Quá trình biến đổi illit smectit lấy ví dụ sét kinnekulle thụy điển và sét di linh việt nam

I HC QUC GIA H NI TRNG I HC KHOA HC T NHIấN - PHM TH NGA QU TRèNH BIN I ILLIT-SMECTIT: LY V D SẫT KINNEKULLE - THY IN V SẫT DI LINH - VIT NAM LUN VN THC S KHOA HC H Ni - 2015 I HC QUC GIA H NI TRNG I HC KHOA HC T NHIấN - PHM TH NGA QU TRèNH BIN I ILLIT-SMECTIT: LY V D SẫT KINNEKULLE - THY IN V SẫT DI LINH - VIT NAM Chuyờn ngnh: a cht hc Mó s: 60440201 LUN VN THC S KHOA HC NGI HNG DN KHOA HC: PGS.TS HONG TH MINH THO XC NHN HC VIấN CHNH SA THEO GểP í CA HI NG Giỏo viờn hng dn Ch tch hi ng chm lun thc s khoa hc PGS.TS Hong Th Minh Tho PGS.TS Nguyn Vn Vng H Ni - 2015 LI CM N Hon thnh lun tt nghip ny, trc tiờn hc viờn xin chõn thnh cm n s ging dy nhit tỡnh ca thy cụ Khoa a cht - Trng i hc Khoa hc T nhiờn - i hc Quc gia H Ni sut thi gian hc viờn hc tp, nghiờn cu ti trng c bit, hc viờn xin by t lũng cm n sõu sc ti PGS.TS Hong Th Minh Tho, ngi ó trc tip hng dn tn tỡnh v chu ỏo quỏ trỡnh hc viờn thc hin v hon thnh lun Hc viờn cng xin chõn thnh cm PGS TS Jửrn Kasbohm - Jửrn-KasbohmConsulting, CHLB c ó giỳp ch bo v truyn t nhng kinh nghim quý bỏu thi gian hc viờn hc v nghiờn cu, cng nh nhng giỳp quỏ trỡnh thu thp v phõn tớch mu Kinnekulle Thy in Hc viờn xin gi li cm n sõu sc n gia ỡnh, ngi thõn v bn bố ó to mi iu kin tt nht, bờn cnh ng viờn c v hc viờn hon thnh lun ny Cui cựng, hc viờn xin cm n Hi ng bo v lun Thc s: PGS TS Nguyn Vn Vng (Ch tch Hi ng), PGS TS Nguyn Vn Ph (Phn bin 1), TS Nguyn Th Minh Thuyt (Phn bin 2), TS Nguyn Thựy Dng (Th ký), TS Phm Vn Thanh (y viờn) ó cú nhng gúp ý quý bỏu hc viờn hon thin lun mt cỏch tt nht Trõn trng cm n ! H Ni ngy 30 thỏng 12 nm 2015 Hc viờn Phm Th Nga Phm Th Nga - iii - Lun Thc s Khoa hc MC LC M U .1 CHNG 1: C IM A CHT VNG DI LINH LM NG V KINNEKULLE THY IN 1.1 c im a cht vựng Di Linh Lõm ng 1.2 c im a cht vựng Kinnekulle Thy in CHNG 2: MU V PHNG PHP NGHIấN CU .9 2.1 Mu nghiờn cu 2.1.1 Mu bentonit Di Linh-Vit Nam .9 2.1.2 Mu bentonit Kinnekulle-Thy in 10 2.2 Cỏc phng phỏp nghiờn cu 11 2.2.1 Phng phỏp Hunh quang tia X (XRF) 11 2.2.2 Phng phỏp nhiu x tia X (XRD) 12 2.2.2 Phng phỏp Kớnh hin vi in t truyn qua (TEM) 12 CHNG 3: TNG QUAN V KHONG VT SẫT V QU TRèNH BIN I ILLIT-SMECTIT 15 3.1 Tng quan v khoỏng vt sột 15 3.1.1 Illit 16 3.1.2 Smectit .17 3.1.3 Khoỏng vt sột lp xen illlit-smectit (IS-ml) 19 3.2 Quỏ trỡnh bin i illit-smectit .20 3.2.1 Quỏ trỡnh smectit húa illit 20 3.2.3 Quỏ trỡnh illit húa smectit 21 3.3 í ngha ca quỏ trỡnh bin i .23 CHNG 4: C IM CA SẫT DI LINH V SẫT KINNEKULLE 24 4.1 c im ca sột Di Linh .24 4.1.1 c im húa hc sột