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

BÀI GIẢNG XỬ LÝ VÀ LUẬN GIẢI
SỐ LIỆU ĐỊA HÓA CÁC ĐÁ
MAGMA
- 131 -
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
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 lợng của các oxyt đợc tính bằng phần trăm trọng lợng (%tr.l), có giá
trị tối thiểu là 0.1%tr.l, và tổng hàm lợng của toàn bộ oxyt nguyên tố chính trong
đá bằng 100%. Fe có thể đợc xác định theo FeO và Fe
2
O
3
, nhng đôi khi chúng đ-
ợc thể hiện bằng hàm lợng sắt tổng(viết dới dạng FeO
t
).
2- Nguyên tố vết. Là những nguyên tố có mặt trong đá ở dới mức 0.1%
trọng lợng, hàm lợng của chúng đợc tính bằng đơn vị phần triệu (ppm) hoặc
hiếm hơn là phần tỷ (ppb). Tuy nhiên, có trờng hợp hàm lợng nguyên tố vết vợt
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.
Có một vài nguyên tố có thể là nguyên tố chính trong nhóm đá này nhng
lại là nguyên tố vết trong nhóm đá khác. Ví dụ, nguyên tố Kali (K) là thành phần
chính trong đá ryolit (chiếm hơn 4% trọng lợng đá và là thành phần chủ yếu của

orthoclas, biotit), nhng trong một số dạng đá basalt hàm lợng K lại rất thấp và
có vai trò nh nguyên tố vết.
Các chất bốc (nh H
2
O, CO
2
và S) thờng có trong các kết quả phân tích
nhóm nguyên tố chính. Nớc thờng nằm trong ô mạng tinh thể của các khoáng vật
silicat và bị thoát ra ở nhiệt độ > 110
0
C đợc ký hiệu nh H
2
O
+
. Còn nớc có mặt
đơn giản nh là độ ẩm trong đá và bay hơi khi bị nung nóng ở nhiệt độ < 110
0
C,
đợc ký hiệu là H
2
O
-
và thực chất nó không phải là thành phần quan trọng của đá.
Đôi khi hàm lợng tổng của các chất bốc trong đá đợc xác định bằng sự đốt cháy
- 132 -
mẫu ở nhiệt độ 1000
0
C.
3- Các đồng vị đợc phân chia ra nhóm đồng vị phóng xạ và nhóm đồng vị
bền.

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 phẩm
cuối 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
thể hiện dới dạng các tỷ lệ của các giá trị tuyệt đối (nh Sr
87
/Sr
86
, Nd
143
/Nd
144
)
hoặc là đối sánh với giá trị chuẩn (nh chỉ số

).
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
về khối lợng giữa các đồng vị của cùng nguyên tố. Thí dụ: đồng vị O
18
nặng hơn
đồng vị O
16
và cả hai đồng vị này đợc phân đoạn trong quá trình bốc hơi của 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
giá trị chuẩn (nh chỉ số

).

II. NHữNG QUá TRìNH ĐịA CHấT KIểM SOáT THàNH PHầN HóA HọC
CủA Đá MAGMA.
1- Thành phần hóa học và khoáng vật của miền nguồn (source region)
kiểm soát thành phần hóa học của các đá magma. Thành phần hóa học nhóm
nguyên 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.
Thành phần của nguồn bản thân là hệ quả của quá trình trộn lẫn (bên
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
biết động học mantithông qua việc nghiên cứu đồng vị của các basalt bắt
- 133 -
nguồn từ manti.
3- Phần lớn các đá magma đợc di chuyển qua lò magma tới vị trí của
chúng ở gần hoặc trên bề mặt Trái đất. Các quá trình xảy ra trong lò magma làm
biến đổi thành phần hóa học của magma nguyên sinh đợc sinh thành bởi quá
trình nóng chảy từng phần nguồn (pratial melting) thông qua quá trình kết tinh
phân đoạn (fractional crystallisation), trộn lẫn magma (magma mixing), hỗn
nhiễm (contamination), đồng hóa (assimilation) hoặc sự kết hợp cơ học một vài
quá trình (assimilation + fractional crystallisation = AFC).
Để phân tích những biến đổi hóa học gây ra bởi các quá trình khác nhau
nêu trên cần phải có đầy đủ những số liệu địa hóa (những kết quả phân tích hóa
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
magma có thể bị biến đổi về mặt hóa học hoặc là do sự thoát khí (outgassing)

