Các đá lục Archei

Mặc dù có lúc người ta nghĩ rằng các đá lục là một hiện tượng thời Archei, nhưng bây giờ đã rõ là chúng được thành tạo trong suốt thời gian địa chất. Cũng rõ tất cả các đá lục không phải là đều đại diện cho cùng một bối cảnh kiến tạo và không phải các tỉ lệ của các đá lục được bảo lưu lại của một tuổi và bối cảnh kiến tạo nào đó là phản ánh được các tỉ lệ nguyên thủy của bối cảnh kiến tạo đó. Từ đá lục đã được dùng quá lỏng lẻo trong văn liệu,nên có thể phải bỏ đi. Tuy nhiên,nó là một từ có ích khi nói về các chuỗi đá núi lửa mafic phun ngầm dưới biển. Ở đây

các đá lục được xác định là một chuỗi đá vỏ trên,trong đó thành phần đá mafic núi lửa dưới biển và trầm tích vụn núi lửa kết hợp lại vượt quá 50%. Do đó, từ cách nhìn hiện đại, các đá lục là các chuỗi đá núi lửa chiếm ưu thế chủ yếu,được tạo thành ở các cung, các cao nguyên ngầm dưới biển, các đảo núi lửa và vỏ đại dương. Bây giờ cũng biết là các đá lục chứa tập hợp đá vỏ trên khác nhau, được tách khỏi nhau bởi các bất chỉnh hợp hoặc các đứt gãy. Các đai đá lục là các chuỗi giàu đá núi lửa,hình dạng tuyến đến không đều,rộng trung bình 20-100km về trải dài đến mấy trăm km. Chúng bao gồm một vài đến nhiều tổ hợp hoặc địa hạt(domains) đá lục,và trong nghĩa này một đai đá lục có thể ngang bằng với một teran,hoặc một cách chuyên biệt hơn với một teran đại dương.Thí dụ như đai đá lục được bảo tồn rộng nhất là đai Abitibi Archei muộn ở đông Canada, có chứa vài địa hạt đá lục và do đó có thể được xem là một teran đá được hợp nhất vào khoảng 2,7 tỉ năm. Một số đai có thể là các siêu teran(supperterrases). Các phụ miền ở miền Superior Archei, như là các phụ miền Wawa-Abitibi và Wabigoon, có thể được coi là các siêu teran và là những thể tập kết của các teran đá lục có các bối cảnh đại dương khác nhau. Việc định tuổi đồng vị zircon U-Pb chính xác cao cho thấy chúng được tạo thành trong các thời gian ngắn, phổ biến nhỏ hơn 50 triệu năm. Ở một số vùng, hơn một chu kì xâm nhập - núi lửa có thể được ghi nhận cho một lịch sử tích lũy 200-300 triệu năm. Mặc dù các đá lục Archei cần được mô tả theo ngôn từ teran, nhưng các bối cảnh của chúng tiếp tục là đề tài tranh cãi giữa các nhà nghiên cứu Archei. Chúng ta hãy xem lại một số đặc trưng chính của các đá lục Archei vì sẽ bổ ích để gò vào các bối cảnh kiến tạo.

85

3.8.2.1 Khái quát

Mặc dù các chứng cứ ở thực địa chỉ rõ rằng phần lớn các đá lục bị các đá granit vây quanh xuyên qua nhưng cũng có một số vùng mà các chuỗi lục ở đó nằm bất chỉnh hợp trên móng granit cổ hơn. Ở một số ít đai đá lục, như là Kambalda ở Tây Nam Australia, các đá núi lửa chứa các tinh thể tù (xenocryst) zircon từ móng gneis có tuổi già hơn đá chứa ít nhất 700 triệu năm. Do đó, mặc dù phần lớn các đá lục Archei là các teran đại dương trẻ nhưng có một số lại xuyên lên hoặc gần gũi với vỏ lục địa.

