NGUYÔN HOµNG¹, NGUYÔN §¾C L¦², NGUYÔN V¡N CAN²

I. Më §ÇU

CÊu tróc S«ng §µ (CTS§) ®· cã nhiÒu tªn gäi vµ quan niÖm vÒ c¬ chÕ ®éng lùc thµnh t¹o kh¸c nhau. §ovjikov vµ ®ång nghiÖp [5] gäi lµ vâng Trias, TrÇn V¨n TrÞ [23] gäi lµ vâng Mesozoi, ngoµi ra V¨n §øc Ch­¬ng [25] vµ Lª Duy B¸ch [12] th× cho ®ã lµ ®Þa m¸ng víi c¸c phøc hÖ ophiolit kiÓu ®¹i d­¬ng. Tuy nhiªn, cho ®Õn nay phÇn ®«ng c¸c nhµ nghiªn cøu cho r»ng tròng S«ng §µ lµ mét rift (t¸ch gi·n) néi lôc, ho¹t ®éng cã lÏ tõ Permi cho ®Õn Trias (P-T), lµ hÖ qu¶ cña c¸c ho¹t ®éng nÐn Ðp l©u dµi liªn quan s©u xa ®Õn c¸c ®øt g·y s©u [3, 4, 6]. ë ®©y chóng t«i ch­a b×nh luËn vÒ c¬ chÕ ®éng lùc kiÕn t¹o cña CTS§, tuy nhiªn côm tõ ‘néi lôc’ lµ kh«ng râ nghÜa vµ g©y hiÓu nhÇm vÒ m«i tr­êng vµ ®éng lùc xuÊt hiÖn ®¸ phun trµo t¹i khu vùc nµy.

S¶n phÈm nói löa P-T liªn quan ®Õn thµnh t¹o CTS§ ph©n bè réng r·i ë CÈm Thuû, Kim B«i, Viªn Nam, Ba V×, V¹n Yªn - B¾c Yªn, §Ìo ChÑn, NËm Muéi, v.v. §ã lµ nh÷ng tæ hîp bazantoid cïng víi mét khèi l­îng nhá c¸c ®¸ trung tÝnh vµ axit nh­ andesit, trachyt, ryolit. Tuú theo tÝnh chÊt th¹ch häc, ®Þa ho¸ vµ ®Æc ®iÓm ®Þa tÇng c¸c nhµ nghiªn cøu truíc ®©y ®· chia ra nhiÒu hÖ tÇng kh¸c nhau [21]. Tuy nhiªn, TrÇn Träng Hoµ [22] ®Ò nghÞ gép chung tÊt c¶ c¸c s¶n phÈm nói löa thuéc CTS§ vµ gäi lµ phøc hÖ ®¸ phun trµo P₂-T₁ do quan hÖ ®Þa tÇng nhiÒu n¬i kh«ng râ rµng.

Th¹ch häc c¸c lo¹i ®¸ nói löa nµy ®· ®­îc nhiÒu t¸c gi¶ m« t¶ chi tiÕt [5, 19, 21]. Mét trong nh÷ng ®Æc ®iÓm ®Þa ho¸ næi bËt cña ®¸ mafic CTS§ lµ sù kh¸c nhau vÒ hµm l­îng titan mµ c¸c nhµ nghiªn cøu ®· ph©n biÖt 2 lo¹t, mét lµ mafic cao titan vµ cao kiÒm, hai lµ, mafic thÊp titan, thÊp kiÒm vµ cao magnesi. Mét sè mÉu thÊp titan cã MgO ®Æc biÖt cao cßn ®­îc gäi lµ komatiit [21]. Ngoµi ra TrÇn Träng Hoµ [22] cho r»ng nguån gèc vµ ®iÒu kiÖn h×nh thµnh cña bazantoid CTS§ rÊt gÇn gòi víi kiÓu bazantoid Emeishan (nam Trung hoa) vµ liªn quan ®Õn chåi manti (cßn gäi lµ vßm nhiÖt). Tãm l¹i, chóng t«i cho r»ng vÒ nguån gèc ®¸ phun trµo mafic cÇn ®­îc lµm s¸ng tá h¬n th× vÊn ®Ò ®éng lùc CTS§ míi cã thÓ hiÓu ®­îc râ h¬n.

Trong khu«n khæ th¹ch luËn vµ ®Þa ho¸ thuéc ®Ò ¸n: "Nghiªn cøu mèi liªn quan gi÷a ®¸ nói löa vïng S«ng §µ, Viªn Nam vµ kho¸ng ho¸ ®ång, vµng", chóng t«i thu thËp vµ nghiªn cøu c¸c tæ hîp mÉu ®¹i diÖn bao gåm ryolit, trachyryolit, trachyt vµ bazan t¹i c¸c vïng Kim B«i, §åi Bï, Viªn Nam (Hoµ B×nh), Suèi Ch¸t, B¶n T¨ng (S¬n La) vµ Ba V× (Hµ Néi). §©y lµ mét bµi b¸o trong lo¹t 3 bµi nghiªn cøu ®¸ nói löa CTS§ cña ®Ò tµi nãi trªn. Môc ®Ých cña bµi b¸o nµy, thø nhÊt lµ t×m hiÓu c¸c qu¸ tr×nh kÕt tinh, ph©n dÞ vµ pha trén; thø hai lµ, t×m hiÓu qu¸ tr×nh nãng ch¶y trong bèi c¶nh ®éng lùc vá - manti liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh t¸ch gi·n th¹ch quyÓn. Hy väng kÕt qu¶ cña c¸c bµi b¸o nµy sÏ lµm s¸ng tá h¬n mèi liªn quan gi÷a ®¸ nói löa CTS§ vµ kho¸ng ho¸ ®ång, vµng.

