ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA BỒN TRƯỚC CUNG, LIÊN HỆ VỚI THÀNH TẠO TURBIDIT HỆ TẦNG CÔ TÔ O – Sct Tóm tắt: Bài báo trình bày tóm tắt một số kết quả và nhận định về hệ tầng Cô Tô O - Sct như sau:
Trang 1ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA BỒN TRƯỚC CUNG, LIÊN HỆ VỚI
THÀNH TẠO TURBIDIT HỆ TẦNG CÔ TÔ (O – Sct ) Tóm tắt: Bài báo trình bày tóm tắt một số kết quả và nhận định về hệ tầng Cô
Tô (O - Sct) như sau: Theo đặc trưng thạch địa hóa, thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O 3-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”.
I Mở đầu
Bồn trước cung là bồn địa trầm tích biển Các thành tạo trong bồn trước cung nằm trên cấu trúc nêm tăng trưởng Cấu trúc này có nơi nổi cao như những dải núi Các đá trầm tích trong bồn trước cung ít hoặc không bị biến dạng bề dày có thể tới 5 km nằm không chỉnh hợp trên các đá thuộc cấu trúc nêm tăng trưởng Thực ra bồn trước cung về mặt hình thái không phải là bồn mà là một khối cấu trúc (terrane) được thành tạo ở phần cao của sườn cung núi lửa Trầm tích trong bồn trước cung chủ yếu thuộc thành hệ flysch (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
Các thành tạo trầm tích Paleozoi sớm vùng duyên hải miền đông bắc Việt Nam nói chung, các thành tạo turbidit thuộc hệ tầng Cô Tô nói riêng đã được nhiều tác giả nghiên cứu
và phân chia từ rất sớm Song bối cảnh kiến tạo hay môi trường địa động lực sinh thành các thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) cũng còn 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 cũng như ở Đông Nam Trung Quốc; Trên kết quả nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc địa chất, thành phần vật chất theo tuần tự tập hợp các đá trong các mặt cắt trên đảo Thanh Lân, Phạm Thanh Bình và Nguyễn Công Lượng (1999) đã
Trang 2quan niệm thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô có cấu trúc gần gũi với kiểu mặt cắt turbidit lý tưởng do D.W.Lewis đề xuất năm 1983 và được thành tạo trong môi trường xáo trộn giữa tướng biển nông - biển khơi, thuộc trường cung đảo bị chia cắt; 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 Trong chuyên khảo “Địa chất và Tài nguyên Việt Nam”, Trần Văn Trị và Vũ Khúc (2009) đã xếp các thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô 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 tương tự ở Đông Nam Trung Quốc Đó là các trầm tích có cấu tạo phân nhịp flysch, cấu tạo turbidit và là sản phẩm của sự kiện “tạo núi nội lục”
Những tài liệu nghiên cứu gần đây về thành phần vật chất, đặc điểm địa hoá, đặc biệt
là tuổi đồng vị các thành tạo magma Việt Nam nói chung, miền Đông Bắc Việt Nam nói riêng của nhiều tác giả trong và ngoài nước (Roger et al., 2000; Nam et al., 2003, Bùi Minh Tâm,
2008, Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009,…) cho thấy: Trong giai đoạn Paleozoi sớm hoạt động địa chất ở miền đông bắc Việt Nam đã diễn ra trong môi trường địa động lực “đai tạo núi nội lục” và có cùng lịch sử hoạt động với khối lục địa Hoa Nam hay đông nam Trung Quốc
Vấn đề còn tồn tại, cần phải tiếp tục nghiên cứu đó là nguồn gốc trầm tích và môi trường địa động lực của các thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct)
II Môi trường địa động lực thành tạo turbidit
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 I.1) 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)
Trang 3Hình I.1 Mô hình kiến 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”
III Môi trường địa động lực thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô theo đặc điểm địa chất - cấu trúc miền Đông Bắc Bắc Bộ
Tạo núi Paleozoi sớm ở miền Đông Nam Trung Quốc được luận giải theo nhiều
cách khác nhau Một số tác giả nghiêng về quan điểm tạo đai va chạm (collision belt), còn
đa phần cho rằng đó là sản phẩm của quá trình “tạo núi nội lục” (intracontinental
orogeny) Nhận định này dựa trên những chứng cứ là sự vắng mặt của ophiolit, magma
cung đảo, phức hệ hút chìm và biến chất áp lực cao, đặc trưng cho các đới va chạm mảng Ngược lại, biến dạng bóc tách d o, biến chất nhiệt độ cao, áp suất trung bình - thấp và nóng
Trang 4chảy vỏ (migmatit và granitoid) lại nổi trội đặc trưng cho “tạo núi nội lục” được kiểm soát bởi quá trình hút chìm dưới phần bắc của phần nam khối Cathaysia (hình II).
