Luận án Tiến hóa trầm tích đệ tứ đới bờ đèo Ngang - đèo Hải Vân và khoáng sản liên quan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ----------------------------------------- ĐÀO BÙI DIN TIẾN HÓA TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ ĐỚI BỜ ĐÈO NGANG - ĐÈO HẢI VÂN VÀ KHOÁNG SẢN LIÊN QUAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành Kỹ thuật Địa chất Hà Nội - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ----------------------------------------- ĐÀO BÙI DIN TIẾN HÓA TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ ĐỚI BỜ ĐÈO NGANG - ĐÈO HẢI VÂN VÀ KHOÁNG SẢN LIÊN QUAN Ngành: Kỹ thuật Địa chất Mã số: 9520501 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Trần Nghi 2. PGS. TS. Nguyễn Quang Luật Hà Nội - 2024 3 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, khách quan và một phần đã được công bố trong các bài báo của NCS đăng trong các Tạp chí Khoa học, phần còn lại chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác./. Tác giả luận án Đào Bùi Din 4 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, NCS đã nhận được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy: GS.TS. Trần Nghi và PGS.TS. Nguyễn Quang Luật. NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn. Trong quá trình hoàn thành luận án, NCS cũng nhận được những ý kiến đóng góp quý báu, sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô và các nhà khoa học thuộc: Bộ môn Tìm kiếm - Thăm dò, Khoa Địa chất, Phòng Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên - môi trường biển khu vực phía Bắc - Cục Biển và Hải đảo Việt Nam. Liên đoàn Địa chất và Khoáng sản biển - Cục Địa chất Việt Nam. Đồng thời, NCS luôn nhận được sự quan tâm của Lãnh đạo, cán bộ và quý bạn đồng nghiệp Văn phòng Bộ Tài Nguyên và Môi Trường. NCS cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè, những người đã luôn động viên, cổ vũ tinh thần và tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong suốt thời gian thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn! Nghiên cứu sinh Đào Bùi Din 5 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 2 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 4 MỤC LỤC ................................................................................................................... 5 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT ........................................................................... 8 DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... 9 DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. 11 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ................................................. 8 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH - ĐỊA MẠO .................................................................. 8 1.2. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU, THỦY VĂN ............................................................... 10 1.2.1. Đặc điểm khí hậu .......................................................................................... 10 1.2.2. Đặc điểm thủy văn ........................................................................................ 11 1.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT .................................................................................... 13 1.3.1. Địa tầng......................................................................................................... 13 Trầm tích Pleistocen dưới ....................................................................... 14 Trầm tích Pleistocen giữa, phần dưới ..................................................... 16 Trầm tích Pleistocen giữa, phần trên ...................................................... 17 Trầm tích Pleistocen trên, phần dưới ...................................................... 21 Trầm tích Pleistocen trên, phần trên -Holocen giữa (Q13b- Q22) ............. 24 Trầm tích tuổi Holocen muộn (Q23) ........................................................ 28 1.3.2. Cấu trúc kiến tạo ........................................................................................... 30 CHƯƠNG 2: LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..... 33 2.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU .................................................................................. 33 2.1.1. Giai đoạn trước năm 1975 ............................................................................ 33 2.1.2. Giai đoạn sau 1975 ....................................................................................... 34 2.1.3. Một số kết quả đạt được ............................................................................... 57 2.1.4. Những tồn tại ................................................................................................ 62 2.2. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................... 64 6 2.2.1. Phương pháp luận ......................................................................................... 