Phân tích K-Ar cho khoáng vật kích thước nhỏ trong mùn đứt gãy (fault gouge) là phương pháp hiệu quả sử dụng để xác định các pha hoạt động của đứt gãy từ những năm 1970s và cho đến ngày nay (Lyons and Snellenburg, 1971, (Vrolijk and van der Pluijm, 1999; Choo and Chang, 2000; Zwingmann and Mancktelow, 2004, Zwingmann et al., 2010a, 2010b, 2011, Pleuger et al., 2013, Sasseville et al., 2012, Yamasaki et al., 2013, Song et al.,  2014).). Hoạt động của đứt gãy thường dẫn tới sự hình thành các vật chất sinh thành mới (fault gouge) nằm dọc mặt trượt của đứt gãy. Illite trong mùn đứt gãy có thể tồn tại dưới dạng hỗn hợp của 2 loại: illite gốc (2M1) và illite mới sinh thành (1M/1Md). Các kết quả nghiên cứu trước đây cho rằng, illite gốc (2M1) là khoáng vật khá bền vững và tồn tại ở nhiệt độ trên 280 độ C (Velde, 1965). Trong khi đó, illite mới sinh thành (1M/1Md) được hình thành ở nhiệt độ nhỏ hơn 180 độ C trong quá trình hoạt động đứt gãy ở tầng nông của vỏ trái đất (Grathoff et al., 2001; Vrolijk and van der Pluijm, 1999).

Việc xác định tuổi của illite (1M/1Md) tinh khiết cũng chính là tuổi hoạt động của đứt gãy (Tanaka et al., 1995, Pevear, 1992, 1999; van der Pluijm et al., 2001, 2006; Takagi et al., 2005, Solum et al., 2005; Haines and van der Pluijm, 2008; Schleicher et al., 2010; Duvall et al., 2011; Rahl et al., 2011, Song et al., 2014).

PGS.TS. Bùi Hoàng Bắc và các đồng nghiệp công tác tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tiến hành thực hiện đề tài: “Áp dụng phương pháp định tuổi K-Ar của khoáng vật sét hình thành trong điều kiện biến chất thấp để nghiên cứu lịch sử hoạt động hiện đại của đứt gãy Sông Hồng. Luận giải về tần suất xuất hiện và các hoạt động động đất liên quan” nhằm các mục tiêu cơ bản sau:

- Nghiên cứu đặc điểm thành phần khoáng vật trong đới trượt (fault gouges) của đứt gãy Sông Hồng và đứt gãy Điện Biên Phủ, đặc biệt là sự xác định sự tồn tại, thành phần của khoáng vật illite mới sinh thành do hoạt động của các đứt gãy gây nên.

- Nghiên cứu luận giải các pha hoạt động của đứt gãy Sông Hồng và đứt gãy Điện Biên Phủ dựa theo kết quả định tuổi đồng vị K-Ar cho khoáng vật illite mới sinh thành và mối quan hệ giữa chúng.

Sau một thời gian thực hiện, đề tài đã đạt được một số kết quả đáng chú ý:

+ Đứt gãy Sông Hồng:

Đứt gãy Sông Hồng là đứt gãy kiến tạo chính chia cắt hai mảng Nam Trung Hoa và mảng Ấn Độ Dương trong giai đoạn Kainozoi. Thời gian hoạt động của đứt gãy này là vấn đề được nhiều nhà địa chất quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây. (Tapponnier et al., 1990; Zhong et al., 1990; Schärer et al., 1990, 1994; Harrison et al., 1992, 1996; Leloup et al., 1995; Tran et al., 1998; Wang et al., 1998; Gilley et al., 2003; Searle, 2006; Liu et al., 2007, 2010; Anczkiewicz et al., 2007; Sassier et al., 2009; Cao et al., 2010a, 2010b; Searle et al., 2010, Li et al., 2014). Tuy nhiên, tuổi hoạt động của đứt gãy này được xác định chủ yếu bởi phương pháp định tuổi khoáng vật biến chất như amphibole, muscovite, biotite và K-feldpar. Trong đề tài này, tập thể tác giả lần đầu tiên xác định tuổi trực tiếp  của hoạt động đứt gãy Sông Hồng là khoảng 19 Ma, sử dụng phương pháp định tuổi K-Ar cho khoáng vật illite mới sinh thành trong mùn đứt gãy. Kết quả chỉ ra rằng, hoạt động biến dạng dẻo của đứt gãy Sông Hồng có lẽ xảy ra đến khoảng 19 Ma, tương tự với giả thiết của các nhà nghiên cứu trước đây (e.g. Anczkiewicz, 2007; Liu, 2012) Searle (2006) và Chung et al. (2008) cho rằng đứt gãy Sông Hồng có giới hạn đến lớp vỏ giòn trên - giữa. Sibson, (1986), Jolivet et al. (2001), Searle, (2006), Anczkiewicz et al. (2007) và Yeh et al. (2008) cho rằng tất cả các đá biến chất dọc đứt gãy Sông Hồng được thành tạo trước hoạt động trượt bằng của đứt gãy, thể hiện qua các vật chất ép nén.

