ĐẶC ĐIỂM THẠCH ĐỊA HOÁ CÁC ĐÁ FELSIC VÙNG TRŨNG TÚ LỆ VÀ KHOÁNG SẢN LIÊN QUAN

Việc nghiên cứu mối liên quan về nguồn gốc giữa magma felsic và khoáng sản nội sinh ở đây đa phần vẫn dựa vào quan hệ không gian giữa các thành tạo magma với quặng hóa và một số tiêu chí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

NGUYỄN VĂN NIỆM

ĐẶC ĐIỂM THẠCH ĐỊA HOÁ CÁC ĐÁ FELSIC VÙNG TRŨNG TÚ LỆ VÀ KHOÁNG SẢN LIÊN QUAN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

NGUYỄN VĂN NIỆM

ĐẶC ĐIỂM THẠCH ĐỊA HOÁ CÁC ĐÁ FELSIC VÙNG TRŨNG TÚ LỆ VÀ KHOÁNG SẢN LIÊN QUAN

CHUYÊN NGÀNH: THẠCH HỌC

MÃ SỐ: 62 44 57 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS MAI TRỌNG TÚ

2 TS NGUYỄN ĐẮC ĐỒNG

HÀ NỘI, 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các số liệu

là hoàn toàn trung thực Ngoài những thành tựu khoa học và kết quả nghiên cứu được kế thừa có trích dẫn tài liệu trong ngoặc vuông [ ], các kết quả nêu trong Luận án chưa từng được ai công bố ở bất kỳ công trình nào khác

Người cam đoan

Nguyễn Văn Niệm

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài luận án 1

II Phạm vi nghiên cứu 1

III Đối tượng nghiên cứu 1

IV Mục tiêu 2

V Nhiệm vụ nghiên cứu 2

VI Cơ sở tài liệu xây dựng luận án 3

VII Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn 4

VIII Những điểm mới chủ yếu của luận án (luận điểm bảo vệ) 4

IX Bố cục của luận án 5

X Lời cám ơn 5

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MAGMA VÀ KHOÁNG SẢN VÙNG NGHIÊN CỨU 6

1 1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN 6

1 1 1 Giai đoạn trước 1954 6

1 1 2 Giai đoạn sau năm 1954 7

1 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MAGMA VÀ KHOÁNG SẢN 9

1 2 1 Phân vị địa chất 10

1 2 1 1 Hệ tầng Trạm Tấu (P3 tt) 10

1 2 1 2 Hệ tầng Suối Bé (J - K sb) 10

1 2 1 3 Phức hệ Nậm Chiến (GbJ - K nc) 11

1 2 1 4 Phức hệ Tú Lệ - Ngòi Thia (tR-R/K tn) 11

1 2 1 5 Phức hệ Phu Sa Phìn (sG/K1 pp) 13

1 2 2 Vị trí kiến tạo vùng trũng Tú Lệ 14

1 2 3 Khoáng sản 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 19

2 1 1 Khái niệm và phân loại đá felsic 19

2 1 1 1 Các đá xâm nhập felsic 19

2 1 1 2 Các đá núi lửa felsic 22

2 1 2 Các khoáng vật đặc trưng cho các thành tạo magma felsic 25

2 1 2 1 Nhóm felspat 25

2 1 2 2 Nhóm felspathoid 25

2 1 2 3 Nhóm mica 25

2 1 2 4 Một số khoáng vật màu khác 26

2 1 2 5 Các khoáng vật phụ 26

2 1 3 Các quá trình địa chất kiểm soát thành phần hóa học đá magma 28

2 1 3 1 Quá trình kết tinh phân đoạn (Fractional Crystallization - FC) 28

2 1 3 2 Quá trình nóng chảy từng phần (Partial Melting - PM) 28

2 1 3 3 Quá trình hỗn nhiễm magma (AFC) 29

2 1 3 4 Quá trình trộn lẫn magma (magma mixing) 29

2 1 4 Mối liên quan giữa hoạt động magma với các quá trình kiến tạo 29

2 1 5 Tính chuyên hóa địa hóa 30

2 1 6 Quá trình tạo khoáng 32

2 2 HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2 2 1 Cách tiếp cận 34

2 2 2 Phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất 34

2 2 3 Phương pháp nghiên cứu quan hệ không gian, thời gian 35

2 2 4 Xử lý số liệu, luận giải kết quả 35

CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM THẠCH ĐỊA HÓA CÁC ĐÁ FELSIC VÙNG TRŨNG TÚ LỆ 37

3 1 ĐẶC ĐIỂM THẠCH HỌC - KHOÁNG VẬT 37

3 1 1 Thành tạo núi lửa felsic Tú Lệ - Ngòi Thia 37

3 1 2 Thành tạo xâm nhập felsic phức hệ Phu Sa Phìn 44

3 1 3 Các dạng đá kiềm vùng trũng Tú Lệ 53

3 1 4 Các quá trình biến đổi của magma felsic trũng Tú Lệ 55

3 2 ĐẶC ĐIỂM THẠCH ĐỊA HÓA 57

3 2 1 Nhóm nguyên tố chính 57

3 2 2 Nhóm nguyên tố vết 69

3 2 3 Đặc điểm thành phần đồng vị 79

3 3 NGUỒN GỐC VÀ MÔI TRƯỜNG ĐỊA ĐỘNG LỰC 79

3 3 1 Phân chia các kiểu nguồn gốc granit (M, I, S, A) 79

3 3 2 Phân chia các kiểu địa hóa đá granit (ilmenit-serie granit, magnetit- serie granit) 83

3 3 3 Phân chia các kiểu kiến tạo granit (ORG, VAG, COLG, WPG) 84

3 3 4 Nguồn gốc và điều kiện thành tạo các đá felsic vùng trũng Tú Lệ 86

3 3 5 Tuổi thành tạo (kết tinh) các đá magma felsic 93

3 4 NHỮNG KHÁC BIỆT GIỮA MAGMA FELSIC TRŨNG TÚ LỆ VÀ CẤU

TRÚC SÔNG ĐÀ 93

CHƯƠNG 4: KHOÁNG SẢN NỘI SINH LIÊN QUAN VỚI CÁC ĐÁ FELSIC VÙNG TRŨNG TÚ LỆ 97

4 1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG KHOÁNG SẢN VÀNG, MOLIPDEN, ĐỒNG 97

4 2 KHOÁNG SẢN CHÌ - KẼM 100

4 2 1 Đặc điểm các dị thường địa hóa Pb-Zn 101

4 2 2 Đặc điểm quặng hóa chì kẽm 101

4 2 3 Quan hệ giữa quặng hóa chì kẽm và các thành tạo núi lửa - xâm nhập felsic vùng trũng Tú Lệ 114

4 3 KHOÁNG SẢN URANI 129

4 3 1 Đặc điểm địa chất - cấu trúc 129

4 3 2 Đặc điểm thành phần vật chất 132

4 3 3 Các quá trình biến đổi đá vây quanh liên quan với quặng hóa urani 134 4 3 4 Nguồn gốc phát sinh urani 134

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139

CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài luận án

Vùng trũng Tú Lệ lộ ra khá phong phú các đá magma felsic gồm đá núi lửa phức hệ Tú Lệ và Ngòi Thia, các đá xâm nhập phức hệ Phu Sa Phìn và 1 phần phức

hệ Yê Yên Sun Quặng hoá liên quan với các thành tạo magma felsic này chủ yếu là chì-kẽm và một số khoáng sản nội sinh khác Các đá magma và quặng hoá trong vùng đã được nhiều nhà địa chất tiến hành nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ

20 (A.E Dovjicov, 1965; Losert, 1960; Nguyễn Xuân Tùng và Trần Văn Trị, 1992;

Lê Như Lai, Lê Thanh Mẽ, Dương Đức Kiêm, 2002; Bùi Minh Tâm, 1995; Trần Trọng Hòa; Nguyễn Thứ Giáo, 1994, 1995; Nguyễn Xuân Mùi, Nguyễn Trung Chí, 1995; Mai Trọng Tú, 2007 v v) Tuy nhiên, vẫn tồn tại nhiều ý kiến khác nhau về nguồn gốc, tuổi thành tạo của chúng, đặc điểm thạch địa hóa các đá felsic Tú Lệ ở các giai đoạn khác nhau (J-K, P-T) Chính vì magma felsic vùng trũng Tú Lệ cũng

có tuổi P-T và một số đặc điểm thạch địa hóa tương tự với magma felsic cấu trúc Sông Đà, nên một số nhà địa chất đồng nhất hai cấu trúc này hoặc cho rằng magma felsic tuổi Permi là móng của cấu trúc Tú Lệ và thuộc cấu trúc Sông Đà Việc nghiên cứu mối liên quan về nguồn gốc giữa magma felsic và khoáng sản nội sinh ở đây đa phần vẫn dựa vào quan hệ không gian giữa các thành tạo magma với quặng hóa và một số tiêu chí riêng biệt, mà chưa nghiên cứu tổng thể quan hệ không gian - thành phần vật chất - thời gian thành tạo, do đó chưa xác định rõ “tiềm năng sinh khoáng” của từng thành tạo magma felsic cụ thể

Bởi vậy, đề tài: “Đặc điểm thạch địa hoá các đá felsic vùng trũng Tú Lệ và khoáng sản liên quan” đặt ra nhằm góp phần giải quyết các tồn tại nêu trên là rất cần thiết Về mặt khoa học, luận án góp phần vào việc nghiên cứu và luận giải nguồn gốc, bối cảnh sinh thành các đá magma felsic và mối liên quan của chúng với quặng hóa chì-kẽm trong vùng Về thực tiễn, luận án định hướng cho công tác tìm kiếm thăm dò khoáng sản có hiệu quả hơn

II Phạm vi nghiên cứu

Vùng trũng Tú Lệ (sử dụng theo cách phân chia và tên gọi của Gatinxki và nnk, 1970) có dạng hình elip kéo dài từ Bình Lư qua Than Uyên đến Nghĩa Lộ - Phù Yên, rộng 40 - 60 km, có diện tích hơn 5.000 km2 thuộc các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Sơn La và một phần nhỏ thuộc tỉnh Lai Châu (Hình 1 1)

III Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là thành tạo magma felsic gồm các

đá núi lửa Tú Lệ - Ngòi Thia, đá xâm nhập granitoid Phu Sa Phìn và khoáng sản liên quan với chúng chủ yếu là chì - kẽm Ngoài ra, khoáng sản urani cũng được quan tâm

IV Mục tiêu

- Làm sáng tỏ đặc điểm thạch địa hóa các thành tạo magma felsic vùng trũng

Tú Lệ, trên cơ sở đó luận giải về nguồn gốc, bối cảnh kiến tạo, tuổi và các điều kiện (môi trường) thành tạo của chúng

- Xác định mối liên quan giữa các thành tạo magma felsic với các khoáng sản nội sinh (chủ yếu là Pb-Zn)

Hình 1 1: Sơ đồ vị trí cấu trúc khu vực nghiên cứu

V Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu thành phần vật chất (thạch học - khoáng vật, địa hóa) và tính đồng magma giữa các thành tạo magma felsic cũng như điều kiện thành tạo của chúng, góp phần làm sáng tỏ quá trình tiến hóa magma felsic nói riêng và lịch sử phát triển địa chất vùng trũng Tú Lệ nói chung

- Xác lập tổ hợp cộng sinh nguyên tố và tính chuyên hoá địa hoá của thành tạo magma felsic, đồng thời làm sáng tỏ quy luật phân bố nguyên tố trong các đá magma felsic

- Xác lập mối liên quan về nguồn gốc của các thành tạo felsic với khoáng sản đặc thù (Pb - Zn), ngoài ra còn đánh giá khoáng sản urani

VI Cơ sở tài liệu xây dựng luận án

Tài liệu được sử dụng để viết luận án chủ yếu do NCS thu thập từ năm 1994 đến năm 2011 trong các đề tài và các công trình nghiên cứu như: “Xác lập tiền đề địa chất, địa hóa và khoáng sản của các thành tạo magma đới Tú Lệ” (Nguyễn Thứ Giáo

và nnk, 1994), “Báo cáo địa chất nhóm tờ Bắc Tú Lệ - Văn Bàn tỷ lệ 1:50.000” (Nguyễn Đình Hợp và nnk, 1994), “Kết quả tìm kiếm chì - kẽm và các khoáng sản khác vùng Tú Lệ - Yên Bái” (Nguyễn Xuân Mùi và nnk, 1994), Luận án tiến sĩ Địa Chất "Thạch luận các đá granitoid kiềm vùng Tây Bắc Việt Nam" (Nguyễn Trung Chí, 1999), “Đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản nhóm tờ Trạm Tấu” (Nguyễn Đắc Đồng và nnk, 2000), “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng urani ở khối nhô Kon Tum và Tú Lệ” (Nguyễn Văn Hoai và nnk, 2002), “Đặc điểm địa hóa - khoáng vật quặng chì - kẽm vùng mỏ Tú Lệ” (Nguyễn Văn Nhân, 2002), “Nghiên cứu tính chuyên hoá địa hoá và tiềm năng khoáng sản liên quan với các thành tạo núi lửa và xâm nhập vùng trũng Tú Lệ” (Mai Trọng Tú và nnk, 2007) “Hoạt động magma Việt Nam” (Bùi Minh Tâm, 2010), “Hoạt động magma và sinh khoáng nội mảng miền Bắc Việt Nam” (Trần Trọng Hòa, 2011)

Ngoài ra, các tài liệu về địa chất, địa hóa khác cũng được tổng hợp, nghiên cứu sử dụng xây dựng luận án như: "Sơ đồ địa hoá Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000" (Nguyễn Văn Khương và nnk, 1986), “Bản đồ địa chất miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1:500.000” (A.E Dovjikov và nnk, 1965), “Loạt bản đồ địa chất tỷ lệ 1: 200.000 hiệu đính”, “Kiến tạo và sinh khoáng Tây Bắc Việt Nam theo các học thuyết mới” (Báo cáo tổng kết đề tài KT.01.03, Lê Như Lai và nnk, 1995), “Bản đồ sinh khoáng Việt Nam, tỷ lệ 1: 1.000.000” (Nguyễn Nghiêm Minh, 1991) v v

