Giai đoạn Đệ tam: 4 lần "bãi bể nương dâu"

Sét biển màu xám xanh tuổi Holocen sớm giữa ở xã Vĩnh Ngọc - Đông Anh thuộc hệ tầng Hải Hưng (cũ)

Giai đoạn Đệ tam là khoảng thời gian xảy ra các hiện tượng và quá trình địa chất để tạo ra bộ mặt tự nhiên của vùng đất Hà Nội hiện nay. ở mức độ khái quát chung nhất, đây là giai đoạn hình thành lớp phủ trầm tích trên bề mặt bóc mòn của các thành tạo trong giai đoạn trước và là giai đoạn vùng trũng Hà Nội liên tục bị hạ lún. Để có cơ sở cho việc hiểu biết các hiện tượng và quá trình tự nhiên xảy ra trong giai đoạn này, trước hết cần nắm được hoàn cảnh địa động lực của nó.

Hoàn cảnh địa động lực

Bước vào giai đoạn Đệ tam, hoàn cảnh địa động lực ở vùng trũng địa hào Hà Nội cũng như trên lãnh thổ Bắc Việt Nam hoàn toàn khác với giai đoạn trước đó. Cũng cần nói rằng, hoàn cảnh địa động lực khu vực vào đầu giai đoạn này chịu ảnh hưởng rất lớn của sự va chạm giữa mảng thạch quyển Âu-Á và mảng Ấn Độ xảy ra trước đó.

Theo Trần Nghi và đồng nghiệp (2003), cũng như Packham G (1996), từ đầu Kainozoi đến Miocen sớm (khoảng 32 đến 16 triệu năm trước) là thời gian xảy ra tách giãn đáy Biển Đông. Lúc đó, dọc theo hệ thống đứt gãy sông Hồng-ranh giới giữa khối Nam Trung Hoa và Đông Dương xảy ra trượt bằng phải với tốc độ 2-5 mm/năm.

Hệ thống đứt gãy này gồm các đứt gãy chính là: đứt gãy sông Chảy, đứt gãy sông Hồng, đứt gãy sông Lô, đứt gãy Vĩnh Ninh đều kéo dài theo phương Tây Bắc - đông Nam. Các đứt gãy này đã chia móng vùng trũng địa hào Hà Nội thành các khối, các nếp lồi và nếp lõm khác nhau, như nếp lồi Văn Giang ở phía đông-Nam Hà Nội, nếp lõm Yên Viên ở phía đông và nếp lõm Đan Phượng, Khoái Châu-Thường Tín ở phía Tây Hà Nội (hình 1.1).

Đây chính là nguyên nhân vì sao ở khu vực Xuân Đỉnh-Cổ Nhuế lại cao hơn những nơi khác và lộ ra trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc, hình thành cách đây 10.000 năm và bề mặt có màu sắc loang lổ.

Hệ thống đứt gãy sông Hồng lúc bấy giờ không dừng lại ở vùng trũng Hà Nội, mà còn kéo dài về phía đông-Nam vào vịnh Bắc Bộ và gần đây được các nhà địa chất gọi chung là đới sông Hồng. Đồng thời với hiện tượng này là sự sụt lún dạng bậc của trũng địa hào Hà Nội. Do chuyển động phân dị nâng hạ với tốc độ khác nhau mà các thành tạo địa chất trước Kainozoi bị chia thành nhiều khối. Vùng trũng địa hào Hà Nội bắt đầu được hình thành từ đó. Để bù vào quá trình sụt võng này là tích tụ trầm tích được đưa tới từ các vùng núi bóc mòn xung quanh.

Chính vì vậy, cấu trúc địa chất này còn được gọi là vùng trũng trước núi. Do vậy, vùng trũng địa hào Hà Nội được thành tạo chủ yếu bởi quá trình tích tụ, mặc dù vẫn có những khoảng thời gian gián đoạn trầm tích và quá trình bóc mòn xảy ra.

Có thể nói, vào đầu giai đoạn Đệ tam, vỏ Trái đất thuộc vùng trũng địa hào Hà Nội có những thay đổi cơ bản về chất. Đó là từ một vùng có chế độ bóc mòn lục địa chiếm ưu thế do được nâng lên sang chế độ tích tụ trầm tích chiếm ưu thế do các hoạt động sụt lún dạng bậc kiểu địa hào chiếm ưu thế vào giai đoạn Đệ tam.

