Địa chất đới bờ ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

109
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày về hình thái động lực 4 môi trường vùng đới bờ bao gồm: vùng châu thổ delta, vũng vịnh, bờ cát và bờ gắn kết. Trên thực tế, cách phân chia này chỉ mang tính phân loại đơn giản bởi trên thực tế 4 môi trường có thể cùng xuất hiện trong một khu vực giới hạn nào đó. Chẳng hạn như vùng châu thổ sông Misisipi, chúng ta có thể gặp rất nhiều dạng dịa hình khác nhau trong khu vực này, ví dụ như các bãi bồi, các đầm...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Địa chất đới bờ ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 4

Ch¬ng 4 H×nh th¸i ®éng lùc ®íi bê 4.1. GIỚI THIỆU a. Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày về hình thái động lực 4 môi trường vùng đới bờ bao gồm: vùng châu thổ delta, vũng vịnh, bờ cát và bờ gắn kết. Trên thực tế, cách phân chia này chỉ mang tính phân loại đơn giản bởi trên thực tế 4 môi trường có thể cùng xuất hiện trong một khu vực giới hạn nào đó. Chẳng hạn như vùng châu thổ sông Misisipi, chúng ta có thể gặp rất nhiều dạng dịa hình khác nhau trong khu vực này, ví dụ như các bãi bồi, các đầm phá, các vũng vịnh có cửa lưu thông nước. b. Nhìn chung các đặc điểm địa hình đới bờ và môi trường vùng ven bờ luôn bị chi phối bởi yếu tố thời gian. Như đã đề cập ở chương III, vùng cửa sông, châu thổ delta và bờ biển có cấu trúc cồn cát là những dạng địa hình liên tục của các thành tạo đới bờ trong thời gian dài. Tuy nhiên kiểu môi trường đới bờ cụ thể trong mỗi khu vực cụ thể còn phụ thuộc vào tốc độ dâng của mực nước, nguồn cung cấp trầm tích, cấu tạo đá gốc, khí hậu, lượng mưa, dòng chảy và các hoạt động sinh học, năng lượng của sóng,thuỷ triều. c. Dựa trên sự biến đổi liên tục các điều kiện vật lý dọc đới ven bờ, người ta có thể lập luận rằng không bao giờ có một trạng thái “cân bằng ổn định” cho bất kỳ vùng đới bờ nào. Điều này có thể nhận thấy dễ dàng thông qua các mặt cắt địa hình bờ biển và các vùng châu thổ delta, nơi thường xuyên chịu sự chi phối của các điều kiện sóng và khí tượng. Ngoài ra, là sự can thiệp của con người tới môi trường vùng đới bờ thông qua các hoạt động làm thay đổi dòng chảy, giảm lượng cung cấp trầm tích và biến đổi chức năng môi trường. Như chúng ta đã biết, địa hình đới bờ là kết quả tương tác của vô vàn quá trình tự nhiên, các hoạt động kiến tạo, hoạt động của sinh vật và của cả con người. 4.2. CÁC DẠNG ĐỊA HÌNH ĐÁY a. Mở đầu Khi các dòng trầm tích di chuyển, qúa trình lắng đọng sẽ phân loại các hạt trầm tích vào những vị trí thích hợp tạo nên các yếu tố địa hình gọi là dạng địa hình. Xét về hình thái, mỗi dạng địa hình có một dặc điểm về hình dạng và kích thước riêng. Một số dạng chỉ tồn tại trong một biên độ, cường độ dòng chảy nhất định. Những dạng địa hình nhỏ (gợn sóng) thường gối chồng lên các dạng địa hình lớn (cồn cát); điều này cho thấy bình diện dòng chảy bị biến đổi đáng kể theo thời gian. Các dạng địa hình có thể di chuyển theo hướng dòng chảy cũng hoặc ngược dòng chảy (đối cồn) hoặc giữ nguyên vị trí ban đầu trừ những trường hợp đặc biệt. Nghiên cứu hình thái các dạng địa hình và kích thước của chúng có ý nghĩa lớn trong việc đánh giá định lượng cường độ dòng chảy thông qua các trầm
tích đương đại và cổ đại (Harms 1969; Jopling 1966). Hướng của dạng địa hình cũng là dấu hiệu chỉ thị cho hướng dòng chảy. Do giới hạn về nội dung, phần này chúng tôi chỉ trình bày tóm tắt các vấn đề liên quan đến chủ đề này. Để biết thêm chi tiết, bạn đọc có thể tham khảo một số cuốn sách giáo khoa về trầm tích luận như của Allen (1968,1984,1985); Komar (1976), Leeder (1982), Lewis (1984), Middleton (1965), Middleton & Southard (1984) và Reineck & Singh (1980). b. Các môi trường Trong thiên nhiên thấy có 3 kiểu môi trường với những đặc trưng rất khác biệt: - Sông ngòi: theo một hướng, có dòng chảy, nhiều loại cỡ hạt. - Vùng vịnh ven bờ chứa cát: dòng chảy bán phân nhánh, không ổn định và có các