Hệ thống hang động karst vùng cao nguyên đá Đồng Văn phát triển chủ yếu trên các thành tạo carbonat tuổi Carbon - Permi và Trias. Sự phát triển của chúng bị khống chế bởi vận động kiến tạo trong Kanozoi. Thông qua việc phân tích định hướng của các lối thông trong hang động và độ cao phân bố của các tầng thành tạo hang động, bài viết xác định đặc điểm trường ứng suất khu vực và vận động nâng trong giai đoạn Tân kiến tạo và Hiện đại. Kết quả cho thấy hệ thống hang động karst vùng cao nguyên đá ghi nhận hoạt động phá hủy kiến tạo với hai pha biến dạng có trục ứng suất nén ngang cực đại (SHmax) định hướng chủ đạo theo phương đông-tây trong pha sớm (Miocen - Pliocen) và bắc - nam trong pha muộn (Pliocen - Hiện tại). Các tầng thành tạo hang động karst ở cao nguyên đá thể hiện hoạt động nâng Tân kiến tạo diễn ra theo bốn giai đoạn phát triển từ Miocen đến ngày nay.
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 Kiến tạo Kainozoi khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn qua phân tích hệ thống hang động karst Nguyễn Văn Hướng1,*, Nguyễn Thùy Dương1, Nguyễn Thị Ánh Nguyệt1, Phạm Nữ Quỳnh Nhi1, Đặng Thị Phương Thảo1, Trần Văn Phong2, Nguyễn Ngọc Anh3 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Viện Địa chất, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Tài Nguyên Môi Trường Biển, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nhận ngày 15 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 20 tháng năm 2016; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Hệ thống hang động karst vùng cao nguyên đá Đồng Văn phát triển chủ yếu thành tạo carbonat tuổi Carbon - Permi Trias Sự phát triển chúng bị khống chế vận động kiến tạo Kanozoi Thông qua việc phân tích định hướng lối thơng hang động độ cao phân bố tầng thành tạo hang động, viết xác định đặc điểm trường ứng suất khu vực vận động nâng giai đoạn Tân kiến tạo Hiện đại Kết cho thấy hệ thống hang động karst vùng cao nguyên đá ghi nhận hoạt động phá hủy kiến tạo với hai pha biến dạng có trục ứng suất nén ngang cực đại (SHmax) định hướng chủ đạo theo phương đông-tây pha sớm (Miocen - Pliocen) bắc - nam pha muộn (Pliocen - Hiện tại) Các tầng thành tạo hang động karst cao nguyên đá thể hoạt động nâng Tân kiến tạo diễn theo bốn giai đoạn phát triển từ Miocen đến ngày Từ khóa: Tân kiến tạo, trường ứng suất, lối thông hang động, karst, Đồng Văn Giới thiệu * karst kỳ thú Cao nguyên đá (CNĐ) Đồng Văn, bao gồm toàn diện tích huyện tỉnh Hà Giang gồm Đồng Văn, Mèo Vạc, Yên Minh Quản Bạ, công viên địa chất Việt Nam UNESCO vinh danh năm 2010 [1] Trong số di sản địa chất CNĐ Đồng Văn, đối tượng hang động thuộc kiểu di sản Địa mạo [2], phân bố chủ yếu địa bàn huyện Đồng Văn, Mèo Vạc Yên Minh Nhiều hang động có giá trị di sản khu vực, tiêu biểu Động Nguyệt, Hang Ong, hang Xả Lũng, hang Sung Khe… khám phá lập sơ đồ hang chi tiết [3] (Hình 1) Việt Nam có tỷ lệ diện lộ đá vơi so với diện tích phần lục địa lãnh thổ thuộc loại cao giới, lại nằm vùng nhiệt đới, nên hoạt động karst xảy mãnh liệt Ở Bắc Bộ, diện tích lộ đá vơi chiếm tới 18% tổng diện tích, với khoảng 22.000 km2 Địa hình karst đa dạng, phát triển tầng đá vôi dày tới hàng trăm mét, tạo nên cảnh quan _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-973272608 Email: huongtectonics@vnu.edu.vn 45 46 N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 Các yếu tố liên quan đến hình thành khống chế phát triển cảnh quan karst nhiệt đới Việt Nam gồm đặc điểm thạch học đá carbonat, chuyển động kiến tạo vị trí mực nước ngầm [4] Thơng thường, q trình karst bề mặt thường bắt đầu với nâng lên khối đá vôi hạ thấp mực nước ngầm Sự thay đổi vị trí mực nước ngầm hầu hết kết chuyển động Kainozoi theo phương thẳng đứng vỏ Trái Đất Do chuyển động kiến tạo nói chung yếu tố định phát triển địa hình karst, có hang động Các chuyển động thẳng đứng vỏ Trái Đất có nguyên nhân sâu xa từ chuyển động theo phương ngang, gây phá hủy Theo thống kê, khoảng 57% hang động hình thành mặt phân lớp đá trầm tích, 42% bị khống chế đứt gãy, cịn lại 1% hình thành liên quan tới độ rỗng đá [5] Số liệu cho thấy gần nửa số hang động hình thành liên quan đến hoạt động kiến tạo Ngoài ra, hang động phát triển mặt phân lớp ảnh hưởng hoạt động kiến tạo chúng có xu hình thành vị trí giao