RÃNH SÂU ĐẠI DƯƠNG, QUÁ TRÌNH BIẾN CHẤT VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI MAGMA TRONG KIẾN TẠO MẢNG

Cùng với quá trình này sẽ xảy ra hiện tượng tái nóng chảy từng phần của mảng mang vỏ đại dương ở bề mặt manti rồi chúng được đưa lên bề mặt trái đất cùng rất nhiều nước và các vật chất t

RÃNH SÂU ĐẠI DƯƠNG, QUÁ TRÌNH BIẾN CHẤT VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI

MAGMA TRONG KIẾN TẠO MẢNG

NGUYỄN VĂN HOÀN, Lớp Địa chất khoáng sản và thăm dò, Khóa 34

Tóm tắt: Rãnh sâu đại dương (máng nước sâu) là một dạng địa hình lõm kéo

dài và hẹp nằm trên đáy đại dương Các máng nước sâu là là nơi tiếp xúc với đới hút chìm, là ranh giới của mảng hội tụ Ở ranh giới hội tụ giữa hai mảng thạch quyển với sự chúi xuống của mảng mang vỏ đại dương tạo nên một trường địa nhiệt cao Kết quả là tạo nên một trường biến chất áp suất cao có thành phần rất phức tạp Cùng với quá trình này sẽ xảy ra hiện tượng tái nóng chảy từng phần của mảng mang vỏ đại dương ở bề mặt manti rồi chúng được đưa lên bề mặt trái đất cùng rất nhiều nước và các vật chất từ manti, sau đó trên bề mặt vỏ trái đất xảy ra quá trình biến chất nhiệt độ cao, áp suất thấp và

sự hình thành một dãy núi lửa Biến chất áp suất thấp có thành phần phức tạp thường đi đôi với phần trên của biến chất áp suất cao và mang một phần vật chất từ vỏ đại dương cổ Cung đảo là đặc điểm riêng của mảng hội tụ kèm theo đới động đất sâu, rãnh sâu đại dương và thành tạo magma chủ yếu là tholeit (tholeit cung đảo) mang tính kiềm vôi.

1 MỞ ĐẦU

Rãnh sâu đại dương (Trench) là

một yếu tố địa hình đặc biệt, cũng là các

phần sâu nhất của đáy đại dương Các rãnh

sâu xác định một ranh giới tự nhiên hội tụ

trên bề mặt rắn của Trái Đất giữa hai mảng

thạch quyển (nơi mà nột mảng thạch quyển

chìm bên dưới một mảng khác và chìm vào

trong manti) Các mảng chuyển động cùng

nhau dọc theo các ranh giới mảng hội tụ

với tốc độ hội tụ thay đổi trong khoảng từ

vài mm đến 10 cm hoặc lớn hơn mỗi năm

Một rãnh đánh dấu vị trí mà ở đó hút chìm

phiến bị uốn cong bắt đầu giảm dần vào

bên dưới một phiến thạch quyển khác Các

rãnh thường song song với cung đảo núi

lửa và cách cung núi lửa khoảng 200 km

Các rãnh đại dương thường rộng từ 3 đến

4 km bên dưới độ cao xung quanh thềm đại dương Nơi sâu nhất trong đại dương được biết đến là Challenger Deep của rãnh Mariana với độ sâu 10.911 m bên dưới mực nước biển

Nhờ sự phát triển của hoạt động magma, các vật liệu tạo vỏ lục địa giàu SiO2 nhẹ hơn các đá mafic của vỏ đại dương được hình thành Các rìa lục địa tích cực cũng có những biểu hiện tương tự Tại rãnh sâu có các trầm tích với vật liệu đưa

từ bên ngoài tới, bề dày lớn, gọi là turbidit thường có dạng nhịp Các thành tạo này chỉ chiếm một vài vị trí trong rãnh sâu vì

gờ nâng phía ngoài ngăn cản sự vận chuyển vật liệu trầm tích đến Rãnh sâu đại

dương có thể có độ sâu rất lớn nếu sự cung

cấp các vật liệu trầm tích từ cung đảo hoặc

lục địa không đáng kể hoặc bị gờ nâng

ngoài chắn Các thể trầm tích ở rãnh sâu

đại dương thường có dạng nêm (terrane),

vát nhọn về phía đối diện với đại dương

Các đới hút chìm (subduction) nghiêng với

góc 30o đến 90o Thường thường đới hút

chìm có độ nghiêng 45o đến 60o

Khi chìm xuống một môi trường nóng hơn thì sẽ xuất hiện hiện tượng nóng chảy từng phần trong manti nằm trên bề mặt hút chìm, sự nóng chảy này sẽ sinh ra magma axit hơn, nhẹ hơn vì vậy chúng đi ngược lên trên bề mặt tạo dựng một cung đảo núi lửa tholeit (tholeit cung đảo) trong khi đó ở dưới sâu magma granodiorit được hình thành

