Nghiên cứu phương pháp xác định tuổi vết hạch trên thiết bị hiển vi quang học phục vụ việc nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực xác định tuổi đồng vị: lấy ví dụ áp dụng cho các đá biến chất ở đới siết trượt sông Hồng

Khoa Địa chất trường đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đầu tư dự án trang thiết bị phục vụ nghiên cứu và đào tạo, một trong những thiết bị được đầu tư là hệ [r]

Q U Ố C G IA H À N Ộ I

)C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N if: íjc Jịz % ĩị: »5c

TÊN ĐỂ TÀI:

N G H IÊ N CỨU PH Ư Ơ N G PH Á P XÁC Đ ỊN H T ổ l V Ê T H Ạ C H T R Ê N T H IẾ T BỊ H IỂN VI Q U A N G H Ọ C PH ỤC yụ V IỆC N G H IÊ N c ứ u VÀ Đ À O TẠO T R O N G L ĨN H v ự c X Á C Đ ỊN H T U ổ I Đ Ổ N G VỊ: LÂ Y v í DỤ ÁP D Ụ N G CH O

C Á C Đ A b i ế n c h ấ t ở Đớ i s i ế t t r ợ t Sô n g h ổ n g

M Ã s ố : Q T -07-41

C H Ủ T R Ì ĐỂ TÀI : TS v ũ V Ã N TÍC H

-jAi H O C G U Ố C G IA HÀ NÔI , [RUNG TÂIV THÔNG TIN THƯ ViR

BÁO C Á O T Ó M T Ắ T

a T ê n đ ề tà i: N ghiên cứu phương pháp xác định tuổi V ết H ạch thiết bị hiển vi quang học phục vụ việc nghiên cứu đào tạo lĩnh vực xác định tuổi đồng vị: Lấy ví dụ áp dụng cho đá biến chất đới siết trượt Sổng Hồng

b C hủ trì đề t i : TS Vũ Văn Tích

c C ác cán tham gia: N guyễn Duyên An d M ục tiêu nội d u n g nghiên cứu:

+ M ục tiêu:

- N ghiên cứu áp dụng phương pháp xác định tuổi Vết phân hạch xây dựng quy trình phân tích hệ thống kính hiển vi phân cực khoa Đ ịa chất

+ C ác nội dung nghiên cứu:

- N ghiên cứu áp dụng phương pháp xác định tuổi V ết hạch nhằm triển khai thực thiết bị hiển vi quang học khoa Đ ịa chất N ghiên cứu chuẩn hoá (calibration) thiết bị đo V ết hạch, quy trình thực việc đo vết hạch mẫu chuẩn, quy trình chuẩn bị m ẫu, điều kiện kích hoạt m ẫu lị phản ứng hạt nhân, qui trình đếm vết thiết bị hiển vi quang học

- N ghiên cứu tín h tốn tuổi nguội lạnh đá biến chất thuộc đới siết trượt Sông H ồng N ghiên cứu tốc độ trồi lộ đá biến chất thuộc đới siết trượt Sông Hồng

e C ác kết đạt được: + Q ui trình cơng nghệ xác định tuổi đồng vị hệ thống kính hiển vi quang học khoa Đ ịa chất

+ K ết tính tuổi hai m ẫu áp dụng

f, Tình hình kin h phí dể tài:

TT Nội dung chi K inh phí dược duyêt K inh phí thưc hiên Ghi

1 Thuê khoán ch u y ên m ôn 12 triệu đồng 12 triêu đồng Trang thiết bị

3 Chi khác triệu đồng triệu đồng

4 Tổng số 20 triệu đồng 20 triệu đồng

K H O A Q U Ả N LÝ C H Ủ T R Ì ĐỂ TÀI

PGS N G U Y Ễ N V Ă N VƯỢNG TS v ũ V Â N TÍCH

SU M M A R Y O F P R O JE C T a T itle and code.

- T itle: Study on F ission Track dating m ethod by optical m icroscope serving for research and fo rm atio n in isotope geochronology: Case study for the m etam orphic rock in R ed R iver sh ear zone

- Code: Q T-07-41

b H ead o f project. -D r Vu V a n T ich c Particip ant.

- G raduate student N guyễn D uyên A n

d O bject and co n ten t o f project. + O bject

- Study on datin g m ethod o f Fission T racks and th eir application

- A p p licatio n o f this m ethod on m icroscope system at F acu lty o f geology

+ Content

- Study on m etho d o lo g y on Fission track datin g in order to develop this m ethod on m icroscope o f F a c u lty o f G eology

- M ak in g th e calibratio n FTD system and process o f m easurem ent - Study on process o f sam ple preparing

- Study on process o f fit counting fission tacks on m icroscope in high resolution - Study on d atin g the age o f rock from Song H ong sh ear zone

- Study on rate o f exhum ation o f m etam orphic rock

e R esults.

+ In science:

- Process and tech n iq u e o f m easurem ent o f fission track age on m icroscope of F acu lty o f geology

+ In education:

Lời nói đáu

M ỤC LỤC

6 Chương 1: Đ ồng vị nguyên lí xác định tuổi đồng vị

1.1 N guyên tử cấu tạo nguyên tử

1.2 Đ vị, hệ đồng v ị

1.2.1 Đ vị, đồng vị bền đồng vị phóng x

1.2.2 Hệ đồng v ị

1.3 H iện tượng phóng xạ chế phóng xạ

1.4 Phương trình tuổi thời gian bán r ã 12

Chương 2: N hữ ng Ván để chi phối việc sử dụng phương pháp xác định tuổi đồng vị phóng xạ luận giải kết tuổi 2.1 Đạc điểm hoá-Iý cần lưu ý xác định tu ổ i 15

2.2 N hiệt độ đóng ý nghĩa tuổi phương p h p 15

2.2.1 K hái niệm nhiệt độ đ ó n g 15

2.2.2 Ý nghĩa tuổi phương p h p 16

2.3 Các nguyên nhân gây m ất vị m ột h ệ 17

Chương 3: Phương pháp vết phân hạch 3.1 Giới thiệu phương p h p 19

3.2 N guyên lý phương p h p 19

3.2.1 K hoáng vật (detector) ghi nhận vết hạch trạng thái c ứ n g 19

3.2.2 N guồn gốc vết khoáng v ậ t 20

3.2.3 Xác định tuổi bàng vết phàn hạch: phương trình t u ổ i 20

3 C ách xác định tu ổ i 21

3.2.5 N guvên nhân m ất vết phân hạch m ẫu phân t í c h 23

3.3 N hiệt độ đóng hệ 2,iái thích tuổi vết phân hạch địa c h ấ t 26

3.3.2 Xác địn h nhiệt độ đ ó n g 27

3.3.3 Các thông số ảnh hưởng hưởng tới nhiệt độ đ ó n g 29

3.3.4 Giải thích tu ổ i vết phân h c h 30

3.3.5 H iệu chỉnh tuổi biểu k iế n 32

3.3.6 H iệu chỉnh tuổi biểu kiến phương pháp tuổi m ạt b ằ n g 34

Chương 4: Q uy trình phân tích tuổi vết phân hạch trén kính hiển vi phân cực khoa Đ ịa chất kết áp dụng 4.1 Giới thiệu thiết bị phân tíc h 37

4.1.1 Cấu tạo tính n â n g 37

4.2 Q uy trình phân tích tuổi vết phân h c h 38

4.2.1 Chuẩn bị m ẫ u 38

4.2.2 Quy trình đếm vết phân h c h 39

4.2 Cách xác định liều lượng n tr o n 40

4.3 Đ ánh giá độ xác giá trị t u ổ i 40

4.3.1 Tính tốn sai số tuổi xác định từ phương pháp detector n g o i 40

4.3.2 Tính tốn sai số tuổi xác định từ phương pháp detector tro n g 43

4.3.3 Sai số xác định liều lượng n tro n 43

4.4 Ví dụ áp dụng xác định tuổi phương pháp vết phân h c h 44

4.4.1 Áp dụng phương pháp xác định tuổi đá biến chất đới siết trượt Sông Hồng 44 4.4.2 Giá trị địa chất tuổi m ẫu phân tíc h 45

LỜI M Ở Đ Ầ U

N ghiên cứu tuổi đồng vị phát triển m ột thời gian dài gần 100 năm qua trở thành m ột lĩnh vực quan trọng địa chất đồng vị khoa học Trái

Sự phát triển tuổi đồng vị giải nhiều vấn đề m ấu chốt địa chất học, đóng vai trị quan trọng q trình chuyển đổi từ địa chất định tính (tuổi hố thạch) sang đ ịa chất định lượng áp dụng nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác khoa học Trái đất như: trình thành tạo quặng, tiến hóa vỏ Trái đất, khảo cổ học bảo vệ mơi trường

Có thể nói, tuổi vị ngã tư của nhiều lĩnh vực, vậy, việc thực đề tài “N ghiên cứu phương pháp xác định tuổi Vết H ạch thiết bị hiển vi quang học kh o a Đ ịa chất phục vụ việc nghiên cứu đào tạo lĩnh vực xác đ ịnh tuổi đồng vị: Lấy ví dụ áp dụng cho đá biến chất đới siết trượt Sõng H ồng” có ý nghĩa thiết thực, nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy học tập trường Đại học K hoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

N ội dung báo cáo bao gồm ba phần chính:

(1) Hệ thống hóa vấn đề vật lý hạt nhân nguyên lý việc xác định tuổi vị;

(2) T quan vể nội dung phương pháp phán tích tuổi V ết phân hạch xây dựng quy trình phàn tích tuổi trẽn hệ thơng kính hiển vi phân cựuc khoa địa chất

Chương 1

Đ Ổ N G VỊ VÀ N G U Y Ê N LÍ XÁC Đ ỊN H T ổ l Đ Ổ N G VỊ

1.1 N guyên tử cấu tạo nguyên tử

Trước vào xem xét khái niệm đồng vị phản ứng hạt nhân m ột cách chi tiết, bắt đầu khái niệm sở nguyên tử hạt nhân N hư biết, nguyên tử bao gồm hạt nhân điện tử chuyển động quỹ đạo hạt nhân Hạt nhân m ột nguyên tử bao gồm proton nơtron T hông thường nguyên tử ký hiệu chữ X cấu tạo chung biểu diễn sau :

trong A = N + z gọi số khối hay khối lượng nguyên tử (vì khối lượng điện tử không đáng kể), N số nơtron, z so proton = số điện tích hạt

„ A I

nhân V í dụ 13 Lưu ý, số proton (Z) định độ phổ biến nguyên tố Đ ơn vị khối lượng sở hạt nhân hay đơn vị khối lượng nguyên tử dalton (tên nhà bác học phát nguyên tử), sau nàv lại gọi đơn vị carbon (đv.C) đơn vị dựa khối lượng nguyên tử 12c Đ iều có nghĩa khối lượng nguyên tử l2C bàng 12 (đv.C) Khối lượng nguyên tử tổng khối lượng proton, nơtron electron Trong đó, khối lượng proton = 1,007593 (đv.C) = ,6 1 27 kg K hối lượng nơtron - 1,008982 (đv.C) = ,6 27 kg Khối lượng electro n = 0,000584756 (đv.C) = 9.10093897.10 ?1kg

1.2 Đ ồng vị, hệ đồn g vị

1.2.1 Đ ồng vị, đ ồn g vị bền đồng vị phóng xạ

Bây đến khái niệm đồng vị sau : Đ vị nhữní: kiểu khác hạt nhân n su y ên tử m ột neu y ên tố ch ú n s chí khác vể số nơtron (N) giống số proton (Z)

Trong tự nhiên có ngun tổ có m ịt sổ đ ổ n s vị có nguvên tố khơng có vị Trên bảng 1.1 trình bày m ột số vị tự nhiên vài nguyên tố

Trong đ ổ n s vị m ột ngun tố, có vị có hạt nhân bến {dồng vị

bển), có đồng vị lại có hạt nhân khơng bền (đổng vị phúng xạ) đề tài

Bảng 1.1: Bảng phân loại m ột sô đồng vị

8

?Q

13 *

14

« ‘ « 'lo » ’ «

19 20

s O

“ N > > ' I n

/ > >

% 1N

9 10 11 12 n 14 15 16

',Q

C/5 ^ < ~ ' ^

8 y 10 II 12 13 Đ n e vi

.1

5 t í 5b 5b (Cùnii s ố Z )

3 5 11 12

Số notron (N)

1.2.2 Hệ đ ồn g vị

K hái niệm hệ đồng vị đáy định nghĩa m ột khoáng vật m ột đá hay m ột thể vật chất có chứa m ột cặp đồng vị m chúng có quan hệ m ẹ-con với

Ví dụ khống vật biotit có chứa đồng vị 40K 40Ar, đồng vị có quan hệ m ẹ (đổng vị 40A r sinh từ đồng vị 40K) Khi khoáng vật biotit, đồng vị 40K 40A r xem m ột hệ đồng vị

Hệ đồng vị gọi kín từ khống vật biotit hình thành (trong q trình m agm a biến chất) thời điểm lấy khoáng vật để xác định tuổi, vị 40K 40Ar có mặt khống vật không bị m ất hay thêm vào từ m trường bén ngồi Ngược lại hệ gọi m từ thời điếm kết tinh tại, hàm lượng vị bị thay đổi chúng thoát hay hấp thụ vào khoáng vật từ m trường bên ngồi

1.3 Hiện tượng ph óng xạ chê phóng xạ

H ình 1.1: M hình biểu diễn q trình phóng xạ tự nhiên ngun tố có hạt nhân khơng bền (n ký hiệu nơtron)

