Đặc điểm địa chất và khoáng sản của trầm tích màu đỏ creta thượng trong trũng Yên Châu, Sơn La

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN CỦA TRẦM TÍCH MÀU ĐỎ CRETA THƯỢNG TRONG TRŨNG YÊN CHÂU, SƠN LA LÊ THANH HỰU, NGUYỄN PHÚ VỊNH, PHẠM VĂN ĐƯỜNG Liên đoàn Bản đồ Địa chất Miền Bắc, 208/10 Nguyễn Văn Cừ, Long Biên, Hà Nội Tóm tắt: Hệ tầng trầm tích lục địa màu đỏ Creta thượng khu vực Tây Bắc Bộ, Việt Nam nói riêng, và ở Đông Nam Á nói chung, có một vai trò quan trọng, một mặt đánh dấu một thời kỳ phát triển địa chất đặc biệt trong lịch sử hình thành vỏ Trái đất của khu vực, mặt khác chứa nguồn tài nguyên phi kim (thạch cao và muối mỏ) mà có nơi có ý nghĩa lớn trong công nghiệp. Trên cơ sở phân tích, tổng hợp các tài liệu đo vẽ địa chất và điều tra khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ Yên Châu, đồng thời đối sánh với các vùng phụ cận, bài báo trình bày những nét cơ bản về đặc điểm địa chất và khoáng sản (thạch cao) của các trầm tích màu đỏ trong bồn trũng Yên Châu, tỉnh Sơn La. I. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT TRẦM TÍCH MÀU ĐỎ CRETA THƯỢNG Ở TRŨNG YÊN CHÂU 1. Đặc điểm địa tầng Trong phạm vi đo vẽ địa chất và điều tra khoáng sản tỷ lệ 1:5 0.000 nhóm tờ Yên Châu, các trầm tích lục địa màu đỏ Creta thượng được xếp vào hệ tầng Yên Châu phân bố ở các vùng Chiềng Chăn, Chiềng Sài và Yên Châu với diện tích khoảng 200 km2, trong đó, vùng Yên Châu chiếm khoảng 150 km2 (Hình 1). Dưới đây, bài báo nêu những đặc điểm chủ yếu về cấu trúc địa chất và khoáng sản của các trầm tích màu đỏ phân bố ở trũng Yên Châu. Diện lộ của các trầm tích màu đỏ ở vùng Yên Châu dài gần 40 km, nơi hẹp nhất khoảng 1 km, chỗ rộng nhất gần 10 km, trung bình 5 km có dạng một trũng hẹp (bồn địa hào). Các tài liệu đo vẽ địa chất 1:50.000 cho thấy ở nhiều nơi các trầm tích này phủ không chỉnh hợp góc trên các thành tạo cổ hơn, do vậy hầu hết các thành tạo đó đều gửi các vật liệu của mình trong các tập cuội kết dày của hệ tầng này; về phía trên hệ tầng bị phủ bởi các trầm tích chứa đá phiến dầu màu xám đen tuổi Oligocen hệ tầng Sài Lương; có nơi lại có quan hệ tiếp xúc kiến tạo với đá vây quanh. Là trầm tích lục địa tướng sông-hồ, các tập trầm tích của hệ tầng Yên Châu thường không ổn định trong diện phân bố của chúng, các mặt cắt khác nhau theo đường phương cách nhau không xa (trên cùng một dải) đều có những nét riêng. Sự khác biệt đó phụ thuộc vào mức độ phức tạp của các yếu tố địa phương như: địa hình, nguồn cung cấp vật liệu và tính chất của sông, hồ cổ. Qua liên hệ các mặt cắt trong vùng (Hình 2), hệ tầng được chia thành 2 phần: - Phần