BIẾN DẠNG VÀ TIẾN HOÁ NHIỆT  ĐỘNG ĐỚI  PHAN SI PAN TRONG KAINOZOI

PHAN TRỌNG TRỊNH¹, HOÀNG QUANG VINH¹,
HERVE LELOUP², PAUL TAPPONNIER²

¹Viện Địa chất, Viện KH & CN VN
²Institut de Physique du Globe de Paris

Tóm tắt: Bài báo trình bày đặc điểm biến dạng và tiến hóa nhiệt động của đới Phan Si Pan, nằm ở tây nam đới trượt cắt Dãy Núi Con Voi. Sự phân phiến cắm rất dốc về TB-ĐN và cấu trúc tuyến gần nằm ngang đã quan sát được ở cả hai bên thể nền granit Po Sen. Thể nền granit Yê Yên Sun đôi chỗ thể hiện sự phân phiến thô với phương TB-ĐN. Sự phân phiến này có thể thấy trên địa hình dọc theo đứt gãy ngang-trái, chuyển dịch granit 20 km. Quan sát thực địa cho thấy sự xâm nhập đồng kiến tạo của granit Yê Yên Sun. Ở Bát Xát thấy hai pha nguội ở khoảng 41 và 25 tr.n., phân cách bởi một giai đoạn đẳng nhiệt ở khoảng 285⁰C. Ở rìa TN của khối granit Po Sen, felspat K cho một phổ tuổi khoảng 22± 0,4 tr.n. và 26,7±0,5 tr.n. Sự kiện nguội chính trên toàn đới Phan Si Pan xảy ra ở khoảng 35 tr.n. Pha nguội nhanh xảy ra ứng với 28 tr.n. đối với granit Yê Yên Sun, 27 tr.n. đối với granit Po Sen và 25 tr.n. ở mặt cắt Bát Xát. Tuổi của pha nguội tăng theo chiều ĐB xuống TN dọc theo mặt cắt thẳng góc với đới trượt cắt Sông Hồng.

MỞ ĐẦU

Nghiên cứu hoạt động kiến tạo của đới đứt gãy Sông Hồng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng không chỉ giúp tìm hiểu cơ chế biến dạng thạch quyển mà còn làm sáng tỏ vai trò sinh khoáng và đánh giá giảm nhẹ thiên tai của khu vực. Những nghiên cứu khảo sát có hệ thống từ những năm 90 dọc theo đới đứt gãy Ailao Shan - Sông Hồng [2, 3, 5] đã thu được những kết quả chính sau: 1) Biến dạng dẻo xảy ra dọc đới trượt cắt (shear zone) hẹp có khả năng chuyển dịch trượt bằng hàng trăm kilomet; 2) Chuyển dịch trượt bằng xảy ra trong hàng chục triệu năm; 3) Đới trượt bằng cắt qua thạch quyển dẫn tới làm mở biển rìa. Tuy nhiên, còn nhiều vấn đề cần được thảo luận và tiếp tục nghiên cứu như:  Biên độ chuyển dịch toàn bộ của  đới trượt cắt Sông Hồng là bao nhiêu? Biên độ chuyển dịch thay đổi dọc theo đứt gãy như thế nào? Khả năng bị chắn của chuyển dịch trượt bằng bởi các hoạt động xiết ép và tách giãn ra sao? Chính xác hoá thời điểm nghịch đảo kiến tạo? Đới đứt gãy Sông Hồng là đới đứt gãy mới hay là kế thừa từ đới đứt gãy cổ hơn? Tiến hoá điều kiện nhiệt động và biến dạng như thế nào? Đới đứt gãy Sông Hồng tiếp tục kéo dài ra biển ra sao? Một câu hỏi đặc biệt quan trọng là biến dạng ở đới lân cận đới đứt gãy Sông Hồng xảy ra như thế nào và quá trình tiến hoá địa nhiệt ra sao? Trong bài viết này chúng tôi công bố những số liệu mới về đặc điểm biến dạng và tiến hóa nhiệt động của đới Phan Si Pan kề sát với đới Dãy Núi Con Voi góp phần tìm hiểu biến dạng và tiến hoá nhiệt động của đới Sông Hồng và lân cận trong Kainozoi.

I. ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG

Khối batholit granit Po Sen đã được coi như cấu tạo khúc dồi bị biến dạng ở phần rìa trong Kainozoi [3, 4]. Theo mặt cắt Bát Xát, mặt phân phiến tạo thành bởi định hướng của các khoáng vật biotit, đôi khi là muscovit, ở một vài nơi là các dải mylonit theo mặt cắt vuông góc với mặt phiến đồng thời song song với cấu tạo tuyến. Thường quan sát được cấu tạo C/S trên đá orthogneis. Mặt cắt C thường lệch về phía đông so với mặt phiến S. Điều đó minh chứng cho dịch trượt trái dọc theo đới tây bắc - đông nam. Quan sát chi tiết, ta có thể phân biệt 2 loại mặt cắt. Loại thứ nhất nghiêng với mặt phân phiến dưới một góc hẹp 0-25⁰. Loại mặt cắt thứ hai khá phân tán với góc nghiêng lớn hơn, thay đổi từ 25 đến 35⁰. Ở phần trên của mặt cắt, về phía tây nam, các đá gneis tiếp xúc bất chỉnh hợp với đá hoa. Hoạt động trượt chờm xảy ra trên tầng đá hoa này, dọc theo đứt gãy nghịch phương tây bắc - đông nam. Theo mặt cắt Lào Cai - Sa Pa, ở tây nam sông Hồng, có thể quan sát thấy đá phiến và đá hoa ứng với mô tả trên bản đồ địa chất là Paleozoi sớm. Chúng bị đứt gẫy trẻ thuận - trượt bằng phải cắt qua. Đầu mút tây nam của đứt gãy ứng với đứt gãy đang hoạt động dạng cánh gà. Các đứt gãy này bao khối granit Po Sen. Thành phần của granit Po Sen gồm granođiorit, granit migmatit có tuổi Paleozoi [10].

Dọc theo mặt cắt Lào Cai - Sa Pa, có thể quan sát thấy các biến dạng ở nhiệt độ thấp. Các đới trượt cắt nhiệt độ thấp được tạo thành nhờ các mặt có chứa chlorit. Gần đứt gãy thuận đang hoạt động ở rìa đông bắc của khối granit (vị trí B1), đới trượt cắt nghiêng về phía đông bắc và minh chứng cho biến dạng tách giãn. Ở phần giữa khối granit, các đới trượt cắt hầu như  dốc đứng và dịch trượt bằng trái. Dọc theo rìa tây nam của khối granit Po Sen, có thể quan sát thấy đá orthogneis, kết quả của biến dạng sâu hơn. Các mặt phiến kéo dài theo phương tây bắc - đông nam, góc cắm thay đổi từ dốc đứng tới 40⁰, nghiêng về phía đông bắc. Cấu trúc dạng tuyến (lineation) luôn luôn gần nằm ngang. Cấu tạo C/S thể hiện rõ trong đới trượt cắt. Các mặt cắt nghiêng nhiều hơn về phía đông so với mặt phiến minh chứng cho chuyển dịch trượt trái dọc theo đới trượt cắt này. Các đá gneis và đá hoa phân bố ở ranh giới giữa granit Po Sen và khối batholit Yê Yên Sun. Các đá này thuộc về hai đơn vị cấu trúc là lớp phủ chờm Sa Pa và biến chất Phan Si Pan. Lớp phủ Sa Pa có dạng như một bồn tắm, thoải ở đáy và dốc đứng ở rìa tây nam. Lớp phủ chờm Sa Pa chủ yếu gồm đá hoa gần như nằm ngang, phương tây bắc - đông nam. Cấu trúc tuyến luôn có phương tây bắc - đông nam. Cấu tạo khúc dồi amphibolit nằm ở phần đáy của lớp phủ. Lớp phủ Sa Pa trượt chờm lên dải biến chất Phan Si Pan, có trục nếp uốn với phương bắc-nam.

Các đá biến chất Phan Si Pan gồm đá phiến, gneis và đá hoa. Cấu trúc tuyến hầu như gần song song với hướng cắm của mặt phiến. Sau khi xoay trục nếp uốn, phương của tuyến gần trùng với phương đông-tây, các cấu trúc tuyến và nếp uốn muộn hơn là kết quả của biến dạng tiến triển (progressive) trong pha xiết ép đông-tây. Uốn nếp sau bị lớp phủ Sa Pa chờm lên có phương chuyển dịch song song với phương trượt trái ở rìa khối granit Po Sen. Khối batholit granit Yê Yên Sun xâm nhập, xuyên cắt đá biến chất Phan Si Pan, nhưng thường phân cách với đá  biến chất bởi đứt gãy đang hoạt động. Đứt gãy đang hoạt động là đứt gãy thuận, trượt bằng phải. Thành phần của khối batholit Yê Yên Sun gồm granit kiềm, granosyenit biotit. Khối đã trải qua 6 pha hoạt động magma. Pha xâm nhập cuối là xâm nhập aplit và pegmatit. Phân tích bằng phương pháp K-Ar trên amphibol và biotit trước đây cho tuổi từ 41 đến 72 triệu năm [10].