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 sự
tác dụng tơng hỗ với chất lỏng có thể ảnh hởng toàn diện tới thành phần địa hóa
học 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 lẽ
các 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 chuyển
của nớc ngầm, của dung dịch nhiệt dịch từ các đá vây quanh đã làm thay đổi rõ
rệt 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).
- 134 -
+ 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)
- 135 -
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 định
thành phần hóa học nhóm nguyên tố chính và vết của các mẫu đá. Ph ơng pháp
này có thể phân tích đợc hơn 80 nguyên tố có hàm lợng trong đá từ 100% cho tới
vài ppm. Đây là phơng pháp phân tích rất chính xác, có độ nhạy cao và có thể
tiến hành trong thời gian tơng đối ngắn.
Tuy nhiên, hạn chế chủ yếu của phơng pháp phân tích này là những
nguyên tố nhẹ hơn Na (có số nguyên tử < 11) không thể phân tích bằng HQTX
đợc. Nội dung chi tiết của phơng pháp HQTX có thể tham khảo qua các công
trình của Norrish và Chappell (1977), Tertian và Claisse (1982), Williams (1987)
và Ahmedali (1989) Về nguyên tắc, phổ huỳnh quang tia X dựa trên sự kích

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 độ
của các tia X thứ cấp đợc sử dụng để đo hàm lợng của các nguyên tố bằng sự đối
sánh 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 khác
nhau:
+ 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 hoặc
tetraborat 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 nhạy
dùng để xác định hàm lợng các nguyên tố vết, có khả năng xác định đồng thời
một số lợng lớn các nguyên tố mà không cần phải phá mẫu.
Có hai kỹ thuật phân tích KHNT chủ yếu:
+ Phân tích KHNT dụng cụ (Instrusmental neutron activation analysis -
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.
+ Phân tích KHNT hóa phóng xạ (Radiochemical neutron activation
- 136 -
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.
Trong kỹ thuật phân tích KHNT dụng cụ (INAA), khoảng 100mg bột đá
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 xạ
gamma. Các đồng vị riêng biệt có thể xác định từ bức xạ gamma, cờng độ bức xạ
tỷ lệ với hàm lợng của các đồng vị có mặt trong mẫu. Phổ tia gamma dùng để đo
các đồng vị với bán chu kỳ phân rã khác nhau. Việc hiệu chỉnh đ ợc tiến hành đối
với những đờng chồng chéo nhau trong vạch phổ và hàm lợng các nguyên tố đợc
xác định bằng việc đối sánh với các mẫu chuẩn đã đợc phân tích trong cùng thời

gian.
Phơng pháp phân tích KHNT dụng cụ đặc biệt nhạy đối với nhóm nguyên
tố đất hiếm và một số nguyên tố có trờng bền vững cao (Hf, Ta, U, Th). Đối với
những nguyên tố có hàm lợng thấp (dới 2ppm), đặc biệt là nhóm đất hiếm nặng
(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
của kỹ thuật phân tích KHNT hóa phóng xạ (RNAA) - thực sự là một bớc tiến
mới trong phân tích địa hóa học góp phần làm tăng độ nhạy của ph ơng pháp
KHNT.
3- Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng - QPPL (Inductively Coupled Plasma
emisson spectrometry - ICP).
Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (QPPL) là kỹ thuật phân tích mới có
tiềm năng rất lớn trong nghiên cứu địa hóa học. Về mặt nguyên lý, phơng pháp
phân tích này có thể xác định đợc phần lớn các nguyên tố trong Bảng tuần hoàn
với 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 nhanh
chóng. Quy trình phân tích và khả năng sử dụng của kỹ thuật phân tích này đã đ -
ợc trình bày chi tiết trong các công trình của Walsh và Howie ( 1980), Thompson
và Walsh (1983).
Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng là kỹ thuật ngọn lửavới nhiệt độ
ngọn lửa vào khoảng 6.000 - 10.000
0
K, đồng thời cũng là kỹ thuật hòa tanvới
- 137 -
việc sử dụng các phơng pháp hòa tan silicat tiêu chuẩn. Dung dịch mẫu đợc đa
vào trong plasma argon (Ar) dới dạng đám mâynh kiểu phun hơi. Plasma cảm
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 nhận
bởi 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 những
nguyên tử của nguyên tố có thể hấp thụ đợc các bức xạ điện từ, khi nguyên tố bị
nguyên tử hóa (biến thành hơi) và độ dài bớc sóng của tia bị hấp thụ đặc trng
cho mỗi một nguyên tố. Nh vậy, một thiết bị phân tích quang phổ hấp thụ
nguyên tử bao gồm: bộ phận nguyên tử hóa, nguồn chiếu và máy dò (detector).
Mẫu phân tích đợc hòa tan, sau đó chuyển sang trạng thái hơi và bị
nguyên tử hóa trong ngọn lửa của khí acetylen hoặc oxyt nitơ - acetylen. Ph ơng
pháp phân tích này đã đợc mô tả chi tiết bởi Price (1972).
Có hai điểm hạn chế của phơng pháp HTNT trong phân tích silicat là:
+ Mẫu phân tích cần phải gia công dới dạng dung dịch (phải hòa tan
chúng).
+ Mỗi lần phân tích chỉ thực hiện cho một nguyên tố, th ờng gọi là nguyên
tố đặc trị (element - specific). Nhợc điểm này gần đây đã đợc khắc phục bằng
các dụng cụ thích hợp.
Tất cả các nguyên tố chính (trừ P) có thể xác định đợc bằng phơng pháp
HTNT và giới hạn phát hiện đối với Na, K, Mg và Ca là rất thấp. Ngoài ra,
những nguyên tố vết nh V, Ni, Co, Cr, Cu, Pb, Rb, Sr, Ba và đặc biệt hai nguyên
tố rất nhẹ Li và Be cũng có thể phân tích bằng phơng pháp HTNT đợc.
Phơng pháp HTNT không u việt hơn so với những phơng pháp phân tích
nhanh nh HQTX và QPPL, song do giá thành phân tích khá rẻ, nên nó th ờng đợc
sử dụng trong các trờng hợp sau:
+ Để xác định các nguyên tố nhẹ nh Be và Li, mà số nguyên tử của chúng
quá thấp đối với phơng pháp HQTX.
- 138 -
+ 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.
+ Phân tích các nguyên tố vết bất thờng (non-routine) bằng việc sử dụng