khe nứt với mặt phân lớp hình thành mặt lớp riêng rẽ Ngoại trừ hang có hình thái dạng vịm trịn, hang động karst thường có hình thái gồm lối thơng khơng liên tục có nhiều nhánh Các ngã rẽ nơi ghi nhận thay đổi phương phát triển lối thơng, đóng vai trị kết nối lối thông để thành hệ thống hang động Các lối thơng hang động thường có xu định hướng vng góc với thành phần căng giãn trường ứng suất thời [6] Do mối liên hệ định hướng kéo dài hang động ứng suất kiến tạo cho thấy hệ thống karst thị tốt cho việc phục hồi trường ứng suất kiến tạo, đặc biệt giai đoạn Tân kiến tạo kiến tạo đại [6, 7] Nghiên cứu thực sở phân tích, thống kê phương kéo dài hang động hình thành đá vơi khu vực CNĐ Đồng Văn, chủ đạo hang nằm địa phận huyện Đồng Văn, Mèo Vạc Yên Minh (Hình 1), kết hợp với phân tích độ cao phân bố chủ yếu tầng thành tạo hang động theo tài liệu địa hình thơng tin địa chất - kiến tạo bề mặt Từ xác định, đánh giá chuyển động Tân kiến tạo kiến tạo đại ảnh hưởng chúng đến hình thành phát triển hang động vùng nghiên cứu Đặc điểm địa chất khu vực 2.1 Các thành tạo địa chất Trên Bản đồ Địa chất Khoáng sản tỉ lệ 1: 200.000 tờ Bảo Lạc [8] văn liệu khác [9, 10], khu vực CNĐ bao gồm chủ yếu thành tạo carbonat, lục ngun phun trào Theo thời gian hình thành mô tả thành tạo khoảng tuổi: Paleozoi sớm, Paleozoi muộn Mesozoi (Hình 4) Các hang động xuất không phổ biến thành tạo thành tạo đá vôi Paleozoi sớm Các thành tạo Paleozoi muộn phân bố rộng khắp nhóm thành tạo phổ biến vùng CNĐ Đồng Văn Đặc biệt, hang động phân bố thường xuyên thành tạo đá vôi dạng khối, đá vôi trứng cá phân lớp dày đến trung bình, đá sét vơi thuộc hệ tầng Bắc Sơn (C-P2 bs) Các thành tạo Mesozoi gồm đá sét vôi hệ tầng Hồng Ngài (T1 hn) đá phun trào xen lục nguyên hệ tầng Sông Hiến (T1 sh) Các đá carbonat hệ tầng Hồng Ngài đối tượng liên quan đến phân bố hang động chủ đạo nhóm thành tạo Meosozoi Các phễu karst (hay hố sụt karst) thường phân bố phần trũng thung lũng karst, nơi có phân bố trầm tích đại Các trầm tích thường có bề dày khơng lớn, thành phần chủ yếu gồm trầm tích hạt mịn đối tượng canh tác nông nghiệp quan trọng cư dân địa phương 2.2 Đặc điểm địa hình Sơng Nho Quế sơng vùng chảy theo phương tây bắc - đông nam từ Đồng Văn sang Mèo Vạc sau chuyển hướng sang hướng gần bắc nam phía đơng nam huyện Mèo Vạc Trên diện tích huyện Yên Minh N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Mơi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 có sơng Nhiệm chảy theo phương tây bắc đông nam đến khu vực Lý Bơn, đơng nam huyện Mèo Vạc hợp lưu với Sơng Nho Quế tạo thành chi lưu Sơng Gâm (Hình 1) Địa hình khu vực bị phân cắt mạnh hệ thống sông vừa nêu với độ cao chiếm ưu khoảng 1300 - 1500 m, cực đại lên tới 1700 m khu vực Phó Bảng phía nam thị trấn Mèo Vạc Trung tâm huyện Đồng Văn Mèo Vạc nằm độ cao khoảng 900 1000 m trung tâm Yên Minh nằm độ cao khoảng 450 m Mực xâm thực sở địa phương Đồng Văn - Mèo Vạc nằm khoảng cao 400 - 500 m, Yên Minh - đông nam Mèo Vạc khoảng cao 250-300 m [12] Về tổng thể địa hình khu vực CNĐ Đồng Văn chia thành nhóm nguồn gốc bao O 47 gồm (1) Địa hình kiến tạo kiến trúc bóc mịn; (2) Địa hình bóc mịn tổng hợp; (3) Địa hình karst; (4) Địa hình dịng chảy [13] Đá vơi chiếm nửa diện tích khu vực Đồng Văn - Mèo Vạc Yên Minh địa hình karst có tầm quan trọng đặc biệt, tiêu biểu phần trung tâm CNĐ Đồng Văn, gồm nhóm đỉnh karst đặc trưng, xen trũng núi Từ Xà Phìn theo hướng đơng nam đến Lũng Chinh, quan sát thấy địa hình cao nguyên karst đặc trưng với đỉnh dạng nón mức độ cao 1500 m, 1400 - 1500 m, 1000-1200 m 800 - 1000 m [14] Trong nhóm địa hình bóc mịn tổng hợp, đáng ý, quan sát thấy tính phân bậc địa hình thông qua phân bố mặt san mức độ cao khác [13] H Hình Vị trí hang động, hố sụt karst thủy hệ khu vực Đồng Văn - Mèo Vạc - Yên Minh thể mơ hình số địa hình (GDEM) Phân bố đứt gãy địa chất theo [8] [11] Vị trí mặt cắt địa hình biểu diễn cho Hình 48 N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 2.3 Bối cảnh kiến tạo CNĐ Đồng Văn nằm khối cấu trúc Đông Bắc Bộ Khu vực trải qua lịch sử phát triển kiến tạo đa kỳ từ Paleozoi đến Kainozoi với pha kiến tạo ghi nhận rõ nét Pha kiến tạo cổ ghi nhận thành tạo Paleozoi sớm (hệ tầng Chang Pung Lutxia) xảy giai đoạn Ordovic - Silur với xuất đới trượt