Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ địa chất của nghiên cứu sinh Nguyễn Đình Nguyên với đề tài "Nghiên cứu địa tầng phân tập trầm tích Pliocen - Đệ Tứ bể Sông Hồng" được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Trần Nghi tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội (chuyên ngành Địa chất học, mã số 62440201, bảo vệ năm 2014).
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Trước khi luận án được thực hiện, các thành tạo trầm tích giai đoạn Pliocen – Đệ Tứ tại bể Sông Hồng chưa có công trình chuyên khảo nào nghiên cứu toàn diện dưới giác độ địa tầng phân tập kết hợp với trầm tích luận định lượng. Địa tầng Đệ Tứ tại khu vực đồng bằng Sông Hồng trước đây chủ yếu được phân chia theo quan điểm thạch địa tầng dựa thuần túy vào đặc điểm thạch học (như hệ tầng Hà Nội $Q_{1}^{2-3}hn$ cho tầng cuội sạn; hệ tầng Vĩnh Phúc $Q_{1}^{3b}vp$ cho tầng sét loang lổ; hệ tầng Hải Hưng $Q_{2}^{1-2}hh$ cho tầng sét xám xanh; hệ tầng Thái Bình $Q_{2}^{3}tb$ cho tầng cát bột sét phủ trên sét xám xanh). Cách tiếp cận này bộc lộ hạn chế lớn do thiếu vắng hóa thạch chỉ tầng chuẩn và khó xác định tuổi tuyệt đối của trầm tích Pleistocen, dẫn đến việc không phản ánh được quy luật tiến hóa trầm tích trong mối quan hệ tương hỗ với các chu kỳ dao động mực nước biển toàn cầu do biến đổi khí hậu băng hà – gian băng gây ra.
Mặt khác, các nghiên cứu địa chất dầu khí trước đó tại bể Sông Hồng chủ yếu tập trung vào các tầng sâu từ Oligocen đến Miocen, còn các nghiên cứu địa chất biển nông thường chỉ dừng lại ở lớp trầm tích tầng mặt hoặc độ sâu dưới 100 m nước. Luận án được triển khai nhằm giải quyết các khoảng trống này thông qua việc áp dụng phương pháp luận địa tầng phân tập để xây dựng khung thời địa tầng chuẩn xác cho giai đoạn Pliocen – Đệ Tứ.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát của luận án là làm sáng tỏ lịch sử phát triển trầm tích Pliocen – Đệ Tứ bể Sông Hồng trên cơ sở phân tích cộng sinh tướng theo không gian và thời gian trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển và chuyển động kiến tạo.
Để đạt được mục tiêu nêu trên, luận án xác định 3 nhiệm vụ cụ thể:
- Xác định các phức tập (sequence), nhóm phân tập (parasequence set), phân tập (parasequence) và quy luật biến đổi theo không gian, thời gian của các miền hệ thống trầm tích: biển thấp (LST), biển tiến (TST) và biển cao (HST).
- Nghiên cứu đặc điểm và quy luật phân bố các tướng trầm tích Pliocen – Đệ Tứ trên toàn diện tích bể Sông Hồng.
- Khôi phục lịch sử tiến hóa trầm tích Pliocen – Đệ Tứ trong mối liên hệ với các chu kỳ dao động mực nước biển chân tĩnh và hoạt động kiến tạo khu vực.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ các thành tạo trầm tích vụn cơ học có tuổi từ Pliocen đến Đệ Tứ thuộc bể Sông Hồng.
- Phạm vi không gian: Bể trầm tích Sông Hồng nằm trong tọa độ từ $105^\circ 30'$ đến $110^\circ 30'$ kinh độ Đông và từ $14^\circ 30'$ đến $21^\circ 00'$ vĩ độ Bắc. Tổng diện tích bể khoảng 220.000 $\text{km}^2$, trong đó phần thềm lục địa Việt Nam chiếm khoảng 120.000 $\text{km}^2$ với độ sâu cột nước dao động từ 20 m đến 800 m, trải dài từ Miền võng Hà Nội trên đất liền, qua Vịnh Bắc Bộ đến vùng biển ngoài khơi miền Trung kéo dài tới Huế.
- Phạm vi thời gian: Giai đoạn Kainozoi muộn, tập trung từ Pliocen ($N_2$) đến Đệ Tứ ($Q$).
Luận điểm bảo vệ
Luận án xác lập luận điểm khoa học cốt lõi: Trầm tích Pliocen – Đệ Tứ bể Sông Hồng có cấu trúc đối xứng bao gồm 8 phức tập (sequence) ứng với 8 chu kỳ thay đổi mực nước biển chân tĩnh ở phần thềm lục địa và 7 phức tập ở phần đất liền. Mỗi phức tập bao gồm 3 miền hệ thống trầm tích chính:
- Miền hệ thống biển thấp (LST): Phân bố từ nhóm tướng trầm tích lục nguyên môi trường lục địa ($ar$) chuyển dần sang môi trường châu thổ biển thoái phần ngập nước ($amr$).
- Miền hệ thống biển tiến (TST): Phân bố từ nhóm tướng trầm tích lục nguyên môi trường biển nông ($mt$) ở trung tâm bể chuyển sang môi trường châu thổ biển tiến ($amt$) thuộc đồng bằng Sông Hồng.
- Miền hệ thống biển cao (HST): Phân bố từ nhóm tướng trầm tích lục nguyên môi trường châu thổ biển thoái ($amr$) ở đồng bằng Sông Hồng chuyển sang nhóm tướng châu thổ biển thoái xen môi trường biển nông biển thoái ($amr/mr$) ở trung tâm bể.
