TiÕn ho¸ trÇm tÝch Holocen ch©u thæ s«ng Hång

MỞ ĐẦU

Trầm tích Holocen giữ vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của châu thổ sông Hồng. Các thành tạo này chiếm hơn 80% diện tích đồng bằng, với chiều dày từ 1-2 m đến 40-50 m. Từ trước tới nay, châu thổ sông Hồng được coi là kết quả của các quá trình thành tạo các trầm tích sông, biển, trầm tích hỗn hợp sông - biển, sông - đầm lầy, đầm lầy - biển.... Có rất ít các công trình đề cập đến động lực trong quá trình hình thành và phát triển châu thổ sông Hồng trong Holocen. Lịch sử hình thành và phát triển châu thổ này trong Holocen mới chỉ được đề cập đến dưới góc độ ảnh hưởng của đợt biển tiến Flanđri. Vấn đề tiến hoá trầm tích Holocen cũng như cấu trúc các trầm tích châu thổ còn chưa được giải quyết một cách rõ ràng. Bài báo này đề cập đến quá trình hình thành, phát triển châu thổ sông Hồng trong Holocen dưới góc độ tương quan trầm tích, tốc độ dâng mực nước biển, hoạt động tân kiến tạo và động lực vùng cửa sông.

I. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Châu thổ hay cửa sông (estuary)?

Trong lịch sử phát triển, phụ thuộc vào mối tương quan giữa tốc độ lắng đọng trầm tích và tốc độ ngập chìm, vùng cửa sông tồn tại như một châu thổ hay như một cửa sông - vũng vịnh. Trong Holocen, biển tiến Flanđri cùng với hoạt động tân kiến tạo là quá trình chủ đạo gây ngập chìm tất cả các cửa sông ven biển, trong đó biển tiến này đóng vai trò chính. Khi tốc độ dâng của mực nước biển cùng với tốc độ hạ lún tân kiến tạo cao hơn so với tốc độ lắng đọng trầm tích thì vùng cửa sông tồn tại như một cửa sông - vũng vịnh. Lúc này động lực biển (sóng, thuỷ triều) đóng vai trò chủ đạo, thống trị trong vùng cửa sông. Trầm tích được mang đến từ lục địa và biển lắng đọng ngay tại vùng cửa sông. Khi tốc độ dâng của mực nước biển giảm thì đến một thời điểm nào đó tốc độ lắng đọng trầm tích sẽ cân bằng và sau đó là vượt ngưỡng tốc độ lún chìm của vùng cửa sông. Vùng cửa sông dần dần được lấp đầy và vật liệu trầm tích mang đến sẽ không lắng đọng tại vùng cửa sông nữa mà sẽ được chuyển thẳng ra biển, lắng đọng trong vùng ven biển. Bắt đầu hình thành và phát triển tam giác châu (châu thổ). Sự khác nhau giữa cửa sông - vũng vịnh và châu thổ là ở chỗ vùng cửa sông - vũng vịnh nhận nguồn vật liệu trầm tích cả từ phía sông và phía biển, còn châu thổ chỉ nhận trầm tích từ phía sông, hay nói khác đi là từ lục địa [2]. Khi nguồn vật liệu mang đến vượt trội so với tốc độ dâng hoặc trong giai đoạn biển lùi thì châu thổ sẽ dần dần nổi cao và các quá trình sông sẽ thống trị, hình thành đồng bằng bồi tích aluvi. Như vậy có thể thấy rằng mặt cắt trầm tích vùng cửa sông ven biển gồm ba phần: dưới cùng là các thành tạo trầm tích cửa sông - vũng vịnh, chuyển lên trên là các thành tạo châu thổ và trên cùng là các thành tạo aluvi.

Quá trình tiến hoá châu thổ.

Châu thổ bắt đầu hình thành khi tốc độ lắng đọng trầm tích vượt ngưỡng tốc độ ngập chìm của bồn tích tụ. Quá trình phát triển của châu thổ là quá trình thoái hoá (progradational), khác với quá trình tích tụ của cửa sông - vũng vịnh là quá trình bồi tụ (aggradational). Sông, thuỷ triều và sóng là ba yếu tố đóng vai trò chủ đạo trong quá trình phát triển châu thổ. Mối tương tác giữa ba yếu tố này quyết định sự phát triển của châu thổ. Trong quá trình phát triển, châu thổ sẽ bị phân dị tuỳ thuộc vào mức độ chủ đạo của một trong ba yếu tố trên. Nếu quá trình sông chủ đạo sẽ hình thành kiểu đồng bằng châu thổ do sông thống trị (river dominated delta plain), nếu quá trình triều chủ đạo thì sẽ hình thành đồng bằng châu thổ do triều thống trị (tide dominated delta plain) và nếu quá trình sóng chủ đạo thì sẽ hình thành đồng bằng châu thổ do sóng thống trị (wave dominated delta plain). Các đồng bằng này có sự khác nhau về tướng trầm tích, cấu trúc trầm tích cũng như về địa hình, địa mạo.

Khái niệm thuỳ châu thổ.

Do địa hình của đồng bằng châu thổ khá bằng phẳng nên sông chảy trên đó thường phân nhánh. Khi các nhánh sông đổ ra biển thì tại mỗi cửa sông nhánh sẽ hình thành một thuỳ châu thổ (delta lobe). Các thuỳ châu thổ kề cạnh nhau sẽ tạo nên một châu thổ rộng lớn, bao gồm các thuỳ châu thổ hợp lại. Thuỳ châu thổ là đơn vị cấu trúc nhỏ nhất của châu thổ, hình thành tại vùng cửa sông nhánh.

II. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Để xác lập quá trình tiến hoá các trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng, gần 600 lỗ khoan máy và khoan tay trên đồng bằng đã được sử dụng và phân tích nhằm phân chia các tướng trầm tích Holocen (H.1). Ngoài ra, hơn 40 kết quả phân tích C¹⁴của các thành tạo Đệ tứ châu thổ sông Hồng công bố trên các văn liệu cùng với 27 mẫu C¹⁴ của bản thân tác giả thu thập và phân tích ở Đài Loan, Australia, Hồng Kông đã được sử dụng. Hàng trăm kết quả phân tích cổ sinh gồm bào tử phấn hoa, Trùng lỗ, Thân mềm, Tảo silic cùng với hơn 1000 kết quả phân tích độ hạt - thạch học, các kết quả phân tích chỉ tiêu hoá lí môi trường đã được sử dụng trong quá trình nghiên cứu, phân chia tướng trầm tích. Tác giả đã phân tích gần 2000 ảnh máy bay cùng ảnh vệ tinh Landsat TM, ảnh Spot đồng bằng sông Hồng của các năm 1992 và 2001. Các tài liệu đo vẽ các tờ bản đồ địa chất tỉ lệ 1:50.000 và 1:200.000 trên toàn đồng bằng cũng được tham khảo, sử dụng. Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng gồm:

- Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa

- Phương pháp nghiên cứu tướng - trầm tích

- Phương pháp phân tích ảnh vệ tinh và ảnh máy bay

- Phương pháp phân tích thạch học - khoáng vật

- Phương pháp phân tích độ hạt

- Phương pháp phân tích cổ sinh

- Phương pháp phân tích tuổi tuyệt đối

- Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hoá lý môi trường

- Phương pháp nghiên cứu lịch sử và khảo cổ

- Phương pháp lập sơ đồ đẳng trị

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1. Các yếu tố quyết định quá trình tiến hoá trầm tích

Trong phạm vi châu thổ sông Hồng, các yếu tố có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển châu thổ bao gồm: hoạt động kiến tạo, dao động mực nước biển, nguồn cung cấp vật liệu trầm tích, tốc độ lắng đọng trầm tích, địa hình đáy, chế độ thuỷ thạch động lực. Các yếu tố này tác động và chi phối quá trình hình thành trầm tích nói riêng cũng như của châu thổ nói chung [11].

Trong các yếu tố trên, mối tương quan giữa tốc độ lắng đọng trầm tích và hoạt động kiến tạo, dao động mực nước biển giữ vai trò chủ đạo trong suốt quá trình hình thành và phát triển châu thổ. Mối tương quan này thể hiện bởi hiệu giữa tốc độ lắng đọng trầm tích và tốc độ ngập chìm của bồn (gồm tổng tốc độ nâng, hạ tân kiến tạo và tốc độ dâng, hạ của mực nước biển). Đây là mối tương quan chủ yếu, quan trọng nhất khi xem xét vấn đề tiến hoá trầm tích. Nếu tương quan này có giá trị dương nghĩa là tốc độ lắng đọng trầm tích lớn hơn tốc độ ngập chìm thì vùng cửa sông tồn tại chế độ châu thổ. Ngược lại nếu tương quan trên có giá trị âm thì vùng cửa sông tồn tại chế độ cửa sông [11]. Vùng cửa sông tồn tại như một cửa sông hay như một châu thổ phụ thuộc chủ yếu vào mối tương quan trên. Mối tương quan này thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào các yếu tố.

Tốc độ lắng đọng trầm tích được quyết định bởi nguồn cung cấp vật liệu trầm tích, chế độ thuỷ thạch động lực của bồn trầm tích. Các dòng sông cùng các sông nhánh là nguồn cung cấp vật liệu chính cho bồn. Tuy nhiên, dòng triều, dòng ven bờ và sóng cũng giữ vai trò quan trọng trong việc cung cấp vật liệu cũng như trong di chuyển, phân tán và lắng đọng trầm tích do các dòng sông mang đến. Khi các cửa sông thoái hoá trong quá trình tiến ra biển thì nguồn cung cấp vật liệu cho thuỳ châu thổ sẽ bị gián đoạn, và thuỳ châu thổ đó sẽ bị xói mòn, phá huỷ bởi các quá trình động lực của bồn như triều và sóng. Ngoài ra, nếu nguồn vật liệu mang đến có độ hạt thô hơn thì tốc độ lắng đọng cũng sẽ nhanh hơn so với vật liệu mịn. Nếu vùng cửa sông có chế độ sóng và thuỷ triều yếu hơn do bị che khuất, được bảo vệ bởi hệ thống cung đảo thì môi trường tương đối yên tĩnh hơn và vật liệu do sông mang tới sẽ lắng đọng nhanh hơn so với các vùng cửa sông có chế độ tương tự, nhưng không được che chắn, bảo vệ. Các vùng cửa sông có địa hình đáy nông hơn thì tốc độ bồi lắng cũng sẽ nhanh hơn, vùng cửa sông sẽ nhanh chóng bị lấp đầy [11].

2. Quá trình dao động mực nước biển trong Holocen

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vào cuối Pleistocen muộn (khoảng 14-15.000 năm BP) do quá trình băng tan, mực nước đại dương bắt đầu dâng lên [6, 9, 13, 14, 17]. Đây là đợt biển tiến mang tính toàn cầu, có tên là biển tiến Flanđri, mà ở Việt Nam thường được một số nhà nghiên cứu gọi là biển tiến Holocen giữa hay biển tiến Holocen trung [5, 6, 9, 16-18, 20]. Khái niệm biển tiến Holocen giữa không thật chuẩn xác, bởi lẽ đợt biển tiến này bắt đầu từ cuối Pleistocen muộn chứ không phải từ Holocen giữa; hơn nữa nó đạt cực đại tại thời điểm cuối Holocen sớm - đầu Holocen giữa. Trong thời gian Holocen giữa mực biển hạ thấp dần, đồng nghĩa với biển lùi. Nếu gọi là đợt biển tiến Holocen giữa rất dễ gây lầm tưởng là đợt biển tiến này xảy ra hay bắt đầu từ Holocen giữa. Tại Việt Nam, kết quả nghiên cứu của một số công trình cho thấy vào đầu Holocen sớm (10.000-8000 năm BP), biển tiến Flanđri đã bắt đầu tràn ngập đồng bằng sông Hồng [2, 7, 12-14, 21]. Tốc độ dâng của mực nước biển trong giai đoạn này là khá cao (9-12 mm/năm) [21]. Đợt biển tiến này đạt đỉnh cao tại thời điểm xấp xỉ 6000 năm BP và độ cao của mực nước biển đạt tới 3-4 m trên mực biển trung bình hiện tại. Sau thời điểm khoảng 6.000 năm BP, mực biển bắt đầu rút xuống theo nguyên tắc dao động con lắc đơn tắt dần [1].

