Chương 3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU
3.1. Các phân vị địa chất
Do Nguyễn Đắc Đồng và nnk (2000) xác lập trong quá trình đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản nhóm tờ Trạm Tấu tỷ lệ 1: 50.000, tương ứng với các phân hệ tầng dưới của hệ tầng Nậm Qua, Tú Lệ, Bản Hát thuộc phức hệ Văn Chấn (Nguyễn Vĩnh, 1972). Các trầm tích của hệ tầng phủ không chỉnh hợp trên các đá biến chất hệ tầng Sin Quyền tuổi Proterozoi, hệ tầng Bắc Sơn tuổi Carbon-Permi và hệ tầng Suối Bàng tuổi Trias muộn.
Phần lớn đá của hệ tầng bị các đứt gãy cắt qua, phá hủy cà nát và bị nhiều thể xâm nhập của phức hệ Nậm Chiến và Phu Sa Phìn, cũng như các thể á núi lửa Ngòi Thia xuyên cắt.
Trong diện tích nghiên cứu, hệ tầng phân bố chủ yếu ở các vùng Đông Bắc - Đông Nam huyện Trạm Tấu; Tây Nam Ba Khe, Tú Lệ, huyện Văn Chấn; Ngã Ba Kim, Mù Cang Chải. Dưới đây là một số mặt cắt tiêu biểu:
Mặt cắt dọc suối Ngòi Quyên, từ dưới lên như sau:
- Tập 1: sỏi kết hạt không đều kích thước 1-2cm. Thành phần sỏi chủ yếu là thạch anh sắc cạnh và những mảnh đá phiến than màu đen, xen trong sỏi kết là những lớp mỏng bột kết tuf, đá phiến màu xám nâu. Trong tập này còn gặp lớp cuội kết dày hơn 10m, cuội kết chủ yếu là thạch anh granit sáng màu, dày 100m.
- Tập 2:đá phiến sét màu đen phân lớp xiên chéo xen bột kết tuf màu xám, xám đen, khối lượng bột kết càng tăng lên phần cao của mặt cắt, dày 100m.
Mặt cắt Nậm Qua chỉ gặp các đá phần trên của hệ tầng, gồm 2 tập:
- Tập 1: bột kết tuf hạt vừa màu nâu xám, phân lớp mỏng, bề dày 100m.
- Tập 2: đá phiến sét bị sericit hoá yếu xen kẽ ít lớp cát kết hạt vừa đến thô, bề dày 700m.
Mặt cắt đường ô tô Tú Lệ - Gia Hội, thượng nguồn Ngòi Hút thứ tự mặt cắt từ dưới lên gồm 6 tập:
- Tập 1: đá phiến tuf màu xám, xám sáng dạng phylit, chứa dải mỏng vụn thuỷ tinh núi lửa màu đỏ nâu, xám sáng hoặc lục nhạt và các hạt thạch anh, feldspar màu trắng đục, bề dày 150m.
- Tập 2: cát kết tuf màu xám phân lớp dày, hạt vụn chủ yếu là thạch anh, feldspar, ít mảnh vụn đá phiến sét than, bề dày 70m.
- Tập 3: đá phiến tuf bị phylit hoá mạnh xen thấu kính đá vôi dày 1- 20m, đá vôi dăm kết nhiều lổ hổng, bề dày 80m.
- Tập 4: cát kết tuf màu xám sáng, dày 20m.
- Tập 5: bột kết tuf có sericit màu xám, phân lớp vừa, dày 170m.
- Tập 6:đá vôi lẫn sét và những hạt thạch anh., đôi chỗ có dạng dăm kết, dày 100m.
Tổng bề dày của mặt cắt là 600m.
Tại Bản Hát quan sát được thứ tự mặt cắt từ dưới lên như sau:
- Tập 1: tuf rhyolite màu xám, xen một ít lớp cát kết tuf hạt nhỏ-vừa có chứa vật chất than, dày 80m.
- Tập 2: đá phiến sét than, xen đá phiến tuf có vật chất than, cát kết tuf, bột kết tuf có graphit và tuf rhyolite. Dày 170m. Trong đá phiến sét than có
hoá thạch: Coniopteris sp., Nilssonia sp., Pterophyllum cf. brevipenne, Taeniopteris cf. jourdyi, Pecopteris sp., Cycadolepis (?) sp., Cladophlebis sp., Podozamitess sp., Anomozamites sp. (theo xác định của Nguyễn Bá Nguyên năm 1969).
