TIẾN HOÁ NHIỆT KIẾN TẠO PALEOZOI - MESOZOI SỚM ĐỚI BIẾN DẠNG SÔNG MÃ: BẰNG CHỨNG TỪ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỔ HỢP TUỔI ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ (Phần 3)

III- ĐẶC ĐIỂM MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
1- Vị trí mẫu
Để giải mã quá trình hình thành và lịch sử phát triển của đới biến dạng Sông Mã, một tổ hợp các phương pháp xác định tuổi đồng vị phóng xạ Sm/Nd, U/Pb, Ar/Ar và K/Ar đã được áp dụng cho đá metagabro biến chất thành amphibolit VN34-00 và đá phiến thạch anh fenspat mica VN36-00 lấy trong mặt cắt từ Mai Sơn đi Chiềng Khương. Mẫu VN34-00 được lấy cách đồn biên phòng Chiềng Khương khoảng 2 km về phía đông với tọa độ 20°55´44.3“N và 103°59´53.5“E (hệ quy chiếu WGS84) Mẫu VN36-00 được lấy trong phần cánh phía tây nam của nếp lồi Nậm Cô, với tọa độ 21° 00´40.4“N, 103°59´02.5“E (hình 1). Cả hai mẫu đều có chung đặc điểm biến dạng và được lấy trong cùng mặt cắt.

Hình 1. Sơ đồ địa chất và vị trí mẫu khu vực nghiên cứu. 1- Trầm tích Đệ tứ trũng Điện Biên, 2- Các thành tạo Mesozoi, 3- Các thành tạo Paleozoi, 4- Granit không biến dạng, 5- Granit biến dạng, 6- Các thành tạo thuộc về tổ hợp ophiolit Sông Mã, các thể xẫm màu thể hiện các đá siêu mafic đến mafic, 7- Đứt gãy, 8- Thành tạo tiền Cambri, 9- Tính chất trượt bằng phải trong giai đoạn tạo núi Indosini, 10- Đới đứt gãy chờm nghịch, 11- Vị trí mẫu nghiên cứu.

2- Đặc điểm thạch học mẫu phân tích
Mẫu VN34-00 được lấy trong một thể amphibolit nằm xen kẹp chỉnh hợp với các đá metabazan và đá phiến amphibol của tổ hợp ophiolit Sông Mã và bị uốn nếp cùng với đá plagiogranit của khối Chiềng Khương. Mẫu có thành phần khoáng vật tương ứng với đá gabro-amphibolit. Phân tích lát mỏng thạch học cho thấy thành phần khoáng vật chính là amphibol dạng tấm tha hình có kích thước lớn dao động từ 0,3-1 mm. Phần lớn amphibol có dạng hạt, dạng tấm tha hình méo mó. Tuy nhiên nhiều hạt vẫn thể hiện rõ tính tự hình (Ảnh 1). Các tinh thể plagiocla thường tương đối đẳng thước có dạng méo mó tha hình, thành phần chủ yếu là hỗn hợp đồng hình albit 70-80%, anortit 20-30%. Khoáng vật clinopyroxen chiếm tỷ lệ rất ít thường có dạng lăng trụ bị gặm mòn. Khoáng vật phụ chủ yếu và chiếm tỷ lệ lớn là titanit (sphen). Các khoáng vật khác như rutil, calcit chiếm tỷ lệ không đáng kể. Đá có kiến trúc hạt vảy biến tinh của amphibolit điển hình.

Ảnh 1. Ảnh lát mỏng mẫu VN34-00, đá gabro-amphibolit. Am: amphibol, Pyr: pyroxen, Pla: Plagiocla, Sp: Sphen. Nicon +

Mẫu VN36-00 tương ứng với đá phiến thạch anh-albit-biotit-granat phân phiến mạnh, láng bóng. Trên mặt phiến phát triển mạnh hai thế hệ vi uốn nếp (crenulation) lần lượt với định hướng trục vi nếp uốn của thế hệ thứ nhất có góc chúi tương đối thoải 10-30 độ. Góc chúi của trục vi uốn nếp thế hệ thư hai dốc hơn nhiều 70-90 độ. Hai thế hệ trục vi uốn nếp mà các đá phiến mica của nếp lồi Nậm Cô ghi nhận được gần như vuông góc với nhau.

