Lịch sử tiến hóa trái đất

Để tránh những sai lạc và ngộnhận về quan hệ địa tầng trong các mặt cắt phức tạp, khi áp dụng những nguyên lý cơ bản trên đâynhà địa chất cần phải tính đến những biến đổi về trạng thái v

(Chỉnh sửa, bổ sung và cập nhật tài liệu mới)

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Tác giả xin dành cuốn sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất” – kết quả lao động nghề giáo của mình khi đã luống tuổi để kính tặng:

Thân phụ và thân mẫu – những người nông dân thất

học đã chắt chiu từng hạt gạo, củ khoai để nuôi con

ăn học.

GS Nguyễn Văn Chiển – người thầy đã dìu dắt tác giả

học tập và trưởng thành trong Địa chất học.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Phần I KHÁI NIỆM CƠ BẢN & CÁC PHƯƠNG PHÁP Chương 1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

1.1 CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN 5

1.1.1 Nguyên lý hiện tại 5

1.1.2 Các nguyên lý cơ bản khác của Địa tầng học 6

1.2 XÁC ĐỊNH TUỔI TƯƠN G ĐỐI CỦA ĐÁ 7

1.2.1 Khái niệm chung 7

1.2.2 Phương pháp phân tích mặt cắt địa tầng 8

1.2.3 Phương pháp khoáng thạch 9

1.2.4 Phương pháp phân tích chuyển động kiến tạo 10

1.2.5 Phương pháp phân tích chu kì trầm tích 12

1.2.6 Các phương pháp địa vật lý 12

Phương pháp carota 13

Phương pháp cổ từ 13

Phương pháp địa chấn 15

1.2.7 Các phương pháp sinh địa tầng 16

Cơ sở khoa học của phương pháp 16

Quá trình hình thành khoa học sinh địa tầng 17

Phương pháp hoá thạch định tầng 20

Các dạng hoá thạch chỉ đạo 20

Các phức hệ hoá thạch đặc trưng 21

Các phương pháp khác liên quan với sinh địa tầng 23

Phương pháp thống kê 24

Phương pháp tiến hoá 24

Phương pháp cổ sinh thái 24

Phương pháp sinh thái địa tầng 24

Phương pháp cổ địa lý 25

Phương pháp cổ khí hậu hay khí hậu địa tầng 25

Ý nghĩa và hạn chế của các phương pháp sinh địa tầng 26

Sự di cư của sinh vật 28

Sự thiếu thốn tư liệu địa chất 28

Sự thiếu thốn về tư liệu địa tầng 29

1.2.8 Phương pháp Địa tầng sự kiện và Địa tầng dãy 30

1.3 XÁC ĐỊNH TUỔI TUYỆT ĐỐI CỦA ĐÁ 31

1.3.1 Khái niệm ban đầu 31

1.3.2 Sự phân rã phóng xạ và định tuổi đồng vị phóng xạ 31

Cơ sở khoa học 31

Sự phân rã phóng xạ 32

1.3.3 Các phương pháp xác định tuổi tuyệt đối 33

Phương pháp Kali - Argon 33

Phương pháp Rubidi- Stronti 33

Phương pháp Urani-Thori-Chì 33

Phương pháp Samari – Neodymi 34

Định tuổi vết phân hạch 34

Đồng vị do tia vũ trụ 34

Phương pháp Carbon-14 34

Các phương pháp Triti, Beryli-10, Silic-32, Clor-36 35

Chương 2 MÔI TRƯỜNG THÀNH TẠO TRẦM TÍCH 36

2.1 ĐÁ TRẦM TÍCH VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHÚNG 36

2.1.1 Đặc điểm đá trầm tích 36

2.1.2 Cấu trúc của đá trầm tích 37

2.1.3 Các môi trường thành tạo đá trầm tích 38

2.2 MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH BIỂN 38

2.2.1 Biển và hình thái đáy biển 38

2.2.2 Phân bố trầm tích và sinh vật ở biển 40

a Vùng ven bờ 40

b Khu vực biển nông 41

c Khu vực biển sâu 42

d Khu vực biển thẳm 42

2.2.3 Biển tiến, biển thoái và mực nước biển toàn cầu 42

- Sự dao động mực nước biển 42

- Trầm tích biển tiến và biển thoái 43

- Mực nước biển toàn cầu 44

2.3 MÔI TRƯỜNGTRẦM TÍCH CHUYỂN TIẾP BIỂN - LỤC ĐỊA 46

2.3.1 Đặc điểm chung của vùng chuyển tiếp 46

2.3.2 Trầm tích ở tam giác châu 46

2.3.3 Trầm tích bãi triều và đê cát ven biển 47

2.3.4 Trầm tích vùng đầm phá 48

2.4 MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH LỤC ĐỊA 49

2.4.1 Đặc điểm môi trường trầm tích lục địa 49

2.4.2 Các khu vực trầm tích lục địa 50

2.4.3 Một số dạng trầm tích lục địa phổ biến 50

2.5 TƯỚNG ĐÁ VÀ MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH 51

Chương 3 PHÂN LOẠI VÀ ĐỐI SÁNH ĐỊA TẦNG 54

3.1 ĐỐI TƯỢNG CỦA ĐỊA TẦNG HỌC 54

3.2 PHÂN LOẠI ĐỊA TẦNG 55

3.2.1 Quá trình hình thành hệ thống phân vị địa tầng 55

3.2.2 Phân vị địa tầng 55

Định nghĩa 55

Khối lượng và ranh giới của phân vị địa tầng 55

Stratotyp của phân vị địa tầng 56

3.3 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỊA TẦNG 57

3.3.1 Các hình loại phân vị địa tầng 57

3.3.2 Thạch địa tầng 57

Khái niệm chung 57

Hệ thống các phân vị thạch địa tầng 58

Hệ tầng 59

Tập 62

Lớp (hệ lớp) hay vỉa 63

Loạt 63

Phức hệ 63

Đới và tầng thạch địa tầng 63

3.3.3 Các phân vị theo tính chất riêng biệt của đá 64

Phân vị địa chấn địa tầng 64

Phân vị từ địa tầng 64

Phân vị khí hậu địa tầng 65

Các phân vị giới hạn bất chỉnh hợp 65

3.3.4 Sinh địa tầng 66

Định nghĩa và các khái niệm cơ bản 66

Các đới sinh địa tầng 67

Đới phức hệ 67

Đới phân bố 68

Đới phân bố taxon 68

Đới cùng phân bố 69

Đới Oppel 69

Đới chủng loại hay đới nguồn gốc phát sinh 70

Đới cực thịnh 70

3.3.5 Thời địa tầng 71

Định nghĩa và hệ thống phân loại 71

Các phân vị thời địa tầng 71

Liên giới 71

Giới 72

Hệ 72

Thống 72

Bậc 72

Đới 72

Các phân vị thời địa tầng khu vực 73

Bậc khu vực 73

Hệ lớp khu vực 73

3.4 ĐỐI SÁNH ĐỊA TẦNG 74

3.4.1 Cơ sở đối sánh địa tầng 74

3.4.2 Đối sánh địa tầng với độ chính xác cao 74

3.4.3 Đối sánh các mặt cắt địa tầng và xác lập sơ đồ địa tầng khu vực 74

Bảng 3.3 Thời địa tầng quốc tế và tuổi địa chất 76

Chương 4 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ KIẾN TẠO MẢNG 78

4.1 KIẾN TẠO VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC VỎ TRÁI ĐẤT 78

4.1.1 Kiến tạo học và lịch sử phát triển Trái Đất 78

4.1.2 Vỏ Trái Đất 78

a Cấu trúc vỏ Trái Đất 78

b Nền, khiên và đai núi uốn nếp 79

4.2 KHÁI NIỆM BAN ĐẦU VỀ KIẾN TẠO MẢNG 80

4.2.1 Những ý niệm ban đầu về sự trôi lục địa 80

4.2.2 Dẫn liệu cổ từ chứng minh lục địa trôi dạt 82

Đảo từ và sự mở rộng đáy biển 83

4.3 RANH GIỚI CÁC MẢNG 85

4.3.1 Ranh giới mảng phân kỳ 85

4.3.2 Ranh giới mảng hội tụ 87

a Ranh giới mảng đại dương - đại dương 87

b Ranh giới mảng đại dương - lục địa 87

c Ranh giới mảng lục địa - lục địa 88

4.3.3 Ranh giới chuyển dạng 89

4.4 BỐI CẢNH KIẾN TẠO CỔ 89

4.4.1 Tổ hợp ophiolit 89

4.4.2 Tổ hợp đá của đới hút chìm 91

4.4.3 Tổ hợp rift lục địa 92

4.4.4 Tổ hợp đá của nền 92

4.4.5 Tổ hợp đai núi xô húc 93

4.4.6 Cát kết và kiến tạo mảng 94

4.5 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC MẢNG 94

4.5.1 Tốc độ chuyển động các mảng 94

4.5.2 Cơ chế dẫn truyền của kiến tạo mảng 95

4.5.3 Kiến tạo mảng và hoạt động tạo núi 96

4.5.4 Vi mảng và Địa khu 97

4.5.5 Chu kỳ siêu lục địa 98

4.5.6 Điểm nóng và chùm manti 100

4.6 KIẾN TẠO MẢNG VÀ PHÂN BỐ TÀI NGUYÊN 100

4.6.1 Kiến tạo mảng và phân bố sự sống 100

4.6.2 Kiến tạo mảng và phân bố tài nguyên khoáng 102

Phần II CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN VỎ TRÁI ĐẤT Chương 5 TIỀN LỊCH SỬ ĐỊA CHẤT 105

5.1 NGUỒN GỐC VÀ LỊCH SỬ CỦA HỆ MẶT TRỜI 105

5.1.1 Đặc tính chung của hệ Mặt Trời 105

5.1.2 Các giả thuyết về nguồn gốc của hệ Mặt Trời 106

a Các giả thuyết tiến hoá 106

b Các giả thuyết ngẫu biến 107

c Giả thuyết tinh vân Mặt Trời 109

5.2 SỰ HÌNH THÀNH NHÂN, MANTI VÀ VỎ TRÁI ĐẤT 111

5.2.1 Đại dương magma và lịch sử nhiệt Trái Đất 111

Lịch sử nhiệt của Trái Đất 111

5.2.2 Sự hình thành nhân Trái Đất 112

5.2.3 Sự hình thành vỏ Trái Đất 113

Vỏ nguyên thuỷ 113

Thành phần vỏ nguyên thuỷ 113

Những lục địa đầu tiên 114

5.2.4 Sự tăng trưởng lục địa 114

Cơ chế tăng trưởng 114

Tốc độ tăng trưởng lục địa 115

5.3 KỶ NGUYÊN HADEN 116

5.3.1 Khái quát về kỷ nguyên Haden 116

5.3.2 Tiền Arkei - Kỷ nguyên Haden 117

5.3.3 Sự chuyển tiếp từ kỷ nguyên Haden đến Arkei 118

Chương 6 ARKEI 119

6.1 KHÁI QUÁT VỀ TIỀN CAMBRI 119

6.1.1 Nhận xét chung 119

6.1.2 Đặc điểm của đá Tiền Cambri 120

6.1.3 Khái quát về Arkei 121

6.2 CÁC TỔ HỢP ĐÁ ARKEI 122

6.2.1 Các đai đá lục 123

6.2.2 Tổ hợp granitoid - đá lục 124

6.2.3 Tổ hợp đá của nền 125

6.2.4 Tổ hợp biến chất cao 125

6.2.5 Quan hệ của các tổ hợp biến chất cao và biến chất thấp 126

6.3 BỐI CẢNH KIẾN TẠO ARKEI 126

6.3.1 Mô hình rift 127

6.3.2 Mô hình cung và bình nguyên đại dương 127

6.3.3 Mô hình nền 128

6.3.4 Mô hình xô húc 128

6.3.5 Arkei ở Đông Á và Việt Nam 129

6.4 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ SỰ SỐNG TRONG ARKEI 130

6.4.1 Khí quyển và đại dương 130

Nguồn gốc và sự biến đổi của khí quyển 130

Nguồn gốc và sự biến đổi của nước đại dương 131

6.4.2 Xuất hiện sự sống trong Arkei 133

Nguồn gốc sự sống 133

Giả thuyết nguồn gốc sự sống từ nhiệt dịch đáy biển 136

Những sinh vật đầu tiên 136

6.5 KHOÁNG SẢN TUỔI ARKEI 138

Chương 7 PROTEROZOI 139

7.1 CÁC TỔ HỢP ĐÁ PROTEROZOI 140

7.1.1 Tổ hợp đá của nền 140

7.1.2 Tổ hợp đá tạo núi xô húc 140

7.1.3 Tổ hợp ophiolit 142

7.1.4 Tổ hợp đá tách giãn lục địa 142

7.1.5 Tổ hợp đai mạch diabas 143

7.1.6 Tổ hợp granit-anorthosit 143

7.1.7 Xâm nhập phân tầng 144

7.2 HOẠT ĐỘNG KIẾN TẠO 144

7.2.1 Tiến hoá vỏ trong Paleoproterozoi 144

Sự hình thành Laurentia trong Paleoproterozoi 145

7.2.2 Tiến hóa vỏ trong Mesoproterozoi 145

7.2.3 Tiến hóa vỏ trong Neoproterozoi 148

7.2.4 Proterozoi ở Đông Á 149

Proterozoi ở Trung Quốc 149

Proterozoi ở Việt Nam 151

7.3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 154

7.3.1 Điều kiện khí hậu Proterozoi 154

7.3.2 Điều kiện thành tạo quarzit sắt và trầm tích màu đỏ 154

7.4 SINH GIỚI TRONG PROTEROZOI 155

7.4.1 Sinh vật nguyên thuỷ của Paleoproterozoi – Mesoproterozoi 155

Sự xuất hiện kiểu tế bào mới 155

Sinh vật đa bào 156

7.4.2 Sinh giới của Neoproterozoi 157

7.5 KHOÁNG SẢN TRONG PROTEROZOI 159

Chương 8 PALEOZOI SỚM 160

8.1 KHÁI QUÁT VỀ PALEOZOI VÀ PALEOZOI SỚM 160

8.2 SINH GIỚI TRONG PALEOZOI SỚM 161

8.2.1 Một số nhóm sinh vật chủ yếu 161

Dạng Chén cổ (Archaeocyatha) 161

Bọ ba thùy (Trilobita) 162

Bút đá (Graptolithina) 164

Tay cuộn (Brachiopoda) 164

Động vật Sợi chích (Cnidaria) 165

Thân mềm (Mollusca) 166

Da gai (Echinodermata) 166

8.2.2 Tiến hoá và sự tuyệt chủng trong sinh giới 167

Tiến hoá toả tia sinh giới trong Paleozoi sớm 167

Hiện tượng tuyệt chủng trong sinh giới 168

8.3 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT TRONG PALEOZOI SỚM 170

