Luận án Đặc điểm môi trường trầm tích và lịch sử phát triển địa chất Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long

i VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VŨ VĂN HÀ ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỊA CHẤT HOLOXEN VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN CỦA HỆ THỐNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI – 2015 ii VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VŨ VĂN HÀ ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỊA CHẤT HOLOXEN VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN CỦA HỆ THỐNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 62 44 02 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Cán bộ hướng dẫn: PGS.TSKH Nguyễn Địch Dỹ TS. Đinh Văn Thuận HÀ NỘI – 2015 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả Vũ Văn Hà iv LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện tại Phòng Địa chất Đệ tứ, Viện Địa chất – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn của PGS.TSKH. Nguyễn Địch Dỹ và TS. Đinh Văn Thuận. Trong quá trình thực hiện luận án NCS đã được Lãnh đạo Phòng Địa chất Đệ tứ và Lãnh đạo Viện tạo điều kiện tốt nhất để tập trung hoàn thành luận án. Dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy hướng dẫn NCS đã hình thành được bản luận án. NCS cũng nhận được nhiều sự giúp đỡ và góp ý sâu sắc trong quá trình thực hiện luận án và tại Hội thảo luận án của các nhà khoa học như: PGS.TS. Doãn Đình Lâm, PGS.TS Phạm Huy Tiến, GS.TS. Trần Nghi, TS. Nguyễn Xuân Huyên, GS.TSKH Lê Đức An, PGS.TS Nguyễn Xuân Khiển, TS. Mai Thành Tân, TS. Ngô Quang Toàn, TS. Vũ Quang Lân, TS. Phan Đông Pha, TS. Đinh Xuân Thành... Nhân dịp này, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy hướng dẫn, các nhà khoa học và các đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan đã giúp đỡ và góp ý kiến để NCS hoàn thành bản luận án này. NCS xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Địa chất và Phòng Địa chất Đệ tứ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS trong suốt thời gian làm luận án. Tác giả luận án Vũ Văn Hà v MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................ 7 1.1. Lịch sử nghiên cứu ............................................................................. 7 1.2. Hệ phương pháp nghiên cứu ............................................................. 22 1.2.1. Phương pháp luận........................................................................ 22 1.2.2. Các phương pháp nghiên cứu ...................................................... 23 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO – ĐỊA CHẤT VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN HỆ THỐNG SÔNG CỬU LONG ............................................. 29 2.1. Đặc điểm địa mạo............................................................................. 29 2.1.1. Địa hình nguồn gốc sông ............................................................. 29 2.1.2. Địa hình nguồn gốc hỗn hợp sông – biển..................................... 32 2.1.3. Địa hình nguồn gốc biển.............................................................. 33 2.2. Đặc điểm địa chất ............................................................................. 36 2.2.1. Địa tầng ....................................................................................... 36 2.2.2. Kiến tạo ....................................................................................... 53 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM TƯỚNG TRẦM TÍCH HOLOXEN VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN CỦA HỆ THỐNG SÔNG CỬU LONG ............... 61 3.1. Cơ sở lý luận .................................................................................... 61 3.1.1. Khái niệm về châu thổ (Delta) ..................................................... 61 3.1.2. Khái niệm về estuary ................................................................... 