Qua nghiên cứu các mặt cắt của hệ tầng Phan Thiết có thể ghi nhận các trầm tích của hệ tầng gồm 4 nhịp trầm tích tương ứng với các nhịp trầm tích này là sự thay đổi màu của cát từ trắng đến vàng đến đỏ. Màu trắng là màu nguyên thủy của các thành tạo cát hệ tầng Phan Thiết và màu vàng, màu đỏ là màu thứ sinh, gắn liền với các giai đoạn phong hóa trong các giai đoạn ngưng nghỉ của các đợt biển tiến trong thời kỳ này. Có thể nói màu sắc, địa hình và độ cao phân bố của các đỏ thuộc
hệ tầng Phan Thiết là những trang sử ghi lại toàn bộ những sự kiện địa chất diễn ra vào thời kỳ này như sự dao động mực nước đại dương, điều kiện cổ khí hậu, hoạt động tân kiến tạo. Màu sắc của cát ở hệ tầng này đã gây ra rất nhiều tranh luận về bản chất và cơ chế tạo màu do thiếu những nghiên cứu về thành phần vật chất một cách có hệ thống. Theo chúng tôi, nếu tách màu sắc của cát ra khỏi cơ chế thành tạo, lịch sử phát triển địa chất và điều kiện cổ khí hậu thì khơng thể hiểu nổi bản chất và nguyên lý tạo màu đỏ của cát. Nói cách khác, màu đỏ của cát là kết quả của hàng loạt các nguyên nhân xảy ra đồng thời:
- Ngưng nghỉ giữa các pha biển tiến - Địa hình cổ dạng gị đồi thoải - Nước ngầm và nước mặt
- Cổ khí hậu khơ nóng xen mưa nhiệt đới
Cả 4 nguyên nhân này đã góp phần tạo ra màu vàng và đỏ của cát ở hệ tầng Phan Thiết như sau:
+ Biển thoái xẩy ra vào các thời kỳ băng hà và cũng tương ứng với các pha nâng kiến tạo trên phần đất liền. Chúng tơi cho rằng trong vùng trầm tích cát Phan Thiết hầu như khơng có các thực thể trầm tích biển thối. Trong thời gian này chỉ xảy ra xâm thực bóc mịn và phong hóa các đê cát vừa được thành tạo trong pha biển tiến trước đó. Nghĩa là các đê cát vừa bị chia cắt xâm thực, xói mịn giảm độ cao vừa tạo nên một vỏ phong hóa thấm đọng suốt trong quá trình chúng chưa bị ngập biển trở lại.
+ Chúng ta có thể hình dung địa hình của miền đê cát trong pha kiến tạo nâng, lúc biển rút và biển tiến trở lại như là một kiểu đồi thấp yên ngựa ở vùng trung du, thích hợp cho cơ chế phong hóa thấm đọng. Địa hình cát đỏ hiện nay ở Sơng Lũy, Tuy Phong, sân bay Phan Thiết... là kết quả của quá trình nâng kiến tạo mạnh mẽ trong Đệ tứ và đã tạo ra các độ cao phân bậc có quy luật tương ứng với thềm mài mịn tích tụ ở thượng nguồn sơng Mao, Gia Le và Mương Mán (hình III.1, III.2). Dựa vào độ cao và tuổi tuyệt đối cát đỏ chúng tơi tính được tốc độ nâng kiến tạo theo công thức sau:
T h h H o
Trong đó: H là độ cao bậc thềm thực (đã hiệu chỉnh); h là độ cao tuyệt đối hiện tại
T là thời gian thành tạo
ho là độ cao mực nước biển dâng.
Kết quả cho thấy tốc độ nâng trung bình trong Đệ Tứ ở Phan Thiết là 1,2mm/năm [12].
Theo quy luật là địa hình cát đỏ càng cao thì tuổi càng cổ và ngược lại. Tuy nhiên cần lưu ý để phân biệt địa hình của đê cát biển và địa hình của các đụn cát do gió để khơng nhầm lẫn độ cao và xác định tuổi của cát. Ví dụ trên thềm 100m ở Sông Lũy xuất hiện nhiều đụn cát 120-150m. Những thể trầm tích biển gió này được thành tạo trẻ hơn và khơng xác định được tuổi chính xác.
+ Nước ngầm và nước mặt là nguyên nhân trực tiếp tạo nên màu vàng và màu đỏ của cát. Trong khi địa hình đang thấp, gương nước ngầm dao động lên xuống có chu kỳ. Khi nước dâng mùa mưa các hạt keo sắt Fe(OH)2 hòa tan mạnh khơng màu được mang đến mơi trường cát có chế độ khử. Mùa khô mực nước ngầm hạ thấp, mơi trường cát thơng thống, chế độ oxy hóa thống trị Fe(OH)2 + O2 → Fe2O3.nH2O, vỏ sắt này được bồi đắp thêm sau mỗi mùa mưa và dần dần sự luân
phiên oxy hóa khử đã chuyển Fe2+
ở trạng thái dễ hòa tan không màu thành Fe3+ không tan màu vàng hoặc nâu đỏ. Nước mặt đóng vai trị quan trọng thứ hai đối với việc mang nguồn Fe2+
đến. Ở vùng địa hình thấp vào mùa mưa địa hình bị ngập lụt, lúc đó nước mặt và nước ngầm liên thơng với nhau. Cịn vùng địa hình cát đã nâng cao nước mặt là các dịng chảy tạm thời có vai trị vận chuyển Fe2+
đến làm thấm ướt các tầng nước mặt, đến mùa khô Fe2+→ Fe3+
tương tự như ở đới nước ngầm. + Cổ khí hậu là yếu tố phong hóa hóa học quan trọng song cổ khí hậu khơ – nóng xen mưa nhiệt đới của đặc thù Phan Thiết là nguyên nhân trực tiếp độc nhất vô nhị ở Việt Nam để tạo màu đỏ của cát thạch anh. Mùa hè ở vùng Phan Thiết cát bị đốt nóng dữ đội, lượng nước trong cát và nước trong keo sắt (Fe2O3.nH2O) thấm
đọng trong cấp hạt sét (<0,01 mm) và keo sắt bọc ngoài các hạt thạch anh bị bốc hơi triệt để nhưng khơng được hồn bù do khơng khí rất khơ khơng mang đặc tính nhiệt đới ẩm mà là nhiệt đới khơ. Đó là bí quyết để limonit – màu vàng (Fe2O3.nH2O) biến thành hematit (Fe2O3) màu đỏ rượu vang tồn tại dưới dạng đất và dạng sợi ẩn
tinh (bảng II.1). Đến đây chúng ta dễ dàng thừa nhận với nhau rằng màu nguyên thủy của cát tuổi Pleistocen Phan Thiết là màu trắng tuân thủ nguyên lý địa chất cơ bản và màu đỏ lại gắn liền với các giai đoạn phong hóa và đó là những màu thứ sinh.
Bảng II.1. Tuổi của các đê cát ven bờ và chu kỳ trầm tích vùng Phan Thiết (theo Trần Nghi, 2003)
Chương III
ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN