Đặc điểm thạch luận thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O-Sct) và ý nghĩa địa động lực của chúng

Đặc điểm thạch luận thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O-Sct) và ý nghĩa địa động lực của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

ĐẶNG MỸ CUNG

ĐẶC ĐIỂM THẠCH LUẬN THÀNH TẠO

TURBIDIT HỆ TẦNG CÔ TÔ (O-Sct) VÀ

Ý NGHĨA ĐIẠ ĐỘNG LỰC CỦA CHÚNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI, 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

ĐẶNG MỸ CUNG

ĐẶC ĐIỂM THẠCH LUẬN THÀNH TẠO

TURBIDIT HỆ TẦNG CÔ TÔ (O-Sct) VÀ

Ý NGHĨA ĐIẠ ĐỘNG LỰC CỦA CHÚNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI, 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

ĐẶNG MỸ CUNG

ĐẶC ĐIỂM THẠCH LUẬN THÀNH TẠO

TURBIDIT HỆ TẦNG CÔ TÔ (O-Sct) VÀ

Ý NGHĨA ĐIẠ ĐỘNG LỰC CỦA CHÚNG

Chuyên ngành : Khoáng vật học và địa hóa học

Mã số : 62.44.02.05

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1- TS NGUYỄN LINH NGỌC 2- PGS.TS BÙI MINH TÂM

HÀ NỘI, 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và kết luận trong luận án cũng như các tài liệu có liên quan đến luận án đã công bố trong các tạp chí chuyên ngành và Hội thảo khoa học đều là trung thực

Tác giả luận án

Đặng Mỹ Cung

LỜI CẢM ƠN

NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với TS Nguyễn Linh Ngọc và PGS.TS Bùi Minh Tâm đã hướng dẫn nghiên cứu sinh tận tình trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Trong quá trình hoàn thành luận án, NCS đã nhận được những góp ý mang tính lý luận và chỉ dẫn rất bổ ích, giúp đỡ tận tình từ PGS.TS Nguyễn Xuân Khiển, GS.TS Trần Nghi, GS.TS Trần Văn Trị, PGS.TS Phạm Đức Lương, TS Lê Thị Nghinh, TS Nguyễn Đức Thắng, TS Nguyễn Thị Bích Thủy, TS Trịnh Hải Sơn,

TS Trịnh Xuân Hòa, TS Mai Trọng Tú, TS Nguyên Văn Niệm, ThS Nguyễn Đức Chính, ThS Dương Hồng Sơn, ThS Lưu Văn Thắng, ThS Nguyễn Văn Tuấn, KS Cao Thị Thúy Bình, KS Lê Đình Cương, KS Phạm Ngọc Dũng, KS Võ Xuân Định, KS Bùi Thanh Vân và sự động viên khích lệ của gia đình Sự quan tâm, tạo điều kiện của Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Ban Đào tạo Sau Đại học - Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Phòng Thạch luận - Trầm tích luận; Tổng cục Địa chất và Khoáng sản; Trung tâm Thông tin Lưu trữ Địa chất, Trung tâm Phân tích thí nghiệm Địa chất, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt

Nhân dịp này, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các cán bộ hướng dẫn, các cơ quan và cá nhân, các nhà khoa học nêu trên

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thành tạo turbidit được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm với công trình

nghiên cứu của Walker (1938) về dòng chảy rối (turbidity currents) Keumn và

Mighrini (1950) đưa ra giả thuyết dòng chảy rối là nguyên nhân của cát kết được phân cấp lắng đọng dưới nước sâu Năm 1962, A.H.Bouma đưa ra khái niệm về turbidit… Việc nghiên cứu turbidit có một ý nghĩa rất lớn trong luận giải bối cảnh kiến tạo và tìm kiếm khoáng sản, đặc biệt là tìm kiếm và thăm dò các hydrocacbon

ở sườn lục địa Ở Việt Nam, thành tạo turbidit mới chỉ được nghiên cứu đối với các

trầm tích trẻ (Paleogen - Neogen), liên quan đến các thành tạo chứa dầu khí vùng

Biển Đông Các thành tạo turbidit tuổi cổ hầu như chưa được nghiên cứu, đặc biệt là nghiên cứu về thành phần vật chất, tiến trình thành tạo của chúng trong mối tương quan với bối cảnh kiến tạo - môi trường địa động lực

Đối với các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô đã được nhiều nhà địa chất

trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu (E Patte, 1927; J.Fomaget (1952);

Dovjikov A E và Jamoida A I., 1961; Dovjikov A E., 1965; Trần Văn Trị và Nguyễn Đình Uy, 1972; Phạm Văn Quang, 1978; Nguyễn Văn Phúc, Đinh Minh Mộng, Phạm Kim Ngân, Dương Xuân Hảo, Nguyễn Công Lượng và nnk, 1980; Vũ Khúc và Bùi Phú Mỹ, 1989; Lương Hồng Hược,…) Song trong công trình trên, các

tác giả mới chỉ đề cập chủ yếu tới vấn đề địa tầng và tuổi thành tạo của chúng Những nghiên cứu gần đây của Nguyễn Xuân Tùng và Trần Văn Trị (1992); Phạm Thanh Bình và Nguyễn Công Lượng (1999); Nguyễn Xuân Khiển (2000); Tống Duy Thanh, Vũ Khúc (đồng chủ biên, 2005); Đặng Trần Huyên và nnk (2007); Trần Văn Trị, Vũ Khúc (đồng chủ biên, 2009) bước đầu đề cập đến bối cảnh kiến tạo của các trầm tích hệ tầng Cô Tô Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu trên mới chỉ dừng lại ở mức độ mô tả, phân chia sơ bộ, còn thiếu những công trình nghiên cứu

chi tiết về thành phần vật chất theo hướng định lượng (thạch học, khoáng vật, địa

hóa nguyên tố chính và nguyên tố hiêm/vết) một cách đồng bộ, nên việc luận giải

nguồn cung cấp vật liệu trầm tích và cơ chế thành tạo của chúng còn nhiều ý kiến khác nhau, thiếu sức thuyết phục và được xem là một nhiệm vụ cấp thiết hiện nay

Với đặc tính turbidit là một kiểu cấu tạo trầm tích đặc trưng được hình thành gắn liền với các hoạt động địa động lực phá hủy sườn/thềm lục địa, tạo nên nguồn vật liệu trầm tích đổ lở xuống và lắng đọng ở môi trường biển sâu, trong chế độ thủy thạch động lực phức tạp Do đó, việc khẳng định được sự hiện diện của kiểu

cấu tạo này có ý nghĩa khoa học quan trọng, đặc biệt là tái lập chế độ địa kiến tạo trong mối liên quan với lịch sử phát triển địa chất khu vực

Để góp phần giải quyết những vấn đề còn tồn tại nêu trên, đồng thời nâng cao giá trị khoa học của các thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô, NCS đã lựa chọn luận

án nghiên cứu với tiêu đề: “Đặc điểm thạch luận thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô

(O-Sct) và ý nghĩa địa động lực của chúng”

2 Mục tiêu của luận án

- Làm sáng tỏ đặc điểm địa chất, cấu tạo, thành phần vật chất (thạch học,

khoáng vật, địa hóa) thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O 3 -S 1 ct)

- Xác định mối quan hệ giữa thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) với

môi trường địa động lực sinh thành của chúng

3 Nhiệm vụ của luận án

- Nghiên cứu chi tiết về đặc điểm địa chất, cấu tạo của turbidit qua các mặt cắt chi tiết, xây dựng cột địa tầng của chúng và cột địa tầng tổng hợp của thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct)

- Nghiên cứu chi tiết các đặc điểm về thành phần vật chất (khoáng vật, thạch

học, đặc điểm địa hóa) và cơ chế thành tạo của turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct)

- Xác định nguồn gốc vật liệu trầm tích và ý nghĩa địa động lực thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct)

4 Phạm vi nghiên cứu

Vùng nghiên cứu thuộc diện tích đảo Cô Tô và Thanh Lân, quần đảo Cô Tô, tỉnh Quảng Ninh với toạ độ địa lý: 20056’00” ÷ 21015’00” vĩ độ Bắc và 107043’00”

÷ 108001’00” kinh độ Đông (hình 1 - Sơ đồ vùng nghiên cứu)

Hình 1 Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu

5 Những điểm mới của luận án

- Thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) có cấu tạo phân nhịp flysch và

trong mặt cắt địa tầng có sự hiện diện của cấu tạo turbidit (cấu tạo rối) với các dạng

cấu tạo/vi cấu tạo điển hình cho mặt cắt turbidit đầy đủ theo dãy/chu kỳ Bouma (1962)

- Trên cơ sở xác định tương quan hàm số giữa các tổ hợp mảnh/hạt vụn (W

R Dickinson và C A Suczek, 1979) và đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố chính

trong các đá cát kết (Roser và Korsch, 1988), nguồn cung cấp vật liệu trầm tích cho

thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) khá đa dạng (đa nguồn) và được phát

sinh từ các quá trình tạo núi hoặc tạo núi tái sinh

- Theo đặc trưng địa hóa nhóm nguyên tố chính và hiếm - vết (Bhatia, 1983;

Bhatia và Crook, 1986; Roser và Korsch, 1988), thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô

được hình thành trong môi trường địa động lực “rìa mảng hội tụ” và có thể liên quan với sự kiện “hút chìm nội mảng” diễn ra trong giai đoạn Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) phù hợp với mô hình “tiến hóa địa động lực Paleozoi sớm Đông Nam

Trung Quốc” (Michel Faure et al, 2009)

6 Luận điểm bảo vệ của luận án

- Các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) có đầy đủ những đặc điểm

cấu tạo/vi cấu tạo điển hình của mặt cắt turbidit tương ứng chu kỳ Bouma (1962)

- Theo đặc trưng thạch địa hóa, thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) có

nguồn cung cấp vật liệu trầm tích phát sinh từ các quá trình tạo núi hoặc tạo núi tái sinh và được hình thành trong môi trường địa động lực “rìa mảng hội tụ”

7 Cơ sở tài liệu của luận án

Tài liệu được sử dụng để xây dựng luận án chủ yếu do NCS trực tiếp tham gia nghiên cứu trong đề án “Địa tầng các trầm tích Phanerozoi ở Đông Bắc Bộ”

(Đặng Trần Huyên và nnk, 2007) và đề tài KHCN “Nghiên cứu giá trị khoa học và

thực tiễn các thành tạo turbidit quần đảo Cô Tô, Quảng Ninh” (2010) do NCS làm chủ nhiệm Ngoài ra, còn tham khảo các báo cáo đo vẽ bản đồ Địa chất và Khoáng sản, các bài báo, các công trình khoa học đã được công bố trong nước và trên thế giới có liên quan đến nội dung luận án NCS đã thu thập và phân tích trên 200 mẫu thạch học lát mỏng, 30 mẫu thạch học nguồn gốc, 31 mẫu hóa silicat, 20 mẫu nhiệt,

