Chương I LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU THÀNH TẠO TRẦM TÍCH HỆ TẦNG CÔ TÔ Các thành tạo trầm tích, trầm tích nguồn núi lửa hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) phân bố trên quần đảo Cô Tô đã được nhiều tác giả nghiên cứu, dưới các khía cạnh khác nhau.E (1892) người đầu tiên thể hiện đảo Thanh Lân trên bản đồ địa chất các bể than ở Bắc Kỳ tỷ lệ 1/4. Sau đó, trong công trình nghiên cứu về cổ sinh và địa chất khu vực Đông Bắc Bộ, các trầm tích ở các đảo thuộc quần đảo Cô Tô đã được E. Tuy nhiên do chưa có đủ tài liệu nên tác giả đã xếp giả định tuổi của chúng có thể trẻ hơn. Trên cơ sở so sánh tương đồng với trầm tích Neogen trên đất liền, A.I Jamoida (1965) đã mô tả thành phần thạch học của các thành tạo trầm tích phân bố trên quần đảo Cô Tô và xếp chúng vào hệ tầng Cô Tô với tuổi giả định Neogen.
Qua các công trình nghiên cứu nêu trên cho thấy các thành tạo trầm tích phân bố trên quần đảo Cô Tô mới chỉ bước đầu được mô tả và xác lập tên hệ tầng - hệ tầng Cô Tô. Còn tuổi thành tạo của chúng mang nhiều tính giả định, chủ yếu dựa trên cơ sở đối sánh với các trầm tích trên đất liền. Năm 1972, trong quá trình khảo sát thực địa tại đảo Cô Tô và đảo Thanh Lân, Trần Văn Trị và Nguyễn Đình Uy lần đầu tiên phát hiện được di tích Bút đá (Graptolite) định tuổi Silua sớm. Sau đó, ở bờ biển phía đông nam đảo Cô Tô đã tìm được Spirograptus cf., ở nam đảo Thanh Lân trong các lớp phiến sét màu xám đen chứa phong phú hóa thạch Bút đá, gồm các loài: Spirograptus cf., Campograptus communis Lapw.
(do Vũ Khúc xác định và Obut kiểm tra) đều đặc trưng cho phần giữa và trên của bậc Landovery thuộc Silua sớm. Ở một số đảo bé nằm ở phía bắc - đông bắc thuộc quần đảo Cô Tô, Nguyễn Huy Mạc và Phạm Thế Hiện (1972) cũng đã tìm được và công bố di tích Bút đá. Cụ thể: ở đảo Con Ngựa (Pristiograptus sp., Pristiograptus cyphus Lapw.), đảo Núi Nhọn (Demirastrites triangulatus) cho khoảng tuổi từ Ordovic muộn đến Silua sớm. Từ những cơ sở nêu trên, Trần Văn Trị (1972) vẫn giữ nguyên địa danh là Cô Tô làm tên của hệ tầng, nhưng đã xếp phần lớn các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô phân bố ở quần đảo Cô Tô tuổi Silua sớm và có thể có một phần nào đó thuộc Ordovic muộn (O3-S1ct).
Đồng thời cho rằng vùng quần đảo Cô Tô có lẽ là một phần của phức nếp lồi có - 20 - phương trục tây nam - đông bắc và được thành tạo trong một sụt võng sâu, tương ứng kiểu sụt võng nội máng Caledoni muộn Đông Bắc Bắc Bộ. Nét đặc trưng của hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) là các trầm tích lục nguyên, lục nguyên nguồn núi lửa thành phần axit, cấu tạo phân dải, phân nhịp (flysch), kiểu trượt ngầm lớn và cấu tạo xiên không đều. Như vậy, đây là lần đầu tiên tuổi của hệ tầng Cô Tô được xác định dựa trên cơ sở hóa thạch Bút đá (Graptolit) định tuổi Silua sớm và kiểu cấu tạo trượt ngầm lớn, điều kiện thành tạo (lắng đọng trong sụt võng nội máng Caledoni muộn Đông Bắc Bắc Bộ) được mô tả. Trong công trình đo vẽ bản đồ Địa chất và Khoáng sản, tỷ lệ 1:200.000 tờ Hòn Gai - Móng Cái, Nguyễn Công Lượng và nnk (1980) đã mô tả tương đối chi tiết về thành phần thạch học, trật tự địa tầng, cổ sinh và gián đoạn trầm tích giữa các trầm tích thuộc khối lượng của hệ tầng Đồ Sơn (D2-3 đs) phủ trên các trầm tích nguồn núi lửa có cấu trúc và thành phần tương tự như đã mô tả ở đảo Cô Tô, đảo Thanh Lân (tại đảo Trần ở phía đông bắc quần đảo Cô Tô), đồng thời xếp các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô tương đồng với hệ tầng Tấn Mài và có tuổi Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1).