bãi triều (thuỷ triều) - Thềm lục địa: ở độ sâu lớn, không có sự phân dòng và bị khống chế bởi các dòng chảy địa nhiệt , sóng bão, thuỷ triều, các dòng chảy do sóng tạo ra. c. Phân loại Do các nhà khoa học tham gia nghiên cứu trầm tích luận có chuyên môn khác nhau nên sự phân loại và tên gọi của các dạng địa hình còn nhiều bất đồng và mâu thuẫn. Cách phân loại dưới đây do Nhóm Nghiên cứu Cấu trúc Phân lớp và Hình thái thuộc Hội Địa chất Trầm tích (Society for Sedimentary Geology (SEPM)) đề xuất năm 1987 (Ashley, 1990) là thích hợp đối với tất cả các dạng địa hình ngầm dưới nước. d. Các dạng gợn sóng Đây là đơn vị địa hình cỡ nhỏ có bước giãn cách giữa các sống của gợn sóng nhỏ hơn 0,6m và độ cao gợn sóng không quá 0,03m. Điều này được thống nhất chung gọi là dạng gợn sóng, là một tập hợp các gợn sóng đơn lẻ giống nhau về hình dáng và kích thước. Căn cứ hình dáng của đường sống gợn sóng, Allen (1968) phân biệt 5 mô hình gợn sóng: thẳng, hình sin, dạng mắt xích, dạng lưỡi và dạng lưỡi liềm (H.4.1). Các dạng thẳng và hình sin có thể có mặt cắt ngang đối xứng nếu chúng chịu tác động của chuyển động sóng nguyên thuỷ (sóng) hoặc có thể bất đối xứng nếu chịu ảnh hưởng của dòng chảy một chiều (sông hoặc dòng chảy thuỷ triều). Dạng gợn sóng tạo thành một quần thể khác với dạng cồn với kích thước lớn hơn, mặc dù chúng có dạng hình học tương tự. Sự khác biệt giữa hai quần thể này là do tương tác giữa hình thái gợn sóng với đáy, và có thể là do ứng suất cát tuyến. Với ứng suất cát tuyến yếu thì gợn sóng được hình thành. Một khi ứng suất cát tuyến tăng vựợt qua một ngưỡng nào đó sẽ xuất hiện một “cú nhảy” trong hành vi để dẫn đến sự xuất hiện dạ ng cồn có kích cỡ lớn hơn (Allen, 1968). e. Dạng địa hình cồn cát
Cồn là dạng địa hình có hướng cắt ngang với hướng dòng chảy với bước giãn cách từ 1m trở lên đến hơn 1000m, được hình thành trên trầm tích đáy bởi dòng chảy một chiều. Dạng địa hình lớn này rất phổ biến trong môi trường cát, nơi có độ sâu lớn hơn 1m, độ hạt mịn (> 0,15mm) và tốc độ dòng chảy lớn hơn 0,4m/s. Trong tự nhiên, những dạng địa hình này tồn tại thành một tập hợp đều đặn và liên tục không có một sự đứt đoạn hay gom nhóm nào (Ashley, 1990). Vì lí do này thuật ngữ “cồn cát” đã được sử dụng thay cho các thuật ngữ trước đó như “đại gợn sóng” (vĩ gợn sóng – megaripple) hay “sóng” (wave), mà đã được xác định trên cơ sở sự phân bố kích thước mang tính tuỳ ý hay chủ quan. Để dễ mô tả, người ta phân cồn cát thành 4 loại, loại nhỏ (có bước sóng 0,6 – 5m), vừa (5 – 10m), lớn (10 – 100m) và rất lớn (>100m). Ngoài ra còn những dạng biến thiên khác theo chiều cắt ngang dòng chảy. Nếu mô hình dòng chảy tương đối ít biến đổi theo hướng thẳng góc với hướng chung của nó và cũng không có một dòng xoáy hoặc dòng cuốn nào, dạng địa hình chung cục được hình thành là loại có sống thẳng và có thể được gọi là loại hai chiều (H.4.2a). Nếu cấu trúc dòng chảy biến đổi đáng kể theo chiều cắt ngang hướng chủ đạo và các dòng xuáy có khả năng làm xói lở thì dạng địa hình ba chiều được sinh thành (H.4.2b). (a) (b) (c) (g) (d) (e) (f) (h) (i) (j) Hình 4-1: Các dạng gợn sóng của trầm tích. Dòng chảy có hướng từ đáy lên bề mặt f. Địa hình đáy (Plane bed) Đáy là một đơn vị địa hình nằm ngang với những phần lồi và lõm không lớn hơn bề dày lớn nhất của lớp trầm tích bề mặt. Sức kháng dòng là nhỏ do độ nhám
của hạt gây ra, độ nhám/ráp này là một hàm của cỡ hạt. Các dạng địa hình phẳng được hình thành trong bối cảnh thuỷ lực: - Đới chuyển tiếp giữa vùng không có chuyển động và vùng bắt đầu xuất hiện cồn (H.4.2) - Đới chuyển tiếp giữa vùng gợn sóng và vùng đối cồn với vận tốc trung bình của dòng chảy khoảng 1 đến 2 m/s (H.4.2) a. Hí ng d ß ng ch¶ yt rung b ×n h 2- Cån c¸t cã ®Ønh th¼ng H ín g d ßn gc h¶y tru n g b×n b. h 3- Cån d¹ng lìi liÒm Hình 4.2: Hình 2 chiều và 3 chiều mô tả các cồn cát. Các mũi tên thể hiện hướng dòng chảy và dòng xoáy (chỉnh lý từ hình vẽ của Reineck và Singh, 1980) g. Dạng địa hình đối cồn (Antidune).