20 mẫu microzond, 19 mẫu kích hoạt neutron, 19 mẫu huỳnh quang tia X theo các

lộ trình tại 5 mặt cắt địa chất trầm tích ở đảo Cô Tô và Thanh Lân Các mẫu thạch học lát mỏng, thạch học nguồn gốc, microsonde được phân tích tại Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản; các mẫu hoá silicat, nhiệt, rơnghen, quang phổ plasma được phân tích tại Trung tâm Phân tích thí nghiệm Địa chất - Tổng cục Địa chất và

Khoáng sản; các mẫu kích hoạt neutron, huỳnh quang tia X được tiến hành phân tích tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt Các kết quả về lát mỏng thạch học, thạch học nguồn gốc, thạch địa hoá được xử lý trên máy vi tính theo các phần mềm Grapher, Mapinfor, Coreldraw …

Nội dung của luận án đã được công bố từng phần trong 03 bài báo khoa học tại hội nghị quốc tế, tạp chí chuyên ngành và 01 công trình khoa học công nghệ

8 Kết cấu của luận án

Luận án được trình bày bao gồm các chương sau:

Mở đầu

Chương I Lịch sử nghiên cứu thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô

Chương 2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô

Chương 3 Đặc điểm địa chất và cấu tạo - vi cấu tạo thành tạo turbidit hệ tầng

Cô Tô

Chương 4 Đặc điểm thành phần vật chất của thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô Chương 5 Nguồn gốc vật liệu trầm tích và ý nghĩa địa động lực thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô

Kết luận

9 Nơi thực hiện luận án

Luận án được hoàn thành tại Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Bộ Tài nguyên và Môi trường dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Linh Ngọc và PGS TS Bùi Minh Tâm

Chương I LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU THÀNH TẠO TRẦM TÍCH HỆ TẦNG CÔ TÔ

Các thành tạo trầm tích, trầm tích nguồn núi lửa hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct)

phân bố trên quần đảo Cô Tô đã được nhiều tác giả nghiên cứu, dưới các khía cạnh khác nhau Fuchs.E (1892) người đầu tiên thể hiện đảo Thanh Lân trên bản đồ địa chất các bể than ở Bắc Kỳ tỷ lệ 1/4.000.000 Sau đó, trong công trình nghiên cứu về

cổ sinh và địa chất khu vực Đông Bắc Bộ, các trầm tích ở các đảo thuộc quần đảo

Cô Tô đã được E Patte (1927) và J.Fomaget (1952) mô tả trong đá cát kết có mảnh ryolit và felspat tuổi Trias và xếp chúng vào tuổi Trias (T) Tuy nhiên do chưa có đủ tài liệu nên tác giả đã xếp giả định tuổi của chúng có thể trẻ hơn Trên cơ sở so sánh tương đồng với trầm tích Neogen trên đất liền, A.E Dovjikov, A.I Jamoida (1965)

đã mô tả thành phần thạch học của các thành tạo trầm tích phân bố trên quần đảo Cô

Tô và xếp chúng vào hệ tầng Cô Tô với tuổi giả định Neogen

Qua các công trình nghiên cứu nêu trên cho thấy các thành tạo trầm tích phân

bố trên quần đảo Cô Tô mới chỉ bước đầu được mô tả và xác lập tên hệ tầng - hệ tầng Cô Tô Còn tuổi thành tạo của chúng mang nhiều tính giả định, chủ yếu dựa trên cơ sở đối sánh với các trầm tích trên đất liền

Năm 1972, trong quá trình khảo sát thực địa tại đảo Cô Tô và đảo Thanh Lân, Trần Văn Trị và Nguyễn Đình Uy lần đầu tiên phát hiện được di tích Bút đá (Graptolite) định tuổi Silua sớm Sau đó, ở bờ biển phía đông nam đảo Cô Tô đã tìm

được Spirograptus cf minor Bar., ở nam đảo Thanh Lân trong các lớp phiến sét màu xám đen chứa phong phú hóa thạch Bút đá, gồm các loài: Spirograptus cf

minor Bar., Pristiograptus cf regularis Torn., Campograptus communis Lapw (do

Vũ Khúc xác định và Obut kiểm tra) đều đặc trưng cho phần giữa và trên của bậc Landovery thuộc Silua sớm Ở một số đảo bé nằm ở phía bắc - đông bắc thuộc quần đảo Cô Tô, Nguyễn Huy Mạc và Phạm Thế Hiện (1972) cũng đã tìm được và công

bố di tích Bút đá Cụ thể: ở đảo Con Ngựa (Pristiograptus sp., Pristiograptus

cyphus Lapw., Pseudoclimacograptus sp.), đảo Núi Nhọn (Demirastrites triangulatus) cho khoảng tuổi từ Ordovic muộn đến Silua sớm Từ những cơ sở nêu

trên, Trần Văn Trị (1972) vẫn giữ nguyên địa danh là Cô Tô làm tên của hệ tầng, nhưng đã xếp phần lớn các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô phân bố ở quần đảo

Cô Tô tuổi Silua sớm và có thể có một phần nào đó thuộc Ordovic muộn (O3-S1ct)

Đồng thời cho rằng vùng quần đảo Cô Tô có lẽ là một phần của phức nếp lồi có

phương trục tây nam - đông bắc và được thành tạo trong một sụt võng sâu, tương ứng kiểu sụt võng nội máng Caledoni muộn Đông Bắc Bắc Bộ Nét đặc trưng của

hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) là các trầm tích lục nguyên, lục nguyên nguồn núi lửa

thành phần axit, cấu tạo phân dải, phân nhịp (flysch), kiểu trượt ngầm lớn và cấu tạo xiên không đều Như vậy, đây là lần đầu tiên tuổi của hệ tầng Cô Tô được xác định

dựa trên cơ sở hóa thạch Bút đá (Graptolit) định tuổi Silua sớm và kiểu cấu tạo trượt ngầm lớn, điều kiện thành tạo (lắng đọng trong sụt võng nội máng Caledoni

muộn Đông Bắc Bắc Bộ) được mô tả

Trong công trình đo vẽ bản đồ Địa chất và Khoáng sản, tỷ lệ 1:200.000 tờ Hòn Gai - Móng Cái, Nguyễn Công Lượng và nnk (1980) đã mô tả tương đối chi tiết về thành phần thạch học, trật tự địa tầng, cổ sinh và gián đoạn trầm tích giữa các trầm tích thuộc khối lượng của hệ tầng Đồ Sơn (D2-3 đs) phủ trên các trầm tích

nguồn núi lửa có cấu trúc và thành phần tương tự như đã mô tả ở đảo Cô Tô, đảo Thanh Lân (tại đảo Trần ở phía đông bắc quần đảo Cô Tô), đồng thời xếp các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô tương đồng với hệ tầng Tấn Mài và có tuổi Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) Trên cơ sở sự tương đồng về đặc điểm địa chất khi so sánh chúng với các trầm tích phân bố rộng rãi ở phía nam đứt gãy Tấn Mài - Tiên Yên - Yên Tử, Vũ Khúc và Bùi Phú Mỹ (1989) đã tạm gộp các trầm tích được mô

tả ở quần đảo Cô Tô vào khối lượng của hệ tầng Tấn Mài (O3-S1tm)

Trong công trình thành hệ Địa chất và Địa động lực, Nguyễn Xuân Tùng và Trần Văn Trị (1992) đã xếp các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô vào thành hệ flysch tướng biển sâu-trung bình, phản ánh quá trình thành tạo trầm tích biển trong điều kiện thu hẹp và tiêu biến biển giai đoạn Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) ở Đông Bắc Bắc Bộ, tương tự như ở Đông Nam Trung Quốc Thành hệ được đặc trưng bởi tổ hợp: cát kết đa khoáng - cuội hỗn tạp - bột kết, đá phiến sericit - cát bột kết ít khoáng - phylit - đá phiến silic và hóa thạch Bút đá (Graptolite) chỉ thị môi trường biển sâu trong các lớp đá phiến sét sẫm màu, cùng các lớp đá phiến silic phân lớp dọc dải đặc trưng của tướng xa bờ Các thành tạo trầm tích này có cấu tạo phân nhịp flysch điển hình, với mỗi nhịp thường được bắt đầu bằng những lớp cát kết hạt thô hoặc cuội kết cho đến các thành tạo trầm tích hạt mịn hơn, cuối cùng là các đá sét kết, đá phiến sét Tổ hợp này được tác giả xếp vào tổ hợp dãy sườn và chân lục địa, trong tổ phần của dãy ngang thành hệ kiến trúc cung Tấn Mài - Cô Tô phát sinh ở rìa tây lục địa Hải Nam - Lôi Châu (Trung Quốc) Với đại biểu cung trong là các thành tạo trầm tích chứa phun trào đaxit - liparit kiềm vôi của hệ tầng

Cô Tô, còn cung ngoài là các đá trầm tích thuộc hệ tầng Tấn Mài

Trên cơ sở tổng hợp và xử lý các tài liệu có trước về đặc điểm thành phần thạch học mặt cắt, đặc điểm cấu trúc tại ba kiểu mặt cắt của hệ tầng ở đảo Thanh

Lân, Phạm Thanh Bình và Nguyễn Công Lượng (1999) đã mô tả chi tiết và xếp hệ tầng Cô Tô tuổi Ordovic muộn - Silua sớm gồm hai tập (O3-S1ct 1; O3-S1ct 2) Theo

đó, đặc trưng phần thấp là các trầm tích vụn thô chuyển dần lên là tập hạt mịn dạng sọc dải, tiếp đến là các đá có cấu tạo xiên chéo hoặc khúc dồi chứa các tảng hoặc thấu kính hạt mịn dạng sọc dải, trên cùng là các lớp cát kết tuf xen đá phiến hoặc đá sét-bột kết dạng dải, phần trên cùng điển hình là các trầm tích biển khơi (gồm sét kết, bột kết màu xám lục đến xám đen có cấu tạo phân dải thanh nét xen ít lớp cát kết) Đồng thời cho rằng chúng được thành tạo trong môi trường xáo trộn giữa tướng biển nông và biển khơi thuộc trường cung đảo chia cắt và có cấu trúc gần gũi với kiểu mặt cắt turbidit lý tưởng do D.W.Lewis đề xuất năm 1983 Tuy nhiên, các tác giả chưa phân định cụ thể được tướng biển nông và biển khơi

Với một số kết quả nghiên cứu mới về thạch học nguồn gốc các đá cát kết áp dụng phương pháp Dickinson (1979), Nguyễn Xuân Khiển (2000) cho rằng thành

phần hạt vụn của hệ tầng Cô Tô (O-Sct) có nguồn gốc từ quá trình tạo núi tái sinh

và được lắng đọng trong một bồn trước cung (forearc basin)

