Đảo Cát Bà là đảo lớn nhất trong vịnh Bắc Bộ, thuộc huyện đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng. Đảo cấu tạo chủ yếu từ đá vôi tuổi Carbon – Permi, với nhiều cảnh quan hấp dẫn. Đi sâu vào nghiên cứu về địa chất, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều giá trị độc đáo.

Nhóm các nhà khoa học gồm Tạ Hòa Phương (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội); Trần Trọng Hòa (Viện Địa chất, Viện Khoa học và công nghệ Quốc gia); Trần Đức Thạnh, Nguyễn Hưu Cử (Viện Tài nguyên và Môi trường biển) cho rằng, Cát Bà có tính đa dạng về địa chất, thể hiện ở sự đa dạng về các đặc điểm địa chất (đá, khoáng vật, hóa thạch, địa tầng, cấu trúc, môi trường trầm tích…) và địa hình – địa mạo.

* Đa dạng về thạch học

Đá chủ yếu cấu tạo nên quần đảo Cát Bà là đá vôi, vôi sét. Phần còn lại là sét vôi, vôi cát, vôi silic, đá phiến silic và một ít trầm tích lục nguyên. Mỗi loại đá kể trên cũng có nhiều biến thể, ví dụ riêng trầm tích carbonat có các biến thể sau: đá vôi (màu từ đen đến xám đến trắng), đá vôi vụn sinh vật, đá vôi sét, đá vôi silic, đá vôi bitum, đá vôi chứa ổ và lớp kẹp silic, đá sét vôi, dăm kết vôi, travertin…

Các đá kể trên chủ yếu thuộc về 3 hệ tầng: Tràng Kênh (D2-3 tk), Phố Hàn (D3-C1 ph) và Bắc Sơn (C-P bs). Ngoài ra trên đảo Cát Bà còn có các thành tạo trầm tích tuổi Cenozoi (CZ) phân bố trong các thung lũng giữa núi và dải ven biển.

Vết lộ nếp uốn đẹp (17) và sóng đá (18)

* Đa dạng về đặc điểm cấu tạo đá và cấu trúc địa chất

Theo các nhà khoa học, đá cấu tạo nên quần đáo Cát Bà có những đặc điểm cấu tạo rất phong phú. Đá trầm tích phân lớp từ mỏng, trung bình đến dày (hệ tầng Phố Hàn), trung bình, dày hoặc dạng khối (hệ tầng Tràng Kênh, hệ tầng Bắc Sơn). Rất nhiều tập đá vôi của hệ tầng Phố Hàn có cấu tạo phân dải từ thanh đến thô, có khi sự phân dải không rõ nét, được gọi là phân dải mờ. Trong đá thuộc phần thấp của hệ tầng Phố Hàn, tại mặt cắt ranh giới D/C và trên đường ven biển nối các bài tắm Cát Cò 3 và Cát Cò 1 gặp phổ biến thành tạo dòng chảy rối, biểu hiện bằng cấu tạo lớp phân cấp hạt (turbidit), thuộc tướng sườn nước sâu, chưa gặp trong các thành tạo carbonat khác ở Việt Nam. Thành phần độ hạt phân biệt khá rõ trong phạm vi mỗi lớp đá vôi.

Đá của tập trầm tích lục nguyên – silic thuộc phần giữa hệ tầng Phố Hàn bị vò nhàu, uốn nếp mạnh. Các đá trầm tích carbonat của cùng hệ tầng này cũng bị uốn nếp phức tạp, biểu hiện từ nếp oằn, nếp uốn ngang đến nếp uốn đảo. Rất nhiều đứt gẫy địa chất phát triển trong vùng, tạo thành các hệ thổng đứt gẫy theo phương đông bắc – tây nam, tây bắc – đông nam và á kinh tuyến. Nhiều mặt trượt đứt gẫy đẹp có thể quan sát và nghiên cứu ngay bên đường ô tô, nhất là tại các đoạn qua đèo.

Vì các đá tham gia vào hoạt động uốn nếp và đứt gẫy phức tạp, nên có thể thấy chỗ thì các lớp đá có thế nằm ngang, chỗ thì chúng có thế nằm nghiêng hoặc dựng đứng. Có khi trên những đảo nằm cạnh nhau nhưng các lớp đá trên mỗi đảo có thế nằm hoàn toàn khác biệt.

