Tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn-Holocen khu vực thềm lục địa Đông Nam Việt Nam: Luận án TS. Khoa học trái đất: 624402

Hiện nay, với sự tăng lên về số lượng tài liệu địa chấn nông phân giải cao và tài liệu mẫu trầm các kết quả nghiên cứu định lượng đầy đủ hơn ở các thềm lục địa khác trên thế giới cho phé

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Trung T

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết

quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công

trình nào khác

Tác giả luận án

Nguyễn Trung Thành

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH MINH HỌA v

DANH MỤC BẢNG xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU KHU VỰC 6

1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực 6

1.1.1 Vị trí địa lý và địa hình 6

1.1.2 Đặc điểm khí tượng và động lực biển 9

1.1.3 Đặc điểm địa chất khu vực 11

1.2 Lịch sử nghiên cứu 16

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 16

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 19

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Cơ sở lý luận về cộng sinh tướng và địa tầng phân tập 22

2.1.1 Cơ sở lý luận về cộng sinh tướng 22

2.1.2 Địa tầng phân tập 24

2.2 Cơ sở tài liệu 29

2.2.1 Tài liệu địa chấn nông phân giải cao 29

2.2.2 Tài liệu mẫu thu thập trong khu vực nghiên cứu 29

2.3 Phương pháp nghiên cứu 32

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu và mô tả trầm tích 32

2.3.2 Phương pháp phân tích độ hạt 32

2.3.3 Tính toán và xử lý các số liệu độ hạt 33

2.3.4 Phương pháp phân tích thành phần hạt vụn 34

ii

2.3.5 Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học 35

2.3.6 Phương pháp phân tích nguyên tố bằng huỳnh quang tia X (XRF) 36

2.3.7 Phương pháp tính tốc độ tích tụ trầm tích hiện đại 36

2.3.8 Phương pháp đo tuổi trầm tích bằng đồng vị 14 C 37

2.3.9 Phương pháp địa chấn địa tầng 38

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH PLEISTOCEN MUỘN -HOLOCEN THỀM LỤC ĐỊA ĐÔNG NAM VIỆT NAM 40

3.1 Trầm tích Pleistocen muộn phần sớm (Q13a) 40

3.2.Trầm tích Pleistocen muộn phần muộn-Holocen (Q13b-Q2) 42

3.2.1 Trầm tích tiền châu thổ-biển nông (Q13b) 42

3.2.2 Trầm tích bãi triều/rừng ngập mặn/vũng vịnh ven bờ (Q13b-Q21) 44

3.2.3 Trầm tích sông-estuary lấp đầy thung lũng cắt xẻ (Q13b-Q21) 46

3.2.4 Trầm tích biển nông-biển mở (Q21-2) 50

3.2.5 Trầm tích Holocen muộn (Q23) 53

3.3 Đặc điểm tướng địa chấn-địa tầng 58

3.4 Đặc điểm phân bố trầm tích bề mặt đáy biển 63

3.4.1 Phân bố trầm tích bề mặt trên thềm lục địa 63

3.4.2 Đặc điểm địa hóa TOC và Cacbonat trong trầm tích bề mặt 67

CHƯƠNG 4.TIẾN HÓA TRẦM TÍCH PLEISTOCEN MUỘN-HOLOCEN THỀM LỤC ĐỊA ĐÔNG NAM VIỆT NAM 70

4.1 Các yếu tố chi phối tiến hóa trầm tích thềm lục địa 71

4.2 Thay đổi mực nước biển Pleistocen muộn-Holocen 72

4.3 Phân chia các miền hệ thống trầm tích 73

4.3.1 Miền hệ thống trầm tích biển cao-thoái tuổi Q13a 74

4.3.2 Miền hệ thống biển thấp tuổi Q13b 81

4.3.3 Miền hệ thống biển tiến và biển tiến-thềm tuổi Q13b-Q21-2 83

4.3.4 Miền hệ thống trầm tích biển cao tuổi Q23 95

4.4 Hệ thống đường bờ cổ thềm lục địa Đông Nam 99

iii

4.5 Tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn-Holocen thềm lục địa Đông Nam106

4.6 Quá trình tích tụ trầm tích giai đoạn Holocen muộn-hiện đại 111

4.6.1 Tốc độ tích tụ trầm tích giai đoạn Holocen muộn 112

4.6.2 Tốc độ tích tụ trầm tích giai đoạn gần đây 118

4.6.3 Quy luật tích tụ và xu hướng vận chuyển trầm tích 125

KẾT LUẬN 129

KIẾN NGHỊ 131

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA TÁC GIẢ 132

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

PHỤ LỤC 146

iv

CÁC TỪ VIẾT TẮT

LGM: Cực đại băng hà cuối cùng

ĐBSCL: Đồng bằng Sông Cửu Long

TĐN: Thềm lục địa Đông Nam

HST: Miền hệ thống trầm tích biển cao-thoái, biển cao TST: Miền hệ thống trầm tích biển tiến

MIS: Thời kỳ đồng vị oxy biển

ĐCNPGC: Địa chấn nông phân giải cao

TLCX: Thung lũng cắt xẻ

v

DANH MỤC HÌNH MINH HỌA

Hình 1.1: Khu vực nghiên cứu và ba tuyến địa hình 7

Hình 1.2: Mặt cắt ngang theo ba tuyến địa hình [117] 8

Hình 1.3: Hình thái địa hình 3D khu vực ĐBSCL và thềm liền kề [26] 9

Hình 1.4: Chu trình dòng chảy tầng mặt dưới ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam (a) mùa hè, (b) mùa đông [85] 10

Hình 1.5: Vị trí bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn trên TĐN 12

Hình 1.6: Cột địa tầng tổng hợp bể Cửu Long [3] 15

Hình 1.7: Cột địa tầng tổng hợp bể Nam Côn Sơn [4] 16

Hình 2.1: Sơ đổ thể hiện cộng sinh tướng theo không gian (A) và thời gian (B) môi trường lục địa và châu thổ [11] 23

Hình 2.2: Mô phỏng quá trình phát triển của estuary trong mối quan hệ với thay đổi mực nước biển [31] 23

Hình 2.3: Tổ hợp cộng sinh tướng môi trường châu thổ và estuary [31] 24

Hình 2.4: Miền hệ thống trầm tích phản ứng với sự thay đổi mực nước biển [105] 25 Hình 2.5: Miền hệ thống trầm tích [33] 26

Hình 2.6: Dao động mực nước biển trong khoảng Pleistocen giữa-muộn; các số 11,9,7,6,5,2,1 tương ứng với thời kỳ đồng vị oxy biển (Rohling nnk., 2012) [68] 27

Hình 2.7: Thay đổi mực nước biển Pleitocen muộn - Holocen [48] và phân chia miền hệ thống trầm tích, (a) đường cong lý thuyết, (b) đường cong thực tế 28

Hình 2.8: Vị trí các tuyến đo địa chấn nông phân giải cao và các điểm lấy mẫu trên thềm lục địa 30

Hình 2.9: Vị trí các tuyến ĐCNPGC và các mẫu trầm tích sử dụng để minh họa trong luận án 31

Hình 2.10: Biểu đồ tam giác phân loại các kiểu trầm tích [44] 34

Hình 2.11: Hàm lượng phần trăm thành phần hạt vụn mẫu VG5-16 35

Hình 2.12: Hàm lượng phần trăm thành phần hạt vụn cột mẫu SO140-21 [85] 35

Hình 2.13: Phân loại tướng địa chấn và môi trường trầm tích [28, 102] 39

vi

Hình 2.14: Các dạng hình học cấu tạo địa tầng [33] 39 Hình 3.1: Vị trí lấy mẫu 187-116 trên tuyến 050409 (xem vị trí hình 2.9) 41

sâu 1 m của cột mẫu 187-116 thu thập tại độ sâu 32 m 41

sâu 89 m [85] (xem vị trí hình 2.9) 42 Hình 3.4: Tuyến 990407P2 khu vực thềm ngoài (xem vị trí tuyến ở hình 2.9) 43

SO140-21 [85] 43 Hình 3.6: Biến đổi tỷ số log(Ti/Ca) thể hiện môi trường trầm tích biển nông/tiền châu thổ khu vực thềm ngoài và tuổi 14C (BP) [98] 44 Hình 3.7: Hàm lượng cát, CaCO3, TOC cột mẫu 140-17 lấy tại độ sâu 109 m nước [85] (xem vị trí mẫu ở hình 2.9) 45 Hình 3.8: Đặc điểm trầm tích đầm lầy/bãi triều từ 200-460 cm phần dưới cột mẫu 187-114 (xem vị trí mẫu ở hình 2.9) 45 Hình 3.9: Vị trí lấy mẫu 187-114 trên tuyến 050408 (xem vị trí ở hình 2.9) 45 Hình 3.10: Vị trí lấy mẫu gần TLCX tuyến 990504 (xem vị trí tại hình 2.9) 47 Hình 3.11: Cột mẫu 140-03 lấy tại độ sâu 86 m nước cho thấy tướng trầm tích cửa sông (bổ sung từ [85]) (xem vị trí mẫu tại hình 2.9) 47

