3.1.1. Tướng biến chất
Một tướng biến chất là một bộ gồm nhiều tổ hợp cộng sinh khoáng vật biến chất, chúng xuất hiện có tính quy luật trong không gian và thời gian, trở thành tiêu chí để nhận biết về mối quan hệ giữa thành phần khoáng vật và thành phần nguyên thủy của đá bị biến chất [12]. Escola (1915) cho rằng các đá thuộc các tướng khác nhau thì được thành tạo ở những điều kiện P – T khác nhau. Trên cơ sở đó các tác giả khác sau này đã bổ sung và xây dựng được biểu đồ tướng biến chất khái quát (hình 3.1).
1. Tướng zeolit: Là tướng biến chất nhiệt độ thấp và áp suất thấp, thường liên quan đến quá trình biến chất chôn vùi ở đáy các bồn trầm tích có quy mô khu vực. Khoáng vật điển hình zeolit.
2. Tướng prenit - pumpelit: là tướng biến chất nhiệt độ thấp - áp suất trung bình. Tổ hợp khoáng vật điển hình là prenit và pumpelit.
3. Tướng phiến xanh: là tướng biến chất nhiệt độ trung bình thấp - áp suất cao thường xuất hiện trong các đới hút chìm. Tổ hợp khoáng vật đặc trưng là glaucophan, lausonit hoặc epidot (+ albit và clorit).
4. Tướng phiến lục: là tướng biến chất nhiệt độ - áp suất trung bình thấp, thường xảy ra ở các đai tạo núi. Tổ hợp khoáng vật đặc trưng là clorit, albit, epidot (hoặc zoizit), actinolit.
27
, thường xuất hiện trong đai tạo núi. Tổ hợp khoáng vật điển hình là plagioclas (albit - oligoclas), hornblend, epidot, granat.
6. Tướng amphibolit: là tướng biến chất nhiệt độ - áp suất trung bình cao, cũng thường xuất hiện trong các đai tạo núi. Tổ hợp khoáng vật điển hình là plagioclas (oligoclas - andesin), hornblend, granat.
7. Tướng granulit: là tướng biến chất nhiệt độ cao, áp suất từ thấp đến cao, xuất hiện trong các đai tạo núi. Tổ hợp khoáng vật điển hình là pyroxen thoi (pyroxen một nghiêng, plagioclas, hornblend, granat).
8. Tướng eclogit: là tướng biến chất áp suất cao và nhiệt độ từ trung bình thấp đến cao, thường xuất hiện trong đới hút chìm. Tổ hợp khoáng vật đặc trưng là pyroxen omphacit, granat.
3.1.2. Một số đặc điểm của các đá granulit
Granulit hình thành ở điều kiện nhiệt độ cao (> 650 0
C) và áp suất từ trung bình đến cao (3 – 15 Kbar), thường trong quá trình biến chất khu vực. Trong một số trường hợp, granulit có thể hình thành ở nhiệt độ trên 10000
Granulit mafic là đá biến chất ở tướng granulit từ đá nguyên thủy là magma mafic đến siêu mafic, đại diện cho đá có nguồn gốc sâu vỏ lục địa. Đá có thành phần khoáng vật chủ yếu gồm: pyroxen (cả xiên và thoi), plagioclaz, thạch anh,
C.
Dựa vào nguồn gốc đá nguyên thủy trước khi bị biến chất có thể chia ra làm hai loại: granulit pelit và granulit mafic.
Granulit pelit là đá biến chất ở tướng granulit từ đá nguyên thủy là các trầm tích sét. Đá có cấu tạo gneis dạng khối, cấu tạo song song đã trải qua sự biến chất nhiệt độ cao, hạt trung bình – thô với kiến trúc hạt biến tinh. Đá bao gồm chủ yếu là K-feldspar, thạch anh, plagioclaz, sillimanit, cordierit, granat và đôi khi có orthopyroxen..., với tổ hợp khoáng vật cộng sinh tiêu biểu gồm granat + sillimanit + cordierit + biotit.