Granit Yê Yên Sun mặc dù không bị biến dạng mạnh, nhưng có thể quan sát thấy các mặt phiến kéo dài theo phương tây bắc - đông nam. Các mặt phiến quan sát được dọc theo đới đứt gãy trượt bằng trái làm xê dịch khối granit với biên độ xấp xỉ 20 km (Hình 1). Một số mạch xâm nhập muộn hơn đã cắt các mặt phiến trong khi một số mạch xâm nhập khác lại bị phiến hoá minh chứng là các mạch xâm nhập hình thành cùng giai đoạn biến vị của khối granit Yê Yên Sun. Granit Yê Yên Sun cũng chịu biến vị của đới dịch trượt chlorit muộn hơn giống như ở khối granit Po Sen. Dịch về phía nam, có thể quan sát thấy granit Yê Yên Sun phân cắt phức hệ granitoiđ Phu Sa Phin. Sườn tây nam của khối granit Yê Yên Sun rất dốc. Các mặt pha sét tam giác và thung lũng treo minh chứng sườn này là một đứt gãy thuận đang hoạt động.

Dưới trầm tích Đệ tứ ở cánh hạ của đứt gãy thuận, các đá trầm tích Trias nằm bất chỉnh hợp dưới trầm tích màu đỏ Creta. Các đá cát kết bị khối xâm nhập kiềm Pu Sam Cap xuyên cắt. Phức hệ Pu Sam Cap được xác định có tuổi Paleogen, nhờ phân tích ⁴⁰Ar/³⁹Ar mẫu đá tổng. Đáng lưu ý là chính khối Pu Sam Cap cũng bị dịch trượt với biên độ khoảng 15 km dọc theo một đứt gãy phương tây bắc - đông nam (Hình 2). Một vùng rộng lớn ở Tây Bắc Bộ với diện tích xấp xỉ 4000 km² bị phức hệ đá phun trào Tú Lệ phủ chồng (Hình 1). Đá phun trào ở đây có thành phần rất khác nhau: bazan được định tuổi trên bản đồ địa chất là Jura, ryolit và trachyt được định tuổi là Creta, xen kẹp với tuf và cát, bột kết [10]. Các đá trên bị phức hệ đá xâm nhập Mù Cang Chải xuyên cắt gồm gabrođiabas, gabrođiorit, pyroxenit, lamprophyr và cả phức hệ  Phu Sa Phìn gồm syenit thạch anh, granit kiềm và á kiềm. Tuổi của biotit và horblenđ bằng phương pháp K-Ar dao động từ 81 tới 108 triệu năm. Nhìn toàn cục, các phức hệ đá phun trào Tú Lệ hầu như không chịu hoạt động biến dạng của đới đứt gãy Sông Hồng trong Kainozoi. Tuy nhiên, có một số đá bị mylonit hoá. Theo Trần Văn Trị và nnk [10], các đá xâm nhập nông thường đi liền với đới trượt cắt, đặc biệt gần rìa đới Tú Lệ.

II. TUỔI BIẾN DẠNG TIẾN HOÁ NHIỆT ĐỘNG CỦA DÃY NÚI CON VOI

 Để dễ dàng đối sánh với tuổi biến dạng và tiến hoá nhiệt động của đới Phan Si Pan và Dãy Núi Con Voi, chúng tôi thấy cần nhắc vắn tắt lại những kết quả phân tích đã công bố trước đây [3, 4]. Theo mặt cắt Bảo Yên - Bảo Hà, felspat kali trong mẫu V12 phản ánh hai pha nguội nhanh. Pha đầu bắt đầu vào 37 tr.n. và pha hai vào 23 tr.n. Mô hình lan truyền (diffusion) phản ánh hai pha nguội nhanh vào 42 và 23 tr.n. Do thừa argon và năng lượng kích hoạt rất cao, chỉ phần trẻ của chu trình nguội mới được thể hiện, nên quá trình có thể nguội sau 42 tr.n.

Mẫu V4 tại vùng Tân Hương, Yên Bái gồm biotit và felspat kali. Felspat kali cho tuổi tương ứng với tuổi ở mẫu V12. Tuổi trung bình là 23 ± 0,1 tr.n. Mẫu felspat kali V1 ở Bãi Bằng cho tuổi giống như V4 và V12. Tuổi trung bình là 22,5 ± 1 tr.n. Giá trị tuổi cao nhất xác định được là 27 tr.n. Mẫu lấy tại Núi Gôi, Ninh Bình V126 cho tuổi 27,4 ± 0,6 tr.n. với sự thừa nhẹ Ar. Tuổi nghịch đảo đẳng thời là: 27,5 ± 0,6 tr.n. Hầu hết các số liệu đã công bố cho thấy Dãy Núi Con Voi nguội từ 350 đến 150^oC trong khoảng 25 tới 22 tr.n. Do thiếu số liệu U-Pb, lịch sử nguội trên 350^oC được dựa trên phân tích felspat kali (450-300^oC) và amphibol (500-520^oC). Hầu hết amphibol có tuổi 25,8 tr.n. cho thấy nhiệt độ cao còn kéo dài tới 26 tr.n. Giải thích đơn giản cho toàn bộ Dãy Núi Con Voi là nhiệt độ trên 450^oC kéo dài tới 27 tr.n. rồi sau đó nguội rất nhanh. Hầu hết đường P-T xác lập bởi nhiệt áp kế sẽ được tính từ 27 tr.n. Một số tài liệu cho tuổi già hơn 27 tr.n. Những số liệu này cho thấy nhiệt độ không cao hơn 450^oC đã kéo dài vài triệu năm trước lần nguội cuối cùng.