47 Hình 3.13: Đặc điểm trầm tích tại cột mẫu 187-69 (xem vị trí hình 2.9) 48 Hình 3.14: Vị trí lấy mẫu 187-96 khu vực TLCX 48 Hình 3.15: Biến đổi hàm lượng thành phần địa hóa các nguyên tố Fe, Ti, Ca và Al của cột mẫu 187-96 lấy tại độ sâu 31 m nước 48 Hình 3.16: Biến đổi hàm lượng thành phần địa hóa các nguyên tố Fe, Ti, Ca và Al của cột mẫu 187-69 tại độ sâu 42 m nước 49 Hình 3.17: Biến đổi hàm lượng thành phần địa hóa các nguyên tố Fe, Ti, Ca và Al của cột mẫu 187-73 tại độ sâu 31 m nước 49

vii

187-70 [98] 49

Hình 3.19: Sạn cát laterit chứa vỏ sinh vật mài tròn tốt tại vị trí mẫu T99-101 nằm về phía tây nam đảo Côn Đảo [14] 50

Hình 3.20: Đặc điểm trầm tích biển mở phần trên cột mẫu 0-90 cm [85] (xem vị trí ở hình 2.9) 51

Hình 3.21: Biến đổi hàm lượng log(Ti/Ca) theo cột mẫu 187-69 và 187-70 [98], phần trên 0-1,5 m cho thấy môi trường biển nông 52

Hình 3.22: Vị trí lấy mẫu KC-03, KC-58 trên tuyến địa chấn Line-06, Line-12 (xem vị trí hình 2.9) 54

Hình 3.23: Vị trí lấy mẫu KC-05 và KC-79 trên tuyến Line-04 và Line-65 (xem vị trí tại hình 2.9) 54

Hình 3.24: Ảnh vi cấu tạo bột sét xen kẹp bột cát mịn cột mẫu KC-03 55

Hình 3.25: Ảnh vi cấu tạo bột sét xen kẹp bột cát mịn cột mẫu KC-58 55

Hình 3.26: Ảnh vi cấu tạo bột sét xen kẹp bột cát mịn cột mẫu KC-79 55

Hình 3.27: Biến đổi hàm lượng phần trăm cát, bột và sét trong cột mẫu 03, KC-09, KC-12, KC-58 và KC-79 56

Hình 3.28: Biến đổi kích thước hạt trung bình d50 trong cột mẫu KC-03, KC-09, KC-12, KC-58 và KC-79 56

Hình 3.29: Các bề mặt phản xạ chính 59

Hình 3.30: Bản đồ độ sâu bề mặt SB1 bên dưới mực nước biển khu vực TĐN (có bổ sung từ [24, 39]) 62

Hình 3.31: Bản đồ bề dày trầm tích tuổi Q13b-Q2 khu vực TĐN ([24, 39], có bổ sung) 62

Hình 3.32: Bản đồ phân bố trường trầm tích khu TĐN Việt Nam độ sâu 0-100 m tỷ lệ 1: 500.000 (thu nhỏ) [9,10,13] 64

Hình 3.33: Bản đồ phân bố kích thước hạt trầm tích trung bình (d50) khu vực độ sâu 0-60 m nước [26] 65

Hình 3.34: Sơ đồ phân bố hàm lượng cát vùng châu thổ ngầm ([97], có bổ sung) 66 Hình 3.35: Sơ độ phân bố hàm lượng cát sạn trên thềm chuyển tiếp (%) [22] 66

viii

Hình 3.36: Sơ đồ phân bố hàm lượng mảnh đá trên thềm chuyển tiếp (%) [22] 66

Hình 3.37: Sơ đồ phân bố hàm lượng mảnh vỏ sinh vật (%) [22] 67

Hình 3.38: Sơ đồ phân bố hàm lượng foram (%) [22] 67

Hình 3.39: Vị trí các mẫu phân tích hàm lượng TOC và CaCO3 68

Hình 3.40: Biến đổi tham số kích thước hạt và hàm lượng cacbonat [97] 69

Hình 3.41: Biến đổi tham số kích thước hạt và hàm lượng cacbonat [97] 69

Hình 3.42: Biến đổi tham số kích thước hạt và hàm lượng cacbonat [97] 70

Hình 3.43: Hàm lượng TOC và CaCO3 khu vực thềm chuyển tiếp Vũng Tàu-Phan Thiết [61] 70

Hình 3.44: Hàm lượng TOC và CaCO3 khu vực thềm ngoài [85] Hình 4.1: Thay đổi mực nước biển giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen [87] 72

Hình 4.2: Thay đổi mực nước biển kể từ thời kỳ LGM [nguồn số liệu từ 6, 8, 47, 49, 89, 98] 73

Hình 4.3: Tập T1 trên tuyến 050409 (xem vị trí tuyến hình 2.9) 78

Hình 4.4: Tập T1 trên tuyến 050408 78

Hình 4.5: Tập T1 trên tuyến 25040508 79

Hình 4.6: Tập T1 trên tuyến 25040509 (xem vị trí tại hình 2.9) 79

Hình 4.7: Tập T1 trên tuyến 10050414 80

Hình 4.8: Tập T1 trên tuyến 990406A (xem vị trí tại hình 2.9) 80

Hình 4.9: Liên kết địa tầng miền biển cao tập T1 (HST) và biển thấp tập T2 (LST) (xem vị trí cột mẫu tại hình 2.9) 81

Hình 4.10: Nêm trầm tích biển thấp T2 (xem vị trí tuyến hình 2.9) 83

Hình 4.11: Tập T3 lấp đầy TLCX và lớp phủ thềm T4 86

Hình 4.12: Tập T3 lấp đầy TLCX và lớp phủ thềm T4 86

Hình 4.13: Tập T3 lấp đầy TLCX và lớp phủ thềm T4 (vị trí tuyến xem hình 2.8) 87 Hình 4.14: Liên kết địa tầng miền hệ thống trầm tích biển tiến, biển tiến-thềm khu vực ngoài khơi Vũng Tàu (xem vị trí cột mẫu hình 2.8) 87

Hình 4.15: Tập T3 lấp đầy TLCX và lớp phủ thềm T4 trên tuyến 22040522 88

Hình 4.16: Lớp phủ thềm T4 trên tuyến 23040509 89

Hình 4.17: Lớp phủ thềm T4 trên tuyến 23040504 (xem vị trí hình 2.9) 89

ix

Hình 4.18: Liên kết địa tầng khu vực thềm chuyển tiếp khu vực trước cửa sông

Mekong (vị trí cột mẫu xem hình 2.9) 90

Hình 4.19: Thành tạo hang xoắn Gyrolithe trong cột mẫu 187-100 (vị trí cột mẫu trên tuyến 050404 hình 4.22) [109] 91

Hình 4.20: Tập T3 lấp đầy TLCX và lớp phủ thềm T4 trên tuyến 050406 (xem vị trí tuyến tại hình 2.9) 92

Hình 4.21: Tập trầm tích T3 lấp đầy TLCX tuyến 050404 92

Hình 4.22: Tập trầm tích T3 lấp đầy TLCX tuyến 050403 93

Hình 4.23: Tập trầm tích T3 lấp đầy TLCX tuyến 050306 93

Hình 4.24: Liên kết địa tầng miền biển tiến (xem vị trí mẫu tại hình 2.9) 94

Hình 4.25: Tập trầm tích T5 trên tuyến Line-11 96

Hình 4.26: Tập trầm tích T5 trên tuyến Line-13 96

Hình 4.27: Tập trầm tích T5 trên tuyến Line-02 97

Hình 4.28: Tập trầm tích T5 trên tuyến Line-07 (xem vị trí tại hình 2.9) 97

Hình 4.29: Tập trầm tích T5 trên tuyến Line-12 98

Hình 4.30: Tập trầm tích T5 trên tuyến Line-29 98

Hình 4.31: Tập trầm tích T5 trên tuyến Line-17 (xem vị trí tại hình 2.9) 99

Hình 4.32: (a) Dấu tích cồn cát cao 5 m và thềm biển, (b) sóng cát ngầm có độ cao 5 m (xem vị trí tuyến tại hình 2.9) 101