1.3.1 Phóng xạ B eta (p)

Phần lớn nguyên tố không bền vững phóng xạ xạ m ột hạt mang điện tích âm gọi tia P' nơtrino từ hạt nhân, với giải phóng lượng nhiệt dạng tia y Thực chất phóng xạ [5 sư chuvển đổi m ột nơtron thành m ột prồton m ột electron Khi electron bị đẩy khỏi hạt nhân m ột hat P' (hình 1.1) H ậu trình làm cho số prồton nguyên tố tăng lên trons số nơtron eiảm m ột theo báng 1.2:

Bảng 1.2 : M ối quan hệ vị mẹ con

N guyên tố

Số prôton (Z) Số nơtron (N) Số khối (A)

Me z N Z + N

Con z + 1 N- l z + + N- 1

Q trình phóng xạ có thê diên giải theo phương trình phán ứng ví dụ

|Ĩ’K > ỊjCa + [3 + V +Q

1.3.2 P h óng xạ P ositron (P+)

N hiều phóng xạ hạt nhân xạ m ột điện tử m ang điện tích dương gọi positron Thực chất q trình chuyển đổi m ột prôton hạt nhân thành m ột nơtron, m ột positron m ột nơtrino Theo số z giảm một, số N tăng thêm m ột số khối không đổi (hình 1.1) Q uá trình diễn giải theo bảng

1.3:

Bảng 1.3: M ối quan hệ đồng vị mẹ con

N guyên tố Số prôton (Z) Số nơtron (N) Số khối (A)

Me z N Z + N

Con Z -1 N + l Z - + N +

R õ ràng nguyên tố sinh m ột đồng đẳng có số prổton thấp m ột so với nguyên tố mẹ Q uá trình thể dạng phản ứng ví dụ sau:

'ỈF - > 'Ịo + P+ + V + Q

trong p+ positron, V nơtrino, Q lượng giải phóng

1.3.3 H iện tượng bát điện tử

Các trình ln phiên theo hạt nhân ngun tố bị giám số prơton tăng số nơtron liên quan đến bắt điện tứ lớp (lớp K) gần hạt nh ân Q uá trình thực chất tương tác prôton hạt nhân m ột điện tử lớp cùng, thành m ột nơĩron nơtrino, trình biểu diễn theo hình (1.1) báng 1.4 sau đây:

Bảng 1.4: M ỏi quan hệ đồng vị mẹ con

N guyên tố Số prôton (Z) Số nơtron (N) Số khối (A)

Me z N Z + N

Con Z- N + l Z - + N +

Đi trình bắt điện tử xạ tia X m ột điên tử bị trung hoà m ột proton hạt nhân m ột điện tử khác lớp sát chỗ vậv điện tử chuyển đổi từ mức lượng cao sang mức lương thấp phát tia X

1.3.4 P h ón g xạ alph a (a )

Q trình phóng xạ thường xảy với nguyên to có số z từ 58 (Ce) trờ đê tạo hạt nhân có số z thấp m ột số nguyên tổ [Li ' Be

có thể biểu diễn liên quan đến thay đổi giá trị z và N nguyên tố mẹ thành nguyên tố theo bảng (bảng 1.5):

Q uá trình làm giảm số z và số N dẫn đến số khối giảm N guyên tố sinh m ột đồng vị m ột nguyên tố khác phân nguyên tố m ẹ trường hợp q trình phóng xạ p a hay bắt điện tử

Bảng 1.5: M òi quan hệ giưa vị m ẹ con

N guyên tố Sô' prôton (Z) Số nơtron (N) Số khối (A)

M ẹ z N Z + N

Con Z - N-2 z - 2 + N - 2

Q uá trình diễn theo sơ đồ hình 1.1 giải thích theo phương trình phản ứng ví d sau:

i 28u - > 2;J0Th + ịH e + Q

trong ị He m ột hạt a , Q lượng nhiệt.

1.3.5 P hân hạch hạt nhân

N goài qu trình phóng xạ kể trên, nguvên tố có khối lượng ngun tử lớn u cịn có khả tự phân chia thành nhiều nguyên tố khác hạt nhân bị bắn phá nơtron, prơton, positron, hay tia a Trong q trình phân hạch số z của nguyên tố thơng thường khổng Điều có nghĩa hạt nhân mẹ k h n g bị phân đơi thành hai phần (hình 1.1)

Các q trình phóng xạ làm tăng độ phổ biến nguyên tố ngược lại làm giảm độ phổ biến nguyên tố mẹ K hống thế, q trình cịn tạo đồng vị phóng xạ m ẹ khác Trong nguyên tố đó, có nguyên tố vừa vị vừa đồng vị mẹ (bảng 1.6) V í dụ với q trình phân hạch u cho Th, sau Th lại phóng xạ đê cho Pb N hư Th vừa đồng vị u đồng thời đồng vị m ẹ Pb

1.4 Phương trình tuổi sở thời gian bán rả

M ọi phương pháp xác định tuổi đồng vị dựa q trình phóng xạ tự nhiên ngun tố Q trình khơng phụ thuộc vào m ột điều kiện lý hoá m ôi trường m phụ thuộc vào thời gian (t) Theo định luật phóng xạ, tuỳ theo nguyên tố, ứng với khoảng thời gian t định, lượng hạt nhân nguyên tử nguyên tố bị giảm m ột nửa K hoảng thời gian gọi thời gian bán rã (T 1/2) N ếu gọi F lượng hạt nhân nguyên tử nguyên tố, hoạt độ q trình phóng xạ tỉ lệ với số ngun tử phân rã trẽn m ột đơn vị thời gian Chúng ta diễn giải tượng theo ngõn ngữ tốn học dạng phương trình sau:

^ - = -ÂF (1.1)

dt

trong h oạt độ phóng xạ thời điểm t đó, dấu biểu cho giảm của số nguyên tử m ẹ theo thời gian t, X hầng số phóng xạ ngun tố.

Phương trình (1.1) có dạng phương trình vi phân số nguvên tử mẹ theo thời gian, lấy tích ph ân hai vế phương trình ta có:

Giải phương trình tích phân vơ hạn ta

lnF = -Ằt + c (1 2)

trons; lnF ỉogarit tự nhiên số e F (e = 2.718 — ) c h ãns số tích phân vơ hạn tương ứng với giá trị F = F0 thời điếm t = tức c = lnFt) Thay vào phương trình (1.2) ta có:

F F

lnF = -Ât + lnF„ hay ]nF = ìnF„ - Ầt hay In — = -At hay = e

F, 0 ' F0

và cuối ta có : F = F0.e (1.3)

phương trình (1.3) chi sơ nguyên tố mẹ lại (F) sau thời gian t kê từ bắt đầu phóng xạ với số nguyên tứ mẹ ban đầu ( F j thời điém t,, Đ ây phươns trình bán m iêu tả tất q trình p h óne xạ tự nhiên

xem xét Khi số ngun tố sinh q trình phóng xạ (D* ) từ ngun tơ mẹ sau m ột thời gian t :

D* = F - F (1.4)

N ếu vị sinh lưu giữ m ột hệ kín m khơng bị m ất hay thêm vào, từ phương trìn h (1.3) (1.4) ta có :

D* = F0 - F0 e /4 , hay ta có : D* = F0 (1- e ','t) (1.5) Phương trình (1.5) biểu diễn sơ' đồng vị bền vững sinh sau thời gian t từ q trình phóng xạ m ột ngun tơ mẹ khơng bền có sơ ngun tử ban đầu t = F0 Trước vào giải phương trình (1.5) theo t để có thời gian trơi kể từ khi phóng x (tức tuổi), cần tìm hiểu khái niệm thời gian bán rã (T,/2) Đó khoảng thời gian (t = T 1/2) cho sau m ột khoảng thời gian sỏ' nguyên tử

của nguyên tố m ẹ lại giảm nửa (1/2) tức F = — F Thay giá trị vào

phương trình (1.3) ta có :

I Fo = F0.e u w => Ti2 = Ịn2 = 0693 (L )

Phương trình (1.6) thể quan hệ thời gian bán rã T 1/2 số phóng xạ Ằ hay nói rõ quan hệ số nguyên tử nguyên tố mẹ số nguyên tử nguyên tố sau m ỗi khoảng thời gian T l/2 Sơ đổ hình 1.2 giúp hiểu rõ quan hệ bảng 1.7 trình bày thời gian bán rã số phóng xạ m ột số cập vị m ẹ sử dụng giáo trình

Thói sian bán rã

Hình 12: Sơ đổ biếu thi quan hệ giũa sô nguyên tử mẹ sô nguyên tử sau thời áan bán r ì Bảng 1.7: Thời gian bán rã số phóng xạ số cặp đồng vị theo Faure.G 1997 C ặp đồng vị Thời gian bán rã (T 1;2) theo nám

H ằng số phóng xạ Ã / năm

232T h 20Spb 1.39.10"' 4 ,99.10 11

wU -2(,6Pb 4.47 10" 0 5 9

235Ư.207pb

Trong q trình tính tốn thực tế, người ta thường biết số nguyên tử vị m ẹ lại (F) số nguyên tử đồng vị sinh (D*) khống biết số đồng vị m ẹ ban đầu (F0) Chính vậy, từ phương trình (1.5) chưa thể tính tuổi, x uất phát từ phương trình (1.4) D* = F0 - F thay F0 = F [ (biến đổi từ phương trình 1.3) ta có:

D* = F.eXt- F = F ( e '‘ - 1) (1.7)

G iả sử trường hợp tổng quát hệ có m ột lượng đồng vị (D0) từ thời điểm ban đầu, tổng số đồng vị hệ là:

D = D* + D(1

Từ phương trình (1.7) ta có: D = D0+ F.(e5'' - 1) (1.8)

Giải phương trình theo t, phương trình tuổi sau:

t = r-ln — = - s- + lD - D

r - - ( -9)

ở giá trị D, Du F thơng số hồn tồn xác định (bằng khối phổ kế) giá trị t tìm tương đương với tuổi địa chất khoáng vật hay đá (cần xác định tuổi) th ỏ a m ãn điều kiện sau đây:

G iá tri P -~ thav đổi q trình phóng xa, tức khơng có sư tăng p

thêm m ất khỏi hệ (khoáng vật hay đá chứa cập vị- gọi m ột hệ đồng vị) xem xét

- G iá trị Ầ cạp vị xem xét phải xác định

Chương

N H Ũ N G V Ấ N Đ Ể C H I PH Ố I VIỆC s D Ụ N G CÁC PH Ư Ơ N G PH Á P XÁC Đ ỊN H T U Ổ I Đ Ổ N G VỊ VÀ L U Ậ N G IẢ I K Ế T Q U Ả T u ổ i

T rên sở nghiên cứu tài liệu, đưa yếu tối chi phối xác việc phân tích tuổi đồng vị nói chung phương pháp Vết phân hạch nói riêng

N hư biết, nguyên tố phóng xạ thường nằm cấu trúc tinh thể khoáng vật dạng thay th ế đồng hình (Rb, Sr, Sm, N d ) tạo khoáng trực tiếp (K, u ) , đặc tính địa hố m chúng nằm khoáng vật khác với hàm lượng khác nhau, ứng với khoáng vật hoạc đá định ta có hệ đồng vị định từ có phương pháp riêng Việc phân tích tuổi địi hỏi m ẫu (khống vật hay đá) phải chứa nhiều nguyên tố phóng xạ Chính ta có m ột m ẫu đá hay kho án g vật cần phân tích, điều cần đặt câu hỏi liệu chứa nhiều nguyên tố phóng xạ để từ ta định hướng sử dụng phương pháp cho phù hợp M ặt khác, tuỳ theo mục đích m m uốn xác định tuổi cần lựa chọn phương pháp cho thích hợp Thí dụ m uốn xác định tuổi kết tinh khối xâm nhập phải lựa chọn phương pháp xác định tuổi pha biến chất hay pha tạo quặng nhiệt dịch phải sử dụng phương pháp Tất cá điều phụ thuộc vào hiểu biết hành vi địa hoá nguyên tố mà sử dụng để xác địn h tuổi đặc tính vật lý chúng

2.1 Đ ặc điểm hoá-lý cần lưu ý xác định tuổi

Trước vào giới thiệu chi tiết phương pháp, cần tìm hiếu s ố đặc tính địa hố vật lý có ý nghĩa đối VỚI việc xác định tuổi số cập đồng vị sử dụng phương pháp

Với phương pháp Vết p h â n hạch, việc định tuổi k h ỏ n s dựa nguyên lý phương pháp xác định tuổi thơng thường, thay SÍT dụng thời gian bán rã cặp vị m ẹ-con để xác định tuổi phương pháp lại sử dụng hoạt độ phóng xạ (số xạ/đơn vị thời gian) sinh phóng xạ tức thời cùa -■ 5U để xác đinh tuổi Các bức xạ nàv thường đế lại dấu vết (gọi vết phú n hạch) trẽn khoáng vặt chứa zircon, titanit, apatit

2.2 N hiệt độ đ ón g ý nghĩa tuổi phương pháp 2.2.1 K hái niệm nhiệt độ đóng

N hư đ ã biết, m ột khoáng vật hay đá kết tinh sau nguội dần, q trình đồng vị có hệ bị thay đổi khuếch tán chúng (đặc tính địa hố) N hưng tới m ột nhiệt độ đồng vị khơng thể di chuyen hay vào khoáng vật đá N gưỡng nhiệt độ gọi

nhiệt độ đóng hệ đồng vị xem xét.

