3.3.2.1 T ro n g ph òng th í nghiệm
Đ ể xác định nhiệt độ đóng của khoáng vật người ta n u n s nóng khoáng vật tới các nhiệt độ khác nhau theo thời gian khác nhau. Sau đó, đo nồng độ vêt sau mỏi lần sử lý. Kết q uả đưa ra dưới dạng các đường A rrherus (hình 3.5), trong đó mỗi một đường thẳng đại diện cho m ột mức bảo tồn vết: ở bên trái sự bảo tồn bằng không (0% đường A rrhenius), ở bên phải sự bảo tồn bằng 100% (100% đường A rrhenius). Độ dốc của đường A rrhen iu s cho biết nâng lượng hoạt động tương ứng với mức độ khác nhau của quá trình nung nhiệt của các vết. Các đường này có thê được nội suy theo thời gian kéo dài của biến cô nh iệt trong địa chất. Khi đó nhiệt độ đóng được xác định. Hình 6.5 giới thiệu m ột nghiên cứu trên apatit cho thấv các đặc điểm co ngót do nhiệt ứng với khoảng thời gian 1 nghìn năm khỏng có vêt nào được ghi lại trên 210 c , va tất cá các vết đều bền vững dưới 65 °c. K hoảng giữa 65n-210nc tương ứng với đới bảo tồn vêt từng phần và nhiệt độ đóng của apatit tương ứng với đới này. N hiệt độ đóng này xác đinh trong m ột khoảng ứng với 50% vêt được bảo tốn. Với một khoang thơi gian tôi nhiêt kéo dài 105 năm , nhiệt độ đóng của apatit là 160 C cho một triệu năm. nhiệt độ đóng là 150°c và 107 năm là 140nc ...
6 .3.2.2 T ro n g lỗ khoan
N hiệt độ đo được với những kho ản e cách đéu nhau dọc theo mật căt thăng đứng
của lỗ khoan, tương ứng với m ỗi điểm đo nsười ta lây mau đê xác định tuổi vét hạch.
độ mà tại đó các vết trong apatit không còn nữa là 125°c hoặc đói khi cao hơn là
175°c.
H ình 3.7: Sự giảm m ật độ vêt của m âu apatit theo nhiệt độ tương ứng với sự gia tàng độ sâu của lỗ khoan [G leadow và Duddy, 1981],
Từ kết quả ngh iên cứu lồ khoan này cho phép dựng các đường A rrhenius, khi đối sánh với các đường cong thực nghiệm ngoại suy trong phòng thí nghiệm cho chúng ta thấy đới bảo toàn vêt từng phần trong lỗ khoan là hẹp hơn so với kết quả dự đoán bằng 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 1 / ■ . . 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 được trong hố khoang (phần trên) và trons thực nghiệm ngoại suy (phần dưới). Cho thấy giới hạn bảo toàn vết đo được trong thực nghiệm có biên độ rộ n g hơn trong lỗ khoan [Gleadovv và D uddy, 1981].
3.3. 3 Các th ò n g sô ảnh hưởng hưởng tới nhiệt độ đóng
M ột nhân tố rất qu an trọng cần tính đến khi giải thích tuổi vết hạch là nhiệt độ đóng phụ thuộc vào tỉ lệ nguội lạnh (dT/dt) của đá. Tỉ lệ nguội lạnh của đá càng nhanh số vết hạch bị ảnh hưởng bởi nhiệt càng nhỏ và do vậy nhiệt độ đóng của nó càng cao. N gược lại, sự nguội lạnh chậm các vết bị ảnh hưởng bởi nhiệt càng nhiều và nhiệt độ đóng càng thấp. D o vậy, đối với apatit, theo D odson (1979), tương ứng với tốc độ nguội lạnh thì có m ộ t sô nhiêt độ đóng khác nhau (bảng 3.1):
B ảng 3.1 : Tỉ lệ nguội lạnh và nhiệt độ dóng của apatit
Tỉ lệ nguội lạnh N hiệt độ đóng (Tị)
3 0 °c / tr.n 105°c
1 0 °c/ tr.n 98°c
3°c/ tr.n 92°c
Đối với các khoáng vật khác nhau tương ứng sẽ có các nhiệt độ đóng khác nhau như sau (bảng 3.2).