3- Quy trình tuyển chọn đơn khoáng
Toàn bộ quá trình tuyển chọn đơn khoáng, tách, làm giàu và phân tích thành phần đồng vị được thực hiện tại phòng thí nghiệm địa chất đồng vị, Trường Đại học Tổng hợp Goettingen, Cộng hòa Liên bang Đức.
a-Mẫu VN34-00
Mẫu VN34-00 được gia công để tách đơn khoáng amphibol, titanit nhằm phục vụ cho bước phân tích thành phần đồng vị của các nguyên tố Sm, Nd và U, Pb. Mẫu có khối lượng khoảng 1,5 kg được nghiền nhỏ đến kích thước 0,25 mm. Phần khoáng vật được đưa vào tuyển chọn có kích thước <0,25mmm được sàng ướt bằng bàn rung Whisfley để tách riêng các khoáng vật nhóm plagiocla và phần amphibol mịn ra khỏi mẫu. Phần khoáng vật xẫm màu được tách bằng máy tách từ động lực Frantz để tách riêng khoáng vật nhóm amphibol theo từ tính. Nhóm amphibol có từ tính yếu, màu xanh lục xẫm được lấy ra để nhặt đơn khoáng sạch không bị biến đổi dưới kính hai mắt. Khoáng vật phụ titanit được tách ra khỏi các khoáng vật nhóm amphibol bằng dung dịch Bromoforme có tỷ trọng 2,89 g/cm3. Sau đó, đơn khoáng titanit được nhặt bằng tay dưới kính hai mắt. Các tinh thể titanit được lựa chọn là các đơn tinh tương đối đồng nhất về kích thước tinh thể, hạt tương đối tự hình, không có khe nứt.
Mẫu đá tổng cũng được chuẩn bị song song bằng cách nghiền mịn bằng cối nghiền hành tinh với bi nghiền bằng thạch anh.
Để đảm bảo loại bỏ các riềm biến đổi mà mắt thường không nhận thấy, các đơn khoáng amphibol và titanit được mài và rửa bằng siêu âm trong môi trường HNO3 loãng trong vòng nửa giờ, sau đó được rửa lại bằng nước cất trước khi tách chiết và làm giàu đồng vị.
b-Mẫu VN36-00
Mẫu VN36-00 được gia công nhằm tách phần khoáng vật xericit với cấp hật <2micromet để xác định tuổi nguội lạnh cuối cùng mà mẫu đã trải qua. Trước tiên mẫu được nghiền nhỏ bằng máy nghiền hành tinh ở tốc độ chậm để phá vỡ liên kết giữa các khoáng vật thô. Tiếp theo, mẫu được nghiền bằng chày cao su để không phân nhỏ các khoáng vật mica. Phần bột thu được cho qua bình lắng Attenberg để thu lấy phần khoáng vật có kích thước <2 micromet. Sau đó sử dụng màng lọc siêu nhỏ để lọc lấy phần khoáng vật có kích thước <0,2 micromet. Sau đó, cả hai cấp hạt đều được kiểm tra thành phần khoáng vật bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen. Khoáng vật muscovit được tách ra bằng phương pháp xoáy thủy lực ngược trong ống đẫn bằng thủy tinh, sau đó tất cả các mẫu đều được rửa siêu âm với aceton và nước cất.