Hình 4.33: Các cồn cát ven bờ sót trên đáy biển (a) tuyến 10050414, (b) tuyến 19050406 103

Hình 4.34: (a) Dấu tích cồn cát cổ, (b) Các bề mặt bào mòn cứng (xem vị trí tuyến tại hình 2.9) 103

Hình 4.35: Thay đổi mực biển sau LGM được thực hiện bởi Fairbanks (1989), và được hiệu chỉnh lại bởi Montaggioni và Braithwaite (2009) [68] 105

Hình 4.36: Vị trí phân bố dấu tích các đường bờ cổ trên TĐN 106

Hình 4.37: Tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn-Holocen khu vực TĐN (sông trên mặt cắt có tính minh họa không phản ánh hướng dòng chảy) 109

Hình 4.38: Tương quan địa tầng khu vực TĐN (xem vị trí cột mẫu hình 2.9) 110

Hình 4.39: Các điểm tính toán tốc độ tích tụ trầm tích 112

x

Hình 4.40: Vị trí mẫu KC-03 và KC-04 trên tuyến line-06 và KC-12 trên tuyến Line-10 (vị trí xem tại hình 2.9) 113 Hình 4.41: Tốc độ tích tụ trầm tích theo ba cột mẫu KC-03 và KC-04 và KC-12 (tốc

độ tích tụ cao VH; tốc độ tích tụ 0,14 cm/năm) 113 Hình 4.42: Vị trí các cột mẫu KC-9, KC-10 và KC-11 trên tuyến Line-12 (xem vị trí tuyến hình 2.9) 114 Hình 4.43: Kết quả tính tốc độ tích tụ theo ba cột mẫu KC-09, KC-10 và KC-11 (tốc

độ tích tụ cao VH; tốc độ tích tụ 0,14 cm/năm) 115 Hình 4.44: Vị trí KC-23 và KC-17 trên truyến line-15 và line-20 115 Hình 4.45: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo cột mẫu KC-17 và KC-23 (VH: tốc độ rất cao) 116 Hình 4.46: Vị trí các cột mẫu KC-79 và KC-77 trên tuyến Line-65 117 Hình 4.47: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo cột mẫu KC-79 và KC-77 117 Hình 4.48: Sơ đồ thể hiện kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích từ tuổi 14C 118 Hình 4.49: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo ba cột mẫu VG-18, 187-73 và 187-71 120 Hình 4.50: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo ba cột mẫu KC-03, KC-04 và D-45 (SAR tốc độ tích tụ trầm tích) 120 Hình 4.51: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo ba cột mẫu D-17, KC-51 và KC-13 121 Hình 4.52: Kết quả tính tốc độ tích tụ theo ba cột mẫu KC-09, KC-10, và KC-11 122 Hình 4.53: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo ba cột mẫu KC-18, KC-17 và KC-15 122 Hình 4.54: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo ba cột mẫu KC-79, KC-78 và KC-77 123 Hình 4.55: Kết quả tính tốc độ tích tụ trầm tích theo cột mẫu 187-99 124 Hình 4.56: Phân chia các đới tích tụ trầm tích [107] 127 Hình 4.57: Sơ đồ xu hướng tích tụ và vận chuyển trầm tích trên TĐN (kết quả tính

từ hoạt độ đồng vị 210Pb dư) 128

xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 : Một số công thức tính toán các thông số độ hạt sử dụng trong

GRADISTAT 33 Bảng 2.2: Thang phân chia kích thước hạt trong GRADISTAT [100,108] 33 Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả phân tích lát mỏng thạch học 52 Bảng 3.2: Kết quả phân tích khoáng vật bằng lát mỏng thạch học cho hai mẫu D-30

và D-40 57 Bảng 3.3: Các đơn vị địa chấn và ranh giới phân chia 61

đề tài, chương trình điều tra cấp nhà nước và hợp tác quốc tế Nghiên cứu địa chất

Đệ tứ thềm lục địa Việt Nam và thềm Đông Nam đã làm tăng thêm hiểu biết về lịch

sử địa chất của thềm trong giai đoạn trẻ nhất của Trái Đất

Tuy nhiên, nhiều vấn đề còn tồn tại về tiến hóa trầm tích trong thời kỳ Đệ tứ nói chung và giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen nói riêng trên thềm lục địa Việt Nam

do thiếu tài liệu, số liệu trầm tích định lượng, đặc biệt là tuổi trầm tích Hiện nay, với sự tăng lên về số lượng tài liệu địa chấn nông phân giải cao và tài liệu mẫu trầm

các kết quả nghiên cứu định lượng đầy đủ hơn ở các thềm lục địa khác trên thế giới cho phép chúng ta thực hiện những nghiên cứu sâu và chi tiết hơn về tiến hóa trầm tích giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen do ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước biển toàn cầu và các yếu tố địa phương Khu vực thềm lục địa Đông Nam trong những năm qua cũng đã có một số kết quả nghiên cứu về thành tạo trầm tích lấp đầy một số thung lũng cắt xẻ, đặc điểm trầm tích bề mặt của thềm, quá trình tích tụ trầm tích khu vực ven bờ biển, phân chia một số tướng địa chấn trên một số mặt cắt địa chấn thu thập ở một vài khu vực trên thềm Nhưng vẫn còn một số khoảng chống trong nghiên cứu trầm tích Pleistocen muộn phần sớm, tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn phần muộn-Holocen trên quy mô tổng thể của thềm lục địa và quy luật tích tụ trầm tích khu vực thềm ven bờ giai đoạn Holocen muộn-hiện đại

Chính vì vậy, để góp phần vào việc hoàn thiện bức tranh tiến hóa trầm tích TĐN, bổ sung thêm các thông tin về việc luận giải môi trường tích tụ trầm tích, phân chia các tập trầm tích, xác định ranh giới giữa các tập trầm tích trong mối quan

2

hệ với sự thay đổi mực nước biển, NCS chọn đề tài luận án tiến sỹ: "Tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn-Holocen khu vực thềm lục địa Đông Nam Việt Nam" Đề tài này được thực hiện chủ yếu trên cơ sở minh giải tài liệu địa chấn nông phân giải cao, kết hợp với kết quả phân tích một số mẫu, cột mẫu trầm tích thu thập được trong khu vực nghiên cứu

2 Mục tiêu của luận án

- Làm sáng tỏ tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn-Holocen khu vực thềm lục địa Đông Nam, Việt Nam thông qua việc xác định các miền hệ thống trầm tích trên thềm trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển

- Làm sáng tỏ quá trình tích tụ trầm tích giai đoạn Holocen muộn -hiện đại trên khu vực thềm lục địa ven bờ đồng bằng Sông Cửu Long

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Thành tạo trầm tích hình thành trong giai đoạn Pleistocen muộn- Holocen

- Phạm vi nghiên cứu: Vùng thềm lục địa Đông Nam Việt Nam nằm trong khoảng

độ sâu 0-200 m nước

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm trầm tích trên thềm lục địa thông qua các tài liệu mẫu trầm tích thu thập được

- Xác định các miền hệ thống trầm tích trên thềm thông qua việc phân tích các đặc điểm tướng địa chấn, các bề mặt phản xạ kết hợp với kết quả phân tích mẫu trầm tích, tuổi trầm tích và đặt trong quan hệ với sự thay đổi mực nước biển giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen

- Xác định tốc độ tích tụ trầm tích trên vùng thềm trong và lân cận nhằm đánh giá

sự tiến hóa trầm tích của thềm trong giai đoạn Holocen muộn-hiện đại và xu hướng tích tụ-vận chuyển trầm tích theo không gian

3

5 Cơ sở tài liệu

- Sáu mươi cột mẫu trầm tích và hơn ba trăm mẫu trầm tích bề mặt được thu thập từ các chuyến khảo sát trong chương trình hợp tác Việt-Đức (SO-140, VG-5, VG-9, SO187-3, MEKONG-2007, MEKONG-2008) vào năm 1999, 2004, 2005, 2006,

2007, 2008 và hợp tác Việt - Mỹ vào năm 2014 và 2015

- Tổng cộng hơn 4000 km tuyến địa chấn thu thập được trên khu vực thềm lục địa Đông Nam cũng trong hợp tác Việt-Đức và Việt-Mỹ

- Các tài liệu, kết quả phân tích từ đề tài hợp tác Việt-Đức, Việt-Mỹ trong các giai đoạn mà nghiên cứu sinh là thành viên tham gia chính, thư ký khoa học trong hợp tác Việt-Đức và chủ nhiệm Đề tài trong hợp tác Việt - Mỹ