Gần đây, Michel Faure và nnk (2009) đã đưa ra mô hình tiến hóa địa động lực
Paleozoi sớm miền Đông Nam Trung Quốc như sau (Hình II.1,2,3):
Trong Neoproterozoi, khoảng 850 ÷ 800tr.n, rift Hoa Nam (Nanhua) đã xuất hiện Sự kiện này đã xảy ra sau khi kết thúc quá trình tạo núi Giang Nam (Jiangnan) gắn kết các khối Dương tử (Yangtze) và Cathaysia Phần trung tâm của rift có độ sâulớn đủ để tạo nên
tầng trầm tích silic nằm trên dung nham kiềm cầu gối Đặc trưng địa hóa của các đá núi lửa kiềm hoàn toàn đối lập với môi trường đại dương, minh chứng cho sự tồn tại của rift trong Neoproterozoi
Ở thời điểm 465tr.n, sau thời k lắng đọng trầm tích lâu dài, có chiều dày từ 7 ÷ 8km, giai đoạn nén ép bắt đầu xảy ra quá trình chờm nghịch của phần nam xuống dưới phần bắc của khối Cathaysia Trung tâm của rift liên quan với sự chờm nghịch của trầm tích sâu, peridotit manti và một vài mảnh của lớp vỏ dưới trong quá trình biến dạng hướng nam Về phía bắc, nơi có bề dày trầm tích mỏng hơn, quá trình “tạo núi nội lục” đã dẫn tới sự xuất hiện bồn turbidit hướng tây bắc vào giai đoạn Ordovic giữa muộn kéo dài đến tận Silua
Tại thời điểm 440 ÷ 430tr.n hoạt động kiến tạo được tiếp nối bằng quá trình nóng
chảy sâu (anatexis) và sự định vị sau kiến tạo của granit chủ yếu giàu nhôm Đây cũng là
thời điểm tạo vòm chủ yếu của khối Nam Trung Hoa trong khoảng 435 ÷ 425tr.n Sự sắp xếp hướng bắc - nam của các pluton granit có thể tương ứng với đứt gãy sâu và sự có mặt của đứt gãy sâu như vậy có thể giúp ích cho quá trình nóng chảy ở móng của vỏ
Như vậy, đai tạo núi Paleozoi sớm chính là “tạo núi nội lục” (intracontinental
orogeny) trước Devon không tương thích với sự đóng kín của nhánh đại dương, mà được
tạo bởi quá trình “hút chìm nội lục” (intracontinental subduction) Để nhấn mạnh sự khác
biệt với sự kiện tạo núi va chạm mảng có đới khâu ophiolit, Michel Faure và nnk (2009) gọi
tên đứt gãy - rift liên quan với sự kiện “hút chìm nội lục” này là “đứt gãy sẹo” (scar fault).
Đó là đai “tạo núi nội lục” không có đới khâu đại dương Theo mô hình tiến hóa địa động lực này, quá trình “tạo núi nội lục” dẫn đến sự xuất hiện bồn turbidit hướng tây bắc xảy ra
trong giai đoạn Ordovic giữa - muộn đến tận Silur (460 ÷ 444tr.n), hoàn toàn tương ứng với tuổi hóa thạch của hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) đã trình bày ở trên.