cắt - chờm nghịch biến dạng dẻo quy mô khu vực nếp uốn đẳng nghiêng kèm xuất [10] Trong Mesozoi xảy pha biến dạng dẻo đến dòn-dẻo kịch phát cuối Trias va chạm lục địa, biết đến tên gọi pha kiến tạo Indosini với phổ biển tượng uốn nếp đứt gãy chờm nghịch quy mơ lớn [11, 10] Ngồi quan sát thấy rõ dấu vết front biến dạng phủ chờm Indosini Đông Bắc Việt Nam dọc đông nam Sông Nhiệm [11] (Hình 4) Pha biến dạng định hình nên cấu trúc địa chất Việt Nam nói chung khu vực nghiên cứu nói riêng [9] Trong Kainozoi, khu vực CNĐ xảy pha biến dạng dòn với biểu hoạt động đứt gãy chế thuận trượt tái hoạt động đứt gãy hình thành trước [10] Pha biến dạng cho hệ q trình xơ húc Ấn Độ - Âu Á khởi phát vào đầu Kainozoi khiến khối Đông Dương (Indochina) trôi trượt khía đơng nam biến dạng tiêu tán thông qua hoạt động trượt trái quy mô lớn khởi phát vào cuối Oligocen, phát triển mạnh mẽ Miocen dọc đứt gãy Sông Hồng [15 9] Oligocen muộn - Miocen coi giai đoạn Tân kiến tạo Việt Nam Từ Pliocen đến ngày nay, tính chất dịch trượt đứt gãy Sơng Hồng chuyển từ trượt trái sang trượt phải [16] Kết biến dạng đa pha khiến đá carbonat khu vực nghiên cứu bị biến dạng mức độ khác Các kiến trúc hình thành pha kiến tạo trước thường tái hoạt động biến dạng chồng chập dẫn đến phức tạp đặc điểm biến dạng loại đá có mặt khu vực [10] Nếu pha biến dạng Indosini Mesoizoi cho hình thành nên cấu trúc địa chất đá carbonat vùng CNĐ, biến dạng dịn Kainozoi xem yếu tố định khống chế hình thành phát triển dạng địa hình hệ thống hang động Cơ sở tài liệu phương pháp nghiên cứu Các hang động vùng CNĐ Đồng Văn khảo sát chi tiết toàn diện dự án hợp tác Việt - Bỉ [3] Các sơ đồ hang đo vẽ mức độ khái lược, có số hang xây dựng mặt cắt ngang mặt cắt dọc Đây nguồn tài liệu dùng để phân tích định hướng hệ thống lối thông hang động Năm 2015, nhóm nghiên cứu đo vẽ thành lập sơ đồ Hang Rồng (xã Sảng Tủng - huyện Đồng Văn) Các đoạn hang mở rộng thành phòng rộng) khơng lựa chọn để phân tích khơng có định hướng chung rõ ràng Dựa sơ đồ 30 hang động thu thập khảo sát, lối thông hang gắn định hướng so với phương bắc Trái Đất phần mềm GMDE, chẳng hạn sơ đồ hang Sung Khe (Hình 2a, b) [17] Tiếp theo, biểu đồ hoa hồng thể định hướng lối thông xây dựng phần mềm TectonicsFP [http://www.kargl.cc/tectonicsfp.com] với khoảng đếm phương vị 20o (Hình 2c) Sau đó, phương phát triển chủ đạo hang động xác định để phân tích phương tách giãn dựa quan điểm định hướng hang động vng góc với ứng suất ngang cực tiểu [6, 7] Khi lối thơng hang có nhiều phương phát triển chủ đạo, phương ứng suất luận giải để gắn với hai pha kiến tạo Khi hai phương phát triển chủ đạo tạo thành góc nhọn, hang cho hình thành kết cặp phá hủy cộng ứng (Hình 2d) [6] N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 49 Hình Khái quát bước phân tích phương lối thơng hang động để thu thông tin kiến tạo (dựa theo cách tiếp cận Littva nnk 2015 [6]): (a) Thu thập sơ đồ hang theo phương ngang phương thẳng đứng; (b) Xây dựng sơ đồ phương lối thông; (c) Xây dựng biểu đồ hoa hồng; (d) minh giải Sơ đồ hang Sung Khe dựa theo [3] j Từ 30 hang ban đầu, số hang vị trí gần gộp chung vào thành nhóm hang Từ thu biểu đồ hoa hồng thể định hướng lối thông 24 hang/nhóm hang (Hình 3) minh giải ứng suất (Hình 4) Các hang động vùng CNĐ Đồng Văn thường phân bố độ cao khác khoảng độ cao, độ dài đoạn hang khác (Hình 2b, dưới) Để phân cấp độ cao thành tạo hang chủ yếu, nghiên cứu tiến hành xác định độ dài đoạn hang khoảng độ cao 50 m 73 hang có thơng tin tương đối đầy đủ Trong số 73 hang bao gồm 30 hang nêu phần trước Tổng độ dài tất đoạn hang tất hang khoảng độ cao tính tốn biểu diễn biểu đồ (Hình 5) Số liệu để xây dựng mơ hình số độ cao (DEM) (Hình 1) tải từ trang web NASA [https://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp] với độ phân giải ban đầu 30m Số liệu độ cao đan dày cách nội suy để tạo DEM độ phân giải 15 m, sau mặt cắt địa hình đặc trưng lựa chọn (Hình 6) để phân tích độ cao phát triển hang động Một số hình vẽ thực phần mềm GMT [18] Phân bố phương lối thông hang động Phân tích tổng hợp định hướng chung 620 lối thơng thuộc 24 hang/nhóm hang động karst vùng Đồng Văn, Mèo Vạc Yên Minh cho thấy hang động nói chung lối thơng hang nói riêng phát triển mạnh theo phương tây bắc - đông nam (280 - 