Luận án tiến sĩ địa chất: Nghiên cứu đặc điểm tinh thể khoáng vật học và ngọc học của Rubi, Saphir ở hai vùng mỏ Lục Yên (Yên Bái) và Quỳ Châu (Nghệ An)

DANH MỤC CÁC BANG TRONG LUẬN ÁN1 | Bảng 1.1 | Hàm lượng nhóm oxit chính các đá magma phức hệ Phia Ma ‘Bang 3.1 | Thành phan hoá học của corindon màu sắc khác nhau | Bang 3.2_ Các nguyên

MUC LUC

Trang phụ bìa - - - 5 nhe

LÃI cam đổ ucaeenieiieiiiieeeseseseiorcrsosEangSSbS0EEGSWAlMS06S80E089889/00404683003/81

Mục lies sacsissnnseccsnssecesesesvecisesnnssonceacscencensnaenasennnsoonnannvansnnanssnnennasanaanesssiathepaes

Danh mục tên khoáng vật, chữ viết tt csssserseeereseeeassenreeeoees

Danh trục cặc ĐH ga naeseaoianieaeseasdoseeasssesersonsfnsranenssssne

Danh mục các hình YếẾ scsceswisesscnrssesrsecorsesesvevessccuvevevsasasssevecesrssccens

MỞ ĐẦU -::: —

Chương 1 KHÁI QUAT ĐẶC DIEM DIA CHAT VUNG MO RUBI, SAPHIR LUC YEN (YEN BAI) VA QUY CHAU (NGHỆ AN)

1.1 Đặc điểm địa chất vùng mo rubi, saphir Luc Yên

1.2 Đặc điểm địa chất vùng mỏ rubi, saphir Quy Châu

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU 2.1 Phương pháp khảo sát địa chất ngoài thực địa

-2.2 Phương pháp microsonde-hién vi điện tử quét (SEM!)

2.3 Phương pháp phân tích nhiêu xa tia rơnghen

24 Phường phap tan #ạ Raiiiiii ueeceeeoieiiiiieseinaaayay-ydaan 2.5 Phương phần ví HH aeeeeaededbahdddgGgddadooeaaoaoane 2.6 Phương pháp đồng Vi CHT DO áeeeeeoooeiaesedoadee 2.7 Các phương pháp nghiên cứu khác -

-Chương 3 ĐẶC ĐIỂM TINH THÊ KHOÁNG VẬT HỌC VÀ NGỌC HỌC CỦA RUBI, SAPHIR Ở HAI VÙNG MỎ LỤC YÊN (YEN BAI) VÀ QUỲ CHAU (NGHỆ AN) -52- S2 2222 22S2E2Eccsec 3.1 Khái quát đặc điểm khoáng vật học của corindon

3.2 Đặc điểm tinh thể khoáng vật học và ngọc học của rubi,

saphir hai vùng mo Lục Yên và Quy Châu 2-2 2 Ss s2

Chương 4 LUẬN GIẢI ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO VÀ NGUỒN

GỐC CỦA RUBI, SAPHIR Ở HAI VÙNG MỎ LỤC YÊN (YÊN

BAI) VÀ QUỲ CHAU (NGHỆ AN) 52 22t 2222525255111 e

4.1 So sánh đặc điểm dia chất hai vùng mỏ rubi, saphir Lục Yên

TỔ CIH CHÍNH tư agggggatrbcbieiccsssdiieennasiediesriinElSBiesilkkeyokkereoetouesokosgevgsex

4.2 Luận giải về điều kiện thành tạo và nguồn gốc của rubi,

saphir hai vùng mỏ Lục Yên và Quy Chau 22222 S2

KẾT LUẬN -22225 2 2222215222222211122121 EEnEece

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN

ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 2222222222122 nnnnee

TÀI LIEU THAM KHẢO 22: 2s SE39EEEEt9EEEE222E522225222552e5

PHU LUC occcccsessscsssssssssessssssssssssssvssssssssssssstsssseesessssassssssesssssssssstessesesssee

11

17

17

25

32 32

33°

35 36 39

40

42

110

110

120

146

149

151

165

DANH MỤC TÊN KHOÁNG VẬT, CHỮ VIẾT TÁT

Amphibol Kyanit Anorthit Margarit

DANH MỤC CÁC BANG TRONG LUẬN ÁN

1 | Bảng 1.1 | Hàm lượng nhóm oxit chính các đá magma phức hệ Phia Ma

‘Bang 3.1 | Thành phan hoá học của corindon màu sắc khác nhau

| Bang 3.2_ Các nguyên tố tạo màu và cơ chế tạo màu trong corindon

Bang 3.3 | Da sắc của corindon các màu khác nhau

YH tứ: + Bang 3.4 | Thành phần hoá học trung bình của rubi, saphir một số mỏ

khác nhau trên thế giới và của Việt Nam

8 | Bảng 3.5 | Thành phần hóa học một số bao thể trong rubi, saphir Lục

Yên theo phương pháp microsonde

9 | Bang 3.6 | Kết quả nghiên cứu vi nhiệt và raman của các bao thể lỏng

trong rubi Lục Yên và Quỳ Châu

10 | Bảng3.7 | Phan loại nguồn gốc của bao thể khoáng vật trong rubi,

saphir Lục Yên va Quy Châu

II |Bảng3.8 | Tỷ trọng rubi, saphir Quỳ Châu theo phương pháp cân thuỷ

14 Bang 3:11 'Tổng hợp các đặc điểm của rubi, saphir hai vùng mỏ Lục

Yên va Quy Chau

15 | Bang 4.1 | Đặc điểm thành phần hoá hoc các đơn khoáng trong tổ hợp

khoáng vật cộng sinh với rubi, saphir Lục Yên (theo kết quả

phân tích microsonde và các phương pháp khác)

Đặc điểm thành phần hoá học các đơn khoáng trong tổ hợp

khoáng vật cộng sinh với rubi, saphir Quỳ Châu (theo kết quả phân tích microsonde và các phương pháp khác)

7 -| Đặc điểm biến đổi thành phan hoá học của đơn khoáng vật

của tổ hợp khoáng vật cộng sinh với spinel trong đá hoa

calcit chứa spinel Lục Yên

18 | Bang 4.4 | Đặc điểm biến đổi thành phần hoá học của đơn khoáng vật

của tổ hợp khoáng vật cộng sinh với rubi, saphir trong đá

hoa calcit chứa rubi, saphir Luc Yên

19 | Bang 4.5 | Các kết quả xác định tuổi *’Ar/* Ar trên các khoáng vật

mica cộng sinh với rubi, saphir vùng Lục Yên (phân tích tại Trung tâm Thạch học và địa hoá Nancy, Pháp)

20 | Bảng 4.6 | Tổng hợp các kết quả xác định tuổi “’Ar/*’Ar và U/Pb trong

đá hoa chứa rubi Lục Yên và các thành tạo dọc đới biến chất

sông Hồng

21 | Bang 4.7

mica liên quan với rubi, saphir vùng Quy Châu (phân tích tại Trung tâm Thạch học và địa hoá Nancy, Pháp)

-22 | Bảng4.8 | Tổng hợp các kết quả xác định tuổi *’Ar/*Ar và U/Pb trong

các đá hoa chứa rubi Quỳ Châu và các thành tạo thuộc phức

hệ Bu Khang

23 | Bang 4.9 | So sánh kết quả xác định tuổi thành tạo rubi, saphir trên hai

vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

24 | Bảng 4.10 | Kết quả tính toán đồng vị oxi và carbon của cặp khoáng vật.

calcit-graphit tại Lục Yên

'25_ | Bang 4.11 | Kết quả tính toán đồng vị oxi va carbon cặp calcit-graphit

DANH MỤC CÁC HÌNH VE TRONG LUẬN AN

Nội dung | Trang

Hình I.I | Sơ đồ địa chất vùng mỏ rubi, saphir Lục Yên, Yên Bái 24

| Hình 1.2 | Sơ đồ địa chất vùng mỏ rubi, saphir Quy Châu, Nghệ An 31

| Hinh 2.1 | Mat cat ngang bộ phan phân tích của kính hiển vi điện tử

CAMECA MS 46 33

‘| Hình 2.2 | Chứng minh định luật Vulf-Bragg 35

Hình 2.3 | Giản đồ mức năng lượng minh hoa các quá trình cơ bản của tán

xạ Raman 37

| Hình 2.4 | Sơ đồ của hệ vi quang phổ Raman LABRAM-1B 38

[Hình 2.5 | Sơ đồ thiết bị đo vi nhiệt Reynolds (Reynolds stage) - — 40

Hình 2.6 | Sơ đồ cân điện tử và bộ giá để xác dinh ty trong — - 43

| Hình 2.7 - Nguyên lý cấu tạo bộ phận chiếu sáng của một kính hiển vi soi

nổi 44

| Hình 3.1 | Cấu trúc tinh thể corindon quan sát theo 3 hướng khác nhau 46

| Hình 3.2 | Các hình đơn cơ bản của tinh thể corindon " 47

Hình 3.3 | Độ cứng tuyệt đối của corindon so với các khoáng vat khác

trong thang Mohs 48

| Hình 3.4 | Vết khía của corindon: a- theo mặt thoi (1011)

b- theo mặt cơ sở (0001) 49

_| Hình 3.5 | Giá trị chiết suất của corindon theo các mặt khác nhau của tinh

thể 50

_| Hình 3.6 | Phổ hấp thụ của corindon theo một số nguyên tốkhácnhau | 5I

| Hình 3.7 | Biểu đồ tương quan giữa Cr;O; và Fe;O; trong rubi hai vùng

mỏ Lục Yên và Quỳ Châu 55

| Hinh 3.8 | Biểu đồ tương quan giữa CrạO; và Fe,O, trong saphir hồng hai

vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu 55

_| Hình 3.9 | Biểu đồ tương quan giữa Cr;O; và Fe;O; trong saphir lam, lục

hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu 56

Hình 3.10 | Biểu đồ tương quan giữa Cr;O; va TiO, trong rubi hai vùng mo

Lục Yên và Quỳ Châu

20 | Hình 3.11 | Biểu đồ tương quan giữa Cr;ạO; và TiO, trong saphir hong hai

vung mo Luc Yén va Quy Chau

21 | Hình 3.12 | Biểu đồ tương quan giữa Cr;O; va TiO, trong saphir lam, lục

hai ving mo Luc Yén va Quy Chau

22 | Hình 3.13 | Biểu đồ tương quan giữa Cr,O, và V;O; trong rubi hai vùng mỏ

Lục Yên và Quỳ Châu

23 | Hình 3.14 | Biểu đồ tương quan giữa Cr;O; và V;O; trong saphir hồng hai

vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

24 | Hình 3.15 | Biểu đồ tương quan giữa Cr;O; và V,O, trong saphir lam, lục

hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

25 | Hình 3.16 | Sự phụ thuộc của màu sắc vào tương quan giữa Cr,O, và Fe;O;

trong rubi, saphir hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

26 | Hình 3.17 | Biểu đồ tương quan giữa FeO, và TiO, trong rubi hai vùng mỏ

Lục Yên và Quỳ Châu

27 | Hình 3.18 | Biểu đồ tương quan giữa Fe;O; va TiO, trong saphir hồng hai

vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

28 | Hình 3.19 | Biểu đồ tương quan giữa Fe,O, và TiO, trong saphir lam, lục

hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

29 | Hình 3.20 Sự phụ thuộc của màu sắc vào tương quan giữa Fe,O, và TiO,

trong rubi, saphir hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

30 | Hình 3.21 | Đặc tính phân bố của rubi, saphir các màu khác nhau trên hai

vùng mỏ Lục Yên và Quy Chau (theo hàm lượng Cr;O; và

Fe;O:)31— Đặc tính phân bố của rubi, saphir các màu khác nhau trên hai

vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu, so sánh với rubi, saphir các

màu khác nhau trên một số khu mỏ khác ở Việt Nam

(theo hàm lượng Cr;O; và Fe,O,)