Ngoài các mặt cắt chính đã được mô tả, trên tờ Yên Bái có những mặt cắt như Tú Lệ - Lũng Cúng quan sát thấy sự chuyển tiếp từ các đá trầm tích chứa vật liệu núi lửa với các đá trachyt và trachyt porphyr thuộc phụ phức hệ núi lửa Tú lệ. Tương tự như vậy cánh tây nam cánh đồng Tú Lệ cũng gặp quan hệ trên.
Về tuổi của hệ tầng: tại vùng Trạm Tấu, Nguyễn Vĩnh và nnk (1978) đã phát hiện được các hoá thạch thực vật trong đá phiến sét đen thuộc hệ tầng Bản Hát (nay là hệ tầng Trạm Tấu) và được Nguyễn Bá Nguyên (1969) xác định tuổi Trias muộn - Jura. Nguyễn Đắc Đồng và nnk (2000) xác định tuổi của hệ tầng là tuổi Jura muộn - Kreta sớm trên cơ sở hệ tầng này bị phủ bởi các đá núi lửa Tú Lệ có tuổi tuyệt đối 128 triệu năm và bị rhyolite Ngòi Thia tuổi Kreta muộn xuyên cắt. Nguyễn Trường Giang và nnk (2003) xác định tuổi của hệ tầng là Permi, có thể là Permi muộn trên cơ sở các hoá thạch thực vật trong đá phiến sét đen ở mặt cắt theo đường ô tô Nghĩa Lộ - Trạm Tấu. Cũng trong hệ tầng này ở khu vực Mù Cang Chải, Mai Trọng Tú và nnk (2007) đã phát hiện hóa thạch thực vật trong đá phiến đen, được các nhà cổ sinh của Viện Địa chất và Cổ sinh Nam Kinh so sánh với địa tầng Permi muộn ở Vân Nam (2006). Như vậy, tuổi của hệ tầng Trạm Tấu với nhiều cơ sở mới xác định giai đoạn Permi.
Hệ tầng Suối Bé (P3sb)
Hệ tầng Suối Bé do Nguyễn Xuân Bao và nnk (1969) xác lập;
Nguyễn Vĩnh và nnk (1978) xem là phần trên của phức hệ Văn Chấn tuổi J
- K giả định; Phan Cự Tiến và nnk (1977) xếp vào phần thấp của phức hệ Ngòi Thia tuổi Kreta; Vũ Khúc, Bùi Phú Mỹ và nnk (1989) xếp vào phần cao của hệ tầng Văn Chấn tuổi Jura muộn - Kreta sớm.
Hệ tầng tạo thành một dải hẹp không liên tục từ rìa phía Đông Nam đến rìa phía Tây Bắc vùng trũng Tú Lệ.
Mặt cắt đặc trưng của hệ tầng ở vùng Suối Bé với bề dày 1150-1250m gồm 2 phần:
- Cuội kết tuf, cát kết, cát bột kết tím nâu, lục nhạt xen ít thấu kính bazan aphyr;
- Plagiobazan, andisitobazan, trachybazan xám lục sẫm xen với tuf, tuf agglomerat, đá phiến tuf.
Đá phun trào của hệ tầng Suối Bé thuộc loại thấp kali, cao natri, nghiêng về loạt tholeit, á kiềm. Ở các vùng khác, mặt cắt hệ tầng không có thay đổi đáng kể, nghĩa là phần dưới trầm tích-nguồn gốc núi lửa và phần trên là đá phun trào với bề dày xấp xỉ ở vùng Suối Bé.
Trước đây, tuổi của hệ tầng được xác định là Jura muộn - Kreta trên cơ sở về đặc điểm địa tầng, hóa thạch và đồng vị, xác định bằng phương pháp Rb-Sr ở Trung tâm phân tích Địa chất Hà Nội, tuổi đồng vị Ar-Ar của basalt là 176,30 ± 0,8, 164 ± 0,8 và 117,30 ± 0,6 (Trần Tuấn Anh và nnk, 2004). Tuy nhiên gần đây qua đo vẽ địa chất 1:50.000 Bùi Công Hóa và nnk (2004) đã xác định quan hệ xuyên cắt của phức hệ Ngòi Thia vào hệ tầng Suối Bé, mà kết quả phân tích tuổi đồng vị Pb trong zircon rhyolite Ngòi Thia bằng phương pháp LA-ICP-MS cho kết quả tuổi Permi-Trias (sẽ được học viên trình bày rõ trong phần sau); do đó hệ tầng Suối Bé này được xếp vào
Permi thượng. Với các đặc điểm địa hóa và tuổi trên thì có thể thấy các bazan của hệ tầng Suối Bé gần gũi với loạt bazan cao titan Sông Đà liền kề.