Đối cồn là dạng địa hình trùng pha với sóng trọng lực của bề mặt nước. Độ cao và bước sóng của những sóng này phụ thuộc quy mô của hệ thống và tính chất của chất lỏng và vật liệu đáy (Reineck và Singh, 1980). Các dãy đối cồn dần dần được hình thành trên đáy phẳng khi vận tốc nước tăng. Trong khi kích thước của đối cồn lớn dần thì mặt nước chuyển dần từ dạng ổn định sang dạng sóng. Sóng có thể lớn dần cho đến khi chúng bị biến dạng và bị phá vỡ. Trong khi trầm tích của đối cồn tích tụ dần, chúng có thể xê dịch xuôi hoặc ngược dòng chảy, hoặc có thể ở nguyên tại chỗ (tên gọi “đối cồn” dựa trên cơ sở những quan sát trước đây cho rằng có sự xê dịch ngược dòng). h. Mối tương quan vận tốc - cỡ hạt. H.4.3 của Ashley (1990) minh hoạ các đới phát triển gợn sóng, cồn, lớp phẳng, và đối cồn. Hình vẽ này tóm tắt các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm do nhiều nhà nghiên cứu tiến hành. Những thực nghiệm này củng cố quan niệm phổ biến rằng các dạng địa hình cắt ngang dòng chảy cỡ lớn (cồn) là một thể khác biệt hoàn toàn với dạng gợn sóng được hình thành do dòng chảy và có kích cỡ nhỏ hơn. Hình vẽ này rất giống với H.11.4 trong sách giáo khoa thuỷ lực của Graf (1984) mặc dù Graf sử dụng các đơn vị trục đo khác. tôc Liªn L íp trªn VËn tèc dßng ch¶y trung b×nh Ng¾t qu·n g Cån c¸t ôc nt L iª N g¾ tqu i dí Kh«ng cã chuyÓn ®éng ·ng Líp Gîn sãng Kho¶ng ®é s©u dao ®éng cña dßng ch¶y trung b×nh theo sè liÖu thùc nghiÖm 0,25 - 0,40 m Hình 4-3: Đồ thị biểu diễn vận tốc trung bình của dòng chảy theo cỡ hạt trung bình (dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm). Đồ thị cho thấy các phá ổn định xuất hiện ở các dạng địa hình đáy ngầm (chỉnh lý của Ashley, 1990). Các dữ liệu gốc thu thập từ nhiều nguồn khác nhau 0 được quy chuẩn theo nhiệt độ của nước là 10 C (dữ liệu gốc không thể hiện trên hình vẽ) 4.3. CÁC QÚA TRÌNH VÙNG CỬA SÔNG DELTA
Các vùng delta xuất hiện ở khắp nơi trên thế giới, chúng là kết quả của qúa trình ương tác sông biển (hoặc hồ). Theo Wright (1985), khái niệm vùng delta theo nghĩa rộng là các dạng địa hình tích tụ ven bờ, bao gồm cả phần ngầm dưới nước và lộ trên mặt đất, của các trầm tích sông từ vùng cửa sông liền kề hoặc từ các dòng cung cấp trầm tích, bao gồm cả các trầm tích về sau bị sóng, dòng chảy hoặc triều khuấy trộn lên một lần nữa. Các quá trình điều khiển sự phát triển của delta thường diễn ra những thay đổi rất mạnh. Kết quả là sự hình thành một loạt các dạng địa hình khác nhau như hệ thống các luồng lạch, doi cát cửa sông, các vũng vịnh nằm giữa luồng lạch, bãi triều, dải gợn triều, bãi biển, bãi biển gợn sóng, cồn cát, vùng cồn cát và các vùng đầm lầy, vùng đất ngập nước trên vùng đồng bằng châu thổ. Mặc dù môi trường thành tạo các delta trên các vùng bờ biển khắp thế giới có sự khác biệt rõ rệt và đa dạng, song với tất cả các vùng delta đang hình thành mạnh mẽ đều có ít nhất một tính chất chung: qúa trình di chuyển các trầm tích vụn do sông đưa tới vùng ven bờ và khu vực phía trong thềm lục địa nhanh hơn nhiều so với các quá trình di chuyển xảy ra trong môi trường biển. Vậy liệu nguồn trầm tích của các con sông có đủ lớn để có thể cung cấp đủ vật liệu để giảm sự ảnh hưởng của các quá trình xói mòn của biển hay không còn phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu, địa chất, sự phân bố của lưu vực sông và quan trọng hơn cả là kích thước tổng thể của lưu vực sông đó. Các phần sau đây sẽ đề cập sự phân loại các delta, dòng chảy sông, qúa trình lắng đọng trầm tích và các cấu trúc địa hình liên quan với delta a. Cách phân loại chung các vùng delta Coleman và Wright năm 1975 đã xác định 6 loại vùng delta lớn dựa trên các đặc điểm về năng lượng được thể hiện trên H.4.4, mỗi mô hình tương ứng với một mức độ quan trọng của quá trình của sông, sóng hoặc thủy triều. Tuy nhiên, theo Wright (1985) vì mỗi vùng deltat lại có những đặc trưng riêng và độc đáo nên không có một cách phân loại nào có thể bao quát được toàn bộ các nét đa dạng rộng lớn của môi trường vùng delta và các cấu trúc địa hình của các vùng delta trên toàn thế giới. b. Quá trình tạo thành delta (1) Cân bằng lực Mỗi vùng delta là kết quả của một qúa trình cân bằng giữa lực tác động lên vùng nằm liền kề cửa sông. Các vật liệu trầm tích được sông mang đến vùng ven bờ và lắng đọng ngoài vùng cửa sông. Dưới tác động của sóng và dòng triều các vật liệu được lắng đọng tiếp tục bị gia công và hình thành một diện mạo cấu trúc địa hình mới. Sự tiến hoá lâu dài của các vùng đồng bằng delta một tiến trình hoạt động liên tục của nguồn vật liệu do sông vận chuyển tới và các qúa trình tái chế, vận chuyển và tái lắng đọng diễn ra trong môi trường biển của trầm tích sông bị lắng đọng. Trên quy mô lớn, hình thái tổng quát của các vùng delta còn chịu ảnh hưởng của những đặc điểm hình thái thủy vực tiếp nhận, sự ổn định của kiến
