KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU VỀ TUỔI Rb-Sr, Sm-Nd VÀ THÀNH PHẦN ĐỒNG VỊ CỦA GNEIS PELIT VÙNG PÔ KÔ VÀ ECLOGIT VÙNG ĐIỆN BIÊN, VIỆT NAM

TOMOHARU MIYAMOTO1, YASUHITO OSANAI1, NOBUHIKO NAKANO1,
MASAAKI OWADA2, NGUYỄN THỊ MINH3, DƯƠNG ĐỨC KIÊM3, TRẦN NGỌC NAM4

1Trường Đại học Kyushu, Nhật Bản
2Trường Đại học Yamaguchi, Nhật Bản
3Viện nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản, Hà Nội
4Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế (Chủ biên bản tiếng Việt)

Tóm tắt: Kết quả phân tích thành phần đồng vị nguyên tố Rb và Sr của mẫu đá biến chất gneis vùng Pô Kô cho giá trị nội đẳng thời ở tuổi 229±1 Tr.n. với tỷ lệ nguyên thuỷ 87Sr/86Sr = 0,73963±0,00005. Giá trị tuổi thu được (229±1 Tr.n.) phản ánh pha hoạt động nhiệt kiến tạo tích cực cuối cùng tác động đến phức hệ Ngọc Linh. Tỷ lệ đồng vị nguyên thuỷ (87Sr/86Sr = 0,73963±0,00005) cho thấy thành phần nguyên thuỷ của mẫu phân tích là đá trầm tích cổ của vỏ lục địa.

Thành phần đồng vị Sm và Nd phân tích cho mẫu tổng và các khoáng vật của mẫu đá eclogit tìm thấy ở vùng Điện Biên (mẫu 050830T03A) không xác định được giá trị đẳng thời (không xác định được tuổi). Nguyên nhân của kết quả này có thể là do sự thay đổi thành phần đồng vị trong quá trình biến đổi xảy ra trong thời gian sau khi đạt đỉnh biến chất.


I. GIỚI THIỆU

Châu Á bao gồm nhiều mảng vỏ đại dương và lục địa sáp nhập lại nhờ các va chạm lục địa. Quá trình này không chỉ có tác dụng mở rộng lục địa châu Á, mà còn làm dập vỡ các hợp phần, tạo ra các đới tách giãn rift và các đứt gẫy trượt cắt. Trên bán đảo Đông Dương có thể phân thành 3 khối kiến tạo chính là: khối Nam Trung Hoa, khối Đông Dương và khối Shan-Thái (còn gọi là khối Sibumasu). Các đới khâu phát triển dọc theo các ranh giới của các khối này (Hình 1). Trước đây, nhiều tác giả cho rằng rìa đông của khối Đông Dương (địa khối Kon Tum) là một trong các nhân lục địa Tiền Cambri chủ yếu [11]. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho thấy móng kết tinh của khu vực này bao gồm các đá biến chất ở điều kiện đặc biệt, nhiệt độ cao và siêu cao xảy ra trong thời gian Permi-Trias [7, 8]. Bán đảo Đông Dương là một địa điểm lý tưởng để nghiên cứu va chạm lục địa và tiến hoá kiến tạo của các đai tạo núi. Để hiểu được một cách chính xác hơn lịch sử tiến hoá của khu vực trong quá trình biến chất và hậu đỉnh biến chất liên quan với sự va chạm các lục địa, đòi hỏi phải có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về địa niên biểu đồng vị để xác lập các pha biến chất liên quan.

Các đá biến chất không chỉ lộ ra ở phần phía đông của khối Đông Dương (địa khối Kon Tum), mà còn lộ ra ở đới khâu Sông Mã nằm giữa khối Nam Trung Hoa và khối Đông Dương. Các đá biến chất ở đới khâu Sông Mã trước đây cũng được xem là đá biến chất Tiền Cambri [1]. Tuy nhiên, tương tự như ở địa khối Kon Tum, rất có thể các đá biến chất ở đới khâu Sông Mã cũng chỉ mới được thành tạo trong quá trình va chạm lục địa giữa Nam Trung Hoa với Đông Dương. Các nghiên cứu niên đại đồng vị chính xác sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn cả thời gian và cơ chế va chạm. Trong bài báo này chúng tôi trình bày những kết quả phân tích thành phần đồng vị của các khoáng vật trong hai mẫu đá biến chất vùng Pô Kô (địa khối Kon Tum) và vùng Điện Biên (đới khâu Sông Mã), kết quả bước đầu về tuổi đồng vị cho các mẫu nghiên cứu này. Các kết quả phân tích đồng vị mẫu tổng cũng được trình bày trong bài báo nhằm xác định thành phần nguyên thuỷ của các đá biến chất đang xét. 