Phức hệ Nậm Chiến
Phức hệ Nặm Chiến do Trần Văn Trị (1977) thành lập, gồm các thể xâm nhập mafic (bao gồm cả đai mạch) có thành phần dolerit và gabro-dolerit (gabrodiabas) phát triển chủ yếu ở phần phía nam của võng Tú Lệ. Về địa hóa, chúng hoàn toàn gần gũi với các đá bazan và trachybazan (Trần Tuấn Anh et al., 2004) được xếp vào hệ tầng Suối Bé tuổi Jura muộn.
Các xâm nhập mafic trong phạm vi võng Tú Lệ chủ yếu là các thể đạng thấu kính nhỏ hoặc đai mạch. Khối có kích thước tương đối lớn và thành phần đại diện hơn cả là khối Nậm Chiến ở tây nam trũng Tú lệ và khối Bản Hát, vùng Trạm Tấu ở gần phía nam của trũng. Thành phần thạch học của các khối khá đồng nhất, chủ yếu bao gồm gabro kiến trúc hạt nhỏ và dolerit. Gabro- dolerit thường có kiến trúc dạng porphyr hoặc khảm ophit với ban tinh là clinopyroxen, đôi khi là plagioclas. Clinopyroxen có thành phần tương ứng với augit-diopsid hoặc augit (Trần Trọng Hòa, 1995). Trong phần nền của gabro-dolerit, ngoài tập hợp clinopyroxen và plagioclas còn gặp các tinh thể feldspar kali (orthoclas). Các đá đều khá giàu ilmenit và apatit với hàm lượng đôi khi đạt tới 0,5-1%.
Về đặc điểm địa hóa - đồng vị: Thành phần hóa học của gabro-dolerit tương ứng với các đá mafic á kiềm với khuynh hướng trội natri trên phông khá cao kali, thuộc nhóm cao titan (TiO2 = 2,02-3,63%), trung bình - thấp magie (MgO = 2,98-5,34%, đôi khi đến 7,28%) và khá giàu photpho (Р2О5 = 0,50-1,48%). Với những đặc trưng này, các đá á núi lửa mafic trũng Tú Lệ có thể gọi là monzogabrodolerit. Chúng khá nghèo Cu, Ni, Cr, Co, Sr song có hàm lượng V, Zr, Nb, Ba cũng như các nguyên tố đất hiếm (REE) khá cao.
Đặc điểm các nguyên tố REE, LILE và HFSE chứng tỏ sự gần gũi về địa hóa của gabro-dolerit trũng Tú Lệ với các thành tạo mafic kiểu đảo đại dương (OIB). Điểm khác biệt với OIB là trong các đá nghiên cứu có thể hiện dị thường âm nhẹ của Nb, Ta và Sr. Đáng chú ý là đặc điểm dị thường âm rõ rệt của Sr đặc trưng cho hầu hết các đá magma của võng Tú Lệ. Về cơ bản, các đặc điểm địa hóa của gabro-dolerit võng Tú Lệ chứng tỏ chúng là sản phẩm của magma nóng chảy từ manti giàu hoặc có sự hỗn nhiễm rất mạnh vật chất vỏ. Điều này được minh chứng bởi các số liệu phân tích đồng vị Sr và Nd trong gabro-dolerit (87Sr/86Sr = 0,70618-0,71546; εNd(T) = từ -7,32 đến - 0,47). Tuổi nguồn TDM của gabro-dolerit dao động trong khoảng 1,07-2,08 tỷ năm, cổ hơn khá nhiều so với tuổi nguồn của các đá núi lửa và á núi lửa thành phần axit á kiềm và kiềm của trũng Tú Lệ là 0,63-0,97 tỷ năm (Trần Trọng Hòa, 2007).
Phức hệ Phu Sa Phìn
Bao gồm các thể xâm nhập nông thành phần felsic á kiềm (syenit, granosyenit, granit feldspar kiềm) có liên quan chặt chẽ về nguồn gốc, không gian và thời gian với các thành tạo núi lửa tuổi Jura - Creta ở võng chồng Tú Lệ. Khối lượng của phức hệ bao gồm phức hệ Phu Sa Phìn (Izokh E.P. trong Đovjikov, 1965) và phức hệ Nậm Khế (Bùi Phú Mỹ và Phan Viết Kỷ, 1974).