- Các kết quả từ các công trình đã công bố trên thềm lục địa Đông Nam và các thềm lục địa khác trên thế giới

- Các bản đồ phân bố trầm tích thềm lục địa đã được thành lập và xuất bản

6 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn-Holocen thềm lục địa Đông

Nam bị chi phối bởi sự thay đổi mực nước biển trong giai đoạn này bao gồm các miền hệ thống trầm tích sau:

- Miền hệ thống trầm tích biển cao-thoái (HST) cổ nhất hình thành vào thời kỳ biển cao cho đến mực biển thoái xuống xấp xỉ mép thềm lục địa vào khoảng 125-26 nghìn năm trước, được đặc trưng bởi các trầm tích cát, cát bột sét aluvi, cát bột sét aluvi châu thổ-tiền châu thổ, bùn sét bãi triều và cát bùn biển nông

- Miền hệ thống trầm tích biển thấp (LST) hình thành vào thời kỳ mực nước biển thấp vào khoảng 26-17 nghìn năm trước, được đặc trưng bởi trầm tích bột sét xen lẫn cát mịn biển nông phân bố tại khu vực mép thềm lục địa

- Miền hệ thống trầm tích biển tiến (TST, TST/SST) hình thành vào thời kỳ biển tiến Flandrian cho đến thời kỳ biển cao có tuổi trong khoảng 17-6 nghìn năm trước, được đặc trưng bởi, dãy cộng sinh tướng cát sông, cát bùn-bùn cát estuary, bùn đầm lầy bãi triều ven biển và cát, cát bùn, cát sạn laterit giàu cacbonat biển nông

4

- Miền hệ thống trầm tích biển cao (HST) có tuổi khoảng 6 nghìn năm trở lại đây, hình thành vào thời kỳ mực nước biển hạ xuống phủ lên trên miền hệ thống trầm tích biển tiến với dãy cộng sinh tướng bao gồm cát, cát bùn, bùn tiền châu thổ

Luận điểm 2: Quá trình tích tụ trầm tích tại khu vực thềm ven bờ ĐBSCL phản

ánh một số quy luật vận chuyển và tích tụ trầm tích giai đoạn Holocen muộn-hiện đại như sau:

- Tốc độ tích tụ trầm tích thấp ở đới đỉnh châu thổ ngầm, tăng lên ở khu vực sườn châu thổ ngầm và giảm về phía chân châu thổ ngầm-thềm lân cận

- Hai tâm tích tụ trầm tích lớn ở vùng châu thổ ngầm ven bờ ĐBSCL bao gồm vùng phía trước cửa sông Mekong và vùng lân cận bán đảo Cà Mau

- Quy luật tích tụ trầm tích khu vực thềm phản ánh xu hướng vận chuyển trầm tích về phía tây nam chiếm ưu thế

7 Những điểm mới của luận án

- Xác lập bốn bề mặt ranh giới tập chính bao gồm SB2, SB1, TS và MFS tương ứng với năm tập trầm tích T1, T2, T3, T4 và T5 và bốn miền hệ thống bao gồm miền hệ thống biển cao-thoái (HST), biển thấp (LST), biến tiến (TST và TST/SST)

và biển cao trẻ nhất (HST) trên TĐN giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen

- Xác định sự hình thành thành tạo phong hóa cứng (mức độ cao nhất là lớp laterit), sự phát triển của lớp phủ thực vật, và tốc độ hạ xuống chậm của mực nước biển từ thời kỳ đồng vị oxy biển 5 (MIS 5) cho đến cực đại băng hà cuối cùng (LGM) là những nguyên nhân làm cho tập trầm tích T1 có bề dày ~10 m lớn hơn so với tập trầm tích T4 có bề dày ~2-4 m

- Xác định các bậc thềm cổ, cồn cát, sóng cát đáy biển là các di tích của các đới

bờ cổ phân bố ở độ sâu 120-100 m; 55-60 m; và 25-30 m hình thành vào các thời kỳ tương ứng 18-15 nghìn năm, 13-11 nghìn năm và 10-9 nghìn năm trước

- Xác định hệ thống dòng chảy cổ của hệ thống Sông Đồng Nai, sông Mekong chảy qua khu vực thềm chuyển tiếp về phía đông, và một số chi lưu địa phương khu vực gần bán đảo Cà Mau chảy về phía Vịnh Thái Lan và ảnh hưởng của độ dốc địa hình chi phối hình thái thung lũng sông cắt xẻ trên khu vực thềm vào thời kỳ mực nước biển thấp

5

- Xác định quy luật tích tụ trầm tích như sau: tốc độ tích tụ thấp ở đới đỉnh châu thổ (<1 cm/năm), tăng lên ở đới sườn châu thổ (1-10 cm/năm), giảm về phía chân châu thổ-thềm kế cận (<1 cm/năm), và xu hướng vận chuyển trầm tích vùng thềm ven bờ về phía tây nam chiếm ưu thế

8 Ý nghĩa của luận án

Ý nghĩa lý luận:

- Xác định tiến hóa trầm tích giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen thềm lục địa Đông Nam bị chi phối bởi sự thay đổi mực nước biển toàn cầu, các yếu tố địa phương bao gồm gradient địa hình và hoạt động của sông góp phần làm sáng tỏ quy luật cộng sinh tướng trầm tích

6

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN

CỨU KHU VỰC 1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực

1.1.1 Vị trí địa lý và địa hình

Khu vực nghiên cứu là vùng thềm lục địa nằm ở phía tây nam của Biển Đông

và nằm về phía nam, đông nam Việt Nam kéo dài từ khu vực Bình Thuận xuống

trong khoảng 0-200 m nước Khu nghiên cứu nằm về phía đông, đông nam của ĐBSCL, tiếp giáp với thềm lục địa Miền Trung hẹp và dốc về phía bắc, tiếp giáp với thềm lục địa Sunda thoải và rộng về phía nam, tiếp giáp với Vịnh Thái Lan về phía tây

Độ dốc địa hình thềm lục địa Đông Nam (TĐN) giảm khi đi về phía nam của khu vực nghiên cứu, nơi tiếp giáp với thềm lục địa Sunda Độ dốc thềm lục địa được ước tính theo ba tuyến địa hình (hình 1.1), tính theo tỷ lệ chiều cao chia cho chiều dài Tuyến địa hình 01 ở phía bắc giáp miền trung độ dốc vào khoảng 0,0009, giảm xuống 0,00062 tính theo tuyến địa hình 02 và giảm xuống < 0,0003 tính theo tuyến địa hình 03 (hình 1.2)

Khu vực nghiên cứu được phân ra thành ba khu vực: Khu vực thềm trong nằm trong giới hạn độ sâu không quá 25 m nước, nơi mà phần lớn trầm tích từ sông Mekong hiện đại tích tụ lại, khu vực thềm chuyển tiếp nằm trong khoảng độ sâu 25

m đến 80 m nước, khu vực thềm ngoài ở độ sâu lớn hơn 80 m ra đến mép thềm lục địa ở độ sâu khoảng 120 m (hình 1.2)

Khu vực nghiên cứu có hai con sông lớn đổ vào là sông Mekong và sông Đồng Nai Sông Mekong là một trong những con sông lớn nhất trên thế giới và ở châu Á Sông Mekong có chiều dài khoảng 4690 km bắt nguồn từ cao nguyên Tây Tạng chảy qua sáu nước bao gồm Trung Quốc, Miến Điện, Lào, Thái Lan, Campuchia và cuối cùng là Việt Nam trước khi chảy vào Biển Đông Sông Mekong trên lãnh thổ Việt Nam được gọi là sông Cửu Long và phân ra thành hai nhánh là

7

sông Tiền và sông Hậu Sông Tiền chảy ra biển thông qua sáu cửa sông là Cửa Tiểu, Cửa Đại, Ba Lai, Hàm Luông, Cung Hầu, và Cổ Chiên Sông Hậu chảy ra biển thông qua cửa Định An và cửa Trần Đề Lưu lượng nước của sông Mekong đứng thứ 10 trên thế giới tính tại cửa sông, và có lưu lượng vận chuyển trầm tích ra

nằm hoàn toàn trong lãnh thổ Việt Nam hội nhập với sông Sài Gòn chảy qua thành phố Hồ Chí Minh trước khi đổ ra biển

Hình 1.1: Khu vực nghiên cứu và ba tuyến địa hình

8

Hình 1.2: Mặt cắt ngang theo ba tuyến địa hình [117]

