MÆt c¾t vµ ranh giíi P

Ranh giới Permi/Trias (P/T) là một trong các ranh giới thời địa tầng được nhiều nhà địa chất quan tâm, vì không những đây là ranh giới giữa hai đại Paleozoi và Mesozoi mà còn vì tại ranh giới này đã xảy ra biến cố lớn cỡ hành tinh làm tuyệt chủng khoảng 90-95% số giống và loài trong môi trường biển và đất liền [1, 4].

Griesbach (1880) là người đầu tiên phát hiện ra hoá thạch Dạng cúc đá Otoceras ở Himalaya và cho rằng lớp chứa Otoceras ở đây thuộc Trias. Diener (1912) và Spath (1934) là những người đầu tiên đề xuất việc sử dụng hoá thạch này làm hoá thạch đánh dấu để xác định đáy của Trias và như vậy cũng là ranh giới của Paleozoi và Mesozoi. Đề xuất này sau đó được chấp nhận và ranh giới P/T được xác định ở chân đới Otoceras.

Theo Yin Hongfu [6], đến năm 1984, chân đới Otoceras vẫn được chấp nhận rộng rãi là chân của hệ Trias. Tuy nhiên, trong vài năm trước đó cũng như những năm 90 sau này vẫn có nhiều tác giả tỏ ra nghi ngờ về tuổi của Otoceras, vì những lý do sau:

- Không có bằng chứng về vị trí cao hơn của đới Otoceras so với đới Pseudotirolites (hoặc đới Paratirolites) - đới được xem là cao nhất của Permi, do những đới nêu trên thuộc những tỉnh cổ sinh vật địa lý khác nhau. Cũng vì vậy không ở đâu tìm thấy dãy đới Pseudotirolites (hoặc đới Paratirolites) - đới Otoceras trong cùng một mặt cắt.

- Tiếp xúc của lớp chứa Otoceras với các lớp nằm dưới là không liên tục ở tất cả những nơi tìm thấy Otoceras.

- Phần thấp đới Otoceras mang đặc điểm Permi do trong phần này tìm được các hoá thạch Chân đầu, Răng nón và Tay cuộn mang đặc điểm Permi rõ ràng.

Với những lý do trên, ngay từ năm 1986, hoá thạch Răng nón Hindeodus parvus (Kozur & Pjatakova) được các nhà địa chất Trung Quốc đề nghị làm hoá thạch đánh dấu ranh giới P/T thay cho Otoceras. Phương án này được số đông các thành viên nhóm công tác về ranh giới P/T ủng hộ.

Hoá thạch Răng nón Hindeodus parvus có lợi thế hơn hẳn hoá thạch Otoceras. Nó là hoá thạch nguồn gốc Tethys, mà Tethys là khu vực duy nhất rõ ràng có các trầm tích thuộc phần cao nhất Permi. Hoá thạch Răng nón Hindeodus parvus tìm thấy được dễ dàng bên trên Pseudotirolites, Paratirolites và những hoá thạch Tethys khác đặc trưng cho Permi trong cùng mặt cắt. Nó có diện phân bố khá rộng, đã tìm thấy ở Trung Quốc, Kashmir, Salt Range, Transcaucasia, Iran, Áo và Hungaria. Riêng ở Trung Quốc, đã tìm thấy ở 19 vùng thuộc 9 tỉnh [6].

Năm 1996, chín thành viên của nhóm công tác về ranh giới P/T (PTBWG) đã đề nghị chọn mặt cắt Meishan là mặt cắt ranh giới P/T chuẩn toàn cầu (GSSP), với ranh giới P/T được xác định bằng sự xuất hiện đầu tiên của Hindeodus parvus tại lớp 27^C. Từ năm 1999 đến năm 2000, mặt cắt Meishan đã qua 3 vòng xét chọn bằng bỏ phiếu của nhóm công tác về ranh giới P/T của Phân ban địa tầng Trias và của Uỷ ban Địa tầng quốc tế (ICS). Cuối cùng, tháng 3/2001, Uỷ ban Điều hành của Hiệp hội quốc tế Các khoa học về Trái đất (IUGS) đã bỏ phiếu chấp nhận mặt cắt Meishan D (huyện Changhsing, tỉnh Zhejiang) là mặt cắt ranh giới P/T chuẩn toàn cầu. Ranh giới P/T được xác định ở đáy lớp 27^Clà nơi hoá thạch đánh dấu Hindeodus parvus xuất hiện đầu tiên trong dãy tiến hoá Clarkina changxingensis yini ® Hindeodus latidentatus - Clarkina meishanensis ® Hindeodus parvus ® Isarciella isarcica, ứng với khoảng 251 triệu năm [7].