Di Linh 24 4.1.2 c im khoỏng vt sột Di Linh 25 Phm Th Nga - iv - Lun Thc s Khoa hc 4.2 c im ca sột Kinnekulle 31 4.2.1 c im húa hc sột Kinnekulle 31 4.2.2 c im khoỏng vt sột Kinnekulle .33 CHNG 5: QU TRèNH BIN I ILLIT-SMECTIT 41 5.1 Quỏ trỡnh bin i illit thnh smectit sột Di Linh 41 5.1.1 c im ca quỏ trỡnh bin i .41 5.1.2 C ch hỡnh thnh smectit t illit 43 5.1.3 Cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh smectit húa illit 45 5.2 Quỏ trỡnh bin i smectit thnh illit sột Kinnekulle 47 5.2.1 c im ca quỏ trỡnh illit húa smectit sột Kinnekulle 47 5.2.2 C ch bin i smectit thnh illit 53 5.2.3 Cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh illit húa 56 KT LUN .60 TI LIU THAM KHO 62 Phm Th Nga -v- Lun Thc s Khoa hc CH VIT TT IS-ml Khoỏng sột lp xen illit/smectit IS-ml R0 Khoỏng sột lp xen illit/smectit xen lp ngu nhiờn IS-ml R1 Khoỏng sột lp xen illit/smectit xen lp u n XRD Nhiu x tia Roentgen XRF Hunh quang tia X TEM Kớnh hin vi in t truyn qua TEM-EDX Kớnh hin vi in t truyn qua kt hp vi h thng tỏn x tia X diVS-ml Khoỏng sột lp xen di-vermicullit/smectit KSV-ml Khoỏng sột lp xen kaolinit-smectit-vermiculit CSV-ml Khoỏng sột lp xen chlorit-smectit-vermiculit Phm Th Nga -i- Lun Thc s Khoa hc DANH MC HèNH Trang Hỡnh 1: Bn hnh chớnh khu vc nghiờn cu .4 Hỡnh 2: S a cht m bentonit Di Linh, tnh Lõm ng Hỡnh 3: c im a tng vựng Kinnekulle Hỡnh 4: Moong khai thỏc bentonit Di Linh .9 Hỡnh 5: Bentonit xỏm trng xen k bazan b phong húa (trỏi) v bentonit mu vng, nõu vng, xỏm xanh (phi) 10 Hỡnh 6: Lừi khoan Mossen-3 thu thp ti vựng i Kinnekulle 10 Hỡnh 7: Trỡnh t a tng ca lp bentonit Kinnekulle 11 Hỡnh 8: Mụ hỡnh cu trỳc tinh th illit 16 Hỡnh 9: Mụ hỡnh cu trỳc tinh th smectit 18 Hỡnh 10: Mụ hỡnh cu trỳc khoỏng vt sột lp xen illit-smectit .20 Hỡnh 11: Gin XRD mu ton phn ca sột Di Linh Lõm ng 26 Hỡnh 12: Ph XRD mu nh hng ca sột Di Linh bao gm mu lm khụ t nhiờn (AD) v mu bóo hũa ethylen glycol (EG) .27 Hỡnh 13: nh TEM ca sột bentonit Di Linh (7000x) .28 Hỡnh 14: nh TEM ca ht goethit sột Di Linh 30 Hỡnh 15: S bin i thnh phn húa hc lp bentonit .33 Hỡnh16: Gin nhiu x tia X mu bt ca sột Kinnekulle 34 Hỡnh 17: S bin thiờn hm lng thch anh theo sõu lp bentonit Kinnekulle .36 Hỡnh 18: nh TEM i din cho cỏc mu Kinnekulle B_A (18A), B_C (18B), B_F (18C), B_I (18D) v B_L (18E) .39 Hỡnh 19a: Hỡnh nh TEM ca ht IS-ml vi phn rỡa b smectit húa 42 Hỡnh 19b nh TEM-ED th hin s thay i cu trỳc gia phn rỡa v phn tõm ht .42 Hỡnh 20: S bin i thnh phn húa hc th hin quỏ trỡnh smectit húa theo chiu t rỡa vo tõm ht IS-ml .42 Hỡnh 21: Tng quan gia s bin i hm lng K v in tớch gia lp vi hm lng lp