Khu vực ĐBSCL nằm về phía tây bắc của thềm, được hình thành do quá trình bồi lấp trầm tích của sông Mekong trong suốt 6 nghìn năm qua, kết hợp với sự hạ xuống của mực nước biển ~ 2,5 m Vì vậy, vùng đồng bằng có đặc điểm địa hình thấp, tương đối bằng phẳng với độ cao trung bình trên mực nước biển 3-5 m, nhiều khu vực ven biển địa hình chỉ cao hơn mực nước biển 0,5-1 m Khu vực biển nông ven bờ cho thấy địa hình đáy biển trong khoảng độ sâu 0-6 m có dạng khá bằng phẳng xen lẫn một số cồn ngầm đặc biệt khu vực các cửa sông đổ ra biển Ở độ sâu 6-20 m cho thấy đây là sườn dốc với gradient địa hình cao đặc biệt ở khu vực trước cửa sông Mekong và vùng phía nam, đông nam bán đảo Cà Mau Địa hình khá bằng phẳng với gradient địa hình thoải ở độ sâu khoảng 20-60 m nước Hình thái địa hình 3D (hình 1.3) được xây dựng từ bản đồ địa hình và độ sâu tỷ lệ 1:200.000 và 1: 50.000 cho ta thấy địa hình tổng thể khu vực ĐBSCL và vùng thềm kế cận

9

Hình 1.3: Hình thái địa hình 3D khu vực ĐBSCL và thềm liền kề [26]

1.1.2 Đặc điểm khí tượng và động lực biển

Dòng chảy tầng mặt: Khu vực nghiên cứu bị chi phối bởi chế độ gió mùa bao gồm gió mùa đông bắc vào mùa đông từ tháng 10 đến hết tháng 3 năm sau và gió mùa tây nam từ tháng 4 đến hết tháng 9 Hệ thống gió mùa tạo ra chu trình dòng chảy tầng mặt trên biển ngược nhau Trong mùa đông dưới ảnh hưởng của gió mùa đông bắc, dòng chảy có hướng tây nam Ngược lại trong mùa hè dưới ảnh hưởng của gió mùa tây nam, dòng chảy có hướng đông bắc (hình 1.4) Nhìn chung, các nghiên cứu về ảnh hưởng của gió mùa lên chu trình dòng chảy và vận chuyển trầm tích cho thấy ảnh hưởng của gió mùa đông bắc lên khu vực là mạnh hơn so với gió mùa tây nam

10

Hình 1.4: Chu trình dòng chảy tầng mặt dưới ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và

gió mùa tây nam (a) mùa hè, (b) mùa đông [85]

Chế độ thủy triều: Trong khu vực nghiên cứu có chế độ triều hỗn hợp thiên về bán nhật triều Độ cao triều lớn nhất ở Cần Giờ đạt cực đại khoảng 4 m và giảm dần

về phía tây nam đến mũi Cà Mau với độ cao còn khoảng 2 m và số ngày nhật triều tăng lên Sóng triều trong vùng này là sóng tiến truyền theo phương đông bắc-tây nam Phía tây bán đảo Cà Mau trong khu vực Vịnh Thái Lan, độ cao thủy triều chỉ biến đổi trong khoảng 0,5-1 m

Chế độ sóng: Trong mùa gió đông bắc, hướng sóng ưu thế ở vùng ngoài khơi Bình Thuận là đông bắc với tần suất lớn nhất là 83,0 % xảy ra vào tháng 1 ở vùng phía bắc và 89,2 % vào tháng 2 ở vùng phía nam Ở vùng ven bờ hướng sóng ưu thế

là đông hoặc đông bắc Vùng ngoài khơi suất bảo đảm độ cao sóng trong mùa này h

> 3,5 m ở vùng phía bắc (26,6 %) cao hơn ở phía nam với sự lệch pha 1 tháng Độ cao sóng cực đại ghi được ở vùng ngoài khơi là 8 m với tần suất 0,5-1,0 % và vùng ven bờ là 4,5 m ghi được vào tháng 2 Vào thời kỳ gió mùa tây nam ở vùng ngoài khơi sóng có hướng tây nam chiếm ưu thế, tần suất lớn nhất ở phía bắc (ngoài khơi Bình Thuận) là 77,3 % xảy ra trong tháng 7 và ở vùng phía nam là 68 % xảy ra trong tháng 9 Ở vùng ven bờ, hướng sóng ưu thế là tây hoặc nam Trong thời kỳ

11

này, ở vùng ngoài khơi suất bảo đảm độ cao sóng h>3,5 m ở vùng phía bắc và phía nam lần lượt là 10,4 % và 5 % Ở vùng ven bờ, độ cao sóng trong mùa gió tây nam nhỏ hơn so với độ cao sóng trong mùa gió mùa đông bắc khoảng 1-2 m

1.1.3 Đặc điểm địa chất khu vực

Khu vực nghiên cứu thuộc vùng rìa mảng Đông Dương Các pha tạo rift trong suốt Kanoizoi đã tạo nên các khối sụt lún và khối nâng lớn trong khu vực Trong số này, các bể Cửu Long và Nam Côn Sơn là các bể đáng chú ý nhất nằm trên khu vực TĐN, từ cấu trúc và tiềm năng dầu khí (hình 1.5) Hệ thống đứt gãy kinh tuyến 110 giữ vai trong quan trọng như ranh giới phân chia thềm lục địa với các bể nước sâu

Đá móng trước Kainozoi trong khu vực nghiên cứu chủ yếu gồm granit và granodiorit-diorit, ngoài ra còn gặp đá biến chất, phiến sét, phiến serixit, cát, bột kết

và các thành tạo núi lửa Đá móng ở khu vực thềm lục địa có thể xếp tương đương với phức hệ Hòn Khoai, tuổi Trias muộn [3] Tại bể Cửu Long, các đá gồm amphybol biotit-diorit, monzonit và adamelit, được xem như là phức hệ magma cổ nhất của móng trước Kainozoi trên TĐN Đá móng ở đới nâng Côn Sơn chủ yếu là các đá xâm nhập, phun trào thành phần axit tuổi Jura-Creta, tương đồng với các phức hệ núi lửa-pluton Đà Lạt [4]

Địa tầng khu vực bể Cửu Long và Nam Côn Sơn được tổng hợp (hình 1.6 và 1.7) Trong giai đoạn Kainozoi, địa tầng khu vực bao gồm chủ yếu các thành tạo Eocen, Oligocen, Miocene, và Pliocen-Đệ tứ:

Thành tạo Eocen như hệ tầng Cà Cối hoặc Cù Lao Dung được cho có trong các trũng địa hào đáy sâu nhất ở bể Cửu Long với bề dày 400-600 m Hệ tầng này gồm các trầm tích vụn thô như cuội sạn kết, cát kết đa khoáng có xen các lớp bột kết và sét kết hydromica-clorit-sericit mỏng Trầm tích có mầu nâu đỏ, đỏ tím, tím lục sặc

sỡ với độ chọn lọc kém, đặc trưng kiểu molas lũ tích lục địa thuộc các trũng trước núi Creta-Paleocen-Eocen

Thành tạo Oligocen bao gồm Oligocen sớm và Oligocen muộn: Thành tạo

12

sét kết, bột kết và cát kết, có chứa các vỉa than mỏng và sét vôi, được tích tụ trong môi trường sông hồ, đôi khi gặp các đá núi lửa, thành phần chủ yếu là porphyr-diabas, tuf bazan và gabro-diabas, phủ trực tiếp lên móng trước Kainozoi Chiều dày của hệ tầng trong khoảng 0-800 m Các thành tạo tuổi Oligocen muộn bao gồm

lớp dày màu đen, nâu thẫm xen các lớp cát kết, bột kết và các đá phun trào bazan, andezittobazan á kiềm Ở bể Cửu Long, các thành tạo này được hình thành trong môi trường lục địa kiểu sông hồ, đầm lầy, bề dày đạt đến 5000 m trong các trũng địa hào và vát mỏng về các rìa, đới nâng trung tâm với độ dày từ 0-800 m Trong khu vực bể Nam Côn Sơn thành tạo này tích tụ chủ yếu trong các khu vực bán địa hào với bề dày trong khoảng 100-1000 m, đạt đến 8000 m ở trũng trung tâm, vát mỏng dần về phía đới nâng Côn Sơn Các trầm tích thuộc hệ tầng Cau gồm chủ yếu các trầm tích sông hồ ở phía tây, chuyển sang môi trường vũng vịnh ven bờ phía đông, phần dưới là các lớp cát kết dày, độ mài tròn kém, chuyển lên trên thành phần sét chiếm ưu thế, xen các lớp mỏng cát kết, đôi khi lẫn than và vụn phun trào bazan

