Luận án Tiến sĩ Địa chất: Lịch sử hoạt động biến dạng kiến tạo khu vực rìa bắc khối Kon Tum

Chia sẻ: Tri Tâm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:143

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nhằm giải quyết 2 mục tiêu chính như sau: Làm rõ đặc điểm biến dạng kiến tạo (dẻo và dòn) và xác định được cấu trúc địa chất của khu vực rìa bắc khối Kon Tum; xác lập lịch sử hoạt động biến dạng kiến tạo của khu vực rìa bắc khối Kon Tum.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa chất: Lịch sử hoạt động biến dạng kiến tạo khu vực rìa bắc khối Kon Tum

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------------- LƯỜNG THỊ THU HOÀI LỊCH SỬ HOẠT ĐỘNG BIẾN DẠNG KIẾN TẠO KHU VỰC RÌA BẮC KHỐI KON TUM LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI – 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------------- Lường Thị Thu Hoài LỊCH SỬ HOẠT ĐỘNG BIẾN DẠNG KIẾN TẠO KHU VỰC RÌA BẮC KHỐI KON TUM Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 9440201.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Vượng HÀ NỘI – 2019
LỜI CAM ĐOAN Luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Văn Vượng và sự hỗ trợ hướng dẫn của GS. Michel Faure, Đại học Tổng hợp Orleans và GS. Claude Lepvrier, Đại học Tổng hợp Paris 6. Các kết quả của luận án do nghiên cứu sinh thực hiện đã được công bố trên tạp chí quốc tế theo đúng quy định. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này. Nghiên cứu sinh Lường Thị Thu Hoài
LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của Thầy hướng dẫn - PGS.TS Nguyễn Văn Vượng. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. Michel Faure và GS. Claude Lepvrier đã tận tình hướng dẫn thực địa trong nhiều năm. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn GS. Lin Wei, GS. Tung Yi Lee và GS. Lo Ching Hua đã giúp đỡ phân tích các mẫu tuổi đồng vị U/Pb và Ar/Ar. Xin cảm ơn TS. Nguyễn Đình Nguyên và TS. Phạm Nguyễn Hà Vũ đã hỗ trợ nghiên cứu sinh trong quá trình thực địa. Nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, tạo điều kiện của lãnh đạo Nhà trường, các Phòng chức năng, lãnh đạo Khoa Địa chất, các Thầy, Cô giáo, các đồng nghiệp ở trong và ngoài Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Xin trân trọng cảm ơn. Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2020 Nghiên cứu sinh Lường Thị Thu Hoài
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... i DANH MỤC BẢNG....................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ iii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................. 6 1.1 ĐẶC ĐIỂM NỀN ĐỊA CHẤT KHU VỰC BẮC KON TUM ............................ 6 1.1.1 Các thành tạo trầm tích, phun trào bị biến chất yếu đến không biến chất ........ 7 1.1.2 Các thành tạo biến chất từ tướng amphibolit đến granulit ............................... 8 1.1.3 Các thành tạo magma xâm nhập.................................................................... 10 1.1.4 Đặc điểm một số đới biến dạng chính ở khu vực nghiên cứu ........................ 12 1.2 CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT KHỐI KON TUM............... 14 1.3 VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ..................................................... 20 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........... 23 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 23 2.2 CÁCH TIẾP CẬN ........................................................................................... 27 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................... 28 2.3.1 Tổng hợp tài liệu ........................................................................................... 28 2.3.2 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và mô hình số độ cao ........................ 28 2.3.3 Nhóm các phương pháp khảo sát thực địa và đo vẽ cấu trúc ......................... 30 2.3.4 Nhóm phương pháp phân tích vi kiến tạo...................................................... 33 2.3.5 Nhóm phương pháp phân tích xác định tuổi đồng vị phóng xạ ..................... 33 2.3.6 Phương pháp xác định trạng thái ứng suất kiến tạo của Angelier .................. 39 2.3.7 Nhóm phương pháp xử lý số liệu và thành lập các sơ đồ/bản đồ................... 40 CHƯƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG KIẾN TẠO VÀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC RÌA BẮC KHỐI KON TUM .................................................................. 41 3.1 ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG KIẾN TẠO THEO CÁC MẶT CẮT CẤU TRÚC KHU VỰC RÌA BẮC KHỐI KON TUM .............................................................. 42 3.1.1 Đặc điểm các mặt cắt vuông góc với phương cấu trúc-phương bắc-nam ...... 42 3.1.2 Đặc điểm các đới biến dạng chính ở khu vực rìa bắc khối Kon Tum ............ 56 i