Ở các đá lục Archei Canada có bốn tổ hợp thạch học được ghi nhận. Phân bố rộng nhất là các tổ hợp chu kỳ núi lửa basalt-komatiit và mafic đến felsic, bao gồm phần lớn các đai đá lục chính ở Canada. Hai tổ hợp trên cũng là các tổ hợp phổ biến nhất đã gặp trong các đá lục Archei ở các lục địa khác. Ít phổ biến hơn là tổ hợp đá núi lửa vôi –kiềm và các trầm tích sông và còn ít hơn nữa là tổ hợp cacbonat- cát kết thạch anh. Ở miền Superior (Hồ thượng) Archei ở Đông Canada, các phụ miền đá lục xen kẽ với các phụ miền đá biến chất. Các granitoid nhiều hơn so với các đá núi lửa và trầm tích ở cả hai phụ miền, với các đá gneis và migmatit là chủ yếu ở các đai trầm tích biến chất. Các tuổi zircon U-Pb cho thấy hoạt động núi lửa và xâm nhập trẻ dần từ tây bắc (phụ miền Sachico) đến đông nam(các phụ miền Wawa-Abitibi). Sự kiện magma già nhất xuất hiện vào 3,0;2.9-2,8 và 2,75- 2,7 tỉ năm , tiếp sau là các hoạt động biến dạng chính,biến chất và xâm nhập vào khoảng 2,7 tỉ năm. Ở phía nam hoạt đông magma xuất hiện chủ yếu giữa 2,75 và 2,7 tỉ năm. Các sự kiện magma và biến dạng gần đồng thời dọc theo chiều dài của các phụ miền,kết hợp với các bằng chứng cấu tạo và địa hóa, phù hợp với chế độ kiến tạo do chúc chìm chi phối, trong đó các teran đại dương lần lượt bồi kết từ tây bắc đến đông nam.

3.8.2.2 Các đá núi lửa đá lục

Các đá lục Archei rất phức tạp về cấu tạo và về địa tầng. Mặc dù chiều dày địa tầng lên đến 20km đã được báo cáo, nhưng đó là vì trước kia không nhận biết được có sự chồng lặp kiến tạo(tectonic duplication), nên thực ra không có mặt cắt nào vượt quá 10km. Phần lớn các đá lục Archei chủ yếu gồm các đá basalt dưới biển và các komatiit (các đá núi lửa siêu mafic) với một ít tuf felsic và đá phiến silic phân lớp. Nhiều đá núi lửa Archei bị biến đổi mạnh và silic hóa, có lẽ do các chất lưu nhiệt dịch dưới biển giống như các đặc trưng ở các cung và các sống đại dương ngầm dưới biển hiện đại. Có hai xu hướng được quan sát với sự tăng chiều cao địa tầng ở các dãy đá lục Archei là:

86

2- Tăng tỉ số vụn núi lửa so với các dòng dung nham và tăng lượng đá núi lửa

andesit và felsic.

Các sự đổi thay này phản ánh một sự tiến hóa từ khối lượng lớn phun ngầm dưới biển các basalt và komatiit, thường được gọi là “đồng bằng mafic”, đến các núi lửa dạng phân tầng (stratovolcanoes), vôi-kiềm và tholeiit phân bố rải rác mà có thể trở nên lộ khỏi mặt nước theo thời gian và xen vào giữa các bồn trầm tích.

Các núi lửa Archei ở một số khía cạnh tương tự như các núi lửa ngầm dưới biển hiện đại ở các hệ thống cung. Các tương tự đó bao gồm:

1- Nói chung càng lên trên các basalt đổi sang các đá núi lửa tholeiit và vôi- kiềm.

2- Cuối cùng các núi lửa trồi lên cạn và tạo thành các đảo. 3- Các núi lửa nằm theo tuyển.

4- Các yếm (aprons) trầm tích ở sườn trở thành các bồn giữa các núi lửa.

Các khác biệt giữa các núi lửa cung hiện đại và các núi lửa Archei bao gồm:

1- Sự xuất hiện komatiit ở nhiều núi lửa Archei.

2- Tính chất lưỡng thức (bimodal) của một số đá núi lửa Archei, đặc biệt là ở các chuỗi đá lục già hơn.

3- Các đá núi lửa Archei nghèo shoshonit.

4- Các đá núi lửa Archei phát triển trên các cánh đồng mafic rộng lớn do các

dòng dung nham ngầm dày và rộng liên tục tạo nên.

Có lẽ đá núi lửa khác biệt nhất của Archei là các dòng dung nham komatiit. (hoặc các xâm nhập nông) siêu mafic có kiến trúc tôi (quench texture) còn được gọi là kiến trúc mọc xen (spinifex texture) và chứa hơn 18% MgO. Mặc dù các komatiit phổ biến ở một số chuỗi đá lục Archei, nhưng chúng hiếm gặp trong Proterezoi và rất hiếm trong Phanerozoi. Kiến trúc mọc xen nói chung được bảo tồn ở các phần cao của các dòng komatiit. Kiến trúc này đặc trưng bởi các tinh thể khung olivin hoặc pyroxen sắp xếp không định hướng và tạo thành do nguội nhanh trong tình trạng gần như không có nhân tinh thể. Các dòng bao gồm từ những cái có các đới rất phát triển kiến trúc mọc xen chiếm gần tất cả nửa trên của dòng dung nham cho đến những dòng không có kiến trúc mọc xen nhưng có các khe nứt đa giác do nguội lạnh. Các dòng komatiit và basalt Archei dày khoảng 2 đến 200m, phần lớn có cấu tạo cầu gối và có thể cộng sinh với các vỉa hoặc các đá vụn núi lửa có cùng thành phần. Các đá magma xâm nhập mafic và siêu mafic cũng được tìm thấy ở phần lớn các chuỗi đá lục và các nghiên cứu địa hóa chỉ ra rằng chúng có liên quan mật thiết với các đá núi lửa vây quanh. Các đá núi lửa komatiit và mafic nghèo các nguyên tố LIL và có ít và không đều lượng các nguyên tố đất hiếm nhẹ.