Hình 1.5: Vị trí bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn trên TĐN

13

Thành tạo Miocen bao gồm:

Cửu Long phần dưới của thành tạo trầm tích Miocen chủ yếu là cát kết, bột kết xen các lớp sét kết mầu xám, vàng đỏ; phần trên là sét kết mầu xám, xám xanh, xen kẽ cát kết, bột kết, phủ trên cùng là tầng sét kết Rotalid có bề dày 50-150 m, được tích

tụ trong môi trường đồng bằng aluvi-ven bờ ở phần dưới và đồng bằng ven bờ-biển nông ở phân trên có bề dày trong khoảng 100-1500 m Tại bể Nam Côn Sơn, phần dưới của thành tạo Miocen dưới gồm các lớp sét bột kết phân lớp song song, ít thấu kính than; phần giữa có xen kẽ các lớp cát kết, sét và bột kết, phần trên cùng là các lớp sét, bột kết xen các lớp cát kết hạt mịn Các thành tạo trầm tích này tích tụ trong môi trường đồng bằng châu thổ ven bờ phía tây, đến biển nông ở phía đông, có bề dày trong khoảng 200-1000 m

Thành tạo trầm tích Miocen giữa phân bố rộng khắp bể Cửu Long (hệ tầng Côn

tích của hệ tầng Côn Sơn gồm chủ yếu là cát kết hạt trung-thô, bột kết, xen kẹp các lớp sét kết mầu xám, nhiều mầu hình thành trong môi trường sông (aluvi) ở phía tây

và đầm lầy-đồng bằng ven bờ ở phía đông với bề dày 250-900 m Hệ tầng Mãng Cầu đặc trưng cho thời kỳ biển tiến bao chùm khu vực, gồm các lớp cát kết hạt thô-mịn mài tròn, chọn lọc trung bình, xen kẽ các lớp sét, bột kết và sét vôi giàu khoáng vật glauconit với bề dày 300-500 m, phản ánh môi trường biển ven bờ, phần trên cùng là cát kết xen đá vôi và các lớp sét kết, dày khoảng 500-1000 m

Thông-Thành tạo Miocen muộn phủ bất chỉnh hợp trên các thành tạo Miocen giữa, phân bố rộng khắp trong khu vực nghiên cứu với bề dày 500-750 m ở bể Cửu Long, 200-600 m ở bể Nam Côn Sơn, khoảng vài chục mét trong các địa hào, bán địa hào

cát hạt trung xen kẽ bột và các lớp sét mỏng đa sắc, các vỉa cacbonat hoặc than mỏng Các thành tạo này gần như nằm ngang, không biến vị, nghiêng thoải về phía đông, tích tụ trong các môi trường đầm lầy-đồng bằng ven bờ ở phía tây, môi

14

trường đồng bằng ven bờ-biển nông ở phía đông và đông bắc Tại bể Nam Côn Sơn,

xanh, gắn kết yếu, xen kẽ các lớp cát-bột kết chứa vôi và đá vôi mỏng chứa nhiều mảnh vụn lục nguyên trong các đới rìa phía bắc, tây và tây nam; trầm tích cacbonat xen kẽ các trầm tích lục nguyên ở trung tâm bể, chiếm ưu thế tại một số đới nâng phía đông, đông nam Trầm tích cacbonat hình thành trong môi trường biển nông thuộc đới thềm trong ở phía tây và thềm trong đến thềm giữa ở trung tâm và phía đông

Tại bể Cửu Long, hệ tầng Biển Đông chủ yếu là cát hạt trung-mịn có ít các lớp bùn sét mỏng mầu xám nhạt chứa phong phú hóa thạch biển và khoáng vật tại sinh glauconit, một số nơi gặp đá cacbonat thuộc môi trường trầm tích biển nông, ven bờ với ảnh hưởng lục nguyên thấp, yếu tố biển chiếm ưu thế hoàn toàn Trầm tích thuộc hệ tầng này phân bố và trải đều khắp toàn bể, với bề dày khá ổn định trong khoảng 400-700 m Trầm tích có cấu tạo phân lớp gần như nằm ngang, nghiêng thoải về phía đông và không bị biến vị [3] Trong hệ tầng bắt gặp khá phổ biến các

loại hóa thạch foraminifera: Pseudorotalia, Globorotalia, Dạng rêu (Bryozoar), Molusca, san hô, rong tảo và bào tử phấn: Dacrydium, Polocarpus, Imbricatus [3]

Tại bể Nam Côn Sơn, trầm tích Pliocen gồm cát kết màu xám, vàng nhạt và bột kết xen lẫn với sét kết nhiều vôi chứa nhiều glauconit, rất nhiều hóa thạch foram, gắn kết yếu hoặc bở rời Tuổi Pliocen được xác định dựa vào Foram đới N19 - N21, tảo cacbonat đới NN12-NN18 và bào tử phấn hoa đới Daccrydium, hệ tầng tương đương với tầng Muda của Agip (1980)

Trầm tích Đệ Tứ bao gồm cát kết gắn kết yếu, xen kẽ với sét và bùn chứa nhiều

di tích sinh vật biển thuộc hệ tầng Biển Đông Tuổi Đệ tứ được dựa vào foram đới

N22-N23, tảo cacbonat NN19-NN21 và bào tử phấn hoa Phyllocladus[4]

15 Hình 1.6: Cột địa tầng tổng hợp bể Cửu Long [3]

16

Hình 1.7: Cột địa tầng tổng hợp bể Nam Côn Sơn [4]

1.2 Lịch sử nghiên cứu

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Kể từ công trình nghiên cứu của Emiliani (1995) [40] về xác định cổ nhiệt độ

Globoratalia thuộc foraminifera trong 12 lỗ khoan biển sâu ở Đại Tây Dương, Biển Caribean, Thái Bình Dương, nhiều các công trình nghiên cứu về sự thay đổi mực

17

và các lỗ khoan ở vùng băng hà vĩnh cửu tại cực của Trái đất như Shackleton và Opdyke (1973) [86]; Shackleton (1987) [87]; Lambeck và Chappell (2001) [54]; Masson-Delmotte nnk (2010) [62] Các kết quả nghiên cứu này kết hợp với các kết quả nghiên cứu trên các vùng bờ biển và thềm lục địa góp phần làm sáng tỏ sự thay đổi mực nước biển trong kỷ Đệ tứ

Các thời kỳ thay đổi mực nước biển trong Pleistocen muộn-Holocen tương ứng với các thời kỳ đồng vị oxy biển (MIS) từ khoảng giữa MIS 6 cho đến MIS 1 Nhiều nghiên cứu trầm tích trên các thềm lục địa nhằm xác định mối quan hệ giữa

sự thay đổi mực nước đại dương toàn cầu và tiến hóa trầm tích thông qua chủ yếu

Những công trình nghiên cứu này giúp chúng ta nhìn nhận rõ hơn về vai trò của sự thay đổi mực nước biển trong chi phối sự phát triển các miền hệ thống trầm tích trên thềm và đồng bằng ven biển, làm cơ sở cho nhiều nghiên cứu về tiến hóa trầm tích giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen ở nhiều vùng thềm lục địa trên thế giới

Sự gia tăng hiểu biết về thay đổi mực nước biển trong giai Pleistocen Holocen cùng khối lượng tài liệu ĐCNPGC thu thập tại một số thềm lục địa và kết

thêm hướng tiếp cận nghiên cứu địa tầng Đệ tứ muộn mới bằng cách sử dụng lý

hiểu biết sâu sắc hơn về địa tầng và tiến hóa trầm tích Sau sự thành công của Boyd nnk (1989) [32] trong nghiên cứu phức tập trầm tích Đệ tứ muộn trong vịnh Mexico bằng cách tiếp cận địa tầng phân tập, việc ứng dụng địa tầng phân tập cho nghiên cứu Đệ tứ muộn trở thành hướng phổ biến trong việc khai thác các tài liệu ĐCNPGC kết hợp với kết quả phân tích các cột mẫu trầm tích thu thập được [42, 48,50, 51, 53, 74, 80, 84, 96, 114, 115 vv ] Tất cả các nghiên cứu này đều nhằm đến việc xác định sự hình thành các bề mặt bất chỉnh hợp, chỉnh hợp và các miền hệ thống trầm tích được bao bọc bởi các bề mặt trong tương quan với sự thay đổi mực nước biển giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen Các kết quả nghiên cứu này cũng phản ánh vai trò của các yếu tố địa phương (địa hình, lưu lượng trầm tích, đặc trưng