Tại mặt cắt Meishan, những hoá thạch Trùng thoi cuối cùng bị tuyệt diệt bên dưới đới H. latidentatus - C. meishanensis (lớp 25) trong khi những hoá thạch lớn đầu tiên đặc trưng cho Trias (ophiceratidae, Claraia wangi) chưa xuất hiện đồng thời với Hindeodus parvus mà muộn hơn, từ lớp 28 trở lên, tức là bên trên ranh giới P/T khoảng 10 cm.

Bảng 1. Các đới Răng nón và Dạng cúc đá trong khoảng ranh giới Permi/Trias

	Đới Răng nón	Đới Dạng Cúc đá
TRIAS	Đới Isarciella isarcica	Đới Ophiceras
	Đới Hindeodus parvus	Đới Otoceras	Lớp Otoceras trên
PERMI	Đới H. latidentatus – C. meishanensis		Lớp Otoceras dưới
	Đới C. changxingensis yini Đới C. changxingensis	Đới Pseudotirolites - Pleuronodoceras

Có thể nhận thấy tại mặt cắt chuẩn (cũng như tại nhiều mặt cắt ranh giới P/T khác ở Nam Trung Hoa), thời điểm tuyệt diệt của các nhóm hoá thạch Permi chính và thời điểm xuất hiện các yếu tố Trias không trùng nhau. Vì vậy, có hai ranh giới được xác định: 1/ Ranh giới P/T, hay còn được gọi là ranh giới sinh địa tầng (biostratigraphic boundary), được xác định bằng sự xuất hiện đầu tiên của Hindeodus parvus (lớp 27^c). 2/ Ranh giới sự kiện địa tầng (eventostratigraphic boundary) được xác định bằng sự tuyệt diệt (mass extinction) của các nhóm hoá thạch đặc trưng cho Permi (bao gồm cả Trùng thoi) và bằng sự thay đổi (thường là đột ngột) của thành phần thạch học (lớp 25) [3-6]. Ranh giới sinh địa tầng luôn nằm trên ranh giới sự kiện địa tầng một khoảng địa tầng. Khoảng này mỏng hay dày tuỳ thuộc vào khoảng ranh giới thuộc tướng nước sâu hay tướng nước nông. Ở mặt cắt Meishan và Baoqin (tỉnh Zhejiang), khoảng địa tầng đó là 19 và 15cm (tướng nước sâu). Ở mặt cắt Taiping và Heping (tỉnh Guangxi), khoảng địa tầng này là 90 và 65 cm (tướng nước nông) [3, 5, 7].

Hình 2. Hindeodus parvus (Kozur & Pjatakova), x 200, tìm được tại mặt cắt Nhị Tảo

Ở Việt Nam, ranh giới P/T đã được đề cập lần đầu trong các nghiên cứu của Đặng Trần Huyên [2]. Ranh giới này được xem là trùng với ranh giới giữa hệ tầng Đồng Đăng (P₃ đđ) và hệ tầng Hồng Ngài (T₁ hn). Trong quá trình thi công đề tài "Địa tầng các trầm tích Permi thượng - Trias hạ, điều kiện thành tạo và khoáng sản có liên quan ở khu vực Bắc Bộ", một số mặt cắt có khả năng nghiên cứu ranh giới P/T đã được phát hiện, trong đó mặt cắt Nhị Tảo và mặt cắt Lũng Pù (Hình 1) là những mặt cắt có triển vọng nhất. Đặc biệt, tại mặt cắt Nhị Tảo, các thành viên đề tài đã tìm được hoá thạch đánh dấu Hindeodus parvus. Đoạn mặt cắt ranh giới ở hai mặt cắt nêu trên đặc trưng bởi các lớp đá vôi thuộc tướng thềm carbonat tương đối đồng nhất, tại thực địa khó phân biệt được ranh giới giữa hai hệ tầng Đồng Đăng (P₃ đđ) và Hồng Ngài (T₁ hn). Những nghiên cứu tại hai mặt cắt này tiến hành vào đầu năm 2004, giúp mô tả chi tiết các mặt cắt này.

