Tổng quan luận án

Công trình "Đặc điểm và tiến hóa thạch động lực các thành tạo trầm tích tầng mặt vùng biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh" của nghiên cứu sinh Nguyễn Ngọc Anh là luận án tiến sĩ địa chất, chuyên ngành Thạch học (mã số: 62 44 57 01), thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2014, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Trần Đức Thạnh và PGS.TS. Nguyễn Văn Vượng.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Nghiên cứu địa chất biển tại Việt Nam trong nhiều năm chủ yếu tập trung vào hoạt động tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí tại các bồn trũng trầm tích sâu thuộc thềm lục địa. Tại các vùng biển nông ven bờ, các công trình khảo sát trước đây mới dừng lại ở mức độ khái quát hóa đặc điểm thạch học - khoáng vật học của trầm tích đáy, khoanh định các điểm lộ sa khoáng, xác định sơ bộ lịch sử dao động mực nước biển trong kỷ Đệ tứ, đánh giá mức độ tổn thương, ô nhiễm môi trường trầm tích đáy và khảo sát tài nguyên vị thế cảnh quan.

Khoảng trống nghiên cứu lớn được tác giả xác định là mối quan hệ định lượng và bản chất tương tác giữa các quá trình cơ học (di chuyển, phân tán, lắng đọng vật liệu trầm tích) với chế độ thủy - thạch động lực của môi trường tích tụ tại dải biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh chưa được giải quyết một cách có hệ thống. Việc làm sáng tỏ quy luật tương quan này cung cấp cơ sở khoa học nhằm xác định nguyên nhân, dự báo xu thế bồi tụ - xói lở bờ biển, giải thích hiện tượng bồi lấp luồng hàng hải, biến động các vùng cửa sông và đề xuất biện pháp giảm thiểu tai biến tự nhiên.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án là làm sáng tỏ đặc điểm và lịch sử tiến hóa thạch động lực của các thành tạo trầm tích tầng mặt khu vực biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh (độ sâu từ 0 đến 30 m nước) dựa trên kết quả phân tích đặc điểm thạch học, luận giải tướng trầm tích và xác lập các điều kiện thủy thạch động lực của môi trường tích tụ trầm tích tương ứng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các thành tạo trầm tích tầng mặt vùng biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh. Luận án thống nhất xác định bề dày của trầm tích tầng mặt trong khoảng từ 0 đến 1,5 m tính từ bề mặt đáy biển, tương ứng với chiều dài lấy mẫu của ống phóng trọng lực tiêu chuẩn. Bề dày này phản ánh đầy đủ trật tự địa tầng của ít nhất một giai đoạn lịch sử địa chất: khu vực gần bờ có tuổi Holocen muộn, khu vực xa bờ có tuổi Pleistocen muộn đến Holocen sớm - giữa.
  • Phạm vi không gian: Vùng biển nông ven bờ từ đường bờ hiện tại đến độ sâu 30 m nước, thuộc địa giới hành chính của thành phố Hải Phòng và tỉnh Quảng Ninh (tọa độ địa lý từ 20°40’04,6’’ đến 21°31’45,3’’ vĩ độ Bắc và từ 106°58’44,8’’ đến 108°01’31’’ kinh độ Đông), với tổng diện tích nghiên cứu khoảng 13.000 km². Không gian nghiên cứu được chia thành hai khu vực: phần bên trong (các vũng vịnh kín như Tiên Yên - Hà Cối, Bái Tử Long, Hạ Long, Cửa Lục và cửa sông Bạch Đằng) và phần bên ngoài (vùng biển mở phía đông nam các đảo Vĩnh Thực, Cái Chiên, Thoi Xanh, Trần, Cô Tô, Thượng Mai, Hạ Mai, Cát Bà).
  • Phạm vi thời gian: Tập trung vào khoảng thời gian địa chất từ cuối Pleistocen muộn đến Hiện đại.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Lịch sử điều tra và nghiên cứu địa chất biển tại khu vực biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh được tác giả hệ thống hóa qua hai giai đoạn phát triển chính:

Giai đoạn trước năm 1975

  • Giai đoạn phong kiến và đầu thế kỷ 20: Các tư liệu địa lý - địa mạo sơ khởi xuất hiện trong các bộ thư tịch cổ như Dư địa chí của Nguyễn Trãi (1435), Vân đài loại ngữ của Lê Quý Đôn (1773) và Đại Nam nhất thống chí của Quốc sử quán triều Nguyễn. Cuối thế kỷ 19, các khảo sát hàng hải của Capion (1886) và Pavie (1898) bắt đầu ghi nhận địa hình bờ biển. Năm 1912, chính quyền Pháp tiến hành đo vẽ hải đồ các tỷ lệ 1/1.000.000, 1/50.000 và 1/25.000. Từ năm 1925 đến 1929, tàu De Lanessan thu thập mẫu trầm tích đáy ở vịnh Bắc Bộ.
  • Giai đoạn giữa thế kỷ 20: Năm 1949, F. Shepard công bố sơ đồ phân bố trầm tích tầng mặt rìa đông Thái Bình Dương tỷ lệ 1/6.000.000, sơ bộ phân chia các kiểu trầm tích và đá gốc thềm lục địa Việt Nam. Năm 1961, Niino và Emery khảo sát mẫu trầm tích vịnh Bắc Bộ, xác định sự có mặt của khoáng vật glauconit, hàm lượng calci cacbonat cao từ mảnh vụn Foraminifera và vỏ nhuyễn thể Mollusca, đồng thời chỉ ra phần vật liệu vô cơ xa bờ thô hơn gần bờ hình thành trong thời kỳ biển thoái băng hà Pleistocen.
  • Chương trình điều tra vịnh Bắc Bộ (1959 - 1965): Do Ủy ban Khoa học Nhà nước phối hợp với Viện Nghiên cứu biển và Viện Khoa học Trung Quốc tiến hành trên diện tích 128.300 km², bước đầu xác định các kiểu trầm tích đáy và khoáng vật nặng. Tiếp đó, Trịnh Phùng (1965) và Lưu Tỳ (1970) bổ sung tài liệu địa hình, địa mạo và trầm tích ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh. J. Coleman (1969) nghiên cứu 79 mẫu ống phóng trọng lực và 19 mẫu gầu xúc do Hải quân Hoa Kỳ thu thập ở nam vịnh Bắc Bộ, xác định ranh giới Pleistocen - Holocen qua tầng sét màu xanh sáng (light blue).

Giai đoạn sau năm 1975

Giai đoạn này gắn liền với các Chương trình Nghiên cứu Biển cấp Nhà nước:

  • Chương trình Biển 48.06 (1981 - 1985): Nguyễn Biểu phát hiện tectit ven biển Hải Phòng - Quảng Ninh, tầng cuội thạch anh ở quần đảo Vĩnh Thực - Cái Chiên và sa khoáng Quán Lạn; Hồ Đắc Hoài xác định cấu trúc các bồn trũng Kainozoi; Trịnh Phùng và Lưu Tỳ phân loại địa mạo ven bờ thành 4 nhóm hình thái và 14 kiểu bờ biển, xác định bờ Móng Cái - Quảng Yên thuộc kiểu bờ Damat và kiểu bờ Rias; Lưu Tỳ phát hiện 2 đường bờ cổ ở độ sâu -50 đến -60 m và -20 đến -30 m cùng 3 thung lũng sông cổ ngập chìm dưới đáy vịnh Bắc Bộ.
  • Chương trình Biển 48B (1986 - 1990): Hồ Đắc Hoài và Bùi Công Quế thành lập hệ thống bản đồ địa chấn, từ và trọng lực tỷ lệ 1/500.000; Lê Đức An đánh giá điều kiện tự nhiên dải ven bờ; Nguyễn Chu Hồi phân vùng địa hóa bãi triều lầy; Trần Nghi nghiên cứu tiến hóa trầm tích bãi triều và cồn chắn cửa sông tiền châu thổ sông Hồng.
  • Chương trình Biển KT.03 (1991 - 1995): Bùi Công Quế phân chia địa tầng Đệ tứ thềm lục địa thành 7 hệ tầng; Nguyễn Thanh Ngà đánh giá hiện trạng xói bồi ven bờ.
  • Chương trình Biển KHCN-06 (1996 - 2000): Bùi Công Quế xác định cấu trúc sâu vỏ Trái đất và ranh giới thềm lục địa; Mai Thanh Tân xác lập các đới cấu trúc và tướng đá - cổ địa lý Pliocen - Đệ tứ; Trần Nghi, Nguyễn Biểu, Bùi Công Quế công bố quy luật phân bố sa khoáng biển Đệ tứ; Trần Đức Thạnh và Nguyễn Thế Tiệp hoàn thiện các sơ đồ phân loại địa mạo bờ và đáy biển Việt Nam.
  • Chương trình Biển KC.09 (2001 - 2005) và KC.09/06-10: Trần Nghi lập bản đồ địa chất Biển Đông 1/1.000.000; Trần Đức Thạnh nghiên cứu điều kiện tự nhiên các vũng vịnh ven bờ, đánh giá ô nhiễm trầm tích đáy và thực hiện hợp tác Việt Nam - Hoa Kỳ khảo sát địa chấn nông phân giải cao, lấy mẫu trọng lực vùng châu thổ ngập nước sông Hồng; Phạm Huy Tiến phân tích thủy thạch động lực bồi tụ xói lở; Nguyễn Thế Tưởng tổng kết địa hóa trầm tích vịnh Bắc Bộ.
  • Nghiên cứu biến đổi mực nước biển Holocen: Các dự án quốc tế IGCP 61 (do A. Bloom chủ nhiệm, dựa trên thuyết đẳng tĩnh nước của Daly và biến dạng geoid của Mörner) và IGCP 200 (P. Pirazzoli chủ nhiệm) xác lập Atlas mực nước biển toàn cầu, ghi nhận vịnh Bắc Bộ có mực nước dâng cao hơn hiện nay khoảng 4 m vào khoảng 6.000 năm trước.