8.3.1 Khái quát chung 170

8.3.2 Hoạt động tạo núi Paleozoi sớm 172

Tạo núi Salair và tạo núi Toàn Phi 173

Tạo núi Tacon 174

Hoạt động địa chất ở một số khu vực mảng lục địa 175

8.3.3 Điều kiện khí hậu Paleozoi sớm 175

8.3.4 Paleozoi sớm ở Việt Nam 176

8.4 K H OÁ NG S Ả N P ALE O ZO I S ỚM 178

Chương 9 PALEOZOI TRUNG (Silur và Devon) 180

9.1 KHÁI QUÁT VỀ PALEOZOI TRUNG 180

9.2 SINH GIỚI TRONG PALEOZOI TRUNG 181

9.2.1 Khái quát 181

9.2.2 Một số nhóm sinh vật chủ yếu 181

Động vật không xương sống 181

- Động vật Sợi chích (Cnidaria) 181

- Lỗ tầng (Stromatoporoidea) 184

- Bút đá (Graptolithina) 184

- Tay cuộn (Brachiopoda) 184

- Thân mềm (Mollusca) 186

- Da gai (Echinodermata) 188

- Chân khớp (Arthropoda) 188

Động vật có xương sống 189

Tiến hoá của thực vật 190

9.2.3 Sự tuyệt chủng sinh vật biển ở Devon muộn 191

9.2.4 Tỉnh sinh địa lý Malvinokaffric 192

9.3 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT TRONG PALEOZOI TRUNG 194

9.3.1 Bộ mặt thế giới trong Paleozoi trung 194

9.3.2 Hoạt động tạo núi 196

9.3.3 Một số đặc điểm trong hoạt động địa chất Paleozoi trung 197

Sự thành tạo “Cát kết đỏ cổ” 197

Sự phổ biến trầm tích tướng ám tiêu trong Paleozoi trung 197

Đặc điểm địa chất một số nền lục địa trong Paleozoi trung 198

Paleozoi trung ở Việt Nam 199

9.3.4 Đặc điểm khí hậu trong Paleozoi trung 200

9.4 KHOÁNG SẢN TRONG PALEOZOI TRUNG 201

Chương 10 PALEOZOI MUỘN 203

10.1 KHÁI QUÁT VỀ PALEOZOI MUỘN 203

10.2 SINH GIỚI TRONG PALEOZOI MUỘN 204

10.2.1 Động vật không xương sống 204

- Động vật nguyên sinh 204

- Động vật Sợi chích 205

- Tay cuộn 206

- Thân mềm 207

- Bọ ba thùy 209

- Động vật không xương sống trên cạn 210

10.2.2 Động vật có xương sống 210

10.2.3 Sự phát triển rầm rộ của thực vật 211

10.2.4 Hiện tượng tuyệt chủng cuối Permi 216

10.3 BỘ MẶT TRÁI ĐẤT TRONG PALEOZOI MUỘN 217

10.3.1 Cổ địa lý và quá trình hình thành Pangea 217

10.3.2 Chế độ kiến tạo và hoạt động tạo núi Hercyni 219

10.4 BỐI CẢNH ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 222

10.5 KHOÁNG SẢN TRONG PALEOZOI THƯỢNG 223

Chương 11 TRIAS 224

11.1 KHÁI QUÁT VỀ LỊCH SỬ MESOZOI VÀ KỶ TRIAS 224

11.2 SINH GIỚI TRONG TRIAS 225

11.2.1 Nhận xét chung 225

11.2.2 Động vật không xương sống 225

Ngành Thân mềm 225

Trùng lỗ 226

San hô 227

Tay cuộn 227

11.2.3 Động vật có xương sống 227

11.2.4 Thực vật 229

11.2.5 Sự tuyệt chủng cuối Trias 229

ĐỌC THÊM: NGUỒN GỐC VÀ SỰ TIẾN HÓA CỦA BÒ SÁT 229

11.3 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT 233

11.3.1 Khái quát về các sự kiện địa chất trong Trias 233

11.3.2 Mở đầu quá trình phá vỡ của Pangea 235

11.3.3 Đông Nam Á và tạo núi Indosini 236

11.4 ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU 238

11.5 KHOÁNG SẢN TRONG TRIAS 240

Chương 12 JURA VÀ CRETA 241

12.1 KHÁI QUÁT VỀ LỊCH SỬ JURA VÀ CRETA 241

12.2 SINH GIỚI TRONG JURA VÀ CRETA 241

12.2.1 Động vật không xương sống 241

Ngành Thân mềm 241

Lớp Chân rìu 241

Lớp Chân đầu 243

Trùng lỗ, San hô sáu tia, Tay cuộn 245

12.2.2 Động vật có xương sống 245

Bò sát 245

Chim 247

Động vật Có vú 247

12.2.3 Thực vật 247

12.2.4 Hiện tượng tuyệt chủng trong Creta 248

12.3 SỰ BIẾN ĐỔI CỦA BỘ MẶT TRÁI ĐẤT 248

12.3.1 Khái quát về các sự kiện địa chất trong Jura và Creta 248

12.3.2 Các địa khu 251

12.4 LỊCH SỬ KIẾN TẠO MỘT SỐ KHU VỰC 251

12.4.1 Hoạt động tạo núi 251

12.4.2 Đông Á và Đông Nam Á 252

12.4.3 Tây Bắc Mỹ 252

12.4.4 Vùng Caribbe 253

12.4.5 Dãy Andes 253

12.4.6 Đại Tây Dương 254

12.5 ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TRONG JURA-CRETA 254

12.6 KHOÁNG SẢN TRONG JURA-CRETA 255

ĐỌC THÊM VỀ SỰ TUYỆT CHỦNG CUỐI CRETA 256

Chương 13 KAINOZOI PALEOGEN VÀ NEOGEN (ĐỆ TAM) 263

13.1 KHÁI QUÁT VỀ KAINOZOI VÀ ĐỆ TAM 263

13.2 THẾ GIỚI SINH VẬT TRONG ĐỆ TAM 264

13.2.1 Động vật không xương sống 264

Động vật không xương sống trong Paleogen 264

Động vật không xương sống trong Neogen 265

13.2.2 Động vật có xương sống 267

Vai trò các cầu nối lục địa đối với sự phát triển động vật 267

Động vật có vú trong Paleogen 267

Động vật có vú trong Neogen 269

Sự tiến hóa của ngựa 271

13.2.3 Thực vật 273

13.2.4 Hiện tượng tuyệt chủng trong Đệ Tam 274

13.3 BỘ MẶT THẾ GIỚI TRONG ĐỆ TAM 274

13.3.1 Những nét lớn về hoạt động địa chất trong Paleogen 274

13.3.2 Những nét lớn về hoạt động địa chất trong Neogen 276

13.4 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KIẾN TẠO 276

13.4.1 Khái quát về hoạt động kiến tạo trong Đệ Tam 276

13.4.2 Hoạt động tạo núi Alpi 277

13.4.3 Hoạt động tạo núi Himalaya 278

13.4.4 Đai tạo núi Thái Bình Dương 280

13.4.5 Hệ thống rift Đông Phi 281

13.4.6 Đệ Tam ở Việt Nam, Biển Đông và đứt gãy Sông Hồng 282

13.4.7 Cầu nối Trung Mỹ và vùng Caribe 285

13.4.8 Đứt gãy San Andreas 286

13.5 ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TRONG ĐỆ TAM 287

13.5.1 Bối cảnh chung 287

13.5.2 Sự phân tầng của nước biển 288

13.5.3 Khủng hoảng Messin 289

13.6 KHOÁNG SẢN 290

Than đá và dầu mỏ 290

Khoáng sản nội sinh 290

Chương 14 ĐỆ TỨ 291

14.1 KHÁI QUÁT VỀ KỶ ĐỆ TỨ 291

14.2 SINH GIỚI CỦA KỶ ĐỆ TỨ 292

14.2.1 Đặc điểm của sinh giới Đệ Tứ 292

Hiện tượng tuyệt chủng cuối Pleistocen 294

Sự di cư liên lục địa của động vật 295

14.2.2 Sự xuất hiện và tiến hoá của loài người 296

Anthropoidea (Dạng Người) 297

Hominidae (Họ người) 297

14.3 KHÍ HẬU BĂNG GIÁ CỦA KỶ ĐỆ TỨ 299

14.3.1 Hiện tượng băng giá Đệ Tứ 299

14.3.2 Sự biến đổi khí hậu trong Đệ Tứ 300

14.3.3 Nguyên nhân băng hà Pleistocen 302

Giả thuyết băng hà có nguồn gốc vũ trụ 302

Giả thuyết băng hà có nguồn gốc từ Trái Đất 303

14.4 NHỮNG NÉT LỚN TRONG PHÁT TRIỂN ĐỊA CHẤT 304

14.4.1 Hình thái lục địa và hoàn cảnh cổ địa lý 304

Hình thái biển và lục địa 304

Đặc điểm của một số khu vực không đóng băng 305

14.4.2 Hoạt động địa chất Đệ Tứ ở Đông Dương 306

14.4.3 Hoạt động kiến tạo mảng và xu thế phát triển bộ mặt Trái Đất 307

Những nét cơ bản của hoạt động kiến tạo trong Đệ Tứ và hiện tại 307

Xu hướng có thể của sự phát triển hoạt động kiến tạo mảng 307

Phụ chương 15 LỊCH SỬ TIẾN HÓA LOÀI NGƯỜI 308

15.1 BỘ LINH TRƯỞNG 308

15.1.1 Prosimea (Tiền hầu) 308

15.1.2 Anthropoidea (Dạng Người) 308

15.2 HỌ HOMINIDAE 311

15.2.1 Ardipithecus 311

15.2.2 Australopithecus 313

15.2.3 Homo habilis 315

15.2.4 Homo erectus 316

15.2.5 Người Neanderthale 317

15.2.6 Người Cro-Magnon 318

15.3 CÁC GIẢ THUYẾT VỀ NGUỒN GỐC LOÀI NGƯỜI 319

Hai giả thuyết lớn về nguồn gốc loài người 319

Giả thuyết Eva về nguồn gốc loài người 319

VĂN LIỆU 321

BẢNG TRA CỨU 323

LỜI NÓI ĐẦU

Sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” (Địa sử) được biên soạn trước hết nhằm mục đích phục

vụ cho việc dạy và học môn Địa sử trong Khoa học về Trái Đất ở Đại học Quốc gia Hà Nội.Những hiểu biết về lịch sử và quy luật phát triển Trái Đất là những k iến thức cơ sởtrong các lĩnh vực về Khoa học Trái Đất Những nội dung của Địa sử cần thiết cho mọingười hoạt động trong mảng Khoa học Trái Đất, từ những nhà địa chất đang điều tra nghiêncứu về khoáng sản, về địa chất môi trường và tai biến địa chất, về địa kỹ thuật đến nhữngthầy giáo và sinh viên đang giảng dạy và học tập về địa chất, địa lý trong trường học Hiệnnay Địa sử đang được giảng dạy trong các ngành Địa học ở Đại học Quốc gia Hà Nội, Đạihọc Quốc gia tp Hồ Chí Minh và nhiều Trường Đại học khá c như Đại học Mỏ - Địa chất HàNội, Đại học Khoa học v.v… và ở các Khoa Địa lý của các Trường Đại học và Cao đ ẳng Sưphạm Để có thể phục vụ được các đối tượng bạn đọc có đòi hỏi cao về nội dung khoa học,

sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” được biên soạn sao cho các thầy và sinh viên đại học, sau

đại học có thể tìm thấy trong sách những nội dung khoa học thích hợp với yêu cầu cao vềđào tạo trong các lĩnh vực địa chất và địa lý

Những bạn đọc không chuyên sâu về địa tầng học, kiến tạo học v.v… nhưng có nhu cầu

hiểu biết về nguồn gốc và sự phát triển lịch sử lâu dài của “ngôi nhà duy nhất ” của loài người

trong vũ trụ có thể tìm thấy những điều bổ ích trong sách Hệ thống bảng biểu và hình ảnh minhhọa phong phú trong sách có thể đáp ứng yêu cầu của những bạn đ ọc này

Như vậy, sách Lịch sử tiến hóa Trái Đất (Địa sử) có đối tượng bạn đọc khá rộng rãi trong

khoa học Trái Đất

Địa sử không phục vụ trực tiếp cho tìm kiếm khoáng sản, cũng không chỉ ra công nghệ và kỹthuật về địa học mà cung cấp cho ta những hiểu biết cơ bản nhất về quy luật và lịch sử phát triểnTrái Đất qua hàng triệu thậm chí hàng tỷ năm Từ hiểu biết về lịch sử phát triển Trái Đất ta có thểhiểu được sự vận động của vỏ Trái Đất nói chung và của từng khu vực nói riêng, hiểu được sựthành tạo, phân bố khoáng sản và những biến động địa chất đang xẩy ra trên Trái Đất

Trong nửa sau của thế kỷ 20 địa chất học đã có những bước tiến mang tính cách mạng nhờnhững thành tựu của học thuyết kiến tạo mảng Nhiều vấn đề về quy luật và lịch sử phát triển TráiĐất được phổ biến trong các sách kinh điển về địa chất trước đây thì nay đã trở nên lỗi thời Việcgiải thích các quá trình vận động địa chất theo thuyết địa máng đã không còn phù hợp nữa và đã

bất lực để giải thích nhiều sự kiện xẩy ra trong chiều dài lịch sử Trái Đất Sách “ Lịch sử tiến hóa

Trái Đất” hy vọng có thể đóng góp một phần để làm cơ sở cho việc bạn đọc tiếp cận với những

thành tựu mới trong địa chất học và vận dụng trong tìm hiểu về quy luật trong lịch sử phát triểnđịa chất trên thế giới và trên lãnh thổ Việt Nam

Một thuận lợi cho việc biên soạn sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” là do sự hợp tác khoa học

với đồng nghiệp trên thế giới nên tác giả kịp thời có được những tài liệu mới nhất về Địa tầng, Kiếntạo và Địa chất khu vực từ các nước phát triển đến các nước trong khu vực Nhờ đó tác giả có thểchọn lọc tư liệu để nội dung trình bày trong sách cập nhật được những thành tựu mới của khoa họcđịa chất thế giới Những thành tựu của địa chất Việt Nam trong mấy chục năm qua cũng được cậpnhật và trình bày một cách thích hợp trong sách

Khó khăn lớn của tác giả khi biên soạn sách là cách viết thuật ngữ có nguồn từ tiếngnước ngoài, đặc biệt là địa danh và tên người Hiện nay không có văn bản pháp quy về vấn đềnày ngoài bản quy định của Viện Khoa học Xã hội từ những năm 60 của thế kỷ trước mà naykhông còn phù hợp Trong khi chờ đợi một văn bản pháp quy về vấn đề này và trong tình

trạng không thống nhất hiện nay về cách viết thuật ngữ, trong sách “ Lịch sử tiến hóa Trái

Đất” thuật ngữ có nguồn từ nước ngoài được viết trên cơ sở: 1) Theo cách viết chung đang áp

dụng ở Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội – nơi ấn hành sách 2) Dựa theo cách viết đã

được cơ qua n chuyên trách nghiên cứu về ngôn ngữ đã sử dụng trong Từ Điển Tiếng Việt(Viện Ngôn ngữ – Nhà xuất bản Đà Nẵng 1998) Cách viết như vậy cũng đã được nhà ngôn

ngữ học Hoàng Phê trình bày chi tiết trong tạp chí Thế Giới Mới (404, 405/2000).