Giả thiết này được minh chứng bởi kết quả định tuổi U-Pb đối với tâm hạt ziron là 243 và 239 Ma, rìa hạt zircon khoảng 26,8 Ma cho đứt gãy Ailao Shan và Diancang Shan (Trung Quốc) (Searle et al., 2010 and Lin et al., 2012). Rìa zircon có tuổi 28,6 Ma chỉ ra rằng nhiệt độ thành tạo ít nhất khoảng 700 độ C (Parrish, 2011) trong quá trình biến dạng dẻo. Kết hợp với các số liệu công bố khác, chúng tôi xây dựng biểu đồ nhiệt độ và áp suất đối với đá biến chất dọc đứt gãy Sông Hồng. Kết quả chỉ ra rằng, giai đoạn nhiệt độ giảm từ 740 đến 700 độ C, quá trình giảm nhiệt từ từ đến 26,8 Ma. Tuổi K-Ar cho khoáng vật horblend và biotite được xác định là 26,5 và 25 Ma (Nam et al., 1998) chỉ ra rằng trong giai đoạn giảm nhiệt độ từ 500 đến 300 độ C thì xảy ra quá trình giảm nhiệt đột ngột từ 26,8 đến 25 Ma.

Cùng với quá trình giảm nhiệt này, thì quá trình tạo vòm khối biến chất xảy ra từ 23 km sâu đến khoảng 8km sâu. Kết quả định tuổi illite mới hình thành trong nghiên cứu này khoảng 19 Ma thể hiện nhiệt độ khoảng 180 độ C (Vrolijk and van der Pluijm, 1999; Grathoff et al., 2001), cho thấy quá trình thúc trồi (exhumation) chậm của Dãy núi Con Voi từ 8 km sâu đến 4 km sâu. Quá trình biến dạng dẻo/giòn của đá biến chất dọc đới đứt gãy được cho là xảy ra ở độ sâu 4-10 km (Dragoni, 1993). Sau 25 Ma, Dãy núi Con voi chịu quá trình biến dạng giòn để tạo ra những khe nứt thể hiện qua kết quả soi mẫu khoáng vật (Yeh et al., 2008) và quá trình này kéo dài đến khoảng 5 Ma.

Các kết quả nghiên cứu và thảo luận được trình bày cụ thể trên bài báo “K-Ar Dating of Fault Gouges from the Red River Fault Zone of Vietnam”, tạp chí ACTA GEOLOGICA SINICA (English Edition) thuộc danh mục ISI.

+ Đứt gãy Điện Biên Phủ:

Đứt gãy Điện Biên Phủ là một trong những đứt gãy hoạt động mạnh trong khối Ấn Độ Dương. Theo Roger et al. và các nhà khoa học khác thì đứt gãy này mở rộng về phía nam Thailand, hợp nhất với đứt gãy Nan-Uttaradit, tiếp tục đến Vịnh Thailand và tỉnh Yunnan của Trung Quốc, phần phía bắc của đứt gãy không nối trực tiếp với đứt gẫy Sông Hồng, nhưng uốn cong ngược kim đồng hồ, kết quả tạo ra sự kết nối phức tạp giữa hai đứt gãy này. Trong khu vực thuộc Việt Nam, đứt gãy Điện Biên Phủ thể hiện 6-10 km chiều rộng và 160 km chiều dài.

