tích rất chậm, bao gồm trầm tích biển sâu và biển mở, nghèo các vật liệu lục nguyên,

được tích tụ trên vùng thềm giữa đến thềm ngoài, sườn lục địa, và bể nước sâu trong thời kỳ MNB tương đối nâng lên cực đại và bờ biển thoái hoá cực đại” (Loutit và nnk., 1988).

• Lớp chặt xít có diện phân bố rộng nhất vào thời gian biển tiến cực đại và là sản phẩm của thời kỳ trầm tích với tốc độ rất chậm (thời kỳ thiếu hụt trầm tích) < 1- 10mm/1000 năm Như vậy, lớp chặt xít là khoảng địa tầng mỏng, giàu sét, tích

tụ chậm, liên tục, Lớp chặt xít đặc trưng bởi dấu vết hoạt động sinh vật và giàu các khoáng vật glauconit, siderit, photphorit, dolomit tự sinh, hoá đá phong phú.

Lớp chặt xít-Condence section

• b Dấu hiệu nhận biết:

• Trên các tài liệu ĐVLGK, lớp chặt xít có những dấu hiệu đặc trưng, đó là một khoảng địa tầng mỏng, giàu sét nhất, có dị thường gamma cao, điện trở thấp, tốc độ siêu âm cao hoặc thấp

và/hoặc mật độ cao Trên mặt cắt địa chấn, nó

có thể được đặc trưng bởi các phản xạ kiểu phủ lấn nằm trên và cắt cụt biểu kiến của các phản

xạ nằm dưới Do có nhiều đặc trưng nổi bật nên mặt ngập lụt cực đại cũng như lớp chặt xít đi

cùng là khoảng địa tầng thường rất nổi bật trong mặt cắt địa tầng, dễ phát hiện và liên kết rộng, nên chúng thường được chọn làm tầng chuẩn trong phân chia và liên kết địa tầng phân tập.

Hệ trầm tích biển thấp

• Hệ trầm tích biển thấp (gọi tắt là hệ biển thấp) là hệ trầm tích được hình

thành trong giai đoạn MNB hạ nhanh và sau đó ổn định LST có ranh

giới dưới là ranh giới tập kiểu 1, ranh giới trên là mặt biển tiến Quá trình hình thành hệ trầm tích biển thấp có thể được chia làm 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Hệ thống trầm tích biển thấp sớm: ở giai đoạn này hành

thành khi mực nước hạ nhanh, thềm bị phá huỷ, đào khoét bởi sông

Trầm tích được tích tụ ở chân thềm và biển sâu hình thành các quạt đáy

bể, các canyon ngầm.

• Giai đoạn 2: Hệ thống trầm tích biển thấp muộn: ở giai đoạn này hình

thành khi MNB hạ từ từ tạo thành các quạt sườn, các tổ hợp kênh và bờ kênh và trượt lở Rồi sau đó mực nước ngừng hẳn và tăng trở lại, vật liệu được đưa trở lại lấp đầy vị trí bị đào khoét, tạo thành các tổ hợp

nêm lấn (delta biển thấp).

• Các trầm tích biển thấp tiêu biểu thường là các trầm tích hạt thô có trong các mặt cắt biển nông hoặc phi biển, phần thấp hơn của mặt cắt theo chiều thẳng đứng thường mịn hơn ở cắt địa tầng không phải biển, và càng nên phía trên của mặt cắt thì hạt càng thô ở trong trầm tích biển nông

Hệ trầm tích biển thấp

• Gồm:

A- Nón quạt ngầm (Submarine fans)

(Hình thành trong giai đoạn biển lùi cưỡng bức ) +Basin floor fan

+ Slop fan

B-Prograding wedge (Nêm chồng lấn)

(Hình thành trong giai đoạn đầu biển tiến sau thời gian biển lùi cưỡng bức)