Như trên đã nêu, đối tượng chủ yếu của sách “ Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” là thầy giáo và

sinh viên đại học, cao đẳng về Địa chất và một phần giới Địa lý học, họ cần tham khảo đốichiếu thêm các tài liệu quốc tế Cách viết thuật ngữ như nêu trên đây sẽ tiện cho bạn đọc kh imuốn tra cứu tài liệu quốc tế, nhằm mở rộng kiến thức cần thiết về Địa học

Trong quá trình biên soạn sách tác giả nhận được sự động viên, khuyến khích của bạn bè,đồng nghiệp ở nhiều cơ quan nghiên cứu và Trường Đại học, nhất là đồng nghiệp ở Khoa Địachất (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) Phần lớn hình vẽ do cácbạn đồng nghiệp Trần Đăng Quy, Nguyễn Văn Vượng, Mai Thúy Phượng và Nguyễn ĐìnhNguyên (Khoa Địa chất, Trường ĐHKHTN) và Nguyễn Đức Phong (Viện Nghiên cứu Khoahọc Địa chất & Khoáng sản) thực hiện trên máy tính theo maket của bản thảo, số khác do tác giả

tự thực hiện Những hình phục dựng các dạng cá Devon của Việt Nam được GS Janvier Ph.(Viện Cổ sinh vật học Paris) gửi cho tác giả để sử dụng trong sách này GS Trần V ăn Trị, PGS

Tạ Hòa Phương đã đọc bản thảo và góp nhiều ý kiến quý báu để hoàn thiện sách

Tác giả chân thành tỏ lòng biết ơn sự giúp đỡ và động viên của bạn bè và đồng nghiệp nêutrên Tác giả cũng xin cảm ơn bạn đọc phê bình góp ý cho nội dung và hình th ức trình bày sách

GS Tống DuyThanh

Phần I KHÁI NIỆM CƠ BẢN

&

CÁC PHƯƠNG PHÁP

1.1.1 Nguyên lý hiện tại

Một trong những vấn đề quan trọng bậc nhất của khoa học địa chất là tìm được phương pháphữu hiệu để tìm hiểu lịch sử phát triển của vỏ Trái Đất trong quá khứ Những tác nhân và hiện tượngđịa chất có quy mô rất lớn và rất đa dạng, phức tạp không thể phân tích trực tiếp chúng trong phòngthí nghiệm như đối với các hiện tượng vật lý, hoá h ọc Nhà địa chất chỉ có thể làm những thựcnghiệm để minh họa một số hiện tượng đã xẩy ra của Địa chất học, còn việc tìm ra những quy luậtphát triển của vỏ Trái Đất thì không thể làm thí nghiệm trong các phòng nghiên cứu

Trong giai đoạn phôi thai của Đị a chất học các nhà địa chất chỉ mới tiến h ành công việc mô

tả các hiện tượng mà chưa giải thích được chúng do chưa tìm được những phương pháp hữu

hiệu Trong thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19 do chịu ảnh hưởng thuyết biến hoạ của G Cuvier (1769

-1832) nên các hiện tượng địa chất được quan niệm là đã xuất hiện một cách ngẫu nhiên Theothuyết biến hoạ thì các hiện tượng, các sự kiện khổng lồ của thiên nhiên, trong sinh giới vàtrong địa chất, đã dường như chịu sự chi phối của những lực siêu phàm ngoài tri thức củ a loàingười Những sự kiện địa chất đã xẩy ra một cách tức thời như những tai biến khác hẳn vớinhững sự kiện đang diễn ra hiện nay Thuyết của G Cuvier đã có ảnh hưởng đặc biệt lớn trongviệc giải thích những hiện tượng biến đổi của sinh giới trong quá khứ xa xôi của địa chất, cứ saunhững sự kiện mang tính chất biến hoạ thì thế giới sinh vật bị tiêu diệt rồi sau đó một thế giớimới lại được sinh ra do một lực siêu phàm Mặc dù G Cuvier là người có công rất lớn trong tựnhiên học của cuối thế kỷ 18 và đ ầu thế kỷ 19, nhưng thuyết biến hoạ do ông đề xướng và cáchọc trò của ông kế tục đã có tác dụng kìm hãm sự phát triển của khoa học tự nhiên lúc bấy giờ.Nhà địa chất học người Anh, Ch Lyell (1797 - 1875) đã có cống hiến nổi bật trong việc thúcđẩy sự phát triển của Địa chất học nói riêng và Tự nhiên học nói chung Trong tác phẩm “Nguyên

lý Địa chất học” (Principles of Geology) ông đã đề xuất thuyết hiện tại hay hiện tại luận (actualism) để giải thích các hiện tượng địa chất đã và đang xẩy ra trên Trái Đất Theo đó, các

hiện tượng tự nhiên hiện nay đang diễn ra một cách chậm chạp và dần dần, từng bước gây biến đổi bộ mặt của Trái Đất, thì trong quá khứ cũng chính những hiện tượng như thế đã gây ra những biến đổi lớn lao của vỏ Trái Đất Hiện nay hàng ngày hàng giờ nhiều hiện tượng vẫn đang diễn ra

một cách chậm chạp như sự bào mòn, bồi đắp của sông, suối; sự lún chìm chậm chạp của vùngđất, sự di chuyển chậm của bờ biển, của lục địa mà mắt thường khó trông thấy v.v… Trong quákhứ lâu dài chính những hiện tượng như vậy lại đã làm thay đổi bộ mặt của Trái Đất

Sự ra đời của hiện tại luận đã có ý nghĩa thúc đẩy rất lớn đối với sự phát triển của Địa chấthọc nói riêng và Tự nhiên học nói chung Vào giữa thế kỷ 19 đã diễn ra cuộc đấu tranh gay gắtcủa hiện tai luận nhằm loại bỏ thuyết biến họa Chính F Enghen đã đánh giá rất cao vai trò của

hiện tại luận của Ch Lyell Trong “ Phép biện chứng của tự nhiên” F Enghen viết “Ch Lyell là

người đầu tiên đưa lẽ phải vào khoa học địa chất bằng cách thay thế những sự đột biến tuỳ hứng

do Chúa tạo nên bằng sự tác động từng bước của những biến đổi chậm chạp của Trái Đất” Tuy

là tác giả của một luận thuyết tiến bộ, nhưng Ch Lyell lại đã nhấn mạnh về sự đồng nhất giữacác hiện tượng hiện tại đang diễn ra với những hiện tượng xẩy ra trong quá khứ và coi mọi biến

cố trong quá khứ địa chất cũng chỉ do những tác nhân chậm chạp như hiện nay gây nên Chính ởđây đã chứa đựng sự hạn chế trong lập luận của Ch Lyell, ông chỉ thấy sự biến đổi từ từ vềlượng mà chưa nhận thấy những biến đổi đột biến, những biến đổi về chất của tự nhiên F.Enghen cũng đã vạch rõ những thiếu sót trong lập luận của Ch Lyell rằng “khuyết điểm trongquan niệm của Ch Lyell - ít nhất là dưới hình thức ban đầu – là ở chỗ ông đã quan niệm rằngnhững lực lượng tác động trên Trái Đất không biến đổi, về chất cũng như v ề lượng”

Hiện tại luận có ý nghĩa rất lớn trong Địa sử và trong Địa chất học nói chung, với hiện tạiluận nhà địa chất đã có một vũ khí sắc bén để xác định các hiện tượng, các sự kiện địa chấttrong quá khứ Sự hình thành các tầng đá trầm tích đang diễn ra ngày nay ở các môi trường khácnhau, và ở mỗi môi trường các tầng đá có những đặc tính khác nhau tùy thuộc vào điều kiệnmôi trường thành tạo chúng Trong quá khứ địa chất chúng cũng được thành tạ o như vậy, việcphân tích tướng đá của các thể trầm tích của các thời kỳ địa chất được dựa trên cơ sở phân tíchcác điều kiện đang diễn ra trong các bồn trầm tích hiện tại

1.1.2 Các nguyên lý cơ bản khác của Địa tầng học

Nhiệm vụ quan trọng đầu tiên của cả Địa sử và Địa tầng học là phải xác định được tuổi củacác tầng đá, của các sự kiện địa chất, do đó các nguyên lý cơ bản của Địa tầng học cũng có vaitrò hết sức quan trọng đối với Địa sử, điều này cũng phản ảnh mối quan hệ chặt chẽ giữa Địa sử

và Địa tầng học Ngày nay tuy phương pháp xác định tuổi tuyệt đối của các đá trên cơ sở phântích đồng vị phóng xạ ngày càng được áp dụng rộng rãi, nhưng phương pháp xác định tuổitương đối của đá vẫn là phương pháp chủ đạo trong Địa tầng học và trong Địa sử

Những nguyên lý cơ bản được trình bày dưới đây là cơ sở cho việc xác định tu ổi tương đối củacác tầng đá Những nguyên lý này rất đơn giản và ngày nay mọi người đều coi chúng như là điềuhiển nhiên nhưng chính những nguyên lý này là cơ sở để lý giải các sự kiện của lịch sử địa chất

- Nguyên lý về tính liên tục – Các lớp khi mới hình thành đều nằm ngang và có sự liên tục

hình học nhất định, trước hết là ở vùng yên tĩnh của bồn trầm tích biển

- Nguyên lý về tính kế tục – Lớp thành tạo sau phủ trên lớp thành tạo trước, và ngược lại.

- Nguyên lý về sự đồng thời của hoá thạch giống nhau – Các lớp đá chứa những tập hợp hoá

thạch giống nhau thì có cùng tuổi như nhau Hoá thạch kế tiếp nhau theo trật tự nhất định

Nhà tự nhiên học Đan Mạch Nicolas Steno (1638 -1686) là người phát biểu những khái niệmban đầu về các nguyên lý trên đây nhờ quan sát hệ quả lũ lụt ở gần Florence (Italia) Steno N.quan sát thấy trong quá trình lũ lụt các dòng suối tràn ngập các cánh đồng và hình thành lớp trầm

tích mới phủ trên lớp trầm tích có trước đó Như vậy, nếu không bị đảo lộn thì trong dãy các lớp

đá trầm tích lớp già nhất nằm dưới đáy và lớp trẻ nhất nằm ở đỉnh Đó là nguyên lý về tính kế tục

làm cơ sở cho việc xác định tuổi tương đối của đá và hoá thạch chứa trong đá Do chịu ảnh hưởngcủa trọng lực nên các hạt trầm tích khi lắng đọng đều theo các lớp nằm ngang; đây chính là cơ

sở của nguyên lý nằm ngang nguyên thủy Vì vậy, dạng nằm nghiêng của các lớp đá trầm tích

đều chỉ xẩy ra trong quá trình thành đá về sau Nguyên lý thứ ba của Steno cũng mang tính chất

của sự liên tục theo chiều ngang – các lớp trầm tích phân bố rộng về mọi phía cho đến khi nó bị

mỏng đi và vát đi hoặc kết thúc ở rìa bồn trầm tích Từ đó có thể thấy thành phần đá và hoáthạch trong phạm vi phân bố của một lớp đều giống nhau

Áp dụng các nguyên lý cơ bản vừa nêu trên, nhà địa chất có thể giải quyết nhiều vấn đề ngaytrong quá trình công tác ngoài thực địa, nhất là khi các mặt cắt địa chất không chịu những biếnđộng phức tạp Tuy nhiên, do những chuyển độn g phức tạp của vỏ Trái Đất nên trạng thái ban đầu

và mối quan hệ nguyên thuỷ của các lớp đá thường bị biến đổi Để tránh những sai lạc và ngộnhận về quan hệ địa tầng trong các mặt cắt phức tạp, khi áp dụng những nguyên lý cơ bản trên đâynhà địa chất cần phải tính đến những biến đổi về trạng thái và mối quan hệ giữa các tầng các lớp

đá, chú ý phân tích các dữ liệu khác phản ánh những biến động của cấu trúc địa chất đang đượcnghiên cứu Những nguyên lý cơ bản trên đây còn có tầm quan trọng là cho nhà địa c hất nhữngkhái niệm cơ bản để lý giải các vấn đề về địa tầng nói chung

1.2 XÁC ĐỊNH TUỔI TƯƠNG ĐỐI CỦA ĐÁ

1.2.1 Khái niệm chung

Là một bộ phận quan trọng của khoa học địa chất lịch sử, Địa tầng học có hai nhiệm vụ cơbản là phân chia và liên hệ - so sánh các mặt cắt địa tầng, hai nhiệm vụ này có quan hệ mật thiếtvới nhau và chính là hai bước của một quá trình nghiên cứu nhằm xác định tuổi tương đối của đá.Phân chia địa tầng là công tác nghiên cứu, mô

lịch sử thành tạo chúng trong địa phương có mặt

cắt địa chất được nghiên cứu

Liên hệ - so sánh địa tầng là đối chiếu trình tựđịa tầng của các mặt cắt khác nhau để lập mối quan

hệ về tuổi địa tầng của các lớp ở các mặt cắt khác nhau đó Thí dụ chúng có hai mặt cắt địa tầng A

và B ở hai nơi khác nhau đã được nghiên cứu phân chia tỉ mỉ Việc liên hệ - so sánh hai mặt cắt A

và B giúp chúng ta đánh giá quan hệ tương đối về tuổi giữa các lớp ở hai mặt cắt đó (H.1.1.)

