Đặc điểm địa hóa nguyên tố đất hiếm trong các đá núi lửa – pluton mesozoi muộn rìa lục địa tích cực đà lạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Minh Long ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC ĐÁ NÚI LỬA-PLUTON MESOZOI MUỘN RÌA LỤC ĐỊA TÍCH CỰC ĐÀ LẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Minh Long ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC ĐÁ NÚI LỬA-PLUTON MESOZOI MUỘN RÌA LỤC ĐỊA TÍCH CỰC ĐÀ LẠT Chuyên ngành: Khoáng vật học và địa hóa học Mã số: 60440205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. QUÁCH ĐỨC TÍN HÀ NỘI, 2014 i LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp trong chương trình đào tạo Thạc sĩ Khoa học Địa chất của học viên được hoàn thành là kết quả của quá trình học tập, rèn luyện và tích lũy kiến thức tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội, cùng với sự hướng dẫn, dạy bảo tận tình của các thầy cô giáo khoa Địa chất và sự tham khảo ý kiến của các bạn đồng học. Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành cảm ơn TS. Quách Đức Tín-người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện, hoàn thành luận văn này. Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo thuộc Khoa Địa chất-Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, những người đã cung cấp những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình đào tạo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa đào tạo. Cuối cùng, tôi cũng cảm ơn gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp những người đã ủng hộ, chia sẻ và là chỗ dựa tinh thần giúp tôi trong suốt quá trình học tập, hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2014 Học viên Nguyễn Minh Long ii MỤC LỤC MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH iii DANH MỤC BẢNG vi MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG 3 1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu 3 1.2. Đặc điểm địa hóa nguyên tố đất hiếm 5 1.3. Lịch sử nghiên cứu địa chất miền rìa lục địa tích cực Đà Lạt 8 CHƢƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG NGHIÊN CỨU 11 2.1. Đặc điểm cấu trúc địa chất 11 2.2. Magma 12 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 3.1. Cở sở lý luận 20 3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 25 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 27 4.1. Đặc điểm địa hóa nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa-pluton Mesozoi muộn rìa lục địa tích cực Đà Lạt 27 4.2. Đặc điểm phân dị địa hóa nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa-pluton Mesozoi muộn rìa lục địa tích cực Đà Lạt 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ diện tích vùng nghiên cứu 4 Hình 2: Hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm đã chuẩn hóa theo chondrit của các dung thể đƣợc tạo ra bằng quá trình nóng chảy cân bằng của peridotit và peridotit granat (Theo Paul C. Hess, 1989). 21 Hình 3: Hàm lƣợng của các nguyên tố đất hiếm đã chuẩn hóa theo chondrit đối với basalt sống núi đại dƣơng (MORB), đá basalt chuẩn BCR-1 và đá mới sinh ra (40PI) đƣợc tính đối với quá trình loại bỏ plagioclase khỏi dung thể có thành phần BCR-1. Đá mới sinh ra có dị thƣờng âm nhỏ europi. Theo Paul C. Ragland, 1989. 23 Hình 4: Ảnh khảo sát thực địa vùng nghiên cứu 25 Hình 5: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của các đá hệ tầng Đèo Bảo Lộc 33 Hình 6: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của các đá hệ tầng Nha Trang 33 Hình 7: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của hệ tầng Đèo Bảo Lộc và hệ tầng Nha Trang 34 Hình 8: Biểu đồ tƣơng quan (Ce/Yb) cn ~ (Yb) cn (a)và (La/Lu) cn ~ (REE) cn (b) (theo Henderson, 1982) cho các đá phun trào hệ tầng Đèo Bảo Lộc và Nha Trang (cn: đối sánh với chondrit) 35 Hình 9: Biểu đồ tƣơng quan (La/Sm) cn ~ (Gd/Lu) cn (a) và (La/Ce) cn ~ (Eu/Eu*)(b) (theo Henderson, 1982) cho các đá phun trào hệ tầng Đèo Bảo Lộc và Nha Trang. 