Hệ thống trầm tích

Một tập trầm tích bao gồm các hệ thống trầm tích khác nhau. Có thể phân ra loại hệ thống trầm tích có liên quan hoặc không liên quan với đường bờ. Các hệ thống trầm tích liên quan với đường bờ có nguồn gốc liên quan với các dạng quỹ đạo biến đổi đường bờ. Với các hệ thống độc lập với đường bờ thì sự liên kết cùng nguồn gốc với đường bờ không xác định được.

a. Hệ thống trầm tích liên quan với đường bờ

Các hệ thống trầm tích liên quan với đường bờ có liên quan nguồn gốc với các dạng quỹ đạo biến đổi của đường bờ (lùi cưỡng bức, lùi bình thường, tiến). Có thể phân chia các hệ thống trầm tích sau:

- Hệ thống biển thấp (Lowstand System Tract/LST).

- Hệ thống biển tiến (Transgressive System Tract/TST).

- Hệ thống biển cao (Highstand System Tract/HST).

- Hệ thống rìa thềm (Shelf Margin System Tract/SMST).

Mỗi hệ thống trầm tích sẽ gồm các phân tập hoặc nhóm các phân tập phủ chồng lấn (vào bờ), phủ chồng bồi tụ và phủ chồng lùi (ra biển).

Ngoài 4 hệ thống trầm tích nêu trên, trong một số trường hợp còn sử dụng khái niệm hệ thống khác như:

- Hệ thống biển lùi (Regrasive system tract/RST) bao gồm cả hệ thống biển thấp và hệ thống biển cao.

- Hệ thống biển lùi bắt buộc (Forced Regressive system tract/FRST) hoặc còn gọi là hệ thống mực nước biển hạ xuống (Falling stage system tract/FSST) bao gồm phần cuối của hệ thống biển cao và phần đầu của hệ thống biển thấp.

- Hệ thống biển lùi bình thường (Normal Regressive system tract/NRST) là phần đầu của hệ thống biển cao và phần cuối của hệ thống biển thấp.

Các thuật ngữ rìa thềm, biển thấp, biển cao, biển tiến trong phạm vi vùng hệ thống nhằm chỉ vị trí các vùng hệ thống trong tập. Vùng hệ thống trầm tích thể hiện bước phân tích tổng hợp sau khi đã xác định được các tập và liên quan đến sự minh giải về mối quan hệ giữa chúng với sự lên xuống mực nước biển, quan hệ về thời gian và không gian của các vùng tướng, đặc điểm các mặt ranh giới.

Trên hình 10.12 là lát cắt thể hiện các hệ thống trầm tích biển thấp (LST), biển tiến (TST), biển cao (HST) và rìa thềm (SMST), các mặt ranh giới tập loại 1, loại 2, mặt biển tiến (TS), mặt ngập lụt cực đại (MFS) và các loại tướng trầm tích liên quan đến cát kết, sét trong các hệ thống trầm tích. Quá trình hình thành các hệ thống biển thấp (LST), hệ thống rìa thềm (SMST), hệ thống biển tiến (TST) và hệ thống biển cao (HST) được thể hiện trên hình 10.13 và 10.14. Trên đó thể hiện đường cong thay đổi mực nước biển tương ứng với mỗi hệ thống trầm tích, các lát cắt với các dạng quạt đáy biển, quạt sườn, nêm lấn và các mặt ranh giới chỉnh hợp, bất chỉnh hợp.

Hình 10.12 - Lát cắt thể hiện các hệ thống trầm tích và tưởng trầm tích cát sét

Các hệ thống trầm tích được nhận dạng trên cơ sở quan sát được ngoài vết lộ, tài liệu giếng khoan và tài liệu địa chấn. Với những vùng chưa có giếng khoan, các kết quả đạt được khi minh giải tài liệu địa chấn rất có ý nghĩa khi liên kết địa tầng và xác định tuổi cho chúng. Ở các vị trí khác nhau trong một bể trầm tích như vùng đất liền, thềm, rìa thềm và biển sâu, mỗi hệ thống trầm tích có các biểu hiện bào mòn, vận chuyển trầm tích và dạng phân lớp tích tụ trầm tích khác nhau.

Hình 10.13 - Quá trình hình thành các hệ thống trầm tích biển thấp (LST), biển tiến (TST) và biển cao (HST)

Hình 10.14 - Quá trình hình thành các hệ thống trầm tích rìa thềm (SMST), hệ thống biển tiến (TST) và hệ thống biển cao (HST)

