Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu, cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu. Điều kiện tự nhiên khu vực ven biển Thanh Hóa. Đặc điểm tướng trầm tích Holocen khu vực ven biển Thanh Hóa.
Lịch sử tiến hóa trầm tích Holocen khu vực ven biển Thanh Hóa. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu Đồng bằng châu thổ là một trong những môi trường trầm tích ven biển quan trọng nhất về kinh tế và môi trường, tài nguyên dầu, khí, nước dưới đất, tiềm năng về tự nhiên, nông nghiệp và đa dạng sinh học. Có xấp xỉ 25% dân số thế giới sống trên các hệ thống đồng bằng ven biển và vùng đất ngập nước [9].
Do đó, đồng bằng châu thổ là đối tượng đã thu hút được sự quan tâm rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu. Nghiên cứu về châu thổ trên thế giới Khái niệm về châu thổ được Herodutus đưa ra vào năm 400 trước Công nguyên khi ông nhận thấy đồng bằng aluvi ở cửa sông Nile có hình chữ Delta trong chữ cái Hi Lạp [10]. Kể từ đó, các nghiên cứu về châu thổ xuất hiện ngày càng nhiều. Đầu thế kỷ XX, đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về châu thổ.
Nổi tiếng và kinh điển là các nghiên cứu ở châu thổ sông Mississippi của Barrell (1912) [11], Johnstons (1921, 1922), Trowbridge (1930) [12], Russell (1936), Fisk (1944). Đó là những công trình đặt nền móng cho các công trình nghiên cứu tiếp theo của Coleman & Gagliano (1964), Coleman & Wright (1973, 1975), Galloway (1975), David R. Trên cơ sở nghiên cứu 34 châu thổ trên thế giới, năm 1975 Coleman & Wright đã xây dựng hệ thống phân loại châu thổ gồm 6 bậc [16]. Năm 1975, Galloway công bố bảng phân loại châu thổ dựa trên quá trình tác động động lực ưu thế: động lực sông, động lực sóng và động lực thủy triều [17].
Phương pháp phân loại châu thổ theo 3 động lực ưu thế được sử dụng phổ biến nhưng cũng gây không ít tranh cãi. Bởi động lực ưu thế rất khó định lượng hoặc chưa được định lượng và thường là thông qua một thông số nào đó để thể hiện mức độ ảnh hưởng. Đôi khi là tác động lớn của hơn một động lực ví dụ châu thổ sông Danube, được bồi tích trên rìa Tây Bắc của Biển Đen, đã được mô tả là vùng châu thổ với hình thái sông ưu thế và bị ảnh hưởng bởi sóng [16], [17]. Nhận định hình thái này có thể đúng với toàn bộ châu thổ Danube trong quá khứ nhưng lại không đại diện cho hiện tại là 3 thùy châu thổ hoạt động có sự khác biệt lớn về hình thái [18].
Mặc dù vậy, 8 phân loại châu thổ theo mức độ ảnh hưởng của 3 động lực sông, sóng, triều vẫn được áp dụng xuyên suốt lịch sử nghiên cứu về châu thổ. Nghiên cứu cấu trúc châu thổ, đặc trưng tướng và tiến hóa thành tạo trầm tích Holocen ở các châu thổ lớn như châu thổ sông Rhône, sông Niger, sông Mahakam, sông Hoàng Hà,. được đề cập đến trong các công trình của Fisk & Mc Farlan (1954) [19], Fisk (1955, 1961) [20], [21], Oomkens (1974) [22], Weber (1971), Elliott (1986) [15], Reading H. Đây là những công trình kinh điển về quá trình tiến hóa vùng cửa sông ven biển châu thổ trong Holocen.
Xây dựng mô hình đặc trưng hình thái địa hình và tổ hợp tướng theo mức độ tác động của động lực sông, sóng, thủy triều được nghiên cứu nhiều và tương đối thống nhất đưa ra các tổ hợp tướng cơ bản. Chúng cho phép dự đoán và liên kết môi trường trầm tích ở vùng nghiên cứu (Dalrymple và nnk) [23]. Sau này, các nghiên cứu đã quan tâm đến mức độ chi phối của động lực sóng, triều và sông trong vai trò kiểm soát chính đối với hình thái học châu thổ và kiến trúc tướng. Cách tiếp cận hiện đại về phân loại đồng bằng đã được phát triển dựa trên kích thước hạt ưu thế và sự nổi bật của các quá trình thủy triều, sóng và sông.