Công tác phân chia và liên hệ so sánh địa tầng chỉ có thể tiến hành tốt khi khoa học địatầng tìm được những phương pháp có cơ sở khoa học Qua quá trình phát triển, đến nay khoahọc địa chất đã xây dựng được nhiều phương pháp, nhưng tùy theo vai trò thực tiễn của các

Hình 1.1 Sơ đồ đối sánh hai mặt cắt địa chất A - B

phương pháp đó người ta có thể xếp vào hai nhóm: nhóm phương pháp không cổ sinh học vànhóm cổ sinh học (sinh địa tầng).

1.2.2 Phương pháp phân tích mặt cắt địa tầng (H.1.2)

Phương pháp địa tầng là mộtphương pháp cổ điển và đơn giản, cơ sở

khoa học của phương pháp là nguyên lý

kế tục ta đã nêu ở trên Trong một mặt

cắt, các lớp nằm dưới già hơn những lớp

nằm trên và ngược lại Phương pháp

được áp dụng rộng rãi trong quá trình

nghiên cứu của nhà địa chất ngay ngoài

thực địa Thí dụ, ở một vết lộ địa chất

(H.1.2) ta gặp các lớp đá từ dưới lên trên

được đánh số từ 1 đến 10, trong trường

hợp đơn giản này các lớp mang số càng lớn càng nằm trên và càng trẻ hơn

Việc áp dụng phương pháp này rất đơn giản và thuận tiện đối với các lớp nằm ngang hoặc gầnnhư nằm ngang, ở những nơi có cấu trúc địa tầng không phức tạp Cần phải chú ý trường hợp có thểxẩy ra tình trạng ngược lại, những lớp nằm dưới lại trẻ hơn những tầng, những lớp nằm trên, đó l à

trường hợp có cấu tạo đảo ngược (H.1.3) Thí dụ trên hình 1.3 chúng ta có mặt cắt địa chất (hình b),

trong mặt cắt này nếu xem xét một cách hời hợt chúng ta sẽ dễ dàng kết luận các lớp đánh số cànglớn càng trẻ vì dường như chúng có lần lượt lớp này phủ lên lớp kia Nghiên cứu kỹ thành phần củacác lớp, vị trí của chúng trong nếp uốn chúng ta sẽ xác lập được vị trí địa tầng thực của các lớp

Các lớp từ 1 đến 8 của mặt cắt được thể hiện trên cột địa tầng ở bên cạnh (hình a) Các lớp 9,

10, 11, 12, 13, 14 tương ứng với các lớp 7, 6, 5, 4, 3, 2, còn lớp 15, 16 lại tương ứng với lớp 13, 12tức là ứng với lớp 3 và 4 trên cột địa tầng

Một trường hợp khác có thể gây ra sự nhầm lẫn của nhà địa chất trẻ là khi xem xét tuổicủa trầm tích ở các thềm Trong trường hợp này trầm tích của bậc thềm trẻ lại nằm dưới

Hình 1.2 Quan hệ các lớp trong một mặt cắt địa chất bình

thường các lớp trẻ dần từ dưới lên trên (từ lớ p 1 đến lớp 10)

(a) (b)

Hình 1.3 Quan hệ các lớp trong một mặt cắt có cấu tạo bị đảo lộn Bên trái là cột địa

tầng phản ánh trình tự địa tầng của các lớp

Hình 1.4 Vị trí không gian của các bậc thềm và quan hệ tuổi

tương đối của chúng.Thềm bậc II già hơn được đánh số lớn hơn, thềm bậc I trẻ hơn được đánh số bé hơn và có vị trí không gian thấp hơn (Gorchkov G & Yakouchova A 1967).

theo vị trí không gian bề cao so với

các trầm tích già hơn Trong cách

đánh số các bậc thềm người ta ghi từ

nhỏ đến lớn bắt đầu từ bậc thềm trẻ

nhất và như vậy bậc thềm ở vị trí

không gian thấp nhất được đán h số bé

nhất, trong khi đó ở địa tầng học các

đồ địa chất ở phạm vi một tờ bản đồ nào đó ta theo dõi sự biến đổi thành phần thạch học quacác lớp ở một mặt cắt, sau đó so sánh và đối chiếu với các mặt cắt khác ta có thể xác địnhdiện phân bố của các tầng các lớp đá

Thành phần thạch học của lớp đá phản ánh những điều kiện địa lý tự nhiên trong quá trìnhthành tạo lớp như điều kiện môi trường, dòng chảy, kiến tạo, khí hậu, sinh hoá v.v Trong mộtphạm vi không gian và thời gian không lớn, các điều kiện địa lý tự nhiên không thay đổi thìthành phần đá được tạo thành cũng không thay đổi Chúng ta có thể lấy ví dụ khi xem xét trầmtích Trias trong vùng (H.1.5) Tại địa điểm Xta có một tập đá trầm tích gồm các lớp từ 1 đến 7với thành phần 1- cát kết, 2- bột kết, 3- đá phiến, 4- đá vôi, 5- sét vôi, 6- đá phiến silic, 7- đáphiến sét Tại địa điểm Yta phát hiện một tập trầm tích gồm 8 lớp đánh số từ a đến g, trong đólớp a- cát kết dạng quarzit, b- cát kết giống với lớp 1 địa điểm Xvà sau đó lần lượt các lớp c, b,

d, e, f, g, h tương ứng với 2, 3, 4, 5, 6, 7 (H.1.5) Ở địa điểm Zthành phần tập trầm tích gồm 8lớp được đánh số từ 1’ đến 8’ trong đó thành phần các lớp từ 1’ đến 7’ hoàn toàn tương ứng vớicác lớp từ 1 đến 7 của mặt cắt ở địa

lớp 8’ phải tương ứng với một lớp

trong địa điểm Z mặc dầu ở các địa điểm khác

chưa phát hiện

Phương pháp so sánh thành phần thạch học củacác mặt cắt vừa nêu trên sẽ có hiệu quả hơn nếu như

trong mặt cắt chuẩn (ở điểm Xtrong ví dụ) các lớp

được xác định tuổi theo các dạng hoá thạch chứa

trong đó Trong trường hợp này tuổi của các lớpY

vàZcũng sẽ đượ c xác định

Phương pháp tuy đơn giản và có ý nghĩa ápdụng lớn nhưng thành phần trầm tíc h có thể thay

đổi trên diện phân bố, nhất là trong các khu vực

trầm tích lục địa Vì thế việc áp dụng phương

pháp này thường chỉ được sử dụng trong một

phạm vi diện tích giới hạn, có chế độ kiến tạo

đồng nhất và luôn luôn phải tìm cách bổ sung kết quả nghiên cứu bằng phương pháp khác.Phương pháp phân tích khoáng vật được áp dụng để so sánh tuổi tương đối của các lớp

đá chứa chúng, phương pháp này được áp dụng nhiều trong việc nghiên cứu các tầng câm,nhất là trầm tích lục địa Ví dụ trong mặt cắt địa chất mới nhìn có thành phần đá khá đồngnhất, nhưng bằng cách sưu tập mẫu theo mặt cắt và phân tích tỉ mỉ trong phòng thí nghiệm ta

có thể chia mặt cắt thành nhiều tập dựa vào các tổ hợp khoáng vật khác nhau chứa trong cácphần khác nhau của mặt cắt (H.1.6.) sau đó chúng ta có thể tiến hành so sánh và đối chiếu cáctập ở các mặt cắt khác nhau dựa vào các tổ hợp khoáng vật giống nhau Cơ sở của sự so sánhnày là mỗi tổ hợp khoáng vật chứa trong đá trầm tích đã được hình thành trong những thờigian nhất định, tron g hoàn cảnh địa lý tự nhiên xác định của khu vực Do đó, sự giống nhaucủa tổ hợp khoáng vật trong các lớp trầm tích ở cùng một khu vực chứng tỏ các lớp này đãđược tạo thành trong cùng thời gian (H.1.6.)

1.2.4 Phương pháp phân tích chuyển động kiến tạo

Phương pháp phân tích chuyển động kiến tạo để phân chia và so sánh địa tầng xuất hiện vàokhoảng giữa hai thế kỷ 19 và 20 Cơ sở của phương pháp là dựa vào tính chất của các pha hoạtđộng kiến tạo phổ biến trên một phạm vi khá rộng lớn và ít nhiều mang tính chất chu kỳ Nhữngpha hoạt động đó để lại dấu ấn trong các loạt đá trầm tích như hiện tượng gián đoạn địa tầng, bấtchỉnh hợp góc, sự thay đổi và sự đồng nhất về thành phần đá của các loại trầm tích

Dựa vào việc phân tích các chuyển động kiến tạo ngườ i ta đã thành công trong việc phânđịnh các loạt đá và so sánh đối chiếu chúng với nhau giữa các vùng khác nhau Nhiều loại trầmtích Tiền Cambri đã được phân định theo phương pháp này, vì trong đó hầu như không thể dùngphương pháp cổ sinh được Nhiều trư ờng hợp các loại trầm tích đã được phân chia theo phươngpháp này, sau đó phát hiện được hoá thạch, kết quả nghiên cứu, phân chia địa tầng bằng phươngpháp hoá thạch hoàn toàn trùng hợp với kết quả khi áp dụng phương pháp phân tích kiến tạo.Những biến đổi về chế độ kiến tạo tất nhiên sẽ làm thay đổi điều kiện địa lý tự nhiên của môitrường sống, từ đó sẽ kéo theo sự biến đổi của thế giới sinh vật

Hình 1.6 Phân chia các tập trong mặt cắt

dựa vào thành phần đá và khoáng vật a) Tập chứa zircon b) Tập chứa granat-zircon c) Tập chứa epidot d) Tập chứa granat.

Người ta đã phân chia và so sánh đối chiếu địa tầng ở những địa điểm khác nhau trong mộtkhu vực dựa vào gián đoạn địa tầng Các trầm tích bị giới hạn b ởi các gián đoạn địa tầng giốngnhau là cùng tuổi Ta có thể lấy trường hợp hệ tầng Đồng Đăng tuổi Permi muộn làm ví dụ Ở mặtcắt chuẩn tại vùng Đồng Đăng (Lạng Sơn), hệ tầng Đồng Đăng gồm đá vôi chứa vỉa bauxit c ôngnghiệp, nằm không chỉnh hợp trên đá vôi Permi giữa Hệ tầng Đồng Đăng lại bị trầm tích lụcnguyên tuổi Trias sớm phủ không chỉnh hợp ở phía trên Như vậy ta thấy rõ hệ tầng Đồng Đăng bịgiới hạn bởi hai mặt bất chính hợp, đánh dấu hai pha chuyển động c ủa vỏ Trái Đất, lần đầu vàocuối Permi giữa, lần sau vào ranh giới giữa Permi và Trias Tại Hà Giang chúng ta không gặp vỉabauxit nhưng cũng xác định được thành phần của hệ tầng Đồng Đăng tuổi Permi muộn ở đây Đó

là đá vôi chứa vỉa mỏng than đá, nằm khôn g chỉnh hợp trên đá vôi tuổi Permi giữa và bị đá phiếncủa hệ tầng Sông Hiến (tuổi Trias sớm) phủ không chỉnh hợp ở trên

Người ta cũng căn cứ vào tính chất liên tục (không gián đoạn) của địa tầng cũng như sự giốngnhau về trình tự phân lớp của các mặt cắt địa tầng để so sánh định tuổi tương đối của địa tầng v.v Cần phải chú ý rằng việc ứng dụng phương pháp phân tích chuyển động kiến tạo để định tuổi

và so sánh địa tầng đòi hỏi nhà địa chất phải tiến hành quan sát rất cẩn thận, cần phải chú ý đếnnhiều hiện tượng, nhiều tác nhân địa chất khác có thể làm thay đổi trạng thái ban đầu của vị trícác địa tầng Ta có thể lấy một ví dụ sau đây để minh hoạ những sai lệch kiểu như vậy Trầmtích Devon trung ở những mặt cắt đầy đủ của khu Đông Bắc Việt Nam có hệ tầng đá vôi tuổiEmsi – Givet Hệ tầng đá vôi này nằm phủ chỉnh hợp trên hệ tầng trầm tích cát kết - đá phiếntuổi Devon sớm và bị trầm tích Devon

thượng phủ chỉnh hợp ở trên Nếu như

chúng ta không lưu ý đến các hiện tượng

khác thì dễ dàng mắc sai lệch khi kết luận

tuổi Emsi - Givet cho tất cả các trầm tích

vôi có vị trí giới hạn địa tầng tư ơng tự như

trên Thực tế có nhiều nơi trong một số

mặt cắt địa chất đã vắng mặt trầm tích

carbonat tuổi Emsi - Eifel và đá vôi chỉ có

tuổi Givet như ở vùng Tràng Kênh (Hải

Phòng), Kinh Môn (Hải Dương)

Phương pháp phân tích kiến tạo có ýnghĩa trong công tác địa tầng; tuy vậy cũng

cần nêu lên rằng đã có khuynh hướng coi

phương pháp này có vai trò toàn năng để

giải quyết các vấn đề địa tầng và có thể

thay thế các phương pháp cổ sinh Thí dụ

nhà địa chất người Mỹ A Grabau, đã nhiều

năm làm việc ở Trung Quốc, đề ra giả

thuyết mạch động trong sự phát triển kiến

tạo Theo ông có những chuyển động thẳng

đứng dưới đại dương, đó là những chuyển

Hình 1.7 Sơ đồ phân chia niên biểu địa tầng Paleozoi theo

Grabau Mỗi đỉnh nhọn hoặc chùm đỉnh nhọn ứng với một kỳ chuyển động mạch động lớn và do đó Grabau phân định như một hệ Những khoảng chấm điểm ứng với kỳ biển lùi.