Sự nâng hạ của mực nước biển tương đối và một số vị trí quan trọng trong một chu kỳ trầm tích có liên quan đến phân chia địa tầng được minh họa trên hình 10.15. Vị trí A là mực nước biển cao nhất để từ đó bắt đầu hạ xuống (còn gọi là mực cơ sở của biển lùi bắt buộc, điểm bắt đầu mực cơ sở hạ xuống, hoặc điểm bắt đầu biển lùi bắt buộc), vị trí B xác định mặt bào mòn bất chỉnh hợp trong quá trình biển lùi khi mực nước biển hạ nhanh, vị trí C là mực nước biển thấp nhất để từ đó bắt đầu tăng lên (bắt đầu mực cơ sở tăng, hoặc kết thúc biển lùi bắt buộc), vị trí D kết thúc quá trình biển lùi để bắt đầu quá trình biển tiến (mặt biển tiến, mặt ngập lụt đầu tiên hoặc mặt biển lùi cực đại), vị trí E kết thúc quá trình biển tiến và bắt đầu biển lùi mặc dù mực nước biển vẫn tăng lên (mặt biển tiến cực đại hoặc mặt ngập lụt cực đại). Từ các vị trí được xác định trong một chu kỳ nâng hạ của mực nước biển có thể xác định các hệ thống trầm tích khác nhau.

Hình 10.15 - Mối quan hệ giữa chu kỳ thay đổi mực nước biển với các hệ thống trầm tích, tập trầm tích và các ranh giới phân chia chúng

Để làm sáng tỏ vấn đề này có thể xác định mối quan hệ giữa chu kỳ trầm tích và sự nâng hạ mực nước biển. Giả sử xét chu kỳ trầm tích bắt đầu từ khi kết thúc quá trình biển tiến được đánh dấu bởi mặt ngập lụt cực đại (vị trí E). Quá trình biển lùi bắt đầu xảy ra trong khi mực nước biển tiếp tục tăng lên đến mức cao nhất sau đó bắt đầu giảm xuống nhưng vẫn còn ở mức cao tạo nên hệ thống trầm tích biển cao (đoạn EB). Giai đoạn tiếp theo là khi mực nước biển bắt đầu giảm xuống rất mạnh cho đến khi mực nước biển đạt đến mức thấp nhất, sau đó bắt đầu nâng lên nhưng vẫn còn ở mức thấp tạo nên hệ thống trầm tích biển thấp (đoạn BD). Cả 2 hệ thống trầm tích này gộp lại được gọi là hệ thống trầm tích biển lùi (đoạn ED).

Trong quá trình biển lùi, ngoài cách phân chia các hệ thống trầm tích biển cao (HST), hệ thống trầm tích biển thấp (LST) còn có thể phân chia tỉ mỉ hơn: quá trình biển lùi xảy ra khi mực nước tăng ở giai đoạn đầu của hệ thống trầm tích biển cao (đoạn EA) và cuối hệ thống trầm tích biển thấp (đoạn CD) tạo nên hệ thống biển lùi bình thường. Sau khi mực nước biển đạt mức cao nhất bắt đầu giảm xuống đến mức thấp nhất tạo nên hệ thống biển lùi bắt buộc hoặc còn gọi là hệ thống mực nước biển hạ xuống (đoạn AC). Như vậy hệ thống trầm tích biển cao gồm 2 giai đoạn, giai đoạn đầu là biển lùi bình thường khi mực nước biển tăng (đoạn EA) và giai đoạn sau là biển lùi bắt buộc khi mực nước biển bắt đầu hạ xuống nhưng vẫn ở mức cao (đoạn AB). Hệ thống trầm tích biển thấp cũng gồm 2 giai đoạn, giai đoạn đầu là quá trình biển lùi bắt buộc khi mực nước biển hạ xuống (đoạn BC) và giai đoạn sau là biển lùi bình thường khi mực nước biển bắt đầu tăng lên nhưng vẫn ở mức thấp (đoạn CD). Ngoài cách phân chia như trên, một số tác giả còn đưa ra một số các phân chia khác như coi hệ thống trầm tích biển cao (HST) bắt đầu từ mặt ngập lụt cực đại và kết thúc ở mực nước biển thấp nhất (đoạn EC) hoặc coi hệ thống trầm tích biển thấp bắt đầu từ mực nước biển cao nhất đến mặt biến tiến (đoạn AD).

Như vậy quá trình biển lùi xảy ra bao gồm hệ thống trầm tích biển cao và hệ thống trầm tích biển thấp, hoặc bao gồm 4 giai đoạn: giai đoạn sớm của hệ thống biển cao (biển lùi bình thường), giai đoạn muộn của hệ thống biển cao, giai đoạn sớm của hệ thống biển thấp (biển lùi bắt buộc) và giai đoạn muộn của hệ thống biển thấp (biển lùi bình thường).

Sự thay đổi mực nước biển và hệ thống biển lùi bình thường (khi mực nước biển tăng) được minh họa trên hình 10.16. Quá trình biển lùi bình thường khi mực nước biển tăng ở giai đoạn muộn của hệ thống biển thấp (đoạn CD) tạo nên sự dịch chuyển đường bờ lùi ra phía biển với hình dạng võng xuống. Quá trình biển lùi bình thường khi mực nước biển tăng ở giai đoạn sớm của hệ thống biển cao (đoạn EA) tạo nên sự dịch chuyển đường bờ lùi ra phía biển với hình dạng vồng lên. Tiếp theo quá trình biển lùi là giai đoạn mực nước biển nâng cao tạo nên hệ thống trầm tích biển tiến/TST (đoạn DE). Ngoài ra, cũng có quan điểm gọi hệ thống trầm tích biển thấp chỉ gồm quá trình biển lại bình thường ở mực nước biển thấp (đoạn CD) và hệ thống trầm tích biển cao cũng chỉ gồm quá trình biển lùi bình thường ở mực nước biển cao (đoạn EA) và hệ thống trầm tích biển lùi cưỡng bức (đoạn AC).

