Phức hệ Po Sen do Trần Quốc Hải (1967) [6] xác lập để chỉ các thành tạo migmatit và granitoid của khối Po Sen. Phức hệ đă được nhiều nhà địa chất trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu từ lâu, nhưng vấn đề tuổi thành tạo phức hệ hiện vẫn còn nhiều tranh luận và chưa có các chứng cứ khoa học thoả đáng để kết luận (xem: Phức hệ Po Sen, trang 32-38, trong [1]). Theo Đŕo Đěnh Thục và Huỳnh Trung (1995) [1] thì tài liệu tin cậy nhất hiện có về tuổi của phức hệ là quan hệ phủ bất chỉnh hợp của hệ tầng Sa Pa lên phức hệ đang xét do Bùi Phú Mỹ và Phan Viết Kỷ quan sát được (1978). Quan sát đó cho phép xác định tuổi của phức hệ Po Sen là cổ hơn tuổi hệ tầng Sa Pa (cổ hơn Vend). Cho đến nay mới có một kết quả 760± 25 triệu năm (tr.n) [7] tài liệu tuổi đồng vị phóng xạ (tuổi tuyệt đối) công bố cho phức hệ, và một vài số liệu gần đây về đồng vị Ar-Ar phân tích từ mica cho giá trị xấp xỉ 40 tr.n., xác định tuổi nguội lạnh trong quá trình biến chất - biến dạng liên quan với đới trượt Sông Hồng [3]. Bài báo này trình bày những kết quả về tuổi đồng vị U-Pb phân tích zircon bằng phương pháp SHRIMP; đây là những cố gắng đầu tiên nhằm xác định tuổi nguyên sinh (tuổi kết tinh magma) cho phức hệ Po Sen đang xét.

Zircon dùng trong nghiên cứu này được tuyển chọn từ một mẫu granit-migmatit thu thập từ khối Po Sen, mẫu RR29 (22° 22'02" độ vĩ B, 103° 47'59" độ kinh Đ). Các hạt zircon chủ yếu có dạng tự hình, dạng lưỡng tháp, kích thước hạt dài từ 100 đến 500 m m. Sau khi tuyển zircon được gắn vào một đĩa nhựa epoxy cùng với các hạt zircon tiêu chuẩn, và được đánh bóng (bằng keo bột kim cương 0,25 m m) để lộ phần trung tâm hạt. Mẫu zircon sau khi đánh bóng, được phân tích đặc điểm cấu trúc phân đới bên trong bằng kỹ thuật phân tích hiển vi điện tử quét (SEM: Scanning Electronic Microscop) tại Viện Địa chất, Đại học Tổng hợp Tokyo. Thủ tục chuẩn bị này còn giúp chọn những "vùng" thích hợp trong tinh thể zircon (những vùng không có khuyết tật, sạch) để phân tích SHRIMP U-Pb tiếp theo. Các phân tích SHRIMP U-Pb được tiến hành tại Phòng Thí nghiệm SHRIMP, Đại học Hiroshima, Nhật Bản. Quy trình chuẩn bị mẫu, kỹ thuật phân tích và tính toán sai số SHRIMP U-Pb trong nghiên cứu này hoàn toàn tương tự kỹ thuật đă được chúng tôi trình bày chi tiết ở một bài báo khác [5].

Hình 1 là ảnh SEM của một số hạt zircon từ phức hệ Po Sen. Hầu hết các hạt zircon đều thể hiện cấu trúc phân đới bên trong rõ ràng, có dạng tự hình, chứng tỏ chúng đă kết tinh từ dung thể magma. Tuy nhiên, trong số zircon phân tích gặp một hạt đẳng thước, cấu trúc phân đới kém tự hình hơn các hạt khác, và nhân của nó có dạng mài mòn (Hình 1a; hạt mang số hiệu RR29.01 trong Bảng 1). Kết quả phân tích SHRIMP U-Pb cho thấy nhân này có tuổi cổ hơn phần rìa của nó và tất cả các hạt zircon khác. Hạt zircon này được coi là di sót của vật liệu trầm tích có trước trong thành phần của thực thể magma.