3. Đặc điểm bề mặt đồng bằng sông Hồng cuối Pleistocen muộn

Cuối Pleistocen muộn, do đợt băng hà Wurm nên mực nước đại dương trên toàn cầu hạ thấp xuống. Tại thời điểm 18.000-20.000 năm BP mực nước đại dương đứng tại độ sâu -100, -120 m so với mực biển trung bình hiện tại [7, 14, 21]. Quá trình hạ mực nước biển làm cho mực xâm thực cơ sở cũng hạ theo và kết quả là quá trình bóc mòn xảy ra mạnh mẽ trên toàn đồng bằng. Độ dốc của trắc diện dọc lòng sông tăng lên đáng kể. Động năng của các con sông trở nên lớn hơn và khả năng đào khoét lòng của sông cũng trở nên mạnh hơn. Các con sông đào khoét sâu các thung lũng của chúng, chuyển tải vật liệu ra vùng biển xa. Do độ dốc trắc diện dọc các con sông tăng nên các sông chảy thẳng ra biển và bị khống chế bởi các hoạt động tân kiến tạo. Đới sụt lún trung tâm đồng bằng bị khống chế bởi đứt gãy Sông Chảy và đứt gãy Sông Lô, tạo điều kiện cho các dòng sông đào khoét sâu hơn.

Trước đợt biển tiến Flanđri, địa hình châu thổ sông Hồng đã được thiết lập bởi quá trình phong hoá và xói mòn với mức độ phân cắt sâu khá lớn. Bề mặt địa hình trước biển tiến Flanđri được xây dựng bằng phần mềm Sufer 32 trên cơ sở tài liệu của các lỗ khoan sâu. Hình dạng của các thung lũng sông hình thành do quá trình đào khoét trong Pleistocen muộn thể hiện trên sơ đồ đẳng trị bề mặt Pleistocen muộn (H.2).

Một nhánh thung lũng sông chạy sâu vào tới gần Phú Xuyên với độ sâu 25-30 m. Một nhánh khác chạy theo hướng ĐN-TB tới gần Hải Dương. Chiều rộng của các nhánh thung lũng sông dao động trong khoảng 15-20 km với chiều dài ăn sâu vào lục địa khoảng 35-40 km. Khi bị ngập chìm thì các thung lũng sông này trở thành cửa sông đặc trưng. Giữa hai thung lũng sông là vùng nổi cao Hưng Yên - Văn Lâm như một bề mặt tương đối bằng phẳng với đường đẳng sâu trung bình -14, -16 m trải rộng. Bề mặt này có diện mạo như một bình nguyên thấp tại thời điểm Pleistocen muộn - đầu Holocen.

Càng ra phía biển, mức độ đào khoét càng mở rộng. Đường đẳng sâu -40 m chạy men theo các vùng Kim Sơn, Ninh Bình lên Nam Định, vòng qua Vũ Thư, Thái Bình và chạy về cửa Trà Lý. Qua các mặt cắt ngang có thể thấy rằng cánh tây nam của các thung lũng có độ dốc lớn hơn cánh đông bắc. Ngoài ra trong phạm vi châu thổ sông Hồng còn tồn tại một số trũng nhỏ như các trũng Hà Nội, Đan Phượng, Thường Tín…

4. Đặc điểm hoạt động tân kiến tạo châu thổ sông Hồng

Trong phạm vi châu thổ sông Hồng có hai hệ thống đứt gãy chủ yếu khống chế cấu trúc trầm tích Đệ tứ nói chung và Holocen nói riêng. Đó là hệ thống đứt gãy TB-ĐN và hệ thống đứt gãy ĐB-TN. Hai hệ thống này đã khống chế sự phát triển của các trầm tích Holocen từ hai rìa vào trung tâm đồng bằng cũng như tạo ra sự phân bậc theo hướng TB-ĐN của châu thổ sông Hồng. Trong phạm vi châu thổ sông Hồng hoạt động kiến tạo hiện đại được các nhà nghiên cứu đánh giá với các mức độ khác nhau. Tốc độ sụt lún trên toàn đồng bằng được xác định trong khoảng 0,1-1 mm/năm [18]. Có nơi là khối nâng tương đối như các vùng Vụ Bản - Nam Định, Chương Mỹ, Hà Tây, có nơi là khối sụt lún tương đối như vùng Tứ Kỳ, Hải Dương. Tốc độ nâng hạ khác nhau phần nào chi phối quá trình hình thành và tiến hoá trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng.

5. Các giai đoạn tiến hoá trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng

Kết quả phân tích tướng - trầm tích, kết hợp với phân tích, đánh giá tương quan ngập chìm và tốc độ lắng đọng trầm tích cho phép phân chia quá trình tiến hoá trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng thành ba giai đoạn:

- Giai đoạn cửa sông - vũng vịnh

- Giai đoạn châu thổ

- Giai đoạn aluvi

Trong giai đoạn cửa sông - vũng vịnh và giai đoạn aluvi, các thành tạo Holocen được hình thành với cơ chế bồi tụ (aggradational) và giật lùi (retrogradational), còn trong giai đoạn châu thổ các thành tạo trầm tích được hình thành với cơ chế thoái hoá (progradational). Bắt đầu là các thành tạo cửa sông - vũng vịnh được hình thành, phủ lên trên bề mặt bóc mòn của các thành tạo Pleistocen thượng (Q₁³). Bản thân các thành tạo này về sau bị phủ bởi các thành tạo châu thổ và cuối cùng là các thành tạo aluvi phủ lên trên các thành tạo châu thổ. Như vậy mặt cắt đầy đủ của đồng bằng sông Hồng gồm ba phần: dưới cùng là các trầm tích cửa sông -vũng vịnh, chuyển lên các trầm tích châu thổ và trên cùng là trầm tích aluvi.