NCS sử dụng trực tiếp nguồn dữ liệu từ đề tài “Nghiên cứu tính chuyên hoá địa hoá và tiềm năng khoáng sản liên quan với các thành tạo núi lửa và xâm nhập vùng trũng Tú Lệ” (Mai Trọng Tú và nnk, 2007), phân chia ra từng tập mẫu (Tú Lệ, Ngòi Thia, Phu Sa Phìn) và xử lý số liệu thạch học (179 mẫu), địa hóa nguyên tố chính (74 mẫu), nguyên tố vết (47 mẫu) Trên cơ sở nguồn dữ liệu này NCS đã xây dựng các biểu đồ tương ứng để phân loại - gọi tên các đá felsic, phân định các trường sinh khoáng, luận giải về nguồn gốc, quá trình tiến hóa magma, các modul thạch hóa liên quan đến tiềm năng sinh khoáng Các mẫu địa hóa (1200 mẫu) được xử lý tính toán hàm lượng nền địa phương và xác định tính chuyên hóa của Pb, Zn trong từng loại đá felsic Mặt khác, nguồn dữ liệu của Nguyễn Đắc Đồng (2000) trong đề tài “Đo

vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản nhóm tờ Trạm Tấu” chủ yếu bổ sung các số liệu các thành phần thạch học - khoáng vật cho từng tổ hợp đá felsic cụ thể để luận giải điều kiện nhiệt độ, áp xuất thành tạo trong mối liên quan với qui luật phát triển chung của magma felsic; còn các số liệu về nhóm nguyên tố đất hiếm và U-Th được tách theo các loạt đá (á kiềm, kiềm) góp phần chứng minh các quá trình biến đổi magma cùng với tiềm năng sinh khoáng U Các đồng vị Sr, Nd được NCS thu thập của Trần Trọng Hòa, Trần Tuấn Anh (9 mẫu) để luận giải nguồn gốc magma felsic

cũng như đối sánh với magma rift nội Sông Đà Các số liệu về nhóm nguyên tố vết của Phạm Đức Lương (2010), Nguyễn Hoàng (2004) và Trần Trọng Hòa (2011) được

sử dụng để chỉ ra sự tồn tại độc lập của cấu trúc Tú Lệ so với cấu trúc Sông Đà

NCS đã tiến hánh khảo sát thực địa, lấy mẫu phân tích bổ sung một số mẫu thạch học (16 mẫu), dạng tồn tại của Pb - Zn trong đá núi lửa felsic và xâm nhập Phu Sa Phìn (4 mẫu), xác định thành phần hóa của pyrit trong đá vây quanh quặng tại Viện Khoa học địa chất và Khoáng sản; đồng vị bền (3 mẫu đồng vị O và 5 mẫu đồng vị S) của quặng chì kẽm tại Trung Quốc; phân tích thành phần khoáng vật quặng tại đới trên thân quặng chính và đới dập vỡ cắt ngang thân quặng chính (6 mẫu); 8 mẫu bao thể xác định nhiệt độ thành tạo quặng chì kẽm tại Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản; phân tích thành phần một số nguyên tố Ag, As, Ba, Cu, Cd trong quặng chì kẽm và đá vây quanh thân quặng tại Trung Tâm phân tích thí nghiệm Địa chất (7 mẫu) Những kết quả này dựa vào đề tài KHCN cấp Bộ “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học xây dưng mô hình thành tạo quặng chì kẽm miền Bắc Việt Nam” mà NCS thực hiện (2010) Cũng qua đề tài này, NCS đã khảo sát nghiên cứu một số tuyến địa chất - cấu trúc: Ngã Ba Kim - Gia Hội, Tú Lệ - Tu San Mèo Lam, Tú Lệ - Co Gi San, Huổi Pao v v xác định quan hệ không gian giữa các đối tượng địa chất Nhóm nguyên tố đất hiếm trong quặng chì - kẽm được NCS phân tích để nghiên cứu quan hệ nguồn gốc với đá felsic Các đơn khoáng pyrit trong đá núi lửa felsic được phân tích (4 đơn khoáng - phương pháp microzond) góp phần làm rõ tác động của hoạt động kiến tạo và các dung dịch magma liên quan Còn một

số mẫu phân tích dạng tồn tại của Pb, Zn trong các tổ hợp đá khác nhau làm cơ sở đánh giá hành vi của chúng đối với các quá trình địa hóa liên quan v v

VII Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn

1 Làm sáng tỏ đặc điểm thạch địa hoá của các đá magma felsic vùng trũng

Tú Lệ cũng như môi trường địa động lực của chúng

2 Xác định mối liên quan nguồn gốc của khoáng sản nội sinh với các đá magma felsic trên diện tích nghiên cứu

3 Góp phần cho công tác định hướng tìm kiếm, thăm dò và khai thác các loại khoáng sản liên quan trong thời gian tới

VIII Những điểm mới chủ yếu của luận án (luận điểm bảo vệ)

1 Trên cơ sở nghiên cứu chi tiết về đặc điểm địa chất - cấu trúc, thành phần vật chất các thành tạo magma felsic vùng trũng Tú Lệ cho thấy các dạng đá kiềm (comendit, pantelerit, syenit kiềm, granit kiềm) ở vùng nghiên cứu không phải sản phẩm của quá trình kết tinh phân dị hoặc nóng chảy từng phần mà là hệ quả của quá trình biến đổi magma muộn (bao gồm cả quá trình tự biến)

2 Các thành tạo felsic vùng trũng Tú Lệ có tiềm năng sinh khoáng urani và chì - kẽm Quặng hoá urani có liên quan với quá trình biến đổi magma muộn (late-magmatic alteration); còn quặng hoá chì - kẽm là sản phẩm của quá trình sau

magma (post-magmatic)

3 Những đặc trưng thạch địa hoá và quặng hoá liên quan thể hiện sự khác biệt giữa các thành tạo magma felsic vùng trũng Tú Lệ với magma felsic rift nội lục Sông Đà

IX Bố cục của luận án

Bố cục của luận án gồm 4 chương không kể phần mở đầu và kết luận

Chương 1: Khái quát đặc điểm địa chất magma và khoáng sản vùng nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Đặc điểm thạch địa hóa các đá felsic vùng trũng Tú Lệ

Chương 4: Khoáng sản nội sinh liên quan với các đá felsic vùng trũng Tú Lệ

Đỗ Quốc Bình

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cám ơn Ban giám đốc, Ban đào tạo sau Đại học Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản đã tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập - nghiên cứu Ngoài ra, phòng Phân tích khoáng thạch học, phòng Địa chất đồng vị đã giúp đỡ nghiên cứu sinh bổ sung những kết quả phân tích rất có ý nghĩa khoa học về thạch học, thành phần đơn khoáng v v

Nghiên cứu sinh cũng xin cảm ơn Phòng Khoa học - Kế hoạch và Hợp tác Quốc tế, phòng Địa hóa và Môi trường và các đồng nghiệp, những người bạn thân luôn giúp đỡ, khích lệ để luận án hoàn chỉnh

Cuối cùng, nghiên cứu sinh muốn bày tỏ lòng biết ơn và kính trọng đến những người thân trong gia đình: bố mẹ, vợ và các anh chị em đã động viên, chia

sẻ, giúp đỡ cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình nghiên cứu

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MAGMA VÀ KHOÁNG SẢN

VÙNG NGHIÊN CỨU

1 1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

Địa chất Tây Bắc nói chung và vùng trũng Tú Lệ nói riêng từ lâu đã được

nhiều nhà địa chất trong nước, ngoài nước quan tâm nghiên cứu và đến nay vẫn còn

nhiều vấn đề cần phải tiếp tục làm sáng tỏ Trên cơ sở thu thập và tổng hợp tài liệu

có trước, có thể chia lịch sử nghiên cứu địa chất khu vực theo hai giai đoạn

1 1 1 Giai đoạn trước 1954

Đây là giai đoạn nghiên cứu địa chất Việt Nam nói riêng và Đông Dương nói

chung của các nhà địa chất Pháp như Fluohs E.; Lantenois H.; Bouret R.; Deprat J.;

Dussautl L.; Fromaget J

Năm 1910, Lantenois H và Zeil G lập bản đồ Tây Bắc Bắc Bộ tỷ lệ 1:1.000.000 Đây là công trình nghiên cứu ở mức sơ lược mang tính chất phân chia

thạch học là chính

Dussautl L., Jacob Ch., (1921) tiến hành khảo sát địa chất khu vực Nhưng

khu vực Tây Bắc, công trình mà các ông để lại thực chất chỉ là một sơ đồ địa chất

theo hành trình và kết quả được ghi lại trong quyển “Nghiên cứu địa chất vùng Tây

Bắc Bộ”, “Nghiên cứu địa chất Thượng Lào”

Nửa đầu thế kỷ XX, vào những năm sau 1920, đây là thời kỳ các nhà địa chất

Pháp đẩy mạnh các công tác nghiên cứu với các công trình chuyên sâu và tổng hợp

lớn Qua bản đồ địa chất “Tây Bắc Bộ và Thượng Lào” tỷ lệ 1:500.000 (1937) và

công trình “Xứ Đông Pháp, cấu tạo địa chất, đá, các mỏ và mối liên quan có thể của

chúng với kiến tạo” (1941) của Fromaget J đã phác họa những nét cơ bản cấu trúc

địa chất Bắc Bộ, trong đó Tây Bắc Bộ được thể hiện dưới cấu trúc dạng tuyến Bình

đồ này sau đó được khẳng định lại đậm nét hơn trên bản đồ địa chất Đông Dương,

tỷ lệ 1:2.000.000 (Fromaget J., 1952) Trong công trình này Fromaget J đã trình

bày những quan điểm của mình về kiến tạo và lịch sử địa chất khu vực, vận dụng

thuyết “địa di” để giải quyết các vấn đề về kiến tạo, quan hệ địa tầng Những nét

chính về địa tầng, các cấu trúc địa phương như “Cánh cung Sông Mã”, “Nếp lõm

Sầm Nưa”… đến nay vẫn phù hợp và có giá trị tham khảo Đặc biệt, ông đã có

những nhận xét về hoạt động đa pha mang tính kế thừa trong lịch sử phát triển cấu

trúc Đông Dương Trên bản đồ này phần lớn khối lượng phun trào axit được xếp

vào Trias, trong đó có khối lượng magma ở vùng trũng Tú Lệ

Nhìn chung, trong giai đoạn này các công trình nghiên cứu địa chất lãnh thổ

Đông Dương được tiến hành bởi các nhà địa chất Pháp theo xu hướng kiến tạo - địa

tầng Do đó, những vấn đề phân chia các kiểu thạch luận cũng như nguồn gốc của

các đá felsic và khoáng sản liên quan với các thành tạo magma hầu như chưa được

chú ý

1 1 2 Giai đoạn sau năm 1954

Để phục vụ kịp thời cho nhu cầu xây dựng và phát triển đất nước, Sở Địa chất (1955) sau đó là Tổng cục Địa chất (1960) đã tiến hành đánh giá lại những khoáng sản đã được phát hiện ở vùng Tây Bắc Việt Nam như: apatit, thiếc, chì, kẽm…

Song song với công tác trên, việc nghiên cứu magma được các nhà địa chất

Xô Viết và Việt Nam tiến hành gắn liền với nhiệm vụ đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản ở tỷ lệ trung bình Công trình “Bản đồ địa chất miền Bắc Việt Nam”

tỷ lệ 1:500.000 của tập thể các tác giả Việt Nam và Liên Xô cũ do A.E Dovjikov chủ biên (1965) là công trình lớn đầu tiên Trong công trình này các cấu tạo địa chất

cơ bản ở Miền Bắc Việt Nam và nhiều phân vị địa tầng đã được xác lập có cơ sở tin cậy, có ý nghĩa sử dụng Vùng trũng Tú Lệ thời đó có tên gọi là “đới Tú lệ” Song những nghiên cứu về thạch học, khoáng vật, quặng hoá và đặc biệt là đặc điểm địa hóa liên quan với các thành tạo trầm tích nguồn núi lửa, các đá núi lửa - xâm nhập trong võng chồng này vẫn còn ở mức khái quát sơ lược

Công trình nghiên cứu chuyên đề mang tính tổng hợp và đáng lưu ý nhất là

"Phân vùng địa hoá Miền Bắc Việt Nam" và "Sơ đồ địa hoá Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000" của Nguyễn Văn Khương, Nguyễn Tiến Dũng, Phạm Văn Thanh và nnk (1986, 1998) đã phân chia đới địa hoá Tú Lệ đặc trưng bởi nhóm nguyên tố chancofil mà điển hình là Pb, Zn, Sn, Ag, TR Đặc biệt, đã xác định hàm lượng trung bình các nguyên tố hoá học trong granit của phức hệ Yê Yên Sun, phức hệ Phu Sa Phìn, "phun trào Tú Lệ", trong đó các đá granitoid của phức hệ Phu Sa Phìn được đặc trưng bởi các nguyên tố Pb(4,5 Clark), Zn(2 Clark), Nb(4,5 Clark), La(2,5 Clark) Y(1,5 Clark), Yb(1,2 Clark), các đá núi lửa Tú Lệ đặc trưng bởi TR(3 Clark), Zn(4 Clark), Pb(2 Clark), Sn(2 Clark), Mo(4 Clark), Ti(3 Clark), Ni(2 Clark), Ga(2 Clark) Ngoài ra, tập thể tác giả của công trình này còn đề xuất nghiên cứu kỹ đặc điểm địa hoá và tiềm năng chứa quặng kim loại hiếm (Sn, Mo, W,…) của các thành tạo magma Mesosoi - Kainozoi ở Việt Nam Tuy nhiên, với mức độ nghiên cứu khái quát nên công trình này cũng chỉ xác định được các dị thường địa hóa mang tính định hướng, còn ý nghĩa luận giải sâu về hành vi địa hóa của từng nguyên tố (nhóm nguyên tố) trong từng thành tạo hay từng pha cụ thể chưa thể thực hiện được Nhưng đây là công trình nghiên cứu mang tính hệ thống, mặc dù phương pháp phân tích là bán định lượng, số liệu ít mà kết quả khá phù hợp với những nghiên cứu mới