II. §ÞA CHÊT Vµ TH¹CH HäC

Theo v¨n liÖu, c¸c ®¸ nói löa thuéc phøc hÖ Viªn Nam cã thµnh phÇn tõ siªu mafic tíi axit, vµ ®­îc chia lµm 2 pha:

Pha 1 cã thµnh phÇn mafic, siªu mafic chiÕm 80% diÖn lé bao gåm c¸c t­íng trÇm tÝch - phun trµo ë Suèi Ch¸t; t­íng phun trµo thùc sù gåm c¸c ®¸ picrito-bazan, bazan, andesito-bazan; t­íng phun næ xuÊt hiÖn r¶i r¸c ë vïng Suèi Ch¸t, Ba V×, Viªn Nam vµ §åi Bï lµ tuf bazan vµ c¸c líp bazan máng cã mµu phít lôc, phít xanh do bÞ chlorit ho¸, epidot ho¸. Ngoµi ra cßn cã c¸c t­íng ¸ nói löa, t¹o thµnh c¸c m¹ch dµy 5-10 m c¸ biÖt ®Õn 30 m, ®«i khi xuyªn c¾t c¸c líp bazan cã tr­íc. C¸c ®ai m¹ch chñ yÕu lµ diabas.

T­¬ng tù, pha 2 còng ®­îc ®Æc tr­ng bëi c¸c t­íng nh­ phun trµo thùc sù, phun næ, t­íng häng – phun nghÑn, vµ t­íng ¸ nói löa. Kh¸c víi pha 1, c¸c t­íng phun trµo cña pha 2 ®­îc ®¹i diÖn bëi c¸c ®¸ giµu tÝnh axit h¬n nh­ andesit, dacit, ryolit, trachyt.

Bazan cã kiÕn tróc chñ yÕu lµ aphyr. Mét Ýt cã kiÕn tróc porphyr víi ban tinh lµ olivin, plagioclas vµ pyroxen xiªn. PhÇn lín plagioclas bÞ sericit ho¸, olivin th«ng th­êng bÞ thay b»ng iddingsit mµu ®á hoÆc serpentin ho¸ vµ pyroxen th× bÞ chlorit hoÆc epidot ho¸. KiÕn tróc nÒn th«ng th­êng lµ microdolerit vµ giao héi. §¸ cÊu t¹o tõ ®Æc sÝt ®Õn h¹nh nh©n, c¸c h¹nh nh©n lµ chlorit, epidot, felspath kali. Nhãm ®¸ trachyt vµ ryotrachyt cã kiÕn tróc porphyr víi ban tinh chñ yÕu lµ plagioclas, felspath kali, albit vµ kho¸ng vËt nÒn lµ felspath kali, th¹ch anh d¹ng v« ®Þnh h×nh vµ thuû tinh nói löa. §èi víi ryolit, ban tinh lµ th¹ch anh, felspath kali (kho¶ng 10 ®Õn 15%), nÒn gåm tËp hîp th¹ch anh h¹t nhá vµ felspath bÞ sÐt ho¸.

III. PH¢N TÝCH HO¸ HäC

Thµnh phÇn nguyªn tè chÝnh vµ mét sè nguyªn tè phô nh­ Cr, Ni, Rb, Sr, Zr, Pb vµ Y ®­îc ph©n tÝch b»ng ph­¬ng ph¸p huúnh quang tia X (XRF). C¸c nguyªn tè phô kh¸c vµ ®Êt hiÕm ph©n tÝch b»ng ph­¬ng ph¸p kÝch ho¹t neutron (INAA). KÕt qu¶ ®­îc tr×nh bµy ë B¶ng 1.

IV. KÕT QU¶ PH¢N TÝCH

Theo kÕt qu¶ thµnh phÇn nguyªn tè chÝnh, nhãm ®¸ nói löa thu thËp tõ c¸c vïng nãi trªn cã thÓ ph©n chia thµnh 2 nhãm chÝnh. Nhãm thø nhÊt cã SiO₂ tõ 59 ®Õn kho¶ng 70%, gåm c¸c ®¸ trachyt, andesit cho ®Õn dacit, ryolit. Trong bµi b¸o nµy chóng t«i gäi nhãm nµy lµ felsic. Nhãm thø hai lµ mafic cã hµm l­îng SiO₂ tõ 44,3 ®Õn 50%. Tuy nhiªn, do sù kh¸c biÖt rÊt lín vÒ hµm l­îng TiO₂ trong c¸c ®¸ thuéc nhãm mafic, còng nh­ nhiÒu nhµ nghiªn cøu tr­íc ®©y, chóng t«i ph©n biÖt chóng b»ng hai lo¹i cao Ti (> 1%) vµ thÊp Ti (< 1%). DÔ dµng nhËn thÊy sù kh¸c nhau vÒ thµnh phÇn cña c¸c lo¹i ®¸ nói löa nµy trªn ®å thÞ ph©n lo¹i. H×nh 1 cho thÊy c¸c ®¸ felsic tËp trung ë c¸c tr­êng ryolit, trachyt, vµ trachyandesit, trong khi ®¸ mafic cao Ti cã tæng kiÒm cao h¬n (cho ®Õn 6%) so víi lo¹i thÊp Ti (kho¶ng 4%), phÇn lín r¬i vµo tr­êng ‘kiÒm’. Ngoµi ra ®¸ mafic cao Ti cã cao FeO (trung b×nh 12,5% so víi 8,7%), tuy nhiªn chóng cã hµm l­îng MgO thÊp (trung b×nh 5,6% so víi 13,6% trong ®¸ mafic thÊp Ti), ®èi víi SiO₂ c¸c ®¸ mafic cã hµm l­îng gÇn b»ng nhau (B¶ng 1, H×nh 1). Tãm l¹i, ®a sè c¸c ®¸ nghiªn cøu ë ®©y thuéc tr­êng bazan kiÒm (cao Ti) hoÆc ¸ kiÒm. CÇn ®Ó ý lµ, mét mÉu mafic thÊp Ti n»m trong tr­êng picrito-bazan cã MgO ®Õn 24.5%, Ni = 1297 ppm vµ Cr = 2922 tuy nhiªn FeO kho¶ng 9,5%. Lo¹i thµnh phÇn nµy ®­îc nhiÒu nhµ nghiªn cøu gäi lµ komatiit [21]. Tuy nhiªn, komatiit lµ ®¸ phun trµo cao Mg, cao Ni, Cr vµ t­¬ng ®èi cao FeO ®­îc gi¶i thÝch lµ s¶n phÈm nãng ch¶y manti th¹ch quyÓn cña th¹ch quyÓn Archei d­íi ¶nh h­ëng cña chåi manti [2]. Trong bµi b¸o nµy chóng t«i gäi c¸c mÉu nh­ trªn lµ picrito-bazan, nh­ng ®Ó ®¬n gi¶n h¬n, chóng t«i gép chung chóng víi mafic thÊp Ti v× nh÷ng lý do sÏ tr×nh bµy bªn d­íi.