a. Giai đoạn cửa sông - vũng vịnh

Giai đoạn này kéo dài từ đầu Holocen sớm đến khoảng đầu Holocen giữa. Trong giai đoạn này đã hình thành 5 tướng trầm tích gồm:

1. Tướng sét, bột sét cửa sông - vũng vịnh

2. Tướng cát, cát bột cồn cát triều

3. Tướng cát bột sét bãi gian triều

4. Tướng sét, sét bột đầm lầy bãi trên triều

5. Tướng cát, cát bột lạch triều và nhánh triều (H.3, H.4).

Thời kì trước biển tiến cực đại

Đây là thời kì tốc độ ngập chìm của bồn trầm tích lớn hơn tốc độ lắng đọng trầm tích trong bồn. Thời kì này ứng với giai đoạn đầu Holocen sớm khi tốc độ dâng của mực nước biển khá cao, đạt khoảng 10-12 mm/năm. Theo các tính toán của một số nhà tân kiến tạo thì tốc độ hạ lún trung bình trong giai đoạn kiến tạo hiện đại của vùng trũng sông Hồng xấp xỉ 0,1 mm/năm. Cũng có ý kiến cho rằng nếu tính theo phương pháp thể tích của Khain thì tốc độ hạ lún trung bình tân kiến tạo trong giai đoạn Pliocen - Đệ tứ là 0,9-1,02 mm/năm (trích dẫn trong [18]). Ngoài ra, theo kết quả đo lặp thuỷ chuẩn của Viện Địa chất (Viện KH&CNVN) thì châu thổ sông Hồng có tốc độ sụt lún trong giai đoạn kiến tạo hiện đại là xấp xỉ 1 mm/năm [15]. Như vậy tổng tốc độ ngập chìm của châu thổ sông Hồng trong thời kì đầu Holocen sớm vào khoảng 11-13 mm/năm. Tốc độ này lớn hơn nhiều lần tốc độ lắng đọng trầm tích trong Holocen sớm (3-5 mm/năm - tính trung bình cho toàn đồng bằng). Tốc độ dâng của mực nước biển cộng với hạ lún tân kiến tạo làm cho phần lớn vùng rìa cửa sông ven biển của châu thổ sông Hồng ngập chìm nhanh chóng. Vùng thung lũng sông trở thành cửa sông và thu nhận vật liệu cả từ phía lục địa và phía biển. Trong vùng trung tâm của cửa sông hình thành các trầm tích cát, cát bột cồn cát triều. Còn các thành tạo hạt mịn như sét, sét bột hình thành tại vùng rìa cửa sông. Trong giai đoạn này, đường bờ dịch chuyển nhanh về phía lục địa, theo các thung lũng đã bị đào khoét trước đó. Vị trí đường bờ trong thời kì giữa Holocen sớm chạy từ Ninh Bình qua Phủ Lý, vòng lên Phú Xuyên rồi men theo phía nam Hưng Yên chạy về Thái Bình, vòng lên phía Hải Dương, chạy về cửa sông Văn Úc. Mực nước biển dâng làm cho mực xâm thực cơ sở cũng dâng cao, gây ngập úng phần lớn diện tích đồng bằng châu thổ sông Hồng. Các vùng xung quanh Hà Nội, Hưng Yên, Hải Phòng... trở thành vùng đầm lầy rộng lớn. Các loài thực vật ngọt-lợ, lợ-mặn phát triển mạnh mẽ trong môi trường đầm lầy. Nhiều cây có đường kính 15-20 cm. Khi nước biển dâng cao, đạt cực đại vào cuối Holocen sớm, các loài cây này bị chôn vùi và tạo thành than bùn với các thân và cành còn tương đối nguyên vẹn như đã thấy ở vùng Giảng Võ, Cầu Bươu, Thanh Trì (Hà Nội)....Các số liệu tuổi tuyệt đối cùng sự phát triển rộng khắp của các trầm tích đầm lầy chứa than bùn cơ sở (basal peat) tại vùng phía nam Hà Nội, Hải Dương, Từ Sơn...đã minh chứng cho thời kỳ phát triển mạnh mẽ đầm lầy ven biển của châu thổ sông Hồng trong Holocen sớm. Trong các thành tạo thuộc phần dưới của hệ tầng Hải Hưng tuổi Holocen sớm-giữa thì các di tích bào tử phấn hoa ngập mặn chỉ có mặt với số lượng tương đối phong phú từ sông Luộc trở ra biển mà thôi [3, 4, 10]. Điều này lí giải cho tốc độ dâng chậm hoặc dừng lại tạm thời của mực nước biển tại một thời điểm nào đó trong giai đoạn đầu Holocen sớm. Bởi lẽ các loài thực vật ngập mặn chỉ có thể phát triển tốt trong điều kiện tốc độ dâng của mực nước biển khá chậm, hay trong điều kiện biển dừng và tốc độ bồi tụ của trầm tích không lớn. Nếu không hội tụ đủ điều kiện trên thì các loài thực vật ngập mặn không thể phát triển được. Như vậy có thể thấy rằng trong giai đoạn đầu của Holocen sớm, cũng như thời gian đầu của giai đoạn cửa sông - vũng vịnh thì tại vùng ven biển châu thổ sông Hồng đã hình thành các trầm tích cửa sông - vũng vịnh, còn phía trong đất liền, cho đến nam sông Luộc, hình thành các trầm tích đầm lầy ven biển thuộc tướng sét, sét bột trên triều và gian triều, chứa phong phú các di tích thực vật ngập mặn. Theo các mặt cắt từ đất liền ra phía biển (H.3, H.4), các trầm tích bãi trên triều chuyển tiếp với các trầm tích bãi gian triều và cuối cùng là các trầm tích cửa sông - vũng vịnh. Các trầm tích lạch triều và nhánh triều phát triển trong vùng bãi gian triều và trên triều.