I. MẶT CẮT RANH GIỚI P/T NHỊ TẢO

Mặt cắt ranh giới P/T Nhị Tảo nằm ở cạnh bể nước làng Nhị Tảo, cách thị trấn Trà Lĩnh (Cao Bằng) khoảng 13 km về phía tây bắc. Mặt cắt đặc trưng bằng loạt trầm tích tướng thềm carbonat chứa phong phú các hoá thạch sống ở đáy (benthos), từ dưới lên trên như sau:

Lớp 1: 38 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật, đá vôi silic màu xám sẫm chứa Trùng lỗ: Reichelina sp., Nankinella sp., Neoendothyra sp., Dagmarita liantangensis, Frondina permica, Globivalvulina sp.¹, Paraglobivalvulina gracilis.

Lớp 2: 43 cm. Đá vôi silic màu xám sẫm, chứa Trùng lỗ: Nankinella sp., Dagmarita sp., Frondina sp., Cribrogenerina casta, Cr. guangxiensis.

Lớp 3: 8 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật màu xám sẫm.

Lớp 4: 4,5 cm. Đá vôi silic màu xám sẫm.

Lớp 5: 41 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật và đá vôi silic chứa Trùng lỗ: Reichelina sp., Nankinella sp., Baisalina pulchra.

Lớp 6: 25 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật và đá vôi silic chứa Trùng lỗ: Reichelina sp., Nankinella sp., Baisalina pulchra.

Lớp 7: 10 cm. Đá vôi sét màu xám sẫm chứa Trùng lỗ: Nankinella orbicularia.

Lớp 8: 12 cm. Đá vôi trứng cá chứa tàn tích sinh vật, chứa Trùng lỗ: Reichelina sp., Nankinella sp., Neoendothyra sp., Dagmarita sp., Globivalvulina sp.¹, Baisalina pulchra, Hemigordius sp.

Lớp 9: 8 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật màu xám sẫm.

Lớp 10: 10,5 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật màu xám sẫm chứa Trùng lỗ: Reichelina pulchra, Nankinella orbicularia, Dagmarita chanakchiensis, D. lintangensis, Globivalvulina sp.¹, Frondina sp.

Lớp 11: 65 cm. Đá vôi đolomit màu xám, kết tinh hạt không đều, chứa Chân bụng cỡ nhỏ và Trùng lỗ: Ammodiscus planus, A. parapriscus, Globivalvulina sp.²

Lớp 12: 12,5 cm. Đá vôi đolomit màu xám kết tinh hạt không đều chứa Chân bụng cỡ nhỏ.

Để xác định ranh giới P/T ở một khu vực bất kỳ, nhất thiết phải theo các tiêu chuẩn được công nhận ở mặt cắt chuẩn toàn cầu, nghĩa là phải tìm được các hoá thạch Răng nón trong dãy tiến hoá Clarkina changxingensis yini ® Hindeodus latidentatus - Clarkina meishanensis® Hindeodus parvus ® Isarciella isarcica, trên cơ sở đó mới xác định được sự xuất hiện đầu tiên của Hindeodus parvus. Cũng vì vậy, mặc dù ở mặt cắt Nhị Tảo đã tìm ra hoá thạch Hindeodus parvus, nhưng không thể dựa vào điểm hoá thạch duy nhất này để xác định ranh giới P/T. Hơn nữa, ở mức này, Đặng Trần Huyên [2] đã phát hiện hoá thạch Hai mảnh vỏ Eumorphotis multiformis, ứng với đới Claraia stachei là đới nằm cao hơn đới Claraia wangi. Vì thế, có thể nói, lớp chứa H. parvus ở Nhị Tảo thuộc đới H. parvus, nhưng chưa tạo được tiêu chuẩn xác định ranh giới P/T.

Tuy nhiên, tại mặt cắt Nhị Tảo, ranh giới sự kiện địa tầng đã được xác định dựa vào sự thay đổi của thành phần hoá thạch và thạch học. Sự thay đổi này xảy ra giữa lớp 10 và 11 (Hình 3). Sau lớp 10, không còn gặp toàn bộ các hoá thạch Trùng lỗ đặc trưng cho Permi như Reichelina, Nankinella, Frondina, Dagmarita,... Về mặt thạch học, cũng quan sát được sự thay đổi rõ rệt tại mức này: các lớp từ 1 đến 10 gồm đá vôi tàn tích sinh vật, còn các lớp từ 11 trở đi chủ yếu là đá vôi đolomit. Sự thay đổi này phản ảnh một biến cố quan trọng trong tự nhiên đã xảy ra, tiêu diệt trong thời gian ngắn và trên diện rộng nhiều nhóm hoá thạch, cũng như làm thay đổi điều kiện thành tạo trầm tích. Về nguyên nhân của biến cố này đã có nhiều giả thuyết khác nhau bao gồm cả va đập vũ trụ [1], tuy nhiên vấn đề này sẽ được đề cập trong một dịp khác.

