Đăng ngày: (23/12/2014 12:03:08)

Phát triển kỹ thuật đo nhiệt phát quang liều tích lũy cải tiến trên mẫu nén tinh thể ứng dụng xác định tuổi địa chất một số khu vực Miền Đông Nam Bộ

Một trong những nội dung cơ bản trong đo vẽ bản đồ địa chất ở mọi tỷ lệ đó là việc xác định tuổi các phân vị địa chất để dựng lại lịch sử phát triển môi trường, địa chất cũng như điều kiện cổ địa lý của khu vực nghiên cứu.

Giới thiệu:

Một trong những nội dung cơ bản trong đo vẽ bản đồ địa chất ở mọi tỷ lệ đó là việc xác định tuổi các phân vị địa chất để dựng lại lịch sử phát triển môi trường, địa chất cũng như điều kiện cổ địa lý của khu vực nghiên cứu. Trước những năm 1980, việc xác định tuổi các phân vị địa chất chủ yếu dựa vào một số các phương pháp cơ bản dưới đây:

1. Xác định tuổi tương đối: dựa vào phân tích mẫu đá có chứa các di tích cổ sinh như động vật (foraminifera) và thực vật (lá cây, bào tử - phấn hoa).

2. Xác định tuổi tuyệt đối: chủ yếu dựa vào các phương pháp vật lý (đồng vị phóng xạ) như  14C, K/Ar…

 Tuy nhiên, trong suốt khoảng thời gian này, hàng loạt các vấn đề đã nảy sinh trong ngành khảo cổ học của hầu hết các quốc gia trên thế giới khi sử dụng phương pháp 14C và bào tử phấn hoa trong xác định niên đại của các mẫu trầm tích địa chất có niên đại trải rộng từ 10 ngàn năm trở lên. Trên thực tế việc xác định tuổi bằng các phương pháp cổ sinh thường cho khoảng tuổi kéo dài. Các mẫu cổ sinh bảo tồn kém sẽ dẫn đến các kết quả định tuổi không chính xác, đôi khi có sự mâu thuẫn giữa tuổi cổ sinh động vật và cổ sinh thực vật [1, 2, 4]. Phương pháp 14C tỏ ra hiệu quả khi phân tích các mẫu thực vật trong khoảng thời gian khoảng vài chục ngàn năm trở lại (chủ yếu trong Holocen) [1-5]. Phương pháp K/Ar thường sử dụng để phân tích một số loại khoáng vật trong đá magma có tuổi cách nay nhiều triệu năm [6]. Bên cạnh đó, tổng quan các công trình nghiên cứu của các phòng thí nghiệm ở các nước như Mỹ, Đức, Hungary, Anh và Trung Quốc cho thấy, vấn đề khó khăn nhất của các phương pháp trên liên quan đến việc không thể thu thập được các mẫu có nguồn gốc hữu cơ từ sinh vật sống một cách phù hợp do vị trí lấy mẫu chịu tác động từ nhiều xáo trộn của điều kiện thời tiết, biến đổi khí hậu, sự xâm lấn và xói mòn các thành phần không mong muốn trong matrix mẫu hữu cơ [6-17]. Một nguyên nhân lớn nữa được chỉ ra từ các nghiên cứu chính là việc sử dụng than củi từ các loài cây sống lâu năm tạo ra vấn đề khó khăn cho phương pháp xác định niên đại bằng 14C đối với khảo cổ học niên đại thấp [10-12].

 Trong bối cảnh đó, phương pháp xác định niên đại của các cổ vật bằng nhiệt phát quang liều tích lũy (TL) được phát triển liên tục trong gần 30 năm trở lại đây được đánh giá như một phương pháp đáp ứng và thay thế rất hiệu quả cho định tuổi các mẫu trầm tích địa chất có niên đại từ vài ngàn đến hàng trăm ngàn năm. Điểm đặc trưng nhất trong phương pháp TL là đối tượng mẫu vật định tuổi hoàn toàn có nguồn gốc vô cơ chứa các khoáng chất của SiO2 (quartz) dạng tinh thể bền [4].  Do có thể tiếp cận trực tiếp các mẫu vật rất dễ dàng, phương pháp xác định niên đại TL đã được sử dụng một cách tối đa các lợi thế trong phân tích niên đại thấp của các trầm tích địa chất mà phương pháp 14C hay bào tử phấn hoa vẫn còn tỏ ra nghi ngờ hoặc khó thích hợp do vấn đề liên quan đến thu thập mẫu phân tích.

