Phụ hệ tầng Tân Lâm 1 (D1 tl 1)

Phụ hệ tầng Tân Lâm 1 (D₁ tl ₁):

Phụ hệ tầng Tân Lâm 2 (D₁ tl ₂ ):

Trầm tích hệ tầng Tân Lâm có màu đỏ, tím riêng biệt. Chúng phủ bất chỉnh hợp lên trên hệ tầng Đại Giang và chuyển tiếp dưới các thành tạo carbonat chứa San hô, Tay cuộn của hệ tầng Cù Bai. Các hóa đá đã gặp cùng các quan hệ địa chất kể trên cho thấy việc xếp mức tuổi Devon sớm cho hệ tầng Tân Lâm là hợp lý.

Các nghiên cứu cát kết màu đỏ của hệ tầng cho thấy bối cảnh thành tạo trong điều kiện rìa lục địa thụ động (Mukul-Bhatia R.1983).

Khoáng sản liên quan:

Các đá cát kết thạch anh dạng quarsit có hàm lượng thạch anh cao có đủ tiêu chuẩn làm vật liệu xây dựng. Các đá hiến sét, sét kết cao nhôm (Al₂O₃ = 12-14%) trong điều kiện thuận lợi, vỏ phong hóa có thể chứa sét kaolin, sét xi măng đạt chất lượng tốt.

Hệ tầng có thành phần chủ yếu các trầm tích lục nguyên, được chuyển tiếp từ hệ tầng Rào Chắn, phía trên chuyển tiếp lên hệ tầng Mục Bài được quan sát ở nhiều nơi như Cao Quảng, Đoạn Ba, Cát Đằng.

Thành phần thạch học hệ tầng gồm cát kết thạch anh, bột kết ít khoáng, bột kết thạch anh, sét kết, sét bột kết màu xám tro, dày 490-760m; các đá cát kết, sét kết phân lớp xiên chéo chứa Cá cổ ở đèo Lý Hoà tạm xếp vào hệ tầng (D_1-2 e bg ?)

Mặt cắt đặc trưng của hệ tầng được theo dõi dọc theo mặt cắt Khe Chuối - Xóm Nha ở phía Tây, thuộc tờ Bãi Dinh + Minh Hoá, gồm 5 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Được chuyển tiếp từ hệ lớp 2 chứa đá vôi sét, đá vôi hệ tầng Rào Chắn là sét bột kết màu xám tro, chứa vật chất hữu cơ, bột kết ít khoáng, xen ít lớp mỏng cát kết, đá màu xám tro. Dày 175m.

- Hệ lớp 2: Bột kết thạch anh, sét bột kết xen ít lớp cát kết thạch anh chứa Huệ biển: Costatocrinus sp. Dày 65m.

- Hệ lớp 3: Cát kết thạch anh hạt nhỏ, cát kết chứa vật chất hữu cơ phân lớp không đều, xen ít sét kết. Dày 100m.

- Hệ lớp 4: Cát bột kết, bột kết thạch anh, xen ít lớp sét bột kết phân dải. Dày 120m.

- Hệ lớp 5: Chủ yếu là cát kết thạch anh sáng màu, xám trắng phân lớp vừa. Dày 80m.

Bề dày chung 490m.

Theo mặt cắt Ngọn Rà thuộc tờ Xuân Mai, gồm 3 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Cát kết thạch anh xen sét bột kết bị biến chất yếu màu xám, xám tro. Dày 220m.

- Hệ lớp 2: Chủ yếu là bột kết ít khoáng, sét kết xen lớp cát kết thạch anh, cát bột kết ít khoáng. Đá bị biến chất yếu màu xám, xám tro. Dày 340m.

- Hệ lớp 3: Chủ yếu là cát kết thạch anh hạt nhỏ-vừa màu xám tro đến xám sáng xen kẹp ít lớp sét bột kết biến chất rất yếu. Dày 200m.

Bề dày chung là 760m.

Một số mặt cắt có thành phần thạch học tương tự các mặt cắt trên như mặt cắt Cao Quảng, khe Hói Đá, song chỉ quan sát được phần cao hệ tầng. Đáng lưu ý, theo đường phương phân bố của hệ tầng, ở vùng đèo Lý Hoà thuộc tờ Xóm Cầu (E-48-81-D) và tờ Trung Sơn (E-48-93-B) thuộc rìa Đông Nam của nhóm tờ, lộ mặt cắt không đầy đủ (MH.141-144) gồm cát kết xen bột kết, sét kết màu vàng nhạt, xám vàng có cấu tạo phân lớp xiên chéo chứa Cá cổ: Lyhoalepis duckhoai, Vukhuclepis lyhoaensis và Thực vật Taeniocrada sp., được Tống Duy Thanh, Janvier phát hiện năm 1994.

- Bột kết ít khoáng và bột kết thạch anh: kiến trúc bột với kiểu xi măng cơ sở, lấp đầy; cấu tạo định hướng; hạt vụn thạch anh chủ yếu chiếm 72-84% và hạt vụn khác, hoàn toàn không có vụn đá phun trào. Đôi nơi gặp ít lớp cát kết thạch anh dạng quarsit, kiến trúc hạt biến tinh yếu, cấu tạo định hướng.

- Bột kết thạch anh: kiến trúc bột với kiểu xi măng tiếp xúc lấp đầy, cấu tạo định hướng; hạt vụn chủ yếu là thạch anh: 88-89%, ít hạt vụn khác.

- Sét kết, sét bột kết: kiến trúc sét bột biến dư, cấu tạo định hướng; thành phần sericit, chlorit, sét tới 94%.

- Cát kết thạch anh hạt nhỏ-vừa: kiến trúc cát hoặc hạt biến tinh, cấu tạo định hướng, có hạt vụn là thạch anh 84-89%, ít mảnh vụn khác và hoàn toàn không có mảnh vụn phun trào.

- Cát kết (thuộc mặt cắt phân lớp xiên chéo): ở đèo Lý Hoà là cát kết ít khoáng hoặc cát kết thạch anh có thành phần hạt vụn thạch anh từ 73-85%, còn lại là mảnh vụn có thành phần khá đa dạng gồm có mảnh silic, quarsit, đá phiến sericit,... và đặc biệt có mặt mảnh phun trào acid (0,5-2%). Hạt vụn có độ chọn lọc và mài tròn kém đến trung bình, phân biệt khá rõ với mặt cắt Devon khác.

Các đá cát kết xen ít sét kết phân lớp xiên chéo ở đèo Lý Hoà có thành phần hoá học hoàn toàn khác biệt với các phân vị Devon khác như SiO₂ thấp (88,10%), Fe₂O₃ cao (1,5%), Al₂O₃ và K₂O cao (5,18% và 1,25%) và K₂O+Na₂O lớn (2,49%). Trong sét kết (MH.143/3) có thành phần K₂O cao (6,93%), hydromica (30-32%), felspat kali (10%), kaolinit (7-10%) và hydrogoethit ít (phân tích hoá và nhiệt + rơnghen). Điều này chứng tỏ các đá trên có thành phần hỗn tạp hơn.

Đặc điểm tham số mật độ và từ của các đá cát kết của hệ tầng có giá trị tương tự ( = 2,55g/cm³) so với các phân vị hệ Devon, chỉ có giá trị phóng xạ thấp hơn cả (I = 16.10^-4% U_tđ).

Ở một số mặt cắt của hệ tầng mới thu thập được hoá thạch thuộc các nhóm Huệ biển: Costatocrinus sp., San hô: Calceola sandalina (Dương Xuân Hảo, 1975) phát hiện trong khoảng hệ lớp 4 ở mặt cắt Khe Chuối, là các dạng đặc trưng cho Devon sớm - giữa ở nhiều nơi. Trong đó, các dạng Calceola sandalina có mặt trong hệ tầng Huổi Lôi (D_1-2 hl) ở Mường Xén. Ngoài ra, còn có vi bào tử Stenozonaletes pliciformis, S. simplicissimus, Lophotriletes rugosus chủ yếu phân bố trong Devon.

