Trong bài viết này lấy kết quả gia công và phân tích 3 mẫu mùn đứt gãy dọc các đứt gãy phân bố ở khu vực trung lưu sông Vu Gia - Thu Bồn nhằm định tuổi dịch chuyển của chúng bằng kỹ thuật ESR được trình bày.
Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 60, Kỳ (2019) - Ứng dụng phương pháp định tuổi ESR cho hạt thạch anh kích thước khác đới mùn đứt gãy để xác định thời gian dịch trượt số đứt gãy khu vực Quảng Nam Vũ Anh Đạo 1,*, Nguyễn Quốc Hưng 1, Trần Thanh Hải 1, Bùi Thị Thu Hiền 1, Ngô Xuân Thành 1, Nguyễn Hữu Hiệp 1, Trần Trung Hiếu Khoa Khoa học Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Viện Địa chất, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 10/01/2019 Chấp nhận 20/02/2019 Đăng online 29/04/2019 Định tuổi cộng hưởng dao động điện tử (Electron Spin Resonal - ESR) ứng dụng rộng rãi giới nghiên cứu tân kiến tạo kiến tạo hoạt động chưa ứng dụng rộng rãi Việt Nam Trong báo lấy kết gia cơng phân tích mẫu mùn đứt gãy dọc đứt gãy phân bố khu vực trung lưu sông Vu Gia - Thu Bồn nhằm định tuổi dịch chuyển chúng kỹ thuật ESR trình bày Các hạt thạch anh dùng để phân tích tách thành cấp hạt: 125÷250 m, 75÷125 m, 45÷75 m 01÷45 m Việc định tuổi tiến hành theo nhóm cấp hạt Phòng thí nghiệm Đại học Khoa học Okayama Nhật Bản Kết cho thấy tuổi có xu giảm dần từ 33577 năm đến 10282 năm theo nhóm cỡ hạt từ lớn đến nhỏ Như vậy, kích thước hạt thạch anh sử dụng phân tích ESR ảnh hưởng tới kết xác định tuổi hoạt động đứt gãy Nguyên nhân tác động triệt tiêu ánh sáng hay (‘’zeroing’’) lên cấp hạt nhỏ hạt lớn pha dịch chuyển muộn đứt gãy khác nhau, cấp hạt nhỏ diễn trình triệt để so với cấp hạt lớn Kết cho thấy, tuổi hạt thạch anh kích thước nhỏ đới mùn đứt gãy dùng để luận giải thời gian hoạt động trẻ nhất, tuổi cấp hạt lớn ghi nhận hoạt động cổ đứt gãy vùng nghiên cứu Từ khóa: ERS Mùn đứt gãy Quảng Nam Kiến tạo đại © 2019 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Những cơng trình nghiên cứu cơng bố cho thấy định tuổi phương pháp cộng hưởng dao _ *Tác giả liên hệ E - mail: vuanhdao@humg.edu.vn động điện tử (Electron Spin Resonal - ESR) công cụ hiệu nghiên cứu địa chất (Hancock, Williams, 1986; Lee, Schwarcz, 1994; Gundu Rao et al., 2002; Hiroshi et al., 2014; Tatsuro et al., 2017), đặc biệt cho nghiên cứu đối tượng địa chất trẻ như: rặng san hô, bậc thềm san hô, hệ thống thềm biển, tuổi hoạt động đứt gãy, hoạt động magma, chuyển động Vũ Anh Đạo nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), - tân kiến tạo, mẫu vật khảo cổ,… (Fukuchi, 1996; Huang et al., 2014; Shenglian et al., 2016; Sumiko et al., 2017) Phương pháp định tuổi ESR kỹ thuật sử dụng để xác định tuổi tuyệt đối đối tượng địa chất trẻ mà phương pháp định tuổi truyền thống 14C, K Ar, xác định Phương pháp định tuổi ESR lần giới thiệu vào năm 1975 (Motoji Ikeya, 1975) sử dụng định tuổi cho vật liệu cổ vật tìm thấy hang Akiyoshi (Nhật Bản) Phương pháp dựa vào việc đo lường số lượng electron chưa ghép đôi cấu trúc tinh thể tác động xạ tự nhiên vào vật liệu Tuổi vật chất xác định cách đo liều lượng xạ kể từ thời điểm hình thành dựa việc xác định liều xạ vật