Đang tải... (xem toàn văn)
Nguyên tố vết là những nguyên tố hóa học có mặt trong đá với hàm lượng nhỏ hơn 1% trọng lượng có nghĩa là nhỏ hơn 1000ppm. Đôi khi nguyên tố vết có thể tạo thành khoáng vật riêng biệt, song nhìn chung chúng thay thế những nguyên tố chính trong các khoáng vật tạo đá. Việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố vết đã trở thành một phần thiết yếu trong nghiên cứu thạch luận hiện đại và có khả năng phân biệt nhiều quá trình thạch địa hóa tốt hơn so với nhóm nguyên tố chính. Điều đặc biệt quan trọng là những mô hình toán học dựa trên hành vi địa hóa nhóm nguyên tố vết cho phép đưa ra những luận giải địa chất đáng tin cậy về các quá trình bị khống chế bởi sự cân bằng tinh thể dung thể hoặc tinh thể chất lỏng.
CHƯƠNG III: (Trace Elements) Nguyên tố vết nguyên tố hóa học có mặt đá với hàm lợng nhỏ 1% trọng lợng - có nghĩa nhỏ 1000ppm Đôi nguyên tố vết tạo thành khoáng vật riêng biệt, song nhìn chung chúng thay nguyên tố khoáng vật tạo đá Việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố vết đà trở thành phần thiết yếu nghiên cứu thạch luận đại có khả phân biệt nhiều trình thạch địa hóa tốt so với nhóm nguyên tố Điều đặc biệt quan trọng mô hình toán học dựa hành vi địa hóa nhóm nguyên tố vết cho phép đa luận giải địa chất đáng tin cậy trình bị khống chế cân tinh thĨ - dung thĨ hc tinh thĨ - chÊt lỏng I- Sự PHÂN LOạI NGUYÊN Tố VếT THEO HàNH VI ĐịA HóA CủA CHúNG Nguyên tố vết thờng đợc nghiên cứu theo nhóm, đặc điểm địa hóa nhóm thay đổi cách hệ thống nhóm nguyên tố đợc sử dụng nh thị (indicator) cho trình thạch luận Các nguyên tố vết thờng đợc phân loại dựa vào vị trí chúng bảng tuần hoàn Mendeleep, theo hành vi địa hóa chúng hệ thống magma 1- Trong bảng tuần hoàn Mendeleep: phân chia số nhóm nguyên tố vết nh sau: - 34 - a- Nhãm Lantanit hc nhãm ®Êt hiÕm (Rare Earth Elements - REE): bao gåm c¸c nguyên tố có số nguyên tử từ 57 đến 71 (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) Ngoài ra, đợc ghép vào nhóm có nguyên tố Y với bán kính ion tơng tự nh nguyên tố Ho Nguyên tố Pm thực tế không gặp Những nguyên tố đất hiÕm cã sè nguyªn tư thÊp (La, Ce, , Sm) đợc gọi nguyên tố đất nhẹ (LREE), nguyên tố có số nguyên tử cao (Gd, Tb, , Lu) đợc gọi nguyên tố đất nặng (HREE) Đôi nguyên tố trung gian (từ Sm tới Ho) đợc gọi nguyên tố đất trung bình (MREE) Nhìn chung, tất nguyên tố nhóm đất có đặc điểm hóa học vật lý học giống nhau: chúng tạo nên ion hóa trị +3 vững bền với kích thớc ion (bán kính ion) gần tơng tự Tuy nhiên chúng có khác biệt chút ít: kích thớc ion giảm dần theo tăng dần số nguyên tử (hay số thứ tự) đà dẫn tới khác đặc điểm địa hóa chúng Những khác nhỏ kích thớc hành vi địa hóa nhóm đất đợc sử dụng nghiên cứu thạch luận để luận giải nguồn gốc nh trình địa hóa xảy thạch manti Ngoài ra, vài nguyên tố đất hóa trị +3, xuất mức độ oxy hóa khác (nh Ce+4, Eu +2), điều ý nghĩa đặc biệt quan trọng địa chất học nói chung thạch địa hóa nãi riªng b- Nhãm Platin (Platium group elements - PGE): bao gồm nguyên tố có số nguyên tử từ 44 đến 46 (Ru, Rh, Pd) từ 76 đến 78 (Os, Ir, Pt), đợc gọi nhóm kim loại quí, nh bao gồm nguyên tố Au c- Nhãm kim lo¹i chun tiÕp (Transition metals - TME): bao gồm nguyên tố có số nguyên tử từ 21 ®Õn 30 (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr) Tuy nhiên, địa hóa học khái niệm - 35 - nhóm nguyên tố kim loại chuyển tiếp thờng áp dụng nguyên tố Fe Mn; Ngoài ra, nguyên tố Sc lại đợc xếp vào nhóm nguyên tố đất (REE) đặc tính hóa học gần gũi với Y La (cùng nhóm hóa học III.B) Nhìn chung, nguyên tố nhóm kể có đặc điểm hóa học tơng tự, song trình địa chất dẫn đến khác biệt hành vi địa hóa chúng Vì