tạo khu vực, tốc độ lún chìm do sự nén ép của các trầm tích vừa mới được lắng kết và của tốc độ dâng của mực nước biển. (2) Các vùng delta do sông chiếm ưu thế a) Vùng delta do sông khống chế thường xuất hiện ở những khu vực mà nguồn cung cấp vật liệu do sông mang đến khá rồi rào, tốc độ tích tụ luôn vượt trội tốc độ gia công và tái vận chuyển của các quá trình động lực biển do năng lượng sóng quá yếu, do vậy với một số khu vực có mức tải trầm tích của sông nhỏ vẫn có thể hình thành các vùng delta. b) Khi qúa trình hoạt động của một con sông hoàn toàn chế ngự các qúa trình động lực biển thì hình dáng các vùng delta có dạng phát triển theo mô hình của các dòng phân nhánh được kéo dài ra và phân chia thành mạng lưới (giống như các ngón tay của một bàn tay). Đặc trưng của các vùng delta này là có các vịnh lưu thông và vùng đầm lầy. Sơ đồ tổng quát của các kiểu delta này (kiểu I theo phân loại của Coleman và Wright (1975) được thể hiện trên H.4.5. Ví dụ đầu tiên là sông Misisipi, đây là con sông không chỉ có khả năng tải một lượng trầm tích cực lớn mà còn di chuyển chúng tới các vùng sóng yếu và thủy triều thấp như ở khu vực ven vịnh Mêxicô. Nội dung cụ thể về hoạt động của con sông này sẽ được đề cập chi tiết ở các phần tiếp theo. (3) Các vùng delta do sóng chiếm ưu thế (a) Ở các vùng delta do sóng chế ngự, các trầm tích sông sau khi được mang đến sẽ b ị sóng sóng sắp xếp và phân bố lại thành các dạng địa hình ven bờ mới như bãi cát và doi cát. Địa hình của vùng delta sẽ phản ánh sự cân bằng giữa qúa trình cung cấp vật liệu trầm tích với các qúa trình tái chế, tái phân bố của sóng. Theo Wright và Coleman (1972,1973) các delta ở những vùng có năng lượng sóng gần bờ cao thường có đường bờ thẳng và các bãi biển hoặc các tổ hợp thành phần bãi biển – gồ đồi thường phát triển mạnh. b) Trong số 16 vùng delta được Wright và Coleman so sánh (1972,1973) thì kiểu vùng delta sông Misisipi là loại do sông chế ngự mạnh nhất, trong khi ở Senegal, Tây Phi, thì điển hình cho kiểu vùng delta do sóng chế ngự mạnh nhất. Kiểu delta ở Senegal (kiểu VI ở H.4.5) cho thấy các dải gò đồi ven biển phát triển khá phong phú và được phân bố song song với hướng chủ đạo của đường bờ biển. Đường bờ ở đây cũng tương đối thẳng và được hình thành do năng lượng sóng mạnh nên các gò đồi có sự dịch chuyển dọc bờ không theo một hướng nhất định. c) Dạng delat trung gian là vùng delta sông Rio Sao Francisco del Notre ở Brazil (kiểu V ở H.4.5). Các trầm tích doi cát của nhánh sông được giới hạn trong vùng kề cận trực tiếp với cửa sông và bị sóng khuấy mạnh. Năng lượng sóng tác động liên tục đã phân bố lại trầm tích sông để tạo nên các lớp cát rộng lớn. Phần lộ ra của vùng đồng bằng delta bao gồm trước hết là các dải gò đồi ven bờ và các cồn cát phong thành. (4) Vùng delta thuỷ triều chiếm ưu thế
Có 3 quá trình quan trọng đặc trưng cho kiểu delta do thủy triều chế ngự: (a) Ở các vùng cửa sông sự xáo trộn đã làm mất đi sự phân tầng thẳng đứng theo trọng lực và loại trừ tác động của lực nổi. (b) Một vài tháng trong năm các dòng triều có thể tác động làm vận chuyển trầm tích mạnh hơn so với sông. Do vậy sự vẩn chuyển trầm tích ở trong và gần cửa sông là qúa trình hai chiều trong suốt chu kỳ thuỷ triều. (c) Vị trí của ranh giới đất - biển và đới tương tác biển – sông được mở rộng đáng kể theo cả hai chiều ngang và chiều thẳng đứng. Thí dụ v ề các châu thổ chịu ảnh hưởng mạnh của triều là các châu thổ sông Ord (Australia), Shatt-al-Arab (Irắc), Amazon (Brazil), Hằng Hà Brahmaputra (Bangladesh) và Dương Tử (Trung Quốc). Địa hình đặc trưng của các cửa sông trong môi trường triều mạnh là các val cát nguồn gốc thuỷ triều kéo dài, các kênh tích tụ trầm tích dạng phễu và các kênh bồi tụ. Chân của các val có độ cao chừng 10-20m có thể lộ ra khi triều xuống. Các val này thế chỗ cho các doi cát cửa triều mà ta quan sát được ở các châu thổ khác và chúng trở thành dạng tích tụ trầm tích phổ biến. Sau này khi các vùng delta được phát triển lên, các val sẽ lớn dần cho đến khi chúng hoàn toàn lộ khỏi mặt nước để tạo ra các lạch triều lớn và thẳng (Kiểu II ở H.4.5). Thí dụ về kiểu châu thổ nguồn gốc thuỷ triều lớn là châu thổ sông Ord ở Tây Australia. B. Dßng ma s¸t chiÕm u thÕ C. Dßng ch¶y mÆt A. Dßng qu¸n tÝnh chiÕm u thÕ S«ng chiÕm u thÕ S«ng S«ng S«ng I - IV: C¸c kiÓu ch©u thæ S«ng S«ng S«ng S«ng S«ng H»ng Hµ Sãng TriÒu chiÕm u thÕ chiÕm u thÕ Cöa triÒu PH¢N LO¹I C¸C CH¢U Thæ Hình 4-4: So sánh các cơ chế tích tụ delta theo vai trò tương đối của các hoạt động sông, sóng và thủy triều (theo Wright, 1985)