động mạch động hay chuyển động nhịp nhàng ở đại dương của thế giới , từ đó tạo nên hiện tượngnâng hoặc hạ của mực nước ở các dại dương trên toàn bộ các lục địa Chuyển động nhịp nhàng củamực nước ở các đại dương gây nên các đợt biển tiến và biển lùi xen nhau, quá trình trầm tích cũngdiễn ra như vậy và có tính chất toàn cầu Trên cơ sở luận thuyết đó A Grabau đưa ra thang địa tầngcủa Paleozoi, trong đó mỗi hệ gồm hai hoặc ba thống – thống đầu ứng với tướng biển tiến và thốngcuối – tướng biển lùi, các thống đó ứng với mỗi lần chuyển động kiểu mạch động (H.1.7).

Nếu theo cách phân chia của Grabau thì số lượng các hệ của Paleozoi gần gấp đôi số các hệhiện biết Cách phân chia như vậy rõ ràng là không hợp lý và không được đa số các nhà địa chấtthừa nhận Các chuyển động kiến tạo có mức độ khác nhau, có những chuyển động lớn mangtính chất toàn cầu, nhưng ngay những chuyển động được coi là có tính chất toàn cầu như cácchuyển động tạo núi Caledoni, Hercyni v.v cũng không phải đã diễn ra đồng đều ở mọi nơi, vìvậy không thể coi phương pháp kiến tạo mang tính chất toàn nă ng được

1.2.5 Phương pháp phân tích chu kỳ trầm tích

Về bản chất phương pháp này rất gần gũi với phương pháp phân tích kiến tạo Lịch sử hìnhthành các thành tạo trầm tích có thể coi như lịch sử thay đổi các chu kỳ trầm tích được phân cáchnhau bằng các gián đoạn trong quá trình tích đọng trầm tích Nhà địa tầng học Pháp M Gignoux(Ginhu) là một trong số những người chủ trương của phương pháp này Ông coi mỗi loạt trầm tíchbiển trong một khu vực nhất định được giới hạn bởi hai kì biển tiến và biển lùi Bắt đầu là trầm tíchcạn ven bờ, thường là cuội kết cơ sở khi bắt đầu biển tiến, sau đó là trầm tích biển sâu hơn rồi đếntrầm tích ứng với biển tiến cực đại, tiếp đến lại là trầm tích biển ven bờ ứng với điều kiện biển lùi.Trong lúc ở trung tâm khu biển có thể là tướng đá đồng loạt có bề dày lớn, không có giánđoạn thì ở vùng gần bờ đã chịu ảnh hưởng của nhiều lần biển lùi và biển tiến Theo những giánđoạn trầm tích, sự biến đổi tướng đá và sự phong phú hoá thạch trong đá vùng gần bờ này ta cóthể phân chia các chu kỳ trầm tích và chính nhiều bậc trong thang địa tầng đã được phân chia hoàntoàn ứng với các chu kỳ vừa nêu, M Gignoux đã gọi đó là bậc cổ địa lý Tuy quan niệm củaGignoux khá gần gũi với quan niệm của Grabau đã nói đến ở trên , nhưng Gignoux không coi tất

cả chuyển động biển lùi và biển tiến đều diễn ra đồng thời có tính toàn cầu

Phương pháp phân tích chu kỳ trầm tích được áp dụng tốt đối với việc nghiên cứu cácthành hệ chứa than Trầm tích chứa than kiểu paralit cũng gồm nhiều nhịp, mỗi nhị p có vỉa hoặcnhóm vỉa mà dưới nó là yếu tố trầm tích lục địa còn trên nó là yếu tố trầm tích biển Mỗi nhịpnhư vậy ứng với một chu kỳ trầm tích phản ánh chuyển động nhịp nhàng của vỏ Trái Đất trongquá trình thành tạo trầm tích Có thể căn cứ vào tính chất này để so sánh đối chiếu với các cộtđịa tầng của trầm tích chứa than trong cùng một vùng của các bể than paralit Trong các thành

hệ flysh những yếu tố của mỗi nhịp gồm các lớp thô và mịn, các nhịp cứ lặp đi lặp lại nhiều lầnhình thành một bề dày trầm tích lớn

1.2.6 Các phương pháp địa vật lý

Cơ sở của những phương pháp địa vật lý là dùng các đặc tính vật lý của đá để đối chiếu cáclớp đá với nhau Những đá của cùng một lớp có thành phần giống nhau nên có tính chất vật lýgiống nhau như tính dẫn điện , từ tính, tính phản xạ sóng địa chấn v.v Như vậy phương pháp

địa vật lý cũng như các phương pháp xét ở trên vẫn

là dựa trên nền tảng các nguyên lý cơ bản của địa

tầng học Đáng chú ý nhất trong phương pháp địa

vật lý là phương pháp carota, phương pháp cổ từ và

phương pháp địa chấn Việc sử dụng chất đồng vị

phóng xạ để định tuổi tuyệt đối của đá cũng là một

phương pháp địa vật lý, nhưng vì vai trò quan trọng

của phương pháp này nên sẽ được đề cập đến trong

một đề mục riêng

 Phương pháp carota (carottage)

Phương pháp carota ngày nay được sử dụngkhá rộng rãi do công tác khoan thăm dò dầu khí

đang triển khai mạnh mẽ Carota chính là việc

nghiên cứu, so sánh mặt cắt địa chất của các lỗ

khoan bằng cách đo tính chất vật lý của đá, do đó có carota điện, ca rota từ và carota gammav.v Phổ biến hơn cả trong công tác so sánh địa tầng là carota điện, trong phương pháp này ta

đo và ghi lại biểu đồ carota của lỗ khoan, trên đó thể hiện mức độ điện trở của đá trong lỗ khoan(H.1.8.) Các đỉnh nhọn ứng với đá có điệ n trở cao, còn các phần lõm (yên) ứng với đá có điệntrở thấp Ví dụ các đá chặt xít như đá vôi, cát kết dạng quarzit có điện trở tới 1000 Ôm, trongkhi đó đá sét chỉ 10 - 30 Ôm Thường trong mỗi khu vực người ta cần có lỗ khoan chuẩn ápdụng tổ hợp với phương pháp để nắm được sự tương ứng giữa thành phần thạch học của các lớp

đá trong lỗ khoan với biểu đồ carota Sau đó, có thể so sánh biểu đồ carota điện ở các lỗ khoankhác với biểu đồ của lỗ khoan chuẩn để phân chia địa tầng của vùng mà không cần chờ kết quảphân tích trực tiếp các đá lõi khoan (H.1.8.)

vậy gọi là từ dư Đối với đá magma, khi magma bị nguội, khoáng vật sắt mang từ tính cũng

được định vị cả về cường độ và hướng của từ tính theo từ trường của Trái Đất Như vậy dungnham cổ sẽ cho ta dữ liệu được ghi lại về định hướng và cường độ của từ trường Trái Đất vàothời điểm mà dung nham bị nguội Từ những thông số về cổ từ đo được trong đá của mặt cắt địachất chúng ta có thể so sánh các mặt cắt khác nhau để liên hệ các lớp, các tập đá với nhau

Hiện tượng đảo địa từ cực và ý nghĩa của nó Trong những thập kỷ giữa thế kỷ 20 đã phát

hiện được hiện tượng xen kẽ các đới từ bình thườn g và các đới đảo từ trong các dãy địa tầng củacác đá phun trào và trầm tích Chúng ta coi từ trường hiện tại của Trái Đất là bình thường, tức là

Hình 1.8 Sơ đồ đối sánh mặt cắt bằng

phương pháp carota Các tập 1, 2, 3, 4

có thành phần đá và bề dày khác nhau.

a) Cột địa tầng theo lỗ khoan số 1 b)

Biểu đồ carota theo lỗ khoan số 1 và c)

theo lỗ khoan số 2.

Kainozoi Mesozoi

Hình 1.9 Các đới từ bình thường và đảo từ

trong Mesozoi và Kainozoi

các từ cực bắc nam gần trùng với các địa cực địa lý bắc và nam Nhưng trong nhiều thời kỳtrong quá khứ địa ch ất từ cực bắc và nam của Trái Đất được ghi lại trong đá lại bị đảo ngược.Hiện tượng đảo từ đã được phát hiện nhờ xác định sự định hướng của từ dư trong dung nhamtrên lục địa Sự đảo từ cũng lại được phát hiện trong đá basalt biển và trong đá trầm tích bi ểnsâu Hiện tượng đảo từ cực gần đây nhất được ghi lại trong đá có tuổi cách đây 20 000 năm

Người ta gọi gian cách địa từ cực là thời gian của hiện tượng từ trường bình thường (hoặc đảo từ) Có hai loại gian cách từ cực với thời gian khác nhau, đó là thời từ (106– 107năm), thời từ

có thể gồm nhiều phân thời từ (105- 106năm), trong đó có thể là ưu trội của đảo từ hoặc từ bìnhthường, hoặc hỗn hợp đảo từ và từ bình thường Kết quả nghiên cứu các đá phun trào và đá trầmtích biển sâu đã cho ta thành lập thang thời địa từ trình bày trên hình 1.9 Gian cách từ cực khángắn (khoảng 50 nghìn năm) không thể xác định bằng phương pháp đồng vị đối với các đá phuntrào nhưng có thể xác định được trong các đá trầm tích biển sâu vì chúng đã ghi lại được mộtcách gần liên tục lịch sử địa từ của 200 triệu năm qua ( H.1.9.)

Nguyên nhân của hiện tượng đảo từ cho đến nay vẫn chưa rõ nhưng cứ liệu về chúng trong

tư liệu địa chất đã được minh

chứng Điều quan trọng là các đới

đảo từ và từ bình thường được ghi

lại trong đá đã diễn ra đồng thời

dù đá đó được thành tạo ở những

vị trí địa lý khác nhau Điều này

đã giúp nhà địa chất ứng dụng để

đối sánh các tầng, các lớp đá chứa

những đới đảo từ và các đới từ

bình thường xen kẽ nhau

Hiện tượng di chuyển cực từ

Phân tích dung nham ở tất cả các

lục địa cho thấy mỗi lục địa có

một loạt các từ cực riêng Phải

chăng đã có những từ cực bắc

khác nhau cho mỗi lục địa? Điều

này không phù hợp với lý thuyết

tính toán về từ trường của Trái

Đất, chính ra là từ cực được bảo

tồn ở trạng thái vị trí của chúng

so với cực địa lý bắc nam dù lục

địa di chuyển, địa từ cực đứng

nguyên còn chính các lục địa đã

di chuyển Những dữ liệu này chủ

yếu phục vụ cho việc lý giải về sự

di chuyển của các mảng (xem

chương 4), nhưng đồng thời cũng

được sử dụng trong việc so sánh các thể địa tầng được thành tạo ở các vị trí địa lý khác nhau.

 Phương pháp địa chấn

Phương pháp địa chấn đóngvai trò quan trọng trong nghiên

cứu các thể địa tầng nằm sâu

dưới lòng đất mà con người

không thể quan sát trực tiếp

được Phương pháp này dựa trên

cơ sở phân tích sự truyền sóng

với những tốc độ khác nhau tuỳ

thuộc vào bản chất đá của các

đợt tiến hành gây chấn động

và đo sự truyền sóng có thể

biết được đặc tính của các

tầng đá dưới sâu Những tiến

bộ khoa học kỹ thuật đã cho

phép áp dụng phương pháp

địa chấn để ngh iên cứu những

thể địa tầng nằm sâu dưới đáy

biển, đặc biệt quan trọng

trong nghiên cứu cấu trúc sâu

của vỏ Trái Đất dưới biển để

phục vụ cho nhiều mục tiêu

được mặt cắt địa chấn địa tầng của cấu trúc sâu dưới biển (H.1.11)

Hình 1.11 Mặt cắt địa chấn của một vùng đáy biển và xử lý địa

tầng (đơn giản hoá từ Ch Pomerol) 1: Trầm tích Eocen và hiện tại;

Eocen hạ; 2b: Trầm tích Creta thượng; std - thời gian giây kép.

Hình 1.10 Nguyên tắc đo sóng phản xạ địa chấn (Ch Pomerol).

R1, R2, R3: tín hiệu chỉ sự có mặt của mặt phản xạ tương ứng

với gián đoạn thạch học A: xe nguồn, B: xe thu và phân tích.

1.2.7 Các phương pháp sinh địa tầng

 Cơ sở khoa học của phương pháp

Phương pháp sinh địa tầng là phương pháp cơ bản của địa tầng học, chính nhờ phươn gpháp này mà địa tầng học đã đạt được những thành tựu chủ yếu trong sự phát triển của khoa họcnày Trong thành phần của đá trầm tích có chứa những di tích sinh vật đã hoá đá – tức hoá thạchđược tích đọng đồng thời với các vật liệu trầm tích khác, vì vậy tuổi của hoá thạch cũng là tuổicủa đá trầm tích chứa chúng

Một đặc tính quan trọng của sinh giới là luôn biến đổi để thích ứng với điều kiện của môitrường sống Nhà khoa học Pháp J B Lamarck là người đầu tiên nêu lên một cách mạch lạc đặctính tiến hoá của sinh giới, nhưng người xây dựng hoàn chỉnh học thuyết tiến hoá của sinh giới

là nhà khoa học người Anh Ch Darwin Những biến cải của sinh vật diễn ra liên tiếp trong lịch

sử phát triển của sinh giới để thích ứng với hoàn cảnh môi trường thay đổi tr ong quá trình lịch

sử phát triển địa chất của vỏ Trái Đất Do đó, ứng với mỗi giai đoạn lịch sử phát triển của vỏTrái Đất sinh giới có những nét đặc trưng riêng Vì thế di tích hoá thạch để lại trong đá sẽ lànhững dẫn liệu cho việc xác định tuổi của giai đoạn phát triển đó của sinh giới và cũng chính làtuổi đá được tạo thành đồng thời Vậy cơ sở của phương pháp sinh địa tầng hay phương pháp cổsinh địa tầng là dựa vào tính chất biến đổi – tiến hoá của sinh giới mà di tích của chúng để lạitrong đá, để phân chia và so sánh địa tầng

Sinh địa tầng được hình thành trên nền tảng học thuyết tiến hoá của Ch Darwin và trongkhoảng 150 năm qua nhiều nhà khoa học khác đã tích luỹ và phát triển bổ sung cho học thuyết

Ch Darwin nhờ những thành tựu nghiên cứu về Cổ sinh học Có ý nghĩa đối với sinh địa tầng làcác phát kiến của Kovalevski, Osborn và của L Dolo Chúng ta đặc biệt nêu lên quy luật của