Trong quá trình rà soát, đánh giá tính hiệu lực của các phân vị địa tầng do Tống Duy Thanh, Vũ Khúc (đồng chủ biên, 2005) một lần nữa các thành tạo trầm tích, trầm tích lục nguyên nguồn núi lửa thuộc hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) được hệ

thống hóa và mô tả chi tiết về đặc điểm thành phần thạch học, tuổi thành tạo và quan hệ địa tầng tại quần đảo Cô Tô Qua công trình, lần đầu tiên mặt cắt chuẩn của

hệ tầng được chỉ định tại mặt cắt ở đảo Thanh Lân (X = 21000’, Y = 107048”)

Trong công trình Địa tầng các trầm tích Phanerozoi ở Đông Bắc Bộ, Đặng Trần Huyên và nnk (2007) đã thống nhất và mô tả các thành tạo trầm tích hệ tầng

Cô Tô phân bố trên quần đảo Cô Tô dưới dạng hai tập [1, 12, 19, 21] và có cấu tạo phân nhịp flysch mang đặc điểm của kiểu mặt cắt turbidit Trên cơ sở các kết quả phân tích về thành phần vật chất định lượng và tính toán, xử lý ban đầu theo thành

phần các nguyên tố chính (theo phương pháp Roser và Korsch, 1988), thạch học nguồn gốc (theo phương pháp Dickinson, 1979) của các đá cát kết cho thấy: nguồn

cung cấp vật liệu cho bồn trầm tích hệ tầng Cô Tô là từ các đá trầm tích giàu thạch anh, các đá magma axit phát sinh từ các quá trình tạo núi, đặc biệt là quá trình tạo

núi tái sinh và có lẽ đã được lắng đọng trong một bồn trước cung (forearc basin)

Về quan hệ và tuổi thành tạo: hệ tầng Cô Tô được xác định là Silua sớm nhờ vào nhiều hoá thạch Bút đá do tập thể tác giả phát hiện được và quan hệ bất chỉnh hợp với các trầm tích hệ tầng Hà Cối (J1-2hc) ở đảo Trần Đây là công trình đầu tiên

nghiên cứu về thành phần vật chất định lượng, nhằm luận giải nguồn gốc trầm tích

và điều kiện thành tạo của chúng Tuy nhiên, còn ở mức độ sơ lược và hạn chế về số lượng mẫu phân tích định lượng

Trong chuyên khảo “Địa chất và tài nguyên Việt Nam” Trần Văn Trị, Vũ Khúc (đồng chủ biên, 2009) các thành tạo trầm tích, trầm tích lục nguyên nguồn núi lửa thành phần axít của hệ tầng Cô Tô được xếp vào tổ hợp thạch - kiến tạo kiểu

bồn tiền địa (foreland basin), phản ánh quá trình tạo núi, bào mòn diễn ra trong giai

đoạn Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) ở Đông Bắc Bắc Bộ cũng như ở Đông Nam Trung Quốc Đó là các trầm tích molas, có thành phần vụn lục nguyên và tuf felsic, với biểu hiện phân nhịp flysch, cấu tạo turbidit dòng quẩn sụt ngầm, xiên chéo tuyệt đẹp… và là sản phẩm của tạo núi nội lục Caledoni Qua công trình cho thấy: Về thành phần thạch học, trật tự và liên kết địa tầng cũng như đặc điểm cấu tạo phân nhịp flysch đã được mô tả chi tiết và xếp chúng vào tuổi Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1); Về mặt kiến tạo công trình đã có mối liên hệ, đối sánh mật thiết với khu vực Đông Nam Trung Quốc

Tóm lại, qua các công trình nghiên cứu nêu trên, các trầm tích, trầm tích lục nguyên nguồn núi lửa thành phần axít thuộc hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) của nhiều tác

giả trong và ngoài nước ta thấy:

Về đặc điểm địa tầng, thành phần thạch học, hay thạch địa tầng đã được mô

tả và phân chia chi tiết, tuy nhiên chưa có sự thống nhất cao Sự khác nhau trong các quan điểm phân chia địa tầng thể hiện rõ nét ở sự mô tả khác biệt về khối lượng

địa tầng, quan điểm phân các tập, nhất là quan hệ địa tầng (quan hệ bất chỉnh hợp

trên của hệ tầng Cô Tô (O 3 -S 1 ct) với các thành tạo trầm tích cuội kết, cát kết màu xám tại đảo Trần) Quan hệ này được Nguyễn Công Lượng (1980), Phạm Thanh

Bình và Nguyễn Công Lượng (1999) xếp chúng vào khối lượng thuộc hệ tầng Đồ Sơn (D2-3đs) còn Đặng Trần Huyên và nnk (2007) thì lại xếp chúng vào khối lượng

của hệ tầng Hà Cối (J1-2hc) Thực chất, đó là các thành tạo trầm tích thuộc vào khối

lượng thuộc hệ tầng Đồ Sơn (D2-3đs), bởi vì các đá cát kết màu xám này đã bị biến

đổi quarzit hóa ở những mức độ khác nhau, tạo thành cát kết dạng quarzit hoặc cát kết quazit, mà các tài liệu nghiên cứu hiện nay thì các thành tạo trầm tích thuộc hệ tầng Hà Cối không có các quá trình biến đổi đó

Về tuổi thành tạo của hệ tầng, E Patte (1927) đã định tuổi Trias; Dovjikov A.E và Jamoida A.I (1961) xếp vào tuổi Neogen (N); Trần Văn Trị (1977), Nguyễn Công Lượng (1980), Phạm Thanh Bình và Nguyễn Công Lượng (1999), Tống Duy Thanh, Vũ Khúc (2005) đã xếp tuổi Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1ct); Nguyễn

Xuân Khiển (2000) cho tuổi Ordovic - Silua (O-Sct); Đặng Trần Huyên (2007) định

tuổi tuổi Silua sớm (S1-S2ct) Do vậy, để thống nhất và xác định chính xác có hay

không yếu tố tuổi Ordovic muộn ở phần thấp của hệ tầng Cô Tô, cần bổ sung

phương pháp xác định tuổi đồng vị của dòng chảy bùn (đá sét kết có trong thành

phần của cấu tạo turbidit) trên các khoáng vật illit, glauconit… Với tài liệu hiện

tại, trong công trình nghiên cứu, NCS tán thành và sử dụng tuổi thành tạo của các trầm tích hệ tầng Cô Tô là có tuổi Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1ct)

Về bối cảnh kiến tạo hay môi trường địa động lực sinh thành các thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) cũng nhiều ý kiến và quan điểm khác nhau Trần

Văn Trị (1977) cho rằng chúng được thành tạo trong một võng sụt sâu tương ứng kiểu võng sụt nội máng Caledoni muộn Đông Bắc Bắc Bộ; Nguyễn Xuân Tùng và Trần Văn Trị (1992) xếp vào thành hệ flysch tướng biển sâu và trung bình, phản ánh quá trình thành tạo trầm tích ở môi trường biển sâu trong điều kiện thu hẹp và tiêu biến biển giai đoạn Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) ở Đông Bắc Bắc Bộ; hay thuộc trường cung đảo bị chia cắt (Phạm Thanh Bình, Nguyễn Công Lượng, 1999); Nguyễn Xuân Khiển (2000), Đặng Trần Huyên và nnk (2007) cho thấy chúng có nguồn gốc từ quá trình tạo núi tái sinh và được lắng đọng trong một bồn trước cung; Theo chuyên khảo “Địa chất và Tài nguyên Việt Nam” Trần Văn Trị, Vũ Khúc (đồng chủ biên, 2009) thì các thành tạo trầm tích này được xếp vào tổ hợp thạch -

kiến tạo kiểu bồn tiền địa (foreland basin), phản ánh quá trình tạo núi, bào mòn diễn

ra trong giai đoạn Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) ở Đông Bắc Bắc Bộ

Vấn đề còn tồn tại, cần phải tiếp tục nghiên cứu đó là thành phần vật chất

định lượng (địa hóa nguyên tố chính, nguyên tố hiếm - vết) bằng các phương pháp phân tích có độ chính xác cao (hóa silicat, nhiệt, rơnghen, huỳnh quang tia X, kích

hoạt neutoron…) Đặc biệt là kiểu cấu tạo trượt ngầm, các tảng sét lớn, góc cạnh -

gần nguồn cung cấp trong nhiều lớp cát kết thuộc hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) thực chất

đó là kiểu cấu tạo gì và là kết quả hoạt động kiến tạo nào, cũng như nguồn gốc trầm tích và môi trường địa động lực của chúng

Do đó, việc nghiên cứu chi tiết của NCS về đặc điểm cấu tạo/vi cấu tạo, thành phần thạch học - khoáng vật, nguồn gốc hạt vụn, đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố chính, nguyên tố hiếm/vết của thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct)

thông qua quá trình tính toán, xử lý, xây dựng các biểu đồ thạch hóa đề phân định các trường “nguồn vật liệu trầm tích” và “bối cảnh kiến tạo” theo các tác giả khác

nhau (Dickinson, 1979; Roser và Korsch, 1988; Bhatia M.R, 1983, 1986) là việc

làm cần thiết để nghiên cứu toàn diện đặc điểm thạch luận thành turbidit hệ tầng Cô Tô(O3-S1ct) và trên cơ sở đó, làm sáng tỏ ý nghĩa địa động lực của giai đoạn thành

tạo này ở miền đông bắc Việt Nam

Chương II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

THÀNH TẠO TURBIDIT HỆ TẦNG CÔ TÔ

II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

II.1.1 Khái niệm turbidit

Theo từ điển bách khoa toàn thư “Turbidit” là trầm tích vụn do dòng nước

đục tạo nên, thông thường gồm nhiều lớp xen kẽ nhau trong một nhịp phân lớp gồm

sỏi kết, cát kết, cát-bột kết, bột kết và sét kết Turbidit phân bố rộng rãi ở các vùng

ven bờ, sườn lục địa, vùng đồng bằng biển thẳm, v.v Các thành phần kể trên của

turbidit có thể thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện thành tạo (ví dụ: Ở gần vùng nguồn

vật liệu thì yếu tố sỏi kết, cát kết phát triển, còn ở xa nguồn vật liệu lại vắng mặt sỏi

kết, cát kết và tăng thành phần mịn) Turbidit gần như cấu thành toàn bộ các thành

hệ flysch và một phần lớn các thành hệ molas

Trên thế giới, “Turbidit” bắt đầu được thừa nhận từ những năm đầu thế kỷ 20

với công trình nghiên cứu của Walker (1938) về dòng chảy rối (turbidity currents)

trong môi trường nước sâu Sau này bằng thực nghiệm cùng với quan sát thực địa,

Keumn và Mighrini (1950) đã kế thừa và giải thích rõ hơn về quá trình vận chuyển

vật liệu trầm tích tới vùng nước sâu, đồng thời đưa ra giả thuyết dòng chảy rối là

nguyên nhân của cát kết được phân cấp lắng đọng dưới nước sâu Năm 1962, A.H

Bouma đưa khái niệm “Turbidit” vào sử dụng trong địa chất trầm tích - kiến tạo dựa

trên cơ sở nghiên cứu về các trầm tích hạt mịn Theo đó, “Turbidit” là trầm tích

được lắng đọng từ các vật chất dòng chảy rối, những vật chất lơ lửng của dòng nước

và được lắng đọng theo nguyên lý phân dị trọng lực với đặc trưng là chu kỳ Bouma

“Chu kỳ Bouma” là quá trình lắng đọng các vật liệu trầm tích theo nguyên lý phân

dị trọng lực, khởi đầu cho chu kỳ (phần thấp nhất) là các trầm tích hạt thô (cuội kết,

sạn kết, cát kết hạt thô), chuyển tiếp lên là cát kết hạt trung, cát kết hạt mịn, bột kết

và kết thúc của chu kỳ là thành phần sét kết

Trong gần 50 năm qua, mô hình về “Turbidit” liên quan đến sự thành tạo

turbidit nước sâu đã được rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu, đưa ra khái niệm và

giải thích quá trình hình thành cũng như cơ chế thành tạo của chúng Tuy nhiên, về

bản chất thủy động lực của dòng turbidit hay điều kiện sinh thành của thành tạo

turbidit còn rất nhiều ý kiến, quan điểm khác nhau

Sanders (1965) là nhà nghiên cứu trầm tích luận đầu tiên sử dụng danh từ

“các dòng turbidit” khi nghiên cứu về quá trình vận chuyển và lắng đọng vật liệu

trầm tích Theo đó, chỉ có các dòng chảy rối - dòng turbidit (turbidity currents) mới

là “Turbidit” thực sự, các lớp dòng hạt (flowing - grain) theo phương song song nằm bên dưới và dòng lơ lửng (huyền phù) bên trên thì không phải là “Turbidit”

