Các chùm dyke mafic rộng lớn đã được xâm nhập vào các lục địa , bao phủ những vùng rộng đến hàng chục , hàng trăm ngàn km2 . Các chùm này rộng đến 500km và dài đến 3000 km, xuất hiện trên tất cả các khiên Tiền-Cambri và bao gồm nhiều ngàn dyke. Các dyke cá thể rộng 10-15m , có cái đến 200m . Phần lớn các dyke khá phù hợp với các đường phương và mặt dốc, và các dyke cá thể được theo dõi đến cả 1000km. Các chiều rộng của dyke có xu hướng lớn hơn ở nơi chiều sâu xâm thực ít nhất, cho thấy các dyke này rộng ra ở vỏ trên, và khoảng cách giữa các dyke nói chung từ 0.5-3km với các dyke phân nhánh cả chiều đứng lẫn dọc theo phương . Các chùm dyke chính dường như đã được xâm nhập từng hồi , với các tuổi xâm nhập chính vào 2500 ,2390,2150,2100,1100-1850,1270-1250 và 1150-1100 triệu năm . Các nghiên cứu về cấu tạo cho thấy phần lớn các chùm đã xâm nhập ở các góc thẳng với hướng ép cực tiểu và phần lớn xuyên ngang chứ không thẳng đứng , trừ ở gần nguồn . Một số chùm , như là chùm Mackenzie khổng lồ ở Canada dường như tỏa tia ra từ một điểm , được giải đoán phổ biến là magma có nguồn gốc plum . Chùm dyke Mackenzie còn là thí dụ của một chùm nằm cùng với các basalt lũ (basalt Coppermine River) và một xâm nhập phân lớp (xâm nhập Muskox) . Xác định tuổi baddeleyit(khoáng vật ZrO2) cho thấy phần lớn các chùm đá xâm vị trong các thời kỳ rất ngắn , thường ít hơn 2-3 triệu năm . Các chùm dyke khổng lồ điển hình bao gồm các tholeit , mặc dù các chùm norit cũng rất quan trọng trong Proterozoi.
46
Giống như chùm Mackenzie, nhiều chùm dyke khổng lồ hình như cũng cộng sinh với các plum manti, và sự xâm nhập của chúng đi theo sự căng dãn lớn (hơn 30%) của vỏ lục địa . Trong các giai đoạn đầu của hoạt động plum và tạo rift , các dyke có thể phát triển tỏa tia từ một nguồn plum nằm dưới. Cũng như các rift Hồng Hải và Vịnh Aden cộng sinh với các điểm nóng Afar, một bồn đại dương có thể mở ra giữa hai chùm dyke tỏa tia, bỏ lại chùm thứ ba như là bộ phận của một aulacogen. Sau đó, trong khi đóng lại bồn đại dương và va chạm lục địa, các dyke bị tiêu thụ hoặc biến dạng mạnh. Tuy nhiên, các chùm xâm nhập trong aulacogen có khả năng được bảo tồn nếu chúng nằm trên mảng đi xuống. Do đó các chùm dyke chính tỏa tia từ một điểm, như là chùm Mackenzie, có thể chỉ ra sự có mặt của một bồn đại dương vốn có trước đây. Một số chùm dyke khổng lồ có thể được xâm vị trong khi tan vỡ siêu lục địa và do đó các tuổi và sự phân bố của chúng có thể bổ ích trong việc tái lập các siêu lục địa.
49
3.4 CÁC CRATON VÀ CÁC RÌA THỤ ĐỘNG
Các tổ hợp đá được tích đọng trong các bồn trên craton và rìa thụ động là các trầm tích vụn tinh mịn, chủ yếu là cát kết thạch anh và đá phiến sét, và đá vôi biển
nông. Ở các chuỗi trầm tích Archei muộn-Proterozoi sớm , thành hệ sắt phân dải
cũng quan trọng . Bởi vì các các rìa lục địa đã trải qua thuở ban đầu là các rift lục địa , nên các tổ hợp rift nói chung nằm dưới các chuỗi trầm tích rìa lục địa thụ động. Khi các bồn sau cung phát triển giữa các rìa lục địa thụ động và các cung , như biển Nhật Bản , các trầm tích craton có thể cài xen kẽ với các trầm tích cung trong các bồn đó. Các cát kết craton là thạch anh tương đôi sạch phản ánh sự phong hóa mãnh liệt , địa hình thấp ở các vùng nguồn và sự vận chuyển dài qua các diện tích lục địa đã bị bào mòn . Thường có các lớp phủ mỏng hay các ám tiêu đá carbonat biển trầm đọng quanh các rìa bồn. Các chuỗi biển tiến và biển thoái trong các bồn craton rộng lớn phản ánh tương ứng sự dâng và hạ mực nước biển .