Trên biểu đồ tam giác định lượng mức độ ảnh hưởng của ba yếu tố, các châu thổ được xếp vào các vị trí cụ thể (Hình 1. A TRIỀU B Mississippi Gomse SÔNG Dyfi Charente Wadden Sea Hooghly Western Scheldt thống Columbia trị Willapa Danube Sóng Triều Mahakam Mahakam thống thống Mussolo Mekong trị trị SÓNG TRIỀU SÓNG SÔNG Curonian Ebro Yellow San Francisco Copper Fly lagoon Senegal Zambezi Hình 1. Sơ đồ phân loại châu thổ theo mức độ ảnh hưởng của động lực [24] Nhiều công trình đã phân loại châu thổ dựa trên các tham số khác như kích thước hạt, độ sâu của nước và dạng sông nhánh (Nhận xét của Collela & Prior, 1990; 1990; Bhattacharya & Walker, 1992; Orton & Reading, 1993; Suter, 1994; Reading & Collinson, 1996 trong [18]). Bhattacharya và Liviu Giosan (2003) chỉ ra rằng nếu sóng tiếp cận bờ từ một phía, chúng sẽ tạo ra một dòng động lực dọc bờ làm cho vùng đồng bằng nơi cửa 9 sông không đối xứng.
Từ đó, đề xuất “Chỉ số bất đối xứng A” diễn tả mức độ ưu thế của sông so với biển. Chỉ số bất đối xứng A được tính bằng tỷ số giữa dòng vận chuyển trầm tích dọc bờ tại vị trí cửa sông (tính theo m3/năm) với lưu lượng nước trung bình (tính theo 106 m3/tháng). Các châu thổ bị ảnh hưởng của sóng đối xứng có hệ số A<200 như châu thổ Tiber, thùy Vasishta châu thổ Gautami, thùy Rosetta của sông Nile hay thùy châu thổ ngày nay của Ebro; Các châu thổ bất đối xứng có hệ số A>200 như đồng bằng Danube, thùy Sf. Gheorghe, châu thổ Brazos, châu thổ Gua- diana [18].
Weiguo Li và nnk (2010), nghiên cứu đánh giá sự bất đối xứng của châu thổ đã khẳng định sự bất đối xứng của châu thổ xảy ra khi có ảnh hưởng sóng mạnh và vận chuyển dọc bờ [25]. Ron Boyd và đồng nghiệp (2006) đã sử dụng biểu đồ tam giác với ba hợp phần là động lực sông, động lực sóng và động lực thủy triều để phân loại 6 kiểu môi trường trầm tích: 1) đồng bằng châu thổ (delta); 2) estuary - vũng vịnh do sóng thống trị (wave - dominated estuary); 3) đầm lầy sau bar; 4) đồng bằng cồn cát (strand plain); 5) estuary - vũng vịnh do triều thống trị (tide - dominated estuary) và 6) đồng bằng triều (tidal flat) [27]. Numair Ahmed Siddiqui và đồng nghiệp (2017) cũng sử dụng phân loại 6 môi trường và cho rằng giữa địa mạo của môi trường lắng đọng ven biển và ảnh hưởng tương đối của sóng và thủy triều ở bờ biển liên quan chặt chẽ với nhau. Điểm bất kỳ nào trong tam giác được xác định bởi tầm quan trọng tương đối của môi trường lắng đọng và kiến trúc tướng trầm tích (Hình 1.