§èi víi c¸c ®¸ felsic chóng ph¶n ¸nh ®óng b¶n chÊt giµu c¸c nguyªn tè cã tÝnh kh«ng t­¬ng thÝch m¹nh (Rb, K, Th), hµm l­îng c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm nhÑ (La, Ce vµ Nd) trung b×nh, c¸c nguyªn tè nÆng (Sm vµ Yb) cïng cao (B¶ng 1, H×nh 2). Tuy nhiªn, hµm l­îng c¸c nguyªn tè tr­êng lùc m¹nh nh­ Nb, Zr, Hf vµ Y t­¬ng ®èi thÊp. Víi mäi nguyªn tè kh«ng t­¬ng thÝch ®¸ mafic cao Ti lu«n cao h¬n so víi ®¸ mafic thÊp Ti. ThÝ dô, hµm l­îng La vµ Yb trong ®¸ mafic cao Ti cao, ngoµi ra, møc ®é cao cña La trong t­¬ng quan víi Yb lµ rÊt cao dÉn ®Õn tØ sè La/Yb cña ®¸ mafic cao Ti cao h¬n rÊt nhiÒu so víi ®¸ mafic thÊp Ti (B¶ng 1). Tãm l¹i, cã thÓ nhËn xÐt r»ng ®¸ mafic cao Ti giµu c¸c nguyªn tè ®Êt hiÓm nhÑ so víi ®Êt hiÕm nÆng. §Æc ®iÓm nµy cã thÓ dÔ dµng nhËn ra trªn ®å thÞ "nhÖn" (H×nh 2b vµ c) thÓ hiÖn b»ng ®­êng nèi tõ La ®Õn Yb cña ®¸ mafic cao Ti th× dèc h¬n so víi ®¸ mafic thÊp Ti. T­¬ng tù nh­ ®· quan s¸t ®èi víi ®¸ felsic, c¶ mafic cao- lÉn thÊp Ti ®Òu béc lé dÞ th­êng ©m kh¸ râ nÐt t¹i Nb vµ Zr. Tãm l¹i, ngoµi c¸c dÞ th­êng ©m t¹i c¸c nguyªn tè nãi trªn, h×nh d¸ng biÓu ®å t­¬ng quan c¸c nguyªn tè phô cña c¶ hai lo¹i ®¸ mafic rÊt gÇn gòi víi h×nh d¸ng ®¸ bazan néi m¶ng vµ kh¸c víi bazan sèng ®¹i d­¬ng hoÆc ®íi hót ch×m [8].

V. Lý GI¶I Vµ BµN B¹C

C¸c sè liÖu ho¸ häc cña ®¸ nói löa CTS§ tr×nh bµy ë ®©y kh¼ng ®Þnh chóng ®· tr¶i qua c¸c qu¸ tr×nh biÕn ®æi sau nãng ch¶y magma.

Nh­ ®· tr×nh bµy ë trªn, mét sè ®¸ mafic CTS§ nghiªn cøu ë ®©y cã kiÕn tróc porphyr víi ban tinh lµ olivin vµ pyroxen; ngoµi ra, ®èi víi ®¸ mafic cao Ti, hµm l­îng MgO thÊp (trung b×nh kho¶ng 5,5%) so víi dung thÓ nguyªn thuû [7]. §iÒu nµy chøng tá r»ng dung thÓ magma nguyªn thuû ®· tr¶i qua qu¸ tr×nh kÕt tinh vµ ph©n dÞ. DÞ th­êng ©m t¹i Sr ®èi víi ®¸ felsic vµ mét sè mÉu mafic ph¶n ¸nh qu¸ tr×nh kÕt tinh vµ ph©n dÞ cña c¸c kho¸ng vËt plagioclas (H×nh 2).

NhiÒu b»ng chøng cho thÊy ®¸ nói löa CTS§ ®· bÞ t¸c ®éng bëi c¸c qu¸ tr×nh bÒ mÆt. ThÝ dô, olivin bÞ thay thÕ bëi iddingsit, pyroxen th«ng th­êng ®­îc thay b»ng epidot, plagioclas th× bÞ sericit ho¸. T¸c ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh ngo¹i sinh g©y biÕn thiªn m¹nh ®èi víi c¸c nguyªn tè linh ®éng nh­ Rb, K, Na, tuy nhiªn, ®èi víi c¸c nguyªn tè cã ®é linh ®éng yÕu nh­ Ti, Zr, Y, Nb vµ Yb th× ®é dao ®éng hÑp h¬n, nghÜa lµ Ýt bÞ ¶nh h­ëng bëi c¸c t¸c ®éng ngo¹i sinh.

VI. QU¸ TR×NH NãNG CH¶Y

Quan hÖ gi÷a tØ sè TiO₂/Al₂O₃ vµ TiO₂ kh«ng bÞ ¶nh h­ëng bëi kÕt tinh ph©n dÞ olivin vµ pyroxen. Ngoµi ra, c¸c cÆp tØ sè Ti/Y, Zr/Y, vµ Nb/Y, do chóng kh«ng bÞ ¶nh h­ëng cña c¸c qu¸ tr×nh kÕt tinh ph©n dÞ ¸p suÊt thÊp ®ång thêi chóng "bÒn" ®èi víi c¸c qu¸ tr×nh ngo¹i sinh sau magma, do vËy chóng cã thÓ ®­îc sö dông nh­ c¸c tiªu chÝ ®Ó t×m hiÓu b¶n chÊt nguån cña c¸c biÕn lo¹i ®¸, bao gåm c¶ qu¸ tr×nh nãng ch¶y [17]. Tuy nhiªn, yÕu tè quan träng ®Ó hiÓu ®iÒu kiÖn nãng ch¶y t¹o thµnh dung thÓ magma vµ b¶n chÊt nguån lµ biÕt ®­îc thµnh phÇn hãa häc cña dung thÓ nguyªn thuû.