dưới: đặc trưng bởi các trầm tích lục địa vụn thô, phân bố ở hai phía TN và ĐB của bồn trũng, trong đó ở phía TN phần này lộ ra khá đầy đủ, còn phía ĐB thường bị đứt gãy cắt xén. Lót đáy phần dưới của hệ tầng thường không đồng nhất ở các vị trí khác nhau, có nơi là dăm-cuội-tảng kết, thành phần hạt là đá vôi hạt mịn màu trắng xám, một số ít màu xám đen, kích thước rất khác nhau từ 5-7 đến 15-20 cm, cá biệt 78-80 cm, với nhiều hình dạng khác nhau, ít hoặc không bị mài tròn; có nơi là cuội kết đa khoáng, thành phần cuội gồm thạch anh, đá phun trào (mafic, axit-kiềm), cát kết dạng quarzit, silic, đá vôi, … kích thước từ 2-3 đến 5-7 cm, cá biệt 10-15 cm tương đối tròn cạnh. Nhìn chung, thành phần dăm-cuội-tảng chiếm 60-70 % khối lượng của đá và được gắn kết bởi xi măng cát kết, bột kết, sạn kết màu nâu đỏ, cấu trúc hỗn độn (Ảnh 1.1, 1.2); chuyển lên trên là các lớp cát kết, bột kết, sạn kết và ít lớp mỏng sét-bột kết giàu vôi, đôi nơi xen kẹp thấu kính mỏng cuội sạn kết; đá phân lớp 15-20 cm, có nơi gặp cấu tạo phân lớp xiên đơn giản. Trong bột kết đã thu thập được hoá thạch Hai mảnh vỏ nước lợ (Fulpioides sp.) tuổi Creta muộn; chuyển lên trên chủ yếu là cuội kết đa khoáng, phân lớp không đều, có nơi dày 15-30 cm, có nơi dày 1 m, nhưng có nơi dày tới 5-6 m, hoặc không rõ lớp; chúng không duy trì liên tục theo đường phương, thường có dạng thấu kính hoặc "cài răng lược"; ở trên cùng gặp cát kết, cát bột kết, bột kết màu nâu đỏ, phân lớp 20-25 đến 30-40 cm, đôi nơi thấy xen thấu kính mỏng cát kết chứa sạn sỏi và cuội hạt nhỏ, mật độ thưa. Chiều dày phần dưới: 140-760 m. - Phần trên: chiếm khoảng 50 % khối lượng của hệ tầng, đặc trưng bởi trầm tích hạt mịn, thành phần gồm bột kết, sét bột kết, cát bột kết, cát kết hạt nhỏ đến mịn xen ít lớp sét bột kết vôi; đá có màu đỏ, nâu tím, phân lớp từ 15-20 đến 35-40 cm, Bản ảnh 1 Bản ảnh 2 thường có cấu tạo dải mờ song song, một số nơi có cấu tạo gợn sóng hoặc phân lớp xiên đơn giản; đá có thế nằm thoải 5-15°; một số nơi gặp xen thấu kính mỏng sạn kết, cát kết chứa cuội sỏi. Cát kết, bột kết chứa hoá thạch thực vật hạt kín (Angiospermae) (Ảnh 2.1, 2.2, 2.3) và Chân bụng nước ngọt (Helix sp.) (Ảnh 2.4) tuổi Creta muộn. Đặc biệt trong các lớp đá của phần trên, ở nhiều nơi gặp các lớp, mạch thạch cao mỏng dạng thấu kính, dày từ vài mm đến 2-3 cm hoặc dạng ổ kích thước vài ba đến 5-7 mm, phân tán thưa trong đá. Chiều dày của phần trên: 540-750 m. Đặc điểm chủ yếu của các trầm tích hệ tầng Yên Châu xem Bảng 1. Bảng 1. Một số đặc điểm chủ yếu của các trầm tích hệ tầng Yên Châu TT Đặc điểm chủ yếu Phần dưới Phần trên 1 Thành