Các hệ thống trầm tích ở các bồn craton và rìa thụ động thay đổi phụ thuộc vào các vai trò tương đối của các quá trình sông, gió, châu thổ, sóng, dông bão và thủy triều. Sự phân bố các trầm tích trong không gian và thời gian được khống chế bởi sự nâng lên khu vực , số lượng lục địa bị các biển nông phủ lên và khí hậu . Nếu sự nânglên kiến tạo là quan trọng trong khi trầm tích thì các thềm lục địa nông và sự trầm tích bị các hệ thống sóng và bão chi phối. Tuy nhiên nếu sự nâng lên hạn chế chủ yếu là ở các rìa craton thì lượng trầm tích tăng lên vào trong craton và các hệ thống sông và châu thổ trở nên chi phối . Đối với các chuỗi biển tiến thì các biển nông trải rộng và các môi trường á triều (subtidal), bão chi phối và sóng chi phối là quan trọng . Trong khi biển thoái , các hệ thống trầm tích sông và gió có vai trò chi phối.
Các tốc độ sụt và nâng ở các craton biến đổi theo cấp thời gian mà chúng được đo. Các tốc độ hiện nay vào khoảng mấy centimet một năm , trong khi các dữ liệu từ các chuỗi già hơn cho thấy các tôc độ chậm hơn một đến hai cấp . Nói chung các tốc độ nâng trong Phanerozoi có vẻ là 0,1-1 cm/năm trong các thời kỳ 104-105 năm và trên các diện tích 104 -106 km2 . Một trong những quan sát có ý nghĩa nhất ở các bồn craton là chúng cũng bị sụt lún rất nhanh , như các bồn đại dương . Sự sụt lún của chúng xảy ra trong hai giai đoạn : trong giai đoạn đầu tốc độ sụt lún thay đổi lớn trong khi trong giai đoạn sau sự sụt lún là mở rộng . Sau khoảng 50 triệu năm chiều sâu sụt lún giảm rất nhanh đến một giá trị cố định .
Đã có mô ̣̣t vài mô hình được đưa ra để giải thích sự sụt lún craton. Cơ chế được nói nhiều nhất là sự quá tải trầm tích , căng dãn thạch quyển và nâng vòm nhiệt dẫn tới sự co rút. Mặc dù sự tích tụ các trầm tích trong một bồn trũng đè nặng thạch quyển và gây ra sự sụt lún sau đó nhưng các tính toán cho thấy rằng sự góp
50
phần của tải trọng trầm tích gây sụt lún là nhỏ so với các hệ quả khác. Sự sụt lún ở các rìa thụ động có thể do vì vỏ lục địa bị căng mỏng bởi sự rão hóa tiến triển của vỏ dưới dẻo cho đến manti trên á đại dương. Khi vỏ mỏng đi , các trầm tích tích tụ trong các bồn nằm trên. Một cách lựa chọn, thạch quyển có thể bị nâng vòm bởi quyển mềm dâng lên hoặc một plum manti và vỏ nâng lên bị xâm thực. Sự co rút nhiệt theo sau sự nâng vòm tạo ra các bồn nền hoặc một loạt các bồn rìa quanh một đại dương đang mở được các trầm tích lấp vào. Nhiều nhà nghiên cứu bây giờ cho rằng sự sụt lún dọc theo các rìa lục địa thụ động là do kết hợp các hệ quả co rút nhiệt của thạch quyển lục địa và đại dương lân cận cùng với tải trọng trầm tích.
Không có một bối cảnh nào khác khiến cho có các khối lượng vụn thạch anh lớn như vậy tích tụ như ở các bồn craton và rìa thụ động. Tất cả thạch anh đến từ đâu và các quá trình nào tập trung chúng vào các bồn đó? Mặc dù phần lớn vụn thạch anh trong cát kết craton chắc là tái trầm tích, chúng ta vẫn phải đối mặt với vấn đề nguồn nguyên thủy cung ứng là gì. Một nguồn núi lửa felsic cho vụn thạch anh đòi hỏi phải phong hóa một lượng lớn đá núi lửa vì các ban tinh thạch anh hiếm khi đạt hơn 10 – 20% của các đá đó. Không chỉ không có chứng cứ rõ ràng đã từng có các khối lượng lớn đá núi lửa felsic trong dữ liệu địa chất, mà các ban tinh thạch anh nói chung cũng nhỏ hơn kích thước hạt trung bình của phần lớn hạt vụn thạch anh trong cát kết, và do đó không chắc đã có một nguồn như vậy. Thạch anh mạch và các đá silic hóa rất ít có trong vỏ nên cũng không chắc đã là các nguồn chính cung cấp vụn thạch anh. Phần lớn thạch anh vụn xuất hiện như là các hạt đơn tinh hoặc đa tinh hoặc như là các mảnh vụn đá quarzit, nên không thể là đá phiến silic (chert) tái trầm tích. Do đó có vẻ như chỉ có một nguồn nguyên thủy thích hợp cho số lượng lớn thạch anh vụn là các granitoid hoặc gneis felsic. Mặc dù cát thạch anh tương đối sạch có thể được tạo ra trong một chu kì bởi sự phong hóa hóa học mạnh mẽ, các môi trường thế năng cao như các bãi triều và các cồn cát có thể gạn đãi felspat ra và tạo ra thạch anh tương đối sạch mà không cần phong hóa mạnh.
