Bài viết trình bày công trình khoan U1473A được thực hiện trên đỉnh núi ngầm Atlantis dưới đáy Ấn Độ Dương đã thu hồi lượng lớn mẫu lõi khoan gồm chủ yếu các đá thuộc chuỗi gabro có thành phần từ gabro olivin đến gabro chứa oxit. Các đai mạch có thành phần felsic chỉ chiếm lượng nhỏ, khoảng 1,5% tổng lượng mẫu nhưng có ý nghĩa lớn trong nghiên cứu tiến hóa magma sống núi giữa đại dương.
Journal of Mining and Earth Sciences Vol 61, Issue (2020) 67 - 74 67 Petro-geochemical characteristics and origin of the quartz in the lower oceanic crust, example from IODPHole U1473A Du Khac Nguyen 1, * Tomoaki Morishita Faculty of Geosciences and Geoengineering, Hanoi University of Mining Geology, Vietnam Kanazawa University, Kakuma, Kanazawa, Ishikawa 920-1192, Japan ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: Received 12th May 2020 Accepted 29th July 2020 Available online 31st Aug 2020 IODP-Hole U1473A was drilled on the summit of Atlantis bank, Southwest Indian Ridge recovered large amounts of gabbroic rocks including mainly olivine gabbro Felsic rocks are minor, approximately 1,5% of the total volume, which are comprising significant amount of quartz in some samples The Ti concentrations and the estimated temperatures of the quartz in veins are relatively high, ranging from 30÷130 ppm and 540÷7000C, coupled with the myrmekitic textures in some veins are unambigeous evidence for the late magmatic origin In addition to the crystallization mechanism in free spaces, such as crack/ fracture systems during the penetration of SiO2 - saturated magmas; the quartz is also formed by re-precipitation process at the same location leaving behind after the previous olivine in the host gabro has been dissolved Keywords: Crystallization, Felsic vein, Lower gabbro, Quartz, Repricipitation Copyright © 2020 Hanoi University of Mining and Geology All rights reserved _ *Corresponding author E-mail: nguyenkhacdu@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2020.61(4).07 68 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 61, Kỳ (2020) 67 - 74 Luận bàn đặc điểm, nguồn gốc chế thành tạo khoáng vật thạch anh đai mạch felsic lớp vỏ gabro thuộc kiểu vỏ đại dương thực thụ, ví dụ từ lỗ khoan U1473A Nguyễn Khắc Du 1, *, Tomoaki Morishita Khoa Khoa học Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Trường Đại học Kanazawa, Ishikawa, Nhật Bản THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 12/05/2020 Chấp nhận 29/07/2020 Đăng online 31/08/2020 Cơng trình khoan U1473A thực đỉnh núi ngầm Atlantis đáy Ấn Độ Dương thu hồi lượng lớn mẫu lõi khoan gồm chủ yếu đá thuộc chuỗi gabro có thành phần từ gabro olivin đến gabro chứa oxit Các đai mạch có thành phần felsic chiếm lượng nhỏ, khoảng 1,5% tổng lượng mẫu có ý nghĩa lớn nghiên cứu tiến hóa magma sống núi đại dương Kết phân tích thành phần thạch học đặc điểm địa hóa khoáng vật thạch anh đai mạch giàu thành phần Ti (30÷130 ppm) có nhiệt độ thành tạo tương đối cao (540÷7000C), kèm theo vi kiến trúc khảm myrmekit/ granophyr chứng rõ ràng cho nguồn gốc magma muộn đai mạch felsic/ plagiogranit Nghiên cứu cho thấy khoáng vật thạch anh sản phẩm kết tinh trực tiếp khe nứt, đứt gãy trình xâm nhập dung thể magma giàu thành phần SiO2 vào lớp vỏ gabro, nhiên chúng sản phẩm tái lắng đọng kết tinh vị trí khống vật olivin đá gabro olivin thuộc lớp vỏ đại dương thực thụ Từ khóa: Đai mạch felsic /plagiogranit, Kết tinh, Thạch anh, Tái lắng đọng, Vỏ gabro © 2020 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Lỗ khoan U1473A thuộc Chương trình Quốc tế khám phá đại dương (IODP) khoan gần 800 m đỉnh núi ngầm Atlantis, sống núi tây nam Ấn Độ Dương Tập mẫu lõi khoan