L Dolo vì đó cũng là một điểm tựa chắc chắn cho khoa học về sinh địa tầng Nghiên cứu sự tiến

hoá của sinh giới L Dolo đã phát biểu quy luật: “Sinh vật không thể quay trở lại trạng thái

trước kia mà tổ tiên chúng đã có, dù trong từng bộ phận ” Quy luật này cũng thường được gọi

là “quy luật tiến hoá không quay lại” Theo đó, các dạng sinh vật sau quá trình biến cải và ditruyền để hình thành một loài mới có đặc điểm khác với tổ tiên rồi thì ở thời gian địa chất sau

đó, dù hoàn cảnh địa lý tự nhiên (môi trường) có những điều kiện tương tự như hoàn cảnh mà tổtiên chúng đã sống, chúng cũng không thể biến cải trở lại để có những đặc điểm như tổ tiên đã

có Theo quy luật này chúng ta sẽ không gặp lại trong địa tầng trẻ những dạng hoá thạch có đặctính giống với tổ tiên chúng được bảo tồn trong các địa tầng được thành tạo trong thời gian địachất trước kia Đây là điều rất qu an trọng đối với địa tầng học, chúng ta sẽ không vấp phải sựsai lạc khi định tuổi địa tầng Mỗi phân vị địa tầng có những phức hệ hoá thạch đặc trưng khácvới phức hệ hoá thạch của tầng già và trẻ hơn Tất nhiên, chúng ta phải loại trừ những dạng sinhvật gần như không thay đổi mà người ta vẫn hay gọi là “hoá thạch sống” như trường hợp congiá biển (một dạng của lớp Tay cuộn) có mặt từ Cambri đến nay mà hầu như không có biến cải

gì, hoặc trường hợp của dạng bò sát Hatteria hiện sống ở New Zealand cũng hầu như không cóbiến cải gì so với dạng đã có từ Jura

Chính trong công trình của Ch Darwin ta cũng có thể thấy những ý niệm, những cơ

sở khoa học đầu tiên của quy luật Dolo “ Một nhóm đã mất đi thì không bao giờ xuất hiện

lại, nghĩa là sự tồn tại của nó, nế u được duy trì, thì bao giờ cũng là liên tục” (Nguồn gốc

các loài - NXN Khoa học, 1963, tập II, tr 149) Như vậy chính Ch Darwin cũng đã nghĩđến sự tiến hoá không quay lại, tuy ông không phát biểu cụ thể, nhưng ông lại đã nói rõtrường hợp ngoại lệ, chín h ông cũng đã nêu trường hợp của con giá biển (Nguồn gốc cácloài, tập II, tr 150)

 Quá trình hình thành khoa học sinh địa tầng

Ngày nay sinh địa tầng đã trở thành một môn khoa học chiếm vai trò chủ đạo trong việcxác định tuổi tương đối của đá Các tầng đá chỉ được xác nhận tuổi một cách chắc chắn khiđược nghiên cứu đầy đủ về mặt cổ sinh trong địa tầng Những phương pháp sinh địa tầng ngàycàng được hoàn thiện và được áp dụng trong một tổ hợp các phương pháp càng làm cho cácphương pháp sinh địa tầng có ý nghĩa lớn Ra đời từ cuối thế kỷ 18, các phương pháp cổ sinhtrong địa tầng học đã nhanh chóng được thừa nhận rộng rãi trong địa chất học

Những người có công đầu trong việc xây dựng các phương pháp cổ sinh trong địa tầng học là

W Smith, G Cuvier và A Brongniart Trong quá trình thi công các kênh đào ở đông nam nướcAnh, W Smith (1769-1839) đã có những nhận xét ban đầu rất quan trọng như dưới đây, mà từ đó

đã ra đời một khoa học mới trong Địa chất học

- Những lớp đá khác nhau chứa những tập hợp hoá thạch khác nhau Từ đó trong mặt cắt

đứng, những lớp gần nhau có thành phần hoá thạch tương tự nhau, còn những lớp cách xanhau có thành phần hoá thạch rất khác nhau

- Theo mặt bằng của lớp, hoá thạch không thay đổi ngay cả khi thành phần vật chất của lớp có ít

nhiều thay đổi Như vậy là có thể theo dõi được mặt bằng phân bố của mỗi lớp qua thành phầncủa di tích sinh vật chứa trong đó và thành phần của hoá thạch có đặc tính xác định cho lớp

- Nếu nghiên cứu thành phần hoá thạch từ lớp này qua lớp khác trên mặt cắt đứng có thể xác lập

được trình tự phân lớp ứng với trình tự thời gian thành tạo các lớp trên đáy biển

Áp dụng những nhận xét và nhận định trên đây W Smith đã nghiên cứu sắp xếp địa tầngnước Anh và năm 1799 ông đã lập được “Thang thành tạo trầm tích ở Anh”

Đồng thời và độc lập với W Smith, hai nhà khoa học Pháp là G Cuvier (1769 - 1832) và

A Brongniart (1770 - 1847) đã có những nhận định và đã thành công trong việc nghiên cứu địatầng vùng Paris G Cuvier là nhà động vật học lớn của Pháp, còn A Brongniart là nhà tự nhiên học

và các công trình khoa học lớn của ông gắn liền với sự cộng tác với G Cuvier Đi sâu hơn W Smith

về mặt sinh học, hai nhà khoa học Pháp này khi nghiên cứu trầm tích ở ngoại Paris đã có nhận xétrằng thành phần giống loài của hoá thạch chứa trong các lớp dưới cùng (những lớp này về sau đượcxác lập thuộc hệ Creta) khác với hoá thạch chứa trong các lớp của hệ tầng trên đó và lại càng khácvới các giống loài hiện nay Ở các lớp cao hơn, thành phần các giống tương tự như hiện n ay còn loàithì khác hẳn (về sau các lớp này được xếp vào hệ Đệ Tam) Thành phần giống loài trong những lớptrên cùng của trầm tích ở ngoại Paris hoàn toàn gần gũi các giống loài hiện nay

G Cuvier và A Brongniart không những chỉ dựa vào hoá thạch để phâ n chia địa tầng màcác ông còn dựa vào chúng để xác lập lại điều kiện sống của chúng và theo dõi sự thay đổi điềukiện biển, lục địa cổ xưa ở vùng Paris Năm 1807 hai ông đã công bố công trình nghiên cứu về

địa chất của vùng Paris kèm theo bản đồ và phân c hia tuổi của đá Qua công trình này hai ông

đã xác lập lại lịch sử phát triển địa chất của vùng Paris G Cuvier đã có cống hiến l ớn lao cho khoahọc địa chất và nhất là cổ sinh học (về động vật có xương sống) và chính G Cuvier , A Brongniartcùng với W Smith đã đặt nền móng cho khoa học sinh địa tầng Bên cạnh đó, một cống hiến rấtlớn nữa của G Cuvier trong cổ sinh học cũng như trong sinh học là ông đã xây dựng nên mônhọc giải phẫu học so sánh dựa theo mối quan hệ hỗ tương, thích ứng giữa các cơ quan trong cáthể sinh vật và quan hệ giữa đời sống sinh vật với môi trường

Những nhận xét c ủa G Cuvier về sự khác nhau giữa các giống loài sinh vật trong nhữngđịa tầng khác tuổi nhau rất xác đáng, nhưng ông đã không đúng khi tìm cách giải thích hiệntượng đ ó Ông cho rằng trong lịch sử vỏ Trái Đất đã xẩy ra nhiều biến hoạ dẫn đến sự tiêu diệthàng loạt thành phần của sinh giới và sau đó do một lực siêu phàm mà các giống loài mới lạiđược sáng tạo nên Người kế tục và là học trò của G Cuvier là A d’Orbigny lại đi xa hơn, trongquá trình nghiên cứu dựa vào sự biến đổi của sinh giới ông đã phân định nhiều bậc của trầm tíchJura và Creta A d’Orbigny đã tính ra trong lịch sử vỏ Trái Đất trải qua đến 27 lần sinh giớiđược tái tạo mới và sự biến mất của 27 kiểu sinh giới là do những biến động địa chất to lớn.Nguyên nhân của những biến động địa chất đó A d’Orbigny cho là ngoài tầm hiểu biết củanhân loại A d’Orbigny đã có đóng góp lớn cho sự phát triển khoa sinh địa tầng, ông đã xác lậpđược nhiều bậc của các hệ, mỗi bậc có những loài hoặc nhóm loài đặc trưng mà cho đến nayvẫn được thừa nhận Nhưng A d’Orbigny cùng với người thầy của mình là G Cuvier đã pháttriển thuyết biến hoạ mà triết học duy tâm đã lấy làm chỗ dựa, coi sinh giới là công trình sángtạo của thượng đế Quan niệm này đã cản trở sự phát triển của khoa học về thiên nhiên Về saunhờ những công trình về Địa chất học và Sinh học của hai nhà khoa học lớn người Anh là

Ch Lyell (1797 - 1875) và Ch Darwin (1809 - 1882) thuyết biến hoạ trong tự nhiên học mới bịloại bỏ Trong công trình Nguyên lý địa chất học, Ch Lyell đã chứng minh một cách sáng rõhiện tại luận (actualism) do ông đề xuất Theo đó, những hoạt động địa chất hiện nay đang diễn

ra liên tục làm thay đổi dần dần bộ mặt của vỏ Trái Đấ t, thì trong quá khứ cũng chính nhữnghoạt động tương tự đã xẩy ra trong hàng chục, hàng trăm triệu năm hay hơn nữa đã gây nênnhững biến đổi vô cùng lớn lao về cấu trúc vỏ Trái Đất Như vậy không thể coi có một biến hoạnào như G Cuvier và A d'Orbigny đã quan niệm mà chỉ có những biến đổi liên tục diễn ra mộtcách từ từ Thiếu sót trong quan niệm của Ch Lyell là ở chỗ ông chỉ mới nhìn thấy những biếnđổi về lượng mà chưa thấy những biến đổi về chất, những đột biến Trong cuộc đấu tranh vớithuyết biến hoạ, Ch Lyell đã chịu ảnh hưởng của nhà bác học Pháp J B Lamarck (1744 -1829) Là người rất sớm đấu tranh quyết liệt chống lại thuyết biến hoạ, J B Lamarck đã kiên trìthuyết đồng dạng (uniformism) Quan điểm của Ch Lyell ta vừa nêu trên đây chính là biểu hiệncủa thuyết đồng dạng trong địa chất học Ch Darwin trước năm 1842 và Ch Lyell trước năm

1859 đều hưởng ứng thuyết đồng dạng của J B Lamarck

Năm 1858 Ch Lyell giới thiệu học thuyết tiến hoá của Ch Darwin và sau đó tác phẩm

“Nguồn gốc các loài” của Ch Darwin (1859) đã tạo một bước ngoặt mới trong tự nhiên học.Học thuyết tiến hoá của Ch Darwin không những là một cuộc cách mạng trong sinh học màcũng là cơ sở khoa học vững chắc cho sinh địa tầng học Học thuyết tiến hoá của Ch Darwin

đã lo ại bỏ hẳn những lý luận về thuyết biến hoạ cũng như giải quyết được những vướng mắc

do thuyết đồng dạng gây nên Chính sự chọn lọc tự nhiên, với tính biến dị đột biến, tính di

truyền của sinh vật đã hình thành những loài, những dạng mới Một mặt những loài , dạng sinhvật của thời kỳ địa chất này phải có nguồn gốc từ một số dạng nào đó của thời kỳ địa chấttrước chứ không phải qua một sự sáng tạo của đấng tối cao nào; mặt khác do khả năng biến dị

và di truyền của sinh giới mà các dạng tích luỹ biến dị đến mứ c độ nhất định sẽ xẩy ra độtbiến, hình thành loài mới

Ch Darwin đã chỉ ra được nguyên nhân sự vắng mặt các dạng trung gian mà trước đó đượclấy làm chỗ dựa cho thuyết biến hoạ Trước hết, do quá trình chọn lọc tự nhiên mà những dạngkém thích ứng đã khô ng thể phát triển được và phải nhường chỗ cho những dạng thích ứng.Những dạng không thích ứng không phát triển được dĩ nhiên là khó gặp được trong tự nhiên.Thứ đến, sự thiếu thốn về tư liệu địa chất, nhất là sự nghèo nàn về các bộ sưu tập hoá thạchcũng là một nguyên nhân quan trọng của sự vắng mặt của các dạng trung gian Hiện nay cổ sinhhọc cũng chỉ mới nghiên cứu được một phần nhỏ thành phần của sinh giới trong các thời kỳ địachất Không phải các tầng đá trầm tích được tạo thành đều liên tục trong s uốt quãng thời gianđịa chất dài lâu, mà giữa các tầng, các hệ thường có sự gián đoạn Trong các tầng đá trầm tíchcũng không phải toàn bộ hoặc phần lớn di tích sinh giới được bảo tồn mà chỉ một số lượng rấtnhỏ di tích sinh vật ở biển được bảo tồn, di tíc h sinh vật trên cạn càng khó bảo tồn hơn Với sốlượng hoá thạch nghèo nàn, hoạt động kiến tạo, biến chất v.v lại đã phá huỷ đi rất nhiều nữa.Trong số di tích còn lại thì cổ sinh học cũng chỉ nghiên cứu được một phần rất nhỏ Từ thế kỷ

19 Ch Darwin đã nêu rõ tình trạng trên ở chương “Về sự thiếu thốn các tư liệu địa chất” trongcông trình “Nguồn gốc các loài” Tuy nhiên, dù với sự thiếu thốn tư liệu địa chất và cổ sinh thìngay khi đó Ch Darwin cũng đã đưa ra được dẫn liệu để chứng minh cho sự xuất hi ện các loàimới là có nguồn gốc từ những loài tổ tiên đã sống trong các thời kỳ địa chất từ trước đó

Những công trình của nhà cổ sinh học người Nga Kovalevski (1842 -1883) và người MỹOsborn (1857-1935) có ý nghĩa rất lớn cho việc phát triển cổ sinh học và địa tầng học Cả hainhà cổ sinh này đều nghiên cứu về động vật có vú Đệ Tam, các ông đã kế tục một cách xuất sắc

sự nghiệp của Ch Darwin trong cổ sinh học và đã lấp được một phần quan trọng những chỗtrống của học thuyết Ch Darwin về sự tiến hoá của sinh giới trong lịch sử vỏ Trái Đất.Kovalevski là người đề xướng môn học Cổ sinh học tiến hoá, trước hết ông đã xác lập phươngpháp huyết thống trong cổ sinh học và ứng dụng nó vào nghiên cứu, phân chia địa tầng Nếunhư năm 1859 Ch Darwin mới chỉ có nhận xét “một trong những phát minh quan trọng nhấtcủa cổ sinh học là các sinh vật thay đổi trên thế giới một cách đồng thời” thì Kovalevski đãchứng minh và khẳng định về khả năng dựa vào hoá thạch để đối chiếu địa tầng ở những nơi xanhau trên thế giới

Sau những công trình đặt nền móng khoa học của W Smith, G Cuvier và những ngườithừa kế như A d’Orbigny rồi đến cuộc đấu tranh chống lại thuyết biến hoạ với cống hiến của

Ch Darwin, Ch Lyell, Kovalevski, sinh địa tầng học dần dần đạt được những thành tíc h lớn lao

và trở thành cơ sở vững chắc cho việc định tuổi và đối sánh địa tầng Sự phát triển và hoàn thiệncác phương pháp sinh địa tầng trong thế kỷ 20 gắn liền với những cống hiến của các nhà Cổsinh vật học ở nhiều nước như Nga, Pháp, Đức, Mỹ, Áo v.v

Đến ngày nay phương pháp sinh địa tầng đã phát triển ở mức độ cao và là phương phápchủ yếu trong việc phân chia, so sánh đối chiếu địa tầng Người ta đã chú ý nghiên cứu hầu hết

nhóm di tích sinh vật và sử dụng chúng trong địa tầng Với sự xuất hiện củ a kính hiển vi có độphóng đại lớn, nhiều nhóm cổ sinh vật vi sinh trước kia chưa được chú ý thì nay cũng được đưavào sử dụng sinh địa tầng.