chất đơn vị thời gian định (thông thường năm) Khi vật liệu bị tác động ánh sáng mặt trời, tia xạ tự nhiên bị mắc kẹt khoảng trống cấu trúc ô mạng tinh thể số khoáng vật aragonit, cancit thạch anh Một khoáng vật bị hấp thụ tia xạ tự nhiên nhiều mạng tinh thể sản sinh nhiều electron độc thân (unpair electron), lượng tích lũy electron bị mắc kẹt tăng theo thời gian liều lượng xạ định lượng phương pháp ESR Trong việc định tuổi pha hoạt động cuối mùn kiến tạo đới đứt gãy, điều kiện cần thiết cho tín hiệu ESR trở nên xác việc hấp thụ tia xạ dịch chuyển trước thiết phải triệt tiêu hay lập lại (zeroing) ứng suất nhiệt độ ma sát hoạt động mặt đứt gãy pha hoạt động gần (Ariyama, 1985; Blackwell, 1995; Gundu Rao et al., 2003; Emilia, Fantong, 2003; Fei Han, 2018) Tuổi ESR tính dựa cơng thức: T = DE/D’ (1) Trong đó: D' số đặc trưng cho khả hấp thụ tia anpha, gama, beta,… đo Gy/năm; DE tổng lượng xạ tia gama, beta,… mà khoáng vật hay vật liệu hấp thụ, đo Gy Gần đây, nhiều cải tiến quy trình phân tích nâng cấp máy cộng hưởng làm tăng mức độ tin cậy xác phương pháp định tuổi ESR cho vật liệu trầm tích Holocene Pleistocene vật chất tồn đới đứt gãy trẻ Điều kiểm chứng so sánh kết định tuổi ESR với phương pháp định tuổi khác radiocarbon phân tích Uranium TIMS (TIMS 230Th/234U) (Gerhard et al., 2008; Hancock, William, 1986) Các nghiên cứu trước khoảng độ tuổi tin cậy mà kết ESR thu 500 năm 5÷10 triệu năm với mức độ sai số 2÷10% (Huang et al., 1985; Lee, 1994; Hiroshi, 2014) Các kết tuổi phương pháp ESR bị ảnh hưởng số yếu tố khách quan q trình lấy mẫu phân tích mẫu Trong đó, vị trí lấy mẫu mùn đứt gãy xa gần đới trượt đứt gãy có ảnh hưởng lớn đến kết kỹ thuật (Ariyama, 1985) Một số nghiên cứu tuổi ESR có khác biệt cho nhóm kích thước hạt khoáng vật thạch anh đới đứt gãy (Buhay et al., 1988) chưa có luận giải chi tiết cho giai đoạn hoạt động đới đứt gãy Để làm rõ ảnh hưởng cỡ hạt thạch anh phương pháp ESR cho đứt gãy đại làm rõ giai đoạn hoạt động đứt gãy này, nhóm nghiên cứu lấy mẫu mùn đứt gãy hệ thống đứt gãy phân bố khu vực trung lưu sơng Vu Gia - Thu Bồn, phân tích nhóm kích thước hạt thạch anh khác nhau, tiến hành xác định tuổi ESR cho nhóm, luận giải ý nghĩa kết phân tích việc xác định thời gian giai đoạn hoạt động hệ thống đứt gãy đại khu vực Đặc điểm đứt gãy mùn kiến tạo khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu thuộc vùng trung lưu hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam (Hình 1) Trong khu vực lộ chủ yếu đá granit sáng màu, hạt thô không bị biến dạng xen lẫn với đá trầm tích tuổi Paleozoi muộn Mesozoi sớm Phủ đá cổ trầm tích Kainozoi phân bố dọc theo thung lũng dọc sông, suối Các đá khu vực nghiên cứu bị cắt qua hệ thống đứt gãy có phương khác phát triển chồng chéo xuyên cắt nhau, đứt gãy phương ĐB - TN TB - ĐN hệ thống trẻ Phân tích cấu tạo hình thái cho thấy hệ thống đứt gãy kéo dài phạm vi đồng Quảng Nam tạo nên vách địa hình dạng tuyến tính kéo dài làm biến dạng trầm tích trẻ, dịch chuyển Vũ Anh Đạo nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), - hệ thống thủy văn đại có biểu động đất,… (Trần Thanh Hải, 