Một số dạng quen của tinh thể rubi, saphir Quy Châu

Các tinh thể rubi, saphir dạng tháp đôi sáu phương vùng mỏ

Hình 3.28 | Một số dạng tinh thể thực của rubi, saphir vùng mỏ Quy Châu

Hình 3.29 Ảnh và biểu đồ SEM của bao thể apatit trong rubi Quy Châu

Hình 3.30 | Ảnh và biểu đồ SEM của bao thé calcit trong saphir Lục Yên

Hình 3.32 | Ảnh và biểu đồ SEM của bao thé zircon trong rubi Quy Châu

Hình 3.33 | Ảnh và biểu đồ SEM của bao thể mica trong rubi Quỳ Châu

Hình 3.34 | Ảnh SEM của hai bao thể andalusit và anorthit trong rubi Quỳ

Châu

Hình 3.36 | Ảnh và biểu đồ SEM của bao thể andalusit trong rubi Quỳ

Châu

Hình 3.38

-Hinh 3.39

Anh SEM cia bao thé pyrit trong saphir Luc Yén

Anh SEM va phổ raman của bao thể pyrit trong rubi Quy Chau

Hình 3.40 | Anh và biểu đồ SEM của bao thé hematit trong saphir Lục Yên

Phổ raman của bao thể corindon (bên trái) và bao thể diaspor

(bên phải) trong rubi Lục Yên

và trong rubi Lục Yên (bên phải)

87

87

88

52 Phổ raman của bao thé graphit trong rubi Quy Chau

53

Hinh 3.43

| Hình 3.44 | Anh SEM của bao thé margarit trong rubi Luc Yén (bén trai)

va bao thé dolomit trong rubi Quy Chau (bén phai)

Phổ raman của bao thé zoisit (bên trái) và bao thể anatas (phải)

54 | Hình 3.45

trong rubi Quỳ Châu

Hình 3.46 | Biểu đồ liên hệ giữa Tyco? và T„co; trong bao thể loại A

Hình 3.47

55

56 Phổ raman của lưu huỳnh tự sinh (S,) và diaspor trong bao thể

loại A của rubi Lục Yên

57 | Hình 3.48 | Bao thể diaspor phát triển ở thành của các bao thể loại A dang

tỉnh thể âm trong rubi Lục Yên

Hình 3.49 | Biểu đồ liên hệ giữa T;co; và T„co; trong bao thể loại B

Hình 3.50

58

59 Biểu đồ liên hệ giữa Tyco) Va T„co; trong bao thể loại C

60 | Hình4.1 | Biểu đồ pha tính toán điều kiện nhiệt động của tổ hợp khoáng

vật spinel + clinohumit + forsterit + phlogopit + calcit + dolomit

61 | | Mô hình vom Bù Khang va giá trị xác định tuổi tai các vị trí

nghiên cứu

62 Mặt cắt qua mỏ An Phú và các vị trí lấy mẫu xác định tuổi tại

vùng mỏ Lục Yên, Yên Bái

63_ Biểu đồ đẳng thời xác định tuổi thành tạo rubi, saphir vùng mỏ

Lục Yên

_ 64 Biểu đồ đẳng thời xác định tuổi thành tạo rubi, saphir vùng mỏ

Quỳ Châu

65 | Biểu đồ quan hệ của ö'*Cc, và ỗ'°Cẹ, và nhiệt độ thành tạo

rubi, saphir tại một số điểm mỏ vùng Lục Yên

_66 |Hình4.7 | Biểu đồ quan hệ của ð'°Cẹ, và ö'°Cọ, và nhiệt độ thành tao

rubi, saphir vùng mỏ Quỳ Châu

67 Kết qua xác định đồng VỊ Oxi trong rubi, saphir và các thành

tạo liên quan với chúng tại hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

88

89

89 91

92

93 93

MỞ ĐẦU

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Rubi, saphir Việt Nam được phát hiện vào những năm 80 và cho đến nay rất

nhiều các vùng mỏ đã được phát hiện và đi vào khai thác như Tân Hương, Lục Yên

(Yên Bái), Quy Châu (Nghệ An), Dak Nông (Dak Lak), trong đó các vùng mỏ Quy

Châu (Nghệ An) và Lục Yên (Yên Bái) vẫn đã và đang là những khu vực triển vọngnhất.

Với tiém năng lớn, Việt Nam được coi là một trong những nước có triển vọng về

đá quý nói chung và rubi, saphir nói riêng Tuy nhiên, những hiểu biết về chúng vẫn

còn hạn chế do các công tác nghiên cứu chưa được đầu tư thoả đáng và chưa được tiến

hành một cách đồng bộ Điều đó dẫn đến hậu quả một số mỏ tuy đã đưa vào khai thác

từ lâu nhưng vẫn chưa khẳng định được chắc chắn điều kiện thành tạo và nguồn gốc

đồng thời mất định hướng trong công tác khoanh vùng triển vọng, tìm kiếm và thăm dò Tuy trên mỗi vùng, mỗi khu vực đã có một số công trình, đề tài nghiên cứu nhưng nhìn

chung mới chỉ đề cập đến việc tìm ra các tiền đề và dấu hiệu phục vụ cho các công tác khai thác chứ việc đi sâu vào nghiên cứu đặc điểm tỉnh thể khoáng vật học và ngọc học

của rubi, saphir thì vẫn còn là một vấn đề bỏ ngỏ Thực tế cho thấy để hiểu rõ được điều

kiện thành tạo và nguồn gốc của rubi, saphir phải xuất phát từ việc nghiên cứu các đặc

điểm tinh thể khoáng vật học và ngọc học của chúng Xuất phát từ những vấn đê nêu trên NCS đã chon đề tai ®ghiên cứu đặc điểm tỉnh thể khoáng vat học và ngọc học

của rubi, saphir ở hai vùng mo Lục Yên (Yên Bái) và Quy Cháu (Nghệ An)" làm đối

tượng nghiên cứu trong luận án của mình.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1 Nghiên cứu đối sánh các đặc điểm tinh thể khoáng vật học và ngọc học của rubi, saphir ở hai vùng mỏ Lục Yên (Yên Bái) và Quỳ Châu (Nghệ An).

2 Luận giải điều kiện thành tạo và nguồn gốc của chúng trên cơ sở các đặc điểm

tinh thể khoáng vật hoc và ngọc học

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

1 Thu thập và tổng hợp các tài liệu địa chất, các công trình nghiên cứu, các đề

tài, dé án khảo sát, tìm kiếm, khoanh vùng triển vọng rubi, saphir được tiến hành trên

hai vùng mỏ Lục Yên (Yên Bái) và Quỳ Châu (Nghệ An)

2 Khảo sát thực địa, thực hiện các lộ trình, mặt cát địa chất trên các vùng mỏ

nghiên cứu để quan sát, mô tả các đối tượng địa chất, các cấu trúc kiến tạo Đồng thời

nghiên cứu đặc điểm phân bố của rubi, saphir và các khoáng vật cộng sinh đi kèm, xác

định sơ bộ mối liên quan về không gian và thời gian của chúng với các thành tạo địachất.

3 Tiến hành các phân tích và nghiên cứu một cách có hệ thống các đặc điểm

tỉnh thể khoáng vật học và ngọc học của rubi, saphir trên mỗi vùng mỏ bao gồm các

đặc điểm: thành phần hoá học, hình thái tinh thể, đặc điểm bên trong, nhằm rút ra

những điểm giống và khác nhau giữa rubi, saphir của hai vùng _

4 Luận giải điều kiện thành tạo và nguồn gốc của rubi, saphir.

CƠ SỞ TÀI LIỆU CỦA LUẬN ÁN

Để giải quyết các mục tiêu, nhiệm vụ của luận án, NCS đã sử dụng các nguồn tài

liệu sau:

1 Tài liệu trong các Báo cáo "Đánh giá các biểu hiện mỏ đá quý va nửa quý ở

Việt Nam" do Nguyễn Văn Ngọc, Lê Đình Hữu làm chủ nhiệm và tài liệu trong Báo

cáo "Tim kiếm đá màu tây Nghệ Tinh" do Nguyễn Van Hương làm chủ nhiệm.

2 Tài liệu do NCS khảo sát thực địa, thu thập và phân tích trong quá trình tham

gia thực hiện các đề án địa chất và trong quá trình thực hiện đề tài cấp Bộ "Nghiên cứu

đặc điểm tiêu hình của rubi, saphir Việt Nam" do chính NCS làm chủ nhiệm

(1999-2001).

3 Tài liệu của đề tài hợp tác với Viện nghiên cứu hải ngoại Pháp "Nguồn gốc

của các mỏ rubi ở miền bắc Việt Nam" trong đó NCS phụ trách phần nghiên cứu đặc

điểm bao thể

4 Tài liệu thuộc các đề tài cấp Bộ "Nghiên cứu quy trình xử lý nhiệt rubi, saphir

Việt Nam" và "Xây dung quy trình phan cấp chất lượng cho rubi, saphir Việt Nam" do

Trung tâm Nghiên cứu-Kiểm định Đá quý và Vàng thực hiện, trong đó NCS phụ trách

phần nghiên cứu đặc điểm bên trong.

5 Tài liệu trong báo cáo kết quả dé tài KT-01-09 "Nguồn gốc, quy luật phân bố

và đánh giá tiềm năng đá quý, đá kỹ thuật Việt Nam" do TS Nguyễn Kinh Quốc làm

chủ nhiệm.

6 Tài liệu trong báo cáo kết quả đề tài "Nghiên cứu xác lập các tiền đề và dấu

hiệu tìm kiếm đá quý trong các trầm tích biến chất cao dải bờ trái sông Hồng” do KS.

Trần Ngọc Quân làm chủ nhiệm.

7 Tài liệu trong các báo cáo địa chất khoáng sản nhóm tờ Doan Hùng - Yên

Bình tỷ lệ 1/50.000, tờ Yên Bái tỷ lệ 1/200.000 và tờ Thanh Hoá tỷ lệ 1/200.000.