(5) Các dạng trung gian. (a) Như đã nói ở trên, hình thái của phần lớn các vùng delta là kết quả tổng hợp các lực của sông, sóng và thuỷ triều. Một ví dụ về dạng chuyển tiếp là châu thổ Burdekin ở Australia (kiểu II, H.4.5) Những đợt sóng cao đã phân bố lại cát dọc theo đường bờ và tái hình thành các val ngầm và các dạng địa hình barie. Trong phạm vi cửa sông, các dòng triều tạo ra các kênh trầm tích đi vào vùng cửa sông và khe triều (tidial creeks). Kiểu vùng delta này có nhiều đặc trưng khác nhau tuỳ thuộc vào mức độ tương quan giữa sóng và thuỷ triều. Ngoài ra, các đặc trưng địa hình có thể thay đổi theo mùa nếu chế độ sóng và qúa trình xói mòn thay đổi. Ví dụ như các vùng delta Irrawaddy (Miến Điện), Mêkông và Hồng Hà (Việt Nam) (Wright, 1985). (b) Sơ đồ mô hình hình thành vùng delta kiểu 4 được đặc trưng bởi các barie nằm cửa vịnh ngoài khơi, chúng che chắn các vùng đầm phá, vịnh hoặc cửa sông hình phễu nơi các delta có thể phát triển trong điều kiện môi trường năng lượng thấp (kiểu IV, H.4.5). Thí dụ là các châu thổ sông Apalachicola (Florida Panhandle), Sagaranirktok (Alaska) và Shoalhaven (Đông Nam Australia) (Wright, 1985). Trái ngược với các dạng địa hình do sông chiếm ưu thế, những dạng địa hình tích tụ chính của trầm tích hạt mịn tiền châu thổ thường xuất hiện theo hướng ăn sâu vào thân của các bar cát (bar chắn) và ở cùng độ cao đó trong phạm vi miền vịnh khuất. Mặc dù các trầm tích mịn lơ lửng có thể trôi dạt đến tận biển khơi, nhưng do sóng tác động chúng không thể tạo thành những tích tụ lớn, rõ nét ở miền ngoài thềm lục địa đại dương.
II. N¨ng lîng sãng yÕu; I. N¨ng lîng sãng yÕu; TriÒu cao; ho¹t ®éng dßng ven bê yÕu; ho¹t ®éng dßng ven bê yÕu Lîng t¶i trÇm tÝch lu lîng cao III. N¨ng lîng sãng trung b×nh; IV. N¨ng lîng sãng trung b×nh; TriÒu cao; TriÒu thÊp Ho¹t ®éng dßng ven bê yÕu V. N¨ng lîng sãng lín; VI. N¨ng lîng sãng lín; Ho¹t ®éng dßng ven bê yÕu; Ho¹t ®éng dßng ven bê m¹nh; Sên bê dèc Sên bê dèc Hình 4-5: Sơ đồ các đường đồng đẳng bề dày của 6 kiểu châu thổ (nguồn Coleman và Wright, 1973). Vị trí phân bố của mỗi kiểu theo yếu tố năng lượng được thể hiện trong hình 4-1. c. Dòng chảy và sự lắng đọng trầm tích ở cửa sông (1) Hình thái vùng cửa sông và các bar cát một mặt bị các quá trình động lực tác động, mặt khác lại tác động trở lại các quá trình đó. Vấn đề này cần được xem xét chi tiết vì những nguyên lý hoạt động này có liên quan đến cả các cửa sông và các lạch triều. Sự phân chia của các dòng chảy trong sông và tiếp theo là sự phát tán trầm tích phụ thuộc vào cường độ tương đối của ba yếu tố chính:
Lực quán tính của nước và sự khuếch tán rối. Lực ma sát giữa dòng chảy sông và đáy biển trong khu vực cửa sông ven biển. Lực nổi phát sinh do sự chênh lệch mật độ giữa nước sông và nước biển. Dựa vào những lực này người ta phân biệt ba lớp thứ cấp của trầm tích châu thổ đối với các châu thổ do sông chi phối (H.4.4) Hai trong số này được minh hoạ rõ qua những đặc điểm trầm tích quan sát được ở châu thổ Misisipi. (2) Mô hình trầm tích kiểu A – Dòng chảy sông do quán tính khống chế (a) Khi tốc độ dòng chảy ra cao, độ sâu cửa ven biển có xu hướng tăng lên, độ chênh lệch mật độ giữa nước sông và nước biển thấp và lực quán tính sẽ là chủ đạo. Kết quả là dòng chảy sông sẽ mở rộng và khuếch tán ra như một tia rối (turbulent jet) (H.4.6a). Khi tia toả rộng ra, động lượng của nó giảm đi và gây ra sự giảm khả năng vận chuyển trầm tích. Các trầm tích được lắng đọng kiểu tròn, trong đó trầm tích thô hơn sẽ lắng tụ ngay sau điểm dòng chảy bắt đầu toả ra. Kết quả là tạo thành các tập địa hình cắm nghiêng về phía bồn trầm tích. (b) Mô hình lí tưởng này có thể là không bền vững trong phần lớn các điều kiện tự nhiên. Khi dòng sông liên tục đưa trầm tích vào bồn tiếp nhận, trầm tích sẽ lấp đầy ngay ngoài cửa sông (H.4.6b). Vì lí do này, trong điều kiện tự nhiên tiêu biểu, độ sâu của bồn nước ở đới tia khuếch tán là lớn hơn nhiều so với độ sâu ở cửa ra. Sự mở rộng và khuếch tán dòng trở nên bị thu hẹp lại theo chiều ngang thành một dòng tựa như dòng phun phẳng (plane jet). Điều quan trọng hơn th ế là lực ma sát đã trở thành yếu tố chính làm cho dòng phun tia chậm hẳn lại. Mô hình A thực sự là đã biến đổi thành mô hình B lấy lực ma sát làm chủ đạo. (3) Mô hình trầm tích kiểu B - Các dòng chảy do ma sát chế ngự (a) Khi một dòng chảy chảy ra có tính đồng tỷ trọng và do ma sát khống chế được đổ vào một bồn nước nông, một mẫu hình doi cát (bar) và đê bồi (levee) ngầm dưới nước rất khác biệt được hình thành (H.4.7). Lúc đầu sự toả rộng của dòng phun tia tạo ra một doi cát dạng cánh cung rộng. Sự lắng đọng trầm tích tiếp theo dẫn đến sự hình thành các đê bồi tự nhiên ngầm dưới nước ở vị trí bên dưới các đường biên dọc của dòng phun tia đang toả rộng ra, tức là ở nơi vận tốc giảm đi nhanh chóng. Những đê bồi này hạn chế sự tiếp tục mở rộng dòng phun tia. Đến khi phần giữa của các doi đất lớn cao lên thì các kênh sẽ tạo thành các đê bồi ngầm dọc theo các dòng chảy rối mạnh nhất mà các kênh này chảy theo. Kết quả là tạo thành một dòng chảy kênh đang bị phân đôi. Kênh này có một bãi cạn hình tam giác nằm giữa hai nhánh của kênh. Dòng chảy có xu hướng tập trung vào các kênh đã được phân nhánh và trong điều kiện bình thường trở nên bình lặng hơn ở trên vùng bãi cạn giữa. (b) Mô hình doi đất kiểu này là rất phổ biến ở những nơi dòng chảy ra không phân tầng (nonstratified outflow) đổ vào một bồn nước nông. Thí dụ về mô hình này (thường gọi là các doi cát khe nứt (crevasse splays) hoặc các doi cát khe nứt ngoài bờ (overbank splays) thấy ở các khe nứt dọc theo các đê bồi ở sông Misisipi.