Khoảng trống luận án giải quyết

Luận án kế thừa các nghiên cứu địa tầng, địa mạo và trầm tích đáy nêu trên để giải quyết khoảng trống học thuật về sự liên kết giữa các tham số thạch học hạt vụn, tướng trầm tích với các trường động lực vận chuyển trầm tích (sóng, dòng chảy triều, dòng hoàn lưu vịnh) theo quan điểm địa tầng phân tập hiện đại tại vùng biển nông ven bờ đặc thù có cấu trúc đảo chắn phức tạp.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Lý thuyết địa tầng phân tập (Sequence Stratigraphy): Vận dụng các khái niệm miền hệ thống trầm tích biển cao (HST - Highstand Systems Tract), miền hệ thống trầm tích biển tiến (TST - Transgressive Systems Tract) và miền hệ thống trầm tích biển thấp (LST - Lowstand Systems Tract) để phân tích địa tầng Đệ tứ khu vực vịnh Bắc Bộ.
  • Khái niệm tầng trầm tích mặt: Tiếp cận theo định nghĩa lớp hoạt động (active layer) của Macpherson và Lewis kết hợp khái niệm đơn vị bồi lắng (sedimentation unit) của Otto, cố định ranh giới nghiên cứu trong phạm vi 0 - 1,5 m đáy biển.
  • Lý thuyết thủy thạch động lực học trầm tích: Ứng dụng mô hình phân tích xu thế di chuyển trầm tích dựa trên biến thiên các tham số độ hạt (đường kính trung bình $Md$, độ chọn lọc $So$, độ bất đối xứng $Sk$) của McLaren kết hợp phương pháp kiểm định thống kê một phía (1-tail test theo chuẩn Spiegel, 1961); biểu đồ động lực lắng đọng CM của Passega; biểu đồ phân loại môi trường thủy - thạch động lực của Rukhin.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Thu thập mẫu thực địa: Sử dụng ống phóng trọng lực lấy mẫu lõi trầm tích nguyên dạng (độ sâu 1 - 1,5 m) và cuốc cào/gầu xúc lấy mẫu bề mặt.
  2. Phân tích độ hạt: Sử dụng phương pháp rây cơ học và phương pháp ống hút lắng đọng theo thang cấp hạt Krumbein (thang Phi $\phi$) và thang phân loại Folk. Phân loại cấu trúc trầm tích theo hệ thống phân loại của Hội Địa chất Hoàng gia Anh (British Geological Survey).
  3. Phân tích khoáng vật và thạch học: Soi kính hiển vi phân cực xác định thành phần khoáng vật vụn cơ học và độ mài tròn hạt trầm tích; phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD định lượng) và phân tích nhiệt vi sai (DTA) xác định tổ hợp khoáng vật sét.
  4. Phân tích địa hóa và cổ sinh: Phân tích thành phần hóa học toàn phần, hàm lượng $CaCO_3$, chỉ tiêu địa hóa môi trường trầm tích; định loại phức hệ hóa thạch Foraminifera, San hô, Brachiopoda, Conodonta, Crinoidea.
  5. Định tuổi tuyệt đối: Sử dụng phương pháp đồng vị phóng xạ Cacbon 14 ($^{14}C$) trên các mẫu bùn bã hữu cơ và di tích vỏ sinh vật.
  6. Phương pháp địa vật lý: Đo địa chấn nông phân giải cao bằng hệ thống máy EdgeTech kết hợp máy quét sườn (side-scan sonar) nhằm bóc tách các mặt ranh giới phản xạ địa tầng ngầm.