(hình II.1), còn theo Mutti và nnk (1999) tất cả các dòng trầm tích - trọng lực đều là

turbidit (hình II.2) Trên cơ sở các quan sát thực tế nhiều tác giả [Crowell, 1957;

Wood and Smith, 1959; Ten Haaf, 1959; Murphy and Schlanger, 1962; Dott, 1963; Hubert, 1964; Hollister, 1967; Stanley, 1967; Vander Lingen, 1969; Fisher, 1971; Jacobi, 1976; Shanmugam, 2000a,…] đều cho rằng trong việc tạo thành các trầm

tích nước sâu, bên cạnh các dòng turbidit còn có các quá trình khác (như trượt, sụt,

các dòng bùn và dòng chảy đáy) Các quá trình trầm tích phức tạp này được gọi

chung khái niệm trong “Turbidit” Từ đó các nhà trầm tích học bắt đầu sử dụng

“Turbidit” cho cả những trầm tích biển sâu Tuy nhiên, nhiều tác giả sử dụng khái niệm “Turbidit” để giải thích các quá trình vận chuyển và lắng đọng vật liệu trầm tích không phải là sản phẩm của các dòng turbidit hoặc chỉ chứa đựng một phần nhỏ

trong sản phẩm “Turbidit” Hsu (1989) đã đưa ra khái niệm “Fluxoturbidit” (turbidit

xáo động), mà Dzulyski (1959) đã sử dụng cho các trầm tích cát kết đổ lở ở vùng

Carpathians của Ba Lan; Mutti (1985) sử dụng khái niệm “Seismoturbidit” (turbidit

địa chấn) để chỉ các thành tạo trầm tích có khối lượng lớn và phân bố trong diện rất

rộng; Labaume (1987) lại sử dụng khái niệm “Megaturbidit” (đại turbidit) cho các

dòng mảnh vụn trong trầm tích; Stanley (1978) thì dùng khái niệm “Atypical

turbidit” (turbidit không điển hình) cho các thành tạo trầm tích có nguồn gốc đổ lở của cát kết và dòng mảnh vụn; khái niệm “Highfrequency turbidity currents” (dòng

chảy rối tần số cao) do Bornhold B.D et al (1994) để đưa ra giải thích quá trình

thành tạo turbidit ở British Columbia; v.v…

Hình II.1 Khái ni ệm turbidit theo Sanders (1965)

Trên cơ sở nghiên cứu về cơ chế cung cấp vật liệu và lắng đọng trầm tích, Middleton and Hampton (1973, 1976, 1999) đã phân chia các trầm tích được lắng đọng do tác dụng của trọng lực thành “dòng chảy bùn”, còn “dòng chuyển đổi” là các dòng với nhiều cơ chế cung cấp vật liệu ở cùng một thời điểm, tại cùng một

không gian Điều này khẳng định “dòng turbidit” có cơ chế cung cấp vật liệu và

lắng đọng trầm tích là sự hỗn độn với sự lắng đọng của các dòng mảnh/hạt vụn (do

tác động của các lực ma sát) và các dòng hóa lỏng (vật chất huyền phù) lẫn các

dòng turbidit (hay dòng bùn) ở trạng thái lỏng

Hình II.2 L ắng đọng trầm tích turbidit (Mutti, 1999 và Sanders, 1965)

Cũng giống như các trầm tích khác, sản phẩm của turbidit có thể được vận chuyển và thành tạo trong những điều kiện tốc độ khác nhau [Parker G, Fukushima Y and Pantin H.M, 1986; Stacey M.W and Bowen A.J, 1988; Walker R.G, 1978, 1985] Điều đó phụ thuộc vào sự di chuyển và tập trung của vật liệu trầm tích [Mohrig D, Elverhoi A and Parker G, 1999] cũng như độ dốc của đáy bồn trầm tích, mà kẽ hở

thủy lực (Hydroplaning) là một minh chứng [Shanmugam, Ganapathy, 2002] Chúng hình thành từ các dòng mảnh vụn ở dưới nước (hình II.3) đã làm giảm sức kéo ở dưới

đáy và làm tăng tốc độ tại đầu của các dòng chảy, vì thế các dòng mảnh vụn dưới nước có thể di chuyển nhanh và xa hơn các dòng trên mặt đất Chính vì vậy, Shepard (1979) cho rằng các dòng với tốc độ 190cm/s ở Scripps có thể là các dòng mảnh vụn

Hình II.3 K ẽ hở thủy lực (Hydroplaning) Shepard, 1979

Với thí nghiệm trên các dòng mảnh vụn, Ph.H Kuenen (1950) đã đưa ra khái niệm về “Turbidit” với “dòng turbidit mật độ cao” gồm cát, sét và sỏi có mật độ lên tới 2g/cm3, trong điều kiện dòng chảy hỗn hợp tại sườn dốc 8.50 Tuy nhiên, các thí

nghiệm của Kuenen đã tạo ra lớp “Laminar flow” (dòng phiến mỏng) bên dưới và một lớp “Grains in suspension” (dòng hạt lơ lửng - huyền phù) bên trên (hình II.1)

mà theo Sanders (1965) đó không phải là “Turbidit” Mutti (1999) thì cho rằng lớp mảnh vụn dưới đáy cũng tương tự như cụm từ “dòng turbidit mật độ cao” Còn các nghiên cứu của Carter (1975), Stanley et al (1978), Hiscott and Middleton (1979), Pierson and Costa (1987); hay Hiscott, Hall and Pirmez (1997) đã chứng minh rằng các dòng mảnh vụn chính là các “dòng bùn loãng” Trong công trình nghiên cứu của mình, Lowe D.R (1982) hay Lowe and Guy (2000) lại đồng nhất khái niệm

“dòng bùn loãng” với các “dòng turbidit mật độ cao”, với các lớp được cấu kết tập trung ở bên dưới cũng đồng nhất với các bề mặt hình thành do ma sát kéo được mô

tả trong các nghiên cứu về dòng turbidit và có thể coi chúng là các bề mặt cố kết do lực kéo Như vậy, khái niệm dòng turbidit mật độ cao” về bản chất dựa trên 5 tính

chất cơ bản khác nhau, bao gồm: {1} mật độ dòng chảy (Kuenen, 1950) hoặc sự tập trung các hạt (Mohrig D et all 1999, Pickering, 2001), {2} lực đẩy (Postma, 1988), {3} kích thước hạt hay cỡ hạt (Lowe, 1982), {4} tốc độ dòng chảy (Kneller, 1995;

Parker G et al, 1982) và {5} tốc độ lắng đọng (Shanmugam, 2000) Tuy nhiên, năm

tính chất này lại không hoàn toàn đồng nhất với nhau trên phương diện trạng thái hỗn độn hoặc về cơ chế cung cấp vật liệu và lắng đọng trầm tích, vốn là cơ sở để xác định các dòng turbidit hay “Turbidit” Điều đó cho thấy khái niệm “Turbidit” nói chung, hay “dòng turbidit mật độ cao” nói riêng còn được hiểu rất khác nhau

Trên cơ sở nghiên cứu về cơ chế lắng đọng theo trật tự thẳng đứng của

“Dòng bùn loãng” Lowe và Guy (2000) đã phân chia chúng thành 7 cấu trúc (ký

hiệu từ M1 đến M7) Sự phân chia cấu trúc “Dòng bùn loãng” này có thể liên kết

được với chu kỳ Bouma (1962) về turbidit hạt mịn (từ Ta đến Te), hoặc với turbidit hạt thô (từ S1 đến S3) do Lowe (1982) mô tả Theo đó, liên kết của 3 mô hình tướng

này như sau:

Trong đó:

M1: Vật liệu hạt thô: Cuội kết , sỏi kết, cát kết có độ chọn lọc tốt và phân lớp

M2: Cuội kết, sỏi kết, cát kết hạt thô, cát kết hạt trung có phân lớp xiên chéo

M3: Lớp cát kết có phân lớp song song mỏng

M4: Lớp bột kết, sét kết có phân lớp mỏng song song đến dạng phân phiến

M5: Lớp trầm tích hạt nhỏ, mịn có cấu tạo phân lớp song song mỏng

M6: Lớp trầm tích hạt nhỏ, mịn có cấu tạo phân lớp phân dải mỏng

M7: Lớp trầm tích lắng đọng từ vật chất lơ lửng

S1: Vật liệu hạt thô: Cuội kết, sỏi kết, cát kết hạt thô có cấu tạo phân lớp

S2: Cuội kết, sỏi kết, cát kết hạt thô, cát kết hạt trung có phân lớp xiên chéo

S3: Lớp được lắng đọng từ dòng bùn (vật liệu dạng hạt ở trạng thái lơ lửng)

Kuenen & Migliorini (1950) và Kuenen (1967) đã sử dụng khái niệm “sự sắp

xếp trầm tích thông thường” (normal grading) để giải thích cho các “Turbidit” được

hình thành từ một dòng turbidit yếu duy nhất Theo đó, khi dòng turbidit yếu tốc độ

di chuyển giảm dần theo thời gian và kết quả là các vật liệu hạt thô sẽ lắng đọng

trước rồi đến các vật liệu hạt mịn (hình II.4 - normal grading) Từ điển địa chất của AGI (America Geology Institute - Viện Địa chất Mỹ) cũng giải thích nguồn gốc của

sự sắp xếp thông thường là quá trình trầm tích của một dòng turbidit duy nhất” Mối liên hệ giữa sự sắp xếp thông thường và một dòng turbidit duy nhất chính là khái niệm quan trọng của quá trình vận chuyển và lắng đọng trầm tích turbidit

