Một Số Đặc Điểm Phân Bổ Khoáng Vật Sét Ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

Một Số Đặc Điểm Phân Bổ Khoáng Vật Sét Ở Đồng Bằng Sông Cửu Long Lê Xuân Thuyên Phân viện Địa lý, TP Hồ Chí Minh Tóm tắt: Tổng hợp nhiều kết quả phân tích khoáng vật sét qua các tài l

Một Số Đặc Điểm Phân Bổ Khoáng Vật Sét Ở Đồng Bằng Sông

Cửu Long

Lê Xuân Thuyên

Phân viện Địa lý, TP Hồ Chí Minh

Tóm tắt: Tổng hợp nhiều kết quả phân tích khoáng vật sét qua các tài liệu khảo

sát từ nhiều nơi trên đồng bằng sông Cửu Long cho thấy hyđromica, kaolinit, smectit và chlorit là các khoáng vật sét chính trong phù sa Lượng smectit đã gia tăng đáng kể trong trầm tích Holocen trung-thượng có lẽ liên quan tới sự giảm sút nguồn vật liệu do sông cung cấp trong thời kỳ này Trong khi đó, hyđromica lại chiếm ưu thế trong các trầm tích cận đại ở vùng ven rìa châu thổ Đặc biệt, sự khác biệt thành phần khoáng vật sét trong trầm tích rừng ngập mặn Cần Giờ và các điểm khác trên đồng bằng cho phép nghĩ rằng trầm tích ở hai nơi này không có cùng nguồn gốc vật liệu

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Khoáng vật nói chung, và khoáng vật sét nói riêng, là những chỉ thị rất tốt cho nguồn gốc vật liệu trầm tích, chế độ cổ khí hậu và các quá trình biến chất sơ khởi [3, 13, 16, 28] Khoáng vật sét được sử dụng để tái lập quá trình phát triển của một đồng bằng [21] Cũng như các đồng bằng hiện đại khác, đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đã hình thành trong thế Holocen qua một quá trình bồi tích khá liên tục và mạnh mẽ, chủ yếu từ nguồn vật liệu phù sa sông Mêkông Tuy nhiên, thành phần đất đá trong lưu vực sông Mêkông khá đa dạng [25], do đó thành phần khoáng vật sét trong bùn cát rửa trôi từ các

vỏ phong hóa khác nhau đổ vào dòng sông có thể có những biến đổi nhất định Sự hoà lẫn nguồn vật liệu khoáng bắt nguồn từ sông Mêkông với các nguồn khác trong trầm tích ven bờ đồng bằng là một thực tế qua kết quả nghiên cứu của tác giả Chen Pei-Yuan [4] và gần đây của Jagodzinski [9] khi nghiên cứu trầm tích đáy dọc bờ tây biển Đông Trên ĐBSCL, khi khảo sát khoáng vật sét tại một số khu vực, Hoàng Thị Thân (1971) cũng đặt ra vấn đề là phải chăng có sự biến động thành phần khoáng vật sét trong trầm tích

Kết quả nghiên cứu khoáng vật sét trong trầm tích Holocen ở ĐBSCL được đề cập tới trong nhiều nghiên cứu [1, 2, 4, 10, 11, 14, 15, 17, 19, 20, 26] Đây là các nghiên cứu mang tính địa phương, nhưng các điểm nghiên cứu lại phân bố khá rộng (Hình 1),

vì vậy việc đánh giá lại các tư liệu này là cần thiết và có cơ sở để hiểu rõ hơn về bản chất nguồn vật liệu trầm tích và góp phần luận giải quá trình trầm tích, hình thành và phát triển của đồng bằng này

II CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ KHOÁNG VẬT SÉT

1 Tư liệu và kết quả

Phân tích xác định và đánh giá thành phần khoáng vật sét là loại phân tích bán định lượng Theo thời gian, các phương tiện xác định và đánh giá thành phần khoáng vật sét cũng không ngừng được cải thiện, vì vậy ta thường gặp nhiều khó khăn khi tiếp thu sử dụng hoặc đối chiếu kết quả từ nhiều nguồn Vì vậy việc đánh giá kết quả trước khi sử dụng là cần thiết Tuy nhiên, hàm lượng tương đối (theo tỷ lệ phần trăm) các khoáng vật sét được xác định một cách thông dụng theo cường độ các đỉnh 7,2 Å cho kaolinit, 10 Å cho hyđromica, 15 - 17 Å cho smectit và các khoáng vật trương nở trên biểu đồ

roengen, và để tăng cường độ phân giải thì cách định lượng này được áp dụng trên biểu

đồ của mẫu đã qua xử lý với glycol [9, 28] Hình dạng các đỉnh phản xạ trên biểu đồ roengen cũng phản ánh tình trạng cấu trúc tinh thể khống (mức độ kết tinh) [9, 28] Thực tế là ta cĩ thể áp dụng giải pháp đối chiếu một số tham số đặc trưng của khống vật để so sánh phân bố thành phần khống vật sét trong trầm tích ở vùng ĐBSCL [4] Đáng lưu ý là các kết quả từ các nguồn tài liệu [2, 4, 10, 11, 14, 15, 20, 26] là các biểu

đồ gốc, hoặc cĩ áp dụng phương pháp nghiên cứu tương đồng, nên kết quả tổng hợp, đối chiếu các tư liệu này bảo đảm cĩ độ tin cậy cao

Phnôm Pênh

S H ậu

Bán đa ûo Cà M

au

Tra

ø Vin h

Cần Giờ

Vũng Tàu

Đồng Tháp M ười

S

øi G òn

- Đ ồn

g N ai

I

V

IV

II

III

VI

VII Biển Đông

II

VIII

IX

Hình 1 Khu vực nghiên cứu và vị trí các vùng khảo sát

Hình 2 Các thành phần cấu trúc chính của đồng bằng Cửu Long, nguồn [8]

2 Khu vực nghiên cứu

Khu vực có các kết quả nghiên cứu khá chi tiết về khoáng vật sét trong trầm tích Holocen được thể hiện trong Hình 1 Theo hình này, ta thấy khoáng vật sét được nghiên cứu khá rộng khắp, và kết quả có thể cho thấy một cách tương đối toàn diện sự phân bố các khoáng vật này ở ĐBSCL Mặt khác, vị trí nghiên cứu trong Hình 1 phân bố tương đối trùng hợp với các thành phần tự nhiên chính của đồng bằng theo sơ đồ của Galiano

và McIntire (Hình 2) [8] Đáng lưu ý là vùng Cần Giờ nằm trong bể rìa trong sơ đồ trên, nhưng thực tế về mặt địa lý tự nhiên thì đây là vùng cửa sông của các sông Sài Gòn - Đồng Nai (SG-ĐN)

Dưới đây, chúng ta xem xét các kết quả theo khu vực: thượng lưu châu thổ hay thung lũng sông, giữa châu thổ, bồn rìa châu thổ và phù sa lơ lửng hiện đại thu được trên các sông chính Đồng thời, đối chiếu các kết quả phân tích khoáng vật sét với tuổi tuyệt đối, chế độ trầm tích được công bố trong các tài liệu này cũng cho phép hiểu rõ phần nào biến động thành phần khoáng vật sét theo thời gian

TS96-1: 60-67 cm TS96-1: 83-90 cm TS96-1: 33-40 cm

TS96-1: 115-120 cm TS96-1: 120-125 cm TS96-1: 5-12 cm

16.1A

10.0 A 7.2 A 4.59 A 3.57 AIllite

Smectite,chlorite

Kaolinite

Hình 3 Biểu đồ thành phần khoáng vật sét trong trầm tích đáy Biển Hồ, nguồn [24]