3.2 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC RÌA BẮC KHỐI KON TUM .. 63 3.2.1 Hình học cấu trúc .......................................................................................... 63 3.2.2 Tuổi biến chất và xác định các ranh giới kiến tạo phân chia cấu trúc ............ 64 3.2.3 Cấu trúc phức hệ nhân biến chất Kon Tum ................................................... 68 CHƯƠNG 4. LỊCH SỬ HOẠT ĐỘNG BIẾN DẠNG KIẾN TẠO KHU VỰC RÌA BẮC KHỐI KON TUM ...................................................................................... 72 4.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TUỔI ĐỒNG VỊ XÁC ĐỊNH TUỔI CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO ............................................................................................................ 72 4.1.1 Kết quả phân tích tuổi U/Pb .......................................................................... 73 4.1.2 Luận giải kết quả tuổi đồng vị phóng xạ U/Pb .............................................. 77 4.1.3 Kết quả phân tích tuổi 40Ar/39Ar ................................................................. 84 4.1.4 Luận giải kết quả phân tích tuổi 40Ar/39Ar ..................................................... 91 4.2 CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO ORDOVIC-SILUA.......................................... 93 4.2.1 Cơ sở tài liệu luận giải về chuyển động kiến tạo Ordovic-Silua .................... 93 4.2.2. Chuyển động kiến tạo Ordovic-Silua............................................................ 95 4.3 CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO PERMI-TRIAS................................................ 98 4.3.1 Cơ sở tài liệu luận giải về chuyển động kiến tạo Permi-Trias hình thành cấu trúc Phức hệ nhân biến chất Kon Tum ................................................................... 98 4.3.2 Chuyển động kiến tạo Permi-Trias hình thành cấu trúc Phức hệ nhân biến chất Kon Tum .............................................................................................................. 102 4.4 CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO KAINOZOI ................................................... 104 4.4.1 Đặc điểm các chuyển dịch biến dạng kiến tạo dòn Kainozoi quy mô vết lộ 105 4.4.2 Xác định các trạng thái ứng suất kiến tạo .................................................... 108 4.4.3 Tuổi và tiến hóa các trạng thái ứng suất kiến tạo Kainozoi.......................... 115 4.5 TÓM TẮT LỊCH SỬ CÁC GIAI ĐOẠN CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO KHU VỰC RÌA BẮC KON TUM ........................................................................................... 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 121 ii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Kết quả xác định tuổi zircon U/Pb (LA-ICP MS)..................................... 66 Bảng 2. Kết quả xác định tuổi Ar/Ar ..................................................................... 66 Bảng 3. Danh sách mẫu và kết quả phân tích tuổi U/Pb (LA-ICP MS)................... 73 Bảng 4: Kết quả phân tích tuổi Zircon U/Pb cho các đá migmatit .......................... 73 Bảng 5. Danh sách mẫu và kết quả xác định tuổi Ar/Ar ......................................... 84 Bảng 6. Kết quả phân tích tuổi 40Ar/39Ar các mẫu đá biến chất-biến dạng dẻo ....... 85 Bảng 7. Kết quả tính toán các thông số trạng thái ứng suất kiến tạo ..................... 108 Bảng 8. Các thông số trạng thái ứng suất pha 1 ................................................... 110 Bảng 9. Các thông số trạng thái ứng suất pha 2 ................................................... 112 Bảng 10 . Các thông số trạng thái ứng suất pha 3................................................. 113 Bảng 11. Các thông số trạng thái ứng suất pha 4.................................................. 114 DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1: Sơ đồ vị trí và nền địa chất vùng bắc Kon Tum và lân cận .............................. 6 Hình 1. 2: Vị trí của khối Kon Tum và địa khu Đông Dương trong bình đồ cấu trúc hiện nay của khu vực Đông Nam Á [Faure và nnk, 2018] ..................................................... 21 Hình 2. 1: Phân bố cấu trúc Phức hệ nhân biến chất trên thế giới ................................... 24 Hình 2. 2: Mặt cắt của cấu trúc Phức hệ nhân biến chất ................................................. 