1.1. Đặc điểm chung của vỏ Trái Đất trong thời kì Tiền Cambri
Thời kỳ Tiền Cambri xuất hiện cách chúng ta khoảng 3,6 tỷ năm. Nó kéo dài khoảng hơn 3 tỷ năm, bao gồm 2 đại: Thái cổ (AR) kéo dài 1 tỷ năm và Nguyên sinh (PR) kéo dài trên 2 tỷ năm. Đây là thời kỳ xa xưa và dài nhất trong lịch sử phát triển Vỏ Trái Đất. Những đá được hình thành trong giai đoạn Tiền Cambri bị biến chất mạnh mẽ, hầu như không có hóa thạch để lại. Vì vậy sự phân hệ địa tầng trong các giới Thái Cổ và Nguyên Sinh và kết hợp địa tầng của chúng ở những khu vực khác nhau trên Trái Đất rất khó khăn.
Hiện nay, phân chia địa tầng Tiền Cambri chủ yếu dựa vào so sánh mức độ biến chất, biến vị của đá.Phần lớn các nhà địa chất chia Thái Cổ làm 2 phức hệ, còn Nguyên Sinh làm 3 phức hệ.
Đá Tiền Cambri là đá cổ nhất, chúng đã bị các đá trẻ hơn phủ lên.Vì thế, chỉ trong những cấu trúc nổi cao của vỏ Trái Đất như nhân các nếp vòng lớn, các địa khối giữa và các khiên của các nền cổ mới có thể lộ ra đá Tiền Cambri.
Qua nghiên cứu những khu vực có đá Tiền Cambri lộ ra trên địa cầu, như khiên Baltic (nền Đông Âu), khiên Canada (nền Bắc Mĩ), khiên Sơn Đông (nền Trung Quốc)…và nhiều khu vực khác, người ta tổng kết những đặc điểm cơ bản của đá Tiền Cambri như sau:
+ Đá Tiền Cambri có trình độ biến chất cao
Hầu như tất cả các nơi trong vỏ Trái Đất đều có đá Tiền Cambri, đa số đá Tiền Cambri đều bị chìm sâu trong vỏ Trái Đất, bị các trầm tích trẻ hơn phủ lên. Hiện nay có một số vùng có đá Tiền Cambri lộ ra ngoài là khiên Baltic – Ucraina, khiên Canada, khiên Brazil – Guyan.Những nơi đá Tiền Cambri lộ ra đều có biểu hiện biến chất cao. Những đá thường là gơnai, đá phiến mica, đá amfibol, đá quaczit, đá hoa…Ở những phức hệ trẻ của đá Nguyên sinh thường gặp những loại đá kém biến chất hơn như phiến clorit, đá phiến tan, filit…
+ Đá Tiền Cambri có nhiều đá magma
Trong thời gian này, vỏ Trái Đất hoạt động phun trào dung nham rất mạnh với các hoạt động xâm nhập đã tạo nên đá granit, granodiorit với dạng thể nằm, thể nền diện tích hàng vạn km2. Hoạt động phun trào cũng xảy ra mạnh làm cho đá Tiền Cambri bị biến chất cao.
+ Đá Tiền Cambri bị biến vị mạnh mẽ
Do ảnh hưởng mạnh của vận động kiến tạo thời Tiền Cambri và cả sau này, đá Tiền Cambri bị biến chất rất mạnh và phức tạp. Ở đó có đủ các loại uốn nếp lớn nhỏ, vi uốn nếp…Sự uốn nếp và đứt gãy đã làm đảo lộn cấu trúc của các thành hệ đá.
Trong đá Tiền Cambri hầu như vắng bóng các di tích sinh vật.Ngay những lớp trầm tích Nguyên sinh nằm dưới đá Tiền Cambri cũng rất ít gặp di tích sinh vật.Sự nghèo nàn của thế giới sinh vật trong Tiền Cambri còn thể hiện ở chỗ rất ít gặp các loại đá có nguồn gốc hữu cơ, than đá, dầu mỏ hoàn toàn vắng mặt, chỉ có một ít đá vôi có nguồn gốc tảo, còn loại đá hữu cơ như Sungit ở Caleri chỉ là trường hợp đơn độc.