2 Phần thượng lưu châu thổ

Theo Galiano S M và McIntire W G., [8], giới hạn trên của ĐBSCL kéo dài tới phạm vi Phnom Penh Vì vậy, kết quả nghiên cứu địa tầng lõi khoan sâu tới đá gốc tại vị trí cầu Monivong ở Phnom Penh của Carbonnel [2] có thể phản ánh khá rõ thành phần khoáng vật trong trầm tích ở thượng nguồn châu thổ Trong lõi khoan này, hyđromica

và kaolinit chiếm ưu thế Tuy nhiên, montmorilonit lại xuất hiện một cách vượt trội trong một lớp trầm tích có tuổi xấp xỉ 5 ngàn năm (Ka), theo tương quan các tuổi 14C trong lỗ khoan này Trong khi đó, montmorilonit lại xuất hiện ở mức độ đáng kể trong trầm tích đáy Biển Hồ (Tonle Sap)

Kết quả gần đây nhất [24] cho thấy phù sa sông Mêkông bắt đầu tích đọng trên diện rộng ở Biển Hồ từ thời điểm cách nay khoảng 5,5 Ka Kết quả phân tích của Tsukawaki [24] cho thấy lớp phù sa lắng đọng này cũng có thành phần chính là hyđromica và kaolinit, nhưng lượng smectit có khuynh hướng tăng dần từ lớp dưới sâu lên tới trầm tích bề mặt (Hình 3)

3 Phần giữa châu thổ

Đây là vùng nằm trên trục châu thổ và cĩ thể phân ra vùng nam sơng Hậu, Đồng Tháp Mười và vùng giữa sơng Hậu và sơng Tiền

- Vùng nam sơng Hậu

Theo Phạm Hùng và Bùi Văn Thay [19] thì các tập trầm tích ở vùng nam sơng Hậu (vị trí II trong Hình 1) từ trên bề mặt tới độ sâu nhất 15 m cĩ hàm lượng giảm dần của hyđromica, montmorilonit (hai khống vật này chiếm hơn 60-70%), rất ít kaolinit Trong khi đĩ, kết quả phân tích mẫu khoan sâu tới 13 m ở phía bắc thành phố Long Xuyên của Post và Sloan [20] cho thấy hàm lượng các khống vật sét xếp theo trật tự giảm dần: hyđromica, chlorit, kaolinit và smectit

Hình 4 Biểu đồ khống vật sét trong mẫu trầm tích tại Phụng Hiệp, nguồn [14]

Phù sa mới

Kaol-chlorit Illite

Smectite-chlorit

Phù sa cổ

Trầm tích proluvi

phủ trên bề mặt phù sa cổ

Hình 5 Biểu đồ khống vật sét của trầm tích Holocen và Pleistocen trong lõi khoan

nơng TH 70 (Tân Thạnh, Đồng Tháp Mười)

Nằm xa hơn về phía nam trong vùng này, mẫu trầm tích trong một lõi khoan lấy ở gần Phụng Hiệp [14] cho thấy có sự khác biệt là hyđromica và kaolinit chiếm ưu thế tuyệt đối, còn khoáng vật trương nở là smectit chỉ xuất hiện ở dạng vết (Hình 4)

- Vùng Đồng Tháp Mười

Kết quả nghiên cứu của các tác giả [10] trong nhiều tướng trầm tích Holocen khác nhau cho thấy hyđromica và kaolinit luôn chiếm ưu thế trong trầm tích Holocen ở đây Một kết quả khác (Hình 5) phân tích mẫu trầm tích từ vùng Đồng Tháp Mười (V, Hình 1) cũng cho kết quả tương tự Đáng lưu ý là trầm tích Holocen (Phù sa trẻ) có sự khác biệt rõ so với trầm tích Pleistocen (Phù sa cổ) Trầm tích Pleistocen có hàm lượng vượt trội của kaolinit, còn hyđromica có hàm lượng khá thấp và cấu trúc bị phá hủy mạnh (độ kết tinh kém), chlorit và smectit chỉ xuất hiện dưới dạng vết