Đ iều có ng hĩa giá trị nhiệt độ tỷ sơ đồng vị mẹ không thay đổi giữ lại cấu trúc tinh thể khoáng vật hav đá ta đem m ẫu xác định tuổi

Với định ng h ĩa thấy tuỳ cặp đồng vị, khoáng vật đá hay m ột vật chất đó, chúng có nhiệt độ đóng khác Có nghĩa với m ột phương pháp có nhiều nhiệt độ đóng khác phụ thuộc vào khống vật hay đá chứa cặp đồng vị Ngược lại, với m ột khống vật có nhiều nhiệt độ đóng tuỳ thuộc vào việc sử dụng chúng để định tuổi phương pháp

H ình 2.1 biểu diễn m ột số giá trị nhiệt độ đóng số phương pháp phổ biến khoáng vật đá áp dụng tương ứng theo phương pháp khác

H ìn h 2.1: N hiệt độ đón m ột số cặp nhiệt thời m ột số khoáng vật đá tổng (tổng đá) tương ứng Đ ường cong c tương ứng với trình biên chát cao hay trình kết tinh m agm a, đường cong T tương ứng với trình biến chất thấp

- Với phương pháp vết phân hạch, xác định zircon, tuổi tương ứng với thời điểm m m ẫu vượt qua ranh giới đường đ ảna nhiệt 250 + 5Ơ°C (chương 3)

từng phương pháp khác Chính nhà địa chất giải thích số liệu cân tính đên phương pháp áp dụng phương pháp nào, chất mẫu bối cảnh h ch sử địa chất Việc lựa chọn phương pháp để xác định tuổi đòi hỏi nhà địa chất phải tính đên chất đá tượng cần xác định Chi tiết vấn đề nàv thấy rõ giới thiệu phương pháp chương đề tài

2.3 Các ngu yên nhân gây m ất đồng vị (vết) hệ

Tuổi m ẫu cần phân tích phụ thuộc nhiều vào trình tiến hố đồng vị m ột hệ H ệ gọi kín có nghĩa ngun tố m ẹ khơng (khơng khỏi hệ) kể từ đá hay khoáng vật hình thành Đây điều kiện tiên quyêt cho việc sử dụng cặp đồng vị để xác định tuổi Có hai nguyên nhân đẫn đên thay đổi tỉ lệ vị m ột hệ là:

- N guyên nhân thứ m ột đồng vị m ột cách hệ thống thông qua tượng khuếch tán Q uá trình tái lập lại hệ đồng vị m ột cách đá nguội tới m ột nhiệt độ định khơng cịn thay đổi hệ vị N hiệt độ này gọi nhiệt độ đóng hệ vị nêu Nó phụ thuộc vào hành vi địa hố cập đồng vị khoáng vật xem xét

- N guyên nhân thứ hai thay đổi hệ đồng vị (hệ đồng vị bị mở) liên quan đến vấn để phá hủy học hay phong hố Các q trình dẫn đến thay đổi hệ đồng vị trao đổi nguyên tố với mơi trường bên ngồi Hiện tượng dẫn đến thay đổi tuổi hành vi địa hố nguyên tố mẹ không giống Trường hợp thường phố biến nguvẽn tố đất Sm Nd Q uá trình trao đổi thấy rõ thơng qua biến đổi khống vật học hay biết nhờ phương pháp phân tích hóa thịng thường Tuy nhiẽn q trình trao đổi thường khơng đáng kể m ột phần k h ô n2 phải toàn phần trường hợp ban đầu Đ ể khắc phuc tình trạng này, phân tích đồng vị phóng xạ nên lấy m ẫu tươi

NĨI tóm lại, cho dù với phương pháp nào, nguyên lý chưng cua việc xác định tuổi bao gồm việc đo nổna độ nguyên tố phóng xạ (nguvên tó mẹ hay đồng vị m ẹ) nồng độ nguyên tố sinh p h ó n s xạ (ngun tơ hay vị con) Để giải thích tuổi xác việc đo phải thỏa m ãn m ột số điều kiện :

(1) Xác định nồng độ nguyên tố thời điếm cùa kiện địa chất (pha biến chất, pha biến dạng, pha xâm nháp m agm a) mà ta m uốn xác định tuổi Đ iểu có nghĩa hệ dong vị cua m ẫu m ta muốn xác định phái m ặt vị: - — - —

-ĐAI HO C Q UỐC G i* ,'JÕ;

(2) Đ ối với phương pháp nào, hệ vị cần xác định tuổi phải m ột hệ kín Tức nguyên tố mẹ ngun tơ' khơng có thay đổi thời điểm củ a kiện cần xác định (thời điểm phân tích m ẫu)

Chương

PH Ư Ơ N G P H Á P X Á C Đ ỊN H Tuổi BA NG VÊT PH Â N H Ạ C H

T rên sở tìm hiểu nghiên cứu đề tài này, giới thiệu chất phương pháp phân tích tuổi vết phân hạch sau:

3.1 Giới th iệu phương pháp

Trong tự nhiên, luôn diễn q trình phân hạch ngun tơ' phóng xạ u , Th gắn liến với xạ hạt Q uá trình xạ bắn phá cấu trúc tinh thể khoáng vật, đồng thời để lại dấu vết cấu trúc tinh thể dạng vết quan sát kính hiển vi VỚI độ phóng đại lớn, ta gọi vết phân hạch (hình 3.1) Do vết phân hạch ti lệ với q trình phóng xạ theo m ột số định trình phóng xạ lại tỉ lệ với thời gian, số lượng vết phân hạch tỉ lệ với thời gian Chính người ta sử dụng vết phân hạch lưu giữ khoáng vật m ột cơng cụ để xác định tuổi tuổi có gọi tuổi vết hạch

■

\

\

Hình 3.1: Vết phân hạch để lại khoáng v ậ t: bẽn trái chưa tay rửa ; bên phải tấv rửa.

3.2 N guyên lý phương pháp

Trước vào nguyên lý phương pháp cần xem xét m ột số yếu tố ảnh hưởng đến đặc điểm vết phân hạch Vết lưu giữ lại cấu trúc tinh phụ thuộc vào yếu tô' sau:

- Đ ặc tính khống vật bị bắn phá q trình phân hạch - Đ ặc tính cu a hạt băn phá gãy vết

- Các điều kiện bảo tổn vết thành tạo

- Các điểu kiện tẩy rửa hoá học vết trước sử dụng để nghiên cứu

3.2.1 K h oán g vật ghi nhận vết hạch trạng thái cứng (d etector)

Sự phân hạch m ột nguyên tử uran m ẹ tạo hai hạt nhân nhẹ với hai khối lượng n g u y ên tử trung bình 96 140 với m ỗi “hạt nhân” có lượng động học biến đổi khoảng từ 0,4 đến M eV /nucleon Những xạ trình phân hạch ghi nhận dọc theo đường chúng, m ột phân hạch cho m ột vêt nh ất độ dài phụ thuộc vào khống vật m xuyên qua từ 10 |im zircon đến 22 Ịxm khoáng vật mica

3.2.2 N guồn gốc củ a vêt khoáng vật

V êt phân hạch sinh từ nhiều nguồn khác nhau, nhân tạo từ vụ nổ hạt nhân, xạ hạt nhân nặng vũ trụ, nguyên tố phóng xạ có đá Tuy nhiên, việc xác định tuổi chì sử dụng vêt sinh từ phân hạch tức thời 23iiu thời gian phân hạch tức thời 235u , 232Th, Pb dài để tạo vết đo M ật khác vết sinh từ vụ nổ hạt nhân hay từ tia vũ trụ ngắn xấp xí micron Vì vậy, nguồn vết phân hạch sinh từ phóng xạ tức thời 23íiu

3.2.3 X ác định tu ổi vết phân hạch: phương trình tuổi

M ật độ vết định nghĩa số vết m ột đơn vị diện tích N ó tỉ lệ với tuổi khống vật nồng độ uran khống vật Để tính tuổi khoáng vật hay thuỷ tinh cần phải đo mật độ vết tự nhiên nồng độ uran Đối với khống vật thuỷ tinh dùng xác định tuổi phương pháp vết hạch đòi hỏi phải có sổ lượng vết đáng kể, cần có khoáng vật cổ Đối với đá trẻ, phải chọn khoáng vật giầu uran, Ngược lại với đá tiền Cambri cần chọn khống vật nghèo uran khơng có q nhiều vết Như vậy, để xác định tuổi vết hạch cần phải đo hai m ật độ vết:

- M ật độ vết sinh từ phán hạch tức thời 238Ư, gọi Df tính theo số vết cm

- M ật độ vết sinh từ phân hạch 235u kích hoạt dòng neutron nhiệt (vết nhân tạo), nhằm xác định nồng độ u khoáng vật ký hiệu D| ứng với số vết c m 2,

I ; R-235, R238 độ dài vết hạch phát 235u 2?xu tưcms ứng

R235/R23X xem 1 năng lượng phân hạch 235u và nãng lượng phân hạch tức thời 238u gần nhau, xấp xỉ 200 M eV ), chiều dài vết phân h ạch 235u và 238u là

Phương trình (3.1) viết ngắn gọn lại thành:

1 /

t- T ^ lO g

A.I-S

1 + l H221 Ad

D j TÌ238

(3.2)

trong t]235 T| 238 hiệu suất phát vết 235u 23xu Đè tính tốn tuổi tỉ số T]235/ r |23íị coi với điều kiện sau:

- việc xử lý nhiệt vết phịng th í nghiệm ảnh hưởng kích hoạt khơng làm thay đổi khống vật xác định tuổi

- khô n g có ảnh hướng cố nhiệt địa chất đến vết hạch 23SU Khi phương trình tuổi trở thành:

] ( D X 'ì

t - — log \ + —^ — ơ.l.<Ị> (3.3)

I D| K J

Df

nếu t < 108 năm , t = ' ■ƠẢ.Ọ C ác hàng Sơ' phương trình (3.3) tương ứng D ị

là : ẢD = 1,551 X 10‘10/n ăm (Joffrey nnk.1971) ; I = 7,252 X 10'3 ; kp= 7,03 X 10 17/nãm (R oberts n nk.1964 a) = 580 X 10'24cm

N ếu vết sinh phân hạch tự nhiên bị tác động kiện nhiệt địa chất làm tái chín vết tuổi đưa từ phương trình (3.3) tuổi biểu kiên Tuv nhiên xác định tuổi m ẫu với m ột số hiệu chỉnh phương pháp khác

3.2 C ách xác định tuổi

Để có đựợc giá trị tuổi lý tường phương pháp vết phàn hạch, hai giá trị Dp Dj phải xác định điều kiện tẩy rửa kích hoạt nhiệt, điều kiện địa chất phương thức đếm vết Tuy nhiên, điều kiện lý tương khơng xảy thời vậv cách đo phải lựa chọn cho tuổi có tuổi kiện địa chất Đê giải đề neười ta sử dụng hai cách đo là:

-Phương pháp detector

-P hư n s ph áp detector

3.2.4.1 Phương pháp detector trong

Phương pháp dectector hay gọi phương pháp tập hợp N aeser để xuất nãm 1967 áp dụng cho khống vật có uran phân bố đồng Nội dung phương pháp giá trị Dp D| (sau kích hoạt) tính m ặt khống vật (m ặt cát khai m ica) hay m ột mặt đánh bóng khống vật M ật độ vết Dp Dị xác định hai m ẫu đại diện m ột khoáng vật cần xác định tuổi Đối với pha khoáng vật mà q trình kích hoạt nhiệt phịng thí nghiệm khơng tác động đến đặc điểm kết tinh tất vêt sinh đ o phân hạch tự nhiên từ uran nhìn thấy mẫu nung nóng trước kích hoạt Phương pháp thực nhăm tránh hồn nhiễm bề m ặt khống vật đem kích hoạt lị phản ứng đê có điều kiện hình học (471) ghi nhận tương tự q trình tính tốn Phương pháp cho phép trung bình hố m ột số sai số việc xử lý kết để có tuổi địa chất thực Tuy vậy, vấn đề đặt làm th ế để xác định tuổi m ảnh thuỷ tinh tự nhiên mà chúng có uran phân bơ' cấu trúc nhạy cảm với q trình xứ lý nhiệt Trong trường hợp này, người ta thường sử dụng phươna pháp tập hợp khổng nung nóng m ẫu đế loại bỏ vết hạch trước kích hoạt Khi đó, nồng độ vết tính m ẫu tổng vết hạch sinh phóng xạ tự nhiên vết sinh từ q trình kích hoạt Tuy nhiên phương pháp có nhược điếm xác sai số D] lớn (bàng sai số D| + sai số Dp)

Ó.2.4.2 Phương ph áp detector ngồi

Khi uran phân bố khơng đồng pha khống vật cần xác định tuổi, khơng nên tính Dp Dj hai phần mẫu đại diện, trường hợp nén đo trẽn m ột khu vực m ẫu cần xác định Đây phương pháp sử dụng detetor ngồi N aeser nnk đề xuất vào năm ỉ 969 Với phương pháp sau các vết hoá thạch lộ ra trên bề mặt đánh bóng khống vật kích hoạt lị phán ứng Tuv nhiên, trước kích hoạt người ta sư dựng m uscovit hay m ột m iếng nhựa lexan hay kepton có nồng độ uran thấp 10 ppb đánh bóng hể m ặt (gọi detector ngoài) đặt ốp sát với mặt mài bóng khống vật M ật độ vết sinh kích hoạt tính detetor Trong trường hợp nàv điều kiện hình học kích hoạt m ẫu khác với phương pháp detector là 2n (thay 4tc Dp) Như phương trình tuổi (3.3) phai nhân ti sị Df/D | với 0,5

yêu tố hình học liên quan đến hiệu ứng ghi nhận vết, m ặc dù 0,5 (271/471) tương tự phương pháp apatit Còn zircon sphen hiệu ứng ghi nhận vết từ phương pháp tập hợp luôn lớn phương pháp detector ngoài, H iện tượng ảnh hưởng nhiệt vết bị nung nóng trước kích hoạt

