• Toàn bộ các nguyên tố chính của đá đều được sử dụng để phân loại;• Sơ đồ chung để áp dụng cho tất cả các kiểu đá magma; • Thành phần khoáng vật cũng có thể biểu diễn trên biểu đồ cho
Trang 12 Sử dụng tài liệu địa hoá trong nghiên cứu đá magma
Trong nghiên cứu đá magma, sử dụng các nguyên tố chính và nguyên tố vết để giải
2) Nghiên cứu quy luật tiến hoá magma và 3) Xác định bối cảnh địa động hình thành magma
2.1 Phân loại các đá magma
Có nhiều cách để phân loại các đá magma, như ng chủ yếu dựa trên:
- Thành phần khoáng vật của đá (thạch học),
- Thành phần hoá học
Phân loại theo thạch học được trình bày trong các giáo trình thạch học Các bạn có thể tự tìm hiểu
2.1.1 Phân loại chung các đá magma.
a) Biểu đồ (Na 2O+K2O) - SiO2 (còn gọi là biểu đồ TAS) của Le Maitre (1989) (Hình 2.2), được xây dựng trên cơ sở 24.000 đá núi lửa tư ơi hoặc ít biến đổi (vì khi biến đổi tổng lượng kiềm thay đổi khá nhiều) Cần chú ý số liệu thạch hoá khi đư a lên biểu đồ TAS cần tính ra 100% sau khi loại bỏ hàm lượng nước và khí CO2 Trên biểu đồ này chỉ ra các trư ờng đá núi lửa khác nhau với các tên đá được thừa nhận phổ biến Tuy vậy, một số trư ờng, nếu không có các thông số bổ sung thì không thể định danh được tên đá Ví dụ, trường bazanit và tefrit hoặc trachyt và trachydacit
b) Biểu đồ (Na 2O+K2O)-SiO2 của Cox và nnk (1979), Wilson (1989) (Hình 2.3) dùng cho đá xâm nhập Biểu đồ này có ý nghĩa thực tiễn to lớn, bởi vì các biểu đồ khác không thể bao hàm toàn bộ các đá xâm nhập
Trang 2Hình 2.3 Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 của Cox và nnk (1979),
được Wilson bổ sung (1989) dành cho các đá xâm nhập Đường cong đậm nét phân chia
các đá kiềm ở trên và á kiềm ở dưới
So sánh hai biểu đồ trên cho thấy ranh giới các trư ờng đá xâm nhập và các đá núi lửa
t ương ứng không trùng nhau
c) Biểu đồ SiO 2-MgO (Malyuk B.I., Sivoronov A.A., 1984) (Hình 2.4) dùng để phân
chia các đá núi lửa Đáng chú ý trên biểu đồ này định rõ hai tr ường komatit siêu mafic và komatit mafic cũng như các tr ường meimechit và boninit bên cạnh những đá núi lửa bình thường khác
d) Phân loại các đá magma trên cơ sở sử dụng cation
* Biểu đồ R 1-R2 của De la Roche (1980) dùng để phân loại các đá núi lửa
(Hình 2.5a) và xâm nhập (Hình 2.5b) trên cơ sở tỉ lệ cation (được tính ra milication) Trên biểu đồ hai biến số:
R1 = 4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti) là hoành độ và R2 = 6Ca+ 2Mg+Al là tung độ Chú ý ở đây
Fe là tổng lượng sắt
Hư ớng dẫn cách tính chuyển từ % trọng lượng các oxid sang millication xin xem ví
dụ ở Bảng 2.1
Sơ đồ phân loại của De la Roche có nhiều ư u thế:
Trang 3• Toàn bộ các nguyên tố chính của đá đều được sử dụng để phân loại;
• Sơ đồ chung để áp dụng cho tất cả các kiểu đá magma;
• Thành phần khoáng vật cũng có thể biểu diễn trên biểu đồ cho phép so sánh một cách
rõ ràng giữa tài liệu khoáng vật và hoá học;
• Mức độ bão hoà silic và thay đổi thành phần felspat có thể được thể hiện trên biểu đồ này
Bảng 2.1 Cách tính chuyển % trọng lượng oxid sang millication
Oxid Trọng lượng oxid (%) Trọng lượng mol Số cation Tỉ lệ cation Millication