vậy, việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố vết giúp nhà địa chất hiểu rõ đợc nhiều trình địa chất đà xảy - 36 - 2- Hành vi địa hóa nguyªn tè vÕt hƯ thèng magma: a- Khi manti Trái đất bị nóng chảy, nguyên tố vết vào pha lỏng (dung thể), vào pha rắn (khoáng vật) Nguyên tố vết a pha rắn đợc gọi nguyên tố tơng hợp (compatible elements - CE), nguyên tố a pha lỏng đợc gọi nguyên tố không tơng hợp (incompatible - ICE) - có nghĩa chúng không thích hợp với cấu trúc khoáng vật thoát với pha lỏng từ ban đầu Nguyên tố không tơng hợp đợc gọi nguyên tố a magma ẩm (hygromagmatophile) theo Trenil Varet (1973) Về chi tiết, mức độ tơng hợp không tơng hợp hành vi địa hóa nguyên tố vết thay đổi tùy thuộc vào thành phần dung thể Thí dụ: nguyên tố P không tơng hợp khoáng vật manti, nên trình nóng chảy phần (patial melting) nã sÏ tËp trung rÊt nhanh dung thÓ; nhng đá granit, P lại nguyên tố tơng hợp nên thờng nằm cấu trúc tinh thể apatit b- Các nguyên tố không tơng hợp đợc phân chia theo tỷ số điện tích / kích thớc chúng Tỷ số thờng đợc gọi trờng vững bền (field strength) - số đo điện tích điện tử đơn vị bề mặt cation Nó th ờng đợc xem nh ion nguyên tố đợc tính tỷ số hóa trị với bán kính ion Nh vậy: Những cation nhỏ có điện tích cao đợc gọi cation cã trêng v÷ng bỊn cao (high field strength - HFS) với ion > 2.0; Còn cation lớn có điện tích nhỏ đợc gọi cation có trêng v÷ng bỊn thÊp (low field strength - LFS) víi thÕ ion < 2.0 Nh÷ng cation trêng v÷ng bỊn thÊp đợc gọi nguyên tố a đá cã ion lín (large ion lithophile elements - LILE) Th«ng thờng nguyên tố với bán kính ion nhỏ điện tích tơng đối thấp có xu hớng tơng hợp Đó nhóm - 37 - nguyên tố nhóm kim loại chuyển tiếp Các cation có trờng vững bền cao (HFS) bao gồm nhóm nguyên tố đất (REE), Sc, Y, Pb, U, Th, Zr, Hf, Ta, Nb, Ti, P Trong cần lu ý là, cặp nguyên tố Zr - Hf Ta - Nb tơng đồng kích thớc điện tích ion, nên chúng có hành vi địa hóa giống Các cation có trờng vững bền thấp (LFS) hay cation a đá có ion lớn (LIL) bao gồm K, Rb, Cs Ba, có Sr, Eu+2 Pb +2 (cả nguyên tố có bán kính ion điện tích nh nhau) II- CáC QUá TRìNH ĐịA CHấT KIểM SOáT Sự PHÂN Bố NGUYÊN Tố VếT a- Độ linh động (mobility) nguyên tố vết Độ linh động nguyên tố vết đợc kiểm soát thay đổi thành phần khoáng vật xảy trình biến đổi phụ thuộc vào chất pha lỏng Về bản, nguyên tố không tơng hợp thuộc nhóm có trờng vững bỊn thÊp (nh K, Rb, Cs, Ba vµ Sr) lµ nguyên tố linh động (mobile ME) Còn nguyên tè thc nhãm cã trêng v÷ng bỊn cao bao gåm nhãm ®Êt hiÕm (REE), Sc, Y, U-Th, Zr-Hf, Ta-Nb, Ti, P nguyên tố không linh động (immobile - IME) Trong nhóm kim loại chuyển tiếp Mn, Zn Cu nguyên tố linh động, đặc biệt điều kiện nhiệt độ cao, Co, Ni, V Cr lại nguyên tố không linh động Tuy nhiên, Humphries (1984) đà mối quan hệ không đơn giản độ linh động nhóm nguyên tố đất với kiểu đá với mức độ biến chất Thí dụ, trình biến đổi nguyên tố ®Êt hiÕm cã thĨ di chuyªín khái basalt thđy tinh dễ dàng từ đá thành phần nhng có độ kết tinh tốt (basalt thờng), nguyên tố đất trở nên linh động dung dịch tạo khoáng - 38 - giàu carbonat giàu halogen Trong trình khử nớc vỏ đại dơng bị hút chìm dẫn tới sinh thành magma kiềm-vôi (CA) nguyên tố LILE, Th, P, Ce Sm trở nên linh động nhiều 2- Những nguyên tố không linh động (ú) Mét bíc tiÕn quan träng viƯc x©y dùng dạng biểu đồ phân biệt nghiên cứu thạch luận nguồn gốc phát triển phơng pháp phân tích nhanh chóng xác nguyên tố vết có hàm lợng thấp khoáng vật silicat Các phơng pháp phân tích thờng đợc sử dụng huỳnh quang tia X (XRF) kích hoạt neutron (NAA) Có ý nghĩa đặc biệt quan trọng nguyên tố vết không linh động (ỳ) điều kiện nhiệt dịch Chính biểu đồ đợc xây dựng theo