Sơ đồ ranh giới mảng hội tụ ở Nhật Bản (theo tài liệu của Miyashiro)

2 Ý NGHĨA KIẾN TẠO CỦA

MỐI QUAN HỆ ÁP SUẤT - NHIỆT ĐỘ

Biến chất ở ranh giới mảng - biến

chất xảy ra ở tất cả các ranh giới mảng

thạch quyển Ở ranh giới mảng hội tụ là

đai tạo núi Đai tạo núi phát triển rộng

được gọi là vùng biến chất Trong vùng

biến chất thường tồn tại các đới, người ta

gọi là đới biến chất đi cùng với đai tạo núi

Hầu hết chúng ta nhận biết được sự phản ứng của khoáng vật với nhiệt độ, áp suất trong quá trình nghiên cứu thạch luận đá biến chất và đai tạo núi Nghiên cứu đá biến chất là một quá trình quan trọng trong địa kiến tạo và đai tạo núi

Vùng biến chất có thể được chia làm 3 loại, gọi là 3 loại cơ bản, đặc trưng cho sự khác nhau của trường địa nhiệt: Áp

suất thấp đặc trưng là andalusit, áp suất

trung bình đại diện là kyanit (không có

glaucophan) áp suất cao đại diện là

glaucophan và jadeit (Miyashiro 1961)

Đường cong địa nhiệt được biểu diễn trong

hình 2

Độ giảm trung bình của trường địa

nhiệt như theo dõi là > 25oC/km đối với

vùng biến chất áp suất thấp, 20oC/km đối

với vùng biến chất áp suất trung bình và

10oC/km đối với vùng biến chất áp suất

cao

Ước tính trung bình nhiệt độ trong

vùng biến chất áp suất thấp >50oC/km

Như vậy kết quả của giá trị cao không phải

do độ dẫn nhiệt nhưng là sự kết hợp của độ dẫn nhiệt với quá trình di chuyển của magma và nước ở thể lỏng Thực tế đã tìm thấy nhiều khối granit trong vùng biến chất

áp suất thấp Ước tính địa nhiệt <10oC trong biến chất áp suất cao biểu hiện là mảng đứng yên, không dịch chuyển Họ đưa ra kết quả chắc chắn về sự chúi xuống của mảng mang vỏ đại dương trong hoạt động kiến tạo Nếu sự chúi xuống dừng lại thì trường địa nhiệt sẽ tạm thời ngừng nghỉ Nếu phù hợp với những điều kiện nói trên thì đó là vùng biến chất áp suất cao với sự chúi xuống của mảng mang vỏ đại dương với kết quả là tạo nên đới động đất sâu (đới Benioff)

Hình 2: Sơ đồ biểu diễn đường cong địa nhiệt biến chất áp suất thấp, trung bình và cao (Biểu diễn quan hệ nhiệt độ - áp suất trong vỏ trái đất Theo tài liệu của Miyashiro)

3 MAGMA TƯƠNG PHẢN

GIỮA ĐỚI BIẾN CHẤT ÁP SUẤT

CAO VÀ THẤP

Theo quan điểm hiện nay bỏ qua sự

liên hệ của magma với đá biến chất và

không gian liên quan của các pha magma

khác nhau Sản phẩm của sự kết hợp

magma chính là của axit và hợp chất tức

thì như (granit, riolit, dacit và andesit) khu

vực chiếm ưu thế các đá biến chất áp suất

thấp nhưng đá magma mafic và siêu mafic

thành tạo ở đới đá biến chất áp suất cao

Đá mafic và siêu mafic gặp rất nhiều trong đới ophiolit Trong đới áp suất trung bình thì thành tạo các đá trung gian Sự tương phản của đá magma rất rõ ràng giữa 2 đới biến chất của vành đai Thái Bình Dương

Biến chất là đặc điểm rõ ràng của đai tạo núi như là bao gồm đới biến chất áp suất cao Do vậy vấn đề của đới ophiolit được gắn liền với đá biến chất áp suất cao

Sơ đồ 3 cặp đôi đới biến chất ở Nhật Bản (theo tài liệu của Miyashiro)