Nguồn cơ sở dữ liệu

Luận án sử dụng tập số liệu do chính tác giả trực tiếp khảo sát và thu thập khi tham gia 4 đề tài cấp Nhà nước, 2 đề tài cấp Bộ/ngành và 1 đề tài cấp Đại học Quốc gia Hà Nội từ năm 2005 đến 2014; hệ thống số liệu thạch học từ các lỗ khoan thăm dò khoáng sản của Công ty Hải Nam và Công ty Kinh Thành do Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc thực hiện; tài liệu lỗ khoan bãi triều của Trần Nghi và Doãn Đình Lâm; các tuyến đo địa chấn nông phân giải cao tuyến L1, L2 tại khu vực cửa sông Bạch Đằng và vịnh Bắc Bộ.


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Khái quát về điều kiện tự nhiên

Chương này tổng hợp các yếu tố tự nhiên chi phối môi trường trầm tích vùng biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh:

  • Địa hình: Địa hình lục địa ven bờ và hệ thống đảo phân bậc rõ rệt với 9 bậc địa hình: 900 - 1000 m, 400 - 500 m, 250 - 300 m, 100 - 200 m, 40 - 50 m, 20 - 25 m, 10 - 15 m, 4 - 6 m và 1,5 - 2 m. Bờ biển kéo dài theo phương đông bắc - tây nam song song với cánh cung Đông Triều - Yên Tử. Địa hình đáy biển gồ ghề, phức tạp tại vịnh Hạ Long, Bái Tử Long và đông nam Cát Bà, thoải dần ra ngoài khơi.
  • Khí tượng - Khí hậu: Khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh đặc trưng. Nhiệt độ không khí trung bình thấp nhất khoảng 15°C (tháng 2), cao nhất khoảng 30°C (tháng 7). Gió mùa đông bắc chiếm 70% tần suất trong tháng 1; gió mùa nam/tây nam chiếm 60% tần suất trong tháng 7. Lượng mưa trung bình năm đạt 1.077 mm (vùng ven bờ đạt 352 mm vào tháng 8, ngoài khơi đạt 281 mm; tháng 1 dưới 20 mm). Tần suất bão trung bình 4 - 5 cơn/năm, sức gió 25 - 30 m/s (cực đại 50 m/s), lượng mưa bão đạt tới 443 mm/ngày.
  • Thủy văn lục địa: Mật độ sông ngòi dày đặc (trung bình 4 km bờ biển có một cửa sông). Hệ thống sông chính cung cấp nước và trầm tích vào khu vực gồm 8 sông lớn:
Tên sông Chiều dài (km) Lưu lượng nước ($m^3/\text{năm}$) Lưu lượng phù sa ($\text{tấn}/\text{năm}$)
Ka Long (Bắc Luân) 65 (đoạn biên giới) $1,753 \times 10^9$ Chưa xác định
Ba Chẽ 80 $1,323 \times 10^9$ Chưa xác định
Tiên Yên 60 $1,685 \times 10^9$ $0,0347 \times 10^6$
Hà Cối 33 $0,684 \times 10^9$ Chưa xác định
Diễn Vọng 32 $0,087 \times 10^9$ $0,0125 \times 10^6$
Yên Lập 32 $0,088 \times 10^9$ $0,0080 \times 10^6$
Cấm 37 $10 - 11 \times 10^9$ $4,0000 \times 10^6$