§ Các bài báo, báo cáo khoa học của NCS và các tài liệu đã công bố liên quanđến đối tượng nghiên cứu trong các luận án, các tạp chí chuyên ngành trong và ngoài

nước.

Khối lượng mẫu phân tích trong luận án bao gồm: 452 mau raman; 67 mau lát

mỏng thạch học; 411 điểm phân tích microsonde rubi, saphir và các khoáng vật đi kèm;

15 mẫu microsonde bao thể trong rubi, saphir; 45 mẫu hiển vi điện tử quét (SEM); 10

mẫu vi nhiệt nghiên cứu bao thể lỏng; 8 mẫu đồng vị cặp khoáng vật calcit-graphit; 8

mẫu tuổi tuyệt đối Ar-Ar; tiến hành các nghiên cứu hình thái tinh thể trên 120 mẫu tinh thể của rubi, saphir trên cả hai khu vực; cộng với việc nghiên cứu hàng nghìn mẫu rubi,

saphir các loại nhằm xác định các tính chất ngọc học của rubi, saphir như: màu sắc, đặc

điểm bên trong, các tính chất cơ lý khác,

NHUNG LUẬN DIEM BẢO VE

Luận điểm 1 Dac điểm tinh thé - khoáng vật học và ngọc học của rubi, saphir ở hai

vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu về cơ bản là tương đồng, được thể hiện ở:

- Tổ hợp các nguyên tố phụ rất phong phú, hành vi và mối tương quan của chúng

khá giống nhau Độ phổ biến và hàm lượng của ba nguyên tố gây màu chính là Cr, Fe.

Ti luôn tuân theo quy luật Cr>Fe>Ti.

- Dạng tỉnh thể phổ biến nhất là lăng trụ - tháp, là hình ghép của các hình đơn

lăng trụ sáu phương, tháp đôi sáu phương, đôi mặt và mặt thoi.

- Tổ hợp bao thể đặc trưng gồm anatas, apatit, brockit, boemit, calcit, corindon

diaspor, dolomit, graphit, monazit, muscovit, nephelin, phlogopit, pyrit, rutil, sphen,

spinel, zircon, và các bao thé lỏng chứa tổ hợp CO;-H;S-COS-S,-AIO(OH).

Luận điểm 2 Rubi, saphir ở hai vùng mỏ đều được thành tạo từ các đá trầm tích sét

-carbonat bị biến chất nhiệt động tướng amphibolit, tương ứng nhiệt độ khoảng

630-745°C với sự tham gia tích cực của hoạt động biến chất trao đổi Giai đoạn kết tinh rubi,

saphir muộn nhất còn ghi nhận được là 33.8-30.8 triệu năm (tại Lục Yên) và 22.1-21.6

triệu năm (tại Quỳ Châu).

NHŨNG DIEM MỚI CUA LUẬN AN

1 Luận án đã nghiên cứu các đặc điểm tinh thể khoáng vật của rubi, saphir trên

hai vùng mỏ Lục Yên (Yên Bái) và Quy Châu (Nghệ An) một cách chi tiết và theo một

hệ thống chặt chẽ Kết quả nghiên cứu đã rút ra được những điểm giống và khác nhau

của rubi, saphir giữa hai mỏ.

2 Luận án đã nghiên cứu một cách toàn diện đặc điểm bao thể của rubi, saphir

trên hai vùng mỏ bằng tổ hợp các phương pháp hiện đại: phương pháp phổ raman,

phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và phương pháp vi nhiệt Da xác lập được cácbao thể khoáng vật chung và riêng của rubi, saphir giữa hai mỏ Đặc biệt đã tiến hànhnghiên cứu đặc điểm của bao thể lỏng trong rubi, saphir; xác định được thành phần, bản

chất, cơ chế và điều kiện hình thành chúng.

3 Luận án đã tiến hành phân tích thành phần các nguyên tố phụ trong rubi,

saphir trên hai mỏ theo một hệ thống đối sánh chặt chẽ, từ đó rút ra được quy luật phân

bố và mức độ ảnh hưởng đến màu sắc của rubi, saphir trên mỗi vùng Mối liên quan về

mức độ phổ biến với điều kiện môi trường thành tạo So sánh chúng với rubi, saphir các

kiểu nguồn gốc khác nhau ở Việt Nam và một số mỏ khác trên thế giới

4 Luận án đã khang định sự có mặt của kiểu nguồn gốc biến chất của corindon

(rubi, saphir) trên hai vùng mỏ, đồng thời xác định được tuổi và khoảng nhiệt độ thành

tạo của chúng.

Ý NGHĨA KHOA HOC VÀ THỰC TIEN

1 Luận án đã góp phần làm sáng tỏ các đặc điểm cơ bản của rubi, saphir trên hai

vùng mỏ chính của Việt Nam hiện nay là Lục Yên (Yên Bái) va Quy Châu (Nghệ An),

trên cơ sở so sánh đã rút ra các điểm đặc trưng của rubi, saphir thuộc mỗi vùng mỏ

2 Từ các kết quả nghiên cứu trên, đặc biệt là các đặc điểm thành phần hoá học

và đặc điểm bên trong giúp cho các nhà công nghệ rút ra những quy trình thích hợp

trong việc xử lý nâng cao chất lượng rubi, saphir.

3 Kết quả nghiên cứu của luận án đã góp phần làm rõ điều kiện thành tạo của

rubi, saphir, giúp cho việc khoanh vùng triển vọng và định hướng cho công tác khảo sát

địa chất, tìm kiếm, thăm dò đá quý ở hai vùng mỏ nói riêng và ở Việt Nam hiện nay nói

chung.

BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN

Mở đầu

Chương 1 Khái quát đặc điểm địa chất vùng mỏ rubi, saphir Lục Yên (Yên Bái)

và Quỳ Châu (Nghệ An)

Chương 2 Các phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Đặc điểm tỉnh thể khoáng vật học và ngọc học của rubi, saphir ở hai

vùng mỏ Luc Yên (Yên Bái) và Quy Châu (Nghệ An)

Chương 4 Luận giải điều kiện thành tạo và nguồn gốc của rubi, saphir ở hai vùng

mỏ Lục Yên (Yên Bái) và Quỳ Châu (Nghệ An)

Kết luận

Tài liệu tham khảo

LỜI CẢM ƠN

Luận án được hoàn thành tại Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn tận tình của:

- PGS TS Nguyễn Ngọc Trường

- PGS TS Nguy Tuyết Nhung

Nhân dịp này, cho phép NCS bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất đến 2 thầy hướng

dẫn.

Trong quá trình thực hiện NCS cũng luôn nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ quý báu

của các cán bộ và các nhà khoa học tại các đơn vị: Khoa Địa chất, Trường đại học Khoa học tự nhiên; Trung tâm Nghiên cứu - Kiểm định Đá quý và Vang; Tổng công ty Đá

quý và Vàng Việt Nam; Viện nghiên cứu địa chất và khoáng sản; Viện Địa chất, Viện

khoa hoc vật liệu, Trung tam Khoa hoc tự nhiên và Công nghệ Quốc gia; Trung tam

phân tích thí nghiệm địa chất; các đơn vị thành viên của Tổng công ty Đá quý và Vàng

Việt Nam gồm Công ty Đá quý và Vàng Yên Bái, Công ty Đá quý và Vàng Nghệ An

Cho phép tác giả được cảm ơn về những sự giúp đỡ quý báu đó

NCS xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học GS TSKH Phan Trường Thị, GS.TS

Trần Nghi, ThS Nguyễn Thị Minh Thuyết (Đại học Khoa học tự nhiên): TS Nguyễn

Xuân Nghĩa, GS.TSKH Vũ Xuân Quang, TS Phan Tiến Dũng, TS Nguyên Thanh Bình

(Viện khoa học vật liệu); TS Phan Trọng Trịnh (Viện Địa chất, Trung tâm Khoa học tự

nhiên và Công nghệ Quốc gia); TS Dinh Thanh (Bộ Công nghiệp); TS Hoang Thế Ngữ

(Tổng công ty Đá quý và Vàng Việt Nam); TS Nguyễn Ngọc Khôi, CN Trần Thị Kim

Hải (Trung tâm Nghiên cứu - Kiểm định Đá quý và Vàng); KS Nguyễn Tân Trung

(Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất); TS Giuliani G TS Virginie G., TS.

Ohnenstetter D (Viện nghiên cứu thạch học và địa hoá Nancy, Cộng hoà Pháp), Prof.

Kohler A., Mr Federic M (Đại học Tổng hợp Henri Poincare) đã cộng tác nghiên cứu, đọc bản thảo và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cũng như tiến hành các phân tích

trong luận án.

NCS đặc biệt cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp Hoàng Quang Vinh, Bùi

Đức Toàn đã động viên và giúp đỡ NCS trong suốt thời gian thực hiện Luận án.

Tôi cũng đạc biệt cảm ơn vợ tôi Nguyễn Thu Hoa đã luôn ở bên cạnh và khích lệ tôi hoàn thành luận án này.

Chương 1

KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG MỎ RUBI, SAPHIR

LỤC YÊN (YÊN BÁI) VÀ QUỲ CHÂU (NGHỆ AN)

1.1 DAC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG MỎ RUBI, SAPHIR LỤC YÊN

1.1.1 KHÁI QUÁT

Vùng mỏ rubi, saphir Lục Yên là một khu vực giàu triển vọng Phát hiện đầu

tiên có ý nghĩa về đá quý trong vùng mỏ là phát hiện về sa khoáng rubi saphir và spinel

An Phú vào năm 1983 Vùng mỏ thuộc huyện ly Lục Yên tỉnh Yên Bái và lân cận với diện tích gần 400 km” Từ 1983 đến 1995, công tác tìm kiếm đánh giá đá quý tại Lục

Yên được tiến hành những năm 1990 đến 1995 có các hoạt động thăm dò khai thác đáquý trong khu vực Vùng mỏ bao gồm các mỏ sa khoáng rubi saphir như: Khoan

Thống Nước Ngập An Phú và hàng loạt các điểm quặng, biểu hiện quặng sa khoáng

và một số biểu hiện quặng gốc khác

1.1.2 ĐẶC DIEM DIA CHAT

1.1.2.1 DIA TANG: Về vị trí địa chat, vùng mỏ nam tai phan mút phía Dong Nam đới Song

Lo, nơi lộ ra các đá biến chất tuổi cổ nhất của đới nay Trên cơ sở đo vẽ địa chất nhóm

tờ Doan Hùng-Yên Bình tỷ lệ 1/50.000, Hoang Thái Sơn [26] xác lập 2 phân vị thạch

địa tầng: Hệ tầng Thác Bà (PR,-€ ,/6) và hệ tang An Phú (PR,- € , ap) (tương đương với

hệ tầng Sông Chảy trước đây).

