Bài giảng xử lý và luận giải số liệu địa hóa các đá magma

Số liệu địa hóa thông thường bao gồm 4 nhóm nguyên tố địa hóa học chủ yếu: nhóm nguyên tố chính (major elements), nhóm nguyên tố vết (trace elements), nhóm đồng vị phóng xạ (radiogenic isotopes) và nhóm đồng vị bền (stable isotopes). 1 Nguyên tố chính. Là những nguyên tố chiếm chủ yếu trong các kết quả phân tích hóa học của đá. Đó là các nguyên tố: Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K và P... Hàm lượng của các oxyt được tính bằng phần trăm trọng lượng (%tr.l), có giá trị tối thiểu là 0.1%tr.l, và tổng hàm lượng của toàn bộ oxyt nguyên tố chính trong đá bằng 100%. Fe có thể được xác định theo FeO và Fe2O3, nhưng đôi khi chúng được thể hiện bằng hàm lượng “sắt tổng”(viết dưới dạng FeOt). 2 Nguyên tố vết. Là những nguyên tố có mặt trong đá ở dưới mức 0.1% trọng lượng, hàm lượng của chúng được tính bằng đơn vị phần triệu (ppm) hoặc hiếm hơn là phần tỷ (ppb). Tuy nhiên, có trường hợp hàm lượng nguyên tố vết vượt quá mức 0.1% (1000ppm). Những nguyên tố vết có vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu địa hóa học nói chung và các đá magma nói riêng.

BÀI GIẢNG XỬ LÝ VÀ LUẬN GIẢI

SỐ LIỆU ĐỊA HÓA CÁC ĐÁ

MAGMA

CHƯƠNG I:

I Số LIệU ĐịA HóA (Geochemical Data).

Số liệu địa hóa thông thờng bao gồm 4 nhóm nguyên tố địa hóa học chủ

elements), nhóm đồng vị phóng xạ (radiogenic isotopes) và nhóm đồng vị bền

(stable isotopes).

1- Nguyên tố chính Là những nguyên tố chiếm chủ yếu trong các kết quả

phân tích hóa học của đá Đó là các nguyên tố: Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K

trị tối thiểu là 0.1%tr.l, và tổng hàm lợng của toàn bộ oxyt nguyên tố chính trong

2- Nguyên tố vết Là những nguyên tố có mặt trong đá ở dới mức 0.1%

nghiên cứu địa hóa học nói chung và các đá magma nói riêng

Có một vài nguyên tố có thể là nguyên tố chính trong nhóm đá này nhng

orthoclas, biotit), nhng trong một số dạng đá basalt hàm lợng K lại rất thấp và

có vai trò nh nguyên tố vết

nhóm nguyên tố chính Nớc thờng nằm trong ô mạng tinh thể của các khoáng vật

Đôi khi hàm lợng tổng của các chất bốc trong đá đợc xác định bằng sự đốt cháy

mẫu ở nhiệt độ ≈ 10000C.

3- Các đồng vị đợc phân chia ra nhóm đồng vị phóng xạ và nhóm đồng vịbền

a- Nhóm đồng vị phóng xạ (radiogenic isotopes): bao gồm các đồng vị tự

phân rã do tính phóng xạ tự nhiên của chúng và các đồng vị là các sản phẩmcuối cùng của cùng một sơ đồ phân rã Chúng bao gồm các cặp nguyên tố mẹ -con nh Rb - Sr, Sm - Nd, U - Pb, Th - Pb và K - Ar Đồng vị phóng xạ th ờng đợc

b- Nhóm đồng vị bền (stable isotopes): bao gồm các đồng vị tự nhiên của

các nguyên tố nhẹ nh H, O, C và S, chúng có thể bị phân đoạn do sự khác nhau

n-ớc

Nhóm đồng vị bền có ý nghĩa rất lớn để hiểu biết bản chất của dung thể

và chất bốc trong địa chất học Chúng thờng đợc biểu diễn dới dạng đối sánh với

II NHữNG QUá TRìNH ĐịA CHấT KIểM SOáT THàNH PHầN HóA HọC CủA Đá MAGMA.

kiểm soát thành phần hóa học của các đá magma Thành phần hóa học nhómnguyên tố chính và vết của dung thể magma lại đợc xác định bởi kiểu nóng chảy

và mức độ nóng chảy từng phần, mặc dù thành phần của dung thể có thể thay đổi

đáng kể trên đờng đi lên bề mặt Trái đất

2- Các miền nguồn đợc chỉ thị tốt nhất bằng thành phần đồng vị phóng xạ,bởi lẽ các tỷ lệ đồng vị không bị biến đổi trong quá trình nóng chảy từng phần,cũng nh trong các quá trình khác xảy ra bên trong lò magma

trong miền nguồn - source mixing) Điều này đặc biệt phù hợp khi nghiên cứu

manti Trong những năm gần đây đã có một bớc tiến quan trọng trong việc hiểu

nguồn từ manti.

3- Phần lớn các đá magma đợc di chuyển qua lò magma tới vị trí củachúng ở gần hoặc trên bề mặt Trái đất Các quá trình xảy ra trong lò magma làmbiến đổi thành phần hóa học của magma nguyên sinh đợc sinh thành bởi quá

Để phân tích những biến đổi hóa học gây ra bởi các quá trình khác nhau

học nhóm nguyên tố chính và vết, kết hợp với các giá trị đo thành phần đồng vị phóng xạ và đồng vị bền) Những luận giải chi tiết về các quá trình xảy ra trong

lò magma đợc tiến hành khi sử dụng các tài liệu nhóm nguyên tố vết và đồng vị

4- Tiếp theo sự kết tinh ở dới sâu hay phun trào trên bề mặt, các đá

hoặc do sự tác dụng tơng hỗ với chất lỏng (fluid) Sự thoát khí của các đá

magma có ảnh hởng chủ yếu tới đặc điểm địa hóa của nhóm đồng vị bền, còn sựtác dụng tơng hỗ với chất lỏng có thể ảnh hởng toàn diện tới thành phần địa hóahọc của đá Bởi vậy các đá magma đợc lựa chọn để phân tích hóa học cần phải t-

ơi, không bị biến đổi hoặc biến chất Điều này cần phải đặc biệt chú ý, bởi lẽcác mẫu đá lấy từ đáy biển phần lớn đã bị phong hóa hoặc bị biến đổi nhiệt dịch

do nớc biển; nhiều thể magma là nguyên sinh khi thành tạo, nhng sự lu chuyểncủa nớc ngầm, của dung dịch nhiệt dịch từ các đá vây quanh đã làm thay đổi rõrệt thành phần hóa học của bản thân các đá magma

Tóm lại, những quá trình chủ yếu khống chế thành phần hóa học của các

đá magma bao gồm:

* Những quá trình xảy ra trong manti:

+ Nóng chảy từng phần (pratial melting - PM).

+ Trộn lẫn nguồn (source mixing - SM).

* Những quá trình xảy ra trong lò magma:

+ Kết tinh phân đoạn (fractional crystallisation - FC).

+ Đồng hóa (assimilation)

+ Hỗn nhiễm (contamination)

+ Trộn lẫn magma (magma mixing - MM).

* Những quá trình xảy ra sau kết tinh:

+ Sự thoát khí của dung thể (outgassing).

+ Sự tác dụng tơng hỗ với nớc ngầm hoặc đá vây quanh (interaction).

CáC QUá TRìNH CHủ YếU KHốNG CHế THàNH PHầN HóA HọC CủA CáC Đá MAGMA

(theo Rollinson H., 1993)

CáC QUá TRìNH SAU KếT TINH

CáC QUá TRìNH TRONG Lò MAGMA

THàNH PHầN NGUồN

Thoát khí Biến đổi nhiệt dịch Phong hóa Biến chất

Kết tinh phân đoạn Hỗn nhiễm

Kết tinh phân đoạn

Đồng hóa + AFC Trộn lẫn magma Dung ly magma

Kết tinh phân đoạn Nóng chảy từng phần Hỗn nhiễm/tái cân bằng

Bối cảnh kiến tạo Trộn lẫn nguồn

N ớc biển

N ớc ngầm

III CáC PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH HóA HọC CáC Đá MAGMA.