28
granat và có thể có amph ibol..., với tổ hợp khoáng vật cộng sinh tiêu biểu gồm granat + clinopyroxen + orthopyroxen + thạch anh.
29
3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.2.1. Phương pháp nghiên cứu ngoài trời 3.2.1. Phương pháp nghiên cứu ngoài trời
Với đối tượng của luận văn chủ yếu là các thành tạo biến chất tướng granulit có đặc điểm là sự đa dạng về pha biến chất. Vì vậy, phương pháp khảo sát thực địa được tiến hành nhằm làm sáng tỏ diện phân bố, quy mô phân bố. Quan sát mối quan hệ không gian, thời giancủa đối tượng nghiên cứu với các đá vây quanh cũng như với các thành tạo magma trong khu vực .Đồng thời khảo sát đặc điểm cấu trúc và các yếu tố kiến tạo trong khu vực, từ đó luận giải được mối liên quan đến quá trình hình thành và phát triển của các đá biến chất. Bên cạnh đó, sơ bộ xác định thành phần khoáng vật của đối tượng nghiên cứu ngay ngoài thực địa. Thu thập các loại mẫu phục vụ công tác nghiên cứu trong phòng.
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu trong phòng
3.2.2.1. Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học bằng kính hiển vi phân cực phân cực
Mục đích của phương pháp phân tích lát mỏng thạch học là nhằm xác định thành phần khoáng vật, xác định mối liên quan giữa chúng, xác định tên đá, sơ bộ tướng biến chất của đối tượng nghiên cứu.Trên cơ sở phân tích đặc điểm khoáng vật học, đặc điểm kiến trúc, cấu tạo của đá trên lát mỏng thạch học, từ đó xác định tổ hợp khoáng vật cộng sinh, nhận dạng các phản ứng giữa các khoáng vật hình thành nên tổ hợp cộng sinh đó.
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn, tác giả đã trực tiếp thu thập mẫu cho nghiên cứu thạch học đảm bảo tiêu chuẩn mẫu tươi, đại diện. Các mẫu đã được tác giả tiến hành gia công và phân tích trên kính hiển vi phân cực Zeiss. Kết quả đã xác định được những kiến trúc, tập hợp khoáng vật đặc trưng cho các thành tạo biến chất tướng granulit khu vực KRoong.
30
3.2.2.2. Phương pháp phân tích tổ hợp cộng sinh khoáng vật
Phương pháp phân tích t ổ hợp cộng sinh khoáng vật là một phương pháp cơ bản trong nghiên cứu thạch học nói chung và thạch học đá biến chất nói riêng. Đây là phương pháp d ựa trên cơ sở phân tích đặc điểm của các tổ hợp khoáng vật để luận giải về điều kiện địa chất và điều kiện hoá lí trong quá trình thành tạo của các đá đó.
Phương pháp phân tích tổ hợp cộng sinh khoáng vật dùng trong nghiên cứu các đá biến chất được dựa trên nguyên lý cơ bản của biến chất đó là: Mỗi tổ hợp khoáng vật cộng sinh trong đá biến chất được đặc trưng bởi một trường tồn tại có điều kiện P,T nhất định. Sự thay đổi hay phá vỡ cân bằng về điều kiện P,T sẽ dẫn đến sự hình thành các tổ hợp công sinh khoáng vật mới. Sự tồn tại hoặc mất đi của một tổ hợp khoáng vật trong các đá biến chất đều tuân theo các định luật nhất định về cân bằng pha của nhiệt động học. Do vậy, trên cơ sở phân tích tổ hợp khoáng vật cộng sinh trong đá, sẽ xác định được tướng biến chất của chúng.Nghiên cứu sự có mặt của các tổ hợp khoáng vật trong đá là cơ sở để luận giải trường biến chất, cũng như bối cảnh biến dạng kiến tạo mà các đá đã trải qua.