B ảng 3.2: N hiệt độ đóng của các khoáng vật theo tỉ lệ nguội lạnh. Cột cuối cùng là nhiệt độ đóng của 50% vết được bảo tổn và thời gian kéo dài tôi 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 °) 0 1° c tr.n l ° c tr.n 1 0° c tr.n 1 0 0° c tr.n Biotit 22 39 56 73 N agpaul và nnk. 1974 100 ± 2 0 C hlorit 62 80 98 116 Sharm a và nnk. 1977 100 + 25
Apatit 62 78 94 110 N aeser và Faul. 1969 130 + 30
Phlogopit 90 110 130 150 Parshad và nnk/. 1978 150 + 35
M uscovit 150 125 145 165 Lal và N agpaul. 1975 1 70 +
H om blen 99 117 135 155 Lal và nnk. 1975 1 /u Z. Z J
A ỉlanit 140 160 180 200 Saini và nnk. 1974 145 ± 23
Epidot 260 280 300 320 N aeser và Dodge. 1969 260 ± 50
G ranat 258 276 296 317 Lal và nnk. 1977 350 ± 50
Sphen 264 286 304 324 N aeser và D odge. 1969 340 ± 25
3.3.3.2. L ịch sử nhiệt của k h oán g vật
Một nhân tố khác ảnh hướng tới nhiệt độ đóng của khoáng vật là lịch sử nhiệt của nó. Đ ây là m ột yếu tố không được phép bỏ qua trong quá trinh giải thích tuổi, đặc biệt của các đá biến chất đa pha với m ột lịch sử nhiệt phức tap. Thông thường, các vêt mới sẽ dễ bị ảnh hưởng với sự cỏ nhiệt sớm hơn so với các vết đã từmg bị ảnh hường bởi nhiệt (do bị trai). Do vậy m ột khoáng vật đã trải qua m ột sự cố nhiệt sẽ bên vững hơn khoáng vật vừa kết tinh và chí chứa toàn các vết mới được hình thành. Đ iéu này có n °h ĩa là độ dài của vết có thể phát hiện được là lớn nhất. Đ iêu này sẽ giai thích phán
nào sự khác nhau về nh iệt độ đóng của các khoáng vật. N hư vậy, nghiên cứu tuổi cần phải tính đến vai trò lịch sử nhiệt của đá.
3.3.3.3 A nh hương củ a thành phần khoáng vật
G ần đây người ta thấy rằng các vết hạch trong apatit bị nung nóng, dần dần biến đôi theo thành phần h oá học: A patit C1 bển vững hơn apatit F hay OH. Hơn th ế nữa, sự phá huỷ của tia a tro n g các khoáng vật giầu u , Th làm giảm nhiệt độ đóng của hệ vết hạch trong zircon [K asuya và Naesr. 1988],
3.3.4 G iải thích tu ổi vết phân hạch
Cũng như các phương pháp khác, việc luận giải tuổi cần hiểu biết rất rõ bản chất phương pháp và k ết hợp với nghiên cứu thực địa.
T uổi vêt hạch luôn luôn là tuổi nguội lạnh, ngoài ra còn rất nhiều thông tin thu được từ phương pháp này vì m ỗi phương pháp đều có ưu điểm riêng của nó. Chúng ta xem xét m ột ví dụ lý thuyết với các trường hợp khác nhau có thể xẩy ra để thấy rõ hơn vấn đề này.
G iả sử có ba cặp nhiệt thời A, B và c với các nhiệt độ đóng tương ứng T A, T B và Tc (với giả thiết rằng T A >Tg >TC) và tuổi của chúng tương ứng là tA, tB, và tc. Cách biểu diễn và luận giải tuổi được m inh hoạ theo hình 3.9.