1- Phổ huỳnh quang tia X - HQTX (X-ray fluorescence spectrometry - XRF).

Là kỹ thuật phân tích đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay để xác địnhthành phần hóa học nhóm nguyên tố chính và vết của các mẫu đá Ph ơng phápnày có thể phân tích đợc hơn 80 nguyên tố có hàm lợng trong đá từ 100% cho tớivài ppm Đây là phơng pháp phân tích rất chính xác, có độ nhạy cao và có thểtiến hành trong thời gian tơng đối ngắn

Tuy nhiên, hạn chế chủ yếu của phơng pháp phân tích này là những

đợc Nội dung chi tiết của phơng pháp HQTX có thể tham khảo qua các công

thích mẫu bằng chùm tia X, chùm tia X nguyên sinh kích thích các tia X thứ cấp

có chiều dài bớc sóng đặc trng cho các nguyên tố có mặt trong mẫu đá Cờng độcủa các tia X thứ cấp đợc sử dụng để đo hàm lợng của các nguyên tố bằng sự đốisánh với các tiêu chuẩn đã xác định với sự hiệu chỉnh thích hợp

Việc phân tích HQTX cho các mẫu đá đợc tiến hành dới hai dạng khácnhau:

+ Đĩa bột đá đợc nén chặt để phân tích các nguyên tố vết

+ Tấm thủy tinh làm từ mẫu bột đợc nấu chảy cùng với metaborate hoặctetraborat Li để phân tích các nguyên tố chính

2- Phân tích kích hoạt neutron - KHNT (Neutron Activation Analysis - NAA).

Kích hoạt neutron (KHNT) là phơng pháp phân tích rất linh hoạt và nhạydùng để xác định hàm lợng các nguyên tố vết, có khả năng xác định đồng thờimột số lợng lớn các nguyên tố mà không cần phải phá mẫu

Có hai kỹ thuật phân tích KHNT chủ yếu:

-INAA) sử dụng các mẫu đá hoặc khoáng vật đã nghiền nhỏ ( bột đá hoặc bột khoáng vật) không cần qua giai đoạn xử lý hóa học mẫu.

analysis - RNAA) cần phải tiến hành kỹ thuật tách hóa phóng xạ cho từng

nguyên tố riêng biệt hoặc từng nhóm nguyên tố từ mẫu đá cần phân tích

hoặc bột khoáng vật đợc đặt vào trong lò phản ứng cùng với mẫu chuẩn Mẫu đá

và mẫu chuẩn đợc chiếu xạ trong khoảng 30 giờ Dòng neutron bắn phá mẫu tạo

ra các đồng vị phóng xạ mới của các nguyên tố có mặt trong đá và bức xạgamma Các đồng vị riêng biệt có thể xác định từ bức xạ gamma, c ờng độ bức xạ

tỷ lệ với hàm lợng của các đồng vị có mặt trong mẫu Phổ tia gamma dùng để đocác đồng vị với bán chu kỳ phân rã khác nhau Việc hiệu chỉnh đ ợc tiến hành đốivới những đờng chồng chéo nhau trong vạch phổ và hàm lợng các nguyên tố đợcxác định bằng việc đối sánh với các mẫu chuẩn đã đợc phân tích trong cùng thờigian

Phơng pháp phân tích KHNT dụng cụ đặc biệt nhạy đối với nhóm nguyên

(HREE) và nhóm bạch kim (Pt, Pd, Ir, Os, Ru và Rh) việc tách hóa có thể tiến

hành ngay sau khi chiếu xạ mẫu, nhng trớc khi tính toán Đó chính là nội dung

mới trong phân tích địa hóa học góp phần làm tăng độ nhạy của ph ơng phápKHNT

3- Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng - QPPL (Inductively Coupled Plasma

emisson spectrometry - ICP).

tiềm năng rất lớn trong nghiên cứu địa hóa học Về mặt nguyên lý, phơng phápphân tích này có thể xác định đợc phần lớn các nguyên tố trong Bảng tuần hoànvới giới hạn xác định thấp và độ chính xác cao Các nguyên tố đ ợc phân tích

đồng thời trong khoảng thời gian vài phút, thực sự là phơng pháp cực kỳ nhanhchóng Quy trình phân tích và khả năng sử dụng của kỹ thuật phân tích này đã đ -

việc sử dụng các phơng pháp hòa tan silicat tiêu chuẩn Dung dịch mẫu đợc đa

ứng chính là dòng các nguyên tử Ar đợc nung nóng bởi dòng nhiệt cảm ứng tần

số thấp và bị đốt cháy bởi ngòi lửa Tesla tần số cao Các vạch phổ đợc ghi nhậnbởi dãy ảnh đa phổ và đợc đối sánh với các đờng kiểm tra, cờng độ của chúng đ-

ợc qui đổi ra hàm lợng của các nguyên tố hóa học có trong mẫu đá

4- Quang phổ hấp thụ nguyên tử - HTNT (Atomic Absorption

Spectrophotometry - AAS).

Kỹ thuật phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cơ sở là nhữngnguyên tử của nguyên tố có thể hấp thụ đợc các bức xạ điện từ, khi nguyên tố bị

cho mỗi một nguyên tố Nh vậy, một thiết bị phân tích quang phổ hấp thụ

Mẫu phân tích đợc hòa tan, sau đó chuyển sang trạng thái hơi và bịnguyên tử hóa trong ngọn lửa của khí acetylen hoặc oxyt nitơ - acetylen Ph ơng

Có hai điểm hạn chế của phơng pháp HTNT trong phân tích silicat là:

chúng).

+ Mỗi lần phân tích chỉ thực hiện cho một nguyên tố, th ờng gọi là nguyên

sử dụng trong các trờng hợp sau:

+ Để xác định các nguyên tố nhẹ nh Be và Li, mà số nguyên tử của chúngquá thấp đối với phơng pháp HQTX

+ Phân tích nhóm kim loại chuyển tiếp (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr) đợc chắt lọc từ muối hoặc trầm tích dòng, rất hiệu quả trong địa hóa tìm

kiếm

graphit) cho phép xác định với giới hạn phát hiện cực thấp để phân tích những

5- Phổ khối lợng hay khối phổ - KPK (Mass spectrometry - MS).

pháp phân tích hiệu quả nhất để đo các tỷ lệ đồng vị, dựa trên sự tách các hạttích điện theo tỷ số khối lợng / điện tích của chúng

Những ion tích điện của nguyên tố cần phân tích đợc sinh thành do sự bắn

rắn) Chùm tia ion đợc phóng dọc theo ống cong qua một trờng điện từ cực

mạnh sẽ chia tách các nguyên tử theo khối lợng của chúng Trong phổ khối lợng

đợc sinh thành, những ion nhẹ hơn sẽ đi chệch hớng theo đờng cong có bán kínhnhỏ hơn so với các ion nặng Việc định lợng các dấu hiệu của hai hay nhiều phổkhối lợng sẽ cung cấp tỷ số đồng vị để tính toán

Khối phổ kế nguồn khí thờng đợc sử dụng trong nghiên cứu đồng vị bền

a- Phổ khối lợng pha loãng đồng vị (Isotope dilution mass spectometry - IDMS).