phần trầm tích Chủ yếu trầm tích hạt thô: dăm, cuội, tảng kết xen các tập cát kết thô, cát bột kết, bột kết Chủ yếu trầm tích hạt mịn: cát bột kết, bột kết, sét bột kết, sét vôi chứa cát bột xen kẹp thấu kính cuội sỏi sạn 2 Đặc điểm phân lớp Chủ yếu không rõ hoặc phân lớp xiên Chủ yếu là phân lớp ngang song song, lượn sóng 3 Đặc điểm trường địa vật lý - Xạ đường bộ mR/h (cường độ phóng xạ trung bình) 12,6 16 - Tham số vật lý (trung bình) + Mật độ s (g/cm3) 2,55 2,43 + Độ từ cảm c (.10-6CGS) 2 1 + Từ dư Jn (.10-6CGS) 3 0 + Hàm lượng phóng xạ UTD (ppm) 10 10 4 Độ carbonat trung bình (%) + CaCO3 29 16 + CaMg(CO3)2 1,83 1,4 5 Các chỉ số địa hoá môi trường + Eh trung bình (mv) 162 165 + SO4-2 trung bình (mg/l) 110 436 + Cl- trung bình (mg/l) 11,66 13,5 6 Độ chứa thạch cao Không chứa thạch cao Có chứa các lớp, mạch thạch cao mỏng 2. Vài nét về tướng đá - cổ địa lý của các trầm tích màu đỏ hệ tầng Yên Châu Kết quả nghiên cứu tướng và quy luật cộng sinh tướng trầm tích cũng như đặc điểm cổ địa lý, khí hậu đối với trầm tích màu đỏ hệ tầng Yên Châu có thể khái quát trong một số nét về tướng đá - cổ địa lý dưới đây: a. Tướng trầm tích: Trên cơ sở nghiên cứu thành phần độ hạt, đặc tính phân lớp và quy luật phân bố không gian, ta thấy các trầm tích hệ tầng Yên Châu thuộc các tướng trầm tích sau: - Tướng dăm-cuội-tảng sụt sườn: gồm các vật liệu phá huỷ kiến tạo trong giai đoạn hình thành bồn trũng, phân bố chủ yếu ở vùng rìa bồn; nét đặc trưng của chúng là cấu tạo hỗn độn, không có quy luật và không có sự phân lớp, quan sát được ở các vùng Cốc Củ, Pa Cúng, v.v. - Tướng cuội tảng nón phóng vật: phân bố chủ yếu ở phần dưới của hệ tầng, quan sát được ở nhiều nơi, như Tà Làng, Chi Đẩy, Suối Trắng, gồm cuội tảng đa thành phần, kích thước đa dạng, cấu tạo hỗn độn, chồng chất, phân lớp dày hoặc không rõ, độ mài tròn và chọn lọc rất kém. - Tướng trầm tích sông: chiếm khối lượng chủ yếu của phần dưới. Thành phần gồm cuội kết đa khoáng với nhiều kích cỡ khác nhau, phân lớp không đều; cát kết, bột kết màu nâu đỏ, cấu tạo phân lớp ngang song song hoặc phân lớp xiên đơn giản với góc xiên nhỏ (10-15o). - Tướng trầm tích hồ: chiếm khoảng 50 % khối lượng của hệ tầng (toàn bộ phần trên). Thành phần chủ yếu là cát kết hạt nhỏ đến vừa, cát bột kết, bột kết, sét bột kết màu nâu đỏ đến đỏ nhạt, xi măng gắn kết là calcit, sét. Đá thường có cấu tạo phân dải, đôi nơi trên bề mặt gặp cấu tạo vết gợn sóng (Ảnh 1.3). b. Đặc điểm cổ địa lý: Quá trình hoạt động kiến tạo trong giai đoạn Mesozoi muộn của khu vực Tây Bắc Bộ nói chung, và vùng Yên Châu nói riêng, đã tạo nên các cấu trúc địa hào phức