phơng pháp đặc dụng trong HTNT (mẫu phân tích đợc nguyên tử hóa trong lò
graphit) cho phép xác định với giới hạn phát hiện cực thấp để phân tích những
nguyên tố khó xác định đối với các kỹ thuật phân tích khác (Be, Li).
5- Phổ khối lợng hay khối phổ - KPK (Mass spectrometry - MS).
Phổ khối lợng (khối phổ kế - KPK) ở những dạng khác nhau là phơng
pháp phân tích hiệu quả nhất để đo các tỷ lệ đồng vị, dựa trên sự tách các hạt
tích 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
phá mẫu bằng hơi các điện tử (nguồn khí) hoặc bằng sự hóa hơi của mẫu trên
tấm filament nung nóng đợc chế tạo từ kim loại có độ nóng chảy cao (nguồn
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 kính
nhỏ hơn so với các ion nặng. Việc định lợng các dấu hiệu của hai hay nhiều phổ
khối 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
và địa chất đồng vị Argon (Ar), còn khối phổ kế nguồn rắn đợc sử dụng trong địa
chất đồng vị phóng xạ và địa niên đại (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb và U-Pb) hoặc để
phân tích các nguyên tố vết bằng phơng pháp pha loãng đồng vị (IDMS).
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 và
nhạy nhất cho toàn bộ nguyên tố vết và đặc biệt thích hợp cho việc xác định
những nguyên tố có hàm lợng cực thấp. Phơng pháp này đã đợc trình bày khá chi
tiết bởi Henderson và Pankhurst (1984).
Phơng pháp pha loãng đồng vị thờng đợc sử dụng để xác định hàm lợng
của nhóm đất hiếm (REE) với độ chính xác rất cao, tuy nhiên 4 nguyên tố đất
hiếm (Pr, Tb, Ho và Tm) không thể phân tích bằng phơng pháp này đợc vì chúng
- 139 -
chỉ có duy nhất một đồng vị bền (mono-isotopic). Song nhợc điểm chủ yếu của
phơng pháp phân tích này (mặc dù với thiết bị đã tự động hóa hoàn toàn) là rất

tốn thời gian và đắt tiền (xa hoa). Bởi vậy nó đợc sử dụng rất hạn chế và chỉ
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).
Phổ khối lợng plasma cảm ứng (KPPL) là kỹ thuật phân tích đợc phát
triển tiếp nối từ kỹ thuật phân tích Quang phổ plasma cảm ứng, nó bao gồm một
tổ hợp ICP đợc ghép với một khối phổ kế (MS) (Date và Jarvis, 1989). Đây là
công cụ phân tích nguyên tố vết và đồng vị có độ chính xác cao với giới hạn
phát hiện rất thấp. Phơng pháp này thờng sử dụng để phân tích một số lợng lớn
nguyên tố vết, đặc biệt nhóm nguyên tố đất hiếm (REE) và nhóm nguyên tố có
trờng vững bền cao (HFSE) với lợng mẫu phân tích nhỏ (Jenner, 1990). Hai u
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 phơng
pháp Huỳnh quang tia X, ngoại trừ có một điểm khác biệt là mẫu phân tích đ ợc
kích thích bởi chùm tia điện tử, chứ không phải bằng tia X. Những tia X thứ cấp
đợc phân tích theo độ dài bớc sóng của chúng, miền đỉnh (cực đại) đợc tính toán
đối sánh với tiêu chuẩn và cờng độ đợc tính chuyển đổi sang hàm lợng, với sự
hiệu chỉnh thích hợp (Long, 1967).
Kỹ thuật phân tích vi dò điện tử tán sắc - năng lợng sử dụng phổ năng l-
ợng đối sánh với cờng độ (không phải là độ dài bớc sóng đối sánh với cờng độ)
cho phép xác định đồng thời đơồc nhiều nguyên tố trong mẫu. Phơng pháp phân
tích 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
hàm lợng các nguyên tố chính của khoáng vật