Phổ khối lợng pha loãng đồng vị là kỹ thuật phân tích chính xác nhất vànhạy nhất cho toàn bộ nguyên tố vết và đặc biệt thích hợp cho việc xác địnhnhững nguyên tố có hàm lợng cực thấp Phơng pháp này đã đợc trình bày khá chi

Phơng pháp pha loãng đồng vị thờng đợc sử dụng để xác định hàm lợng

chỉ có duy nhất một đồng vị bền (mono-isotopic) Song nhợc điểm chủ yếu của

dùng để kiêớm tra các phơng pháp phân tích khác khi cần thiết

b- Phổ khối lợng plasma cảm ứng (Inductively coupled plasma emisson mass spectrometry - ICP-MS).

triển tiếp nối từ kỹ thuật phân tích Quang phổ plasma cảm ứng, nó bao gồm một

công cụ phân tích nguyên tố vết và đồng vị có độ chính xác cao với giới hạnphát hiện rất thấp Phơng pháp này thờng sử dụng để phân tích một số lợng lớn

điểm nổi bật của phơng pháp KPPL là:

+ Phổ đơn giản, dễ giải đoán và dễ tách các nhiễu ảnh hởng lẫn nhau.+ Thông tin về độ giàu đồng vị là thuộc tính của phơng pháp

6- Phân tích vi dò điện tử hay kính hiển vi điện tử - HVĐT (Electron

microprobe analysis - EMPA).

Những nguyên tắc của phân tích vi dò điện tử hoàn toàn tơng tự phơngpháp Huỳnh quang tia X, ngoại trừ có một điểm khác biệt là mẫu phân tích đ ợckích thích bởi chùm tia điện tử, chứ không phải bằng tia X Những tia X thứ cấp

đối sánh với tiêu chuẩn và cờng độ đợc tính chuyển đổi sang hàm lợng, với sự

Kỹ thuật phân tích vi dò điện tử tán sắc - năng lợng sử dụng phổ năng

cho phép xác định đồng thời đơồc nhiều nguyên tố trong mẫu Phơng pháp phântích này nhanh chóng hơn, nhng kém chính xác hơn so với phơng pháp độ dài b-

ớc sóng

Kỹ thuật phân tích vi dò điện tử về nguyên tắc đợc sử dụng để xác định

tích nhóm nguyên tố chính trong các mẫu đá, và thực chất không phải là dụng cụ

để phân tích nhóm nguyên tố vết Giá trị chủ yếu của phơng pháp này chính làkhả năng phân tích không gian tuyệt hảo do sử dụng chùm tia điện tử với đ ờng

phân tích đợc

Việc phân tích vi dò điện tử các thủy tinh silicat đặc biệt quan trọng trongnghiên cứu thạch luận thực nghiệm, với giới hạn phát hiện có thể mở rộng ra chonhóm nguyên tố vết bằng việc sử dụng thời gian phân tích lâu hơn kết hợp với

7- Máy vi dò ion hay kính hiển vi ion - HVIO (Ion Microprobe - IMP).

Công nghệ vi dò ion đã đợc phát triển từ cuối thập kỷ 60 Nhng chỉkhoảng 5 - 10 năm gần đây, công nghệ mới này mới tác động đến lĩnh vực địahóa học Máy vi dò ion kết hợp đợc độ chính xác phân tích của phơng pháp

các lĩnh vực Địa niên đại, Địa hóa học đồng vị và nguyên tố vết, cũng nh trongviệc nghiên cứu sự khuyếch tán của các nguyên tố trong khoáng vật

Việc mô tả chi tiết kỹ thuật phân tích và sự ứng dụng của nó đã đợc trình

“phân tích vi dò ion độ nhạy cao”(Sensitive High Resolution Ion MicroProbe SHRIMP).

-Về nguyên tắc, chùm tia rất mảnh ion oxy bắn phá diện tích cực nhỏ mẫu

trình ion hóa sẽ tạo ra một lỗ nhỏ trên bề mặt mẫu Phổ khối lợng ion thứ cấp

đ-ợc phân tích và sử lý để xác định thành phần đồng vị bằng khối phổ kế ion thứ

cấp với thành phần của vật liệu silicat ban đầu Điều này đang đợc tiếp tụcnghiên cứu khắc phục

mặc dù có độ chính xác rất cao

IV Sự LựA CHọN PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH THíCH HợP.

toàn phụ thuộc vào mục đích và nội dung của vấn đề cần giải quyết Điều quantrọng là cần phải biết đợc những nguyên tố nào cần phân tích, cũng nh yêu cầu

về hàm lợng và độ chính xác phân tích là bao nhiêu Ngoài ra cũng cần phải nắm

đợc số lợng mẫu cần phân tích và qui trình phân tích nào là thích hợp

1- Trong phân tích nhóm nguyên tố chính nên lựa chọn giữa phơng pháp

phổ HQTX và phơng pháp QPPL Đối với phơng pháp HQTX các mẫu phân tíchcần phải gia công thành các tấm thủy tinh hỗn hợp nấu chảy, còn trong phơngpháp QPPL các mẫu lại đợc hòa tan trong dung dịch Phơng pháp QPPL tiến

1983) Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nhóm nguyên tố chính chủ yếu đợc

2- Để xác định hàm lợng nhóm nguyên tố vết có rất nhiều phơng pháp có

thể lựa chọn: HQTX, KHNT, HTNT, QPPL, PLĐV và KP-PL, trong số đó cácphơng pháp HQTX và QPPL là linh hoạt hơn cả bởi lẽ chúng phân tích đồng thời

đợc nhiêỡu nguyên tố với độ chính xác cao và giới hạn xác định thấp Tuy nhiên,

pháp HQTX, mà cần phải sử dụng phơng pháp HTNT hoặc phơng pháp QPPL

bằng phơng pháp HQTX hoặc bằng phơng pháp HTNT Riêng cặp nguyên tố

đồng vị phóng xạ Rb - Sr trong trờng hợp cần thiết có thể xác định bằng phơngpháp PLĐV

pháp phân tích có giới hạn xác định thấp và độ chính xác cao nh KHNT vàQPPL, kết hợp một phần với phơng pháp HQTX để phân tích các nguyên tố Zr,

Nb và Pb

Ngoài ra, để xác định nhóm đất hiếm cũng có thể sử dụng phơng pháp

thời gian hơn) Song cũng cần lu ý rằng, một số nguyên tố đất hiếm (Pr, Tb, Ho, Tm) không thể xác định đợc bằng phơng pháp PLĐV.

c- Nhóm nguyên tố kim loại chuyển tiếp (TRE) đợc xác định chủ yếu

bằng phơng pháp HQTX và HTNT Ngoài ra, cũng có thể sử dụng phơng phápQPPL khi cần thiết

pháp KHNT

3- Các tỷ số đồng vị (đồng vị phóng xạ và đồng vị bền) đợc xác định bằng

NH÷NG PH¦¥NG PH¸P PH¢N TÝCH CHñ YÕU C¸C NHãM NGUY£N Tè HãA HäC TRONG C¸C §¸ MAGMA

a- Nhóm nguyên tố chính.

gọi là phơng pháp hóa ớt) Nhng hiện nay ở hầu hết các nớc trên thế giới phơng

chính xác cao hơn, nhanh hơn đã đợc sử dụng để thay thế cho phơng pháp phân

Do đa phần các nguyên tố chính rất linh động trong những điều kiện biến

tơi”-không biến đổi - để đạt đợc yêu cầu trong các kết quả phân tích hóa học nhóm

2% trọng lợng

Để đảm bảo đợc yêu cầu trên, ngay ở ngoài thực địa, cần phải lựa chọn

các mẫu đá magma cha bị biến đổi hoặc phong hóa: các khoáng vật felspat ch a

carbonat hóa, thạch anh hóa, ) Chắc chắn hơn cả, dựa vào các kết quả phân

Dạng mẫu để phân tích nhóm nguyên tố chính là mẫu bột với trọng lợngkhoảng 150 - 200gr đã đợc gia công cẩn thận theo qui trình thông dụng Hiệnnay, để đảm bảo tính đồng bộ và nhất quán về thành phần vật chất các đá magmatheo các nhóm nguyên tố địa hóa học bằng các phơng pháp phân tích khác nhau,chỉ cần một cục mẫu lớn có trọng lợng khoảng 2 - 3kg sau khi nghiền tới độ mịncần thiết, sẽ chia bột đá ra các phần riêng biệt theo các phơng pháp phân tích

khác qua các thiết bị gia công mẫu hoặc từ môi trờng xung quanh

b- Nhóm nguyên tố vết.