Sau thời gian trên, mực nước biển dâng nhanh trở lại, tràn ngập các thung lũng sông đã bị đào xẻ trước đó. Đường bờ bị đẩy nhanh về phía đất liền. Các thung lũng sông trở thành các cửa sông điển hình. Cùng lúc này, do mực nước biển dâng cao nên mực xâm thực cơ sở cũng dâng cao, làm cho xung quanh vùng cửa sông bị ngập thường xuyên hay định kì. Kết quả là bãi gian triều và đầm lầy trên triều được hình thành. Các trầm tích đầm lầy và gian triều hình thành trong giai đoạn này, sau đó bị phủ bởi trầm tích của cửa sông - vũng vịnh nông khi mực nước biển dâng cao cực đại vào thời điểm khoảng 6.000 năm BP.

Cùng với sự dâng cao của mực nước biển, các con sông cũng bắt đầu quá trình xâm thực ngang. Các trầm tích aluvi hình thành và lắng đọng trong phạm vi phía bắc, tây bắc đồng bằng châu thổ sông Hồng. Tuy trắc diện dọc đã giảm, song năng lượng của các sông vẫn còn khá lớn nên trầm tích có tính thô hơn.

Thời kì biển tiến cực đại

Các nghiên cứu trong khu vực và lân cận từ trước tới nay đều cho rằng mực nước biển dâng cao nhất trong Holocen tại thời điểm khoảng 6000 năm BP và đạt độ cao khoảng 3-4 m trên mực biển trung bình hiện tại [1, 6, 7, 13, 14, 17, 19, 20]. Trước thời điểm mực biển dâng cao cực đại, tốc độ dâng của mực nước biển đã giảm đáng kể. Nếu như trước đây, khoảng từ 10.000 đến 9.000 năm BP, tốc độ dâng của mực nước biển đạt 10-12 mm/năm thì vào thời điểm khoảng 7.000 năm BP tốc độ dâng của mực nước biển chỉ còn khoảng 2-4 mm/năm. Đến cuối Holocen sớm, tốc độ dâng của mực nước biển chỉ còn khoảng 1-2 mm/năm và dần tiệm cận tới 0 [1]. Các tài liệu nghiên cứu ở Việt Nam cũng như các vùng xung quanh đều khẳng định rằng sau 6000 năm BP mực nước biển bắt đầu hạ xuống [8, 9, 13, 14, 19]. Quá trình hạ thấp mực nước biển trong Holocen giữa-muộn tại vùng nghiên cứu là một quá trình dao động tắt dần theo hình sin [1]. Sự dao động tắt dần theo hình sin của mực nước biển đã được một số tác giả đề cập đến với quan điểm cho rằng tại thời điểm khoảng 2.500-2.000 năm BP mực nước biển hạ thấp hơn mực biển ngày nay và sau đó mực nước biển lại dâng lên, tiến vào đồng bằng [16]. Có lẽ đây chỉ là những đợt biển lấn ngắn trong xu thế hạ thấp của mực nước biển mà thôi.

Trong phạm vi châu thổ sông Hồng, mực nước biển dâng cao cực đại vào khoảng trên dưới 6000 năm BP đã nhấn chìm hầu hết diện tích đồng bằng châu thổ sông Hồng. Các tài liệu nghiên cứu ngấn nước biển tại các vùng đá vôi Hạ Long, Ninh Bình cho thấy tại thời điểm 5.000-6.000 năm BP, mực nước biển đứng tại 5-5,5 m trên 0 hải đồ (5-5.5 A.D) [1]. Như vậy trên phạm vi châu thổ sông Hồng, tại thời điểm khoảng 6000 năm BP, toàn bộ vùng trung tâm đồng bằng châu thổ sông Hồng đã bị ngập chìm trong nước biển. Địa hình đáy biển lúc này có sự phân dị. Các thung lũng sông trở thành cửa sông với độ sâu 25-30 m nước, còn vùng Hưng Yên - Văn Lâm thì trở thành vụng nước nông. Lớp sét xám xanh đã hình thành trong điều kiện cửa sông - vũng vịnh và tương đối phổ biến rộng khắp tại vùng nam Hà Nội, Hải Dương, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình. Vùng rìa đông bắc Hải Phòng hình thành lớp sét bột, bột cát màu xám. Lúc này tốc độ lắng đọng trầm tích đã bắt đầu cân bằng và vượt tốc độ ngập chìm của châu thổ sông Hồng. Vùng cửa sông - vũng vịnh dần dần được lấp đầy.

Số liệu tuổi tuyệt đối và các đặc điểm tướng-trầm tích của lỗ khoan ND1 [14], LK DT [13], LK CC [7], vùng Lương Đống, Vụ Bản [18], LK9, Gia Lộc, Hải Dương [2] đã minh chứng thời gian tồn tại của chế độ cửa sông - vũng vịnh trên diện tích đồng bằng châu thổ sông Hồng trong Holocen sớm. Sự có mặt của tập hàu hà (Ostrea) ở vùng Lương Đống, Vụ Bản với diện phân bố rộng tại độ sâu 0,5-1 m, được định tuổi là 6800 ± 100 năm BP, là bằng chứng cho thấy tại nơi đây vào khoảng 6.500-7.000 năm BP đã tồn tại một chế độ cửa sông tương đối điển hình. Các quần thể hàu, hà là những động vật nhuyễn thể Hai mảnh đặc trưng cho môi trường cửa sông [11].

Cùng với biển tiến cực đại, mực xâm thực cơ sở của các con sông cũng dâng cao. Xung quanh vùng cửa sông phát triển các đầm lầy và các đồng bằng gian triều. Tại thời điểm khoảng 6000 năm BP, trước khi rút xuống, mực nước biển đã đứng yên một thời gian [13]. Lúc này các đồng bằng gian triều và đồng bằng trên triều phát triển do hoạt động của triều. Các đồng bằng này phân bố xung quanh khu vực Hà Nội, kéo dài xuống Hải Dương, Phả Lại. Khi mực xâm thực cơ sở dâng cao thì các con sông trở nên quanh co, uốn khúc. Các thành tạo đồng bằng bồi tích được hình thành tại các thung lũng sông vùng phía bắc Hà Nội, Phả Lại, bắc Hải Dương... Sự có mặt của các thành tạo aluvi Holocen dưới-giữa (aQ₂^1-2yl) chứng tỏ trong một thời gian tương đối dài, mực nước biển hầu như ít thay đổi, nếu có thì cũng không đáng kể. Điều này khá phù hợp với những nghiên cứu tại các vùng lân cận của các tác giả khác [21].