Illite

Kaolinite-chlorite

14.1 17.8

Hình 6 Thành phần khoáng vật sét ven biển Trà Vinh, mẫu thu thập tháng III/1998

Phân tích tại ORSTOM, Paris

- Vùng cửa sông Mê Kông

Mẫu trầm tích trong các lỗ khoan nông trên bãi triều và đồng thủy triều ở vùng ven biển Trà Vinh được thể hiện trong Hình 6 Ở đây, ta thấy sự hiện diện chủ yếu của hyđromica và kaolinit, còn chlorit và smectit chỉ ở dạng vết

Thành phần khoáng vật sét ở tầng trầm tích bề mặt và ở độ sâu 2 m tại cù lao Dung (phía cửa Trần Đề) trình bày trong Hình 7 Hyđromica và kaolinit chiếm ưu thế trong hai mẫu này Tuy nhiên, ta nhận thấy lượng smectit và chlorit có tăng hơn chút ít so với mẫu ở ven biển Trà Vinh (Hình 6)

4 Bể rìa tây nam châu thổ - bán đảo Cà Mau

Trong trầm tích vùng bán đảo Cà Mau ta cũng gặp ba khoáng vật chính là hyđromica, kaolinit và smectit [14] Tuy nhiên, đáng lưu ý là đi từ vùng bờ vào nội địa thì hàm lượng smectit giảm rõ nét từ các trầm tích mới trong rừng ngập mặn dọc bờ biển tới trầm tích cổ hơn nằm sâu trong nội địa (Hình 8) Trên tuyến này, mẫu trầm tích

ở vị trí xa nhất về phía nội địa được lấy ở gần địa điểm có vỏ sò được định tuổi xuất hiện cách nay 1350 ± 145 năm [18] Đồng thời theo tuyến này, ta cũng thấy mức độ kết tinh của khoáng vật sét cũng tốt hơn trong các trầm tích cổ hơn

Smectite

Illite Kaolinite

Hình 7 Biểu đồ thành phần khoáng vật sét của trầm tích nông tại cù lao Dung (sông

Hậu), mẫu thu thập tháng XI/1994 Phân tích (1995) tại ĐH Bordeaux I

Kaolinite Chlorite Illite

Smectite

K, Ch

K, Ch K, Ch

Il Sm

Sm Sm Il

Sm - smectite, Il - illite, K - kaolinite, Ch - chlorite

Core 3-1

Cam 581

Cam 403

DM 142

Il

Hình 8 Biểu đồ thành phần khoáng vật sét ở bán đảo Cà Mau, nguồn [14]

Hình 9a, b Biểu đồ thành phần khoáng vật sét của trầm tích Holocen

ở vùng rừng ngập mặn Cần Giờ, nguồn [6]

Hình 9 c,d Biểu đồ thành phần khoáng vật sét trong trầm tích Holocen

ở vùng rừng ngập mặn Cần Giờ, nguồn [6]

5 Bể rìa đông nam châu thổ - vùng rừng ngập mặn Cần Giờ

Thành phần khoáng vật sét trong trầm tích ở các độ sâu khác nhau trong ba lõi khoan được trình bày trong Hình 9 Đây là kết quả của một dự án nghiên cứu cơ bản [6] Theo các biểu đồ này, ta thấy ba khoáng vật sét chính là kaolinit, hyđromica và smectit cùng

xuất hiện với tỷ lệ tương đối đồng đều và khá đồng nhất trong các mẫu lấy từ các độ sâu khác nhau

6 Phù sa hiện đại

Thành phần khoáng vật trong hàng loạt mẫu phù sa được phân tích trong nghiên cứu của Goro Uehara và nnk [26] Trong loạt kết quả này, hyđromica và kaolinit luôn chiếm

ưu thế so với chlorit và montmorilonit

Ngoài ra, theo thông tin riêng của Sulkin V M (Viện Hải dương Vladivostok) phân tích mẫu phù sa lơ lửng thu thập năm 1986 thì hyđromica và kaolinit chiếm ưu thế, còn smectit chỉ xuất hiện dưới dạng vết (dưới 5%)