II. MẶT CẮT RANH GIỚI P/T LŨNG PÙ

Mặt cắt ranh giới P/T Lũng Pù nằm ở phía tây bản Sảng Chải khoảng 1,5 km, cách thị trấn Mèo Vạc (Hà Giang) khoảng 7 km về phía đông nam (Hình 4). Mặt cắt Lũng Pù cũng được đặc trưng bằng tướng thềm carbonat, từ dưới lên trên như sau:

Lớp 1: 9 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật màu xám chứa Trùng lỗ Nankinella sp.

Lớp 2: 13 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật màu xám chứa Trùng lỗ Nankinella orbicularia, Hemigordius nanus, Frondina permica, Dagmarita sp., Cribrogenerina sp..

Lớp 7: 9 cm. Đá vôi đolomit kết tinh hạt không đều, màu xám.

Lớp 8: 17 cm. Đá vôi giàu đolomit màu xám.

Lớp 9: 12 cm. Đá vôi đolomit màu xám.

Lớp 10: 13,5 cm. Đá vôi đolomit màu xám.

Lớp 11: 12 cm. Đá vôi giàu đolomit màu xám chứa Chân bụng cỡ nhỏ và Trùng lỗ Ammodiscus parapriscus.

Lớp 12: 9 cm. Đá vôi đolomit màu xám chứa Chân bụng cỡ nhỏ và Trùng lỗ Ammodiscus parapriscus.

Lớp 13: 9 cm. Đá vôi màu xám.

Lớp 14: 9 cm. Đá vôi tàn tích sinh vật đolomit hoá từng phần, màu xám chứa Trùng lỗ Ammodiscus parapriscus.

Lớp 15: 10 cm. Đá vôi đolomit hạt mịn màu xám chứa Chân bụng cỡ nhỏ và Trùng lỗ Ammodiscus parapriscus.

Lớp 16: 22 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám chứa Chân bụng cỡ nhỏ.

Lớp 17: 21 cm. Đá vôi đolomit kết tinh hạt không đều, màu xám chứa di tích Tảo và Chân bụng cỡ nhỏ.

Lớp 18: 14 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám chứa di tích Tảo và Chân bụng cỡ nhỏ.

Lớp 19: 13 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám chứa di tích Chân bụng cỡ nhỏ và Trùng lỗ Ammodiscus parapriscus.

Lớp 20: 11 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám.

Lớp 21: 16 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám.

Lớp 22: 7 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám chứa di tích Chân bụng cỡ nhỏ.

Lớp 23: 6 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám.

Lớp 24: 7 cm. Đá vôi nghèo đolomit màu xám chứa Chân bụng cỡ nhỏ.

Lớp 25: 17 cm. Đá vôi đolomit màu xám chứa Chân bụng cỡ nhỏ.

Lớp 26: 18 cm. Đá vôi đolomit màu xám chứa Chân bụng cỡ nhỏ.

Tại mặt cắt Lũng Pù, ranh giới sinh địa tầng P/T cũng chưa được xác định vì chưa tìm thấy hoá thạch Răng nón mà chỉ xác định được ranh giới sự kiện địa tầng. Ranh giới này được xác định giữa lớp 5a và 5b (Hình 5). Các lớp 1, 2, 3, 4 và 5a chứa phong phú hoá thạch Trùng lỗ đặc trưng cho Permi như Reichelina, Dagmarita... Các hoá thạch này hoàn toàn không có trong lớp 5b. Về mặt thạch học cũng quan sát được sự thay đổi giữa lớp 5a và 5b. Các lớp từ 1 đến 5a chủ yếu gồm đá vôi tàn tích sinh vật, còn các lớp từ 5b trở lên chủ yếu là đá vôi đolomit hạt mịn, mặt tiếp xúc giữa hai loại đá có dạng đường khâu (Hình 6). Cũng như ở mặt cắt Nhị Tảo, sự thay đổi xảy ra giữa hai lớp 5a và 5b ở mặt cắt Lũng Pù là dấu ấn của một biến cố quan trọng trong tự nhiên làm hàng loạt nhóm sinh vật bị tiêu diệt và điều kiện thành tạo trầm tích bị thay đổi.