64 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu [29, 30, 31] .......................................................... 66 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực địa ................................................ 66 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm .................................. 67 2.2.3. Hướng tiếp cận ............................................................................................. 84 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM VÀ ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ. 89 3.1. PHÂN VÙNG CẤU TRÚC VÀ PHÂN TẦNG CẤU TRÚC TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ ............................................................................................................................. 89 3.1.1. Đới sụt lún yếu tạo 5 thế hệ đồng bằng sông - vũng vịnh (ab-aluvi-bay) nông hẹp hình bán nguyệt ................................................................................................ 96 3.1.2. Đới sụt lún mạnh dạng địa hào tạo hệ thống lagoon (đầm phá) ................. 100 3.1.3. Đới nâng dạng địa luỹ tạo đê cát ven bờ và cồn cát đụn do gió ................. 100 3.1.4. Đới sụt lún mạnh đơn nghiêng ven bờ tạo sườn bờ ngầm .......................... 101 3.2. ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH VÀ ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO CỦA CÁC PHỨC HỆ TƯỚNG TRẦM TÍCH THEO PHÂN ĐỚI CẤU TRÚC ................................ 104 3.2.1. Đới sụt lún tạo đồng bằng sông - vũng vịnh nông ..................................... 104 3.2.2. Đới sụt lún mạnh dạng địa hào ................................................................... 106 3.2.3. Đới nâng dạng địa luỹ ven bờ..................................................................... 107 3.2.4. Đới sụt lún đơn nghiêng ven bờ tạo sườn bờ ngầm có độ sâu từ 0m nước đến đường bờ cổ 30m nước ......................................................................................... 108 CHƯƠNG 4: ĐỊA TẦNG PHÂN TẬP VÀ TIẾN HÓA TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÀ KHOÁNG SẢN RẮN LIÊN QUAN ...................................................................... 129 4.1. ĐẶC ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ CÁC PHỨC TẬP VÀ MIỀN HỆ THỐNG TRẦM TÍCH ............................................................................................ 129 4.1.1. Cơ sở xác lập ranh giới các phức tập .......................................................... 129 4.1.2. Đặc điểm các phức tập trầm tích và miền hệ thống ................................... 131 Địa tầng phân tập đới sụt lún tương đối mạnh tạo đồng bằng thấp ven rìa phía Tây ............................................................................................................. 132 Địa tầng phân tập đới sụt lún mạnh dạng địa hào tạo lagoon (đầm phá) 7 ven biển .............................................................................................................. 133 Địa tầng phân tập đới nâng tạo đê cát ven bờ và cát đụn do gió .......... 134 Địa tầng phân tập đới sụt lún đơn nghiêng ven bờ ............................... 136 4.2. ĐẶC ĐIỂM TIẾN HOÁ TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ .............................................. 137 4.2.1. Khái quát..................................................................................................... 137 4.2.2. Tiến hoá thành phần trầm tích của các tướng trầm tích theo 5 chu kỳ và khoáng sản liên quan ............................................................................................ 138 Tướng cát lòng sông biển thấp (SaLST) ............................................... 138 Tướng cát đê cát ven bờ biển tiến ......................................................... 140 Tiến hóa trầm tích liên quan đến khoáng sản ....................................... 142 4.3. ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ KHOÁNG SẢN RẮN ĐỚI BỜ TỪ ĐÈO NGANG ĐẾN ĐÈO HẢI VÂN................................................ 143 4.3.1. Nguồn cung cấp vật liệu ............................................................................. 143 4.3.2. Yếu tố địa mạo, thuỷ văn và hướng gió ..................................................... 144 4.3.3. Yếu tố tân kiến tạo và động thái bờ biển .................................................... 146 4.3.4. Đặc điểm khoáng sản .................................................................................. 146 Khoáng sản đới cồn cát ven biển .......................................................... 146 Khoáng sản đới đường bờ cổ 25-30m nước có tuổi Q13b-Q21 ............... 152 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 158 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................................................... 