nguyên tố vết không linh động (ỳ) sử dụng hiệu đá đà bị biến đổi bị biến chất Nhiều biểu đồ phân biệt đà sử dụng nguyên tố có trờng vững bền cao (nh Ti, Zr, Y, Nb, P) - nguyên tố không linh động dung dịch lỏng, có nghĩa chúng trở nên vững bền điều kiện nhiệt dịch, phong hóa đáy biển chí mức độ biến chất trung bình ( tớng amphibolit) Tóm lại, biểu đồ phân chia kiểu magma - kiến tạo cần phải đợc xây dựng dựa nguyên tố không nhạy cảm trình biến đổi thứ sinh, chúng dễ dàng xác định với độ xác cao mức hàm lợng thấp phơng pháp phân tích nhanh chóng đơn giản 3- Các bối cảnh kiến tạo Số lợng bối cảnh kiến tạo đợc ghi nhận thời điểm lớn nhiều so với 20 năm trớc Điều phản ánh tiến vỵt bùc hiĨu biÕt cđa chóng ta vỊ tiÕn trình phát triển Trái đất nói chung, nh trình - 39 - địa hóa học đá magma nói riêng Pearce Cann (1971, 1973) lần đà xác định đặc điểm địa hóa học đá basalt từ bối cảnh kiến tạo khác nhau: cung núi lửa (VAB), đáy đại dơng (OFB) nội mảng (WB) Ngày nay, việc phân biệt mặt hóa học bối cảnh kiến tạo đà mở rộng cho tất đá magma trầm tích Các kiểu khác thuộc bối cảnh kiến tạo dÃy núi đại dơng (MOR) đợc phân biệt tốt sử dụng đặc điểm hóa học đá basalt, để phân biệt kiểu khác bối cảnh kiến tạo đới va chạm mảng (COL) tốt nên sử dụng đặc điểm địa hóa đá granite Rìa lục địa thụ động (PCM) đợc đặc trng vắng mặt hoạt động magma nhận biết đợc sử dụng đăồc điểm địa hóa đá trầm tích Những bối cảnh kiến tạo nội mảng (WP) xác định từ đặc điểm địa hóa đá basalt lẫn đá granite Bối cảnh kiến tạo cung núi lửa (VA) hay hoạt động magma cung đảo (IA) phân biệt sử dụng toàn đặc điểm thạch địa hóa nêu Tóm lại, bối cảnh kiến tạo phân biệt đợc sử dụng tiêu chuẩn thạch địa hóa (lithogeochemical) bao gồm: * DÃy núi đại dơng: + DÃy núi đại dơng kiểu bình thờng (đợc đặc trng kiểu basalt dÃy núi đại dơng bình thờng N-MORB) + DÃy núi đại dơng dị thờng (đợc đặc trng kiểu basalt dÃy núi đại dơng đợc làm giàu EMORB) + DÃy nói biĨn sau cung (BAB) + D·y nói biĨn tríc cung (FAB) nằm bên đới hút chìm - 40 - * Cung núi lửa: + Cung đại dơng chủ yếu basalt tholeit (OAT) + Cung đại dơng chủ yếu basalt kiềm-vôi (CAB) + Rìa lục địa tích cực (ACM) * Đới va chạm mảng: + Va chạm lục địa - lục địa (Syn-COLG) + Va chạm cung đảo - lục địa (VAG) * Các bối cảnh nội mảng: + Vỏ lục địa bình thờng (WPG) + Đảo đại dơng (OIB) 4- Các trình thạch luận a- Nóng chảy phần (Partial Melting - PM) Có hai kiểu nóng chảy phần, là: + Kiểu nóng chảy nhóm hay mẻ(batch melting), đợc gọi kiểu nóng chảy phần cân (equilibrium partial melting), dung thể đợc tạo liên tục phản ứng tái cân với pha rắn tàn d dung thể thoát nh mẻ magma riêng biệt + Kiểu nóng chảy phân đoạn (fractional melting) có lợng nhỏ dung thể đợc hình thành sau tách khỏi nguồn Sự cân xảy dung thể với bề mặt khoáng vật miền nguồn Kiểu nóng chảy phân đoạn thích hợp với thành tạo số dung thể magma basalt b- Kết tinh phân đoạn (Fractional Crystallization - FC) Có kiểu kết tinh phân đoạn: kết tinh cân (equibrium crystallization), kết tinh phân đoạn (fractional crystallization) kết tinh chỗ (in situ crystallization) - 41 - + Kiểu kết tinh cân trình kết tinh dung thể magma mà cân pha rắn (khoáng vật) với dung thể tồn suốt trình kết tinh Sự phân bố nguyên tố vết trình kết tinh cân hoàn toàn trái ngợc với trình nóng chảy cân đà trình bày Sự giàu lên nghèo nguyên tố vết so với dung thể ban đầu phụ thuộc vào hệ số phân bố (D) khối lợng dung thể (F) + Trong kiểu kết tinh phân đoạn tinh thể khoáng vật đợc tách khỏi vị trí thành tạo (dung thĨ) sau kÕt tinh Sù c©n b»ng bỊ mặt đạt đợc số trờng hợp riêng biệt Quá trình kết tinh phân đoạn đợc trình bày tốt định luật Rayleigh + Trong kiểu kết tinh chỗ, trình