Một kết quả phân tích mẫu phù sa trên sông Hậu thu thập tháng III/1994 cho thấy hyđromica chiếm ưu thế tuyệt đối, mỗi loại kaolinit, chlorit và smectit chỉ chiếm khoảng 10% (Hình 10) [14]

Kết quả phân tích khoáng vật sét huyền phù mới nhất ở sông Hậu trong mùa lũ tháng IX/2005 (Hình 11) cũng cho thấy rõ ưu thế về hàm lượng của hyđromica và kaolinit Hàm lượng smectit thì không đáng kể

7 Vùng tiền châu thổ

Nhiều mẫu khoáng vật sét trong trầm tích đáy ở đây được Chen Pei-Yuan [4] và Jagodzinski [11] nghiên cứu Theo các tác giả này, sự vượt trội hàm lượng của hyđromica tạo nên một dị thường kéo dài từ vùng cửa sông Mêkông xuôi theo hướng đường bờ biển về phía mũi Cà Mau rồi đi vào vịnh Thái Lan Đáng lưu ý là tỷ lệ hàm lượng hyđromica giảm dần theo hướng trên và kèm theo sự nổi trội dần của smectit Trong khi đó trong trầm tích vùng khơi, càng xa bờ thì tỷ lệ phân bố ba khoáng vật sét chính là hyđromica, kaolinit và smectit tương đối ổn định

Hình 10 Biểu đồ thành phần khoáng vật sét trong phù sa trên sông Hậu, mẫu thu thập

1994, phân tích tại ĐH Bordeaux I, nguồn [14]

Hình 11 Biểu đồ thành phần khoáng vật sét trong phù sa mùa lũ trên sông Hậu,

mẫu thu thập tháng IX/2005

III THẢO LUẬN

Từ các kết quả nêu trên, ta thấy được sự có mặt của các khoáng vật sét chính là hyđromica, kaolinit, smectit và chlorit trong trầm tích Holocen ở châu thổ sông Cửu Long Nhưng sự so sánh các kết quả trên cũng cho thấy thực sự có một số quá trình tác động làm thay đổi hàm lượng khoáng vật sét trong trầm tích

1 Chọn lọc tự nhiên trong quá trình vận chuyển vật liệu trầm tích

Trong quá trình vận chuyển theo dòng nước, tỷ lệ thành phần các khoáng vật sét có thể thay đổi do kích thước và cấu tạo của chúng khác nhau, ảnh hưởng tới khả năng di chuyển của chúng trong dòng nước Đây là vấn đề tuyển lọc khoáng vật được các tác giả [24] đưa ra khi theo dõi diễn biến thành phần khoáng vật sét di chuyển trên một cự

ly dài Tuy nhiên, nghiên cứu của Goro Uehara và nnk [26] trên nhiều mẫu phù sa sông Mêkông lấy đồng thời ở nhiều vị trí dọc sông cho thấy không có sự khác biệt này Vật liệu rửa trôi từ các vỏ phong hóa đá gốc khác nhau cũng là một trong những nguyên nhân làm thay đổi thành phần khoáng vật sét trong dòng bùn cát, và thực tế là lưu vực sông Mêkông có khá nhiều loại đá gốc [25] Tuy nhiên, kết quả phân tích của nhiều tác giả về thành phần khoáng vật sét trong phù sa lơ lửng thu thập ở nhiều thời kỳ khác nhau cũng không cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa

Theo nghiên cứu của Hồ Chín và nnk [10] thì lớp trầm tích proluvi không phân chia trong nhiều lỗ khoan ở Đồng Tháp Mười bắt nguồn chủ yếu từ vật liệu tái trầm tích từ

vỏ phong hóa trầm tích Pleistocen ; quá trình này diễn ra trước biển tiến Holocen Điều này thể hiện rõ sự hiện diện của nhóm kaolinit - hyđromica trong hai lớp trầm tích này (Hình 5) Tuy nhiên, biểu đồ Hình 5 còn cho thấy hàm lượng hyđromica thấp hơn và đặc biệt đáng kể là tình trạng cấu trúc tinh thể của hyđromica có dấu hiệu bị phá hủy mạnh (kết tinh rất kém) Điều này rõ ràng có liên quan tới tác động cơ học diễn ra trong quá trình xói mòn - tái trầm tích Tác động hóa học ở đây có thể được loại trừ, vì

kaolinit cũng cĩ thể bị cơng phá bởi phản ứng của mơi trường [5], nhưng trong các mẫu nêu trên kaolinit luơn cĩ cấu tạo kết tinh tốt