Những kênh bậc hai này (khe nứt) chảy thẳng góc với các dòng Misisipi chính làm cho nước đổ vào các vịnh nông và rộng nằm giữa các chi lưu. Quá trình này tạo ra vùng đất lộ thiên lớn (vùng bãi lầy) của châu thổ hạ lưu sông Misisipi (Coleman, 1988). (4) Mô hình trầm tích kiểu C – Dòng chảy nổi. (a) Sự phân tầng thưòng xảy ra khi nước ngọt chảy vào bồn nước mặn. Khi cái nêm muối đã hoàn toàn hình thành thì dòng chảy hoàn toàn tách ly khỏi ảnh hưởng ma sát của đáy. Lực nổi không để cho hai tầng nước pha trộn và dòng chảy trải rộng ra trên một khu vực rộng lớn bị vát mỏng dần dần từ cửa sông trở ra (H.4.8a). Tốc độ của dòng bị giảm đi, đó là do nước biển chảy cuốn theo có xu hướng chảy ngược lên cắt ngang qua gian diện tỷ trọng. (b) Gian diện tỷ trọng giữa dòng nước ngọt và đệm nước mặn thường không đều đặn do có các sóng nội thuỷ (H.4.8a). Phạm vi dòng chảy thể hiện như một dòng chảy chảy rối hay dòng chảy phun nổi phụ thuộc nhiều vào số Froude F’: U2 ( 4.1) F' gh1 Khi U – lưu tốc trung bình của dòng chảy ra (trong trường hợp dòng phân tầng) g – gia tốc trọng lực h’ - độ sâu của gian diện tỷ trọng   1  ( /  s ) (4.2)  = tỷ trọng nước ngọt, với  s = tỷ trọng nước mặn. Khi F’ tăng cao, lực quán tính khống chế và đi kèm theo là sự khuếch tán dòng chảy rối tăng cao. Khi F’ giảm, tính chảy rối cũng giảm và lực nổi trở nên quan trọng. Tính chảy rối triệt tiêu khi F’ < 1.0 và thường tăng cao lên khi F’ tăng cao hơn 1.0 (Wright, 1985). (c) Các mô hình trầm tích tiêu biểu liên quan dòng chảy nổi được thấy rõ ở các cửa sông Misisipi (Wright và Coleman, 1975). Sự hội lưu yếu ở gần đáy của dòng chảy gây ra sự tán phát cát và dẫn đến tích tụ các doi cát hẹp lớn dần về phía biển được gọi là “doi cát hình ngón tay”, bị giới hạn dọc theo đường biên (laterally restricted “bar-finger sauds”) (H.4.8b). Dường như cũng chính các quá trình này không để các đê bồi ngầm phân nhánh để tạo ra các dòng chảy kênh chi
lưu hẹp và sâu. Do các kênh hoạt động mạnh, xói mòn vào doi cát cửa chi lưu nằm dưới khi các doi này phát triển, cho nên các tích tụ cát ở kênh thường rất hạn chế. Khi các kênh không hoạt động nữa thì chúng thường bị lấp đầy bởi bùn và sét. Người ta cho rằng các doi phía sau (back bar) và các sống doi được tạo thành phần lớn do có sự vận tải trầm tích trong thời kỳ lũ lụt. Tuy nhiên các đê bồi ngầm lại dường như được lớn lên quanh năm vì có sự hội lưu gần đáy xảy ra trong các thời kỳ mức nước cạn và mức nước thường của sông. Vïng níc bao quanh (thñy vùc) C öa s«ng Vïng trung t©m lßng s«ng Dßng ch¶y rèi Bê kªnh §íi h×nh thµnh dßng ch¶y §íi dßng ch¶y MÆt ph¼ng m« t¶ c¸c dßng rèi Bar d¹ng lìi liÒm Kªnh tho¸t MÆt ph¼ng m« t¶ qu¸ tr×nh trÇm tÝch vïng cöa s«ng Chó gi¶i C¸t th« M« h×nh trÇm tÝch cöa s«ng C¸t mÞn (dßng qu¸n tÝnh chiÕm u thÕ) Hình 4-6: Mặt phẳng mô tả qua trình tích tụ trầm tích kiểu A do hoạt động của các dòng chảy quán tính (Chỉnh lý của Wright, 1985)
Cöa s«ng Dßng ch¶y rèi Vïng níc bao quanh MÆt c¾t däc cöa c¸c dßng tho¸t theo trôc th¼ng ®øng (Vïng níc s©u khi tho¸t ra khái cöa s«ng) Cöa s«ng Dßng ch¶y rèi Sên sau tho¶i §Ønh Bar ngÇm Sên t rí c d èc C¸c tÇng Vïng níc bao quanh trÇm tÝch trªn TÇng trÇm tÝch s¸t ®¸y MÆt c¾t däc cña c¸c dßng tho¸t theo trôc n»m ngang (vïng níc n«ng khi tho¸t ra khái cöa s«ng) Chó gi¶i C¸t h¹t th« M« h×nh trÇm tÝch vïng cöa s«ng C¸t h¹t mÞn dßng qu¸n tÝnh chiÕm u thª VËn tèc dßng Hình 4-6 : tiếp theo
Bar ngÇm trung t©m Hình 4-7: Mặt phẳng mô tả qua trình tích tụ trầm tích kiểu B do hoạt động của các dòng ma sát (chỉnh lý của Wright, 1985)
Thuû vùc lßng s«ng Thuû M« h×nh l¾ng ®äng trÇm tÝch M« h×nh trÇm tÝch cöa s«ng Dßng ch¶y mÆt Hình 4-8: Đặc điểm các bar cát ngầm vùng cửa sông, mô hình trầm tích kiểu C do hoạt động của dòng chảy mặt (chỉnh lý của Wright, 1985