Hình 1. Sơ đồ cấu trúc bán đảo Đông Dương và vị trí mẫu (mô phỏng theo [9])


II. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ THẠCH HỌC CÁC MẪU NGHIÊN CỨU

Bán đảo Đông Dương được phân chia thành ba khối kiến tạo chính, từ đông-bắc sang tây-nam lần lượt có khối Nam Trung Hoa, khối Đông Dương và khối Shan-Thái (Hình 1). Phần lớn lãnh thổ Việt Nam thuộc phần phía đông của khối Đông Dương, trong đó địa khối Kon Tum được coi là phức hệ móng kết tinh của khối. Địa khối Kon Tum bao gồm các đá biến chất từ tướng đá phiến lục đến tướng granulit [7, 8, 9]. Chúng được chia thành ba phức hệ biến chất có mức độ biến chất giảm dần từ tướng granulit, amphibolit xuống tướng đá phiến lục có tên lần lượt là phức hệ Kan Nack, phức hệ Ngọc Linh và phức hệ Khâm Đức. Các đá biến chất của các phức hệ này bị nhiều thành tạo xâm nhập xuyên cắt. Các nghiên cứu đồng vị được thực hiện một cách có hệ thống gần đây đã xác định được lịch sử biến chất gồm 6 giai đoạn, bắt đầu từ giai đoạn biến chất áp suất siêu cao xảy ra ở khoảng thời gian 268 triệu năm (Tr.n.), cho các đá biến chất đặc biệt siêu cao ở địa khối Kon Tum [7, 8]. Mẫu gneis pelit mang ký hiệu 61K trong nghiên cứu này được thu thập ở vùng Pô Kô thuộc phần phía tây của phức hệ Ngọc Linh, địa khối Kon Tum (xem vị trí mẫu ở Hình 1). Mẫu này có thành phần khoáng vật chính gồm thạch anh, plagioclas, microclin, biotit và graphit (Hình 2a). Muscovit và silimanit hình kim đôi khi thấy nằm giữa các khoáng vật biotit. Granat đôi khi cũng gặp. Các khoáng vật phụ có magnetit, zircon và monazit.


 

Hình 2. Ảnh lát mỏng thạch học. (a) Mẫu gneis pelit (61K); (b) Mẫu eclogit (050830T03A).
Các ký hiệu viết tắt: Amp: amphibol Na-Ca, Grt: granat, Omp: omphacit,
Pl: plagioclas, Qtz: thạch anh, Rtl: rutil


Miền Bắc Việt Nam được coi là phần tận cùng phía nam của khối Nam Trung Hoa. Hiện vẫn chưa có sự thống nhất quan điểm về ranh giới giữa Nam Trung Hoa và khối Đông Dương. Một số tác giả lấy đới trượt cắt Sông Hồng làm ranh giới giữa hai khối, trong khi một số tác giả khác lấy đới khâu Sông Mã chạy song song với đới trượt cắt Sông Hồng ở phía nam là ranh giới này. Hệ tầng Nậm Cô [1] phân bố ở đới khâu Sông Mã bao gồm các đá biến chất từ tướng đá phiến lục đến tướng amphibolit. Thành phần nguyên thuỷ của hệ tầng chủ yếu là các trầm tích lục nguyên cát kết, bột kết, sét kết xen kẽ với các tầng trầm tích - núi lửa. Hệ tầng Nậm Cô được coi là những thành tạo cung đảo, và được xếp tuổi Neoproterozoi [1,15]. Mẫu đá eclogit (mang ký hiệu 050830T03A) trong nghiên cứu này được thu thập ở vùng Điện Biên, giữa phân hệ tầng dưới của hệ tầng Nậm Cô. Thành phần khoáng vật mẫu eclogit đang xét chủ yếu gồm granat, omphacit, muscovit, thạch anh, zoisit, amphibol Na-Ca, với ít rutil và magnetit (Hình 2b).  Đá thể hiện có cấu tạo tuyến yếu. Một số khe nứt cắt ngang cấu tạo tuyến, xung quanh các khe nứt gặp chlorit, plagioclas, augit và epiđot hạt mịn.  

III. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ KẾT QUẢ

Biotit, plagioclas được tuyển từ mẫu gneis pelit (61K; vùng Pô Kô); granat, hỗn hợp amphibol-omphacit và hợp phần felsit tách tuyển từ mẫu eclogit (050830T03A; vùng Điện Biên). Việc tách tuyển được tiến hành bằng cách giã mẫu rất cẩn thận (để hạn chế làm vỡ các hạt khoáng vật), rây, sấy, tách tuyển tinh khoáng bằng phương pháp tuyển từ (thiết bị tuyển từ đẳng động lực Frantz) và phương pháp dung dịch nặng (bằng dung dịch nặng tetrabromoethan và iođur methylen). Tinh khoáng sau khi tuyển được kiểm tra hạt dưới kính hiển vi hai mắt, loại bỏ những hạt chưa sạch còn lẫn trong số tinh khoáng đã tuyển.

Phần cỡ hạt nằm giữa rây số 100 (150 μm) và rây số 200 (75 μm) của các khoáng vật đã tuyển tách được dùng để phân tích rubiđi (Rb) - stronti (Sr) và samari (Sm) -neođymi (Nd). Mẫu tinh khoáng được rửa bằng dung dịch aceton và nước cất, sau đó mới hoà tan mẫu bằng hỗn hợp dung dịch axit chlohyđric (HCl) và axit oxalic ((COOH)2). Tách Rb, Sr và đất hiếm (REE) ra khỏi mẫu bằng cách dẫn dung dịch đã hoà tan qua cột nhựa trao đổi ion DOWEX 50W-X8, cỡ rây số 200 (75μm).  Samari và neodymi được tách khỏi đất hiếm cũng bằng cách cho dung dịch đi qua cột nhựa trao đổi ion kể trên, cỡ rây số 200 (75 μm) với sự gia thêm dung dịch ammonia, theo phương pháp của Kubota [2]. Hàm lượng Rb được phân tích bằng khối phổ kế HITACHI RMU5G với một đầu thu. Thành phần đồng vị Sr và Nd và hàm lượng tổng của các nguyên tố Sr, Sm và Nd được xác định bằng khối phổ kế JEOL JMS05RB một đầu thu. Mẫu chuẩn Sr NBS983 cho tỷ lệ 87Sr/86Sr = 0,7103 ± 0,0001 (1s). Mẫu chuẩn Nd JNdi-1 (của Cục Địa chất Nhật Bản) cho kết quả 143Nd/144Nd = 0,51212 ± 0,00004 (1s).  Sai số phân tích cho các đồng vị Rb, Sr, Sm và Nd lần lượt là 2%, 1%, 0,5% và 1%.  Mức độ hỗn nhiễm của Rb, Sr, Sm và Nd được xác định lần lượt là dưới 1´10-10g, 3´10-10g, 1´10-10g, và 1´10-10g /mẫu. 

Hằng số phân rã sử dụng để tính toán tuổi là 6,54 ´ 10-12 /năm cho đồng vị 147Sm [4] và 1,42 ´ 10-11 /năm cho 87Rb [12]. Các đường đẳng thời Rb-Sr và Sm-Nd được xác định bằng phương pháp hồi quy bình phương nhỏ nhất của York [16]. 

Hàm lượng các nguyên tố chính, nguyên tố phụ của mẫu đá tổng được xác định bằng phương pháp quang phổ X-ray (XRF: Rigaku-GF06P) tại Đại học Kyushu, sử dụng kỹ thuật đĩa thuỷ tinh [5,6]. 

Kết quả phân tích Rb-Sr trong biotit (Bt), plagioclas (Pl) và mẫu đá tổng (WR) cho mẫu gneis pelit (61K; vùng Pô Kô) được biểu diễn trên giản đồ đẳng thời Rb-Sr (Hình 3). Đường thẳng hồi quy xác định giá trị tuổi 229±1 Tr.n. với tỷ lệ nguyên thuỷ (I.R) 87Sr/86Sr = 0,73963 ± 0,0005 cho mẫu gneis đang xét (Hình 3). 

Kết quả phân tích Sm-Nd trong granat (Grt), amphibol-omphacit (AO), hợp phần felsit (FG) và mẫu đá tổng (WR) cho mẫu eclogit (050830T03A; vùng Điện Biên) được trình bày trên giản đồ đẳng thời Sm-Nd (Hình 4). Trên hình 4 có thể thấy các điểm thành phần đã phân tích phân bố tập trung thành một cụm, không xác định được đường thẳng đẳng thời một cách tin cậy. Nếu thử ép xác định đường thẳng hồi quy thì các điểm phân tích cho giá trị tuổi 2,40 ± 1,28 tỷ năm với tỷ lệ nguyên thuỷ 143Nd/144Nd = 0,5097 ± 0,0017. Tuổi mô hình Nd dựa vào thành phần tiêu huỷ manti (DM) [10] cho kết quả 3,18 ± 0,91 tỷ năm cho mẫu eclogit đang xét.