24 Hình 2. 3: Cấu trúc điển hình của một Phức hệ nhân biến chất [Fossen, 2010] .............. 25 Hình 2. 4: Hình minh họa: A) In source (Lr) và in situ (Lu) leucosom; B) Injected leucosom (Lj) trong đá cát kết biến chất ......................................................................... 26 Hình 2. 5: Cách tiếp cận tích hợp sử dụng trong luận án ................................................ 28 Hình 2. 6: Phân tích ảnh DEM bằng phần mềm Global Mapper .................................... 29 Hình 2. 7: Phân tích ảnh Landsat 8 bằng phần mềm ERMAPPER................................. 29 Hình 2. 8: Phân tích động học bằng lát mỏng thạch học định hướng .............................. 33 Hình 2. 9: Tổng hợp nhiệt độ đóng của các khoáng vật và cặp đồng vị .......................... 37 Hình 3. 1: Mặt phiến đá trầm tích hệ tầng Tân Lâm bị uốn nếp trục nếp uốn phương đông-tây ở A Tép, Tây Giang, Quảng Nam (a); Đá trầm tích hệ tầng A Vương phân lớp mỏng bị vi uốn nếp ở A Tép, Tây Giang, Quảng Nam (b). ............................................ 43 Hình 3. 2: Đới mylonit trên gneiss Đại Lộc và đá trầm tích hệ tầng Nông Sơn phân lớp dày, ở gần thị trấn Thạnh Mỹ, Nam Giang, Quảng Nam ................................................ 44 iii
Hình 3. 3: Metapelit phức hệ Khâm Đức giàu biotit có garnet hạt nhỏ,.......................... 45 Hình 3. 4: Đá amphibolit, siêu mylonit chứa các đới shear band phức hệ Khâm Đức .... 45 Hình 3. 5: Mặt phiến đá biến chất phức hệ Khâm Đức bị 2 thế hệ uốn nếp .................... 46 Hình 3. 6: Các nếp uốn kéo theo trong đá biến chất phức hệ Khâm Đức........................ 46 Hình 3. 7: Orthogneiss giàu K-felspat và Amphibolit cấu tạo budinage ......................... 47 Hình 3. 8: Đá trầm tích bị biến chất rất yếu (khu vực mỏ vàng Đăk Sa); Cataclasite và fault gouge lộ dọc đới phá hủy đứt gãy PoKo-Sa Thầy ở Đăk Glei. ............................... 47 Hình 3. 9: Granit Diên Bình giàu K-felspat, kiến trúc gneiss ở thị trấn Sa Thầy............. 47 Hình 3. 10: Granit phức hệ Hải Vân (phải) (xã Đăk Môn, Đăk Tô) hạt thô, giàu K-felspat không bị biến chất, chỉ bị biến dạng dòn và granit phức hệ Vân Canh (trái) ở thủy điện Yaly giàu K-felspat không bị biến chất, chỉ bị biến dạng dòn......................................... 48 Hình 3. 11: Đá cát, sạn kết hệ tầng Nông Sơn không bị biến chất, chỉ bị biến dạng ở tây nam huyện Đại Lộc, Quảng Nam ................................................................................... 49 Hình 3. 12: Đá siêu mafic phức hệ Hiệp Đức bị serpentinit hóa ..................................... 49 Hình 3. 13: Đá phiến mica chứa garnet của phức hệ Khâm Đức lộ ở Hiệp Đức............. 50 Hình 3. 14: Granit Bến Giằng-Quế Sơn giàu amphibol và chứa thể tù mafic, không bị biến chất xuyên cắt các metapellit Khâm Đức ở chân cầu Hiệp Đức.............................. 50 Hình 3. 15: Vết lộ các đá migmatit Chu Lai có kiến trúc metatexis ở đầu thị trấn Trà My và ở thủy điện Tà Vi ....................................................................................................... 51 Hình 3. 16: Migmatit phức hệ Chu Lai kiến trúc chứa thể tù mafic ở Bắc Trà My......... 51 Hình 3. 17: Migmatit Ngọc Linh kiến trúc metatexit ở Tu Mơ Rông chứa các tinh thể garnet có kích thước lớn đến 5-7cm. Migmatit Ngọc Linh kiến trúc metatexit ở Nam Trà My chứa garnet và cordierit ............................................................................................ 52 Hình 3. 18: Vết lộ đá charnokit-enderbit và granulit ở làng K’Bang ............................. 52 Hình 3. 19: Gneiss dạng mắt khối Đại Lộc xen kẹp với các dải mylonit cắm dốc đứng tại Phước Tường, Đà Nẵng.................................................................................................. 53 Hình 3. 20: Các thành tạo trầm tích phun trào bị biến chất thành đá lục có mặt phiến thoải ở cảng Kỳ Hà và Tiên Kỳ thuộc phức hệ Khâm Đức-Núi Vú ............................... 53 Hình 3. 21: Migmatit Chu Lai ở phần phía bắc khối Chu Lai (mỏ đá Chu Lai), Migmatit Chu Lai ở phần phía nam khối Chu Lai (mỏ đá Kỳ Hà) ................................................. 54 Hình 3. 22: Đá amphibolit bị migmatit hóa trên đường Tây Trà đi Di Lăng,.................. 54 Hình 3. 23: Migmatit Sông Re chứa thể tù migmatit của giai đoạn biến dạng trước....... 55 Hình 3. 24: Đới mylonit ở Ba Tiêu, Ba Tơ và đới mylonit trên đường từ Nghĩa Hành đi Minh Long ở phía đông và đông nam vùng nghiên cứu ................................................ 55 iv