4- Quy trình tách chiết và làm giàu đồng vị
Quy trình tách chiết và làm giàu nguyên tố Sm, Nd. U, Pb đã được mô tả chi tiết trong [6, 20, 21].
Quy trình phân tích đồng vị K và Ar được tiến hành như sau: Mẫu để phân tích K và Ar được chuẩn hóa để đưa về cùng điều kiện thí nghiệm. Hàm lượng K được phân tích bằng phương pháp quang kế ngọn lửa. Thành phần đồng vị 40K được tính từ kết quả hàm lượng K có mặt trong mẫu phân tích. Thành phần đồng vị Ar được phân tích độc lập bằng khối phổ kế VG1200.

5- Xác định thành phần và tỷ số đồng vị
a-Xác định thành phần đồng vị Pb và U
Mẫu Pb và U cần phân tích được nạp vào filament bằng kim loại Re và Ta với chất đệm là hỗn hợp Silicagen và H3PO4 . Thành phần và tỷ số đồng vị Pb và U được xác định trên khối phổ kế MAT 262 của hãng FINIGAN theo chế độ tĩnh và xác định đồng thời nhiều tỷ số. Mỗi tỷ số đồng vị được đo tối thiểu 120 lần. Trong quá trình phân tích, mẫu chuẩn NBS được phân tích để kiểm tra độ ổn định của khối phổ kế. Khả năng phân tách của khối phổ kế đối với các đồng vị có khối lượng gần nhau của cùng nguyên tố trong quá trình phân tích là 0,11±0,05 và 0,25±0,15 đơn vị nguyên tử, tương ứng đối với nguyên tố Pb và U. Kết quả trung bình và sai số của từng tỷ số được cho ở bảng 1. Hàm lượng U và Pb tổng được tính từ thành phần đồng vị tương ứng. Hàm lượng Pb và U trong mẫu “trắng” lần lượt là 0,5 nanogam và 0,5 nanogam, cho thấy không có sự hỗn nhiễm trong quá trình gia công mẫu. Kết quả phân tích được tính toán và xử lý bằng phần mềm PBDAT và ISOPLOT 2.49 có tính đến sai số của hằng số phân rã và hiệu chỉnh Pb bình thường [8]. Thành phần ban đầu và tiến hóa của Pb theo thời gian được tính theo mô hình của Stacey và Kramers [13]. Hằng số phân rã của hệ U-Pb được sử dụng theo Steiger [14]. Sai số của các tỷ số đồng vị là 2 sigma.

b-Xác định thành phần đồng vị Sm và Nd
Tû sè ång vÞ 143Nd/144Nd vµ 147Sm/144Nd ­îc x¸c Þnh b»ng khèi phæ kÕ Finigan 262 t¹i phßng thÝ nghiÖm Þa chÊt ång vÞ cña tr­êng §¹i häc Tæng hîp Goettingent. Sm vµ Nd ­îc n¹p lÇn l­ît vµo filament Re kÐp b»ng hçn hîp 0,5N H3PO4 vµ 0,5N H3PO4+Silicagel. Khèi phæ kÕ ­îc vËn hµnh ë mode o ång thêi nhiÒu tû sè ång vÞ víi chÕ é éng. Trong qu¸ tr×nh phn tÝch, mÉu chuÈn La Jolla ­îc phn tÝch kiÓm tra ång bé cho tÊt c¶ c¸c b­íc phn tÝch. Sai sè cña mÉu chuÈn trong qu¸ tr×nh phn tÝch kh«ng v­ît qu¸ 0.003% cho tû sè 143Nd/144Nd vµ d­íi 0.05% cho tû sè 147Sm/144Nd. Sau khi phn tÝch, c¸c tû sè ång vÞ ­îc chuÈn hãa theo tû sè 146Nd/144Nd = 0,7219.
Tuæi ¼ng thêi ­îc tÝnh to¸n b»ng ch­¬ng tr×nh ISOPLOT 2.49. H»ng sè phn r• 147Sm lµ 6.53974E-12. C¸c gi¸ trÞ ­îc sö dông Ó tÝnh tuæi m« h×nh ­îc sö dông theo IUGS vµ cã gi¸ trÞ nh­ sau: 147Sm/144NdDM=0.2137, 143Nd/144NdDM=0,51315.