3.3.4.1 T rường hợp n gu ội lạnh nhanh
Đ ây là trường hợp điển hình với các đá phun trào (hình 3.9-1). 3 cặp nhiệt thời A,B và c trùng hợp với nhau (tA = tB = tc). Chúng xác định m ột tuổi tương ứng với thời gian kết tinh của đá.
3.3.4.2 T rường hợp n gu ội lạnh chậm
V í dụ như m ột khối granit nâng trồi dần lên bề m ặt và sự nguội lạnh diễn ra chậm (hình 3.9-2). Ở đây 3 cặp nhiệt thời A, B, c sẽ không tương thích tA> tB>t0 và
tuổi của chúng đưa tuổi của quá trình nguội lạnh tương ứng với các nhiệt độ nóng. Tỉ lệ nguội lạnh có thể được tính nếu nhiệt độ đóng T A. T B. và Tc được biết chính xác.
3.3.4.3 T rư ờng hợp m ột biến có nhiệt đã tác động vào đá và nguội lanh nhanh
Đ ó là trường hợp các đá đã nguội lạnh và sau đó bị tái nung nóng bàng m ột hoạt động xâm nh ập của m ộ t filon xuyên cắt qua nó (hình 3.9-3). Tuổi vết hạch từ 3 nhiệt
thơi là trùng hợp và tuổi thu được là tuổi xâm nhập của filon xuyên cắt. Đê có được tuổi xâm nhập của m ẫu thì cần lấy m ẫu xa filon này.
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 của đá ; (2) nguội lạnh chậm tA , t B , tc = tuổi nguội lạnh ; (3) ảnh hưởng của m ột vài sự kiện nh iệt kiến tạo đi với quá trình nguội lạnh nhanh, tA = tB = tc = tuổi của các sự k iện nhiệt kiến tạo ; (4) ảnh hưởng cúa m ột số sự kiện nhiệt kiến tạo đi với quá trình nguội lạnh chậm , tA , tB , tc = tuổi nguội lạnh của các sự kiện nhiệt ; (5) ảnh hưởng của sự kiện nh iệt kiến tạo diễn ra nhanh tA = tuổi của đá, tB = tc = tuổi của sự
kiện nhiệt kiến tạo ; (6) ảnh hưởng bởi m ột sự kiện nhiệt độ thấp khi đó tA = tuối của
đá và tB = tuổi trung ?ian (tA > tB > tc), tc = tuổi sự kiện hoặc tuổi nguội lạnh.
3.3.4.4 T rư ờng hợp m ột biến cỏ nhiệt xẩy ra và nguội lanh chậm
Sử dụng nh iều nhiệt thời cho thấy rằng sư điểu chỉnh nhiệt diễn ra rất chụm (hình 3.9-4).
3.3.4.5 T rư ờng hợp sự kiện nhiệt rát ngán
Do thời gian k éo dài của biến cố nhiệt có V n sh ĩa k h ồne đáng kế đối với sự bền
độ cao (ví dụ như zircon hay sphen). Trong trường hợp đó, nhiệt thời A không bị ảnh hưởng bởi biến cố này ; ngược lại nhiệt thời B và c, là các nhiệt thời nhiệt độ thấp hon nên sẽ ghi nhận được các biến cố này (hình 3.9-5).
3.3.4.Ó. T rường hợp củ a biến c ố nhiệt nhiệt độ thấp
N ếu m ộ t đ á hơi bị nung nóng sau khi đã kết tinh các nhiệt thời nhiệt độ cao A sẽ không ghi lại biên c ố này. M ặt khác, nhiệt thời c sẽ bị đặt về khỏne và tuổi ghi nhận sẽ là tuổi của b iến cô này (hình 3.9-6). N hiệt thời B với nhiệt độ đóng nằm giữa A và c , sẽ có m ột vài vết bị tái nung nóng và sẽ ghi lại tuổi tB trung gian : t A<tB< tc.