Văn Úc 38 $1,330 \times 10^9$ $9,0000 \times 10^6$
Bạch Đằng 42 $176,601 \times 10^9$ Rất lớn (đổ ra cửa Nam Triệu)
  • Hải văn: Sóng mùa đông ưu thế hướng đông bắc (chiếm 40%, chiều cao sóng 1 - 1,5 m); sóng mùa hè hướng đông nam và tây nam (chiếm 60%, chiều cao sóng ~1 m). Chế độ thủy triều thuộc dạng nhật triều đều điển hình (khoảng 25 ngày nhật triều/tháng), biên độ triều đạt 3 - 4 m ở phía bắc và giảm dần xuống phía nam. Hoàn lưu vịnh Bắc Bộ phân mùa: mùa đông dòng chảy ngược chiều kim đồng hồ (xoáy thuận), mùa hè dòng chảy cùng chiều kim đồng hồ (xoáy nghịch), duy trì dòng ven bờ hướng nam suốt năm ở phía tây vịnh.
  • Địa tầng và Magma: Địa tầng lục địa và hải đảo gồm 15 đơn vị thạch địa tầng: hệ tầng Tấn Mài ($O-S\text{ }tm$), hệ tầng Cô Tô ($O-S\text{ }ct$), hệ tầng Kiến An ($S_2\text{ }ka$), Loạt Sông Cầu ($D_1$), hệ tầng Dưỡng Động ($D_1-D_2e\text{ }dd$), hệ tầng Đồ Sơn ($D_2gv-D_3fr\text{ }ds$), hệ tầng Bản Páp ($D_1p-D_3fr\text{ }bp$), hệ tầng Tràng Kênh ($D_2gv-D_3fm\text{ }tk$), hệ tầng Phố Hàn ($D_3-C_1\text{ }ph$), hệ tầng Bắc Sơn ($C-P\text{ }bs$), hệ tầng Bãi Cháy ($P_3\text{ }bc$), hệ tầng Bình Liêu ($T_2a\text{ }bl$), hệ tầng Nà Khuất ($T_2\text{ }nk$), hệ tầng Hòn Gai ($T_3n-r\text{ }hg$), hệ tầng Hà Cối ($J_{1-2}\text{ }hc$) và trầm tích Đệ tứ không phân chia ($Q$). Hoạt động magma gồm mạch spesartit, minet ở nam Cát Bà, phức hệ Núi Điệng ($\gamma\pi\text{ }T_2\text{ }ND$, $SiO_2: 68,22 - 72,24%$) và phức hệ Pia Oắc ($j\text{ }K_2\text{ }po$, tuổi tuyệt đối 120 triệu năm, $SiO_2: 66,4 - 70,64%$).

Chương 2. Lịch sử nghiên cứu, cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn gốc và mạng lưới dữ liệu thực địa:

  • Tài liệu địa vật lý: Tuyến địa chấn nông phân giải cao L1 và L2 cắt qua khu vực cửa sông Bạch Đằng và vùng biển lân cận do tác giả đo đạc năm 2010 bằng máy EdgeTech.
  • Tài liệu địa chất: Hệ thống trạm thu mẫu trầm tích tầng mặt, các mẫu lõi khoan ống phóng trọng lực, mẫu lỗ khoan địa chất công trình và thăm dò khoáng sản bãi triều - ngập nước.
  • Quy trình xử lý số liệu: Trình bày chi tiết giải thuật toán học của McLaren để xác định vectơ xu hướng di chuyển trầm tích dựa trên độ lệch chuẩn, độ bất đối xứng và kích thước hạt trung bình; kết hợp kiểm định giả thuyết thống kê Spiegel ($Z$-test); xác lập chuẩn minh giải địa tầng phân tập trên băng ghi địa chấn nông.