- Hệ tang Thác Ba (PR;- € ,/6): Cấu thành hệ tầng Thác Ba là đá phiến thạch anh mica

(mica thạch anh) bị migmatit hoá gneis hoá và quarzit mica Can cứ vào đặc điểm

thạch học, vi trí của các đá trong mặt cat địa tầng có thể chia thành 2 tập:

- Tap 1: Chủ yếu gồm đá phiến thạch anh 2 mica (2 mica thạch anh) xen kẹp lớp

đá phiến thạch anh biotit (hoặc muscovit) thường bị migmatit hoá với các mức độ khác

nhau và gneis hoá (gneis 2 mica, gneis muscovit hoặc biotit) có xen kẹp các lớp thấu

kính vôi hoặc quarzit.

- Tập 2: Thanh phần chủ yếu là quarzit, quarzit sericit có xen kẹp các lớp mỏng.

thấu kính mỏng đá phiến thạch anh mica (mica thạch anh).

- Hệ tang An Phú (PR;-€, 4p): Lộ ra trên phạm vi vùng mỏ với diện lộ tương đối lớn.

phát triển chủ yếu ở phần trung tâm và tạo thành một vài chom nhỏ rai rác phía Dong

Bác Cấu thành hệ tầng An Phú chủ yếu là đá hoa calcit có xen đá hoa dolomit thường

có chứa phlogopit, fucsit, graphit.

- Trầm tích Dé tứ (Q): Phủ trực tiếp trên các đá biến chất hệ tang Thác Bà và hệ tầng

An Phú là các trầm tích bở rời tuổi Đệ tứ, bao gồm các trầm tích aluvi của các sông

suối các tích tụ trong thung lũng karst, thung lũng trên sườn núi và các trầm tích bở

rời, sườn tích trên các sườn đồi, sườn núi Trong vùng mỏ khá phổ biến các trầm tích

Đệ tứ có chứa đá quý sa khoáng, nhưng phần nhiều chưa được đánh giá đầy đủ

Granosyenit pyroxen: Da hạt nhỏ đến vừa màu xám sáng, có chấm màu lục.

Kiến trúc porphir trên nền hạt nhỏ bán tự hình; cấu tạo khối Thành phần chủ yếu là

felspat kali (75%) có dạng hat tha hình hạt vừa đến nhỏ phân bố đều: thạch anh (20%)

dạng hạt méo m6, thành đám nhỏ nam xen với felspat kali; pyroxen (egyrin ?) có dạng lăng trụ ngắn hoặc dài, ngoài ra còn có plagioclas (3%), apatit, sphen

Granosyenit horlblend granat: Đá hạt vừa đến nhỏ màu xám sáng có những

chấm lục nâu; cấu tạo khối Thành phần chủ yếu là felspat kali (83%) có dạng hạt tha

hình; thạch anh hạt vừa đến nhỏ, phân bố đều trong đá: horlblend có dạng lang tru ngắn

hoặc dài; granat dạng hạt nhỏ méo mó, nằm đơn lẻ Khoáng vật phụ có apatit sphen.

Felspat kali chủ yếu là orthoclas, plagioclas là loại oligoclas có thành phan

Ab77-An23.

Biotit thuộc loại nghèo MgO = 3,26%; giàu FeO = 24.16% với sự tham gia của

natri (Na;O = 0,19%).

Granat có thành phan MgO = 0,97%: CaO = 6.64%: FeO = 27.97% tương ứng

với thành phần của grosule có nguồn gốc biến chất trao đối.

Horlblend dang lăng trụ chứa nhiều bao thể apatit, biotit, felspat kali, zircon Có

thành phần Na;O = 1,86%; K;O = 1,59%; FeO = 26.09% tương ứng với loại

Về mat thạch hoá, đặc trưng của các đá thuộc phức hệ Phia Ma có hàm lượng

SiO, trung bình (SiO, = 59,91%), bão hoà nhôm (Al;O; = 17,62 - 19,13%) tổng hàm

lượng kiềm rất cao 9,39-1 1,04%, tỷ lệ kali trội hơn 2 lần natri K;O/Na;O >2.31: thuộc

loại cao kali (K,O = 6,25%), cao calci (CaO = 2,33 - 2,98%).

Cũng theo các tác giả nhóm tờ bản đồ dia chất Doan Hùng - Yên Bình [26].

xung quanh các thể đá kiềm này không phát hiện thấy khoáng hoá quặng hoá liên quan với chúng Tuy nhiên các tác giả đề tài “Nghiên cứu xác lập các tiền đề địa chất và dấu

hiệu tìm kiếm đá quý, nửa quý trong trầm tích biến chất cao dải bờ trái sông Hồng" lại

cho rang tại Mông Sơn rubi, saphir có liên quan với những khối magma thuộc phức hệ

này [23].

- Phức Hệ Phia Bioc (yaT,pb): Trong vùng mỏ, các đá granodiorit biotit granit biotit.

granit sáng màu, pegmatit va aplit được xếp vào phức hệ Phia Bioc tao thành các khối

vừa và nhỏ nằm rải rác Căn cứ vào quan hệ giữa các thể đá trong không gian có thể

chia phức hệ làm 2 pha:

Pha 1: Granodiorit (+ biotit, 2 mica), granit (+ biotit 2 mica)

Pha 2: Granit sáng màu, pegmatit, aplit

Các đá này xuyên trong đá phiến thạch anh 2 mica hệ tầng Thác Bà và trong đá

hoa hệ tang An Phú Các mạch pegmatit thường có kích thước nhỏ chiều dày mach từ 3

- 4 centimet đến 3 - 4 decimet dài vài decimet đến vài chục mét.

Granodiorit biotit, granodiorit 2 mica: đá có mau trắng xám phot nâu hạt vừa

đến nhỏ Kiến trúc bán tự hình cấu tạo từ dạng khối đến định hướng Thành phân

khoáng vật của đá gồm: plagioclas loại oligoclas (30 - 32%) với dạng tấm lãng trụ dàihoặc ngắn, thường có song tỉnh liên phiến và thường bị sericit hoá từ yếu đến mạnh:

felspat kali (orthoclas 28 - 30%) có dạng tha hình thành đám nhỏ nam xen với plagioclas; thạch anh (15 - 23%) dạng tha hình nằm xen giữa các đám hạt felspat:

biotit (7 15%) dạng vảy nhỏ đến vừa, thành đám nhỏ, đôi khi thành dải: muscovit (0

-8%) Nhìn chung các khoáng vật sắp xếp định hướng đến lộn xộn còn thấy hiện tượng

bị cà nát, milonit hoá mạnh.

Granit biotit, granit 2 mica: Đá có màu tráng xám, phớt nâu Thành phần khoáng

vật chủ yếu gồm: orthoclas (40 - 50%; plagioclas (15 - 20%); thạch anh (28 - 30%):

biotit (7 - 10%); muscovit (0 - 5%) Ngoài ra còn gap zircon, apatit và một lượng rat

nhỏ khoáng vật quặng Dac điểm khoáng vật tương tự như granodiorit

Granit sáng màu: giống như granit biotit nhưng có lượng biotit nhỏ hon (3 - 4%)

Pegmatit, aplit: gặp một vài thể nhỏ, dang mach

Kết quả phân tích thành phần hoá học của các đá phức hệ Phia Bioc được đưa ra

trong bang số 1.2.

Bảng số 1.2 Hàm lượng nhóm oxit chính các đá magma phức hệ Phia Bioc (%) [26]

[TỊ_SM [S0, | Ti0, [ ALO, [RO FOO [oO [NAOT GO [NAOT KG

H:>d02)1E1EIBIEIEAEIPIE-IE-IE-E a 0,05 15.97 0.10 026 002 007 2.30 408 298 0.18 0.89

Về mặt thạch hoá, các đá của phức hệ Phia Bioc thuộc loại bão hoà silic (SiO, =

71.98%), cao nhôm (Al;O; = 14,15%), lượng K;O trội hơn Na;O.

1.1.2.3 KIEN TAO

- Cac cấu trúc kiến tạo: Vùng mo ở phần mút phía Dong Nam đới tướng cau trúc

Sông Lô thuộc hệ uốn nếp Việt Bác nằm trên khối cấu trúc An Phú với các phức he

thạch kiến tạo cấu thành là các đá biến chất tướng amphibolit epidot bị uốn nếp biến vị

mạnh mẽ ở phần dưới và đá hoa đá phiến biến chất ở phần trên Cấu trúc này là một

cấu trúc uốn nếp tương đối phức tạp, có dạng một phức nếp lõm với các nếp uốn thứ cấp

và các đứt gãy phá huy hai bên cánh.

Kiến trúc ban đầu của đới nói chung, trong phạm vi khối cấu trúc nói riêng bịcác quá trình kiến sinh sau này làm biến cải và phức tạp hoá Dấu vết của quá trình cải

biến nay là sự có mat của các thành tạo xâm nhập phức hệ Phia Ma và phức hệ Phía

Bioc, kèm theo chúng là các khối kiến trúc vòm quy mô nhỏ trong phạm vi nếp lõm

phức tạp An Phú với nhân là các thể granit

- Đứt gãy: Khống chế bình đồ kiến trúc hiện đại của khối cấu trúc là các hệ thống đứtgay phương Tây Bac-Dong Nam: hệ thống đứt gãy sông Chay và hệ thống đứt gãy Sông

Lô quy mô khá lớn, đóng vai trò đứt gãy phân đới Đầu tiên là hệ thống đứt gãy

phương Tây Bac-Dong Nam sinh thành và hoạt động kéo dài qua nhiều thời kỳ địa chất sau đó các hệ thống đứt gãy Đông Bác-Tây Nam và á kinh tuyến trong vùng hoạt động phá huỷ, kéo theo các hoạt động magma xâm nhập kiềm tuổi Paleozoi giữa - Mezozoi

sớm.

1.1.2.4 ĐỊA MẠO, VỎ PHONG HOÁ

Trong vùng mỏ, địa hình rất phức tạp phần lớn diện tích là núi cao và vừa Đỉnh

núi cao nhất tới 935 m, độ cao của nhiều đỉnh núi phổ biến ở các mức: 100 200 300

-400 - 500 m Vùng núi cao nhất nằm ở trung tâm khu vực, xung quanh có các dãy núi

- thấp hơn xen các thung lũng Một số dãy núi phía Tây Bac chạy theo hướng Tây

Bac-Đông Nam có độ cao 400 - 600 m, một số dãy núi ở phần phía Dong chạy theo hướngBắc - Nam có độ cao 300 - 400 m Địa hình karst phát triển tại trung tâm và rải rác một

vài chỏm ở phía Đông khu vực.

Địa hình thung lũng kém phát triển, chiếm một phần nhỏ diện tích khu vực Các

thung lũng tương đối rộng phát triển dọc theo sông Chảy và ngòi Biệc Rải rác có một

số thung lũng nhỏ trong núi Trên vùng karst phát triển các thung lũng treo các trũng

hố sut, hang hốc karst

Khu vực có sông Chay chạy dọc theo hướng Tây Bac-Dong Nam ngòi Biệc là

suối lớn đổ vào hồ Thác Bà Hai bên sông Chảy và ngòi Biệc có nhiều suối nhánh nhỏ

và ngắn Trên địa hình karst dòng chảy trên mat rất kém phát triển nhưng lại phong phú

các hang hốc và dòng chảy ngầm một số tạo thành những hang karst lớn.