Trang 5Hình II.1 Quá trình nứt tách vỏ luc địa cổ và lắng đọng
trầm tích sau va chạm khối Dương Tử - Cathaysia và hoạt động
rift Hoa Nam (Nanhua) vào Ordovic giữa (470tr.n)
Hình II.2 Quá trình hút chìm nội lục (Intracontinental subduction)
vào Ordovic muộn (460 ÷ 444tr.n)
Hình II.3 Quá trình phong hoá và bào mòn trầm tích cổ và lắng đọng turbidit tại vị trí sụt sâu do hoạt động đứt gãy tại khối
Cathaysia vào silur sớm (444 ÷ 430tr.n)
Trang 6Tài liệu nghiên cứu địa chất - cấu trúc miền Đông Bắc Bắc Bộ hiện nay cho thấy, trong những thành tạo địa chất tuổi Paleozoi sớm không có mặt những tổ hợp thạch kiến tạo đặc trưng cho môi trường địa động lực bối cảnh kiến tạo “tạo núi đồng va chạm lục địa
-lục địa” (syn - collision) như: ophiolit, basalt kiểu dãy núi giữa đại dương (MORB), magma cung núi lửa (VA), các đá biến chất áp lực cao (HPM)…; song lại phổ biến các thành tạo
biến chất nhiệt độ cao, áp lực trung bình - thấp, tổ hợp migmatit-granitoid tương ứng với
sự kiến “tạo núi nội lục” Thành tạo granit- migmatit, gneiss dạng batholith, granit hai mica dạng phorphyr với các ban tinh felspat kali dạng mắt, dạng oval phân bố dọc cấu trúc dạng vòm, được xếp vào phức hệ Sông Chảy có tuổi đồng vị U - Pb trong khoảng 465 ÷ 402tr.n
(Roger et al., 2000, 2001; Yan et al., 2006 trong Bùi Minh Tâm và nnk, 2008), thuộc kiểu
S-granit nguồn gốc vỏ lục địa, được xem như là sản phẩm của quá trình “tạo núi nội lục”
Ngoài ra, các biến dạng “Caledoni” vào khoảng Ordovic giữa - muộn (465 ÷ 445tr.n) được coi là minh chứng quan trọng cho sự kiện tạo núi nội lục ở Đông Nam Trung Quốc, cũng quan sát thấy ở miền Đông Bắc Bắc Bộ Đó là các trầm tích biển nông tuổi Ordovic giữa - muộn của tổ hợp thạch kiến tạo thềm lục địa thụ động nằm bất chỉnh hợp trên các trầm tích Cambri ở đông Việt Bắc [Hutchison, 1989]; các trầm tích Devon không biến chất nằm bất chỉnh hợp trên các đá trầm tích biến chất thấp Ordovic muộn - Silua sớm của hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) ở đảo Trần.
Dựa trên những tài liệu nghiên cứu địa chất - cấu trúc và phân định các tổ hợp thạch kiến tạo Paleozoi sớm miền Đông Bắc Bắc Bộ và tiệm với mô hình tiến hóa địa động lực tạo
núi nội lực Paleozoi sớm miền Đông Nam Trung Quốc (hình II.1,2,3), có thể đưa ra tiến
trình hoạt động địa chất - cấu trúc Paleozoi sớm miền Đông Bắc Bắc Bộ dưới đây
Trong giai đoạn Cambri - Ocdovic sớm (€ - O1), ở các bể trầm tích Việt Bắc, ngoài trầm tích lục nguyên - cacbonat chứa tập hợp Bọ ba thùy, Tay cuộn trên thềm biển nông
(giống hoàn toàn với lớp phủ nền Dương tử), còn có basalt, đá phiến silic chứa mangan ở
Hà Giang và tổ hợp ophiolit Bắc Quang đặc trưng cho rift nội lục hoặc biển rìa
Trong giai đoạn Ordovic giữa - Silua sớm (O2 - S1), sau thời k lắng đọng trầm tích lâu dài, giai đoạn nén ép bắt đầu dẫn đến quá trình chờm nghịch của các terran trong
cùng khối Cathaysia theo các đới đứt gãy, đi kèm với quá trình biến dạng mạnh mẽ (Trần
Thanh Hải trong Trần Văn Trị & Vũ Khúc đồng chủ biên, 2009) Phía đông nam (phụ đới Quảng Ninh) nơi có bề dày trầm tích mỏng hơn, quá trình chờm nghịch này dẫn tới sự
thành tạo tầng trầm tích turbidit, tuf vụn thô, đá phiến chứa Bút đá của hệ tầng Cô Tô
Trang 7(O3-S1ct) - Tấn Mài (O3-S1tm) Giai đoạn này tương ứng với môi trường địa động lực “hút chìm
nội lục” (intracontinental subduction) hoàn toàn khác biệt với bối cảnh kiến tạo “hút chìm đại dương” (oceanic subduction).