b. Giai đoạn châu thổ

Đây là giai đoạn mà tốc độ ngập chìm của đồng bằng sông Hồng nhỏ hơn tốc độ lắng đọng trầm tích. Giai đoạn này bắt đầu từ cuối Holocen sớm, khi tốc độ dâng của mực nước biển giảm, tiệm cận dần tới 0 và kéo dài cho tới ngày nay. Vào khoảng đầu Holocen giữa, mực biển hạ thấp dần theo nguyên lí con lắc đơn tắt dần. Lúc này tốc độ bồi tụ vùng cửa sông lớn hơn tốc độ lún chìm. Châu thổ bắt đầu phát triển mạnh. Vùng trước kia là cửa sông thì nay bị dần dần lấp đầy, trở thành châu thổ và dịch chuyển nhanh kể từ khi mực nước biển rút xuống sau thời điểm khoảng 6.000 năm BP. Các cửa sông không là bẫy trầm tích nữa mà trầm tích chuyển đến được đưa ra lắng đọng tại đới bờ và châu thổ dần dần tiến ra biển (H.6). Trong giai đoạn châu thổ đã hình thành 11 tướng trầm tích(H.3,H.4), gồm:

- Nhóm tướng trầm tích đồng bằng châu thổ

1. Tướng sét bột cát bãi gian triều

2. Tướng sét bột, bột sét bãi trên triều

3. Tướng cát, cát bột lạch triều và nhánh triều

4. Tướng cát bột lòng sông nhánh

5. Tướng sét, bột sét vụng gian lưu

6. Tướng sét bột đầm lầy

7. Tướng cát, cát bột cồn cát ven bờ

8. Tướng sét bột đầm lầy sau doi cát

- Nhóm tướng trầm tích tiền châu thổ (delta front)

9. Tướng cát bột, bột sét tiền doi cát

10. Tướng cát, cát bột doi cát cửa sông nhánh

- Nhóm tướng trầm tích đáy châu thổ (prodelta)

11. Tướng sét, sét bột đáy châu thổ

Tại mỗi vùng cửa sông hay cửa sông nhánh hình thành một thuỳ châu thổ. Các thuỳ châu thổ có tốc độ dịch chuyển khác nhau, tuỳ thuộc vào địa hình đáy, nguồn cung cấp vật liệu, hoạt động TKT khu vực cũng như phụ thuộc vào động lực sóng và dòng chảy....

Vùng bắc Hưng Yên - tây Hải Dương bao gồm các huyện Bình Giang, Yên Mỹ, Ân Thi, Kim Động, Thanh Miện, Phủ Cừ...là một vùng nổi cao tương đối. Vào đầu Holocen, đây là vùng mà bề mặt đồng bằng sông Hồng tương đối cao, dao động trong khoảng từ -10 đến -12 m, có nơi chỉ -7, -8 m (H.2). Khi mực nước biển bắt đầu rút xuống, các sông nhánh vươn dài về phía biển thì vùng này trở thành vụng nước nông giữa các sông nhánh và nhanh chóng bị lấp đầy. Các vụng nông giữa các sông nhánh (vụng gian lưu) có chế độ động lực tương đối yếu nên các thành tạo hạt mịn như sét, sét bột được hình thành. Các trầm tích sét, sét bột có màu xám, xám xanh tương đối phổ biến ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, nằm phủ lên các thành tạo gian triều và trên triều được hình thành trước đó. Các vụng gian lưu dần dần được lấp đầy, đường bờ ngày càng tiến ra phía biển

Trầm tích đồng bằng châu thổ vùng rìa tây nam và trung tâm bao gồm các tướng: tướng cát, cát bột lòng sông nhánh, tướng sét bột vụng nông gian lưu, tướng sét đầm lầy, tướng doi cát cửa sông nhánh. Trong vùng Hải Dương, Hải Phòng, dưới tác động của triều, các trầm tích gian triều được hình thành với chiều dày dao động từ 2 đến 4 m. Các thành tạo này phủ lên trên các trầm tích đầm lầy và cửa sông - vũng vịnh hình thành trước đó (H.4).

Các trầm tích tiền châu thổ hình thành trong vùng biển với độ sâu đáy biển lớn hơn 5-7 m. Từ nam Phú Xuyên đến Phủ Lý, nam Hưng Yên, Nam Định, Thái Bình phát triển các thành tạo doi cát cửa sông nhánh, tiền doi cát và các thành tạo cồn cát bờ. Tại các vùng Hải Phòng, nam Hải Dương phát triển các thành tạo cồn cát triều. Các trầm tích này nằm phủ lên trên các trầm tích chân châu thổ. Các thành tạo sét, sét bột đáy châu thổ hình thành tại các vùng với địa hình đáy lớn hơn 20-25 m, như ở phía nam Nam Định, Thái Bình, Hưng Yên, Hải Dương, Hải Phòng.

Khi nước biển hạ xuống, cùng với nguồn cung cấp vật liệu dồi dào thì châu thổ ngày càng phát triển ra phía biển. Có thể thấy rằng vùng có địa hình đáy nông như vùng Hưng Yên, Ân Thi, Thanh Miện... tốc độ tiến ra biển của đồng bằng châu thổ khá nhanh, còn vùng các thung lũng sông bị ngập chìm có tốc độ tiến ra biển chậm hơn.

