a. Đỏ hoa canxit
5.2.2.Điều kiện thành tạo corindon An Phỳ
Nhiệt độ, ỏp suất thành tạo của corindon đƣợc xỏc định dựa trờn điều kiện xảy ra phản ứng biến chất hỡnh thành cỏc tổ hợp cộng sinh khoỏng vật chứa corindon.
Dựng chƣơng trỡnh PTAX - version 1.0 của Th. Brown, RG Berman; EH Perkins, 1988, 1989 để tớnh toỏn cỏc điều kiện p - T xảy ra phản ứng biến chất.
Đỏ hoa canxit, canxit dolomit chứa corindon, spinel gồm cỏc hợp phần húa học KCMFASH, hỡnh thành cỏc đới khoỏng vật cộng sịnh với corindon và spinelt. Vỡ vậy, hợp phần húa học để đƣa vào tớnh toỏn quỏ trỡnh xảy ra cỏc phản ứng biến chất gồm Ca, Mg, Al, Fe, K, H, Si, C, O; cỏc pha khoỏng vật là những khoỏng vật xỏc định đƣợc trờn lỏt mỏng thạch học gồm corindon, spinel, amphibon, olivin, phlogopit, canxit, dolomit,.. Kết quả là thời điểm xảy ra cỏc phản ứng (Bảng 5.8).
Bảng 5.8. Nhiệt độ và cỏc phản ứng biến chất tớnh theo chƣơng trỡnh PTAX
TT Tổ hợp Nhiệt độ Phản ứng Số phản
ứng
1 755 - 550 Do +/- Cc + Spi + Fo 755 - 706 2Al 3+
+ 2SiO44- + Mg2+ + 4CO3- = Spi + 2Fo + 4CO2 1 685 - 550 Chl + 2Mg2+ + 2CO3
2-
= Spi + 3Fo + 4W + 2CO2 2
2 739 - 581 Do +/- Cc + Spi + Fo + Amp + Phl +/- Cor
787 - 650 6An + 4Chl = 31Spi + 5Cor + 13W + 3Amp 3 739 - 685 4Cc + 11Chl = 11Spi + 17Fo + Amp + 42W + 4CO2 4 731 - 581 6Do + 24Fo + 13Kfs = 3Amp + 13Phl + 12CO2 5 693 - 631 13Chl + 4Do = 13Spi + 23Fo + 2Amp + 50W + 8CO2 6
3 734 - 618 Do +/- Cc + Spi + Amp
734 - 650 17An + 5Cc + 18 Chl = 35 Spi + 11Amp + 61W + 5CO2 7 729 - 703 Chl + 13SiO4
4-
+ 10Mg2+ + 4Ca2+ + 8Al3+ = 5Spi + 2Amp + 2W
8
722 - 706 18Fo + 11An + 5W + CO2 = Cc + 11Spi + 5Amp 9 710 - 680 43Mg + 12Ca2+ + 50SiO4 4- + 26Al3+ + 6W + 2CO2 = Do + 13Spi + 6Amp 10 706 - 658 8Al3+ + 8SiO4 4- + 2Ca2+ + 7CO3 2- + W = 4Spi + Amp + 7CO2 11
704 - 685 6 Ca2+ + 8Chl + 11CO2 = 8Spi + 17Mg2+ + 3Amp + 29W 12 687 - 650 23An + 22Chl + 5Do = 45pi + 14Amp + 74W + 10CO2 13 665 - 631 23Cor + 6Do + 8Chl = 31Spi + 3Amp + 29W + 12CO2 14 662 - 618 13Cor + 2Do + 8Fo + W = 13Spi + Amp + 4CO2 15
TT Tổ hợp Nhiệt độ Phản ứng Số phản ứng
Mg2+ + 2Al3+ + 6CO3 2-
= MgAl2O4 (spinel) + 6CO2 + O2 17
5 703 - 593 Do +/- Cc + Spi + Fo + An
703 - 619 2Cc + 5Chl = 3Spi + 11Fo + 2An + 2CO2 + 20W 18 676 - 648 6Cor + Do + 2Fo = 5Spi + An + 2CO2 19 662 - 645 11Cor + 2Do + Amp = 7Spi + 4An + W + 4CO2 20 653 - 593 3Cc + 11Cor + 2Chl = 10Spi + 3An + 8W + 3CO2 21 6 593 - 531 Cc +/- Do + Mrg + Chl 593 - 531 10Spi + 14An + 3CO2 + 19W = 11Mrg + 2Chl + 3Cc 22
7 693 - 550
Cc + Cor + Phl + Amp + Phl + An
Cc + Cor
693 - 550 18An + 12Chl + 5Ms = 35Cor + 9Amp + 5Phl + 39W 23 620 - 549 3Mg2+ + 3CO32- + Mus = Cor + Phl + 39W 24 591 - 550 13An + 5Sp + 2CO2 + 10W = Amp + 9Mrg + 2Cc 25 581-553 8An + 5Do + W = Amp + 4Mrg + 7Cc + 3 CO2 26
594 - 553 Mrg = Cor + An + W 27
Cỏc phản ứng biến chất đƣợc xột trong điều kiện ỏp suất từ 1.5 đến 5.5kbar. Trong đú, tại thời điểm p = 5.5kbar thỡ cỏc phản ứng cho tổ hợp phự hợp nhất với tổ hợp khoỏng vật xỏc định trờn lỏt mỏng.