c- Xác định thành phần đồng vị K/Ar
Hai cấp hạt xericit sau khi được kiểm tra thành phần và trật tự bằng phương pháp Rơnghen được tiến hành phân tích hàm lượng K2O và thành phần đồng vị 40Ar. Thành phần đồng vị 40K được xác định từ hàm lượng K2O bằng phương pháp quang kế ngọn lửa. Thành phần đồng vị Ar được xác định bằng khối phổ kế khí hiếm VG1200. Mẫu được nung nóng từng bước cho đến khi nóng chảy hoàn toàn trong lò nung cao tần. Các chất khí thu được được lọc bằng oxit tantan và được phân tích trong khối phổ. Trong quá trình phân tích, hai mẫu chuẩn được phân tích đầu tiên và sau cùng để kiểm tra độ tin cậy của thiét bị. Việc tính toán tuổi từ thành phần đồng vị sử dụng hằng số phân rã e=5,810E-11, =4,962E-10, tot=5,543E-10.

6- Kết quả phân tích
Kết quả phân tích thành phần đồng vị K, Ar và kết quả tuổi của các khoáng vật có kích thước khác nhau được trình bày ở bảng 1.
Bảng 1: Kết quả phân tích thành phần đồng vị K và Ar mẫu VN36-00
Mẫu VN36-00 K2O% 40Ar (phóng xạ) % Tuổi (triệu năm) ±2sigma
Muscovit 200-250µm 10,8 98,84 248±5,2
Xericit <2µm 5.03 82.92 213.1±6,2
Xericit <0.2µm 5.26 82.15 206.4±5,4

Kết quả phân tích thành phần đồng vị U, Pb của 2 nhóm đơn khoáng titanit được cho ở bảng 2. Kết quả xác định tuổi được thể hiện trên biểu đồ Concordia (hình 2). Cả hai nhóm hạt đều nằm trên đường trùng hợp. Tuổi trùng hợp trung bình của hai nhóm là 265,4 ± 3,7 triệu năm.
Bảng 2: Kết quả phân tích đồng vị Pb và U mẫu titanit VN34-00
Titanit
(Kích thước micromet) Tỷ số đồng vị
207Pb/235U±2sigma (%) 206Pb/238U±2sigma (%)
> 180 0,299408±2,7600 0,0421689±1,8400
80 - 100 0,29259±4,4400 0,0418567±2,1800


Hình 2. Biểu đồ tuổi trùng hợp concordia của khoáng vật titanit mẫu VN34-00

Kết quả phân tích thành phần đồng vị và hàm lượng Sm, Nd cho các đơn khoáng amphibol và titanit cũng như của toàn đá được cho ở bảng 3. Kết quả phân tích được xây dựng thành đường đẳng thời và thể hiện trên hình 3 với kết quả tuổi 414,8+2,9/1,9 triệu năm. Tỷ số ban đầu 143Nd/144Nd=0,512367±0,000097.

Bảng 3: Kết quả phân tích thành phần đồng vị Sm và Nd mẫu VN34-00
Khoáng vật Hàm lượng Sm ppm Hàm lượng Nd ppm 147Sm/144Nd±2sigma (abs) 143Nd/144Nd±2sigma (abs)
Đá tổng 2,1 6,3 0,202148758 ±0.001010744 0,512915487±0,000004925
Amphibole 1,5 4,2 0,213723944±0,001068620 0,512946788±0,000005069
Titanite 80-100 82 224,1 0,221303332±0,001106517 0,512967522±0,000006911

Hình 3. Tuổi đẳng thời trên đơn khoáng amphibol, titanit và đá tổng, mẫu VN34-00