Những nghiên cứu trước đây cho rằng sự va chạm của khối Ấn Độ và khố Âu Á dẫn tới sự hoạt động của các đứt gãy lớn và sắp xếp lại các mảng trong Đông Châu Á (Burchfiel, 2004). Sau mô hình kiến tạo của Tapponnier et al (1986), các nhà nghiên cứu cho rằng hệ thống đứt gãy nghịch phương NW-SE (bao gồm cả đứt gãy Điện Biên Phủ) trong khu vực Nam Châu Á được thành tạo theo mô hình này. Trong khoảng thời gian Kainozoi, đứt gãy Điện Biên Phủ trải qua 2 giai đoạn phát triển kiến tạo chính, đó là: trượt phải và trượt bằng phải nghịch bởi cơ chế trượt trái và trượt bằng trái thuận. Tương ứng, ranh giới của hai giai đoạn này có thể hình thành trong Pliocene (Lacassin et al., 1997; Hung and Vinh, 2001). Dựa theo kết quả định tuổi 39Ar-40Ar, Lin et al. (2009) ghi nhận dấu hiệu trượt bằng phải trong Jura dọc đứt gãy Điện Biên Phủ. Nhiều số liệu định tuổi được ghi nhận dọc đứt gãy Điện Biên Phủ cho thấy hoạt động phức tạp của đứt gãy này. Sự phức tạp này do các hoạt động kiến tạo khu vực xảy ra trong giai đoạn Paleozoi tới Kainozoi như hoạt động của khối Nam Trung Hoa, Ấn Độ Dương, Sibumasu, Simao và rift Sông Đà (Thanh et al., 2011, 2014, 2016). Để hiểu hơn về hoạt động của đứt gãy Điện Biên Phủ, trong nghiên cứu này, tập thể tác giả đã tiến hành định tuổi K-Ar cho những mẫu mùn đứt gãy thu thập được. Đây là những số liệu đinh tuổi đầu tiên cho khoáng vật illite mới sinh thành trong mùn đứt gãy Điện Biên Phủ.

Kết quả chỉ ra rằng thời gian hoạt động của đứt gãy Điện Biên Phủ được xác định là 26±0.24 Ma, 29±0.61Ma, 130.1±1.27 Ma and 130.7±1.29 Ma. Số liệu này cho thấy đứt gãy Điện Biên Phủ trải qua ít nhất 2 lần hoạt động, lần đầu xảy ra trong Kreta sớm với thời gian khoảng 130 Ma và lần thứ 2 trong Oligocene (Paleogene) với thời gian khoảng 26-29Ma. Quá trình biến dạng giòn của đứt gãy Điện Biên Phủ kết thúc trong Kreta sớm. Những nghiên cứu này cũng chỉ ra sự kết tinh chậm của phức hệ granitoid Điện Biên trong giai đoạn Kreta.

Tuổi Oligocene chỉ ra rằng đứt gãy Điện Biên Phủ bị tái hoạt động do sự xoay theo chiều kim đồng hồ của khối Ấn Độ Dương, nguyên nhân bởi sự va chạm của mảng Ấn Độ và mảng Âu Á. Sự kiện kiến tạo này dẫn đến hoạt động trượt trái giòn của đứt gãy Điện Biên Phủ dẫn tới những pha kết tinh dọc đứt gãy này. Giai đoạn hoạt động (26-29Ma) xảy ra cùng với quá trình trượt trái 600-700km dọc đứt gãy Sông Hồng - Ailao Shan, chỉ ra rằng hoạt động vào Kainozoi của khối Ấn Độ Dương, do sự va chạm của khối Ấn Độ và khối Âu Á, xảy ra chủ yếu dọc đứt gãy Sông Hồng - Ailao Shan.

Các kết quả nghiên cứu và thảo luận được trình bày cụ thể trên bài báo “Episodes of brittle deformation within the Dien Bien Phu Fault zone, Vietnam: Evidence from K-Ar age dating of authigenic illite”, tạp chí Tectonophysics thuộc danh mục ISI.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 13999) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.K.L (NASATI)