R1= 4Si – 11(Na +K) – 2(Fe + Ti) = 2288,79 và R2= 6Ca + 2Mg + Al = 966,86
Trang 4Hình 2.5 Biểu đồ phân loai các đá núi lửa (a) và xâm nhập (b)
dựa trên thông số R1 và R2 (Roche và nnk., 1980) được tính theo millication
R1 = 4Si - 11(Na+K) - 2(Fe+Ti); R2 = 6Ca + 2Mg + Al
*Biểu đồ cation của Jensen (1976) Biểu đồ này dùng để phân loại các đá núi lửa á
Mg được tính cho 100% và thể hiện trên biểu đồ tam giác Các nguyên tố được lựa chọn cho biểu đồ nhìn chung bền vững khi bị biến chất Do đó nó có thể sử dụng tốt cho các đá núi lửa bị biến chất trao đổi kiềm đây là một thế mạnh của biểu đồ Biểu đồ nguyên bản của Jensen (1976) đã được Jensen và Pyke (1982) hiệu chỉnh đôi chút bằng cách dịch chuyển ranh giới tr ường bazan-komatit / komatit về phía giá trị Mg thấp hơn Hình 2.6 là phiên bản cuối cùng kể trên
Trang 5Hình 2.6 Biểu đồ của Jensen (1976) có hiệu chỉnh của Jensen, Pyke (1982) và Rickwood (1989)
để phân loại các đá núi lửa á kiềm, trong đó có komatit
e) Đối với các đá núi lửa bị biến chất hoặc bị biến đổi mạnh mẽ, J A Winchester và
P A Floyd (1976) đề x ướng các biểu đồ dùng các nguyên tố không linh động, như SiO2 -Zr/TiO2 (Hình 2.7a), SiO2-Nb/Y (Hình 2.7b) và Zr/TiO2-Nb/Y (Hình 2.7c)
g) Phân loại đá trên cơ sở tài liệu khoáng vật chuẩn mức
* Phương pháp CIPW được đề nghị từ năm 1903 và các chữ đầu tiên họ của các tác
giả Cross, Iddings, Pirson và Wasington phản ánh trong tên gọi tắt của nó Thành phần khoáng vật của đá được tính chuyển ra các khoáng vật chuẩn mức mà có thể không tồn tại thật trong đá Do đó khi tính toán phải thừa nhận một số giả thiết, ví dụ magma không có nước, và vì thế các khoáng vật như biotit và horblend không được tính Các khoáng vật chuẩn mức hoàn toàn dựa trên công thức hoá học, nên tính toán thành phần khoáng vật chuẩn mức có thể tiến hành cho các đá magma bị biến chất
Trang 6Thủ tục và thứ tự tính toán chuẩn mức được trình bày trong nhiều sách giáo khoa, hơn nữa ngày nay, tính toán theo phương pháp CIPW được thực hiện nhanh chóng, dễ dàng trên máy tính với các phần mềm xử lí các số liệu thạch địa hoá thông dụng (IgPetwin, MinPet, Newpet, ) Vì thế ở đây chúng tôi không trình bày
Trên cơ sở thành phần khoáng vật chuẩn mức CIPW, một số nhà thạch luận đã đề nghị phân loại các nhóm đá magma cụ thể, như phân loại bazan bằng biểu đồ Ne-Di-Ol-Hy-Q của Thomson R.N., phân loại granitoid trên biểu đồ Ab-An-Or của O’Connor sẽ được trình bày cụ thể sau
* Phương pháp Ritman được đề nghị vào năm 1973 và là thử nghiệm xác lập mối
liên quan giữa thành phần hoá học và khoáng vật của các đá magma Như trên đã nêu, giữa thành phần chuẩn mức theo CIPW và thành phần thực có mặt trong đá không có sự t ương
ứng Phương pháp tính chuyển các phân tích hoá học sang “các chuẩn của Ritman” cho
phép tính thành phần khoáng vật của đá do kết tinh hoàn toàn của magma trong các điều kiện núi lửa hoặc xâm nhập với sự xuất hiện của các t ướng “khô” (được thành tạo khi nhiệt độ tư ơng đối cao và áp suất của nước thấp) hoặc tướng “ư ớt” (được thành tạo khi nhiệt độ thấp và áp suất cao của nước) của các đá núi lửa và xâm nhập Khác với chuẩn mức CIPW chỉ dựa trên hợp chất hoá học đơn giản (công thức thành phần khoáng vật lí thuyết), phương pháp Ritman mang tính thực nghiệm, sử dụng thành phần trung bình của các tổ hợp khoáng vật bền vững trong các đá