62 3.1.3. Khái niệm về thung lũng cắt xẻ ................................................... 63 3.1.4. Định nghĩa về tướng trầm tích. .................................................... 63 3.1.5. Tổ hợp tướng trầm tích. ............................................................... 64 3.1.6. Định luật Walther ........................................................................ 64 3.2. Nhóm tướng bồi lấp thung lũng cắt xẻ .............................................. 65 3.2.1. Tướng cát sạn sỏi lòng sông ........................................................ 65 3.2.2. Tướng bột cát đê tự nhiên ............................................................ 66 3.2.3. Tướng sét bột đầm lầy nước ngọt................................................. 67 3.2.4. Tướng bột sét đồng bằng ngập lụt................................................ 68 vi 3.2.5. Tướng bột sét trên triều................................................................ 69 3.3. Nhóm tướng trầm tích estuary – vũng vịnh....................................... 73 3.3.1. Tướng sét bột cát bãi triều .......................................................... 73 3.3.2. Tướng cát bột lạch triều............................................................... 74 3.3.3. Tướng sét bột vũng vịnh .............................................................. 74 3.3.4. Tướng bar cát chắn cửa vịnh........................................................ 76 3.3.5. Tướng cát bột sét sau bờ .............................................................. 77 3.3.6. Tướng cát bột sét tiền bờ ............................................................. 79 3.4. Nhóm tướng trầm tích châu thổ ........................................................ 84 3.4.1. Tướng sét bột chân châu thổ ........................................................ 84 3.4.2. Tướng bột sét tiền châu thổ.......................................................... 85 3.4.3. Tướng cát bột cửa phân lưu ......................................................... 86 3.4.4. Tướng cát bột lòng phân lưu........................................................ 87 3.4.5. Tướng bột sét vụng gian lưu ........................................................ 88 3.4.6. Tướng cát-bột-sét đới gian triều.................................................. 89 3.4.7. Tướng cát bột lạch triều............................................................... 91 3.4.8. Tướng bột sét đới trên triều ......................................................... 93 3.4.9. Tướng cồn cát ven biển................................................................ 94 CHƯƠNG 4: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỊA CHẤT HOLOXEN VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN CỦA HỆ THỐNG SÔNG CỬU LONG ............. 105 4.1. Giai đoạn bồi lấp thung lũng cắt xẻ................................................. 106 4.2. Giai đoạn estuary – vũng vịnh ........................................................ 115 4.3. Giai đoạn châu thổ.......................................................................... 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 129 CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .............. 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 134 vii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1.1. Tuổi tuyệt đối các bậc thềm biển trên đảo ở Việt Nam ................. 13 Bảng 2.1. Bảng liên hệ địa tầng Holoxen vùng đồng bằng sông Cửu Long .. 40 Bảng 3.1. Đặc điểm thạch học, khoáng vật nhóm tướng bồi lấp thung lũng cắt xẻ ................................................................................................................. 71 Bảng 3.2. Đặc điểm cổ sinh và hóa – lý môi trường nhóm tướng bồi lấp thung lũng cắt xẻ .................................................................................................... 