Hoạt động của đới đứt gãy sông Hồng không những làm biến dạng trầm tích phủ trên móng kết tinh bằng các pha tách dãn vào giai đoạn Oligocen-Miocen (khoảng trên 30 đến 11 triệu năm trước) và pha nén ép vào cuối Miocen muộn-đầu Pliocen (khoảng 11 đến 5 triệu năm trước), mà còn phá hủy và làm nóng chảy các lớp đá nằm sâu ở dưới gần mặt Moho và làm cho phần trên của manti trồi lên đáng kể so với các khu vực xung quanh.

Trầm tích trống lòng sông chuyển sang trống đầm lầy với lớp than bùn ở xã Mễ Trì - Từ Liêm thuộc hệ tầng Thái Bình

Địa tầng

Có thể thấy, bước vào giai đoạn Đệ tam, vùng đất Hà Nội bắt đầu bị sụt lún do hệ thống đứt gãy Sông Hồng tái hoạt động mạnh mẽ hơn trong một chu kỳ mới. Đây là giai đoạn có sự sụt lún liên tục cho đến hiện nay, còn sự nâng lên chỉ là tương đối (nghĩa là trong mối quan hệ với sự dâng lên hoặc hạ thấp mực nước biển và đại dương) xảy ra mang tính cục bộ và trong khoảng thời gian ngắn. Kết quả của quá trình sụt lún là tạo ra các tầng trầm tích tuổi khác nhau phủ trên bề mặt bào mòn của móng cấu tạo bởi các đá có tuổi cổ hơn-đó là các thành tạo trước Kainozoi.

Hệ Paleogen, cách ngày nay khoảng 60 triệu năm, vùng đất Hà Nội bắt đầu bị sụt lún trở thành một bồn trũng ven rìa khối núi cao Phan Xi Păng ở phía Tây Bắc và các miền đồi núi khác ở phía đông Bắc và Tây Nam. Bồn trũng này đầu tiên được các nhà địa chất gọi là “võng địa hào Hà Nội”, sau đó là “trũng Hà Nội” hay “miền võng Hà Nội”. Tuy nhiên vào thời kỳ đầu của Paleogen cũng chưa xảy ra quá trình lắng đọng trầm tích. Chỉ khi bước vào giữa Paleogen, tức là vào Eocen (cách ngày nay khoảng 56 đến 35 triệu năm trước) mới xảy ra quá trình đó. Các trầm tích trong thời kỳ này chủ yếu là hạt thô từ cát cho đến cuội sỏi gặp được ở độ sâu khoảng 4000-4500 mét. Các trầm tích này được đặt tên là hệ tầng Phù Tiên, tuổi Eocen (E2 pt). Trong trầm tích này đã phát hiện được 1 tập hợp khá phong phú các bào tử, phấn hoa thực vật hạt kín. Thực vật hạt trần nghèo (10-20%). Thời kỳ trên kéo dài khoảng 10 triệu năm.

Tiếp theo đó, vùng đất này vẫn bị sụt võng và chìm ngập trong nước, nhưng độ sâu lớn hơn. Vì thế, các trầm tích hạt mịn (bột, sét) có điều kiện tích tụ lại. Trong trầm tích, các bào tử phấn hoa của thực vật hạt kín vẫn chiếm ưu thế (65-75%). Tuổi của chúng được xác định là Oligocen và được đặt tên là hệ tầng Đình Cao (E3 đc). Các trầm tích này hiện nay nằm ở độ sâu khoảng 3500 đến 4000 mét. Thời kỳ này kéo dài trong khoảng trên 10 triệu năm (từ 35 đến 26 triệu năm trước).

Hệ Neogen (từ khoảng 26 đến 1,6 triệu năm trước), vùng trũng địa hào Hà Nội lại bị nước tràn ngập và xảy ra quá trình lắng đọng trầm tích. Các trầm tích thay đổi từ cát đến sét. Nét đặc trưng là có xen nhiều thấu kính than nâu. Môi trường trầm tích lúc bấy giờ là biển ven bờ và vũng vịnh. Trầm tích này được đặt tên là hệ tầng Phong Châu, tuổi Miocen sớm (N11 pch) cách ngày nay khoảng 23,5 đến 21 triệu năm trước và nằm ở độ sâu khoảng 2500 đến 3500 mét so với mặt đất hiện nay, do đó cũng chỉ gặp được trong các lỗ khoan sâu.