Kết quả 13 điểm phân tích trên 8 đơn hạt zircon (gồm 8 điểm phân tích ở nhân và 5 điểm phân tích ở rìa tinh thể) được liệt kê chi tiết ở Bảng 1, và được trình bày trên giản đồ trùng hợp Tera-Wasserburg ở hình 2. Kết quả cho thấy, phần lớn các điểm phân tích tuổi U-Pb zircon phức hệ Po Sen phân bố gần đường cong trùng hợp trên một khoảng khá rộng, từ 650 đến 850 tr.n., với giá trị trung bình tại 751± 7 tr.n. (giá trị trung bình trọng lượng) (Hình 2, Bảng 1). Một kết quả phân tích (mang ký hiệu RR29.03.01 ở Bảng 1) nằm xa đường cong trùng hợp, có thể do ảnh hưởng của sự xáo trộn các đồng vị hậu kết tinh. Đặc biệt có một phân tích cho kết quả tuổi U-Pb gần trùng hợp đạt giá trị 1800 tr.n. (Hình 2; RR29.01.1 trong Bảng 1). Giá trị tuổi cổ này nằm ở nhân mài mòn của hạt zircon có cấu trúc phân đới kém tự hình, và được một rìa trẻ 742± 29 tr.n. mọc chồng lên (Hình 1a).

Hình 1. ảnh SEM (hiển vi điện tử quét) zircon của phức hệ Po Sen.
Các hạt thể hiện cấu trúc phân đới khá tự hình.

Hình 2. Giản đồ Tera-Wasserburg cho zircon phức hệ Po Sen (đường cong xác định
tuổi trùng hợp U-Pb: đường cong trùng hợp). Giá trị trung bình 751± 7 tr.n.
là giá trị tuổi trung bình của 12 điểm phân tích.

Kết quả phân tích SHRIMP U-Pb zircon trong nghiên cứu này cho thấy hầu hết zircon của phức hệ Po Sen có cấu trúc phân đới tự hình kiểu kết tinh từ dung thể magma đều cho tuổi tập trung ở 751± 7 tr.n. gần đường cong trùng hợp (Hình 2). Giá trị SHRIMP U-Pb 750 tr.n. được minh giải là tuổi kết tinh magma của phức hệ Po Sen. Tuy nhiên do giá trị tuổi của các đơn tinh thể phân bố gần đường cong trùng hợp trên một khoảng rộng (650-850 tr.n.) (Hình 2), nên hiện vẫn chưa rõ nguồn magma kết tinh chậm chạp trong khoảng thời gian gần 200 tr.n. đó hay nó gồm nhiều pha ngắn.

Wang et al. (1999) [7] thông báo kết quả tuổi 760± 25 tr.n. cho zircon phức hệ Po Sen [6], phân tích bằng phương pháp TIMS U-Pb (TIMS: Thermal Ion Mass Spectrometer) trên zircon đơn hạt. Các phân tích TIMS U-Pb đă được nhóm tác giả này thực hiện cho 6 đơn hạt, trong đó 5 hạt có tuổi phân bố tập trung trong khoảng 676 - 776 tr.n. gần đường cong trùng hợp, và 1 hạt có tuổi trẻ hơn (²⁰⁷Pb-²⁰⁶Pb là 585 tr.n.) (tài liệu trao đổi cá nhân). Trên giản đồ trùng hợp (giản đồ ²⁰⁶Pb/²³⁸U - ²⁰⁷Pb/²³⁵U), 6 kết quả TIMS U-Pb zircon này tạo nên giá trị trung bình tại 760± 25 tr.n., và có điểm cắt trên (upper-intercept) và cắt dưới (lower-intercept) tương ứng tại 885± 96 tr.n. và 490± 66 tr.n. Giá trị tuổi cắt trên 885± 96 tr.n. có lẽ do ảnh hưởng pha trộn của hợp phần di sót, kế thừa trong nhân cổ hơn của zircon (sẽ được trình bày dưới đây) tạo ra. Giá trị tuổi cắt dưới 490± 66 tr.n., có lẽ liên quan với các pha nhiệt kiến sinh hậu kết tinh (làm thất thoát bộ phận Pb phóng xạ). Như vậy các kết quả TIMS U-Pb nhìn chung khá phù hợp với kết quả SHRIMP U-Pb trong nghiên cứu này.