Các đá magma hiếm có ở các bồn craton và rìa thụ động và khi bắt gặp thì là các thể xâm nhập nhỏ, các dyke, vỉa hoặc các ống nổ núi lửa, nói chung có thành
phần kiềm tính. Các kimberlit là các dăm kết siêu mafic được tìm thấy ở các vùng
craton, và chúng có ý nghĩa vì có chứa các đá tù của manti trên cũng như kim cương và các khoáng vật áp suất cao khác, chứng tỏ các chiều sâu và nguồn gốc các magma kimberlit đạt đến –300km. Chúng có tuổi từ Archei đến Đệ Tam và
phần lớn xuất hiện như các ống nổ hoặc các dyke <1km2 về tiết diện. Các magma
kimberlit dường như là sản phẩm nóng chảy cục bộ của các nguồn được làm giàu trong thạch quyển á lục địa.
51
3.5 CÁC RIFT LỤC ĐỊA
3.5.1 Các đặc điểm chung
Các rift lục địa là các bồn có ranh giới là đứt gãy được tạo ra do căng dãn vỏ lục địa. Chúng có thể là đơn thể như các rift ở Đông Phi, hoặc đa thể như trường hợp Miền Bồn và Dãy Núi (the Basin and Range province) ở Tây Hoa Kỳ…cũng
xếp vào loại hình này còn có các aulacogen. Aulacogen là các nhánh non yểu hoặc
ít hoạt động của các đầu mối chạc ba, như thể là các rift Ethiopi và Benue ở châu Phi. Sự tách dãn đã bắt đầu ở Hồng Hải và vịnh Aden 15 – 25 triệu năm và ngày nay có thể đang bắt đầu ở aulacogen Ethiopi. Rift Benue đã trở nên một nhánh yểu trong Creta muộn khi hai nhánh rift khác mở ra như bộ phận của bồn Đại Tây Dương. Các rift có nguồn gốc khác nhau và xuất hiện ở các bối cảnh kiến tạo khu vực khác nhau. Mặc dù môi trường ứng suất trực tiếp của các rift là căng dãn, nhưng môi trường ứng suất khu vực có thể là nén ép, căng dãn hoặc gần như trung tính. Các rift tạo ra ở các craton, như hệ thống rift Đông Phi, thường nằm cùng với các nâng vòm, mặc dù thời gian nâng vòm so với tạo rift có thể thay đổi. Các tài liệu địa vật lý chỉ ra rằng cả vỏ và thạch quyển đều mỏng đi bên dưới rift, và phần lớn hoặc tất cả sự mỏng vỏ xuất hiện ở vỏ dưới dẻo trên một vùng khá rộng hơn so với diện tích biểu hiện của rift đó. Lượng căng dãn ở các rift trẻ có thể được đánh giá từ sự xê dịch ngang của các đứt gãy và từ các mặt cắt trọng lực. Các kết quả đạt từ nhỏ khoảng 10km đối với rift Baical đến >50km đối với rift Rio Grande. Một số rift, như rift Kenya, có dị thường trọng lực nổi bật chạy dọc theo trục nói chung được giải đoán là phản ánh sự xâm vị của các dyke và vỉa ở độ sâu nông. Các buồng magma được mô tả ở các rift dựa trên các tài liệu địa chấn. Mặc dù ở một số trường hợp hoạt động kiến tạo và núi lửa có liên quan trong không gian và thời gian, nhưng ở nhiều trường hợp chúng lại không. Các đới phun trào chính hiếm khi trùng với các đứt gãy rift chính.