Nhìn chung toàn đới trượt cắt Sông Hồng,  pha nguội từ nhiệt độ cao xảy ra  sau 34 tr. n. cho thấy toàn đới có cùng một chế độ nhiệt động. Tuy nhiên, quan sát chi tiết cho thấy mỗi dải biến chất có một chế độ riêng của mình. Điều khác biệt quan trọng là thế nằm của mặt  phiến của dải Dãy Núi Con Voi có thế nằm thoải hơn phù hợp với kết quả nghiên cứu trạng thái ứng suất kiến tạo.

III. NHIỆT ĐỘ VÀ TUỔI BIẾN DẠNG CỦA ĐỚI PHAN SI PAN

Đối với tuổi biến dạng, chúng ta phân biệt các tuổi sau: tuổi mặt bằng (plateau) là tuổi được xác định khi giải phóng dần dần Ar³⁹ nhưng tuổi vẫn không đổi tạo thành đường song song với trục hoành. Tuổi  đẳng  thời (isochron) và tuổi tổng là tuổi lấy trung bình cho giải phóng hoàn toàn Ar³⁹. Các kết quả phân tích ³⁹Ar/⁴⁰Ar được trình bày tóm tắt trên bảng 2. Dọc theo mặt cắt Bát Xát, hầu hết các đá orthogneis chứa thạch anh, felspat kali, plagioclas, biotit, titan và epiđot, đôi khi gặp horblenđ. Các mặt phiến mylonit thường thành tạo trong nhiệt độ lớn hơn 300⁰C vì chúng chứa các mạch thạch anh, biotit, đôi khi muscovit. Tuy nhiên quá trình biến chất giật lùi xảy ra rất mạnh mẽ: chlorit và sericit kéo dài theo các mặt trượt cắt C và C'. Các khoáng vật xác lập các cấu tạo tuyến ở nhiệt độ cao lại thường bị phá huỷ giòn theo cùng một phương. Điều đó rất giống với điều kiện biến dạng ở Ailao Shan [2]  minh chứng biến dạng trượt bằng tiếp tục từ hơn 300⁰C tới nhiệt độ thấp hơn. Trong khối granit Po Sen, đới trượt cắt có chứa chlorit của cả hai pha trượt trái và tách giãn đều xảy ra trong điều kiện nhiệt độ thấp. Nhiệt độ cao hơn đối với pha biến dạng trượt trái ở rìa tây của đới Phan Si Pan do thạch anh và felspat được kết tinh trong quá trình biến dạng trượt bằng trái.

