Đặc điểm địa chất

Granitoid trong phạm vi nghiên cứu là một phần Tây Nam của khối Quế Sơn có dạng đẳng thước, hơi kéo dài theo phương Đông Bắc - Tây Nam (Figure 1). Về địa chất, granitoid khu vực Quế Thọ được giới hạn về phía Tây gồm các núi trung bình đến thấp bởi đứt gãy phương Đông Bắc−Tây Nam, là ranh giới tiếp xúc kiến tạo với các đá sericite, thạch anh−sericite, đá silic, quarzite hệ tầng A Vương (C-Oav) và granite biotite hornblende hạt vừa−lớn cùng phức hệ; phía Tây Nam, khối tiếp xúc với các đá phiến thuộc phụ hệ tầng trên của hệ tầng Núi Vú (PR-Cnv); từ phía Nam đến phía Đông bởi đứt gãy phương á vĩ tuyến chuyển sang Đông Đông Bắc−Nam Tây Nam là ranh giới tiếp xúc kiến tạo với gabrodiorite, gabro và diorite pha 1 cùng phức hệ từ phía Đông đến phía Bắc, khối granitoid chìm dưới các trầm tích Đệ tứ, chỉ lộ ra dưới dạng các đồi sót. Xuyên cắt khối, ngoài các đá mạch cùng phức hệ còn có các mạch pyroxenite và hornblendite được xếp vào tuổi Trias muộn (aTn) theo phương chủ yếu Đông Bắc−Tây Nam và các mạch thạch anh có phương kinh tuyến và vĩ tuyến4.

Granitoid trong phạm vi nghiên cứu được cấu thành từ 2 pha xâm nhập và pha đá mạch. Tuy nhiên, pha 1 chỉ ở dạng thể tù và tảng lăn gồm các diorite bị biến đổi mạnh và pha đá mạch gồm các mạch nhỏ diorite porphyrite, spesartite, pegmatite xuyên cắt rải rác trong khối theo phương Đông Bắc−Tây Nam và á vĩ tuyến 4. Pha 2 hầu như chiếm tòan bộ diện tích granitoid trong khu vực Quế Thọ.

Phương pháp nghiên cứu

Trong bài báo này, ngoài các phương pháp nghiên cứu truyền thống, còn sử dụng những phương pháp phân tích hiện đại và có tính định lượng.

Phương pháp thạch học – khoáng vật

Tự gia công và phân tích 10 mẫu lát mỏng thạch học để nghiên cứu đặc điểm thạch học - khoáng vật của đá dưới kính hiển vi phân cực tại Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM.

Đặc điểm thạch học

Đối tượng nghiên cứu là granodiorite, granodiorite biotite hornblende hạt không đều, đôi khi dạng porphyr được xếp vào pha 2. Đá có màu xám trắng, tỷ lệ khoáng vật màu 5−10%, có cấu tạo khối, kiến trúc phổ biến là hạt nửa tự hình đến tha hình, kích thước hạt vừa đến lớn, thứ yếu là dạng porphyr. Trong đới nội tiếp xúc hoặc ở ven rìa khối, đá có dạng porphyr hạt vừa đến lớn với các tinh thể felspar kali lớn (2,4 x 3,0 mm) (Figure 2). Thành phần (%) khoáng vật chủ yếu là plagioclase (30−40), potassium felspar (25−30), thạch anh (20−30), biotite (5−10), hornblende lục (3−5), pyroxene (2−3). Khoáng vật phụ gồm có sphene, zircon và apatite. Biến đổi sau magma đặc trưng là albite hóa và microlin hóa. Trong đá ven rìa, rải rác có các thể tù sẫm màu.

Đặc điểm khoáng vật

Plagioclase gồm 2 thế hệ là Plagioclase I (andesin) và Plagioclase II (albite). Plagioclase I (andesin) dạng lăng trụ tự hình đến nửa tự hình, kích thước phổ biến 0,5 x 2 mm, đôi khi đến 3 x 4 mm; cấu tạo song tinh đa hợp theo luật albite và bị biến đổi thứ sinh phổ biến sericite hóa và thứ yếu zoizite-epidote hóa (Figure 3); số hiệu plagioclase xác định theo luật song tinh albite là andesin (Np^(010)= 20, An= 39); một số bị khảm trong thạch anh I và bị thay thế bởi orthoclase. Plagioclase II (albit) dạng đốm, dải tha hình; kích thước phổ biến <0,1 mm; cấu tạo song tinh đa hợp theo luật albite; thay thế từng phần potassium felspar I.