, mặc dù cũng có thể dùng để phân
- 140 -
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 là
khả năng phân tích không gian tuyệt hảo do sử dụng chùm tia điện tử với đ ờng
kính nhỏ (khoảng 1 - 2
à
m), có nghĩa là những diện mẫu cực nhỏ cũng có thể
phân tích đợc.
Việc phân tích vi dò điện tử các thủy tinh silicat đặc biệt quan trọng trong
nghiên cứu thạch luận thực nghiệm, với giới hạn phát hiện có thể mở rộng ra cho
nhóm nguyên tố vết bằng việc sử dụng thời gian phân tích lâu hơn kết hợp với
việc đo kiểm tra một cách chính xác hơn (Merlet và Bodinier, 1990).
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 chỉ
khoảng 5 - 10 năm gần đây, công nghệ mới này mới tác động đến lĩnh vực địa
hóa học. Máy vi dò ion kết hợp đợc độ chính xác phân tích của phơng pháp
quang phổ khối lợng (khối phổ kế) và khả năng phân tích không gian cực nhỏ
của kỹ thuật vi dò điện tử (kính hiển vi điện tử). Vì vậy, nó đợc sử dụng trong
các lĩnh vực Địa niên đại, Địa hóa học đồng vị và nguyên tố vết, cũng nh trong
việc 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
bày trong các công trình của Reed (1989), Hinton (1990) và thờng đợc gọi là
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
phân tích (có đờng kính khoảng 20 - 30
à
m) sẽ sinh ra những ion thứ cấp. Quá
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 (SIMS). Tuy nhiên, có sự khó khăn rất lớn trong việc đối sánh phổ ion thứ
cấp với thành phần của vật liệu silicat ban đầu. Điều này đang đợc tiếp tục
nghiên cứu khắc phục.
Hiện nay trên thế giới mới chỉ có một số nớc (Mỹ, Nhật, úc, Canada) sử
dụng kỹ thuật phân tích này, vì một lý do rất đơn giản là quá đắt tiền ( xa xỉ),
mặc dù có độ chính xác rất cao.
- 141 -
IV. Sự LựA CHọN PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH THíCH HợP.
Việc lựa chọn kỹ thuật (phơng pháp) phân tích trong địa hóa học hoàn
toàn phụ thuộc vào mục đích và nội dung của vấn đề cần giải quyết. Điều quan
trọng 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 tích
cần phải gia công thành các tấm thủy tinh hỗn hợp nấu chảy, còn trong phơng
pháp QPPL các mẫu lại đợc hòa tan trong dung dịch. Phơng pháp QPPL tiến
hành nhanh hơn, phơng pháp HQTX lại chính xác hơn (Thompson và Walsh,
1983). Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nhóm nguyên tố chính chủ yếu đợc
phân tích bằng phơng pháp Hóa silicat (hóa ớt).
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 các
phơng 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,
những nguyên tố nhẹ hơn Na (nh Li, Be) không thể phân tích đợc bằng phơng
pháp HQTX, mà cần phải sử dụng phơng pháp HTNT hoặc phơng pháp QPPL.
a- Nhóm nguyên tố a đá bán kính ion lớn (LILE) đợc xác định chủ yếu
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 phơng

pháp PLĐV.
b- Nhóm nguyên tố có trờng bền vững cao (HFSE) và nhóm nguyên tố đất
hiếm (REE) với hàm lợng rất thấp trong các mẫu đá cần phải sử dụng các phơng
pháp phân tích có giới hạn xác định thấp và độ chính xác cao nh KHNT và
QPPL, 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
PLĐV do phơng pháp phân tích này có độ chính xác cao hơn (mặc dù tốn nhiều
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.
- 142 -
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 pháp
QPPL khi cần thiết.
d- Các nguyên tố nhóm platin (PGE) đợc phân tích duy nhất bằng phơng
pháp KHNT.
3- Các tỷ số đồng vị (đồng vị phóng xạ và đồng vị bền) đợc xác định bằng
kỹ thuật phân tích phổ khối lợng (khối phổ) theo các phơng pháp khác nhau: pha
loãng đồng vị (PLĐV), khối phổ plasma cảm ứng (KP-PL) hoặc phân tích vi dò
ion độ nhạy cao (SHRIMP).
- 143 -
NHữNG PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH CHủ YếU
CáC NHóM NGUYÊN Tố HóA HọC TRONG CáC Đá MAGMA
Các PPPT
Nhóm Nguyên tố HH
HQTX HTNT KHNT QPPL PLĐV
Nguyên tố chính (ME)
Si + +
Ti + +
Al + +