18

khí hậu, chế độ động lực) trong chi phối quá trình hình thành các miền hệ thống trầm tích Các bề mặt được hình thành bởi quá trình gián đoạn trầm tích, bào mòn lục địa, bào mòn biến tiến, biển thoái và do sự khác nhau về tướng trầm tích bao gồm bề mặt SB được xác định như các ranh giới của một phức tập, bề mặt biển tiến

TS, bề mặt ngập lụt cực đại (MFS) Các miền hệ thống trầm tích nằm giữa các bề mặt bào mòn bất chỉnh hợp, bề mặt chỉnh hợp bao gồm: miền hệ thống biển thấp (LST), miền hệ thống biển tiến (TST), và miền hệ thống trầm tích biển cao (HST) Việc nghiên cứu địa tầng phân tập đặt trong quan hệ với sự thay đổi mực nước biển tương ứng với các thời kỳ đồng vị oxy biển (MIS) cũng được thực hiện ở nhiều vùng thềm lục địa trên thế giới [48, 50, 84]

Nghiên cứu đặc điểm và sự hình thành các dạng sóng cát lớn dưới đáy biển được thực hiện bằng tài liệu ĐCNPGC, tài liệu đo sâu đơn tia, và đa tia cũng đã được thực hiện ở nhiều vùng thềm trên thế giới [55, 60, 63, 64, 88, 91, 104, vv ] Các nghiên cứu này đã đặt sự phát triển của sóng cát trong quan hệ với tiến hóa trầm tích trên thềm lục địa dưới ảnh hưởng của mực nước biển dâng Kết quả nghiên cứu đã góp phần giải thích nguồn gốc sự hình thành một số sóng cát dưới đáy biển rõ ràng và thuyết phục hơn Trong đó các sóng cát này có liên quan đến trầm tích của các đới bờ cổ hình thành khi mực nước biển thấp ở độ sâu của các sóng cát hoặc lân cận đó

Nghiên cứu quá trình tích tụ và vận chuyển trầm tích trong giai đoạn Holocen muộn cho đến hiện đại thông qua tính toán tốc độ tích tụ trầm tích bằng

phân tích thành phần trầm tích, độ hạt vv , cũng được triển khai trên hầu hết các thềm lục địa liền kề các châu thổ lớn trên thế giới [27, 30, 37, 45, 72, 75, 92, 93,

107, 112 vv ] Các kết quả nghiên cứu hướng tới sự hiểu biết rõ hơn về phản ứng của hệ thống trầm tích châu thổ dưới ảnh hưởng của mực nước biển dâng và các điều kiện địa phương khác nhau (tự nhiên và nhân sinh) Các kết quả này cũng hướng đến việc đánh giá xu thế vận chuyển và tích tụ trầm tích trong điều kiện hiện

19

nay ở ven bờ biển, tương tác lục địa-đại dương và đặc biệt góp phần dự báo xu thế phát triển của đới bờ và đồng bằng châu thổ trong giai đoạn hiện nay

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu về địa chất dầu khí đã được tiến hành trên khu vực bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn thuộc thềm lục địa Đông Nam Đây là những bể trầm tích

Đệ tam hình thành trong quá trình giãn đáy đại dương Biển Đông Công tác nghiên cứu và khảo sát tại bể Cửu Long đã được thực hiện từ thập niên 70 cho đến nay tập trung vào thành tạo Đệ tam với chiều dày trầm tích lên đến hơn 2000 m [3] Bởi vậy, nghiên cứu về dầu khí thường bỏ qua đối tượng trầm tích Đệ tứ ở trên

Trong khoảng 20 năm trở lại đây các nghiên cứu địa chất biển thuộc phần Đệ tứ

đã được quan tâm nhiều hơn nhằm tìm kiếm các sa khoáng biển và phục vụ cho một

số mục đích xây dựng các công trình biển Tiêu biểu gồm có: chương trình điều tra địa chất ven bờ biển Việt Nam 0-30 m nước do TSKH Nguyễn Biểu chủ trì (1990-2000) [1], một số điều tra về địa chất biển đạt đến độ sâu khoảng 100 m nước của Trung Tâm địa chất biển nay là Trung tâm Tài nguyên biển thuộc Bộ Tài Nguyên

và Môi trường [9, 10, 12 ] Các sản phẩm của các chương trình điều tra là các bản

đồ chuyên đề về phân bố trầm tích, sa khoáng vv Việc luận giải môi trường thành tạo các trầm tích gắn liền với dao động mực nước biển hay các quá trình động lực trên khu vực thềm chưa được quan tâm đúng mức Các bản đồ tướng đá-cổ địa lý thềm lục địa Việt Nam tỷ lệ 1/1.000.000 năm 2001 do GS Trần Nghi chủ trì, thành lập bản đồ tướng đá cổ địa lý Pliocen-Đệ tứ thềm lục địa ĐN Việt Nam tỷ lệ 1/250.000 cũng do GS Trần Nghi chủ trì, và “Thành lập bản đồ địa chất Pliocen-Đệ

tứ thềm lục địa ĐN Việt Nam” do TSKH Nguyễn Biểu chủ biên thuộc đề tài

KC09-09 do GS Mai Thanh Tân chủ trì [19] Một số các công trình nghiên cứu về địa tầng phân tập trên đồng bằng châu thổ và thềm lục địa Việt Nam cũng đã được thực hiện

để phân ra các phức tập trầm tích thời kỳ Đệ tứ với mỗi phức tập bắt đầu từ miền hệ thống biển thấp (LST) đến miền biển tiến (TST) và kết thúc là biển cao (HST) [11,

15, 69, 70] Đây là những công trình nghiên cứu mà khoảng thời gian địa chất bao phủ tương đối dài (khoảng 5 triệu năm hoặc 2 triệu năm trở lại đây) nên nghiên cứu

và thông tin về trầm tích đáy biển là rất hạn chế và chỉ tập trung xung quanh khu vực các cửa sông Mekong Từ năm 1999 trở lại đây các chương trình hợp tác nghiên cứu biển giữa Viện Địa chất & Địa vật lý biển và Viện Địa chất Kiel, CHLB Đức “Dao động mực nước biển giai đoạn Pleistocen muộn-Holocen và địa tầng phân giải cao của thềm lục địa Việt Nam” giai đoạn 1999-2001[110], “Tiến hoá đới ven biển, dao động mực nước biển và quá trình tích tụ vật liệu lục nguyên (phù sa) trong Holocen ở thềm lục địa vùng biển giữa châu thổ Mekong và Nha Trang, Đông Nam Việt Nam” pha 1 (2003-2005), pha 2 (2006-2009) đã được tiến hành do GS Karl Statteger, TS Nguyễn Tiến Hải và TS Phùng Văn Phách chủ trì [5, 24, 111] Kết quả là hơn 4 nghìn km tuyến ĐCNPGC, hàng trăm mẫu trầm tích bề mặt và hàng chục cột mẫu đã được thu thập Một số kết quả nghiên cứu về khu vực TĐN từ chương trình hợp tác đã được công bố như Schimanski (2002) [85] nêu nên một số đặc điểm trầm tích Holocen trên TĐN Việt Nam ở thềm ngoài; Dung và nnk (2009); Kubiski (2008) về cơ chế hình thành các sóng cát do dòng chảy đáy và dòng chảy tổng hợp [38, 76] Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có một kết quả nào đo đạc về dòng chảy để kiểm chứng Vì vậy, việc luận giải cơ chế hình thành sóng cát cũng cần được nhìn nhận dưới góc độ về địa chất liên quan đến lịch sử tiến hóa thềm lục địa nhiều hơn Nghiên cứu về địa tầng phân tập dựa trên tính chất của trường sóng địa chấn khu vực thềm có nghiên cứu của Dung và nnk (2013) [39] cho thấy những nét tổng quan về sự hình thành các miền hệ thống trầm tích khu vực TĐN Việt Nam, nhưng chủ yếu tập trung trong thời gian biển tiến sau LGM Tuy nhiên, việc luận giải về môi trường tích tụ trầm tích còn sơ sài và đặc biệt giai đoạn Pleitocen