Sự phân bố các phức tập tương ứng với thang thời địa tầng như sau:
- Trên đất liền (7 phức tập): Giai đoạn Pliocen gồm $S_1(N_2^1)$, $S_2(N_2^2)$, $S_3(N_2^3)$; giai đoạn Đệ Tứ gồm $S_4(Q_1^1)$, $S_{5-6}(Q_1^2)$, $S_7(Q_1^{3a})$ và $S_8(Q_1^{3b}-Q_2)$.
- Trên thềm lục địa (8 phức tập): Giai đoạn Pliocen gồm $S_1(N_2^1)$, $S_2(N_2^2)$, $S_3(N_2^3)$; giai đoạn Đệ Tứ gồm $S_4(Q_1^1)$, $S_5(Q_1^{2a})$, $S_6(Q_1^{2b})$, $S_7(Q_1^{3a})$ và $S_8(Q_1^{3b}-Q_2)$.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng thuật chi tiết lịch sử nghiên cứu địa chất, địa vật lý và trầm tích bể Sông Hồng qua hai giai đoạn chính:
Giai đoạn trước năm 1987
- Khảo sát sơ khởi vùng biển: Hải quân Mỹ (1949) lập bản đồ độ sâu và sơ đồ phân bố trầm tích tầng mặt rìa tây Thái Bình Dương tỷ lệ 1/6.000.000, khoanh định sơ bộ các trường cát aluvi cổ ở đáy biển. Chương trình hợp tác NAGA (1959–1961) giữa Viện Hải dương học Scripps (Hoa Kỳ) và Thái Lan xác định trầm tích di tích aluvi ở Vịnh Bắc Bộ và biểu hiện khoáng vật glauconit. Chương trình hợp tác Việt – Trung (1963–1965) khảo sát hàng trăm trạm ở Vịnh Bắc Bộ, phân tích khoáng vật nặng, khoáng vật nhẹ và phát hiện sét loang lổ Pleistocen muộn trong ống phóng trọng lực.
- Thăm dò trên đất liền (Miền võng Hà Nội): Giai đoạn 1964–1969 tiến hành đo sâu điện, đo từ-telua tỷ lệ 1/200.000 trên diện tích 26.000 $\text{km}^2$ (khu vực Tiền Hải, Kiến Xương đo 1/100.000). Tổng cục Địa chất hợp tác với các chuyên gia Liên Xô triển khai địa chấn khúc xạ (1962–1973), địa chấn phản xạ (1973–1975) và CDP (từ 1975) bằng máy ghi tương tự SMOV và máy ghi số SN338B (Pháp). Về công tác khoan: giai đoạn 1967–1968 khoan 21 lỗ khoan nông (30–150 m); giai đoạn 1962–1974 khoan 25 giếng khoan cấu tạo sâu 165–1.200 m với tổng chiều sâu hơn 22.000 m.
Giai đoạn sau năm 1987
- Nghiên cứu địa chất biển cấp Nhà nước: Hàng loạt chương trình trọng điểm được triển khai như Đề tài 48B.01 (Lê Đức An, 1991); đề tài KT.02 thuộc Chương trình KT.03 (Bùi Công Quế, 1991–1995) làm rõ cấu trúc móng và đứt gãy; sơ đồ địa chất Đệ Tứ thềm lục địa tỷ lệ 1/1.000.000 (Trần Nghi, Phạm Huy Tiến, 1995). Các chương trình biển KHCN-06 (1996–2000) và KC-09 (2001–2005) xây dựng bộ bản đồ tỷ lệ 1/1.000.000 đến 1/3.000.000 về kiến tạo (Lê Duy Bách, 2000), địa mạo (Đặng Văn Bát, Nguyễn Thế Tiệp, 2000), trầm tích đáy biển (Trần Nghi, 2000). Đề tài KC09-17 (Nguyễn Thế Tưởng; Trần Nghi và Hoàng Văn Thức chủ biên bản đồ) thành lập bộ bản đồ địa chất và trầm tích đáy Vịnh Bắc Bộ tỷ lệ 1/500.000.
- Nghiên cứu của Liên đoàn Địa chất Biển: Đề án điều tra khoáng sản rắn vùng biển nông ven bờ 0–30 m tỷ lệ 1/500.000 (Nguyễn Biểu, 2001) khảo sát 37.500 $\text{km}^2$, lấy mẫu tại gần 2.000 trạm, đo hàng chục ngàn km địa chấn nông phân giải cao, xác định 6 phân vị tuổi ($Q_1^1, Q_1^2, Q_1^{3a}, Q_1^{3b}, Q_2^{1-2}, Q_2^3$), nhận diện đới đường bờ cổ ở độ sâu 25–30 m nước và xác định bề dày Đệ Tứ đạt 250–300 m tại tâm bồn trũng. Năm 2008 triển khai dự án vùng biển Hải Phòng – Quảng Ninh (1/100.000) và Bạch Long Vĩ (1/50.000).
- Thăm dò dầu khí: Các chương trình 22-01 (Lê Văn Cự, 1981–1985), 22A (Nguyễn Hiệp, 1986–1990), KT-01 (Phạm Quốc Tường, 1991–1995). Ngành dầu khí đã thu nổ 206.000 km địa chấn 2D, 12.000 $\text{km}^2$ địa chấn 3D và khoan 421 giếng trên toàn thềm lục địa. Riêng ngoài khơi bể Sông Hồng (lô 101 đến 121), từ năm 1989 đã khảo sát 114.054 km địa chấn 2D, 2.685 $\text{km}^2$ địa chấn 3D và khoan 28 giếng khoan sâu.
- Ứng dụng địa tầng phân tập: Đề tài cấp Nhà nước KC09.10 (Trần Nghi, 2010) là công trình đầu tiên nghiên cứu địa tầng phân tập cho 3 bể Sông Hồng, Cửu Long và Nam Côn Sơn, tuy nhiên đối tượng Pliocen – Đệ Tứ chưa được phân tích chi tiết.