Trong quá trình tiến ra biển, các sông và sông nhánh đã chuyển lòng nhiều lần. Một trong những nguyên nhân làm cho dòng sông nhánh chuyển lòng là khi châu thổ tiến ra biển thì lòng dẫn của sông nhánh sẽ kéo dài, hệ quả của nó là độ dốc của lòng sông nhánh giảm, kéo theo khả năng chuyển tải nước và dòng bùn cát cũng giảm theo. Đến thời điểm nào đó khả năng chuyển tải của dòng sông nhánh sẽ giảm đến mức nó sẽ phải tìm một đường mới ra biển, ngắn hơn, có độ dốc lớn hơn. Thuỳ châu thổ cũ sẽ bị bỏ, bị phá huỷ do các quá trình biển hoặc bị chìm xuống do hoạt động hạ lún tân kiến tạo. Khi thuỳ châu thổ bị bỏ thì sóng, thuỷ triều sẽ xói mòn, tái tạo trầm tích. Dưới tác động của sóng, thuỷ triều, vật liệu mịn sẽ bị mang đi, còn các vật liệu thô sẽ được giữ lại, tạo thành các dải cồn chạy song song với bờ. Mỗi lần chuyển dòng là một thuỳ châu thổ mới được hình thành tại vùng cửa sông nhánh mới. Các thuỳ châu thổ kề cạnh nhau tạo nên châu thổ rộng lớn, phát triển, đẩy đường bờ ra phía biển. Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khác khiến lòng sông nhánh dịch chuyển như hoạt động tân kiến tạo, sự thay đổi nguồn cung cấp vật liệu do những thay đổi tại vùng thượng lưu hay do khí hậu thay đổi. Quá trình dịch chuyển lòng sông có thể thấy rõ tại vùng sông Đáy ở phía nam Phủ Lý, của sông Lô tại vùng nam Gia Lâm, Văn Lâm. Tại vùng nam Phủ Lý, sông Đáy đã chuyển dịch ít nhất 4 lần. Các di tích lòng sông cổ thấy được khá rõ trên ảnh vệ tinh Landsat TM và Spot.

b. Giai đoạn aluvi

Giai đoạn aluvi bắt đầu từ cuối Holocen giữa, khi đồng bằng châu thổ đã hình thành và trải dài ra biển. Khi đồng bằng châu thổ phát triển ra phía biển thì nó để lại đằng sau một bề mặt bằng phẳng, rộng lớn, tương đối thấp. Trong điều kiện đó, hoạt động của các sông đã tạo nên tầng trầm tích aluvi, phủ lên trên các thành tạo châu thổ trước đó. Quá trình này kéo dài cho tới ngày nay.

Giai đoạn aluvi là giai đoạn cuối cùng của chu kì phát triển đồng bằng châu thổ. Lúc này đường bờ ngày càng lùi ra phía biển, hoạt động của sông ngày càng chiếm ưu thế hơn và làm thay đổi địa hình đồng bằng châu thổ trước đó. Do độ dốc của bề mặt châu thổ giảm đáng kể nên một phần vật liệu do các con sông vận chuyển sẽ được lắng đọng ngay trên bề mặt của đồng bằng châu thổ. Trong các kì lũ lụt, bề mặt đồng bằng châu thổ bị ngập chìm trong nước lũ. Nước chảy tràn trên bề mặt châu thổ để lại các lớp trầm tích hạt mịn gồm chủ yếu là sét, sét bột. Hàng năm có sự xen kẽ giữa mùa khô và mùa mưa. Vào mùa khô đồng bằng châu thổ bị phơi ra, còn vào mùa mưa thì bị ngập nước. Quá trình ngập nước định kì như vậy đã phủ lên bề mặt châu thổ một lớp trầm tích hạt mịn với chiều dày thay đổi từ 0,5 đến 2-3 m. Hoạt động của sông trong giai đoạn này chủ yếu là đào xẻ ngang. Quá trình di chuyển ngang của lòng sông tạo ra những bãi bồi ven lòng với các vật liêụ trầm tích tương đối thô như cát mịn, cát bột. Khi nước sông chảy tràn ra hai bên bờ thì động năng của dòng chảy giảm. Lúc này các vật liệu thô như bột cát, cát bột sẽ lắng đọng, tạo nên những con trạch hay đê tự nhiên ven sông. Càng xa lòng sông, động năng của dòng chảy càng giảm nên trầm tích lắng đọng trên đồng bằng bồi tích có độ hạt giảm dần từ lòng. Vào mùa khô, nước lũ rút đi, song cũng còn một số nơi tồn tại các ô trũng ngập nước nông. Các ô trũng này dần dần trở thành đầm lầy nước ngọt và các trầm tích hạt mịn như sét, sét bột lắng đọng tạo thành trầm tích đầm lầy màu xám đen đặc trưng với các di tích động thực vật nước ngọt. Trong giai đoạn aluvi đã hình thành 6 tướng trầm tích (H.3) gồm:

1. Tướng sét bột đồng bằng bãi bồi. (flood plain)

2. Tướng sét bột hồ đầm lầy trên bãi bồi.

3. Tướng sét bột lòng sông cổ.

4. Tướng cát, cát bột bãi ven lòng (point bar )

5. Tướng bột cát gờ ven sông (levee)

6. Tướng cát sạn lòng sông

Các thành tạo aluvi kéo dài từ vùng Sơn Tây xuống tới nam Ninh Bình, Nam Định, qua Thái Bình, Hải Dương. Chúng phủ lên trên các thành tạo của đồng bằng châu thổ hình thành trước đó, càng ngày càng làm cho bề mặt đồng bằng nổi cao hơn. Kể từ khi con người can thiệp vào quá trình thiên nhiên bằng cách đắp đê dọc theo các con sông, nhằm khống chế và điều tiết quá trình lũ lụt, thì quá trình trầm tích trên toàn đồng bằng châu thổ sông Hồng hầu như đã ngừng hẳn, có chăng chỉ còn diễn ra ở ngoài đê làm lòng dẫn của các sông ngày càng được tôn cao.

KẾT LUẬN

Lịch sử tiến hoá trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng trải qua ba giai đoạn chính: cửa sông - vũng vịnh, giai đoạn châu thổ và giai đoạn aluvi. Giai đoạn cửa sông - vũng vịnh bắt đầu từ 10.000 năm BP đến đầu Holocen giữa, gắn liền với đợt biển tiến Flanđri. Tốc độ lắng đọng trầm tích trong giai đoạn này nhỏ hơn nhiều tốc độ ngập chìm ở vùng cửa sông, hình thành 5 tướng trầm tích, phủ lên bề mặt phong hoá, bóc mòn của các trầm tích Pleistocen thượng. Giai đoạn châu thổ bắt đầu từ cuối Holocen sớm (khoảng 6.500-6.000 năm BP) cho đến ngày nay. Trong giai đoạn này, tốc độ lắng đọng trầm tích vượt trội tốc độ ngập chìm vùng cửa sông, hình thành 11 tướng trầm tích châu thổ, phủ lên các trầm tích cửa sông - vũng vịnh và vươn ra phía biển. Giai đoạn aluvi bắt đầu từ cuối Holocen giữa - đầu Holocen muộn. Lúc này động lực sông chiếm ưu thế, hình thành 6 tướng trầm tích phủ lên trên các thành tạo châu thổ.