H ình 3.2: So sánh tuổi sphen, zircon apatit có hai phương pháp detector phương pháp detector

3.2.5 N guyên nhân m ất vết phân hạch mẫu phân tích

K hơng phương pháp xác định tuổi khác, yếu tố phục vụ xác định tuổi phương pháp khuyết tật vật lý (vết) khơng phải ngun tơ' hố học khơng có di chuvển hay vào hệ xem xét nguyên tố hố học Tuy nhiên có m ột vài yếu tố nguyên nhân gây nên vết phán hạch m kết dẫn đến m ột tuổi trẻ tuổi thực

3.2.5.1 N h iệt độ

Q uá trình nung nhiệt tùng phần tương ứng với (giảm ĩ]23s) co ngót chiều dài vết th ế làm giảm m ật độ vết biểu diễn hình 3.3 Kết là, tuổi biểu kiến tính tốn từ phương trình (3.3) trẻ tuổi kết tinh khoáng vật

động nhiệt, B B ’ m ẫu bị tác động nhiệt B ’ bị tác động m ột pha nhiệt m ạnh làm cho vết co lại nhiều dẫn đến tuổi thu cổ trường hợp B A

N hiều nghiên cứu khả bền vững vết khoáng vật chi khống vật khác có biểu khác mức độ ảnh hưởng nhiệt chúng (hình 3.4) Vì vậy, q trình nung nóng kéo dài m ột giờ, nhiệt độ cần thiết để xoá hết hoàn toàn vết biến đổi từ 100°c aragonit tới 715°c cho epidot với 1050°c đối với thạch anh Hơn nữa, m ột khống vật biết, nhiệt độ vết bị xố hồn tồn phụ thuộc vào việc tẩy rửa axit sử dụng để làm lộ vết, trường hợp sphen, vết bị xoá hêt "c với tẩy rửa axit HCL °c VỚI N aO H (N aeser & Faul 1969)

T("C)

Sự xố nhồ vết phân hạch hố thạch m ột khống vật kiện nhiệt ngắn m ộ t nhiệt độ cao hay m ột kiện nhiệt nhiệt độ trung bình kéo dài lâu Vì vậy, với m ột khống vật biết xố nhồ vết phụ thuộc vào nhiệt độ biên cố n h iệt thời gian Trong thực nghiệm , tất loại khoáng vật cho thây xố nh o vết tn theo quy luật A rrheius:

T = a e (E/la)

trong đó: k = số B oltzm ann, a = số, E = nãng lượng hoạt động, t = thời gian nung, T = nhiệt độ nung nóng (nhiệt độ Kelvin)

K ết thực nghiệm ghi lại dạng đường cong A rrhenius (hình 3.5): phân trăm m ất m ật độ vết nàm dọc theo m ột đường thẳng Các đường này, được ngoại suy với thời gian địa chất, cho phép đưa khái niệm nhiệt độ đóng hệ cho vêt phân hạch T heo hình (3.5) cho thấy nhiệt độ thấp bảo tồn vết là 65°c và nhiệt độ cao là 210°c K hoảng nhiệt độ này là giới hạn nhiệt độ đóng phương pháp vết phân hạch, N hư phương pháp cho phép xác định tuổi pha nhiệt độ thấp mà

Thời íỊÌan

H ìn h 3.5: Đ ường A rrh en ius biểu diễn theo thời gian địa chất [W anger Reimer 1972] M ỗi đường thẳng biếu thị cho mức độ lưu trữ vết khoáng vật theo % Như với apatit 210°c 64°c thì khơng vết bảo tổn K hoảng nhiệt độ từ tu 65 - 210 ° c tương ứng với nhiệt độ đóng vết

3.2.5.2 Ánh h u ỏíig phong hố đá

L overing ảnh hưởng phong hoá m ột đá granit tuổi vết phân hạch zircon, apatit sphen, họ m inh chứng bàng m ột nhân khỏng phong hoá rìa phong h ố thành cát thạch anh sphen, apatit zircon bảo tơn N gười ta thấy rằn g tuổi vết hạch gần khồng đổi đá phong hoá VỚI apatit giảm 17% M ột số nghiên cứu khác cho hvdrat hoá gâv nên thay đổi vết gia tăng x óa vết Tuy nhiên nhiệt độ ln đóng vai trị

3.2.5.3 Ả n h h n g học

Các nghiên cứu tiến hành khoáng vật hạt đá va chạm m ạnh cho thấy áp suất cần thiết đủ để xoá vết hoá thạch phụ thuộc vào k h o án g vật khác Ví dụ biotit m ột áp lực 173 ± kbar chưa đủ để gây tác động đến vết Đối với apatit granodiolit với 20 kbar vài vết bị tác động tới 100 kbar vết bị tác động [Fleischer 1974], Tuy nhiên áp suất tác động chốc lát N hưng thông thường áp suất gia tăng kéo dài thường với gia tăng nhiệt độ Các m ẫu trải qua áp suất định hướng làm dịch trượt cấu trúc khống vật, ảnh hường tới việc tính tốn vết, ví dụ với apatit granit khổng bị phá huv chứa dịch trượt đá bị m ylonit gneis hóa

3.3 N hiệt độ đ ón g củ a hệ giải thích tuổi vết phản hạch địa chất

N hư ch ú n g ta thấy phần trước, vững vết hạch phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ Sự gia tăng nhiệt độ gây co ngót chiều dài vết tuổi bị thay đổi Sự giảm tuổi phụ thuộc vào khoáng vật cần xác định, vào mức độ biến cố nhiệt thời gian kéo dài M ột khống vật có đới vững xác định theo nh iệt độ [W agner 1972a] (hình 3.6):

T ‘C

H ìn h 3.6: Các đới bảo toàn vết trình nguội lanh khống vật

(B)- Đ ới vết lưu giữ phần: vết tạo thành, bị tác động tôi nhiệt chiều dài vết giảm, tuổi bị làm ngấn lại (tuổi biểu kiến).

(C )- Đ ới vết bảo tồn hoàn toàn: nhiệt độ thấp cho vết tạo thành và bảo tôn m khơng bị ảnh hưởng q trình tơi nhiệt Tuổi thu tuổi thực.

N hư vậy, để giải thích m ột tuổi vết phân hạch, điều quan trọng biết nhiệt độ theo tuổi cần đo

3.3.1 K hái niệm nh iệt độ đóng phương pháp vết phản hạch

N gười ta sử dụng m ột phương trình vi phân để m iêu tả tỉ lệ tăng giảm vết hố th ạch q trình nguội lạnh khống vật Thơng qua phương trình này, nhiệt độ đóng tính tốn cách xác định nhiệt độ chuẩn mà vết hố thạch khơng bền vững bị xố nhồ vết bị tác động nhiệt độ phần lớn phát Từ đó, cho phép tính m ật độ vết ghi khoáng vật Như vậy, tuổi vết hạch đo thời gian trơi từ khống vật nguội thời điểm tương ứng với nhiệt độ đóng

3.3.2 X ác định nhiệt độ đóng

3.3.2.1 T ro n g ph ịng th í nghiệm

Đ ể xác định nhiệt độ đóng khống vật người ta n u n s nóng khống vật tới nhiệt độ khác theo thời gian khác Sau đó, đo nồng độ vêt sau mỏi lần sử lý Kết q uả đưa dạng đường A rrherus (hình 3.5), đường thẳng đại diện cho m ột mức bảo tồn vết: bên trái bảo tồn không (0% đường A rrhenius), bên phải bảo tồn 100% (100% đường A rrhenius) Độ dốc đường A rrhen iu s cho biết nâng lượng hoạt động tương ứng với mức độ khác trình nung nhiệt vết Các đường có thê nội suy theo thời gian kéo dài biến cô nh iệt địa chất Khi nhiệt độ đóng xác định Hình 6.5 giới thiệu m ột nghiên cứu apatit cho thấv đặc điểm co ngót nhiệt ứng với khoảng thời gian nghìn năm khỏng có vêt ghi lại 210 c , va tất cá vết bền vững 65 °c K hoảng 65n-210nc tương ứng với đới bảo tồn vêt phần nhiệt độ đóng apatit tương ứng với đới N hiệt độ đóng xác đinh m ột khoảng ứng với 50% vêt bảo tốn Với khoang thơi gian nhiêt kéo dài 105 năm , nhiệt độ đóng apatit 160 C cho triệu năm nhiệt độ đóng 150°c 107 năm 140nc .

6 3.2.2 T ro n g lỗ khoan

độ mà vết apatit khơng cịn 125°c hoặc đói cao 175°c.

H ình 3.7: Sự giảm m ật độ vêt m âu apatit theo nhiệt độ tương ứng với gia tàng độ sâu lỗ khoan [G leadow Duddy, 1981],

Từ kết ngh iên cứu lồ khoan cho phép dựng đường A rrhenius, đối sánh với đường cong thực nghiệm ngoại suy phịng thí nghiệm cho thấy đới bảo toàn vêt phần lỗ khoan hẹp so với kết dự đốn thí nghiệm (hình 3.8)

w 200" 1(H)" 5Ơ-’

lơ

? i(r

>C3

— 1 0

-' ẵ 10" ;5 E— 10 ;

10J

1():

E i e l s o n J ^ / / / I I / ■ Cost)

Két qua

đo lõ khoan M ĩ ' / '

/ ỉ/ / /ỉ

! ỉ / / t ị / / ' / / /

/

/í •/

ly/

*.:*/ Kết qua đo

- ///1 i thực nỵhiệm

2 ->

1000/T‘K

H ình 3.8: Đối sán h đường A rrhenius có hố khoang (phần trên) trons thực nghiệm ngoại suy (phần dưới) Cho thấy giới hạn bảo toàn vết đo thực nghiệm có biên độ rộ n g lỗ khoan [Gleadovv D uddy, 1981]

3.3 Các th ị n g sơ ảnh hưởng hưởng tới nhiệt độ đóng

M ột nhân tố qu an trọng cần tính đến giải thích tuổi vết hạch nhiệt độ đóng phụ thuộc vào tỉ lệ nguội lạnh (dT/dt) đá Tỉ lệ nguội lạnh đá nhanh số vết hạch bị ảnh hưởng nhiệt nhỏ nhiệt độ đóng cao N gược lại, nguội lạnh chậm vết bị ảnh hưởng nhiệt nhiều nhiệt độ đóng thấp D o vậy, apatit, theo D odson (1979), tương ứng với tốc độ nguội lạnh có m ộ t sơ nhiêt độ đóng khác (bảng 3.1):

B ảng 3.1 : Tỉ lệ nguội lạnh nhiệt độ dóng apatit

Tỉ lệ nguội lạnh N hiệt độ đóng (Tị)

3 °c / tr.n 105°c

1 °c/ tr.n 98°c

3°c/ tr.n 92°c

Đối với khoáng vật khác tương ứng có nhiệt độ đóng khác sau (bảng 3.2)

B ảng 3.2: N hiệt độ đóng khoáng vật theo tỉ lệ nguội lạnh Cột cuối là nhiệt độ đóng 50% vết bảo tổn thời gian kéo dài nhiệt 106 - 107 nãm

K hoáng vật N hiệt khác n

độ với la u

tỉ lệ nguội lạnh Tác giả Nhiệt độ

đóng (C °) 1° c

tr.n

l ° c tr.n

1 0° c tr.n

1 0° c tr.n

Biotit 22 39 56 73 N agpaul nnk 1974 100 ±

C hlorit 62 80 98 116 Sharm a nnk 1977 100 + 25

Apatit 62 78 94 110 N aeser Faul 1969 130 + 30

Phlogopit 90 110 130 150 Parshad nnk/ 1978 150 + 35

M uscovit 150 125 145 165 Lal N agpaul 1975 1 70 +

H om blen 99 117 135 155 Lal nnk 1975 /u Z Z J

A ỉlanit 140 160 180 200 Saini nnk 1974 145 ± 23

Epidot 260 280 300 320 N aeser Dodge 1969 260 ± 50

G ranat 258 276 296 317 Lal nnk 1977 350 ± 50

Sphen 264 286 304 324 N aeser D odge 1969 340 ± 25

3.3.3.2 L ịch sử nhiệt k h oán g vật

nào khác nh iệt độ đóng khống vật N hư vậy, nghiên cứu tuổi cần phải tính đến vai trị lịch sử nhiệt đá

3.3.3.3 A nh hương củ a thành phần khoáng vật

G ần người ta thấy vết hạch apatit bị nung nóng, biến đơi theo thành phần h ố học: A patit C1 vững apatit F hay OH Hơn th ế nữa, phá huỷ tia a tro n g khoáng vật giầu u , Th làm giảm nhiệt độ đóng hệ vết hạch zircon [K asuya Naesr 1988],

3.3.4 G iải thích tu ổi vết phân hạch

Cũng phương pháp khác, việc luận giải tuổi cần hiểu biết rõ chất phương pháp k ết hợp với nghiên cứu thực địa

T uổi vêt hạch ln tuổi nguội lạnh, ngồi cịn nhiều thơng tin thu từ phương pháp m ỗi phương pháp có ưu điểm riêng Chúng ta xem xét m ột ví dụ lý thuyết với trường hợp khác xẩy để thấy rõ vấn đề