tạp, bị khống chế bởi các đứt gãy nghịch, chờm nghịch phương TB-ĐN, được các trầm tích màu đỏ hệ tầng Yên Châu lấp đầy. Trên cơ sở nghiên cứu đặc điểm trầm tích, có thể phân ra hai thời kỳ tích tụ đối với trầm tích màu đỏ trong bồn trũng Yên Châu nói riêng, và khu vực Tây Bắc Bộ nói chung. - Thời kỳ Yên Châu sớm: đặc trưng bởi cảnh quan cổ địa lý sụt sườn, nón phóng vật và sông. - Thời kỳ Yên Châu muộn: đặc trưng bởi cảnh quan cổ địa lý hồ nước mặn. c. Đặc điểm cổ khí hậu: Thời kỳ Creta muộn đặc trưng bởi khí hậu khô nóng: - Các thành tạo trầm tích có màu đỏ nguyên sinh và hàm lượng carbonat calci trong xi măng rất cao (từ 13 đến 65 %). - Có mặt các lớp thạch cao trong trầm tích của hệ tầng. - Trên bề mặt các lớp sét bột kết thường có vết nứt nẻ do khí hậu khô nóng kéo dài gây ra. - Hiếm di tích sinh vật do điều kiện khí hậu khô nóng khắc nghiệt và môi trường bị mặn hoá. 3. Cấu trúc - kiến tạo Kết quả đo vẽ địa chất và địa vật lý (trọng lực) cho thấy bồn trũng Yên Châu có dạng cấu trúc một nếp lõm không cân xứng, phương kéo dài TB-ĐN, trục của nếp lõm lệch về phía ĐB. Ở cánh TN lộ khá đầy đủ các thành tạo của hệ tầng, còn cánh ĐB bị đứt gãy cắt xén. Trong vùng phát triển 2 hệ thống đứt gãy: - Hệ thống đứt gãy phương TB-ĐN: là hệ thống đứt gãy phát triển mạnh mẽ, khống chế cấu trúc của bồn trũng và thường là các đứt gãy nghịch, chờm nghịch. - Hệ thống đứt gãy phương ĐB-TN: là hệ thống đứt gãy có quy mô nhỏ, cắm về TB hoặc ĐN với góc dốc >70o, biên độ dịch chuyển từ 200 đến 600 m và làm phức tạp hoá cấu trúc cũng như sự phân bố khoáng sản của vùng. II. ĐẶC ĐIỂM KHOÁNG SẢN HỆ TẦNG YÊN CHÂU 1. Các biểu hiện và sự phân bố của thạch cao trong hệ tầng Yên Châu Công tác điều tra khoáng sản đã giúp phát hiện được thạch cao ở nhiều vị trí khác nhau trong bồn trũng Yên Châu, như Chiềng Hặc, Bản Khá, Bản Thôn, Bản Sai, Bản Mẹt, Huổi Thón. Ngoài ra công tác khoan tìm kiếm - thăm dò nước phục vụ bệnh viện huyện Yên Châu còn phát hiện được thạch cao trong lỗ khoan 8 (ở ngay trung tâm bệnh viện). Tại các vùng Chiềng Hặc, Bản Khá, thạch cao lộ ra sát mặt đất; ở các nơi còn lại gặp thạch cao dưới độ sâu từ 5-10 đến 12-17 m hoặc 30 m (lỗ khoan 8). Thạch cao gặp dưới dạng các lớp hay mạch dày một vài mm đến 3-5 cm, cá biệt đến 15-20 cm (nơi giao nhau giữa các mạch), nhưng phần lớn dày 2-3 cm; chúng phân bố theo mặt lớp hoặc cắt mặt lớp với các góc rất khác nhau, thường tạo thành đới dày 5-10 đến hàng chục mét (lỗ khoan 8) trong các lớp cát bột kết, bột kết, sét bột kết màu nâu đỏ thuộc phần trên của hệ tầng Yên Châu (Ảnh 3.1, 2, 3). Ngoài ra, còn gặp thạch cao ở dạng tinh