Năm 2002, trong loạt Bản đồ địa chất Tây Bắc tỷ lệ 1:200.000 hiệu đính, các tác giả đã sắp xếp và phân chia các thành tạo địa chất ở trũng Tú Lệ có hệ thống hơn Các thành tạo núi lửa, trầm tích núi lửa nhìn chung đều được xếp tuổi Jura- Creta và các thành tạo magma xâm nhập được xếp tuổi Creta và Paleogen Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây cho thấy các đá núi lửa - xâm nhập felsic của vùng trũng Tú Lệ có tuổi Permi - Trias

Từ năm 1990 đến 2000, công tác đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 đã được tiến hành Liên quan đến cấu trúc trũng núi lửa Tú Lệ đã được đo vẽ và điều tra khoáng sản ở tỷ lệ 1:50.000 gồm: nhóm tờ Thuận Châu (Nguyễn Đình Hợp và nnk, 1990), Bắc Tú Lệ - Văn Bàn (Nguyễn Đình Hợp và nnk, 1994), nhóm tờ Vạn Yên (Nguyễn Công Lượng và nnk, 1994), Trạm Tấu (Nguyễn Đắc Đồng và nnk, 2000) Các tờ bản đồ 1:50.000 bằng những nghiên cứu định lượng đã phân chia cụ thể hơn các phân vị địa tầng và các tập đá núi lửa Hàng loạt điểm quặng, điểm khoáng hoá Pb-Zn, Au, Ag, W, Mo, Cu, U v.v đã được phát hiện và được điều tra ở các mức độ khác nhau Mặc dù vậy, việc đối sánh liên hệ giữa các thành tạo địa chất trên phạm vi trũng Tú Lệ là việc làm hết sức khó khăn, bởi sự phức tạp về thành phần vật chất, đặc biệt là đặc điểm chuyên hoá địa hóa Đặc điểm thạch hóa giữa các thành tạo đã phân định rõ hơn về tướng núi lửa và á xâm nhập hay giữa các pha nhưng ranh giới của các tập đá núi lửa (Ngòi Thia, Tú Lệ) chưa rõ ràng, vấn đề về nguồn gốc, điều kiện thành tạo của magma luận giải còn ít Tính chuyên hóa địa hóa đã bổ sung một khối lượng mẫu khá lớn, với độ tin cậy cao nhưng ý nghĩa luận giải về quan hệ nguồn gốc giữa dị thường địa hóa với các thành tạo magma còn hạn chế, các dị thường địa hóa chủ yếu mang ý nghĩa dấu hiệu tìm kiếm

Về địa hóa, các công trình đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 đã bước đầu

có những nghiên cứu sâu về tính chuyên hoá địa hoá của các thành tạo trầm tích - núi lửa, ví dụ báo cáo "Đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản nhóm tờ Trạm Tấu tỷ lệ 1:50.000” của Nguyễn Đắc Đồng và nnk (2000) đã xác định: các đá của hệ tầng Trạm Tấu (J3-K1tt) có hệ số Clark tập trung cao của Be(7,04), Pb(1,97),

Zn(1,06), Y(1,02), Ag có tần số xuất hiện thấp nhưng có Clark tập trung cao: (31,11); Các đá của hệ tầng Suối Bé có các nguyên tố có tần suất xuất hiện thấp nhưng có Clark tập trung cao gồm Nb(5,48), Mo(5,45), Sn(3,04); Phức hệ núi lửa

Tú Lệ: Mo(6,6), Nb(94,75), Sn(2,19), Zn(1,63), Ga(1,63), Be(1,67), Y(1,29), Pb(1,06), các nguyên tố có tần suất xuất hiện thấp nhưng có hệ số Clark tập trung cao là Ag(32,0), Cr(6,75), Co(1,83) Đáng lưu ý là trong đó đã liệt kê và phân loại các nguyên tố có tần suất xuất hiện cao, tần suất xuất hiện thấp, hệ số biến thiên đồng đều, không đồng đều hoặc rất không đồng đều Như vậy, việc đánh giá tính chuyên hoá địa hoá của các đá phần lớn chưa lưu ý đến cách phân chia tập mẫu, cách lựa chọn mẫu để đưa vào tính toán và cách tính hệ số Clark tập trung chưa lưu

ý đến mức độ phân bố của từng loại đá trong từng thành tạo địa chất được phân chia Tuy là công trình về địa hoá nhưng lượng mẫu về thạch học, thạch hoá khá phong phú và đã phân chia các kiểu - loạt magma nhưng việc luận giải tiềm năng sinh khoáng dựa vào các modul thạch hoá hầu như chưa được quan tâm

Công trình nghiên cứu "Xác lập các tiền đề địa chất, địa hoá và đặc điểm sinh khoáng các thành tạo phun trào và xâm nhập đới Tú Lệ" của Nguyễn Thứ Giáo

và Phạm Đức Lương (1994) đã phân chia 2 phụ đới sinh khoáng Đông Bắc Tú Lệ

và Tây Nam Tú Lệ với 4 vùng quặng Khau Co - Minh Lương (Au, Mo, pyrit đi kèm với Cu, W, Fe, Ag, nguyên tố hiếm, đá quý?), Tú Lệ - Văn Chấn (Pb-Zn, Ag, Au,

Hg, Fe, thạch anh tím và thạch anh tinh thể), Thanh Quý (Au, Mo, đất hiếm) và Phu

Sa Phìn -Trạm Tấu (Au, Mo, U, Ag, Fe, Pb-Zn, đất hiếm…) Tuy nhiên, các tiền đề

và dấu hiệu địa hoá trong công trình này chủ yếu là tổng hợp từ kết quả đo vẽ bản

đồ địa chất và tìm kiếm khoáng sản tỷ lệ 1:200.000, đồng thời bổ sung 300 mẫu địa hoá phân tích bằng phương pháp QPĐLGĐ cho 5 tập đá: trầm tích, các đá xâm nhập, các đá phun trào felsic, các đá bazơ và các đá mạch thạch anh Việc luận giải mối liên quan quan giữa các phụ đới sinh khoáng hay các vùng quặng với cấu trúc - kiến tạo và magma còn hạn chế

- Gần đây nhất là công trình nghiên cứu: “Nghiên cứu tính chuyên hóa địa hóa và tiềm năng khoáng sản liên quan với các thành tạo núi lửa và xâm nhập vùng trũng Tú Lệ” của Mai Trọng Tú năm 2007 đã xác định tính chuyên hóa của từng thành tạo magma; xác định được tiền đề, dấu hiệu và tiềm năng khoáng sản trong vùng; khoanh định các trường địa hóa và một số diện tích triển vọng về khoáng sản

Khi nghiên cứu thành phần vật chất các đá magma đới cấu trúc Tú Lệ, Nguyễn Trung Chí và nnk (1996, 1997); Nguyễn Đình Hợp và nnk (1997) xác định hoạt động magma chủ yếu xảy ra theo nhiều giai đoạn kế tiếp nhau, vừa thể hiện tính đồng magma giữa xâm nhập và phun trào vừa mang tính tương phản rõ nét bao gồm các thành tạo phun trào mafic-axit á kiềm phức hệ Văn Chấn (Phan Cự Tiến và nnk, 1977) đồng magma với xâm nhập mafic - axit á kiềm phức hệ Nậm Chiến và Phu Sa Phin tuổi Jura muộn - Kreta sớm; các thành tạo núi lửa felsic kiềm Ngòi Thia (Phan

Cự Tiến và nnk, 1997) đồng magma với các xâm nhập felsic kiềm phức hệ Dương Quì tuổi Kreta muộn - Paleogen (Nguyễn Trung Chí và nnk, 1996) Theo Nguyễn Xuân Tùng và Trần Văn Trị (1992) thì thành tạo granitoid á kiềm quá bão hòa nhôm, không có phun trào đi kèm, phức hệ Yê Yên Sun đã đánh dấu cho sự khép lại của Rift nội lục Tú Lệ vào đầu Paleogen” Theo các kết quả nghiên cứu mới của Mai Trọng

Tú (2007), Trần Văn Trị (2009), Phạm Trung Hiếu (2009), Nguyễn Thị Xuân (2009), Trần Trọng Hòa (2011) cho thấy đặc điểm thạch hóa (nguyên tố đất hiếm, nguyên tố vết, đồng vị ) của granitoid Yê Yên Sun khác hẳn với tổ hợp núi lửa Tú Lệ - Ngòi Thia và á núi lửa Phu Sa Phìn Phức hệ Yê Yên Sun có hai kiểu đá khác nhau: Yê Yên Sun 1 có tuổi khoảng 250 tr.n tương tự như magma felsic Tú Lệ về hành vi địa hóa các nguyên tố (cao Ta-Nb, tổng đất hiếm), Yê Yên Sun 2 được thành tạo vào Paleogen (35-30 tr.n) khác với tổ hợp đá felsic Tú Lệ bởi hàm lượng Ta-Nb và tổng đất hiếm thấp Sự phân bố nhóm nguyên tố vết của phức hệ Yê Yên Sun qua kết quả nghiên cứu của Mai Trọng Tú và nnk (2007) cũng khác biệt hẳn so với các thành tạo magma felsic khác trong vùng v v Vấn đề này cần nghiên cứu thêm trong giai đoạn tiếp theo nên trong luận án này NCS không đề cập tới granitoid Yê Yên Sun mà tập trung các thành tạo felsic khác chiếm khối lượng lớn trong diện tích nghiên cứu (Tú

Lệ - Ngòi Thia, Phu Sa Phìn) (Hình 1 2) v

N ậm há t

Nậm

N ậm o

N ậm o

N ậm

Muậm

10 00

20

12

160014

Khe Chang

Bản Lông

Nμ Chμm

Tμ S ì láng Pín P é

Tμ X ua Suối Chông Tang Ghênh Khẩ u Ly

Bản Piêng Pá H án

Lá H áng Hán g Tμy

 Huổ i San

Syenit granosyenit felspat kiềm

Ryolit, ryotrachyt, porphyr, trachytporphyr, aglomerat, tuf trachyt

Gabro, gabrodiaba

Bazan porphyr, bazan aphyr.

Cát bột kết tuf mμu tím gụ

Phiến sét, phiến sét than.

Cát bột kết tufogen

Đứt gãy chưa phân loại: a- Xác định;

b- Dự đoán; c- Bị phủ.

Ranh giới địa chất: a- Xác định, b- Dự đoán.

Đứt gãy chờm nghịch: a- Xác định; b- Dự đoán.

a- Thế nằm nghiêng vμ góc dốc; b- Thế nằm dốc đứng a- Thế nằm đảo ngược; b- Thế nằm của mặt phân phiến.

Đứt gãy khu vực: a- Xác định; b- Dự đoán; c- Bị phủ.

Đứt gãy thuận: a- Xác định; b- Dự đoán; c- Bị phủ.

II CáC YếU Tố CấU TRúC - KIếN TạO

Hệ tầng Mường Trai: đá vôi

Xâm nhập

á xâm nhập Phun trμo- phun nổ

Xâm nhập

Phun phun nổ Trầm tích - phun trμo

a a b

40

Thμnh phần đá

Ký hiệu vμ tuổi địa chất

a- Đới cμ nát ; b- Đới sừng hoá.

Tướng Phân v ị

104° 40'

40

104° 40' 22°

07'

21°

10'

4 40

23

23 50 70

23 90

24 10

T3&-*s b2 AQI 7$8

‘ ŸKp p

“ ŸP t t T1_2 n l

AMQII_III7 T2Lm t 2

‘ ŸKp p AMQII_III7

‘ ŸKp p

T2Lm t 2

T2Lm t 2 T2Lm t 2

T2Lm t 1

T2Lm t 1

T3&-*s b1 T2Lm t 1

T2Lm t 1 RŸKn t T3; n m

1 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MAGMA VÀ KHOÁNG SẢN

Vĩnh (1972) xác lập trong bản đồ địa chất tờ Yên Bái tỷ lệ 1: 200.000

Phần lớn đá của hệ tầng bị các đứt gãy cắt qua, phá hủy cà nát và bị nhiều thể

xâm nhập của phức hệ Nậm Chiến (Gb J-K nc) và Phu Sa Phìn (sG K pp), cũng như

các thể á núi lửa Ngòi Thia xuyên cắt

Trong diện tích nghiên cứu, hệ tầng phân bố chủ yếu ở các vùng Đông Bắc - Đông Nam huyện Trạm Tấu; Tây Nam Ba Khe, Tú Lệ, huyện Văn Chấn; Ngã Ba Kim, Mù Cang Chải Về tổng thể mặt cắt của hệ tầng từ dưới lên trên có thể chia ra

sở hệ tầng này bị phủ bởi các đá núi lửa Tú Lệ có tuổi tuyệt đối 128 triệu năm và bị ryolit Ngòi Thia tuổi Kreta muộn xuyên cắt Nguyễn Trường Giang và nnk (2003) xác định tuổi của hệ tầng là Permi, có thể là Permi muộn trên cơ sở các hoá thạch thực vật trong đá phiến sét đen ở mặt cắt theo đường ô tô Nghĩa Lộ - Trạm Tấu Cũng trong hệ tầng này ở khu vực Mù Cang Chải, Mai Trọng Tú và nnk (2007) đã phát hiện hóa thạch thực vật trong đá phiến đen, được các nhà cổ sinh của Viện Địa chất

và Cổ sinh Nam Kinh so sánh với địa tầng Permi muộn ở Vân Nam (2006) Như vậy, tuổi của hệ tầng Trạm Tấu với nhiều cơ sở mới xác định giai đoạn Permi