kết tinh xảy phía rìa (tờng) lò magma, dung thể tàn d đợc tách khỏi đám tinh thể đới kết tinh phần rìa lò magma Đới kết tinh chuyển động tịnh tiến qua lò magma kết tinh hoàn tất c- Hỗn nhiễm magma (AFC) Đó trình đồng hóa đá vây quanh xảy đồng thời với trình kết tinh phân đoạn Thực tế, trình AFC khó ghi nhận có tơng phản rõ hàm lợng nhóm nguyên tố vết magma đá vây quanh III- CáC BIểU Đồ PHÂN LOạI Sử DụNG NGUYÊN Tố VếT 1- Phân loại gọi tên đá magma: a- Biểu đồ Zr/TiO - Nb/Y Winchester Floyd (1977) để phân loại gọi tên đá núi lửa tỷ số Zr/TiO đợc xem nh số phân dị (differentiation index - DI) tỷ số Nb/Y nh số kiềm (alkalinity index - DI) (hình III.1) Các đá basalt kiềm đợc đặc trng tû sè Nb/Y vµ Zr/TiO t- - 42 - ơng đối thấp, đá dacit ryolit có tỷ sè Zr/TiO cao h®n ®ång thêi tû sè Nb/Y thấp; đá bazic kiềm, nh đá bazic khác, đợc đặc trng tỷ số Zr/TiO thấp tỷ số Nb/Y cao b- Biểu đồ Ce - Zr/TiO cđa Winchester vµ Floyd (1977) dïng để phân loại gọi tên đá núi lửa Hàm lợng Ce dạng đá núi lửa phân dị loạt magma kiềm-vôi (CA) nhìn chung thay đổi, nhng đá núi lửa kiềm (AL) hàm lợng Ce lại tăng rõ rệt trình phân dị (hình III.2) Chính vậy, biểu đồ Ce - Zr/TiO phân biệt đợc dạng đá núi lửa khác thuộc loạt magma khác (kiềm-vôi, kiềm) c- Biểu đồ Ga - Zr/TiO Winchester Floyd (1977) dùng để phân loại gọi tên đá núi lửa (hình III.3) đá nói lưa kiỊm (AL) thĨ hiƯn râ sù tËp trung Ga trình phân dị, có nghĩa hàm lợng Ga tăng lên với tiến trình phân dị magma, đá núi lửa kiềm (loạt CA loạt TH) lại có thay đổi ít, chí có giảm nhẹ hàm lợng Ga trình phân dị d- Biểu đồ Ga/Sc - Nb/Y Winchester Floyd (1977) để phân loại đá núi lửa sản phẩm phân dị loạt magma kiềm (TH CA) kiềm (AL) sử dụng nguyên tố không linh động (ỳ) trình biến đổi sau kết tinh biến chất Hàm lợng Sc giảm rõ rệt trình phân dị hai loạt magma kiềm kiềm, tỷ số Ga/Sc sử dụng nh số phân dị (DI), tỷ số Nb/Y đợc xem nh số kiềm (AI) Biểu đồ phân chia dạng đá núi lửa khác đặc biệt phân biệt đợc rõ ràng đá basalt kiềm kiềm (hình III.4) e- BiĨu ®å Rb - Ba - Sr cđa Bouseily Sokkary (1975) để phân loại gọi tên đá granit Rb, Ba, Sr phổ biến - 43 - đá magma acid, chúng thờng thay K Ca felspat có mức hàm lợng từ vài ppm đến hàng trăm ppm Ba Sr nguyên tố vết đặc biệt nhạy cảm trình kết tinh phân đoạn Đá granit nghèo Ba giàu hoăồc Rb Sr, nhng giàu hai đợc Nh hàm lợng Ba chi phối tỷ số Rb/Sr (hình III.5) Trong tổ hợp phân dị: diorit diorit Q → granodiorit → granit b×nh thêng, tû sè Ba/Sr yếu tố không chế chủ yếu - tỷ số tăng theo tiến trình phân dị Còn tổ hợp: granit bình thờng granit phân dị cao, tỷ số Ba/Rb lại giảm nhanh chóng Biểu đồ Rb - Ba - Sr dùng để phân loại đá magma acid thuộc loạt phân dị, mà sử dụng nh tiêu chuẩn phân loại nguồn gốc granit - phân biệt đá granit nguồn magma (granit bình thờng) với đá granit nguồn gốc biến chất trao đổi granit hóa (granit dị thờng) 2- Phân chia loạt magma: a- Biểu đồ P 2O5 (%tr.l) - Zr (ppm) (Winchester vµ Floyd, 1975) dùng để phân biệt loạt magma basalt tholeit (TH) với loạt basalt kiềm (AL) Các đá basalt kiềm thờng có hàm lợng P2O5 cao basalt tholeit mức hàm lợng Zr tơng đơng Tuy nhiên, biểu đồ tách biệt đợc kiểu basalt lục địa với kiểu basalt đại dơng (hình III.6) b- Biểu đồ TiO - Zr/P2O5 (Winchester Floyd, 1975) (hình III.7) dùng để phân biệt loạt basalt tholeit (TH) với loạt basalt kiềm (AL) dựa sở: basalt kiềm thờng có hàm lợng TiO2 cao nhng lại có tỷ số Zr/P 2O5 thấp basalt tholeit Cần lu ý rằng, tỷ số Zr/P 2O5 thay đổi trình biến đổi sau magma, biểu đồ hạn chế sử dụng cho đá bị biến đổi mạnh - 44 - c- Biểu đồ Nb/Y - Zr/P 2O5 (Winchester Floyd, 1975) sử dụng hiêồu để phân biệt loạt magma basalt tholeit (TH) loạt basalt kiềm (AL), đặc biệt tách biệt đợc kiểu basalt đại dơng với kiểu basalt lục địa (hình III.8) Ngoài ra, theo Smith (1976) biểu đồ phân loại hiệu nghiệm đá basalt đà bị biến chất đêởn tớng prenit - pumpelit 3- Phân chia kiểu magma theo bối cảnh kiến tạo (các kiểu kiến tạo) a- Đối với đá có thành phần từ basalt tới andesit + Biểu đồ Ti - Zr - Y (Pearce Cann, 1973) để phân biệt kiểu basalt nội mảng (kiểu basalt đảo đại dơng OIB basalt lũ lục địa - CFB) với kiểu basalt khác (hình III.9) + Biểu đồ Ti - Zr (Pearce Cann, 1973) phân biệt kiểu basalt: IAT, CAB MORB (hình III.10) Biểu đồ tơng tự TiO2 - Zr (theo Winchester Floyd, 1975) để phản ánh khác thành phần loạt basalt kiềm (AL) basalt tholeit (TH) + BiĨu ®å Ti - Zr - Sr (Pearce Cann, 1973) sử dụng cho đá basalt tơi Sr nguyên tố tơng đối linh động dung dịch nhiệt dịch Biểu đồ dùng để phân biệt kiểu basalt: IAT, CAB, MORB (hình III.11) + Biểu đồ Zr/Y - Zr (Pearce Norry, 1979) phân biệt kiểu basalt: IAB, MORB, WPB (hình III.12) Ngoài ra, biểu đồ sử dụng để phân chia chi tiết basalt cung đảo kiểu cung đảo đại dơng (OAB) kiểu cung đảo lục địa (CAB) theo Pearce (1983) với đặc trng basalt cung đảo lục địa cò hàm lợng Zr tỷ số Zr/Y cao (hình III.13) + Biểu đồ Zr/Y - Ti/Y (Pearce Gale, 1977) phân biệt kiểu basalt nội mảng (WPB) với kiêớu basalt khác lại - th- - 45 - ờng đợc gọi chung kiểu basalt rìa mảng, tính chất giàu Ti Zr basalt nội mảng (hình III.14) + Biểu đồ Ti/Y - Nb/Y (Pearce, 1982) để tách biệt kiĨu basalt néi m¶ng (WPB) víi basalt cung nói lưa (VAB) MORB Thờng kiểu basalt nội mảng có tỷ số Ti/Y Nb/Y cao kiểu basalt khác, phản ánh nguồn gốc chúng từ kiểu manti giàu (EM) (hình III.15) + Biểu đồ Zr - Nb - Y (Meschede, 1986) sử dụng nguyên tố vết không linh động Nb để phân biệt kiểu khác basalt đại dơng: kiểu basalt N-MORB từ bối cảnh kiến tạo dÃy núi đại dơng bình thờngvới đặc trng nghèo nguyên tố không tơng hợp kiểu basalt E-MORB (hoặc P-MORB) bắt nguồn từ plummanti đợc đặc trng giàu nguyên tố vết không tơng hợp Trên biểu đồ phân biệt rõ rệt đợc kiểu basalt: basalt kiềm nội mảng (WPA), basalt tholeit nội mảng (WPT), E-MORB, N-MORB basalt cung núi lửa (VAB) (hình III.16) + Biểu đồ Th - Hf - Ta (Wood, 1980) đợc xây dựng theo hàm lợng nguyên tố có trờng vững bền cao (HFSE) không linh động (hình III.17) Những nguyên tố có hàm lợng thấp basalt chúng xác định đợc phơng pháp HQTX, mà cần phải phân tích phơng pháp KHNT Ưu điểm bật biểu đồ phân biệt đợc kiểu MORB, đồng thời áp dụng tốt cho tất đá núi lửa có thành phần từ bazơ đến acid đặc biệt hữu hiệu ®èi víi c¸c ®¸ basalt cung nói lưa (VAB), ®ã kiĨu basalt tholeit cung ®¶o (IAT) thc bèi c¶nh cung đảo phôi thai với giá trị Hf/Th > 3, kiểu basalt kiềm-vôi (CAB) thuộc bối cảnh cung đảo trởng thành có giá trị Hf/Th < + Biểu ®å Ti - V (Shervais, 1982) sư dơng ®Ĩ ph©n biệt kiểu tholeit cung núi lửa (VAT), MORB basalt kiềm Biểu đồ đợc xây dựng sở đặc điểm địa hóa đặc tr ng - 46 - hai nguyên tố Ti V thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp Bảng tuần hoàn Mendeleep hệ thống silicat chúng có hành vi địa hóa hoàn toàn khác trình magma Trong dung thể magma tự nhiên, V xuất dới nhiều dạng khác (từ V+3 tới V+4, V+5), Ti lại tồn dạng Ti+4 Sự thay đổi hàm lợng V so với Ti nh số ®o vỊ ®é ho¹t ®éng oxy cđa dung thĨ magma trình kết tinh phân đoạn Những tham số này, ngợc lại, có liên quan với môi trờng magma đợc sử dụng nh sở biểu đồ phân biệt Ngoài ra, Ti V nguyên tố không linh động ( ỳ) điều kiện biến đổi nhiệt dịch biến chất mức độ trung bình tới cao Trên biểu đồ, theo tỷ lệ Ti/V phân biệt đợc kiểu basalt khác nhau: MORB, BAB, OIT, IAT, CAB CFB ( hình III.18) + Biểu đồ Cr - Y (Pearce, 1982) Hàm lợng thấp Cr kiĨu basalt cung nói lưa (VAB) so víi c¸c kiểu basalt khác đợc sử dụng nh sở biểu đồ phân biệt Cr nguyên tố tơng hợp khoáng vật tạo đá (olivin, orthopyroxen, clinopyroxen) khoáng vật phụ spinel dung thể basalt Bởi hàm lợng thấp Cr đá basalt cung núi lửa mức độ nóng chảy phần khác từ manti khác trình kết tinh phân đoạn Nguyªn tè Y cịng nghÌo kiĨu basalt cung nói lửa so với kiểu basalt khác Do biểu đồ Cr - Y dùng để phân biệt kiểu basalt MORB, WPB, VAB đặc biệt hiệu MORB VAB (hình III.19) + Biểu đồ Cr - Ce/Sr (Pearce, 1982) (hình III.20) dựa quan niệm nguyên tố Ce Sr có hành vi địa hóa hoàn toàn tơng tự kiểu basalt MORB, nhng có độ linh - 47 - động khác dung dịch nên chúng có hành vi địa hóa kh¸c kiĨu basalt cung nói lưa (VAB) Trong kiểu VAB Sr giàu so với Ce, kiểu MORB Ce Sr có hàm l ợng tơng ®ång Bëi vËy, tû sè Ce/Sr ®ỵc sư dơng ®Ĩ phân biệt MORB VAB Trên biểu đồ này, kiểu basalt cung núi lửa có giá trị Ce/Sr thấp MORB WPB b- Các biểu đồ phân biệt đá có thành phần granitoid Trớc hết cần thống quan niệm granitlà đá xâm nhập có chứa 5% thạch anh thật (modal) Theo Pearce (1984) đá granit đợc phân chia kiểu: dÃy núi đại dơng (ORG), cung núi lửa (VAG), va chạm mảng (COLG) nội mảng (WPG) Các biểu đồ phân biệt kiểu kiến tạo granit bao gồm: + Biểu ®å Rb - (Y + Nb) vµ Rb - (Ta + Yb) (Pearce, 1984) dùng để phân biệt kiểu granit ORG, VAG, COLG WPG (hình III.21) + Biểu ®å Y - Nb vµ Ta - Yb (Pearce, 1984) dùng để phân biệt kiểu granit: ORG, WPG ORG biểu đồ Y - Nb (hình III.22), nhng biểu đồ Ta - Yb kiểu granit VAG SynCOLG tách biệt đợc (hình III.23) + BiĨu ®å Hf - Rb/10 - Ta*3 (Harris, 1986) cã thể phân biệt đợc kiểu granit ORG, VAG WPG, kiểu granit thuộc bối cảnh kiến tạo va chạm mảng (COLG) nằm miền ranh giới kiểu VAG WPG (hình III.24) Một dạng khác biểu ®å nµy, víi sù thay ®ỉi chót Ýt, ®ã lµ biểu đồ Hf - Rb/30 - Ta*3 (hình III.25) cho phép tách biệt kiểu granit va chạm mảng: đồng va chạm mảng (Syn-COLG) sau va chạm mảng (post-COLG late-COLG) 4- Biểu đồ đa nguyên tố hay biểu đồ chân nhện (spider diagram) Biểu đồ đa nguyên tố đợc xây dựng theo hàm lợng đà đ- 48 - ợc đối sánh (chuẩn hóa) nhóm nguyên tố không tơng hợp có liên quan với thành phần khoáng vật manti điển hình Chúng đợc phát triển từ biểu đồ nhóm nguyên tố đất đối sánh với chondrit nguyên tố vết khác thay cho nguyên tố đất truyền thống Dạng biểu đồ đợc sử dụng để nghiên cứu đặc điểm địa hóa đá basalt, nhiên chúng áp dụng cho tất đá magma vài dạng đá trầm tích khác Các giá trị manti thiên thạch chondrit đà đợc sử dụng để đối sánh (chuẩn hóa) đo mức độ sai lệch hàm lợng mẫu so với thành phần nguyên thủy Thành phần manti nguyên thủy thiên thạch chondrit đợc xem nh thành phần Trái đất nguyên thủy không bị phân dị Các giá trị để đối sánh khác thành phần basalt dÃy núi đại dơng (MORB) granit dÃy núi đại dơng (ORG) Các dạng biểu đồ chân nhện thờng đợc sử dụng bao gồm: a- Biểu đồ nhóm nguyên tố đất (REE) đối sánh với Chondrit Nhóm nguyên tố đất đợc sử dụng rộng rÃi nghiên cứu thạch luận nguồn gốc đá magma, lẽ, mặt chúng nguyên tố không tơng hợp (ICE) với hệ số phân bố KD thấp, mặt khác nguyên tố không linh động (IME) Hành vi địa hóa nguyên tố đất thị cho miền nguồn manti (hoặc manti nghèo - DM, manti giàu - EM), đồng thời có khả đợc biểu trình đồng hóa - hỗn nhiễm đá vây quanh, nh giai đoạn trình kết tinh phân đoạn hay nóng chảy phần Những bối cảnh địa động lực khác gây nên trình thạch luận khác đặc trng đất số dạng đá magma điển hình (basalt, andesit, granit, ) sử dụng để luận giải bối cảnh kiến tạo địa động lực đà xảy khứ (Hawkesworth, 1987; - 49 - Spell vµ Norrell, 1990) Nhãm nguyên tố đất thờng đợc thể