36 Hình 10: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố không tƣơng hợp đối sánh với basalt sống núi giữa đại dƣơng (N-MORB) (theo Pearce,1983) của các đá hệ tầng Đèo Bảo Lộc 37 iv Hình 11: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố không tƣơng hợp đối sánh với basalt sống núi giữa đại dƣơng (N-MORB) (theo Pearce, 1983) của các đá hệ tầng Nha Trang 37 Hình 12: Biểu đồ Rb-(Y+Nb) (a), Nb-Y (b) phân chia các kiểu magma (theo Pearce, 1984) cho các đá hệ tầng Đèo Bảo Lộc và hệ tầng Nha Trang 38 Hình 13: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của các đá phức hệ Định Quán 44 Hình 14: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của các đá phức hệ Đèo Cả 44 Hình 15: Đƣờng phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm đối sánh với chondrit của các đá phức hệ Định Quán và Đèo Cả 45 Hình 16: Biểu đồ tƣơng quan (Ce/Yb) cn ~ (Yb) cn (a) và (La/Lu) cn ~ (REE) cn (b) (theo Henderson, 1982) cho các đá phức hệ Định Quán-Đèo Cả 46 Hình 17: Biểu đồ tƣơng quan (La/Sm) cn ~ (Gd/Lu) cn (a) và (La/Ce) cn ~ (Eu/Eu*)(b) (theo Henderson, 1982) cho các đá phức hệ Định Quán-Đèo Cả 47 Hình 18: Đƣờng phân bố hàm lƣợng các nguyên tố không tƣơng hợp đối sánh với kiểu granit dãy núi đại dƣơng(theo Pearce, 1983)của các đá phức hệ Định Quán 48 Hình 19: Đƣờng phân bố hàm lƣợng các nguyên tố không tƣơng hợp đối sánh với kiểu granit dãy núi đại dƣơng(theo Pearce, 1983)của các đá phức hệ Đèo Cả 48 Hình 20: Biểu đồ Rb-(Y+Nb) (a), Nb-Y (b) phân chia các kiểu magma (theo Pearce, 1984) cho các đá phức hệ Định Quán-Đèo Cả 49 Hình 21: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của các đá hệ tầng Đơn Dƣơng 51 Hình 22: Biểu đồ phân bố các nguyên tố không tƣơng hợp đối sánh với basalt sống núi giữa đại dƣơng (N-MORB) (theo Pearce, 1983) của các đá hệ tầng Đơn Dƣơng 51 v Hình 23: Biểu đồ Rb-(Y+Nb) (a), Nb-Y (b) phân chia các kiểu magma (theo Pearce, 1984) cho các đá hệ tầng Đơn Dƣơng 53 Hình 24: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của các đá phức hệ Ankroet 57 Hình 25: Đƣờng phân bố hàm lƣợng các nguyên tố không tƣơng hợp đối sánh với kiểu granit dãy núi đại dƣơng (ORG) (theo Pearce, 1983) của các đá phức hệ Ankroet 57 Hình 26: Biểu đồ Rb-(Y+Nb) (a), Nb-Y (b) phân chia các kiểu magma (theo Pearce, 1984) cho các đá phức hệ Ankroet 58 Hình 27: Biểu đồ phân bố hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit của các đá khu vực nghiên cứu 61 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính cơ bản 6 Bảng 2: Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm 7 Bảng 3: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố đất hiếm (ppm) của hệ tầng Đèo Bảo Lộc 28 Bảng 4: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố đất hiếm (ppm) của hệ tầng Nha Trang 29 Bảng 5: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố vết (ppm) của hệ tầng Đèo Bảo Lộc 30 Bảng 6: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố vết (ppm) của hệ tầng Nha Trang 31 Bảng 7: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố đất hiếm (ppm) của phức hệ Định Quán 40 Bảng 8: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố đất hiếm (ppm) của phức hệ Đèo Cả 41 Bảng 9: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố vết (ppm) của phức hệ Định Quán 42 Bảng 10: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố vết (ppm) của phức hệ Đèo Cả 43 Bảng 11: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố đất hiếm (ppm) của hệ tầng Đơn Dƣơng 52 Bảng 12: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố vết (ppm) của hệ tầng Đơn Dƣơng 52 Bảng 13: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố đất hiếm (ppm) của phức hệ Ankroet 55 Bảng 14: Hàm lƣợng nhóm nguyên tố vết (ppm) của phức hệ Ankroet 56 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Nguyên