Khoảng trống luận án giải quyết
Các công trình dầu khí trước đây chỉ tập trung vào sinh địa tầng và thạch địa tầng cho các tầng sinh - chứa dầu khí từ Oligocen đến Miocen; tài liệu mẫu lõi tầng Pliocen – Đệ Tứ hầu như không được phân tích tướng. Các đề án địa chất biển nông chỉ giới hạn ở độ sâu 0–100 m nước và tập trung vào trầm tích tầng mặt. Luận án của Nguyễn Đình Nguyên là công trình đầu tiên liên kết đồng bộ tài liệu địa chấn sâu dầu khí, địa chấn nông phân giải cao, tài liệu giếng khoan sâu và giếng khoan bãi triều nhằm thiết lập khung địa tầng phân tập hoàn chỉnh cho toàn bộ mặt cắt Pliocen – Đệ Tứ bể Sông Hồng.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
Luận án vận dụng hệ thống lý thuyết địa tầng phân tập hiện đại được kế thừa từ các công trình quốc tế (Posamentier, Jervey & Vail, 1988; Van Wagoner & Mitchum, 1990; Muto & Steel, 2000) kết hợp với mô hình trầm tích luận của GS. Trần Nghi:
- Khái niệm cốt lõi: Phức tập trầm tích (Sequence) là một đơn vị địa tầng được giới hạn bởi các bất chỉnh hợp bào mòn (US) hoặc các bề mặt chỉnh hợp tương đương (CC). Mỗi phức tập hình thành trong một chu kỳ dao động mực nước biển chân tĩnh kết hợp với sụt lún kiến tạo.
- Không gian tích tụ (Accommodation space): Không gian lắng đọng trầm tích được xác định bởi sự tương tác giữa tốc độ thay đổi mực nước biển tương đối và tốc độ cung cấp trầm tích. Khi tốc độ cung cấp vượt quá tốc độ tạo không gian tích tụ sẽ diễn ra quá trình phủ chồng tiến (progradation); ngược lại khi tốc độ dâng mực nước biển nhanh hơn tốc độ lắng đọng sẽ tạo nên mô hình phủ chồng lùi (retrogradation).
- Các bề mặt địa tầng phân tập: Bề mặt ranh giới phức tập (SB), bề mặt ngập lụt (FS), bề mặt ngập lụt cực đại (MFS), bề mặt bào mòn biển tiến (RS).
Thành phần các đơn vị địa tầng phân tập:
Phức tập (Sequence) -> Nhóm phân tập (Parasequence set) -> Phân tập (Parasequence)
Hệ thống trầm tích: LST (Biển thấp) | TST (Biển tiến) | HST (Biển cao)
Phương pháp nghiên cứu thực tế
Luận án kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu thực địa, phân tích phòng thí nghiệm và xử lý tài liệu địa vật lý:
-
Nghiên cứu thạch học và khoáng vật định lượng:
- Phân tích độ hạt bằng bộ rây và pipet đối với mẫu bở rời, phân tích lát mỏng dưới kính hiển vi phân cực đối với đá gắn kết; tính toán các tham số thống kê độ hạt: độ hạt trung vị ($Md$), độ chọn lọc ($So$), độ bất đối xứng ($Sk$).
- Phân tích hình thái hạt: xác định độ mài tròn ($Ro$) và độ cầu ($Sf$).
- Phân tích khoáng vật sét bằng phương pháp Rơnghen (XRD) định lượng; phân tích khoáng vật vụn dưới kính hiển vi phân cực và kính soi nổi.
- Phân loại trầm tích theo biểu đồ tam giác Folk (1954) cho trầm tích bở rời (chia thành 15 kiểu trầm tích dựa trên tỷ lệ sạn, cát, bùn) và biểu đồ tam giác Logvinenko (1974) cho phân loại thạch học (chia 10 loại đá từ cát đơn khoáng, ít khoáng đến đa khoáng như acko, grauvac).
-
Phân tích địa hóa môi trường trầm tích:
Sử dụng tổ hợp các chỉ tiêu hóa học để nhận diện môi trường lắng đọng: hàm lượng oxide cơ bản ($\text{SiO}_2, \text{Al}_2\text{O}_3, \text{FeO}, \text{Fe}_2\text{O}_3, \text{CaO}, \text{Na}_2\text{O}, \text{K}2\text{O}, \text{MgO}$), chỉ số oxy hóa khử ($Eh$), độ $pH$, hàm lượng sắt dạng pirit ($\text{Fe}^{2+}S$), sắt dạng siderit ($\text{Fe}^{2+}\text{HCl}$), sắt ba dễ tan ($\text{Fe}^{3+}\text{HCl}$), carbon hữu cơ ($C{\text{org}}$) và các tỷ số ion.
| STT |
Loại phân tích / Tỷ số chỉ tiêu |
Môi trường Lục địa |
Môi trường Chuyển tiếp |
Môi trường Biển |
| 1 |
$\text{Fe}^{2+}S / C_{\text{org}}$ |
$< 0{,}06$ |
$0{,}06 - 0{,}20$ |
$> 0{,}20$ |
| 2 |
$\text{Na}^+ / \text{Cl}^-$ |
$< 1$ |
$1$ |
$> 1$ |
| 3 |
$\text{Cl}^- / \text{Br}^-$ |
$< 300$ |
$300$ |
$> 300$ |
| 4 |
$\text{Br}^- / \text{I}^-$ |
$< 1{,}5$ |
$0{,}5 - 1{,}0$ |
$> 1$ |
| 5 |
Chỉ số $K_t$ |
$< 0{,}5$ |
$0{,}5 - 1{,}0$ |
$> 1$ |
| 6 |
Độ $pH$ |
$< 7$ |
$7$ |
$> 7$ |
-
Phương pháp phân tích tuổi tuyệt đối:
- Phương pháp đồng vị phóng xạ $^{14}\text{C}$: Đo tỷ lệ đồng vị $^{14}\text{C}/^{12}\text{C}$ trong vật liệu hữu cơ (chu kỳ bán rã 5.730 năm, khoảng đo hiệu quả đến 50.000 năm trước ngày nay).