Hình 3. 25: Đá biến chất tướng granulit phức hệ Kan Nack bị migmatit hóa ở An Lão và Hoài Ân, Bình Định........................................................................................................ 55 Hình 3. 26: Granit Hải Vân sáng màu không bị biến chất, ít biến dạng và có chứa các thể tù amphibolit ở đầu huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam .................................................. 56 Hình 3. 27: Đá siêu mafic phức hệ Hiệp Đức bị serpentinit hóa và metapelit phức hệ Khâm Đức bị migmatit hóa cục bộ lộ trên đường 14E từ Tân An đến Khâm Đức ......... 57 Hình 3. 28: Metagabro phức hệ Khâm Đức bị migmatit hóa trên đường 14E .............. 57 Hình 3. 29: Các chỉ thị động học trượt phải trên các đá biến dạng dẻo có mặt phiến thẳng đứng ở Trà Bui, đầu mút tây tây bắc đới xiết trượt Trà Bồng ......................................... 58 Hình 3. 30: Vết lộ đá migmatit bị mylonit hóa có mặt ép phiến phương 140 dốc đứng trên đường từ Plei Kần, Ngọc Hồi đến cửa khẩu Bờ Y................................................... 59 Hình 3. 31: Đá granodiorit bị biến dạng yếu có kiến trúc gneiss của phức hệ Diên Bình ở thị trấn Sa Thầy............................................................................................................... 59 Hình 3. 32: Cataclasite và fault gouge ở Plei Cần, dọc đới đứt gãy Po Ko-Sa Thầy ....... 60 Hình 3. 33: Mặt trượt trái trên các đá biến chất ở dọc đới Po Ko-Sa Thầy ..................... 60 Hình 3. 34: Vết lộ đới mylonit trên các đá biến chất, migmatit phức hệ Ngọc Linh ở phía tây đèo Măng Đen, Kon P’Long..................................................................................... 60 Hình 3. 35: Mylonit lộ dọc suối Re (thượng nguồn sông Re) ở xã Ba Ngạc, Ba Tơ và mylonit trên đèo Vi Ô Lắc, Kon Plong ........................................................................... 61 Hình 3. 36: Mặt trượt trái trên các đá granit sáng màu, hạt thô giàu K-felspat phức hệ Hải Vân ở đầu quốc lộ 24, phía đông huyện Ba Tơ............................................................... 61 Hình 3. 37: Sơ đồ phân bố định hướng của mặt ép phiến (S1)........................................ 65 Hình 3. 38: Sơ đồ phân bố tuổi các đá biến chất và magma ở khu vực nghiên cứu ........ 67 Hình 3. 39: Sơ đồ phân bố các yếu tố cấu trúc khu vực Kon Tum.................................. 69 Hình 3. 40: Sơ đồ cấu trúc 3D của khu vực Kon Tum .................................................... 69 Hình 3. 41: Mặt cắt bắc-nam thể hiện cấu trúc vòm của vùng nghiên cứu...................... 70 Hình 3. 42: Mặt cắt đông-tây thể hiện cấu trúc vòm của vùng nghiên cứu ..................... 71 Hình 4. 1: Tổng hợp kết quả phân tích 6 mẫu U/Pb và 10 mẫu Ar/Ar của NCS:............ 72 Hình 4. 2: Biểu đồ Concordia và phân bố tuổi 206Pb/238U của mẫu KT91 ................. 77 Hình 4. 3: Biểu đồ phân bố mật độ tuổi zircon U/Pb mẫu KT91 .................................... 78 Hình 4. 4: Biểu đồ Concordia và phân bố tuổi 206Pb/238U của mẫu KT38 .................. 79 Hình 4. 5: Biểu đồ phân bố mật độ tuổi zircon U/Pb mẫu KT38 .................................... 79 Hình 4. 6: Biểu đồ Concordia và phân bố tuổi 206Pb/238U mẫu KT142...................... 80 Hình 4. 7: Biểu đồ phân bố mật độ tuổi zircon U/Pb mẫu KT142 .................................. 81 v
Hình 4. 8: Biểu đồ Concordia và Phân bố tuổi 206Pb/238U của mẫu KT126A ............. 81 Hình 4. 9: Biểu đồ phân bố mật độ tuổi zircon U/Pb mẫu KT126A ............................... 82 Hình 4. 10: Biểu đồ phân bố mật độ tuổi và biểu đồ Concordia tuổi zircon U/Pb mẫu KT126B.......................................................................................................................... 82 Hình 4. 11: Phân bố tuổi 206Pb/238U của 12 hạt zircon mẫu KT126B và Biểu đồ phân bố tuổi 206PB/238U của 17/31 hạt zircon mẫu KT126B ............................................... 83 Hình 4. 12: Biểu đồ Concordia va Phân bố tuổi 206Pb/238U mẫu KT57 ..................... 83 Hình 4. 13: Biểu đồ phân bố tuổi 206PB/238U của 26 hạt zircon mẫu KT57 ................ 84 Hình 4. 14: Biểu đồ phân bố tuổi của các đơn khoáng biotit .......................................... 92 Hình 4. 15: Sơ đồ phân bố tuổi đồng vị Ordovic-Silua ở vùng nghiên cứu .................... 94 Hình 4. 16: Các đá phức hệ Khâm Đức: bazan cầu gối, paragneiss và metagabro bị nóng chảy cục bộ và migmatit Chu Lai chứa thể tù aphibolite và metagabro .......................... 97 Hình 4. 17: Sơ đồ minh họa chuyển động kiến tạo Ordovic-Silua .................................. 98 Hình 4. 18: Sơ đồ phân bố các cấu trúc dạng tuyến lineation: .................................... 100 Hình 4. 