310o) (Hình 3) Ngồi thấy phát triển mạnh lối thông theo phương đơng bắc - N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 50 tây nam (40 - 70o) Phân tích chi tiết biểu đồ hoa hồng hang/nhóm hang cho thấy có nhóm với đặc điểm sau (Hình 3): - Các hang động có phương tây bắc - đơng nam bao gồm 13 hang/nhóm hang, có hang/nhóm hang phát triển theo phương nhất, hang/nhóm hang phát triển thêm phương phụ hang phát triển phương phụ Cụ thể Hang Hồ (#4 - để người đọc tiện theo dõi, mục gọi tên hang/nhóm hang kèm theo số thứ tự Hình với dấu # đặt trước số thứ tự hang/nhóm hang), nhóm Xã Xà Phìn & H’Mong castle (#5), Rồng (#6), Phố Cáo (#7), Động Nguyệt (#9), Mèo Vạc (#11), Lũng Tung (#16) Keo Hen (#21) phát triển theo phương tây bắc - đơng nam; nhóm Ma Lé 1&2 (#2), Hang Ong (#8), Lũng Pù (#10), Noòng Khất (#17) phát triển thêm phương phụ đơng bắc - tây nam; cịn lại Mèo Vịng (#13) phát triển thêm hai phương phụ đông bắc - tây nam bắc tây bắc - nam đông nam dg Hình Biểu đồ hoa hồng thể định hướng lối thơng 24 hang/nhóm hang động nghiên cứu khu vực Đồng Văn, Mèo Vạc Yên Minh N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 - Các hang động có phương đơng bắc - tây nam bao gồm hang/nhóm hang, có hang phát triển theo phương nhất, hang phát triển thêm phương phụ hang/nhóm hang phát triển thêm phương phụ Cụ thể hang Sảng Chai A1 (#12) Hữu Vinh (#23) phát triển theo phương đông bắc - tây nam; Hà Sứ (#19) phát triển thêm phương phụ gần bắc nam, Sung Dia (#20) phát triển thêm phương phụ tây bắc đông nam; Xà Lủng (#1) phát triển hai phương phụ đông đông bắc - tây tây nam tây tây bắc - đơng đơng nam; nhóm Sủng Khe 3&4 (#15) phát triển thêm hai phương phụ bắc đông bắc - nam tây nam tây bắc - đông nam - Các hang động có phương tây bắc - đông nam đông bắc - tây nam, bao gồm hang/nhóm hang: Tia Sáng (#3), nhóm Sủng Khe 1&2 (#14), nhóm Thẩm Lin (gồm Thẩm Lin, Nà Lng, Bản An Khau Cua #18), nhóm Yên Minh 1&2 (#22) Lao Và Chải A (#24) Khi minh giải ứng suất, hang có phương phát triển hợp với tạo thành góc nhọn minh giải phá hủy cộng ứng Hai phương phát triển hệ thống hang động phù hợp với có mặt hai hệ thống đứt gãy phổ biến vùng phương tây bắc - đông nam đông bắc - tây nam thể đồ địa chất [8] Chỉ có hang gồm Xà Lủng (#1), Sủng Dìa (#20) Lao Và Chải A (#24) có phương phát triển khác biệt hẳn với phương đứt gãy lân cận (Hình 4) Trường ứng suất kiến tạo Dựa cách tiếp cận cho lối thơng hang động có xu định hướng vng góc với thành phần căng giãn trường ứng suất thời điểm hình thành phá hủy (phá hủy sau khống chế hình thành hang động) [6 7], biểu đồ hoa hồng (Hình 3) thể phương phát triển ưu trội lối thơng hang động phân tích nhằm tìm phương căng giãn ngang cực đại (Shmin), từ suy 51 phương nén ép ngang cực đại (SHmax) Kết minh giải ứng suất thể Hình Theo đó, số 24 hang/nhóm hang lựa chọn phân tích, có hang/nhóm hang minh giải phát triển phá hủy cộng ứng bao gồm: Tia Sáng (#3), Sủng Khe 1&2 (#14), nhóm Thẩm Lin (#18), Yên Minh 1&2 (#22) Lao Và Chải A (#24) (tên hang cụ thể xem Hình 3) So sánh với sơ đồ địa chất cho thấy hang động minh giải liên quan đến phá hủy cộng ứng phân bố gần vị trí có hai hệ thống phá hủy chéo (Hình 4) Khi đó, trục SHmax nằm phân giác góc nhọn hợp phương chính; ngoại trừ nhóm Thẩm Lin (#18) có trục SHmax định hướng theo phương đơng - tây, hang cịn lại có SHmax định hướng theo phương bắc - nam Trong số hang/nhóm hang có phương phát triển phương phụ, có hang với số lượng tập hợp lối thông lớn (n ≥ 45) bao gồm: Xà Lủng (#1), Hang Ong (#8), Noòng Khắt (#17) Sủng Khe 3&4 (#15) Các hang cho phát triển phá hủy gây hai giai đoạn khác (phương pháp minh giải xem mục Cơ sở tài liệu phương pháp nghiên cứu) Tuy nhiên minh giải ứng suất từ phá hủy theo phương phụ mang tính chất tham khảo Cịn lại 15 tổng số 24 hang/nhóm hang có lối thơng minh giải phát triển phá hủy căng giãn với phương Shmin vng góc với phương chủ đạo lối thông hang động, hay nói cách khác phương SHmax song song với phương phát triển chủ đạo lối thông Chế độ địa động lực thời kỳ Kainozoi lãnh thổ Việt Nam vùng lân cận phát triển theo mơ hình biến dạng hai pha ảnh hưởng va chạm lục địa Ấn Độ Âu - Á xảy Paleogen [15, 19] Trong pha sớm (Eocen - Miocen), chế độ địa động lực khu vực đặc trưng trường ứng suất kiến tạo có