§¸ phun trµo mafic CTS§ cã hµm l­îng c¸c nguyªn tè cã tÝnh kh«ng t­¬ng thÝch m¹nh (Rb, K) t­¬ng ®èi cao vµ hµm l­îng c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm nhÑ cao t­¬ng ®èi víi c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm nÆng (B¶ng 1, H×nh 2a vµ b). C¸c nguyªn tè nh­ Sm, Yb vµ Y trong ®¸ mafic cao Ti th× cao nh­ng ®¸ mafic thÊp Ti th× thÊp mét c¸ch ®¸ng kÓ so víi bazan sèng ®¹i d­¬ng (S§D) (sè liÖu cña Hofmann, 1988). Sù ph©n bè cña c¸c nguyªn tè Sm, Yb vµ Y mang tÝnh t­¬ng thÝch m¹nh ®èi víi ®¸ chøa granat vµ t­¬ng ®èi kh«ng t­¬ng thÝch víi c¸c kho¸ng vËt kh¸c, thÝ dô, spinel. Bazan S§D ®­îc chøng minh lµ s¶n phÈm nãng ch¶y tõ peridotit nghÌo spinel (thµnh phÇn bazan theo c¸c tiªu chÝ nguyªn tè chÝnh lÉn nguyªn tè phô) do ®· tr¶i qua c¸c ®ît nãng ch¶y t¹o thµnh dung thÓ bazan trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh vá ®¹i d­¬ng. Hµm l­îng c¸c nguyªn tè Sm, Yb vµ Y cña ®¸ mafic thÊp Ti rÊt thÊp so víi S§D chøng tá granat cã thÓ lµ kho¸ng vËt tån t¹i trong thÓ sãt sau qu¸ tr×nh nãng ch¶y. Ng­îc l¹i, c¸c ®¸ mafic cao Ti ë CTS§ cã thÓ lµ s¶n phÈm nãng ch¶y tõ c¸c peridotit spinel. H¬n thÕ n÷a, La/Yb cña mafic cao Ti cao h¬n, chøng tá chóng ®­îc thµnh t¹o tõ nguån giµu h¬n vµ/hoÆc tõ ®é nãng ch¶y thÊp h¬n so víi c¸c ®¸ mafic thÊp Ti. Tãm l¹i, h×nh d¹ng ph©n bè cña c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm kh«ng chØ ph¶n ¸nh ®Æc ®iÓm ®Þa ho¸ nguån mµ cßn nãi lªn ®iÒu kiÖn h×nh thµnh dung thÓ vµ ®Æc ®iÓm magma nguyªn thuû.

Thµnh phÇn ho¸ häc c¸c dung thÓ nguyªn thuû c¸c ®¸ mafic CTS§ lµ Èn sè. ThÕ nh­ng chóng ta cã thÓ tiÖm cËn chóng b»ng ph­¬ng ph¸p bï (hoÆc lo¹i trõ) c¸c thµnh phÇn olivin (vµ pyroxen) ®· kÕt tinh ph©n dÞ (hoÆc tÝch tô) trong qu¸ tr×nh tiÕn ho¸ magma ®Ó cã thµnh phÇn nh­ hiÖn nay. Nh­ ®· tr×nh bµy ë trªn, phÇn lín c¸c ®¸ mafic c¶ cao- lÉn thÊp Ti CTS§ ®Òu cã ban tinh olivin vµ mét l­îng nhá clinopyroxen, ngoµi ra, mét sè mÉu mafic thÊp Ti cã b»ng chøng tÝch tô olivin. Do vËy, chóng ta cã thÓ cho r»ng phÇn lín c¸c ®¸ mafic CTS§ ®· tr¶i qua qu¸ tr×nh kÕt tinh ph©n dÞ olivin ë giai ®o¹n sím vµ olivin + pyroxen ë giai ®o¹n muén, tr­íc khi dung thÓ phun trµo lªn bÒ mÆt. §Ó ®¬n gi¶n ho¸ vÊn ®Ò nh­ng vÉn b¶o vÖ ®­îc ý nghÜa cña viÖc t×m hiÓu thµnh phÇn magma nguyªn thuû, trong bµi viÕt nµy chóng t«i chØ thùc hiÖn tÝnh to¸n ®èi víi olivin. §iÒu nµy dùa trªn c¸c gi¶ thiÕt sau ®©y: thø nhÊt, c¸c ®¸ mafic nguyªn thuû, lµ s¶n phÈm nãng ch¶y tõ peridotit granat hoÆc spinel, cã chØ sè magnesi [100*Mg/(Mg + Fe²⁺)] trong kho¶ng 68 ®Õn 70 [7, 9, 10]; thø hai, thµnh phÇn olivin t­¬ng øng víi dung thÓ nguyªn thuû lµ Fo₈₇ – Fo₈₉ vµ tu©n theo quy luËt ph©n bè Fe²⁺/Mg gi÷a olivin vµ dung thÓ lµ 0,30 (K_Fe²⁺_/Mg Ol/Liq [20]; thø ba, ®Ó lo¹i trõ kh¶ n¨ng plagioclas kÕt tinh ph©n dÞ, chØ c¸c ®¸ mafic cã MgO > 6 wt% míi ®­îc sö dông [24]. Trªn c¬ së c¸c gi¶ thiÕt trªn chóng t«i bï olivin cã thµnh phÇn Fo₈₅ vµo c¸c ®¸ mafic tõng b­íc theo tØ lÖ 1:99 cho ®Õn khi thµnh phÇn ®¸ cã chØ sè magnesi lµ 69 – 69.5 vµ olivin t­¬ng øng lµ Fo₈₈ – Fo₈₉. Tãm l¹i, tuú theo thµnh phÇn mafic mµ l­îng olivin thªm vµo (+) hoÆc bít ®i (-). KÕt qu¶ tr×nh bµy trong B¶ng 2. CÇn chó ý lµ, dï kÕt qu¶ nµy cã thÓ kh«ng ph¶n ¸nh trung thùc thµnh phÇn nguyªn thuû thùc sù cña ®¸ mafic CTS§ tuy nhiªn chóng chØ ra r»ng, kÕt tinh vµ ph©n dÞ olivin (vµ pyroxen) lµm t¨ng TiO₂ trong dung thÓ nh­ng tØ sè TiO₂/Al₂O₃ hÇu nh­ kh«ng thay ®æi. H×nh 3 cho thÊy hµm l­îng TiO₂ cao trong ®¸ mafic cao Ti kh«ng t­¬ng thÝch víi nãng ch¶y c¶ peridotit spinel lÉn granat. Thùc nghiÖm nãng ch¶y c¸c ®¸ peridotit cho thÊy, dung thÓ t¹o thµnh tõ peridotit cã ®é nãng ch¶y cµng thÊp th× hµm l­îng TiO₂ cña chóng cµng cao, vµ trong cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®éng nh­ nhau (¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ ®é nãng ch¶y tõng phÇn) dung thÓ h×nh thµnh tõ peridotit giµu h¬n (ch­a hoÆc Ýt tr¶i qua c¸c qu¸ tr×nh nãng ch¶y tr­íc) sÏ cã TiO₂ cao h¬n (®­êng 2 so víi ®­êng 1 trªn H×nh 3 [7]). KÕt qu¶ thùc nghiÖm nµy cho thÊy ®é nãng ch¶y < 1% ®èi víi peridotit giµu t¹o thµnh dung thÓ cã hµm l­îng TiO₂ tèi ®a lµ 1,5% vµ TiO₂/Al₂O₃ t­¬ng øng < 0,1 (H×nh 3). Râ rµng, kh¸c víi ®¸ mafic thÊp Ti, ®¸ mafic cao Ti CTS§ ph¶i ®­îc thµnh t¹o tõ nguån cã Ti cao h¬n so víi peridotit. §¸ manti cao Ti bao gåm clinopyroxenit, werlit, websterit vµ amphibolit (H×nh 3). Chóng th­êng giµu TiO₂, Al₂O₃ vµ c¸c nguyªn tè cã tÝnh kh«ng t­¬ng thÝch m¹nh so víi lerzolit vµ harzburgit vµ cã tØ sè TiO₂/Al₂O₃ cao. Chóng cã thÓ chøa clinopyroxen vµ amphibol cao Ti (kaersutit) ±phlogopit, vµ c¸c kho¸ng vËt phô nh­ apatit, rutil vµ ilmenit [14]. Thùc nghiÖm nãng ch¶y tõng phÇn trªn s¶n phÈm pha trén gi÷a peridotit vµ ®¸ mafic tæng hîp (bazan) cña Kogiso vµ c¸c ®ång nghiÖp [9] cho dung thÓ cã hµm l­îng TiO₂ rÊt cao, FeO vµ tØ sè TiO₂/Al₂O₃ cao (H×nh 3) gÇn gòi víi hµm l­îng TiO₂ trong ®¸ mafic cao Ti CTS§. §iÒu nµy gîi ý r»ng, nÕu cã sù tham gia cña c¸c hîp phÇn mafic trong nãng ch¶y tõng phÇn víi peridotit th× dung thÓ t¹o thµnh cã thµnh phÇn TiO₂ vµ tØ sè TiO₂/Al₂O₃ gÇn víi víi mafic cao Ti CTS§. Suy luËn t­¬ng tù, phun trµo mafic thÊp Ti CTS§ cã thÓ lµ s¶n phÈm nãng ch¶y tõng phÇn cña chØ peridotit.