Hình II.4 S ự lắng đọng bình thường (Normal grading)

Kuenen and Migliorini (1950)

Trong quá trình nghiên cứu các đá cát kết Annot (tuổi Eocene - Oligocene) ở

vùng Maritime Alps của nước Pháp, A.H Bouma (1962) nhận thấy chúng là kết quả của nhiều giai đoạn trầm tích Đây là phát hiện rất quan trọng, được dùng làm cơ sở cho mô hình chu kỳ turbidit đầu tiên do A.H Bouma mô tả năm 1962 Ở mức quan

sát đầu tiên (mức 1), tại vị trí 8 (hình II.5) có thể mô tả như là một lớp trầm tích được

“Lắng đọng thông thường” (kích thước hạt giảm dần từ dưới lên trên) Tuy nhiên, với

mức độ quan sát chi tiết hơn (mức quan sát 2) và đặc biệt ở mức độ quan sát chi tiết nhất (mức 3) có thể thấy các đá trầm tích tại đây (vị trí 8 - đá cát kết Annot ở vùng

Maritime Alps của nước Pháp) trở nên rất hỗn độn Chính sự khác biệt về mức độ

quan sát, nghiên cứu chi tiết này cho thấy các đá (ở mức 1) có thể được coi là kết quả

trầm tích từ 1 dòng turbidit duy nhất, còn ở mức 3 đó là kết quả của nhiều giai đoạn trầm tích khác nhau bởi các dòng mảnh vụn và dòng đáy

Do đó, khi nghiên cứu về “Turbidit” không chỉ quan tâm tới chế độ của các dòng chảy cũng như độ dốc của đáy bồn trầm tích, mà cần phải rất chú ý đến cấu tạo, kích thước độ hạt của vật liệu trầm tích và thứ tự sắp sếp của chúng Điều này chỉ có thể quan sát tốt, hiệu quả tại thực địa

Hình II.5 V ị trí nghiên cứu quá trình lắng đọng trầm tích trong đá cát kết Annot vùng Maritime Alps, Pháp theo những mức độ quan sát chi tiết hơn của A.H Bouma (1962).

Mặc dù còn chưa thống nhất việc sử dụng khái niệm “Turbidit” trong việc luận giải cơ chế cung cấp vật liệu và điều kiện lắng đọng trầm tích, song có thể

nhận thấy “Turbidit” là trầm tích được lắng đọng từ vật chất xáo động, có tính phân

lớp, độ chọn lọc, cấu tạo phụ thuộc vào chế độ của các dòng chảy, độ dốc đáy bồn, kích thước độ hạt, mật độ vật liệu trầm tích, cũng như thứ tự lắng đọng của chúng

Trong công trình nghiên cứu, NCS lựa chọn và sử dụng mô hình “Turbidit”

do A.H Bouma đề xuất năm 1962 để làm cơ sở đối sánh, minh chứng và luận giải thành tạo turbidit phân bố ở đảo Cô Tô và đảo Thanh Lân thuộc quần đảo Cô Tô, Quảng Ninh Theo đó, các thành tạo turbidit được hiểu với khái niệm chu kỳ hay

loạt gồm tập hợp 5 dạng cấu tạo điển hình, được ký hiệu Ta, Tb, Tc, Td, Te (hình

II.6), đặc trưng cho quá trình vận chuyển, lắng đọng trầm tích theo mô hình vận

chuyển và lắng đọng của dòng turbidit do Middleton & Hampton, 1976 (hình II.7)

Hình II.6 Các d ạng cấu tạo của thành tạo turbidit theo chu kỳ A.H.Bouma (1962)

Hình II.7 Mô hình v ận chuyển và lắng đọng của dòng turbidit

Middleton and Hampton (1976)

Tóm lại, “Turbidit” là trầm tích được lắng đọng trong môi trường trầm tích

có dòng chảy đáy rối loạn, có tính phân lớp, độ chọn lọc kém Turbidit có liên quan

với tempestit (trầm tích lũ mang đặc tính xáo trộn do tốc độ tái trầm tích nhanh

trong môi trường nước nông), inundit (trầm tích mang đặc tính xáo trộn do quá trình lũ lụt tạo thành) [9] và bao gồm toàn bộ các thành hệ flysch và một phần lớn

các thành hệ molat

II.1.2 Môi trường địa động lực thành tạo turbidit

1- Đối với quá trình nghiên cứu trầm tích luận nói chung, các thành tạo turbidit nói riêng việc luận giải môi trường địa động lực, bối cảnh kiến tạo sinh thành của chúng có một vai trò rất quan trọng Từ quá trình tổng hợp kết quả nghiên cứu, phân tích luận giải về đặc điểm cấu tạo, thành phần vật chất, nguồn cung cấp vật liệu của đá trầm tích, có thể cho phép khôi phục đặc điểm tướng đá, môi trường

thủy động lực lắng đọng trầm tích (môi trường trầm tích) trên lý thuyết của kiến

tạo, nhất là học thuyết kiến tạo mảng Mặt khác, học thuyết kiến tạo mảng hiện đại

có khả năng động viên và liên kết nhiều bộ môn khoa học để kiến giải logic không những các thực thể địa chất về nguồn gốc, cơ chế thành tạo cũng như các mối liên

quan, tương tác giữa chúng trong không gian và thời gian (bồn trầm tích) [15]

Lịch sử nghiên cứu mối quan hệ giữa trầm tích và kiến tạo mảng được bắt đầu bằng các công trình nghiên cứu về kiến tạo Trước tiên phải kể đến những nhà khoa học tiên phong như Anderson (1951), Harland (1965) đã chia vỏ trái đất ra 3

kiểu đới động (đới căng giãn, đứt gãy thuận phát triển nhiều thể đai - mạch và phun

trào; đới nén ép, uốn nếp và xô đẩy biến dạng; đới trượt bằng, chuyển động nằm ngang) Mỗi đới có những hoạt động địa chấn, magma đặc trưng và một cơ chế hình

thành, đặc biệt là ranh giới nhất định (gồm ranh giới phân kỳ; ranh giới hội tụ; ranh

giới trượt bằng hoặc chuyển dạng) Hay ứng với mỗi bối cảnh kiến tạo khác nhau

sẽ được hình thành một vài kiểu bồn trầm tích tương ứng nhất định (bảng II.1)

Như vậy, giữa kiến tạo mảng và trầm tích luận có sự gắn bó chặt chẽ, minh chứng là các bồn trầm tích hiện nay đang là nhân chứng lịch sử cho mối quan hệ đó

2- Với đặc tính “Turbidit” là sản phẩm của quá trình lắng đọng nhanh, đột ngột nhiều nguồn vật liệu trầm tích đổ lở, lộn xộn xuống sườn dốc tại rìa lục địa trong

môi trường biển sâu - biển khơi, theo kiến tạo mảng hiện đại (chu kỳ Wilson) thì các

thành tạo turbidit chủ yếu được sinh thành trong bối cảnh rìa mảng hội tụ, điển hình

nhất là các đới hút chìm (Subduction zones) nơi có một mảng chúi xuống dưới một mảng liền kề, trong hai bối cảnh khác nhau (hình II.8) Trong bối cảnh bồn trước

cung các trầm tích đổ sập xuống máng nước sâu như trận lở tuyết tạo nên các dòng turbidit Các trầm tích tách bóc ra từ vỏ lục địa và vỏ đại dương bị hút chìm hoặc rơi vào trong trầm tích hỗn độn, hay bị cuốn chìm xuống dưới sâu vào dòng turbidit Ngoài ra trong quá trình hoạt động núi lửa ở cung đảo các dung nham và đá vụn núi lửa có thế nằm xiên lớp với đá vôi để tạo nên một tổ hợp đá đặc trưng cho bối cảnh kiến tạo đới hút chìm Còn tại bối cảnh bồn sau cung các trầm tích vụn lục nguyên

nguồn núi lửa phun trào trên đáy đại dương hầu như không chuyển động (tĩnh)

Bảng II.1 Mối quan hệ giữa môi trường trầm tích và bối cảnh kiến tạo

Cung đảo Đảo cung, các khối cung Thềm, sườn lục địa, vụn núi lửa,

đá xâm nhập sâu bị phân dị

Sau cung Các biển rìa nông đến sâu hoặc biển

Trầm tích biến dạng, biến chất, ophiolit, aluvi, delta, thềm, sườn

và bể đại dương Cung Các dãy núi do phun trào trên lục địa

tạo nên

Phun trào vụn núi lửa, aluvi, xâm nhập sâu

Sau cung Các cao nguyên, bể giữa núi, trũng

Đụng độ lục địa - lục địa

(kiểu Hymalya)

Đới khâu, các dãy núi và bể giữa núi

Bể đại dương tàn dư

Aluvi, hồ Delta, fans (châu thổ) ngầm, biển nông

Rift nội lục tích cực Bể do đứt gãy

Bể nội lục

Aluvi, hồ, vụn núi lửa aluvi, biển ven bờ

Rift giữa các lục địa hẹp

và xuất hiện sớm Vịnh hẹp, đại dương hẹp

Thềm sườn bể biển sâu

Bazan, đá mạch, gabro Sống núi giữa đại

dương Rift trung tâm, bể hai cánh sống núi Aluvi, thềm, sườn

Rìa thụ động Đồng bằng ven biển, thềm, sườn lục

địa và các khối nâng Đứt gãy chuyển dạng Bể pull-apart và nén ép Aluvi, hồ, vụn núi lửa

Lục địa

Đại dương Bể do đứt gãy tạo ra Biển khơi, turbidit, vụn núi lửa Lục địa Bể craton, trước núi Aluvi, ven biển

Đại dương Đồi núi biển sâu, đồng bằng biển

thẳm, cao nguyên đại dương Biển sâu, turbidit

Hình II.8 Mô hình ki ến tạo hình thành các bể ở rìa lục địa tích cực (lục địa - đại dương)

theo A.D Baillie (1983) và Pettijohn (1979)

a-Mặt cắt b-Bình đồ

Ít phổ biến hơn là các thành tạo turbidit được sinh thành trong bối cảnh xô

húc tạo đới khâu (Collision) với các bể trầm tích đồng bằng biển thẳm ở đại dương

và va chạm lục địa - lục địa trong lục địa (nội lục) tại các bể do đứt gãy tạo ra

Những năm gần đây, một số nhà địa chất trong và ngoài nước (Dickinson,

1974; Hamilton, 1979; Jacobi, 1981; Quinlan and Beaumont, 1984; Ori et al.,

1984, 1986; DeCelles and Hertel, 1989; Beer et al., 1990; Burbank et al., 1992; Heller and Paola, 1992; Faure M, 2009; Chavet J et al., 2010 và Trần Văn Trị, Vũ Khúc, 2009; ) đã sử dụng khái niệm “tạo núi nội lục” trong nghiên cứu, luận giải

nguồn gốc và điều kiện thành tạo của trầm tích nói chung, thành tạo turbidit nói riêng tại mỗi bồn trầm tích trong bối cảnh kiến tạo “hút chìm nội lục”