87

Trong khi các basalt ở các đồng bằng mafic Archei có sự phân bố nguyên tố không tương hợp tương tự như ở các cao nguyên ngầm dưới biển hiện đại thì các basalt vôi kiềm Archei (cộng sinh với các andesit và các đá núi lửa felsic) thể hiện một thành tố địa hóa đới chúc chìm rõ rệt.

Các andesit và các đá núi lửa felsic ở các chuỗi đá lục xuất hiện chủ yếu như những đá vụn núi lửa và các dòng dung nham nhỏ. Các tuf, dăm kết và aglomerat khá phổ biến và có thể dùng sự phân bố của chúng để xác định các trung tâm núi lửa. Các tuf dòng tro felsic còn bảo tồn các cấu tạo sọc dải (eutaxitic structures) với các mảnh bọt và thủy tinh bị dát mỏng đã được mô tả trong các đá lục ở Australia và Canada. Các andesit Archei cũng tương tự như các andesit hiện đại ở các cung núi lửa về các phân bố nguyên tố không tương hợp. Các đá núi lửa kiềm hiếm gặp trong các chuỗi đá lục Archei và khi xuất hiện thì chủ yếu lá các vụn núi lửa đi kèm với các xâm nhập nông.

3.8.2.3 Các trầm tích đá lục

Có bốn kiểu trầm tích được nhận ra ở đá lục Archei là các trầm tích vụn núi lửa, hóa học, sinh-hóa học và lục nguyên, kể theo thứ tự tăng dần tầm quan trọng. Các trầm tích vụn núi lửa (bao gồm graywack) có thành phần từ mafic đến felsic và phổ biến là các turbidit. Các trầm tích hóa học và sinh hóa học chủ yếu là silic, thành hệ sắt dạng dải, và carbonat, tuy lượng ít nhưng phân bố rộng, và các trầm tích lục nguyên như đá phiến sét, quartzit, arkos và cuội kết với sự phân bố hạn chế. Mặc dù một số xâm nhập là nguồn cung cấp vật liệu cho một số graywack, nhưng phần lớn các trầm tích vụn rõ ràng được cung ứng vật liệu từ các nguồn núi lửa gần đó. Các đá phiến silic phân lớp và thành hệ sắt dạng dải là các trầm tích không phải vụn quan trọng nhất trong các đá lục. Tuy nhiên, di tích các kiến trúc hạt vụn ở một số đá silic chứng tỏ chúng là các trầm tích vụn hoặc đá núi lửa bị silic hóa. Các đá silic Archei nếu có thì ít và đó là các trầm tích biển khơi. Phần lớn chúng phân bố hạn chế và có lẽ là các tích tụ ở miệng núi lửa. Nhiều đá silic Archei có giá trị 18O thấp ứng với nguồn gốc núi lửa. Các chứng cứ sớm nhất của sự sống trên Trái Đất xuất hiện ở dạng vi cấu tạo trong đá silic Archei. Một số đá silic trong các đá lục Archei sớm có chứa nhiều các vết in các tinh thể thạch cao (và một số trường hợp có cả muối mỏ), chứng tỏ có nguồn gốc evaporit nước nông. Các đá carbonat va barit là thành phần rất ít trong các đai đá lục. Các barit này có vẻ là các tích tụ nhiệt dịch và các đá carbonat hoặc có nguồn gốc nhiệt dịch, hoặc là các đá tích tụ có liên quan đến evaporit.

Có năm môi trường trầm tích được nhận biết ở các đá lục Archei. Ở một số đá lục, như là Đới núi lửa phía bắc ở đai Abitibi có hơn một môi trường trầm tích xuất hiện ở cùng một chuỗi. Môi trường phân bố rộng nhất, đặc biệt là ở các đá lục