4 ĐỚI BIẾN CHẤT ÁP SUẤT

THẤP VÀ CUNG ĐẢO NÚI LỬA

Những vùng xuất hiện những loạt

biến đổi lớn trong đặc điểm từ kiểu bề mặt

đá biến chất áp suất thấp đến dãy núi lửa

trong cung đảo và hoạt động rìa lục địa

tích cực

5 THẠCH LUẬN ĐÁ NÚI LỬA CỦA CUNG ĐẢO

Các loại đá núi lửa - Trong nửa đầu của thế kỷ 20 có quan hệ của núi lửa ở cung đảo và rìa lục địa tích cực gồm có lượng lớn của basalt, andesit, dacit, ryolit, trong đó hàm lượng SiO2 và kali trong đá gốc được

tăng lên và hàm lượng MgO và

Fe2O3+FeO trong đá gốc bị giảm đi trong

các bậc Bawen 1928 quan tâm đến bậc này

như là miêu tả quá trình phân đoạn loạt kết

tinh bởi 2 mối quan hệ chủ yếu, một sáng

màu sắc và khoáng vật sẫm màu Khoáng

vật màu có thứ tự kết tinh theo thứ tự

Olivin pyroxel thoi pyroxen xiên

-amphibol - biotit Đá núi lửa thường là loại

kiềm hoặc những đá kiềm vôi

Fener (1929) và đáng chú ý hơn là

Wager và Deer (1939) đã chứng minh hiện

tượng có thực các tholeit của đá núi lửa

không có kali nhưng khác biệt với đá kiềm

hoặc đá kiềm vôi Các tholeit ít hoặc

không tăng thành phần SiO2 và thay thế

một lượng đáng kể Fe2O3+FeO trong giai

đoạn sớm của quá trình kết tinh Các đá

này có olivin và pyroxen là các khoáng vật

màu chính nhưng ít hoặc không có

amphibol và biotit Các tholeit thường bao

gồm nhiều đá mafic không có đá trung tính

và một ít đá axit, ngược lại các đá kiềm

vôi thường chủ yếu trong đá trung tính và

acit

Basalt kiềm ở vài khu vực có tỷ số

K2O/Na2O thấp hơn đơn vị ở những nơi

khác trong trường hợp khác có tỷ số

K2O/Na2O gần với đơn vị Joplin 1964 và

Jakes và White 1969, 1972 có sự chấp

nhận tên shoshonit cho nhóm muộn hơn

của basalt kiềm

Trong giáo trình thạch học định nghĩa tên của andesit chính là thành phần giới hạn của SiO2 trong chúng, bảng màu hoặc tỷ số của plagioclas fenspat kiềm -khoáng vật silic Trong định nghĩa đó 3 loạt của đá núi lửa bao gồm andesit như là một thành viên Tuy nhiên andesit cũng được định nghĩa đặc trưng hoá học khác khác nhau và đặc tính khoáng vật khác nhau trong 3 loạt khác nhau Những vị trí này là không xa như loạt đá được phân loại của sự đồng hoá vào nguồn gốc malti Bởi vậy nên Macdonald 1960 đã đề nghị dùng tên hawaiite và mugearite cho tên gọi andesit của loạt đá kiềm Carmichael 1964 trang 442 đặt ra tên icelandite cho andesit của Iceland, Taylor và White 1965 chấp nhận những tên này cho andesit loạt tholeit Trong cách này dùng tên andesit có thể bị giới hạn đến andesit của loạt kiềm vôi Bởi vậy chúng ta đang sư dung 3 loạt

đá núi lửa của cung đảo và rìa lục địa

1 Loạt tholeit bao gồm basalt tholeit, I lượng celandite và ít dacit, lượng SiO2 trong chúng hầu như từ 48-63% trong

2 Loạt kiềm vôi bao gồm chủ yếu

là andesit và dacit, ít ryolit Lượng SiO2 trong chúng hầu như từ 52-70%

Loạt 1 và 2 là kiềm vôi trong nghĩa rộng hơn cả 2 có trong Peacock 1931 kiềm vôi cho là bằng 56-67% Đá của loạt 1 gồm

có augit, pigeonite (đôi khi có đi cùng

pyroxen thoi) trong địa khối và chỉ ra sự

mở rộng giàu sắt trong giai đoạn giữa của

phần nhỏ đới kết tinh ở những nơi này

thuộc loạt 2 chứa pyroxen thoi (không có

pigeonite) trong địa khối và chỉ ra ít giàu

sắt trong phần nhỏ của đới kết tinh Bảng 2

chỉ ra sự so sánh của hợp phần hoá học

giữa icelandite của loạt 1 và andesit của

loạt 2 với tương tự SiO2 trong chúng ở

đông bắc cung Nhật Bản

3 Loạt kiềm được phân chia thành

loạt phụ:

A: Nhóm kiềm sodic bao gồm

basalt olivin kiềm hawailite, mugearite,

trachit và riolit kiềm

B: Nhóm shoshonit bao gồm

sololeit, latit và lơxit

Tổ hợp rất khác nhau của cung đảo

núi lửa, trong cung đảo có đới động đất sâu

hướng về phía lục địa như ở đông bắc nhật

bản, đảo Kurin và Indonesia đá núi lửa có

khuynh hướng tăng hàm lượng kiềm về

phía lục địa Nói cách khác kiềm và tổng

kiềm trong chúng tỷ số K/Na và bậc quá

bão hoà SiO2 của đá núi lửa có khuynh

hướng tăng về phía lục địa Nếu chúng ta

so sánh các đá với cùng lượng SiO2 trong

chúng như là sự liên quan đều đặn hợp

phần trung bình của đá núi lửa từ

55-57,5% SiO2 từ cung đông bắc Nhật Bản

(Yagi, Kawano và Aoki 1963) chứa đựng

trong nhiều cung đảo không chỉ toàn bộ

các đá núi lửa là được xem xét như trong

Sugamura (1960,1968), và Dickinson 1968 nhưng khi loạt kiềm vôi được loại trừ về sự giả hình như vậy nó có trước bởi vài quá trình tiếp theo bao gồm sự hỗn nhiễm như

ở Kuno 1959,1960

Trong sự trưởng thành bình ổn hoạt động của cung đảo ở đông bắc Nhật Bản

và Kamshaca tính chất thạch học của loạt tholeit, loạt kiềm vôi và loạt kiềm xuất hiện trong những dạng này từ đại dương đến phía lục địa của đai núi lửa, tóm tắt sự nhận biết điều tra chi tiết các đai núi lửa đông bắc cung Nhật Bản được cung cấp bởi Kawano, Yagi và Aoki (1961, 1963) Trong đới rìa đại dương (tên gọi của đới Nazu) giữa đai núi lửa, các đá tholeit được

đi cùng bởi các đá kiềm vôi, hợp phần hoá học tương tự loạt tholeit với cùng hàm lượng SiO2 loại trừ sự giàu sắt trong giai đoạn giữa của sự tiến hoá giữ những vị trí trong loạt tholeit (bảng 2) Đá kiềm vôi lượng K2O cao hơn những đá tholeit kết hợp Đới rìa lục địa giữa đai núi lửa có đặc điểm bởi sự vắng mặt tholeit tiêu biểu (đặc trưng hoặc điển hình) và phong phú chiếm chủ yếu các đá thuộc loạt kiềm vôi (đặc biệt andesit) nó có lượng K2O cao hơn và

tỷ số Fe2O3/FeO cao hơn tholeit và những

đá kiềm vôi đồng hành của đới rìa đại dương Những đá của loạt tholeit không chứa horblen và biotit và những đá kiềm vôi rìa lục địa chứa horblen và biotit thông thường hơn Basalt thuộc nhóm kiềm sodic xảy ra ở gần rìa lục địa hạn chế của đai núi