Các trầm tích thuộc hệ tầng, trong đó cát kết chủ yếu có thạch anh tới 82-95%, rất nghèo hạt vụn có thành phần khác, độ mài tròn khá tốt, chứa các sinh vật bám đáy (Chân rìu, Huệ biển, San hô...) đã phản ánh môi trường biển nông để thành tạo trầm tích hệ tầng. Đáng lưu ý, ở vùng đèo Lý Hoà có mặt các trầm tích phân lớp xiên chéo chứa Cá cổ, Thực vật. Cát kết và sét kết của hệ tầng có đặc điểm đề cập trên như: độ chọn lọc kém, hạt vụn khá đa dạng và thành phần hỗn tạp hơn (trong đó đáng lưu ý là mảnh phun trào, felspat kali, hydromica), các ôxyt dễ bị rửa trôi như Al₂O₃,  K₂O + Na₂O chiếm tỷ lệ khá cao và thành phần ôxyt Fe₂O₃, MgO tương đối cao (2%) đã phản ánh môi trường gần bờ (tam giác châu) ở rìa lục địa, hoàn toàn khác các trầm tích của các hệ tầng khác thuộc hệ Devon.

Trên các biểu đồ phân chia cát kết kiến tạo của Mukul-Bhatia R. (1983) và Bhatia R. (1986), các đá cát kết của hệ tầng chủ yếu thuộc trường rìa lục địa thụ động.

Về khoáng sản liên quan:

Cát kết thạch anh thuộc phần trên cùng của hệ tầng có các tính chất cơ lý đá đạt yêu cầu làm vật liệu xây dựng tốt.

Cần nghiên cứu bổ sung làm rõ quan hệ, vị trí địa tầng, tuổi và quy luật phân bố ở vùng phụ cận của mặt cắt trầm tích phân lớp xiên chéo chứa Cá cổ ở đèo Lý Hoà đồng thời có thể xác lập một phân vị địa tầng mới.
Hệ Devon, thống trung, bậc givet

Hệ tầng Mục Bài (D₂ g mb)
Hệ tầng do Trần Tính xác lập (1977) theo suối cùng tên có tuổi Givet ở Hương Khê, Hà Tĩnh. Sau đó, hệ tầng được sử dụng rộng rãi để đo vẽ bản đồ địa chất các tỷ lệ và nghiên cứu chuyên đề.

Hệ tầng phân bố có quan hệ khăng khít và chỉnh hợp với các hệ tầng Bản Giàng và Đông Thọ, thường tạo dải và bị kẹp bởi hai hệ tầng trên, trong đó có xen kẽ các lớp đá vôi, vôi sét chứa phong phú hoá thạch và được coi là tầng đánh dấu rất tốt để thể hiện cấu trúc.

Hệ tầng đặc trưng là trầm tích lục nguyên xen ít lớp đá vôi, vôi sét, chứa phong phú hoá thạch, rất dễ nhận biết khi đo vẽ. Tuy nhiên, theo đường phương, có sự thay đổi chút ít về thành phần. Ở các mặt cắt từ phần trung tâm về phía Tây nhóm tờ, sự xen kẽ các lớp đá vôi gia tăng và chứa phong phú hoá thạch đặc trưng; còn ở phía Đông chỉ là các đá phiến sét chứa vôi, ít lớp sét vôi mỏng (rất ít gặp đá vôi) và chứa nghèo nàn hoá thạch. Hệ tầng có dấu hiệu ảnh hàng không không rõ ràng so với các phân vị kề bên.

Các số liệu mô tả dưới đây theo tài liệu tờ bản đồ địa chất 1:50.000 Minh Hoá (2002).

Thành phần hệ tầng gồm đá phiến sét, đá phiến sét vôi, bột kết ít khoáng phân lớp mỏng, xen đá vôi vi hạt, đá vôi sét, ít lớp cát kết thạch anh hoặc ít khoáng; đôi nơi có đá phiến sét than, thấu kính mỏng “đá phiến cháy”, dày 200-440m.

Các mặt cắt đặc trưng của hệ tầng theo dõi ở nhiều nơi như mặt cắt Khe Chuối - Xóm Nha (đoạn Xóm Dâu từ MH.124-126/5) thuộc tờ Bãi Dinh + Minh Hoá (E-48-80-C, D), gồm 2 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Đá phiến sét, đá phiến sét vôi màu xám nhạt, phong hoá bở mềm, xen các lớp đá vôi vi hạt màu xám đen, chứa phong phú Tay cuộn: Emanuella ronensis, Atrypa (Desquamatia) ventricosa, Ambocoelia umbonata... San hô: Stachyodes cf. caespitosa, Stromatopora sp., Dày 125m.

- Hệ lớp 2: Đá phiến sét, đá phiến sét vôi phong hoá màu nâu vàng, xen lớp cát kết ít khoáng dày (0,5m), phần trên cùng là lớp đá đá vôi vi hạt, chứa hoá thạch San hô bảo tồn xấu. Dày 75m.

Bề dày chung của mặt cắt là 200m.

Ở mặt cắt này, theo tài liệu trước đây (Dương Xuân Hảo,... 1975) phát hiện Caliapora battersbyi, Scoliopora cf. denticulata, Stringocephalus burtini...

Các mặt cắt Đoạn Ba - Tân Lý, Cao Quảng, Ngọn Rào có đặc điểm thạch học, hoá thạch tương tự. Mặt cắt hệ tầng ở phía Đông nhóm tờ có sự thay đổi thành phần đá, chủ yếu là lục nguyên chứa ít vôi, các lớp đá vôi hầu như không gặp và bề dày gia tăng (440m).

Về quan hệ địa tầng, hệ tầng được chuyển tiếp từ hệ tầng Bản Giàng và phía trên lại chuyển tiếp lên hệ tầng Đông Thọ gặp ở nhiều mặt cắt.

Tương tự còn có các mặt cắt vùng Cát Đằng, Đoạn Ba, Khe Ươi (tờ Bãi Dinh + Minh Hoá); vùng Cao Quảng, Ngọc Lâm, Tây Bắc Nguồn Rào... (tờ Xuân Mai), chứa phong phú hoá thạch đặc trưng tuổi Givet.

Đặc điểm thạch học:

- Đá vôi vi hạt: thành phần khoáng vật chủ yếu là calcit 99%, hoàn toàn không có khoáng vật hỗn tạp.

- Đá vôi sét: thành phần khoáng vật gồm calcit 95-97%, sét 3-5% và mạch calcit thứ sinh.

- Cát kết thạch anh hạt nhỏ-vừa kiến trúc cát với kiểu xi măng tiếp xúc, lấp đầy, cấu tạo định hướng; thành phần hạt vụn gồm thạch anh 81-95%, mảnh silic, quarsit...: ít-1%, ít hoặc không có mảnh vụn phun trào. Hạt vụn có độ mài tròn và chọn lọc từ trung bình đến tốt.

- Cát kết ít khoáng: kiến trúc cát, cấu tạo định hướng yếu; thành phần hạt vụn gồm thạch anh: 80-91%, còn lại hạt vụn là plagioclas, felspat kali, quarsit, silic và mảnh vụn phun trào (ít-1%).

- Đá phiến sét: kiến trúc sét biến dư; cấu tạo phiến; thành phần khoáng vật gồm sét, sericit, chlorit 92-96%.

Trên sơ đồ phân loại trầm tích hạt vụn của Rukhin L.B, cát kết của hệ tầng thuộc trường cát kết thạch anh.

Đặc điểm thạch địa hoá:

Kết quả phân tích hoá cát kết cho thấy thành phần các ôxyt có đặc điểm gần tương tự các phân vị của Devon, tuy nhiên có thể phân biệt chúng bởi một số chỉ tiêu Al₂O₃,  Na₂O + K₂O.