VII. §ÆC §IÓM §éNG LùC MANTI CñA §¸ PHUN TRµO CTS§

§¸ mafic cao Ti cã Zr/Y, Ti/Y vµ Nb/Y cao mét c¸ch ®¸ng kÓ so víi ®¸ mafic thÊp Ti (H×nh 4). Do sù biÕn thiªn cña ®å thÞ Nb/Y vµ Zr/Y (Ti/Y) kh«ng bÞ ¶nh h­ëng cña c¸c qu¸ tr×nh kÕt tinh ph©n dÞ ¸p suÊt thÊp (pyroxen ± plagioclas), sù kh¸c nhau gi÷a c¸c tØ sè nµy trong mafic cao- vµ thÊp Ti CTS§ thÓ hiÖn sù kh¸c nhau vÒ ®é nãng ch¶y, ®é s©u nãng ch¶y vµ b¶n chÊt giµu nghÌo cña nguån [17]. Ngoµi ra hÖ sè ph©n bè gi÷a dung thÓ vµ thÓ r¾n (K^liq/solid) cña Nb < Zr <Ti <Y [8] c¸c tØ sè Nb/Y, Zr/Y vµ Ti/Y cña ®¸ mafic cao Ti cao chøng tá chóng h×nh thµnh tõ ®é nãng ch¶y thÊp h¬n vµ/hoÆc nguån cña chóng giµu h¬n so víi ®¸ mafic thÊp Ti.

Trong phÇn trªn chóng t«i ®· lý gi¶i r»ng sù nãng ch¶y nguån pha trén gi÷a peridotit vµ c¸c hîp phÇn mafic cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh ®¸ mafic cao Ti. Sù ph©n bè cña c¸c m¹ch clinopyroxenit trong c¸c khèi siªu mafic lµ phæ biÕn [18]. C¸c khèi siªu mafic lµ thÓ sãt sau nãng ch¶y quyÓn mÒm, tÝch tô vµ trë thµnh hîp phÇn chñ yÕu cña manti th¹ch quyÓn (lithospheric mantle). Theo mÆt c¾t tõ manti trªn, vÞ trÝ cÊu tróc nµy t­¬ng øng víi phÇn uèn cong trªn ®­êng ®Þa nhiÖt, biÓu diÔn sù chuyÓn tiÕp tõ nhiÖt ®èi l­u (kiÓu ®o¹n nhiÖt) - biÓu diÔn b»ng ®o¹n th¼ng ®øng) sang chÕ ®é nhiÖt truyÒn (kiÓu dÉn nhiÖt) - thay ®æi tuyÕn tÝnh víi ®é s©u cña vá). Sù tån t¹i cña c¸c m¹ch clinopyroxenit trong manti th¹ch quyÓn ®­îc gi¶i thÝch hoÆc lµ do sù t¾c nghÏn cña c¸c dung thÓ bazan cã thÓ tÝch kh«ng ®¸ng kÓ, hoÆc s¶n phÈm t¹o thµnh do nãng ch¶y côc bé x¶y ra trong manti th¹ch quyÓn [18], hoÆc chóng ®­îc h×nh thµnh tõ ho¹t ®éng biÕn chÊt trao ®æi d­íi ¶nh h­ëng cña nhiÖt quyÓn mÒm. Mét c¸ch tæng qu¸t, manti th¹ch quyÓn ®­îc cÊu thµnh chñ yÕu tõ c¸c ®¸ siªu mafic. Chóng lµ vËt chÊt sãt l¹i sau nãng ch¶y t¹o thµnh dung thÓ mafic, do vËy giµu Mg, nghÌo thµnh phÇn bazan nh­ Fe, Ti, Ca, Al, Na, v.v, nghÌo hµm l­îng c¸c nguyªn tè phô nh­ ®Êt hiÕm nhÑ vµ ®Æc biÖt nghÌo c¸c nguyªn tè cã tÝnh kh«ng t­¬ng thÝch m¹nh [1]. Tuy nhiªn, do c¸c qu¸ tr×nh biÕn chÊt trao ®æi vµ ®Æc biÖt lµ t­¬ng t¸c víi dung thÓ mafic x©m nhËp tõ bªn d­íi, tiÒm n¨ng c¸c nhãm nguyªn tè phô trong manti th¹ch quyÓn cã thÓ t¨ng. Tãm l¹i, qu¸ tr×nh lµm giµu nh­ trªn râ rµng phô thuéc vµo m«i tr­êng ®Þa ho¸ vµ thêi gian. Mét c¸ch tæng qu¸t, ®Þa ho¸ manti th¹ch quyÓn phøc t¹p vµ dÞ phÇn; chóng cã thÓ x¶y ra trªn diÖn réng hoÆc còng cã thÓ tån t¹i ë ph¹m vi rÊt hÑp [15]. Ng­îc l¹i, vËt chÊt quyÓn mÒm ®­îc xem lµ ®ång nhÊt, giµu c¸c thµnh phÇn bazan vµ phong phó hµm l­îng c¸c nguyªn tè phô [1].