Đợc phân tích bằng các phơng pháp khác nhau đối với từng nhóm nguyên

chính, các mẫu đá magma đợc lựa chọn để phân tích nhóm nguyên tố vết tốt

epidot - amphibolit) vẫn có thể sử dụng để phân tích nhóm nguyên tố vết đợc.

Cần lu ý một số điểm sau:

lựa chọn các nguyên tố vết thích hợp để phân tích và luận giải theo các biểu đồphân loại cụ thể và đặc thù cho từng nhóm đá magma

* Mỗi một phơng pháp phân tích chỉ thích hợp và hiệu quả đối với một sốnguyên tố nhất định Không nên quan niệm một cách giản đơn rằng bất kỳ ph -

ơng pháp phân tích hiện đại nào cũng có thể xác định đợc hàm lợng của tất cảcác nguyên tố hóa học trong đá magma (!)

* Các mẫu đá magma đã bị biến đổi hoặc biến chất, khi lựa chọn để xác

định hàm lợng nhóm nguyên tố vết cần loại trừ các nguyên tố linh động, đặc biệt

chúng đối với các quá trình biến chất và biến đổi

Khối lợng bột đá dùng để phân tích nhóm nguyên tố vết cho từng phơngpháp phân tích khoảng 50 - 100gr/một phơng pháp Có thể lựa chọn mẫu phân

thớc bằng bao diêm) Nhng tốt nhất, nh đã trình bày ở trên, để đảm bảo tính

đồng bộ và nhất quán trong việc xác định thành phần hóa học của đá magma,

mẫu hiện hành

c- Nhóm nguyên tố đồng vị.

thời thuộc các hệ thống đôỡng vị Rb - Sr và Sm - Nd có hai cách lựa chọn mẫuphân tích nh sau:

Lấy một bộ mẫu gồm 4 hoặc 5 cục đá magma có trọng l ợng khoảng 0.5 1kg/cục, sau đó nghiền nhỏ, phân chia đối đỉnh để lấy khoảng 10 - 50gr/mẫutheo nguyên tắc chung là:

địa hóa chúng phải cùng phức hệ xâm nhập hoặc cùng hệ tầng).

+ trong hệ thống đóng kín, có nghĩa là mẫu đá cha trải qua các quá trìnhbiến chất, biến đổi sau magma, phong hóa

để tập mẫu đá cần phân tích đại diện cho quá trình kết tinh phân dị từ cùng mộtdung thể magma với tỷ số Rb/Sr tăng dần hoặc Sm/Nd giảm dần từ pha đầu đến

xem nh là 1 mẫu để xác định các tỷ số đồng vị Các khoáng vật tạo đá cần đ ợc

với 1 mẫu đơn khoáng là 100 - 1000mg (≈ 1gr).

Đờng đẳng thời sẽ đợc xây dựng qua 5 điểm giá trị tỷ số đồng vị: đá tổng,pyroxen, amphibol, biotit, felspat Trong trờng hợp không có mặt các khoáng vậtnêu trên đờng đẳng thời có thể xây dựng qua 3 hoặc 4 điểm giá trị tỷ số đồng vị(đá tổng, biotit, felspat, felspat kali)

tổng và các khoáng vật tạo đá) chắc chắn là cùng nguồn gốc và thể hiện tiến

mẫu khoáng vật để xác định tuổi đồng vị thích hợp và hiệu quả nhất

Có những điều khác biệt giữa hai phơng pháp xác định tuổi đồng vị Rb

-Sr và Sm - Nd:

+ Phơng pháp Rb - Sr áp dụng rất tốt đối với các đá magma có thành phầnfelsic và tuổi trẻ, trái lại phơng pháp Sm - Nd chỉ hiệu quả đối với các đá mafic

và có tuổi cổ hơn 500 triệu năm

+ Các tỷ số đồng vị của Sm và Nd không chỉ giúp cho việc xác định tuổi

CHUR) - cũng nh bản chất của miền nguồn (manti hay vỏ) tại thời điểm đó qua

chỉ số εT

Nd

* Để xác định tuổi đồng vị bằng phơng pháp U - Pb thờng phân tích trêncác khoáng vật phụ trong đá magma: zircon, monazit, sphen, trong đó zircon

đợc sử dụng phổ biến hơn cả Đá magma đợc nghiền nhỏ đến kích thớc nhất

định, sau đó các hạt zircon đợc lựa chọn bằng tay dới kính hiển vi Số lợng hạtzircon tối thiểu cần thiết để xác định tuổi đồng vị khoảng 50 - 100 hạt, để có thểphân loại các hạt zircon có hình dạng, kích thớc và cấu trúc tinh thể khác nhau

đặc trng cho nguồn gốc khác nhau Thậm chí một hạt zircon có cấu trúc phức tạp

nhau) ở các giai đoạn địa chất khác nhau (tuổi hình thành khác nhau).

Tuổi đồng vị U - Pb trên các hạt zircon đợc xác định bằng phơng pháp

vi dò ion có độ nhạy cao).

Do khoáng vật zircon rất bền vững trong các quá trình địa chất, nên việclựa chọn mẫu magma để xác định tuổi đồng vị bằng phơng pháp U - Pb trênzircon thuận lợi và dễ dàng hơn rất nhiều so với các phơng pháp đồng vị phóngxạ khác Tuy nhiên, để có đủ số lợng 50 - 100 hạt zircon, cần phải lấy mẫu có

trong công tác thu thập mẫu ngoài thực địa, ngoài các dạng mẫu truyền thống(nh thạch học lát mỏng, microsonde, khoáng tớng, trọng sa, ) cần phải chú ý

thu thập đầy đủ các loại mẫu phân tích định lợng theo các nhóm nguyên tố địahóa học bằng các kỹ thuật phân tích khác nhau:

 Mẫu Hóa silicat (hoặc HQTX) để xác định hàm lợng nhóm nguyên tố

chính

 Mẫu HQTX xác định hàm lợng nhóm nguyên tố a đá ion lớn (LILE),

 Mẫu KHNT xác định hàm lợng nhóm platin (PGE), nhóm kim loại

 Mẫu QPPL xác định hàm lợng nhóm nguyên tố đất hiếm (REE).

 Mẫu HNT chủ yếu xác định hàm lợng của nhóm kim loại chuyển tiếp

 Mẫu đồng vị bằng phơng pháp Rb - Sr hoặc Sm - Nd (đá tổng hoặc các

khoáng vật tạo đá) và phơng pháp U - Pb (các khoáng vật phụ: zircon, monazit, ).

CHƯƠNG II:

(Major element)

I KHáI NIệM.