lực nén ép (SHmax) theo phương vĩ tuyến, tách giãn (Shmin) theo phương kinh tuyến [19, 20]; pha muộn (Pliocen - Đệ Tứ), trường ứng suất có chế độ nén ép theo phương kinh tuyến tách giãn theo phương vĩ tuyến [19, 20, 21] 52 N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 Cảnh quan địa hình nói chung hệ thống hang động vùng CNĐ Đồng Văn nói riêng phát triển Kainozoi bị khống chế hoạt động Tân kiến tạo [13, 12, 10] Kết minh giải định hướng hệ thống hang động cho thấy có hai phương trục tách giãn (Shmin) chủ yếu: bắc - nam (trục nén ép tương ứng - SHmax phương đông tây) đông đông bắc - tây tây nam (nén ép tương ứng bắc tây bắc - nam đơng nam) (Hình 4) Đối chiếu với chế độ địa động lực chung Kainozoi lãnh thổ Việt Nam lân cận nêu, phân chia theo tuổi thị ứng suất cho vùng CNĐ Đồng Văn thu từ định hướng lối thơng hang động theo hai pha (Hình 4): Hình Sơ đồ địa chất khu vực Đồng Văn - Mèo Vạc - Yên Minh với kết minh giải ứng suất từ phân tích biểu đồ hoa hồng thể phương lối thơng 24 hang/nhóm hang động khu vực Các chữ số thể tên hang/nhóm hang Hình Nền địa chất theo [8, 10 11] Pha sớm với SHmax định hướng theo phương đơng - tây bao gồm 12 hang/nhóm hang: #2, #4, #5, #7, #9, #11, #12, #13, #15, #17, #18 #23 Hang #18 thu từ phân tích phá hủy cộng ứng Hang #15 #17 có khả phát triển phá hủy đa pha Pha muộn với SHmax định hướng theo phương gần bắc nam bao gồm 12 hang/nhóm hang: #1, #3, #6, #8, #10, #14, #16, #19, #20, #21, #22 #24 Chỉ thị từ hang #3, #14 #24 thu từ phân tích phá hủy cộng ứng Hang #1 #8 có khả phát triển phá hủy đa pha Đối chiếu lại hang phân chia theo hai pha kiến tạo nêu với mô tả trình khảo sát hang (theo [3]) cho thấy: N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 số thị thuộc nhóm pha sớm, có hang phát đứt gãy (#11 #17); số thị thuộc nhóm pha muộn, có hang phát đứt gãy #3, #6, #8, #10, #14, #19, #24 Các dấu vết hoạt động mặt trượt đứt gãy hình thành đá carbonat thường sớm bị xóa nhịa hoạt động hịa tan với có mặt nước Số lượng lớn thị ứng suất cho thuộc pha muộn so với pha sớm thu từ phân tích hang bắt gặp đứt gãy cho thấy ảnh hưởng hoạt động kiến tạo thuộc pha muộn bảo tồn tốt hệ thống hang động karst so với pha sớm, cường độ hoạt động kiến tạo pha muộn thường xem mãnh liệt [15, 16] Có thị ứng suất gán pha muộn minh giải từ phá hủy cộng ứng dựa sơ đồ hang (#3, #14, #24), hang mơ tả có xuất đứt gãy [3] Từ cho phép nhận định: định hướng hang động vùng CNĐ Đồng Văn bị khống chế hoạt động Tân kiến tạo kiến tạo đại tin cậy việc phân tách chúng thành pha biến dạng khác tin tưởng cách tiếp cận phân tích định hướng hệ thống lối thơng hang động karst để tìm định hướng ứng suất 53 Các tầng thành tạo hang động vận động nâng Tân kiến tạo Các độ cao thành tạo hang động thống kê thể biểu đồ tương quan độ cao độ dài tổng đoạn hang khoảng độ cao 50 m dựa thông tin 73 hang (theo [3]) Theo đó, xác định khoảng độ cao tập trung hang động chủ yếu, bao gồm 1250-1650 m, 950-1225 m, 750-925 m 225-425 m (Hình 5) Các khoảng độ cao tập trung hang động vừa nêu gán lên mặt cắt địa hình vị trí gần hang động (Hình 6) Kết hợp với mơ tả hang [3], khái quát đặc điểm tầng thành tạo hang động chủ yếu vùng CNĐ Đồng Văn theo cấp sau: Cấp 0: phân bố chủ yếu khoảng độ cao 1250 - 1650 m, thường nằm tháp karst phía mực dòng chảy thường xuyên Các hang tiêu biểu gồm: Động Nguyệt, Hang Rồng, Xã Xà Phìn 1&3, Tả Lủng, Pa Ca 1&2, Hmong castle, Lũng Tung phần cao Hang Ong Các hang động cấp thể mức ngập lụt khứ tồn dòng chảy ngầm cổ Chúng khơng cịn hoạt động q trình nâng lên bề mặt địa hình hạ thấp mực xâm thực sở Các hang hình thành cấp thường gọi hang hóa thạch [3] Hình Phân bố theo độ cao nhánh hang động vùng Đồng Văn - Mèo Vạc - Yên Minh H 54 N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 Cấp 1: phân bố chủ yếu khoảng độ cao 950-1225 m, thường nằm chân tháp karst với hang tiêu biểu bao gồm: Ma Lé 1&2, Mèo Vạc 1, Sủng Dìa 2, Italia (Pải Lủng), Tia Sáng, Lao Và Chải 1, 2, 3, Hang Hồ, phần sâu Hang Ong phần cao hang Mèo Vòng 1, Sủng Khe 34 Xà Lủng Cấp 2: phân bố chủ yếu khoảng độ cao 750 - 925 m, thường nằm đáy thung lũng sông với hang tiêu biểu bao gồm: Ha Su 1, Sàng Chải A1, Sủng Khe 1A, 1B, Kho Cho, phần sâu hang Mèo Vòng 1, Sủng Khe 34 Xà Lủng Cấp 3: phân bố chủ yếu khoảng độ cao 225 - 425 m, thường nằm ngang mực nước ngầm khu vực, tiêu biểu bao gồm Noong Khắt, Khau Cua, Nậm Luông, Tham Lin, Yên Minh 1, Hữu Vinh 2, Bản An Keo Hen Các hang cấp 1, hình thành liên quan mật thiết đến hệ thống dịng chảy ngầm mức phía tầng hang hóa thạch, phân loại hang hoạt động [3] Các hang cấp thường tồn vùng phía nam trung tâm khu vực nghiên cứu Do bề mặt địa hình có xu nghiêng dần phía đơng nam, mặt cắt A-A’ cắt qua phía tây bắc CNĐ Đồng Văn không xuất hang cấp 3, mặt cắt C-C’ cắt qua phía động nam CNĐ hang cấp khơng xuất (Hình 6) Mặt cắt X-X’ khơng cắt qua vị trí thực hang cấp độ cao tương đương mặt cắt C-C’ tồn nhiều hang động thuộc cấp (Hình 1) Trong vùng CNĐ Đồng Văn tồn tính phân bậc địa hình thơng qua phân bố mặt san mức độ cao 1800-1900 m (peneplen Đông Dương) tuổi Paleogen (Eocen Oligocen), 1500-1600 m (pediplen Phó Bảng) tuổi Miocen sớm - (N11-2), 1200-1300 m (pediplen Mèo Vạc) tuổi Miocen muộn (N13), 800-1000 m (pediplen Làng Đán - Quản Bạ) tuổi Pliocen (N2) 400-600 m (pedimen thung lũng Sông Nho Quế Sông Nhiệm) tuổi Đệ Tứ Tuổi tương đối bề mặt san xác định dựa có mặt trầm tích Neogen vùng Đồng Văn [13] Mặt san thành tạo tương ứng với giai đoạn bình ổn kiến tạo, giai đoạn cuối chu kỳ phát triển địa hình kiến tạo trình ngoại sinh Các bậc địa hình quan sát lục địa di tích chu kỳ phát triển đó, mà bậc cao thường có tuổi cổ [13] Các vận động nâng kiến tạo xảy theo chu kỳ xen kẽ với giai đoạn tương đối n tĩnh hình thành tính phân tầng địa hình (các mặt san bằng, bậc thềm sông, tầng hang động) hố sụt, thung lũng sông, suối lớn độ cao khác [22] Sự hình thành hang động hịa tan thường phụ thuộc đặc điểm thạch học đá carbonat, chuyển động kiến tạo vị trí mực nước ngầm Vì điều kiện khí hậu từ Neogen đến ngày khu vực nhiệt đới khơng có nhiều thay đổi đáng kể, bỏ qua nguyên nhân thay đổi mực nước ngầm khí hậu [4] Tạm thời chưa xem xét yếu tố thạch học, vận động nâng kiến tạo quan tâm hàng đầu việc hình thành tầng hang động Các hang động tồn dạng hoạt động dạng tàn dư (dạng hang hóa thạch) điều kiện hình thành hang động khơng cịn Các tầng hang động cổ phân bố vị trí cao so với tầng hang động trẻ Bề mặt san peneplen Đông Dương (1800-1900 m) bề mặt cổ vùng tồn dạng bề mặt đỉnh sót cao vùng CNĐ Đồng Văn với diện tích hạn chế khu vực Lũng Táo Đồng Văn đỉnh cao sát phía nam thị trấn Mèo Vạc khơng tồn hang động mức bề mặt Theo đó, bốn bề san mặt trẻ liên hệ với bốn tầng hang động mô tả phía Tổng hợp khoảng độ cao phân bố tầng hang động với tham số thống kê chiều dài chiều sâu trung bình hang, liên hệ với bề mặt san luận giải kiến tạo thể chi tiết Bảng Trong trình phát triển hang động, mực xâm thực sở địa phương trì ổn định, hang phát triển tạo thành hệ thống nhiều nhánh phức tạp phía mực nước ngầm Nghĩa giai đoạn bình ổn kiến tạo N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 nâng chậm, hang động có xu phát triển theo chiều ngang [5] Các hang động hình thành khứ tiếp tục phát triển theo thời gian có tác dụng dòng nước mực xâm thực sở địa phương Tuy nhiên xét quy mơ tồn CNĐ Đồng Văn, hình thành tầng hang động có liên quan mật thiết với bề mặt san nguồn gốc kiến tạo nêu, từ đó, đặc điểm chiều dài chiều sâu tầng hang động phản ánh vận động kiến tạo hình thành nên bề mặt san Theo đó, vùng CNĐ Đồng Văn giai đoạn Tân kiến tạo từ Miocen đến nay, vận động nâng xảy theo bốn giai đoạn: Miocen sớm - giữa, Miocen muộn, Pliocen Đệ Tứ với tốc độ nâng khác xen kẽ với giai đoạn tương đối yên tĩnh hình (Bảng 1) Các vận động chậm Miocen sớm tương đối phù hợp với hoạt động trượt xảy mãnh liệt kỳ đới đứt gãy Sông Hồng Sơng Chảy, theo sau giai đoạn bình ổn kiến tạo kéo dài Miocen Giai đoạn nâng nhanh trung bình Miocen muộn Pliocen tương ứng với gian đoạn vận động trượt giảm cường độ hoạt động đới đứt gãy Sông Hồng - Sông Chảy [15, 9, 16] Trong giai đoạn Hiện đại, địa hình khu vực tiếp tục nâng lên tạo điều kiện phát triển hang động Điều phù hợp với kết đo lặp thủy chuẩn miền Bắc Việt Nam cho thấy khu vực CNĐ Đồng Văn tiếp tục nâng lên với tốc độ 2-3 mm/năm [23] Jp Bảng Độ dài độ sâu trung bình hang động theo cấp hình thành hang động vùng CNĐ Đồng Văn luận giải vận động nâng Tân kiến tạo G Khoảng độ cao phân bố (m) (*) Cấp 1250-1650 Tỉ lệ số lượng 16% Tổng chiều dài (m) 4139 55 