G iả sử có ba cặp nhiệt thời A, B c với nhiệt độ đóng tương ứng T A, T B Tc (với giả thiết T A >Tg >TC) tuổi chúng tương ứng tA, tB, tc Cách biểu diễn luận giải tuổi m inh hoạ theo hình 3.9

3.3.4.1 T rường hợp n gu ội lạnh nhanh

Đ ây trường hợp điển hình với các đá phun trào (hình 3.9-1) cặp nhiệt thời A,B c trùng hợp với (tA = tB = tc) Chúng xác định m ột tuổi tương ứng với thời gian kết tinh đá

3.3.4.2 T rường hợp n gu ội lạnh chậm

V í dụ m ột khối granit nâng trồi dần lên bề m ặt nguội lạnh diễn chậm (hình 3.9-2) Ở đây 3 cặp nhiệt thời A, B, c sẽ khơng tương thích tA> tB>t0 và

tuổi chúng đưa tuổi trình nguội lạnh tương ứng với nhiệt độ nóng Tỉ lệ nguội lạnh tính nhiệt độ đóng T A T B Tc biết xác

thơi trùng hợp tuổi thu tuổi xâm nhập filon xuyên cắt Đê có tuổi xâm nhập m ẫu cần lấy m ẫu xa filon

H ìn h 3.9 : G iải th ích tuổi vết phân hạch theo ý nghĩa địa chất : (1) nguội lạnh nhanh tA = tB = tc = tuổi đá ; (2) nguội lạnh chậm tA , t B , tc = tuổi nguội lạnh ; (3) ảnh hưởng m ột vài kiện nh iệt kiến tạo với trình nguội lạnh nhanh, tA = tB = tc = tuổi k iện nhiệt kiến tạo ; (4) ảnh hưởng cúa m ột số kiện nhiệt kiến tạo với trình nguội lạnh chậm , tA , tB , tc = tuổi nguội lạnh kiện nhiệt ; (5) ảnh hưởng kiện nh iệt kiến tạo diễn nhanh tA = tuổi đá, tB = tc = tuổi kiện nhiệt kiến tạo ; (6) ảnh hưởng m ột kiện nhiệt độ thấp tA = tuối đá tB = tuổi trung ?ian (tA > tB > tc), tc = tuổi kiện tuổi nguội lạnh

3.3.4.4 T rư ờng hợp m ột biến cỏ nhiệt xẩy nguội lanh chậm

Sử dụng nh iều nhiệt thời cho thấy sư điểu chỉnh nhiệt diễn chụm (hình 3.9-4)

3.3.4.5 T rư ờng hợp kiện nhiệt rát ngán

độ cao (ví dụ zircon hay sphen) Trong trường hợp đó, nhiệt thời A khơng bị ảnh hưởng biến cố ; ngược lại nhiệt thời B c, là nhiệt thời nhiệt độ thấp hon nên ghi nhận biến cố (hình 3.9-5)

3.3.4.Ĩ T rường hợp củ a biến c ố nhiệt nhiệt độ thấp

N ếu m ộ t đ bị nung nóng sau kết tinh nhiệt thời nhiệt độ cao A không ghi lại biên c ố M ặt khác, nhiệt thời c bị đặt khỏne tuổi ghi nhận tuổi b iến cô (hình 3.9-6) N hiệt thời B với nhiệt độ đóng nằm A c , có m ột vài vết bị tái nung nóng ghi lại tuổi tB trung gian : t A<tB< tc

3.3 H iệu h tuổi biểu kiến

M ột khoáng vật vừa nguội lạnh chậm , lại bị tái nung nóng biến cố nhiệt nằm đới bảo tồn phần vết tuổi trẻ thời điểm m kết tinh W agn er (1969) đề xuất m ột phương pháp hiệu chỉnh giá trị tuổi việc sử dụng chiều dài củ a vết

3.3.5.1 N gu yên lý phương pháp hiệu chỉnh tuổi biểu kiến

V iệc hiệu ch ỉn h thiết lập m ối liên hệ co ngót chiều dài trung bình vết (L) m ật độ vết (D) điều kiện gia tâng nhiệt thời gian nung nóng, Sự liên hệ mức độ co ngót chiều dài vết (L/Lf,) giảm nồng độ vết (D /D n) m ột đường thẳng phần lớn khoáng vật

H ìn h 3.10: Q uan hệ co ngót chiểu dài vết giảm mật độ vết

cong cho phép xác định phần trãm nồng độ vết hoá thạch (Dp) bị “m ất” co ngót vết sinh N ếu phần trăm nồng độ vết m ất X, m ật độ h iệu chỉnh “m ật độ đo + (100-X ) m ật độ đo ” tuổi hiệu chỉnh tính được.

3.3.S.2 Ưu điểm hạn chê phương pháp hiệu chỉnh tuổi biểu kiến

Phương pháp cho phép hiệu chỉnh tuổi bị trẻ hóa, nhiên, áp dụng trường hợp m uran phân bố đồng việc thiết lập đường cong giảm m ật độ phụ thuộc vào co ngót chiều dài vết xuất phát từ nhiều m ẫu đại diện m ột khoáng vật m uốn xác định tuổi Vì vậy, sử dụng mảnh thuỷ tinh, m ica apatit, sphen zircon M ạt khác phương pháp cần tiến hành nhiệt phịng thí nghiệm cho khơng ảnh hưởng tới đặc tính khống vật M ột điểm khác cần ý độ xác tuổi hiệu chỉnh phương pháp này có thể khơng hồn tồn xác có m ột vài sai sót sinh ra do q trình tính tốn, giá trị đọc từ đường cong phép đo thông số Lp L|, sai số Dp hiệu chỉnh lớn sai số Dp đo

M ặt khác, việc đo chiều dài vết đơi cho phép giải thích tuổi trung gian H ình dáng sơ đồ cột phân bố chiều dài vết hoá thạch m ột khống vật đưa thơng tin lịch sử nhiệt N ó cho phép phân biệt trường hợp khống vật nguội lạnh chậm (hình 3,1 la ) trải qua m ột biến cố nhiệt thấp (hình 3.11 b) K hống vật nguội lạnh chậm cho m ột biểu đồ có pic bất đối xứng (hình 3.1 la ) Trường hợp khoáng vật bị tác động m ỏt cố nhiệt cho biếu đổ dạng hai píc (hình 3.11b): tất vết tồn trước biến cố nhiệt trải qua mức co ngót nh iệt tạo m ột pic bên trái biểu đồ; tập hợp vết hoá thạch dài tạo thành sau cố nhiệt tạo m ột pic bên phải

0 1 Ọ 1

H ìn h 3.11:B iến th iên nhiệt độ theo thời gian cho (a) khoáng vật nguội lạnh chậm (b) khoang vật bị tác động m ột nhiệt H ình dáng biểu đồ cột biểu diễn phân b ố chiều dài vết ho thạch cho apatit (a ’) nguội lạnh chậm , (b ’) trải qua biến cố nhiệt khác

N hư v ậy , việc đo chiêu dài vết cho biêt khoáng vật bị tác động nhiệt hav khơng (có ng h ĩa trường hợp Lp < Lj) bị tác động, biểu đổ cột đưa phân bô chiều dài vêt cho phép phân biệt nguội lạnh chậm m ột biên cô nhiệt thấp tác động vào Thông tin tảng địa chất phương pháp tuôi vết phân hạch, m ột phương pháp cung cấp thơng tin này.

3.3.6 H iệu chinh tu ôi biêu kiên phương pháp tuổi mặt bằng

Tuổi m ẫu bị trẻ hoá tác động m ột biến cố nhiệt Q uá trình liên qua tới co n gót chiều dài vêt Thực vết sinh kích hoạt dễ nhìn thấy vêt hố th ạch m ột phần vêt khơng nhìn thấy Kết là, hiệu ứng tẩy rửa axít củ a vêt sinh kích hoạt tốt vết hố thạch Vì vậy, phương trình tuổi, tỉ số hiệu ứng tẩy axít r| 23«/ti235 khơng

Ĩ Ì Ĩ S > 1235- B ằ n g v i ệ c s d ụ n g p h n g p h p t u ổ i m ặ t b a n g , g i tr ị c ủ a tỉ s ố n y c ó th ể

đưa bang tuổi hiệu chỉnh

3.3.6.1 N gu yên lý phương pháp hiệu chỉnh tuổi biểu kiến

N ung nóng vết sinh kích hoạt nhiệt độ m vết hoá thạch trải q ua ch o Tl23«/r l235 = phương trình (3.3) cho m ột tuổi có V nghĩa địa chất, tuổi hiệu chỉnh Tuỳ thuộc vào việc biểu diễn, tiến hành theo hai cách : (1-kỹ thuật đẳng thời) nung nóng liên tiếp vết với gia tăng nhiệt độ kh oảne thời gian không đổi ; (2-kỹ thuật đẳng nhiệt) liên tiếp vết m ột nhiệt độ thời gian gia tăng N hư vậy, có đươc hai kiểu tuổi m ặt b ằ n s (tuổi plateau)

hoạt chúng vừa sinh phịng th í nghiệm (hình 3.12b) Khi tuổi đo được đêu trùng hợp cho m ột biểu đổ tuổi tương đôi phẳng M ặt khác, vet hoá thạch m ộ t khoáng vật bị tác động m ột biến cô nhiệt khứ, nhạy cảm ch úng nung nhiệt phịng thí nghiệm chậm Ti tinh từ tỉ sô Dp/Dj tăng với nhiệt độ vết hoá thạch vêt sinh kích hoạt khơng có đặc tính tiến hố nhiệt (r|23x/ri235< l ) (hình 3.12c) K hi m ật độ vết hoá thạch vêt sinh kích hoạt giảm theo tỉ lộ, tỉ sơ D f/Dj trở n ên không đổi tuổi thu tạo thành m ột m ặt Tuôi hiệu ch ỉn h theo giá trị riêng cho m ột phép đo mức nhiệt khác N ó cổ tuổi biểu kiến tính từ nồng độ Dp D| nhiệt độ mơi trường N ó đưa giá trị tuổi m vết bắt đầu giữ lại pha khoáng vật liên quan đến chuyển đổi từ đới không bảo tổn vết sang đới bảo tổn phần.

( b )

*-i - -—r -4 - -1-í K h o n g vâl

c n x c đ ị n h t u ổ i

• :: ỉ :

N u n g n h i ệ t : ' ! i : ■ ; ' ■ ' i ! • í a )

+ K í c h h o r

T , T, T T T T T

Hu

ố

i

■ - — ■— ■ — > — ■ — ■ -» - - - ■ -r

V ế t lioã t h c h

từ :'su

Vị i lioií t h c h

từ ;,'IJ

- A -Ẩ r^

- A - A-S- À _ Di £ r i

" — • ầ

T, T, T I T T T

N h i ẽ t đ ô

( c)

T T T T I

Nhicỉ

Hình 3.12:Sơ đổ biểu diễn tuổi thu ứng với m ỗi nhiệt độ nung luyện :(a) Từ cập khoáng vật chứa vết hoá thạch vết sinh kích hoạt ; (b) Tiến hố tuổi trường hợp nguội lạnh nhanh ; (c) Tiến hoá tuổi đá bị trái qua có nhiệt độ thấp

H ạn c h ế ch ín h phương pháp địi hỏi m ẫu phải có uran phân bồ đồng H ơn m ẫu thuỷ tinh không đáp ứng tốt nung nhiệt phịng th í nghiệm

Tuy n h iên phuơng pháp cho phép có tuổi hiệu chỉnh mức

Chương 4

QƯ Y T R ÌN H P H Â N T ÍC H T U Ổ l V Ế T P H Â N H Ạ C H T R Ê N K ÍN H H IEN VI T Ạ I K H O A Đ ỊA C H Â T VÀ K Ế T Q U Ả Á P DỤNG

4.1 Giới thiệu thiết bị phàn tích

T hiêt bi ph ân tích tuồi vết phân hạch m ột kính hiển vi quang học phản xạ truyền qua, kín h có đ ộ phóng đại lớn đủ đẻ thấy vết sinh trình phân hạch kho án g vật hoạch detector

4.1.1 C ấu tạo tính năng

T hiết bị cấu tạo nên m ột hệ thống (hình 4.14) bao gồm:

H ình 4.1: Hệ thống thiết bị xác định tuổi vết phân hạch khoa Địa chất, trường Đại học K hoa học Tự nhiên

+ M ột kính hiển vi quang học với độ phóng đại lớn có khả phát vết phân h ạch lun lại cấu trúc khống vất

+ M ột bàn số hóa, với choc nâng đầu vào cho phép đếm đo chiều dài vết phân hạch với hỗ trợ chuột định vị laser

+ M ột bàn định vị không gian, cho phép định vị, đo chiều dài vết đếm vết tự động (A utoscan)

+ M ột hệ thống m áy tính với hỗ trợ cua phần m ềm chuyên dụne sử lý tính tốn tuổi

+ M ột hệ thống cam era kỹ thuật số với độ phóng đại cao kết nơi bàn định vị, kính h iển vị m áy tính

+ M ột hệ thống phân m ềm Trakscan chậy m ôi trường W indows

4.2 Q uy trình p hân tích tuổi bàng vết phân hạch

T rên sở thực tiễn, đề tài xây dựng quy trình phân tích tuổi m ẫu phương pháp xác định tuổi vết phân hạch khoa Đ ịa chất sau

4.2.1 C huẩn bị m ầu

4.2.1.1 T u yển k h oán g vật phân tích tuổi

Các m ẫu đá thu thập về, trước tiên cần nghiền nhỏ, sau dùng rây để

phân tách cấp hạt, thông thường thu lấy cấp hạt có kích thước nhỏ 300ụm

lớn 15Of0.m Sau đó, cho rửa mẫu rây bình rửa siêu âm Cho sấy kho mẫu điều kiện ° c đủ để làm khô hạt