* Đa dạng về cổ sinh vật

Trong các tầng đá cấu tạo nên quần đảo Cát Bà, nhiều nhóm hóa thạch đã được thuthập và nghiên cứu: San hô bốn tia (Tetracoralla), San hô vách đáy (Tabulata), Tay cuộn (Brachiopoda), Chân rìu (Pelecypoda), Chân bụng (Gastropoda), Huệ biển (Crinoidea), Trùng lỗ (Foraminiferida), Răng nón (Conodonta), Tảo (Algae)… Trong số đó, một số điểm hoá thạch đẹp đáng được bảo vệ như một danh thắng địa chất (geosite) có thể khai thác phục vụ du lịch.

* Đa dạng về địa hình – địa mạo

Quần đảo Cát Bà là phần ven rìa phía tây của cánh đồng karst Hạ Long bị nước biển xâm thực. Đây là dạng karst đặc biệt, một trong những nguyên nhân tạo nên sự hấp dẫn của vịnh Hạ Long và các đảo đá vôi lân cận.

Lớp đá vôi có thế nằm đơn nghiêng ở một số đảo đá vôi trên vịnh Lan Hạ (21); Hóa thạch san hô vách đáy (22)

Những dạng địa hình karst thường gặp trên đảo Cát Bà có thể thấy ở nhiều nơi khác. Về địa hình dương, phổ biến nhất là các dãy núi đá vôi với các đỉnh dạng chóp, ít gặp hơn là các quả núi đá vôi đơn độc dạng tháp. Về địa hình âm, trên đảo Cát Bà có nhiều phễu karst, thung lũng karst và hang động karst. Trên bề mặt các khối đá vôi trên đảo Cát Bà cũng như trên các đảo nhỏ trong quần đảo thường phát triển địa hình rãnh xẻ (carư), nhiều chỗ tạo nên loại đá tai mèo nhọn sắc.

Hệ thống thuỷ văn của đáo Cát Bà mang tính độc đáo của vùng karst điển hình. Các dòng chảy trên mặt đất thường là dòng tạm thời, có lưu lượng nước khá lớn vào thời kỳ mưa nhiều, nhưng phần lớn thời gian trong năm thì cạn kiệt, phơi lòng.

Một đặc điểm lý thú của vùng địa hình karst bị biển xâm thực là nhiều phễu karst và thung lũng karst bị ngập một phần trong nước biển. Các thung lũng karst khi bị ngập nếu có một đầu ăn thông ra biển được dân địa phương gọi là tùng. Ở Cát Bà có tùng Gấu lớn nhất, ăn sâu vào đảo đến 5 km. Cảnh quan tùng Gấu hoàn toàn xứng đáng được xem là một kỳ quan địa chất độc đáo.

Dạng hồ nước mặn (hoặc lợ) hình thành từ các phễu karst ngập nước được dân địa phương gọi là áng cũng hay gặp trong vùng. Chúng thường tạo nên những cảnh quan đẹp, là môi trường sinh sống đặc biệt của sinh vật. Từ đó thường phát sinh các loài sinh vật đặc hữu.

Hang động karst trên các đảo đá vôi cũng mang những nét riêng. Chúng được chia thành 3 loại, phụ thuộc vào hình thái, thời gian và điều kiện thành tạo: hang ngầm cổ, hang nền và hang hàm ếch (một biến thế của hang hàm ếch là hang luồn).

* Đa dạng về môi trường thành tạo trầm tích

Có thể nói, tuy quần đảo Cát Bà có diện tích không lớn, nhưng các đá trong vùng đã được hình thành từ những môi trường rất khác nhau. Đá của hệ tầng Tràng Kênh được hình thành trong môi trường biển từ sâu đến nông, chứa hóa thạch Răng nón, Trùng lỗ, San hô.

Đá của hệ tầng Phố Hàn (D3-C1 ph) đã hình thành trong điều kiện nước sâu là chủ yếu: phần thấp của hệ tầng đá có cấu tạo lớp phân cấp hạt (turbidit) khá rõ; phổ biến loại đá vôi chứa silic, phân lớp mỏng; có mặt các hóa thạch Răng nón tướng biển sâu tuổi D3-C1.