1 2 1 2 Hệ tầng Suối Bé (J - K sb)

Hệ tầng Suối Bé do Nguyễn Xuân Bao và nnk (1969) xác lập; Nguyễn Vĩnh

và nnk (1978) xem là phần trên của phức hệ Văn Chấn tuổi J - K giả định (J - K?

vc); Phan Cự Tiến và nnk (1977) xếp vào phần thấp của phức hệ Ngòi Thia tuổi

Kreta; Vũ Khúc, Bùi Phú Mỹ và nnk (1989) xếp vào phần cao của hệ tầng Văn Chấn tuổi Jura muộn - Kreta sớm (J3 - K1 vc)

Hệ tầng tạo thành một dải hẹp không liên tục từ rìa phía Đông Nam đến rìa phía Tây Bắc vùng trũng Tú Lệ

Thành phần thạch học, cấu trúc và khối lượng của hệ tầng ở các khu vực khác nhau không đồng nhất Điều này được thể hiện qua một số mặt cắt suối Ngang,

ở thượng nguồn các suối Nam Vân, suối Bé, suối Tấc, Bản Chắc, Chiềng Lao, lưu vực Nậm Mo và ở rìa phía nam của vùng nghiên cứu Mặt cắt gồm hai phần:

+ Phần dưới chủ yếu là basalt porphyrit, hyalobasalt xen ít thấu kính, lớp sạn kết tuf, bột kết tuf có hoá thạch thực vật

+ Phần trên chủ yếu cát kết tuf, sạn kết tuf, bột kết tufogen, đá vôi - sét, đá vôi dạng dăm xen ít thấu kính ryolit, basalt

Chiều dày của hệ tầng 280 - 1200 m

Tuổi của hệ tầng được xác định là Jura muộn - Kreta trên cơ sở về đặc điểm địa tầng, hóa thạch và đồng vị Hệ tầng này phủ không chỉnh hợp lên trên hệ tầng Mường Trai (T2 mt) và bị các thành tạo núi lửa phức hệ Ngòi Thia (RK nt) phủ

không chỉnh hợp lên trên (Nguyễn Đình Hợp và nnk, 1993; Nguyễn Công Lượng và nnk, 1995; Bùi Công Hóa và nnk, 2004) Trong các tập tufogen của hệ tầng phân bố

ở bản Lếch (phía Đông Bắc tờ Phiêng Cai), Nguyễn Văn Đễ, Trần Ngọc Thái (1990) đã phát hiện các hoá thạch thực vật định tuổi Jura muộn - Kreta sớm Tuổi đồng vị Ar-Ar của basalt là 176,30 ± 0,8, 164 ± 0,8 và 117,30 ± 0,6 (Trần Tuấn Anh

và nnk, 2004)

1 2 1 3 Phức hệ Nậm Chiến (GbJ - K nc)

Phức hệ bao gồm các thể xâm nhập nông và á núi lửa thành phần mafic và mafic á kiềm Chúng thường có dạng mạch, khối xâm nhập nhỏ có kích thước từ vài trăm mét vuông đến vài kilomet vuông Ở khu vực Tả Sí Láng, các đá của phức hệ được khoanh định thành ba khối nhỏ, diện tích mỗi khối khoảng 0,5 km2, kéo dài theo phương ĐB - TN

Trên cơ sở những tài liện hiện có, các thành tạo của phức hệ có thể được chia làm hai pha: Pha 1 gồm các đá xâm nhập gabro, gabro-diabas hạt nhỏ tướng ven rìa, gabro amphibol hạt vừa chuyển tiếp và gabro amphibol hạt thô dạng porphyr, đôi chỗ có cả gabro-diorit (?); Pha 2 (đá mạch): diabas, gabro-diabas

Các khoáng vật phụ và khoáng vật quặng tương đối phổ biến là pyrit, zircon, chalcopyrit, ít hơn có chalcocitl, ziatolit, apatit

1 2 1 4 Phức hệ Tú Lệ - Ngòi Thia (tR-R/K tn)

Các thành tạo núi lửa trong vùng trũng Tú Lệ đã được nhiều nhà địa chất trong và ngoài nước nghiên cứu J.Fromaget (1952) xếp chung các thành tạo núi lửa vào Trias; A.E Dovrikov và nnk (1965) chia các thành tạo trầm tích nguồn gốc núi lửa ở đây ra ba phần: các thành tạo trầm tích Jura hạ - Hệ tầng Hà Cối (J1hc); các

thành tạo trầm tích Jura gần như không xác định và các đá núi lửa Kreta thượng

Nguyễn Vĩnh và nnk (1972) đã xếp các thành tạo trầm tích nguồn núi lửa vào phức

hệ Văn Chấn gồm các hệ tầng: hệ tầng Nậm Qua (J-K? nq), hệ tầng Bản Hát (J-K?

bh) và hệ tầng Tú Lệ (J-K? tl) Trần Văn Trị và nnk (1977) xếp vào hệ tầng trầm

tích - nguồn núi lửa tuổi Jura không phân chia Trần Đức Lương, Nguyễn Xuân Bao

và nnk (1989) xếp vào hệ tầng Văn Chấn (J3-K1vc) Nguyễn Thứ Giáo và nnk

(1994) đã xác lập hai phức hệ: phức hệ Nậm Say (tR J3-K1ns) và phức hệ Nậm Kim

(tR K1nk) trên cơ sở tách các thành tạo núi lửa thuộc phụ hệ tầng trên của hệ tầng

Nậm Qua và phụ hệ tầng trên của hệ tầng Tú Lệ (Nguyễn Vĩnh và nnk, 1972)

Nguyễn Đắc Đồng và nnk (2000) đã phân chia các thành tạo này ra hai phức

hệ gồm phức hệ Tú Lệ (tR/K tl) và phức hệ Ngòi Thia (RK2 nt)

Trong các chuyên khảo mới được xuất bản gần đây (Địa tầng Việt Nam, Hoạt động magma và sinh khoáng nội mảng miền Bắc Việt Nam), các đá felsic là thành phần chủ yếu của hệ tầng Tú Lệ tuổi Jura - Creta và không được phân chia thành các tầng riêng biệt (Tống Duy Thanh, Vũ Khúc, 2005) hoặc gộp chung các đá núi lửa felsic vào cùng một hệ tầng nhưng chia ra các kiểu đá khác nhau: các đá núi lửa felsic “kiểu Tú Lệ” và các đá núi lửa felsic “kiểu Ngòi Thia” (Trần Trọng Hoà, 2011) v v

Với mức độ tài liệu nghiên cứu hiện có, NCS cũng theo quan điểm gộp chung các thành tạo felsic núi lửa vùng trũng Tú Lệ (phức hệ Tú Lệ, phức hệ Ngòi Thia) thành một phức hệ và đặt tên là phức hệ “Tú Lệ - Ngòi Thia” với hai tổ hợp đá: “kiểu Tú Lệ” và “kiểu Ngòi Thia”

1 Kiểu Tú Lệ: phần dưới gồm felsit trắng xám, trắng đục phân lớp mỏng xen

thấu kính ryolit porphyr (10m) xám trắng và thấu kính bột kết tuf (2m) xám nhạt; dày 120 - 150m Phần trên là các đá ryotrachyt porphyr, trachyryolit porphyr xen với ryolit porphyr

2 Kiểu Ngòi Thia: có thành phần thạch học khá đơn giản, gồm ryolit

porphyr, porphyr thạch anh, comendit và tuf của chúng, thuộc các tướng phun nổ, phun trào thực sự và á núi lửa Các thành tạo núi lửa thuộc kiểu này thường phân bố trên đỉnh các dãy núi cao trong vùng trũng Tú Lệ, chủ yếu ở các vùng bản Hát, bản Păng Dê, bản Kan Đông (phía đông Trạm Tấu), Làng Nhì, Tà Si Láng (phía Tây và Tây Nam Văn Chấn), Đá Đen (Đông Bắc Tú Lệ), đèo Kim Nọi, đèo Chế Tạo (Tây Nam Mù Cang Chải) và một số nơi khác Chúng tạo thành các tầng dày từ 200 - 500

m đến 1700 - 2000 m nằm không chỉnh hợp trên các thành tạo trầm tích nguồn núi lửa hệ tầng Trạm Tấu và kiểu Tú Lệ

Vị trí tuổi: theo Nguyễn Đắc Đồng và nnk (2000) tuổi đồng vị Rb-Sr của các

đá núi lửa Tú Lệ có giá trị là 183 ± 3 tr.n Các thể á núi lửa - phun nghẹn kiểu Ngòi

Thia xuyên cắt các đá phiến tufogen của hệ tầng Trạm Tấu (P3 tt), đồng thời chúng bị các đá xâm nhập granitoid phức hệ Phu Sa Phìn (sGK pp) xuyên cắt

Giá trị tuổi đồng vị bằng phương pháp K-Ar trên các đá á núi lửa của hệ tầng là

79 - 81 triệu năm (Nguyễn Vĩnh, 1972) 03 mẫu tuổi đồng vị Ar-Ar của Trần Tuấn Anh

và nnk (2004) cho tuổi 58,6 - 79 triệu năm

Kết quả phân tích U-Pb trong zircon của các đá núi lửa hệ tầng Tú Lệ - Ngòi Thia (Phạm Đức Lương và nnk, 2010) [24] cho tuổi lần lượt là 114-116 tr.n và 93 -

118 tr.n Một mẫu ryolit kiểu Ngòi Thia cho giá trị tuổi 256 tr.n Ryolit tuổi cổ này

Trong phạm vi nhóm tờ Trạm Tấu hiện đã khoanh định được hàng loạt các khối xâm nhập, xâm nhập nông thuộc phức hệ Phu Sa Phìn có diện lộ rất khác nhau

từ 0,1 km2 đến 40 km2 Có hai khối lớn nhất (> 40 km2) phân bố ở Tây Bắc và Tây Nam vùng nghiên cứu, gồm khối Hang Chú và khối Trạm Tấu

- Khối Hang Chú: Nằm ở phía Tây Nam nhóm tờ, thuộc xã Hang Chú, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La, cách thị trấn Bắc Yên khoảng 15 km về phía bắc Khối

có dạng gần đẳng thước, diện lộ khoảng 40 km2, ở giữa khối bị phân cắt bởi các đá gabro, gabrodiabas phức hệ Nậm Chiến Bao quanh khối là các đá trachyt porphyr, ryotrachyt porphyr tướng phun trào, á phun trào kiểu Tú Lệ Thành phần đá chủ yếu

là granit, granosyenit, syenit và các đá granit kiềm

- Khối Trạm Tấu: Khối nằm trên suối Sa Phìn, cách thị trấn Trạm Tấu khoảng 2 km về phía Tây Khối có chiều rộng 0,5m, chiều dài 2 km Đây được coi

là khối đá kiềm độc lập trong diện tích vùng nghiên cứu, có thành phần thạch học chủ yếu là syenit kiềm, granosyenit kiềm, granit kiềm

Phức hệ Phu Sa Phìn được Nguyễn Đắc Đồng và nnk (2000) phân chia ra các pha (3 pha) Tuy nhiên, quan hệ xuyên cắt giữa các pha chưa rõ, chủ yếu là chuyển tiếp sang nhau Có thể chúng là các tướng đá khác nhau hoặc chỉ là sản phẩm của quá trình biến đổi Vấn đề này sẽ được làm sáng tỏ trong phần nghiên cứu đặc điểm thạch địa hóa

Về thạch hoá: theo nhiều tác giả thì phức hệ thuộc loạt kiềm-vôi, kiểu granit (Nguyển Thứ Giáo và nnk, 1994); kiểu A-granit, thuộc loạt á kiềm và kiềm, thuộc kiểu granit nội mảng - WPG (Bùi Minh Tâm và nnk, 1995); Kiểu A-granit được hình thành do tách giãn sau va chạm (post-COL) (Nguyễn Trung Chí và nnk, 1995); còn Trần Trọng Hòa và nnk (1995) lại cho rằng phức hệ Phu Sa Phin thuộc kiểu granit á kiềm được hình thành trên vỏ lục địa dày, Nguyễn Xuân Tùng, Trần

I-Văn Trị (1992) xếp phức hệ vào loạt granit magnetit (theo phân loại của S Ishihara, 1981) Đào Đình Thục, Huỳnh Trung (1995) sử dụng phương pháp phân loại của Lameyer và Bowden (1984) xếp phức hệ Phu Sa Phìn vào loạt kiềm-vôi trung bình kali hơi nghiêng sang loạt kiềm-vôi cao kali

Tuổi của phức hệ được xác định dựa vào quan hệ xuyên cắt các đá núi lửa felsic kiểu Tú Lệ bởi các mạch granit aplit, granosyenit aplit hạt nhỏ Tuổi đồng vị được xác định là 81, 90, 95, 100, 101 và 108 triệu năm (phương pháp K-Ar từ biotit

và hornblend của A.E Dovjicov, 1965) Gần đây, tuổi đồng vị Ar - Ar của Trần Tuấn Anh và nnk (2004) cho thấy đá granit Phu Sa Phìn có tuổi 79 - 144 tr.n Đặc biệt, granit kiềm phức hệ Phu Sa Phìn có tuổi 248 ± 4 triệu năm (Nguyễn Trường Giang, 2002) và một mẫu granit porphyr (ở khu vực Trạm Tấu) phân tích bằng phương pháp U-Pb (SHRIMP) zircon có tuổi 261 ± 2,8 triệu năm (Trần Trọng Hòa, 2011)