+ Trong các trầm tích Tiền Cambri có chứa nhiều loại đá không gặp hoặc rất ít gặp trong các trầm tích trẻ hơn. Đặc trưng nhất trong các loại đá này là jaspilit và quarzit sắt, chúng hầu như chỉ gặp trong các đá Tiền Cambri, tuy một só nơi cũng gặp trong trầm tích Paleozoi hạ.Sự khác biệt của các loại đá trầm tích Tiền Cambri và các loại đá trẻ được thể hiện trong hình.
1.2. Lịch sử phát triển vỏ Trái Đất
1.2.1.Đại Thái Cổ (AR)
Nguyên đại Thái Cổ bắt đầu cùng với sự hình thành các khu vực biển đầu tiên để từ đó hình thành lần đầu các đá trầm tích, chủ yếu là sản phẩm phá hủy của các đá phun trào, độ pH có thể lên tới 1-2. Nửa sau của Thái Cổ, cách đây khoảng 3 tỷ năm, trên mặt đất có nhiều biến đổi, thành phần khí quyển và thủy quyển cũng tiếp tục thay đổi, thành phần nitơ, oxi tăng thêm nhiều. Trong biển đọng nhiều sản phẩm trầm tích hóa học, phổ biến là trầm tích silic sắt mà từ đó hình thành trữ lượng khổng lồ quặng sắt hiện nay.Đây cũng là thời gian hình thành các nguyên địa máng7.
Đến cuối AR (trên 2600 triệu năm) đã xảy ra hoạt động uốn nếp, kèm theo hoạt động biến chất mạnh mẽ và granit hóa trên những phạm vi rộng lớn. Kết quả tạo những cấu trúc cổ ổn định kiểu nền đầu tiên làm khung nhân cho sự hình thành các nền cổ ở đại PR. Đó là những nếp vồng khối nâng tròn trịa dạng vòm rộng như nền Siberia, nền Đông Âu, nền Nam Mỹ..
1.2.2.Đại Nguyên Sinh (PR)
Giai đoạn đại Nguyên Sinh là thời gian xuất hiện hoạt động những địa máng để hình thành các hệ thống uốn nếp kiểu chính thức như các hệ thống uốn nếp Careli (Châu Âu), Wutai (Sơn Đông Trung Quốc)…trong thời gian này cũng xuất hiện các đai địa máng Nội Phi và Brasil. Cuối đại PR, các địa máng (trừ Nội Phi và Brasil) đã kết thúc chế độ hoạt động địa máng tạo uốn nếp, xâm nhập và biến chất, tạo thành những khu vực cứng rắn hóa gắn liền những khối nguyên thủy và hình thành những móng uốn nếp ở các nền cổ. Cũng trong giai đoạn này trên những khối uốn nếp AR đã hình thành tầng phủ bao gồm đá trầm tích và đá magma.Trong nhiều nơi cũng đã thành tạo các cấu trúc kiểu máng nền.
Vào PR muộn, giai đoạn Sini, là giai đoạn hình thành lớp phủ nền ở các nền cổ thế giới sau khi đã hoàn thành hệ uốn nếp Carelit. Đây cũng là giai đoạn hình thành và phát triển các đai địa máng Thái Bình Dương, Địa Trung Hải, Đại Tây Dương và Ural – Mông Cổ. Trong các khu vực địa máng, hoạt động nghịch đảo kiến tạo trước kia hình thành những địa khối trung tâm - nguồn cung cấp vật liệu trầm tích cho các địa máng. Trong các miền võng địa máng, được hình thành trên lớp vỏ đại dương mỏng đã tạo thành những hệ trầm tích rất dày thuộc các thành hệ đặc trưng cho địa máng như hệ trầm tích phun trào.
Các nền đã thành tạo phần đầu tiên của tầng phủ.Thành phần axit carbonic cũng giảm dần.
Như vậy, trong đại PR hình thành hai chế độ hoạt động đầu tiên khác nhau trong lịch sử phát triển vỏ Trái Đất là chế độ địa máng và nền.
Cùng với hoạt động đá phun trào, ở dưới biển cũng hình thành cát kết, đá phiến sét và các loại cacbonat mà chủ yêu slà đôlomit và cả đá silic.