Chương 3. Đặc điểm trầm tích tầng mặt khu vực biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh

Dựa trên thang phân loại Folk và Hội Địa chất Hoàng gia Anh, tác giả xác lập các đặc điểm phân bố trầm tích:

  • Thành phần vật chất: Thành phần hạt vụn chủ yếu là thạch anh và mảnh đá, thành phần mảnh vụn sinh vật chiếm tỷ lệ thấp.
  • Phân chia 11 trường trầm tích tầng mặt:
    1. Trường cát ($S$)
    2. Trường sạn cát ($sG$)
    3. Trường cát sạn ($gS$)
    4. Trường cát lẫn sạn ($(g)S$)
    5. Trường cát bùn lẫn sạn ($(g)mS$)
    6. Trường cát bùn ($mS$)
    7. Trường cát bùn sạn ($mgS$)
    8. Trường cát bột ($siS$)
    9. Trường bột cát ($sSi$)
    10. Trường bùn cát ($sM$)
    11. Trường sạn ($G$)
  • Quy luật phân bố: Trường cát bột ($siS$) có diện tích phân bố lớn nhất, tập trung ở phía bắc đảo Cát Bà. Trường sạn ($G$) có diện tích phân bố nhỏ nhất, gồm hai kiểu nguồn gốc: sạn lục nguyên (mảnh cát kết, bột kết) phân bố ở đới ven bờ chân đảo và sạn laterit màu nâu đỏ mài tròn tốt phân bố ở vùng biển thoáng xa bờ. Kích thước hạt trung bình ($Md$) có xu hướng mịn dần theo hướng từ gần bờ/gần đảo ra xa bờ/xa đảo.

Chương 4. Đặc điểm tướng đá và tiến hóa thạch động lực các trầm tích tầng mặt khu vực biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh

Chương này tích hợp tài liệu thạch học, địa tầng phân tập và kết quả minh giải địa chấn L1, L2:

  • Xác lập 18 tướng trầm tích: Phân loại theo môi trường và cơ chế lắng đọng, bao gồm các tướng sét phong hóa loang lổ cổ tàn dư, tướng vũng vịnh cổ tàn dư chứa mùn thực vật xám tối, tướng biển nông cổ tàn dư xám xanh, tướng bãi triều cát bùn, tướng lạch triều, tướng tiền châu thổ cửa sông.
  • Minh giải địa tầng phân tập: Bóc tách các bề mặt ranh giới bất chỉnh hợp xói mòn, xác định các tập trầm tích thuộc miền hệ thống biển thấp (LST), biển tiến (TST) và biển cao (HST). Tuổi tuyệt đối $^{14}C$ từ mẫu bùn bã hữu cơ hệ tầng Vĩnh Phúc đạt $43.210 \pm 2.630$ năm trước (lỗ khoan N26); các mẫu tiền châu thổ đạt $12.575 \pm 60$ năm trước (lỗ khoan N25) và $13.030 \pm 60$ năm trước (lỗ khoan N23).
  • Lịch sử tiến hóa thạch động lực qua 4 giai đoạn:
    1. Giai đoạn biển tiến đầu Pleistocen muộn ($Q_1^{3a}$ - Biển tiến Vĩnh Phúc): Tích tụ trầm tích sét loang lổ và cát bột thềm nông; vật liệu trầm tích di chuyển ưu thế về phía nam.
    2. Giai đoạn biển thoái cuối Pleistocen muộn ($Q_1^{3b}$): Mực nước biển hạ thấp sâu, bề mặt trầm tích bị phong hóa rửa trôi, tạo lập bề mặt bất chỉnh hợp xói mòn (ghi nhận 1 tướng trầm tích).
    3. Giai đoạn biển tiến Flandrian ($Q_2^{1-2}$): Nước biển dâng nhanh làm ngập chìm địa hình cổ, hình thành 4 tướng trầm tích biển tiến; ghi nhận các ngấn biển cổ cao 5 m trên vách đá vôi tại Cát Bà và Hạ Long; dòng trầm tích tiếp tục dịch chuyển chủ đạo về phía nam.
    4. Giai đoạn biển thoái sau biển tiến Flandrian đến biển tiến hiện đại ($Q_2^3$): Mực nước biển ổn định và dao động nhỏ quanh mức hiện nay, hình thành 13 tướng trầm tích; trường thủy động lực sóng và hoàn lưu biển chi phối làm đổi hướng di chuyển trầm tích chủ đạo về phía đông và đông nam; riêng tại khu vực vịnh Bái Tử Long, trầm tích di chuyển phân tỏa về hai phía đông bắc và tây nam dọc theo trục kéo dài của các luồng lạch địa hình vịnh.
  • Thực tiễn động lực bồi xói: Phân tích ảnh chụp hiện trường các năm 2003 tại đê mỏ hàn Cát Hải cho thấy rõ sự khác biệt bồi xói giữa mùa mưa và mùa khô, phản ánh chính xác sự đảo chiều vectơ vận chuyển trầm tích đáy ven bờ.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học lý luận