1 2 2 Vị trí kiến tạo vùng trũng Tú Lệ

Trên bình đồ kiến tạo hiện đại, lãnh thổ Việt Nam là nơi giao nhau của hai

đai động lớn cỡ hành tinh: đai Địa Trung Hải và đai Thái Bình Dương, về mặt vị trí cấu trúc - thuộc phần đông nam của mảng Âu-Á (Eurasia), phía Tây và Nam bị bao bọc bởi rìa lục địa tích cực Sunda và phía Đông là cung đảo Philippin Lãnh thổ Việt Nam thuộc về hai địa khối lớn của khu vực: phần Đông Bắc Bộ thuộc địa khối Việt - Trung (Trần Văn Trị và nnk, 1977), phần còn lại thuộc địa khối Đông Dương Ranh giới giữa hai địa khối Việt-Trung và Đông Dương trong Kainozoi là đới trượt

cắt Ailao Shan - Sông Hồng Theo các nghiên cứu gần đây (Nguyễn Xuân Tùng,

Trần Văn Trị, 1992; Chung et al, 1998) sự gắn kết địa khối Đông Dương và địa khối Việt-Trung xảy ra vào Paleozoi muộn - Mesozoi sớm qua đới khâu Sông Mã

Khu vực nghiên cứu nằm ở miền Tây Bắc Việt Nam, thuộc đới cấu trúc Tú lệ

(Dovjicov, 1965) Lê Như Lai (1994, 1995, 1997) và một số nhà nghiên cứu khác

cho rằng: Đới cấu trúc Tú Lệ nằm giữa hai kiến trúc rất trái ngược nhau là phức nếp lồi Phan Si Pan và phức nếp lõm Sông Đà, có móng là các thành tạo biến chất Proterozoi và Paleozoi ở phần Đông Bắc

Đới cấu trúc Tú Lệ còn được gọi với nhiều tên gọi khác nhau: “Đới Tú Lệ” (A.E.Dovjicov, 1965); "Võng Tú Lệ" hoặc “Vùng trũng Tú Lệ” (Iu.G Gatinski và nnk, 1970); “Trũng chồng kiểu núi lửa - kiến tạo” (Phan Cự Tiến và nnk, 1989);

“Rift nội lục Tú Lệ” (Nguyễn Xuân Tùng, Trần Văn Trị, 1992); “hot spot Tú Lệ” hoặc “Rift sau tách giãn Tú Lệ” (Lê Như Lai, 1993, 1995); “Trồi manti Tú Lệ” (Nguyễn Trung Chí và nnk,1996, 1997) và “Munđa núi lửa Tú Lệ” theo cách gọi của Dương Đức Kiêm và nnk (2002) là một cấu trúc lấp đầy sản phẩm phun trào tuổi Jura đặc trưng cho hoạt động chu kỳ kiến tạo Yến Sơn Trong luận án này, tác giả sử dụng thuật ngữ “Vùng trũng Tú lệ” của Gatinski và nnk (1970)

Vùng trũng Tú Lệ nằm trên cánh Đông Bắc của rift Sông Đà, được ngăn cách về phía đông với đới trượt cắt Sông Hồng bởi đới nâng Phan Si Pang Trũng

Tú Lệ là một cấu trúc độc lập thành tạo trong Mezozoi (Trần Văn Trị, 1979; Hutchison, 1989) Phần thấp của bồn trũng này được lấp đầy bởi trầm tích có màu

đỏ Jura - Kreta, trên cùng là các thành tạo có thành phần ryolit, basalt và trachyt, trong đó chiếm ưu thế là các đá núi lửa thành phần trung tính - axit á kiềm - trachydasit - trachyryolit và kiềm - comendit, ryolit chứa khoáng vật màu kiềm; các

đá núi lửa mafic - trachybasalt và á núi lửa - gabrodolerit chiếm một lượng không đáng kể Các đá núi lửa mafic á kiềm chủ yếu phân bố ở ven rìa trũng Tú Lệ và có thành phần tương đối đồng nhất: chủ yếu là trachybasalt, trachyandesit

Các đá núi lửa axit á kiềm và kiềm: phần dưới chủ yếu bao gồm các thành tạo trầm tích nguồn núi lửa - cát bột kết tuf Phần trên là các đá tướng phun trào thực sự - ryodacit, trachyryolit, trachyt Các thể á núi lửa thuộc kiểu Ngòi Thia rất khó tách biệt ra khỏi các thành tạo núi lửa bởi sự gần gũi nhau về đặc điểm thạch học và kiến trúc - cấu tạo, chỉ khác các đá núi lửa có độ kết tinh tốt hơn

Liên quan chặt chẽ về không gian và thành phần với các đá núi lửa axit á kiềm và kiềm là một loạt các thể xâm nhập á núi lửa có thành phần chủ yếu tương ứng với syenit, granosyenit và granit Các khối thường có kích thước nhỏ (1 - 2

km2), đôi khi đến 30 - 40 km2 (khối Phu Sa Phìn và Lao Phu Van) Các đá núi lửa thành phần trung tính - axit bị các thể xâm nhập nhỏ dạng á núi lửa (granosyenit-porphyr, syenit, granit porphyr) của phức hệ Phu Sa Phìn xuyên cắt

Khu vực nghiên cứu có các hệ thống đứt gãy chính, các vòm núi lửa và một

số phức nếp lồi - nếp lõm được mô tả cụ thể như sau:

a Các hệ thống đứt gãy

Trong vùng trũng Tú Lệ có bốn hệ thống đứt gãy là: TB - ĐN, ĐB - TN, Kinh tuyến và á vĩ tuyến Chúng tạo nên hệ thống các cấu tạo khá trẻ, cắt qua nhiều loại đá có tuổi khác nhau, đặc biệt là các đá có tuổi Paleogen

- Hệ đứt gãy TB-ĐN gồm có: đứt gãy Nậm Kim và đứt gãy Tú Lệ Hai đứt gãy này khống chế hai vùng trũng nói trên, có cường độ hoạt động mạnh nhất trong vùng Dọc theo chúng, các đá bị cà nát, vò nhàu và uốn nếp rất mạnh, có nhiều khối gabrodiaba lớn xuyên lên dạng kéo dài Hai đứt gãy này đã tạo ra nhiều đứt gãy nhánh chứa quặng chì kẽm như mỏ Tu San, Huổi Pao và đới quarzit thứ sinh ở gần Ngã Ba Kim

- Hệ đứt gãy phương ĐB - TN: có cường độ yếu hơn hệ đứt gãy trên, điển hình là hai đứt gãy dọc theo thung lũng Ngòi Hút và đứt gãy cắt qua núi Lang Tinh Các đứt gãy này thường phá hủy các cấu trúc địa chất và các thân xâm nhập, làm xê dịch các thân quặng

- Hệ đứt gãy kinh tuyến: có hai đứt gãy kinh tuyến lớn cắt qua khu mỏ Co Gi San và thung lũng Tú Lệ Hai đứt gãy này tạo nên vùng quặng chì - kẽm Co Gi San

và cánh đồng Tú Lệ Đứt gãy qua Co Gi San có nhiều khối gabrodiaba khá lớn và các xâm nhập nhỏ granit porphyr Hệ thống đứt gãy này đóng vai trò là kênh dẫn

magma, dung dịch tạo quặng chì - kẽm giàu bạc Đứt gãy chạy qua Tú Lệ cũng có những thân mạch gabrodiaba và granit granit granofia

- Hệ đứt gãy á vĩ tuyến: thường là các đứt gãy ngắn, song phân bố dày Chúng là những đứt gãy nhánh của các hệ thống đứt gãy nói trên; là đường tiêm nhập của các thành tạo á núi lửa và dung dịch quặng Nhiều thân quặng và các hệ mạch thạch anh chứa khoáng hóa đều đi theo hệ đứt gãy này

b Các cấu trúc vòng

Vùng Tú Tệ có rất nhiều cấu trúc vòng Chúng tạo nên các vùng trũng núi lửa và là tàn dư của các trung tâm hoạt động núi lửa cổ Điển hình là các cấu trúc vòng Huổi Pao, Tu San, Ngã Ba Kim, Chế Cu Nha Thực tế, các thân quặng, các đới khoáng hóa và các xâm nhập mafic, axit đều liên quan với các cấu trúc này

c Các vòm núi lửa

Hai vòm đá núi lửa quan trọng được tạo nên bởi các đá ryolit porphyr tướng

á núi lửa ở Lan Lang và Fu Khao Phạ Các vòm núi lửa có dạng đẳng thước tạo nên vùng núi cao nhất của vùng này Đây là địa hình núi lửa trẻ Đặc điểm của đá: tươi, đồng nhất không bị ép nén, ít bị biến đổi

d Các phức nếp lồi, nếp lõm

Đáng kể nhất là phức nếp lồi Nậm Kim Nhân của nó là dải đá trầm tích nguồn núi lửa phân bố dọc theo suối Nậm Kim Dọc theo trục nếp lồi là đứt gãy chính trong vùng này, liên quan đến quá trình biến chất động lực mạnh và có nhiều điểm khoáng hóa

Các phức nếp lõm trong vùng biểu hiện rõ rệt, thường bị các hệ đứt gãy xê dịch và phá hủy Phức nếp lõm La Pán Tần có biểu hiện khoáng hóa vàng và thiếc

1 2 3 Khoáng sản

Vùng trũng Tú Lệ xuất hiện các loại khoáng sản như: chì kẽm, urani, vàng, đất hiếm, molipdenit, đồng Khoáng sản khu vực này thể hiện tính phân đới từ phía Đông Nam kéo đến Tây Bắc cấu trúc: diện tích phía Đông Nam tập trung chủ yếu là khoáng sản xạ hiếm (urani và đất hiếm), đáng chú ý là điểm quặng urani Bản Hát, khu vực suối Triang, đi cùng khoáng sản này luôn có các dị thường của Pb-Zn; từ trung tâm vùng trũng Tú Lệ kéo xuống phía Đông đặc trưng bởi chì kẽm giàu Ag (Huổi Pao, Co Gi San,

Tu San, Bảm Lìm ); phía Tây Bắc là vàng, đồng, wolframit, molipden (Hình 1 3)

Chì kẽm là loại khoáng sản đặc trưng nhất của vùng trũng Tú Lệ với số lượng điểm quặng (điểm mỏ) lớn nhưng qui mô và trữ lượng nhỏ Khoáng hóa phân

bố trong các đá núi lửa felsic và thể hiện quan hệ xuyên cắt với đá vây quanh Tuổi quặng hóa còn nhiều ý kiến khác nhau nên quan hệ về thời gian giữa quặng và các thành tạo magma trong vùng chưa rõ ràng Ngoài khu vực trung tâm trũng Tú Lệ, chì kẽm còn phân bố dải rác ở nhiều nơi (Bảng 1 1)

Hỡnh 1 3

Ngòh

suối Bua

Ngò

i M ú

Nậm Q

Nậm ng

N

ái

Ngòi nậm Xe

Nậm Kim

N ậ m

Nậm

N ậm o

N ậm o

N

ậm Mu N

ậm Mu

Pb,Zn

AuPb,Zn

FeMo

22° 7'

22° 00'

21° 50'

21° 40' 104° 30'

Tổng hợp từ tμi liệu của Nguyễn Đắc Đồng, 2000;

Nguyễn Văn Hoai, 2001; Mai Trọng Tú, 2007

sơ đồ phân bố khoá ng sản vù ng t r ũng Tú Lệ

21° 10'

21° 30'

21° 20' 104° 40'

104° 40' 104° 30'

104° 15'

Nă m 2012

103° 45' 103° 15'

Bảng 1 1: Bảng tổng hợp đặc điểm các điểm quặng chì kẽm vùng trũng Tú Lệ

Thành phần khoáng vật chính

Thành phần khoáng vật thứ yếu

Tổ hợp cộng sinh nguyên tố

Nguyên tố

đi kèm

Nhiệt độ thành tạo

- Hai thân quặng chì - kẽm phân bố trong đá

ryolit porphyr, ryotrachyt porphyr (tR-R/K tn)

bên cạnh khối gabro, gabrodiabas (GbK nc),

- Hàm lượng trung bình của

Pb trong thân quặng 1 đạt 1,74% và của Zn là 2,97%

- Thân quặng 2 với hàm lượng Pb = 1,65 - 8,32%

(trung bình 3,83%) và Zn

= 2,47 - 5,75% (trung bình 4,02%)

Spalerit, galenit

Pyrit, tetrahedrit, asenopyrit, chalcopyrit, đồng xám, Au

tự sinh, bulanjerit

Pb - Zn - Sb -

Ag - Cd

Ag, Cd, Tl,

Ge, Ga, Au

Trung bình

- thấp (175

229 (Mai Trọng Tú, 2007) [61]

Điểm

mỏ Co

Gi San

Các thân quặng chì kẽm xuyên cắt đá vây quanh

theo các đứt gãy (khe nứt), phân bố trong đá

ryolit, ryolit porphyr gần các đá xâm nhập Phu

Sa Phìn và Nâm Chiến

- Thân quặng 1 kéo dài theo phương đông - tây,

dày 0,8 - 1 m

- Thân quặng 2 kéo dài theo phương TB - ĐN,

0,5 m

Hàm lượng trung bình Pb

= 7,21%, Zn = 5,25%

Spalerit, galenit

Pyrit, tetrahedrit, asenopyrit, chalcopyrit, đồng xám, Semseyit

- Hàm lượng Ag trong

galenit của

cả 2 thân quặng là

3600 g/t

Trung bình

- thấp

- So với Huổi Pao,

thành tạo quặng ở Co

Gi San thấp hơn

250 (Nguyễn Văn Nhân, 2002)

Điểm

quặng

Nả Đợ

Các mạch chứa quặng đặc xít, dày 10 - 15 cm,

trong đá trachyt porphyr xám sáng bị nén ép

Phía Tây Bắc và Đông là khối xâm nhập Phu Sa

Phìn

galenit, sphalerit, pyrit

Pb-Zn-Ba (Ag, Sb)

Ag, Sb, Cd,

ít Bi

210 (phân tích tại TTPTTTĐC) [61]

134 (phân tích tại Trung Quốc) [61]