Nguyên tố chính là nguyên tố chiếm chủ yếu trong thành phần hóa học

giá trị > 0.1% và tổng hàm lợng của các oxyt nguyên tố chính bằng 100% Đó làcác nguyên tố Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K và P

Các nhà địa hóa học thờng sử dụng nhóm nguyên tố chính theo 3 mục

đích nh sau:

1- Để phân loại và gọi tên các đá Xu hớng này đợc áp dụng rộng rãi trongnghiên cứu thạch luận các đá magma, và cũng đợc sử dụng cho một số dạng đátrầm tích

2- Sử dụng số liệu nhóm nguyên tố chính để xây dựng các dạng biểu đồ

mối liên quan tơng hỗ giữa các nguyên tố hóa học và từ đó có thể suy luận vềcác quá trình địa hóa đã xảy ra trong quá khứ

3- Biểu diễn thành phần hóa học của các đá magma trên biểu đồ pha(phase diagram) với quan niệm rằng thành phần hóa học của đá không bị biến

đổi so với thành phần của dung thể magma ban đầu Trong trờng hợp này, việc

đối sánh thành phần của đá với các ranh giới pha đợc xác định bằng thực nghiệmvới các dung thể có thành phần tơng tự trong những điều kiện hóa lý nhất địnhcho phép suy luận về những điều kiện địa động lực của quá trình nóng chảy từngphần và / hoặc kết tinh phân dị tiếp theo của dung thể magma trong tiến trìnhhoạt động magma nói riêng và lịch sử phát triển địa chất nói chung

II Sự PHÂN LOạI Đá Và GọI TÊN Đá MAGMA.

1- Phân loại các đá magma bằng việc sử dụng các biểu đồ oxyt - oxyt.

a- Biểu đồ tổng lợng kiềm - silic (TAS) của Le Maitre (1981) (hình II.1)

Là một trong những biểu đồ phân loại đợc sử dụng nhiều nhất đối với các

(% tr.l oxyt) và biểu diễn trên biểu đồ phân loại (TAS).

Biểu đồ TAS phân chia các đá ra các nhóm siêu bazic, bazic, trung tính và

bổ sung thêm các tên gọi basalt kiềm hoặc basalt á kiềm).

Cần lu ý rằng biểu đồ TAS chỉ áp dụng cho các đá núi lửa còn tơi vớithành phần học bình thờng chứ không thích hợp cho các đá giàu K hoặc cao Mg(đối với chúng có các biểu đồ phân loại riêng), và tất nhiên không thể sử dụng

cho các đá núi lửa đã bị phong hóa, biến đổi hoặc biến chất, bởi lẽ các nguyên tố

post-magmatic).

Cũng cần lu ý rằng, các kết quả phân tích cần đợc tính toán lại theo 100%

Sự phân loại theo biểu đồ TAS chỉ sử dụng đối với các đá núi lửa khi

mặt của thủy tinh hoặc do kiến trúc hạt rất nhỏ Các đá núi lửa đợc sử dụng chobiểu đồ phân loại TAS cần phải tơi, có nghĩa là trong các kết quả phân tích hóa

Một điều quan trọng là, biểu đồ TAS đợc Le Maitre công bố năm 1984sau đó đã đợc Le Bas và nnk bổ sung năm 1986, đặc biệt là việc phân loại các đá

- Loạt Hawait (gồm các đá hawait, mugearit, benmoreit) có Na2 O - 2.0 ≥ K 2 O.

+ Việc chia tách các đá trachyt và ryolit ra các kiểu comendit và

dụng rộng rãi trong việc phân loại và gọi tên các đá magma xâm nhập

b- Biểu đồ K 2 O - SiO 2 để phân chia các loạt á kiềm (Peccerillo và Taylor, 1976).

II.5) Sau đó Le Maitre (1989) đa ra cách phân chia các đá á kiềm ra các kiểu

(types) thấp kali, trung bình kali và cao kali, đồng thời đề nghị các khái niệm

này có thể sử dụng để bổ sung tên gọi của các đá basalt, andesitobasalt, andesit,

2- Phân loại các đá magma khi sử dụng các khoáng vật tiêu chuẩn (norm).

của đá từ các kết quả phân tích hóa học, do vậy sự phân loại các đá có thể chỉ là

“sự phân loại khoáng vật giả”(pseudo-mineralogical classification) Phơng pháp

và Pirrson) và nhà địa hóa (Washington) nên đợc gọi là phơng pháp CIPW.

Thành phần khoáng vật tiêu chuẩn của đá có thể khác với thành phần

“khô” nên các khoáng vật “ẩm” nh biotit hoặc hornblend không đợc tính đến, và

cho rằng tỷ lệ Fe/Mg của tất cả các khoáng vật chứa Fe - Mg là nh nhau Dothành phần khoáng vật tiêu chuẩn đợc tính toán từ thành phần hóa học, nên các

đá magma hạt nhỏ, hạt lớn, thậm chí đã bị biến chất nếu chúng có thành phầnhóa học nh nhau thì sẽ có thành phần khoáng vật tiêu chuẩn giống nhau

Dới đây đa ra một số biểu đồ phân loại và gọi tên các đá magma khi sử

dụng các khoáng vật tiêu chuẩn.

a- Phân loại các đá basalt khi sử dụng biểu đồ Ne - Di - Ol - Hy - Q.

felspatoid, olivin, diopsid, hypersten và thạch anh) (hình II.6) Ba tam giác đều

basalt và các đá liên quan tơng ứng với 3 loạt magma: dới bão hòa(undersaturated - U), bão hòa (saturated - S) và trên bão hòa (oversaturated - O) Các đá basalt dới bão hòa silic (basalt kiềm) đợc đặc trng bởi các khoáng vật

anh) đợc đặc trng bởi thạch anh và hypersten tiêu chuẩn.

Độ bão hòa silic đặc biệt quan trọng trong magma basalt, bởi lẽ trong

-chiều hớng tiến hóa trong quá trình kết tinh phân đoạn Cần lu ý rằng, biểu đồnày không sử dụng cho các dung thể phân dị cao, và chỉ áp dụng tốt nhất đối vớicác đá basalt có hàm lợng MgO > 6% Hạn chế của biểu đồ phân loại này chính

là nó chỉ sử dụng khoảng 1/2 số khoáng vật tiêu chuẩn đợc tính toán, bởi vậykhông thể đại diện đầy đủ cho thành phần vật chất của các đá đợc

b- Phân loại các đá granit khi sử dụng biểu đồ Ab - An - Or.

các đá felsic với lợng thạch anh tiêu chuẩn lớn hơn 10% Biểu đồ Ab - An - Or(hình II.7) hoàn toàn dựa trên thành phần khoáng vật felspat tiêu chuẩn (đã đợc tính chuyển với tổng = 100%) đợc sử dụng chủ yếu để phân loại các đá xâm

nhập granitoid mặc dù, theo O'Connor, biểu đồ này cũng có thể áp dụng cho các

đá núi lửa felsic

loại các đá xâm nhập felsic dựa trên thành phần hóa học nhóm nguyên tố chính,trên đó dễ dàng phân biệt đợc các dạng đá granitoid khác nhau: tonalit,trondhjemit, granodiorit và granit Ngoài ra, biểu đồ phân loại này cũng có thể

sử dụng cho các đá granit đã bị biến chất - biêởn dạng, đồng thời cũng cho phépxác định đợc các kiểu magma ban đầu của chúng

3- Phân loại các đá magma khi sử dụng các cation.

Do thành phần hóa học theo phần trăm trọng lợng các oxyt không phản

ánh đầy đủ sự phân bố cation trong đá, nên một số tác giả đã đề nghị tínhchuyển thành phần hóa học của đá ra các cation Theo đó phần trăm trọng l ợngcủa oxyt đợc chia cho trọng lợng của oxyt đối với 1 cation Điều này thờng đợctiến hành khác đi một chút: phần trăm trọng lợng oxyt đợc chia cho trọng lợngphân tử của oxyt và sau đó nhân với số cation có trong công thức phân tử Trongmột vài trờg hợp tỷ số cation đợc nhân lên với 1000 và đợc gọi là millication

a- Biểu đồ R1 - R2 của De la Roche (1980).