Tại đới chờm phủ Sa Pa, các mặt phiến được tạo thành nhờ các khoáng vật phlogopit và muscovit cho thấy trong quá trình biến dạng, nhiệt độ cao hơn 300⁰C. Các tinh thể phlogopit cắt ngang mặt phiến chứng tỏ nhiệt độ trên vẫn duy trì  trên 300⁰C sau khi xảy ra biến dạng. Kết quả phân tích tuổi biến dạng bằng phương pháp Ar/Ar được trình bày trên bảng 1 và hình 5. Theo mặt cắt Bát Xát, phân tích felspat kali của mẫu V103 cho tuổi 25,1±0,1 tr.n. trong khoảng khí argon được giải phóng từ 10 tới 30%. Sau đó tuổi tăng dần tới 50 tr.n. với một khoảng bằng nhỏ tương ứng với 34,6±0,3 tr.n. (Hình 5). Mô hình nguội tốt nhất cho thấy có hai pha nguội nhanh ứng với 41 và 25 tr.n. Phân cách nhau bởi một giai đoạn ứng với nhiệt độ 285⁰C (Hình 5d). Tuổi của giai đoạn sớm khó xác định chính xác. Đường đẳng thời nghịch đảo cho thấy ở các bước phân tích nhiệt độ cao (27-36 tr.n.) có thừa argon. Felspat kali chứa hai nguồn argon tương ứng với 25 và 34 tr.n. vì vậy có thể có hai giai đoạn nguội nhanh ở thời điểm đó. Các khoáng vật biotit cho tuổi 28,4±1 tr.n. phù hợp với quá trình nguội xác định được từ felspat kali (Hình 5d). Biotit từ mẫu VN105 lấy ở sát thung lũng sông Hồng cho tuổi bằng 28,4±1 tr.n. (Maluski, 2000), rất gần với tuổi của biotit ở mẫu V103. Mẫu V33 lấy trong đới trượt cắt, rìa TN của khối granit Po Sen. Trên phổ tuổi của felspat kali có thể xác lập được 2 giai đoạn. Tuy nhiên, cả hai phương pháp "xoá chlor" và "nghịch đẳng thời" cũng không xác định chính xác được hai giai đoạn này. Tuổi của giai đoạn nhiệt độ thấp, xác lập được từ giá trị trung bình của giai đoạn đẳng nhiệt thứ hai là 22±0,4 tr.n. Sau khi cho giải phóng 15% khí argon, tuổi của giai đoạn đẳng nhiệt hội tụ và đường đẳng thời nghịch đảo cho tuổi 26,7±0,5 tr.n., sau đó tuổi tăng tới một đường bằng nhỏ ứng với 88,6±1,7 tr.n. (Hình 5e, 5f). Biotit cho tuổi đẳng thời nghịch đảo là 34,2±0,7 tr.n., tính cho toàn bộ các bước đốt nóng trừ hai bước đầu tiên và cuối cùng ứng với giải phóng 82% khí. Tuổi cổ nhất xác định từ felspat kali là 89 tr.n. Điều đó cho thấy mẫu V33 không vượt quá nhiệt độ 400⁰C, ít nhất từ sau Creta. Tuổi biotit ở nhiệt độ 300⁰C là 34 tr.n. Sau thời gian này, mẫu bị hai giai đoạn nguội nhanh ở nhiệt độ thấp ứng với 27 tr.n. và 22 tr.n. Mẫu V100 cũng lấy ở rìa tây nam granit Po Sen. Biotit cho một đường phổ bằng và tuổi đẳng thời nghịch đảo là 324±0,7 tr.n. Trên lớp chờm phủ Sa Pa, tuổi đẳng thời  nghịch đảo từ việc thực hiện toàn bộ các bước tăng nhiệt trên mẫu phlogopit là 35,3±0,8 tr.n. Biotit cho tuổi đẳng thời nghịch đảo là 33,3±0,7 tr.n. Trên khối granit Yê Yên Sun, mẫu V40 được lấy ở rìa TN của khối, felspat kali thể hiện một phổ tuổi khá bằng, tăng nhẹ từ 27 tới 33 tr.n. Giải pháp 4% argon cho một đường bằng nhỏ, ứng với tuổi 27,6±2 tr.n., sau đó là một đường bằng lớn ứng với  28 tr.n. Đường bằng cuối cùng cho tuổi 33,1±0,3 tr.n. Năng lượng kích hoạt 41,22 kcal/mol khuếch tán argon có thể tính được từ 6 điểm trên biểu đồ Arhen. Sáu bước đầu tiên của mô hình ứng với 1% tổng khí argon được giải phóng và hệ số K/Ca cao một cách dị thường. Điều đó cho thấy khí giải phóng ở các bước trên có thể không đặc trưng cho toàn  mẫu và có thể do phong hoá. Năm giai đoạn đẳng nhiệt tiếp theo cho năng lượng kích hoạt cao hơn cỡ 48,5 kcal/mol cho khuếch tán argon.

Với giả thiết các miền khuếch tán sử dụng năng lượng kích hoạt, chúng tôi đã tính toán với những số liệu tương đối phù hợp nhất với mô hình. Khi đó, sáu bước đầu trên không phù hợp với mô hình. Mô hình phù hợp nhất với số liệu của phổ tuổi cho các kết quả sau: giai đoạn nguội nhanh (150⁰C/tr.n.) ở thời gian 33,5 tr.n. Sau đó nguội chậm cho tới 28,5 tr.n. Sau thời điểm này là giai đoạn nguội nhanh (190^oC/tr.n.).

Cần ghi nhận rằng một khoảng bằng nhỏ ở 27,6 tr.n. không phù hợp với mô hình trên. Mẫu V170 lấy cách granit Yê Yên Sun 2 km, trong phức hệ núi lửa Tú Lệ chứa felspat kali không biến dạng. Các khoáng vật felspat kali cho phổ tuổi thay đổi lớn. Chỉ có thể rút ra từ phổ tuổi đó các giá trị  cực trị ứng với tuổi trẻ nhất và cổ nhất ứng với 26 và 96 tr.n. Quan sát thấy ở phần trung tâm của phổ, các bước đầu và cuối thể hiện nhiễm bẩn argon. Có thể nhận xét chung là tuổi của đá núi lửa Tú Lệ là Creta và pha nguội cuối cùng xảy ra khoảng 26 tr.n. trước.