T iếp đên đem m ẫu sấy khô tách từ nhầm loại khống vật có từ tính khống vật khơng có từ tính Tiếp đến dùng phương pháp tuyển với dung dịch có tỉ trọng khác nhau, để tách khống vật có tỉ trọng khác để từ thu zircon, apatit, sphen, biotit, m uscovit, thủy tinh núi lửa tùy theo nhu cầu để phục vụ cho việc xác địn h tuổi

Theo lý th u y ết trình bày trên, phân tích tuổi vết phân hạch có hai kiểu phương phương p h áp ph ân tích khác nhau, cần chuẩn bị hai loại m ẫu khác trình bày

4.2.1.2 C huẩn bị m ảu d ùng phương pháp d etector (phương pháp tập hợp)

T iếp đến, tất khoáng vật hai phần gắn vào đ ế nhựa

epoxy sau đán h bóng với bột mài từ 100 m)j đến 0,3 m |! tẩy rửa axít Sự rửa axít, tuỳ theo đá khác có dung dịch khác (bảng 4.1) Thời gian

của việc rửa khác nhằm m ục đích có r|238 r| 235 cao

Bảng 4.1: Đ iều kiện tẩy rửa pha khoáng vật khác nhau

K hoáng vật Đ iều kiện tẩy rửa

A p a tit 0,25% H N = l ’,23nc B iotit 20% HF, 1-2’, 23°c

Sphen 0,5-1 HCL , 5h 90nc M u sco vit 48% HF, 10-40’ 23nc

Zircon Ỏ N N aO H -3 ’ 130°c

T h u ỷ tinh Bazan 20% HF ’ N hiệt độ m ôi trường

4.2.1.3 C ác m ẫu d ùng tron g phương pháp detector ngoài

Z ircon sphen hay dùng phương pháp Các zircon gắn với m iếng T eflon F E P dày 0,5 mm Sau đánh bóng, khống vật rửa axít để thấy vết Sau lấy m ột m iếng detector áp sát vào bề m ật đánh bóng để ghi lại vết sinh đưa chúng kích hoạt dịng neutron nhiệt M iêng detector này, tinh thể m uscovit, tẩy rửa hoá học axit theo bảng 4.1

4.2.2 Q uy trình đếm vết phân hạch

Các vết đếm m ột kính hiển VI quang học với ánh sáng truyên qua hay phản xạ Bình thường m ẫu có nhiều vết nên cần sử dụng lưới vng (hình 4.1)

Để tính tốn vết thuỷ tinh cần m ột độ phóng đại 500 lần, với vết nhỏ cần độ phóng đai 1000 lần với apatit, VỚI zircon cân 1600 lan Vơi cac khoáng vât dùng phương pháp detector n gồi, cân phải có trung khít giưa be m ặt d etecto r bề m ật khoáng vật

Đ ể thuận tiện cho việc đếm , người ta tao m ột hệ ló chuân trực tiép tren T oflon m u sco v it (hình 4.1) Hệ lỗ chuẩn kính hiển vi dịch ch u y ển điều khiển m áy vi tính

tốt để có tu ổ i cần 10 hạt trở lên Cuối cùng, phân tích cần phân biệt vết xước nhân tạo cũ n g cần ý tới kích cỡ, dáng điệu định hướng chung H ình 4.2 M inh ho a m ồt sô vêt phân hạch apatit

■■ ■■■_■ _Ể í , - '

> \ , ' :ì * : - \ ••• *

s

** • % ì -as

J - * r y Ị r - - r

S i í i ắ , ^ :

ôr- ã ã '

ị ỉ _ ■ • ; ■

X* C>M 'V - - ■- • - •

-> - V ■" 4 ; •’ ■ -V.*' • '*» .-ì * t

i ' V ■Í i í ■- ■ * ' ; ì# :■

V ’ V , 5;

.'■í* '»*■ ■ k t _ - ì H ình 4.2: V ết ph ân hạch apatit, Teflon detector (m uscovit).

4.2 C ách xác định liều lượng nơtron

X ác địn h liều lượng dòng nơtron cung cấp m ột giới hạn quan trọng liên quan tới độ xác vể tuổi vết phân hạch Có hai phương pháp đo liều lượng nơtron: Hoạt độ tia g am a sinh từ nơtron tro n s phoi kim loại (A u, Cu Co) kỹ thuật vết hạch sử dụng thuỷ tinh chuẩn chứa uran (loạt NBS, SRM 610-617)

4.2.3.1 H oạt độ nơtron.

hoạt độ phoi 6tlCo với detector germ ani-liti hiệu chỉnh với nguồn 60CO chuẩn biết hoạt độ

3.2.3.2 T huỷ tinh chu ẩn

Phương pháp dùng m ột m ảnh thuỷ tinh chuẩn biết nồng độ uran để kích hoạt với m ẫu Sau q trình kích hoạt, so sánh nồng độ vết sinh thuỷ tinh chuẩn nồng độ vết m ẫu từ biết thơng lượng (Ị)

T huỷ tinh ch u ẩn này, có từ trung tâm chuẩn hoá cùa Mỹ với bốn nồng độ khác 461ppm U; 37,4ppm U; 0,82 ppm u và 0,072ppm Ư

V ấn để ảnh hưởng q trình kích hoạt nơtron nhiệt loại bỏ cách sử dụng m ộ t m ẫu ch u ẩn biết tuổi

T rong m ọi trường hợp, mẫu kích hoạt dịng nơtron nhiệt có sao cho tỉ số cad m i/co ban > 1000 sử dụng số ẦF = 7,03 X 10‘17/năm kết hợp với phân tích hoạt độ phoi Co cho phép có giá trị tuổi xác

4.3 Đ ánh giá độ ch ín h xác giá trị tuổi

Ý ng h ĩa định tuổi phương pháp phụ thuộc nhiều vào độ xác tuổi cung cấp D o nhiều tác giá nghiên cứu vấn đề để hiệu chỉnh sai số nhằm có kết q uả tốt C húng ta tính tốn sai số cho tuổi thu có ý nghĩa

Phương trình tuổi (3 3) viết thành:

trong k) k2 số

Phương trình tuổi chứa biến: Liều lượng neutron (Ị), nồng độ vết hoá thạch D F và vết sinh kích hoạt D ị

Do m ỗi m ẫu nhận m ột liều lượng neutron, nên sai sô' (Ị) xem sai số hệ thống viết phương trình dạng :

Việc xác định Dp D, ln có sai số chúng tính số vết hố thạch Np m ột diện tích Ap sơ vêt sinh kích hoạt N| trẽn diện tích A]

Trong phương pháp detecto r Ap = A[ khơng hồn tồn tương tự đối với ph n s pháp d etecto r

t - k ị lo g - t - f i k j +

V A

4.3.1 T ính tốn sai sơ tuổi xác định từ phương pháp detector ngoài

N ăm , 1979, M cG ee Johson đưa m hình tính tốn sai số m ột phần m em gọi la FISSO N , vièt m ôi trường Basic với điều kiện biên sau

a) Sai số giá trị (Ị) độc lập với sai số Np Nj

b) Các biên số Np Nj phụ thuộc vào phụ thuộc vào nồng độ uran kho án g vật

c) T uổi t số

Với điều kiện sai số chuẩn tuổi là:

J- = C. N

\ F )

+ ệ

- r\

N N ,

1/2

trong đó: t,p Ị ộ - sai s ố chuẩn t, Np, N| ộ; r = hệ sô' liên hệ giưa N F và N j ; giá trị c tương ứng :

C = ^ - (

í

( D

-với K ị = hang số t = AT,.log + —

V J

Trong phương pháp này, tác giả xem vết hạch m ột tượng vật lý tuân thủ luật phán bố Poison, trường hợp ta có :

ƠF = .o-/ = v ^ 7

N ếu tuổi củ a m ẫu (t) nhỏ 10x năm c có thể coi Cuối ta có:

ơ

t N f

+

ệ \

6 \ * 2

Phucfng p h áp tín h tốn sai số này, sử dụng cho phương pháp detector ngồi, nhằm giảm sai số Sự phân bố Poisson trường hợp lí tưởng Có nhiều ngun nhân làm cho tỉ số Np/N[ khône tuân theo qui luât phân bố Poison Các trường hợp thường gặp là:

- Đ ếm vết nhân tạo

- C hất lượnơ t i ế p xúc tinh thè detector - V ết hố thạch bộc lộ khơng hồn tồn - K ghi nhận detector

M ột phương pháp khác G reen đề xuất nãm 1981 sử dụng để tính sai số việc dù n g giá trị trung bình tỉ số Nị/N]

A \

N

Sai số tính sau :

7=1

cr{NF Ỉ N , ) =

1/2

n{n - 1)

Co thê kêt luận răng, mâu có tuổi hạt khơng tập trung nên dùng phương pháp

4.3.2 T ính tốn sai sơ tuổi xác định từ phương pháp detector trong

Đ én nay, vân chưa có m ột phương pháp hữu hiệu để tính tốn sai sơ trường hợp qui luật phân bố Poison sử dụng phán bố uran khoáng vật Khi nồng độ uran không đồng nhất, phân bố của vết thường tuân theo qui luật Gauss Sự sai lệch chuẩn sai số chuẩn tín h sau:

cr =

n - 1

1/2

và cr - / yfn

trong n số hạt, X là tổng số vết tính hạt Sai số phần trăm tương đối 0 / X , X số vết trung bình tính ((^] *)/«)

Các tính tốn tính cho vết hoá thạch vết sinh ho kích hoạt, sai số

tổng tính sau: cr = (cr, J + (ơị )2

Sau cộng sai số liều lượng neutron, sai số tổng cộng tuổi là:

Ơ T = [ Ơ F ) + ụ , )2 + ( Ạ)2 Ị 2 4.3.3 Sai sô tro n g xác địn h liều lượng nơtron

M ặc dù liều lượng nơtron xác định thuv tinh chuẩn hoặc bằng hoạt độ neutron (phoi co b an ) qui luật phân bố Poison cần áp dụng để xác định sai số Luật có giá trị thuỷ tinh chuẩn nồng độ uran phân bố đồng Với hoạt độ nơtron, luật phân bố Poison giúp cho việc tính tốn trẽn

1 thời gian đu dài (ít 10 phút) Trong trường hợp này: <T, - (}0\'.Y A ( % )

trong N số vết tính thuỷ tm h chuẩn tổng số vết tính

N ói tóm lại, giá trị tuổi có từ phương pháp vết phân hạch sử dụng được, cần phải tính đến điểu kiện thực nghiệm so sánh với liệu khác :

- K hi tính tuổi: giá trị sử dụng cho hàng số phóng xạ phán hạch Âp, ti số vị uran, thiện diện chiếu dòng nơtron nhiệt ::° u

- L àm thê tính liều lượng nơtron: thuỷ tinh chuẩn hay sử dụng detector gam a

Sử dụ n g phương pháp xác định: phương pháp tập hợp hay phương pháp detector ngoài? K iểu detector m uscovit hay m ảnh thuỷ tinh

- Có h ay khơ n g vêt bị tơi nhiệt trước kích hoạt - Đ iều kiện tẩy rửa axít

- Phương pháp tính tốn sai sô cho giá trị tuổi - Tuổi hiệu chỉnh phương pháp nào?

4.4 V í dụ áp d ụ n g xác định tuổi phương pháp vết phản hạch

Trong đề tài nghiên cứu, lựa chọn m ẫu khu vực đới đứt gẫy sơng hồng để phân tích tuổi với hai m ục tiêu sau đây:

(1) Thử áp dụng việc xác định tuổi thiết bị đo vết phân hạch (hệ thống FTD M icroscope) khoa địa chất;

(2) L uận giải ý nghĩa địa chất giá trị tuổi thu

4.4.1 A p dụ ng phương pháp xác định tuổi đá biến chất đới siết trượt Sông H ồng

H m ẫu đá biến chất thu thập đới biến chất Sông Hồng nầm miền bắc nước ta, định hướng kéo dài hướng đơng bắc - tây nam, phân chia miền bắc Việt N am thành hai m iển Đ ông bắc Tây bắc Đ ày m ột khối biến chất có tuổi biến chất vào kho ản g 30-36 triệu năm trước Sau đá biến chất trồi lộ lên bề m ặt, H m ẫu đá thu thập được sử dụng để phán tích tuổi Giá trị tuổi thu bàng phương pháp Vết phân hạch cho phép xác định tuổi nguội lạnh K ết hợp với giá trị tuổi khác công bõ' cho phép xác định giá trị trồi lộ

- Hai m ẫu đá nghiền, sau tuyển lựa khống vật apatit có đá m ẫu V n9846 14 hạt, m ẫu V n9848 20 hạt Các khống vật apatit sâu gửi kích hoạt dòng nơtron nhiệt lò phản ứng hạt nhân Đài Loàn Các số liệu đo đưa bảng 4.1

- VỚI giá trị vết đếm cho phép tính tuổi có hai mẫu 22 ± 18 ± triệu năm tương ứng với V N 9846 V n9848

Do điều kiện ph ò n e th í n sh iệm cao nên m áy đo bị rung, không cho phép đo ch iều dài vết phân hạch, giá trị tiến hóa nhiệt mẫu

Bảng 4.1: Số liệu phân tích tuổi vết phân hạch apatit đá biến chất thuộc đới biến chất Sông H ồng

M ẫu Độ

cao (m )

Số hạt

pd Nd ps Ns

p l Ni %

R E Tuổi (tr.n)

s.d (mm )

Vết đo

V N 9846 320 14 1.263 7004 0.335 176 3.259 1712 24.5 22±2 1.14 51

V N 9848 260 20 1.263 7004 0.282 287 3.282 3343 0.0 18±1 0.92 45

C hú ý: (i) M ậ t độ vết tương ứng ịx 106 vết c m 2) sô'vết tính (N);

(ii) C ác p h â n tích theo phương pháp detector ngồi sử dụng 0,5 cho hiệu chỉnh yếu t ố hình học n l2 n ;

(iii) C ác tuổi tính sử dụng detector dạng thủy tinh C N -5, carter phân tích Ccnĩ = 33 ± ;

(iv) T u ổ i trung tâm gọi tuổi chuẩn hóa.