161 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 162 8 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT HST Miền hệ thống trầm tích biển cao (Highstand systems tract) LST Miền hệ thống trầm tích biển thấp (Lowstand systems tract) TST Miền hệ thống trầm tích biển tiến (Transgresive systems tract) MFS Bề mặt ngập lụt cực đại (Maximum flooding surface) RS Bề mặt bào mòn biển tiến (Ravinement surface) TS Bề mặt biển tiến (Transgresive surface) SB Ranh giới tập (Sequence boundary) CC Chỉnh hợp tương đương (Correlative conformity) Sm Cát bùn (Muddy sand) Ms Bùn cát (Sandy mud) Sq Phức tập (Sequence) kaBP Nghìn năm trước ngày nay (Kilo anna (thousands of years) before present) TKT Tân kiến tạo S Cát M Bùn TB Hướng Tây Bắc ĐN Hướng Đông Nam ĐBSH Đồng bằng Sông Hồng MNB Mực nước biển MKN Mất khi nung 9 DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Ví trí địa lý khu vực nghiên cứu (phi tỷ lệ) ................................................ 8 Hình 1. 2. Bùn sét màu xám xanh nguồn gốc biển, tuổi mQ11 (Trong lỗ khoan LKHB13-1LC, độ sâu 61-62m) ................................................................................. 15 Hình 1. 3. Cát sạn màu xám vàng tuổi amQ12b trong lỗ khoan LKHB12-1 ĐL ở độ sâu 64,4-64,5m .......................................................................................................... 18 Hình 1. 4. Các thành tạo địa chất được giải đoán trên mặt cắt băng địa chấn nông độ phân giải cao tuyến HB11-Tu05 .......................................................................... 20 Hình 1. 5. Bùn sét màu xám đen tuổi bmQ13a (Trong lỗ khoan LKHB13-1LC, độ sâu 40-41m) ..................................................................................................................... 22 Hình 1. 6. Sét bột phong hóa nhẹ (loang lổ) tuổi mQ13a (gặp trong ống phóng tại trạm HB11-T687 - trước cửa Thuận An) ........................................................................... 23 Hình 1. 7. Trầm tích hạt thô trên bãi cạn Thuận An (ảnh sonar tuyến HB11-Tu27) tuổi msQ13b- Q22 ........................................................................................................ 26 Hình 1. 8. Sạn, sỏi nằm trong trầm tích cát sạn tại trạm HB11-T1019 (tuổi msQ13b- Q22 Bãi cạn Thuận An) .............................................................................................. 26 Hình 1. 9. Bùn cát màu xám xanh, tuổi mQ13b-Q22 trong mẫu ống phóng tại trạm HB11-T1190 .............................................................................................................. 27 Hình 1. 10. Trầm tích bùn sét cát màu xám đen lẫn mùn thực vật tuổi bmQ23 trong khu vực Vũng Đầm .................................................................................................... 29 Hình 1. 11. Sơ đồ tân kiến tạo đồng bằng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế ................. 32 Hình 2. 1. Sơ đồ hiện trạng nghiên cứu vùng Đèo Ngang- Hải Vân ........................ 55 Hình 2. 2. Mối quan hệ giữa thềm biển trên đất liền ven biển và đường bờ cổ (thềm biển) dưới thềm lục địa (Trần Nghi, 2002). .............................................................. 65 Hình 2. 3. Sơ đồ biến thiên hình dạng hạt vụn từ khi chưa bị mài tròn (số góc lồi bằng 10) đến bị mài tròn tối đa (số góc lồi bằng 0) .......................................................... 69 Hình 2. 4. Các dạng phản xạ và tướng trầm tích liên quan: .................................... 73 Hình 2. 5. Mô hình địa tầng phân tập theo J.C. Van Wagoner, R.M. Mitchum, K.M. Campipn, V.D. Rahmanian (2003) ............................................................................ 74 Hình 2. 6. Mô hình Địa tầng phân tập của Trần Nghi, 2022 .................................... 76 Hình 2. 7. Biểu đồ phân loại trầm tích của Folk.R, 1954 ......................................... 79 Hình 2. 8. Biểu đồ tam giác biểu diễn mối quan hệ nhân - quả giữa thành phần trầm tích, sự thay đổi mực nước biển và chuyển động kiến tạo [31]. ............................... 85 Hình 3. 1 (a,b,c). Mặt cắt địa chất trầm tích phân tầng cấu trúc và phân vùng cấu 10 trúc đới bờ Đèo Ngang đến Đèo Hải Vân từ đất liền ra biển có 4 đới (từ trái sang phải): (Đới I) Đới sụt lún tạo đồng bằng sông - vũng vịnh hình bán nguyệt giáp chân núi Trường Sơn; (Đới II) Đới sụt lún mạnh dạng địa hào tạo lagoon (đầm phá ven biển) cộng sinh với cồn cát; (Đới III) Đới nâng dạng địa luỹ tạo cồn cát ven biển; (Đới IV) Đới sụt lún mạnh đơn nghiêng tạo sườn bờ ngầm biển ven bờ. ................. 92 Hình 3. 2. Cột địa tầng phân tập LK KMS QB1, huyện Quảng Trạch, Quảng Bình 93 Hình 3. 3. Sơ đồ tướng đá - thạch động lực vùng nghiên cứu (a. mảnh 1, b. mảnh 2) (Đào Bùi Din, 2024) .................................................................................................. 95 Hình 3. 4. a - Đồng bằng Quảng Ninh - Lệ Thuỷ, Quảng Bình; b - Bàu Tró -lagoon tàn dư phía Bắc cửa sông Nhật Lệ ............................................................................ 