- Phương pháp nhiệt huỳnh quang (TL) và huỳnh quang kích thích quang học (OSL): Đo liều lượng bức xạ tích lũy từ các đồng vị phóng xạ tự nhiên ($K, Th, U$) trong tinh thể thạch ảnh hưởng đến bẫy điện tử, ứng dụng xác định thời gian chôn vùi trầm tích từ 150.000 năm trở lại với sai số khoảng 10%.
-
Phương pháp minh giải địa vật lý:
- Minh giải địa chấn địa tầng: Phân tích hình thái trường sóng, ranh giới phản xạ, các cấu trúc dâng gá đáy (onlap), phủ đỉnh (toplap), bào mòn cắt xén (truncation) và các thung lũng đào khoét canion trên các băng địa chấn 2D dầu khí và địa chấn nông phân giải cao (HRSS).
- Địa vật lý giếng khoan (Well logs): Sử dụng các đường cong điện thế tự nhiên ($SP$), bức xạ gamma tự nhiên ($GR$), điện trở suất ($CE$), mật độ ($CD$), nơtron ($CN$) và âm học ($CA$). Giải đoán tướng qua dạng đường cong: dạng phễu (hạt thô dần lên trên, môi trường lấn/ven bờ/tiền châu thổ), dạng chuông (hạt mịn dần lên trên, lấp đầy lạch sông/biển tiến), dạng hình trụ/khối (cát liên tục, bồi tích đồng nhất), dạng răng cưa (xen kẽ bùn cát).
Nguồn cơ sở dữ liệu thực tế
- Hàng vạn kilômét tuyến địa chấn 2D dầu khí: Tuyến Sceptre (1991: 4.600 km), Tuyến Idenmitsu (1993: 2.800 km), Tuyến PetroVietnam – Geco Prakla (1993: 3.100 km), các tuyến chuẩn GPGT-93-200, 201, 202, 203, 217, Tuyến 89-0620, Tuyến 80-27, 97-280, 3599, 3531.
- Hơn 15.000 km địa chấn nông phân giải cao (HRSS): Tuyến TN1 đến TN6, các tuyến đo vùng biển Đèo Ngang – Nghi Sơn (1994: 3.000 km), Thanh Hóa – Thái Bình (1996: 3.000 km), Hải Phòng – Móng Cái (1997: 3.000 km), mạng lưới đo 2007–2013 và Đề án 47 (2012–2013: hơn 4.000 km).
- Dữ liệu giếng khoan dầu khí sâu: 102-CQ-1X, 102-HD-1X, 103T-G-1X, 103T-H-1X, 107T-PA-1X, 104-QN-1X, 111-HX, 113-BV-1X, 113-BD-1X, GK 100, GK 104, GK 3 Vĩnh Bảo, GK 4 Tiên Hưng.
- Dữ liệu lỗ khoan bãi triều và ven bờ: KX 1, LK 30 (Đông Bắc Cửa Hội), LK 01 (Cẩm Nhượng, Hà Tĩnh).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Lịch sử nghiên cứu, cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 1 hệ thống hóa toàn bộ các công trình nghiên cứu địa chất, địa mạo, trầm tích và địa vật lý tại bể Sông Hồng từ năm 1949 đến năm 2013. Tác giả phân tích chi tiết ưu nhược điểm của các phương pháp phân chia địa tầng truyền thống (thạch địa tầng, sinh địa tầng), từ đó xác lập phương pháp luận tiếp cận hệ thống: lấy trầm tích luận định lượng và sự tương tác giữa dao động mực nước biển chân tĩnh với sụt lún kiến tạo làm nền tảng để phân chia địa tầng phân tập. Chương này cũng trình bày chi tiết quy trình xử lý mẫu trong phòng thí nghiệm, các biểu đồ phân loại thạch học của Folk (1954), Logvinenko (1974), phương pháp phân tích tuổi đồng vị $^{14}\text{C}$, OSL/TL, kỹ thuật phân tích dạng đường cong địa vật lý giếng khoan và tiêu chuẩn minh giải các bất chỉnh hợp trên băng địa chấn.
Chương 2. Địa tầng, cấu trúc địa chất và hoạt động kiến tạo trong Kainozoi khu vực bể Sông Hồng
Chương 2 mô tả khái quát đặc điểm địa tầng và cấu trúc kiến tạo của bể Sông Hồng:
- Địa tầng móng trước Kainozoi: Rất đa dạng và phân dị mạnh. Trung tâm Miền võng Hà Nội bắt gặp móng Mesozoi gồm ryolit và tuf tại giếng khoan GK 104 (độ sâu từ 3.941 m). Rìa Tây Nam gặp móng biến chất Proterozoi gồm gneis, phiến biotit-amfibol tại GK 15 (Nam Định), GK 57 (Hải Hậu). Rìa Đông Bắc gặp đá vôi Carbon – Permi (hệ tầng Bắc Sơn), đá vôi và phiến silic Devon giữa – trên (hệ tầng Lỗ Sơn), cát kết phiến sét đỏ Devon dưới (hệ tầng Đồ Sơn) tại các giếng B10-1X, B10-2X, B26-1X.