Lời cảm ơn

Công trình được hoàn thành với sự hỗ trợ của Chương trình Nghiên cứu cơ bản.

VĂN LIỆU

1. Doãn Đình Lâm, Boyd W.E., 2001. Một số dẫn liệu về mực nước biển trong Pleistocen muộn - Holocen tại vùng Hạ Long và Ninh Bình, TC Các khoa học về Trái đất, 23/1 : 86-91. Hà Nội.

2. Doãn Đình Lâm, Boyd W.E., 2000. Holocene coastal stratigraphy and a model for the sedimentary development of the Hai Phong area in the Red River Delta, North Viet Nam. J. Geology, B/15-16 : 18-28. Hà Nội.

3. Đinh Văn Thuận, Nguyễn Địch Dỹ, Nguyễn Bảo Khanh, 1996. Đặc điểm phân bố thực vật ngập mặn trong trầm tích Holocen ở các đồng bằng ven biển Việt nam, TC Các khoa học về Trái đất, 18/2 : 96-98. Hà Nội.

4. Đinh Văn Thuận, Nguyễn Địch Dỹ, 2000. Các giai đoạn phát triển thực vật ngập mặn trong Holocen ở đồng bằng Sông Hồng, TC Các khoa học về Trái đất, 22/2 : 120-126. Hà Nội.

5. Đỗ Văn Tự, 1988. Đặc điểm trầm tích và lịch sử phát triển địa chất Đệ tứ đồng bằng Bắc Bộ. Luận án PTS Địa lý - Địa chất, Thư viện Quốc gia, Hà Nội.

6. Hoàng Ngọc Kỷ (Chủ biên), 1978. Địa chất tờ Hà Nội. Tổng cục Địa chất, Hà Nội.

7. Hori K., Tanabe S., Saito Y., Haruyama S., Viet N., Kitamura A., 2004. Delta initiation and Holocene sea-level change: Example from the Song Hong (Red River) Delta, Vietnam. Sed. Geol., 164 : 237-249.

8. Ngô Quang Toàn (Chủ biên), 1989. Địa chất nhóm tờ thành phố Hà Nội. Lưu trữ Địa chất, Hà Nội.

9. Ngô Quang Toàn (Chủ biên), 1993. Địa chất và khoáng sản thành phố Hải Phòng. Lưu trữ Địa chất, Hà Nội.

10. Nguyễn Ngọc, Đinh Văn Thuận, 1985. Những bằng chứng cổ sinh về sự có mặt và quy mô phát triển của các thời kỳ biển trong kỷ Đệ tứ ở đồng bằng Bắc Bộ. Những phát hiện mới về khảo cổ học năm 1985, tr. 16-17. Hà Nội.

11. Reading H.G. (Edit), 1986. Sedimentary environments and facies. Publ. Blackwell Sci., Paris - New York - London.

12. Steve Mathers & Jan Zalasiewicz, 1999. Holocene sedimentary Architecture of the Red River Delta, Vietnam, J. of Coastal Res. 15/2 : 314-325.

13. Tanabe S., Hory K. Saito Y., Haruyama S., Van Phai Vu & Kitamura A., 2003. Song Hong (Red River) delta evolution related to millenium-scale Holocene sea-level change. Quaternary Sci. Rev., 22 : 2345-2361.

14. Tanabe S., Hory K., Saito Y., Haruyama S., Doanh L.Q., Sato Y., Hiraide S., 2003. Sedimentary facies and radiocarbon dates of the Nam Dinh - 1 core from the Song Hong (Red River) delta, Viet Nam. J. of Asian Earth Sci., 21 : 503-513.

15. Trần Đình Tô, Dương Chí Công, Nguyễn Đình Tú, 1991. Những kết quả đầu tiên nghiên cứu chuyển động thẳng đứng trũng Sông Hồng, Địa chất - Tài nguyên. Nxb KHKT, Hà Nội.

16. Trần Đức Thạnh, 1988. Dẫn liệu về đợt hạ thấp mực biển vào cuối Holocen giữa - đầu Holocen muộn ở vùng ven bờ đông bắc, TC Các khoa học về Trái đất, 10/3-4 : 50-53. Hà Nội.

17. Trần Nghi, Ngô Quang Toàn, 1991. Đặc điểm các chu kỳ trầm tích và lịch sử tiến hoá địa chất Đệ tứ của đồng bằng sông Hồng, TC Địa chất, 206-207 : 65-77. Hà Nội.

18. Vũ Nhật Thắng (Chủ biên), 1996. Địa chất và khoáng sản nhóm tờ Thái Bình -

Nam Định. Lưu trữ Địa chất, Hà Nội.

19. Vũ Quang Lân, 1996. Đặc điểm trầm tích và lịch sử phát triển địa chất trong giai đoạn Holocen vùng rìa đông nam đồng bằng sông Hồng, Báo cáo HNKH lần thứ 12 Trường ĐHMĐC, 4 : 39-45. Hà Nội.

20. Vũ Quang Lân, Vũ Nhật Thắng, 1997. Những dẫn liệu mới về địa chất Đệ tứ vùng Thái Bình - Nam Định và phụ cận, TC Bản đồ Địa chất, 1/1997 : 48-52. Hà Nội.

21. Zhenguo H., Li Pingri, Zhang Zhongying, 1991. Sea level change along the coastal area of South China since Late Pleistocene. In: Quaternary coastline changes in China, Ed. by Quin Y.S and Zhao S.L. China Ocean press, 142-154, Beijing.