Vỏ phong hoá trên các đá xâm nhập và đá phiến biến chất trong khu mỏ khá

dày có nơi tới 20 - 30m, tuy nhiên, trong khu mỏ chưa phát hiện thấy đá quý trong

những thành tạo này.

1.1.2.5 ĐẶC DIEM PHAN BO CUA RUBI, SAPHIR VUNG MO LUC YEN

Trong vùng mỏ Luc Yên, các tích tu rubi, saphir khá nhiều, có chỗ tạo thành mo

và đã được khai thác công nghiệp như Khoan Thống, Nước Ngập hoặc đã được điều

tra đánh giá như Ngòi Lạnh, Hin Om, Khau Nghiềm Tuy nhiên những phát hiện vẻ

rubi, saphir trong đá gốc lại rất hạn chế, chưa có tài liệu chính thức nào ghi nhận.

Các mỏ Khoan Thống Nước Ngập có dạng thung lũng hẹp kéo dài theo phương

Tây Bác - Dong Nam Rubi, saphir phân bố trong các sa khoáng hỗn hợp

eluvi-deluvi-aluvi trong những hố sụt kast khép kín Đá nền là các đá hoa gốc màu trắng xám hạt

vừa đến lớn bị nhiều mạch pegmatit granit và các thân xâm nhập kiểm phức hệ Phia Ma

xuyên cat và gây biến đổi Mỏ có trữ lượng 49,306 kg với hàm lượng trung bình là

114,23g/m* [32] bao gồm rubi, saphir các màu khác nhau Các mỏ này đã được khai

thác và hiện nay không còn hoạt động.

Tại các điểm mỏ Ngòi Lạnh, Hin Om, Khau Nghiềm đã được các nhà địa chất

thuộc Tổng công ty Đá quý và Vàng Việt Nam khảo sát đánh giá triển vọng Chúng bao

gồm các tập trung rubi, saphir phân bố trong các sa khoáng hỗn hợp deluvi-aluvi trong

các trũng karst nửa kín, phân bố trên các độ cao khác nhau.

Hiện tại các hoạt động khai thác rubi, saphir tại Lục Yên mới chi được tiến hành

trong sa khoáng là chính, ít có công trình nghiên cứu đề cập đến loại hình rubi saphir

gốc Trên cơ sở các khảo sát của NCS tại điểm rubi, saphir trong các thành tạo gốc ở

Mây Thượng, có thể sơ bộ đề cập về loại hình rubi, saphir trong đá gốc ở đây như sau:

Rubi, saphir nằm trong đới biến chất trao đôi trong tầng đá hoa calcit - dolomit

của hệ tầng An Phú Trên thực tế không quan sát được ranh giới tiếp xúc giữa các thành

tạo granit phức hệ Phia Bioc với các thành tạo đá hoa - dolomit này nhưng trong diện

khảo sát của khu vực quan sát được rất nhiều các mạch pegmatit với các kích thước lớn

nhỏ khác nhau và xuyên cắt vào các tập đá hoa Tổ hợp khoáng vật đi cùng với spinel có: calcit + dolomit + clinohumit + phlogopit + olivin Tổ hợp khoáng vật đi cùng với

rubi, saphir ở đây bao gồm: calcit + phlogopit + pargasit + graphit + pyrit Tại Minh

Tiến lại thường xuyên gặp tổ hợp với calcit + phlogopit + pargasit + plagioclas + pyrit.

Các đới biến đổi này phát triển từ dưới lên trên và chạy theo phương cấu trúc

chung là Tây Bác-Đông Nam với chiều dài quan sát được đến vài tram mét bề rộng

hàng chục mét Rubi, saphir ở đây thường phát triển ở phần cao phan bố định hướng

trong các mach, dải kích thước nhỏ cùng với các khoáng vật phlogopit pargasit pyrit.

Rubi saphir thường có kích thước rất khác nhau đặc trưng bởi màu đỏ phớt tím đỏ

nhạt với dạng tinh thể hoàn chỉnh va phần nhiều là đục một số tinh thể bán trong có thể

dùng mài faxet Thấp hơn về phía dưới là spinel thường phát triển cùng với các khoáng

vật clinohumit và phlogopit Spinel có dạng tinh thể 8 mat và mau tim phot nâu kích

thước tinh thể từ 0,1-1,0cm và cũng hầu hết là bán trong tới đục

Bên cạnh việc khai thác các mạch rubi saphir gốc tại các thung lũng giữa núi

hoặc các hố trũng chạy dọc theo các khe suối dân địa phương đang khai thác được rubi saphir với chất lượng thương phẩm Nhu vậy có lẽ các thành tạo rubi saphir mô ta

ở trên chính là nguồn cung cấp cho các sa khoáng ở phần thấp hơn.

Hệ táng Đại Thị DS phiến tạch anb-mea, đá pinto thạch anb

bony, cát ket dạng quarzr

Hệ táng An Phu Đá boa calew có xen đá boa dokwnr thường chu

ayy ‘(| Ny so [Rem] Phic bt Nin Chin Gabro olivia, gabro pyroxen, gam borlblend

J Ầ IP ` x Phứ bẻ Pm Bioc Mangogranit betr, gram but, grant sing màu

Thành lip theo tài liêu của Liên đoàn dia chat Tây Bác

Hình 1.1 Sơ đồ địa chất vùng mỏ rubi, saphir Lục Yên Yên Bái

1.2 DAC DIEM DIA CHAT VUNG MO RUBI, SAPHIR QUY CHAU

1.2.1 KHAI QUAT

Vùng mỏ rubi, saphir Quy Châu thuộc tinh Nghệ An được phat hiện nam 1990.

Quá trình khai thác công nghiệp tại vùng mỏ diễn ra vào các năm 1991 -1995 Vùng

mỏ gồm có 2 điểm mỏ là Hố Tỷ va Bãi Triệu cùng hàng loạt các điểm quặng quy mo

nhỏ hơn Về vị trí địa chất vùng mỏ nam tai phần ria phía đông nam vom nang Bu

Khang, giáp giới với đứt gay đường 48

1.2.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT

1.2.2.1 ĐỊA TẦNG

- Hệ tang Bù Khang (PR,- € ,bk): Hệ tang phân bố ở nhân phức nếp loi Bu Khang

trục có phương Tây Bac-Dong Nam Các đá biến chất được xếp vào hệ tang Bu Khang

lộ ra rất phổ biến chiếm phần lớn diện tích vùng mỏ phía đông bác bị giới hạn bởi đứt gãy đường 48 Theo mức độ biến chất, có thể chia làm hai phân hệ tầng.

Phân hệ tầng dưới (PR:-€,ø#,): Lộ ra tại trung tâm khu mỏ và kéo dai vé phía

Tây Bac, bao gồm hai tập:

- Tập 1: Đá phiến mica-silimanit có almandin và plagioclas, cấu tạo dạng dải dạng gneis hoặc phân phiến xen một vài lớp plagiogneis mica silimanit Đá bị vò nhàu

mạnh mẽ, có biểu hiện migmatit hoá dạng thấu kính granit hoá nằm theo lớp

- Tập 2: Đá phiến thạch anh 2 mica có plagioclas-silimanit-pranat xen plagioclas-silimanit-mica Các đá bị migmatit hoá mạnh pho biến migmatit dạng ruội.

dạng theo lớp Đặc trưng cho tập này là sự có mặt của vài lớp pyroxen-staurolit-bitaunit

hạt nhỏ màu xanh lục, cấu tạo phân dải và các thấu kính đá hoa.

Phân hệ tầng trên (PR,-€,6k,): Bao xung quanh phần nhân nếp lồi Bu Khang.

cấu tạo nên phần rìa của khu mỏ bao gồm 3 phần chính: Phần dưới cùng là đá phiến thạch anh-biotit-plagioclas giàu silimanit xen quarzit biotit-plagioclas hạt nhỏ có các

mạch pegmatit 2 mica chứa granat, turmalin xuyên theo lớp Phân giữa là đá phiến

thạch anh-2 mica-plagioclas chứa disten, granat xen các lớp mỏng quarzit biotit Phan

trên cùng là đá phiến thạch anh-mica-granat xen lớp mong quarzIt biotit, trên có chứa

thấu kính đá vôi bi hoa hoá, đặc biệt phổ biến các thể granitogneis theo lớp.

- Hệ tang Sông Cả (O,-S,sc): Hệ tầng phân bố ở hai cánh phức nếp lôi BU Khang.

trong phạm vi khu mo, các đá lộ rất hạn chế ở phía Dong Bác tiếp xúc kiến tạo với các

đá hệ tang Bu Khang qua đứt gãy đường 48 va chi bao gồm các đá của phan hệ tầng

giữa với hai phần: Phân dưới chủ yếu là quarzit mica hạt mịn phân lớp trung bình đến

dày, xen các lớp kẹp đá phiến mica vấy mịn Phần trên gồm đá phiến mica vảy mịn xen

quarzit mica phân lớp mỏng ở dưới, đá phiến mica-granat ở trên.

- Các thành tạo Đệ tứ không phân chia (Q): Các trầm tích này phân bố dọc theo các

suối ven chân núi tạo nên các bậc thêm, bãi bồi các dải sườn tích lũ tích Thành phan

là tảng, cudi, dam, soi, sạn, cat, bột, sét.

1.2.2.2.MAGMA XÂM NHAP: Phân bố trên vòm nang Bu Khang, xuyên cat các đá biến chất

của hệ tang Bi Khang trong phạm vi vùng mỏ có các đá xâm nhập của phức hệ Sun (yEys) gồm 2 pha:

Y-Yên-Pha | (yEys,): granit hat nhỏ đến lớn granit biotit, granit biotit giàu felspat kiểm, granit giàu felspat kiềm, granit dang gnies, granosyenit.

Pha 2 (yEys,): pegmatit biotit, pegmatit muscovit giàu turmalin pegmatit piàu

felspat kali, granit aplit.