Trên cơ sở sự tương đồng về đặc điểm địa chất khi so sánh chúng với các trầm tích phân bố rộng rãi ở phía nam đứt gãy Tấn Mài - Tiên Yên - Yên Tử, Vũ Khúc và Bùi Phú Mỹ (1989) đã tạm gộp các trầm tích được mô tả ở quần đảo Cô Tô vào khối lượng của hệ tầng Tấn Mài (O3-S1tm). Trong công trình thành hệ Địa chất và Địa động lực, Nguyễn Xuân Tùng và Trần Văn Trị (1992) đã xếp các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô vào thành hệ flysch tướng biển sâu-trung bình, phản ánh quá trình thành tạo trầm tích biển trong điều kiện thu hẹp và tiêu biến biển giai đoạn Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) ở Đông Bắc Bắc Bộ, tương tự như ở Đông Nam Trung Quốc. Thành hệ được đặc trưng bởi tổ hợp: cát kết đa khoáng - cuội hỗn tạp - bột kết, đá phiến sericit - cát bột kết ít khoáng - phylit - đá phiến silic và hóa thạch Bút đá (Graptolite) chỉ thị môi trường biển sâu trong các lớp đá phiến sét sẫm màu, cùng các lớp đá phiến silic phân lớp dọc dải đặc trưng của tướng xa bờ. Các thành tạo trầm tích này có cấu tạo phân nhịp flysch điển hình, với mỗi nhịp thường được bắt đầu bằng những lớp cát kết hạt thô hoặc cuội kết cho đến các thành tạo trầm tích hạt mịn hơn, cuối cùng là các đá sét kết, đá phiến sét.
Tổ hợp này được tác giả xếp vào tổ hợp dãy sườn và chân lục địa, trong tổ phần của dãy ngang thành hệ kiến trúc cung Tấn Mài - Cô Tô phát sinh ở rìa tây lục địa Hải Nam - Lôi Châu (Trung Quốc). Với đại biểu cung trong là các thành tạo trầm tích chứa phun trào đaxit - liparit kiềm vôi của hệ tầng Cô Tô, còn cung ngoài là các đá trầm tích thuộc hệ tầng Tấn Mài. Trên cơ sở tổng hợp và xử lý các tài liệu có trước về đặc điểm thành phần thạch học mặt cắt, đặc điểm cấu trúc tại ba kiểu mặt cắt của hệ tầng ở đảo Thanh - 21 - Lân, Phạm Thanh Bình và Nguyễn Công Lượng (1999) đã mô tả chi tiết và xếp hệ tầng Cô Tô tuổi Ordovic muộn - Silua sớm gồm hai tập (O3-S1ct1; O3-S1ct2). Theo đó, đặc trưng phần thấp là các trầm tích vụn thô chuyển dần lên là tập hạt mịn dạng sọc dải, tiếp đến là các đá có cấu tạo xiên chéo hoặc khúc dồi chứa các tảng hoặc thấu kính hạt mịn dạng sọc dải, trên cùng là các lớp cát kết tuf xen đá phiến hoặc đá sét-bột kết dạng dải, phần trên cùng điển hình là các trầm tích biển khơi (gồm sét kết, bột kết màu xám lục đến xám đen có cấu tạo phân dải thanh nét xen ít lớp cát kết).