  1. Luận án đã thành lập hệ thống bản đồ phân bố 11 trường trầm tích tầng mặt vùng biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh ở độ sâu 0 - 30 m nước một cách chi tiết dựa trên các chỉ số thống kê hạt ($Md$, $So$, $Sk$) và thang phân loại chuẩn quốc tế.
  2. Luận án đã xác định 18 tướng trầm tích tầng mặt và xác lập mô hình tiến hóa thạch động lực 4 giai đoạn từ Pleistocen muộn đến Hiện đại gắn liền với các chu kỳ dao động mực nước biển và địa tầng phân tập.
  3. Luận án đã làm sáng tỏ quy luật dịch chuyển trường trầm tích theo không gian và thời gian: chứng minh sự chuyển đổi hướng di chuyển trầm tích từ hướng nam (giai đoạn Pleistocen muộn - Holocen sớm giữa) sang hướng đông, đông nam và phân nhánh cục bộ đông bắc - tây nam (giai đoạn Holocen muộn - Hiện đại) dưới tác động phối hợp của địa hình đảo và chế độ hoàn lưu vịnh.

Ý nghĩa thực tiễn và giải pháp đề xuất

  • Cung cấp luận cứ khoa học để dự báo quy luật bồi lấp luồng hàng hải tàu biển khu vực cửa Nam Triệu - sông Bạch Đằng và các luồng lạch vịnh Cửa Lục, vịnh Bái Tử Long.
  • Cung cấp số liệu động lực trầm tích hỗ trợ định hướng quy hoạch đê kè, mỏ hàn chắn sóng, chống xói lở bờ biển tại đảo Cát Hải và dải ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh.
  • Hỗ trợ công tác đánh giá tiềm năng khai thác vật liệu xây dựng, sa khoáng đáy biển và quản lý tổng hợp đới bờ biển tây bắc vịnh Bắc Bộ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Phạm vi nghiên cứu bị giới hạn ở độ sâu từ 0 đến 30 m nước; mạng lưới tuyến đo địa chấn nông phân giải cao và số lượng mẫu lõi ống phóng trọng lực chưa phủ kín toàn diện các luồng lạch hẹp xen kẽ giữa các đảo đá vôi; số lượng mẫu phân tích tuổi đồng vị phóng xạ $^{14}C$ còn hạn chế do phụ thuộc vào các điểm có chứa vật liệu hữu cơ bảo tồn tốt.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng khảo sát địa chấn nông và phân tích thạch động lực học ra vùng nước sâu hơn 30 m ở trung tâm vịnh Bắc Bộ; ứng dụng các mô hình toán số trị 3 chiều tích hợp dữ liệu sóng - dòng chảy triều theo thời gian thực để mô phỏng định lượng lưu lượng vận chuyển bùn cát tầng đáy.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng: Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên thuộc các chuyên ngành Thạch học, Trầm tích học, Địa chất biển, Địa mạo - Địa động lực, Hải dương học; các nhà nghiên cứu tại các viện chuyên ngành (Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Viện Địa chất, Liên đoàn Địa chất và Khoáng sản biển); các kỹ sư công trình hàng hải và cán bộ quản lý môi trường đới bờ tại Hải Phòng và Quảng Ninh.
  • Nội dung giá trị: Bộ cơ sở dữ liệu độ hạt, bản đồ 11 trường trầm tích tầng mặt, mặt cắt minh giải địa chấn L1 - L2 theo địa tầng phân tập và quy trình tích hợp thuật toán McLaren với kiểm định Spiegel trong xác định vectơ di chuyển trầm tích đáy.