Trên hình 10.17 thể hiện các quan điểm xác định hệ thống trầm tích của các tác giả khác nhau. Cần lưu ý rằng đây chỉ là cách thể hiện với tên gọi khác nhau của các hệ thống trầm tích, còn bản chất của các hệ thống đó là thống nhất không thay đổi. Hình 10.18 là mô hình 3 chiều các hệ thống trầm tích trong các giai đoạn khác nhau của chu kỳ lên xuống mực nước biển trong hệ thống tập tích tụ. Mỗi hệ thống trầm tích thể hiện các tích tụ địa tầng trong các môi trường từ sông, đồng bằng châu thổ, biển ven bờ, thềm biển, rìa thềm, sườn thềm và vùng biển sâu.

Hình 10.16 - Hệ thống biển lùi bình thường - a. Chu kỳ thay đổi mực nước biển; b. Dạng biến đổi đường bờ biển lùi cuối hệ thống biển thấp; c. Dạng biến đổi đường bờ biển lùi đầu hệ thống biển cao

Hình 10.17 - Các quan điểm xác định hệ thống trầm tích của các tác giả khác nhau

Hình 10.18 - Khái quát các hệ thống trầm tích trong tập tích tụ

b. Hệ thống trầm tích độc lập với đường bờ

Các hệ thống trầm tích độc lập với đường bờ là các phân vị địa tầng trong các tập trầm tích ở những vùng xa bờ như vùng đầu nguồn hoặc vùng biển sâu mà quá trình trầm tích không liên quan đến sự biến đổi đường bờ. Các hệ thống trầm tích này được xác định bởi các kiểu xếp chồng cụ thể mà không liên quan đến quỹ đạo biến đổi đường bờ. Ở các khu vực đầu nguồn, sự biến đổi quá trình tích tụ của trầm tích sông xảy ra độc lập so với sự biến đổi không gian tích tụ gần bờ, tạo nên các tập trầm tích có các hệ thống trầm tích thành phần không gian tích tụ cao hoặc thấp. Các dạng trầm tích khác nhau được đặc trưng bởi các yếu tố trầm tích riêng biệt hoặc hỗn hợp, mức độ hỗn hợp trầm tích kênh rạch phản ảnh điều kiện đồng trầm tích với tích tụ trầm tích sông (tích tụ ở vị trí cao đến thấp). Các hệ thống trầm tích gồm hệ thống tích tụ thấp (Low-accommodation system/ LAST) và hệ thống tích tụ cao (High-accommodation system/HAST).

Hình 10.29 - Thí dụ hình ảnh cột địa tầng phân chia các hệ thống trầm tích vùng trầm tích lục địa liên quan đến tướng bãi bồi, lấp đầy kênh

Trên hình 10.29 thể hiện cột địa tầng vùng xa bờ độc lập với sự biến đổi đường bờ biển tiến và biển lùi. Sự phân chia các hệ thống trầm tích dựa trên sự biến đổi loại trầm tích có thể nhận dạng và liên kết như trầm tích bãi bồi, lấp đầy kênh rạch.

Loại hệ thống trầm tích này có thể xảy ra ở các vùng nước sâu của bể trầm tích. Thời gian thành tạo và ranh giới của chúng thường có sự dịch chuyển so với vùng gần bờ. Các dạng trầm tích này được xác định bởi mức độ chứa của kênh phản ảnh sự biến đổi tích tụ trên thềm hoặc biến đổi nguồn trầm tích từ vùng nguồn. Ở một số vùng biển nước sâu, quá trình xếp chồng các lớp có thể liên quan đến sự biến động đường bờ, tuy nhiên các hoạt động kiến tạo lại có thể làm cho quá trình tích tụ độc lập với biến động tích tụ vùng bờ. Các dạng quạt trầm tích vùng biển sâu cũng có sự phụ thuộc vào bề rộng của thềm lục địa, hình dạng rìa thềm và ảnh hưởng của nguồn cung cấp trầm tích.

Hình ảnh lát cắt địa chấn thể hiện tập trầm tích vùng biển nước sâu được nêu trên hình 10.29. Các trầm tích đáy bể do dòng chảy trọng lực tạo nên trong đó có trầm tích bùn, dòng chảy rối mở rộng và kênh ngầm hẹp liên quan đến tướng bãi bồi, trầm tích bùn.

Theo Minh giải địa chấn trong thăm dò và khai thác dầu khí

Thành lập bản đồ

Địa tầng phân tập

Chu kỳ trầm tích và sự thay đổi mực nước biển

Tập trầm tích