biểu đồ hai chiều: hàm lợng / số nguyên tử, hàm lợng chúng đợc đối sánh (chuẩn hóa) với giá trị chondrit biểu diễn thang logarit Hàm lợng điểm riêng lẻ đợc nối với đờng thẳng (hình III.26) dạng biểu đồ đợc gọi biểu đồ Masuda - Coryell Hình dạng đờng biểu diễn đặc biệt dị thờng (âm dơng) Eu có nhiều ý nghĩa nghiên cứu thạch luận nguồn gốc đá magma Ngoài ra, để nghiên cứu mức độ phân dị nhóm nguyên tố đất đà xây dựng nhiều biểu đồ tỷ lệ nguyên tố đất Thí dụ, biểu đồ biểu diễn tỷ số hàm lợng nhóm đất nhẹ (La Ce) với nhóm đất nặng (Yb Y) hàm lợng nguyên tố đợc đôởi sánh với chondrit, tỷ số (La/Yb) N đợc biểu diễn trục tung (y) - Ce N Yb N trục hoành (x) để mức độ phân dị REE theo thay đổi hàm lợng chúng Các biểu đồ tơng tự đợc xây dựng để đo mức độ phân dị nhóm đất nhẹ [(La/Sm) N - SmN] nhóm đất nặng [(Gd/Yb) N - YbN], dị thờng Eu [(La/Sm) N - (Eu/Eu*)] v.v (hình III.27) Hình dạng đờng phân bố hàm lợng nhóm nguyên tố đất basalt đối sánh với chondrit bối cảnh kiến tạo - địa động lực khác (Philpotts, 1990): - Kiểu basalt cung đảo (IAB) thể rõ giàu nhóm nguyên tố đất (khoảng 10 lần) so với chondrit Phụ thuộc vào tính giai đoạn trình thành tạo magma basalt cung đảo số dạng đờng phân bố đất khác nhau: basalt cung đảo đại dơng giai đoạm sím (OAB) nghÌo nhãm ®Êt hiÕm nhĐ gièng nh kiĨu basalt N-MORB (Hawkesworth, 1987), basalt cung đảo lục địa giai đoạn muộn - 50 - (CAB) lại giàu nhóm đất nhẹ so với nhóm đất nặng (Murphy, 1988) - Kiểu basalt lục địa (CFB) giàu nhóm đất nhẹ so với nhóm đất nặng, song điểm có dị th ờng âm Eu, khối lợng dung thể đợc thành tạo hạn chế trình nóng chảy phần xảy mềm (asthenosphera) bên dới vỏ lục địa dày, đợc bắt nguồn từ trình nóng chảy phần manti giàu (EM) xảy dới sâu Tuy nhiên, trờng hợp sau lợng lớn dung thể magma basalt đà đợc thành tạo di chuyển đi, lục địa trở nên mỏng (bị làm mỏng) giai đoạn rift muộn hơn, đặc ®iĨm nghÌo nhãm ®Êt hiÕm nhĐ t¬ng tù nh kiĨu MORB cịng cã thĨ xt hiƯn - KiĨu basalt olivin kiềm thể dạng đ ờng phân bố đơn giản với giàu rõ rệt nhóm đất nhẹ, mức độ nóng chảy phần thấp từ miền nguồn manti khác (DM, EM), từ phần sâu dới vỏ Trái đất - Kiểu basalt dÃy núi đại dơng điển hình (MORB) thờng thể hiƯn sù nghÌo râ rƯt nhãm ®Êt hiÕm nhĐ so với nhóm đất nặng, đặc trng cho sản phẩm nóng chảy phần từ nguồn manti nghèo (DM) - Các đá basalt đợc thành tạo trung tâm tách giÃn sau cung (BAB) xảy nhanh tuổi cổ thờng nghèo nhóm đất nhẹ tơng tự nh kiểu MORB, ngợc lại đá basalt có liên quan với trung tâm tách giÃn sau cung xảy chậm có tuổi trẻ lại giàu nhóm đất nhẹ (Price, 1990) Tuy nhiên, dạng phân bố nguyên tố đất có ý nghĩa chẩn đoán trờng hợp bối cảnh kiến tạo liên quan với trình thạch luận chủ yếu Một số trình thạch luận (mức độ khác trình nóng chảy - 51 - phần từ đá nguồn, tham gia đá vây quanh, thay đổi đặc điểm địa hóa đá nguồn thay đổi độ sâu nóng chảy v.v ) xảy giai đoạn tiến hóa khác bối cảnh kiến tạo Trong trờng hợp mẫu đá thu thập từ phần khác tổ hợp đá có đặc điểm phân bố đất khác b- Biểu đồ chân nhện đối sánh với manti nguyên thủy Manti nguyên thủy thành phần manti trớc vỏ lục địa đợc thành tạo Một số liệu manti nguyên thủy đợc sử dụng nhiều để đối sánh số liệu Wood (1979) 19 nguyên tố đợc xếp từ trái sang phải theo trật tự tăng dần mức độ tơng hợp (compatibility) có liên quan với lợng nóng chảy nhỏ manti Trong biểu đồ hàm lợng nguyên tố đợc biểu diễn thang logarit (hình III.28) Có thay đổi chút số lợng nguyên tố đợc biểu diễn biểu đồ Phổ biến biểu đồ chân nhện 13 nguyên tố có hàm lợng tơng đối cao đá magma bazic đồng thời chúng dễ xác định phơng pháp phân tích HQTX c- Biểu đồ chân nhện đối sánh với chondrit Thompson (1982) quan niệm việc