3.2.2.3. Phương pháp EPMA
a.Nguyên lý
Thiết bị bao gồm súng điện tử, với nguồn là sợi đốt volfram hoạt động trong chế độ thế có gia tốc điều chỉnh theo bước từ 0,2 đến 40 kV và cường độ dòng của đầu dò điện tử từ 10-12
- 10-5A. Kích thước của đầu dò điện tử có thể nhỏ tới 1nm- 1µm, và cường độ 1pA-1µA trên điểm phân tích. Khi mẫu vật bị bắn phá bởi chùm tia điện tử hội tụ có năng lượng cao để phân tích thành phần hoá học của một vùng có thể tích nhỏ cỡ micromet. Một trong các tín hiệu thu được là các photon tia X đặc trưng của các nguyên tố hoá học có mặt trong mẫu phát ra từ phần thấp của vùng thể tích bị kích hoạt và được thu, xử lý, ghi lại dưới dạng phổ và hình ảnh tia X.
31
Các tín hiệu thứ sinh cơ bản khác như điện tử thứ sinh (SE), điện tử phản xạ ngược (BE) được thu và xử lý bằng phổ kế tán xạ năng lượng (EDS) và phổ kế tán xạ bước sóng (WDS) cho ra các loại hình ảnh cấu trúc, địa hình và thành phần của khoáng vật được phân tích.
b. Ứng dụng
Bằng cách đo cường độ của các vạch phổ đặc trưng của các nguyên tố có mặt trong mẫu so sánh với cường độ của các nguyên tố trong mẫu chuẩn đã biết chính xác thành phần. Từ đó có thể xác định nồng độ tuyệt đối của các nguyên tố tương ứng tại điểm phân tích. Phương pháp được áp dụng để phân tích chính xác thành phần hóa học của các khoáng vật, trên cơ sở hàm lượng các các nguyên tố có mặt trong mỗi loại khoáng vật dưới dạng % trọng lượng các oxit (ví dụ: SiO2, Al2O3
3.2.2.4. Phương pháp nhiệt – áp kế địa chất
).
Bên cạnh đó, bằng cách quét chùm tia điện tử trên diện tích hay tuyến vạch sẵn và thể hiện cường độ vạch phổ đặc trưng của một nguyên tố nào đó có thể cho ra hình ảnh phân bố của nguyên tố đó trên vi vùng hoặc tuyến. Phương thức phân tích này đặc biệt hữu hiệu khi mẫu vật phân tích có thành phần không đ ồng nhất, phân đới như Grt.
- Nguyên lý:Địa nhiệt áp kế là phương pháp áp dụng tính toán nhiệt động học địa hóa nguyên tố trong thạch học, theo đó một hệ khoáng vật được sử dụng để xác định P–T, giá trị mà tại đó tương ứng với điều kiện tổ hợp khoáng vật xem xét được cân bằng về nhiệt động học theo một phản ứng khoáng vật học nào đó (hình 3.2) trong quá trình biến chất [19].
Như vậy, mọi thay đổi về thành phần hoá học của tổ hợp các khoáng vật trong quá trình biến chất đều gắn với sự thay đổi nhiệt độ và áp suất. Do đó, thành phần hoá học của khoáng vật là chỉ thị rất nhạy cảm sự thay đổi về điều kiện nhiệt độ và áp suất. Vì vậy với một số khoáng vật tồn tại cân bằng, chúng ta có thể xác định điều kiện P - T của chúng thông qua kết quả phân tích thành phần hoá học [19].
32
Hình 3.2: Biểu đồ P – T lý thuyết về cơ sở xác định điều kiện P – T cho tổ
hợp khoáng vật tại một điểm cân bằng.
- Tiến hành tính toán nhiệt áp - kế áp dụng trong luận văn: Sử dụng phần mềm tính toán nhiệt áp kế địa chất (hình 3.3) là phần mềm GPT củaJoan Reche and Francisco J. Martinez (1996), dựa trên cở sở cân bằng địa nhiệt kế Granat - Biotit của Ferry & Spear (1978) và được vẽ theo Thermocal, 2001.