Trong vùng nghiên cứu có rất nhiều khối với diện tích lớn bé khác nhau từ 0,1-40km2. Có hai khối lớn nhất (> 40 km2) phân bố ở Tây Bắc và Tây Nam vùng nghiên cứu, gồm khối Hang Chú và khối Trạm Tấu.
- Khối Hang Chú: Nằm ở phía Tây Nam nhóm tờ, thuộc xã Hang Chú, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La, cách thị trấn Bắc Yên khoảng 15 km về phía bắc. Khối có dạng gần đẳng thước, diện lộ khoảng 40 km2, ở giữa khối
bị phân cắt bởi các đá gabro, gabrodiabas phức hệ Nậm Chiến. Bao quanh khối là các đá trachyt porphyr, ryotrachyt porphyr tướng phun trào, á phun trào kiểu Tú Lệ. Thành phần đá chủ yếu là granit, granosyenit, syenit và các đá granit kiềm.
- Khối Trạm Tấu: Khối nằm trên suối Sa Phìn, cách thị trấn Trạm Tấu khoảng 2 km về phía Tây. Khối có chiều rộng 0,5m, chiều dài 2 km. Đây được coi là khối đá kiềm độc lập trong diện tích vùng nghiên cứu, có thành phần thạch học chủ yếu là syenit kiềm, granosyenit kiềm, granit kiềm.
+ Đặc điểm địa hóa - đồng vị: Thành phần hóa học của granitoid Phu Sa Phìn chủ yếu tương ứng với granosyenit và syenit với SiO2 thay đổi trong khoảng từ 62,87 đến 74,50%, Na2O+K2O từ 7,86 đến 10,21%, nghĩa là từ các đá có độ kiềm trung bình đến cao, kiểu kiềm kali với K2O/Na2O lên đến > 2.
Granitoid Phu Sa Phìn khá giàu Rb, nghèo Sr, rất giàu Zr, Nb, Ta và các nguyên tố đất hiếm nhẹ. Đặc điểm các nguyên tố hiếm và đất hiếm đặc trưng bởi cao Zr, Nb, Ta, La, Ce và thấp Sr, Ba, Eu so với chondrite. Với các đặc điểm này, granitoid Phu Sa Phìn hoàn toàn tương ứng về địa hóa với các đá núi lửa felsic. Tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr trong granitoid thuộc loại cao và rất cao (0,7098-0,9010) và giá trị εNd(T) tương đối cao (-2,81 đến -1,87) và hoàn toàn gần gũi với các giá trị trong các đá núi lửa felsic của võng Tú Lệ (Tran Tuan Anh et al, 2004; Trần Trọng Hòa, 2007.
Các đặc điểm về địa hóa - đồng vị nêu trên chứng tỏ giữa các granitoid phức hệ Phu Sa Phìn có nguồn gốc là sản phẩm của hoạt động magma nội mảng liên quan tới quá trình tách giãn vỏ kiểu tạo rift lục địa.
+ Tuổi địa chất và khoáng sản liên quan: Theo kết quả phân tích bằng các phương pháp Rb-Sr và Ar-Ar, tuổi của phức hệ Phu Sa Phìn tương ứng
với Creta sớm (Nguyễn Trung Chí, 2003; Tran Tuan Anh, et al, 2004), còn theo kết quả phân tích SHRIMP U-Pb thì tương ứng với Permi-Trias (261-248 Tr.n.) (Nguyễn Trường Giang và nnk., 2002) và các kết quả phân tích đồng vị U-Pb trong zircon của Trần Trọng Hòa (tài liệu chưa công bố) cũng cho khoảng tuổi Permi-Trias.
Phức hệ Tú Lệ - Ngòi Thia
Các thành tạo núi lửa trong vùng trũng Tú Lệ đã được nhiều nhà địa chất trong và ngoài nước nghiên cứu. J.Fromaget (1952) xếp chung các thành tạo núi lửa vào Trias; A.E Dovjikov và nnk (1965) chia các thành tạo trầm tích nguồn gốc núi lửa ở đây ra ba phần: các thành tạo trầm tích Jura hạ - Hệ tầng Hà Cối; các thành tạo trầm tích Jura gần như không xác định và các đá núi lửa Kreta thượng.