4.4.2 G iá trị địa chất tuổi m ẫu phân tích

Trước tiên nói tuổi thu hai m ẫu nầm khoảng 18 22 triệu nãm G iá trị tuổi đồng nghĩa với tuổi ghi nhận hoạt động kiến tạo K ainozoi khu vực

Chương 5:

K ẾT LUẬN VÀ K IẾN N G H Ị 5.1 K ết luận

+ K êt q u ả n g hiên cứu xây dựng quy trình phân tích tuổi theo phương pháp vêt phân hạch thiết bị kính hiển vi quang học khoa Đ ịa chất Q ui trình gồm bước:

- C huẩn bị m ẫu: N ghiền đá cấp hạt khoảng 250 m icrom et, tách tuyển lấy kho án g vật zircon, apatit, sphen, m uscovit

- Tẩy rửa kho án g vật dung dich axit H N O , 0.5M thời gian phút - Đ óng gói khoáng vật m ẫu chuẩn vào ống nhơm để gửi kích hoạt Điều

kiện kích hoạt dòng nơtron nhiệt

- Đ ếm vêt hệ thống kính hiển vi quang học với hỗ trợ phần mềm T rack scan

- Tính tuổi với hỗ trợ phần mềm Binomfit

+ A p dụng phương pháp thiết bị kính hiển vi quag học cho phép xác định tuổi hai m ẫu đá biến chất đới siết trượt Sơng H ổng, có tuổi nguội lạnh lán lượt 18 22 triệu năm

5.2 K iến nghị

T À I LIỆU T H A M K H Ả O

1- Đ ặng Trung T huận, 2005 : Đ ịa hoá NXB Đại học Q uốc gia H Nôi

• D odson, M H (1979): T heory in cooling ages In: Lecture in Isotope Geology E Jag er & J c H u n zik er (eds), Springer Verlag, Berlin, H ecidelberg, New York, pp,

3 D elphile nn k : Im placem ent of basalt in South Central o f V ietnam : im plication o f fission tracks dating Tectonophysics (inpres)

4 Faure G 1977 P rinciples o f Isotope geology S.E John W iley & sons New Y ork/Chichester/BrisbanA Toronto/Singapore

5 F leischer, R L, Price, p B & W alker, R M (1975): N uclear Track in Solids Univ C an ifo rn ia press, B erkeley, 605pp

6 G leadow , A J w & L overing, J F, (1974): The effect o f w eathering on Fission Track dating E arth P lanet, Sci, Lett, 22: 163-168

7 G leadow , A J w & D uddy, I R (1982): Fission track lengths in apatite partial stability zone and the interpretation o f m ixed ages (A bstract) W orkshop on Fission T rack D ating, Japan

8 G reen, p F (1981): A new look at statistics in F T dating, Nulc Tracks 5: 77-

86

9 Jaffrey, A h, F lynn, K F, G lendenin, L c , B en tley w c , & Essling, A M (1971): Precision m easurem en ts of half lives and specific activity of U- 235 and Ư- 238 Phys Rev c , 4: 1989-1906

10 Jager, E (1979): Introdution to geochronology In: Lectures in Isotope G eology, Jager, E & H unzicker, J c (eds) Springer - V erlag, Berlin, pp 1-7

11 Juteau, M , M ich ard , A & A lbarede, F 1984 : isotopic heterogenities in the granitic intrusion o f M onte Capanne (Italy) J Petrol 25(2) 523-545

12 M aluski.H , L epvrier c , Jolivet L, Carter A, R ogues D, Beyssac o , T aT ro n g Thang, N g uy en D ue T hang, A vigad D 2001 A r-A r and fission track ages in the Song C hay M assiff: E arly Triassic and Cenozoic tectonics in northern V ietnam JAES 19 Pp 233-248

13 N aeser -C w (1978): F ision tracks dating U.S G eol, Surv Open file Rept 76:190

14 N aeser c w (1969): E tch in g fission track in zircons Science 165: 388

15 Brandon, M T , 1992, D ecom position o f fission-track grain-age distributions: A m erican Jo u rn al o f Science, V 292, p 535-564

16 G albraith, R F and G reen, P.F., 1990, E stim ating the com ponent ages in a finite m ixture: N u clear T racks and R adiation M easurem ents V 17 p 197-206

17 G albraith, R F., and Laslett, G M 1993, Statistical m odels for m ixed fission track ages: N u clear T racks and R adiation M easurem ents, V 21 p 459-470

18 Sneyd, A D., 1984, A com puter program for calcu latin g exact confidence intervals for age in fission -track dating: Computers and G e o scien ces, V 10 p 339- 345

PHIẾU ĐÃNG KÝ

KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u KH-CN Tên đề tài:

N ghiên cứti phương pháp xác định tuổi Vết Hạch thiết bị hiển vi quang học khoa Đ ìa chất phục vụ việc nghiên cứu đào tạo lĩnh vực xác định tuổi đồng

v ị: Lây ví dụ áp dụng cho đá biến chất đới siết trượt Sông Hồng M ã số: QT-07-41

Cơ quan chủ trì đề tài :

Trườm g Đ ại học K hoa học Tự nhiên Địa chỉ:

334 - N guyễn Trãi - Thanh Xuân - Hà Nôi Tel: 04.8585097

Cơ quan quản lý đề t i : Đại học Q uốc gia H Nội Đỉa chỉ:

144 - X uân Thủy - Hà nơi

Tổng kinh phí thực chi: 20.000.000 (đồng)

Trong đó: - Từ ngân sách N hà nước: 20.000,000 (đồng) Thời gian nghiên u : 12 tháng

Thời gian bắt đầu: 4/2007 Thời gian kết thúc: 5/2008

Tên cán phối hợp nghiên cứu: CN N guyễn D uyên An

Số đăng ký đề Số chứng nhận đăng ký Bảo mật:

tài kết nghiên cứu: a Phổ biến rộng rãi:

b Phổ biến han chế:

Ngày: c Bảo mât :

Tóm tắt kết nghiên cứu: Kết đào tạo:

+ Số liệu đề tài phục vụ làm khóa luận tốt nghiệp 01 sinh viên N guyễn Thị Duyên An khoa Vật lý bảo vệ nãm 2007

Kết khoa học:

+ V iết m ộ t báo k h o a h ọc : ‘Phương pháp vết phân hạch, áp dụng xác định tuổi đá biến chất đới siết trượt Sông H ồng’ , đăng tạp chí Đ ịa chất

+ Đ ưa q u i trìn h p h â n tích tu ổ i th iết bị F T D k h o a Đ ịa c h t :

- Quy trình chuẩn hố (calibration) thiết bị đo Vết hạch quy trình thực việc vết hạch m ẫu chuẩn

- Quy trình chuẩn bị m ẫu bao gồm: tách lọc khoáng vật đo tạo resin, đánh bóng mẫu điều kiện tẩy rửa axit điều kiện kích hoạt mẫu lị phản ứng hạt nhân

- Quy trình đếm vết hạch tối ưu thiết bị hiển vi quang học (kính hiến vi quang học

với độ phóng đại lớn)

- Cách tính tốn tuổi nguội lạnh tốc độ trồi lộ đá biến chất thuộc đới siết trượt Sống Hổng, _ _ ' _ '

Kiến nghị quy m ỏ đối tượng áp dụng nghiên cứu:

+ K ứng dụng: Đây phương pháp cho phép xác định tuổi nhiệt độ thấp xác, cho phép việc xác định thời gian khoáng hoá đới nhiệt nhiệt dịch, thời gian tiên hoá bổn trầm tích, cho phép xác định tuổi tốc độ trồi lộ đá biến chất hay khối x.âm nìiập Nhìn chung kết có tù phương pháp đa lĩnh vực kiến tạo, biến chất, trầm tích luận khống sản

+ H iệu kinh tế: H iện khoa địa chất vừa m ua thiết bị kính hiển vi phân cực với độ phóng đại lớn D o cần triển khai công tác nghiên cứu thiết bị để từ đo đưa vào vận hành thức phục vụ trực tiếp việc đào tạo nghiên cứu khoang tương lai gần Việc thực nghiên cứu thử thành công giảm nhiều chi phí phải gửi mẫu nước ngồi phần tích. ^

Chủ nhiệm đề Thủ trưởng Chủ tịch Hội Thù trưởng cơ tài quan chủ trì đề đồng đánh giá quan quản lý đề

tài chính thức tài

Họ tên Vũ V ãn Tích

PHỊ 'ÌS U Ị ỳ ^ -Học hàm

hoc vị

TS

Kí tên (Đóng dấu)

€

^ c ụ c Đ ỊA C H Ấ T VÀ K H O Á N G SẢN V IỆ T NAM

A T Ạ P CHÍ ĐỊA CH ÁT

Q 6 PĩịẠm RQQ LÃ0, lịÀ RỘ3

TEL.S 261779, 5 46 ; F?IX 351 9 'ỵ

GIẤY NHẬN BÀI G ửi đăng Tạp chí Đ ịa chất

H ọ tên: V ũ V ăn T íc h ', N guyễn Thị D uyên A n 2

Đ ịa chỉ: : T rư n g Đại học K hoa học T ự nhiên - Đại học Q uốc gia Hà N ội; V i ệ n H ạt nhân, V iện K H & CN V iệt N am

Đ e bài: P h n g p háp vết phân hạch áp dụng xác định tuổi đá biến chất đ i siết tr ọ t S ôn g H ồn g

N g y n hận b i : 15/01/2008

Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2008

PHƯƠNG PHÁP VẾT PHÂN HẠCH

AP DỤNG XAC ĐỊNH TUÔI ĐÁ BIẾN CHẤT Ở ĐỚI SIÊT TRƯỢT SÔNG HỐNG

Vu Vãn Tích1, Nguyễn Thị Duyén A n Trường Đại học Khoa học T ự nhiên, 2Viện Khoa học cơng nghệ Việt Nam Tóm tát

Khoa Địa chất trường đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đầu tư dự án trang thiết bị phục vụ nghiên cứu đào tạo, thiết bị đầu tư hệ thống xác định tuôi Vết phân hạch Bài báo giới thiệu kết bước đầu áp dụng phương pháp xác định tuổi vết phân hạch thiết bị khoa Địa chất Hai mẫu phân tích thử đá lựa chọn từ đới biến chất Sông Hồng phân tích khống vật apatit nhằm kiểm tra tính xác phân tích thiết bị nghiên cứu tuổi đá luận giải ý nghĩa địa chất chúng Kết nghiên cứu cho thấy tuổi nguội lạnh hai mẫu biến chất nầm khoảng 18-20 triệu năm ứng với nhiệt độ đóng 120°c Tốc độ trồi nguội cùa đá tương đối nhanh ứng với ° c /l triệu năm

1 Mở đầu

Khoa Địa chất trường đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dã đầu tư hệ thống định tuổi đồng vị áp dụng phương pháp vết phân hạch nhằm triển khai nghiên cứu vé tai biến, đặc biệt nghiên cứu cổ động đất, nghiên cứu trình hình thành lịch sử nhiệt bổn trầm tích mối liên quan đến trình hình thành dầu khí Ngồi cịn để nghiên cứu q trình trồi lộ bốc mịn dãy núi, nghiên cứu ngưỡng an toàn xạ phịng thí nghiệm có liên quan đến hoạt động phóng xạ

Để kiểm nghiệm ứng dụng thiết bị này, hai mẫu dá biến chất dãy núi voi lựa chọn để áp dụng phân tích thiết bị xác định tuổi cùa khoa Địa chất Bài báo trình bày kết phân tích thảo luận khả ứng dụng cùa chúng ý nghĩa địa chất kết xác định

2 Phương pháp xác định tuổi v ế t phân hạch

Mọi phương pháp xác định tuổi đồng vị dựa trình phóng xạ tự nhiên ngun tố Q trình không phụ thuộc vào điều kiện lý hố mơi trường mà sản phẩm phụ thuộc vào thời gian (t) Theo định luật phóng xạ, tuỳ theo nguyên tớ, ứng với khoảng thời gian t định, lượng hạt nhân nguyên tử cùa nguyên tố bị giảm nửa Khoảng thời gian gọi thời gian bán rã (T m ) Nếu gọi F lượng hạt nhân

n g u y ê n tử củ a n g u y ê n tố, đ ó hoạt đ ộ q trình p hón g xạ ti lệ VƠI so n gu yen tư phân tren

một đơn vị thời gian [2, 5] Chúng ta điền giải tượng theo ngõn ngữ toán hoc

dạng phương trình sau:

dF

— = - X Ĩ ( )

dt

trong X,F hoạt độ phóng xạ thời điểm t đó, dấu biểu cho giảm sổ nguyên tư mẹ theo thời gian t, X sơ phóng xạ cùa nguyên tố,

Trên sở biến đổi toán học cuối ta có'