Cơ chế hỡnh thành nờn những đới, tổ hợp khoỏng vật nhƣ trờn do phản ứng giữa cỏc khoỏng vật, kết hợp với quỏ trỡnh thấm lọc, tỏi tập trung cỏc nguyờn tố húa học (Al, Mg, Ca, Fe, K..) nhờ vai trũ dũng fluid (chứa F, Cl, OH,..) ở điều kiện nhiệt độ khoảng 750 đến 550oC, ỏp suất khoảng 5.5kbar, là quỏ trỡnh biến chất đỏ cacbanat bị điều khiển bởi sự thấm lọc - metamorphism driven by infiltration. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ban đầu là sự hỡnh thành cỏc đới với cỏc tổ hợp chứa spinel, tiếp theo là cỏc đới chứa corindon.
Quỏ trỡnh hỡnh thành spinel xẩy ra cựng với việc giải phúng CO2 và H2O (W) và kết thỳc khi phản ứng dehydrat chiếm ƣu thế, spinel sẽ bị phỏ hủy do phản ứng với khoỏng vật anoctit (phản ứng số 22 đƣợc ghi nhận trong mẫu LY140 – Hỡnh 5.34). Tại những nơi spinel tiếp xỳc với anoctit thỡ khoỏng vật clinoclo và margarit đƣợc hỡnh thành.
Mụi trƣờng thuận lợi để kết tinh corindon là đỏ cacbonat canxi giàu nhụm, pCO2 > pH2O. Nếu mụi trƣờng giàu magie - chứa khoỏng vật dolomit – và tỷ lệ pH2O > pCO2 thỡ corindon sẽ bị phỏ hủy và chuyển thành khoỏng vật spinel (phản ứng số 14 đến 16, 19 đến 21), đến khi CO2 chiếm ƣu thế thỡ corindon lại đƣợc hỡnh thành (phản ứng số 24 đến 28).
Điều này phự hợp với những tớnh toỏn của Gaston Giuliani, 2003. Khi nghiờn cứu về thành phần bao thể của corindon trong đỏ hoa An Phỳ, Gaston Giuliani đó tớnh đƣợc tỷ lệ mol của H2O và CO2 trong cỏc bao thể xấp xỉ 10-2 và kết luận corindon kết tinh trong mụi trƣờng giàu CO2 và nghốo H2O và trong điều kiện nhiệt độ, ỏp suất cao thỡ nhụm dễ dàng di chuyển.
Nguồn cung cấp những nguyờn tố Al, Fe, Ca, K, Si,.. là những khoỏng vật: clorit, kaolinit, hydromica, feldspar,.. nằm ngay trong tầng đỏ cacbonat hệ tầng An Phỳ. Đỏ cacbonat hệ tầng An Phỳ phủ chỉnh hợp lờn cỏc đỏ của hệ tầng Thỏc Bà (đỏ phiến thạch anh hai mica, thạch anh biotit,.. do biến chất từ đỏ sột), thuộc nhúm đỏ chuyển tiếp giữa đỏ vụi và sột. Theo lý thuyết, nhúm đỏ này chứa đến 5% hàm lƣợng là khoỏng vật sột.
Về nguyờn tố Cr, đõy là nguyờn tố cú hành vi địa húa khụng ổn định trong quỏ trỡnh ngoại sinh. Cr cú thể cú hàm lƣợng rất cao hoặc rất thấp trong đỏ trầm tớch húa học. So sỏnh hàm lƣợng nguyờn tố Cr trong đỏ hoa chứa corindon An Phỳ với hàm lƣợng trung bỡnh trong đỏ cacbonat cú thể thấy chỳng trội hơn, tuy nhiờn phổ biến vẫn ở hàng chục ppm và khụng cú sự đột biến. Nhƣ vậy cú thể cho rằng, nguồn cung cấp Cr để corindon An Phỳ cú màu đỏ là nguồn tại chỗ, chỳng đƣợc làm giàu cựng với quỏ trỡnh làm giàu cỏc nguyờn tố Al, Fe, Ca, K, Si,.., trƣớc khi hỡnh thành corindon.