Sau khoảng thời gian gián đoạn không có sự tích tụ trầm tích, vùng đất Thăng Long lại một lần nữa bị chìm ngập dưới mực nước. Tuy nhiên, lúc bấy giờ vẫn chỉ là bồn nước trong lục địa dưới dạng hồ, được gọi là vùng trũng trước núi. Trầm tích được lắng đọng trong thời kỳ này là cát xen kẽ các lớp mỏng bột và sét sau đấy được gắn kết lại trở thành đá. Bên cạnh đó còn có các lớp than nâu. Trong các trầm tích này đã phát hiện được một tập hợp hóa thạch khá phong phú. Đáng lưu ý hơn là có các thực vật nước lợ và nước ngọt, như Florschuetzia semilobata, F. meridionalis, Graminophyllum, Phragmites, v.v. Một số nơi còn gặp cả trùng lỗ (Foraminifera) sống trôi nổi (Globorotaliamayeri, Globigerinoides subquadratus, v.v.) cũng như bám đáy (Eponides, Ammonia, Textularia, v.v. ). Các trầm tích đó hiện nay cũng chỉ gặp được ở lỗ khoan có độ sâu từ 1500-2500 mét và được đặt tên là hệ tầng Phủ Cừ có tuổi Miocen giữa (N12 pc) (tên của một huyện ở Hưng Yên) có niên đại từ 21 đến 16 triệu năm trước.

Cũng trong Kỷ Miocen, còn có một thời kỳ tích tụ trầm tích nữa sau khi vùng đất Thăng Long đã trải qua một khoảng thời gian bóc mòn. Đó là thời kỳ Miocen muộn. Thời kỳ Miocen muộn kéo dài 11 triệu năm (từ 16 đến 5 triệu năm trước). Lúc bấy giờ, vùng đất Hà Nội hiện nay là môi trường lục địa-đầm lầy ven biển để tạo nên các trầm tích cát, cát bột, sét phân lớp xen kẽ nhau cùng với các lớp than. Những hóa thạch bào tử, phấn hoa trong trầm tích cho thấy, khí hậu lúc bấy giờ là cận nhiệt đới ẩm, nghĩa là không khác nhiều so với bây giờ (hiện nay là khí hậu nhiệt đới ẩm). Các trầm tích này hiện nay gặp ở độ sâu khoảng trên 1.500m và được đặt tên là hệ tầng Tiên Hưng có tuổi Miocen muộn (N13 th).

Sau đó, vào thời kỳ Pliocen lại có quá trình tích tụ trầm tích tham gia. Điều đó có nghĩa là một lần nữa ở giai đoạn này, vùng đất Thăng Long nói riêng và cả đồng bằng Bắc Bộ nói chung lại bị chìm ngập trong môi trường nước biển ven bờ. Thành phần trầm tích bao gồm cát kết từ hạt mịn đến hạt thô xen kẽ các lớp bột, sét và sạn. Các trầm tích ấy hiện nay đã được gắn kết yếu hoặc còn trong trạng thái bở rời và bị phong hóa yếu. Trong lớp trầm tích đó chứa khá phong phú vi cổ sinh đặc trưng cho môi trường biển nông ven bờ. Đó là Globigeria bulloides, Glob. Trilobus, Glob. Ruber. Pseudorotalia sp., Ammonia japonica, Ammonia sp., Textularia sp., v.v. Các trầm tích này được đặt tên là hệ tầng Vĩnh Bảo tuổi Pliocen (N2 vb) cách ngày nay từ 5 đến 1,6 triệu năm (kéo dài khoảng 3,5 triệu năm). Các trầm tích đó hiện nay cũng chỉ gặp được tại các lỗ khoan ở độ sâu khoảng từ vài trăm mét đến trên 1000m.