II.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện các mục tiêu và nhiệm vụ của luận án, NCS lựa chọn sử dụng

tổ hợp các phương pháp nghiên cứu chính sau:

II.2.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp và xử lý tài liệu

Thu thập tài liệu bản đồ địa chất các tỷ lệ 1:200.000, 1:50.000 và các báo cáo chuyên đề liên quan trên diện tích và loại hình nghiên cứu turbidit Các tài liệu trên được phân tích và luận giải dưới góc độ của địa chất, kiến tạo khu vực, đặc biệt

là nghiên cứu trầm tích luận Trên cơ sở đó góp phần định hướng cho công tác thu thập tài liệu ngoài trời, nhằm nâng cao chất lượng khoa học của luận án

II.2.2 Phương pháp nghiên cứu ngoài trời

NCS nhận thức rằng đối với nghiên cứu địa chất nói chung, nghiên cứu trầm tích luận nói riêng, đặc biệt đối với thành tạo turbidit thì tài liệu khảo sát, quan sát chi tiết ngoài thực địa đóng một vai trò đặc biệt quan trọng, chiếm tới 75 ÷ 80% lượng thông tin Do đó trong quá trình thu thập tài liệu ngoài trời, ngoài các quy định mô tả địa chất truyền thống, nội dung chủ yếu của phương pháp đó là:

Nghiên cứu khảo sát chi tiết các mặt cắt địa chất - trầm tích trên khu vực nghiên cứu Các mặt cắt được bố trí vuông góc hoặc gần vuông góc nhất với phương cấu trúc của đá nhằm quan sát đầy đủ thành phần, cấu trúc và chi tiết đặc điểm cấu tạo, tính chất phân lớp, phân nhịp cũng như đặc điểm biến đổi của chúng

Trên mặt cắt tiến hành mô tả các điểm lộ, quan sát mặt tiếp xúc, thế nằm các

lớp, cấu tạo mặt lớp (chụp ảnh) và quan hệ giữa các tầng trong khu vực nghiên cứu

Tại mỗi điểm khảo sát tiến hành thu thập: các tài liệu về thạch học như: tên

đá sơ bộ (cuội kết, cát kết, ), màu sắc của đá (nguyên sinh, thứ sinh), thành phần khoáng vật, hình dạng - kích thước mảnh vụn (đối với cuội kết và sạn kết); tài liệu

về cấu tạo lớp và mặt lớp như: chiều dày (chiều dày thật), tính chất phân lớp, phân tập của đá (cấu tạo dòng rối, phân lớp song song, ngang, xiên, xiên chéo, lượn sóng

và sóng xiên ), quan hệ giữa các lớp (ranh giới rõ ràng, chuyển tiếp hay kiến tạo),

thế nằm của lớp, hình dạng, kích thước và đặc điểm phân bố của các hạt cuội, sỏi

Tiến hành thu thập mẫu phân tích thí nghiệm, các loại hóa thạch Các loại mẫu được thu thập một cách hệ thống, liên tục và đại diện toàn bộ mặt cắt, đồng thời đảm bảo đúng quy chế kỹ thuật mẫu áp dụng cho từng phương pháp phân tích

II.2.3 Phương pháp nghiên cứu trong phòng

II.2.3.1 Nghiên cứu thành phần vật chất

Bên cạnh những phương pháp phân tích truyền thống nhằm xác định về thành phần, hàm lượng của khoáng vật tạo đá, xi măng gắn kết, tổ hợp khoáng vật phụ, khoáng vật kém vững bền… thì việc nghiên cứu đặc tính địa hóa của chúng có một vai trò rất quan trọng Kết quả cho phép xác định thành phần vật chất định lượng, nguồn vật liệu và điều kiện tích tụ trầm tích Đồng thời, phân loại chính xác tên đá, khôi phục đặc điểm tướng đá cổ địa lý và môi trường địa động lực khi lắng đọng trầm tích Do đó, trong quá trình nghiên cứu NCS tập trung giải quyết những nội dung khoa học chính sau đây:

1- Các vật liệu trầm tích đó là sản phẩm nghiền nát, vỡ vụn của các đá gốc trải qua nhiều giai đoạn hoạt động kiến tạo và vận chuyển xuống bồn trầm tích

2- Quá trình vận chuyển và lắng đọng vật liệu trần tích chịu ảnh hưởng nhiều bởi sự phân dị và phong hóa, nhất là quá trình phong hóa hóa học đã làm biến đổi thành phần khoáng vật và hóa học của các đá trầm tích

a Thành phần thạch học

Thành phần thạch học của đá được xác định chủ yếu dựa vào phương pháp phân tích dưới kính hiển vi phân cực Theo đó những thông tin về thành phần, hàm

lượng (định tính) của khoáng vật tạo đá, xi măng gắn kết, tổ hợp khoáng vật kém

bền vững, biến đổi sau tạo đá sẽ được tập trung xác định và lượng hoá

Các đá trong vùng nghiên cứu được phân nhóm dựa vào phân loại của

Svetxôp (1958), được chia thành: Đá trầm tích vụn cơ học (cuội kết, sạn/sỏi kết, cát

kết, bột kết), đá trầm tích vun núi lửa (tùy theo hàm lượng vật liệu núi lửa có trong

đá để phân loại các trầm tích vụn núi lửa ra thành: tuf, tufit và tufogen [bảng II.2])

và đá sét Tên đá được xác định theo kích thước hạt vụn (sơ đồ phân loại của

- Cuội kết tufit bazan

- Dăm kết tuf riolit

3 Sạn (sạn kết) Tufit (90 ÷ 30) Andezit - Sạn kết tuf daxit

Bảng II.3 Phân loại đá trầm tích vụn cơ học theo kích thước hạt

Nhóm nguyên tố chính (Major elements): Là những nguyên tố chiếm chủ yếu

trong các kết quả phân tích hóa học của đá Đó là các nguyên tố: Si, Ti, Al, Fe, Mn,

Mg, Ca, Na, K và P Hàm lượng của các oxyt được tính bằng phần trăm trọng lượng (%tr.l), có giá trị tối thiểu là 0.1%tr.l và tổng hàm lượng của toàn bộ oxyt nguyên tố chính trong đá bằng 100% Fe có thể được xác định theo FeO và Fe2O3,

nhưng đôi khi chúng được thể hiện bằng hàm lượng “sắt tổng” (viết dưới dạng

FeOt) Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nhóm nguyên tố chính chủ yếu được

phân tích bằng phương pháp hóa silicat Trong công trình nghiên cứu, nhóm nguyên

tố chính được NCS phân tích bằng phương pháp hóa silicat Theo đó là các nguyên

tố được xác định: Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P, S và C dưới dạng hàm

lượng các oxyt của chúng và được tính bằng phần trăm trọng lượng (%tr.l)

Nhóm nguyên tố vết (Trace elements): Là những nguyên tố có mặt trong đá ở

dưới mức 0.1% trọng lượng, hàm lượng của chúng được tính bằng đơn vị phần triệu (ppm) Tuy nhiên, có trường hợp hàm lượng nguyên tố vết vượt quá mức 0.1% (1000ppm) Những nguyên tố vết có vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu địa hóa học nói chung và các đá trầm tích nói riêng Hiện nay có rất nhiều phương pháp có thể lựa chọn phân tích nhóm nguyên tố hiếm, vết (huỳnh quang tia X, kích hoạt neutron, hấp thụ nguyên tử, quang phổ plasma…) Tuy nhiên trong số đó các phương pháp trên thì phương pháp phân tích huỳnh quang tia X, kích hoạt neutron

là được xử dụng nhiều hơn cả, bởi lẽ chúng phân tích đồng thời được nhiều nguyên

tố với độ chính xác cao và giới hạn xác định thấp Trong công trình nghiên cứu của

mình, nhóm nguyên tố hiếm, vết được NCS phân tích bằng phương pháp phân tích

huỳnh quang tia X, kích hoạt neutron Theo đó những nguyên tố được xác định là

La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Yb, Y, Sr, K, Rb, Ba, U, Th, Ta,

Nb, Ce, Zr, P, Hf, Ti, Sc, Co với hàm lượng được tính bằng đơn vị phần triệu (ppm)

II.2.3.2 Nghiên cứu nguồn cung cấp vật liệu trầm tích

Nghiên cứu nguồn gốc của vật liệu trầm tích có ý nghĩa quan trọng trong việc luận giải nguồn gốc trầm tích, điều kiện thành tạo và bối cảnh kiến tạo liên quan Do đó, việc xác định nguồn gốc vật liệu trầm tích, NCS chủ yếu dựa vào phương pháp thạch luận nguồn gốc của W R Dickinson và C A Suczek (1979) và

phương pháp Roser và Korsch (1988) trên cơ sở thành phần nhóm nguyên tố chính

a Phương pháp Dickinson W.R và Suczek C.A (1979) theo thành phần hạt vụn

Phương pháp được áp dụng đối với các đá cát kết có hàm lượng nền/ximăng dưới 25%, theo đó các thành phần hạt vụn sau đây sẽ được định lượng hoá: thạch anh đơn tinh (Qm); thạch anh đa tinh, trong đó chủ yếu là các hạt vụn mảnh đá silic,

vi quartzit (Qp); plagioclas (P); felspat kali (K); hạt vụn đá núi lửa (Rv); hạt vụn đá

trầm tích và đá biến chất (Rs); Hạt vụn mica (muscovit, biotit); khoáng vật phụ

(turmalin, zircon, apatit, v.v )

Các thông số thạch học định lượng của thành phần hạt vụn sau đó được tính toán lại dựa theo mối liên quan tới nguồn cung cấp của chúng, cụ thể như sau:

Q = Qm + Qp; F = P + K ; R = Rv + Rs; Rt = R + Qp

Nguồn gốc của các thành phần hạt vụn trong cát kết được xác định dựa trên tương quan hàm số giữa tổ hợp hạt vụn có quan hệ trực tiếp với nguồn cung cấp thể hiện bằng vị trí của chúng trên các biểu đồ đa thành phần: QFR, QmFRt, QpRvRs

và QmPK tương ứng (hình II.9a, II.9b, II.9c, II.9d), trên đó có thể phân biệt được

các trường “nguồn cung cấp vật liệu trầm tích” làm cơ sở cho việc luận giải bồn trầm tích

Hình II.9 B iểu đồ phân định nguồn vật liệu trầm tích theo thành phần hạt vụn các đá cát kết

(Dickinson & Suczek 1979)

b Phương pháp Roser và Korsch (1988) theo thành phần nhóm nguyên tố chính

Phương pháp đặc biệt được áp dụng đối với các đá cát kết chưa bị biến đổi tạo cơ sở khoa học cho việc luận giải nguồn cung cấp vật liệu trầm tích Theo đó, hàm lượng các thành phần sau đây sẽ được phân tích: Al2O3, SiO2, TiO2, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, S, H2O-, H2O+, CO2 Hàm lượng của

thành phần nhóm các nguyên tố chính này sẽ được tính toán hiệu chỉnh dựa vào mối tương quan hàm phân biệt 1, hàm phân biệt 2 trước khi định vị chúng trên các biểu