- Địa tầng Kainozoi:
- Paleogen: Gồm hệ tầng Phù Tiên ($E_2pt$, Eocen) dày 316–485 m với cuội kết, cát kết hạt thô đa khoáng, bột kết tím đỏ; hệ tầng Đình Cao ($E_3đc$, Oligocen) dày 300–1.200 m gồm cát kết xám sáng xen bột kết, sét kết xám đen chứa vỉa than mỏng và phức hệ bào tử phấn Florschuetzia trilobata, Cicatricosisporites dorogensis.
- Neogen: Gồm hệ tầng Phong Châu ($N_1^1pch$, Miocen sớm) dày 400–1.400 m đặc trưng bởi cát kết xen kẽ nhịp nhàng với sét bột kết chứa glauconit; hệ tầng Phù Cừ ($N_1^2pc$, Miocen giữa) dày 1.000–1.500 m chứa phức hệ Orbulina universa, Globorotalia mayeri; hệ tầng Tiên Hưng ($N_1^3th$, Miocen muộn) dày 760–3.000 m gồm cuội sạn cát kết gắn kết yếu xen vỉa than; hệ tầng Vĩnh Bảo ($N_2vb$, Pliocen) phát triển rộng khắp với trầm tích cát kết hạt mịn, sét vôi.
- Đệ Tứ: Các thành tạo bở rời thuộc hệ tầng Hà Nội ($Q_1^{2-3}$), Vĩnh Phúc ($Q_1^{3b}$), Hải Hưng ($Q_2^{1-2}$) và Thái Bình ($Q_2^3$).
- Đặc điểm cấu trúc – kiến tạo: Bể Sông Hồng được hình thành do hoạt động trượt bằng – tách giãn của đới đứt gãy Sông Hồng trong Kainozoi, tạo nên các đới cấu trúc trũng sụt sâu xen kẽ các khối nâng, với hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam chi phối toàn bộ cấu trúc móng và lớp phủ trầm tích.
Chương 3. Đặc điểm tướng trầm tích Pliocen – Đệ tứ bể Sông Hồng
Chương 3 trình bày các kết quả phân tích định lượng về chiều dày, độ sâu và tướng trầm tích:
- Độ sâu và bề dày: Xây dựng đường cong chuyển đổi độ sâu – thời gian cho toàn bể và trung tâm bể. Liên kết độ sâu đáy Pliocen và đáy Đệ Tứ giữa các giếng khoan và băng địa chấn. Bề dày trầm tích Pliocen – Đệ Tứ tăng dần từ rìa vào trung tâm trũng, trong đó trầm tích Đệ Tứ đạt bề dày lớn nhất 250–300 m tại vùng trũng trung tâm.
- Đặc điểm tướng trầm tích giai đoạn Pliocen:
- Phân chia thành 3 nhóm tướng chính: nhóm tướng aluvi ($aN_2^1$) đặc trưng bởi phản xạ địa chấn kiểu đào khoét xói mòn lòng sông cổ; nhóm tướng châu thổ ($amN_2^1$) đặc trưng bởi cấu xạ dạng lấn tiến (clinoform); nhóm tướng biển ($mN_2^1$) đặc trưng bởi các phản xạ song song, biên độ ổn định.
- Phân tích thạch học chi tiết tại các giếng khoan 113-BV-1X và 113-BD-1X cho thấy cát kết Pliocen có thành phần thạch anh chiếm ưu thế, xi măng gắn kết calcit và sét; khoáng vật sét qua phân tích XRD gồm illit, smectit, kaolinit và clorit.
- Đặc điểm tướng trầm tích giai đoạn Đệ Tứ:
- Xác định các tướng aluvi ($aQ, aQ_1^{2b}, aQ_1^{3a}, aQ_1^{3b}-Q_2$), tướng châu thổ ($amQ$) và tướng biển ($mQ$) trên các tuyến địa chấn nông TN1, TN2, TN3, TN5, T97-6, T96-13, T94-13, T93-32.
- Phân tích cột địa tầng các lỗ khoan chuẩn: Lỗ khoan KX 1 thể hiện rõ sự chuyển tướng từ bồi tích hạt thô đáy sông sang tướng đầm lầy và biển tiến; lỗ khoan LK 30 (Đông Bắc Cửa Hội) và LK 01 (Cẩm Nhượng, Hà Tĩnh) ghi nhận các nhịp trầm tích biển tiến Holocen phủ bất chỉnh hợp lên bề mặt sét loang lổ phong hóa Pleistocen muộn.
Chương 4. Địa tầng phân tập trầm tích Pliocen - Đệ tứ bể Sông Hồng
Chương 4 là chương trọng tâm về mặt lý thuyết và thực tiễn phân chia địa tầng:
- Đánh giá các mô hình địa tầng phân tập: Luận án so sánh các mô hình địa tầng phân tập cổ điển và hiện đại, lựa chọn mô hình phức tập trầm tích đối xứng có 3 miền hệ thống (LST, TST, HST) phù hợp nhất với điều kiện địa chất bể Sông Hồng.
- Phân chia chi tiết các phức tập:
- Giai đoạn Pliocen (3 phức tập): Phức tập $S_1(N_2^1)$, $S_2(N_2^2)$, $S_3(N_2^3)$ được nhận diện rõ trên tuyến địa chấn sâu 89-0620, tuyến T93-217, T93-200 và các giếng khoan KX 1, 102 HD-1X, giếng khoan 3 Vĩnh Bảo. Nhóm phân tập phủ chồng lùi thể hiện rõ nét miền hệ thống biển tiến TST giai đoạn $N_2^2$.