otassium Felspar gồm 2 thế hệ là otassiumFelspar I (orthoclas)và otassiumFelspar II (microlin). PotassiumFelspar I (orthoclase) dạng tấm tha hình; kích thước phổ biến 0,4 x 0,6 mm; lớn nhất 1,5 x 2 mm; thay thế một phần ven rìa plagioclase I; sau đó, bị microlin hóa một phần hay gần hoàn toàn; có kiến trúc myrmekite giữa orthoclase và plagioclase I, kaolin hóa phổ biến. PotassiumFelspar II (microlin) dạng tấm tha hình; kích thước phổ biến 0,5 x 0,8 mm, lớn nhất 1,0 x 1,5 mm; phổ biến song tinh mạng lưới mờ và thay thế từng phần plagioclase I với kiến trúc perthite (Figure 4).

Thạch anh gồm 2 thế hệ I và II. Thạch anh I (90%) dạng tha hình; kích thước phổ biến 0,3 x 0,5 mm, lớn nhất 0,7 x 1,0 mm; 2N: tắt làn sóng mạnh; đôi khi các hạt lớn bao quanh plagioclase I hoặc chen lấn khoáng vật màu như biotite. Thạch anh II (10%) là tập hợp hạt nhỏ, dạng tha hình, thường tập trung thành cụm đi cùng albite (Figure 5) hoặc có dạng hình giun kiến trúc myrmerkite giữa plagioclase và orthoclase.

Hornblende lục dạng lăng trụ tự hình, nửa tự hình; kích thước 0,2 x 0,4 mm; 1N: đa sắc mạnh với công thức Ng - lục đậm > Nm - lục nhạt > Np - lục phớt vàng, hai hướng cát khai 56°; 2N: góc tắt Np^c = 25° (Figure 6).

Pyroxene dạng tấm, kích thước phổ biến khoảng 0,3 x 0,6 mm; 1N+: cát khai rõ, có tính đa sắc mạnh; 1N+: màu giao thoa cao, nâu đỏ bậc III. Phần rìa bị hornblende hóa mạnh, nhiều hạt bị biến đổi gần như hoàn toàn có màu xanh lục.

Biotite dạng tấm, đôi khi tập hợp dạng dải, cụm kéo dài, uốn lượn; kích thước phổ biến 0,5 x 1−1,2 x 2,0 mm; 1N+: tính đa sắc mạnh: Ng - nâu >Nm - nâu nhạt >Np - vàng nhạt; thường bị chlorite hóa dọc theo rìa hoặc theo cát khai.

Các khoáng vật phụ gồm có sphene, zircon, apatite. Sphene dạng hạt tự hình, kích thước phổ biến 0,2−0,4mm, đôi khi đến 1,0 x 2,5 mm; phân bố trong các khoáng vật khác như orthoclase dạng bao thể. Zircon lăng trụ tự hình, kích thước 0,2−0,4 mm (Figure 7); thường đi cùng biotite. Apatite lăng trụ kéo dài, kích thước 0,1−0,4 mm; rải rác trong biotite.

Đặc điểm biến đổi sau magma

Biến chất trao đổi sau magma trong granodiorite phổ biến. Trước tiên, pyroxene bị amphibol hóa mạnh, nhiều nơi gần như hoàn toàn; đồng thời và chủ yếu là quá trình kiềm hóa mạnh, gồm microlin hóa và albite hóa làm tăng tỷ lệ khoáng vật nhóm feldspar gồm microlin (potassium felspar II) và albite (plagioclase II). Albite hóa bằng sự thay thế orthoclase bởi albite dạng lăng trụ ngắn tha hình, dạng các dải, vết, đốm trong cấu tạo perthite. Microlin hóa tạo ra microlin có dạng chưa hoàn chỉnh thay thế trên orthoclase và ven rìa plagioclase I. Tiếp theo là các biến đổi nhiệt dịch cũng khá mạnh như thạch anh hóa (tạo các ổ thạch anh II xen vào giữa các khoáng vật nguyên sinh, sericite hóa (phổ biến trên plagioclase I), chlorite hóa (trên biotite) và epidote−zoizite hóa (dạng ổ đốm rải rác trên plagioclase I).

Đặc điểm thạch hóa

Thành phần granodiorite (% trung bình) SiO: 64,56, tổng lượng kiềm (NaO+KO): 7,26, AlO: 15,85, CaO 3,95, MgO 2,32, MnO 0,06, PO 0,28. Thành phần khoáng vật tính theo tiêu chuẩn CPIW (% trung bình): thạch anh 15,75; orthoclase 20,05; albite 33,05; anorthite 15,92; ilmenite 1,43; magnetite 0,65. Các chỉ số thạch hóa: tỷ lệ KO/NaO: 0,865, FeO* 4,45, Al* 0,92, ASI 0,93 (<1), chỉ số kiềm AlO/(NaO+KO): 1,58 (Table 1).