gồm khối lượng lớn đá thuộc chuỗi gabro có thành phần _ *Tác giả liên hệ E - mail: nguyenkhacdu@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2020.61(4).07 chủ yếu gabro olivin, đá gabro, gabro chứa oxit đai mạch felsic Trong đó, khối lượng đai mạch felsic/ plagiogranit chiếm khoảng 1,5% tổng lượng mẫu (MacLeod nnk., 2017), nhiên chúng xuất phổ biến lõi khoan thường dễ dàng phân biệt với đá gabro mắt thường Cho đến nay, nhiều nhà địa chất cho đai mạch felsic/ plagiogranit có nguồn gốc magma thực thụ sản phẩm nhiệt dịch/ hậu magma Trong trường hợp đai mạch sản phẩm trình magma thực Nguyễn Khắc Du nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (4), 67 - 74 thụ, có mơ hình giải thích cho thành tạo dung thể giàu SiO2 sau: (1) Nóng chảy phần đá biến đổi (Koepke nnk., 2004, 2007; Koepke., 2005); (2) kết tinh phân đoạn (Niu nnk., 2002); (3) magma dung ly (Charlier, Grove, 2012; Dixon Rutherford, 1979; Philpotts, 1979) Do đó, việc khẳng định nguồn gốc chế thành tạo đai mạch có ý nghĩa lớn nghiên cứu chất trình tiến hóa magma bên sống núi đại dương (MORB) Các đai mạch felsic/plagiogranit có thành phần chủ yếu gồm plagioclas, amphibol nâu đỏ, oxit Fe Ti, ±thạch anh Khoáng vật phụ gồm zircon, apatit, ±titanit, ±biotit, ±felspat-K Các khoáng vật thứ sinh gồm amphibol lục, ±cacbonat, ± sét Theo bảng phân loại đá sâu Hiệp hội Địa chất Quốc tế (IUGS) đề xuất (Le Maitre nnk., 2002), đai mạch felsic/ plagiogranit hornblend gabro, anorthosit chứa hornblend anorthosit chứa thạch anh theo nghĩa hẹp Trên biểu đồ Q-A-P (thạch anh - felspat kali plagioclas), đai mạch có thành phần felsic bao gồm diorit, diorit thạch anh tonalit Thạch anh khoáng vật kết tinh cuối chuỗi phản ứng Bowen, nhiên, khoáng vật lắng đọng từ dung dịch nhiệt dịch hậu magma nhiệt độ thấp đến trung bình Vì việc nghiên cứu, phân biệt, làm sáng tỏ loại hình nguồn gốc, chế thành tạo khống vật đóng vai trị quan trọng việc luận giải nguồn gốc đai mạch felsic, làm sở nghiên cứu q trình tiến hóa magma sống núi đại dương Trong cơng trình này, dựa vào đặc điểm thạch học thành phần địa hóa khống vật thạch anh đai mạch, tác giả luận giải nguồn gốc, điều kiện chế thành tạo chúng, từ góp phần hiểu biết nguồn gốc đai mạch felsic/ plagiogranit nêu Phương pháp nghiên cứu 2.1 Phương pháp nghiên cứu thành phần khoáng vật Để nghiên cứu đặc điểm khoáng vật đá khu vực núi ngầm Atlantis, trung tâm tách giãn tây nam Ấn Độ Dương, phương pháp sử dụng gồm phân tích thạch học lát mỏng kính hiển vi phân cực kết hợp với đo vẽ X-ray thiết bị M4 - Tornado, Bruker Viện Khoa học Công nghệ 69 Địa chất Nhật Bản Các phép đo sử dụng dòng điện 50 kV với cường độ 600 μA; chùm tia X có đường kính 25 μm, điểm ảnh đo vẽ có kích thước 20 x 20 μm thời gian mili giây Sau đó, sử dụng phần mềm ImageJ, ảnh riêng lẻ nguyên tố chồng ghép tạo ảnh phân bố khống vật tồn mẫu sử dụng trực tiếp để phục vụ tính toán định lượng thành phần thạch học đá 2.2 Phương pháp nghiên cứu địa hóa khống vật Thành phần vết thạch anh xác định thiết bị vi phân tích hiển vi đầu dị (EPMA) JEOL JXA - 8800 sử dụng phần mềm hiệu chỉnh ZAF Đại học Kanazawa, Nhật Bản Các phân tích thực điều kiện điện áp 20 kV, chùm tia electron có cường độ 20 nA, đường kính μm Tại vị trí điểm cao phơng tia X, nguyên tố Si phân tích 20 giây 10 giây Trong đó, để thu hàm lượng nguyên tố Al, K, Fe, Ti có độ xác cao, tác giả áp dụng phương pháp phân tích đề xuất (Müller nnk., 2003) thời gian lâu (300 giây 150 giây) Các mẫu chuẩn quốc tế bao gồm mẫu tự nhiên mẫu tổng hợp có thành phần cơng bố tạp chí quốc tế uy tín Kết thảo luận 3.1 Đặc điểm thạch học Trong số đai mạch felsic, thạch anh xuất với hàm lượng đáng kể (3÷25%) dạng