- Giai đoạn Đệ Tứ (5 phức tập ngoài khơi, 4 phức tập trên đất liền): Xác lập phức tập $S_4(Q_1^1)$, $S_5(Q_1^{2a})$, $S_6(Q_1^{2b})$, $S_7(Q_1^{3a})$ và phức tập thứ tám $S_8(Q_1^{3b}-Q_2)$. Trên phần đất liền, do biên độ biển thoái hạ thấp, hai phức tập $S_5$ và $S_6$ gộp lại thành phức tập $S_{5-6}(Q_1^2)$.
- Minh giải các mặt cắt địa tầng phân tập: Thành lập và liên kết các mặt cắt địa tầng phân tập chi tiết qua các tuyến địa chấn nông TN1 đến TN6, mặt cắt liên kết lỗ khoan Cẩm Nhượng với tuyến T5, và mặt cắt tổng hợp đối sánh địa tầng trầm tích Đệ Tứ giữa phần đất liền và phần thềm lục địa bể Sông Hồng.
Chương 5. Tiến hóa trầm tích Pliocen - Đệ tứ bể Sông Hồng trên cơ sở địa tầng phân tập
Chương 5 khôi phục lịch sử phát triển địa chất và đánh giá tài nguyên:
- Dao động mực nước biển Pliocen – Đệ Tứ: Luận án xây dựng đường cong dao động mực nước biển địa phương, đối sánh với biểu đồ dao động mực nước biển dọc bờ biển phía Đông Trung Quốc và thang dao động mực nước biển toàn cầu tương ứng với các thời kỳ băng hà (Würm, Riss, Mindel, Günz) và gian băng.
- Lịch sử tiến hóa trầm tích qua 8 chu kỳ:
- Chu kỳ Pliocen sớm ($N_2^1$): Biển thoái mạnh thời kỳ $LST_1$, hệ thống sông cổ đào khoét các thung lũng sâu trên Miền võng Hà Nội; sau đó biển tiến ($TST_1$) mở rộng không gian lắng đọng sét vôi, kết thúc bằng pha biển cao ($HST_1$).
- Chu kỳ Pliocen giữa ($N_2^2$) và Pliocen muộn ($N_2^3$): Tiếp tục chu kỳ mở rộng và thu hẹp bồn trầm tích, hình thành các nón quạt châu thổ lấn tiến.
- Chu kỳ Pleistocen sớm ($Q_1^1$): Thành tạo cuội sỏi aluvi đáy phân bố rộng khắp Miền võng Hà Nội trong pha biển thấp; biển tiến lắng đọng trầm tích vũng vịnh, ven bờ.
- Chu kỳ Pleistocen giữa ($Q_1^{2a}$ và $Q_1^{2b}$): Hình thành các thể cát aluvi dày, cuội sạn hạt thô chuyển sang sét bột châu thổ.
- Chu kỳ Pleistocen muộn sớm ($Q_1^{3a}$): Biển tiến mạnh phủ ngập phần lớn đồng bằng, sau đó biển thoái làm phơi lộ bề mặt hình thành lớp sét loang lổ phong hóa đặc trưng.
- Chu kỳ Pleistocen muộn phần muộn – Holocen ($Q_1^{3b}-Q_2$): Thời kỳ biển thấp cực đại (LGM - Băng hà Würm muộn), mực nước biển hạ thấp xuống độ sâu 100–120 m so với hiện nay, làm trơ toàn bộ đáy Vịnh Bắc Bộ tạo mạng lưới sông cổ đào khoét mạnh. Giai đoạn biển tiến Holocen ($TST_8$) dâng cao nhấn chìm vịnh, hình thành các trầm tích bùn sét biển nông, bãi triều và đới đường bờ cổ ở độ sâu 25–30 m nước; pha biển cao ($HST_8$) bồi tụ nên đồng bằng châu thổ hiện đại.
- Đánh giá triển vọng khoáng sản rắn và tài nguyên:
- Dự báo các trường sa khoáng khoáng vật nặng (ilmenit, zircon, rutil) tập trung trong các đới đường bờ cổ và thân cát bãi biển cổ.
- Phân vùng các tích tụ cát, cuội sạn lục nguyên xây dựng và sét gạch ngói dưới đáy biển nông.
- Phát hiện diện phân bố của cuội sạn lục nguyên và kết vón laterit ở độ sâu 55–60 m nước trên Vịnh Bắc Bộ.
- Đánh giá các phức tập chứa cát kết bở rời làm tiền đề tìm kiếm các tầng chứa nước nhạt dưới đất phục vụ dân sinh ven biển.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về lý luận khoa học
- Lựa chọn và chuẩn hóa mô hình địa tầng phân tập: Luận án đã chứng minh mô hình địa tầng phân tập trầm tích vụn cơ học có cấu trúc 3 miền hệ thống (LST, TST, HST) là mô hình tối ưu để giải đoán tiến hóa trầm tích Kainozoi muộn trong các bể rift sụt võng bất đối xứng như bể Sông Hồng.
- Xác lập quy luật cộng sinh tướng liên tục: Làm sáng tỏ quy luật phân bố các phức hệ tướng trầm tích trong không gian và thời gian dưới dạng các dãy cộng sinh tướng liên tục (tướng đơn và tướng kép) từ miền xâm thực lục địa qua đồng bằng châu thổ đến trung tâm bể, chịu sự kiểm soát nhân quả trực tiếp của dao động mực nước biển chân tĩnh.
- Phân chia chi tiết 8 chu kỳ địa tầng phân tập: Lần đầu tiên phân chia trọn vẹn mặt cắt trầm tích Pliocen – Đệ Tứ bể Sông Hồng thành 8 phức tập (sequence) trên phần thềm lục địa và 7 phức tập trên phần đất liền, tương thích hoàn toàn với các chu kỳ dao động mực nước biển do băng hà – gian băng toàn cầu.