Dac diém thach hoc:

Pha | (yEys,): Với thành phan chủ yếu là granit biotit hạt nhỏ đến lớn granit

dạng gneis, granit giàu felspat kiềm và granosyenit Các đá thường sáng màu hoặc đôi khi tối màu, bị cà ép yếu, cấu tạo khối đến cấu tạo định hướng yếu và cấu tạo dạng

gneis có kiến trúc hạt nhỏ đến lớn Thanh phần khoáng vat felspat kali 40-45%.

plagioclas 20-25%, thạch anh 25-30% biotit 5-10%, các khoáng vật phụ có zircon apatit, casiterit, sphen, granat

Pha 2 (yE,ys›): Phân bố tập trung ở phía đông bác, dọc đứt gãy đường 48 và các khối nhỏ ở đồi M6 Coi, doi Ty, gồm các đá pegmatit giàu felspat kali pegmatit biotit.

pegmatit muscovit giàu turmalin Trong pegmatit thường phát hiện được các thể tù của

granit pha | và thể tù đá phiến của hệ tầng Bu Khang Đá có màu tráng đến trang xám.

cấu tạo khối, kiến trúc hạt thô Các khoáng vật tạo đá gồm felspat kali 50-60%.

plagioclas it-10%, thạch anh 35-40%, mica 3-4%, các khoáng vat phụ thường gap có

turmalin zircon, sphen, apatit

Bang số 1.3 Hàm lượng nhóm oxit chính các đá magma phức hệ Y-Yén-Sun [12]

Hàm lượng (%)

'Bo.]G6,|SI0,] TG,]AI6,|EsG,| FeO [ MnO |MeO|CaO] NaO | KO | MEN] 5 _|

0.01 |70.94| 0 26 | 13.49] 0: : A ) a 3.13 5 : 99.60

99.75 99.32 98.76

99.65 99.56

99.82

99.07

99.60

99.85 99.42

Về mat thạch hoá các đá phức hệ Y-Yén-Sun thuộc loại granit kiềm có hàm lượng nhôm trung bình bão hoa silic, cao kiềm (tổng kiểm K;O+Na;O>8%4) và K;O > Na;O

(thuộc loạt kali-natri), giàu calci (trung bình CaO >2%).

Các thành tạo granit trong vùng mỏ được nhiều nhà địa chất quan tâm nghiên

cứu E.P Izok (1965) cho rằng chúng thuộc phức hệ Y-Yên-Sun và có tuổi

Creta-Paleogen (K-Eys) Lê Duy Bách va nnk (1969), Dinh Minh Mộng (1971) xếp chúng có

tuổi Paleozoi sớm (PZ,) Nguyễn Kinh Quốc trong công trình đánh giá tổng hợp tiềm

nang đá quý Việt Nam xếp chúng vào phức hệ Y-Yên-Sun tuổi Paleogen (yEys) Lê

Văn Thân và nnk (1999) trong công tình “Nghiên cứu kiến tạo sinh khoáng bắc TrungBộ” đã xếp các khối magma này vào tuổi Devon sớm phức hệ Dai Lộc (yaD, đ/

một bộ phận thuộc đới kiến tạo Phu Hoạt miền uốn nếp Việt-Lào có dạng hình elip với

phương kéo dài là Tây Bác-Đông Nam Phức hệ thạch kiến tạo tiền cambri lộ ra tại khu

mỏ là các thành hệ lục nguyên chứa carbonat bị biến chất đến tướng amphibolit và bị

uốn nếp biến vị mạnh mẽ.

Các quá trình kiến sinh về sau làm biến cải và phức tạp hoá kiến trúc ban đầu

của đới nói chung cũng như trong phạm vi khu mỏ nói riêng Dấu vết của quá trình cải

biến này là sự có mặt của các thành tạo xâm nhập phức hệ Đại Lộc và kèm theo chúng

là khối kiến trúc vòm với nhân là các thể granit-gneis (vom nâng Bu Khang)

- Dut gay: Trong khu vực, đóng vai trò phan chia đới Phu Hoạt với đới Hoành Sơn va

khống chế cấu trúc địa chất vùng mỏ là đứt gãy đường 48 (đứt gãy Sông Hiếu) theo phương Tây Bac-Dong Nam Nếu nhìn từ phạm vi khu mỏ đây là ranh giới tiếp xúc

kiến tạo giữa hai phân vị địa tang: Hệ tang Bu Khang - phân hệ tang trên và Hệ tầng

Sông Cả - phân hệ tầng giữa Ngoài ra, cũng theo phương Tây Bác-Đông Nam hợp với đứt gãy đường 48 thành hệ thống đứt gãy cùng phương còn có một số đứt gãy khác với

quy mô nhỏ Hệ thống đứt gay phương Tây Bac-Dong Nam bị hệ thống đứt gãy trẻ hơn phương Đông Bac-Tay Nam phá huỷ, làm dịch chuyển từng phần với biên độ dịch

chuyển hạn chế

Do hoạt động của các hệ thống đứt gãy cũng như tương tác của các trường lực

kiến tạo đã hình thành một số cấu tạo phá huỷ hoạt động kéo dài qua nhiều thời kỳ địa

chất, là nơi các xâm nhập khác nhau thành tạo gây ra sự biến đổi các đá vây quanh

cũng như gây biến đổi lẫn nhau để tạo nên đới đá hỗn nhiễm trong đó có rubi saphir

1.2.2.4 ĐỊA MẠO

- Địa hình tích tu: Trong khu mỏ dọc theo đường 48 kéo dài hang chục km phát triển

các bồi tích tương đối quy mô tạo thành các cánh đồng tương đối bang phang với chiều dày trầm tích hàng chục mét Ngoài ra dạng địa hình này phát triển hạn chế ở một so

nơi tạo thành một số tích tụ nhỏ dọc theo các suối nhánh chân sườn núi Trong vùng

mỏ cũng còn tồn tại rất nhiều thêm sót dạng dai hẹp bao quanh chân núi ven các cách đồng dọc theo đường 48 Có các thêm bac I, bậc II với độ cao tương ứng 3 - 4m 12 - 15m.

- Địa hình bóc mòn xâm thực: Chiếm phần lớn diện tích khu vực phân bố trên các

đỉnh sườn núi Mức độ chia cắt của dang địa hình này tương đối lớn thể hiện quá trình

bóc mòn xâm thực đang diễn ra mạnh mẽ.

- Vỏ phong hoá: Trong khu mỏ vỏ phong hoá rất phát triển phủ trên toàn bộ các quả

đồi đá gốc lộ rất hạn chế Tuỳ điều kiện cấu tạo địa chất chiều dày đới phong hoá thay

đổi từ vài mét đến vài chục mét đặc biệt tại những đới dập vỡ chiều dày có thể đạt tới

40 - 50m.

1.2.2.5 ĐẶC DIEM PHAN BO CUA RUBI, SAPHIR VUNG MO QUỲ CHAU

Cũng giống như tại vùng mo Luc Yên các hoạt động khai thác rubi saphir tại vùng mỏ Quỳ Châu từ trước đến nay cũng chỉ mới tiến hành trên các tập trung trong sa khoáng là chủ yếu Tại vùng mỏ Quỳ Châu, rubi saphir phân bố trong các sườn tích

deluvi và trong eluvi (đồi Tỷ, đồi Mồ Côi) và trong các tích tụ bồi tích aluvi (bắc bãiTriệu bãi Bang, Bản Gié) Đá quý trong các khu vực này chủ yếu là rubi màu đỏ dohồng đỏ duc, ít hơn là saphir màu xanh lam, xanh den với độ trong suốt thay đối từ

trong đến bán trong suốt, kích thước thay đổi từ 1-10mm, có khi tới 20mm Chất lượng

của rubi trong khu vực được đánh giá là tương đương với chất lượng của rubi mỏ Mogok (Miến Điện) Tại đây đã khai thác được viên rubi nặng 56 carat và được bán với

giá 562.000 USD Tại khu mỏ Hố Tỷ đã diễn ra các hoạt động khai thác ô ạt trái phép

vào những năm 90 với hàng nghìn carat rubi chất lượng cao đã được đào đãi và bán lậu

ra nước ngoài.

Ho Tỷ thực chất là một đới dập vỡ phát triển tại tiếp xúc giữa khối granit với đá

phiến thuộc phân hệ tang dưới của hệ tang BU Khang có dạng tuyến với chiều rộng 40

-50 m, chiều dài theo dõi được khoảng 2-50 m (còn kéo dài cả 2 đầu) Đới có hướng cắm

chung về Bac, Đông Bac với góc dốc 40 - 60" (gần với góc dốc của đá phiến) Trong đới

phổ biến các đá hỗn nhiễm sáng màu (bị felspat hoá) Ranh giới của đới với đá phiến và

granit biotit không rõ rang, trong đới còn sót lại các 6, dai đá granit và các thấu kính đá

phiến thạch anh-mica [24] Phan trên cùng là tích tụ aluvi-proluvi-deluvi có chứa rubi.

saphir dày một vài mét, xuống dưới là phần eluvi với mức độ phong hoá mạnh me

chiều sâu đạt vài chục mét.

Đới có cấu trúc phức tạp, trong phạm vi của đới có nhiều mạch pegmatit hạt thôvới thành phần thạch anh-felspat kali-biotit-turmalin chứa các thể tù đá phiến granit:

chúng bị xuyên cat bởi các đá sáng màu có đặc điểm giàu felspat, nghèo thạch anh hạt

từ nhỏ đến thô Tại đây trong quá trình khai thác đã thu được một khối lượng tương đối lớn rubi, saphir với kích thước và chất lượng tốt, có giá trị cao.

Vào cuối nam 2001, trong quá trình khai thác tại moong cạnh đồi Mo Côi da

phát hiện được các thành tạo rubi gốc trong đá hoa Rubi dạng tinh thé hoàn chỉnh màu

đỏ, đỏ đậm thường bán trong tới đục đi cùng với tổ hợp khoáng vật calcit + phlogopit +

pargasit + graphit + pyrit.

He tìng La Khê: Đá phiến sét than, quaczit, đá phiến.

sericit, bột kết, cất ket, đá phiến silic, đá vôi, sét vôi.

‘He tũng Sông Cả: Quaczit mica bạt mịn, xea các lớp kẹp đó phiéa mica viy mia, quaczit mica phân lớp mỏng, đá phiến mica-graaat.

He tag Bu Khang phâa hệ tiag wea: Đá phiến thạch aahbiotit glagioclas giàu silimanit, đá phiến thạch anh 2 mica plagiocias chứa distea, chứa thấu kính đá vôi bị boa bod.

-He wing Bu Khang - Pháo bệ diag dưới: Dé phiến mica-silimanit có almaadin và plagioclas; đá phiến thạch anh 2 mica có plagioclas,

silimaait, gcaaat.

MAGMA XÁM NHAP

'Phức hệ Y-Yêa-Suo pha 2: pegmatir biotir, pegmatir muscovit

giầu tuanalin, pegmatit giàu felspat kali, aplit.

Phức be Y-Yen-Sua pha 1: praait biodi, granit biodr giầu felsgat

Jaa, gaAit giàu felspar kiểm, granit dang gacis, gEaa0sydit.

Raah giới địa chất Din ply: a- xác định; b- giả định.

Mồ cubi, saphic đã khai thác Điểm quậng cubi, saphir

‘lela ‘Vi tet thu thập mẫu

[is Ea 6 vieu105 10

‘Thanh lập trên cơ sở Bản 46 địa chất - khoáng sản 1:200.000

Hình 1.2 Sơ đồ địa chất vùng mỏ rubi, saphir Quy Châu, Nghệ An

Chương 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SAT DIA CHẤT NGOÀI THỰC DIA

Việc khảo sát địa chất ngoài thực địa được tiến hành trên hai vùng mỏ Yên Bái

và Nghệ An nơi có các mỏ rubi saphir đã và đang khai thác cũng như các biểu hiện

rubi, saphir gốc Trên cơ sở các kết qua khảo sát thực địa tác gia đã chọn đối tượng

nghiên cứu chính của luận án là vùng mỏ rubi saphir Lục Yên tại Yên Bái và vùng mo

rubi saphir Quỳ Châu của Nghệ An.