3.3. 5 H iệu chỉn h tuổi biểu kiến
M ột khoáng vật vừa nguội lạnh chậm , lại bị tái nung nóng bởi một biến cố nhiệt nằm trong đới bảo toàn từng phần vết thì tuổi của nó trẻ hơn thời điểm m à tại đó nó kết tinh. W agn er (1969) đã đề xuất m ột phương pháp hiệu chỉnh giá trị tuổi này bằng việc sử dụng chiều dài củ a các vết.
3.3.5.1 N gu yên lý của phương pháp hiệu chỉnh tuổi biểu kiến
V iệc hiệu ch ỉn h được thiết lập bằng m ối liên hệ giữa sự co ngót chiều dài trung bình của vết (L) và m ật độ vết (D) trong điều kiện gia tâng nhiệt và thời gian nung nóng, Sự liên hệ giữa mức độ co ngót chiều dài vết (L/Lf,) và sự giảm nồng độ vết (D /D n) là m ột đường thẳng đối với phần lớn các khoáng vật.
H ìn h 3.10: Q uan hệ giữa sự co ngót chiểu dài vết và sự giảm mật độ vết
Sau khi nu n g nó n g hoàn toàn vét của khoáng m ầu. mẫu được kích hoạt trong m ột lò phản ứng dưới m ột dòng nơtron nhiệt chậm , nhằm tạo ra m ột tập hơp vêt mới có chiều dài L, = L max. So sánh chiểu dài trung bình vết hoá thạch Lp và chiều dài trung bình vết mới được sinh ra (Lj) trong m ẫu cần xác định tuổi, chúng ta có thê xác đinh được độ dài vết đã co ngót do ảnh hướng của m ột sự cô' nhiệt. Nếu Lp= Lị. các vết hoá
thạch không bị ảnh hưởng bời sự cô nhiệt, tuổi đo được là tuổi có ý nghĩa và tương ứng
với thời điểm m à tại đó k h o á n s vật đã vượt qua đới khống báo tồn tới đới bảo tổn từng phần. N ếu Lp < L[, thì các vết đã bị co ngót do m ột sự cố nhiệt, tuổi đo được là tuổi biểu kiến và cần phải hiệu chinh. M ột loạt các vết sinh ra do kích hoạt bị co ngót đã cho phép xây dựng đường cong như ở hình 3.10. Trong đó. với ti số L p / L ị từ đường
cong ở trên cho phép xác định được phần trãm nồng độ vết hoá thạch (Dp) bị “m ất” do sự co ngót các vết đã được sinh ra. N ếu phần trăm nồng độ vết m ất là X, khi đó m ật độ h iệu chỉnh là “m ật độ đo + (100-X ) m ật độ đo ” và khi đó tuổi đã hiệu chỉnh có thể tính
được.
3.3.S.2 Ưu điểm và hạn chê của phương pháp hiệu chỉnh tuổi biểu kiến
Phương pháp này cho phép hiệu chỉnh các tuổi bị trẻ hóa, tuy nhiên, nó chỉ có thể áp dụng trong các trường hợp m à uran phân bố đồng nhất vì việc thiết lập đường cong giảm m ật độ phụ thuộc vào sự co ngót chiều dài vết xuất phát từ nhiều m ẫu đại diện của m ột khoáng vật m uốn xác định tuổi. Vì vậy, nó có thể được sử dụng các mảnh thuỷ tinh, m ica và apatit, sphen hoặc zircon. M ạt khác phương pháp này cần tiến hành tôi nhiệt trong phòng thí nghiệm sao cho không ảnh hưởng tới các đặc tính của khoáng vật. M ột điểm khác cần chú ý là độ chính xác của tuổi đã hiệu chỉnh bằng phương pháp
này có thể không hoàn toàn chính xác vì sẽ có m ột vài sai sót sinh ra do quá trình tính
toán, do các giá trị đọc từ đường cong và do các phép đo các thông số Lp và L|, sai số của Dp hiệu chỉnh là lớn hơn sai số trong Dp đo.