Điểm

quặng

- Quặng phân bố trong trachyt porphyr, trachyt

dạng felsit, trachyryolit porphyr, ít hơn là ryolit

Sphalerit,

- Thân quặng là chùm mạch thạch anh chứa Pb -

Zn phân bố trong đá ryolit, ryolit porphyr phức

hệ Tú Lệ - Ngòi Thia (kiểu Ngòi Thia), phía

Đông Bắc gần khối magma của phức hệ Nậm

Chiến

Pb: 0,22 - 7,7%, Zn: 0,05 -

3,65%

Galenit, sphalerit, pyrit

Chalcopyrit, dolomit, ankezit

Điểm

khoáng

hóa Pin

Pé

- Quặng chì - kẽm nằm trong mạch thạch anh

sulfur phân bố trong đá ryotrachyt kiểu Tú Lệ,

dày vài cm, tập trung thành đới với chiều rộng

khoảng 2 - 3 m

- Thế nằm 230 55

galenit, sphalerit

Pyrit, chalcopyrit

- Hệ mạch thạch anh sulfur lấp đầy các khe nứt

đồng sinh với đứt gãy chứa quặng chì - kẽm phân

bố trong các đá ryolit, ryolit porphyr của kiểu

Ngòi Thia, dày từ 3 - 7 cm Hệ mạch thạch anh

xít

galenit, sphalerit

Pyrit, ilmenit, chalcopyrit, pyrotin, limomit- hematit

đồng sinh với đứt gãy, phân bố trong đá ryolit bị

sericit hoá, thạch anh hoá

- Hệ mạch quặng chì kẽm đặc xít dày 0,2 - 2 m

có thế nằm 17065

galenit, sphalerit, pyrit

- Quặng chì - kẽm nằm trong mạch thạch anhvà

trong đá biến đổi cạnh mạch Mạch thạch

anh-sulfur dày 0,3 đến 0,5m xuyên cắt các đá phiến

sét của hệ tầng Trạm Tấu với thế nằm 27030

- Thân quặng chì - kẽm dạng lớp trong tập đá

phiến đen bị dập vỡ xen phun trào Chiều dài

thân quặng 1.970m, dày 0,26 - 1,18m (trung bình

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN

2 1 1 Khái niệm và phân loại đá felsic

Theo từ điển địa chất, felsic là tính từ bắt nguồn từ felspat (felspat và felspathoid) + si (silic) sử dụng cho các đá magma có chứa phong phú khoáng vật sáng màu trong thành phần khoáng vật của chúng; đồng thời cũng sử dụng cho các khoáng vật sáng màu như thạch anh, felspat, felspathoid và muscovit Các nhà thạch học đã phân chia ra các nhóm đá felsic, mafic và siêu mafic, trong nhóm đó đá felsic chính là nhóm đá axit Malyuk B.I và Sivoronov A.A đã khẳng định khái niệm này bằng một sơ đồ phân loại cụ thể (1984) Nguyên tắc phân loại và gọi tên chúng không nằm ngoài nguyên tắc chung Các dấu hiệu được lựa chọn làm cơ sở phân loại là dạng nằm, kiến trúc, thành phần hóa học và khoáng vật của đá

- Theo dạng nằm địa chất, các đá felsic có thể phân ra 3 loại: đá xâm nhập,

đá xâm nhập nông, đá phun trào

- Căn cứ vào thành phần hóa học chủ yếu dựa vào hàm lượng SiO2 và tổng kiềm: theo hàm lượng SiO2 thì các đá magma felsic có hàm lượng SiO2  65%; theo tương quan tổng lượng kiềm (Na2O+K2O) và SiO2 (biểu đồ TAS) đã phân chia ra các loạt đá cơ bản: tholeit (TH), kiềm vôi (CA), kiềm (Al) và loạt á kiềm; Loạt trung bình nhôm (MA) và quá bão hòa nhôm (PA) chủ yếu dựa trên chỉ số bão hoà nhôm ASI = A/CNK = Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) (tính theo mol)

- Trong việc xác định cụ thể tên đá magma có hai phương thức là theo là thành phần khoáng vật và theo thành phần hóa học Căn cứ vào sự có mặt của một

số khoáng vật tạo đá chủ yếu thạch anh, felspat, mica, amphibol, pyroxen và olivin

có thể xác định tên các dạng đá khác nhau

Nguyên tắc phân loại trên chỉ mang tính chất tổng thể, thực tế giữa chúng xuất hiện nhiều dạng đá trung gian

2 1 1 1 Các đá xâm nhập felsic

a Thành phần khoáng vật của granitoid

Các đá magma xâm nhập felsic tương ứng với granitoid bao gồm cả granit, granodiorit, tonalit, plagiogranit (Streckeisen, 1976) Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm thạch anh, felspat kali, plagioclas axit, lượng khoáng vật màu không quá 5

- 10% trong granit và không quá 15% trong granodiorit Lượng thạch anh chiếm khoảng 20 - 30% Felspat là thành phần chính chiếm khoảng 2/3 tổng số khoáng vật (từ 65 đến 70%)

Tùy theo tính chất của felspat, granitoid được chia ra hai nhóm phụ: 1 -

granit và granodiorit; 2 - plagiogranit và điorit thạch anh

Theo sự có mặt hay vắng mặt của plagioclas vôi và tính chất của felspat

kiềm, của khoáng vật màu, người ta lại phân granit ra hai loại: Granit bình thường (Granit kiềm vôi) và granit kiềm

- Granit kiềm vôi chứa không dưới 30% felspat kali, plagioclas số hiệu từ 10 đến 40

- Còn trong granit kiềm, felspat kiềm thường là felspat kali - natri pectit, microclin micropectit, anoctocla), hiếm khi là felspat natri (Anbit), hiếm nữa

(Micro-là felspat kali (Octocla và microclin) Thành phần khoáng vật sẫm màu của granit kiềm là: amphibol kiềm (Ribeckit, acvetxonit), pyroxen kiềm (Egirin - ogit, egirin)

và biotit

Granodiorit là đá trung gian giữa granit và điorit Thành phần khoáng vật chủ yếu là plagioclas (Anđezin), thạch anh, felspat kali Ngoài granođiorit, các đá chuyển tiếp sang điorit còn có adamelit, tonalit, monzonit thạch anh

Plagiogranit là granit hầu như không chứa felspat kali, chỉ chứa plagioclas axit từ anbit đến oligoclas và thạch anh chiếm từ 20 - 30%

Các khoáng vật phụ trong granitoid: apatit, zircon, titanit (sphen), allanit

(Orthit), monazit, xenotim, manhetit, ilmenit, hematit, granat, turmalin v v

b Thành phần hóa học của granitoid: nhiều nhà nghiên cứu đã tính toán và đưa

ra hàm lượng các oxyt tạo đá chính của granitoid như Đeli, Goldsmit (Bảng 2 1)

Bảng 2 1: Thành phần hóa học của granitoid

Ghi chú: I Granit kiềm vôi (Đêli, 1933); II Granit kiềm (Đêli, 1933); III Granođiorit (Đêli, 1933);

IV Trondjemit (Goldsmit, 1916); V Điorit thạch anh (Đêli, 1933); VI Granit Fan Si Pan (Izokh, 1965)

- Phân loại và gọi tên đá magma

+ Phân loại và gọi tên theo thành phần khoáng vật

Dựa vào thành phần khoáng vật felspat và khoáng vật màu, granit được phân thành các loại sau: granit thường (granit kiềm - vôi và granit tholeit) và granit kiềm

Granit kiềm - vôi: chứa felspat kali > 30%, plagioclas có số hiệu từ 10 - 40 Khoáng vật màu có thể dùng để gọi tên các granit khác nhau như: granit 2 mica, granit

biotit, granit horblend, granit pyroxen… Khoáng vật phụ trong granit loại này gồm: apatit, zircon, sphen, titanit, orthit, allanit, monazit, xenotim, ilmenit và magnetit

- Granit kiềm: felspat kiềm thường là felspat kali - natri (microclin, micropectit, anortoclas) Khoáng vật màu là horblend kiềm (ribeckit, arvetxonit), pyroxen kiềm (egirin - ogit, egirin), biotit Khoáng vật phụ gồm apatit, zircon, orthit, sphen, magnetit

Phân loại đá magma theo khoáng vật định mức (normative - từ thành phần phân tích hoá học các oxit chính) hoặc khoáng vật thật (modal - được xác định dưới kính hiển vi) gọi tên đá magma, điển hình là Dally (1914), Troger (1935), Niggli (1931, 1935), Johansen (1939), Rittman (1952), Ronner (1963), Streckeisen (1967, 1976,

1978, 1979) và Brousse (1979)… Trong đó biểu đồ tam giác QAPF của Streckeisen (1967) được Tiểu ban về hệ thống phân loại các đá magma thuộc Hiệp hội quốc tế về khoa học Địa chất (International Union of Geological Sciences - IUGS) công nhận (1972) và được ông sửa chữa, hoàn thiện vào năm 1973 và 1976 (Hình 2 1)

Hình 2 1: Biểu đồ QAPF (theo Streckeisen, 1976) phân loại các đá magma xâm nhập theo thành phần khoáng vật modal:Q = thạch anh; A= felspat kali (bao gồm cả albit có An

= 0-5); P = plagioclas, F = các khoáng vật nhóm foid (Streckeisen, 1967)

Trên biểu đồ QAPF, các đá magma có điểm chiếu rơi vào tam giác APF chắc chắn là đá kiềm thực thụ, đá kiềm dưới bão hòa silic (không có thạch anh) với tên gọi theo Streckeisen và Sorensen cho cả đá xâm nhập và phun trào; còn khi điểm chiếu của chúng rơi vào tam giác QAP nếu có amphibol kiềm (Na) hoặc pyroxen kiềm (Na) hoặc cả hai cũng được gọi là đá kiềm bão hòa silic (có thạch anh) theo tên gọi của Streckeisen kèm theo "tính từ kiềm" sau khi đã được hiệu chỉnh với chỉ

số màu trên bảng phân loại của Sorensen

+ Phân loại và gọi tên theo thành phần hóa học

Dựa vào thành phần (%) các oxit của các nguyên tố chính trong đá chủ yếu là

Si, Ca, Na, K để phân loại và gọi tên các đá magma, điển hình là các nhà thạch luận: Fedsman (1929), Golđschmit (1930), Ussing (1942), Polanski (1949), Zlobin (1959), Semenov (1967), Maracusev (1973), Gerasimovsky (1973), Midlemost (1975), Sahama (1975), Cox và nnk (1979), Sorensen (1979), Barton (1979), Bogatikov (1981), Le Bas và nnk (1986), Bergman (1987), Mitchell (1986, 1988), Rock (1989), Mitchell và Bergman (1991) Sự phân loại gọi tên theo thành phần hóa học đơn giản nhất và khá phù hợp với phân loại gọi tên theo thành phần khoáng vật của Streckeisen (1976, 1978, 1979) là biểu đồ phân loại gọi tên các đá magma của Maracusev (1973), Cox và nnk (1979), của Le Bas và nnk (1986) Tất cả các tác giả này đều dựa vào tương quan hàm lượng giữa (Na2O+K2O) với SiO2 (Hình 2 2)

Syenit nephelin

Syenit Syenit Granit kiÒm

Granit Diorit th¹ ch anh (Gabodiorit)

Syeno-diorit Gabro

Gabro Gabro

Diorit

Hình 2 2: Biểu đồ phân loại và gọi tên các đá xâm nhập (Cox và nnk, 1979 được Wilson

bổ sung - 1989)

2 1 1 2 Các đá núi lửa felsic

Các đá núi lửa felsic tương ứng với ryolit, dacit

Ryolit là đá phun trào axit có nền ẩn tinh hoặc afanit, gồm felspat kali, plagioclas, thạch anh, hoặc triđimit, hoặc cristobalit thay cho thạch anh.Thường thì

đá có ban tinh: ban tinh có thể là felspat kali, plagioclas, thạch anh

Dacit là đá núi lửa tương ứng với granit giàu vôi hoặc granođiorit và một phần điorit thạch anh Đá đặc trưng là có ban tinh plagioclas canxi - natri Tùy từng

sal it maf it ul t r amaf it

meimechit

bazan basal t -KOMATIT KOMATIiT

BONINIT ANDESIT-BAZAN ANDESIT

DACIT

RYODACIT RYOLIT

1 10 20 30 MgO (%)40

loại dacit khác nhau (loạt TH, CA hay AL) mà có chứa các khoáng vật phụ khác nhau Loạt dacit giàu Ca chứa các khoáng vật phụ sphen, orthit Loạt dacit giàu Al chứa các khoáng vật phụ granat, cocđierit, monazit, xenotim v v Ngoài ra, còn phân biệt ryodacit và andezitodacit: ryodacit nghiêng về tính axit, andezitodacit nghiêng về trung tính Ryodacit với nền giống nền của ryolit và pocfia thạch anh, khoáng vật màu có biotit hoặc hocblen, pyroxen thì hiếm; andezitodacit với nền chứa nhiều tinh thể nhỏ plagioclas canxi - natri, octocla và thạch anh (nền giống với nền của andezit) Thành phần hóa của phun trào axit được thể hiện trong Bảng 2 2

Bảng 2 2: Thành phần hóa học các đá núi lửa axit Nguyên tố I II III IV

Chú thích: I Ryolit (Đêli, 1933); II Commenđit (Đêli, 1933); III Keratofia (Đêli, 1933); IV Dacit (Đêli, 1993)

Năm 1984, Maluyk B.I và Sivoronov A.A đã dựa vào thành phần MgO và SiO2 để phân loại các đá núi lửa Biểu đồ này phần nào đã thể hiện định lượng được các đá felsic núi lửa (Hình 2 3)

Hình 2 3: Biểu đồ Mg - SiO 2 phân loại các đá núi lửa (gồm cả đá siêu mafic) theo Malyuk