Trong nghiên cứu địa chất Việt Nam các nhà địa chất Pháp như J Deprat, H Mansuy, M.Colani, E Patte, E Saurin v.v đã áp dụng phương pháp sinh địa tầng vào việc phân định địa tầngcủa Việt Nam và Đông Dương nói chung và đã đạt được những kết quả tốt trong công tác địatầng Những kết quả đó đã được tổng hợp một cách khá đầy đủ trong công trình “Tự điển địa tần gĐông Dương”1 Tiếp nối công tác nghiên cứu địa chất của đất nước, trong hơn 60 năm qua cácnhà địa chất Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu trong công tác địa tầng và sinh địa tầng làmnền tảng cho những công trình nghiên cứu khác về địa chất của đất nư ớc và là cơ sở cho việcđiều tra, phát hiện khoáng sản trong lòng đất Những thành tựu này được phản ảnh khá đầy đủtrong công trình “Các phân vị Địa tầng Việt Nam” (2005), trong đó trình bày đầy đủ các phân vịđịa tầng hợp thức đã được xác lập ở Việt Nam

 Phương pháp hoá thạch định tầng

Phương pháp hoá thạch định tầng dựa trên cơ sở tính phân bố của một số dạng hoặc tập hợpcác dạng hoá thạch mà so sánh, định tuổi cho đá trầm tích chứa chúng Các nhóm sinh vật có khảnăng phản ứng và biến cải khác nhau đố i với sự thay đổi điều kiện môi trường, do đó mà cácnhóm hoá thạch có ý nghĩa địa tầng khác nhau Có những nhóm do đặc thù biến đổi, tiến hoánhanh chóng nên có ý nghĩa địa tầng rất lớn Có thể theo dõi được sự phân bố của chúng tronggiới hạn một phân vị địa tầng nhỏ, thuộc vào nhóm này ta có thể kể đến Bút đá và Cúc đá(Graptolitina, Ammonoidea) Nhóm thứ hai cũng biến đổi tiến hoá nhanh, thời gian tồn tại kể từkhi bắt đầu xuất hiện đến khi bị tiêu diệt có thể khá lâu dài nhưng sự phát triển thịnh vượng củachúng lại có giới hạn rõ rệt Ứng với từng giai đoạn trong lịch sử phát triển lại có những dạng hìnhthái riêng Thuộc nhóm này ta có thể kể đến Bọ ba thuỳ (Trilobita), San hô Paleozoi, Tay cuộn(Brachiopoda) Nhóm thứ ba có thời gian tồn tại khá lâu dài mà lại biến đổi rất ít nên ý nghĩa địatầng rất hạn chế và nhiều khi không có lợi ích gì đối với việc phân chia, so sánh địa tầng - như một

vài dạng Tay cuộn (Lingula) hay một vài dạng của Chân rìu.

 Các dạng hoá thạch chỉ đạo

Việc dựa vào một số dạng hoá thạch để phân chia và so sánh địa tầng đã được W Smithtiến hành ngay từ cuối thế kỷ 18 Do nhiều thành tựu của khoa cổ sinh học mà nhiều dạng hoáthạch thuộc nhóm thứ nhất vừa nêu ở trên đã được phát hiện Sự có mặt của chúng như là nhữngdẫn liệu đảm bảo chỉ đạo cho công việc định tuổi, so sánh địa tầng Việc xác định những hoáthạch chỉ đạo địa tầng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cho công tác thực tiễn của địa chất Hoáthạch chỉ đạo địa tầng có các tiêu chuẩn cơ bản sau:

- Biến đổi nhanh chóng theo th ời gian, nói cách khác đó là hoá thạch có giới hạn phân bốhẹp theo chiều đứng của cột địa tầng

- Diện phân bố địa lý rộng để có thể so sánh đối chiếu trên những khoảng cách rất lớn Nhữnghoá thạch của sinh vật biển khơi đáp ứng một cách lý tưởng cho tiêu chuẩn này

Đó là hai tiêu chuẩn cơ bản của hoá thạch chỉ đạo định tầng, các nhóm Bút đá, Cúc đá có rấtnhiều dạng đạt tiêu chuẩn trên đây Dĩ nhiên, hoá thạch chỉ đạo phải mang ý nghĩa thực tiễn dễ sửdụng nên ngoài hai tiêu chuẩn cơ bản trên đây, những dạ ng chỉ đạo phải là những dạng có sốlượng phong phú, phân bố trong nhiều tướng đá khác nhau, dễ gặp trong quá trình nghiên cứuthực địa Đồng thời chúng phải có cấu tạo thuận lợi để các đặc điểm hình thái dễ được bảo tồn tốt.Việc sử dụng các dạng hoá thạch chỉ đạo vào công tác địa tầng học có ý nghĩa thực tiễn rấtlớn Có rất nhiều dạng hoá thạch chỉ đạo rất đặc trưng và dễ nhận biết như các đại biểu của giống

Monograptus định tuổi Silur và Devon sớm, giống Stringocephalus tuổi Devon trung, giống Productus – tuổi Carbon, nhiều giống loài của Cúc đá đặc trưng cho Jura, Creta v.v Tuy nhiên,

việc sử dụng các hoá thạch chỉ đạo vào địa tầng học cũng bị hạn chế và gặp những trở ngại Điềuhạn chế trước tiên là do sự phụ thuộc và thích nghi của sinh vật vào môi trường nên trong thực tếkhó có những dạng hoá thạch chỉ đạo có thể gặp trong bất kỳ tướng đá nào mà có thể đảm bảo cảcác tiêu chuẩn đã nêu trên Mặc dù San hô cũng là hoá thạch có ý nghĩa địa tầng rất tốt nhưngchúng chỉ phổ biến trong các loại đá carb onat, khó có thể gặp hoá thạch San hô trong cát kết.Trong đá phiến mịn phân lớp mỏng ứng với tướng biển sâu cũng khó có thể gặp các hoá thạch chỉđạo của Tay cuộn, Chân rìu

Điều hạn chế thứ hai là do tính chất di cư của sinh vật hoặc do những điều kiện cổ địa lý tựnhiên của các khu vực thay đổi sớm muộn khác nhau mà có những dạng ở khu vực này là dạng chỉđạo cho một tuổi nhưng ở khu vực khác lại ứng với tuổi khác, sớm hoặc muộn hơn Ngay từ thế kỷ

19 Ch Darwin đã phát biểu rõ vấn đề này, ông nêu lên r ằng nhiều giống trong Paleozoi của Bắc Mỹ

đã xuất hiện sớm hơn là ở Châu Âu vì phải có thời gian để chúng di cư từ Mỹ sang Âu Ông đãkhẳng định “khi chúng ta thấy một giống lần đầu xuất hiện trong một hệ thì có nhiều phần chắc chắnrằng đó là một sự di cư mới vào vùng đó” Kết quả nghiên cứu của Ch Lyell và J S Huxley cũngcho ta thấy Bắc Hải và biển Irland tuy cách nhau không xa nhưng lại có thành phần động vật Thânmềm khác nhau Trong khi Bắc Hải có thành phần động vật đặc trưng cho hiện đại, còn ở b iển Irlandthì thành phần động vật lại giống với cuối Neogen hơn Điều đó là do biển Bắc Hải lưu thông dễdàng với các biển khác nhờ tác dụng của hải lưu, còn biển Irland điều kiện môi trường ít biến đổi, dohải lưu bị ngăn trở, vì thế động vật vẫn giữ đượ c nhiều đặc tính cơ bản từ kỷ Neogen

Điều hạn chế thứ ba là sinh vật thường mang tính khu vực địa lý, số dạng mang thế giớitính chiếm tỉ lệ không lớn trong sinh giới Ta có thể lấy ví dụ ếch nhái là loại động vật rất phổbiến ở các lục địa, nhưng ở các đ ảo đại dương, kể cả những đảo lớn như New Zealand ếch nháilại hoàn toàn vắng mặt Trong hoá thạch Bọ ba thuỳ ở kỷ Cambri cũng thấy rõ sự phân bố có

tính khu vực, giống Redlichia rất đặc trưng cho tỉnh cổ địa lý Trung Quốc thì lại không gặp

hoặc rất ít khi gặp trong các tỉnh cổ địa lý khác như khu vực quanh Đại Tây Dương chẳng hạn

 Các phức hệ hoá thạch đặc trưng

Ta đã biết việc sử dụng các dạng hoá thạch chỉ đạo có những hạn chế, mặc dù các dạng

đó có ý nghĩa rất lớn Bằng sử dụng một phức hệ hoá thạch, nhà địa chất sẽ khắc phục đượcnhược điểm đó để giải quyết vấn đề định tuổi địa tầng một cách đáng tin cậy Trong một phức

hệ hóa thạch thu thập được tại một địa tầng nào đó có nhiều dạng, mỗi dạng có diện phân bốđịa tầng khác nhau Nếu chỉ dựa vào một vài dạng, dù là dạng chỉ đạo, ta vẫn có thể lúng túng

khi giải quyết vấn đề ranh giới địa tầng của một đối tượng địa tầng cụ thể Nếu dựa vào cảmột phức hệ hoá thạch thì vấn đề sẽ được giải quyết một cách đơn giản.

Hình 1.12 thể hiện vai trò của phức hệ hoá thạch trong định tuổi địa tầng Sơ đồ thể hiện ba thời

kỳ địa chất, ở giữa là thời kỳ ứng với tuổi của tầng nghiên cứu, bên trái là thời kỳ trước và bên phải

là thời kỳ sau Trong tầng nghiên cứu ta phát

hiện 11 dạng hoá thạch mà tính phân bố địa

tầng đã được thể hiện trên hình 1.12 Nếu chúng

ta chỉ phát hiện được vài dạng như 5, 8, 9 thì

khó định tuổi chắc chắn cho địa tầng Nhưng sự

có mặt của dạng 3 cùng với các dạng 7, 2, 6

cho phép ta xác định tuổi chắc chắn của đá

phức hệ hoá thạch nghiên cứu

Áp dụng cách phân tích phức hệ hoáthạch trong thực tế Việt Nam cũng đã giúp

giải quyết những vấn đề địa tầng đáng chú ý

Ta có thể lấy trường hợp xác định tuổi của

trầm tích Trias thuộc hệ tầng Lai Châu làm ví

dụ Trong đá phiến sét của hệ tầng trước đây

chỉ mới phát hiện một số ít hoá thạch thực vật

không đặc trưng, do đó tuổi của hệ tầng được

xác định là Trias trung - thượng Về sau các

nhà địa chất đã phát hiện hoá thạch Thân

mềm, tuy từng dạng chưa có tuổi chặt chẽ

nhưng nhờ có một phức hệ phong phú mà

tuổi của hệ tầng đượ c xác định một cách đảm

bảo là thuộc Trias thượng, bậc Carni Do có

cơ sở khoa học và ứng dụng có hiệu quả nên

phương pháp phức hệ hoá thạch xác định tuổi

địa tầng là một phương pháp cơ bản nhất của

sinh địa tầng

√ Tổ hợp các phức hệ của những hoá thạch không có ý nghĩa chỉ đạo Nếu như chúng ta có

cả một tập hợp phong phú hoá thạch thì mặc dù từng dạng không có ý nghĩa địa tầng chặt chẽ,nhà cổ sinh vẫn có thể cho những kết luận đúng đắn về tuổi và ranh giới địa tầng Ta có thể lấyviệc sử dụng thành công phương pháp phân tích các phức hệ hoá thạch Chân rìu Trias tại ViệtNam để minh hoạ cho trường hợp này Thí dụ hệ tầng Cò Nòi ở Tây Bắc, trước đây do chỉ pháthiện được một số lượng hoá thạch không phong phú lắm nên định tuổi là từ Trias sớm đến đầucủa Trias trung (Olenec - Anisi) Về sau, do phát hiện hoá thạch, đa dạng và phong phú ngoàinhững dạng đã phát hiện trước lại thêm nhiều dạng khác nhau nên ta có thể định tuổi Olenecthuộc Trias sớm cho hệ tầng Cò Nòi

√ So sánh các phức hệ hoá thạch giống nhau Có những trường hợp hoá thạch chỉ bao gồm

những nhóm biến đổi chậm trong lịch sử địa chất Các loài, các dạng và các giống của chúng cóthể tồn tại trong hàng thế, hàng kỷ Trong trường hợp này ngay cả một phức hệ gồm có nhiều

Hình 1.12 Sơ đồ phân bố các dạng hoá thạch trong

một phức hệ.