Ngoài ra còn phân tích 1 mẫu sét kết (MH.125/6) cho thấy hàm lượng nguyên tố đất hiếm thấp hơn cả so với các phân vị Devon, còn các đá vôi của hệ tầng (3 mẫu) có hàm lượng Rb tương đối thấp, Sr rất cao và tỷ số Rb/Sr < 0,1.

Kết quả phân tích hoá carbonat (MH.125/1) cho thấy đá vôi hệ tầng có thành phần CaO: 51,83%; SiO₂: 1,2%; Fe₂O₃: 1,12%; MgO: 1,02%; Al₂O₃: 0,62%.

Các tham số vật lý các đá của hệ tầng tương tự như các hệ tầng của Devon.

Các trầm tích hệ tầng chứa phong phú các nhóm hoá thạch đá và mới phát hiện ở nhiều mặt cắt. Trong đó có nhiều loài chuẩn đặc trưng cho Givet ở Việt Nam và Nam Trung Quốc, gồm:

- Tay cuộn: Ambocoelia umbonata, Emanuella ronensis, E.volhynica, E.takwanensis, Schizophoria striatula, Stringocephalus burtini, Ambocoelia umbonata Atrypa (Desquamatia) ventricosa, A. (D.) kansuensis, Chonetes kwangsiensis,...

- San hô: Stachyodes costulata, Sinodospongophyllum plastabulatun, Temnophyllum, Amphipora angusta.

- Tentaculites: Nowakia cf. otomari, N.otomari.

- Chân rìu: Fasciculiptera aff. guanxiensis.

- Conodonta: Polygnathus timorensis.

- Ostracoda: Amphistites sp., Praepilatina sp., Baschkirina sp.

Bước đầu phân tích thành phần nguyên tố đất hiếm và tỷ số Rb/Sr của đá vôi hệ tầng cho thấy hàm lượng nguyên tố đất hiếm và tỷ số Rb/Sr < 0,1 gần tương tự như các đá cùng loại ở một số hệ tầng thuộc Devon và Carbon - Permi được thành tạo trong môi trường biển nông.

Sự có mặt phong phú chủ yếu nhóm San hô ám tiêu (San hô vách đáy, Lỗ tầng...) và sinh vật bám đáy (Tay cuộn, Chân rìu...) đặc trưng cho môi trường biển nông. Tuy nhiên, còn có mặt các nhóm Tentaculita, Conodonta, Ostracoda phản ánh yếu tố biển nông xa bờ hơn. Hệ tầng là một phần mặt cắt liên tục của hệ Devon ở khu vực Bắc Trung Bộ, được thành tạo trong bồn thềm lục địa. Trên biểu đồ phân chia cát kết kiến tạo, các đá cát kết hệ tầng chủ yếu thuộc trường rìa lục địa thụ động.

Khoáng sản liên quan:

Sự có mặt “đá phiến cháy” chỉ là thấu kính mỏng, hiện tại mới chỉ gặp ở Xóm Nha và đã khai thác hết.

Khi đo vẽ nhóm tờ Minh Hoá, các tác giả đã ghi nhận các đá cát kết ở khe Hói Đá, phía Nam Minh Lệ chứa Thực vật dạng vảy của Tống Duy Thanh, có quy luật phân bố và quan hệ rõ ràng với các trầm tích kề bên (hệ tầng Mục Bài và Bằng Ca), một số nơi có dấu hiệu ảnh hàng không tương đối khác biệt với phân vị kề bên, còn tầng cát kết phân lớp xiên chéo thuộc mặt cắt và cấu trúc khác với tầng cát kết Minh Lệ này. Do đó, hệ tầng được các tác giả mô tả trong vùng Quảng Bình có khối lượng tương ứng phần thấp hệ tầng Đông Thọ của bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 hoặc là cát kết Minh Lệ của Tống Duy Thanh (1995).

Bề dày của hệ tầng thay đổi từ 150-550m. Trong đó, các mặt cắt ở phần trung tâm và phía Đông có thành phần cát kết gia tăng hơn so với phía Tây (vùng Cát Đằng).

Thành phần thạch học hệ tầng gồm cát kết thạch anh, cát kết thạch anh dạng quarsit, cát kết ít khoáng, cát bột kết thạch anh màu xám tro, xám sáng xen ít lớp cát bột kết ít khoáng, sét kết và sét kết chứa vật chất than, dày 150-550m.

Mặt cắt đặc trưng hệ tầng được quan sát các vùng khe Hói Đá, Ngọc Lâm, Cao Quảng, Ngọn Rào...

Theo mặt cắt khe Hói Đá ở phía Đông nhóm tờ (MH.1221-1228) thuộc tờ Xóm Cầu gồm 2 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Nằm chuyển tiếp trên tập đá hạt mịn màu xám tro, xám đen (bột kết, sét kết) thuộc hệ tầng Mục Bài là cát kết thạch anh, cát kết ít khoáng, xen ít lớp cát bột kết thạch anh, sét kết, đá có màu xám tím, xám tro đến xám sáng. Trong lớp sét kết chứa vật chất than màu xám đen xen kẹp trong cát kết chứa Thực vật dạng vảy: Protolepidodendropsis sp., Lepidodendropsis sp., và Vi bào tử Ancyspora involucra, A.incica... (đề tài KT.01.05). Dày 140m.

- Hệ lớp 2: Cát kết thạch anh, cát kết thạch anh dạng quarsit phân lớp dày, màu xám sáng xen lớp bột kết, sét bột kết màu xám tro. Dày 160m.

Bề dày của mặt cắt 300m.

Ở mặt cắt Ngọc Lâm (MH.92/1-96/1) tờ Xuân Mai, ở phần trung tâm nhóm tờ, hệ tầng có thành phần tương tự, song bề dày lớn hơn, gồm các hệ lớp sau.

- Hệ lớp 1: Cát kết thạch anh hạt không đều, rắn chắc xen ít cát bột kết thạch anh, cát bột kết ít khoáng màu xám, xám tro, đôi lớp chứa vật chất than màu đen. Dày 150-180m.

- Hệ lớp 2: Cát bột kết thạch anh hạt không đều, cát kết thạch anh xen lớp bột kết ít khoáng, sét kết màu xám, xám đen. Dày 120-180m.

- Hệ lớp 3: Cát kết ít khoáng hạt không đều, phân lớp dày. Dày 100m.

- Hệ lớp 4: Cát kết ít khoáng màu xám xen sét kết chứa bột màu xám tro, đôi chỗ có cấu tạo phân dải, xen kẹp lớp sét kết chứa vật chất than màu đen. Dày 90m.

Bề dày của mặt cắt 460-550m.

Trong nhóm tờ, ở một số mặt cắt phía Tây như Khe Chuối - Xóm Nha, Phù Nhiêu, Đông đèo Đá Đẽo, bề dày hệ tầng rất mỏng chỉ đạt 150m và chỉnh hợp với các hệ tầng kề bên. Khi đó mặt cắt ở phần trung tâm, phía Đông của vùng có bề dày lớn >500m. Do đó, có thể hệ tầng Đông Thọ có ranh giới chéo với hệ tầng Mục Bài, song luôn nằm trên hệ tầng Mục Bài.

- Cát kết thạch anh hạt nhỏ đến vừa: kiến trúc cát với kiểu xi măng tiếp xúc, lấp đầy; cấu tạo khối hay định hướng yếu; thành phần hạt vụn chủ yếu là thạch anh 90-95%, còn lại là hạt vụn khác 1 vài %, ít mẫu có mảnh vụn phun trào: ít-1%. Hạt vụn có độ mài tròn và chọn lọc không đều.

- Cát kết dạng quarsit: có kiến trúc hạt biến tinh tái sinh, cấu tạo khối, thành phần hạt vụn chủ yếu là thạch anh 87-93%, các hạt vụn thạch anh bị tái kết tinh chuyển thành dạng hạt tha hình với kiến trúc hạt biến tinh tái sinh.