B.I và Sivoronov A.A, 1984

Đối với các đá núi lửa trong đó có các đá felsic được phân loại chủ yếu trên

cơ sở tương quan giữa tổng kiềm (Na2O + K2O) và SiO2 (Biểu đồ TAS do Le Maitre và nnk thành lập năm 1989 - Hình 2 4) Đặc biệt biểu đồ phân loại của De la Roche và nnk (1980) khá chi tiết về các đá núi lửa tương ứng với biểu đồ của Malyuk B.I và Sivoronov A.A (Hình 2 5)

Bảng 2 3: Các đặc điểm chủ yếu về thành phần hóa học và khoáng vật của các đá

magma felsic phun trào Loạt

Thành phần hóa học

Thành phần khoáng vật SiO2% K2O%

Na 2 O+K 2 O (%)

SiO 2 (%)

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 0

2 4 6 8 10 12 14 16

Basalt

Basaltic andesite

Andesite

Tholeiitic

Trachyte Rhyolite

andesite Basaltic trachyte- Trachyte- basalt

Trachyte- Tephrite

Phono- Phonolite

Tephri- Basanite

Tephrite- Basalt

Bazanit Bazan

AndesibazanAndesit Dacit Ryodacit

Hawaiit

Nephelenit Teflit

Phonolit

Ryolit Ryolit kiÒm

Trachyt th¹ ch anh Trachyt Trachy- phonolit

bazan Lati- andesit Latit Latit th¹ ch anh

Lati-Phonotefrit Mudjierit (Trachyandesti)

-1000 0 1000 2000 3000

R1

1000 2000

3000

R1 Hình 2 5: Biểu đồ phân loại các đá núi lửa dựa trên thông số R1 và R2 (Roche và nnk, 1980) R1 = 4Si - 11(Na+K) - 2(Fe+Ti); R2 = 6Ca + 2Mg + Al (Tính theo millication)

2 1 2 Các khoáng vật đặc trưng cho các thành tạo magma felsic

2 1 2 1 Nhóm felspat

Felspat có mặt trong hầu hết các thành tạo magma, từ đá magma mafic đến axit, từ đá có độ kiềm bình thường đến đá kiềm Chúng bao gồm hai phụ nhóm felspat kiềm và plagioclas Các khoáng vật trong nhóm felspat có cấu trúc tương tự nhau, hình thành dựa vào các nguyên tố Na, K, Ca Về mặt thành phần hóa học, felspat là những alumôsilicat Na, K và Ca: Na[AlSi3O8], K[AlSi3O8], Ca[Al2Si2O8] đôi khi là alumosilicat Ba - Ba[Al2Si2O8]; một ít các nguyên tố Li, Rb, Cs thành hỗn hợp đồng hình với các chất kiềm và Sr thay thế cho Ca

Các khoáng vật của nhóm này có khả năng tạo nên một loạt đồng hình, gồm hai chất: loạt Na[AlSi3O8] - Ca[Al2Si2O8], Na[AlSi3O8] - K[AlSi3O8], K[AlSi3O8] - Ba[Al2Si2O8] Giữa các khoáng vật có mối liên quan nhờ các cặp nguyên tố thay thế đồng hình:

Na+  K+

Na+Si4+  Ca2+Al3+

Trong các đá felsic, plagioclas thường xuất hiện các khoáng vật như anbit, oligoclas hay cùng với felspat kali - natri

Thành phần hóa học của nhóm felspat có thể có lượng nhỏ các nguyên tố Ti,

Fe3+, Fe2+, Mg, Sr, Mn tồn tại dưới dạng các nguyên tố đồng hình, trong đó Ba2+thay thế cho K+ (bán kính ion của K+ = 1,33 Å, Ba2+ = 1,38 Å), Fe3+ thay thế cho Al

và một ít Ti, Sr, Fe2+ có thể thay thế cho Ca v v

2 1 2 2 Nhóm felspathoid

Là một nhóm khoáng vật tạo đá tương đối hiếm bao gồm những alumosilicat

Na, K, hoặc Ca và có chút ít silic tạo thành felspat

Felspathoid về mặt hóa học có liên quan với các felspat nhưng khác chúng về dạng tinh thể và tính chất vật lý Chúng chiếm chỗ của các felspat trong đá magma chưa bão hòa silic và chứa kiềm, nhôm nhiều hơn so với các felspat Felspathoid có thể được thành tạo trong một số đá cùng với các felspat nhưng không bao giờ cùng với thạch anh hoặc với sự có mặt của silic tự do nguồn magma

Khoáng vật của nhóm felspathoid: leucit, nephelin, sodalit, nosean, hauyn, lazurit, cancrinit và melilit

2 1 2 3 Nhóm mica

- Muscovit: là khoáng vật thuộc nhóm mica, công thức hóa học là

KAl2[AlSi3O10][OH]2, không màu đến màu vàng nhạt hoặc nâu nhạt và là khoáng vật phổ biến trong đá gneis và đá phiến, nhiều nhất trong đá magma như granit, pegmatit và trong một số đá trầm tích

Trong muscovit có những bao thể nhỏ zircon, rutin, apatit, spinen, grơnat, tuốcmalin, thạch anh, hematit

Điều kiện thành tạo của nhóm mica cũng như của muscovit nói riêng trong tự nhiên có các đặc điểm sau: trong các đá magma phun trào ở nhiệt độ cao, không bao giờ chúng là khoáng vật thành tạo sớm; trong các đá magma xâm nhập nhất là đá axit và đá trung tính, nó là khoáng vật magma chậm hoặc hậu magma, có lẽ do ảnh hưởng của các chất bốc

Trong các khoáng sàng quặng nhiệt dịch, các đá bị nhiệt dịch biến chất, muscovit thường hay hóa sericit, là một thứ mica ẩn tinh giàu nước

- Biotit: khoáng vật tạo đá phân bố rộng rãi và quan trọng thuộc nhóm mica:

K(Mg, Fe+2)3 (Al, Fe+3) [Si3O10](OH)2, màu đen, nâu-đen hoặc xanh-sẫm, là thành phần của đá kết tinh (khoáng vật nguyên sinh trong tất cả các loại đá magma và đá biến chất như gneis, đá phiến) hoặc là thành phần vụn trong đá cát kết và các đá trầm tích khác Biotit dùng để xác định tuổi tuyệt đối bằng phương pháp K-Ar Rb

có thể là nguyên tố đồng hình thay cho K trong biotit

- Hornblen: khoáng vật phổ biến nhất trong nhóm amphibol: (Ca,Na)

2-3(Mg,Fe+2, Fe+3,Al)5(Al,Si)8O22(OH)2, có thành phần thay đổi và có thể chứa kali và fluorin Hầu hết trong hornblen đều chứa TiO2 Hornblend là thành phần nguyên sinh của đá magma axit và trung tính (granit, syenit, diorit, andesit) và có ít hơn trong đá magma basic, là khoáng vật biến chất phổ biến trong gneis và đá phiến Trong các đá phun trào lên mặt thì hiếm khi nó là khoáng vật nguyên thủy

- Arfvedsonit: khoáng vật hệ đơn nghiêng màu đen của nhóm amphibol:

Na3(Fe, Mg, Al)5 [Si4 O11]2 (OH, Fe)2, chứa một ít calci và đa sắc mạnh, tìm thấy trong đá magma giàu natri

- Egyrin: là khoáng vật quan trọng trong nhiều đá magma kiềm, công thức

hóa học NaFe[Si2O6], thuộc nhóm pyroxen đơn tà Về mặt thành phần hóa học, trong egyrin còn có một số các nguyên tố như K, Ca, Mn, Mg, Ti, Li, V dưới dạng thay thế đồng hình:

Ca2+(Mn, Mg) Na+ (K+, Li+)  Fe3+

V3+  Fe3+

- Pyroxen: là nhóm khoáng vật có công thức chung XY(Si,Al)2O6 (X gồm

Ca, Na, Fe2+, Mg, hiếm hơn là Zn, Mn, Li; Y gồm Al, Fe3+, Mg, Mn )

2 1 2 5 Các khoáng vật phụ

Khoáng vật phụ bao gồm: apatit, zircon, monaxit, sphen, orthit, magnetit, titanomanhetite, fluorit, ziatolit, ilmenit v v

- Apatit: gồm những hợp chất kiểu A5[XO4]3Z, trong đó Ca2+, Pb2+ đóng vai trò cation và chứa các hỗn hợp đồng hình đất hiếm TR3+, Y3+, Mn2+ và Sr3+ với các anion phụ F-, Cl-, [OH]-, O2- và [CO]32- Trong thành phần hóa học của apatit, Ca có thể thay thế bởi Mn và Sr Riêng đối với đá magma kiềm, Ca thường được các nguyên tố nhóm đất hiếm thay thế Các khoáng vật thuộc nhóm apatit gồm: fluorapatit, clorapatit (Ca2+ đóng vai trò cation); pyromocphit, mimetezit, vanadinit (Pb2+ đóng vai trò cation)

Apatit là một trong những khoáng vật kết tinh chậm nhất trong nhiều đá magma Trong một vài khoáng sàng mạch nhiệt dịch có sự tồn tại của apatit, nó đi kèm với caxiterit, fluorin

Các khoáng vật pyromocphit, mimetezit hầu như là khoáng vật ngoại sinh, thành tạo trong đới oxy hóa của các khoáng sàng sulfua chì hoặc chì kẽm Đối với nguồn gốc nội sinh, các khoáng vật này có trong các mạch nhiệt dịch ở nhiệt độ thấp

Titanit (Sphen): là khoáng vật phụ trong các đá magma (granit, syênit,

trachyt, andezit ) cộng sinh với felspat, nephelin, zircon, apatit và các khoáng vật khác Sphen thường xuất hiện trong môi trường giàu Ti Thành phần hóa học của sphen bao gồm các nguyên tố Ca và Ti được các nguyên tố thay thế như:

Ca  Na, REE, Mn, Sr, Ba

Ti  Al, Fe3+, Fe2+, Mg, Nb, Ta, V, Cr

- Zircon: là khoáng vật phụ trong đá magma axit và kiềm Trong nhiều

trường hợp khoáng vật này có chứa Y, đất hiếm, nhất là Ce Ngoài ra trong khoáng vật zircon còn chứa các nguyên tố Nb, Ta và cả Th

Allanit (Orthit): thường là khoáng vật tản mạn trong các đá magma axit xâm

nhập, trong đá phun trào và trong các khoáng sàng tiếp xúc trao đổi Công thức hóa học của orthit: (Ca, Ce)2(Al, Fe)3[Si2O7][SiO4]O[O,OH], ngoài thành phần chính trong công thức còn có Na, Mg, Mn, Y, Sc, Th, đôi khi có Be

- Granat: nhóm khoáng vật có công thức chung: A3B2(SiO4)3 trong đó A =

Ca, Mg, Fe+2 và Mn+2; B = Al, Fe+3, V+3 và Cr Những khoáng vật của nhóm granat: almandin, andradit, grosular, pyrop, spesartin, avarovit và goldmanit Granat là khoáng vật phụ trong các đá magma Chúng phổ biến nhất trong đới tiếp xúc trao đổi giữa đá magma axit với carbanat Trong granat thường tập trung các nguyên tố hiếm vết

- Monazit: khoáng vật có các cation thuộc nhóm đất hiếm và anion là gốc phốt phát, phụ thuộc vào thành phần tương đối các nguyên tố mà chia ra bốn loại khoáng vật: monazit-Ce (Ce,La,Pr,Nd,Th,Y)PO4, monazit-La (La,Ce,Nd,Pr)PO4, monazit-Nd (Nd,La,Ce,Pr)PO4, monazit-Pr (Pr,Nd,Ce,La)PO4 Khoáng vật này gặp trong các thể pegmatit, đôi khi trong đá granit và gneis cộng sinh với felspat, zircon, manhetit, ilmenit

- Xenotim: là khoáng vật gặp trong các đá granit, pegmatit với công thức hóa học YPO4 Khoáng vật này thường cộng sinh với zircon

- Ilmenit: thường phân bố tản mạn trong các đá magma bazơ Đối với đá kiềm nó thường cộng sinh với manhetit Đôi khi thấy nó khá nhiều trong một vài loại pegmatit (syenit), cộng sinh với felspat, biotit v v

- Magnetit: công thức hóa học FeFe2O4, khoáng vật này được thành tạo trong những điều kiện khử oxy Trong đá magma, magnetit thường thấy ở trạng thái tản mạn

2 1 3 Các quá trình địa chất kiểm soát thành phần hóa học đá magma

Trong suốt quá trình kết tinh cho đến khi đông cứng hoàn toàn, dung thể magma cũng trải qua những sự biến đổi về thành phần phức tạp bởi nhiều quá trình như phân dị kết tinh, phân dị trọng lực, pha trộn magma, hỗn nhiễm v v Cuối cùng từ một lò magma sau khi kết tinh có thể cung cấp nhiều sản phẩm là tập hợp các đá khác nhau về thành phần và kiến trúc, cấu tạo

2 1 3 1 Quá trình kết tinh phân đoạn (Fractional Crystallization - FC)

Có ba kiểu kết tinh: kết tinh cân bằng (equibrium crystallization), kết tinh phân đoạn (fractional crystallization) và kết tinh tại chỗ (in situ crystallization)

- Kiểu kết tinh cân bằng là quá trình kết tinh của dung thể magma mà trong

đó sự cân bằng giữa các pha rắn (khoáng vật) với dung thể luôn tồn tại trong suốt quá trình kết tinh

- Trong kiểu kết tinh phân đoạn những tinh thể khoáng vật được tách ra khỏi

vị trí thành tạo (dung thể) ngay sau khi kết tinh Sự cân bằng bề mặt có thể đạt được trong một số trường hợp riêng biệt

- Trong kiểu kết tinh tại chỗ quá trình kết tinh xảy ra từ phía ngoài rìa của lò magma, ở đó dung thể tàn dư được tách ra khỏi đám tinh thể trong đới kết tinh ở phần rìa của lò magma Đới kết tinh chuyển động tịnh tiến dần dần qua lò magma cho tới khi sự kết tinh hoàn tất