De la Rocher và Le Terrier (1973), De la Rocher và nnk (1980) đã đa rabiểu đồ phân loại các đá magma xâm nhập và núi lửa dựa trên tỷ lệ cation củachúng, đợc xem nh là millication Biểu đồ này thờng sử dụng cho các đá xâmnhập Những tham số tính toán R1, R2 đợc biểu diễn trên biểu đồ hai cấu tử x -

y (hình II.8):

- R1 đợc biểu diễn trên trục x và đợc xác định nh sau:

R1 = [4Si - 11(Na+K) - 2(Fe+Ti)]

- R2 đợc biểu diễn trên trục y và đợc xác định theo công thức:

R2 = (Al + 2Mg + 6Ca)

Ưu việt của biểu đồ này phân loại này là:

+ Toàn bộ thành phần hóa học nhóm nguyên tố chính của đá đợc sử dụngtrong phân loại

+ Biểu đồ này có thể áp dụng cho tất cả các kiểu đá magma cho phép đốisánh sơ bộ giữa thành phần khoáng vật tiêu chuẩn với thành phần khoáng vậtthật

+ Mức độ bão hòa silic và sự thay đổi thành phần khoáng vật felspat cũng

có thể chỉ ra đợc trên biểu đồ

Tuy nhiên, hạn chế của biểu đồ phân loại này chính là các thông số R1 vàR2 không có ý nghĩa trực tiếp làm cho biểu đồ trở nên khó hiểu Ngoài ra, ranh

giới các trờng phần lớn là đờng cong nên rất khó xây dựng.

b- Biểu đồ FAM của Jensen (1976) (hình II.9).

kiềm-vôi và loạt tholeit), đặc biệt cho các đá komatit Biểu đồ này đợc xây dựng dựa

100% và biểu diễn trên biểu đồ tam giác Biểu đồ phân loại này có thể sử dụng

kiềm do biến chất trao đổi), bởi lẽ các nguyên tố đợc lựa chọn trong biểu đồ

phân loại này khá vững bền trong điều kiện biến chất ở mức độ thấp

Đặc điểm quan trọng của biểu đồ phân loại này là đã tách biệt đ ợc rõ ràngtrờng đá komatit với trờng đá basalt tholeit và kiềm-vôi, và vì vậy nó đợc sử

rệt của dạng biểu đồ này so với các dạng biểu đồ phân loại các đá núi lửa khác

c- Biểu đồ ACF (Chappell và White, 1974) (hình II.10).

Với: A = Al+3 - (Na+ + K+); C = Ca+2; F = Fe+2 + Fe+3 + Mg+2

biểu diễn ở ba đỉnh của tam giác đều, dùng để phân chia 2 kiểu granit:kiểu I và kiểu S Biểu đồ này bắt nguồn từ các dạng biểu đồ ACF và AKF của

chảy từ các đá magma hoặc trầm tích ban đầu, từ đó phân biệt ra 2 kiểu I và Sgranit

số cation) của các nguyên tố hóa học tơng ứng, chứ không phải bằng % trọng

l-ợng các oxyt

d- Biểu đồ NK/A - A/CNK (Manniar và Piccoli, 1989).

Đợc sử dụng chủ yếu cho các đá granitoid để phân biệt các loạt magma

NA/A) biểu diễn trên trục y, và chỉ số bão hòa nhôm (Aluminous Saturated Index

- ASI = A/CNK) trên trục x (hình II.11) Cần lu ý rằng, các tham số AI và ASI

không tính toán trực tiếp từ hàm lợng các oxyt theo % trọng lợng, mà theo số

tử kali (K).

III XáC ĐịNH NHữNG QUá TRìNH ĐịA HóA HọC.

1- Biểu đồ Harker.

oxyt khác trên trục y, dùng để nghiên cứu đặc điểm thạch địa hóa của các loạt đámagma và các tập đá trầm tích với hàm lợng thạch anh thay đổi, bởi lẽ thạch anh

là cấu phần chủ yếu của đá và nó thờng bị thay đổi nhiều hơn so với các oxyt

2- Biểu đồ AFM (hình II.14)

Là dạng biểu đồ sử dụng phổ biến nhất, đợc xây dựng bằng sự biểu diễn

Cần lu ý rằng, phần lớn tác giả sử dụng % trọng lợng các oxyt để xâydựng biểu đồ AFM, song một số ít lại sử dụng số lợng nguyên tử Nhng tổng thểtrong cả hai trờng hợp trên kết quả không khác nhau nhiều

dị tholeit (TH) với kiềm-vôi (CA) trong loạt magma á kiềm, có nghĩa là để phân

đợc đặc trng cho sản phẩm hoạt động núi lửa Thingmuli ở Iceland, còn xu hớng

chỉ ra đợc những xu hớng tiến hóa, vì thế có thể sử dụng để xác định các loạt(series) magma Tuy nhiên, biểu đồ này không thể cung cấp những thông tin

định lợng về các quá trình thạch luận đã xảy ra

Biểu đồ này đợc sử dụng để phân biệt các đá basalt từ các bối cảnh kiếntạo khác nhau theo đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố chính Nó đ ợc áp dụng cho

thái magma khô bằng cách loại trừ H 2 O, CO 2), có nghĩa là chỉ sử dụng cho các

đá basalt và andesitobasalt Các kiểu basalt có thể phân biệt trên biểu đồ là: kiểu

(OIB), kiểu basalt lục địa (COB), kiểu basalt cung đảo và rìa lục địa tích cực

(IAB và ACMB) hay kiểu basalt tạo núi (ORB), kiểu basalt đảo trung tâm tách

t-ơi) với hàm lợng SiO2 trong khoảng nêu trên Biểu đồ này không thể sử dụng chocác đá basalt kiềm, và đặc biệt là các đá basalt đã bị biến đổi, bởi lẽ MgO và

chuyển trong tớng biến chất đá phiến lục

5- Biểu đồ TiO 2 - K 2 O - P 2 O 5 của T.H Pearce (1975) (hình II.17).

Biểu đồ sử dụng để tách biệt giữa basalt đại dơng và basalt lục địa, bởi lẽ

trên nhiều biểu đồ phân loại khác

Biểu đồ này không áp dụng cho các đá basalt kiềm, cũng nh các đá basalt

quá trình biến đổi sau magma, mặc dù Ti và P là những nguyên tố ỳ và có độ bềnvững cao

hởng rõ rệt tới giá trị F/M

Biểu đồ này sử dụng rất hiệu quả để nghiên cứu bản chất chuyển tiếp giữahai kiểu basalt CFB và MORB, chứng minh cho nguồn gốc sâu từ các kiểu manti

khoáng vật tạo đá của basalt: Mn nằm trong olivin, pyroxen và titanomagnetit;còn Ti nằm trong titanomagnetit và pyroxen Bởi vậy, sự kác nhau giữa hoạt

động magma cung núi lửa với basalt đại dơng có thể đợc phản ánh qua xu hớng

quan hoặc là với vật liệu nguồn magma hoặc là với mức độ nóng chảy từng phần

Ưu thế đặc trng của biểu đồ phân loại này là các nguyên tố Mn, Ti và P t ơng đối

ỳ và không nhạy cảm với các quá trình biến đổi nhiệt dịch

8- Biểu đồ Na 2 O - K 2 O (theo Chappell và White, 1974).

II.20) với quan niệm rằng các đá granit kiểu I là sản phẩm nóng chảy từng phần

từ các đá magma ban đầu có đặc điểm địa hóa trội natri, còn các đá granit kiểu S

là sản phẩm nóng chảy từng phần từ các thành tạo trầm tích vỏ lục địa mang tínhtrội kali rõ rệt

IV KếT LUậN.

Số liệu địa hóa nhóm nguyên tố chính của các đá magma đợc sử dụng đểluận giải về đặc điểm thạch luận nguồn gốc bằng việc xây dựng các biểu đồthạch địa hóa theo các hớng sau:

1- Phân loại và gọi tên các đá magma.

-Q (theo Thompson, 1984).

c- Biểu đồ phân loại các đá granitoid theo thành phần khoáng vật tiêu

d- Biểu đồ phân loại và gọi tên các đá xâm nhập sử dụng các tham số R1

2- Phân chia các loạt (series) magma.