- Cát kết ít khoáng: có kiến trúc cát với kiểu xi măng lấp đầy, cơ sở, cấu tạo định hướng; thành phần hạt vụn gồm thạch anh 68-75% và các hạt vụn khác (silic, quarsit, phun trào acid,...).

- Cát bột kết ít khoáng: có thành phần hạt vụn tương tự cát kết ít khoáng song cấp hạt nhỏ hơn (0,05-0,3mm), đôi nơi có ít lớp sét bột kết (MH.2275), kiến trúc sét bột, cấu tạo phiến.

- Sét kết có thành phần sét, sericit, chlorit 88-98%.

Cát kết của hệ tầng (9 mẫu) có thành phần SiO₂ cao (SiO₂: 94; 98%), song các chỉ tiêu khác như Fe₂O₃, MgO, Al₂O₃, CaO,  Na₂O + K₂O thấp hơn cả so với các phân vị Devon, Carbon và 2 mẫu (MH.1224/1, 1225) có hàm lượng một số nguyên tố tạo quặng (Cu, Pb-Zn, Ni, Cr) gần tương tự các hệ tầng Devon và hoàn toàn khác biệt với cát kết Mesozoi.

Cát kết của hệ tầng có giá trị trung bình đặc trưng tham số mật độ và phóng xạ tương đối thấp so với các hệ tầng khác ( = 2,48g/cm³, I = 16.10^-4%U_tđ).

Tại khe Hói Đá (Minh Lệ), xen trong cát kết thạch anh là lớp kẹp sét kết màu đen chứa vật chất than đã được phát hiện hoá thạch Thực vật dạng vảy: Lepidodendropsis, Protolepidodendropsis và Vi bào tử: Ancyrospora involucra, A. incisa, Cymbomosporites magnifica (Tống Duy Thanh, 1995).

Phức hệ Thực vật và Vi bào tử trên có tuổi Givet muộn. Các tác giả đồng ý quan điểm của Tống Duy Thanh xếp các cát kết ở Minh Lệ tuổi Givet muộn. Đó là cơ sở để xác định tuổi của hệ tầng vào Givet muộn. Tuy nhiên, theo tài liệu gần đây Nguyễn Hữu Hùng thu thập hoá thạch ở phần cao hệ tầng ở phía Bắc Quy Đạt, nên không loại trừ có yếu tố Frasni thuộc phần cao hệ tầng.

Vài nét về môi trường thành tạo:

Dựa vào đặc điểm hạt vụn (độ chọn lọc, thành phần) và tính phân lớp song song xen kẹp lớp mỏng đá phiến sét màu đen chứa thân Thực vật dạng vảy, hoá thạch này nằm song song với mặt lớp, chứng tỏ các thân thực vật trên được vận chuyển từ ven bờ ra môi trường biển nông. Trên các biểu đồ của Mukul-Bhatia R. 1983 và Bhatia R. 1986, cát kết của hệ tầng chủ yếu thuộc trường rìa lục địa thụ động.

Cát kết của hệ tầng chiếm ưu thế, đôi chỗ phân lớp dày 1m, có thành phần chủ yếu là thạch anh, đá rắn chắc, có các chỉ tiêu cơ lý đạt yêu cầu để làm vật liệu xây dựng.

Trầm tích của hệ tầng Minh Lệ lộ ra ở phía Đông và phía Tây Bắc của khối đá vôi Kẻ Bàng.

Hệ tầng bao gồm chủ yếu là cát kết thạch anh hạt vừa, màu xám nhạt, phân lớp vừa và mỏng, xen các lớp bột kết, phiến sét chứa vật chất than màu đen. Tại một số nơi trong vùng có thể thấy một tập trầm tích lục nguyên silic ở phần trên cùng của mặt cắt hệ tầng.

Trong trầm tích của hệ tầng đã phát hiện nhiều hoá thạch Tay cuộn Brachiopoda: Megachonetes sp., Schizophoria cf. ivanovi, Adolfia sp.; Vỏ nón Tentaculites: Styliolina sp., Homoctenus sp.; Đặc biệt ở cửa Hói Đá (gần ga Minh Lệ) đã gặp một vết lộ hoá thạch thực vật đẹp chứa Protolepidodendron sp., Bergeria (Lepidodendropsis) sp. và các bào tử: Apiculatisporites sp., Geminospora sp., Grandispora sp., Favispora cf. rotunda Lu, Gymbosporites magnifica (McGregor). Phức hệ hoá thạch kể trên cho phép xếp hệ tầng Minh Lệ vào Devon trung bậc Givet đến Devon thượng bậc Frasni (D₂g-D₃fr ml). Hệ tầng nằm chỉnh hợp trên hệ tầng Mục Bài và chuyển tiếp lên hệ tầng Cát Đằng.

Hệ tầng Cù Bai do Nguyễn Xuân Dương xác lập năm 1971 để chỉ cho các đá carbonat mà A.E. Dovjikov và các đồng nghiệp (1965) đã mô tả là trầm tích Givet - Frasni.

Thuộc phạm vi vùng Quảng Bình các trầm tích carbonat hệ tầng Cù Bai bao gồm các loại đá vôi, dolomit, dolomit vôi, sét vôi và có quan hệ chỉnh hợp với hệ tầng Tân Lâm. Các diện lộ tiêu biểu được thấy tại khu vực Quảng Ninh, Lệ Thuỷ.

Mặt cắt tại Lèn Áng Sơn bao gồm 3 hệ lớp như sau:

- Hệ lớp dưới: Thành phần gồm đá vôi phân lớp mỏng đến vừa. Dày 100m.

- Hệ lớp giữa: Thành phần gồm dolomit, dolomit lẫn vôi màu xám xanh. Dày 150m.

- Hệ lớp trên: Thành phần gồm đá vôi phân lớp vừa xen các thấu kính dolomit. Dày 100m.

Khoáng sản liên quan với hệ tầng Cù Bai bao gồm các đá vôi xi măng, đá vôi-dolomit xây dựng, vật liệu dolomit cho công nghiệp hóa học. Cần lưu ý rằng các đá vôi và dolomit của hệ tầng Cù Bai ở đây có hàm lượng chất không tan khá cao, đặc biệt là Al₂O₃. Tổng hàm lượng chất không tan trung bình đạt 3,95%, dao động từ 0,1 đến 13,5%.

Hệ Devon, thống thượng - Hệ Carbon, thống hạ

Phân vị địa tầng Bằng Ca với tên điệp do Phạm Đình Long xác lập (1973) để mô tả tầng đá phiến sét-silic, silic vôi nhiễm mangan ở Cao Bằng tuổi Givet. Sau đó xác nhận là Frasni (Tống Duy Thanh, 1980...) hoặc có cả yếu tố Famen hạ (Tạ Hoà Phương, 1994).

Hệ tầng có diện phân bố hẹp thường tạo dải nằm kề với hệ tầng Đông Thọ và được chuyển tiếp từ hệ tầng Đông Thọ. Hệ tầng có thành phần chủ yếu là đá phiến sét, đá phiến silic, bột kết silic, đá phiến sét silic xen ít lớp cát kết, cát bột kết thạch anh phân lớp mỏng màu xám, xám đen, đôi nơi ở phần trên của mặt cắt xen lớp mỏng mangan màu nâu đen, bề dày hệ tầng là 100-240m. Mặt cắt đặc trưng được theo dõi ở vùng Ngọc Lâm, Cao Quảng.

Theo mặt cắt suối Đồng Hóa - Ngọc Lâm thuộc tờ Xuân Mai gồm 3 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Đá phiến sét-silic, sét kết màu đen, xen ít lớp bột kết. Dày 80-100m.

- Hệ lớp 2: Đá phiến silic, silic phân dải thô màu xám tro, xám sáng xen ít sét kết. Dày 60m.

- Hệ lớp 3: Đá phiến sét silic, bột kết silic màu xám, xám đen, chứa các lớp mỏng mangan màu nâu đen. Dày 60-80m.