72 Bảng 3.3. Đặc điểm thạch học, khoáng vật nhóm tướng estuary – vũng vịnh82 Bảng 3.4. Đặc điểm cổ sinh và hóa – lý môi trường nhóm tướng estuary - vũng vịnh ..................................................................................................... 83 Bảng 3.5. Đặc điểm thạch học, khoáng vật nhóm tướng châu thổ................. 96 Bảng 3.6. Đặc điểm cổ sinh và hóa – lý môi trường nhóm tướng châu thổ ... 97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu....6 Hình 1.1. Phân loại châu thổ (theo Galloway, 1975) ...................................... 8 Hình 1.2. Dao động mực nước biển trong Holoxen (Nguyễn Ngọc và Nguyễn Thế Tiệp, 1998)............................................................................................ 13 Hình 1.3. Cấu tạo độ hạt mịn dần (graded bedding)...................................... 24 Hình 2.1. Sơ đồ địa mạo vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long ..................................................................................................................... 35 Hình 2.2. Cột địa tầng tổng hợp Holoxen vùng nghiên cứu .......................... 51 Hình 2.3. Sơ đồ địa chất Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long ..................................................................................................... 52 Hình 2.4. Sơ đồ tân kiến tạo và địa động lực hiện đại vùng nghiên cứu và khu vực lân cận ................................................................................................... 59 Hình 3.1. Mặt cắt phân chia các vùng biển (theo Reading H.G. 1996).......... 79 viii Hình 3.2. Mặt cắt tướng trầm tích lỗ khoan Sóc Trăng (LKST).................... 98 Hình 3.3. Mặt cắt tướng trầm tích lỗ khoanTrà Vinh (LKTV). ..................... 99 Hình 3.4. Mặt cắt tướng trầm tích lỗ khoan Bến Tre 1 (LKBT1). ............... 100 Hình 3.5. Mặt cắt tướng trầm tích lỗ khoan Bến Tre 2 (LKBT2). ............... 101 Hình 3.6. Mặt cắt tướng trầm tích lỗ khoan Bến Tre 3 (LKBT3). ............... 102 Hình 3.7. Mặt cắt tướng đá cổ địa lý Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long. ................................................................................ 103 Hình 4.1. Sơ đồ dao động mực nước biển trong Holoxen tại thềm Sunda Hanebuth và nnk (2000) ............................................................................ 108 Hình 4.2. Mặt cắt địa chấn nông phân giải cao tuyến cửa Đại - cửa Hàm Luông......................................................................................................... 111 Hình 4.3. Mặt cắt địa tầng phân tập – tướng trầm tích Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long........................................................ 112 Hình 4.4. Mặt cắt 3D địa tầng phân tập Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long. ........................................................................... 113 Hình 4.5. Sơ đồ tướng đá cổ địa lý thời kỳ giữa Holoxen sớm ................... 114 Hình 4.6. Sơ đồ dao động mực nước biển trong Holoxen (Lê Đức An, 1996) ................................................................................................................... 115 Hình 4.7. Estuary do sóng thống trị (Gary Nichol, 2009) ........................... 116 Hình 4.8. Sơ đồ tướng đá cổ địa lý thời kỳ đầu Holoxen giữa .................... 119 Hình 4.9. Sơ đồ dịch chuyển đường bờ giai đoạn biển lùi Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long ............................................... 126 Hình 4.10. Sơ đồ tướng đá cổ địa lý thời kỳ cuối Holoxen muộn ............... 127 DANH MỤC ẢNH Ảnh 3.1. Trầm tích cát sạn sỏi lòng sông trong lỗ khoan LKBT2 ................. 66 Ảnh 3.2. Trầm tích cát bột đê tự nhiên trong lỗ khoan LKBT2..................... 67 ix Ảnh 3.3. Trầm tích sét bột đầm lầy nước ngọt .............................................. 68 Ảnh 3.4. Trầm tích bột sét đồng bằng ngập lụt tại lỗ khoan LKBT3 .............. 69 Ảnh 3.5. Trầm tích bột sét đới trên triều trong lỗ khoan LKBT2 .................. 