RD (1) WD TD Hình 1. Sơ đồ phân RD - Châu thổ do sông thống trị (river delta) WD - Châu thổ do sóng thống trị (wave delta) loại sáu môi trường lắng TD - Châu thổ do triều thống trị (tide delta) 1) Đồng bằng châu thổ đọng trầm tích theo động (2) (5) 2) Estuary - vũng vịnh do sóng thống trị 3) Đầm lầy sau bar lực [27], [28] (3) 4) Đồng bằng cồn cát 5) Estuary - vũng vịnh do triều thống trị (4) (6) 6) Đồng bằng triều 10 Các mô hình tổng quát phân vùng ảnh hưởng của các động lực cũng chỉ ra rằng: vùng do động lực triều thống trị được đặc trưng bởi estuary - vũng vịnh với các thành tạo cồn cát triều (tidal sand ridges) dưới dạng dải, kéo dài theo phương lên xuống của thủy triều, bãi triều lầy (tidal plat) giáp trực tiếp với biển. Vùng do động lực sóng thống trị đặc trưng bởi tổ hợp đê cát, bar cát và đầm lầy sau bar, dọc bờ biển hướng theo chiều sóng là đồng bằng cát (strand plain). Vùng do động lực sông thống trị các con sông thường phân nhánh và vươn dài ra phía biển, trước cửa sông thường hình thành các bar cát chắn cửa sông [28].
Các nghiên cứu về châu thổ ở Việt Nam Dọc bờ biển Việt Nam phát triển phong phú hệ thống các đồng bằng ven biển, được quan tâm nhất là châu thổ sông Hồng và châu thổ sông Cửu Long, nơi đây là hai trung tâm kinh tế chính trị lớn nhất Việt Nam, và một dải các đồng bằng duyên hải miền Trung kéo dài từ Thanh Hóa đến Bình Thuận. Trong đó, đồng bằng châu thổ sông Mã lớn thứ ba sau đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Cửu Long. Châu thổ sông Hồng: Nghiên cứu trầm tích luận ở châu thổ sông Hồng phải kể đến các công trình của Trần Nghi, Nguyễn Địch Dỹ, Doãn Đình Lâm, Ngô Quang Toàn, Đinh Văn Thuận, Nguyễn Đức Cự, Nguyễn Thị Hồng Liễu, Nguyễn Thuỳ Dương,. và nhiều tác giả nước ngoài như Tanabe, Saito,… Trần Đức Thạnh (1993) đã phân chia quá trình tiến hóa vùng cửa sông Bạch Đằng thành các giai đoạn, xác lập các tướng trầm tích Holocen [29].
Nguyễn Đức Cự (1994) nghiên cứu tập trung vào điều kiện tự nhiên, đặc điểm địa hóa môi trường và địa hóa các chất dinh dưỡng phốt pho, nitơ,. trong trầm tích bãi triều cửa sông ven biển Hải Phòng - Quảng Yên [30]. Nghiên cứu của Ngô Quang Toàn (1995) ở phần Đông Bắc đồng bằng sông Hồng đã khôi phục lại lịch sử phát triển các thành tạo trầm tích Đệ tứ ở vùng đồng bằng ven gò đồi, vùng trung tâm đồng bằng, vùng giáp biển và vạch ra quy luật phân bố khoáng sản liên quan [31]. Các công trình nghiên cứu của Doãn Đình Lâm đã xác lập ba giai đoạn tiến hóa châu thổ sông Hồng trong Holocen: giai đoạn estuary - vũng vịnh, giai đoạn châu thổ và giai đoạn aluvi.
Trầm tích Holocen đồng bằng Sông Hồng gồm 22 tướng trầm tích [32], [33]. Trên cơ sở phân tích tướng trầm tích, đặc điểm địa hình, đồng bằng Bắc Bộ được phân chia thành bốn kiểu đồng bằng theo sự thống trị của một trong ba động lực sông, triều, sóng [34]. 11 Doãn Đình Lâm (2004) đã xác định đồng bằng Sông Hồng có 2 nhánh thung lũng cắt xẻ Đệ tứ muộn: nhánh phía Nam có độ sâu từ 25 - 30m đến 60 - 70m. Nhánh phía Bắc có độ sâu nhỏ hơn nhánh thứ nhất, mức xâm thực cũng không xa bằng.
Các thung lũng có chiều rộng khoảng 15 - 20km, chiều dài khoảng 35 - 40km [35]. Chương trình hợp tác giữa Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam với Cục Địa chất Nhật Bản đã xuất bản cuốn tài liệu phục vụ hội nghị “Địa tầng hệ Đệ tứ các châu thổ ở Việt Nam” [36]. Trong đó, các thành tạo trầm tích Holocen của châu thổ sông Hồng được Tanabe S (2004), Saito Y (2004), Ngô Quang Toàn (2004), Vũ Quang Lân (2004),.