Bề dày mặt cắt hệ tầng 200-240m.

Ở vùng Hóa Sơn tờ Bãi Dinh + Minh Hoá, theo mặt cắt cùng tên có đặc điểm thạch học tương tự và có mangan. Đáng lưu ý, ở đây mangan có mặt trong hệ tầng khá rõ, quan sát theo đường phương và gặp ở nhiều nơi. Hệ tầng nằm chỉnh hợp dưới các đá vôi phân dải hệ tầng Xóm Nha.

Ở vùng Cao Quảng thuộc trung tâm tờ Xuân Mai, thành phần hệ tầng chủ yếu đá phiến sét silic, silic, màu xám tro, đôi chỗ silic bị phong hoá có cấu tạo lỗ hổng (như silic hoạt tính) có bề dày 100m. Chúng phân bố tạo dải địa hình phân bậc theo độ cao như đề cập trên.

- Đá phiến silic-sét. Kiến trúc ẩn tinh, vi hạt, sét biến dư, cấu tạo khối, thành phần khoáng vật gồm calcedon 87%, thạch anh 1-2,5%, sét, chlorit, sericit 10%.

- Silicit. Đá kiến trúc ẩn tinh, cấu tạo khối; chalcedon (silic) 91-94%, thạch anh 1-4% và ít sét hữu cơ, sericit, di tích sinh vật nhỏ.

- Sét kết có kiến trúc sét biến dư, cấu tạo định hướng, chủ yếu thành phần sericit, chlorit, sét, muscovit 91-92%.

- Cát kết thạch anh kiến trúc cát hoặc hạt biến tinh, cấu tạo định hướng, hạt vụn thạch anh 85-88%, ít hạt vụn khác.

- Cát bột kết thạch anh kiến trúc cát bột với xi măng cơ sở, cấu tạo khối, có hạt vụn là thạch anh 62%, nghèo mảnh vụn khác, xi măng là sét, chlorit 35%.

Các đá cát kết của hệ tầng có tham số mật độ thấp và độ phóng xạ cao hơn 2 hệ tầng giáp kề.

Thành phần trầm tích của hệ tầng đặc trưng là trầm tích nước sâu, nên rất nghèo hoá thạch lớn (nhóm bám đáy). Theo tài liệu bản đồ địa chất 1:200.000 đã phát hiện Tentaculita và Conodonta: Palmatolepis subrecta (ở lớp đá vôi mỏng xen trong tập đá phiến silic ở vùng Yên Hợp - mẫu A.4125/6) là nhóm hoá thạch thường sống ở điều kiện trôi nổi (xa bờ) và tướng nước sâu. Trong đó loài P.subrecta điển hình cho Frasni và có mặt trong hệ tầng Bằng Ca (D₃fr bc) ở Cao Bằng. Trong các lớp cát bột kết xen trong tập bột kết-silic chứa mangan ở Cát Đằng mới phát hiện Tay cuộn: Calvinaria cf. megistanus tuổi Frasni sớm (MH.5506/1), Nguyễn Hữu Hùng (1994) cũng đã phát hiện C. cracowiensis. Các tài liệu trên là cơ sở để xác định tuổi Frasni cho hệ tầng.

Đây là mức địa tầng liên quan tới mangan kiểu hệ tầng Bằng Ca (D₃fr bc) ở vùng Cao Bằng. Ở nhóm tờ Minh Hoá đã phát hiện ở một số nơi: Hoá Sơn, Ngọc Lâm, Đường 12, chứa các lớp silic mangan mỏng hoặc thấu kính một vài milimet đến 1cm, có hàm lượng thấp (Mn: 3,56-5,42%) (MH.68, H.1-CĐ...) chỉ có ý nghĩa về mặt địa tầng. Đồng thời, phân tích 1 mẫu silic (MH.2196) khi phong hoá nhẹ xốp, có dạng lỗ hổng chứa di tích sinh vật, song có độ hút vôi thấp chỉ đạt 10,5mg CaO/1g phụ gia.

Hệ tầng do Nguyễn Quang Trung và nnk. (1983) xác lập, lộ thành một số dải hẹp tại phía Bắc và phía Đông Nam của vùng Phong Nha - Kẻ Bàng.

Hệ tầng chủ yếu gồm các trầm tích Carbonat đa dạng, trong đó các đá vôi sọc dải và đá vôi loang lỗ chiếm một khối lượng đáng kể, ngoài ra còn có đá vôi màu xám, đôi nơi có xen những tập mỏng đá vôi silic hoặc phiến silic vơi bề dày của hệ tầng khoảng 250m. Đá của hệ tầng Cát Đằng chứa các hoá thạch Stromatoporoidea: Stachyodes aff. costulata Lec., S. lagowiensis Gog., Anostylostroma? crassa Hung và đặc biệt phong phú các vi hoá thạch Conodonta thuộc các đới rhenana, linguformis, triangularis, crepida, marginifera, trachytera và tập hợp gracilis-sigmoidalis có tuổi từ Frasni tới cuối Famen (D₃fr-fm).

Hệ tầng Cát Đằng nằm chỉnh hợp trên tập đá phiến silic của hệ tầng Đông Thọ. Quan hệ trên của hệ tầng với hệ tầng La Khê (C₁ lk) chư­a quan sát đư­ợc. Theo tài liệu địa chất khu vực thì đó là quan hệ bất chỉnh hợp.

Đặc biệt, trong vùng Phong Nha - Kẻ Bàng có một mặt cắt địa chất đẹp lộ ra ở cửa hang đá tại sườn Tây Nam của núi đá vôi Xóm Cây Đa (trong bản đồ địa hình cũ ghi là Xóm Nha), cách thị trấn Quy Đạt khoảng 3km về phía Tây. Tại mặt cắt địa chất này đã phát hiện ranh giới thời địa tầng liên tục giữa hai bậc Frasni và Famen (thuộc Devon thượng) dựa trên kết quả nghiên cứu nhóm vi cổ sinh Răng nón (Conodonta). Sự tích đọng trầm tích liên tục cũng như các đới hoá thạch Răng nón được phát hiện liên tục trong khoảng ranh giới kể trên là nét độc đáo của mặt cắt này, khiến nó có ý nghĩa lớn tầm cỡ quốc tế trong việc nghiên cứu sinh địa tầng Devon thượng.

Trong mặt cắt Xóm Nha kể trên, Tạ Hoà Ph­ương và Nguyễn Hữu Hùng (1997) đã thu thập tại khoảng ranh giới Frasni/Famen tổng cộng 7 mẫu hoá thạch Dạng lỗ tầng, 2 mẫu Vỏ nón và 69 mẫu đá vôi để gia công Răng nón. Các đới hoá thạch Răng nón được phát hiện liên tục, từ đới Pa. rhenana đến đới Pa. trachytera, trong đó ranh giới Frasni/Famen đi qua giữa hai đới Pa. linguiformis và Pa. triangularis.  Mặt cắt được đo vẽ ở khu vực xung quanh hang đá thuộc sườn Tây Nam núi đá vôi Xóm Nha. Đây là một hang đá đẹp, lòng hang nằm cao hơn mặt đất chừng vài ba mét. Trong hang đã thu thập theo thứ tự từ dưới lên 42 mẫu đá vôi (Q1-Q42) ở vách đá bên trái cửa hang với tổng bề dày địa tầng là 5,47m và 27 mẫu (Q43-Q69) tại khu vực cửa và lòng hang với tổng bề dày địa tầng là 6,84m. Phần mô tả dưới đây sẽ giới thiệu chủ yếu đến đoạn mặt cắt cửa hang, nơi đã phát hiện đầy đủ nhất các hoá thạch của các đới Conodonta thuộc khoảng ranh giới F/F.