Oxyt các nguyên tố chính của đá có thành phần granodiorite, tương ứng với thành phần khoáng vật trong phân tích lát mỏng: các đá đều có khoáng vật màu biotite, hornblende lục và ít pyroxene; cao plagioclase I (andesin) và orthoclase; biến đổi phổ biến kiềm hóa tạo albite và microlin. Hàm lượng MgO cao (~2,32%) tương đồng có khoáng vật màu chứa Mg-Fe điển hình như hornblende lục; PO thấp tương ứng trong đá chứa ít apatite. Thạch hóa các nguyên tố chính cũng tương đồng với loạt granodiorite theo Cox nnk, 1979 và Wilson, 1989 8 (Hình 8) và Tuttle & Bowen, 19588 (Figure 9): thuộc loại vôi-kiềm, kiểu kiềm K-Na (KO/NaO<1), biến đổi microlin hóa mạnh cao kali theo Irvine & Baragar, 1971 9 (Figure 10a, b), Le Maitre, 19898 (Figure 10c) và Wright, 19669(Figure 10d); thuộc kiểu I-granite theo Mariar & Piccoli, 1989(Figure 11) và Chappel và White, 1974(Figure 12). Như vậy, granitoid khu vực Quế Thọ thuộc granodiorite cao silic; giàu nhôm, tương đối cao MgO, độ kiềm trung bình, Na trội hơn K; thuộc loạt vôi-kiềm, kiểu I-granite.

Đặc điểm địa hóa

Đặc điểm địa hóa của granodiorite được trình bày trên Table 2 và Table 3.

Nhóm các nguyên tố ưa đá ion lớn (LILE) có hàm lượng Cs, Rb, Pb và Eu thấp hơn trị số Clark và Ba, Sr cao hơn Clark 11. Tỷ số Rb/Sr 0,17−0,21 lần; Ba/Sr 1,38−1,87 lần, Ba/Rb 8,0−8,8 lần.

Nhóm các nguyên tố trường lực mạnh (HFSE) bao gồm cả nhóm nguyên tố đất hiếm (REE): Yb, Y, Th, Nb, Ta, U, Pb, Sm, Lu, Eu có hàm lượng thấp hơn Clark và Hf, Zr có hàm lượng cao hơn Clark. Các tỷ số Th/U: 3,67−4,31 lần, Zr/Hf: 45,26−46,48 lần và Nb/Ta: 15,65−16,85 lần.

Nhóm các nguyên tố chuyển tiếp (transition elements) bao gồm Zn, V, Cu, Cr, Co và Ni đều có hàm lượng cao hơn Clark.

Nhìn chung, granodiorite có hàm lượng Rb thấp nhưng Ba, Sr đều cao hơn Clark. Trong nhóm nguyên tố có trường lực mạnh, xuất hiện các dị thường âm Nb, Tb so với Clark; tuy nhiên, giá trị tỷ lệ Zr/Hf, Nb/Ta cao. Theo kết quả chuẩn hóa các nguyên tố, so với granite sống núi giữa đại dương (ORG) theo Pearce J.A. et al., 1984 (Figure 13), các nguyên tố linh động như K, Rb, Ba, Th đều cao hơn ORG rất nhiều (từ 08 đến 30 lần); nhóm nguyên tố HFS gồm có Ta, Nb có hàm lượng cao hơn ORG, nguyên tố còn lại như Hf, Zr, Sm, Y, Yb với hàm lượng nghèo hơn ORG. Trong nhóm nguyên tố đất hiếm, tổng lượng đất hiếm (REE) thay đổi mạnh: 187,08−226,83 ppm; trong đó, các nguyên tố đất hiếm nhẹ (∑LREE) chiếm chủ yếu: 175,60−212,54 ppm, các nguyên tố đất hiếm nặng (∑HREE) nghèo hơn so với ∑LREE, các tỷ số đất hiếm nhẹ trên đất hiếm nặng cao. Hàm lượng Eu 1,2−1,76 ppm; dị thường âm Eu (Eu/Eu) 0,78−0,90 thể hiện sự ưu thế của otassium felspar so với plagioclase trong thành phần khoáng vật tạo đá (Bảng 3).