Nguyễn Vĩnh và nnk (1972) đã xếp các thành tạo trầm tích nguồn núi lửa vào phức hệ Văn Chấn gồm các hệ tầng: hệ tầng Nậm Qua, hệ tầng Bản Hát và hệ tầng Tú Lệ. Trần Văn Trị và nnk (1977) xếp vào hệ tầng trầm tích - nguồn núi lửa tuổi Jura không phân chia. Trần Đức Lương, Nguyễn Xuân Bao và nnk (1989) xếp vào hệ tầng Văn Chấn. Nguyễn Thứ Giáo và nnk (1994) đã xác lập hai phức hệ: phức hệ Nậm Say và phức hệ Nậm Kim trên cơ sở tách các thành tạo núi lửa thuộc phụ hệ tầng trên của hệ tầng Nậm Qua và phụ hệ tầng trên của hệ tầng Tú Lệ (Nguyễn Vĩnh và nnk, 1972).
Nguyễn Đắc Đồng và nnk (2000) đã phân chia các thành tạo này ra hai phức hệ gồm phức hệ Tú Lệ và phức hệ Ngòi Thia).
Trong các chuyên khảo mới được xuất bản gần đây (Địa tầng Việt Nam, Hoạt động magma và sinh khoáng nội mảng miền Bắc Việt Nam), các đá felsic là thành phần chủ yếu của hệ tầng Tú Lệ tuổi Jura - Creta và
không được phân chia thành các tầng riêng biệt (Tống Duy Thanh, Vũ Khúc, 2005) hoặc gộp chung các đá núi lửa felsic vào cùng một hệ tầng nhưng chia ra các kiểu đá khác nhau: các đá núi lửa felsic “kiểu Tú Lệ” và các đá núi lửa felsic “kiểu Ngòi Thia” (Trần Trọng Hoà, 2011) v. v.
Ảnh 3.1. Dọc đường từ Trạm Tấu ra Nghĩa Lộ, phổ biến các đá rhyolite kiểu Tú Lệ bị nén ép dập vỡ, ít gặp các đá rhyolite kiểu Ngòi Thia.
1. Kiểu Tú Lệ: bao gồm toàn bộ các đá núi lửa axit-trung tính á kiềm và kiềm trước đây được xếp vào phần trên của hệ tầng Nậm Qua, Tú Lệ, Bản Hát (Nguyễn Vĩnh và nnk., 1977). Kiểu Tú Lệ trùng với phức hệ Văn Chấn về khối lượng các hợp phần magma. Diện lộ của các đá thuộc phụ phức hệ này chiếm phần chủ yếu diện tích trũng núi lửa Tú Lệ. Thành phần của phụ phức hệ khá phức tạp, chiếm ưu thế là các đá tướng phun trào, ít hơn gặp tuf cát kết tướng phun nổ và tuf aglomerat tướng họng. Thành phần thạch học của các đá núi lửa chủ yếu tương ứng với ryodacit rhyolite, trachyrhyolite, ít hơn là trachyt porphyr. Chúng thường có quan hệ chuyển tiếp với các đá á núi lửa
cùng thành phần. Hầu hết bị nén ép từ yếu đến mạnh, có cấu tạo dải, định hướng rõ rệt. Kiến trúc porphyr điển hình với ban tinh feldspar kali, ít gặp ban tinh plagioclas hoặc thạch anh. Khá phổ biến felsit và microfelsit cũng bị ép phân dải mạnh.
2. Kiểu Ngòi Thia: chỉ bao gồm các đá núi lửa và á núi lửa axit á kiềm và kiềm được mô tả trong hệ tầng Ngòi Thia ở đới Tú Lệ (Nguyễn Vĩnh và nnk., 1978). Các đá núi lửa phụ phức hệ Ngòi Thia có thành phần chủ yếu tương ứng với rhyolite, cấu tạo khối, đôi chỗ dạng dòng chảy. Nét đặc trưng của rhyolite kiểu Ngòi Thia là nếu có kiến trúc porphyr thì các ban tinh thạch anh chiếm ưu thế, ít hơn feldspar kali. Hầu như không phân biệt được một cách rõ rệt giữa các đá tướng phun trào và tướng á núi lửa. Rhyolite hầu hết sáng màu, khoáng vật màu rất ít.
Ảnh 3.2. Vết lộ YB19 khu vực Nậm Kim, quan hệ chuyển tiếp của granit dạng porphyr Phu Sa Phìn và rhyolite kiểu Tú Lệ, đá bị biến đổi nén ép,
mạch calcit cắt qua.
Ảnh 3.2. Vết lộ YB10 rhyolite không bị biến dạng, khu vực Trạm Tấu.
Do đây là đối tượng nghiên cứu chính trong luận văn, vì vậy các đặc điểm địa hóa-đồng vị, tuổi và bản chất kiến tạo của các rhyolite phức hệ Tú Lệ - Ngòi Thia sẽ được học viên trong trình bày chi tiết hơn trong các chương sau.