F = F „ e (1.2)

Phương trình (1.2) sơ nguyên tố mẹ lại (F) sau thời gian t kê từ bát đầu phóng xạ với số nguyên tử mẹ ban đầu (F„) thời điểm t0 Đây phương trình miêu tả tất q trình phóng xạ tự nhiên Giả sử q trình phóng xạ ngun tố mẹ cho

nguyên tố vững số nguyên tố thời điểm ban đầu (t = 0) không hệ

đổng vị mà ta xem xét Khi số nguyên tố sinh trình phóng xạ (D*) từ ngun tố

mẹ sau thời gian t :

D* = F„ - F (1.3)

Từ phương trình (1.2) (1.3) ta có :

D* = F„ - F„ e‘Ằ1 , hay ta có : D* = F„ {1 - e '■') (1.4)

Phương trình {1.4) biểu diển số vị bền vững sinh sau thời gian t từ q trình phóng xạ ngun tố mẹ khơng có số ngun tử ban đầu t = F„ Trong q trình tính toán thực tế, người ta thường biết số nguyên tử cùa dồng vị mẹ lại (F) số nguyên tử vị sinh (D*) số vị mẹ ban đầu (F„) Chính vậy, từ phương trình (1.4) chưa thể tính tuổi, xuất phát từ phương trình (1,3) D* F„ -F thay -F„ = -F.eA' (biến đổi từ phương trình 1.3) ta có:

D* = F.e*,- F = F.(e>' - 1) (1-5)

Giả sử trường hợp tổng quát hệ có lượng đồng vị ( D j từ thời điểm ban đầu, tổng số đồng vị hệ là:

D - D* + D„

Từ phương trình (1.5) ta có: D - D„+ F.(e>-‘ - 1) (1.6)

Giải phương trình theo t, phương trình tuổi sau:

t = ị l n D ^ + : (1.7)

ở giá trị D D„ F thơng số hồn tồn xác định (bằng khối phổ kế)

và giá trị t tìm sẽ tương đương VỚI tuổi địa chất Phucmg trình 1.7 phương trình tuổi

bản thể mối quan hệ thời gian t (tuổi địa chất) với số phóng xạ X ngun tơ'

tỉ số đổng vị m ẹ nguyên tố phóng xạ Như theo phương trình này, ứng VỚI

cặp vị khác (U-Pb, Sm-Nd ) cho phương pháp xác định tuổi đống vị tương ứng (phương pháp U-Pb, phương pháp Sm-Nd ) Tuỳ theo phương pháp có cách biểu diễn giá trị tuổi khác

VƠI thơi gian, số lượng vết phân hạch tì lệ với thịi gian Chính người ta sử dụng vết phân hạch lưu giữ khống vật cơng cụ để xác định tuổi tuổi có gọi tuổi vết phân hạch

Mật độ vết định nghĩa sơ vết đơn vị diện tích Nó tỉ lệ với tuổi khoang vật nông độ uran khống vật Để tính tuổi khống vật hay thuỷ tinh cân phải đo đuợc mật độ vết tự nhiên nồng độ uran Như vậy, để xác định tuổi

băng vết hạch cần phải đo hai mật độ vết: (1) Mật độ vết sinh từ phân hạch tức thời cùa

u , gọi Dp tính theo sô vết cm2; (2) Mật độ vết sinh từ phân hạch 235Ư kích hoạt dòng neutron nhiệt (vết nhân tạo), nhầm xác định nồng độ u khoáng vật ký hiệu Dị ứng với số vết cm2

Ap dụng phương trình tuổi (1.7), ta có phương trình tuổi phương pháp vết phân

hạch nhu sau:

t = log 1+ D

-D , C 23g R

R- 235 ^235

.oa.

‘ 238 1238

(1.8) /

2ÍKr

trong đó: Xp số phóng xạ phân hạch tức thời 23IỈƯ ; Ầu số phóng xạ tổng 23lfu ; C235/C2™ tỉ số đồng vị uran tự nhiên ký hiệu số / ; RM , R2,K

những độ dài vết hạch phát 2,,u và 2,ítu tương ứng

R2j5/R 2;w xem nãng lượng phân hạch cùa 2WU nãng lượng phân

hạch tức thời 23SU gần nhau, xấp xỉ 200 MeV), chiều dài vết phân hạch

215u và 21!tƯ bằng

Phương trình (1.8) viết ngắn gọn lại thành:

f T-* \

D ] TỊ238

(1.9)

trong r| 235 r\2ĩ* hiệu suất phát vết 235Ư 2WU Để tính tốn tuổi ti số

r|2„ /r|21sđược coi với điều kiện sau:

- việc xử lý nhiệt vết phịng thí nghiệm ảnh hường kích hoạt khơng làm thay đổi khoáng vật xác định tuổi

- khơng có ảnh hưởng nhiệt địa chất đến vêt hạch 2WU

Khi phương trình tuổi trở thành:

t = - —log 3

D,

\ ệ (1.10)

nếu t < 10* năm, t - i l l cr I ỳ Các số phương trình (1.12) tương ứng : *.D = D,

1,551 X 10 '7nãm [1] ; I = 7,252 X 1 3; V - 7,03 X 10 17/nãm , = 580 X 10 24cm 2

Nếu vết sinh phân hạch tự nhiên bị tác động bời kiện nhiệt cha chât làm tái chín vết tuổi đưa từ phương trình (1.10) tuổi biểu kiến Tuy nhiên vân xác định tuổi mảu với số hiệu chinh phương pháp khác

Để có giá trị tuổi lý tưởng phương pháp vết phân hạch, hai giá trị Dp D[ phải xác định điểu kiện tẩy rửa, kích hoạt nhiệt, điểu kiện địa chất phương thức đếm vết Tuy nhiên, điều kiộn lý tưởng không xảy thời cách đo phải lựa chọn cho tuổi có tuổi kiện địa chất Để giải đề người ta sử dụng detector ngoài, nguyên lý kỹ thuật sau

Khi uran phân bố khơng đồng pha khống vật cần xác định tuổi, khơng nên tính Df D, hai phần mẫu đại diện, trường hợp nên đo khu vực mẫu cần xác định Đây kỹ thuật sử dụng detetor Naeser nnk đề xuất vào năm 1969 [5] Với kỹ thuật này, sau vết hoá thạch lộ bề mặt đánh bóng khống vật, kích hoạt lị phản ứng Tuy nhiên, trước kích hoạt người ta sử

dụng muscovit hay miếng nhựa lexan hay kepton có nồng độ uran thấp 10 ppb

cũng đuợc đánh bóng bề mặt (gọi detector ngồi) đặt ốp sát với mật mài bóng khống vật Mật độ vết sinh kích hoạt tính detetor Trong trường hợp điéu kiện hình học kích hoạt mẫu khác với kỹ thuật detector 2n (thay 471 Dp) Như phương trình tuổi (1.10) phải nhân tỉ số Dp/D| với 0,5

3 Áp dụng phương pháp xác định tuổi đá biến chất đới siết trượt Sông Hồng

Hai mẫu đá biến chất thu thập đới biến chất Sông Hồng nàm miền Bắc nước ta, đới định hướng kéo dài hướng đông bắc - tây nam, phân chia miền Bắc Việt Nam thành hai miền Đông bắc Tây bắc Đây khối biến chất có tuổi biến chất vào khoảng 30-36 triệu năm xác định phương pháp U-Pb Ar-Ar [3] Sau đó, đá biến chất

trồi lộ lên bề mặt Giá trị tuổi thu từ phương pháp Vết phân hạch cho phép xác định

tuổi nguội lạnh Kết hợp với giá trị tuổi U-Pb Ar-Ar công bố cho phép xác định tốc độ trồi lộ

Hai mẫu đo tuổi mẫu phân tích phịng thí nghiệm khác Pháp, chúng tơi sử dụng nguyên mẫu nhầm kiểm nghiệm độ xác cùa phép đo khả nãng thực hệ thông đo Từ kêt thu sử dụng đê luận giải giá trị tuôi địa chât khu

Việc đếm vết thực khoáng vật apatit với số lượng hạt ký hiệu mẫu sau: mẫu Vn9846 14 hạt mảu Vn9848 20 hạt Các số liệu đo đưa bảng

Bảng 1: Sơ liệu phân tích tuổi vết phân hạch apatit đá biến chất thuôc đới siết trượt Sông Hồng

Mẫu Số

hạt

ps Ns pl Ni Tuổi

(tr.n)

VN9846 14 0.335 176 3.258 1711 22 ± 0.5

VN9848 20 0.282 287 3.280 3342 18 ±

detector ngồi sử dụng điều kiện hình học 2ĩĩ; (iii) Giá trị cường độ dịng nơtìơn tính dược ỉà nhờ

sử dụng thủy tinh chuẩn C N -5, Zeta phán Ca<: = 339 ± 5.

Truớc tiên nói tuổi thu hai mẫu tương ứng 18 ± 22 ± 0.5 triệu năm So với giá trị tuổi trước tính cho phép khẳng định kết đo tuổi hệ thống xác định tuổi vết phân hạch khoa Địa chất tương tự với giá trị tuổi đo nước Pháp khác biệt sai số tính tốn

Về giá trị địa chất giá trị tuổi phản ánh tuổi nguội lạnh đá biến chất ghi nhận hoạt động kiến tạo Kainozoi khu vực Trong nói pha tái hoạt động đới siết trượt Sông Hổng xây sau 36 triệu năm pha biến dạng dịn mà khơng phải biến dạng dẻo

Mặt khác, theo lý thuyết tuổi xác định apatit bầng phương pháp vết phân hạch tương ứng với tuổi trồi nguội khối đá biến chất Như tính đến nhiệt độ đóng

của phương pháp đ ối với khống vật apatit giá trị tuổi thu tương ứng với giá trị tuổi

nhiệt độ đóng 120°c Nếu lấy giá trị tuổi trung bình tương ứng với mức biến chất cao nhất, tức ứng với giá trị tuổi U-Pb zừcon (nhiệt độ đóng 700°C) 36 triệu nãm [3] khu vực dãy núi voi, tính tốc độ nguội lạnh hay tốc độ trồ lộ đá biến chất

trong khu vực khoảng 29 ° c / triệu năm

4 Kết luận kiến nghị

+ Tuổi thu từ việc áp dụng thiết bị phản tích hai mẫu Vn9846 Vn9848, cho phép khảng định tuổi thu tương ứng với giá trị tuổi thiết bị khác, đểu cho giá trị khoảng 18-22 triệu năm Giá trị tuổi thu cho phép luận giải giá trị địa chất phản ảnh đá trầm tích biến chất đới siết trượt Sơng Hổng có tốc độ trồi nguội nhanh, khơng trải qua q trình tái biến dạng dẻo

+ Việc áp dụng phương pháp vết hạch cho phép có thơng tin có giá trị lịch sử nhiệt đá Tuy nhiên áp dụng phương pháp này, đặc biệt việc giải thích tuổi cần phải tính đến điều kiện bền vững vết hay nhiệt độ đóng nó, tuổi khống vật tổn tại, thơng tin địa chất việc lấy mẫu Ngoài ra, việc kết hợp với phương pháp khác cho tranh đầy đủ lịch sử nhiệt đá liên quan, nhiệt độ đóng phương pháp

này thấp nên thường m ang lại lịch sử nhiệt giai đoạn CUỐI lịch sử tiến hoá đá.

+ Đây phương pháp cho phép xác định tuổi nhiệt độ thấp xác, cho phép việc xác định thịi gian khống hố đới nhiệt nhiệt dịch, thời gian tiến hoá bồn trầm tích, cho phép xác định tuổi tốc độ trồi lộ đá biến chất hay khối xâm nhập Nhìn chung kết có từ phương pháp sử dụng nghiên cứu lĩnh vực kiến tạo, biến chất, trầm tích luận, khống sản mơi trường thơng qua xác định mức dộ ị nhiễm phóng xạ uran phịng thí nghiệm kỹ thuật detector ngồi đặt vấn đề

Lời cảm ơn: Bài báo hoàn thành nhờ hỗ trợ kinh phí từ để tài QT-07-41 đề tài nghiên cứu mã số 704506 Nhân xin cảm ơn Mr Mikle cung cấp mẫu phân tích

Tài liệu tham khảo

1 Jaffrey, A h, Flynn, K F, Glendenin, L c , Bentley,w c , & Essling, A M 1971.

Precision measurements of half lives and specific activity of U- 235 and U- 238 Phys Rev c 4:

1989-1906.

2 Jager, E., 1979 Introdution to geochronology In: Lectures in Isotope Geology, Jager, E & Hunzicker, J c (eds) Springer - Verlag, Berlin, pp 1-7.

3 Tapponnier p , Peltzer G , L e Dain A.Y., Armijo R , Cobbold p , 1982 Propagating extrusion tectonics in Asia: N ew insights from simple experiments with plasticine Geology, 10 :

611-616.

4 Naeser c w , 1978 Fision tracks dating U.S Geol, Surv, Open file Rept 76:190. 5 Naeser c w , 1969 Etching fission track in zircons Science 165: 388.

Abstract

Faculty of Geology of HUS, VNU has invested an instrument project serving for scientific research and education One of invested instruments is Fission Track Dating System (FTD) This paper introduces a new data gained from this FTD system Two metamorphic rock samples from Red river shear zone have been collected to date These samples have dated in a French lab, they were redated in order to check the precise measurement of FTD system in Faculty of Geology The apatite seperated from these samples have dated by FTD system The result shows that the cooling age of two samples is respectively at 18 and 22 Ma equivelant to the closing temparature for apatite (120°C)