đồ thạch hóa (hình II.10) phân định trường của các ngồn gốc cung cấp vật liệu vụn

Hình II.10 Bi ểu đồ tương quan hàm phân biệt phân định nguồn gốc vật liệu trầm tích theo

thành phần nhóm nguyên tố chính (Roser và Korsch, 1988)

Hàm phân biệt 1 = +30,638 TiO2/ Al2O3 - 12,541 Fe2O3t/Al2O3 +7,329 MgO/Al2O3 + 12,031 Na2O/Al2O3 + 35,402 K2O/Al2O3 - 6,382;

Hàm phân biệt 2 = +56,500 TiO2/Al2O3 - 10,879 Fe2O3t/Al2O3 + 30,875 MgO/Al2O3 - 5,404 Na2O/Al2O3 + 11,112 K2O/ Al2O3 - 3,89

II.2.3.3 Nghiên cứu môi trường địa động lực

Việc áp dụng kết quả thành phần hóa học định lượng của các đá trầm tích, đặc biệt là cát kết grauvac có ý nghĩa hết sức quan trọng và được nhiều tác giả sử dụng để xây dựng các biểu đồ phân định các bối cảnh kiến tạo sinh thành của chúng Trên cơ sở đó, để luận giải môi trường địa động lực sinh thành turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct), NCS tập trung sử dụng các phương pháp chính sau đây:

a Phương pháp Bhatia M.R (1983), Roser và Korsch (1988) theo thành phần hóa học nhóm nguyên tố chính

Phương pháp nghiên cứu này đặc biệt được áp dụng đối với các đá cát kết chưa bị biến đổi, tạo cơ sở khoa học cho việc luận giải bối cảnh kiến tạo và cơ chế hình thành bồn trũng trầm tích Bởi lẽ, kết quả nghiên cứu thành phần hóa học nhóm nguyên tố chính của các mẫu đá cát kết thu thập từ những bối cảnh kiến tạo

đã biết cho thấy có mối quan hệ rất chặt chẽ giữa thành phần hóa học các đá trầm tích vụn và bối cảnh kiến tạo của các bồn trầm tích Theo đó, hàm lượng các oxyt tạo đá chính sau đây sẽ được phân tích: Al2O3, SiO2, TiO2, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, S, H2O-, H2O+, CO2 Hàm lượng này sẽ được tính toán hiệu

chỉnh dựa vào mối tương quan hàm phân biệt I, hàm phân biệt II và các tỷ số trước khi định vị chúng trên các biểu đồ phân định các bối cảnh kiến tạo áp dụng phương

pháp Roser và Korsch, 1988 (hình II.11) và Bhatia, 1983 (hình II.12, II.13a, II.13b)

Hình II.11 Bi ểu đồ phân định bối cảnh kiến

tạo theo hàm lượng nguyên tố chính (Roser

và Korsch, 1988)

Hình II.12 Bi ểu đồ tương quan hàm phân biệt phân định bối cảnh kiến tạo theo thành phần nhóm nguyên tố chính (Bhatia, 1983)

Trong đó: Hàm phân biệt I = -0,0447SiO2 - 0,972TiO2 + 0,008Al2O3 – 0,267Fe2O3 + 0,208FeO -

3,082MnO + 0,140MgO + 0,195CaO + 0,719Na2O - 0,032K2O + 7,510 P2O5 + 0,303; Hàm phân biệt II = - 0,421SiO2 + 1,988TiO2 - 0,526Al2O3 - 0,551Fe2O3 - 1,610FeO + 2,720MnO + 0,881MgO - 0,907CaO - 0,177Na2O – 1,840K2O + 7,244 P2O5 + 43,57

Hình II.13 Bi ểu đồ phân định bối cảnh kiến tạo theo hàm lượng các nguyên tố chính

(Bhatia M.R, 1983) (A) Bối cảnh cung đảo đại dương, (B) Bối cảnh cung đảo lục địa, (C) Bối cảnh rìa lục địa tích cực, (D) Bối cảnh rìa thụ động.

b Phương pháp Bhatia M.R (1986) theo thành phần hóa học nhóm nguyên tố hiếm/vết

Phương pháp phân tích thành phần các nguyên tố vết và các nguyên tố đất

hiếm (REE) dưới thí nghiệm trên thiết bị hiện đại có độ tin cậy cao (hấp thụ nguyên

tử, kích hoạt neutron ) là cơ sở khoa học tin cậy cho việc luận giải điều kiện cổ

môi trường trầm tích, bối cảnh kiến tạo và cơ chế hình thành bồn trũng trầm tích Hàm lượng của các nguyên tố đất hiếm và vết này được tính toán hiệu chỉnh dựa vào mối tương quan giữa các tỷ số hàm lượng của các đá trước khi định vị chúng trên biểu đồ phân định các bối cảnh kiến tạo theo phương pháp Bhatia M.R, 1986

(hình II.14a, II.14b, II.14c, II.14d)

Hình II.14 Bi ểu đồ phân định bối cảnh kiến tạo theo nhóm nguyên tố hiếm/vết (Bhatia M.R, 1986)

(A) Bối cảnh cung đảo đại dương, (B) Bối cảnh cung đảo lục địa, (C) Bối cảnh rìa lục địa tích cực, (D) Bối cảnh rìa thụ động

Chương III ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ CẤU TẠO - VI CẤU TẠO

THÀNH TẠO TURBIDIT HỆ TẦNG CÔ TÔ

III.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT

Nhằm nghiên cứu chi tiết, toàn diện và đầy đủ đặc điểm địa chất, địa tầng, cấu tạo của các thành tạo hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct), NCS đã tiến hành khảo sát tỷ mỉ

các tuyến hành trình theo mặt cắt A1 - A2 kéo dài dọc theo rìa đông bắc đảo Cô Tô, mặt cắt B - B1 - B2 ở phía đông nam đảo Cô Tô, mặt cắt C - C1 - C2 bố trí ở phía nam đảo Cô Tô và D - D1 - D2 - D3 dọc theo rìa tây đảo Thanh Lân, kéo dài từ tây nam đến tây bắc của đảo, mặt cắt E - E1 dọc theo phần lớn rìa đông nam đảo Thanh

Lân (hình III.1 - sơ đồ tài liệu thực tế) Các lộ trình, mặt cắt địa chất được bố trí tại

những tuyến trọng yếu, mấu chốt và có phương vuông góc hoặc gần vuông góc nhất với phương cấu trúc của đá Qua đó, đã quan sát đầy đủ về thành phần thạch học, diện phân bố, đặc điểm cấu trúc - kiến tạo và chi tiết đặc điểm cấu tạo, tính chất phân lớp, phân nhịp cũng như đặc điểm biến chất, biến vị của chúng

Trên cơ sở những tài liệu mô tả chi tiết ở từng mặt cắt địa chất, NCS đã xây dựng cột địa tầng trầm tích đặc trưng cho từng mặt cắt ở mỗi khu vực nghiên cứu từ

đó liên hệ, đối sánh và xây dựng cột địa tầng tổng hợp của hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct)

III.1.1 Đặc điểm địa chất - trầm tích

III.1.1.1 Đặc điểm thạch địa tầng

Quá trình nghiên cứu chi tiết các mặt cắt địa chất - trầm tích ở đảo Cô Tô và đảo Thanh Lân (5mặt cắt) cho thấy hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) có những đặc điểm sau:

Mặt cắt phía đông bắc đảo Cô Tô: Mặt cắt được bố trí dọc theo rìa đông bắc

đảo với thành phần các thành tạo trầm tích thuộc phần giữa tập 1 (O3-S1ct 1) và các

đá thuộc phần thấp tập 2 (O3-S1ct 1 ) của hệ tầng Cô Tô (hình III.2)

Tập 1: Phần thấp nhất là lớp cát kết hạt trung bình màu xám hồng nhạt, phân

lớp song song (chiều dày mỗi lớp từ 0,3 ÷ 0,5m), chứa thấu kính cuội-sạn kết màu

xám Các hạt cuội, sạn có kích thước hạt từ 0,5 ÷ 2cm, độ mài tròn, chọn lọc trung bình Thành phần chủ yếu là thạch anh, cát kết hạt mịn, bột kết và được gắn kết bởi cát kết hạt trung bình Chuyển tiếp lên là cát kết đa khoáng hạt mịn - trung, bột kết, sét kết màu xám, xám hồng nhạt, phân lớp song song mỏng Cấu tạo phân nhịp flysch tương đối đều giữa lớp cát kết và bột kết, sét kết, chiều dày mỗi nhịp từ 2 ÷ 3m, đôi khi tới

5m (tương ứng kiểu cấu tạo Tb, Td, Te trong chu kỳ Bouma, 1962 - hình II.6) Đặc

biệt trong nhiều lớp cát kết của mỗi nhịp flysch này có cấu tạo dạng tóc rối, dạng vân

gỗ với các dải màu xám - xám sáng hoặc các tảng hoặc thấu kính bột-sét kết (điển

hình kiểu cấu tạo Tc của chu kỳ Bouma, 1962) hay cấu tạo dạng dòng cuộn, cấu tạo kỳ

dị (NCS tạm gọi là cấu tạo turbidit kiến tạo) Chiều dày tập 1 khoảng 800 ÷ 820m

Tập 2: Chuyển liên tục lên các thành tạo của tập 1, là các lớp cuội kết, cát kết

đa khoáng hạt thô chứa cuội-sạn màu xám, xám nhạt (đặc trưng cấu tạo Ta trong chu

kỳ Bouma, 1962) Thành phần hạt cuội chủ yếu là thạch anh, cát kết hạt mịn và ít bột

kết, sét kết màu xám đen Các hạt cuội có kích thước từ 2 ÷ 3cm và được gắn kết bởi cát kết hạt trung - thô Đá có độ mài tròn, chọn lọc kém, phân lớp trung bình đến dày, chiều dày mỗi lớp từ 3 ÷ 5m, đôi khi dày tới 10m Chiều dày tập 2 từ 60 ÷ 65m

Như vậy, tại mặt cắt phía đông bắc đảo Cô Tô, các trầm tích của hệ tầng có đầy đủ các dạng cấu tạo Ta, Tb, Tc, Td, Te điển hình cho mặt cắt turbidit tương ứng chu kỳ Bouma (1962) Tổng chiều của hệ tầng khoảng 860 ÷ 880m

Mặt cắt phía đông nam đảo Cô Tô: Mặt cắt được bố trí dọc theo rìa đông

nam đảo, lộ chủ yếu các trầm tích hạt mịn: cát kết hạt mịn, bột kết, sét - bột kết và sét kết màu xám, xám đen phân lớp song song thanh mỏng thuộc tập 1 của hệ tầng