Tuổi của corindon là 31.0+/-1.0 triệu năm (Phạm Văn Long, 2003). Trong khi đú, thời gian thành tạo của thõn pegmatit kim loại kiềm hiếm, chứa tuamalin, lepidolit, amazonit (là cỏc khoỏng vật giàu chất bốc Bo, F, OH) trong khu vực cú tuổi 30.58+/-0.67 triệu năm (Ngụy Tuyết Nhung và nnk, 2008). Nhƣ vậy, cú thể cho rằng, dũng fluid thỳc đẩy quỏ trỡnh biến chất thấm lọc hỡnh thành nờn corindon và spinel cú quan hệ chặt chẽ với cỏc hoạt động magma chứa kim loại kiềm hiếm trong khu vực. Sự cú mặt của của dũng fluid giàu F, Cl, OH đƣợc phản ỏnh rừ trong thành phần húa học của cỏc khoỏng vật tổ hợp với corindon và spinel nhƣ pargasit (amphibon), clinohumit, phlogopit (Bảng 5.7),..
Để tớnh toỏn điều kiện nhiệt độ của quỏ trỡnh biến chất, ngoài việc sử dụng phƣơng phỏp phõn tớch tổ hợp khoỏng vật cộng sinh, nghiờn cứu sinh cũn sử dụng cặp nhiệt kế canxit - graphit theo giỏ trị đồng vị bền của carbon.
Đồng thời với quỏ trỡnh biến đổi khoỏng vật trong quỏ trỡnh biến chất là quỏ trỡnh biến đổi đồng vị carbon xảy ra giữa graphit và cỏc khoỏng vật cacbonat và trong bản thõn chỳng (giữa đồng vị 12
C và 13C). Sự tồn tại đồng thời giữa đồng vị 12
C và 13C trong graphit, canxit và tỷ lệ giữa chỳng rất nhạy cảm với nhiệt độ của mụi trƣờng thành tạo nờn chỳng đó đƣợc ngƣời ta ứng dụng làm phộp đo nhiệt để xỏc định nhiệt độ của cỏc thành tạo chứa chỳng. Phƣơng phỏp đo đồng vị carbon cặp khoỏng vật canxit - graphit dựa trờn sự thay đổi tỷ lệ cỏc hợp phần đồng vị carbon (13C/12C) của canxit và graphit trong quỏ trỡnh biến chất. Quỏ trỡnh này diễn ra giữa cỏc hợp phần carbon khỏc nhau trong hệ hay chớnh trong cỏc khoỏng vật cacbonat và graphit đó đƣợc hỡnh thành. Tỷ lệ đồng vị của carbon trong cỏc khoỏng vật này đƣợc tớch lũy ổn định khi cõn bằng của hệ đạt trạng thỏi nhiệt động cao nhất
(quỏ trỡnh kết tinh). Trong quỏ trỡnh nguội lạnh của hệ, tỷ lệ 13C/12C hầu nhƣ khụng thay đổi (Valley et al, 1992). Cụng thức chung để tớnh 13
C là: 13
C = [13C/12Cmẫu /13C/12Cchuẩn - 1] x 103
Qua thực nghiệm, Kitchen và Valley đó xõy dựng đƣợc biểu đồ quan hệ giữa giỏ trị 13C của khoỏng vật graphit, canxit và nhiệt độ thành tạo.
Khoỏng vật graphit và canxit đƣợc tỏch ra từ đỏ hoa (Hỡnh 4.13) để xỏc định 13 C. Cỏc giỏ trị 13
C của graphit, canxit (Bảng 5.9) trờn biểu đồ (Hỡnh 5.35) cho phộp xỏc định nhiệt độ thành tạo cặp khoỏng vật này khoảng 550 – 750o
C.
Bảng 5.9. Giỏ trị 13C của graphit và canxit trong đỏ hoa Lục Yờn
(Phõn tớch tại Viện Khoa học Trỏi Đất,Viện Hàn Lõm Sinica, Đài Loan)
KHM 13C Canxit 13C Graphit LY101 1.5 -2.6 LY122 0.9 -2.7 LY123 1.8 -3.0 -6.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 -4.0 -2.0 0.0 LY122 LY101 LY123 900C o 800C o 700C o 1 3 0 C ( / ) g ra p h it 00 13 0 Ccanxit ( / )00 Hỡnh 5.35. Vị trớ cỏc mẫu đỏ hoa An Phỳ trờn biểu đồ quan hệ 13C của graphit, 13C canxit và sự phõn bố cỏc đƣờng đẳng nhiệt (theo Kitchen and Valley, 1995)