Có thể rút ra lịch sử phát triển địa nhiệt của đới Phan Si Pan như sau: không có chứng cứ nào về chế độ địa nhiệt xảy ra trước 100 tr.n. Pha nguội trên toàn đới Phan Si Pan xảy ra ở khoảng 35 tr.n. và kéo dài trong khoảng từ 32 tới 35 tr.n. Có thể ghi nhận pha nguội này ở mặt cắt Bát Xát và granit Yê Yên Sun. Tại lớp phủ chờm Sa Pa, pha này được phản ánh bằng tuổi của mẫu phlogopit V35 và sớm hơn đối với các mẫu biotit. Giai đoạn này có lẽ xảy ra trong khoảng thời gian ngắn sau khi hoặc đồng thời với giai đoạn xâm nhập granit Yê Yên Sun: các khoáng vật titan trong mẫu YS50 (lấy cách mẫu V40 vài mét) có tuổi xác định từ phương pháp U/Pb là 35,2 ±0,4 tr.n. [11], được xem là tuổi kết tinh của granit Yê Yên Sun. Giai đoạn nguội nhanh xảy ra sau đó ứng với 28 tr.n. đối với granit Yê Yên Sun (mẫu V40) và 27 tr.n. đối với  granit Po Sen (mẫu V33) và 25 tr.n. ở mặt cắt Bát Xát (mẫu V103). Tuổi nguội tăng dần từ phương đông bắc về phương tây nam theo phương vuông góc với phương của đới đứt gãy Sông Hồng.

Phổ tuổi của mẫu V33 của khối granit Po Sen lại cho thấy có một pha nguội muộn hơn vào khoảng 22 tr.n. Mặt cắt Bát Xát cho thấy các chứng cớ biến dạng trượt bằng trái rõ ràng xảy ra trong Kainozoi. Quá trình biến dạng này xảy ra ở 300^oC và theo lịch sử tiến hoá địa nhiệt, xác định từ mô hình hoá ⁴⁰Ar/³⁹Ar trong  khoảng thời gian 35 và 25 tr.n. Tuổi này khá phù hợp với những kết quả trước đây về đới đứt gãy Ailao Shan - Sông Hồng  [2, 3, 4, 7].

Biến dạng xảy ra dọc theo mặt cắt Bát Xát rõ ràng liên quan tới chuyển dịch trượt bằng trái giữa hai mảng Đông Dương và Nam Trung Hoa. Dịch chuyển trái này bị phức tạp hơn về phía đông nam  do các đứt gãy trẻ hơn phân cắt. Ở khối granit Po Sen, các đới  trượt cắt dịch trái phương tây bắc - đông nam, mặc dù có thể hiện nhưng biến dạng không mạnh. Tuổi của biotit ở mẫu V33 (34,2±0,7 tr.n.). Tương ứng với điều kiện biến dạng trượt trái trong điều kiện nhiệt độ nhỏ hơn 300⁰C chứng tỏ biến dạng trên xảy ra trong khoảng 34 tr.n. và muộn hơn. Việc hình thành đới chờm phủ Sa Pa xảy ra cùng với quá trình kết tinh của phlogopfit ở mẫu V35 vào khoảng 35,3±0,8 tr.n., chứng tỏ rằng vào 35 tr.n. quá trình nguội nhanh của granit Yê Yên Sun xảy ra đồng thời với hiện tượng chờm phủ Sa Pa và dịch trượt trái dọc đới Dãy Núi Con Voi.

Trong đới núi lửa Tú Lệ, biến dạng liên quan với dịch trượt trái của đới đứt gãy Sông Hồng hầu như không ghi nhận được. Pha nguội cuối cùng dưới 300^oC xảy ra vào khoảng 26 tr.n., vào thời điểm mà các đá ở đới  Ailao Shan - Dãy Núi Con Voi bị nguội nhanh. Các đá biến chất  thuộc phức hệ Ca Vịnh lộ ra ở rìa đông bắc đới núi lửa Tú Lệ có tuổi Tiền Cambri (2936 tr.n.) [8] và phần nhân của granit Po Sen không chịu ảnh hưởng biến dạng cho chuyển dịch dọc đới đứt gãy Sông Hồng. Các đá cổ đó được xem như một cấu tạo khúc dồi, phân cắt bởi các đới đứt gãy phá huỷ dịch trái.

 Bảng 1. Kết quả xác định tuổi biến dạng đới Phan Si Pan bằng phương pháp  ³⁹Ar / ⁴⁰Ar

ĐCLA: Đại học California tại Los Angeles; Mỹ.

ĐBP: Đại học Blaise Pascal, Clermon Ferrand, Pháp.