C¬ chÕ ®éng lùc h×nh thµnh cÊu tróc S«ng §µ ®­îc cho lµ ho¹t ®éng rift (t¸ch gi·n) [3, 4, 6] ph¸t triÓn cuèi Permi cho ®Õn Trias (?) [22]. Dï rift ph¸t triÓn trong m«i tr­êng néi m¶ng hay r×a m¶ng (chóng t«i sÏ bµn vÒ b¶n chÊt ®éng lùc cña CTS§ trong bµi b¸o tiÕp theo), song song víi qu¸ tr×nh sôt lón vµ t¸ch gi·n vá, ®¸y manti th¹ch quyÓn sÏ n©ng lªn vµ bÞ bµo mßn d­íi t¸c ®éng nhiÖt cña quyÓn mÒm ®ang d©ng lªn, thay vµo vÞ trÝ tr­íc ®ã lµ ®¸y manti th¹ch quyÓn theo nguyªn t¾c ®éng lùc t¸ch gi·n ®ång bé [11]. KÕt qu¶, ®¸y manti th¹ch quyÓn t­¬ng t¸c trùc tiÕp víi quyÓn mÒm cã nhiÖt ®é cao h¬n. Qu¸ tr×nh ®éng lùc nµy tiÕp diÔn kh«ng nh÷ng thóc ®Èy c¸c ho¹t ®éng nãng ch¶y côc bé trong manti th¹ch quyÓn t¹o nªn c¸c m¹ch mafic giµu c¸c nguyªn tè phô, mµ tÊt yÕu sÏ dÉn ®Õn nãng ch¶y gi¶m ¸p mµ hîp phÇn chÝnh lµ vËt chÊt quyÓn mÒm. Trong tr­êng hîp nµy, sù tham gia cña c¸c m¹ch mafic sÏ h×nh thµnh ®¸ mafic cao Ti, -Fe vµ nguyªn tè phô tÝch luü tõ c¸c ho¹t ®éng biÕn chÊt trao ®æi phï hîp víi ®iÒu chóng t«i lý gi¶i ë phÇn trªn. Suy luËn t­¬ng tù, nãng ch¶y vËt chÊt quyÓn mÒm cã sù tham gia cña peridotit chøa granat cña manti th¹ch quyÓn cã thÓ t¹o ra s¶n phÈm thÊp Fe/Mg, thÊp hµm l­îng c¸c nguyªn tè phô phï hîp víi thµnh phÇn vËt chÊt cña ®¸ mafic thÊp Ti CTS§. Ngoµi ra, ranh giíi thêi gian biÓu hiÖn b»ng quan hÖ ®Þa tÇng kh«ng râ rµng, h¬n thÕ n÷a, c¶ mafic cao- lÉn thÊp Ti ®Òu xuÊt hiÖn trong pha ®Çu (thÝ dô t¹i hÖ tÇng Viªn Nam), ®iÒu nµy cho phÐp chóng t«i kÕt luËn r»ng, hai biÕn lo¹i ®¸ mafic CTS§ cã thÓ xuÊt hiÖn ®ång thêi hoÆc thay thÕ nhau. Sù kh¸c nhau vÒ thµnh phÇn cña chóng ®­îc quyÕt ®Þnh bëi tØ lÖ tham gia cña c¸c m¹ch mafic vµ/hoÆc vËt chÊt manti th¹ch quyÓn víi quyÓn mÒm vµ ®é nãng ch¶y tõng phÇn c¸c vËt chÊt nãi trªn.

H×nh 3. BiÕn thiªn gi÷a TiO₂ vµ TiO₂ /Al₂O₃ cña ®¹i diÖn thµnh phÇn ®¸ mafic cao vµ thÊp Ti trªn lý thuyÕt ®­îc quy vÒ thµnh phÇn nguyªn thuû (B¶ng 2). KÕt qu¶ thùc nghiÖm cña Hirose vµ Kushiro [7] ®èi víi peridotit nghÌo (3) vµ giµu (2) vµ Kogiso vµ nnk. [9] (1) cïng víi tr­êng ph©n bè cña c¸c ®¸ mafic ®­îc ®­a lªn ®Ó ®èi s¸nh. Xin l­u ý: kÕt tinh ph©n dÞ olovin (FC ol) vµ pyroxen (FC cpx) kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn tØ sè TiO₂ /Al₂O₃

H×nh 4. BiÕn thiªn gi÷a Nb/Y vµ Zr/Y cña hai biÕn lo¹i ®¸ mafic CTS§. Giíi h¹n biÕn thiªn thµnh phÇn ®¸ nguån gèc manti nguyªn thuû, tr­êng ph©n bè cña bazan nghÌo sèng ®¹i d­¬ng (N-MORB). Gi¸ trÞ Nb/Y vµ Zr/Y cµng cao chøng tá nguån cµng giµu vµ / hoÆc®é nãng ch¶y cµng thÊp. Xem gi¶i thÝch chi tiÕt trong bµi.