Fe + +
Mn + +
Mg + +
Ca + +
Na + +
K + +
P + +
Nguyên tố a đá bán kính
ion lớn (LILE)
Rb + + +
Sr + + +
Ba + +
Cs
+
Nguyên tố có trờng bền vững cao (HFSE)
Zr +
Hf +
Ta +
Nb +
U + +
Th + +
Pb
+ + +
Nguyên tố đất hiếm (REE)
La + + +
Ce + + +
Pr + +
Nd + + +
Sm + + +
Eu + + +

Gd + + +
Tb + +
Dy + + +
Ho + +
Er + + +
Tm + +
Yb + + +
- 144 -
Các PPPT
Nhóm Nguyên tố HH
HQTX HTNT KHNT QPPL PLĐV
Lu + + +
Y + +
Kim loại chuyển tiếp (TRE)
Sc +
V + + +
Cr + + +
Co + + +
Ni + + +
Cu + + +
Zn
+ + +
Nhóm platin (PGE)
Pt +
Pd +
Ir +
Os +
Rh +
Ru +
V. CáCH THU THậP MẫU NGOàI THựC ĐịA Để PHÂN TíCH THàNH

PHầN ĐịA HóA HọC CáC Đá MAGMA.
Để có đầy đủ số liệu địa hóa các đá magma trong nghiên cứu thạch luận
nguồn gốc cần phải tiến hành thu thập các dạng mẫu đá ngoài thực địa một cách
cẩn trọng và chính xác theo những yêu cầu đặt ra đối với từng nhóm nguyên tố
học học nh sau:
a- Nhóm nguyên tố chính.
Có thể đợc chính xác bằng phơng pháp Hóa silicat truyền thống (hay còn
gọi là phơng pháp hóa ớt). Nhng hiện nay ở hầu hết các nớc trên thế giới phơng
pháp Huỳnh quang tia X (HQTX) hay còn gọi là phơng pháp Hóa khôvới độ
chính xác cao hơn, nhanh hơn đã đợc sử dụng để thay thế cho phơng pháp phân
tích Hóa ớt.
Do đa phần các nguyên tố chính rất linh động trong những điều kiện biến
đổi sau magma, biến chất và phong hóa, nên các mẫu đá thu thập cần phải tơi-
không biến đổi - để đạt đợc yêu cầu trong các kết quả phân tích hóa học nhóm
nguyên tố chính tổng hàm lợng của H
2
O, CO
2
và MKN không vợt quá giá trị
2% trọng lợng.
Để đảm bảo đợc yêu cầu trên, ngay ở ngoài thực địa, cần phải lựa chọn
- 145 -
các mẫu đá magma cha bị biến đổi hoặc phong hóa: các khoáng vật felspat cha
bị đục, các khoáng vật sẫm màu (biotit, amphibol, pyroxen, ) cha bị bạc màu
hoặc clorit hóa , trong đá không thấy các biểu hiện khoáng hóa (sulfur hóa,
carbonat hóa, thạch anh hóa, ). Chắc chắn hơn cả, dựa vào các kết quả phân
tích lát mỏng thạch học, để lựa chọn các mẫu tơicho phân tích nhóm nguyên
tố chính (hóa silicat hoặc HQTX).
Dạng mẫu để phân tích nhóm nguyên tố chính là mẫu bột với trọng lợng
khoảng 150 - 200gr đã đợc gia công cẩn thận theo qui trình thông dụng. Hiện

nay, để đảm bảo tính đồng bộ và nhất quán về thành phần vật chất các đá magma
theo 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 mịn
cần thiết, sẽ chia bột đá ra các phần riêng biệt theo các phơng pháp phân tích
khác nhau (HQTX, HTNT, QPPL, KHNT, ). Cần hết sức chú ý trong khâu gia
công mẫu để đảm bảo độ sạchcủa mẫu, tránh bị nhiễm bẩnbởi bột mẫu đá
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
tố địa hóa cụ thể (bảng 1). Về nguyên tắc, cũng nh đối với nhóm nguyên tố
chính, các mẫu đá magma đợc lựa chọn để phân tích nhóm nguyên tố vết tốt
nhất là các mẫu tơi, cha bị biến đổi, biến chất hoặc phong hóa. Tuy nhiên, do
đặc tính địa hóa u việtcủa nhóm nguyên tố vết so với nhóm nguyên tố chính,
đặc biệt là các nguyên tố không linh đôồng (immobile) và các nguyên tố trờng
bền vững cao (HFSE), là các đá bị biến đổi hoặc bị biến chất (thậm chí tới tớng
epidot - amphibolit) vẫn có thể sử dụng để phân tích nhóm nguyên tố vết đợc.
Cần lu ý một số điểm sau:
* Đối với các dạng đá magma khác nhau (bazic, trung tính, acid, ) cần
lựa chọn các nguyên tố vết thích hợp để phân tích và luận giải theo các biểu đồ
phân 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 số
nguyên 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 cả
các nguyên tố hóa học trong đá magma (!).
- 146 -
* 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
là nhóm nguyên tố a đá ion lớn (Cs, K, Rb, Sr, Ba, Th, ) do tính nhạy cảm của
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 phơng