Khi vượt ra khỏi vùng cửa sơng thì quá trình tuyển lọc sẽ phức tạp hơn nhiều, bởi cịn cĩ sự tham gia của các nguồn vật liệu khác, chứ khơng gần như đơn nhất như ở trong sơng Như đã nêu, quá trình tuyển lọc thể hiện khơng rõ ràng trong sơng, vì vậy sự phân dị thành phần khống vật trong bùn sét đáy dọc bờ với sự gia tăng của smectit như theo kết quả của Chen Pei-Yuan [4] đã chứng tỏ là ngồi bùn cát ở sơng Mêkơng thì cịn

cĩ nguồn vật liệu khác hịa nhập vào dịng bùn cát ven bờ Điều này là hợp lý vì smectit

cĩ tỷ lệ khá vượt trội trong thành phần khống vật sét trong bùn cát đáy vùng khơi [4]

và ở vùng cửa các sơng Sài Gịn - Đồng Nai và rừng ngập mặn ở phía bắc như đã nêu ở trên Nhưng để định lượng tỷ lệ đĩng gĩp từ các nguồn vật liệu này cần phải cĩ các nghiên cứu sâu tiếp sâu hơn về địa hĩa, ví dụ như các đồng vị Sr

Mặt khác, hướng phát triển của dị thường khống vật sét trong bùn đáy ở cửa các sơng Mêkơng theo kết quả của [4] cũng cho thấy hướng bắc - nam là hướng vận chuyển chính của dịng bùn cát ven bờ ĐBSCL

Phù sa sông

Tỷ lệ cường độ pic

<0.3 0.3 - 0.9

1.0 - 1.9 2.0 - 5.9

Hình 12 Sự phân bố của khống vật sét ở vùng châu thổ Cửu Long cĩ sử dụng kết quả

từ nguồn [4, 14] với sự bổ sung kết quả nghiên cứu mới

2 Sự biến đổi thành phần khống vật trong quá trình biến chất trầm tích

Đây là những biến đổi cấu tạo khống vật sét trong mơi trường tự nhiên, đặc biệt là các khống vật trương nở dễ bị tác động này [12], như phản ứng chua trong dịch đất làm phá huỷ smectit đã được nêu ra ở ĐBSCL [1] Một thử nghiệm về tác dụng nước chua phèn lấy từ khu vực Cà Mau với một mẫu trầm tích cũng trong khu vực này đã được thực hiện và cơng bố trong [14, 15] Kết quả này được thể hiện trong Hình 13

Tuy nhiên, các tác động này sẽ diễn ra khá lâu dài và giới hạn trong khơng gian nhất định [14, 15] Đối với trầm tích châu thổ hiện đại, thì chính vật liệu sinh phèn (các loại sulfur) trong đất phèn là nguyên nhân chính gây ra phản ứng chua trong đất khi bị oxy hĩa hay xuất lộ lên mặt đất Trên thực tế, hiện tượng chua hĩa do đất phèn bị oxy hĩa thường chỉ xuất hiện nơng hơn 2 m [1, 27], do đĩ mẫu khống vật sét lấy từ tầng trầm tích sâu hơn thì hầu như khơng chịu tác động biến đổi này [14] Điều này cũng đã được lưu ý khi so sánh kết quả phân tích khống vật từ các nguồn tài liệu, trên cơ sở đối chiếu với mơ tả địa tầng và sự phân bố đất phèn trên châu thổ