Nếu chú ý tới các xâm nhập granit kiềm phân bố xung quanh đới đứt gãy Ailao Shan - Sông Hồng, ta nhận thấy tuổi của chúng nằm trong khoảng 40 –30 tr.n. Khối Yê Yên Sun là khối lớn nhất có tuổi 35 tr.n. Có thể giải thích rằng sự xuất hiện của các khối granit kiềm hoặc liên quan thuần tuý tới trượt trái của đới đứt gãy Ailao Shan - Sông Hồng, làm nóng chảy cục bộ thạch quyển hoặc được bổ sung bởi nguồn nhiệt bên ngoài do điểm nóng (hot spot) [11].

IV. MÔ HÌNH BIẾN DẠNG CỦA ĐỚI AILAO SHAN - SÔNG HỒNG

Để lý giải cho đặc điểm biến dạng dọc đới trượt cắt Ailao Shan - Sông Hồng, chúng ta có thể sử dụng mô hình kiến tạo trình bày ở hình 6, theo đó khối Đông Dương xoay quanh một vòng tròn nhỏ theo chiều kim đồng hồ còn khối Nam Trung Hoa xoay theo một vòng tròn lớn theo hướng ngược chiều kim đồng hồ. Theo mô hình này, sẽ tồn tại 3 vùng có chế độ động lực khác nhau: vùng xiết ép - trượt bằng, vùng trượt bằng và vùng tách giãn - trượt bằng.

Đới Dãy Núi Con Voi thuộc vùng tách giãn - trượt bằng. Mô hình này cũng giải thích được vì sao quá trình tách giãn tăng cao về phía đông nam cũng như hình thành các khối granit kiềm và nâng lên của khối Sông Chảy và Bù Khạng. Mô hình này đã được Phan Trọng Trịnh và nnk đưa ra lần đầu tiên  năm 1994 khi nghiên cứu trạng thái ứng suất kiến tạo [4], sau này được gọi là mô hình khoá kéo (ripper) [3, 5]. Nếu toàn bộ đới trượt cắt Ailao Shan – Sông Hồng tuân theo đường tròn nhỏ, thì chuyển dịch sẽ là trượt bằng thuần tuý, nếu không tuân theo đường tròn nhỏ, sẽ có hai miền có tính động lực khác nhau là miền trượt bằng nén ép và miền trượt bằng tách giãn. Điểm trung tính sẽ là tiếp xúc giữa đới đứt gãy với đường tròn nhỏ và là nơi có trượt bằng thuần tuý.

Như vậy trong quá trình chuyển dịch, đá nằm ở phía tây bắc của điểm trung tính trước tiên sẽ bị trượt bằng xiết ép – trượt bằng, sau chuyển sang trượt bằng thuần tuý khi trượt qua điểm trung tính rồi  chuyển sang chế độ trượt bằng - tách giãn (Hình 6). Tốc độ chuyển dịch của đứt gãy trượt cắt Ailao Shan – Sông Hồng sẽ tương ứng với tốc độ của đá chuyển qua điểm trung tính từ siết ép sang tách giãn. Trong miền tách giãn các đứt gãy thuận sẽ hoạt động làm nâng trồi. Điều đó giải thích vì sao các điểm ở đông nam nâng trồi sớm hơn và chuyển dần về phía tây bắc.

Như vậy, sử dụng mô hình khoá kéo, ta còn có thể ước lượng biên độ tối thiểu của chuyển dịch ngang cũng như tốc độ chuyển dịch trượt bằng. Nếu giả định điểm trung tính là cố định, với tuyến đứt gãy dài ³ 400 km của dải biến chất Ailao Shan tuân theo quy luật nâng trồi muộn dần về phía tây bắc, có thể hiểu rằng đã có 400 km chuyển từ vùng siết ép sang vùng tách giãn qua trung điểm với tốc độ lan truyền 4,8 cm/năm. Nói cách khác, biên độ chuyển dịch ngang tối thiểu là 400 km và tốc độ chuyển dịch ngang tối thiểu là 4,8 cm/năm. Cần lưu ý, nếu trung điểm chuyển dịch theo thời gian sẽ làm thay đổi ước lượng về biên độ cũng như tốc độ chuyển dịch của đứt gãy. Chúng ta nhận thấy Dãy Núi Con Voi không tuân theo quy luật thời điểm nguội khác nhau. Điều đó được giải thích là trong quá trình trượt bằng của đới đứt gãy Ailao Shan – Sông Hồng, Dãy Núi Con Voi luôn nằm ở phía đông nam của trung điểm tức là luôn luôn là miền trượt bằng - tách giãn. Mô hình trên giải thích tốt cho hiện tượng tách mở biển Đông xảy ra từ khoảng 35 tới 15,5 tr.n.