Cïng víi sù ph¸t triÓn cña ho¹t ®éng t¸ch gi·n, ®¸y manti th¹ch quyÓn tiÕp tôc bÞ bµo mßn vµ quyÓn mÒm tiÕp tôc d©ng lªn tÊt yÕu dÉn ®Õn nãng ch¶y vá t¹o thµnh c¸c biÕn lo¹i ®¸ giµu tÝnh axit mang c¸c ®Æc ®iÓm ®Þa ho¸ pha trén gi÷a vËt chÊt manti vµ vá. Tuy nhiªn, chóng t«i kh«ng lo¹i trõ tr­êng hîp mét sè biÕn lo¹i ®¸ felsic tiÕn ho¸ b»ng ph©n dÞ tõ c¸c ®¸ mafic vµ mang ®Æc ®iÓm ®ång vÞ cña nguån nguyªn thuû mµ kh«ng bÞ nhiÔm vËt chÊt vá t¹i c¸c lß magma trung gian (xem bµi sau).

Sù tham gia cña hîp phÇn mafic vµ manti th¹ch quyÓn ®· ®­îc ®Ò cËp ®Ó gi¶i thÝch vÊn ®Ò nguån gèc cña bazan cao vµ thÊp Ti t¹i c¸c ®íi t¸ch gi·n nh­ Oslo [16], Parana [13]. Sù tham gia cña c¸c m¹ch clinopyroxenit vµo qu¸ tr×nh nãng ch¶y vËt chÊt quyÓn mÒm còng ®­îc xem lµ quan träng trong viÖc thµnh t¹o bazan cao kiÒm, cao Ti ë quÇn ®¶o Hawaii.

Manti th¹ch quyÓn ®­îc xem lµ dÞ phÇn ®èi víi c¸c nhãm nguyªn tè phô, "nguéi", "kh«", nghÌo thµnh phÇn bazan (xem phÇn trªn), vµ cã ®é dÎo thÊp cho nªn Ýt cã kh¶ n¨ng nãng ch¶y ®Ó t¹o thµnh dung thÓ bazan cã thÓ tÝch lín nh­ quan s¸t t¹i c¸c ®íi t¸ch gi·n. Tuy nhiªn, nhiÒu ng­êi cho r»ng manti th¹ch quyÓn còng cã thÓ nãng ch¶y vµ cã tiÒm n¨ng s¶n sinh dung thÓ bazan nÕu nhiÖt ®é thÓ r¾n bÞ gi¶m hoÆc ®é dÎo t¨ng lªn. Sù gi¶i phãng vµ tÝch luü n­íc do ph©n r· c¸c kho¸ng vËt nh­ phlogopit vµ/hoÆc amphibol cã kh¶ n¨ng lµm gi¶m nhiÖt ®é thÓ r¾n; ®¸y manti th¹ch quyÓn d­íi t¸c ®éng nhiÖt trùc tiÕp cña quyÓn mÒm sÏ nãng h¬n, kÕt qu¶ ®é dÎo cña chóng sÏ t¨ng. Trong c¶ hai tr­êng hîp tÝnh chÊt vËt lý cña manti th¹ch quyÓn dÇn dÇn trë nªn gièng quyÓn mÒm vµ kh¶ n¨ng nãng ch¶y t¹o thµnh dung thÓ bazan dÔ dµng h¬n [17].

VIII. KÕT LUËN

Sau khi nghiªn cøu c¸c b»ng chøng ®Þa chÊt, th¹ch häc vµ ®Þa ho¸ c¸c ®¸ phun trµo cÊu tróc S«ng §µ chóng t«i cã c¸c kÕt luËn d­íi ®©y.

1. S¶n phÈm phun trµo Paleozoi S«ng §µ chñ yÕu lµ ®¸ mafic kÌm theo mét l­îng nhá ®¸ giµu axit. §¸ mafic ®­îc ph©n biÖt ra lo¹i cao Ti (TiO₂ > 1%) vµ lo¹i thÊp Ti (TiO₂ < 1%). §¸ mafic cao Ti cã tæng kiÒm, FeO*, hµm l­îng c¸c nguyªn tè phô cao h¬n vµ MgO thÊp h¬n ®¸ mafic thÊp Ti.

2. TiO₂ cao vµ tØ sè t­¬ng øng TiO₂/Al₂O₃ cao trong ®¸ mafic cao Ti kh«ng thÓ gi¶i thÝch b»ng nãng ch¶y chØ tõ c¸c nguån peridotit granat hoÆc spinel mµ ®ßi hái cã sù tham gia cña (c¸c) nguån cao titan nh­ clinopyroxenit, werlit, websterit, amphibolit, v.v. (gäi chung lµ c¸c m¹ch mafic) trong manti th¹ch quyÓn.

3. C¸c m¹ch mafic nµy giµu c¸c nguyªn tè phô, h×nh thµnh tõ c¸c ho¹t ®éng biÕn chÊt trao ®æi do t­¬ng t¸c víi quyÓn mÒm giµu thµnh phÇn bazan vµ phong phó c¸c nhãm nguyªn tè phô. Chóng t«i tin r»ng, mét mÆt, nãng ch¶y vËt chÊt quyÓn mÒm ®ång thêi cã sù tham gia cña c¸c m¹ch mafic nãi trªn lµ nguån cña ®¸ mafic cao Ti. MÆt kh¸c, ®¸ mafic thÊp Ti lµ s¶n phÈm nãng ch¶y vËt chÊt quyÓn mÒm vµ manti th¹ch quyÓn, trong ®ã vËt chÊt manti th¹ch quyÓn lµ chñ ®¹o.

4. Ho¹t ®éng phun trµo Paleozoi CTS§ lµ hÖ qu¶ cña ho¹t ®éng t¸ch gi·n th¹ch quyÓn. C¬ chÕ ®éng lùc nµy tÊt yÕu dÉn ®Õn sù n©ng lªn cña quyÓn mÒm vµ nãng ch¶y gi¶m ¸p. Trong tr­êng hîp nµy kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã sù hiÖn diÖn cña chåi manti (cßn gäi lµ vßm nhiÖt).