Hình 1.1. Sơ đồ các yếu tố cấu trúc chính của Châu Á8
1.3. Hoàn cảnh cổ địa lí
Trong giai đoạn này, các sản phẩm của hoạt động phun trào đã làm cho biển AR giàu axit clohydric, axit fluoric, H2S, CO2, CH4 và các loại cacbuahydro khác.Độ axit trong nước rất cao (pH có thể tới 1-2) vì thiếu oxi tự do nên trong nước biển chưa thấy thành phần sunfat.
Trong khí quyển khí CO2 đóng vai trò chủ yếu, dần dần xuất hiện oxi tự do.
Đến giữa đại AR thành phần nước biển có nhiều thay đổi, độ axit giảm dần do các kim loại kiềm từ lục địa bị phá hủy ra biển.
Sinh vật đơn bào bắt đầu xuất hiện được tìm thấy như đá vôi tìm thấy ở Châu Phi, đó là những tế bào có khả năng tự dưỡng, sau đó tảo lam xuất hiện.
Cuối sini, bên cạnh thực vật cấp thấp đã xuất hiện những động vật không xương sống, ngành ruột khoang nguyên thủy, giun và những dạng giáp xác nguyên thủy.Các tập đoàn tảo vôi phát triển để lại di tích là các ám tiêu ở Montana (Mỹ), Siberia và Trung Quốc.
1.4. Sự thành tạo khoáng sản trong thời Tiền Cambri
1.4.1.Đặc điểm
Các khoáng sản thành tạo trong thời kì Tiền Cambri có các đặc điểm chủ yếu sau đây:
1. Có hàm lượng quặng cao, phân bố tập trung ở các khu vực nền cổ
2. Thành tạo một số khoáng sản quí hiếm, trữ lượng lớn như Uran, platin, mica mà không gề gặp ở các đại địa chất sau này
3. Không có các khoáng sản có liên quan đến nguồn gốc sinh vật mà chủ yếu là các khoáng sản kim loại
1.4.2.Các khoáng sản chính
~ Uran: có khoảng 90% quặng uran có liên quan tới đá cát kết, cuội kết, chỉ có 10% là uran tự do, đa số đều có trữ lượng lớn, phân bố ở Canada, Tanzania, Đông Nam Úc, khu vực Hồ Lớn (Mỹ).
~ Sắt: có liên quan tới đá quaczit với các loại quặng manhetit (hàm lượng sắt từ 60 -70%), quặng mactit (hàm lượng sắt 55%), quặng titanomanhetit (hàm lượng sắt từ 50-60%). Ngoài ra còn thành tạo một số quặng sắt nằm trong lớp vỏ phong hóa đá quaczit như quặng limonit, quặng gotit… các quặng mỏ có trữ lượng lớn phân bố ở bán đảo Labrador, khu vực Hồ Lớn, vùng Bạch Hải, Canma, Ural, Ucraina, Ấn Độ, Mozambique, Mãn Châu.
~ Mangan: chủ yếu là quặng manganrit, phân bố ở Nam Phi.
~ Titan: chủ yếu là quặng titanit, phân bố ở bán đảo Labrador, Thụy Điển, Cusa (Nga). ~ Niken: phân bố vùng Tôn Sơn (Canada), vùng Bạch Hải (Nga)
~ Coban: phân bố ở Marốc, Dămbia
~ Crôm: phân bố ở Nam Phi, Tanzania, Mozambique. ~ Đồng: phân bố ở vùng Tôn Sơn (Canada)
~ Thiếc: phân bố ở Tanzania, Kenya ~ Liti: phân bố ở Mozambique
~ Vàng: phân bố ở vùng Hồ Lớn, Canada, Brasil Sudan, Nam Phi, Úc, Côtđiva ~ Plantin: phân bố ở Mozambique, Nam Phi
~ Berin: phân bố ở Nam Phi
~ Albet: phân bố ở nam và bắc Triều Tiên ~ Mica: phân bố ở Siberia, Ấn Độ
~ Khoáng sản đa kim loại: gồm nhiều kim loại cộng sinh với nhau như đồng, chì, thiếc tạo thành khoáng vật sunfua. Các mỏ có trữ lượng lớn phân bố ở phía tây Canada, Tanzania, Đông Úc, Brasil.