V. KẾT LUẬN

Đới Phan Si Pan chịu nhiều biến dạng trong Kainozoi gắn liền với chuyển dịch của trượt bằng trái của đới đứt gãy Sông Hồng. Các đới trượt cắt bao quanh  khối batholit granit Po Sen thể hiện trượt bằng trái. Khối batholit granit Yê Yên Sun hình thành đồng thời với trượt bằng tách giãn của thạch quyển liên quan với chuyển dịch trượt bằng trái và xoay của mảng Đông Dương theo chiều kim đồng hồ trên vòng tròn nhỏ. Granit Yê Yên Sun cũng bị biến dạng đồng thời ngay sau khi hình thành và trong quá trình nâng lên. Pha nguội trên toàn đới Phan Si Pan xảy ra ở khoảng 35 tr.n. và kéo dài tới 32 tr.n. Giai đoạn nguội nhanh xảy ra ứng với 28 tr.n. đối với granit Yê Yên Sun, 27 tr.n. đối với  granit Po Sen và 25 tr.n. ở mặt cắt Bát Xát. Tuổi nguội tăng dần từ phương đông bắc về phương tây nam theo phương vuông góc với phương của đới đứt gãy Sông Hồng.

Các đá biến chất thuộc phức hệ Ca Vịnh và phần trong của khối batholit granit Po Sen không chịu ảnh hưởng biến dạng cho chuyển dịch dọc đới đứt gãy Sông Hồng. Các đá cổ đó được xem như một cấu tạo khúc dồi, phân cắt bởi các đới đứt gãy phá huỷ dịch trái.

Đây là kết quả hợp tác giữa Viện Địa chất và Viện Vật lý Địa cầu Paris trong khuôn khổ nghiên cứu địa động lực của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Trung tâm Nghiên cứu khoa  học Quốc gia Pháp. Bài viết được hoàn thành với trợ giúp của Chương trình Nghiên cứu cơ bản, Đề tài mã số 71 30 04.

VĂN LIỆU

1. Lacassin R., H. Leloup, Phan Trong Trinh, P. Tapponnier, 1998. Unconformity of red sandstones in north Vietnam: Field evidence for Indosinian orogeny in northern Indochina? Terra Nova, 10/2 : 106-111.

2. Leloup H. Ph., R. Lacassin, P. Tapponnier, U. Scharer, Zhong Dalai, Liu Xaohan, ZhangShan, Ji Shaocheng and Phan Trong Trinh, 1995. The Ailao Shan - Red river shear zone (Yunnan, China): Tertiary transform boundary of Indochina, Tectonophysics, V.251, P.3 -84.

3. Leloup P.H., N. Arnau,  R. Lacassin, J.R. Kienast, T.M. Harrison, Phan Trong Trinh, A. Replumaz and P. Tapponnier, 2001. New constraints on the structure, thermochronology and timing of the Ailao Shan – Red River shear zone. SE Asia J. G. R., 106: 6657-6671.

4. Phan Trong Trinh, Nguyen Trong Yem, Leloup H. P. P. Tapponnier, 1994. Late Cenozoic stress field in North Vietnam from microtectonic measurement. Proceed. Inter. Seis. Haz. South. Asia, p. 182 - 186.

5. Phan Trọng Trịnh, Hoàng Quang Vinh, H. Leloup, G. Giuliani, V. Garnier, P. Tapponnier, 2004. Trong sách: Đới đứt gãy Sông Hồng, đặc điểm địa động lực, sinh khoáng và tai biến tự nhiên. Nxb KHKT, tr. 5-74. Hà Nội.

6. Roger F., P.H. Leloup, M. Jolivet, R. Lacassin, Phan Trong Trinh, M. Brunel, D. Seward, 2000. Unravelling a long and complex thermal history by multi-system geochronology: example of the Song Chay metamorphic dome, North Vietnam, Tectonophysics, 321 : 449-466.

7. Trần Ngọc Nam, M. Torimiumi, T. Itaya, 1998. P-T-t paths and post metamorphic exhumation of the Day Nui Con Voi shear zone in Vietnam. Tectonophysics, 290 : 299-318.

8. 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. Địa  chất, A/262 : 1-11. Hà Nội.

9. Trần  Trọng Hoà, Trần Tuấn Anh, Ngô Thị Phượng, Phạm Thị Dung, Trần Việt Anh, Izokh A. E., 2004. Trong sách: Đới đứt gãy Sông Hồng, đặc điểm địa động lực, sinh khoáng và tai biến tự nhiên, tr. 297-371. Nxb KHKT. Hà Nội.

10. Trần Văn Trị (Chủ biên), 1977. Địa chất Việt Nam, phần miền Bắc. Kèm theo bản đồ địa chất, tỉ lệ 1: 1000 000. Nxb KH & KT, Hà Nội, 354 tr.

11. Zhang L.S, U. Scharer, 1999. Age and origin of magmatism along the Cenozoic Red river shear belt, China, Contrib. Mineral. Petrol., 134 : 67-85.