ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





NGUYỄN BÁ MINH




CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ TIẾN HOÁ KIẾN TẠO
ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG CẢ VÀ CÁC VÙNG KẾ CẬN





LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT







Hà Nội - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



NGUYỄN BÁ MINH



CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ TIẾN HOÁ KIẾN TẠO
ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG CẢ VÀ CÁC VÙNG KẾ CẬN

Chuyên ngành: Địa chất học
Mã số: 62 44 02 01



LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. Nguyễn Văn Vƣợng
2. PGS.TS. Tạ Hoà Phƣơng


Hà Nội - 2014






Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, các kết quả trong nội dung luận án là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2014
Tác giả


Nguyễn Bá Minh




Lời cảm ơn
Để hoàn thành luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các
thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS. Tạ Hòa Phương và PGS.TS. Nguyễn Văn
Vượng, xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ này.
Trong quá trình làm luận án, tác giả cũng đã nhận được sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến quý báu của các thầy cô và các đồng nghiệp: PGS.TSKH.
Phan Văn Quýnh, PGS.TS. Chu Văn Ngợi, PGS.TS. Trần Văn Trị, PGS.TS.
Trần Nghi, PGS.TS. Tạ Trọng Thắng, TS. Đoàn Nhật Trưởng, PGS.TS. Vũ
Văn Tích, TS. Nguyễn Thùy Dương. Tác giả xin chân thành cảm ơn.
Quá trình khảo sát, thu thập tài liệu, NCS đã nhận được sự giúp đỡ
nhiệt tình, chu đáo của các cán bộ, công nhân viên Đoàn Địa chất 207 và Liên
đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc. Xin gửi tới các đồng nghiệp lời cảm ơn chân
thành về sự giúp đỡ quý báu đó.
NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành Lãnh đạo Tổng cục Địa chất

và Khoáng sản, Vụ Địa chất, Lãnh đạo Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc
đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho NCS trong quá trình thực hiện luận án.
NCS xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, Ban lãnh đạo khoa Địa
chất, phòng Đào tạo sau đại học, Đại học Khoa học tự nhiên đã giúp đỡ, tạo
điều kiện để NCS hoàn thành luận án này.
Nhân dịp này, xin gửi lời cảm ơn tới các bạn bè, đồng nghiệp, gia đình
lời cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ, động viên có hiệu quả để tác giả hoàn
thành được công trình nghiên cứu này.
1

MỤC LỤC

Trang
Danh mục các kí hiệu, chữ viết tắt sử dụng trong luận án ………
4
Danh mục các hình vẽ…………………………………………
5
Danh mục các ảnh……………………………………………….
9
Danh mục các bảng……………………………………………
12
MỞ ĐẦU………………………………………………………………
13
Chƣơng 1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU…………………………………………………………

19
1.1. Lịch sử nghiên cứu …………………………………………….
19
1.1.1. Các công trình lập bản đồ địa chất………………………….

19
1.1.2. Các công trình nghiên cứu chuyên đề về địa tầng ………….
20
1.1.3. Các công trình nghiên cứu chuyên đề về magma …
21
1.1.4. Các công trình nghiên cứu chuyên đề về kiến tạo ………….
22
1.1.5. Đánh giá các kết quả nghiên cứu ……………………
25
1.1.6. Một số vấn đề tồn tại ……………………………………….
26
1.1.7. Nội dung nghiên cứu ………………………………
27
1.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………
27
1.2.1. Cơ sở lý luận………………………………………………
27
1.2.1.1. Một số khái niệm sử dụng trong luận án ……………
27
1.2.1.2. Cách tiếp cận …………………………………
29
1.2.1.3. Phương pháp luận ………………………………
30
1.2.2. Các phương pháp nghiên cứu………………………
31
1.2.2.1. Phương pháp địa tầng …………………………………
31
1.2.2.2. Phương pháp phân tích thành phần vật chất ……
33
1.2.2.3. Phương pháp viễn thám ……………………………….

33
1.2.2.4. Phương pháp phân tích cấu trúc địa chất ……………
34
1.2.2.5. Phương pháp xác định tuổi ……………………….
34
Chƣơng 2. ĐẶC ĐIỂM CÁC THÀNH TẠO ĐỊA CHẤT KHU
VỰC ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG CẢ VÀ CÁC VÙNG KẾ CẬN……….

36
2.1. Địa tầng…………………………………………………………
36
2.1.1. Phức hệ Bù Khạng …………………………………………
36
2.1.2. Các thành tạo trầm tích tuổi Ordovic muộn - Silur ………
37
2.1.3. Hệ tầng Tây Trang …………………………………………
40
2


Trang
2.1.4. Các thành tạo trầm tích Devon sớm - giữa …………………
42
2.1.5. Các thành tạo trầm tích Devon giữa - muộn ……………….
44
2.1.6. Các thành tạo trầm tích Devon muộn - Carbon sớm ……….
45
2.1.7. Các thành tạo trầm tích Carbon sớm - Permi ……………
47
2.1.8. Hệ tầng Đồng Trầu …………………………………………

54
2.1.9. Hệ tầng Hoàng Mai …………………………………………
57
2.1.10. Hệ tầng Quy Lăng
58
2.1.11. Hệ tầng Đồng Đỏ
58
2.1.12. Hệ tầng Khe Bố

59
2.1.13. Thành tạo bazan …………………………………………
60
2.1.14. Các trầm tích Pliocen - Đệ tứ ……………………………
61
2.2. Magma xâm nhập………………………………………
61
2.2.1. Loạt magma tuổi Permi muộn - Trias sớm ………………
61
2.2.2. Phức hệ Sông Mã …………………………………………
64
2.2.3. Phức hệ Bản Chiềng ………………………………………
65
Chƣơng 3. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÖC ĐỊA CHẤT ĐỚI ĐỨT GÃY
SÔNG CẢ VÀ CÁC VÙNG KẾ CẬN ……………… ……………

67
3.1. Khái quát chung………………………………………… …
67
3.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất đới đứt gãy Sông Cả và các
vùng kế cận hình thành trong giai đoạn chuyển động kiến tạo

Indosini ………………………………………………………………

69
3.2.1. Đặc điểm cấu trúc địa chất hình thành trong pha biến
dạng thứ nhất ……………………………………………………

69
3.2.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất hình thành trong pha biến
dạng thứ hai ……………………………………………………….

86
3.3. Đặc điểm cấu trúc địa chất đới đứt gãy Sông Cả và các vùng
kế cận hình thành sau giai đoạn chuyển động kiến tạo Indosini

89
3.3.1. Đặc điểm cấu trúc địa chất hình thành trong pha biến dạng
thứ ba ……………………………………………………………

89
3.3.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất hình thành trong pha biến dạng
thứ tư ……………………………………………………………

91
3.3.3. Đặc điểm cấu trúc địa chất hình thành trong các pha biến
dạng thứ 5, thứ 6, thứ 7 (các pha biến dạng dòn trong KZ) ………

94
3



Trang
Chƣơng 4. TIẾN HOÁ KIẾN TẠO ĐỚI ĐỨT GÃY SÔNG CẢ VÀ
CÁC VÙNG KẾ CẬN ……………………………………………………
99
4.1. Bối cảnh kiến tạo chung
99
4.2. Giai đoạn hình thành trầm tích Paleozoi ……………
105
4.3. Giai đoạn chuyển động kiến tạo Indosini…………………….
107
4.3.1. Hoạt động của pha biến dạng thứ nhất ……………………
107
4.3.2. Hoạt động của pha biến dạng thứ hai ………………………
109
4.4. Giai đoạn chuyển động kiến tạo Yanshan …………………
112
Hoạt động của pha biến dạng thứ ba ……………………………
112
4.5. Chuyển động kiến tạo Himalaya và vai trò của đới đứt gãy
Sông Cả trong hoạt động kiến tạo KZ ở khu vực

117
4.5.1. Các biểu hiện hoạt động kiến tạo ở đới đứt gãy Sông Cả
trong Kainozoi

117
4.5.2. Hoạt động của pha biến dạng thứ tư………………………
117
4.5.3. Hoạt động của pha biến dạng thứ năm……………………
124

4.5.4. Hoạt động của pha biến dạng thứ sáu………………………
125
4.5.5. Hoạt động của pha biến dạng thứ bảy………………………
128
4.5.6. Hoạt động của đới đứt gãy Sông Cả trên biển
130
4.6. Khái quát mô hình tiến hóa kiến tạo đới đứt gãy Sông Cả và
các vùng phụ cận
133
4.6.1. Giai đoạn hình thành trầm tích……………………………
135
4.6.2. Giai đoạn chuyển động kiến tạo Indosini
135
4.6.3. Giai đoạn chuyển động kiến tạo Yanshan
136
4.6.4. Giai đoạn chuyển động kiến tạo Himalaya
137
KẾT LUẬN
138
DANH MỤC CÔNG CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN …… ….

141
TÀI LIỆU THAM KHẢO
143

4

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT
Tên hình vẽ
Trang
1.
Hình 1. Sơ đồ vị trí và phạm vi vùng nghiên cứu
16
2.
Hình 1.1. Cấu trúc hoa phát triển dọc theo đới xiết ép và tách giãn tại
một đứt gãy trượt bằng phải
29
3.
Hình 2.1. Bản đồ địa chất khu vực đới đứt gãy Sông Cả và các vùng
kế cận
37
4.
Hình 2.2. Cột địa tầng tổng hợp hệ tầng Sông Cả vùng Mường Xén
39
5.
Hình 2.3. Cột địa tầng tổng hợp hệ tầng Tây Trang vùng Mường Xén
41
6.
Hình 2.4. Cột địa tầng tổng hợp hệ tầng Huổi Lôi
43
7.
Hình 2.5. Cột địa tầng tổng hợp hệ tầng Nậm Kắn
44

8.
Hình 2.6. Cột địa tầng mặt cắt Khánh Thành
46
9.
Hình 2.7. Cột địa tầng mặt cắt Mường Lống và Xốp Tụ
49
10.
Hình 2.8. Cột địa tầng tổng hợp hệ tầng Bắc Sơn vùng Mường Xén
52
11.
Hình 2.9. Cột địa tầng tổng hợp hệ tầng Đồng Trầu vùng Mường Xén
55
12.
Hình 2.10. Cột địa tầng hệ tầng Đồng Đỏ tại mặt cắt Huổi Heo
59
13.
Hình 2.11. Cột địa tầng mặt cắt hệ tầng Khe Bố tại mỏ than Khe Bố
60
14.
Hình 3.1. Các đơn vị kiến tạo chính ở Việt Nam
68
15.
Hình 3.2. Hình vẽ minh họa ảnh 3.1
72
16.
Hình 3.3. Hình vẽ minh họa ảnh 3.3
72
17.
Hình 3.4. Mặt cắt Huổi Thù (đông bắc thị trấn Mường Xén) ghi nhận
các nếp uốn phương TB-ĐN (pha 1) trong các trầm tích hệ tầng Sông

Cả, Tây Trang
73
18.
Hình 3.5. Mặt cắt đèo Noọng Dẻ, phía đông đồn biên phòng Nậm
Kắn khoảng 4 km, ghi nhận các nếp uốn phương TB-ĐN (pha 1)
trong các trầm tích hệ tầng Nậm Cắn và hệ tầng Khánh Thành
73
19.
Hình 3.6. Mặt cắt Mường Lống (đông bắc thị trấn Mường Xén
khoảng 20km) ghi nhận các nếp uốn và đứt gãy chờm nghịch phương
TB-ĐN (pha 1) trong các đá vôi - silic hệ tầng La Khê và Bắc Sơn
73
20.
Hình 3.7. Mặt cắt Huổi Ca Nhăn ghi nhận 2 thế hệ uốn nếp cùng
76
6

TT
Tên hình vẽ
Trang
phương TB-ĐN (pha 1 là các nếp uốn nghiêng, pha 3 cân xứng)
21.
Hình 3.8. Bản đồ địa chất khu vực đới đứt gãy Sông Cả
79
22.
Hình 3.9. Sơ đồ khái quát mặt cắt Mường Xén - Xiềng Lầm cắt
ngang đới đứt gãy Sông Cả đoạn qua thị trấn Mường Xén
79
23.
Hình 3.10. Sơ đồ khái quát mặt cắt Khe Bố - Quỳ Châu cắt ngang đới

đứt gãy Sông Cả đoạn qua Khe Bố
80
24.
Hình 3.11: Sơ đồ khái quát mặt cắt Thanh Chương - Diễn Châu cắt
ngang đới đứt gãy Sông Cả đoạn qua thị trấn Thanh Chương
80
25.
Hình 3.12. Sơ đồ khái quát mặt cắt La Khê - Cẩm Xuyên cắt ngang
đới đứt gãy Sông Cả
80
26.
Hình 3.13. Mặt cắt tại khu vực Hương Khê, Hà Tĩnh, theo phương
ĐĐB-TTN, cắt ngang đứt gãy Rào Nậy
81
27.
Hình 3.14. Sơ đồ khối Đông Dương và các khối lân cận trong giai
đoạn tạo núi Indosini
82
28.
Hình 3.15. Hình vẽ minh họa ảnh 3.11
84
29.
Hình 3.16. Sơ đồ khái quát thể hiện đặc điểm cấu trúc hoa dương ở
đới đứt gãy Sông Cả và các vùng kế cận hình thành trong pha biến
dạng thứ nhất ở khu vực
85
30.
Hình 3.17. Hình vẽ minh họa ảnh 3.15
87
31.

Hình 3.18. Mặt cắt Pha Khảo ghi nhận các nếp uốn pha 1, phương
TB-ĐN bị uốn nếp bởi pha 2, phương ĐB-TN
88
32.
Hình 3.19: Sơ đồ địa chất khu vực Mường Lống thể hiện cấu trúc
dạng chữ Z được tạo ra bởi pha uốn nếp thứ nhất và thứ hai
88
33.
Hình 3.20. Mặt cắt Huổi Heo, tây bắc thị trấn Mường Xén khoảng 12
m, quan sát được các nếp uốn pha 3 phương TB-ĐN trong các trầm
tích hệ tầng Đồng Đỏ
90
34.
Hình 3.21. Giao thoa của 2 pha uốn nếp cùng phương TB-ĐN (pha 1
và pha 3). Nếp uốn pha 3 làm uốn nếp pha 1, gặp trong đá phiến sét,
HT. Sông Cả, trên đường ô tô, phía nam Bản Vẽ 1 km (MX.1002)
90
35.
Hình 3.22. Sơ đồ ảnh số thể hiện các vị trí quan sát các biến dạng
thuộc pha biến dạng dẻo - dòn KZ sớm với cơ chế thuận - trượt bằng
93
7

TT
Tên hình vẽ
Trang
phải dọc theo đứt gãy Sông Cả và đứt gãy Mường Xén - Bình Chuẩn
36.
Hình 3.23. Sơ đồ ảnh số thể hiện các đường nét cấu trúc địa chất
và thế nằm của đá phù hợp với đặc điểm địa hình, địa mạo

93
37.
Hình 3.24. Sơ đồ cấu trúc kiến tạo khu vực Mường Xén, tây Nghệ
An thể hiện các hệ thống uốn nếp và đứt gãy thuộc các pha khác
nhau ở đới đứt gãy Sông Cả
96
38.
Hình 3.25. Sơ đồ khái quát thể hiện các cấu trúc uốn nếp, đứt gãy
chính khu vực đới đứt gãy Sông Cả và các vùng kế cận
97
39.
Hình 4.1. Sơ đồ phân bố các khối lục địa (continental terranes)
và các đới khâu chính ở Đông và Đông Nam Á
100
40.
Hình 4.2. Sơ đồ thể hiện kiến tạo thúc trồi và các đứt gãy lớn trong
KZ ở Đông Á
102
41.
Hình 4.3. Hình vẽ minh họa ảnh 4.6
113
42.
Hình 4.4. Sơ đồ xác định tuổi biến dạng trong khoáng vật biotit
của đá granit khối Mường Xén, Kỳ Sơn, Nghệ An (mẫu MX.219)
115
43.
Hình 4.5. Mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa 3 pha uốn nếp xảy ra
trong giai đoạn trước KZ ở đới đứt gãy Sông Cả và vùng phụ cận
116
44.

Hình 4.6. Mô hình chuyển động trong KZ sớm ở khu vực Tây Bắc
Bộ và Bắc Trung Bộ
122
45.
Hình 4.7. Mô hình chuyển động của đới đứt gãy Sông Cả (Oligocen
muộn-Miocen sớm) tương ứng với pha trượt trái của đới đứt gãy
Sông Hồng trong KZ sớm
123
46.
Hình 4.8. Trạng thái ứng suất của pha biến dạng dòn thứ nhất trong
KZ, ghi nhận dọc đứt gãy Sông Cả (MX.CT.3)
125

47.
Hình 4.9: Trạng thái ứng suất của pha biến dạng dòn thứ nhất trong
KZ, ghi nhận dọc đứt gãy Sông Cả (MX.CT.4)
125
48.
Hình 4.10. Phân bố trạng thái ứng suất pha biến dạng dòn thứ nhất
trong KZ với ứng suất trượt bằng
125
49.
Hình 4.11. Trạng thái ứng suất thứ nhất của pha biến dạng dòn thứ 2
trong KZ ghi nhận dọc đứt gãy Sông Cả (CT.3)
126
50.
Hình 4.12: Trạng thái ứng suất thứ hai của pha biến dạng dòn thứ 2
126
8


TT
Tên hình vẽ
Trang
trong KZ, ghi nhận dọc đứt gãy Sông Cả (CT.5)
51.
Hình 4.13. Phân bố trạng thái ứng suất thứ nhất của pha biến dạng
dòn thứ 2 trong KZ
127
52.
Hình 4.14. Phân bố trạng thái ứng suất thứ hai của pha biến dạng dòn
thứ 2 trong KZ
127
53.
Hình 4.15: Trạng thái ứng suất của pha 3 trong KZ quan sát tại Bản
Cánh, Kỳ Sơn, NA (CT.4)
128
54.
Hình 4.16. Trạng thái ứng suất của pha 3 trong Kainozoi, quan sát tại
cầu Huổi Lôi (MX.205)
128
55.
Hình 4.17. Phân bố trạng thái ứng suất căng dãn pha biến dạng dòn
thứ 3 trong KZ
128
56.
Hình 4.18. Sơ đồ biểu diễn các trường ứng suất xoay xảy ra trong KZ
130
57.
Hình 4.19. Mặt cắt tuyến đo địa chấn 93-217 ngoài khơi Cửa Ròn,
Quảng Bình

130
58.
Hình 4.20. Mặt cắt địa chất thể hiện tại tuyến đo địa chấn 93-217,
ngoài khơi Cửa Ròn, Quảng Bình
131
59.
Hình 4.21. Mặt cắt tuyến đo địa chấn 03-013, ngoài khơi Cửa Gianh,
Quảng Bình
131
60.
Hình 4.22. Mặt cắt địa chất thể hiện tại tuyến đo địa chấn 03-013,
ngoài khơi Cửa Gianh, Quảng Bình
132
61.
Hình 4.23. Mô hình tiến hóa kiến tạo đới đứt gãy Sông Cả và các
vùng kế cận
134

9

DANH MỤC CÁC ẢNH

Tên ảnh
Trang
1.
Ảnh 2.1. Đá phiến sét-silic, silic xen đá phiến sét phân lớp mỏng
phần thấp hệ tầng Pha Sắc
49
2.
Ảnh 2.2. Hóa thạch Răng nón Polygnathus fornicatus, tuổi Carbon

sớm, Tournais-Vise
50
3.
Ảnh 2.3. Hóa thạch Răng nón Gnathodus semiglaber tuổi Carbon
sớm, Tournais-Vise
50
4.
Ảnh 3.1. Nếp uốn nằm ngang (pha 1) gặp trong cát kết, bột kết, tập 2,
hệ tầng Sông Cả tại mặt cắt Huổi Thù (MX.2651)
72
5.
Ảnh 3.2. Nếp uốn pha 1 có mặt trục nằm ngang, đường trục TB-ĐN,
gặp trong cát kết xen đá phiến sét, tập 1, hệ tầng Sông Cả tại bờ phải
Sông Cả, gần thủy điện Bản Vẽ (MX.165)
72
6.
Ảnh 3.3. Phức nếp uốn có mặt trục nằm ngang, đường trục Đ-T (pha
1), gặp trong đá vôi phân lớp mỏng, hệ tầng Khánh Thành tại đèo
Noọng Dẻ (MX.901)
72
7.
Ảnh 3.4. Mặt phiến S1 và đứt gãy chờm nghịch phát triển theo mặt
trục của cấu trúc uốn nếp phương TB-ĐN, gặp trong đá sét bột kết
HT. Tây Trang, bắc TT. Mường Xén 3 km (MX.1853)
74
8.
Ảnh 3.5. Hiện tượng chờm nghịch quan sát được trong lát mỏng: các
tinh thể pyrit bị xoay và ép dẹt. Mẫu lấy tại bờ Sông Cả, bắc Bản Vẽ
khoảng 1km, Tương Dương, Nghệ An (MX.163)
74

9.
Ảnh 3.6. Phức nếp uốn (pha 1) có đường trục 270<30 (phương đông
- tây, quan sát tại điểm lộ MX.376 +300m thuộc mặt cắt Bản Lăn,
ĐN thị trấn Mường Xén khoảng 3 km
75
10.
Ảnh 3.7. Cát bột kết hệ tầng Sông Cả bị milonit ghi nhận quá trình
dịch trượt biến dạng dẻo (pha 1), phía nam đứt gãy Sông Cả (lát
mỏng MX.6019)
75
11.
Ảnh 3.8. Các nếp uốn có trục dốc đứng chỉ thị cho tính chất trượt
bằng phải của đứt gãy Sông Cả trong pha biến dạng thứ nhất, quan
sát được trong cát bột kết HT. Sông Cả, trên QL7, ĐN Mường Xén
khoảng 3 km (MX.376)
83
12.
Ảnh 3.9. Nếp uốn có trục dốc đứng chỉ thị cho tính chất trượt bằng
83
10


Tên ảnh
Trang
phải của đứt gãy Sông Cả trong pha biến dạng thứ nhất, quan sát
được trong đá phun trào riolit HT. Đồng Trầu (nam thị trấn Tương
Dương 3 km)
13.
Ảnh 3.10. Dấu hiệu chỉ thị cho chuyển động trượt phải của đứt gãy
Sông Cả trong pha biến dạng thứ nhất, quan sát được trong đá cát kết

bị ép hệ tầng Tây Trang (bắc Canh Tráp 2km)
83
14.
Ảnh 3.11. Hệ tầng Đồng Đỏ phủ bất chỉnh hợp trên các cấu trúc uốn
nếp của 2 pha biến dạng sớm trong hệ tầng Tây Trang
84
15.
Ảnh 3.12. Giao thoa của 2 pha uốn nếp thứ nhất (phương TB-ĐN) và
pha uốn nếp thứ 2 (phương ĐB-TN)
87
16.
Ảnh 3.13. Đới chờm nghịch phát triển dọc ranh giới bất chỉnh hợp
giữa hệ tầng Đồng Trầu và hệ tầng La Khê (MX.579 +200m)
91
17.
Ảnh 3.14. Đứt gãy Sông Cả có mặt trượt dốc đứng, phương á vĩ
tuyến, trượt bằng trái trong pha biến dạng thứ 5. Điểm quan sát tại
bản Cánh, bờ phải sông Nậm Mộ, phía tây TT. Mường Xén khoảng
3km (CT.5)
95
18.
Ảnh 3.15. Đứt gãy Mường Xén-Bình Chuẩn (nhánh phía bắc của đứt
gãy Sông Cả), phương á vĩ tuyến trượt bằng phải - thuận trong pha
biến dạng thứ 6. Quan sát tại bản Pha Khảo, gần UB xã Phà Đánh, Kỳ
Sơn, Nghệ An (MX.1859)
95
19.
Ảnh 3.16. Đứt gãy thuận Phu Sảng - Huổi Thù (nhánh phía bắc của
đứt gãy Sông Cả), phương 120
0

, trượt thuận, quan sát ở Phu Sảng
(Kỳ Sơn, Nghệ An) trong cát kết hệ tầng Đồng Đỏ (MX.4630)
95
20.
Ảnh 4.1. Điểm khảo sát MX.1855 (Bản Côi, tây nam thủy điện Bản
Vẽ (Nghệ An) 2 km
109
21.
Ảnh 4.2. Nếp uốn chúi đầu, phương ĐB-TN (pha 2), quan sát trong
cát kết phân lớp dày hệ tầng Tây Trang (MX.1865)
111
22.
Ảnh 4.3. Nếp uốn dạng lượn sóng, phương B-N (pha 2). Quan sát
trong cát kết hệ tầng Tây Trang (MX.2865+400)
111
23.
Ảnh 4.4. Nếp uốn chúi đầu có đường trục phương ĐB-TN (pha 2)
gặp trong đá vôi sáng màu phân lớp trung bình thuộc hệ tầng Nậm
Kắn (MX.901) ở mặt cắt đèo Noọng Dẻ, Kỳ Sơn, Nghệ An
112
11


Tên ảnh
Trang
24.
Ảnh 4.5. Nếp uốn thẳng đứng có đỉnh nhọn, đường trục phương ĐB-
TN (pha 2), gặp trong đá phiến sét - silic hệ tầng Pha Sắc (MX.1868),
tại bản Mường Lống, Kỳ Sơn, Nghệ An
112

25.
Ảnh 4.6. Nếp uốn đẳng nghiêng phương TB-ĐN (pha 3), quan sát
trong cát sạn kết hệ tầng Đồng Trầu ở mặt cắt Huổi Bén, Kỳ Sơn,
Nghệ An (MX.510)
113
26.
Ảnh 4.7. Đứt gãy Piêng Hòm - Huổi Thù: các lớp cuội sạn kết đáy hệ
tầng Đồng Đỏ bị uốn cong và hất ngược lại, cắm dốc đứng, đường
phương TB-ĐN do tác động của pha biến dạng thứ ba (tại bản Piêng
Hòm, Kỳ Sơn, Nghệ An, MX.281)
113
27.
Ảnh 4.8. Giao thoa của nhiều pha uốn nếp đã làm cho các đá hệ tầng
Sông Cả bị vò nhàu rất phức tạp. Quan sát tại bờ phải Sông Cả, phía
nam bản Kim Đa khoảng 1500m (MX.160)
116
28.
Ảnh 4.9. Cấu tạo C/S chỉ thị cho hoạt động căng giãn phương ĐB-
TN của pha biến dạng dẻo - dòn Oligocen muộn-Miocen sớm, quan
sát trong đá phiến phyllit hệ tầng Sông Cả (MX.166)
119
29.
Ảnh 4.10: Cấu tạo C/S chỉ thị cho chuyển dịch phải của đứt gãy Sông
Cả, đoạn Mường Xén - Bản Vẽ trong KZ sớm, quan sát trong đá
phiến sét hệ tầng Sông Cả tại bản Côi, bờ phải sông Cả (MX.581)
119
30.
Ảnh 4.11. Đứt gãy Na Loi - Cành Pai (thuận - trượt bằng phải) có
mặt trượt 210<20, mặt thớ chẻ bị uốn cong dạng chữ S, liên quan đến
hoạt động của pha biến dạng dẻo - dòn KZ sớm. Quan sát trong cát

kết hệ tầng Sông Cả, tại bản Na Loi, Phà Đánh, Kỳ Sơn, Nghệ An
(MX.1866)
119

12

DANH MỤC CÁC BẢNG


Tên bảng
Trang
1.
Bảng 3.1. Đặc điểm các đứt gãy chính ở đới Sông Cả theo các tài liệu
địa chất và địa vật lý
86
2.
Bảng 4.1. Các giai đoạn chuyển động kiến tạo và các pha biến dạng
xảy ra ở đới đứt gãy Sông Cả và các vùng kế cận
104
3.
Bảng 4.2. Kết quả phân tích đồng vị Ar/Ar khoáng vật biotit
trong đá granit khối Mường Xén, Kỳ Sơn, Nghệ An (mẫu MX.219)
114
4.
Bảng 4.3. Mức độ kết tinh của mẫu VN1 và VN2 (MX.166)
120
5.
Bảng 4.4. Kết quả xác định tuổi đồng vị K/Ar (mẫu MX.166) cho
hoạt động căng giãn ở đới Sông Cả phương ĐB-TN (phân tích tại Đại
học Tổng hợp Goettingen, CHLB Đức)

121
13

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Khu vực đới đứt gãy Sông Cả và các vùng kế cận thuộc địa phận các
tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và một phần nhỏ phía bắc tỉnh Quảng Bình. Về cấu
trúc địa chất, khu vực đới đứt gãy Sông Cả được giới hạn bởi đứt gãy đường
48 ở phía bắc và đứt gãy Rào Nậy ở phía nam. Vùng kế cận gồm khối Bù
Khạng ở phía bắc và khối Đồng Hới ở phía nam.
Về đặc điểm địa chất, khu vực đới đứt gãy Sông Cả phân bố các thành
tạo địa chất có tuổi từ Paleozoi sớm - giữa đến Đệ tứ. Trong đó các thành tạo
trầm tích chiếm phần lớn diện tích. Các thành tạo địa chất trong khu vực này
có đặc điểm khá khác biệt với các khu vực khác bởi mức độ biến chất thấp
nhưng bị biến dạng rất mạnh. Do vậy chúng có đặc điểm cấu trúc địa chất rất
phức tạp.
Từ trước đến nay, nhất là trong giai đoạn từ 1975 đến nay đã có rất
nhiều công trình nghiên cứu ở khu vực này. Tuy vậy còn khá nhiều vấn đề tồn
tại chưa được làm sáng tỏ như đặc điểm hình học của các cấu trúc uốn nếp,
đứt gãy, tuổi của các pha biến dạng, lịch sử hoạt động kiến tạo và vai trò của
đứt gãy Sông Cả trong các giai đoạn chuyển động kiến tạo của khu vực.
Xuất phát từ những lý do trên, NCS đã lựa chọn đề tài “Cấu trúc địa
chất và tiến hóa kiến tạo đới đứt gãy Sông Cả và các vùng kế cận” nhằm giải
quyết một số vấn đề trong số các tồn tại nêu trên, góp phần làm sáng tỏ lịch
sử phát triển địa chất và cấu trúc địa chất ở khu vực này.
Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất và tiến
hóa kiến tạo của đới đứt gãy Sông Cả trong các giai đoạn chuyển động kiến
tạo khác nhau.


14

Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu làm rõ đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực đới đứt gãy
Sông Cả và các vùng kế cận;
- Nghiên cứu đặc điểm hình học các cấu trúc uốn nếp, đứt gãy nhằm
phân chia các pha biến dạng kiến tạo trong khu vực nghiên cứu;
- Khôi phục lịch sử tiến hóa kiến tạo và hoạt động của đới đứt gãy Sông
Cả trong giai đoạn chuyển động Indosini cũng như trong Kainozoi (KZ) liên
quan đến quá trình hoạt động của đới đứt gãy Sông Hồng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
- Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm rõ hơn đặc điểm hoạt động
kiến tạo và cấu trúc địa chất của đới đứt gãy Sông Cả có sự khác biệt với các
khu vực khác: chúng cũng tham gia vào các hoạt động kiến tạo lớn trong khu
vực nhưng có đặc điểm là mức độ biến dạng cao, còn mức độ biến chất thấp.
- Kết quả của luận án đã xác định được, ngoài đới Sông Hồng, đới đứt
gãy Sông Cả là đới biến dạng thứ hai có các hoạt động biến chất, biến dạng
dẻo tuổi Oligocen - Miocen, góp phần hoàn thiện mô hình biến dạng khu vực
liên quan đến chuyển động kiến tạo Himalaya trong KZ.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Kết quả nghiên cứu của luận án về các hoạt động biến dạng - kiến tạo,
sẽ góp phần vào việc biên tập, hiệu đính bản đồ địa chất khu vực Bắc Trung
Bộ phù hợp thực tế hơn.
- Kết quả nghiên cứu cũng giúp định hướng cho tìm kiếm khoáng sản
dưới sâu liên quan tới các cấu trúc biến dạng.
- Kết quả nghiên cứu là cơ sở để xác định nguyên nhân, dự báo các tai
biến địa chất trong khu vực liên quan đến các hoạt động kiến tạo, nhất là
trong giai đoạn Kainozoi, phục vụ cho quy hoạch, xây dựng các công trình.
15


Cơ sở tài liệu của luận án
Luận án được xây dựng trên cơ sở các nguồn tài liệu sau:
1. Các tài liệu khảo sát, thu thập tại thực địa và các kết quả phân tích,
nghiên cứu của NCS trực tiếp tham gia thực hiện từ năm 1999 đến nay gồm:
- Báo cáo “Lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ
Minh Hóa” năm 2001, chủ nhiệm: Phạm Huy Thông;
- Báo cáo “Lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ
Mường Xén” năm 2005 do NCS làm chủ nhiệm đề án. Trong đó, NCS đã trực
tiếp khảo sát, thu thập tài liệu tại 12 mặt cắt địa chất chi tiết.
2. Các tài liệu đã công bố:
- Các báo cáo lập Bản đồ địa chất khoáng sản ở các tỷ lệ khác nhau từ
1:500.000 - 1:50.000. Trong đó, đáng lưu ý là: bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000
vùng Sông Cả (chủ biên: Nguyễn Văn Hoành, 1978);
- Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 các nhóm tờ Tương Dương, Hoành
Sơn, Nam Vinh, Minh Hóa.
- Các báo cáo chuyên đề có nội dung liên quan đến luận án;
- Các công trình nghiên cứu, luận án đã công bố liên quan đến luận án.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu là cấu trúc địa chất khu vực đới đứt gãy Sông
Cả và vùng phụ cận gồm các thành tạo địa chất và các cấu trúc biến dạng hình
thành trong các giai đoạn kiến tạo khác nhau. Trong đó chú trọng nghiên cứu
các cấu trúc uốn nếp, đứt gãy chi phối bình đồ cấu trúc địa chất khu vực.
Phạm vi nghiên cứu: đới đứt gãy Sông Cả và vùng phụ cận được giới
hạn bởi khối Bù Khạng ở phía bắc và khối Đồng Hới ở phía nam. Trong đó,
phần trung tâm là đới đứt gãy Sông Cả được giới hạn bởi đứt gãy đường 48 ở
phía bắc và đứt gãy Rào Nậy ở phía nam (Hình 1).
16



Hình 1. Sơ đồ vị trí và phạm vi vùng nghiên cứu
Những điểm mới chủ yếu của luận án
1. Lần đầu tiên, luận án đã chứng tỏ rằng cấu trúc địa chất khu vực đới
đứt gãy Sông Cả là một cấu trúc hoa dương được hình thành trong giai đoạn
chuyển động kiến tạo Indosini.
2. Về lịch sử phát triển kiến tạo: đã xác định khu vực đới đứt gãy Sông
Cả sau khi trải qua chế độ hình thành trầm tích Paleozoi đã tham gia mạnh mẽ
vào 3 giai đoạn chuyển động kiến tạo lớn gồm Indosini, Yanshan và
Himalaya với 7 pha biến dạng. Riêng trong KZ đã xảy ra 4 pha biến dạng.
17

3. Đã xác định được mối liên quan và vai trò của đới đứt gãy Sông Cả
trong các hoạt động kiến tạo KZ của khu vực: trong khi đứt gãy Sông Hồng
xảy ra quá trình trượt trái (pha 1: 35 - 17 tr.n.) kèm theo hoạt động biến chất
nhiệt độ, áp suất cao, đới đứt gãy Sông Cả xảy ra chuyển động thuận và trượt
bằng phải đi kèm với biến dạng dẻo - dòn, biến chất thấp trong thời kỳ đầu,
sau đó mới trở lại trượt bằng trái như tính chất của đứt gãy Sông Hồng nhưng
ở trạng thái biến dạng dòn hoàn toàn.
Những luận điểm bảo vệ
1. Cấu trúc địa chất khu vực đới đứt gãy Sông Cả là cấu trúc hoa dương
được hình thành trong giai đoạn chuyển động kiến tạo Indosini và bị biến cải
bởi các chuyển động kiến tạo muộn hơn về sau.
2. Sau khi trải qua chế độ hình thành trầm tích Paleozoi, khu vực đới
đứt gãy Sông Cả và các vùng kế cận đã trải qua lịch sử tiến hóa kiến tạo gồm
3 giai đoạn chuyển động kiến tạo lớn (Indosini, Yanshan, Himalaya) với 7
pha biến dạng:
a) Trước KZ đã trải qua 3 pha biến dạng: Pha 1 đặc trưng bằng chuyển
động nén ép, trượt bằng phải tạo cấu trúc hoa dương, phương TB-ĐN, xảy ra
vào Indosini sớm; pha 2 đặc trưng bằng chuyển động nén ép tạo nếp oằn dạng
chữ Z lớn, xảy ra vào Indosini muộn; pha 3 đặc trưng bằng chuyển động nén

ép tạo các nếp uốn nghịch đảo phương TB-ĐN, xảy ra vào J-K;
b) Trong KZ đã trải qua 4 pha biến dạng: Pha 4 đặc trưng bằng chuyển
động căng dãn, trượt bằng phải biểu hiện bằng biến dạng dẻo-dòn của đứt gãy
Sông Cả, xảy ra vào Oligocen muộn-Miocen sớm; pha 5 đặc trưng bằng
chuyển động trượt bằng trái biểu hiện bằng biến dạng dòn của đứt gãy Sông
Cả, xảy ra vào Miocen sớm; pha 6 đặc trưng bằng chuyển động trượt bằng
phải biểu hiện bằng biến dạng dòn của đứt gãy Sông Cả, xảy ra vào Pliocen -
Đệ tứ; pha 7 đặc trưng bằng chuyển động căng dãn biểu hiện bằng biến dạng
dòn của đứt gãy Sông Cả, xảy ra vào Đệ tứ - hiện đại.
18

Cấu trúc của luận án bao gồm:
Mở đầu
Chương 1. Lịch sử nghiên cứu và các phương pháp nghiên cứu
Chương 2. Đặc điểm các thành tạo địa chất khu vực đới đứt gãy Sông
Cả và các vùng kế cận
Chương 3. Đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực đới đứt gãy Sông Cả và
các vùng kế cận
Chương 4. Tiến hóa kiến tạo đới đứt gãy Sông Cả và các vùng kế cận
Kết luận
Danh mục những công trình khoa học của tác giả đã công bố có liên
quan đến luận án
Tài liệu tham khảo

19

Chƣơng 1.
LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU
Khu vực Bắc Trung Bộ nói chung, đới đứt gãy Sông Cả nói riêng từ

trước đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúc địa chất - kiến
tạo được tiến hành, bao gồm: các công trình lập bản đồ địa chất các tỷ lệ
1:1.000.0000 đến 1:50.000; các công trình nghiên cứu chuyên đề về địa tầng,
magma; các công trình nghiên cứu chuyên đề về kiến tạo.
1.1.1. Các công trình lập bản đồ địa chất
Trước năm 1954, các công trình nghiên cứu chủ yếu là của các tác giả
người Pháp. Đáng lưu ý là các công trình Bản đồ địa chất Đông Dương tỷ lệ
1:2.000.000 [64] và tỷ lệ 1:500.000 [68]. Trong các công trình này, khu vực
đới đứt gãy Sông Cả được xem là cấu trúc Indosini với đặc điểm uốn nếp
phức tạp của móng kèm theo cấu tạo vảy hoặc phủ chờm.
Sau năm 1954, hàng loạt các công trình được tiến hành, bao gồm các
công trình lập bản đồ địa chất các tỷ lệ từ 1:1.000.000 đến 1:50.000. Liên
quan đến các khu vực nghiên cứu của luận án đã thống kê được 26 công trình
nghiên cứu của nhiều tác giả, gồm: 5 công trình bản đồ địa chất tỷ lệ
1:500.000 và nhỏ hơn, 8 công trình bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000, 13 công
trình bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000.
Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:500.000 phần miền Bắc [1] hoàn thành năm
1965. Trong công trình này, khu vực đới đứt gãy Sông Cả được xếp chủ yếu
vào đới Trường Sơn, một phần vào các đới Phu Hoạt, Sầm Nưa ở phía bắc và
đới Hoành Sơn ở phía nam.
Công trình Địa chất Việt Nam, phần miền Bắc (1977) kèm theo bản đồ
địa chất tỷ lệ 1:1.000.000 [42]: theo tác giả, khu vực nghiên cứu được xếp vào
đới phức nếp lõm Sông Cả, thuộc hệ uốn nếp Trường Sơn và nằm trong miền
20

uốn nếp Đông Dương.
Các bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 loạt tờ Bắc Trung Bộ [6, 10] đã cơ
bản phát hiện và phân chia các thành tạo địa chất và khoanh định diện phân
bố của chúng. Đáng lưu ý là đã phát hiện các thành tạo trầm tích lục nguyên -
carbonat - silic tuổi Devon thượng ở phía tây bắc Nghệ An.

Các công trình lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 gồm có: nhóm tờ Quỳ
Hợp - Nghĩa Đàn [40], vùng Bắc Vinh [55], vùng Nam Vinh [27], nhóm tờ
Hoành Sơn [53], nhóm tờ Hương Khê [26], nhóm tờ Tương Dương [41],
nhóm tờ Minh Hóa [31], nhóm tờ Mường Xén [15]. Các công trình này đã cơ
bản phân chia, hoàn thiện nghiên cứu về thành phần vật chất và mối liên quan
với khoáng sản của các phân vị địa tầng và magma trong khu vực. Về cấu trúc
địa chất, một vài công trình đã nêu được các kết quả bước đầu về các cấu trúc
uốn nếp và phủ chờm ở phía tây đứt gãy Sông Cả.
1.1.2. Các công trình nghiên cứu chuyên đề về địa tầng
Liên quan đến khu vực nghiên cứu có rất nhiều công trình nghiên cứu
chuyên đề về địa tầng. Có thể nêu các công trình liên quan chủ yếu của các
tác giả: Fromaget J. [64]; Tống Duy Thanh [27]; Trần Văn Trị, Vũ Khúc [43];
Tạ Hoà Phương [22]; Phạm Kim Ngân [20, 21]; Nguyễn Hữu Hùng [8]; Đoàn
Nhật Trưởng [54]; Nguyễn Bá Minh [12, 13, 16].
Về cơ bản, các công trình nghiên cứu chuyên đề về địa tầng đã hoàn
thiện phân chia địa tầng khu vực Bắc Trung Bộ nói chung, khu vực Sông Cả
nói riêng. Trong đó đáng lưu ý là đã làm rõ được đặc điểm mặt cắt, tập hợp
hóa thạch đặc trưng định tuổi và phân chia các thành tạo Devon thượng -
Carbon hạ phù hợp và có cơ sở.
Khu vực đới đới đứt gãy Sông Cả và vùng phụ cận bao gồm 14 hệ tầng
như sau: Sông Cả (O
3
-S sc), Tây Trang (S
3
-D
1
tt), Huổi Lôi (D
1-2
hl), Nậm
Kắn (D

2
g-D
3
fr nk), Khánh Thành (D
3
-C
1
kt), La Khê (C
1
lk), Pha Sắc (C
1
v

ps),
21

Bắc Sơn (C
1
-P bs), Mường Lống (C
1
-P ml), Đồng Trầu (T
2
a đt), Hoàng Mai
(T
2
a hm), Quy Lăng (T
2
l ql), Đồng Đỏ (T
3
n-r đđ), Mường Hinh (J mh), Khe

Bố (E
3
-N
1
kb) và các trầm tích bở rời tuổi Đệ tứ (Q) không phân chia.
Mỗi phân vị địa tầng đều được thành lập với đầy đủ cơ sở gồm các mặt
cắt chi tiết xác định thành phần, đặc điểm thạch học, quan hệ trên dưới, các
hóa thạch đặc trưng. Việc phân chia địa tầng trong khu vực cho đến nay là
phù hợp, có cơ sở khá đầy đủ và nói nên được các đặc trưng môi trường trầm
tích hình thành nên các phân vị.
1.1.3. Các công trình nghiên cứu chuyên đề về magma
Liên quan đến khu vực nghiên cứu có nhiều công trình nghiên cứu về
magma. Đáng lưu ý là các công trình: Các thành tạo magma [39]; Báo cáo
hoàn thiện thang magma theo quan điểm kiến tạo toàn cầu [25]; Các thành tạo
magma (trong Địa chất và tài nguyên Việt Nam) [43]. Các kết quả nghiên cứu
về magma đã cơ bản hoàn thiện phân chia các thành tạo magma khu vực Bắc
Trung Bộ và đới Sông Cả nói riêng. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu cho
thấy khu vực nghiên cứu bao gồm các thành tạo magma như sau:
- Phức hệ Chà Vằn (các khối gabroid Cửa Rào, Núi Ông) liên quan đới
hút chìm tuổi Permi muộn - Trias sớm;
- Phức hệ Hải Vân (các khối granitoid Mường Xén, Núi Ông, Kim
Cương) liên quan va chạm mảng tuổi Permi muộn - Trias sớm;
- Phức hệ Sông Mã (granit khối Hoành Sơn) liên quan thành tạo rift sau
tạo núi tuổi Trias giữa;
- Phức hệ Bản Muồng (các thể nhỏ granit ở Núi Ông, ở Hương Khê)
thuộc kiểu magma nội mảng tuổi Jura - Creta;
- Phức hệ Bản Chiềng (granit á kiềm khối Phu Loi) thuộc kiểu magma
nội mảng tuổi Paleogen.