Hang động Karst: nguồn gốc sinh thành và dự báo triển vọng khoáng sản

0
6179

Hang động karst phân bố rất rộng rãi trên cao nguyên đá Đồng Văn nói riêng, toàn thế giới nói chung. Karst ngoài việc cung cấp nước ngầm cho sinh hoạt, dịch vụ cho du lịch, còn là đối tượng săn lùng của vàng tặc trong và ngoài nước, là hố tử thần cho các công trình xây dựng. Vì vậy việc tìm ra quy luật phân bố và công nghệ tìm kiếm, phát hiện karst là rất cần thiết. Muốn vậy, phải hiểu biết đúng về nguồn gốc thành tạo của chúng. Chúng tôi xin đưa ra giải thích sự hình thành hang động, các thung lũng karst, gọi tắt là karst, mà chưa sách vở nào nói thế, nhưng chắc chắn là đúng.

 

 

Hang động karst trên đỉnh Mã Pì Lèng (ảnh: Nguyên Bình)

 

Theo Bách khoa toàn thư:

 

Karst (tiếng Đức: Karst) là hiện tượng phong hóa đặc trưng của những miền núi đá vôi bị nước chảy xói mòn. Sự xói mòn không phải do cơ chế lực cơ học, mà chủ yếu là do khí điôxít cacbon (CO2) trong không khí hòa tan vào nước, cộng với các ion dương của hyđrô (H+) tạo thành axít cacbonic. Axít cacbonic là thủ phạm chính trong quá trình ăn mòn đá vôi. Sản phẩm tự nhiên của quá trình phong hóa karst là các hang động với các nhũ đá, măng đá, sông suối ngầm,… Các sản phẩm tự nhiên nổi tiếng tại Việt Nam là: vịnh Hạ Long, động Phong Nha (Quảng Bình), hồ Thang Hen (Cao Bằng), động Hương Tích (chùa Hương)…

 

Từ Karst là tên gọi cho Kras, một khu vực ở Slovenia dọc theo bờ biển Adriatic và nằm trên một cao nguyên đá vôi.

 

Nguồn gốc nội sinh của sự hình thành và phát triển các karst:

 

Karst, theo chúng tôi, trước tiên về nguồn gốc với sự trồi lên của các khối macma xâm nhập nông trẻ hơn đá vôi kèm theo động đất, đứt gẫy và núi lửa. Các hoạt động này có thể diễn ra nhiều lần. Lần phun trào sau cùng sau cùng có tuổi từ Paleogen (cách chúng ta 20 triệu năm) trở lại đây. Nước ngầm, nước mưa và các axit hoà tan trong đó có tác dụng dọn dẹp vôi tôi, bùn, sét kaolin, cát đẻ tạo thành các hang động với những thạch nhũ và thung lũng karst giữa núi đá vôi như ngày nay.

 

Đá vôi có nguồn gốc biển sâu, tức là được thành tạo ở vùng sụt lún mạnh nhất của vỏ quả đất, tất nhiên, đó cũng là vùng có hoạt động mãnh liệt của các khối xâm nhập sâu và nông. Sự hoạt động này xảy ra nhiều lần và vào nhiều thời kỳ khác nhau. Nội lực sinh ra do sự vận động trồi lên của các khối macma xâm nhập nông tác dụng vào các lớp đá vôi, nói riêng, vỏ trái đất, nói chung theo chiều thẳng đứng, đã nâng cao các lớp đá vôi lên thành núi, thung lũng như hiện nay, đồng thời sinh ra các ứng suất biến dạng theo luật cơ học và làm nảy sinh động đất và các đứt gẫy kiến tạo. Nóc của các khối xâm nhập nông là tâm của các đứt gẫy dạng toả tia 4 phương, tám hướng, có góc cắm dốc đứng và cũng là nơi núi lửa và các đai mạch xâm nhập xuyên vào các lớp đất đá, trong đó có các lớp đá vôi. Nhiều vùng đá vôi như bị các đứt gẫy băm nát (Ví dụ: Vịnh Hạ Long, Hoa Lư – Ninh Bình, Lục Khu – Cao Bằng, Cao nguyên đá vôi Đồng Văn, v.v.) .