21

sự thống nhất với các đơn vị trầm tích trong công trình nghiên cứu của Tjallingii và nnk (2010) [98] Các công trình nghiên cứu này đều đồng nhất hệ thống thung lũng cắt xẻ lấp đầy trầm tích thuộc hệ thống sông Mekong cổ Một số nghiên cứu về tích

tụ trầm tích giai đoạn Holocen muộn-hiện đại chỉ tập trung chủ yếu ở khu vực xung quanh bán đảo Cà Mau [24, 92, 93, 101] Nghiên cứu đặc điểm trầm tích bề mặt trên thềm bao gồm đặc điểm độ hạt, thành phần hạt vụn, đặc điểm địa hóa TOC và cacbonat được thực hiện trên một số mẫu tại thềm chuyển tiếp ngoài khơi Vũng Tàu

và ven bờ ĐBSCL [22, 23, 61, 97] Khu vực thềm gần bán đảo Cà Mau, có nghiên cứu về môi trường trầm tích và tiến hóa trầm tích chủ yếu trong giai đoạn Holocen thông qua dấu vết hoạt động của sinh vật [109] và phân tích tài liệu địa chấn nông phân giải cao [25]

Như vậy, trong nhiều năm qua một khối lượng lớn tài liệu ĐCNPGC, mẫu trầm tích được thu thập trong khu vực qua các chương trình nghiên cứu trong nước

và ngoài nước Việc khai thác các tài liệu này đã được thực hiện ở một số góc độ riêng biệt như trình bày ở trên Tuy nhiên, nghiên cứu tiến hóa trầm tích Pleistocen muộn-Holocen ở quy mô tổng thể trên toàn thềm chưa được tiến hành một cách đầy

đủ từ thềm trong ra đến thềm ngoài Sự kết hợp minh giải các tướng địa chấn với các kết quả phân tích trầm tích trong khu vực để đạt được những hiểu biết sâu sắc hơn về môi trường tích tụ trầm tích, sự hình thành các miền hệ thống trầm tích, các ranh giới bất chỉnh hợp, chỉnh hợp trong tương quan với sự thay đổi mực nước biển còn bỏ ngỏ

22

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý luận về cộng sinh tướng và địa tầng phân tập

2.1.1 Cơ sở lý luận về cộng sinh tướng

Cộng sinh tướng và sự biến đổi tướng trầm tích trong tương quan với sự thay đổi mực nước biển là cơ sở quan trọng để nghiên cứu tiến hóa trầm tích Cộng sinh tướng là sự phân bố liền kề của hai hay nhiều tướng theo không gian và thời gian trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển [11] Nguyên lý này, giúp chúng

ta dễ dàng ngoại suy các tướng trầm tích lân cận khi biết chính xác vị trí một tướng nào đó và vị trí vùng xâm thực cung cấp vật liệu

Môi trường lục địa bao gồm vỏ phong hóa tàn tích, sườn tích, lũ tích, trầm tích sông và đồng bằng châu thổ (hình 2.1) Sự phân bố trật tự của các tướng trầm tích trong môi trường phụ thuộc vào các yếu tố sau: địa hình và đá gốc; quá trình phong hóa; bề dày của vỏ phong hóa; mạng lưới thủy văn và độ che phủ của thảm thực vật

Sự dịch chuyển của các tướng theo không gian và thời gian phụ thuộc vào sự dâng lên và hạ xuống của mực nước biển chân tĩnh, lượng trầm tích do sông vận chuyển ra biển và điều kiện kiến tạo khu vực Sự hạ thấp của mực nước biển từ từ kết hợp với lưu lượng trầm tích lớn của sông đổ ra biển sẽ làm cho đồng bằng châu thổ phát triển dịch chuyển dần về phía biển Sự dâng lên nhanh của mực nước biển tạo ra sự phát triển chiếm ưu thế của môi trường estuary Các giai đoạn phát triển của một estuary trong quan hệ với yếu tố dao động mực nước biển được minh họa trong hình 2.2 Hình thể estuary phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ mực nước biển dâng, yếu tố sóng, thủy triều và lưu lượng trầm tích vận chuyển ra biển Trong trường hợp chưa có tác nhân của nhân tố con người lưu lượng trầm tích vận chuyển

ra biển được xem như không đổi Sự phát triển của môi trường trầm tích hay tổ hợp cộng sinh tướng gắn liền với estuary được minh họa theo hình 2.3

23

Hình 2.1: Sơ đổ thể hiện cộng sinh tướng theo không gian (A) và thời gian (B) môi

trường lục địa và châu thổ [11]

Hình 2.2: Mô phỏng quá trình phát triển của estuary trong mối quan hệ với thay đổi

mực nước biển [31]

Trong địa tầng phân tập, các miền hệ thống trầm tích được phân ra theo chu kỳ biển tiến-biển thoái [102, 103] Ứng dụng địa tầng phân tập nhằm phân ra các phức tập (sequence) mà được giới hạn bởi các bề mặt bất chỉnh hợp hoặc các mặt chỉnh hợp tương quan [18] Trong mỗi phức tập, trật tự các miền hệ thống trầm tích cần được xác định trong tương quan với sự thay đổi mực nước biển chân tĩnh Một ví dụ

phát triển của các miền hệ thống trầm tích trong tương quan với sự thay đổi mực

25

nước biển chân tĩnh hay nói cách khác đây là phản ứng của hệ thống trầm tích khi mực nước biển thay đổi (hình 2.4) Trong thực tiễn nghiên cứu, các đơn vị trầm tích được hình thành và sắp xếp thành từng chuỗi hoặc từng lớp dày hay mỏng phụ thuộc vào các yếu tố: sự thay đổi mực nước biển, điều kiện nâng hạ do hoạt động kiến tạo, địa hình vùng bồn bể tích tụ trầm tích, lượng trầm tích vận chuyển đến nơi tích tụ [18] Theo Posametier và Vail (1988) [79], Posametier và James (1993) [78] trước khi sử dụng cách tiếp cận của địa tầng phân tập để nghiên cứu, các điều kiện địa phương như kiến tạo, dòng trầm tích và hình thể địa hình cần được xem xét Việc ứng dụng địa tầng phân tập cũng nhằm để nâng cao các hiểu biết về các quan

Thông thường trong khái niệm về địa tầng phân tập, các miền hệ thống được phân loại theo phản ứng của hệ thống trầm tích với thay đổi mực nước biển Trong phân loại của Wangoner nnk (1990) chia ra ba miền hệ thống trầm tích bao gồm: miền hệ thống trầm tích biển thấp (LST), miền hệ thống trầm tích biển tiến (TST)

và miền hệ thống trầm tích biển cao (HST) Trong phân loại này, quá trình mực nước biển hạ thấp xuống được xếp vào miền hệ thống biển cao (HST) Như vậy,

Hình 2.4: Miền hệ thống trầm tích phản ứng với sự thay đổi mực nước biển [105] Một số các công trình nghiên cứu về lý thuyết địa tầng phân tập giai đoạn gần đây đã đề xuất thêm miền hệ thống miền trầm tích biển thoái (FSST) [33] Theo

26

cách phân chia này, một phức tập hoàn chỉnh sẽ bao gồm bốn miền hệ thống: miền

hệ thống biển cao (HST), biển thoái (FSST), biển thấp (LST) và biển tiến (TST) (hình 2.5) Tuy nhiên, việc ứng dụng các miền hệ thống chi tiết này trong thực tiễn gặp nhiều bất cập do phân loại của các tác giả dựa trên một đường cong dao động mực nước biển hình sin lý tưởng cũng như đòi hỏi độ chi tiết về số liệu thu thập được Mặt khác trong thực tiễn dao động mực nước biển là một dao động phức tạp

ví dụ như đường cong dao động mực nước biển trong giai đoạn từ khoảng 500 nghìn năm trở lại đây (hình 2.6) Ở nhiều khu vực hai tập trầm tích biển cao (HST)

và biển thoái (FSST) là liên tục và nằm giữa bề mặt ngập lụt cực đại (MFS) và bề mặt bào mòn (SB) Bởi vậy, nhiều tác giả vẫn quan niệm miền hệ thống trầm tích

nghiên cứu thực tiễn từ trầm tích đồng bằng châu thổ và thềm lục địa trong Đệ tứ cũng như tính chất dao động phức tạp của mực nước biển một hệ thống quy luật cộng sinh tướng trong miền hệ thống biển thấp, biến biển tiến, và biển cao được thiết lập bên dưới [18] Trong phân loại các miền hệ thống này, miền hệ thống biển cao (HST) cũng bao gồm tất cả các trầm tích hình thành trong quá hạ xuống của mực nước biển

- Miền hệ thống biển thấp (LST):

LST = arLST + amrLST + mt/amrLST + mrLST

- Miền hệ thống trầm tích biển tiến (TST)

TST = atTST + arm/amtTST+mtTST

- Miền hệ thống trầm tích biển cao (HST)

HST = arHST + amrHST + mt/amrHST + mrHST

Trong đó: a - trầm tích sông; m- trầm tích biển; r- biển thoái; t- biển tiến

Hình 2.5: Miền hệ thống trầm tích [33]