Mặc dù đã được phát triển, cải tiến và ứng dụng rộng rãi ở các quốc gia phương tây, nhưng ở nước ta phương pháp xác định niên đại TL cho các trầm tích địa chất còn rất mới mẻ và cần được phát triển ứng dụng. Hai công trình nghiên cứu đáng chú ý đầu tiên ứng dụng phương pháp TL cho đối tượng địa chất học ở Việt Nam cần phải kể đến là của Colin V. Murray (Úc) [19] và Toshiyuki Kitazawa (Nhật Bản) [20]. Trong công trình đầu tiên (2002), Colin V. Murray và cộng sự nghiên cứu một số mặt cắt địa chất Neogen-Pleistocen các cồn cát cổ khu vực Bình Thuận. Sau đó, Toshiyuki Kitazawa và cộng sự nghiên cứu một số vị trí lộ trầm tích Neogen-Pleistocen ở hạ lưu sông Đồng Nai. Các kết quả nghiên cứu của hai nhóm tác giả trên cho thấy tuổi của một số thành tạo địa chất có những khác biệt đáng kể so với tài liệu và công bố của các tác giả trong nước trước đây. Đáng lưu ý nhất từ kết quả nghiên cứu của Toshiyuki Kitazawa và cộng sự (2006) chính là tuổi địa chất của các hệ tầng Bà Miêu, Thủ Đức đều trẻ hơn so với các thành tạo trước. Tuy vậy, những nghiên cứu của các tác giả trên mới chỉ là bước đầu, số lượng mẫu phân tích còn ít, các vị trí lấy mẫu chưa phù hợp với các mặt cắt chuẩn trước đây.

Cũng bằng phương pháp TL, các nghiên cứu sau đó cũng được thử nghiệm với một số hiện vật gốm thu được từ một số di chỉ khảo cổ Xóm Rền, Gia Thanh, Phù Ninh, Phú Thọ, di chỉ Thành Dền, Lâm Thao và di chỉ Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc. Bên cạnh đó, Phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã có một số hợp tác với Italia nghiên cứu tính tuổi nhiệt phát quang, xác định tuổi của các tháp Chăm như Pô Klongirai (Ninh Thuận), quần thể tháp Pô Inưnơgar (Nha Trang) [21]. Tuy nhiên, các kết quả của các nhóm nghiên cứu đối với các di tích khảo cổ nước ta mới chỉ dừng lại ở bước đầu trong khai thác phương pháp và thiết bị, dẫn đến các kết quả chưa được chấp nhận rộng rãi hoặc ít được công bố trên các tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nước.

Gần đây nhất, nhóm nghiên cứu của Phòng Vật lý Hạt nhân – Trung tâm Hạt nhân TP. HCM đã thực hiện đề tài cơ sở “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp liều tích lũy xác định niên đại mẫu gạch tại một số khu di tích” với các kết quả được đánh giá nghiệm thu tốt. Các kết quả chính của đề tài trên đối tượng gạch cổ của Khu di tích Nam Cát Tiên ban đầu cho thấy đã đáp ứng tốt niên đại mong đợi từ Ngành khảo cổ học dựa trên các so sánh các nét văn hóa. Các kết quả này, một lần nữa lật lại các tranh cãi liên quan đến niên đại sử dụng phương pháp 14C chưa được chấp nhận trước đó bởi ngành khảo cổ học trong hơn 10 năm nghiên cứu di tích Nam Cát Tiên liên tục bằng nhiều phương pháp của nhóm tác giả Bùi Chí Hoàng – Trung tâm khảo cổ học – Viện phát triển bền vững Nam bộ. Kết quả nghiên cứu của đề tài đang nhận được nhiều quan tâm bởi Viện phát triển bền vững Nam bộ và Khu di tích Nam Cát tiên như một phương pháp rất mới của ngành hạt nhân đóng góp vào khảo cổ học. Hội đồng nghiệm thu đề tài của Viện NLNT Việt Nam đã đánh giá cao các kết quả nghiên cứu và đề nghị hướng nghiên cứu cần được pháp triển và đầu tư bài bản cho mục đích ứng dụng hiệu quả phương pháp TL trong xác định niên đại các di tích và tuổi địa chất tại một số khu vực phía Nam.

Mục tiêu nghiên cứu:

Để có có cơ sở cho đề xuất nghiên cứu, các những kết quả mới của đề tài cơ sở đã thực hiện cần được chỉ ra như sau:

a)         Các kết quả mới và nổi bật:

- Nhóm nghiên cứu đã khảo sát và tối ưu một số các thông số thí nghiệm cho nghiên cứu xác định niên đại trên đối tượng mẫu gạch cổ Cát tiên với thiết bị đọc liều công nghiệp bán tự động TLD Reader-2000.

- Đề tài đã bước đầu thành công trong việc ứng dụng kỹ thuật chế tạo mẫu nén dạng tinh thể của các hạt khoáng SiO2 từ mẫu gạch cổ theo kích thước tiêu chuẩn phù hợp cho việc thí nghiệm ghi nhận tín hiệu nhiệt phát quang bằng thiết bị đọc liều công nghiệp bán tự động TLD Reader-2000. Đây là bước cải tiến mới của nhóm nghiên cứu về phương pháp đo đạc liều tích lũy, mang lại hiệu quả và độ chính xác cao trong tín hiệu nhiệt phát quang.