(hình III.3) Đá có cấu tạo phân nhịp flysch đều, chiều dày mỗi nhịp từ 1 ÷ 3m Thông thường mỗi nhịp được bắt đầu bằng lớp mỏng cát kết hạt mịn màu xám, xám sáng, chuyển tiếp lên là sét kết, sét - bột kết, bột kết màu xám đen, xám sẫm và cuối nhịp là các lớp mỏng đá sét kết xen kẹp lớp mỏng sét-silic giàu oxit/hydroxit sắt màu nâu xám Tại lớp cát kết hạt mịn của vài nhịp flysch có cấu tạo dạng vân gỗ,

dạng tóc rối với các dải màu xám - sáng (điển hình cấu tạo Tc - hình II.6) Với

những mô tả trên cho thấy, các thành tạo trầm tích tại mặt cắt có đặc điểm cấu tạo -

vi cấu tạo đặc trưng của kiểu cấu tạo Tb, Tc, Td, Te hay cấu tạo Tb, Td, Te tùy thuộc vào lớp cát kết có hoặc không có cấu tạo điển hình turbidit, tương ứng Tc trong chu kỳ Bouma (1962) Chiều dày của hệ tầng khoảng 480 ÷ 500m

Mặt cắt phía nam đảo Cô Tô: Theo mặt cắt, lộ khá liên tục các trầm tích hạt

mịn thuộc tập 1 (O3-S1ct 1 ) của hệ tầng Cô Tô (hình III.4), gồm chủ yếu các thành

tạo cát kết đa khoáng hạt mịn - trung, bột kết, sét kết màu xám, xám tối, phân lớp song song thanh mỏng Cấu tạo phân nhịp flysch tương đối đều giữa lớp cát kết và lớp sét kết hoặc bột kết Chiều dày mỗi nhịp từ 1 ÷ 1,5m, đôi khi tới 2m Tại một số nhịp, trong lớp cát kết hạt mịn quan sát thấy cấu tạo rối có hình dạng ngoằn ngèo hoặc kỳ dị có thành phần là sét kết màu xám đen hoặc các thấu kính cuội-sạn kết thành phần chủ yếu là thạch anh, cát kết hạt trung, bột kết được gắn kết bởi cát kết hạt mịn hay một số tảng nhỏ cát kết hạt thô trong lớp sét kết Các dạng cấu tạo và thấu kính này đặc trưng cho kiểu cấu tạo turbidit kiến tạo Do vậy, với những đặc điểm trầm tích, cấu tạo nêu trên cho thấy tập trầm tích này được đặc trưng bởi các

nhịp flysch nhỏ (dày 1 ÷ 2m) tương ứng với các kiểu cấu tạo Tb, Tc, Td, Te của chu

kỳ Bouma (1962) xen kẽ với cấu tao turbidit kiến tạo liên quan với chế độ kiến tạo đồng trầm tích Chiều dày của hệ tầng khoảng từ 900 đến 920m

SƠ ĐỒ TÀI LIỆU THỰC TẾ

Hình III.2 M ặt cắt và cột địa đông bắc đảo Cô Tô.

Hình III.3 M ặt cắt và cột địa tầng đông nam đảo Cô Tô.

Hình III.4 M ặt cắt và cột địa tầng nam, đông nam đảo Cô Tô.

Mặt cắt đông nam đảo Thanh Lân: Lộ chủ yếu các trầm tích hạt mịn của

tập 1 (O3-S1ct 1) và thành tạo trầm tích hạt thô thuộc phần thấp tập 2 (O3-S1ct 2), hệ

tầng Cô Tô (hình III.5):

Tập 1: Phần thấp nhất của mặt cắt gồm các thành tạo sét kết, sét-bột kết, bột kết màu xám đen Đá có cấu tạo phân nhịp flysch không đều,phân lớp song song dạng sọc dải thanh mỏng, chiều dày các dải màu xám tối - xám sáng từ 0,05 ÷ 0,1m

(điển hình kiểu cấu tạo Td và Te trong chu kỳ Bouma, 1962)

Chuyển tiếp lên trên là cát kết đa khoáng màu xám, xám đen phong hóa nâu vàng Đá có thế nằm thoải, cấu tạo phân lớp mỏng, với chiều dày mỗi lớp từ 0,2 ÷ 0,3m, đôi khi tới 0,5m Xen với các lớp cát kết này là lớp mỏng bột kết hoặc sét kết màu xám đen, đôi nơi xen lớp mỏng đá phiến sét sericit-clorit bị ép yếu, tạo tính

chất phân nhịp flysch (dày 1 ÷ 2m) giữa lớp cát kết với lớp mỏng bột kết hay sét

kết Trong một vài lớp cát kết đa khoáng quan sát thấy cấu tạo rối có hình dạng vân

gỗ, dạng tóc rối hoặc tảng nhỏ thành phần là sét kết màu xám đen

Với những đặc điểm nêu trên cho thấy, các trầm tích của tập 1 có cấu tạo đặc trưng loạt Tb, Tc, Td, Te trong chu kỳ Bouma (1962) Chiều dày của tập vào khoảng 700 ÷ 720m

Tập 2: Chuyển liên tục lên trên các thành tạo trầm tích của tập 1, là các lớp cuội-sạn kết, cát kết đa khoáng chứa cuội, sỏi màu xám sáng, xám vàng nhạt Cấu tạo phân lớp dày, chiều dày mỗi lớp từ 1 ÷ 3m, đôi khi tới 7 ÷ 10m Đá có độ mài tròn, trọn lọc rất kém, kích thước hạt cuội-sạn dao động từ 0,5cm cho đến hàng chục

cm, được gắn kết bởi cát kết hạt trung màu nâu xám Trong đá, tỷ lệ hạt cuội-sạn chiếm 30 ÷ 35% với thành phần chủ yếu là thạch anh, cát kết, bột kết màu nâu hồng nhạt Chiều dày của tập vào khoảng 60 ÷ 70m

Chuyển dần lên trên là cát kết đa khoáng hạt thô không đều, đôi khi lẫn sạn

và các mảnh vụn đá phun trào axit màu trắng xám, xám, phân lớp trung bình tới dày Tại các lớp cát kết đa khoáng có chứa các tảng hoặc thấu kính thành phần bột

kết, sét kết màu xám đen (điển hình kiểu cấu tạo turbidit kiến tạo-Tc) và cấu tạo dạng dòng chảy cuộn, ngoằn ngèo (TU.11, TU.231) đặc trưng kiểu cấu tạo Tc trong

chu kỳ Bouma (1962) và theo mô hình vận chuyển và lắng đọng turbidit theo Middleton and Hampton (1976)

Trên cùng là lớp mỏng đá sét kết màu xám, xám tro xen kẹp các lớp mỏng sét-silic màu xám đen, đặc trưng tướng xa bờ, môi trường biển sâu Đá có cấu tạo phân lớp song song mỏng đến phân dải thanh, chiều dày mỗi lớp từ 0,1 ÷ 0,3m

(điển hình kiểu cấu tạo Te của chu kỳ Bouma, 1962) Chiều dày của tập 2 của hệ

tầng vào khoảng từ 200 đến 250m

Tóm lại, với đặc điểm trầm tích và cấu tạo mô tả tại mặt cắt phía đông nam đảo Thanh Lân cho thấy, các trầm tích của hệ tầng Cô Tô có đầy đủ các dạng cấu tạo Ta, Tb, Tc, Td, Te điển hình cho mặt cắt turbidit tương ứng chu kỳ Bouma (1962) xen kẽ với cấu tạo turbidit kiến tạo, liên quan với chế độ kiến tạo đồng trầm tích Tổng chiều dày của hệ vào khoảng 900 ÷ 970m

Mặt cắt phía tây đảo Thanh Lân: Mặt cắt kéo dài từ tây nam đến tây bắc và

phía bắc của đảo, gồmcác trầm tích hỗn tạp thuộc tập 1 (O3-S1ct 1) và trầm tích hạt mịn của tập 2 (O3-S1ct 2 ) hệ tầng Cô Tô Theo mặt cắt (hình III.6) thứ tự từ dưới lên:

Tập 1: Phần thấp nhất của mặt cắt phân bố ở phía nam, tây bắc đảo Thanh Lân bao gồm cát kết đa khoáng hạt trung đến mịn, cát-bột kết, bột kết, sét bột kết màu xám, xám sáng phớt hồng nhạt, phong hóa nâu vàng loang lổ Đá có cấu tạo phân lớp song song, độ dày lớp trung bình dao động trong khoảng lớn, từ 0,5m đến 1m, đôi khi có lớp dày tới 2m Trong các lớp bột kết, sét kết thường gặp tảng hoặc thấu kính cát kết màu nâu xám, kích thước từ 15 ÷ 20cm và cấu tạo dạng vân gỗ, dạng tóc rối tại một số lớp cát kết đa khoáng hạt trung-mịn Xen đều với các lớp cát kết đa khoáng này là các lớp mỏng bột kết hoặc sét kết màu xám đen, phân lớp song song dạng sọc dải thanh mỏng, tạo cho đá có cấu tạo phân nhịp flysch tương đối đều giữa lớp cát kết với bột kết/sét kết Tỷ lệ khối lượng của cát kết trong mỗi nhịp thường chiếm khoảng từ 2/3 đến 4/5 so với bột kết hoặc sét kết Độ dày trung bình của mỗi nhịp thay đổi từ 2,5 ÷ 3m cho đến 10 ÷ 15m

Chuyển dần lên trên chủ yếu là cát kết đa khoáng hạt trung bình màu xám vàng phớt hồng nhạt, phân lớp dày Trong các lớp cát kết này chứa các tảng hoặc thấu kính bột kết, sét kết, cấu tạo dạng sọc dải rõ nét hay những ổ sét kết màu đen

(kích thước từ 10cm cho đến 1 ÷ 2m) và cấu tạo dạng vân gỗ, xoắn, uốn lượn Đặc

biệt, trong lớp cát kết đa khoáng nêu trên (ở phía nam tây nam của đảo -

TU.09.110) gặp cấu tạo hình nêm, thành phần là cát kết hạt mịn, sét kết màu xám

đen cấu tạo phân nhịp flysch mỏng được thành tạo trước, thuộc phần thấp của hệ tầng Cô Tô(O3-S1ct) Đây là dấu ấn đổ lở dạng khối tảng của các thành tạo trầm tích

được lắng đọng trước tại sườn/thềm lục địa và được vận chuyển không xa (gần như

tại chỗ) do kết quả hoạt động mạnh mẽ của kiến tạo khu vực, đặc trưng cho quá

trình, lắng đọng vật liệu trầm tích ở tại rìa/sườn lục địa (mô hình của Middleton &

Hampton, 1976 - hình II.7)

Trên cùng chủ yếu là các đá cát kết hạt mịn, bột kết, sét kết màu xám, xám tối, phân lớp song song mỏng, với tỷ lệ khối lượng của cát kết chiếm ưu thế