 

Tại giao điểm của các đứt gẫy, nhất là giao điểm của 4 đứt gẫy, trong lớp đá vôi thường có các họng núi lửa và các đai, mạch từ khối xâm nhập nông á núi lửa dưới sâu xâm nhập xuyên lên. Do tiếp xúc với dung nham macma có nhiệt độ rất cao, áp suất rất lớn và giàu chất bốc, đá vôi bị nóng chảy, bị biến chất nhiệt độ siêu cao, biến chất tiếp xúc trao đổi,… trở thành vôi sống, xa đới tiếp xúc hơn, đá vôi bị travectanh hoá (có thể gọi là đá vôi nung dở), hoa hoá, canxit hoá và đolomit hoá. Vôi sống – CaO dễ hoà tan trong nước và bị cuốn trôi xuống dưới hoặc ra sông, suối theo các đứt gẫy, khe nứt, mặt ép của đá vôi để tạo thành các hang karst. Nguyên nhân này đã cho phép các karst hình thành một cách nhanh chóng. Sau nhiều lần vận động kiến tạo của các khối xâm nhập nông á núi lửa, sự tiêm nhập của các dòng dung nham núi lửa vào hang, các hang động kacst có dạng cơ bản như ngày nay.

 

Pha tiêm nhập cuối cùng của dung nham núi lửa (có thể sau thời Paleogen, cách chúng ta vài chục triệu năm trở lại đây) đã mang theo nhiều quặng, trong đó có vàng – sulfua đa kim, đá quý, vật liệu phóng xạ, nước ngầm,… lấp vào hang động karst.

 

Các khoang rỗng, suối ngầm, cuội, sỏi, cát, sét, quặng sạch như đã rửa và thạch nhũ thấy trong hang động karst được sinh thành và phát triển sau đó nhờ công của nước ngầm, nước mưa và axit cacbonic.

 

Tóm lại: karst là sản phẩm của sự hoạt động của các khối xâm nhập nông á núi lửa (đứt gẫy + động đất + núi lửa) tại các vùng đá vôi. Chúng phân bố tại giao điểm của nhiều đứt gẫy, hoặc đới đứt gẫy lớn có kèm theo phun trào dung nham macma. Tác dụng của nước ngầm và nước mưa cùng các hoá chất hoà tan là dọn dẹp các vật liệu dễ hoà tan (CaOH), dễ cuốn trôi như dung nham núi lửa bị bùn, sét – kaolinit hoá để tạo thành hang, động, thung lũng và thạch nhũ như thường thấy như ngày nay.

 

Trong thực tế, theo chúng tôi, gặp 2 loại karst:

 

1. Các karst hở: là những karst không có mái che bằng đá vôi, có thể nhìn thấy được từ trên cao như: vùng Vịnh Hạ Long (Quảng Ninh),  Ninh Bình, Nam Hà, Hà Nội, các thung lũng đá vôi ở Tây Bắc, Việt Bắc, Bắc miền Trung v.v. và các karst phải khoan, đào qua lớp đất phủ Đệ tứ mới bắt gặp, và nằm giữa các núi đá vôi nhô cao như Mai Châu (Hoà Bình), Cao nguyên đá vôi Đồng Văn, Lục Khu – Cao Bằng, chân núi Tam Đảo (Vĩnh Phú) và rất nhiều nơi khác.

 

Loại karst này liên quan với các núi lửa thực sự (núi lửa phun được ra ngoài mặt đất). Sự hoạt động mãnh liệt của động đất, đứt gẫy và núi lửa đã tạo nên địa hình răng ngựa của các vùng đá vôi (Vịnh Hạ Long, vùng Hoa Lư, Tây Hà Nội,…). Sự tồn tại của các mặt trượt, đới vò nát, thế nằm dốc đứng, của travectanh, đolomit, các mạch can xít trên các vách núi đá vôi, các trụ đá vôi dốc đứng là bằng chứng cho sự tác động của kiến tạo, macma, núi lửa lên việc tạo thành các địa hình răng ngựa.

 

2. Các karst kín: là những hang động có mái che bằng đá vôi. Chúng có thể nẳm trên mặt đất, như hang Địa chất (Cẩm Phả – Quảng Ninh), Phong Nha, Hương Tích,… hoặc ngầm dưới sâu gặp khi khoan được nước ngầm ở vùng núi đá vôi Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn,…

 

Loại karst này liên quan với các núi lửa phun nghẹn (Do khi dâng lên, gặp các hang động karst cũ thì núi lửa hết áp lực, không còn đủ sức mạnh đi tiếp).

 

Trong một vùng có thể có một hoặc có cả hai loại karst nêu trên.