19: Hình ảnh minh họa các chỉ thị chuyển động: phần phía trên chuyển động về phía tây bắc (top to the NW)......................................................................................... 102 Hình 4. 20: Sơ đồ minh họa quá trình trồi lộ tạo phức hệ nhân biến chất Kon Tum ..... 104 Hình 4. 21: Biểu đồ hoa hồng biểu diễn mật độ phân bố đường phương các mặt trượt 107 Hình 4. 22: Chỉ thị trượt bằng (trái và phải) của các đứt gãy nhánh và đới bột, sét kiến tạo bở rời của đứt gãy Trà Bồng phản ánh hoạt động hiện đại...................................... 108 Hình 4. 23: Trạng thái ứng suất trượt bằng 1, nép ép theo phương á vĩ tuyến, tách giãn phương á kinh tuyến ...................................................................................... 111 Hình 4. 24: Trạng thái ứng suất trượt bằng 2, nép ép theo phương TB-ĐN, tách giãn phương ĐB-TN ............................................................................................ 112 Hình 4. 25: Trạng thái ứng suất trượt bằng 3 nép ép theo phương á kinh tuyến, tách giãn phương á vĩ tuyến .......................................................................................... 113 Hình 4. 26: Trường ứng suất trượt bằng 4 với trục sigma 1 phương bắc đông bắc, sigma 3 phương tây bắc-đông nam ............................................................................... 114 Hình 4. 27: Trường ứng suất kiến tạo Kainozoi phát triển theo 4 giai đoạn.................. 117 Hình 4. 28: Tiến hóa các trạng thái ứng suất kiến tạo Cenzoi và hoạt động của các đứt gãy tương ứng............................................................................................................... 118 Hình 4. 29: Sơ đồ tổng hợp các đặc trưng kiến tạo khu vực Kon Tum theo thời gian .. 119 vi
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Khu vực Kon Tum và lân cận tạo thành phần trung tâm của địa khối Indosini, là nơi lộ các đá biến chất mức độ cao nhất ở khu vực Đông Dương. Các nghiên cứu, đo vẽ thành lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 và 1:50.000 cho thấy các đá biến chất lộ ra trong khu vực Kon Tum thuộc loại nhiệt độ cao. Các nghiên cứu về thạch học biến chất trong các năm gần đây cho thấy các đá biến chất khu vực dọc đường Hồ Chí Minh, đoạn từ Khâm Đức đi Kon Tum, trung tâm Kon Tum (khu vực thượng nguồn Sông Ba) và khu vực An Lão-Hoài Ân, Bình Định (Sông Biên) thuộc tướng granulit [Nakano và nnk, 2007; Nakano và nnk, 2013] và đã trải qua ít nhất 2 giai đoạn biến chất [Maluski và nnk, 2005; Roger và nnk, 2007]. Tuổi biến chất và biến dạng dẻo công bố trong những năm gần đây cho thấy có 2 khoảng tuổi, khoảng thứ nhất tập trung trong khoảng 240-250 Tr.n và khoảng tuổi 440-470 Tr.n [Lepvrier và nnk, 1997a; Lepvrier và nnk, 2004a; Roger và nnk, 2007; Lepvrier và nnk, 2008; Hai và nnk, 2014]. Các công trình nghiên cứu về biến dạng kiến tạo của các nhà khoa học Pháp và cộng sự của Khoa Địa chất, trường Đại học Khoa học Tự nhiên trong 25 năm qua cho thấy, từ Sông Mã đến Kon Tum, các hoạt động trượt bằng xảy ra liên quan đến chuyển động tạo núi Indosini diễn ra rộng khắp Đông Dương và Trung Quốc [Hahn, 1984; Wong và Dalai, 1991; Lepvrier và nnk, 1997a; Lepvrier và nnk, 2004a; Roger và nnk, 2007; Lepvrier và nnk, 2008; Chen và nnk, 2011]. Tuy nhiên, đặc điểm và phân bố hình học cấu trúc của khu vực này hầu như có rất ít công bố. Mối quan hệ giữa hoạt động biến chất cao kèm theo chuyển động trượt bằng dọc các đới xiết trượt Trà Bồng, Khâm Đức, Đà Nẵng-Đại Lộc cũng như động học (kinematics) của các giai đoạn kiến tạo đã xảy ra như thế nào đối với khu vực Kon Tum là câu hỏi còn bỏ ngỏ từ nhiều thập kỷ và chưa có câu trả lời. Việc làm sáng tỏ được các vấn đề về hình học cấu trúc và lịch sử hoạt động kiến tạo khu vực nghiên cứu sẽ cung cấp các hiểu biết mới về địa chất và kiến tạo khu vực Đông Dương nói riêng và Đông Nam Á nói chung, đồng thời cung cấp cơ sở để định hướng công tác tìm kiếm khoáng sản và giảm thiểu tai biến địa chất liên quan. 1
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế-xã hội, khu vực các tỉnh miền trung và tây nguyên đã có những bước phát triển vượt bậc. Các hệ thống sông trong khu vực đều được đưa vào quy hoạch và xây dựng hàng loạt các nhà máy thủy điện quy mô trung bình như: chuỗi thủy điện Sông Tranh 1, 2, 3, thủy điện A Vương, chuỗi thủy điện Đăk Mi,… Quá trình khai thác, vận hành hồ chứa các thủy điện đã gây ra động đất liên quan đến tái hoạt động của các đứt gãy trong khu vực. Ngoài ra, hiện tượng trượt lở cũng xảy ra nghiêm trọng ở hầu khắp các huyện miền núi tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi. Do vậy, về mặt khoa học của việc làm sáng tỏ sự phân bố và đặc điểm biến