pháp phân tích khoảng 50 - 100gr/một phơng pháp. Có thể lựa chọn mẫu phân
tích ở ngay ngoài thực địa (mỗi phơng pháp phân tích cần 1 cục đá nhỏ có kích
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,
nên phân chia lợng bột đá đã đợc nghiền từ 1 cục đá lớn (2 - 3kg) ra các phần
nhỏ cho từng phơng pháp phân tích (50 - 100gr) cần thiết theo qui trình gia công
mẫu hiện hành.
c- Nhóm nguyên tố đồng vị.
* Để xác định tuổi đồng vị (tuổi tuyệt đối) bằng phơng pháp đờng đẳng
thời thuộc các hệ thống đôỡng vị Rb - Sr và Sm - Nd có hai cách lựa chọn mẫu
phân 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/mẫu
theo nguyên tắc chung là:
+ các mẫu đá này phải cùng nguồn gốc (theo các tài liệu địa chất, thạch
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 trình
biến chất, biến đổi sau magma, phong hóa.
+ mỗi mẫu (cục) đá đợc lấy từ một pha xâm nhập hoặc 1 nhịp phun trào,
để tập mẫu đá cần phân tích đại diện cho quá trình kết tinh phân dị từ cùng một
dung thể magma với tỷ số Rb/Sr tăng dần hoặc Sm/Nd giảm dần từ pha đầu đến
pha cuối và có cùng tỷ số Sr
87
/Sr
86
hoặc Nd
143
/Nd
144
ban đầu.

- Chỉ cần lấy một cục đá lớn (trọng lợng khoảng 5 - 10kg) để tách các
khoáng vật tạo đá (pyroxen, amphibol, biotit, felspat) và mỗi khoáng vật đợc
xem nh là 1 mẫu để xác định các tỷ số đồng vị. Các khoáng vật tạo đá cần đ ợc
nhặt sạch và có kích thớc khoảng 0.2 ữ 0.2mm là tốt nhất. Trọng lợng cần thiết
- 147 -
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 vật
nêu 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).
Cách này có u việt rõ rệt hơn cách thứ nhất bởi lẽ các mẫu phân tích (đá
tổng và các khoáng vật tạo đá) chắc chắn là cùng nguồn gốc và thể hiện tiến
trình kết tinh phân dị của dung thể magma (giai đoạn magma thực). Ngoài ra,
đối với những phức hệ magma có thành phần biến thiên hẹp (ít pha) thì cách lấy
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 phần
felsic 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
thành tạo của các đá magma, mà còn cho phép luận giải đợc tuổi mô hình (T
DM
,
T
CHUR
) - là thời điểm mà dung thể magma tách ra khỏi miền nguồn ( DM hoặc
CHUR) - cũng nh bản chất của miền nguồn (manti hay vỏ) tại thời điểm đó qua

chỉ số
T
Nd
.
* Để xác định tuổi đồng vị bằng phơng pháp U - Pb thờng phân tích trên
các 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 hạt
zircon tối thiểu cần thiết để xác định tuổi đồng vị khoảng 50 - 100 hạt, để có thể
phân 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
thể hiện sự biến đổi các điều kiện hóa - lý của sự thành tạo (nguồn gốc khác
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
Phổ khối lợng pha loãng đồng vị (IDMS) hoặc bằng phơng pháp SHRIMP (máy
- 148 -
vi dò ion có độ nhạy cao).
Do khoáng vật zircon rất bền vững trong các quá trình địa chất, nên việc
lựa chọn mẫu magma để xác định tuổi đồng vị bằng phơng pháp U - Pb trên
zircon thuận lợi và dễ dàng hơn rất nhiều so với các phơng pháp đồng vị phóng
xạ khác. Tuy nhiên, để có đủ số lợng 50 - 100 hạt zircon, cần phải lấy mẫu có
trọng lợng khá lớn (khoảng 3 - 5kg).
Tóm lại, để có số liệu địa hóa đá magma một cách toàn diện và đồng bộ,
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 địa
hóa 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),

một số nguyên tố của nhóm bền vững cao (HFSE).
Mẫu KHNT xác định hàm lợng nhóm platin (PGE), nhóm kim loại
chuyển tiếp (TME) và một số nguyên tố của nhóm HFSE (Ta, Zr, U, Ti, ) và
nhóm đất hiếm (REE).
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:

- 149 -
(Major element)
I. KHáI NIệM.
Nguyên tố chính là nguyên tố chiếm chủ yếu trong thành phần hóa học
của đá, hàm lợng của chúng đợc biểu diễn bằng phần trăm trọng lợng (%tr.l) với
giá trị > 0.1% và tổng hàm lợng của các oxyt nguyên tố chính bằng 100%. Đó là
các 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 trong
nghiên cứu thạch luận các đá magma, và cũng đợc sử dụng cho một số dạng đá
trầm tích.
2- Sử dụng số liệu nhóm nguyên tố chính để xây dựng các dạng biểu đồ
hai biến số hoặc ba biến số (biểu đồ x = y hoặc biểu đồ tam giác) để xác định
mối liên quan tơng hỗ giữa các nguyên tố hóa học và từ đó có thể suy luận về
các 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 nghiệm
với các dung thể có thành phần tơng tự trong những điều kiện hóa lý nhất định
cho phép suy luận về những điều kiện địa động lực của quá trình nóng chảy từng
phần và / hoặc kết tinh phân dị tiếp theo của dung thể magma trong tiến trình
hoạt động magma nói riêng và lịch sử phát triển địa chất nói chung.
- 150 -
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
đá núi lửa. Các số liệu hóa học nh tổng hàm lợng Na
2
O và K
2
O (tổng kiềm - TA)
và hàm lợng SiO
2
(S) đợc lấy trực tiếp từ các kết quả phân tích hóa học của đá
(% 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
acid trên cơ sở hàm lợng SiO
2
của chúng. Việc gọi tên đá dựa trên hệ thống các
tên đá gốc với một số bổ sung khi cần thiết (thí dụ: tên đá gốc là basalt có thể
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 với
thành 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
kiềm (K và Na) rất dễ dàng bị di chuyển trong các quá trình sau magma (post-

magmatic).
Cũng cần lu ý rằng, các kết quả phân tích cần đợc tính toán lại theo 100%
trọng lợng trên cơ sở loại trừ H
2
O và CO
2
.
Sự phân loại theo biểu đồ TAS chỉ sử dụng đối với các đá núi lửa khi
thành phần khoáng vật thật (modal) của chúng không thể xác định đợc do sự có
mặt của thủy tinh hoặc do kiến trúc hạt rất nhỏ. Các đá núi lửa đợc sử dụng cho
biểu đồ phân loại TAS cần phải tơi, có nghĩa là trong các kết quả phân tích hóa
học của chúng có hàm lợng H
2
O
+
< 2% và CO
2
< 0.5%.
Một điều quan trọng là, biểu đồ TAS đợc Le Maitre công bố năm 1984
sau đó đã đợc Le Bas và nnk bổ sung năm 1986, đặc biệt là việc phân loại các đá
núi lửa cao Mg(nh picrit, komatit, meimechit và boninit) bằng việc sử dụng
đồng thời TAS với các chỉ số MgO và TiO
2
(%tr.l) (hình II.2).
+ Đối với những đá núi lửa á kiềm (loạt bão hòa silic - S) có thể tiếp tục
phân chia theo tơng quan hàm lợng giữa Na
2
O và K
2
O ra hai dãy (loạt) đá:

- 151 -
- Loạt Hawait (gồm các đá hawait, mugearit, benmoreit) có Na
2
O - 2.0 K
2
O.
- Loạt Shoshonit (gồm các đá absarokit, shoshonit, banakit - latit) Na
2
O - 2.0 K
2
O.
+ Việc chia tách các đá trachyt và ryolit ra các kiểu comendit và
pantellerit khi sử dụng biểu đồ Al
2
O
3
- FeO
t
của McDonald (1974) (hình II.3).
Gần đây, Wilson (1989) đã sử dụng biểu đồ TAS phỏng theo biểu đồ của
Cox (1979) để phân loại các đá xâm nhập (hình II.4). Biểu đồ này đang đợc sử
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).
Các đá núi lửa thuộc loạt á kiềm (SA) đợc tiếp tục đợc phân chia theo hàm
lợng K
2