Các nội dung chính của công tác khảo sát địa chất ngoài thực địa bao gồm:

- Tiến hành khảo sát một cách hệ thống các điểm mỏ rubi saphir trên hai vùng

mỏ Lục Yên (Yên Bái) và Quỳ Châu (Nghệ An) gồm các tích tụ rubi saphir trong sa

khoáng cũng như các mặt cat địa chất chứa rubi, saphir gốc

- Nghiên cứu và mô tả chi tiết đặc điểm phân bố của các thành tạo địa chất có

mat trong vùng nghiên cứu bao gồm: các phân vị dia tang, các phức hệ đá magma các

hoạt động đứt gãy hoạt động biến chất Xác định sơ bộ mối tương quan của chúng trên bình đồ cấu trúc khu vực nghiên cứu cũng như mối tương quan với các thành tạo

rubi và saphir.

- Lựa chọn đối tượng nghiên cứu chỉ tiết để tiến hành các mặt cat chuẩn nhàmquan sát đặc điểm phân bố của các tổ hợp khoáng vật cộng sinh cũng như đặc điểm

phân bố của rubi, saphir Mô tả sơ bộ bang mat thường đo vẽ và chụp anh thế năm đặc

điểm phân bố của các thành tạo địa chất chứa chúng.

- Thu thập các loại mẫu cần thiết cho công tác nghiên cứu trong phòng bao gồm

các mâu microsonde mẫu thạch học mẫu nghiên cứu ngọc học và bao thể các loại mau phải dam bảo tinh đại diện và đặc trưng cho từng vùng mỏ.

Tâm lưới chẳ á n eam lưới chin oe? Tinh the nhiều xa

š ye ` Vặt kính của kinh hiển vị

Mau

h

Hộp chưa mẫu Bạn xoay mau

Hình 2.1 Mặt cắt ngang bộ phận phân tích của kính hiển vi điện tử CAMECA MS 46

Bản chất của phương pháp microsonde - hiển vi điện tử quét được dựa trên

nguyên lý sợi đốt bằng vonfram hình chữ V có đường kính bang 0.1mm được đốt nóng

tới 2.800°K, dưới một thế gia tốc tới 30KeV (hình 2.1) Chùm tia điện tử được phát ra.

qua các thấu kính điện từ, màn chan, thấu kính vat, chùm điện tử được tu tiêu tới

0.1m bắn vào mẫu cần phân tích Từ mau các nguyên tử của các nguyên tố chứa trong

mẫu bị kích thích ban ra chùm tia ronghen sơ cấp có bao nhiêu nguyên tố trong mẫu

thì có bấy nhiêu vạch phổ rơnghen đặc trưng cho các nguyên tố đó Mỗi nguyên tố có

bước sóng nhất định (cơ sở xác định định tính) Để phân tích định lượng người ta dựa

trên nguyên tắc so sánh mối tương quan về cường độ phố ronghen đặc trưng cua

nguyên tố (A) trong mẫu phân tích và trong mẫu chuẩn ở cùng một điều kiện phân tích.

Ta có:

Ks = Gas k

Trong dé: K; - cường độ phát xạ: C, - ham luong nguyén to A:

k - hệ số

Nhờ các tấm làm lệch, chùm tia điện tử có đường kính rất nhỏ cỡ 0.2um được

quét trên bề mặt mẫu sẽ được khuyếch đại và được ghi nhận trên màn hình Như vậy

trên màn hình sẽ ghi được hình ảnh của bề mặt mẫu có thể là anh địa hình ảnh cỡ hạt

của mau, có thể là anh phân bố hàm lượng các nguyên tố hoá học trên bề mat mau tuỳ

thuộc ta sử dụng nguồn lấy ra là tia rơnghen hay tia điện tử phản xạ ngược.

2.2.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP

Bằng phương pháp phân tích microsonde - hiển vi điện tử quét có thể phân tích

được những diện tích rất nhỏ từ 0,5 um vuông trở lên, độ nhạy của phương pháp 0.01% Các mâu được thu thập ngoài thực địa và được mài một mặt (mặt cần phân tích) Tuy

thuộc vào nhu cầu hoặc đặc điểm của mẫu ta sẽ lựa chọn hình thức phân tích khác nhau

là microsonde hoặc hiển vi điện tử quét Trong trường hợp mẫu có đặc điểm màu sắc

tương đối đồng nhất ta sử dụng phương pháp microsonde, trong trường hợp các mẫu có

đặc điểm phân đới màu ta sử dụng phương pháp hiển vi điện tử quét khi đó chùm tia điện tử sẽ quét trên bề mặt mẫu và cho ta đặc điểm phân bố của các nguyên tố có mặt

trong mẫu.

Một lợi thế nữa của phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) là ứng dụng để

nghiên cứu các bao thể rắn Các bao thể có kích thước rất nhỏ được phóng đại nhiều lần

và hội tụ chùm tia điện tử vào bao thể cần phân tích Về mặt định tính bộ phận ghi

nhận kết quả sẽ cho ta đặc điểm phân bố của các nguyên tố trong bao thể dưới dạngphổ phân bố các nguyên tố Về mặt định lượng sẽ tính toán và cho kết quả phần tram

trọng lượng của từng nguyên tố có trong bao thể.

wW ws

Kết qua phân tích microsonde va SEM trong luận án được thực hiện tại Trường

Đại học Tổng hợp Henri Poincare (Cộng hoà Pháp) trên hệ thiết bị CAMECA SX 100

và HITACHI ThermoNotran và một phần tại Trung tâm Phân tích thí nghiệm địa chất

trên hệ thiết bị CAMEBAX.

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH NHIÊU XA TIA RONGHEN

2.3.1 BAN CHAT CUA PHUONG PHAP

Được dùng dé xác định tên pha khoáng vat va đặc điểm cấu trúc pha (thông số 6

mạng) Ta có thể hình dung mạng tỉnh thể như là một tập hợp các hệ mạt song song với nhau Trong một mạng tinh thể có một lượng vô hạn các hệ mat mạng mỗi hệ mat

mạng ấy được xác định bằng khoảng cách d giữa các mặt mạng và sự định hướng của

chúng đối với các trục toa độ Sự định hướng của mỗi một hệ mat mạng được đặc trưng

bởi chỉ số (hkl).

Khi tia rơnghen chiếu lên vật chất nó sẽ bị nhiễu xạ bởi mang tinh thể Dé đơn

giản ta có thể hình dung sự nhiễu xạ như là kết quả của sự phản xạ chùm tỉa rơnghen từ

các mặt mang của 6 mạng tinh thể Khi đó sự nhiễu xa của chùm tia rơnghen tuân theo

định luật Vulf - Bragg

An = 2d sin9

Trong do: d - khoáng cách mat nguyén tử trong 6 mang tinh thẻ: 0 - sóc phan Xa:

n - bậc phan xa; A - bước sóng tia ronghen cua ong.

Như vậy tuy mỗi một tinh thể có một lượng vô hạn các hệ mat mạng song số lượng các tia phan xạ và cường độ của chúng bị giới han bởi điều kiện phản xạ Vulf -

Bragg (hình 2.2) Trên giản đồ rơnghen thu nhận được có thể đo được hai đại lượng:

- Cường độ vạch phan xa J: đo được bang hai cách hoặc là chiều cao của pic hoặc là

diện tích cua pic.

- Góc phản xạ 9 : dựa vào vạch do trên giản đồ

Từ các giá trị 9, biết bước sóng tia rơnghen A, dùng bảng tra cứu có thể xác định

được giá tri dj), khoảng cách giữa các mặt mang của hệ mặt mạng cho tia phản xạ

Tập hợp các giá trị d và J là những số liệu thực nghiệm tin cậy để xác định định

tính và định lượng thành phần pha nói chung và thành phần khoáng vật nói riêng của

mẫu Do là những cơ sở của phương pháp phân tích Ronghen ứng dụng trong khoáng

vật học.

2.3.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP

Chùm tia rơnghen nhiễu xạ được ghi nhận bằng ống đếm Phương pháp phân

tích pha khoáng vật định tính được dựa trên cơ sở so sánh tập hợp các giá trị góc nhiều

xa và cường độ pic nhiễu xạ Dựa vào giản đồ nhiều xạ có thể xác định tên các khoáng

vật có trong mẫu và các đặc điểm cấu trúc của pha khoáng vat.

Để giải quyết bài toán định lượng trong phân tích rơnghen người ta dựa vào sự

phụ thuộc giữa cường độ vạch phản xạ của khoáng vật và hàm lượng của chúng trong

mẫu:

Jm = Km.Cm/ h*

Trong đó: Jm - cường độ vạch phan xa cua khoáng vật can vác định: Cm -ham luong phan tram

của khoáng vật trong mâu: pt - hệ số hap thụ khối của mâu: Km - hệ so ty lệ

Phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen được thực hiện trên máy Diffractometer D5005,

tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.

2.4 PHƯƠNG PHÁP TAN XA RAMAN

2.4.1 BẢN CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP

Tán xạ Raman là sự tán xạ không đàn hồi của ánh sáng trong môi trường vật

chất Năng lượng của ánh sáng tán xạ có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn năng lượng của ánh

sáng tới, và tương ứng ta có tán xạ Raman stokes và tán xạ Raman đối stokes Sơ đỏ

nguyên lý của hiệu ứng Raman được trình bày trên hình 2.3.

Phổ Raman của hai chất khác nhau là khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc khôi

lượng của các nguyên tử và hang số lực của các liên kết hoá học giữa các nguyen tu

trong chất đó Vì vậy, việc xác định thành phần hoá học của các bao thể được thực hiện

đơn giản bằng cách so sánh phổ Raman của các bao thể ghi được với ngân hang pho.

Nhờ việc sử dụng laser làm nguồn sáng kích thích và CCD (Charge Coupled

Device) làm nguồn thu, kết hợp với các tiến bộ trong thiết kế hệ thống quang học.

phương pháp tán xạ Raman đã thực sự trở thành phương pháp mạnh trong nhiều lĩnh

vực nghiên cứu Một trong những áp dụng hiệu quả của phương pháp này là nghiên cứu các bao thể trong rubi, saphir.

Các bao thể trong rubi, saphir thường khác nhau về hình dạng kích thước và thành phần hoá học Những đặc tính phức tạp này của bao thể là những khó khăn rất lớn

khi nghiên cứu chúng Tuy nhiên với kỹ thuật phân tử dựa trên sự tán xạ ánh sáng lại rất

hiệu quả so với các kỹ thuật phân tích khác do những ưu điểm của nó như không phá

huỷ mẫu, không cần gia công mẫu để làm lộ bao thể trên bé mặt và có thể khảo sát các

bao thể trong trạng thái rắn hoặc lỏng Tia laser được hội tụ trên diện tích rất nhỏ của

mẫu và chỉ phần ánh sáng tán xạ phát ra từ lớp rất mỏng tại điểm hội tụ sẽ được truyền

tới nguồn thu Kỹ thuật nay cho phép khảo sát các bao thể có kích thước cỡ jim, nam

sâu bên trong mẫu đến 5 mm hoặc khảo sát riêng biệt các bao thể nhỏ nam kề nhau.