Câu hỏi thường gặp

1. Khái niệm "trầm tích tầng mặt" trong luận án được xác định với bề dày bao nhiêu và dựa trên cơ sở khoa học nào?

Luận án xác định trầm tích tầng mặt có bề dày từ 0 đến 1,5 m tính từ bề mặt đáy biển. Cơ sở xác định dựa trên chiều dài lấy mẫu của ống phóng trọng lực thông thường, đảm bảo mẫu nghiên cứu thuộc phần trên cùng của vỏ Trái đất, bao gồm nhiều lớp trầm tích và phản ánh trọn vẹn ít nhất một giai đoạn lịch sử địa chất (tuổi Holocen muộn ở gần bờ và Pleistocen muộn - Holocen sớm/giữa ở xa bờ).

2. Trầm tích tầng mặt vùng biển nông Hải Phòng - Quảng Ninh được phân chia thành bao nhiêu trường trầm tích và loại nào chiếm diện tích lớn nhất?

Trầm tích tầng mặt khu vực nghiên cứu được phân chia thành 11 trường trầm tích ($S$, $sG$, $gS$, $(g)S$, $(g)mS$, $mS$, $mgS$, $siS$, $sSi$, $sM$, $G$). Trong đó, trường cát bột ($siS$) có diện tích phân bố lớn nhất, tập trung nhiều ở khu vực phía bắc đảo Cát Bà; trường sạn ($G$) có diện tích nhỏ nhất.

3. Hướng di chuyển của vật liệu trầm tích đáy biến đổi như thế nào qua các giai đoạn tiến hóa địa chất?

Trong giai đoạn biển tiến Pleistocen muộn ($Q_1^{3a}$) đến biển tiến Flandrian ($Q_2^{1-2}$), vật liệu trầm tích di chuyển chủ đạo về phía nam. Từ giai đoạn sau biển tiến Flandrian đến biển tiến hiện đại ($Q_2^3$), vật liệu chuyển hướng di chuyển về phía đông và đông nam; riêng tại khu vực vịnh Bái Tử Long, trầm tích di chuyển về hai phía đông bắc và tây nam theo cấu trúc kéo dài của lòng vịnh.

4. Hai phức hệ magma xâm nhập lộ ra ở phần lục địa kế cận khu vực nghiên cứu có đặc điểm gì?

Phần lục địa ven bờ ghi nhận hai phức hệ magma: Phức hệ Núi Điệng ($\gamma\pi\text{ }T_2\text{ }ND$) gồm granit biotit, granit hai mica có hàm lượng $SiO_2$ từ 68,22% đến 72,24%; Phức hệ Pia Oắc ($j\text{ }K_2\text{ }po$) tuổi Creta muộn (tuổi tuyệt đối 120 triệu năm) gồm granit biotit có hàm lượng $SiO_2$ từ 66,4% đến 70,64%.

5. Dấu ấn ngấn biển cổ thời kỳ Holocen sớm - giữa được ghi nhận ở độ cao bao nhiêu và tại những địa điểm nào?

Các ngấn biển cổ tuổi Holocen sớm - giữa ($Q_2^{1-2}$) được ghi nhận ở độ cao 5 m trên các vách đảo đá vôi thuộc khu vực quần đảo Cát Bà và vịnh Hạ Long, minh chứng cho thời kỳ mực nước biển dâng cao cực đại trong giai đoạn biển tiến Flandrian.


Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Ngọc Anh đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu xác lập đặc điểm thạch học và lịch sử tiến hóa thạch động lực của các thành tạo trầm tích tầng mặt vùng biển nông ven bờ Hải Phòng - Quảng Ninh (0 - 30 m nước). Bằng việc tích hợp các phương pháp phân tích độ hạt, khoáng vật, cổ sinh, tuổi tuyệt đối $^{14}C$, địa chấn nông phân giải cao và mô hình vectơ xu hướng McLaren, luận án đã xác định 11 trường trầm tích và 18 tướng trầm tích trong 4 giai đoạn tiến hóa từ cuối Pleistocen muộn đến Hiện đại. Kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ quy luật tương tác giữa chế độ thủy động lực và sự dịch chuyển trầm tích đáy, cung cấp luận cứ khoa học có giá trị cao cho công tác dự báo bồi xói, chỉnh trị cửa sông và quản lý đới bờ khu vực đông bắc Việt Nam.