dạng của các cấu trúc địa chất và lịch sử hoạt động kiến tạo khu vực bắc Kon Tum không chỉ có ý nghĩa lý luận mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn. Được sự đồng ý của Trường ĐHKHTN, Khoa Địa chất và giáo viên hướng dẫn, NCS lựa chọn đề tài “Lịch sử hoạt động biến dạng kiến tạo khu vực rìa bắc khối Kon Tum” để làm đề tài luận án. 2. Mục tiêu của luận án Luận án nhằm giải quyết 2 mục tiêu chính như sau: - Làm rõ đặc điểm biến dạng kiến tạo (dẻo và dòn) và xác định được cấu trúc địa chất của khu vực rìa bắc khối Kon Tum. - Xác lập lịch sử hoạt động biến dạng kiến tạo của khu vực rìa bắc khối Kon Tum. Việc làm rõ 2 mục tiêu trên sẽ góp phần làm sáng tỏ quá trình hình thành và phát triển địa chất của khu vực đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc định hướng tìm kiếm các khoáng sản dưới sâu ở khu vực Kon Tum, xu hướng phát sinh các tai biến địa chất có liên quan đến mạng lưới đứt gãy có mặt trong khu vực nghiên cứu. 3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Vùng nghiên cứu của luận án là toàn bộ phần đất liền được giới hạn bởi khối granitoid Đại Lộc ở phía bắc và đứt gãy Kon Tum-Ba Tơ ở phía nam. Đối tượng nghiên cứu của luận án là các cấu trúc địa chất hình thành trong các giai đoạn chuyển động kiến tạo khác nhau của khu vực rìa bắc khối Kon Tum 2
để lại dấu ấn trong các thành tạo trầm tích, magma, biến chất ở mức độ khác nhau lộ ra trong khu vực. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu xác định các đặc trưng hình học cấu trúc trên cơ sở nghiên cứu biến dạng dẻo và biến dạng dòn của khu vực nghiên cứu. - Nghiên cứu động học các quá trình chuyển động kiến tạo. - Nghiên cứu xác định tuổi các giai đoạn chuyển động kiến tạo để lại dấu ấn trong đá biến chất, biến dạng dẻo. - Xác lập lịch sử các giai đoạn chuyển động kiến tạo khu vực nghiên cứu. 5. Cơ sở tài liệu của luận án Tài liệu sử dụng trong luận án này bao gồm: a. Số liệu do NCS thực hiện - Số liệu thực địa do nghiên cứu sinh thu thập qua 6 đợt thực địa, mỗi đợt 30 ngày từ 7/2013-7/2019 trên toàn vùng nghiên cứu. - Kết quả tuổi đồng vị U/Pb của 06 mẫu migmatit được phân tích tại Viện Địa chất và Địa vật lý, Viện Hàn lâm KH&CN Bắc Kinh. - Kết quả tuổi đồng vị Ar/Ar của 09 mẫu gneiss và 01 mẫu granit tại Đại học Sư phạm Quốc gia Đài Loan. - Kết quả phân tích 50 mẫu lát mỏng thạch học định hướng. - Kết quả tính toán các trạng thái cổ ứng suất Kainozoi đến Đệ tứ. b. Tài liệu đã bố trong và ngoài nước - Kết quả đo vẽ thành lập bản đồ địa chất và khoáng sản các tỷ lệ 1/200.000 và 1/50.000 bao trùm toàn bộ khu vực nghiên cứu. - Các đề tài nghiên cứu, các bài báo công bố trong và ngoài nước trên các tạp chí uy tín. 6. Các luận điểm bảo vệ 6.1. Luận điểm 1: Khu vực rìa bắc khối Kon Tum thuộc cấu trúc phức hệ nhân biến chất có phần nhân là các đá bị biến chất đa pha trồi lộ từ phần vỏ dưới trong giai đoạn Permi-Trias. 3
6.2. Luận điểm 2 Khu vực nghiên cứu đã trải qua 3 giai đoạn chuyển động kiến tạo lớn: - Giai đoạn O-S: là quá trình nén ép làm dày vỏ sinh ra do chuyển động hút chìm, va chạm, khâu nối khối Nam Việt Nam với khối Việt Lào dọc theo đới khâu Tam Kỳ-Phước Sơn. - Giai đoạn P-T: là quá trình căng giãn vỏ làm trồi lộ cấu trúc phức hệ nhân biến chất Kon Tum mà vùng nghiên cứu của luận án là nửa phía bắc của cấu trúc này. - Giai đoạn Kainozoi: đặc trưng bởi quá trình trượt bằng dọc theo các đới đứt gãy trong khu vực. 7. Các điểm mới của luận án - Làm rõ thêm đặc điểm quá trình hình thành đới khâu Tam Kỳ-Phước Sơn sinh ra do chuyển động hút chìm, va chạm tạo núi Ordovic-Silua giữa khối Nam Việt Nam và khối Việt-Lào. - Chứng minh được cấu trúc địa chất của khu vực rìa bắc khối Kon Tum thuộc phức hệ nhân biến chất sinh ra trong giai đoạn đầu của chuyển động kiến tạo Permi-Trias. - Xác định được trường ứng suất kiến tạo trượt bằng tác động lên khu vực nghiên cứu là trường ứng suất xoay theo chiều kim đồng hồ và tiến hóa qua 4 giai đoạn từ Oligocen đến Đệ tứ và hiện tại. 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Kết quả của luận án đã làm rõ đặc điểm các giai đoạn chuyển động kiến tạo để hình thành nên cấu trúc hiện tại của khu vực nghiên cứu. - Kết quả nghiên cứu của luận án cung cấp cơ sở khoa học định hướng cho công tác tìm kiếm khoáng sản tập trung vào các đới biến dạng dẻo liên quan đến 2 giai đoạn chuyển động lớn là giai đoạn Paleozoi sớm và Permi-Trias. - Kết quả nghiên cứu trường ứng suất kiến tạo Kainozoi góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho nghiên cứu giảm thiểu tai biến liên quan đến hoạt động đứt gãy hiện đại. 4