2.4.3 THIẾT BỊ DO VA THUC NGHIEM

Tất ca các phổ Raman cua các bao thể trong rubi va saphir đều được ghi trên máy vi quang pho Raman LABRAM-IB của Hãng Jobin-Yvon (Cộng hoà Pháp) Hệ do

LABRAM-IB là hệ đo tích phân được gan với kính hiển vi quang học Olimpus BX 40.

Sơ đồ của hệ đo được trình bày trên hình 2.4.

Các phép đo pho Raman được thực hiện qua mặt tinh thể hoặc mat cat của mau.

Việc dò tìm các bao thể và chọn điểm đo được thực hiện nhờ kính hiển vi quang học và

TV camera Hai nguồn sáng chiếu mẫu từ mặt trên và mặt dưới cho phép quan sát

không gian trong lòng đá quý và bề mat của bao thể Chùm tia laser được hội tụ trựctiếp qua mạng nền vào bao thể nhờ vật kính có độ phóng đại 50 lần đường kính của vết

laser hội tụ cỡ 3 tim Ánh sáng tán xa được tập trung lại theo cấu hình tán xạ ngược và

được truyền tới lối vào của phổ kế Để tránh huỳnh quang rất mạnh của rubi trong vùng

bước sóng 640-745 nm nguồn sáng kích thích có bước sóng 488.0 nm của laser argon

được sử dụng Nguồn thu là CCD được làm lạnh bằng pin Peltier và làm việc trong vùng nhìn thấy Các phép do pho Raman được thực hiện với cách tử 1800 vach/mm.

Gương Cách tử

Phin lọc

Notch

Phin lọc Phin lọc giao thoa cường độ

2.5 PHƯƠNG PHÁP VỊ NHIỆT

2.5.1 NGUYEN LY CUA PHƯƠNG PHAP

Phuong pháp này dựa trên nguyên lý mỏi chất khí có mot nhiệt độ hoá long T;, (temperature of melting) và nhiệt độ nhất đồng hoá Tị (temperature of homogenization)

nhất định Phương pháp cho phép xác định bản chất của các pha khí và pha lỏng trong

bao thể khí - lỏng Bản chất của pha khí được xác định dựa trên các giá trị nhiệt độ hoálỏng T,, và nhiệt độ đồng nhất hoá Ty, của chúng

2.5.2 UNG DUNG CUA PHƯƠNG PHAP

Các mẫu phục vu nghiên cứu bao thể long được mài mỏng 200-300um đánh

bóng hai mặt, sau đó các bao thể lỏng được xác định và phân loại dưới kính hiển vi ngọc học Nghiên cứu vi nhiệt được tiến hành trên tất cả các bao thé long bang thiết bị

Reynolds (Reynolds Stage) (hình 2.5).

Việc xác định nhiệt độ đồng nhất hoá pha khí được tiến hành bang cách đốt nóng

(heating) bao thể trên ban Reynolds Khi một bao thể 2 pha khi-long được đốt nóng đến

một nhiệt độ nào đó sẽ dan đến hiện tượng đồng nhất hoá giữa chúng Trong quá trình

này phụ thuộc vào thành phần nồng độ của các chất khí có trong bao thể quá trình đồng nhất hoá khi đó sẽ xảy ra 3 trường hợp.

+ Đồng nhất hoá thành trạng thái lỏng (lỏng + khí —> lỏng).

+ Đồng nhất hoá thành trang thái khí (lỏng + khí — khí).

+ Đồng nhất hoá tới hạn khi đó cả hai pha khí + lỏng cùng biến mất và chuyển sang

trạng thái siêu tới han (supercritical state).

Nhiệt độ mà tại đó diễn ra sự đồng nhất hoá sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào bản chất

của pha khí đó (bởi pha lỏng trong các bao thể này thường là H;O) và bằng việc xác

định nhiệt độ đồng nhất hoá Ty, kết hợp với nhiệt độ hoá lỏng T,, sẽ cho phép ta xác

định chúng.

Để xác định nhiệt độ hoá long T,, của pha khí bao thể được làm lạnh (freezing).

và quan sát sự thay đổi dạng tồn tại pha từ pha lỏng —> rắn Về mặt lý thuyết một baothể khí + lỏng là một bao thể thường chứa nước (H;O) và một pha khí (chang hạn H;S

CO; , ) khi nhiệt độ giảm tới một giới hạn nào đó pha khí sẽ chuyển sang trạng thái ran(chang hạn hơi H;O tại nhiệt độ +0.015°C, CO; tại -56,6°C) và trên nhiệt độ tới hạn đó

chúng sẽ nóng chảy, do vậy nhiệt độ này cũng được coi là nhiệt độ nóng chảy của pha

khí đó (temperature of melting -T,„) Như vậy bang việc xác định giá trị nhiệt độ T,,

của pha khí ta sẽ xác định được chính xác chúng là khí gì và hơn nữa ta cũng có thể xác định được % thể tích của chúng trong bao thể (T,, thay đổi khi % thể tích của pha khí

thay đổi).

Việc phân tích vi nhiệt các bao thể lỏng được thực hiện tại Trung tâm Thạch học

và Địa hoá, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học (Cộng hoà Pháp).

NNNS————n

Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị đo vi nhiệt Reynolds (Reynolds stage)

2.6 PHƯƠNG PHAP DONG VI CARBON

Để đánh giá điều kiện nhiệt dong, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp phân tích tổ hợp khoáng vật: như cặp khoáng vat biotit - granat felspat - granat Trong

luận án này cặp khoáng vật calcit - graphit trong các thành tạo chứa rubi saphir được sử

dụng để xác định điều kiện nhiệt động trong các thành tạo gốc rubi saphir có calci

graphit.

2.6.1 NGUYEN LÝ CUA PHƯƠNG PHÁP

Trong đá trầm tích nguyên tố carbon tồn tại ở 2 dạng chủ yếu là vật chất hữu cơ

và các hợp chất của muối calci carbonat Khi tham gia vào quá trình biến chất trong

quá trình kết tinh chúng biến đổi thành calcit và graphit Đồng thời với quá trình biến

đổi vật chất trong điều kiện biến chất phức tạp là quá trình biến đổi đồng vị carbon xẩy

ra giữa graphit và các khoáng vật carbonat và trong ban than chúng (giữa đồng vị 'ÝC và

!C), Sự tồn tại đồng thời giữa đồng vị '°C và ''C trong graphit và calcit và ty lệ giữa

chúng rất nhậy cảm với nhiệt độ của điều kiện môi trường thành tạo nén chúng đã được

người ta ứng dụng làm phép đo nhiệt để xác định nhiệt độ của các thành tạo chứa

chúng Phương pháp đo đồng vi carbon cặp khoáng vật calcit - graphit dựa trên sự thay

đổi tỷ lệ các hợp phan đồng vị carbon (C/ °C) của calcit và graphit trong quá trình

biến chất Quá trình này diễn ra giữa các hợp phần carbon khác nhau trong hệ hay

chính trong các khoáng vật carbonat và graphit đã được hình thành Ty lệ dong vị cua

carbon trong các khoáng vật này được tích luy ổn định khi cân bang của hệ đạt trạng

thái nhiệt động cao nhất (quá trình kết tinh) Trong quá trình nguội lạnh của hệ ty lệ

!ẦC /2C hầu như không thay đổi (Valley et al, 1992) Công thức chung để tính õ'`Cc,

kết quả phân tích đồng vi của khí CO, mà khí này được trích ra từ các mau calcit hoặc graphit:

R,, - tý lệ đồng vị '`C trong mẫu chuân.

2.6.2 THIẾT BỊ DO VÀ THỰC NGHIỆM

Phép đo đồng vị của cặp calcit - graphit được xác định trên kết quả tính toán từ

tỷ lệ đồng vị '*C/ '°C của các hệ CO; thu từ khoáng vat calcit và CO; thu từ khoáng vật

graphit Các tinh thé graphit được thu thập trong các thành tạo biến chất phải có kích

thước ít nhất từ 0.05 mm đến 3mm và phân bố kê với các tinh thể calcit Mỗi mẫu khí

CO;-calcit được lấy từ 5- 10 mg, va 0.9 - 2.3 mg đối với CO,-graphit CO, từ calcit

được tách ra bang cách cho calcit phản ứng với dung dịch H,PO, (D=1.92) trong điều

kiện nhiệt độ 25°C và thời gian ít nhất là 8 giờ Với CO,-graphit, mẫu graphit được cho

vào ống thuỷ tinh cùng CuO (lượng CuO bang 100 lan khối lượng graphit ) hàn kín

nung ở nhiệt độ 850°C trong 10 - 12 giờ Hàm lượng của đồng vị carbon '*C va °C

trong các mẫu khí CO; này được xác định bằng máy quang phổ định lượng với tiêu

chuẩn SMOW cho O; và PDF cho carbon

Việc phân tích các chỉ tiêu õ'*Cc, 8'°Cg, « Ac„œ„ được thực hiện tại Trung tâm

Thạch học và Địa hoá Trung tâm Nghiên cứu Khoa học (Cộng hoà Pháp).

2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHÁC

2.7.1 PHƯƠNG PHÁP QUANG HỌC TINH THE

Để nghiên cứu đặc điểm của tổ hợp khoáng vật cộng sinh các đối tượng nghiên

cứu (đá chứa corindon, các đơn tinh thể) được mài thành những lát mong thạch học tiêu chuẩn (có độ dày 0.03mm) sau đó dùng kính hiển vi phân cực (kính thạch học) dé

nghiên cứu thành phần khoáng vật của mau Các khoáng vật trong mau nghiên cứu

được xác định dựa trên các đặc điểm: chiết suất tương đối màu sac, tính cát khai song

tinh, độ nổi độ trong suốt màu giao thoa, góc tat

2.7.2 PHƯƠNG PHÁP GIÁC KẾ

Lựa chọn các tinh thể rubi, saphir còn bảo tồn được hình dạng tinh thể ban đầu

tiến hành đo đạc kích thước của đơn tinh thể theo các cạnh góc giữa các mat bằng giác

kế áp.

Việc đo đạc được tiến hành theo các nội dung sau:

- _ Lựa chọn các mẫu tinh thể được bảo toàn tốt.

- Do đạc kích thước tinh thể theo các trục cạnh.

đúng bằng thể tích của khối dung dịch (thường dùng nước cất tiêu chuẩn) bị đẩy ra khi

nhúng chìm viên đá vào đó Theo định luật Archimedes khi nhúng viên đá vào trong một dung dịch nào đó trọng lượng của viên đá sẽ mất đi một lượng đúng bằng trọng

lượng của khối dung dịch bị viên đá đó chiếm cho Thể tích của viên đá (cũng là thể