88

Archei sớm, là môi trường đồng bằng mafic. Ở bối cảnh này, các khối lượng basalt và komatiit phun ra tạo thành đồng bằng mafic, mà có thể nâng lên đến các độ sâu bên dưới mặt nước biển hoặc cả trồi lộ ra. Các trầm tích ở bối cảnh này bao gồm các trầm tích ở vụn thủy tinh, đá silic, thành hệ sắt dạng dải, carbonat và đôi chỗ là evaporit nước nông và barit. Các đá này hầu hết còn bảo tồn các cấu tạo nguyên thủy như các vết nứt bùn (mudcracks) , trứng cá (oolites) và các vết in thạch cao, chứng tỏ môi trường trầm tích nước nông. Môi trường thứ hai là môi trường nước sâu, không có núi lửa, trong đó đá silic hóa học và sinh-hóa, thành hệ sắt dạng dải và carbonat tích tụ. Tổ hợp thứ ba, là tổ hợp phổ graywack có liên quan đến núi lửa, rất phổ biến ở các đá lục Archei và về địa tầng thường nằm trên đỉnh chuỗi đồng bằng mafic, chủ yếu bao gồm các graywack và các đá núi lửa vôi kiềm nằm xen và có thể đá được tích tụ ở các cung đảo hoặc gần đó. Các trầm tích vụn tướng sông và biển nông có lẽ được tích tụ trong các bồn kéo toác (rift) , và các trầm tích tinh (cát kết thạch anh, …) được tích tụ ở các rift lục địa, là hai môi trường cuối cùng. Hai môi trường này nói chung không quan trọng về khối lượng trong phần lớn các đá lục Archei, mặc dù bối cảnh bồn kéo toạc khá phổ biến.

3.8.2.4 Cấu tạo và biến chất

Các teran đá lục Archei là các thể sót của các chuối bồn hoặc thềm mà đã trải qua nhiều hoạt động biến dạng với các lực ép phổ biến rộng rãi trong các giai đoạn phát triển sớm, chuyển sang các lực thẳng đứng trong khi xâm nhập các pluton chính. Các đứt gãy chồm, các nếp uốn ngả (recumbent folds) và các đứt gãy trượt bằng lớn phổ biến rộng rãi ở các đai đá lục và phần lớn các chuỗi đá lục đã trải qua hai hoặc ba thời kì biến dạng chính và biến chất. Các đá lục ở vùng Kalgorlic của Tây Nam Australia thể hiện sự trùng lặp các mặt cắt do có vô số các thứ gãy chồm và các tiếp xúc giữa các đơn vị chồng chất là các đới cắt đặc trưng bởi các mylonit. Ở các đá lục Michipicoten ở Canada các nếp uốn nằm ngả hướng mặt (facing) về các phía ngược lại đã phát triển đồng thời với các đứt gãy trược bằng chính. Ở đai Abitibi các đứt gãy trược bằng tách rời các khối có lịch sử cấu tạo và biến chất khác nhau, là những thể ngoại lai đối với nhau.

Các giai đoạn biến dạng muộn hơn ở các đá lục phản ánh các lực thẳng đứng trong khi các pluton kiểu diapir xâm nhập. Các đá biến chất có từ tướng đá lục (đôi chỗ là zeolit) đến tướng amphibolot và tướng biến chất cao thường xuất hiện quanh các rìa các đai đá lục có lẽ là do các pluton xâm nhập. Các tổ hợp khoáng vật biến chất thuộc kiểu áp suất thấp với các gradient nhiệt độ khoảng 30–500C/km

3.8.2.5 Các granitoid cộng sinh

Các granitoid có mặt cùng với các đá lục Archei gồm 3 loại: các phức hệ gneis và các batolit, các pluton diapir (đồng kiến tạo) có thành phần thay đổi và các

89

pluton granit không chỉnh hợp. Các phức hệ gneis và các batolit mà chủ yếu là tonalit, trondhjemit và granodiorit gọi tắt là dãy TTG (TTG suite) chiếm phần lớn vỏ Archei được bảo tồn. Chúng chứa nhiều thể sót lớn không bị uốn nếp của các đá vỏ trên cũng như vô số thể tù của đai đá lục vây quanh. Các tiếp xúc giữa các phức hệ TTG và đá lục nói chung là xâm nhập và thường bị biến dạng manh. Các pluton granit có từ bị phân phiến đến dạng khối, từ không chỉnh hợp đến chỉnh hợp và một số là dạng porphyr. Các nghiên cứu địa vật lý cho thấy phần lớn pluton Archei trải xuống sâu đến 15km. Các pluton diapir có sự phân phiến chỉnh hợp phát triển quanh rìa và dường như bị biến dạng trong khi tiêm nhập cưỡng bức (forceful injection). Số khác là sau kiến tạo (post-tectonic) thường có thành phần granit (nghĩa hẹp) và có các tiếp xúc không chỉnh hợp ở dạng khối ở trung tâm. Phần lớn chúng là các pluton sau kiến tạo (phi tạo núi) với các đặc trưng kiểu A.

Tất cả các granit sau kiến tạo về mặt địa hóa tương tự như các đá núi lửa felsic