Trình tự địa tầng và hoá thạch từ dưới lên như sau:

1) Đá vôi màu xám, xám sẫm, tái kết tinh với độ hạt không đều, phân lớp dày, mặt lớp không rõ. Hệ lớp dày 200cm. Trong phần thấp nhất của hệ lớp (các mẫu Q43-Q45) chưa phát hiện hoá thạch. Trong 75cm trên cùng của hệ lớp (các mẫu Q46-48) đã gặp các hoá thạch Conodonta thuộc phần thấp của đới rhenana sau đây: Ancyrodella nodosa Ulrich & Bassler, A. ioides Ziegler, Ancyrognathus triangularis Youngquist, Palmatolepis rhenana rhenana Bischoff, Pa. rhenana nasuta Muller, Pa. hassi Muller & Muller, Pa. jamieae Ziegler & Sandberg, Pa. foliacea Youngquist, Pa. xomnhaensis Ta sp. nov.

2) Đá vôi xen vôi sét màu xám, xám sẫm, dạng pelit hoặc tái kết tinh hạt nhỏ, phân lớp trung bình đến dày (20-75cm). Hệ lớp dày 525cm, chứa phong phú hoá thạch Conodonta thuộc các đới từ rhenana đến crepida. Từ dưới lên gặp:

Trong 3 lớp đầu của hệ lớp (dày tổng cộng 135cm) đã phát hiện các Conodonta của đới rhenana: Palmatolepis rhenana rhenana Bischoff, Pa. jamieae Ziegler & Sandberg (Q49); Ancyrodella nodosa Ulrich & Bassler, Pa. hassi Muller & Muller, Pa. boogaardi Klapper & Foster, Pa. juntinaensis Han, Pa. hassi Muller & Muller, Ancyrodella nodosa Ulrich & Bassler (Q50); Ancyrodella nodosa Ulrich & Bassler, A. ioides Ziegler, Palmatolepis boogaardi Klapper & Foster, Pa. rhenana rhenena Bischoff (Q51).

- Trong 2 lớp tiếp theo (dày tổng cộng 60cm) đã phát hiện các hoá thạch Conodonta thuộc đới linguformis: Palmatolepis linguformis Muller, Pa. rhenana rhenana Bischoff, Pa. rhenana brevis Ziegler, Pa. rhenana nasuta Muller, Pa. gigas Miller & Youngquist, Pa. subrecta Miller & Youngquist, Pa. hassi Muller & Muller, Pa. juntinaensis Han, Pa. ederi Ziegler & Sandberg, Pa. eureka Ziegler & Sandberg, Palmatolepis foliacea Youngquist, Ancyrodella nodosa Ulrich & Bassler, A. ioides Ziegler và một số vỏ của Homoctenus sp. (Q52); Pa. rhenana rhenana Bischoff, Pa. rhenana nasuta Muller, Pa. gigas Miller & Youngquist, Pa. subrecta Miller & Youngquist, Pa. linguiformis Muller (Q53).

- Trong lớp kế tiếp của hệ lớp (dày 70cm) hoá thạch gặp không nhiều, đã xuất hiện Palmatolepis triangularis Sannemann là loài chỉ thị của đới cùng tên. Trong 5 mẫu gia công từ lớp này (Q54-Q58) đã phát hiện: Palmatolepis triangularis Sannemann, Pa. subperlobata Branson & Mehl, Icriodus alternatus Branson & Mehl.

- Lớp trên cùng của hệ lớp 2 (dày 60cm) chứa một tập hợp Conodonta đông đảo, gồm những dạng thuộc phần cao đới triangularis và phần thấp đới crepida: Palmatolepis triangularis Sannemann, Pa. Triangularis  crepida, Pa. triangularis  tenuipunctata, Pa. subperlobata Branson & Mehl, Pa. delicatula platys Ziegler & Sandberg, Pa. delicatula jii Ta subsp. nov., Pa. werneri Ji & Ziegler, Pa. delicatula postdelicatula Schulke, Pa. weddigei Ji & Ziegler, Pa. minuta loba Helms, Pa. quadrantinodosalobata Sannemann, Pa. regularis Cooper, Ancyrolepis sp. (Q64-Q65).

3) Đá vôi, đá vôi sét xen vôi silic màu xám, xám sẫm, phân lớp vừa đến mỏng. Bề dày tổng cộng 245cm. Tập hợp Conodonta phong phú chỉ được phát hiện trong lớp trên cùng của hệ lớp. Trong mẫu Q68 có chứa đông đảo các dạng Conodonta thuộc đới marginifera: Pa. glabra glabra Ulrich et Bassler, Pa. glabra lepta Ziegler & Hud., Pa. glabra elongata Holmes, Pa. glabra prima Ziegler & Hud., Pa. glabra pectinata Ziegler, Pa. marginifera marginifera Helms, Pa. perlobata perlobata Ulrich & Bassler, Pa. perlobata schindewolfi Muller, Pa. quadrantinodosa quadrantinodosa Branson & Mehl, Pa. quadrantinodosa inflexoidea Ziegler, Pa. tenuipunctata Sannemann, Pa. marginifera sinensis Ji & Ziegler.

4) Đá vôi màu xám, xám sáng, xám loang lỗ, có khi dạng dải, phân lớp trung bình và dày. Đây là tập đá vôi chủ yếu của khối núi Xóm Nha. Trong đá của phần thấp tập này vẫn gặp các đại diện của đới marginifera: Palmatolepis marginifera marginifera Helms, Pa. glabra pectinata Ziegler, Pa. glabra glabra Ulrich & Bassler, Pa. glabra distorta Branson & Mehl (Q69).

Trong phạm vi loạt tờ Minh Hoá, hệ tầng có diện lộ hẹp và là phần cao nhất của mặt cắt Devon, phân bố trong các cấu trúc nếp lõm Paleozoi ở Cao Quảng, Xóm Nha, Hoá Sơn. Hệ tầng gồm các đá khá đặc trưng và dễ nhận biết ở thực địa, chúng được chuyển tiếp từ hệ tầng Bằng Ca và phía trên bị các lớp sạn cát kết hệ tầng La Khê phủ không chỉnh hợp lên.

Mặt cắt của hệ tầng được theo dõi khá tốt ở phía Tây và trung tâm nhóm tờ, gồm các mặt cắt vùng Hoá Sơn, Cát Đằng, Xóm Nha, Yên Hợp - Phù Nhiêu, Cao Quảng, Ngọc Lâm. Trong đó, đặc trưng là mặt cắt Hoá Sơn, Cao Quảng.

Thành phần thạch học hệ tầng gồm đá vôi màu xám loang lỗ dạng da báo, đá vôi vân đỏ sặc sỡ, cấu tạo phân dải, đá vôi vi hạt, đôi chỗ bị hoa hoá màu xám sáng, chuyển lên là đá vôi màu xám tro dạng mấu, sét kết, đá vôi xám tro, xám đen dày 200-320m.

Theo mặt cắt Hoá Sơn tờ Bãi Dinh + Minh Hoá (E-48-80-C, D) hệ tầng gồm 2 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Nằm chỉnh hợp trên các lớp bột kết silic chứa mangan, thành phần là đá vôi dạng dải, màu xám sáng, các dải ngoằn ngoèo xen kẹp lớp đá vôi màu đen, hạt mịn phân lớp mỏng, chứa phong phú Conodonta: Palmatolepis minuta minuta, P.glabra distorta, P. glabra pectinata. Dày 180m.

- Hệ lớp 2: Đá vôi màu xám tro, hạt nhỏ, đôi chỗ có cấu tạo dạng mấu (giả cuội) có thành phần đều là đá vôi, chuyển lên là đá vôi màu đen, xen ít lớp đá phiến sét màu đen. Trong đá vôi dạng mấu chứa Conodonta: Palmatolepis gracilis sigmoidalis và đá vôi đen chứa Trùng lỗ: Diplosphaerina ? denticulata. Dày 140m.

Bề dày chung của hệ tầng 320m.

