II.2.1. Tướng trầm tích
Từ sản phẩm vụn cơ học và các khống vật sét, di tích hữu cơ và các khống vật tự sinh khác có nguồn gốc keo và dung dịch thật đều có tiếng nói chung là chế độ thủy động lực của mơi trường bồn tích tụ. Tổ hợp các thể trầm tích đặc trưng cho một hồn cảnh lắng đọng đó là tướng trầm tích. Tổ hợp các thành tạo trầm tích có hồn cảnh lắng đọng gần nhau và có chung nguồn gốc được xếp vào nhóm tướng.
Các chu kỳ trầm tích được phân chia theo tướng và thạch học, dựa vào tổ hợp cộng sinh tướng bậc thấp (chu kỳ bậc I). Chu kỳ bậc cao (Chu kỳ bậc II) là sự lặp lại của một tập hợp các chu kỳ bậc thấp (Chu kỳ bậc I), tương ứng với các giai đoạn phát triển địa chất do 2 yếu tố cơ bản khống chế đó là chuyển động tân kiến tạo và sự dao động mực nước đại dương. Các trầm tích hệ tầng Phan Thiết được hình thành trong chu kỳ bậc II với 4 chu kỳ bậc I gồm nhiều thời kỳ thành tạo trầm tích. Trên cơ sở phương pháp phân tích tướng – chu kỳ, hệ phương pháp thạch động lực – định hướng (nghiên cứu thạch học, khống vật vụn, địa hóa mơi trường...) có thể khái quát bức tranh tiến hóa cùng bồn trầm tích vùng nghiên cứu theo các thời kỳ sau:
- Thời kỳ thành tạo các trầm tích Pleistocen sớm - Thời kỳ thành tạo các trầm tích Pleistocen giữa - Thời kỳ thành tạo các trầm tích Pleistocen muộn
- Thời kỳ thành tạo các trầm tích Pleistocen muộn – Holocen
Những tham số trầm tích quan trọng được chọn làm tiêu chuẩn để đánh giá là:
- Md (Kích thước trung bình hạt vụn – mm): Khơng chỉ biểu thị tính chất của
vận chuyển và lắng đọng trầm tích. Vì vậy, Md là dấu hiệu về tính chất phân dị cơ học.
- Di (Số đỉnh đường cong phân bố độ hạt): Đường cong phân bố độ hạt của
trầm tích thường tuân theo luật phân bố chuẩn hoặc chuẩn logarit, chúng có thể thay đổi từ 1 đỉnh (môi trường thủy động lực đơn giản, đồng nhất) đến 2 đến 3 hoặc 4 đỉnh ( môi trường thủy động lực phức tạp và thay đổi, xáo trộn)
- Ro (độ mài tròn) đặc trưng cho quãng đường vận chuyển và động lực môi
trường trầm tích, thời gian lưu lại trong bể trầm tích.
- Sf (Độ cầu) biểu thị tính chất kết tinh của khống vật ngun thủy; nói cách
khách thơng số này biểu thị nguồn gốc của mỗi loại hạt vụn
Tỷ lệ phần trăm hạt vụn biểu thị tính triệt để của q trình phong hóa, được phản ánh bằng chỉ số thuần thục (Matturity) của Petijohn F.J., 1957, độ trưởng thành của trầm tích (Mt) của Trần Nghi (1991), hệ số nhận dạng môi trường (Re) của Nguyễn Văn Vượng (1991)
Phân chia trường hợp thạch học theo giản đồ phân loại trầm tích theo các hợp phần (tỷ lệ phần trăm các cấp hạt sạn-sỏi, cát và tổng bột-sét) của Folk R.L., 1954.
Ngồi ra cịn sử dụng tỷ lệ Fe2O3/FeO và màu sắc của các loại cát, mức độ
bảo tồn của felspat vụn, sự xuất hiện của các tầng phong hóa loang lổ trong trầm tích và các vỏ phóng hóa hóa học, mối quan hệ giữa chu kỳ trầm tích và sự dao động của mực nước đại dương, cổ sinh, các phân chia tướng địa hóa.... Tất cả các tham số, dấu hiệu này dùng để biện luận mối quan hệ giữa cổ địa lý nói chung và cổ khí hậu nói riêng với đặc điểm trầm tích tương ứng.