Đồng thời cho rằng chúng được thành tạo trong môi trường xáo trộn giữa tướng biển nông và biển khơi thuộc trường cung đảo chia cắt và có cấu trúc gần gũi với kiểu mặt cắt turbidit lý tưởng do D. Tuy nhiên, các tác giả chưa phân định cụ thể được tướng biển nông và biển khơi. Với một số kết quả nghiên cứu mới về thạch học nguồn gốc các đá cát kết áp dụng phương pháp Dickinson (1979), Nguyễn Xuân Khiển (2000) cho rằng thành phần hạt vụn của hệ tầng Cô Tô (O-Sct) có nguồn gốc từ quá trình tạo núi tái sinh và được lắng đọng trong một bồn trước cung (forearc basin). Trong quá trình rà soát, đánh giá tính hiệu lực của các phân vị địa tầng do Tống Duy Thanh, Vũ Khúc (đồng chủ biên, 2005) một lần nữa các thành tạo trầm tích, trầm tích lục nguyên nguồn núi lửa thuộc hệ tầng Cô Tô (O3-S1ct) được hệ thống hóa và mô tả chi tiết về đặc điểm thành phần thạch học, tuổi thành tạo và quan hệ địa tầng tại quần đảo Cô Tô.
Qua công trình, lần đầu tiên mặt cắt chuẩn của hệ tầng được chỉ định tại mặt cắt ở đảo Thanh Lân (X = 21000’, Y = 107048”). Trong công trình Địa tầng các trầm tích Phanerozoi ở Đông Bắc Bộ, Đặng Trần Huyên và nnk (2007) đã thống nhất và mô tả các thành tạo trầm tích hệ tầng Cô Tô phân bố trên quần đảo Cô Tô dưới dạng hai tập [1, 12, 19, 21] và có cấu tạo phân nhịp flysch mang đặc điểm của kiểu mặt cắt turbidit. Trên cơ sở các kết quả phân tích về thành phần vật chất định lượng và tính toán, xử lý ban đầu theo thành phần các nguyên tố chính (theo phương pháp Roser và Korsch, 1988), thạch học nguồn gốc (theo phương pháp Dickinson, 1979) của các đá cát kết cho thấy: nguồn cung cấp vật liệu cho bồn trầm tích hệ tầng Cô Tô là từ các đá trầm tích giàu thạch anh, các đá magma axit phát sinh từ các quá trình tạo núi, đặc biệt là quá trình tạo núi tái sinh và có lẽ đã được lắng đọng trong một bồn trước cung (forearc basin). Về quan hệ và tuổi thành tạo: hệ tầng Cô Tô được xác định là Silua sớm nhờ vào nhiều hoá thạch Bút đá do tập thể tác giả phát hiện được và quan hệ bất chỉnh hợp với các trầm tích hệ tầng Hà Cối (J1-2hc) ở đảo Trần.
Đây là công trình đầu tiên nghiên cứu về thành phần vật chất định lượng, nhằm luận giải nguồn gốc trầm tích và điều kiện thành tạo của chúng. Tuy nhiên, còn ở mức độ sơ lược và hạn chế về số lượng mẫu phân tích định lượng. - 22 - Trong chuyên khảo “Địa chất và tài nguyên Việt Nam” Trần Văn Trị, Vũ Khúc (đồng chủ biên, 2009) các thành tạo trầm tích, trầm tích lục nguyên nguồn núi lửa thành phần axít của hệ tầng Cô Tô được xếp vào tổ hợp thạch - kiến tạo kiểu bồn tiền địa (foreland basin), phản ánh quá trình tạo núi, bào mòn diễn ra trong giai đoạn Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1) ở Đông Bắc Bắc Bộ cũng như ở Đông Nam Trung Quốc. Đó là các trầm tích molas, có thành phần vụn lục nguyên và tuf felsic, với biểu hiện phân nhịp flysch, cấu tạo turbidit dòng quẩn sụt ngầm, xiên chéo tuyệt đẹp… và là sản phẩm của tạo núi nội lục Caledoni.
Qua công trình cho thấy: Về thành phần thạch học, trật tự và liên kết địa tầng cũng như đặc điểm cấu tạo phân nhịp flysch đã được mô tả chi tiết và xếp chúng vào tuổi Ordovic muộn - Silua sớm (O3-S1); Về mặt kiến tạo công trình đã có mối liên hệ, đối sánh mật thiết với khu vực Đông Nam Trung Quốc.