2015) (Hình 1) Các dấu hiệu cho phép chúng tơi dự đốn đứt gãy có khả đứt gãy hoạt động đại Nhằm nghiên cứu tuổi pha dịch trượt gần đứt gãy này, nhóm tác giả nghiên cứu thực địa dọc đường tuyến đường mở cắt qua khu vực nghiên cứu, nơi có vách taluy mở cắt qua sườn núi làm lộ đứt gãy Dọc đứt gãy thể rõ dấu hiệu dịch trượt sản phẩm biến dạng hệ thống mặt trượt, vết xước, cấu tạo đường, xuất phổ biến đới mùn đứt gãy với chiều dày khác nhau, từ vài cm đến 5÷6 m tùy thuộc quy mơ đứt gãy Ở nhiều nơi, mặt đứt gãy quan sát thấy nhiều hệ đường trượt chồng chéo với phương dịch chuyển khác nhau, chứng tỏ dịch chuyển đa pha đứt gãy Nhiều hệ thống đứt gãy có biểu cắt qua lớp phong hóa phía làm dịch chuyển chúng (Hình 2a, 2c) Đặc biệt số đới mùn có mặt đứt gãy sắc nét cắt qua, chứng tỏ có pha dịch chuyển muộn Ba mẫu mùn đứt gãy lấy từ vị trí đứt gãy khác thuộc phần trung lưu sơng Thu Bồn - Vu Gia (Hình 1) Các mẫu QN1701, QN1702 lấy mùn đứt gãy cắt qua đá granit tuổi Paleozoi muộn phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn, mẫu QN1703 lấy đới mùn đứt gãy cắt qua đá trầm tích Triat muộn hệ tầng Nông Sơn Tại vết lộ QN1701 thuộc hệ thống đứt gãy phương ĐB TN hoạt động đứt gãy thể mạnh mẽ, bao gồm đới dăm mùn kiến tạo có chỗ dày đến 10÷15 m, mặt trượt đường trượt rõ ràng để lại mặt đứt gãy (Hình 2a) Dọc đới trượt nhỏ, đới mùn kiến tạo phát triển chiều dày khoảng 1÷3 cm, dọc mặt trượt đới mùn có chiều dày lên đến 30÷50 cm Tại vết lộ QN1703 (cũng thuộc hệ thống đứt gãy phương ĐB - TN) có mặt trượt, đường trượt rõ ràng, nhiên đới dăm, mùn kiến tạo hạn chế, phát triển không gặp điểm lộ điển hình (Hình 2b) Trong vết lộ QN1702 (nằm hệ thống đứt gãy phương ĐB - TN), chủ yếu đới trượt nhỏ tạo dăm mùn kiến tạo dày khoảng 2÷5 cm (Hình 2b) Hình Sơ đồ địa chất - kiến tạo khu vực nghiên cứu vị trí lấy mẫu 4 Vũ Anh Đạo nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), - Hình Ảnh vết lộ thể đới mùn tạo hoạt động đứt gãy tạo thể vị trí lấy mẫu phân tích tuổi ESR: (a) Vị trí mẫu QN1701 thể đới mùn đứt gãy cắt qua lớp phong hóa phía mặt đứt gãy cắt qua đới mùn, (b) (c) vết lộ vị trí lấy mẫu QN1702, QN1703 Tóm tắt quy trình lấy, gia cơng phân tích mẫu ESR 3.1 Lấy mẫu Mẫu phân tích lấy đới mùn đứt gãy để định tuổi phương pháp ESR khoáng vật thạch anh Các mẫu lấy tập trung đới trượt có mặt trượt ngun vẹn với chiều dày khoảng cm từ mặt trượt để đảm bảo vật chất chịu tác động trực tiếp liên quan tới pha hoạt động gần đứt gãy đứt gãy có nhiều pha dịch trượt Trước lấy mẫu, vết lộ dọn đào xuống sâu khoảng m kể từ mặt đất để tránh tối đa tác động xáo trộn dòng chảy mặt ảnh hưởng đến kết phân tích Mỗi mẫu có trọng lượng khoảng 1÷2 kg, phụ thuộc hàm lượng thạch anh mẫu đảm bảo đủ để phân tích Dụng cụ lấy mẫu rửa sau lần lấy mẫu, tránh tác động hỗn nhiễm mẫu Mẫu sau lấy bọc kín túi nilon, tránh tượng nước, hỗn nhiễm với vật liệu ngoại lai gây ảnh hưởng đến kết phân tích 3.2 Tiến trình xử lý mẫu phòng thí nghiệm Mẫu sau lấy gửi đến Phòng Thí nghiệm Vật lý ứng dụng, Đại học Khoa học Okayama, Nhật Bản để tiến hành cơng tác gia cơng, phân tích Tại phòng thí nghiệm, mẫu tách thành