sau: (1) Mọc ghép với plagioclas tạo thành kiến trúc myrmekit/granophyr; (2) Dạng hạt nhỏ tha hình, tàn dư lấp đầy lỗ hổng khoáng vật thành tạo trước, dao động từ 0,1÷0,5 mm diện đai mạch thành phần felsic với cỡ hạt lớn (đến mm) (Hình 1) Bên cạnh đó, tập mẫu nghiên cứu phổ biến, tượng hạt thạch anh có ranh giới rõ ràng nằm sát cạnh có đặc tính quang học liên tục, tạo thành tập hợp hạt lớn (đến > mm) 3.2 Đặc điểm địa hóa Theo kết phân tích EPMA, hạt khống vật thạch anh tập mẫu nghiên cứu có thành phần SiO2 dao động từ 98,795÷101,351% Để 70 Nguyễn Khắc Du nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (4), 67 - 74 Hình (a) Ảnh đo vẽ X-ray toàn mẫu lát mỏng (Mẫu 66R4, 46-49 cm) Kết cho thấy mẫu gồm loại đá có thành phần khác nhau: (1) gabro chứa plagioclas giàu calci+ pyroxen xiên, (2) đai mạch felsic/ plagiogranit chứa plagioclas nghèo calci+ Amp Các dạng tồn thạch anh đai mạch felsic gồm: (b) cộng sinh thạch anh tạo kiến trúc myrmekit (Mẫu 64R2, 110-113 cm) (c) lấp đầy kẽ hở khoáng vật kết tinh trước (Mẫu 64R2, 128-133 cm) (Cpx: Pyroxen xiên CPL: Plagioclas giàu calci LCP: Plagioclas nghèo calci Amp: Amphibol Q: thạch anh Zrn: Zircon) kiểm tra thành phần nguyên tố vết (gồm Ti, K, Fe, Al), tác giả lựa chọn phân tích 26 hạt khống vật mẫu thạch học lát mỏng, mẫu (64R2, 110÷113 cm) có chứa khống vật thạch anh dạng mọc ghép với khoáng vật plagioclas tạo thành kiến trúc khảm myrmekit/ granophyr đặc trưng Trong mẫu khác, thạch anh tồn dạng tàn dư lấp đầy lỗ hổng (< 0,2 mm) và/ tạo thành tập hợp hạt lớn (> mm) mẫu cịn lại (Mẫu 64R2, 128÷133 cm; 66R5, 1÷7 cm 66R4, 46÷49 cm) Kết phân tích thành phần nguyên tố vết thạch anh thể Hình 2, tất hạt thạch anh phân tích cho kết hàm lượng Ti K tương đối cao, dao động từ 30÷130 ppm 20÷60 ppm Hàm lượng Fe biến đổi mạnh thạch anh, dao động từ bên giới hạn phân tích thiết bị đến 180 ppm Trong đó, thành phần Al giới hạn phân tích EPMA tất mẫu phân tích Điểm bật từ kết phân tích hạt thạch anh tồn dạng tàn dư, lấp đầy lỗ hổng khoáng vật khác có thành phần tương tự với Nguyễn Khắc Du nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (4), 67 - 74 71 Hình Tương quan hàm lượng nguyên tố vết (a) K-Ti (b) Ti-Fe khoáng vật thạch anh đai mạch felsic/ plagiogranit khu vực núi ngầm Atlantis, trung tâm tách giãn tây nam Ấn Độ Dương hạt thạch anh tồn dạng mọc ghép với plagioclas (myrmekit/granophyr) 3.3 Nhiệt độ thành tạo khoáng vật thạch anh Nhiệt độ cân thạch anh đai mạch felsic/ plagiogranit tính tốn dựa vào hàm lượng Ti khoáng vật Đây nhiệt kế khoáng vật thạch anh lần biết đến với tên gọi “nhiệt kế TitaniQ”, sau hiệu chỉnh xác cơng trình nghiên cứu Huang Audestat (2012) Trong đó, giá trị áp suất sử dụng kbar thu từ kết tính toán cho khoáng vật amphibol màu nâu đỏ mẫu (khơng trình bày chi tiết đây) Các kết tính tốn cho thấy, khống vật thạch anh đai mạch felsic khu vực Atlantis có nhiệt độ cân cao, dao động 540÷7000C (Bảng 1) 3.4 Nguồn gốc chế thành tạo khoáng vật thạch anh Thạch anh đai mạch felsic sản phẩm kết tinh từ dung thể magma bão hòa SiO2 sản phẩm lắng đọng từ dung dịch nhiệt dịch Để phân biệt loại nguồn gốc khác khoáng vật này, tác giả dựa vào đặc điểm cấu tạo - kiến trúc kính hiển vi hàm lượng Ti điều kiện nhiệt độ thành tạo khống vật Vì thạch anh tồn dạng mọc ghép với plagioclas (kiến trúc myrmekit/ granophyr) (Hình 1) chấp nhận rộng rãi sản phẩm kết tinh nhiệt độ cao/ magma thực thụ, thành phần hóa học chúng sử dụng để so sánh với thành phần thạch anh mẫu khác Bên cạnh đó, nhiều tác giả hàm lượng Ti thị hữu ích để phân biệt loại hình nguồn gốc khác khống vật Trong đó, thạch anh có nguồn gốc magma thực thụ chứa hàm lượng Ti đáng kể, lại thấp (thường