Các đỉnh nhọn phía trái của mỗi hình thoi thể hiện lúc loài xuất hiện, đỉnh nhọn phía phải – khi loài bị tiêu diệt Bề rộng của hình thoi – thời kỳ cực thịnh của loài.

giống loài cũng khó cho những kết luận tuổi chặt chẽ Có trường hợp trong một tầng trầm tích chỉ

có thể ứng với một bậc hoặc một phần của một bậc nào đó, nhưng khi phân tích từng dạng hoáthạch thì khó có thể định tuổi, thậm chí đến kỷ Ví dụ, trong các trầm tích chứa than thuộc bể thanQuảng Ninh rất phong phú hoá thạch thực vật nhưng không có những dạng chỉ đạo đặc trưng Hệtầng Hòn Gai chứa đến hơn 70 loài thực vật thuộc các nhóm Dương xỉ, Tuế, Bạch quả, Tùng báchv.v… Đây là phức hệ thực vật rất nổi tiếng ở Châu Á, mang tên phức hệ thực vật Hòn Gai Một

số khá lớn trong chúng thuộc các dạng địa phương, số khác có diện phân bố địa tầng khá rộng Cóthể dễ dàng xác định thực vật của hệ tầng Hòn Gai thuộc thực vật Trung sinh (Mesophyta), nhưngkhoảng tuổi Mesozoi là quá rộng cho một hệ tầng Đem so sánh có thể thấy rõ thành phần củaphức hệ thực vật Hòn Gai rất giống với thành phần của hệ phức hệ thực vật trong hệ tầng SuốiBàng ở Tây Bắc Việt Nam Tuổi Nori - Ret của hệ tầng Suối Bàng được xác định nhờ hoá thạchđộng vật trong các lớp trầm tích biển của hệ tầng Ở nhiều nơi thuộc tây Thái Bình Dương vàChâu Á cũng đã gặp phức hệ thực vật Hòn Gai trong trầm tích được định tuổi Nori - Ret nhờ hoáthạch động vật biển Như vậy, nhờ so sánh các phức hệ thực vật Hòn Gai với Suối Bàng và cácphức hệ thực vật Nori - Ret ở những nơi khác nhau của Châu Á, có thể khẳng định hệ tầng HònGai có tuổi Nori - Ret

√ Phức hệ hoá thạch vi sinh vật Hầu hết các nhóm hoá thạch có kích thước nhìn thấy được

bằng mắt thường như Bọ ba thuỳ, Thân mềm, Tay c uộn, San hô và cả một số Trùng lỗ nữa v.v

từ lâu đã được chú ý nghiên cứu và sử dụng có hiệu quả Tiếp đến, người ta đã tìm kiếm và nghiêncứu, sử dụng những hoá thạch kích thước hiển vi Việc phát hiện các di tích bào tử - phấn hoa và

di tích hoá thạch vi sinh vật có ý nghĩa lớn trong việc nghiên cứu địa tầng của các trầm tích ở dướisâu nhờ các lỗ khoan ở các vùng tiến hành tìm kiếm dầu và khí đốt Nhiều tầng đá trước đây coinhư “tầng câm” vì không phát hiện được hoá thạch thì nay đã được xác định tuổ i bằng phươngpháp sinh địa tầng do phát hiện được di tích bào tử - phấn hoa hoặc vi sinh vật khác

Về cơ bản, sử dụng hoá thạch bào tử - phấn hoa và hoá thạch vi động vật để định tuổi địatầng cũng giống như sử dụng các phức hệ hoá thạch đã nêu ở trên Điều khác biệt cơ bản là ởkhâu gia công mẫu và thiết bị nghiên cứu, phải có các loại kính hiển vi khá tốt với độ phóng đạilớn Đặc biệt trong gia công bào tử phấn hoa cần chú ý cách ly với bên ngoài, vì trong khôngkhí có nhiều bào tử hoặc hạt phấn hoa nhỏ bay lơ lửng có thể rơi vào mẫu và sẽ gây sự lẫn lộnkhi xác định sưu tập mẫu Đã có trường hợp nhà nghiên cứu thông báo phát hiện được bào tửtrong thiên thạch, nhưng khi kiểm tra kỹ lại thì những bào tử đó lại chính là bào tử của Trái Đấtrơi vào trong quá trình gia công mẫu thiên thạch Hình thái các bào tử, hạt phấn biến đổi khôngnhanh qua các giai đoạn lịch sử địa chất, điều này phụ thuộc vào tính chất chung của sự tiến hoácủa giới thực vật Vì thế để xác định tuổi bằng phương pháp bào tử - phấn hoa cần chú ý phântích cả một phức hệ nhiều dạng bào tử và phấn hoa Người ta cũng đã chú ý nghiên cứu hoáthạch vi động vật có kích thước hiển vi trong các trầm tích Trung sinh (Mesozoi) và Tân sinh(Kainozoi), như các vi hoá thạch carbonat có kích thước tính bằng micron

 Các phương pháp khác liên quan với sinh địa tầng

Ngoài các phương pháp phổ biến, được sử dụng rộng rãi đã nêu ở trên, các nhà địa tầng còn

áp dụng nhiều phương pháp cổ sinh khác Những phương pháp này cũng có hiệu quả lớn trongcông tác địa tầng hoặc có ý nghĩa hỗ trợ cho các phương pháp khác Tuy nhiên, mức độ sử dụngphổ thông của chúng ít nhiều bị hạn chế do những lý do khác nhau, mà chủ yếu là do tính chất

chuyên sâu hoặc phức tạp của chúng Ta có thể kể đến các phương pháp thống kê, phươ ng pháp

cổ sinh thái, cổ địa lý

Phương pháp thống kê Phương pháp này còn có tên gọi là phương pháp thống kê theo phần trăm được áp dụng nhiều ở cuối thế kỷ 19 và thế kỷ 20 Nội dung chủ yếu của phương pháp là so

sánh tỷ lệ phần trăm thành phần hoá thạch của các lớp trong hai - ba mặt cắt để đối chiếu và sosánh các lớp của các mặt cắt với nhau Những lớp có tỉ lệ cao các hoá thạch giống nhau là nhữnglớp có cùng vị trí địa tầng như nhau

Phương pháp tiến hoá Cơ sở của phương pháp này như tên gọi của nó l à dựa vào sự tiến

hoá của các nhóm sinh vật Nhà cổ sinh sau khi nghiên cứu kỹ các giống loài, xác định đượcmối quan hệ huyết thống của chúng trong một đơn vị phân loại thì có thể qua sơ đồ tiến hoá màxác định địa tầng, vì các dạng con cháu không thể xuất hiện trước tổ tiên và ngược lại Để minhhoạ một cách đơn giản vấn đề này ta có thể lấy ví dụ ở mối quan hệ huyết thống của ba nhóm từ

tổ tiên đến con cháu là các nhóm Goniatites - Ceratites - Ammonites lần lượt xuất hiện và tồn tại

từ Paleozoi trung - thượng (nhóm thứ nhất), Permi - Trias (nhóm thứ hai) và Jura - Creta (nhómcuối cùng) Chính Kovalevski đã đặt nền móng cho phương pháp này khi ông nghiên cứu và xácđịnh mối quan hệ huyết thống giữa các giống hoá thạch của nhóm động vật có móng Từ đó ôngphân chia và đối sánh được các trầm tích tuổi Miocen chứa các hoá thạch đó Phương pháp tiếnhoá tuy có hiệu nghiệm lớn song nó đòi hỏi có sự dày công nghiên cứu của các nhà chuyên môn

về cổ sinh học Trong phương pháp này người ta còn ứng dụng nhiều quy l uật tiến hoá khác củasinh vật học như định luật E Haeckel về sự phát triển cá thể l ặp lại quá trình phát triển lịch sửcủa giống loài Do tính chất phức tạp mà các phương pháp tiến hoá , đến hiện nay cũng mới chỉ

áp dụng một cách hạn chế

Phương pháp cổ sinh thái Phương pháp cổ sinh thái trong địa tầng học cũng đã được đề cập

đến từ cuối thế kỷ 19 và gần đây càng được chú ý nhiều Nhà cổ sinh học Nga R Hecker đã có đónggóp lớn trong việc phát triển phương pháp này Nhờ phân tích hoàn cảnh sinh thái, ph ân tích sự thayđổi của tướng đá mà ta có thể đối sánh với mặt cắt địa chất khi chúng không chứa những dạng hoặcnhững phức hệ hoá thạch đặc trưng giống nhau Nhờ cách đó ta cũng có thể phân chia nhỏ phân vịđịa tầng, dù biến cải và tiến hoá của sinh giới chưa có thể nhận thấy rõ nét để sử dụng trong địa tầngcủa mặt cắt Hiện nay phương pháp cổ sinh thái trong địa tầng học cũng chỉ mới được sử dụng ở một

số trường hợp hạn chế Số lượng các nhà chuyên môn cũng chưa nhiều, song phương pháp này cóđiều kiện để phát triển do không quá phức tạp và sự hiệu nghiệm lớn của nó

Phương pháp sinh thái địa tầng Khái niệm về sinh thái địa tầng ( ecostratigraphy) xuất hiện

năm 1973, dựa trên cơ sở phân tích mối tương quan giữa sinh giới và môi trường để phân chia

và đối sánh địa tầng Những sự kiện tự nhiên đều có mối quan hệ với các quá trình địa chất, ví

dụ hiện tượng biển tiến, biển thoái, sự thay đổi của khí quyển, sự biến đổi điều kiện khí hậuv.v… tạo nên hệ sinh thái, có tác động đến sự biến đổi của sinh giới và để lại dấu ấn trong trầmtích, từ đó sử dụng tổ hợp các biểu hiện các hệ sinh thái vào phân tích các dữ liệu địa tầng sẽgiúp cho việc phân chia và đối sánh địa tầng mà trước hết là sinh địa tầng sẽ khách quan

Liên quan chặt chẽ với sinh thái địa tầng là đ ịa tầng sự kiện (event stratigraphy), phương

pháp này dựa trên cơ sở phân tích các dữ liệu về những sự kiện trong quá trình trầm tích Có thểlấy một số ví dụ như turbidit là trầm tích được hình thành do dòng chảy rối liên quan với động

đất, sóng bão tố, hoặc lũ lụt lớn v.v… Những sự kiện này thường xẩy ra có tính chất chu kỳtrong các mặt cắt, do đó có thể sử dụng chúng để phân chia và đối sánh địa tầng Một sự kiệnkhác cũng có ý nghĩa tương tự là thành phần tro núi lửa trong trầm tích Sự phân tán vật li ệu núilửa trên một diện tích rộng sau mỗi lần núi lửa hoạt động là một yếu tố có thể sử dụng có hiệuquả để phân chia và đối sánh địa tầng khu vực.

Phương pháp cổ địa lý Đây là một trong những phương pháp đòi hỏi có sự nghiên cứu

tổng hợp nhiều mặt về thạch học trầm tích, tướng đá và cổ sinh học, cổ khí hậu học Tuy nókhông phải đơn thuần là một phương pháp sinh địa tầng, nhưng vai trò của sinh học có ý nghĩarất lớn để phân tích điều kiện hình thành tướng đá, điều kiện cổ khí hậu, độ sâu, độ muối củakhu biển v.v Khả năng giải quyết các vấn đề về địa tầng của phương pháp khá lớn nên ngàycàng được các nhà địa chất chú ý tới Trong nội dung của phương pháp cổ địa lý vai trò của cổsinh thái học chiếm một vị trí quan trọng, vì chính những đặc điểm sinh thái của sinh vật phảnánh điều kiện địa lý tự nhiên của môi trường sống và cũng là điều kiện địa lý tự nhiên của khuvực khi hình thành trầm tích

 Phương pháp cổ khí hậu hay khí hậu địa tầng

Sự biến đổi có tính chất chu kỳ của khí hậu trên bề mặt Trái Đất là điều đã được các nhàđịa chất biết đến từ rất lâu Sự biến đổi khí hậu này có thể có nguyên nhân vũ trụ, đó là nhữngbiến đổi có chu kỳ tâm sai của quỹ đạo Trái Đất, biến đổi độ nghiêng của hoàng đạo Nhữngbiến đ ổi khí hậu có nguyên nhân vũ trụ này mang tính chất toàn cầu, do đó dấu ấn của chúng đểlại có thể sử dụng vào việc xác định và đối chiếu địa tầng Phương pháp cổ khí hậu được ápdụng có hiệu quả nhất đối với trầm tích Pliocen và Đệ Tứ (xem chương 14), nhưng ngày naycũng được áp dụng tốt đối v ới những trầm tích cổ hơn

Kết quả nghiên cứu cho thấy mỗi chu kỳ khí hậu có bốn giai đoạn là ấm -khô, ấm-ẩm, khô và lạnh-ẩm, từ đó cũng có thể phân biệt hai nhóm đặc trưng khí hậu cho mỗi chu kỳ khí hậu

lạnh-là ấm và lạnh, khô và ẩm Điều kiện khí hậu và kiến tạo ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trầmtích, phản ảnh qua thành phần khoáng vật và địa hoá của đá và thành phần hoá thạch chứa trongchúng Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu thể hiện rõ nét nhất đối với trầm tích lục địa và trầmtích biển nông trong môi trường kiến tạo yên tĩnh, trước hết là ở vùng nền Bốn giai đoạn củachu kỳ khí hậu được phản ảnh rõ nét trong chu kỳ trầm tích và có thể quan sát, đo vẽ được trongcông tác bản đồ địa chất Không những thành phần trầm tích phản ảnh các giai đoạn của c hu kỳkhí hậu mà thành phần sinh giới, đặc biệt là thành phần thực vật, bào tử - phấn hoa chứng minhmột cách xác thực điều kiện khí hậu của mỗi giai đoạn Bằng phân tích thành phần thực vật, bào

tử phấn và vỏ Trùng lỗ còn có thể xác định được nhiệt độ của môi trường trầm tích

Biến đổi khí hậu có thể diễn ra theo quy mô thời gian ngắn dài khác nhau và điều đó cũngđược ghi lại dấu ấn trong thành phần trầm tích Bằng phân tích sự phân dải mỏng của trầm tíchsét có thể biết được sự biến đổi khí hậu trong kh oảng thời gian ngắn, hàng năm chẳng hạn.Trong lịch sử địa chất có những chu kỳ biến đổi khí hậu dài hàng triệu, hàng chục triệu năm;những dấu ấn của những chu kỳ khí hậu dài như vậy cũng được phát hiện trong thành phần trầmtích và di tích sinh giới chứa trong chúng

Như vậy, phương pháp khí hậu địa tầng cũng gắn liền với phương pháp sinh địa tầng vàcũng đã được dùng làm cứ liệu để xác định tuổi của nhiều bậc trong Phanerozoi