III. THẢO LUẬN VÀ KẾT LUẬN

Qua hai mặt cắt dẫn ra ở trên, chỉ có ranh giới sự kiện địa tầng P/T được xác định. Ranh giới này cũng là ranh giới giữa hai hệ tầng Đồng Đăng và Hồng Ngài. Vấn đề đặt ra là ở Việt Nam (mà cụ thể là ở hai mặt cắt Nhị Tảo và Lũng Pù) có tồn tại ranh giới sinh địa tầng P/T hay không? Có hai khả năng có thể xảy ra:

1. Có gián đoạn địa tầng tại ranh giới sự kiện địa tầng. Trong trường hợp này chỉ có một ranh giới duy nhất là ranh giới sự kiện địa tầng như trường hợp mặt cắt Hồng Ngài. Tại đây, các lớp đá vôi sét chứa Claraia wangi, Glyptophiceras sp. thuộc phần đáy của hệ tầng Hồng Ngài nằm trực tiếp trên đá vôi chứa Trùng thoi tuổi Permi muộn của hệ tầng Đồng Đăng.

2. Có sự trầm đọng liên tục hoặc gián đoạn không đáng kể tại ranh giới sự kiện địa tầng. Trong trường hợp này, bên trên ranh giới sự kiện địa tầng sẽ có ranh giới sinh địa tầng. Ranh giới này sẽ nằm trong phần đáy của hệ tầng Hồng Ngài, tức là ranh giới P/T không trùng với ranh giới giữa hai hệ tầng Đồng Đăng và Hồng Ngài.

So sánh với mặt cắt P/T Taiping, Guangxi, Trung Quốc [3] nằm ở đông bắc Nhị Tảo khoảng 150 km, trong cùng những dải đá vôi kéo dài từ Trung Quốc sang Việt Nam, chúng tôi nhận thấy mặt cắt Nhị Tảo và Lũng Pù có kiểu mặt cắt, thành phần thạch học và hoá thạch hoàn toàn tương tự. Có nhiều khả năng hai mặt cắt Nhị Tảo và Lũng Pù thuộc trường hợp thứ hai nêu ở trên, tức là bên trên ranh giới sự kiện địa tầng một khoảng nào đó sẽ có ranh giới sinh địa tầng P/T. Việc tiếp tục đầu tư nghiên cứu chi tiết hơn để xác nhận khả năng này là một điều cần làm.

Lời cảm ơn: Bài báo được hoàn thành với sự hỗ trợ của Chương trình nghiên cứu Khoa học cơ bản và những đóng góp ý kiến quý báu của các đồng nghiệp trong Phòng nghiên cứu Cổ sinh và Địa tầng, Viện nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ vô cùng quý báu đó.

VĂN LIỆU

1. Benton M.J., and R.J. Twitchett, 2003. How to kill (almost) all life: The end-Permi an extinction event. Trends in Ecology and Evolution, 18/7.

2. Đặng Trần Huyên, 1998. Lower Triassic bivalves from Hồng Ngài Formation (Sông Hiến structural zone). J. Geology, B/11-12 : 95-106. Hà Nội.

3. Lehrmann D. J., J.L. Payne, S.V. Felix, P. M. Dillett, Hongmei Wang, Youyi Yu, and Jiayong Wei, 2003. Permian-Triassic boundary sections from shallow-marine carbonate platforms of the Nanpanjiang Basin, south China: Implications for oceanic conditions associated with the end-Permian extinction and its aftermath. Paleobios, 18: 138-152.

4. Metcalfe Ian, R.S. Nicoll, R. Mundil, C. Foster, J. Glen, J. Lyons, Wang Xiaofeng, Wang Cheng Yuan, P. R. Renne, L. Black, Qu Xun and Mao Xiaodong, 2001. The Permian-Triassic boundary and mass extinction in China. Episodes, 24/4 : 239-244.

5. Wang Cheng-Yuan, 1994. A conodont-based high-resolution eventostratigraphy and biostratigraphy for the Permian-Triassic boundary in South China. In Permian stratigraphy, environment and resources. Vol. 1, Paleontology & Stratigraphy. Nanjing University Press.

6. Yin Hongfu, 1994. Reassessment of the index fossils at the Paleozoic-Mesozoic boundary. In Permian stratigraphy, environment and resources. Vol. 1, Paleontology & Stratigraphy. Nanjing University Press.

7. Yin Hongfu, Zhang Kexin, Tong Jinnan, Yang Zunyi and Wu Shunbao, 2001. The global stratotype section and point (GSSP) of the Permian-Triassic boundary. Episodes, 24/2.

Đới Isarciella isarcica

Đới Ophiceras

Đới Hindeodus parvus

Đới Pseudotirolites - Pleuronodoceras