 

Có thể tìm được nhiều tầng karst theo chiều thẳng đứng (ví dụ của 1 lỗ khoan ở chợ cũ xã Lũng Phìn – Đồng Văn – Hà Giang). Chiều dài, độ sâu của các cột, chuỗi karst này, tuỳ theo chiều dày của tầng đá vôi, có thể tới nhiều ngàn mét. Chiều rộng hang phụ thuộc chủ yếu vào quy mô của các đứt gẫy, giao điểm của chúng và hoạt động của các khối xâm nhập nông á núi lửa .

 

Trong trường hợp có những đứt gẫy kiến tạo lớn, đới phá huỷ rộng và có kèm theo xâm nhập nông á núi lửa, sẽ tạo được các hang karst dài, lớn như động Phong Nha – Kẻ Bàng, hang ngầm ở Yên Minh – tỉnh Hà Giang, v.v.

 

Có những hang, hố, hố tử thần, xuất hiện ở những vùng không có đá vôi (Ví dụ ở Mộ Đức – Quảng Ngãi) và nhiều nơi khác trên thế giới. Nguồn gốc của chúng có thể giải thích như sau:

 

Đây là một họng núi lửa cổ. Núi lửa này có thể hoạt động nhiều triệu năm về trước (không quá vài chục triệu năm). Trong lòng họng núi lửa luôn lấp đầy bởi dăm, cuội, dung nham núi lửa, nhiều quặng kim loại, khoáng vật nặng, v.v.

 

Có 2 nguyên nhân để họng núi lửa này tạo thành hố sụt như ở Mộ Đức và nhiều nơi khác:

 

1. Sau khi phun trào, dung nham macma trong họng núi lửa bị phong hoá. Trong điều kiện giàu nước (luôn có với họng núi lửa), thành phần dung nham bị kaolinit hoá thành set, bùn chứa kaolin, dăm, cuội cỏi và quặng.  Bùn, sét kaolin có tỷ trọng lớn (khoảng 3,0 – 3,1 g/cm3) nặng hơn đất đá vây quanh (thường dưới 2,7g/cm3), độ nhớt cao nên dễ phân tán vào các đứt gẫy, khe nứt của đá vây quanh và chìm dần xuống dưới để lại các giếng đứng rỗng chứa nước ngầm. Đến một lúc, hoặc dưới tác dụng của cơ học, nước mưa, v.v. nóc giếng sẽ xập xuống tạo nên các hố tử thần.

 

2. Họng núi lửa và các đứt gẫy rất nhạy cảm với các chấn động của vỏ quả đất nên khi có sự tái hoạt động của các khối xâm nhập nông á núi lửa ở khu vực đó sẽ gây nên động đất nhẹ (Động đất cấp 1, 2) thì con người không thể cảm nhận được, nhưng các đứt gẫy và họng núi lửa vẫn bị tác động đáng kể, gây ra các rung động, sụt lún mạnh.

 

Dự báo triển vọng khoáng sản của hang, động karst.

 

1. Trong hầu hết hang động karst (kín và hở) chúng ta luôn gặp ở vách, nền hang và nóc hang các loại nham thạch: đolomit, travectanh, dưới nền là bùn, sét-kaolin màu nâu đỏ, phớt lục hoặc trắng xám chứa cuội, sỏi, cát, laterit, các khoáng vật nặng, sắt, bauxite, thiếc, sulfua đa kim, đá quý (Quỳ Châu, Lục Yên) và rất nhiều nơi có vàng (Ví dụ: Thanh Hoá, Hà Nội, Tây Bắc, Việt Bắc, Bắc miền Trung,…). Đây là những sản phẩm phong hoá tại chỗ của dăm, cuội dung nham núi lửa xuất phát từ các khối xâm nhập nông á núi lửa trẻ theo các đứt gẫy và giao tuyến của chúng tiêm nhập vào hang karst.

 

Chúng tôi xin gọi là kiểu mỏ “Dăm, cuội, dung nham núi lửa chứa quặng (vàng, thiếc, mangan, đá quý, …) lấp đầy karst”.