9. Cấu trúc của luận án Kết quả nghiên cứu của NCS được trình bày trong 4 chương không kể phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo bao gồm: Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Đặc điểm biến dạng kiến tạo và cấu trúc địa chất khu vực rìa bắc khối Kon Tum Chương 4. Lịch sử hoạt động biến dạng kiến tạo khu vực rìa bắc khối Kon Tum. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 ĐẶC ĐIỂM NỀN ĐỊA CHẤT KHU VỰC BẮC KON TUM Về mặt địa chất, vùng nghiên cứu của luận án là toàn bộ phần đất liền được giới hạn bởi khối Đại Lộc ở phía bắc và đứt gãy Kon Tum-Ba Tơ ở phía nam, thuộc phạm vi của 6 tờ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 bao gồm các tờ: Bà Nà, Hội An, Quảng Ngãi, Đăk Tô, Măng Đen-Bồng Sơn và Kon Tum. Trong phạm vi khu vực nghiên cứu của luận án có mặt các thành tạo trầm tích, magma, biến chất có tuổi khác nhau (Hình 1.1). Hình 1. 1: Sơ đồ vị trí và nền địa chất vùng bắc Kon Tum và lân cận [Phan Cu Tien, 1991] 6
Về mặt trật tự địa tầng kiến tạo, khu vực bắc Kon Tum được phân chia bới các bề mặt bất chỉnh hợp lớn sau đây: bề mặt bất chỉnh hợp tuổi T3 n-r lót đáy hệ tầng Nông Sơn; bề mặt bất chỉnh hợp D1 lót đáy hệ tầng Tân Lâm, bề mặt bất chỉnh hợp đáy hệ tầng Long Đại tuổi O-S. Toàn bộ các đá biến chất mức độ trung bình đến cao của khu vực nghiên cứu nằm dưới các đá trầm tích Paleozoi sớm bị uốn nếp và biến chất thấp và bị các trầm tích màu xám đỏ tuổi Devon sớm phủ bất chỉnh hợp lên trên. Các trầm tích cuội sạn kết tuổi T3-J hoàn toàn không biến chất tạo thành một nếp lõm vòm rộng phủ bất chỉnh hợp trên toàn bộ các thành tạo cổ hơn. Trong phần này, NCS không mô tả trật tự địa tầng thông thường mà mô tả theo các đặc trưng về đặc điểm thạch học, mức độ biến chất, mức độ biến dạng và kiểu biến dạng, quan hệ của các thành tạo địa chất với bề mặt bất chỉnh hợp khu vực trước T3n-r để phục vụ các mục tiêu nghiên cứu của luận án. 1.1.1 Các thành tạo trầm tích, phun trào bị biến chất yếu đến không biến chất a. Các thành tạo trầm tích và phun trào bazan N-Q Trong khu vực nghiên cứu, các trầm tích N chỉ phân bố rải rác dọc theo một số đứt gãy lớn điển hình là dọc theo đứt gãy Pô Ko-Sa Thầy. Chúng phân bố thành dải hẹp kéo dài từ nam Đăk Glei qua Đăk Tô đến Kon Tum. Các đá bazan phun trào tuổi Neogen-Đệ Tứ phân bố tương đối rộng tạo thành các lớp phủ ở nam Ngọc Linh, Tu Mơ Rông, và khu vực Kong Plong. Ngoài ra chúng còn phân bố rải rác ở một số nơi như ở Khâm Đức, Quảng Nam và Mũi Ba Làng An của Quảng Ngãi. Các thành tạo này liên quan chủ yếu đến hoạt động nâng trồi uplift của khối Kon Tum sau khi Biển Đông ngừng tách dãn vào Miocen giữa. b. Các trầm tích lục địa tuổi Trias-Jura Các trầm tích lục địa vụn thô tuổi Trias-Jura phân bố chủ yếu ở trũng chứa than Nông Sơn ở phía bắc vùng nghiên cứu. Ngoài ra trầm tích Jura còn phân bố trong trũng bán địa hào ở khu vực Di Lăng, Quảng Ngãi. Các trầm tích này nằm phủ bất chỉnh hợp trên các đá biến chất và các đá trầm tích Paleozoi hạ. Bề mặt bất chỉnh hợp tuổi sát trước T3 n-r được các nhà địa chất Pháp dùng để xác lập chuyển động tạo núi uốn nếp Indosini xảy ra ở Đông Dương. 7
c. Các thành tạo trầm tích phun trào tuổi T2 Các thành tạo trầm tích phun trào tuổi T2 phân bố thành một số diện lộ nhỏ ở phía tây bắc vùng nghiên cứu, khu vực Sông Bung, Tây Giang và khu vực Sa Thầy. d. Các thành tạo trầm tích uốn nếp Paleozoi sớm-giữa Các thành tạo trầm tích Paleozoi sớm trong khu vực nghiên cứu bao gồm các đá trầm tích của hệ tầng A Vương bị biến chất yếu gồm đá phiến thạch anh xericit, cát kết và quartzite. Các thành tạo của hệ tầng A Vương bị các đá trầm tích lục nguyên cuội kết, cát-bột kết màu đỏ của hệ tầng Tân Lâm tuổi Devon sớm phủ bất chỉnh hợp. Các nghiên cứu về tuổi các hạt khoáng vật zircon có mặt trong trầm tích lục nguyên hệ tầng A Vương cho giá trị trẻ nhất là 516 tr.n, các hạt zircon vụn trong trầm tích hệ tầng Long Đại cho tuổi trẻ nhất là 446-448 tr.n [Wang và nnk, 2016a]. Đặc điểm hình thái tự hình của các hạt zircon tuổi 446-448 tr.n cho thấy nguồn cấp của chúng từ các đá magma và biến chất lân cận có mặt trong khu vực Kon Tum và Trường Sơn. Mặc dù không bị biến chất song các thành tạo trầm tích lục nguyên này vẫn bị uốn nếp tạo thành các nếp uốn đối xứng liên quan đến hoạt động trượt phải dọc các đới xiết trượt thuộc đai núi Trường Sơn trong Trias. Tương tự, ở rìa phía tây đứt gãy Po Ko-Sa Thầy, các trầm tích Paleozoi sớm hệ tầng Đắc Long cũng chỉ thể hiện mức độ biến chất rất yếu. Các trầm tích chứa hóa thạch tuổi Devon sớm của hệ tầng Cư Brei phủ bất chỉnh hợp trên các đá biến chất [Thanh và nnk, 2007]. 1.1.2 Các thành tạo biến chất từ tướng amphibolit đến granulit Trong phạm vi khu vực nghiên cứu của luận án, các thành tạo đá biến chất nằm dưới các đá trầm tích Paleozoi sớm. Chúng được mô tả trong văn liệu địa chất Việt Nam dưới tên gọi phức hệ Khâm Đức-Núi Vú, phức hệ Chu Lai, phức hệ Ngọc Linh (hệ tầng Sông Re, hệ tầng Tắc Pỏ) tạo nên phần lớn nền địa chất của khu vực nghiên cứu [Trang, 1986]. Các thành tạo biến chất của phức hệ Khâm Đức-Núi Vú và phức hệ Chu Lai này phân bố tập trung ở khoảng giữa đới xiết trượt Tam Kỳ- Phước Sơn ở phía bắc và đới xiết trượt Trà Bồng ở phía nam. Các thành tạo biến chất phức hệ Ngọc Linh phân bố ở phía nam đới xiết trượt Trà Bồng và phía bắc đới đứt gãy Kon Tum-Ba Tơ [Bao và nnk, 2001]. 8