tố đất hiếm là tập hợp của 17 nguyên tố có hàm lƣợng rất nhỏ trong vỏ trái đất là Scandium, Yttrium và 15 nguyên tố trong nhóm Lanthan bắt đầu từ Lanthanum đến Lutetium trong bảng hệ thống tuần hoàn. Nguyên tố đầu tiên trong nhóm đất hiếm đƣợc phát hiện vào năm 1787. Các nguyên tố đất hiếm đƣợc chú ý vì chúng có nhiều tính chất vật lý và hóa học rất đặc biệt. Chúng có nhiều công dụng kỳ diệu khi kết hợp với những nguyên liệu thông thƣờng khác. Chẳng hạn nhƣ nhóm Y, La, Ce, Eu, Gd và Tb đƣợc sử dụng trong kỹ nghệ huỳnh quang; nhóm Nd, Sm, Gd, Dy và Pr phục vụ cho kỹ thuật làm nam châm vĩnh cửu trong các thiết bị điện, điện tử, phƣơng tiện nghe nhìn, các loại máy vi tính và cả hệ thống dẫn đƣờng cho tên lửa; nhóm Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm có momen từ cực mạnh khả dĩ phát triển kỹ thuật làm lạnh từ tính thay thế phƣơng phƣơng pháp làm lạnh truyền thống bằng khí ép nhƣ hiện nay… và dĩ nhiên trong các ngành chiếu sáng, luyện kim, điện tử, trong các kỹ thuật quân sự từ màn hình radar đến tia laser, hệ thống điều khiển tên lửa và cả các thiết bị trong vũ trụ. Theo quan điểm địa hóa hiện đại, hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm trong đá magma có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá nguồn gốc và lịch sử phát triển của loại đá magma đó. Trong quá trình hình thành của từng loại đá magma có những giai đoạn mà hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm đƣợc giàu lên hoặc làm nghèo kiệt đi và những sự biến đổi này đƣợc phát hiện trong mỗi loại đá cũng có thể chỉ ra một số vấn đề về nguồn gốc của magma tạo nên loại đá đó. Luận văn: “Đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố đất hiếm trong các đá núi lửa- pluton Mesozoi muộn rìa lục địa tích cực Đà Lạt” đƣợc thực hiện với mục tiêu 2 nghiên cứu về sự phân bố, hành vi của các nguyên tố đất hiếm trong các đá lấy đó làm cơ sở đánh giá quá trình tiến hóa magma thời kì Mesozoi muộn ở Đà Lạt. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa-pluton Mesozoi muộn rìa lúc địa tích cực Đà Lạt. Đánh giá quá trình tiến hóa magma Mesozoi muộn ở Đà Lạt trên cơ sở đặc điểm địa hóa các nguyên tố đất hiếm. Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập các tài liệu nghiên cứu các thành tạo địa chất tại khu vực. - Triển khai công tác thực địa, lấy mẫu và phân tích. - Xử lý kết quả thu thập và phân tích, xây dựng các bảng số liệu, biểu đồ. - Nghiên cứuđặc điểm địa hóa của các nguyên tố đất hiếm. - Trên cơ sở đặc điểm địa hóa các nguyên tố đất hiếm đƣa ra những đánh giá về quá trình tiến hóa magma Mesozoi muộn ở Đà Lạt. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Nhóm nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa-pluton Mesozoi muộn rìa lúc địa tích cực Đà Lạt - Phạm vi nghiên cứu: rìa lục địa tích cực Đà Lạt thuộc đới Đà Lạt. [...]... hoạt động magma rất mạnh mẽ, với các tổ hợp núi lửa- pluton Mesozoi muộn rìa lục địa tích cực Đà Lạt, các granit cao nhôm Mesozoi muộn trong các cấu trúc nội mảng ở Đông Bắc Bộ Trong phạm vi rìa lục địa tích cực lục địa Đà Lạt phổ biến rộng rãi các sản phẩm của hoạt động magma kiềm-vôi Mesozoi muộn Dựa vào các đặc điểm thành phần, có thể xác lập đƣợc hai loạt núi lửa- pluton khác nhau: 1) Đèo Bảo Lộc-Nha... trong tự nhiên Các nguyên tố đất hiếm (REE) là một họ đặc biệt các nguyên tố trong tự nhiên Trong bất kỳ thể địa chất nào, phát hiện một nguyên tố đất hiếm sẽ chỉ thị sự tồn tại của tất cả các nguyên tố đất hiếm khác Tuy nhiên, các loại vật chất tự nhiên khác nhau có tổng lƣợng các nguyên tố đất hiếm khác nhau, do đó tỷ lệ các nguyên tố riêng lẻ cũng ít nhiều khác nhau Trong tự nhiên, nhóm nguyên tố. .. ion ,các đất hiếm nhẹ có khác các đất hiếm nặng về một số tính chất Nhìn chung, các đất hiếm nhẹ kém tƣơng hợp hơn với các đất hiếm nặng Ví dụ, hệ số phân bố dung thể