- Đề tài đã tiến hành nghiên cứu đánh giá được sai số tương đối của phương pháp trên các phép đo với điều kiện thí nghiệm thực tế đối với kỹ thuật đo trực tiếp là nhỏ hơn 15% và kỹ thuật đo gián tiếp là nhỏ hơn 10%. Trong khi các công bố quốc tế của phòng thí nghiệm không sử dụng kỹ thuật mẫu tinh thể nén, sai số của phép đo lên đến 20% [14].

b)        Những vấn đề tồn tại cần được nghiên cứu trong xác định tuổi địa chất tại một số hệ tầng địa chất Đông Nam Bộ:

Khu vực Đông Nam Bộ và Nam Trung Bộ chứa các trầm tích Đệ tứ có tuổi Pleistocen (từ 1,8 triệu nămđến 10 ngàn năm) lộ trên diện tích lớn. Việc định tuổi các trầm tích này trong quá trình lập bản đồ thực sự găp phải những khó khăn do:

1) Thành phần cơ lý các trầm tích chủ yếu là cát, cát sạn. 

2) Không chứa các di tích cổ sinh, hoặc các di tích cổ sinh bảo tồn kém.

Như đã chỉ ra trong phần tổng quan, các nghiên cứu về tuổi phân vị địa tầng của các tác giả trong nước và quốc tế đối với khu vực Đông Nam bộ chứa đựng nhiều thông tin chưa thống nhất. Việc định tuổi các trầm tích này trước đây chủ yếu dựa vào phương pháp địa mạo, một số mẫu cổ sinh (nghèo nàn) hoặc so sánh với các giai đoạn phát triển địa chất chung trên toàn thế giới (ví dụ: băng hà và gian băng). Bằng phương pháp xác định tuổi TL, Colin V. Murray [19] và cộng sự mặc dù đã xác định được tuổi của một số phân vị địa chất (2002) trên các mẫu trầm tích nằm trên bờ biển nối liền giữa Phan Thiết và Tuy Phong nhưng cũng chỉ ra các tồn tại chính liên quan đến quá trình bão hòa liều hấp thụ, dẫn đến tuổi của một số phân vị địa tầng mới chỉ có giá trị định tính. Nguyên nhân dẫn đến việc này đã được xem xét sau đó chủ yếu liên quan đến quá trình thu thập và lựa chọn mẫu có kính thước hạt thay đổi.  Đáng lưu ý nhất từ kết quả nghiên cứu của Toshiyuki Kitazawa và cộng sự [20] chính là tuổi địa chất của các hệ tầng Bà Miêu, Thủ Đức và Nhơn Trạch vào năm 2006 đều trẻ hơn so với các thành tạo trước (hình 1). Sự khác biệt đã được xem xét chủ yếu liên quan đến phương thức tiếp cận hoàn toàn khác nhau của các tác giả trong nước trước đó và nhóm nghiên cứu của Toshiyuki Kitazawa. Cách tiếp cận bằng phương pháp TL tỏ ra phù hợp với một số công bố của các tác giả nước ngoài cho hệ tầng Đông Nam Á hơn so với cách tiếp cận từ các lõi khoan địa chất truyền thống đã làm trước đó bởi các tác giả trong nước. Toshiyuki Kitazawa và cộng sự đã lập luận về khả năng chuyển động kiến tạo nghiêng cho địa tầng Bà Miêu và kiến tạo này có thể liên quan đến hoạt động núi lửa Bazan. Tuy nhiên, các tác giả cũng đề xuất cần làm rõ chuyển động kiến tạo xảy ra ở phần trên mặt đất của rìa phía đông của lưu vực sông Mekong thông qua xác định tuổi địa chất bằng TL [20].

Vì vậy trong nghiên cứu này chúng tôi đề nghị nghiên cứu chi tiết hệ tầng Bà Miêu, Trảng Bom, Thủ Đức, Củ Chi ở miền Đông Nam Bộ. Mỗi hệ tầng nghiên cứu tại 3 vị trí đã được nghiên cứu bởi các công trình trước đó.

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở cho việc hiệu chỉnh các bản đồ địa chất trước đây.

Đề tài sẽ đóng góp một phương pháp của ngành hạt nhân vào xác định niên đại địa chất, tạo cơ sở dữ liệu cho điều chỉnh tuổi và phân vị địa chất khu vực Đông Nam Bộ.

Thông tin chủ nhiệm:

Họ và tên: Đỗ Duy Khiêm

E-mail: doduy_khiem@yahoo.com

Tên tổ chức đang công tác: Trung tâm Hạt nhân TP. Hồ Chí Minh

Địa chỉ tổ chức: 217 Nguyễn Trãi, Q.1, TP. Hồ chí Minh

                        

Đối Tác