Kết quả SHRIMP U-Pb trong nghiên cứu này cho thấy có những nhân zircon phức hệ Po Sen có tuổi cổ hơn nhiều so với tuổi kết tinh magma 750 tr.n. (Bảng 1; Hình 2). Hình 1a thể hiện ảnh SEM của hạt zircon đă phân tích, có một nhân cổ 1809± 21 tr.n. được bao quanh bằng một rìa mọc chồng có tuổi 742± 29 tr.n. Như đă trình bày ở phần trên, giá trị tuổi cổ (1809± 21 tr.n.) ở nhân có cấu trúc phân đới kém tự hình (Hình 1a) được coi là tuổi của thành phần di sót các thành tạo vỏ Trái đất vây quanh thể magma trong quá trình magma kết tinh. Nhân của tinh thể zircon này thể hiện đặc điểm mài mòn của vật liệu trầm tích, chứng tỏ các đá vây quanh là các đá trầm tích có tuổi Paleoproterozoi (không trẻ hơn 1800 tr.n.). Phần rìa trẻ hơn (742± 29 tr.n.) mọc chồng lên nhân "trầm tích cổ", có tuổi phù hợp với các zircon magma khác. Kết quả này minh chứng cho hợp phần magma nguồn gốc tái nóng chảy (granit kiểu S; còn được gọi là nguồn gốc siêu biến chất [1]) trong thành phần của phức hệ Po Sen, và phù hợp với các quan sát địa chất về sự phổ biến các thành tạo migmatit của phức hệ [1].

Lan et al. (2000) trên cơ sở nghiên cứu đặc điểm địa hoá và đồng vị Sr-Nd các đá granit phức hệ Po Sen đă nhận thấy có sự không phù hợp trong đặc điểm thành phần đồng vị Nd với đặc điểm các nguyên tố vết [2]. Theo các tác giả này, thành phần đồng vị Nd của phức hệ Po Sen mang đặc điểm của granit kiểu S, trong khi các nguyên tố vết phản ánh đặc điểm đặc trưng của granit kiểu I (kiểu magma thực thụ có nguồn gốc từ manti). Vì sự tương phản đó, mặc dù họ xếp granit phức hệ Po Sen vào kiểu I, các tác giả này vẫn giả thiết mô hình nguồn gốc tái nóng chảy thành phần vỏ Trái đất cổ hơn kết hợp với nguồn magma đáng kể mang tới từ manti (magma tuổi 750 tr.n.) cho phức hệ Po Sen. Kết quả SHRIMP U-Pb zircon trong nghiên cứu này phù hợp với mô hình hỗn hợp trên, và phản ánh đặc điểm phức tạp trong nguồn gốc của phức hệ như các tác giả khác trước đây đă đề cập [1].

Cùng với sự khẳng định tuổi Archei 2.900 tr.n. cho protolit phức hệ Ca Vịnh [4], việc xác định tuổi nguyên sinh (tuổi kết tinh magma) 750 tr.n. cho phức hệ Po Sen trong nghiên cứu này cho thấy sự gần gũi về mặt địa niên đại của móng kết tinh khu vực nghiên cứu (Tây Bắc Bộ) với móng kết tinh nền Dương Tử, Nam Trung Hoa. Lịch sử tiến hoá kiến tạo vỏ lục địa Nam Trung Hoa (trong đó có cả phần Bắc Việt Nam nằm ở phía bắc đới khâu Sông Mã) vẫn còn trong tranh luận. Một số tác giả cho rằng Nam Trung Hoa là một khối nền thống nhất từ Tiền Cambri. Nhưng nhiều tác giả khác lại cho rằng Nam Trung Hoa là kết quả xô đụng và ghép nối giữa mảng Dương Tử và mảng Cathaysia. Thời gian xảy ra sự kiện xô đụng này được các tác giả khác nhau xác định khác nhau: Meso-Neoproterozoi, Ordovic-Silur (tương ứng với tạo núi Caledon), và Paleozoi muộn-Mesozoi sớm (tương ứng với tạo núi Indosini).

Trên lãnh thổ Việt Nam, các tài liệu minh chứng cho các pha kiến tạo cổ Tiền Cambri còn rất nghèo nàn, khác với các tài liệu phong phú (kể cả tài liệu niên biểu đồng vị phóng xạ) cho các pha kiến tạo Indosini và Caledon. Phức hệ Po Sen có tuổi 750 tr.n., hoàn toàn tương ứng với các granit kiểu S cùng tuổi khá phổ biến trong đới Jiangnan (Nam Trung Hoa), có thể cung cấp một chứng cứ tin cậy về sự có mặt của pha kiến tạo Meso-Neoproterozoi này (một số văn liệu gọi là tạo núi Jinning; tương ứng với tạo núi Pan-African ở châu Phi) trên lãnh thổ Việt Nam. Hiện nay khá nhiều tác giả tin rằng trong thời gian tạo núi Jinning (750-950 tr.n.) đă xảy ra pha xô đụng giữa mảng khối nền Dương Tử ở phía bắc với mảng Cathaysia ở phía nam để tạo nên lục địa Nam Trung Hoa. Phức hệ Po Sen có thể xem là kết quả của sự xô đụng đó.