Hệ trầm tích biển tiến

• Hệ trầm tích này hình thành khi MNB tăng nhanh tràn lên vùng thềm lộ ra, quá trình đào khoét được thay thế bằng

quá trình lấp đầy

• TST có ranh giới dưới là bề mặt biển tiến và ranh giới trên

là mặt ngập lụt cực đại TST cấu tạo bởi các phụ tập phủ chồng lùi dày lên trên thềm sau đó mỏng dần đi do kề áp Nhìn chung trong hệ thống này các phụ tập trẻ hơn sẽ liên tục mỏng hơn so sự thiếu hụt trầm tích cả theo hướng vào trong bể cũng như lên trên tạo nên mặt cắt chặt xít ở nóc Ranh giới giữa trầm tích biển và không biển là tập hợp của các bề mặt bóc mòn biển tiến Các bãi biển phong phú cát thường hay đi cùng với sự chuyển tiếp này Các trầm tích không biển (thường là đầm lầy ven biển) hoặc kề áp lên

ranh giới tập nằm dưới hoặc áp lên lấp đầy lũng xâm thực của thời kỳ LST Ở khu vực có tốc độ trầm tích thấp thì lũng xâm thực có thể được lấp đầy bằng các trầm tích của thời

kỳ TST và thường là trầm tích cửa sông tam giác

Hệ trầm tích biển lùi

• Hệ thống trầm tích biển lùi bao gồm tất cả các tầng được tích tụ trong quá trình giật lùi của đường bờ, đó là sự kế tiếp của trầm tích biển thấp, lùi giai đoạn và biển cao

không thể phân biệt Bởi vậy mà hệ trầm tích này được giới hạn bởi các mô hình chồng lấn ngang bể trầm tích Định nghĩa về hệ biển thệ được công bố lần đầu tiên bởi Embry và Johannessen (1992), coi như là một phần của

mô hình tập biển tiến và biển thoái và sau đó được sử dụng trong các công bố của Embry (1993, 1995)

• Hệ biển lùi, theo định nghĩa của Embry (1995), được giới hạn bởi bởi bề mặt ngập lụt cực đại trong hợp phần biển

và không biển của bể Tại nóc, RST được giới hạn bởi một bề mặt biển lùi cực đại trong kế tiếp biển, và bởi một bất chỉnh hợp gần mặt đất trong tầng không biển

Hệ trầm tích biển cao

• Hệ trầm tích này được hình thành khi MNB ở mức cao, ổn định, rồi hạ chậm, nguồn vật liệu lớn hơn khoảng lắng

đọng, do đó trầm tích của hệ lắng đọng ngoài thềm

• Ranh giới đáy của HST là mặt ngập lụt cực đại, ranh giới

trên là ranh giới tập tiếp theo HST có 3 phần: Tổ hợp nêm

phủ chồng lấn biển cao dưới/sớm được đặc trưng bằng

các tập trầm tích dạng nêm phủ chồng lấn hình chữ S phủ

chồng lấn; Tổ hợp nêm phủ chồng lấn biển cao trên/muộn

được đặc trưng bởi các tập trầm tích dạng nêm lấn xiên

tiến nhanh vào bể (phủ chồng lấn), hai tổ hợp nêm phủ

chồng lấn này thường được gộp vào một tổ hợp nêm phủ

chồng lấn biển cao; và tổ hợp lục địa biển cao trên/muộn

được đặc trưng bằng các trầm tích fluvial tích tụ trên MNB

Cả hai tổ hợp này được tích tụ đồng thời

Cấu trúc một sequence

• Tập và á tập (Sequence and parasequence)

• Tập hợp nhiều tập thành vĩ tập (Megasequence)

Cấu trúc một á tập-Parasequence

Retrogradational Progradational

HST RST

LST TST

HST

TST

HST

Á tập

Các kiểu sóng phản xạ trên băng địa chấn

LST-Lowstand wedge

TST

HST