Kết quả tính chuyển sẽ cho ra một tổ hợp khoáng vật bền vững của các t ướng khác nhau và gần gũi với thành phần thật của đá Thông qua biểu đồ hai tam giác Q–A–P–F của Streckeisen A để xác định tên đá theo hệ thống tên gọi mà Ritman đề nghị
2.1.2 Phân loại các đá thành phần siêu bazơ
a) Biểu đồ A-S (Dmitriev L., Uhanov A., Sharaxkin A., 1972) dùng tất cả các
nguyên tố chính để phân chia các đá siêu mafic (kể cả đá xâm nhập lẫn đá núi lửa) Đại lượng S = SiO2- (MgO+Fe2O3+FeO+TiO2+MnO) được đư a lên trục hoành, còn đại lượng
A = (Al2O3+CaO+Na2O+K2O) thể hiện trên trục tung (Hình 2.8) Ngoài ra trên biểu đồ còn
Trang 7cho phép thể hiện thành phần của các khoáng vật tạo đá tiêu hình Điều này giúp ích trong việc tìm hiểu thành phần khoáng vật của các đá nghiên cứu bị biến đổi, vẫn thường gặp trong các thành tạo đá siêu mafic
b) Các biểu đồ phân biệt các đá siêu mafic và mafic của Hallberg (1985) dùng
các nguyên tố trơ (không linh động): biểu đồ Cr-TiO2 (Hình 2.9a); Ni-Cr (Hình 2.9b) Những biểu đồ này rất có ích để nhận biết các đá bazan cao-Mg, komatit và bazan tholeit
Các đá núi lửa cao-Mg và picrit được IUGS (Phân ban hệ thống hoá các đá magma
Quốc tế) do Le Bas M.J làm chủ tịch (2000) đã chỉnh lí và phân loại lại Tiêu chuẩn chính cho cả hai loại đá cao Mg và picrit là MgO > 18% trọng lượng trong phân loại năm 1989 (Le Maitre and others, 1989) được hiệu chỉnh lại như sau: MgO > 18% chỉ áp dụng cho komatit và meimechit, và MgO tối thiểu đối với picrit hạ xuống 12% (Hình 2.10) Do đó khiến thuật ngữ picrit được xác định thích hợp hơn cho cách dùng hiện hành Giới hạn trên của SiO2 cho các đá này được giảm từ 53 xuống 52% trọng lượng, và vì lẽ đó giới hạn dư
ới của boninit cũng giảm từ 53 xuống 52% (Hình 2.11a) Tổng lượng kiềm đối với các đá komatit và meimechit được tăng từ 1 lên 2%, và picrit tăng từ 2 lên 3% (Hình 2.11b)
Trang 8Hình 2.9 Biểu đồ Cr-TiO2 (a) và Ni-Cr (b) của Hallberg (1985) phân chia các đá: CK- komatit tích đọng (cumulative komattites); K- komatit; LMS- thể vỉa (sills) thấp Mg;
HMB- bazan cao Mg và T- bazan tholeit
2.1.3 Phân loại các đá thành phần bazơ
Để phân loại các đá thành phần bazơ, dùng các biểu đồ chung phân loại các đá magma và thường phân ra các seri có đặc điểm thạch địa hoá riêng, nhất là các đá núi lửa
Các đá núi lửa seri tholeit đặc trư ng chủ yếu là bazan, như ng cũng có cả andesit và
axit hơn Seri này có đặc điểm:
- Các đá bão hoà silic;
- Trong thành phần luôn có hypersthen (khoáng vật chuẩn mức);
Hình 2.10 Biểu đồ (Na2O+K2O) - MgO của Le Bas M.J (2000) phân loại các đá núi lửa
cao Mg: picrobazan, picrit, komatit và meimechit
a) Bazan giữa đại d ương của các phức hệ ophiolit (thường gọi là bazan nguyên thuỷ)
có đặc điểm:
- Hàm lượng K2O thấp (0,1 ÷ 0,5%);
- Các nguyên tố litophil ion lớn có hàm lượng thấp;
Trang 9- Hàm lượng các nguyên tố nhóm sắt cao (xem Bảng 2.2).