Hình 3.3: Giao diện phần mềm tính toán điều kiện P-T trong luận văn (Joan
33
3.3. CÔNG CỤ HỖ TRỢ
Để xử lý kết quả từ các phương pháp nghiên cứu nêu trên, luận văn đã sử dụng một số phần mềm ứng dụng như:
- Sử dụng Microsoft Office Excel: Xử lý toàn bộ các kết quả phân tích (hóa silicat, EPMA...) nhằm hiểu rõ về thành phần vật chất (thành phần khoáng vật, thành phần hóa học) của đối tượng nghiên cứu. Ứng dụng vào tính toán điều kiện P – T cho các đá granulit khu vực KRoong.
- Sử dụng phầm mềm Mapinfo số hóa lại bản đồ địa chất 1:10.000 cho vùng KRoong trên cơ sở bản đồ địa chất 1:200.000 tờ Măng Đen – Bồng Sơn [17].
34
CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CÁC ĐÁ
GRANULIT KHU VỰCKROONG
4.1. Đặc điểm phân bố các đágranulitkhu vực KRoong.
Vùng nghiên cứu thuộc khu vực xã KRoongvới diện tích khoảng 40 km2
Đặc biệt, trên khe nhánh Lảng Khảng của bờ phả i Đak Pưngvà ở thượng nguồn suối Pnăm (hình 2.2) đã phát hiện đá có thành phần siêu mafic giàu spinel và corindon chứa khoáng vật hiếm saphirin, phân bố cùng diện phát triển granulit và
nằm trên phạm vi lưu vực hai nhánh thượng nguồn Đak LPa và KRong Pa của Sông Ba. Các thành tạo địa chất ở đây bao gồm các đá biến chất cao và các thể magma đi cùng được định tuổi Arkeiphân bố chủ yếuở phần thấp khu vực nghiên cứu, dọc sông Ba. Chuyển lên phần cao của vùnglàcác thành tạo phun trào axit (các thể á phun trào Trias) và trên cùng là các lớp phủ của phun trào bazan Neogen.
Các đá biến chất gồm gneis hai pyroxen–granat hạt thô, chứa thấu kính mỏng (1–5m) của phiến hai pyroxen chứa granat, phiến plagioclaz–hai pyroxen. Xen kẽ với gneis là đá phiến biotit–granat, đôi chỗ có chứasillimanit–cordierit, lộ khá liên tục trong các mặt cắt dọc sông Ba (đoạn từ Kon Ro tới gần bản KTa), dọc các suối nhánh chínhLPa, KRong Pa, Đak HNir và Đak Kpir (hình 2.2). Phần cao của các mặt cắt trên gặp xu thế tăng về khối lượng của metapelit (gồm gneisbiotit– sillimanit–granat–cordierit, quartzit đôi khi chứa granat, sillimanit) so với lượng granulit mafic.
Đặc trưng cho granulit mafickhu vực nghiên cứu là loại gneis hai pyroxen– granat hạt thô, phổ biến đi cùng với các thấu kính mỏng gabro đại diện cho phần thấp của Arkei trong vùng. Chúng lộ dọc các trục nếp lồi phương á kinh tuyến, phần cao của mặt cắt Arkei, được thay thế bởi chủ yếu là quartzit sạch, hạt nhỏ bị ép mạnh.
35
các xâm nhập thuộc tổ hợp siêu mafic trong các mặt cắt này. Các đá trên gặp dưới dạng các tảng lăn, kích thước từ 0,1-0.6m3 sắc cạnh.
Trong vùng KRoong hơn một nửa diện tíchdọc thượng nguồn Đak LPa, khu vực thôn 3, thượng nguồn Đak Pưng, Kti (hình 2.2)là các thành tạo phun trào axit của hệ tầng Mang Yang (T1-2
4.2. Đặc điểm thành phần vật chất của các đối tượng nghiên cứu
my), phần lớn dưới dạng lớp phủ. Giữa trường phun trào hạt nhỏ vi porphyr nền ẩn tinh và felsit, phát triển các thể á phun trào thành phần là granit biotit dạng khối hạt nhỏ đều, sáng màu. Các thể này thường có kích thước nhỏ: vài chục m đến 100 – 200 m đường kính, hình dạng méo mó. Dọc các mặt cắt theo nhánh suối bậc I của sông Ba, ở địa hình thấp, lộ các thành tạo Arkei bị phủ không liên tục dạng da báo bởi phun trào axit.