Hình 4-8: ti p theo d. Các tr m tích và thành ph n c a châu th (1) Nhìn chung, tất cả các châu thổ cấu thành từ 4 đới địa văn (physyographic zone): thung lũng bồi tích, đồng bằng châu thổ thượng lưu , đồng bằng châu thổ hạ lưu và đồng bằng châu thổ ngập nước (H.4.9). Sự lắng đọng xảy ra ở kề cận hoặc giữa các kênh chi lưu là nguyên nhân tạo thành phần lớn các châu thổ lộ thiên (subaerial delta). Trường hợp châu thổ Misisipi, phần lớn cát được tích tụ ở vùng giữa các chi lưu khi xảy ra sự phá vỡ các đê bồi để nước sông có thể chảy tạm thời ra khỏi dòng chính. Những tích tụ này gọi là những “doi cát khe nứt”. (2) Đồng bằng ngập nước là nền móng trên đó đồng bằng đương thời phát triển (chừng nào sông vẫn giữ nguyên hướng dòng chảy và vẫn tiếp tục cung cấp đủ vật liệu trầm tích). Đồng bằng ngập nước đặc trưng bởi trầm tích mịn dần về phía biển, trong dó cát lặng đọng ở gần cửa sông còn sét thì lắng đọng xa hơn ở ngoài khơi. Phần xa nhất ngoài biển gọi là tiền châu thổ (prodelta). Nó nằm chồng lên các trầm tích thuộc thềm nội lục địa (inner continental shelf) và cấu thành từ một lớp sét lắng đọng từ trạng thái huyền phù. Tiền châu thổ sông Misisipi có chiều dày từ 20-50m và phát triển về phía biển tới độ sâu 70m dưới nước. Tiền châu thổ sông Misisipi chứa các thấu kính cát mỏng thuộc doi cửa chi lưu, các thấu kính này có cấu trúc phân lớp xiên và cấu trúc dòng chảy và chứa các hoá thạch động vật nước nông. Những thấu kính này có thể là các khối trượt lở do lở đất ngầm dưới biển đưa đến đây (Prrior và Coleman, 1979). Sự trượt lở và dòng nước mang bùn đất là cơ chế vận tải một khối lượng lớn vật liệu trầm tích
xuống miền rìa sườn lục địa và có thể còn xa hơn. Sự di chuyển vật liệu lớn này là một hiểm hoạ đối với các dàn khoan và khai thác dầu khí. Những khối vòm bùn, sự phát triển các đứt gãy, những dòng chảy khí (bùn), những sống núi áp suất (pressure ridge) và những dòng chảy bùn là những bằng chứng khác về sự bất ổn định trầm tích của châu thổ Misisipi (H.4.10). Những chi tiết b ổ sung cho chủ đ ề này có thể tìm thấy ở Coleman (1988), Coleman và Garrison (1977), Henkel (1970) và Prior và Coleman (1980). (3) Phía trên miền tiền duyên của châu thổ là một tập hợp các kiểu trầm tích rất đa dạng. Một tổ hợp của các quá trình biển nông, các ảnh hưởng của sông và hoạt động của các sinh vật nước lợ làm cho các trầm tích ở các vũng vịnh giữa các chi lưu có một tập hợp rộng rãi các loại hình kiến trúc và thành phần. Ở các châu thổ trong các vùng có triều cường các trầm tích vịnh giữa các chi lưu được thay thế bằng các thân trầm tích thuỷ triều và gian triều phẳng. Về phía tây châu thổ Misisipi là một đồng bằng mênh mông của các chenier. Chenier là một tập hợp kéo dài của các dải đồi gò ở bờ nằm bên trên các lớp bùn phẳng (mudflat). §ång b»ng Delta thîng lu §ång b»ng Delta h¹ lu Vï ng D e lt ad Þch ch uy Ón §ång b»ng Delta ngËp níc TiÒn Delta trÇm tÝch bïn sÐt Hình 4-9: Các dạng địa hình cơ bản vùng cửa sông delta (nguồn Wright, 1985)
Hình 4-10: Cấu trúc và các dạng tích tụ trầm tích bất ổn định ở vùng cửa sông delta (nguồn Coleman, 1988) e. Châu thổ Misisipi - Lịch sử thời Holocene, những biến đổi động lực. (1) Khái quát Sông Misisipi có lưu vực rộng chiếm tới 41% diện tích phần lục địa nước Mỹ (3.344.000 km2) đã tạo ra một tích tụ trầm tích bở rời to lớn ở vịnh Mêxicô. Sông này trở nên mạnh mẽ ít nhất từ thời Jura muộn và ảnh hưởng sâu sắc tới sự trầm tích ở phần bắc vịnh Mêxicô. Vùng châu thổ cung cấp cho ta phần lớn kiến thức về cấu trúc và quá trình trầm tích của châu thổ. Những nghiên cứu đang tiến hành là do sông này có ý nghĩa tối quan trọng đối với hoạt động thương mại và khai thác dầu mỏ mạnh mẽ và cho cả nền sản xuất ở phía bắc vịnh Mêxicô trong 50 năm gần