đối sánh với giá trị chondrit thích hợp so với thành phần manti nguyên thủy, lẽ giá trị chondrit đo đ ợc trực tiếp ớc lợng Trật tự xếp nguyên tố (hình III.29) có khác đôi chút so với biểu đồ Wood (1979), song đảm bảo nguyên tắc có tăng dần độ t ơng hợp nguyên tố từ trái qua phải Thompson (1983) nhấn mạnh rằng, đá basalt có hàm lợng MgO thay đổi trình kết tinh phân đoạn hình dạng đờng biểu diễn biểu đồ chân nhện thay đổi rõ rệt d- Biểu đồ chân nhện đối sánh với basalt sống núi đại dơng - 52 - Biểu đồ chân nhện đối sánh với MORB thích hợp đá basalt, andesit phân dị đá magma nguồn vỏ lục địa - đá đợc bắt nguồn từ basalt dÃy núi đại dơng (MORB) mà từ manti nguyên thủy Dạng biểu đồ chân nhện Pearce (1983) đa đợc xây dựng dựa hai tham số địa hóa: * Thế ion (điện tích ion nguyên tố trạng thái oxy hóa bình thờng chia cho bán kính ion - tỷ số điện tích / bán kính ion) đợc sử dụng nh số đo độ linh động (mobility) nguyên tố dung dịch Những nguyên tố với ion thấp (< 3) cao (> 12) nguyên tố linh động Còn nguyên tố với giá trị trung bình (3 ữ 12) nguyên tố không linh động (ỳ) * Hệ số phân bố chung nguyên tố leczolit granat dung thể đợc sử dụng nh số đo mức độ không tơng hợp nguyên tố (incompatibility) mức độ nóng chảy phần nhỏ Trong nghiên cứu đá granit, giá trị đối sánh MORB đợc thay giá trị granit dÃy núi đại dơng (ORG) để nhận dạng kiểu granit khác mối liên quan với bối cảnh kiến tạo - địa động lực khác (Pearce, 1984) Những nguyên tố đợc xếp cho nguyên tố linh động (Sr, K, Rb, Ba) nằm phía trái biểu đồ theo trật tự mức độ không tơng hợp tăng dần, nguyên tố không linh động (ỳ) đợc xếp bên phải biểu đồ theo trật tự ngợc lại: từ phải sang trái mức độ không tơng hợp tăng dần (hình III.30) Samders Tarney (1984) có thay đổi chút biểu đồ Các nguyên tố đợc xếp theo trật tự từ trái qua phải nh sau: đầu nhóm nguyên tố a đá ion lớn - LILE (Rb, Ba, Th, Sr, La, Ce), tiÕp sau nhóm nguyên tố có trờng bền vững cao - HFSE (Nb, Ta, Nd, P, Hf, Zr, Eu, Ti, Tb, Y, Yb) cuối - 53 - kim loại chuyển tiêởp - TME (Ni, Cr) Nhìn chung biểu đồ chân nhện (đa nguyên tố) chứa đựng nhiều nội dung tính không đồng nhóm nguyên tố vết biểu đồ nhóm nguyên tố đất Trên biểu đồ chân nhện thờng xuất nhiều cực đại cực tiểu (các peak) phản ánh hành vi địa hóa khác nhóm nguyên tố vết khác Thí dụ: tơng phản hành vi địa hóa nhóm nguyên tố LILE linh ®éng h¬n (Cs, Rb, K, Ba, Sr, ) so víi nhóm nguyên tố HFSE linh động ( Nb, Ta, Hf, Zr, Ti, Y) Một mặt, hàm lợng nhóm LILE phụ thuộc vào chất hành vi pha lỏng, hàm lợng nhóm HFSE lại bị khống chế đặc điểm hóa học miền nguồn trình cân tinh thể / dung thể xảy tiến trình magma Những nguyên tố vết khác th ờng bị khống chế rõ rệt khoáng vật riêng lẻ (thí dụ, hàm lợng Zr bị khống chế zircon, P bëi apatit, Sr bëi plagioclas: Ti, Nb vµ Ta ilmenit, rutin sphen) Ngoài ra, dị thờng âm Nd đặc trng cho vỏ lục địa thị (indicator) cho tiến hóa vỏ trình magma Hàm lợng nhóm nguyên tố LILE bị khống chế rõ rệt dung dịch, nhng nguyên tố thờng tập trung vỏ lục địa đợc sử dụng để thị cho trình hỗn nhiƠm vá cđa magma (AFC) - 54 - ... điểm địa hóa chúng Những khác nhỏ kích thớc hành vi địa hóa nhóm đất đợc sử dụng nghiên cứu thạch luận để luận giải nguồn gốc nh trình địa hóa xảy thạch manti Ngoài ra, vài nguyên tố đất hóa trị... chung, nh trình - 39 - địa hóa học đá magma nói riêng Pearce Cann (1971, 1973) lần đà xác định đặc điểm địa hóa học đá basalt từ bối cảnh kiến tạo khác nhau: cung núi lửa (VAB), đáy đại dơng (OFB)... mảng (COL) tốt nên sử dụng đặc điểm địa hóa đá granite Rìa lục địa thụ động (PCM) đợc đặc trng vắng mặt hoạt động magma nhận biết đợc sử dụng đăồc điểm địa hóa đá trầm tích Những bối cảnh kiến tạo