M ặt khác, việc đo chiều dài vết đôi khi cho phép giải thích các tuổi trung gian. H ình dáng của sơ đồ cột về sự phân bố của chiều dài vết hoá thạch trong m ột khoáng vật đưa ra thông tin về lịch sử nhiệt của nó. N ó cho phép phân biệt giữa các trường hợp khoáng vật đã nguội lạnh chậm (hình 3,1 la ) hoặc trải qua m ột biến cố nhiệt thấp (hình 3.11 b). K hoáng vật nguội lạnh chậm cho m ột biểu đồ có một pic duy nhất và bất đối xứng (hình 3.1 la ). Trường hợp khoáng vật bị tác động bởi m ỏt sự cố nhiệt sẽ cho biếu đổ dạng hai píc (hình 3.11b): tất cả các vết đã tồn tại trước biến cố nhiệt sẽ trải qua cùng mức co ngót nh iệt và tạo ra m ột pic bên trái của biểu đồ; và một tập hợp mới các vết hoá thạch dài hơn tạo thành sau sự cố nhiệt sẽ tạo ra m ột pic ở bên phải.
0 5 1 0 1 5 Ọ 5 1 0 1 5
H ìn h 3.11:B iến th iên của nhiệt độ theo thời gian cho (a) khoáng vật nguội lạnh chậm (b) khoang vật bị tác động bởi m ột sự cô nhiệt. H ình dáng của biểu đồ cột biểu diễn sự phân b ố chiều dài vết ho á thạch cho các apatit (a ’) nguội lạnh chậm , (b ’) trải qua một biến cố nhiệt khác.
N hư v ậy , việc đo chiêu dài vết sẽ cho biêt khoáng vật đã bị tác động nhiệt hav không (có ng h ĩa là trong trường hợp Lp < Lj) và nếu nó đã bị tác động, biểu đổ cột đưa ra sự phân bô các chiều dài vêt cho phép chúng ta phân biệt sự nguội lạnh chậm và m ột biên cô nhiệt thấp đã tác động vào. Thông tin này là nền tảng đối với địa chất và phương pháp tuôi vết phân hạch, m ột phương pháp duy nhất có thể cung cấp thông tin
này.
3.3.6 H iệu chinh tu ôi biêu kiên bằng phương pháp tuổi mặt bằng
Tuổi của m ẫu bị trẻ hoá dưới tác động của m ột biến cố nhiệt. Q uá trình này liên qua tới sự co n gót chiều dài của vêt. Thực vậy những vết sinh ra do kích hoạt dễ nhìn thấy hơn các vêt hoá th ạch vì m ột phần các vêt này không được nhìn thấy. Kết quả là, hiệu ứng tẩy rửa axít củ a các vêt được sinh ra do kích hoạt tốt hơn các vết hoá thạch. Vì vậy, trong phương trình tuổi, tỉ số của hiệu ứng tẩy axít r| 23«/ti235 không bằng 1 vì
Ĩ Ì 2 Ĩ S > 1235- B ằ n g v i ệ c s ử d ụ n g p h ư ơ n g p h á p t u ổ i m ặ t b a n g , g i á tr ị c ủ a tỉ s ố n à y c ó th ể
đưa về bang 1 và như vậy tuổi đã được hiệu chỉnh.
3.3.6.1 N gu yên lý của phương pháp hiệu chỉnh tuổi biểu kiến
N ung nóng các vết được sinh ra do kích hoạt cùng nhiệt độ m à các vết hoá thạch đã trải q ua sao ch o Tl23«/r l235 = 1 và phương trình (3.3) cho ra m ột tuổi có V nghĩa địa chất, như vậy tuổi đã được hiệu chỉnh. Tuỳ thuộc vào việc biểu diễn, chúng ta có thể tiến hành theo hai cách : (1-kỹ thuật đẳng thời) nung nóng liên tiếp các vết với sự gia