Đóng góp mới về thực tiễn
- Chính xác hóa thang thời địa tầng Đệ Tứ: Cung cấp cơ sở khoa học để hiệu chỉnh và liên kết thang địa tầng Đệ Tứ vùng đồng bằng Sông Hồng với vùng thềm lục địa Vịnh Bắc Bộ, khắc phục các mâu thuẫn tồn tại lâu năm của phương pháp phân chia thạch địa tầng thuần túy.
- Tiền đề định hướng tìm kiếm khoáng sản rắn và nước ngầm:
- Xác lập vị trí các thể cát - cuội sạn thuộc miền hệ thống biển thấp (LST) và đới bờ biển tiến (TST) làm tiền đề tìm kiếm sa khoáng titan, zircon, cát thủy tinh và vật liệu xây dựng dưới đáy biển Vịnh Bắc Bộ.
- Khoanh định các thân cát chứa nước ngầm có giá trị trong các phân vị $S_4, S_5, S_6$ phục vụ cung cấp nước ngọt cho các dải ven biển Miền Bắc.
- Ứng dụng cho khảo sát công trình biển: Làm rõ cấu trúc địa chất nông tầng mặt và vị trí các thung lũng ngầm cổ bị vùi lấp, phục vụ quy hoạch xây dựng công trình cảng biển, đường ống dẫn khí và công trình dầu khí ngoài khơi.
Kiến nghị và giải pháp đề xuất
- Đề xuất áp dụng quy trình phân tích địa tầng phân tập kết hợp trầm tích luận định lượng của luận án vào công tác đo vẽ bản đồ địa chất biển tỷ lệ 1/100.000 và 1/50.000 trên toàn dải thềm lục địa Việt Nam.
- Kiến nghị ngành Dầu khí và Tổng cục Địa chất phối hợp khoan lấy mẫu lõi liên tục ở các tầng trầm tích nông tầng Đệ Tứ ngoài khơi để bổ sung chỉ tiêu tuổi tuyệt đối và vi cổ sinh chỉ thị môi trường.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế được ghi nhận từ văn bản
- Mạng lưới tài liệu địa chấn và giếng khoan phân bố không đồng đều trên toàn bộ diện tích bể: dữ liệu tập trung mật độ cao ở phần đất liền và các lô dầu khí ven bờ nông (các lô 102, 103, 104, 107, 113), trong khi khu vực trũng sâu trung tâm bể mật độ tuyến địa chấn còn thưa.
- Mẫu lõi khoan và mẫu phân tích thạch học, vi cổ sinh chuyên biệt cho tầng Pliocen – Đệ Tứ ở các giếng khoan dầu khí ngoài khơi còn hạn chế do mục tiêu chính của các công ty dầu khí là các tầng chứa sâu Oligocen – Miocen.
- Phương pháp định tuổi bằng vi cổ sinh kém hiệu quả trong trầm tích Pleistocen hạt thô, việc định tuổi chủ yếu dựa vào đối sánh chu kỳ dao động mực nước biển chân tĩnh kết hợp đồng vị $^{14}\text{C}$ và OSL/TL ở các lỗ khoan nông.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Mở rộng xử lý các tài liệu địa chấn 3D phân giải cao và bổ sung các lỗ khoan nghiên cứu chuyên dụng ở vùng nước sâu hơn 100 m để làm sáng tỏ ranh giới các phân tập bậc cao (parasequences bậc 4 và bậc 5).
- Tăng cường nghiên cứu chi tiết cổ từ địa tầng và đồng vị bền nhằm đối sánh độ phân giải cao với các thang địa tầng quốc tế.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo khoa học có giá trị chuyên môn cao đối với nhiều nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Địa chất, Địa chất Biển, Địa chất Dầu khí, Trầm tích luận: Tham khảo trực tiếp khung lý thuyết địa tầng phân tập, phương pháp giải đoán tướng thạch học định lượng từ đường cong địa vật lý giếng khoan ($SP, GR$) và tiêu chuẩn nhận dạng các bất chỉnh hợp trên băng địa chấn (Chương 1 và Chương 4).
- Giảng viên và nhà khoa học tại các viện nghiên cứu, trường đại học: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy về địa chất Kainozoi Việt Nam, cấu trúc bể trầm tích Sông Hồng và phương pháp luận khôi phục tướng đá – cổ địa lý (Chương 2, Chương 3 và Chương 5).
- Cán bộ kỹ thuật và nhà quản lý tại Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, Liên đoàn Địa chất Biển, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản: Sử dụng các kết quả phân vùng cấu trúc, quy luật phân bố các tập cát kết bở rời, các đới đường bờ cổ ở độ sâu 25–30 m nước và các thân cuội sạn chứa laterit ở độ sâu 55–60 m nước để lập phương án quy hoạch thăm dò sa khoáng đáy biển, khai thác vật liệu xây dựng và tìm kiếm nguồn nước ngầm tầng sâu vùng ven biển Bắc Bộ.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án phân chia trầm tích Pliocen – Đệ Tứ bể Sông Hồng thành bao nhiêu phức tập (sequence) trên đất liền và thềm lục địa?
Trả lời: Luận án xác định trầm tích Pliocen – Đệ Tứ bể Sông Hồng gồm 8 phức tập trên phần thềm lục địa và 7 phức tập trên phần đất liền. Cụ thể:
- Giai đoạn Pliocen có 3 phức tập chung cho cả hai khu vực: $S_1(N_2^1)$, $S_2(N_2^2)$ và $S_3(N_2^3)$.
- Giai đoạn Đệ Tứ ở thềm lục địa có 5 phức tập: $S_4(Q_1^1)$, $S_5(Q_1^{2a})$, $S_6(Q_1^{2b})$, $S_7(Q_1^{3a})$ và $S_8(Q_1^{3b}-Q_2)$.