Irvine và Baragar, 1971).

(loạt tholeit - TH), trung bình kali (loạt kiềm-vôi - CA), cao kali (loạt kiềm-vôi cao kali) và loạt shoshonit (SH) trên biểu đồ K2O - SiO2 (theo Peccerillo và Taylor, 1976; Le Maitre, 1989).

c- Phân chia các đá núi lửa theo phần trăm cation Al - (Fe + Ti) - Mg ra

1968; Irvine và Baragar, 1971).

f- Biểu đồ AI - ASI phân biệt các loạt magma trung bình nhôm(metaluminous), loạt quá bão hòa nhôm (peraluminous) và loạt quá bão hòa

3- Phân chia các kiểu (types) magma.

andesitobasalt).

OIA, CAB, IAT

kiểu basalt MORB và CFB

e- Các biểu đồ F1 - F2 - F3 của Pearce J.A (1976) dựa trên 9 oxyt nguyên

hàm phân biệt

và White, 1974) để phân chia các kiểu thạch luận granit: kiểu I và kiểu S.

CHƯƠNG III:

(Trace Elements)

Nguyên tố vết là những nguyên tố hóa học có mặt trong đá với hàm lợngnhỏ hơn 1% trọng lợng - có nghĩa là nhỏ hơn 1000ppm Đôi khi nguyên tố vết cóthể tạo thành khoáng vật riêng biệt, song nhìn chung chúng thay thế nhữngnguyên tố chính trong các khoáng vật tạo đá

Việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố vết đã trở thành mộtphần thiết yếu trong nghiên cứu thạch luận hiện đại và có khả năng phân biệtnhiều quá trình thạch địa hóa tốt hơn so với nhóm nguyên tố chính Điều đặcbiệt quan trọng là những mô hình toán học dựa trên hành vi địa hóa nhómnguyên tố vết cho phép đa ra những luận giải địa chất đáng tin cậy về các quátrình bị khống chế bởi sự cân bằng tinh thể - dung thể hoặc tinh thể - chất lỏng

I- Sự PHÂN LOạI NGUYÊN Tố VếT THEO HàNH VI ĐịA HóA

CủA CHúNG.

Nguyên tố vết thờng đợc nghiên cứu theo từng nhóm, và đặc điểm địa hóacủa các nhóm hoặc sự thay đổi một cách hệ thống trong từng nhóm nguyên tố đ-

vết thờng đợc phân loại hoặc là dựa vào vị trí của chúng trong bảng tuần hoànMendeleep, hoặc là theo hành vi địa hóa của chúng trong hệ thống magma

1- Trong bảng tuần hoàn Mendeleep: có thể phân chia một số nhóm

nguyên tố vết nh sau:

a- Nhóm Lantanit hoặc nhóm đất hiếm (Rare Earth Elements - REE): bao gồm

Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) Ngoài ra, đợc ghép vào nhóm này còn có nguyên tố

Y với bán kính ion tơng tự nh của nguyên tố Ho Nguyên tố Pm trong thực tếkhông gặp

Những nguyên tố đất hiếm có số nguyên tử thấp (La, Ce, , Sm) đợc gọi

Nhìn chung, tất cả các nguyên tố trong nhóm đất hiếm đều có đặc điểmhóa học và vật lý học giống nhau: chúng đều tạo nên các ion hóa trị +3 vững bền

sự khác biệt chút ít: kích thớc ion giảm dần theo sự tăng dần của số nguyên tử(hay số thứ tự) đã dẫn tới sự khác nhau trong đặc điểm địa hóa của chúng.

Những khác nhau nhỏ về kích thớc và hành vi địa hóa trong nhóm đất hiếm đợc

sử dụng trong nghiên cứu thạch luận để luận giải về nguồn gốc cũng nh các quátrình địa hóa xảy ra trong thạch quyển và manti Ngoài ra, một vài nguyên tố đất

điều này ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong địa chất học nói chung và thạch địahóa nói riêng

b- Nhóm Platin (Platium group elements - PGE): bao gồm các nguyên tố có

là nhóm kim loại quí, nếu nh bao gồm cả nguyên tố Au

c- Nhóm kim loại chuyển tiếp (Transition metals - TME): bao gồm các nguyên

nhiên, trong địa hóa học khái niệm nhóm nguyên tố kim loại chuyển tiếp th ờngchỉ áp dụng đối với 2 nguyên tố chính là Fe và Mn; Ngoài ra, nguyên tố Sc đôi

Nhìn chung, các nguyên tố trong mỗi một nhóm kể trên có đặc điểm hóahọc tơng tự, song những quá trình địa chất có thể dẫn đến sự khác biệt về hành

vi địa hóa giữa chúng Vì vậy, việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tốvết có thể giúp các nhà địa chất hiểu rõ đợc nhiều quá trình địa chất đã và đangxảy ra

2- Hành vi địa hóa của các nguyên tố vết trong hệ thống magma:

a- Khi manti của Trái đất bị nóng chảy, các nguyên tố vết hoặc là sẽ đivào trong pha lỏng (dung thể), hoặc là đi vào trong pha rắn (khoáng vật).

elements - CE), còn nguyên tố nào a pha lỏng hơn đợc gọi là nguyên tố không

t-ơng hợp (incompatible - ICE) - có nghĩa là chúng không thích hợp với cấu trúc

khoáng vật và sẽ thoát đi cùng với pha lỏng ngay từ ban đầu Nguyên tố không t

Về chi tiết, mức độ tơng hợp hoặc không tơng hợp và hành vi địa hóa củacác nguyên tố vết cũng thay đổi tùy thuộc vào thành phần của dung thể Thí dụ:nguyên tố P là không tơng hợp đối với các khoáng vật trong manti, nên trong

dung thể; nhng trong các đá granit, P lại là nguyên tố tơng hợp nên thờng nằmtrong cấu trúc tinh thể của apatit

b- Các nguyên tố không tơng hợp đôi khi đợc phân chia theo tỷ số điện

strength) - là số đo điện tích điện tử trên một đơn vị bề mặt cation Nó cũng

trị với bán kính ion Nh vậy:

cao (high field strength - HFS) với thế ion > 2.0; Còn những cation lớn có điện

với thế ion < 2.0 Những cation trờng vững bền thấp cũng còn đợc gọi là những

Thông thờng những nguyên tố với bán kính ion nhỏ và điện tích tơng đốithấp có xu hớng tơng hợp Đó là nhóm nguyên tố chính và nhóm kim loạichuyển tiếp

cặp nguyên tố Zr - Hf và Ta - Nb rất tơng đồng nhau về kích thớc và điện tích

ion, nên chúng có hành vi địa hóa rất giống nhau.

này đều có bán kính ion và điện tích nh nhau).

II- CáC QUá TRìNH ĐịA CHấT KIểM SOáT Sự PHÂN Bố

NGUYÊN Tố VếT.

a- Độ linh động (mobility) của các nguyên tố vết.

Độ linh động của nguyên tố vết đợc kiểm soát bởi sự thay đổi thành phầnkhoáng vật xảy ra trong quá trình biến đổi và phụ thuộc vào bản chất của phalỏng Về cơ bản, những nguyên tố không tơng hợp thuộc nhóm có trờng vững

Còn những nguyên tố thuộc nhóm có trờng vững bền cao bao gồm nhóm đất

động (immobile - IME).