O và SiO
2
của chúng theo đề xuất của Peccerillo và Taylor (1976) (hình
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,
dacit và ryolit. Cách gọi tên này khá phù hợp với khái niệm về các loạt ( series)
magma: loạt tholeit (thấp kali), loạt kiềm-vôi (trung bình kali) và loạt (kiềm-vôi)
cao kali của Richwood (1989), tơng tự nh các khái niệm basalt á kiềm thấp kali,
basalt á kiềm và basalt kiềm của Middlemost (1975).
2- Phân loại các đá magma khi sử dụng các khoáng vật tiêu chuẩn (norm).
Tính toán khoáng vật chuẩn (norm) nhằm xác định thành phần khoáng vật
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
tính toán CIPW đợc đa ra từ đầu thế kỷ trớc bởi 3 nhà thạch luận (Cross, Iddings
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
khoáng vật quan sát đợc (mode). Các tính toán đợc dựa trên quan niệm magma là
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. Do
thành 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 phần
hóa 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
- 152 -
dụng các khoáng vật tiêu chuẩn.
a- Phân loại các đá basalt khi sử dụng biểu đồ Ne - Di - Ol - Hy - Q.
Thompson (1984) đã đa ra biểu đồ phân loại các đá magma bazic và siêu
bazic (basaltoid) dựa trên thành phần khoáng vật tiêu chuẩn (nephelin,
felspatoid, olivin, diopsid, hypersten và thạch anh) (hình II.6). Ba tam giác đều

của biểu đồ này (Ne - Ol - Di, Ol - Di - Hy, Di - Hy - Q) đặc trng cho các đá
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
tiêu chuẩn olivin và nephelin, các basalt bão hòa silic (tholeit olivin) đợc đặc tr-
ng bởi hypersten và olivin tiêu chuẩn, còn basalt trên bão hòa silic (tholeit thạch
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
magma khô thông số này quyết định tiến trình kết tinh của các khoáng vật -
chiều hớng tiến hóa trong quá trình kết tinh phân đoạn. Cần lu ý rằng, biểu đồ
này không sử dụng cho các dung thể phân dị cao, và chỉ áp dụng tốt nhất đối với
các 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 vậy
không 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.
Biểu đồ phân loại Ab - An - Or của O'Connor (1965) có thể áp dụng cho
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.
Biểu đồ Ab - An - Or sau đó đợc bổ sung bởi Barker (1979) dùng để phân
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 phép
xác định đợc các kiểu magma ban đầu của chúng.
- 153 -
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 tính
chuyển thành phần hóa học của đá ra các cation. Theo đó phần trăm trọng lợng
của oxyt đợc chia cho trọng lợng của oxyt đối với 1 cation. Điều này thờng đợc
tiến hành khác đi một chút: phần trăm trọng lợng oxyt đợc chia cho trọng lợng
phân tử của oxyt và sau đó nhân với số cation có trong công thức phân tử. Trong
một 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 ra
biểu đồ phân loại các đá magma xâm nhập và núi lửa dựa trên tỷ lệ cation của
chúng, đợc xem nh là millication. Biểu đồ này thờng sử dụng cho các đá xâm
nhập. 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)]
Fe đại diện cho sắt tổng (FeO
t
= FeO + Fe
2
O
3
)
- 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 dụng
trong phân loại.
+ Biểu đồ này có thể áp dụng cho tất cả các kiểu đá magma cho phép đối
sánh sơ bộ giữa thành phần khoáng vật tiêu chuẩn với thành phần khoáng vật
thật.
+ 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 và
R2 không có ý nghĩa trực tiếp làm cho biểu đồ trở nên khó hiểu. Ngoài ra, ranh
- 154 -
giới các trờng phần lớn là đờng cong nên rất khó xây dựng.
b- Biểu đồ FAM của Jensen (1976) (hình II.9).
Biểu đồ cation Jensen dùng để phân loại các đá núi lửa á kiềm ( loạt kiềm-
vôi và loạt tholeit), đặc biệt cho các đá komatit. Biểu đồ này đợc xây dựng dựa
trên tỷ lệ các cation (Fe
+2
+ Fe
+3
+ Ti) - Al - Mg đợc tính chuyển sang tổng =
100% và biểu diễn trên biểu đồ tam giác. Biểu đồ phân loại này có thể sử dụng
cho tất cả các đá núi lửa đã bị biến chất (đã bị mất đi một phần các nguyên tố
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 đợc rõ ràng
trờng đá komatit với trờng đá basalt tholeit và kiềm-vôi, và vì vậy nó đợc sử
dụng cho các đá núi lửa bị biến chất tuổi cổ (Arkei). Đó chính là bớc tiến bộ rõ
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
Winkler (1972) để xác định nguồn gốc của các đá biến chất, sau đó Chappell và
White (1974) đã sử dụng để nghiên cứu các đá granitoid có nguồn gốc tái nóng
chảy từ các đá magma hoặc trầm tích ban đầu, từ đó phân biệt ra 2 kiểu I và S
granit.
Cần lu ý rằng, các giá trị A, C, F đợc tính toán theo số lợng phân tử (hoặc
số cation) của các nguyên tố hóa học tơng ứng, chứ không phải bằng % trọng l-
ợng các oxyt.
- 155 -