Hình 3. Giản đồ đẳng thời đồng vị Rb-Sr, mẫu gneis pelit (61K).
Ký hiệu viết tắt: Bt: biotit, Pl: plagioclas, WR: mẫu đá tổng

Hình 4. Giản đồ đẳng thời đồng vị Sm-Nd, mẫu eclogit (050830T03A). 
(Đường đứt đoạn là đường để so sánh có tuổi 268 Tr.n.)


Kết quả phân tích thành phần các nguyên tố chính, nguyên tố phụ cho mẫu eclogit (050830T03A) cho thấy chúng tương ứng với các đá mafic (bazan-gabro). Hàm lượng bari (Ba) cao hơn một cách tương đối, và hàm lượng P2O5 thấp hơn so với thành phần manti nguyên thuỷ [14]. Các nguyên tố khác còn lại có tỷ lệ tương tự khi so sánh với thành phần manti nguyên thuỷ (Hình 5). Đối với hàm lượng các kim loại chuyển tiếp,  Ti, V, Mn, Fe, Cu và Zn cao hơn thành phần manti nguyên thuỷ, trong khi Cr và Ni lại nghèo hơn (Hình 6) [13]. 

IV. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

Tuổi đẳng thời của các đồng vị Rb-Sr phân tích cho mẫu gneis pelit (61K) cho kết quả 229 ± 1 Tr.n. Kết quả này cho giá trị trẻ nhất trong số các kết quả tuổi đồng vị được công bố gần đây cho các đá biến chất ở địa khối Kon Tum [7, 8].  Giá trị tuổi Rb-Sr trong nghiên cứu này có thể phản ánh pha nhiệt kiến tạo cuối cùng tác động đến các đá của phức hệ Ngọc Linh ở địa khối Kon Tum. Đường đẳng thời của mẫu phân tích xác định tỷ lệ nguyên thuỷ 87Sr/86Sr tương đối cao (I.R = 0,73963 ± 0,00005, Hình 3). Tỷ lệ đồng vị này cho thấy mẫu gneis đang xét có nguồn gốc là đá trầm tích, nguồn trầm tích được cung cấp từ khu vực vỏ lục địa cổ hơn.


Hình 5. Giản đồ chân nhện nguyên tố vết mẫu eclogit so với manti nguyên thuỷ [14].

Hình 6. Giản đồ chân nhện các kim loại của eclogit so với manti nguyên thuỷ [13]


Thành phần đồng vị Sm-Nd đã phân tích cho các hợp phần khoáng vật và mẫu đá tổng của mẫu eclogit (hệ tầng Nậm Cô, vùng Điện Biên) rất tiếc là không giúp xác định được đường đẳng thời (Hình 4). Tuổi của mẫu eclogit đang xét, do đó đang phải để ngỏ. Nguyên nhân của kết quả này có lẽ do sự thay đổi thành phần đồng vị trong quá trình biến đổi hậu đỉnh biến chất. Tập hợp hạt mịn chlorit và epiđot thành tạo ở các khe nứt trong mẫu có thể là sản phẩm biến đổi hậu đỉnh biến chất này. Các khoáng vật plagioclas sáng màu cũng bị thay đổi thành phần trong quá trình biến đổi đó.  Chúng có thể đã bắt giữ các đồng vị Sm và Nd giải phóng từ các khoáng vật khác như granat, apatit v.v.., do đó làm biến đổi tỷ lệ đồng vị Sm/Nd của chúng.

 Phần lớn các nguyên tố không tương thích trong mẫu eclogit có hàm lượng cao hơn 4 lần so với thành phần manti nguyên thuỷ [14] như thể hiện trên giản đồ chân nhện ở Hình 5. Thành phần hoá mẫu đá tổng cho thấy mẫu eclogit đang xét có thành phần mafic. Trong nhóm kim loại chuyển tiếp, Ti, V, Mn, Fe, Cu và Zn có hàm lượng cao hơn so với manti nguyên thuỷ [13], trong khi Cr và Ni lại thấp hơn (Hình 6). Đặc điểm thành phần các nguyên tố vừa trình bày của mẫu eclogit hoàn toàn tương tự thành phần bazan sống núi giữa đại dương (MORB) [3]. Nếu mẫu eclogit đang xét có nguồn gốc là bazan hoặc gabro đại dương và sự biến đổi thành phần (đồng vị) là không đáng kể, thì sự làm giàu Ba và làm nghèo P trong mẫu phải được giải thích từ nguyên nhân biến đổi hậu đỉnh biến chất. Như vậy, cả tuổi và nguồn gốc nguyên thuỷ của mẫu eclogit ở Điện Biên hiện vẫn chưa có câu trả lời, đòi hỏi phải có những nghiên cứu có hệ thống hơn, từ khảo sát thực địa đến các nghiên cứu chi tiết trong phòng thí nghiệm, trước khi có được một kết luận chắc chắn.