chứa granat đối với đất hiếm nhẹ và đất hiếm nặng có khác nhau Quá trình nóng chảy cục bộ của peridotit chứa granat đã làm phân dị mạnh mẽ các nguyên tố đất hiếm: các nguyên tố đất hiếm nặng ở lại trong chất rắn còn các nguyên tố đất hiếm. .. Chàm Rìa lục địa tích cực Mesozoi muộn Đà Lạt phân bố chủ yếu trong phạm vi đới Đà Lạt hiện nay Vào giữa Creta, rìa lục địa với các hoạt động uốn nếp và magma xâm nhập -núi lửa phát triển chồng gối mạnh mẽ lên đới tạo núi Srepôk và một phần lên cả đới Kon Tum và cũng là một bộ phận của đai động Đông Á thuộc Thái Bình Dƣơng 1.2 Đặc điểm địa hóa nguyên tố đất hiếm Đất hiếm là nhóm gồm 17 nguyên tố giống... liệu nghiên cứu về địa hóa của khu vực trƣớc đây để phân loại, xác định các kiểu môi trƣờng đồng thời luận giải về nguồn gốc và quan hệ của chúng với các thành tạo vây quanh 26 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Đặc điểm địa hóa nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửapluton Mesozoi muộn rìa lục địa tích cực Đà Lạt Theo các tài liệu nghiên cứu trƣớc đây, trong giai đoạn Mesozoi muộn, các hoạt động magma... cấu tạo địa chất vùng rìa lục địa tích cực Mesozoi muộn Đà Lạt chủ yếu gồm các đá trầm tích, phun trào, trầm tích- phun trào và xâm nhập thuộc các tổ hợp thạch kiến tạo chính với các đặc điểm nhƣ sau: a Căng giãn tạo rift và rìa lục địa thụ động Jura sớm-giữa: Gồm các tổ hợp đá thuộc loạt Bản Đôn: trầm tích lục nguyên- cacbonat (hệ tầng Draylinh), lục nguyên (hệ tầng La Ngà) và trầm tích lục địa màu... này thể hiện rất rõ đối với các nguyên tố đất hiếm trong các đá magma Khi nghiên cứu sự phân bố các nguyên tố đất hiếm, việc loại bỏ các đƣờng nét gấp khúc từ đồ thị phổ biến trên số thứ tự nguyên tử là rất thuận tiện Việc này đƣợc thực hiện bằng cách thiết lập tỷ số chuẩn hóa chondrit trong đó hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm trong mẫu đƣợc chia cho các trị số hàm lƣợng trong chondrit đƣợc chọn đại... nặng hay còn gọi là nhóm Xeri và nhóm Ytri Trong một số trƣờng hợp, đặc biệt trong kỹ thuật tách chiết, các nguyên tố đất hiếm đƣợc chia thành 3 nhóm; nhóm nhẹ, nhóm trung gian và nhóm nặng bảng 2 Bảng 1: Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính cơ bản TT S Ký hiệu Nguyên tố hóa học Thứ tự Hóa Nguyên tử nguyên tử trị lƣợng Hàm lƣợng trung bình trong vỏ Trái đất Các oxit 1 Lantan La 57 3 138,92 29,00 La2O3... 3.1.1 Nghiên cứu địa hóa nguyên tố đất hiếm Các nguyên tố đất hiếm đã đƣợc sử dụng một cách rộng rãi để nghiên cứu cả quá trình thành tạo magma bằng con đƣờng nóng chảy các đá rắn và những đặc trƣng của quá trình kết tinh các loại magma này (Hanson, 1989) Các nhà khoa học đã chứng minh đƣợc rằng các nguyên tố có số thứ tự chẵn thƣờng bền vững hơn và do đó chúng phổ biến hơn các nguyên tố có số thứ tự... nhau về mặt hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn từ Latan (số thứ tự 57) đến Lutexi (số thứ tự 71) Thông thƣờng 5 Ytri (số thứ tự 39), Scandi (số thứ tự 21) đƣợc xếp vào nhóm đất hiếm vì trong tự nhiên nó luôn đi cùng các nguyên tố này Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính của chúng đƣợc thống kê ở bảng 1 Các nguyên tố đất hiếm đƣợc phân chia thành hai nhóm: nhóm đất hiếm nhẹ và nhóm đất hiếm nặng hay . 4.1. Đặc điểm địa hóa nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa- pluton Mesozoi muộn rìa lục địa tích cực Đà Lạt 27 4.2. Đặc điểm phân dị địa hóa nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa- pluton. trong các tổ hợp núi lửa- pluton Mesozoi muộn rìa lúc địa tích cực Đà Lạt. Đánh giá quá trình tiến hóa magma Mesozoi muộn ở Đà Lạt trên cơ sở đặc điểm địa hóa các nguyên tố đất hiếm. Nhiệm vụ. nghiên cứu - Nhóm nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa- pluton Mesozoi muộn rìa lúc địa tích cực Đà Lạt - Phạm vi nghiên cứu: rìa lục địa tích cực Đà Lạt thuộc đới Đà Lạt. 3 CHƢƠNG