Trong giai đoạn Silua - Devon sớm (S - D1), hoạt động kiến tạo được tiếp nối bằng
quá trình nóng chảy sâu (anatexis) và sự định vị sau kiến tạo của granit giàu nhôm, cao
kali nguồn gốc nóng chảy vỏ lục địa, có tuổi thành tạo chủ yếu trong khoảng 445 ÷ 422tr.n tạo nên vòm biến chất Sông Chảy, là sản phẩm của sự kiện “tạo núi nội lục”
(intracontinental orogeny, theo Faure và nnk (2009) sự sắp xếp của các xâm nhập granitoit
miền Nam Trung Quốc (trong đó có khối sông Chảy), theo hướng Bắc - Nam tương ứng
với đứt gãy sâu thuận lợi cho quá trình nóng chảy
Như vậy, tiến trình hoạt động kiến tạo Paleozoi sớm miền Đông Bắc Việt Nam bao gồm các giai đoạn chủ yếu sau:
+ Giai đoạn Cambri - Ordovic sớm: rift nội lục
+ Giai đoạn Ordovic giữa - Silua sớm: hút chìm nội lục (tạo turbidit Cô Tô).
+ Giai đoạn Silur - Devon sớm: tạo núi nội lục (nóng chảy sâu và định vị granit).
Theo mô hình trên, thành tạo turbidit hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) được hình thành trong
đới hút chìm nội lục diễn ra trong giai đoạn Ordovic giữa - Silua sớm
Từ những nội dung trình bày ở trên về môi trường địa động lực sinh thành turbidit hệ tầng Cô Tô theo đặc trưng địa hóa nhóm nguyên tố chính và nguyên tố hiếm/vết, đặc điểm địa chất - cấu trúc miền Đông Bắc Bắc Bộ nói riêng và rìa đông nam địa
khối Nam Trung Hoa (Hoa Nam) nói chung có thể đi đến nhận định là: thành tạo turbidit hệ
tầng Cô Tô (O3-S1ct) được hình thành trong môi trường địa động lực “rìa mảng hội tụ” và
có thể liên quan với sự kiện “hút chìm nội lục” diễn ra vào cuối Ordovic - đầu Silua (O3-S1)
Mặc dù, hiện nay vẫn còn nhiều quan điểm chưa thống nhất về bối cảnh kiến tạo sinh thành turbidit hệ tầng Cô Tô Theo tài liệu của tác giả, đồng thời so sánh với các vùng lân cận thì bối cảnh kiến tạo “ rìa mảng hội tụ” có thể liên quan với sự kiện “hút chìm nội lục” cho turbidit ở Cô Tô là hợp lý hơn cả và tiệm cận với “mô hình địa động lực Paleozoi sớm
miền đông nam Trung Quốc” (Faure M., 2009) Vấn đề này cần được tiếp tục nghiên cứu bổ
sung
Trang 8VĂN LI U THAM KH O Ệ Ả
1 Đặng Mỹ Cung, Nguyễn Linh Ngọc, Bùi Minh Tâm, 2010 Đặc điểm thạch học, cấu tạo - vi cấu tạo và ý nghĩa của các thành tạo turbidit trong hệ tầng Cô Tô, quần đảo Cô
Tô, Quảng Ninh TC Địa chất, loạt A, số 317 ÷ 318/3- 6/2010, trang 21 ÷ 28 Cục ĐCKSVN Hà Nội
2 Dương Đức Kiêm và nnk, 2001 Từ điển địa chất Anh - Việt NXB từ điển Bách khoa
Hà Nội
3 Đặng Trần Huyên và nnk, 2007 Địa tầng các trầm tích Phanerozoi ở Đông Bắc bộ Lưu trữ Địa chất Hà Nội
4 Trần Văn Trị và Vũ Khúc (đồng chủ biên), 2009 Địa chất và Tài nguyên Việt Nam NXB Khoa học Tự nhiên và Công Nghệ Hà Nội