Chóng t«i c¸m ¬n GS Phan Tr­êng ThÞ v× nh÷ng gîi ý quý b¸u. Chóng t«i biÕt ¬n Ban biªn tËp T¹p chÝ §Þa chÊt, ®Æc biÖt lµ TS §µo §×nh Thôc, vÒ c¸c gãp ý x©y dùng.

V¡N LIÖU

1. Anderson D.L., 1995. Lithosphere asthenosphere and perisphere. Rev. Geophysics, 33 : 125-149.

2. Arndt, N.T., 1994. Archean komatiites. In: Condie, K.C. (Editor), Archean Crustal Evolution, Elsvier, pp. 11-44.

3. Dickins J.M., 1996. Permian and Triassic events in Vietnam and implications for economic geology. Geology, B/7-8 : 35-39, Hµ Néi.

4. §µo §×nh Thôc, 1981. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh, ph¸t triÓn vµ b¶n chÊt kiÕn t¹o ®íi S«ng §µ. B¶n ®å ®Þa chÊt, 49 : 12-20, Hµ Néi.

5. §ovjikov A. (chñ biªn), 1965. §Þa chÊt miÒn B¾c ViÖt Nam. Nxb KHKT, Hµ Néi.

6. Gatinskii Yu., 1986. Geodynamics of SE Asia in relation to the evolution of ocean basins. Journal PPP, 55 : 127-144. Elsevier.

7. Hirose K., Kushiro I., 1993. Partial melting of dry peridotites at high pressures: determination of composition of melts segregated from peridotite using aggregate of diamond. Earth Planet. Sci. Lett., 114 : 477-489.

8. Hofmann A.W., 1988. Chemical differentiation of the Earth: the relationship between mantle, continental crust, and oceanic crust. Earth Planet. Sci. Lett., 90 : 297-314.

9. Kogiso T., Hirose K., Takahashi E., 1998. Melting experiments on homogenous mixtures of peridotite and basalt: application to the genesis of ocean island basalts. Earth Planet. Sci. Lett., 162 : 45-61.

10. Kushiro I., 1996. Partial melting of a fertile mantle peridotite at high pressure: An experimental study using aggregates of diamond. In: Basu, A., Hart, S.R. (Editors), Earth Processes: Reading the Isotopic Code. Geophys. Monogr. 95 : 109-122, AGU.

11. Latin D., White N., 1990. Generating melt during lithospheric extension: Pure shear vs. simple shear. Geology, 18 : 327-331.

12. Lª Duy B¸ch, Ng« Gia Th¾ng, 1996. Ph©n vïng kiÕn t¹o T©y B¾c ViÖt Nam. §Þa chÊt vµ KS, 5: 96-105. ViÖn §CKS, Hµ Néi.

13. Marques L.S., Dupre B., Piccirillo E.M., 1999. Mantle source composition of the Parana Magmatic Province (southern Brazil): evidence from trace element and Sr-Nd-Pb isotope geochemistry. J. Geodynamics, 28 : 439-458.

14. McPherson E., Thirlwall M.F., Parkinson I.J., Menzies M.A., Bodinier J.L., Woodland A., Bussod G., 1996. Geochemistry of metasomatism adjacent to amphibole-bearing veins in the Lherz peridotite massif. Chem. Geol., 134 : 135-157.

15. Menzies M.A., Rogers N.W., Tindle A., Hawkesworth C.J., 1987. Metasomatic and enrichment processes in lithospheric peridotites, an effect of asthenosphere-lithosphere interaction. In: Menzies, M.A., Hawkesworth, C.J. (Editors), Mantle Metasomatism, pp. 313-359. Academic Press.

16. Neumann E.-R., Dunworth E.A., Sundvoll B.A. Tollefsrund J.I., 2002. B1 basaltic lavas in Vestfold-Jeloya area, central Oslo rift: derivation from initial melts formed by progressive partial melting of an enriched mantle source. Lithos, 61 : 21-53.

17. Nguyen Hoang, Flower M.F.J., 1998. Petrogenesis of Cenozoic basalts from Vietnam: implications for origins of a "diffuse igneous province". J. Petrology, 39 : 369-395.

18. Nixon P.H (Editor), 1987. Mantle Xenoliths. John Wiley & Sons Ltd., New York, 570p.

19. Phan Tr­êng ThÞ, Lª V¨n Cù, §ç §×nh To¸t, Phan V¨n Quýnh, 1974. §Þa tÇng vµ th¹ch häc c¸c ®¸ nói löa vïng Hßa B×nh - Suèi Rót. §Þa chÊt, 113 : 1-15, Hµ Néi.

20. Roeder P.L., Emslie R.F., 1970. Olivine-liquid equilibria. Contrib. Mineral. Petrol., 29 : 275-289.

21. TrÇn Träng Hoµ, Hoµng H÷u Thµnh, TrÇn TuÊn Anh, Ng« ThÞ Ph­îng, Hoµng ViÖt H»ng, 1998. C¸c tæ hîp ®¸ bazantoid cao titan Permi – Trias rift S«ng §µ. Thµnh phÇn vËt chÊt vµ ®iÒu kiÖn ®Þa ®éng lùc h×nh thµnh. §Þa chÊt, 244 : 7-15, Hµ Néi.

22. TrÇn Träng Hßa, 2001. Ph©n chia vµ ®èi s¸nh c¸c tæ hîp ®¸ bazantoid Permi – Trias ®íi S«ng §µ. §Þa chÊt, A/265 : 12-19, Hµ Néi.

23. TrÇn V¨n TrÞ (chñ biªn), 1977. §Þa chÊt ViÖt Nam. PhÇn miÒn B¾c. Nxb KHKT, Hµ Néi.

24. Turner S., Hawkesworth C., 1995. The nature of the sub-continental mantle: constraints from the major element composition of continental flood basalts. Chemical Geology, 120 : 295-314.

25. V¨n §øc Ch­¬ng, 1995. Ophiolite zones of ViÖt Nam. J. Geology, B/ 5-6 : 323. Hµ Néi.