 

Có thể nói đây là một kiểu mỏ vàng, thiếc, vomfram, đá quý, có thể có uran,… đặc biệt có giá trị, bởi độ tập trung cao, hàm lượng lớn, dễ tìm, dễ khai thác và một phần được thiên nhiên làm giàu do đãi rửa qua nhiều triệu năm. Do bị xem là nguồn gốc sa khoáng trầm tích (Người ta giải thích rằng các hang động trước đây nằm dưới mặt đất, sau khi sa khoáng chảy vào hang, karst mới được nâng cao lên như ngày nay) nên loại mỏ này không được Nhà nước đầu tư khai thác. Các “vàng tặc” người Việt, người Tàu ngày xưa hiểu và khai thác rất tốt kiểu mỏ khoáng sản này. Trong các năm 1960 – 1970 quân đội nước ngoài đã bí mật đào rất nhiều lò, giếng ở các vùng đá vôi của rất nhiều tỉnh miền Bắc rồi bịt kín bằng beton, cửa thép. Đến nay chắc không ai biết họ đã làm gì trong đó. Nhưng có kiến thức đúng về vàng nội sinh sẽ dễ nhận ra: họ rất giỏi về địa chất(!) và kế thừa tốt di sản của hàng nghìn năm đô hộ.

 

Trong nhiều năm gần đây, có nhiều nhà “karst học” nước ngoài đến các tỉnh miều núi xin khảo sát nghiên cứu các hang karst để “giúp” chúng ta. Chính quyền địa phương thường cử cán bộ dẫn họ đến miệng hang ngồi chờ, để mặc các nhà “ karst học” tự do “nghiên cứu” dưới hang cả ngày. Họ, chắc chắn rất giỏi về địa chất và thực dụng, người của ta yếu thật (!).

 

Có thể kiểm tra ở ngoài thực địa những ý kiến nêu trên về nguồn gốc nội sinh của các hang động karst bằng đội ngũ đông đảo hàng vạn các nhà khoa học trong và ngoài ngành theo các dấu hiệu địa chất, địa vật lý, địa chất thuỷ văn bằng cách quan sát chi tiết, khách quan các hang động karst kín và hở. Chúng ta sẽ thấy:

 

– Sự tiếp xúc của đá travectanh, đolomit còn lại ở vách và nóc hang với phần đất đá đã bị cuốn trôi là tiếp xúc nóng;

 

– Đo một số phương pháp địa vật lý đơn giản như từ chính xác cao, xạ gamma, điện thiên nhiên (Các thế hệ máy địa vật lý hiện nay cho phép tự ghi và số hoá sẽ cho phép đo địa vật lý trong các hang tối mà xưa nay chưa thực hiện được). Nên và cần tiến hành đo xạ tự nhiên, phổ Gamma để phát hiện các nguyên tố phóng xạ trong hang và trên các vùng địa hình răng ngựa theo phương pháp điểm huyệt (Chúng tôi đã áp dụng phương pháp này có hiệu quả gần 2 chục năm nay). Việc áp dụng phương pháp mạng lưới định sẵn là kém hiệu quả và tốn kém.

 

– Lấy và phân tích các mẫu thạch học, phân tích trọng sa toàn phần và giã đãi các vật liệu ở đáy hang, trong các khe nứt của hang.

 

Hiện nay, dễ dàng thấy rằng, việc thông qua được những ý kiến về nguồn gốc nội sinh của các karst nêu trên tại các cuộc họp là khó và còn sớm quá. Tuy vậy, bằng trực giác và suy lý, có thể nói nó đã và sẽ đúng cho mọi vùng đá vôi, không phải chỉ ở Việt Nam.

 

Nhờ phát hiện nguồn gốc nội sinh của các karst, hơn 20 năm qua, bằng vốn tự tạo chúng tôi đã phát hiện được nhiều karst chứa vàng, thiếc, đá quý trong nước và đã thăm dò xây dựng hơn trăm giếng khoan nước ngầm cho trung du, miền núi, đặc biệt là vùng cao nguyên đá vôi Đồng Văn (Hà Giang), Lục Khu (Cao Bằng), Vĩnh Phúc, Lạng Sơn, v.v. Hầu hết những nơi này đã bị kết luận là không có nước ngầm.

 

Khoáng sản chứa bên trong các hang động karst (kín và hở, trên mặt đất và ngầm dưới sâu), nhất là khoáng sản quý hiếm, phóng xạ, nước ngầm chưa được phát hiện và đánh giá đáng kể. Theo tôi, khoáng sản, nhất là khoáng sản quý hiếm, có thể có cả nguyên tố phóng xạ trong các hang karst có triển vọng rất lớn. Đề nghị Nhà nước và các nhà Khoa học lưu tâm nhiều trong thời gian tới đây, nhất là các vùng đá vôi địa hình răng ngựa ở Ninh Bình, Hạ Long Đông Bắc, Tây Bắc, Việt Bắc, Cao nguyên đá Đồng Văn, Bắc miền Trung, Hà Tây cũ,…