Các thông số về thành phần vật chất của trầm tích hệ tầng Phan Thiết: Md=0,175mm; Sa=89,4%; Mu=10,6%; Q=81,89%, Fs=1,67%, L=0,06%, tỷ số Al2O3/Na2O rất lớn; Dị thường có dạng 2 đỉnh – chế độ thủy động lực phức tạp. Các
thơng số trầm tích cho thấy trầm tích thuộc loại các thạch anh, hình thành trong mơi trường biển, kiểu tướng đê cát nối đảo. Các di tích tảo nước mặn đặc trưng cho đới biển ven bờ là Coscinodiscaceae, Cyclorella, Stylorum, Thalassiosira, Kozlovii; hệ
số cation trao đổi Kt=1,8 ÷3,32 cũng xác nhận kết luận này. Thành phần khống vật trong trầm tích của hệ tầng Phan Thiết gồm kaolinit (5÷20%), hydromica (5÷15%), goethit - hematit (5÷10%) và gibsit (0÷10%); tỷ số Fe2O3/FeO=1,438/0,124, felspat hầu hết bị bán phong hóa cho thấy phong hóa hóa học chiếm ưu thế só với phong hóa vật lý. Các phân tích tướng địa hóa cho thấy mơi trường trầm tích thuộc tướng kiềm oxy hóa (pH=8,82÷9,18 Eh=113÷119mV).
Các thành tạo vũng vịnh ven bờ phát triển phía trong các đê cát, thành phần thạch học gồm: Gr=3,04%, Sa=76,45%, Mu=20,51%, Q=62,36%, Fs=4,71%, L=1,06%. Sự phân dị trong không gian của các thành tạo này khá rõ ràng, các trầm tích thuộc kiểu tướng ven rìa chủ yếu là hạt thơ, nhiều mảnh đá, cịn các trầm tích kiểu tướng vũng vịnh mịn hơn, hàm lượng bột – sét tăng lên.
Cổ địa lý của thời kỳ này là xuất hiện các đợt biển tiến, địa hình đáy biển thoải, cung bờ lõm vng góc với các hướng giớ chính, biển Đơng có năng lượng sóng mạnh và thường xuyên có sóng bão, nguồn vật liệu cát dồi dào được tích lũy trong các pha biển thối trước thời kỳ này, các khối núi sót ngồi biển tạo thành các đảo. Các yếu tố này là điều kiện cần và đủ để tạo hệ thống đê cát – lagoon ven bờ. Trong các pha biển tiến, cát được chuyển tải theo phương thức áp sát đáy biển từ thềm lục địa vào bờ theo sóng – triều để tạo nên những đê cát khổng lồ gối vào các đảo sót (chính là những gờ nâng kiến tạo có vai trị như là các bẫy chắn cát). Các đê cát phát triển theo cả chiều rộng và chiều cao. Khoảng giữa các đê cát vừa hình thành và rìa chân các dãy núi hình thành các lagoon nơng (bể dày trầm tích khơng lớn), các lagoon này liên thông với nhau bằng các lạch triều.
II.2.2. Màu sắc của trầm tích
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 q 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 Sông 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 Sơng 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 hịa tan khơng 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
III.1. ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO
Đây là vấn đề phức tạp xưa này được quan tâm nghiên cứu song nhận thức vẫn còn chưa thống nhất bởi lẽ chính quan niệm nguồn gốc và cơ chế thành tạo khác nhau nên dẫn đến hiểu sai về màu sắc, giải thích độ cao phân bố lại theo những hướng khác nhau.