Lời cám ơn: Các tác giả cám ơn Hoàng Hoa Thám, Phạm Bình và các cán bộ của Viện NC Địa chất và Khoáng sản Hà Nội đã hợp tác, giúp đỡ trong quá trình thực địa. Công trình được tài trợ một phần từ Quỹ Hỗ trợ NCKH (No.14340150 và No.17253005 cho Prof. Y. Osanai) từ Bộ Giáo dục Nhật Bản.

Bài báo được thực hiện trong khuôn khổ chương trình NCCB của Hội đồng Khoa học Tự nhiên và sự hợp tác NCKH giữa Trường ĐHKH Huế với Trường ĐH Kyushu (Nhật Bản).

VĂN LIỆU

1. Dovzhikov A. E. (Ed), 1965. Geologia Severnogo Vietnama (Thuyết minh kèm theo Bản đồ địa chất  miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1:500.000). Glavnoe Geol. Upr., Khanoi, 584s. (tiếng Nga).

2. Kubota M., 1992. Sm-Nd model ages of aeolian dusts in Japan and Hawaii and volcanic rocks on the green-stone belt in the Tanzanian Shield. MS Thesis of Dept. of Geology, Kyushu Univ., 78 tr. (tiếng Nhật với tóm tắt tiếng Anh).

3. Langmuir et al., 1977. Petrogenesis of basalts from FAMOUS area: Mid-Atlantic ridge.  Earth Planet. Sci. Lett., 36 : 133-156.

4. Lugmair G. W. and Marti, K., 1978. Lunar initial 143Nd/144Nd : Differential evolution of the lunar crust and mantle.  Earth Planet. Sci. Lett., 39 : 349-357. 

5. Mashima H., 2002. Improvement of XRF analysis for trace elements in silicate rock samples using the flux-fused disk method. Sci. Repts., Dept. Earth Planet. Sci., Kyushu Univ., 21 : 37-48 (tiếng Nhật với tóm tắt tiếng Anh).

6. Nakada S. et al., 1985. X-ray fluorescence analysis of major elements in silicate rocks.  Sci. Rept. Dept. Geol., Kyushu Univ., 14 : 103-115 (tiếng Nhật với tóm tắt tiếng Anh).

7. Nakano N., 2006. Metamorphic and tectonic evolutions of the Kontum Massif in central Vietnam: Implication for continental collision in East Asia. PhD thesis, Kyushu Univ., 373 tr.

8. Osanai Y. et al., 2004. Permo-Triassic ultrahigh-temperature metamorphism in the Kontum massif, central Vietnam.  J. Mineral. Petrol. Sci., 99 : 225-241.

9. Osanai Y. et al., 2005. Tectonic evolution of the Kontum Massif in Vietnam and related Indochina regions.  Chikyu Monthly, 27/10 : 729-734.

10. Peucat J. J. et al., 1988. Sr, Nd and Pb isotopic systematics in the Archaean low- to high-grade transition zone of southern India: Syn-accretion vs. post-accretion granulites.  J. Geol., 97 : 537-550.

11. Sengör A. M. C., 1985. East Asian tectonic collage. Nature, 318 : 16-17.

12. Steiger R. H. and Jäger E., 1977. Subcommission on geochronology: convention on the use of decay constants in geo- and cosmo-chronology.  Earth Planet. Sci. Lett., 36 : 359-362.

13. Sun S. S., 1982. Chemical composition and origin of the Earth's primitive mantle.  Geochim. Cosmochim. Acta, 47 : 179-192.

14. Sun S.S. and McDonough W. F., 1989. Chemical and isotope systematics of oceanic basalts: Implication for mantle composition and processes. In Magmatism in the Ocean Basins, ed. by A. D. Saunders and M. J. Norry.  Oxford, Blackwell, 313-345.

15. Trần Đăng Tuyết (Chủ biên), 2005. Địa chất và khoáng sản tờ Phong Sa Lỳ - Điện Biên Phủ (F-48-XIX và F-48-XX). Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam. Hà Nội, 124 trg.

16. York D., 1966. Least-squares fitting of a straight line.  Can. J. Phys., 44 : 1079-1086.