thể nhỏ tập trung thành các ổ có đường kính vài ba đến 5-7 mm, phân bố rải rác trong các đá trên (Ảnh 3.4). Thành phần khoáng vật: thạch cao 96-97 %; calcit 1 %. Thành phần hoá học (% trọng lượng các oxit cơ bản): CaO = 30,80-33,51, SO3 = 40,21-44,04, H2O = 18,3-19,4. Thạch cao có màu trắng đục, dạng sợi, dạng que song song, ánh tơ với các sợi kéo dài gần vuông góc với thành mạch. So sánh thành phần hoá học và khoáng vật của thạch cao vùng Yên Châu và một số nơi trên thế giới cho thấy chất lượng thạch cao ở vùng Yên Châu rất tốt (Bảng 2). Bảng 2. Thành phần hoá học, khoáng vật của thạch cao vùng Yên Châu và một số nơi trên thế giới Vùng Thành phần(%) Yên Châu New York Lào Lý thuyết Hoá học CaO 30,84 -33,51 30,76 33,02-40,02 32,50 SO3 40,28-44,04 43,70 48,62-57,25 46,60 H2O 18,30-19,40 17,53 0,05-8,48 20,90 Khoáng vật Thạch cao 96,97 94,26 85,03-96,03 Ngoài ra, ở vùng Mộc Châu, cách thị trấn Yên Châu 40-60 km về phía ĐN (cùng dải hệ tầng Yên Châu), trong công tác khoan tìm kiếm nước dưới đất phục vụ quy hoạch thị trấn do công ty Mỏ thuộc Tổng công ty Hoá chất thực hiện đã tiến hành khoan 17 lỗ, trong đó có 5 lỗ khoan đã gặp các lớp và mạch thạch cao giống như ở vùng Yên Châu cả về độ sâu phân bố và dạng tồn tại. Các lỗ khoan này có độ sâu từ 40 đến 60,2 m. - Lỗ khoan 1: sâu 42,4 m, gặp các vi mạch thạch cao ở độ sâu từ 28 đến 42,4 m. - Lỗ khoan 2: sâu 60,1 m, gặp các mạch thạch cao dày 1-3 mm, cá biệt 1 cm, ở các độ sâu từ 22 đến 27,2 m và từ 35 đến 60,1 m. - Lỗ khoan 4: sâu 60 m, gặp các mạch thạch cao dày 1-2 cm ở độ sâu từ 50,9 đến 60 m. - Lỗ khoan 5: sâu 60,2 m, gặp các vi mạch và lớp thạch cao dày vài mm ở độ sâu từ 13,5 đến 26,9 m và từ 32,5 đến 60,2 m. - Lỗ khoan 11: sâu 40 m, gặp các mạch thạch cao dày vài mm đến 3 cm, cá biệt 4,5 cm, ở độ sâu từ 6,4 đến 9 m, từ 13 đến 25,5 m và từ 28,2 đến 31,6 m. 2. Kết quả công tác đo địa vật lý trong điều tra khoáng sản ở vùng Yên Châu a. Đo trọng lực: Đã tiến hành đo 602 điểm. Kết quả đã xác định được 11 dị thường trọng lực địa phương âm có khả năng liên quan đến thạch cao. Các dị thường có kích thước 0,5×0,5 km đến 0,5×1,5 km, dạng ổ, thấu kính, giá trị dị thường đạt cực trị từ -68,44 đến -72,81 mgl. Nhìn chung, các dị thường có kích thước không lớn và tập trung thành 2 dải phương TB-ĐN. Dải thứ nhất chạy dọc theo Quốc lộ 6, dải thứ 2 ở phía ĐB quốc lộ này, trong đó 6 dị thường có ý nghĩa hơn cả và có khả năng liên quan với thạch cao (1-6). Bản ảnh 3 b. Đo sâu điện thẳng đứng: Trên cơ sở kết quả đo trọng lực đã tiến hành đo sâu điện thẳng đứng để kiểm tra, giúp xác định bản chất và độ sâu phân bố của quặng