70 Ảnh 3.6. Trầm tích cát bột sét bãi triều trong lỗ khoan LKBT2.................... 73 Ảnh 3.7. Trầm tích cát bột lạch triều tại lỗ khoan LKBT3............................ 74 Ảnh 3.8. Trầm tích sét bột estuary – vũng vịnh trong lỗ khoan LKBT3........ 76 Ảnh 3.9. Trầm tích bar cát chắn cửa vịnh trong lỗ khoan LKBT2 ................ 77 Ảnh 3.10. Trầm tích cát bột sét sau bờ tại lỗ khoan LKTV ............................ 78 Ảnh 3.11. Trầm tích cát bột tiền bờ (phần cao) tại lỗ khoan LKTV.............. 80 Ảnh 3.12. Trầm tích cát bột sét tiền bờ (phần thấp) trong lỗ khoan LKTV... 81 Ảnh 3.13. Trầm tích sét bột chân châu thổ trong lỗ khoan LKBT1............... 84 Ảnh 3.14. Trầm tích sét bột tiền châu thổ trong lỗ khoan LKBT1 ................ 85 Ảnh 3.15. Trầm tích cát bột cửa phân lưu tại lỗ khoan Trà Vinh .................. 86 Ảnh 3.16. Trầm tích cát bột lòng phân lưu tại lỗ khoan LKBT1................... 88 Ảnh 3.17. Trầm tích bột sét vụng gian lưu trong lỗ khoan LKBT3............... 89 Ảnh 3.18. Trầm tích cát bột sét đới gian triều trong lỗ khoan LKBT2.......... 91 Ảnh 3.19. Trầm tích cồn cát ven biển trong lỗ khoan LKTV........................ 95 x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BP : Before present - Trước ngày nay BTPH : Bào tử phấn hoa ĐBNB : Đồng bằng Nam Bộ ĐB : Đông bắc ĐB-TN : Đông bắc – Tây nam ĐN : Đông nam HST : Highstand systems tract - Hệ thống trầm tích biển cao LST : Lowstand systems tract - Hệ thống trầm tích biển thấp NCS : Nghiên cứu sinh TB : TB TB-ĐN : TB - ĐN TN : TN TST : Transgressive systems tract - Hệ thống trầm tích biển tiến 1 MỞ ĐẦU Sông Cửu Long là phần hạ lưu của sông Mekong chảy trên lãnh thổ Việt Nam. Sông Mekong là một trong những con sông lớn nhất thế giới, bắt nguồn từ Trung Quốc, chảy qua Lào, Myanma, Thái Lan, Campuchia và đổ ra biển Đông ở Việt Nam. Trong giai đoạn Holoxen – hiện đại, quá trình bồi đắp của sông Cửu Long đã hình thành nên châu thổ sông Cửu Long, châu thổ có diện tích lớn nhất nước ta chứa đựng nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú như thủy hải sản, nông sản và tài nguyên khoáng sản. Châu thổ sông Cửu Long là vựa lúa lớn nhất nước ta, sản lượng hàng năm chiếm hơn 50% tổng sản lượng lúa và đóng góp khoảng 90% sản lượng gạo xuất khẩu của cả nước. Vùng đồng bằng sông Cửu Long cũng là một trong những trung tâm kinh tế lớn của cả nước, tập chung nhiều thành phố lớn, có mạng lưới giao thông phát triển cả về đường bộ và đường thủy, nơi giao thương của các nước trong khu vực và quốc tế. Bên cạnh sự ưu đãi về tài nguyên vị thế, vùng châu thổ sông Cửu Long cũng chịu nhiều tác động do thiên nhiên gây ra như lũ lụt, hạn hán, hoạt động của thủy triều Trong những thập niên gần đây, biến đổi khí hậu đang là vấn đề nóng bỏng trên toàn cầu, nhiều tác động xấu được dự báo có thể xảy ra như hiện tượng nước biển dâng kéo theo quá trình ngập úng, xói lở, sạt lở gây tác động nghiêm trọng đến vùng cửa sông ven biển. Vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long cũng được dự báo là vùng chịu ảnh hưởng nặng nhất của châu thổ sông Cửu Long. Những lợi thế về tài nguyên thiên nhiên hay những tác động tiêu cực do thiên nhiên gây ra có liên quan trực tiếp tới môi trường trầm tích Holoxen, do vậy nghiên cứu môi trường trầm tích Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ 2 thống sông Cửu Long thực sự cần thiết cho việc định hướng việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và phòng chống thiên tai. Mặt khác, môi trường trầm tích là hướng nghiên cứu quan trọng trong trầm tích học, đặc biệt là các đối tượng châu thổ hiện đại, có liên quan đến đợt biển tiến gần đây nhất xảy ra trong Holoxen. 