Chiều dài trung bình (m) Độ sâu trung bình (m) Mặt san tương ứng Luận giải 79 Pedimen Phó Bảng, tuổi Miocen sớm (N11-2) (2311,6 triệu năm) Nâng chậm với biên độ 400 m Miocen sớm bình ổn kéo dài Miocen Nâng nhanh với biên độ 300 m bình ổn kiến tạo giai đoạn ngắn cuối Miocen Nâng trung bình đến nhanh với biên độ 450 m bình ổn kiến tạo giai đoạn ngắn cuối Pliocen 345 Cấp 950-1250 46% 6887 203 36 Pedimen Mèo Vạc, tuổi Miocen muộn (N 13) (11,6-5,3 triệu năm) Cấp 500-950 18% 3485 268 82 Pediment Làng Đán, tuổi Pliocen (N2) (5,3 - 2,6 triệu năm) Cấp 225-500 19% 7446 532 28 Cấp 225-500 19% 7446 532 28 Pediment thung lũng Sông Nho Quế Sông Nhiệm tuổi Đệ Tứ (Q) (2,6 triệu năm - nay) Pediment thung lũng Sông Nho Quế Sông Nhiệm tuổi Đệ Tứ (Q) (2,6 triệu năm - nay) (*) Độ cao tính so với mực nước biển Nâng chậm với biên độ 225 m tiếp tục phát triển hang động Nâng chậm với biên độ 225 m tiếp tục phát triển hang động 56 N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 Hình Mặt cắt địa hình thể cấp phân bố phát triển hang động chủ yếu khu vực Đồng Văn - Mèo Vạc n Minh Vị trí mặt cắt xem Hình Thơng thường, hang động tầng cổ thường có chiều dài nhỏ hang tầng trẻ Tuy nhiên vùng CNĐ Đồng Văn, hang cấp lại có chiều dài trung bình lớn hang cấp cấp Điều có mặt tầng chắn khu vực với tồn thành tạo Devon phía sâu vùng lòng chảo thị trấn Đồng Văn lân cận phía tây [12] tồn trầm tích sét đại đáy hang tương tự quan sát thấy Hang Rồng Cần có nghiên cứu định tuổi đồng vị trầm tích hang động để xác tuổi hình thành hang động tốc độ nâng Tân kiến tạo khu vực tây huyện Đồng Văn nói riêng CNĐ Đồng Văn nói chung Kết luận Hệ thống hang động karst vùng cao nguyên đá Đồng Văn có tập hợp lối thông hang định hướng theo hai phương chủ đạo: tây bắc- đông nam đông bắc - tây nam N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 Trong Kanozoi, hệ thống hang động karst vùng cao nguyên đá ghi nhận hoạt động phá hủy kiến tạo với hai pha biến dạng Trong pha sớm, trục ứng suất nén ngang cực đại (SHmax) định hướng chủ đạo theo phương đông - tây Trong pha muộn, trục ứng suất nén ngang cực đại định hướng chủ đạo theo phương bắc - nam So sánh với khu vực khác lãnh thổ Việt Nam lân cận, pha sớm tương ứng với giai đoạn hoạt động Miocen - Pliocen pha muộn tương ứng với gian đoạn từ Pliocen đến ngày Hoạt động nâng Tân kiến tạo diễn với bốn giai xác định từ Miocen đến ngày thông qua tồn bốn tầng thành tạo hang động karst cao nguyên đá tương ứng với bốn bề mặt san địa hình khu vực Miocen sớm - giữa, Miocen muộn, Pliocen Đệ Tứ Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đề tài mã số TN.16.19 Tài liệu tham khảo [1] Global Geopark Network (GGN), 2010 Dong Van Karst Plateau Geopark http://www.globalgeopark.org/aboutggn/list/viet nam/6509.htm (truy cập 19/6/2016) [2] La Thế Phúc, Trần Tân Văn, Lương Thị Tuất, Đoàn Thế Anh, Hồ Tiến Chung, Đặng Trần Huyên, Nguyễn Xuân Khiển, Đàm Ngọc, Đỗ Thị Yến Ngọc, Nguyễn Đại Trung, Phạm Khả Tùy, Trương Quang Quý, Cao nguyên đá Đồng Văn Cơng viên địa chất tồn cầu Việt Nam vấn đề bảo tồn di sản địa chất, Tạp chí khoa học Trái đất - Số 3/(2011) [3] Masschelein, J., Coessens V., Lagrou D., Dusar M., Tran T.V (Eds.) Northern Vietnam 1993 2006 (Belgian-Vietnamese Speleological Projects in the Provinces of Bac Kan, Ha Giang, Hoa Binh, Lai Chau and Son La) Berliner Höhlenkundliche Berichte 22, 1-212, (2007) [4] Pham Khang, The development of karst landscape in Vietnam Acta Geologica Polonica, Vol 35, N – (1985), p 305-319 57 [5] Palmer, A.N., Origin and morphology of limestone caves Geol Soc Am Bull 103 (1991), 1e21 [6] Littva Juraj, Jozef Hok, Pavel Bella Cavitonics: Using caves in active tectonic studies (Western Carpathians, case study) Journal of Structural Geology 80 (2015) [7] Shanov, S., Kostov, K Dynamic Tectonic and Karst In: Cave and Karst Systems of the World Springer, Heidelberg, (2015) [8] Hồng Xn Tình (chủ biên) Bản đồ địa chất khoáng sản tờ Bảo Lạc, (F-48-X) Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, (2000) [9] Tran Van Tri, Vu Khuc (Eds.), Geology and Earth Resources of Vietnam General Dept of Geology, and Minerals of Vietnam, Hanoi, Publishing House for Science and Technology, 634 p (2011) [10] Tran Thanh Hai, Dang Van Bat, Ngo Kim Chi, Hoang Dinh Que, Nguyen