Như vậy, trong toàn bộ thời gian Neogen kéo dài khoảng 25 triệu năm (từ 26 đến 1,6 triệu năm trước), vùng đất Hà Nội đã trải qua 4 lần ngập nước để tích tụ trầm tích làm cho phần đất lấp móng càng dày thêm. Xen giữa các lần ngập nước là thời kỳ vùng đất ở đây lại được phơi ra trên mặt đất chịu tác động của mưa, nắng và xảy ra quá trình bóc mòn làm mất đi một phần trầm tích đã được lắng đọng từ trước đó.

Tóm lại, trong toàn bộ giai đoạn Đệ tam kéo dài trong khoảng 50 triệu năm, vùng đất Thăng Long -Đông Đô - Hà Nội liên tục xảy ra sụt lún và mở rộng về 2 phía đông Bắc và Tây Nam từ trục trung tâm có hướng Tây Bắc - đông Nam. Quá trình sụt lún này được đền bù bởi sự lắng đọng trầm tích. Do đó, khuynh hướng ngược lại với giai đoạn trước, nghĩa là xảy ra quá trình tích tụ vật chất và giải phóng năng lượng.

Lịch sử phát triển địa hình trong giai đoạn Đệ tam

Vào giai đoạn này, vùng đất Thăng Long-Đông Đô-Hà Nội có sự biến đổi dần từ điều kiện lục địa sang điều kiện của hồ đầm lầy lớn. Lúc đầu là một vùng đất thấp bị bao bọc xung quanh bởi một vùng đồi núi bị chia cắt mạnh. Do quá trình phá huỷ bóc mòn xảy ra mạnh tạo nên đã tạo ra lớp trầm tích hạt thô ở phần dưới. Sau đấy, diện tích bồn nước được mở rộng và độ sâu tăng lên. Với điều kiện như vậy, các trầm tích hạt mịn cũng được lắng đọng thay thế dần vật liệu hạt thô.

Quá trình trên mang tính chu kỳ. Mở đầu của một chu kỳ trầm tích là vật liệu hạt thô, dần dần được thay thế bằng hạt mịn. Các tầng trầm tích dày hay mỏng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, như: khoảng thời gian kéo dài, cường độ bóc mòn vật liệu trên lục địa, tốc độ sụt lún kiến tạo, v.v., nghĩa là phụ thuộc vào các quá trình địa mạo.

Với đặc điểm phân bố trầm tích trên mặt cắt như vừa nói, thì cũng đồng thời bắt đầu một chu kỳ địa mạo. Vào đầu chu kỳ địa mạo các quá trình bóc mòn xảy ra mạnh mẽ hơn để tạo ra vật liệu trầm tích thô hơn. Nhưng sau đó, hoạt động bóc mòn ngày càng trở nên yếu đi.

Kết quả là trên các vùng đồi núi đã hình thành các bề mặt bóc mòn chưa hoàn chỉnh, còn ở các vùng thấp của vùng trũng địa hào Hà Nội đã tạo ra một bề mặt tích tụ rộng lớn. Đó là mối quan hệ rất chặt chẽ giữa các quá trình tích tụ trầm tích với quá trình địa mạo.

Mặt khác, sau mỗi chu kỳ trầm tích-địa mạo, thì các bồ trầm tích thoát khỏi mực nước. Lúc đó chỉ có quá trình bóc mòn trên lục địa xảy ra làm cho lớp trầm tích vừa được tạo thành bị mỏng đi. Còn vật liệu do quá trình đó tạo ra sẽ được các dòng sông vận chuyển ra các bồn nước hay ra biển ở xa hơn.

Điều này giống như sông Hồng hiện nay đang vận chuyển các sản phẩm do bóc mòn trên các vùng núi, thậm chí cả vật liệu rửa trôi trên bề mặt đồng bằng do chính nó tạo ra trước đây để đổ ra Vịnh Bắc Bộ và tích tụ ở đó. Sau khi trải qua các chu kỳ lắng đọng trầm tích và địa mạo trong Đệ tam, vùng đất Hà Nội được thoát khỏi chế độ biển để phát triển trong điều kiện bóc mòn trên lục địa. Kể từ đó đến nay, vùng đồi núi bao quanh đồng bằng Hà Nội liên tục xảy ra quá trình này.

* Tiêu đề do Tòa soạn đặt

(nguồn: Tổng tập Nghìn năm văn hiến Thăng Long)

Phần tiếp theo: Giai đoạn Đệ tứ: Xuất hiện những hồ đầm Hà Nội