1. Mục tiêu của luận án: Làm sáng tỏ môi trường trầm tích Holoxen và thiết lập các giai đoạn phát triển địa chất trong Holoxen vùng nghiên cứu. 2. Nhiệm vụ nghiên cứu: - Chính xác hóa các phân vị địa tầng Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long. - Phân chia tướng trầm tích Holoxen xác lập điều kiện môi trường trầm tích Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long. - Thiết lập lịch sử phát triển địa chất Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là các trầm tích Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long trong phạm vi 15-20 km từ bờ biển vào đất liền (hình 1). 4. Cơ sở tài liệu: + Tài liệu khảo sát thực địa Trong quá trình thực hiện các đề tài liên quan đến luận án, NCS đã tiến hành các đợt khảo sát thực địa tại vùng nghiên cứu của đề tài luận án: - Đợt 1, khảo sát thực địa năm 2009, tham gia là thành viên chính của đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu biến động cửa sông và môi trường trầm tích 3 Holoxen-hiện đại vùng ven bờ châu thổ sông Cửu Long, phục vụ phát triển bền vững kinh tế-xã hội”, mã số KC09.06/06-10. - Đợt 2 (năm 2011), khảo sát và lấy mẫu tại khu vực cửa Tiểu, cửa Đại với tư cách là thành viên chính thực hiện đề tài cơ bản “Nghiên cứu quá trình hấp phụ các kim loại nặng của trầm tích tầng mặt khu vực cửa sông ven biển trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Lấy ví dụ cửa Tiểu, sông Tiền” mã số 105.99-2010.17. + Số liệu, tài liệu Là thành viên chính của đề tài KC09.06/06-10, NCS đã trực tiếp xử lý các tài liệu, số liệu của đề tài và trực tiếp viết các báo cáo chuyên đề về địa tầng, chuyên đề tướng trầm tích và tham gia viết báo cáo tổng kết của đề tài. - Thu thập và xử lý: 300 mẫu độ hạt; 20 mẫu khoáng vật sét; 150 mẫu vi cổ sinh; 150 mẫu bào tử phấn hoa; 70 mẫu tảo Diatomeaee; 150 mẫu foraminifera và 30 mẫu tuổi tuyệt đối phân tích bằng phương pháp 14C thuộc đề tài KC09/06-06.10. - NCS trực tiếp mô tả, lấy mẫu và phân tích cấu tạo 300m khoan của 5 lỗ khoan vùng nghiên cứu. - Mẫu do NCS phân tích bổ sung gồm: 70 mẫu độ hạt, 50 mẫu khoáng vật sét bằng phương pháp nhiệt - rơnghen, 40 mẫu lát mỏng thạch học, 50 mẫu địa hóa môi trường, 30 mẫu bào tử phấn hoa và 20 mẫu tảo Diatomeaee. 5. Luận điểm bảo vệ: Luận điểm 1: Môi trường trầm tích Holoxen vùng nghiên cứu được phản ánh qua 20 tướng trầm tích thuộc ba nhóm tướng đặc trưng cho môi trường trầm tích châu thổ và trước khi hình thành châu thổ: - Nhóm tướng bồi lấp thung lũng cắt xẻ gồm 5 tướng trầm tích 4 - Nhóm tướng estuary – vũng vịnh gồm 6 tướng trầm tích - Nhóm tướng châu thổ gồm 9 tướng trầm tích. Luận điểm 2: Lịch sử phát triển địa chất Holoxen vùng cửa sông ven biển hệ thống sông Cửu Long trải qua ba giai đoạn phát triển địa chất. (1) Giai đoạn bồi lấp thung lũng cắt xẻ diễn ra vào cuối Pleistoxen muộn - Holoxen sớm, (2) giai đoạn estuary - vũng vịnh diễn ra trong Holoxen giữa, (3) giai đoạn châu thổ diễn ra trong Holoxen giữa – muộn. 6. Những điểm mới của luận án - Một số kiểu nguồn gốc trầm tích mới được xác định gồm: trầm tích nguồn gốc sông-đầm lầy thuộc hệ tầng Bình Đại; trầm tích nguồn gốc sông- biển-đầm lầy thuộc hệ tầng Hậu Giang. - Xác định 20 tướng trầm tích thuộc ba nhóm tướng (nhóm tướng bồi lấp thung lũng cắt xẻ, nhóm tướng estuary vũng vịnh và nhóm tướng châu thổ) đặc trưng cho môi trường trầm tích Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long. - Xác lập 3 giai đoạn phát triển địa chất trong Holoxen vùng cửa sông ven biển hệ thống sông Cửu Long. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn + Ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận án làm sáng tỏ môi trường trầm tích và lịch sử phát triển địa chất Holoxen và góp phần hoàn thiện địa tầng Holoxen vùng cửa sông ven biển của hệ thống sông Cửu Long + Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của luận án là bộ dữ liệu cơ sở cho những nghiên cứu về tai biến thiên nhiên vùng cửa sông ven biển, định hướng cho việc quy hoạch và khai thác tài nguyên khoáng sản... 5 8. Bố cục của luận án Mở đầu - Chương 1: Lịch sử nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu - Chương 2: Đặc điểm địa mạo – địa chất vùng cửa sông ven b