b) Bazan tholeit nội mảng so với bazan nguyên thuỷ có:
- Hàm lượng cao các nguyên tố litophil và lantanoid nhẹ (2 ÷ 3 lần cao hơn);
- Trong số các bazan nội mảng lại phân ra các bazan đảo đại dư ơng, rift lục địa và trap Bazan lục địa khác với đại dư ơng cũng có hàm lượng các nguyên tố lithophil và lantanoid nhẹ cao hơn (Bảng 2.2)
- Bazan seri tholeit phân bố ở sống núi giữa đại d ương (bazan nguyên thuỷ), trên đáy đại d ương, trong ophiolit cổ, ở phần tr ước của cung đảo, ở rift lục địa và nội mảng
Hình 2.11 Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 phân loại và gọi tên các đá núi lửa
cao Mg: komatit và meimechit (a) và picrit (b), theo Le Bas M.J (2000)
c) Bazan tholeit phần tr ước của các cung đảo khác với các kiểu bazan kể trên là hàm lượng các nguyên tố nhóm sắt và phần lớn các nguyên tố lithophil cực kỳ thấp Có thể
xem hàm lượng thấp của các nguyên tố nhóm sắt là dấu hiệu nổi trội của nhóm đá
này, gặp không chỉ ở các cung đảo hiện đại, mà còn ở các bazan của các đới ophiolit Vì
thế có ngư ời gọi nó là bazan tholeit thấp crom-nickel
Các đá núi lửa seri kiềm vôi phổ biến rộng ở cung đảo, rìa lục địa tích cực của các
kiểu Andes và California và các t ương đồng cổ của chúng Các đá của seri này chủ yếu là andesit và andesitobazan (có cả bazan và ryolit) đặc tr ưng:
- Khoáng vật tiêu hình của các đá seri này gồm có pyroxen, horblend và plagioclas; Trong andesit rìa lục địa tích cực (so với cung đảo) thường gặp ban tinh horblend, xuất hiện felspat kali và thạch anh; chúng thường cao kali hơn, trong khi đó trong đá núi lửa cung đảo chủ yếu là natri
Trang 10- Về thạch hoá, đặc trư ng cao nhôm (Al2O3 đến 16÷18%), chư a bão hoà sắt (f = 0,8÷1,6), so với tholeit thì tổng lượng kiềm cao hơn;
- Trong andesit và andesitobazan thuộc rìa lục địa tích cực, tất cả các nguyên tố lithophil (ngoại trừ lantanoid nặng), crom và nickel có hàm lượng cao
Bảng 2.2 Thành phần các đá núi lửa bazơ - trung tính thuộc các seri (%) (theo Skliarov
E.V., 2001)
Seri tholeit Seri kiềm-vôi Seri bazan Seri latit
SiO 2 50,14 48,81 51,57 49,45 59,50 57,20 47,56 53,74 58,20 59,27 TiO 2 1,40 1,65 0,80 2,42 0,70 0,90 2,71 1,05 1,20 0,56
Al 2 O 3 15,65 15,14 15,91 13,40 17,20 16,80 14,07 15,84 15,30 15,90 FeO t 9,84 11,30 9,52 9,41 6,10 6,70 11,90 7,79 6,80 5,20 MgO 7,87 7,80 6,73 9,19 3,42 4,20 7,31 6,36 3,10 5,45 CaO 11,66 11,89 11,74 11,48 7,03 6,70 9,71 7,90 5,20 5,90
Na 2 O 2,61 2,16 2,41 3,00 3,68 3,80 3,44 2,38 4,00 2,67
K 2 O 0,17 0,19 0,44 0,24 1,60 2,10 1,30 2,57 3,10 2,68
Rb/Sr 0.01 0,06 0,01 - 0,08 0,09 0,04 0,10 0,07 0,12
Ghi chú: 1- Bazan tholeit nguyên thuỷ (các đới rift đại dương); 2- Bazan tholeit (magma nội mảng); 3-
Bazan tholeit thấp Cr-Ni (phần tr ước cung đảo); 4- Bazan ophiolit; 5- Andesit kiềm-vôi natri; 6- Thành phần trung bình của andesit rìa lục địa; 7- Bazan của kiểu bazan kiềm; 8- Andezitobazan của kiểu shosonit; 9- Latit của kiểu latit; 10- Latit của kiểu shosonit.