Theo mặt cắt Cao Quảng tờ Xuân Mai, không lộ hệ lớp 1, chỉ gặp hệ lớp 2, thứ tự từ dưới lên như sau:

- Đá vôi màu xám dạng mấu (giả cuội) đều là thành phần vôi chứa Conodonta: Palmatolepis gracilis sigmoidalis. Dày 40m.

- Đá silic màu đen phân lớp mỏng. Dày 30m.

- Đá vôi màu đen chứa bitum (đập có mùi khét) phân lớp mỏng chứa Conodonta: Paragnathodus commutatus và Trùng lỗ: Brunsia irregularis. Dày 50m.

- Sét kết màu đen chứa Huệ biển: Schyschcatocrinus sp., xen đá vôi silic, đá vôi xám đen phân lớp mỏng. Dày 20m.

Trên cùng là tập cát kết hạt thô thuộc hệ tầng La Khê phủ trên.

Bề dày chung của hệ lớp 2 là 140m.

Đáng lưu ý, ở mặt cắt Ngọc Lâm ở rìa phía Bắc tờ bản đồ, tiếp giáp với nhóm tờ Hoành Sơn, là chỏm đá vôi nằm trên tầng lục nguyên-silic-mangan. Trong các đá vôi phân dải loang lỗ chứa phong phú Conodonta: Palmatolepis glabra pectinata. P.glabra glabra...

- Đá vôi vi hạt. Đá hạt nhỏ kiến trúc vi hạt, hạt nhỏ, cấu tạo định hướng, có thành phần chủ yếu là calcit 100%, nghèo khoáng vật phụ, quặng.

- Đá vôi hạt nhỏ bị dolomit hoá có thành phần calcit 92-94%, dolomit 5-7%.

- Sét kết. Đá kiến trúc sét biến dư, cấu tạo định hướng, thành phần chủ yếu là sét, sericit, chlorit 98-99%, thạch anh <1%.

Thành phần các ôxyt trong đá vôi (%): CaO: 52,94-54,94 (TB: 54); MgO: 0,41-0,81 (TB: 0,54); Al₂O₃: 0,21-0,41 (TB: 0,41); CKT: 1,82%.

Các đá vôi hệ tầng có giá trị tham số mật độ trung bình ( = 2,68g/cm³) còn độ phóng xạ cao hơn (I = 7.10^-4%U_tđ) so với các đá vôi Paleozoi thượng.

Trong các đá vôi của hệ tầng được phát hiện khá phong phú Conodonta, tương tự mặt cắt hệ tầng Tốc Tát ở Cao Bằng và nhiều nơi khác.

Hệ tầng Bằng Ca cùng với hệ tầng Xóm Nha thuộc loạt Cát Đằng. Việc nghiên cứu định lượng cho hệ tầng chưa nhiều, kết quả phân tích một số mẫu sét kết như đề cập trên cho thấy hàm lượng nhóm nguyên tố đất hiếm trội hơn các hệ tầng khác, tương tự như sự trội nhóm nguyên tố đất hiếm của đá vôi hệ tầng Xóm Nha, cùng với sự có mặt Conodonta, Tentaculita đã phản ánh môi trường thành tạo xa bờ và cùng với các đá vôi dạng dải, vân đỏ, đá vôi dạng mấu thuộc loạt Cát Đằng, có lẽ thành tạo trong máng nước sâu của bồn thềm lục địa.

Trong hệ tầng có các đá vôi sọc dải, vân đỏ và đá vôi loang lỗ, có các chỉ tiêu mẫu cơ lý đạt tiêu chuẩn đá ốp lát (MH.103, 5502, 6175/1...).

Đây là địa tầng liên quan tới mangan. Tuy nhiên, trong thực tế chưa tìm thấy các điểm mangan có giá trị như ở Tốc Tát (Cao Bằng).

Hệ tầng Phong Nha (D₃-C₁ pn)

Các thành tạo Devon thư­ợng - Carbon hạ trong vùng lộ thành những dải hẹp, không thể hiện được trên bản đồ địa chất tỉ lệ nhỏ. Tuy nhiên, chính trong khoảng địa tầng này có một phân vị mang tên Phong Nha - tên của vùng thắng cảnh, đồng thời bao gồm khối đá vôi tạo nên cửa động Phong Nha, nên xin được giới thiệu.

Hệ tầng do Lê Hùng (trong Vũ Khúc và nnk, 1984) xác lập. Trong vùng Phong Nha - Kẻ Bàng, hệ tầng lộ ra ở vùng cửa động Phong Nha, cửa Hang Tối, dọc theo sông Chày, đoạn đầu của Đường 20. Hệ tầng được chia làm 3 phần:

- Phần dưới: Chủ yếu gồm đá vôi màu xám, dạng khối hoặc phân lớp dày. Bề dày khoảng 100m. Đá vôi này chứa hoá thạch San hô bốn tia, San hô vách đáy, Tay cuộn và Trùng lỗ thuộc phức hệ Cystophrentis - Quasiendothyra, tuổi Famen. Tập đá này đã cấu tạo nên cửa động Phong Nha nổi tiếng và cả cửa Hang Tối ở phía Tây Nam của Phong Nha. Tại cửa Hang Tối có một tảng đá to trên đó chứa dày đặc hoá thạch San hô bốn tia trông như­ hoa đá. Đó là các hoá thạch thuộc giống Cystophrentis rất dễ nhận biết. Đá ở cửa động Phong Nha chứa nhiều hoá thạch San hô vách đáy thuộc giống Syringopora, San hô bốn tia (Cystophrentis sp., Fedorowskia phongnhaensis Khoa và Trùng lỗ (Foraminifera): Septatournayella cf. rauserae Lipina, S. potensa Durkina, Septabrunsiina sp., Quasiendothyra cf. radiata Reitlinger.

- Phần giữa: Phần này bắt đầu bằng một số lớp đá vôi màu xám, phân lớp trung bình, xen những lớp mỏng đá sét vôi khi bị phong hoá cho màu nâu, gụ. Những lớp này chứa rất nhiều hoá thạch Tay cuộn nhỏ, kích thư­ớc chỉ bằng đầu đũa. Tiếp lên trên là đá vôi, vôi sét, vôi silic màu xám sẫm, phân lớp vừa và mỏng, càng lên phía trên hợp phần silic càng gia tăng. Bề dày 140m. Trong đá vôi có các di tích Trùng lỗ thuộc đới Bisphaera có tuổi Turne (Carbon sớm) như­ Bisphaera malevkensis Birina, B. elegans Vissarionova, Endothyra sp. và một số dạng hoá thạch Chân bụng.

- Phần trên: Trầm tích lục nguyên silic, gồm đá phiến silic, sét-silic, phiến sét màu xám. Bề dày 30m. Trong phần này hiếm di tích cổ sinh. Mới phát hiện hoá thạch Pseudophillipsia sp. (Bọ ba thuỳ) tuổi Carbon sớm.

Hệ Carbon - thống hạ

Trong quá trình hiệu đính tờ bản đồ địa chất khoáng sản Quảng Bình phần lớn các nhà địa chất đã thống nhất đối với loạt tờ Minh Hoá, chỉ coi khối lượng trầm tích lục nguyên và silic thuộc phần dưới hệ tầng La Khê, (như Fromaget. J., 1912 đề cập tầng đá phiến La Khê chứa Bọ ba thuỳ và Tay cuộn tuổi Vize), phần khối lượng đá vôi ở phần trên được mô tả trong hệ tầng Bắc Sơn.

Hệ tầng La Khê có diện phân bố lộ chủ yếu ở phần trung tâm nhóm tờ thuộc các tờ Xuân Mai, Bãi Dinh + Minh Hoá và diện nhỏ ở tờ Nong Nô + Tây Gát, Xóm Cầu. Chúng thường tạo các dải hẹp, viền quanh các khối hoặc dải núi đá vôi, thường phân bố ở địa hình bóc mòn-xâm thực; có dấu hiệu ảnh hàng không khá rõ ràng, đáng lưu ý là khu vực khối đá vôi Kẻ Bàng - Phong Nha, thuộc tờ Nong Nô + Tây Gát.