Minh Quyen, Structural controls on the occurrence and morphology of karstified assemblages in northeastern Vietnam: a regional perspective Environ Earth Sci 70 (2) (2013), 511-520 [11] Lepvrier, C., Faure, M., Nguyen, V.V., Vu, V.T., Lin, W., Thang, T.T., Phuong, H., Northdirected Triassic nappes in northeastern Vietnam (East Bac Bo) J Asian Earth Sci 41 (2011), 56-68 [12] Tran Tan Van; Lagrou, D., Masschelein J.; Dusar M.; Thai Duy Ke; Hoang Anh Viet; Dinh Xuan Quyet; Do Van Thang; Ho Tien Chung & Doan The Anh: Karst Water Management in Dong Van and Meo Vac Districts, Ha Giang Province, Vietnam Contribution of Geological and Speleological Investigations - TransKARST 2004, Proceedings of the International Transdisciplinary Conference on Development and Conservation of Karst Regions, Hanoi, Vietnam, 13-18.9.2004,p 265-271; Hanoi, (2004) [13] Lê Đức An, Đặng Văn Bào, Cao nguyên Đồng Văn - Mèo Vạc: Một di sản địa mạo karst quý giá Tạp chí Khoa học Trái Đất, T.30(4) Phụ chương: 534-544, (2008) Hà Nội [14] Tạ Hịa Phương, Đặng Văn Bào, Đồn Nhật Trưởng, Nghiên cứu điều kiện tự nhiên vùng cao nguyên đá Đồng Văn - Mèo Vạc phục vụ xây dựng Công viên địa chất (Geopark), Báo cáo tổng kết đề tài đặc biệt Đại học Quốc gia Hà Nội mã số QG.08.12 Lưu trữ, ĐHQGHN, (2010) [15] Tapponnier P, Lacassin R, Leloup PH et al (1990) The Ailao Shan/Red River metamorphic N.V Hướng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 45-58 58 belt: tertiary left-lateral shear between Indochina and South China Nature 343 (1990), 431-437 [16] Wang, E., Burchfiel, B.C., Royden, L.H., Liangzhong, C., Jishen, C., Wenxin, L & Zhiliang, C (eds), Late Cenozoic XianshuiheXiaojiang, Red River, and Dali Fault Systems of Southwestern Sichuan and Central Yunnan, China Geological Society of America, Special Papers, (1998) 327 [17] Allmendinger, R W., and Judge, P A., Stratigraphic uncertainty and errors in shortening from balanced sections in the North American Cordillera: Geological Society of America Bulletin, v 125, no 9/10 (2013) p 1569-1579, doi: 10.1130/B30871.1 [18] Wessel, P., Smith, W H F, Scharroo R., Luis J., Wobbe, F Generic Mapping Tools: Improved version released EOS, Trans Amer Geophys Union 94 (45) (2013), 409-410 [19] Nguyễn Trọng Yêm, Các chế độ trường ứng suất kiến tạo Kainozoi lãnh thổ Việt Nam Tạp chí Địa chất, Loạt A, số 236, 9-10 (1996), tr.1-6 [20] Phan Trong Trinh, Cenozoic stress field in the Northwestern region of Vietnam Journal of Geology (Hanoi), series B (3-4) (1994), 12-18 [21] Heidbach, O., Tingay, M., Barth, A., Reinecker, J., Kurfe, D & Muller, B., Global crustal stress pattern based on the 2008 World Stress Map database release Tectonophysics, 482 (2010), 3-15 [22] Trần Tân Văn (chủ nhiệm), Báo cáo tổng kết đề tài “Điều tra, nghiên cứu di sản địa chất đề xuất xây dựng công viên địa chất Miền Bắc Việt Nam” Mã số KC.08.20/06-10 Lưu trữ Viện Khoa học Địa chất Khống sản (2011) [23] Trần Đình Tơ, Nguyễn Trọng Yêm, Chuyển động thẳng đứng lãnh thổ Việt Nam theo số liệu đo lắp thuỷ chuẩn xác Tạp chí Địa chất, Số 202-203 (1-4) (1991), Hà Nội Cenozoic Tectonics in Dong Van Karst Plateau Recorded in Karst Cave System Nguyen Van Huong1, Nguyen Thuy Duong1, Nguyen Thi Anh Nguyet1, Pham Nu Quynh Nhi1, Dang Thi Phuong Thao1, Tran Van Phong2, Nguyen Ngoc Anh3 Faculty of Geology, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam Institute of Geological Sciences, Vietnam Academy of Science and Technology Institute of Marine Environment and Resources, Vietnam Academy of Science and Technology Abstract: Karst cave system in Dong Van karst plateau develops mainly in Carboniferous and Permian carbonate rocks, and is controlled by Cenozoic tectonic activities Through analyzing of cave passage orientation and attitude of cave floors, it can be defined regional tectonic stress fields in Neotectonics and Recent tectonics The orientation of cave passage shows two main tectonic phases: early phase with east - west orientation of maximun horizontal stress (SHmax); and late phase with north - south orientation of SHmax Four cave levels recorded indicates that four uplifting events has been occurred in the region since Miocene time Keywords: Neotectonics, stress field, cave passage, karst, Dong Van