Sự phân bố của các nguyên tố vết rất phụ thuộc vào phương thức kết tinh Tùy thuộc vào tỷ lệ kết tinh và phương thức kết tinh mà sự phân bố các nguyên tố

có hệ số phân bố D khác nhau là khác nhau Trong trường hợp kết tinh cân bằng, các nguyên tố không tương thích (D < 1) được làm giàu có giới hạn trong dung thể còn sót lại chưa kết tinh Ngược lại, trong trường hợp kết tinh phân đoạn hoàn thiện, các nguyên tố không tương thích (D < 1) được làm giàu vô hạn trong dung thể chưa kết tinh xong

Quá trình kết tinh phân đoạn có thể kèm theo phân dị trọng lực, những pha kết tinh sớm nếu có tỷ trọng lớn và độ dẻo của dung thể thích hợp thì sẽ bị chìm trong đáy lò tạo nên những đá đơn thành phần hay đa thành phần khoáng vật

2 1 3 2 Quá trình nóng chảy từng phần (Partial Melting - PM)

Có hai kiểu nóng chảy từng phần:

- Nóng chảy từng phần theo “mẻ” (batch melting), còn được gọi là kiểu nóng chảy từng phần cân bằng (equibrium partial melting), trong đó dung thể được tạo ra liên tục phản ứng và tái cân bằng với pha rắn tàn dư cho đến khi dung thể thoát ra như một “mẻ” magma riêng biệt

- Kiểu nóng chảy phân đoạn (fractial melting) trong đó chỉ có một lượng rất nhỏ dung thể được hình thành và sau đó tách ngay khỏi nguồn Sự cân bằng chỉ xảy

ra giữa dung thể với bề mặt các khoáng vật trong miền nguồn Kiểu nóng chảy phân đoạn chỉ thích hợp với sự tạo thành một số dung thể magma basalt

2 1 3 3 Quá trình hỗn nhiễm magma (AFC)

Dung thể magma được thành tạo từ manti và di chuyển vào vỏ trái đất trong quá trình đó dung thể magma có thể phản ứng với đá vây quanh có thành phần rất khác so với dung thể Thường quá trình phản ứng với vật liệu manti vây quanh chưa

rõ nét, chỉ magma xâm nhập vào vỏ trái đất thì các nguyên tố vết trong đá vây quanh mới đi vào dung thể và gây nên sự biến đổi đáng kể

2 1 3 4 Quá trình trộn lẫn magma (magma mixing)

Quá trình trộn lẫn magma là quá trình ở đó xảy ra sự hòa trộn giữa hai dung thể magma nguyên sinh có thành phần khác biệt nhau, phát sinh từ các nguồn khác nhau (manti và vỏ lục địa) với những qui mô và điều kiện khác nhau để tạo ra dung thể magma thứ sinh lai tính (hybrid) (Asimow P D, 2005)

Trộn lẫn magma là một trường hợp đặc biệt của quá trình hỗn nhiễm magma (contamination), làm thay đổi thành phần hóa học của magma do sự đồng hóa các bao thể hoặc đá vây quanh khi bị cuốn vào magma có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ thành tạo

Trộn lẫn magma thường đi cùng với quá trình đồng hóa magma (assimilation),

là sự hợp nhất (nóng chảy) và tiêu hóa (hòa tan) các vật chất ở thể lỏng, rắn từ đá vây quanh (có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn) vào trong magma

2 1 4 Mối liên quan giữa hoạt động magma với các quá trình kiến tạo

Theo các học thuyết về kiến tạo mảng, hoạt động magma luôn gắn liền với các bối cảnh kiến tạo nhất định Hơn 90% hoạt động núi lửa (magma) hiện đại phân

bố dọc theo rìa các tấm thạch quyển Trên cơ sở của các bối cảnh kiến tạo có thể xác định được 4 môi trường trong đó magma có thể hình thành:

1- Rìa mảng kiến sinh (Constructive plate margins): bao gồm sống núi giữa đại dương (MOR), các tâm tách giãn sau cung (back arc spreading centres) hay các biển rìa (marginal basins) (BAB)

2- Rìa mảng phá hủy (Destructive plate margins): bao gồm các cung đảo (IA), rìa lục địa tích cực (ACM), va chạm mảng (COLL)

3- Nội mảng đại dương (Oceanic intraplate): gồm các đảo đại dương (OI), các rift đại dương (OR)

4- Nội mảng lục địa (Continental intraplate): gồm các tỉnh basalt nền lục địa, các đới rift lục địa, các thành tạo magma kali và siêu kali (gồm cả kimberlit) không

có liên quan với các đới rift

Bảng 2 4: Các loạt magma đặc trưng liên quan với các bối cảnh kiến tạo

Hoạt động magma

Phá hủy (destructive)

Kiến sinh (constructive)

Đại dương (OC)

Lục địa (CO) Bối cảnh kiến tạo

Cung đảo (IA), rìa lục địa tích cực (ACM)

MOR, back-arc (BAB)

Đảo đại dương (OI)

Rift lục địa (CR) Các loạt magma

đặc trưng

Tholeit (TH), kiềm-vôi (CA) Tholeit (TH)

Tholeit (TH), kiềm (AL)

Tholeit (TH), kiềm (AL) Địa động lực Nén ép và tách

Sự nóng chảy từng phần của vật chất manti sẽ sản sinh ra các magma nguyên

sinh có thành phần bazơ và siêu bazơ ở phần lớn các bối cảnh kiến tạo; còn các quá trình phân dị tiếp sau bao gồm sự kết tinh phân dị, hỗn nhiễm magma và đồng hóa lớp vỏ dẫn đến sự phong phú trong thành phần của các đá magma mẹ

Đặc điểm địa hóa học của magma nguyên sinh chính là các thông số phản ánh nguồn gốc, thành phần khoáng vật cũng như về độ sâu thành tạo và mức độ nóng chảy từng phần của chúng Các yếu tố đó có thể thay đổi từ bối cảnh kiến tạo này sang bối cảnh kiến tạo khác

2 1 5 Tính chuyên hóa địa hóa

Vấn đề “chuyên hoá địa hóa” đá xâm nhập đã được đề cập trong những năm

60 Theo V.S Koptev-Đvornikov, M.G Rub và E.T Satalôv (1964): “Bàn về tính chuyên hóa sinh khoáng và địa hóa của các phức hệ đá magma” Danh từ "tính chuyên hóa" bắt nguồn từ gốc chữ Latin "specialis" có nghĩa là "đặc điểm", khi nói tới tính chuyên hóa của đá magma thì danh từ này hiểu là những đặc điểm hành vi của các nguyên tố hợp chất trong chúng, còn khi nói tới tính chuyên hóa sinh khoáng là những đặc điểm hành vi của các nguyên tố hợp chất kim loại Tính chuyên hóa địa hóa (và sinh khoáng) của magma là "những đặc điểm hành vi của các nguyên tố - hợp chất (và những kim loại) trong đất đá khi hàm lượng trung bình của chúng vượt trị số Clark mấy lần”

Theo “Từ điển địa chất” của Nhà xuất bản “Nhedra” năm 1978 (trang 154,

tập 2): “Chuyên hoá địa hóa magma là đặc tính của magma có hàm lượng của các

nguyên tố tạp chất cao hơn (chuyên hoá địa hóa dương) hoặc thấp hơn (chuyên hoá địa hóa âm) so với trị số Clark”

Theo Iu.V Kazitrưn và nnk (1975): “Chuyên hoá địa hóa của đá (dương

hoặc âm) là sự tăng hoặc giảm tương đối của hàm lượng nguyên tố quặng so với trị

số Clark của chúng”

Ngoài các thuật ngữ “chuyên hóa địa hóa”, “chuyên hóa sinh khoáng”, Kovtev - Đvornikov và M.G.Rub, E.T Satalov còn sử dụng “chuyên hóa khoáng vật phụ”

Chuyên hóa địa hóa: là các mức vượt trội hàm lượng ban đầu của các nguyên

tố tạo quặng so với hàm lượng Clark hành tinh hoặc Clark của vùng lãnh thổ

Chuyên hóa khoáng vật phụ: chỉ ra rằng trong những điều kiện thuận lợi

chuyên hóa địa hóa có thể đạt cực đại và đi kèm với sự thành tạo khoáng vật phụ

Chuyên hóa sinh khoáng: là hàm lượng của nguyên tố quặng đạt tới mức mà

khi có các điều kiện địa chất và hóa lý thuận lợi sẽ tạo nên mỏ quặng

Chuyên hóa sinh khoáng và chuyên hóa khoáng vật phụ có thể xem như các trường hợp bộ phận của tính chuyên hóa địa hóa

Tính chuyên hóa địa hóa không phải chỉ giàu có một nguyên tố, nhiều khi là

tổ hợp các nguyên tố, có nghĩa là tính chuyên hóa tổng hợp Ví dụ, các khối granitoid thường giàu các nguyên tố Sn, F; Sn, Be, F; Nb, Ta và Sn, v v

Trong các loại hình chuyên hóa địa hóa, các tác giả đã phân biệt: 1 - Tính chuyên hóa do những đặc tính thạch hóa của magma nguyên thủy; 2 - Tính chuyên hóa đồng hóa (sâu và địa phương); 3 - Tính chuyên hóa phát sinh do quá trình phân

dị magma

Đối với các phức hệ magma riêng biệt nên phân ra tính chuyên hóa kế thừa

và tính chuyên hóa bộ phận Tính chuyên hóa kế thừa là sự tồn tại của các nguyên

tố nhất định có hàm lượng trung bình tăng cao trong tất cả đất đá của phức hệ nào

đó được hình thành trong suốt toàn bộ pha hoạt động magma, bao gồm cả các thành tạo hậu magma Tính chuyên hóa bộ phận sử dụng cho những đất đá của các pha phụ và giai đoạn riêng biệt trong quá trình hình thành phức hệ

Theo sự phân bố các nguyên tố dẫn đến tính chuyên hóa trong không gian có thể chia ra: tính chuyên hóa đồng nhất và tính chuyên hóa địa phương (vành phân tán nguyên sinh)

Thuật ngữ “chuyên hoá” của đá có sự liên tưởng về tiềm năng mang quặng của nó Việc đánh giá định lượng hàm lượng các nguyên tố trong đá vượt trị số Clark là tính chuyên hoá địa hóa "dương” Để so sánh với công việc đó, tính chuyên hoá địa hóa "âm” thể hiện hàm lượng trung bình của nguyên tố thấp hơn Clark hay không có các khoáng vật phụ nào đó cũng không thể bỏ qua

Tuy nhiên, sự tồn tại tính chuyên hóa địa hóa của các phức hệ đá magma không phải bao giờ cũng xác nhận khả năng thành tạo quặng của chúng Để thành tạo nên các mỏ khoáng sản cần nhiều điều kiện khác nữa: hoàn cảnh kiến trúc địa chất thuận lợi, ảnh hưởng của môi trường vây quanh, điều kiện hóa lý thuận lợi dẫn đến sự tích tụ các nguyên tố quặng v v

Tiềm năng chứa quặng được thể hiện trong chuyên hoá địa hóa - trong tổng

của các dấu hiệu địa hóa phân biệt phức hệ đó với các phức hệ khác có thành phần gần gũi nhưng không chứa quặng Nghiên cứu chuyên hoá địa hóa đòi hỏi phải làm sáng tỏ các mối liên quan các nguyên tố tạo đá và nguyên tố phụ, kể cả các nguyên

tố có thể sử dụng như là chỉ thị cho tính chứa quặng Tuy nhiên, đánh giá chuyên hoá địa hóa của mỗi một kiểu đá từ quan điểm thực tiễn chỉ có thể có trên cơ sở phân tích mọi mặt của các quá trình dẫn đến sự tích tụ các nguyên tố trong mỏ Nơi không có các quá trình đó thì sử dụng một cách máy móc các dấu hiệu xác định tính chuyên hoá địa hóa của kiểu này hay khác có thể đưa ra những kết luận sai lầm Để nghiên cứu tính chuyên hóa địa hóa có giá trị khoa học và thực tiễn phải sử dụng những nghiên cứu địa chất thạch học chi tiết về các qui luật phát triển của hoạt động magma ở vùng này hay vùng khác, cùng với việc xác định thời gian và địa điểm của các quá trình tạo quặng trong tiến trình phát triển chung của chúng (phải dựa trên những tài liệu đã nghiên cứu về phương diện địa chất)

Khi nghiên cứu tính chuyên hóa, ngoài việc sử dụng trị số Clark hành tinh cần phải xác định hàm lượng nền (tức là trị số Clark của khu vực hoặc của tỉnh) thì mục đích thực tiễn mới có giá trị

Các nhà địa hóa Liên bang Nga (A.A.Golovin và nnk, 2000) đã sử dụng hệ

số Clark tập trung (Ktt) cho các mức chuyên hoá như sau: Ktt < 1,5 - không có tính chuyên hóa địa hóa; Ktt > 1,5 - có tính chuyên hoá địa hóa Đối với trường hợp Ktt

= 10 - 50 - chuyên hóa khoáng vật phụ; Ktt = 50 - 100 - chuyên hóa sinh khoáng

Phương pháp tính hệ số Ktt cho phức hệ địa chất bằng công thức:

2 1 6 Quá trình tạo khoáng

Mỗi loại khoáng hóa được hình thành theo một “quá trình tạo khoáng” nhất định Quá trình tạo khoáng là các quá trình địa chất, trong đó có quá trình chuẩn bị nguồn vật chất, rồi di chuyển chúng đi, cuối cùng tích tụ chúng lại ở một nơi (mỏ khoáng, điểm quặng) có các điều kiện địa chất và hóa lý thuận lợi Như vậy, bản chất của quá trình tạo khoáng có ba giai đoạn: 1 - Giai đoạn chiết tách vật chất tạo