Trong nhóm kim loại chuyển tiếp Mn, Zn và Cu là những nguyên tố linh

động, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao, còn Co, Ni, V và Cr lại là nhữngnguyên tố không linh động

linh động của nhóm nguyên tố đất hiếm với kiểu đá hoặc với mức độ biến chất.Thí dụ, trong quá trình biến đổi các nguyên tố đất hiếm có thể di chuyêớn rakhỏi basalt thủy tinh dễ dàng hơn là từ các đá cùng thành phần nhng có độ kết

bởi các dung dịch tạo khoáng giàu carbonat hoặc giàu halogen Trong quá trìnhkhử nớc của tấm vỏ đại dơng bị hút chìm dẫn tới sự sinh thành magma kiềm-vôi(CA) các nguyên tố LILE, Th, P, Ce và Sm có thể trở nên linh động hơn nhiều.

2- Những nguyên tố không linh động (ỳ).

Một bớc tiến quan trọng trong việc xây dựng các dạng biểu đồ phân biệttrong nghiên cứu thạch luận nguồn gốc đó là sự phát triển các phơng pháp phântích nhanh chóng và chính xác đối với những nguyên tố vết có hàm lợng rất thấptrong các khoáng vật silicat Các phơng pháp phân tích thờng đợc sử dụng làhuỳnh quang tia X (XRF) và kích hoạt neutron (NAA) Có ý nghĩa đặc biệt quan

trọng đó là những nguyên tố vết không linh động (ỳ) trong điều kiện nhiệt dịch.

Chính vì vậy những biểu đồ đợc xây dựng theo các nguyên tố vết không linh

chất

Nhiều biểu đồ phân biệt đã sử dụng các nguyên tố có tr ờng vững bền cao(nh Ti, Zr, Y, Nb, P) - đó là những nguyên tố không linh động trong các dung

dịch lỏng, có nghĩa là chúng trở nên vững bền trong các điều kiện nhiệt dịch,

-3- Các bối cảnh kiến tạo.

Số lợng các bối cảnh kiến tạo đợc ghi nhận tại thời điểm hiện tại lớn hơnnhiều so với 20 năm trớc đây Điều đó phản ánh sự tiến bộ vợt bực trong hiểubiết của chúng ta về tiến trình phát triển của Trái đất nói chung, cũng nh về các

tiên đã xác định đặc điểm địa hóa học các đá basalt từ các bối cảnh kiến tạo

nay, việc phân biệt về mặt hóa học các bối cảnh kiến tạo đã mở rộng ra cho tấtcả các đá magma và trầm tích

đợc phân biệt tốt nhất khi sử dụng đặc điểm hóa học của các đá basalt, còn để

tốt nhất nên sử dụng đặc điểm địa hóa các đá granite Rìa lục địa thụ động(PCM) đợc đặc trng bởi sự vắng mặt các hoạt động magma và chỉ có thể nhận

biết đợc khi sử dụng đăồc điểm địa hóa các đá trầm tích Những bối cảnh kiến

(IA) có thể phân biệt khi sử dụng toàn bộ các đặc điểm thạch địa hóa nêu trên.

Tóm lại, những bối cảnh kiến tạo có thể phân biệt đợc khi sử dụng các

tiêu chuẩn thạch địa hóa (lithogeochemical) bao gồm:

* Dãy núi giữa đại dơng:

basalt dãy núi giữa đại dơng bình thờng N-MORB).

núi giữa đại dơng đợc làm giàu E-MORB).

* Cung núi lửa:

* Đới va chạm mảng:

* Các bối cảnh nội mảng:

4- Các quá trình thạch luận.

a- Nóng chảy từng phần (Partial Melting - PM).

Có hai kiểu nóng chảy từng phần, đó là:

đợc tạo ra liên tục phản ứng và tái cân bằng với pha rắn tàn d cho đến khi dung

rất nhỏ dung thể đợc hình thành và sau đó tách ngay ra khỏi nguồn Sự cân bằng

chỉ xảy ra giữa dung thể với bề mặt các khoáng vật trong miền nguồn Kiểunóng chảy phân đoạn chỉ có thể thích hợp với sự thành tạo một số dung thểmagma basalt.

b- Kết tinh phân đoạn (Fractional Crystallization - FC).

crystallization), kết tinh phân đoạn (fractional crystallization) và kết tinh tại chỗ

(in situ crystallization).

+ Kiểu kết tinh cân bằng là quá trình kết tinh của dung thể magma mà

trong suốt quá trình kết tinh Sự phân bố của các nguyên tố vết trong quá trìnhkết tinh cân bằng hoàn toàn trái ngợc với quá trình nóng chảy cân bằng đã trìnhbày ở trên Sự giàu lên hoặc nghèo đi của các nguyên tố vết so với dung thể ban

+ Trong kiểu kết tinh phân đoạn những tinh thể khoáng vật đợc tách ra

đạt đợc trong một số trờng hợp riêng biệt Quá trình kết tinh phân đoạn đợc trìnhbày tốt nhất bằng định luật Rayleigh

t-ờng) của lò magma, ở đó dung thể tàn d đợc tách ra khỏi đám tinh thể trong đới

kết tinh ở phần rìa của lò magma Đới kết tinh chuyển động tịnh tiến dần dầnqua lò magma cho tới khi sự kết tinh hoàn tất

c- Hỗn nhiễm magma (AFC).

Đó là quá trình đồng hóa các đá vây quanh xảy ra đồng thời với quá trìnhkết tinh phân đoạn Thực tế, quá trình AFC rất khó ghi nhận và có sự t ơng phảnrất rõ về hàm lợng nhóm nguyên tố vết giữa magma và đá vây quanh

III- CáC BIểU Đồ PHÂN LOạI Sử DụNG NGUYÊN Tố VếT.

1- Phân loại và gọi tên các đá magma:

(differentiation index DI) và tỷ số Nb/Y nh là chỉ số kiềm (alkalinity index

-DI) (hình III.1) Các đá basalt á kiềm đợc đặc trng bằng các tỷ số Nb/Y và

tỷ số Nb/Y vẫn thấp; còn các đá bazic kiềm, cũng nh các đá bazic khác, đợc đặc

loại và gọi tên các đá núi lửa Hàm lợng Ce trong các dạng đá núi lửa phân dị

tập trung của Ga trong quá trình phân dị, có nghĩa là hàm l ợng Ga tăng lên cùng

loạt TH) lại có sự thay đổi rất ít, thậm chí có sự giảm nhẹ hàm l ợng Ga trong

quá trình phân dị

kết tinh và biến chất

Hàm lợng Sc giảm rõ rệt trong quá trình phân dị của hai loạt magma á

đá núi lửa khác nhau và đặc biệt phân biệt đợc rõ ràng các đá basalt kiềm và á

gọi tên các đá granit Rb, Ba, và Sr rất phổ biến trong các đá magma acid, chúngthờng thay thế K hoặc Ca trong felspat và có mức hàm lợng từ vài ppm đến hàngtrăm ppm

Ba và Sr là những nguyên tố vết đặc biệt nhạy cảm đối với quá trình kếttinh phân đoạn Đá granit nào nghèo Ba thì sẽ giàu hoăồc là Rb hoặc là Sr, nh ng

th-ờng, tỷ số Ba/Sr là yếu tố không chế chủ yếu - tỷ số này tăng theo tiến trình phân

giảm đi nhanh chóng

Biểu đồ Rb - Ba - Sr không những dùng để phân loại các đá magma acidthuộc các loạt phân dị, mà còn có thể sử dụng nh tiêu chuẩn phân loại nguồn gốc

2- Phân chia các loạt magma:

đ-ơng Tuy nhiên, biểu đồ này không thể tách biệt đợc kiểu basalt lục địa với kiểu

biến đổi sau magma, vì vậy biểu đồ này hạn chế sử dụng cho các đá bị biến đổimạnh

III.8) Ngoài ra, theo Smith (1976) biểu đồ này có thể phân loại rất hiệu nghiệm

đối với các đá basalt đã bị biến chất đêởn tớng prenit - pumpelit

3- Phân chia các kiểu magma theo bối cảnh kiến tạo (các kiểu kiến tạo).

a- Đối với các đá có thành phần từ basalt tới andesit.