3.5.2 Các tổ hợp đá
Các rift lục địa (sau đây gọi tắt là rift) đặc trưng bởi các trầm tích vụn lục
nguyên thô và các đá núi lửa lưỡng thức (bimodal). Các đá núi lửa lưỡng thức là
các đá basalt (tholeit) và đá núi lửa felsic, đá được tìm thấy thí dụ ở rift Rio Grande, hoặc các đá basalt kiềm và phonolit, như xuất hiện ở rift Đông Phi. Trong các rift cũng có thể có một ít đá magma thành phần trung tính. Các đá núi lửa felsic thường xuất hiện như những dòng tro tuf hoặc các vòm đá thủy tinh. Trong các rift cổ đã được nâng cao các tương đồng xâm nhập của các đá nói trên lộ ra, như ở rift Oslo ở Na Uy. Các đá granit có thành phần từ granit đến monzodiorit với các granit và syenit thường ưu trội. Các rift thay đổi từ loại giàu đá núi lửa, như rift Đông Phi, đến loại chỉ có ít đá núi lửa, như rift Baical. Các basalt kiềm, basanit và
52
tephrit chiếm ưu trội ở rift Đông Phi, sau đó chủ yếu là phonolit và trachyt. Ở phía bắc rift Rio Grande, các tholeit và andesit basalt chiếm chủ yếu, sau đó là ryolit. Xa hơn về phía nam trong rift Rio Grande các basalt kiềm lại chiếm ưu thế. Các rift Kenya và Oslo thể hiện sự sụt giảm độ kiềm trong magma với thời gian, điều đó chắc là phản ánh sự giảm mức sâu lò magma. Nhiều rift lại thể hiện sự tăng độ kiềm trong magma từ tâm ra rìa rift cho thấy các nguồn magma tụt xuống sâu ở hướng đó. Các nhà nghiên cứu địa hóa và đồng vị các basalt rift cho thấy chúng có nguồn gốc hoặc từ plum manti, hoặc từ thạch quyển á lục địa, hoặc cả hai. Các dữ liệu tương tự cho thấy các đá núi lửa và granitoid nằm cùng là có nguồn gốc vỏ.
Các xâm nhập magma phân lớp là kiểu đá phổ biến ở các rift lục địa. Các xâm nhập này là các thể mafic đến siêu mafic lớn, trong đó thể hiện sự phân lớp nội bộ, được tạo thành bởi sự tích tụ các tinh thể trong khi kết tinh phân đoạn các magma mẹ là basalt hoặc komatiit. Sự phân lớp theo chu kỳ trong các xâm nhập mafic lớn nói chung được giải đoán là phản ánh sự tiêm nhập từng hồi của magma mới vào các buồng magma đang phân đoạn. Xâm nhập lớn nhất được nghiên cứu tốt là phức hệ Bushveld rộng lớn ở Nam Phi có chiều dày hơn 8km, bao phủ một diện tích tối thiểu 66000 km2 và được xâm nhập vào 2 tỉ năm trước đây. Các thể lớn khác với các tuổi xâm nhập tương ứng bao gồm Great Dyke ở Zimbabwe (2,5 tỉ năm), phức hệ Widgiemooltha ở Tây Australia (2,4 tỉ năm), xâm nhập Mukox ở Bắc Canada (1,27 tỉ năm) và phức hệ Duluth ở Minnesota (1,1 tỉ năm). Các xâm nhập phân lớp lớn là các nguồn kim loại chính như: Cr, Ni, Cu và Fe, và trong trường hợp của phức hệ Bushveld thì có cả Pt.
Các trầm tích rift chủ yếu là các cát kết arkos chứa felspat và cuội kết có nguồn gốc từ các khối đứt gãy nâng lên nhanh chóng, trong đó các granitoid là các thành phần quan trọng. Các evaporit cũng được tích tụ trong nhiều rift. Nếu một rift bị nước biển tràn ngập, thí dụ như địa hào sông Rhine ở Đức, thì cát kết , đá phiến và đá cacbonat biển cũng có thể được tích tụ.
3.5.3 Sự phát triển và tiến hóa của rift
Trước tiên cần biết các rift được chia thành hai kiểu, phụ thuộc vào cơ chế sinh rift. Một nhóm rift gọi là các rift tích cực được sinh ra bởi sự nâng vòm và nứt tách
của thạch quyển ở những nơi có sự dâng lên của quyển mềm hoặc plum manti. Các
rift thụ động lại sinh ra bởi các ứng suất ở những mảng thạch quyển đang chuyển động hoặc bởi sự kéo lê ở đáy thạch quyển. Các rift tích cực chứa các khối lượng đá núi lửa tương đối lớn, trong khi ở các rift thụ động các trầm tích vụn thô có khối lượng vượt trội các đá núi lửa. Các rift tích cực cũng còn đặc trưng bởi sự nâng sớm và sự bóc móng (early uplift and basement stripping) mà nguyên nhân là có một nguồn nhiệt sâu làm cho vỏ dãn nở. Nói chung, sự nâng lên ở các rift thụ động