Các nguyên tố đất hiếm được chuẩn hóa với chondrite nguyên thủy (Figure 14) cho biểu đồ có độ nghiêng âm thể hiện HREE nghèo hơn nhiều lần so với LREE.

Đối sánh với các kết quả nghiên cứu trước đây 1, 2, 3, 4, 5, 6, granitoid có thành phần khoáng vật và thạch địa hóa tương ứng pha 2 phức hệ Bến Giằng−Quế Sơn.

Nguồn gốc và bối cảnh thành tạo

Về thạch địa hóa, granitoid ở đây là granodiorit giàu nhôm, loạt vôi-kiềm, kiểu kiềm K−Na, cao potassium; ASI<1 nhưng tổng phân tử Na+K<Al nên đá thuộc bão hòa nhôm (metaluminious) và trong granodiorite có hornblende, pyroxene nhưng không có muscovite và các khoáng vật sodium feromagnesi (Figure 11, Figure 12) và so sánh với phân loại granitoid theo kiểu I và S theo các tác giả khác nhau 10, 13, 12, 14, khối granitoid này tương đồng kiểu I–granite thành tạo ở đới hút chìm.

Các nguyên tố Rb, Ba, Th, Nb, Sm có hàm lượng tăng cao, đồng thời các nguyên tố Zr, Y, Yb gần giống với ORG (Figure 13), cho thấy granitoid được thành tạo không chỉ đơn thuần từ dung thể magma nguồn gốc manti mà còn có sự ảnh hưởng (mixing) của thành phần vật liệu vỏ 10. Trong biểu đồ chuẩn hóa với chondrit (Figure 14), đồ hình có độ nghiêng âm, độ dốc lớn ở các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu) và nhóm các nguyên tố trung bình (MREE) (Gd, Tb, Dy, Ho); đồng thời, dị thường âm Eu từ trung bình đến mạnh đặc trưng cho granitoid cung xâm nhập - núi lửa15 thành tạo trong quá trình hút chìm vỏ đại dương xuống vỏ lục địa hoặc đới va chạm cung đảo - lục địa. Dị thường Eu âm cho thấy granitoid được thành tạo bởi quá trình kết tinh phân dị magma mafic từ manti. Theo các biểu đồ phân loại bối cảnh kiến tạo của Harris et al, 1986 (Figure 15a, b) và J.A. Pearce, 1984 (Figure 16), dựa vào mối tương quan hàm lượng giữa các nguyên tố đất hiếm Ta và Yb; Nb và Y; Rb, (Y+Nb) và (Yb+Ta) phản ánh granitoid được thành tạo trong trường cung núi lửa (VAG) của bối cảnh kiến tạo rìa lục địa tích cực.

Những kết quả nghiên cứu trên đã chứng minh granitoid khu vực Quế Thọ thuộc kiểu I-granite, có nguồn gốc từ manti và phân dị từ magma mafic đi lên, tiếp xúc và hỗn nhiễm với thành phần vỏ và được hình thành trong bối cảnh kiến tạo rìa lục địa tích cực với biến đổi kiềm hóa mạnh mẽ.

Phân tích tuổi U-Pb zircon LA-ICPMS trên mẫu granodiorite (SHM: QT12). Tổng số phân tích được thực hiện trên 22 hạt zircon (Figure 7), các tỷ số đồng vị nhận được gồm Pb/Pb, Pb/U, Pb/Uvới kết quả phân tích được xử lý bằng phần mềm Isoplot để tính ra các giá trị tuổi và thể hiện chúng trên biểu đồ đẳng thời kiểu Wetherill (Wetherill Concordia diagram) (Figure 17). Tuổi đồng vị U-Pb Zircon của các điểm phân tích có giá trị trung bình 279,1 ± 2,7 triệu năm (MSWD= 2,4) là tuổi kết tinh granitoid ứng với giai đoạn Permi sớm. Tuổi phân tích này phù hợp tuổi thành tạo của phức hệ Bến Giằng−Quế Sơn từ các nghiên cứu trước đây 1, 2, 3, 4, 5, 6.

XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Các tác giả công bố cam kết không có xung đột lợi ích.

DANH MỤC CÁC TỪ VIÊT TẮT

QT1, QT2,…: số hiệu mẫu phân tích trong khu vực Quế Thọ;

ĐKS: điểm khảo sát;

LM: lát mỏng;

1N+: dưới 1 nicol;

2N+: dưới 2 nicol;

VAG: Granite cung núi lửa;

syn-COLG: Granite đồng chạm mảng;

WPG: Granite nội mảng;

Last or post-COL: Granite sau va chạm.