Hệ tầng có đặc điểm thạch học là cát sạn kết, đá phiến sét, sét than, bột kết, đá phiến silic, silic xen ít lớp mỏng đá vôi, đá vôi silic và có mặt cắt khá phổ biến ở nhiều nơi.

Thành phần hệ tầng gồm sạn cát kết hạt thô, cát kết ít khoáng, xen lớp mỏng đá phiến sét-silic, đá vôi đen, chuyển lên là đá phiến sét, đá phiến silic, bột kết, lớp mỏng đá vôi. Dày 180-270m.

Mặt cắt đặc trưng của hệ tầng được quan sát ở nhiều nơi, trong đó đáng chú ý là các mặt cắt sau:

+ Mặt cắt Yên Đức - Đồng Hoá thuộc tờ Bãi Dinh + Minh Hoá (E-48-80- C, D) gồm 2 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Cát kết hạt thô, cát kết ít khoáng màu xám sáng, xám xanh xen ít cát bột kết và silic mỏng. Dày >100m.

- Hệ lớp 2: Xen kẽ đá phiến sét, đá phiến silic, silic chứa vôi, phong hoá lỗ hổng như silic hoạt tính, kẹp ít lớp đá vôi. Dày 80-100m. Cùng đường phương về phía Tây Bắc (ngoài tờ) gặp lớp sét than màu đen. Dày 0,2m.

Bề dày chung của mặt cắt là 180-200m.

+ Mặt cắt ở Phú Nguyên thuộc tờ Xuân Mai, gồm 2 hệ lớp:

- Hệ lớp 1: Cát sạn kết hạt thô màu xám sẫm, xám đen hạt là thạch anh, silic xen lớp đá phiến sét, đá vôi mỏng. Dày 150m.

- Hệ lớp 2: Đá phiến sét, bột kết đá phiến silic, đá phiến silic chứa vôi phong hoá dạng lỗ hổng. Dày 100-120m. Cùng phương hệ lớp này chứa Huệ biển Cyclocyclicus cf. perpusillus.

Bề dày mặt cắt 250-270m.

Ở Tây Nam dải đá vôi núi Minh Cầm, trong hệ tầng La Khê còn có lớp sét than.

Mặt cắt Khe Gát (MH.13a) thuộc tờ Nong Nô + Tây Gát chỉ gặp hệ lớp 2 là sự xen kẽ các đá phiến sét, đá phiến sét silic và lớp đá vôi mỏng, dày 120m, chứa phong phú hoá thạch Tay cuộn: Chonetes (Paeckelmannia) politus, Ch.carboniferus, Plicochonetes sp.,... Huệ biển: Cyclocyclicus tieni, Conodonta: Cavugnathus unicornis, Trùng lỗ: Endothyra sp.,

Ở hầu hết các mặt cắt, hệ tầng đều chuyển tiếp lên hệ lớp đá vôi màu đen thuộc hệ tầng Bắc Sơn, chứa phong phú Trùng lỗ Vize muộn.

Đặc điểm thạch học:

- Sạn cát kết hạt không đều kiến trúc cát sạn với kiểu xi măng tiếp xúc, cấu tạo định hướng, hạt vụn thạch anh chiếm 85-89% và khá giàu hạt vụn có thành phần khác: plagioclas, mảnh đá quarsit, thạch anh, silic, đá phiến sericit, phun trào acid, mỗi loại chiếm 1-3%.

- Cát kết ít khoáng và cát kết thạch anh: kiến trúc cát với kiểu xi măng tiếp xúc, cấu tạo khối-định hướng, hạt vụn chủ yếu là thạch anh 85-90%.

- Sét kết kiến trúc biến dư, cấu tạo định hướng, thành phần chủ yếu là sét, sericit, chlorit 96-97%.

- Cát bột kết thạch anh: kiến trúc cát-bột với kiểu xi măng tiếp xúc lấp đầy, cấu tạo định hướng. Thành phần hạt vụn chủ yếu là thạch anh và ít hạt vụn khác.

- Silic - sét: kiến trúc vi hạt, cấu tạo khối, thành phần silic, sét, sericit 94-96%.

- Silicit: kiến trúc ẩn tinh, vi hạt, cấu tạo định hướng. Thành phần chalcedon 57%, vi thạch anh 25%, carbonat 1,5%, lỗ hổng 15% và chứa di tích sinh vật.

- Đá vôi vi hạt: kiến trúc vi hạt, cấu tạo khối. Thành phần calcit 100%.

Cát kết của hệ tầng có thành phần các ôxyt SiO₂ khá cao (94,95%), các ôxyt khác tương tự như cát kết Devon, chỉ có Al₂O₃ và  Na₂O + K₂O thấp hơn.

Bảng 3.3: Thành phần hoá học trung bình đá cát kết trong các địa tầng Paleozoi

Bảng 3.4: Thành phần hoá học các trầm tích silicit khu vực Trung Hoá

Kết quả phân tích 1 mẫu đá vôi và sét kết cho thấy hàm lượng các nguyên tố đất hiếm thấp và tỷ số Rb/Sr < 0,1 gần tương tự như hệ tầng Bắc Sơn, Khe Giữa và một số phân vị Devon.

Các đá cát kết và đá vôi của hệ tầng có giá trị tham số mật độ () ở mức trung bình (2,52 và 2,65g/cm³), còn tham số phóng xạ (I) lại ở mức thấp hơn cả (11.10^-4%U_tđ và 2.10^-4%U_tđ) so với các hệ tầng khác.

Thuộc diện tích nhóm tờ, khi đo vẽ tỷ lệ 1:200.000 hầu như chưa phát hiện hoá thạch trong tầng lục nguyên được xếp vào hệ tầng trước đây. Kết quả đo vẽ tỷ lệ 1:50.000, đã phát hiện khá phong phú hoá thạch, gồm các nhóm sau:

- Tay cuộn: Chonetes (Paeckelmannia) politus, Ch.carbonifenus, Megachonetes sp., Plicochonetes sp., ở Khe Giát.

- Huệ biển: Cyclocyclicus tiensis, C.nodus, Pentagonocylicus bifurcatus ở Khe Gát, Bàu Sen, Cao Quảng... phân bố Turne muộn - Vize.

- Trùng lỗ: Endothyra sp., ở Khe Gát thường phân bố trong Carbon sớm.

- Conodonta: Cavugnathus unicornis ở Khe Gát là dạng thường phân bố trong khoảng ranh giới Turne - Vize.

Các nhóm hoá thạch trên chủ yếu phân bố trong Carbon sớm, trong đó có nhiều loài đặc trưng cho Vize sớm và một số loài có yếu tố Turne muộn. Các dẫn liệu trên là cơ sở để xác định tuổi hệ tầng La Khê là Carbon sớm (chủ yếu là Vize sớm).

Vài nét về môi trường thành tạo:

Sự có mặt phong phú các nhóm hoá thạch trong hệ tầng như Tay cuộn, Huệ biển, San hô, Trùng lỗ,... là nhóm sinh vật bám đáy và ven bờ cùng với đặc điểm xen kẽ các đá phiến sét silic, cát kết, đá vôi, đôi nơi có sét than đã phản ánh môi trường biển nông để thành tạo các trầm tích của hệ tầng.

Kết quả phân tích một số mẫu đá vôi, sét kết của hệ tầng có đặc điểm hàm lượng nhóm nguyên tố đất hiếm thấp và tỷ số Rb/Sr < 0,1, tương tự như các đá có đặc điểm cùng môi trường thành tạo.

Trên biểu đồ phân chia cát kết kiến tạo của Mukul - Bhatia R. cho thấy cát kết hệ tầng chủ yếu thuộc trường rìa lục địa thụ động. Ở khu vực Bắc Trung Bộ, chúng thuộc bồn thềm Paleozoi Đông Dương (Trần Văn Trị, Tống Duy Thanh...1995).