hoá. Trong tổng số 11 dị thường trọng lực, đã đo sâu điện tại 7 dị thường. Nhìn chung, các đồ thị đường cong đo sâu có dạng đường cong A và H. Kết quả đo sâu điện đã xác nhận trong các dị thường trọng lực tồn tại các ổ, thấu kính rất nhỏ, bất đồng nhất về điện trở suất, có khả năng liên quan đến thạch cao với các giá trị điện trở từ 60 đến 300 Wm; độ sâu tồn tại các dị thường phổ biến 20-60 m; chiều rộng và chiều dài đều nhỏ hơn 250 m, chiều dày 20-40 m. c. Công tác lấy mẫu thuỷ địa hoá: Trong các trầm tích lục địa màu đỏ thuộc bồn trũng Yên Châu đã tiến hành lấy một số mẫu thuỷ địa hoá, tuy không khoanh vẽ được vành phân tán thuỷ địa hoá, nhưng đặc biệt với những mẫu phân tích có hàm lượng anion (SO4-2) cao thì ở đó thường phát hiện được thạch cao. Điều đó phản ánh mối tương quan chặt chẽ giữa thạch cao với các nguồn nước giàu hàm lượng sulfat. Đối sánh một số đặc điểm địa chất và khoáng sản ở bồn trũng Yên Châu vùng Sơn La với bồn Viêng Chăn (Lào) trình bày ở Bảng 3. MỘT VÀI NHẬN XÉT THAY CHO LỜI KẾT LUẬN Trên cơ sở các tài liệu đo vẽ địa chất và điều tra khoáng sản nhóm tờ Yên Châu, đồng thời đối sánh với vùng lân cận, tác giả bài báo có một số nhận xét sau: 1. Hệ tầng lục địa màu đỏ Yên Châu có bề dày 1500 m, gồm 2 phần: phần dưới gồm chủ yếu các trầm tích vụn thô có cấu tạo phân lớp không rõ, hình thành trong điều kiện phá huỷ kiến tạo của giai đoạn thành tạo bồn trũng; phần trên gồm chủ yếu trầm tích hạt mịn thuộc tướng đầm hồ nước mặn chứa thạch cao. 2. Thạch cao trong hệ tầng Yên Châu gồm những lớp, mạch thường dày khoảng 2-3 cm, cá biệt đạt tới 15-20 cm, có chất lượng tốt nhưng quy mô nhỏ, không có ý nghĩa công nghiệp. VĂN LIỆU 1. Lê Thị Nghinh, 1996. Trầm tích màu đỏ Creta thượng bán đảo Đông Dương trong lịch sử địa chất khu vực. ĐC tài nguyên, 2 : 223-232. Viện Địa chất, Nxb KH và KT, Hà Nội. 2. Lê Thị Nghinh, 1996. Trầm tích màu đỏ điệp Yên Châu ở đông nam trũng Sông Đà. TC Các khoa học về Trái đất, 18/1 : 60-63. Hà Nội. 3. Lê Thị Nghinh, 1999. Những phát hiện mới về thạch cao ở tính Sơn La. TC Các khoa học về Trái đất, 21. Hà Nội. 4. Nguyễn Xuân Bao (Chủ biên), 1978. Địa chất tờ Vạn Yên. Thuyết minh kèm theo tờ bản đồ địa chất Vạn Yên tỷ lệ 1:200.000. Tổng cục Địa chất, Hà Nội. 5. Nguyễn Xuân Khiển (Chủ biên), 2003. Báo cáo Trầm tích luận và tướng đá cổ địa lý các thành tạo trầm tích màu đỏ tuổi Jura-Creta và khoáng sản lỉên quan ở miền Bắc Việt Nam. Lưu trữ Viện Địa chất và khoáng sản. Hà Nội. 6. Tô Văn Thụ, 1987. Đặc điểm thạch học trầm tích evaporit vùng A và D (CHDCND Lào). Luận án PTS Địa chất. Thư viện Đại học Mỏ - Địa chất. Hà Nội.