lửa Miocen và Pliocen tính chất thạch học

ở đông bắc Nhật Bản là tương tự tính Đệ

tứ được chỉ ra ở hình 4 điều đó gợi ý rằng

vị trí của các mảng hút chìm là không

thành tạo từ Miocen

Loạt kiềm vôi tự nhiên - tính trạng

và đặc điểm của basalt kiềm vôi là không

rõ ràng, nhiều núi lửa phun lên loạt kiềm

vôi không có basalt, loạt này có thể bắt đầu

với andesit Nockold và Allen (1953) tìm ra

nhiều biểu đồ cho rằng acit và đá trung

gian của loạt kiềm vôi rơi vào đường cong

phẳng cho mỗi khu vực Họ giải thích điều

này như là sự gợi ý rằng magma gốc là đá

trunng gian (như andesit hoặc diorit) trong

hợp phần với SiO2 = 52-56% và cho rằng

đá mafic nhiều hơn nữa của loạt sớm, sự

tích tụ của sự kết tinh sớm Green và

Ringwood (1966, 1968) chứng minh thực

tiễn có thể của thành hệ magma andesit

nguyên thủy

Kuno 1960 đã đề xuất tên của đá

basalt cao nhôm cho đá basalt thông

thường ở hợp phần hoá học và sự phân

chia địa lý giữa tholeit và basalt olivin

kiềm Điều đó có nghĩa rằng basalt cao

nhôm phải là basalt gốc thuộc loạt kiềm

vôi (ví dụ Jakes và White 1972, Aoki và

Oji 1966, Kuno 1968) Osborn (1962) đã

nhấn mạnh điều quan trọng có thể của oxy

dẫn xuất của tholeit và loạt đá kiềm vôi

hoặc kém tương tự magma basalt (ông

dùng tên của gabro xâm nhập dạng vỉa cho

đá của loạt tholeit

Đá núi lửa thuộc loạt kiềm vôi được phát triển ở khu vực tạo núi (bảng 3) Sự xuất hiện của đá kiềm vôi hoặc số lớn trong

số đá andesit và ryolit có thể về hướng gợi

ý cung đảo và đới lục địa hoạt động, nó không được ghi chú nhưng những đá này không chiếm ở cung chưa trưởng thành như được chứa ở bảng 3 hoặc được bàn đến ở phần sau

Đá núi lửa thuộc loạt kiềm vôi giống với đá granit ở hợp phần hoá học, cả

2 đều ở đai tạo núi Nó có thể được phát nguyên từ cùng magma andesit (diorit) ví

dụ Nockold và Allen 1953, Dickinson 1970) nó liên quan đến đá granit chỉ ra sự kết hợp không thay đổi của sự khác nhau của cung đảo và rìa lục địa như là đá núi lửa có sự tồn tại trong sự biến đổi của đá granit được chứng minh bởi Moore 1959

và Moore và Grantz và Blake 1961 về bờ biển phía tây bắc Mỹ và bởi Taneda ở Nhật Bản

Phác đồ kiểm tra sự thay đổi magma - magma nguyên nhân gây ra núi lửa cung đảo và hoạt động của rìa lục địa

sẽ tạo ra vài sự liên quan nguồn gốc đới hút chìm Từ đó những đá núi lửa đặc biệt của loạt kiềm vôi được vào cung núi lửa nó liên quan trực tiếp tới đới hút chìm ví dụ magma andesit nguyên thuỷ dẫn đến kết quả trong loạt này được tạo ra bởi sự nóng chảy từng phần của vỏ đại dương dạng nâng cao hầu hết các lớp của đới hút chìm như hình 2

Magma basalt loạt tholeit và loạt

kiềm có thể được tạo thành bằng sự tái

nóng chảy một phần vật chất ỏ dưới sâu

hoặc phần bên trên của malti Vỏ đại

dương được cấu tạo bằng loạt tholeit biển

sâu và có lẽ lớp peridotit ở bên dưới của

thạch quyển bị đi xuống malti

Vỏ đại dương với cấu tạo là tholeit

ở vùng biển thẳm và bên dưới có lẽ là lớp

peridotit của thạch quyển chịu đựng một

thời kỳ thay đổi ngày càng tăng về độ sâu

và áp suất Trạng thái cân bằng giữa trạng

thái nóng chảy và trạng thái rắn sẽ chuyển

sang một chế độ áp suất khác Những kết

quả thí nghiệm gần đây về sự nóng chảy

của peridotit dưới áp suất rất lớn sẽ được

bão hoà silicat không đúng mức (thí dụ )

Sự kiện này đúng với điều kiện nhiệt P-T,

cấu tạo của đá magma sẽ có khuynh hướng

giảm bớt hàm lượng kiềm như là sự cân

đối cửa sự nóng chảy ngày càng tăng dần

Áp suất và thay đổi sự nóng chảy có thể

biến đổi thích hợp với độ sâu đi xuống của

mảng, với kết quả là thay đổi cấu tạo của

đá núi ở lửa đảo

6 KIẾN TẠO MẢNG Ở VIỆT

NAM

Ở Việt Nam những người đầu tiên

đưa “ánh sáng” của thuyết Kiến tạo nảng

vào văn liệu địa chất là Lê Thạc Xinh, Tạ

Hoàng Tinh (1974) Qua các văn liệu đã

công bố có thể nhận thấy rằng lãnh thổ

Việt Nam trong quá trình phát triển địa

chất kiến tạo của mình chủ yếu thuộc lục

địa và biển rìa Trong đó bao gồm các thành tạo liên quan đến rãnh sâu đại dương chính là các terrane, các mảng nhỏ hoặc các vi mảng nằm ở vùng biển rìa như khối Phu Hoạt, Sông Mã… được các nhà kiến tạo nghiên cứu và đưa vào văn liệu địa chất Việt Nam (Lê Như Lai 1983)