Đới đứt gẫy Sông Hồng là một ranh giới địa chất quan trọng ở châu Á, kéo dài trên 1000 km từ Tây Tạng qua Vân Nam (Trung Quốc) tới vịnh Bắc Bộ. Đới đứt gẫy hoạt động mạnh và biểu hiện rõ trượt bằng trái trong thời gian Đệ tam, với biên độ dịch chuyển rất lớn, mặc dù cự ly dịch chuyển tuyệt đối vẫn đang còn trong tranh luận. Phức hệ Po Sen nằm trực tiếp phía nam đới trượt Dãy Núi Con Voi, cùng với các thành tạo Archei của phức hệ Ca Vịnh, có thể là một dấu hiệu tốt nếu liên hệ với các phức hệ tương ứng phân bố ở phía bắc đới đứt gẫy Sông Hồng trên địa phận Vân Nam (Trung Quốc) để xác định biên độ dịch chuyển ngang cho đới đứt gẫy quan trọng này.

1. Tuổi kết tinh magma (tuổi nguyên sinh) của phức hệ Po Sen là 750-760 tr.n. xác định bằng phương pháp SHRIMP U-Pb và TIMS U-Pb trên zircon của phức hệ.
2. Các nhân zircon cổ có tuổi 1800 tr.n. trong phức hệ Po Sen là di sót của vật liệu đá trầm tích vây quanh khi thể magma nóng chảy xuyên lên và kết tinh. Các nhân cổ này xác định các thành tạo vỏ Trái đất vây quanh thể magma có tuổi Paleoproterozoi (không trẻ hơn 1800 tr.n.).

Lời cảm ơn: Zircon dùng trong nghiên cứu này do GS.TS. Sun-Lin Chung tuyển và cung cấp. Các phân tích SHRIMP U-Pb thực hiện tại Đại học Hiroshima với sự giúp đỡ kỹ thuật của GS.TS. Yuji Sano và TS. Kentaro Terada. Tác giả chân thành cám ơn những hợp tác và giúp đỡ quý báu đó. Công trình hoàn thành trong khuôn khổ Đề tài khoa học NCCB mã số 710402 của Hội đồng Khoa học tự nhiên.

1. Đŕo Đěnh Thục, Huỳnh Trung (đồng chủ biên), 1995. Địa chất Việt Nam. Tập II. Magma. Cục Địa chất Việt Nam, Hà Nội, 359 tr.

2. Lan C. Y., Chung S. L., Shen J. J. S., Lo C. H., Wang P. L., Tran Trong Hoa, Hoàng Huu Thanh, Mertzman S. A., 2000. Geochemical and Sr-Nd isotopic characteristics of granulitic rocks from northern Vietnam. J. Asian Earth Sciences, 18: 267-280.

3. Maluski H., Lepvrier C., jolivet l., Carter A., Roques D., Beyssac O., Tạ Trọng Thắng, Nguyễn Đức Thắng, Avigad D., 2001. Ar-Ar and fission track ages in the Sông Chảy Massif: Early Triassic and Cenozoic tectonics in northern Vietnam. J. Asian Earth Sciences, 19: 233-248.

4. Trần Ngọc Nam, 2001. Tuổi của các phức hệ Ca Vịnh và Xóm Giấu: Chứng liệu tin cậy đầu tiên từ phân tích SHRIMP U-Pb zircon. TC Địa chất, 262: 1-11. Hà Nội.

5. Tran Ngoc Nam, Sano Y., Terada K., Toriumi M., Phan Van Quynh, Le Tien Dung, 2001. First SHRIMP U-Pb zircon dating of granulites from the Kontum massif (Vietnam) and tectonothermal implications. J. Asian Earth Sciences, 19: 77-84.

6. Trần Quốc Hải, 1967. Một vài ý kiến về thành tạo Po Sen. Địa chất, 75: 8-16; 76 : 4-9. Hà Nội.

7. Wang P. L., Lo C. H., chung S. L., lan C. Y., lee T. Y., lee H., 1999. Early Tertiary uplifting of the Tibet plateau: Evidence from 40Ar/39Ar thermochronological data for granitoid in northern Vietnam. Eos, 80: F1043-F1044.

Zircons separated from an orthogneiss sample of the Po Sen Complex were dated to determine the protolith age for the complex. Twelve SHRIMP U-Pb zircon analyses give concordant ages concentrated at 751± 7 Ma (weighted mean), and one inherited zircon core gives age of 1809± 21 Ma. TIMS U-Pb zircon dating of the complex yields 760± 25 Ma, consistent with SHRIMP U-Pb dates. These results indicate the protolith of the Po Sen Complex (primary magma crystallization age) to be Neoproterozoic (ca. 750 Ma).