phần khác nhau, phần tiến hành tách, phân tích để xác định tổng lượng ESR (DE), phần lại xử lý để xác định liều ESR năm cho mẫu phân tích (D’) Các bước xử lý phòng thí nghiệm mơ tả theo sơ đồ Hình Kết thảo luận 4.1 Kết Kết phân tích mẫu thể Vũ Anh Đạo nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), - Bảng Trong đó, mẫu sử dụng cấp độ hạt thạch anh khác định tuổi ESR Tất mẫu cho thấy tuổi xác định cấp độ hạt giao động khoảng tuổi 33577÷10282 năm, tương ứng với tuổi Pleitocen muộn đến Hollocen sớm Đặc biệt kết có thay đổi theo quy luật tương đồng với kích thước thạch anh sử dụng phân tích ESR với mẫu có kích thước lớn cho tuổi cổ so với mẫu có kích thước nhỏ sử dụng phân tích Các kết biểu diễn so sánh Hình Mẫu chia làm phần, tiến hành theo công đoạn độc lập Sàng phân loại cấp hạt Cân khối lượng nước Hòa tan axit HCl 6M Sấy mẫu 60o tuần Tách khoáng vật từ Cân khối lượng mẫu nước tính tỉ lệ khối lượng Tách khoáng vật nặng thạch anh SPT Cho mẫu sấy vào khay mẫu Ge- Detection Hòa tan HF Phân tích Ge-Detection Hòa tan H2SiF6 Cân mẫu Tính tốn đưa D’ Chiếu xạ mẫu Gamma Xác định tín hiệu ESR Xây dựng đường cong DE Tính tốn đưa DE Hình Sơ đồ tiến trình xử lý mẫu phòng thí nghiệm (Hancock, Williams, 1986) 6 Vũ Anh Đạo nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), - Bảng Bảng số liệu kết định tuổi ESR cho mẫu phõn tớch S hiu mu Kớch thc (àm) 0ữ45 QN1701 45÷75 75÷125 45÷75 QN1702 75÷125 125÷250 0÷45 QN1703 45÷75 75÷125 U (ppm) Th (ppm) K (wt%) DE (Gy) D’ (mGy/a) Tuổi ESR (Ka) 102.4090 9.96 10.282±1 3.32±0.12 35.14±2.19 5.32±0.09 188.9400 8.54 22.124 ±2 496.9190 62.115± 144.0750 9.35 15.409± 4.84±0.08 35.95±1.55 5.33±0.09 189.9760 8.74 21.736± 273.9870 8.16 33.577± 140.6280 7.95 17.689± 3.81±0.11 31.34±1.93 3.21±0.09 124.5380 6.62 18.812± 142.8770 6.13 23.308 ±3 Hình Sơ đồ thống kê mẫu tuổi ghi nhận (trục tung thể giá trị tuổi theo ngàn năm) 4.2 Kích thước mẫu phân tích tuổi ESR với trình “zeroing” Kết phân tích xác định tuổi tương ứng cỡ hạt khác nhau, cỡ hạt lớn cho tuổi cổ chúng gần theo quy luật cỡ hạt lớn kết cổ Kết giải thích tượng đưa tín hiệu ESR thạch anh đứt gãy hoạt động (Ariyama et al, 1985; Buhay et al., 1988; Lee et al, 1994; Bonnie et al, 2006) Về nguyên tắc, tuổi ESR xác định sở đo tổng lượng tín hiệu ESR tự nhiên có mẫu thạch anh từ thạch anh bắt đầu hình thành đứt gãy tác động làm chúng hết lượng ESR tồn trước đó, q trình gọi q trình đưa (zeroing) Tuy nhiên, tín hiệu ESR hạt thạch anh đứt gãy hoạt động lại phụ thuộc nhiều yếu tố, điển mức độ dịch chuyển đứt gãy để tạo nhiệt độ áp suất đủ lớn để q trình khơng (“zeroing”) diễn phụ thuộc vào kích thước hạt thạch anh mùn đứt gãy Các nghiên cứu Ariyama, 1985 Buhay et al., 1988 cho thấy cỡ hạt nhỏ trình “zeroing” diễn tốt kể đứt gãy hoạt động yếu Mỗi pha hoạt động đứt gãy tạo đới “zeroing” thạch anh bán kính định tính từ mặt trượt, phụ thuộc vào cường độ dịch trượt đứt gãy Ariyama (1985) cho đứt gãy hoạt động với áp lực khoảng MPa dịch chuyển khoảng Vũ Anh Đạo nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), - 50 cm tạo nên đới “zeroing” cho hạt thạch anh kích thước