- Giai đoạn Đệ Tứ trên đất liền có 4 phức tập do hai phức tập $S_5$ và $S_6$ hợp nhất thành một phức tập duy nhất là $S_{5-6}(Q_1^2)$.
2. Ba miền hệ thống trầm tích (LST, TST, HST) trong một phức tập chuẩn của bể Sông Hồng bao gồm các tổ hợp tướng nào?
Trả lời: Mỗi phức tập bao gồm 3 miền hệ thống với tổ hợp cộng sinh tướng chuyển tiếp liên tục từ bờ ra khơi:
- Miền hệ thống biển thấp (LST): Gồm nhóm tướng trầm tích lục nguyên môi trường lục địa ($ar$) chuyển sang môi trường châu thổ biển thoái phần ngập nước ($amr$).
- Miền hệ thống biển tiến (TST): Gồm nhóm tướng trầm tích lục nguyên môi trường biển nông ($mt$) ở trung tâm bể chuyển sang môi trường châu thổ biển tiến ($amt$) ở đồng bằng Sông Hồng.
- Miền hệ thống biển cao (HST): Gồm nhóm tướng trầm tích lục nguyên môi trường châu thổ biển thoái ($amr$) ở đồng bằng Sông Hồng chuyển sang nhóm tướng châu thổ biển thoái xen biển nông biển thoái ($amr/mr$) ở trung tâm bể.
3. Những chỉ tiêu địa hóa định lượng nào được sử dụng trong luận án để phân biệt môi trường lục địa, chuyển tiếp và biển?
Trả lời: Tác giả sử dụng 6 chỉ tiêu địa hóa môi trường chính:
- Tỷ số $\text{Fe}^{2+}S / C_{\text{org}}$: $<0{,}06$ (lục địa), $0{,}06–0{,}20$ (chuyển tiếp), $>0{,}20$ (biển).
- Tỷ số ion $\text{Na}^+ / \text{Cl}^-$: $<1$ (lục địa), $=1$ (chuyển tiếp), $>1$ (biển).
- Tỷ số $\text{Cl}^- / \text{Br}^-$: $<300$ (lục địa), $=300$ (chuyển tiếp), $>300$ (biển).
- Tỷ số $\text{Br}^- / \text{I}^-$: $<1{,}5$ (lục địa), $0{,}5–1{,}0$ (chuyển tiếp), $>1$ (biển).
- Hệ số $K_t$: $<0{,}5$ (lục địa), $0{,}5–1{,}0$ (chuyển tiếp), $>1$ (biển).
- Độ $pH$: $<7$ (lục địa), $=7$ (chuyển tiếp), $>7$ (biển).
4. Điểm khác biệt căn bản giữa phương pháp địa tầng phân tập của luận án và cách phân chia thạch địa tầng truyền thống trước đây ở đồng bằng Sông Hồng là gì?
Trả lời: Cách phân chia thạch địa tầng trước đây chỉ dựa đơn thuần vào thạch học của từng lớp đất đá riêng biệt (như gán tên hệ tầng Hà Nội cho cuội sạn, hệ tầng Vĩnh Phúc cho sét loang lổ) mà không phản ánh được quy luật tiến hóa trầm tích theo các chu kỳ biến đổi khí hậu và dao động mực nước biển. Phương pháp địa tầng phân tập của luận án phân chia các đơn vị trầm tích dựa trên các bề mặt gián đoạn có tính đồng thời (ranh giới phức tập, bề mặt ngập lụt cực đại), liên kết các tướng trầm tích khác nhau về thạch học nhưng cùng hình thành trong một pha dao động mực nước biển (LST, TST, HST), từ đó thiết lập khung thời địa tầng chuẩn xác kết nối giữa lục địa và biển mở.
5. Luận án đã chỉ ra những phát hiện thực tiễn nào về khoáng sản rắn và ranh giới cổ địa lý đáy biển Vịnh Bắc Bộ?
Trả lời: Luận án đã xác định:
- Đới đường bờ cổ biển tiến nằm ở độ sâu 25–30 m nước cộng sinh với các tướng sét bột chứa than bùn tuổi Holocen sớm – giữa.
- Sự tồn tại của trường cuội sạn lục nguyên và kết vón laterit phân bố ở độ sâu 55–60 m nước trên đáy Vịnh Bắc Bộ.
- Tiềm năng sa khoáng titan – zircon và cát xây dựng tập trung trong các thể cát bãi biển cổ, nón quạt châu thổ ngập nước thuộc miền hệ thống LST và TST.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Đình Nguyên là công trình nghiên cứu địa chất chuyên sâu, giải quyết trọn vẹn việc phân chia địa tầng và khôi phục lịch sử tiến hóa trầm tích Pliocen – Đệ Tứ bể Sông Hồng bằng phương pháp địa tầng phân tập hiện đại. Bằng việc kết hợp đồng bộ khối lượng lớn tài liệu địa chấn sâu dầu khí, địa chấn nông phân giải cao, số liệu giếng khoan và phân tích trầm tích luận định lượng, tác giả đã xác lập mô hình 8 phức tập trầm tích đối xứng có 3 miền hệ thống (LST, TST, HST) kiểm soát bởi dao động mực nước biển chân tĩnh. Kết quả nghiên cứu không chỉ khắc phục các hạn chế của phân chia thạch địa tầng truyền thống, chính xác hóa thang thời địa tầng Đệ Tứ đồng bằng và thềm lục địa Bắc Bộ, mà còn cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho công tác tìm kiếm sa khoáng rắn, khai thác nước ngầm và quy hoạch các công trình kỹ thuật biển.