a. Phức hệ Khâm Đức-Núi Vú Phức hệ Khâm Đức-Núi Vú bao gồm các thành tạo trầm tích, trầm tích phun trào, xâm nhập tonalit trondhjemit bị biến chất tạo thành các thành tạo metapelit, metagraywacke, đá phiến thạch anh, chlorit, actinolit, các trầm tích núi lửa biến chất và các đá amphibolit, serpentinit [Bao và nnk, 1982; Long, 1986a; Long và Thị, 1986; Long, 1995]. Tuổi các đá tonalith, trondhjemit được xác định bằng zircon U/Pb cho giá trị 518 và 502 tr.n cùng với các dấu hiệu địa hóa cho thấy chúng có thể là sản phẩm kết tinh từ dung thể magma bazan giàu chất lưu được hình thành trong bối cảnh cung đảo đại dương [Quyen và nnk, 2019]. Các tổ hợp đá biến chất của phức hệ Khâm Đức Núi Vú bị các thành tạo xâm nhập granodiorit Bến Giằng-Quế Sơn và Trà Bồng xuyên cắt [Bao và nnk, 2001; Tâm và nnk, 2009]. Phương cấu trúc chung của đới này kéo dài theo phương á vĩ tuyến, và chuyển hướng thành tây bắc đông nam ở khu vực huyện Tây Giang. b. Phức hệ Chu Lai Phức hệ Chu Lai được đặc trưng bởi các đá biến chất migmatit hóa mạnh và các khối granit có nguồn gốc nóng chảy vỏ [Tâm, 2010]. Các đá migmatit của phức hệ Chu Lai phân bố thành dải kéo dài theo phương á vĩ tuyến, song song với đới xiết trượt Trà Bồng. Các quan sát của NCS cho thấy nhiều thể tù amphibolit và metagabro và thể tù trầm tích biến chất có mặt trong các đá migmatit của phức hệ Chu Lai. Ranh giới giữa các đá migmatit của phức hệ Chu Lai với các đá trầm tích biến chất phức hệ Khâm Đức-Núi Vú không rõ ràng, thường là ranh giới chuyển tiếp dần dần từ các đá trầm tích biến chất của hệ tầng Khâm Đức-Núi Vú không có hợp phần nóng chảy leucosom sang nóng chảy cục bộ chứa nhiều hợp phần leucosom và nóng chảy nhiều chuyển thành granit anatexit. c. Phức hệ Ngọc Linh Các đá biến chất, migmatit của phức hệ Ngọc Linh phân bố chủ yếu ở phía đông đới đứt gãy Po Ko-Sa Thày, phía nam đới xiết trượt Trà Bồng đến bắc đới đứt gãy Kon Tum-Ba Tơ. Phức hệ Ngọc Linh đặc trưng bởi các đá biến chất nhiệt độ 9
cao đạt đến tướng granulit [Osanai và nnk, 2001; Nakano và nnk, 2013] và bị migmatit hóa trên diện rộng [Faure và nnk, 2018]. Thành phần chủ yếu là đá phiến gneiss biotit-garnet-silimanit với các dải leucosom là thạch anh và felspat bị ép phiến mạnh [Bao và nnk, 2001; Osanai và nnk, 2001; Tâm, 2010; Nakano và nnk, 2013]. 1.1.3 Các thành tạo magma xâm nhập Ở khu vực nghiên cứu của luận án, dựa vào đặc điểm và mức độ biến chất, biến dạng dẻo, các đá xâm nhập được chia thành hai nhóm. Nhóm magma xâm nhập tuổi Trias muộn không biến chất và nhóm magma xâm nhập tuổi trước Trias bị biến chất, biến dạng cục bộ ở một vài nơi. a. Nhóm đá xâm nhập tuổi Trias muộn không biến chất Nhóm đá xâm nhập tuổi Trias muộn không biến chất chủ yếu là các thành tạo của phức hệ Hải Vân và một phần của phức hệ Vân Canh. Thành phần chủ yếu là granit biotit, granit hai mica giàu nhôm. Các thể xâm nhập thuộc nhóm này phân bố rộng rãi trong vùng nghiên cứu và xuyên cắt các đá biến chất ở trung tâm vùng nghiên cứu. Kết quả phân tích tuổi zircon U/Pb bằng phương pháp LA-ICP-MS cho các khối thuộc phức hệ này cho giá trị tuổi trong khoảng 242-224 tr.n [Hieu và nnk, 2015]. Kết quả phân tích tuổi trên monazit U-Pb cũng cho khoảng tuổi 240 tr.n and 220 tr.n [Nakano và nnk, 2013]. Các nghiên cứu thực địa của NCS ở nhiều vết lộ cho thấy các đá granit phức hệ Hải Vân và phức hệ Vân Canh chứa nhiều thể tù là các đá trầm tích bị biến chất và đá migmatit. Các thành tạo xâm nhập phức hệ Hải Vân và phức hệ Vân Canh bị phủ bất chỉnh hợp bởi các đá trầm tích cuội kết, cát bột kết của hệ tầng Nông Sơn ở phía bắc vùng nghiên cứu. Các nghiên cứu thạch luận cho thấy các đá xâm nhập giàu nhôm này là sản phẩm liên quan đến nóng chảy vỏ sau quá trình tạo núi Indosini xảy ra trong Trias giữa-muộn ở khu vực nghiên cứu [Bao và nnk, 2001; Hòa và nnk, 2005; Hoa và nnk, 2008; Tâm, 2010]. Căn cứ tuổi kết tinh, không bị biến chất và mối quan hệ xuyên cắt với các đá biến chất của phức hệ Ngọc Linh và phức hệ Khâm Đức, các đá xâm nhập Trias 10