Để làm sáng tỏ được môi trường thủy động lực và lịch sử tiến hóa các thực thể cát đỏ, chúng tôi tiến hành nghiên cứu và tiếp cận từ hai nhóm vấn đề:
- Thành phần vật chất và quy luật phân bố. - Tổ hợp cộng sinh tướng
III.1.1. Thành phần vật chất và quy luật phân bố
Thành phần trầm tích và mơi trường thủy động lực có quan hệ nhân quả với nhau, trong đó thành phần khống vật, độ hạt và hình thái các hạt vụn là những tiêu chí định lượng quy định tên đá và dấu hiện nhận biết môi trường tin cậy nhất. Chúng tôi chọn các tham số sau đây như những đặc trưng cơ bản của mơi trường biển có động lực sóng hoạt động mạnh:
- Hàm lượng thạch anh chiếm trên 90% - Độ chọn lọc tốt (So≤1,5)
- Độ mài trịn tốt (Ro≥0,5) - Có mặt vụn vỏ sị hoặc san hơ
- Phân lớp ngang song song hoặc xiên chéo mịn
- Chứa cuội đá gốc và tectit mài tròn tốt trong cát thạch anh chọn lọc tốt. Đối chiếu với những tham số đó, cát đỏ Phan Thiết hồn toàn đủ tiêu chuẩn để xếp vào cát biển trong đó hàm lượng thạch anh chiếm từ 92-98%, hế số So dao động từ 1,3-1,8 hệ số mài tròn từ 0,45-0,7. Vụn vỏ sị ốc và san hơ kích thước lớn 1- 4 cm gặp rất nhiều trong cát đỏ Chí Cơng và cát đỏ sân bay Phan Thiết. Phân lớp ngang song song, phân lớp sóng ngang và sóng xiên gặp trong tầng cát đỏ Q12-3a
ở Hòn Rơm (bắc Mũi Né). Sự xuất hiện nhiều hòn cuội andesit mài trịn tốt kích
thước 4-6cm ở cát đỏ Hòn Rơm ở độ cao 70m và phong phú cuội tectit trịn cạnh kích thước 1-4 cm ở cát đỏ Hịn Rơm, Chí Cơng, cát trắng dính kết tốt ở Suối Tiên, Mũi Né là những bằng chứng hùng hồn cho q trình đồng trầm tích của cát và cuội bị chung một tác động mạnh của sóng ven bờ. Ở đây cuội tectit được lấy từ mảnh vỡ tectit sắc cạnh cắm trên bề mặt cát đỏ Pleistocen sớm trải qua vận chuyển và tái trầm tích cùng với đê cát giai đoạn sau.
III.1.2. Tổ hợp cộng sinh tướng
Để phân biệt các vùng cát đỏ Phan Thiết có thực sự là do sóng biển ven bờ tạo ra hay đó là một thành tạo do gió, thậm trí do sơng như một vài ý kiến đã từng trao đổi. Điều này phải trở lại với nguyên lý cơ bản về quá trình thành tạo tổ hợp cộng sinh tướng đê cát ven bờ là lagoon. Đê cát ven bờ và lagoon là “hai đứa con sinh đôi” của một pha biển tiến, là tổ hợp cộng sinh đặc thù của ven biển miền Trung Việt Nam, nơi có cấu tạo địa chất độc đáo và một địa hình bờ biển trực diện với hướng gió bốn mùa. Biển Đơng có năng lượng sóng lớn và thường xuyên có sóng bão vừa là yếu tố phá hủy bờ chọn lọc vật liệu, vừa có yếu tố chuyển tải cát theo phương thức dồn đẩy từ đáy biển áp sát vào bờ khi biển dâng để rồi tạo nên những cơng trình đê cát khổng lồ có tính đột phá gối trên các gờ nâng kiến tạo có vai trị như bẫy chắn cát. Các đê cát phát triển cả chiều rộng và chiều cao vươn lên theo mực biển dâng. Đồng thời các lagoon ở phía trong được hình thành và liên thông với biển qua một cửa lạch thoát triều hiện trở thành một dịng sơng chảy dọc đê cát trước khi đổ vào biển như sơng Lũy đổ vào Phan Rí Cửa, sơng Lịng Sơng đổ vào Vĩnh Hảo, sông Mương Mán đổ vào vịnh Phan Thiết... Trong q trình tiến hóa một số lạch triều bị chết, lagoon đoạn tuyệt với biển như Bàu Trắng. Tổ hợp cộng sinh tướng đê cát – lagoon có thể được minh họa bằng hay mặt cắt tiêu biểu:
a. Mặt cắt ở Mương Mán (xem hình III.2):
- Đê cát nam Phan Thiết (sân bay Phan Thiết) rộng từ 5-10km, cao 100m gối trên một cấu trúc nổi cao kiểu phân bậc do nâng khối tảng. Ở đây thấy rõ 3 thế hệ đê cát chồng phủ lên nhau có tuổi từ Q11
- Lagoon Văn Lâm – Mương Mán hiện là một đồng bằng có trầm tích Đệ từ mỏng lót đáy đồng bằng thành phần bao gồm cuội sạn tướng aluvi-proluvi bị phủ