97 Hình 3. 5. Phức tập 1 (Q11 ) gồm 3 miền hệ thống: (1) LST được đặc trưng bởi phức hệ tướng cát bùn aluvi biển thấp (SmaLST); (2) TST được đặc trưng bởi phức hệ tướng bùn cát ven biển và bùn lagoon biển tiến (Mam, mTST); (3)HST được đặc trưng bởi phức hệ tướng bùn cát sông- vũng vịnh biển cao (MsmaHST)(LKHU7) .................. 97 Hình 3. 6. Phức tập 2 (Q12a) gồm 3 miền hệ thống: LST, TST, HST (LKHU7) ........ 98 Hình 3. 7. Phức tập 3: (Q12b) gồm 3 miền hệ thống: LST, TST, HST(LKHU7) ........ 98 Hình 3. 8. Phức tập 4: (Q13a) gồm 3 miền hệ thống: LST, TST, HST (LKHU7) ....... 99 Hình 3. 9. Phức tập 5: (Q13a -Q2) gồm 3 miền hệ thống: LST, TST, HST (LKHU7 .. 99 Hình 3. 10. 3 mặt cắt địa chấn nông phân giải cao vùng biển ven bờ Đèo Ngang đến Đèo Hải Vân có các đặc điểm sau đây: (1) Có 5 tập địa chấn tương ứng với 5 phức tập: Q11, Q12a, Q12b, Q13a, Q13b-Q2; (2) Bề dày trầm tích mỗi phức tập tăng dần từ bờ ra khơi. .................................................................................................................... 102 Hình 3. 11. Mặt cắt địa tầng tuyến HB11-Tu27 ...................................................... 103 Hình 3. 12a. Phức hệ tướng cát hạt trung, đa khoáng lòng sông biển thấp (SaLSTQ11) gồm: Qm, Qp, R (mảnh đá ryolit, mảnh đá phiến sericit, quarzit. So=2,8; Rotb=0,5. N+;x40; sâu 98,6m LK-KMSQB-1-Quảng Thọ, Quảng Bình ................................. 105 Hình 3. 13a. Phức hệ tướng bùn đầm lầy ven biển, biển tiến chu kỳ thứ 2(MbTSTQ12a) ....................................................................................................... 105 Hình 3. 14a. Tướng bùn biển tiến cực đại đới sụt lún mạnh chu kỳ thứ 2 (MmTSTQ12a); sâu 72,8m; N+.x90. (LKKMSQB01). ...................................................................... 106 Hình 3. 15a. Phức hệ tướng cát thạch anh đê cát ven bờ chu kỳ thứ 5 (SmTSTQ22); N+,x90; Q=0,99; So=1,2; Rotb=0,85 (xã Quảng Thọ, Quảng Trạch, Quảng Bình) ........................................................................................................................ 107 Hình 3. 16. A- Một cặp cộng sinh đê cát ven bờ (cồn cát Bảo Ninh) và lagoon (sông Nhật Lệ) Đồng Hới Quảng Bình (Q21-2) .................................................................. 110 Hình 3. 17 (a,b). Ảnh Spot đã chỉ ra 1 đồng bằng cát dạng rẻ quạt bao gồm 1 hệ 11 thống các đê cát thạch anh ven bờ thành tạo trong Holocen sớm giữa (Q22), nằm phía trong lagoon huyện Hải Lăng, Quảng Trị và nằm ở vị trí cuối Tây Bắc của phá Tam Giang - Cầu Hai. Giữa các gờ cát dạng nan quạt là các rãnh nước tàn dư của lạch thoát triều cổ chảy hội tụ về phía Đông Nam cồn cát rồi đổ vào phá Tam Giang-Cầu Hai. .......................................................................................................................... 112 Hình 3. 18. A- Cồn cát Thuận An. Sườn dốc hướng về đất liền (bên trái) ............. 114 Hình 3. 19. Sơ đồ địa chất đới bờ Đèo Ngang đến Đèo Hải Vân (mảnh 1) ........... 127 Hình 3. 20. Sơ đồ địa chất đới bờ Đèo Ngang đến Đèo Hải Vân (mảnh 2) ........... 128 Hình 4. 1. Mặt cắt liên kết băng địa chấn nông độ phân giải cao tuyến HB11-Tu27 với cột địa tầng lỗ khoan LKHB12-2PD ................................................................. 130 Hình 4. 2. Mặt cắt liên kết băng địa chấn nông độ phân giải cao tuyến HB11-Tu05 với cột địa tầng lỗ khoan LKHB12-1ĐL ................................................................. 131 Hình 4. 3. Cảnh quan địa hình - địa mạo đới bờ khu vực Thừa Thiên- Huế gồm 4 đới từ đất liền ra biển (từ trái sang phải): Đới đồng bằng; đới lagoon, đới cồn cát và đới biển ven bờ .............................................................................................................. 133 Hình 4. 4. Mặt cắt cấu trúc 5 chu kỳ địa tầng phân tập, khu vực Thuận An- Thừa Thiên- Huế. .............................................................................................................. 134 Hình 4. 5. A- Phức hệ tướng cát đê cát ven bờ biển tiến phức tập 4 (SmTSTQ13a) bị phong hoá theo phương thức thấm đọng. ............................................................... 135 Hình 4. 6. Cồn cát hình lưỡi liềm quay lưng ra biển; sườn dốc hướng về đất liền (Ảnh Trần Nghi 2019; phía Nam Đồng Hới- Quảng Bình) ............................................. 136 Hình 4. 7. Trầm tích biển - gió Holocen trên, chứa quặng titan - zircon sa khoáng giàu. (Tuyến 720, khu Quảng Ngạn). (Ảnh Nguyễn Văn Quang) ........................... 150 Hình 4. 8. Sơ đồ phân bố khoáng sản khu vực từ Đèo Ngang đến Đèo Hải Vân ... 156 Hình 4. 9. Sơ đồ phân bố khoáng sản khu vực từ Đèo Ngang đến Đèo Hải Vân (mảnh 2) .............................................................................................................................. 157 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1 Các đặc trưng chế độ thuỷ triều ............................................................... 12 Bảng 1. 2.