4.2.1. Đặc điểm thạch học – khoáng vật
Các thành tạo biến chất cao vùng KRoong được xếp vào phức hệ Kan Nack bao gồm các nhóm metapelit và metamafic biến chất ở điều kiện tướng granulit (hình 4.1 a,b,c,d). Về thành phần, các đá granulit pelit có nguồn gốc từ các đá trầm tích lục nguyên xen carbonat biến chất tướng granulit tương ứng với các đá gneis granat – sillimanit – cordierit – biotit và gneis granat– orthopyroxen – sillimanit – cordierit; Các đá granulit chủ yếu có nguồn gốc từ các đá mafic tương ứng với đá gneis hai pyroxen.
36
Hình 4.1: Đá granulit mafic (a, c) và granulit pelit (b, d) tại vùng KRoong
a.Granulitmafic
Trong khu vực nghiên cứu, các đá biến chất tướng granulit có nguồn gốc mafic thường bị biến chất giật lùi tướng amphibolit ở các mức độ khác nhau thành tạo các thể amphibolit. Đôi khi vẫn còn các tàn dư granulit mafic điển hình. Tại một số vị trí đá bị amphibol hóa nhưng vẫn còn chứa tàn dư khoáng vật pyroxen của granulit mafic. Xen trong các nhóm đá này còn có các lớp mỏng gneis biotit – granat–cordierit và gneis biotit.
37
Hình 4.2:Ảnh lát mỏng thạch học granulit mafic tại Kroongdưới nicol + (a, c, e) và
38
* Đặc điểm thạch học
Đá màu xanh đen sẫm, kiến trúc hạt nhỏ -mịn, cấu tạo định hướng, đárắn chắc,cấu tạo gneis và được mô tả với tổ hợp khoáng vật chính là clinopyroxen – orthopyroxen – plagioclaz – thạch anh – biotit – granat. Trong có cộng sinh bền vững của granat – clinopyroxen – orthopyroxen – thạch anh là tổ hợp cộng sinh chỉ thị cho nhiệt độ siêu cao (1000 – 10500C) [23]. Thành phần khoáng vật (%) bao gồm clinopyroxen (20–25), orthopyroxen (10–15),plagioclaz (25–30), biotit (20– 25), granat (5–7), amphibol (3–5), K/Feldspar (ít). Đôi khi đá bị biến đổi (do biến chất chồng), plagioclaz bị sericit hóa, pyroxen bị amphibol hóa từng phần (hình 4.3 e,f).
Clinopyroxen: Có dạng tấm, tha hình, kích thước 0, 4 – 0,8mm chiều ngang,
0,7– 1,3mm chiều dài, sắp xếp định hướng song song cùng các khoáng vật khác. Khoáng vật này có độ nổi khá cao, có hai phương cắt khai rõ tạo với nhau thành góc gần900. Khi bị biến chất chồng, clinopyroxen bị amphibol hóa từng phần, tạo thành những mảng màu xanh lục trong hạt clinopyroxen (hình 4.3 e,f).
Orthopyroxen: Có dạng tấm nửa tự hình đến tha hình, kích thước nhỏ, không
đều, từ 0,4–1mm chiều dài, 0,2–0,6mm chiều ngang, có màu xám, nâu xám đến vàng nhạt, tắt đứng ở lát cắt có một phương cắt khai.
Plagioclaz: Có dạng tấm tha hình, kích thước biến thiên khá lớn, từ 0,5 –1mm
bề ngang ; 0,6 – 1,5mm bề dài. Plagioclaz thường bị sericit hóa nhẹ (hình 4.3 a,b).
Biotit: Phân bố khá đều trong nền đá, dưới dạng vảy nhỏ méo mó, đôi khi bị
vặn xoắn mạnh. Kích thước khá đều, từ 0,2 – 0,5 mm. Biotit đa sắc từ phớt vàng đến vàng (hình 4.3 c,d).
Granat: Gặp trong mẫu chưa bị quá trình biến chất giật lùi làm tiêu biến.