Các đá của seri bazan kiềm đặc trư ng hàm lượng kiềm cao hơn (chủ yếu tập trung
trong nền), trong ban tinh thường gặp olivin, titan-augit, plagioclas, đặc biệt gặp tinh thể lớn khoáng vật áp suất cao như pyrop, sanidin, titan-phlogopit Về mặt địa hoá, seri được chia ra hai kiểu: bazan kiềm thực sự và shosonit
a) Kiểu bazan kiềm thực sự đặc tr ưng:
- Magma nội mảng, rift lục địa và rìa mảng kiểu California;
Trang 11- Tất cả các nguyên tố lithophil và nhóm sắt có hàm lượng cao (trên mức các bazan đại d ương) (xem Bảng 2.2);
- Trong các biến thể cao kali thấy hàm lượng của Rb, Ba, Zr và đất hiếm cao
b) Kiểu shosonit đặc trư ng:
- Đ ược hình thành ở phần sau cung đảo;
- Trong các đá kiểu shosonit, cũng như nói chung đối với tất cả các đá của cung đảo đặc trư ng các nguyên tố trư ờng lực mạnh (Zr, Hf, đất hiếm, Ti), các nguyên tố nhóm sắt,
Ni và Cr có hàm lượng thấp (Bảng 2.2)
Các đá núi lửa seri kiềm
- Có mặt trong đới rift lục địa, trong các miền biểu hiện magma nội mảng, cũng như
ở cung đảo phát triển và trưởng thành (chín muồi);
- Bao gồm các đá có tổng lượng kiềm ³ 6÷7%;
- Chứa các khoáng vật màu kiềm và felspathoid;
- Các đá núi lửa seri kiềm khá giàu các nguyên tố không tương hợp Rb, Ba, Sr, Zr,
Nb, REE,
Các đá núi lửa seri latit
- Bao gồm chủ yếu các đá núi lửa trung tính hình thành nên dãy phân dị từ shosonit đến ryolit có độ kiềm nâng cao, chúng được hình thành trong bối cảnh địa động kiểu California và rìa lục địa tích cực (Tauxon, 1977);
- Trong latit đặc trư ng có các ban tinh augit, hypersthen, plagioclas, khoáng vật quặng (ilmenit, titanomagnetit) và apatit; trong nền - biotit và felspat kali;
- Về địa hoá, seri latit đặc tr ưng Ba, Sr, đất hiếm có hàm lượng cao Phân biệt với các đá t ương tự thuộc seri khác nhờ hàm lượng cao các nguyên tố nhóm sắt
Phân loại bazan trên cơ sở khoáng vật chuẩn mức CIPW
Thompson R N (1984) đã đề nghị hệ thống phân loại bazan trên cơ sở các khoáng vật chuẩn mức (CIPW) nephelin (hoặc felspatoid khác), diopsid, olivin, hypersthen và thạch anh Ba tam giác đều trên biểu đồ Ne–Ol–Di, Ol– Di–Hy và Di–Hy–Q đại diện cho bazan (và các đá liên quan) ch ưa bão hoà, bão hoà và quá bão hoà silic Như vậy các bazan ch ưa bão hoà silic (bazan kiềm) chứa olivin và nephelin chuẩn mức; các bazan bão hoà silic (tholeit olivin) – hypersthen và olivin chuẩn mức và các bazan quá bão hoà silic (tholeit thạch anh) – thạch anh và hypersthen chuẩn mức Trạng thái bão hoà silic đặc biệt quan trọng trong các magma bazan, bởi vì trong magma khô thông số này quyết định thứ tự kết tinh của các khoáng vật và hướng tiến hoá trong khi kết tinh phân đoạn
Thành phần chuẩn mức (được tính với giả thiết FeO/(FeO+ Fe2O3) = 0,85, hoặc
Fe2O3/FeO = 0,18) được chiếu lên một trong ba tam giác Biểu đồ này sử dụng tốt nhất cho các bazan có MgO lớn hơn 6% và không nên dùng cho các magma tiến hoá cao Một nhược điểm của phân loại này là chỉ dùng khoảng một nửa các chuẩn mức đã được tính toán, do
đó không đại diện đầy đủ cho đá Nó cũng rất dễ bị ảnh hưởng do những sai lệch về Na2O gây nên và vì thế không thích hợp cho những đá bị biến đổi
2.1.4 Phân loại các đá granitoid.
Phân loại granitoid ra các kiểu I, S, M và A.