đây. (2) Thời gian trầm tích Châu thổ Misisipi cấu thành từ các mảng hợp phần chồng gối lên nhau. Mỗi mảng trải rộng trên một diện tích chừng 30.000km2 và có bề dày trung bình 35m. Mỗi mảng đặc trưng cho một miền trầm tích chính của sông. Quá trình chuyển dịch từ một mảng hiện hữu sang một cửa sông mới mất khoảng 1500 năm (Coleman,1988). Trong phạm vi mỗi mảng đơn lẻ, sự lắng đọng trầm tích trong vịnh xảy ra do các dòng chảy ngoài bờ, các tích tụ doi cát khe nứt và các sản phẩm sinh học. Trầm tích lấp đầy vịnh phủ một diện tích chừng 250km2 và có bề dày chỉ 15m được tích đọng trong thời gian chỉ chừng 150 năm. Những doi cát ngoài bờ (overbank splays) rộng 2km, dày 3m, được hình thành trong những đợt ngập lụt lớn khi những đê bồi tự nhiên bị xuyên thủng. Các cửa của sông Misisipi tiến về phía biển với vận tốc đáng kể. Các kênh chi lưu có thể tạo thành các thân cát dài 17km, rộng 8km và dày trên 80m chỉ trong vòng 200 năm (Coleman,1988).
(3) Lịch sử thời Holocene Trong thời kỳ có mực nước biển thấp gần đây nhất, tức 18.000 năm trước, sông Misisipi đào khoét vào thung lũng của nó, hàng loạt các kênh xói rửa xuyên cắt thềm lục địa và châu thổ được hình thành ở gần mép của thềm này (Suter và Berryhill, 1985). Khi mực nước biển dâng cao, miền trầm tích dịch chuyển ngược dòng lên thung lũng bồi tích (aluvial valley). Vào khoảng 9.000 năm trước đây sông bắt đầu tạo thành châu thổ ngày nay của nó. Vào thời gian gần đây nữa, sự chuyển dịch các châu thổ của sông Misisipi đã tạo thành một đồng bằng châu thổ bao phủ tổng diện tích 28.500 km2. Sự chuyển dịch châu thổ diễn ra với tần suất cao kết hợp với sự lún chìm nhanh của lưu vực sông đã dẫn đến sự hình thành một tập trầm tích chồng lên nhau và có tính chu kỳ. Vì có sự lắng đọng và chuyển dịch nhanh, trong một thời gian ngắn đã hình thành một tập chồng gối có chu kỳ trầm tích châu thổ với bề dày đạt tới hàng ngàn mét và phủ rộng lên 150.000km2 (Coleman, 1988). H.4.11 biểu thị 6 mảng chính trong thời gian 7.500 năm gần đây. (4) Châu thổ ngày nay Các châu thổ ngày nay – châu thổ Balize hay Birdfoot, bắt đầu di chuyển từ chừng 800 – 1000 năm về trước. Tốc độ xê dịch ngày nay đã yếu đi nhiều và sông đang tìm một miền trầm tích mới. Trong vòng 100 năm gần đây một chi lưu mới – Atchafalaya – đã bắt đầu tách dòng với một lưu lượng nước ngày một tăng. Nếu không có những công trình chế ngự sông thì dòng mới này ngày nay đã có thể thôn tính toàn bộ dòng chảy của sông Misisipi để dẫn đến sự xói mòn nhanh chóng châu thổ Balize (Hiển nhiên rằng ở đây có thể đã xảy ra một sự tàn phá tương xứng đối với nên kinh tế của New Orleans nếu nó mất đi con sông của nó). Ngay cả khi có các công trình chế ngự sông, chi lưu mới Atchafalaya đang bồi đắp mạnh mẽ một châu thổ mới ở vịnh Atchafalaya (mảng 6 ở H.4.11) f. Sự dâng cao mức nước biển và các châu thổ. (1) Các châu thổ đang bị nước biển tràn ngập cục bộ và nhanh chóng vì trầm tích châu thổ đang ép nén chặt dần để khử nước và kết cứng. Các châu thổ rất d ễ bị tác động bởi sóng bão vì mặt lộ thiên bằng phẳng và chỉ ở cao hơn mực nước biển trung bình một chút. Chỉ cần mực nước biển dâng cao lên một chút cũng đủ để sóng cồn tiến vào đất liền. Như đã nói trước đây, sự tiến hoá của châu thổ là một sự cân bằng giữa sự tích tụ trầm tích sông được mang đến và sự gia công lại, sự xói mòn và vận tải trầm tích châu thổ do các quá trình biển (Wright, 1985). Ngay cả với con sông như Misisipi có lượng tải trầm tích rất lớn và đổ vào một bồn nước có sức sóng yếu, cũng chỉ tiến dịch được ở vùng kề cận các dòng chi lưu hiện tại, ở vùng được gọi là châu thổ hoạt động (H.4.9). (2) Châu thổ rất màu mỡ cho cây trồng vì chúng luôn được cung cấp thổ nhưỡng giàu dinh dưỡng. Do vậy những vùng có mật độ dân số cao nhất trên thế