smectit mt n v cu trỳc [O10(OH)2] ca cỏc ht diVS-ml bentonit Di Linh 44 Phm Th Nga - ii - Lun Thc s Khoa hc Hỡnh 22: nh hng ca lng ma n s hỡnh thnh khoỏng vt sột quỏ trỡnh phong húa ỏ macma acid (a) v bazo (b) .46 Hỡnh 23: Hm lng smectit lp bentonit Kinnekulle tng theo sõu .47 Hỡnh 24: S bin thiờn hm lng illit lp bentonit Kinnekulle 48 Hỡnh 25: Gin XRD mu nh hng bóo hũa ethylen glycol ca cỏc mu sột Kinnekulle .49 Hỡnh 26: Cỏc ht IS-ml vi phn rỡa ht rừ nột (nh trỏi - mu Kinnekulle B_A; nh phi - mu Kinnekulle B_C 51 Hỡnh 27: S khỏc v hỡnh thỏi gia cỏc ht IS-ml, ph thuc ch yu vo hm lng cỏc lp cu trỳc 51 Hỡnh 28: S bin i hm lng lp illit cu trỳc IS-ml theo sõu 52 Hỡnh 29: nh hng ca pH ti s hũa tan Al v Si 54 Phm Th Nga - iii - Lun Thc s Khoa hc DANH SCH BNG Trang Bng 1: Hm lng lp illit IS-ml xỏc nh bi giỏ tr nh nhiu x mu sột bóo hũa ethylen glycol .13 Bng 2: Thnh phn húa hc mu sột Di Linh s so sỏnh vi mt s mu sột in hỡnh trờn th gii .24 Bng 3: Thnh phn khoỏng vt mu sột Di Linh 26 Bng 4: Cụng thc cu trỳc [giỏ tr trung bỡnh theo n v (OH)2O10] ca pha diVS-ml bentonit Di Linh (thnh phn < àm), tớnh bng phng phỏp TEM-EDX 29 Bng 5: Thnh phn khoỏng vt ca sột bentonit Di Linh thnh phn cp ht 9), c Al v Si u b hũa tan Nh vy, pH ca mụi trng cú nh hng ln n quỏ trỡnh illit húa smectit C th, quỏ trỡnh illit húa Phm Th Nga - 54 - Lun Thc s Khoa hc thng ớt xy mụi trng acid Al cu trỳc ca smectit b hũa tan v cú th b mang i Trong mụi trng kim, quỏ trỡnh illit hũa d dng xy hn Al v Si cu trỳc ca smectit u b hũa tan v cú th thay th ng hỡnh cho Trong mụi trng kim cú sn Al hũa tan, quỏ trỡnh illit húa din mnh m hm lng Al cú sn mụi trng s xõm nhp v thay th vo v trớ Si b hũa tan cu trỳc ca smectit, hỡnh thnh illit vi hm lng Al lp t din ln hn Al3+ thay th cho Si4+ lm tng in tớch gia lp, in tớch tng n giỏ tr cho phộp, K gia lp b kh nc, lp y vo khong cỏch gia lp, K+ cú bỏn kớnh ion nh b c nh lp xen gia ú lp xen gia ko th gión n c, bin i smectit thnh illit in tớch cn thit kh K gia lp l khong -0,75 / (OH)2O10 (Eberl, 1980) V mt cõn bng húa hc, quỏ trỡnh illit húa i kốm vi s c nh ion K lp gia lp v cú s b sung hm lng Al lp t din Phn ng bin i smectit thnh illit cú th din theo cỏch khỏc Theo nghiờn cu ca Hower et al (1976), s hỡnh thnh illit t smectit mụi trng cú sn ion Al hũa tan din theo phn ng: smectit + K+ + Al3+1 illit + Na+ + Ca2+ + Si4+ + Fe2+ + Mg2+ +H2O S hỡnh thnh illit t smectit mụi trng khụng cú Al hũa tan theo nghiờn cu ca Boles & Franks (1979) din theo phn ng: 1.6 smectit + K+1illit + Na+ + Ca2+ + Si4+ + Fe2+ + Mg2+ + O2+ OH +H2O i vi sột Kinnekulle, hm lng K luụn cú sn lp bentonit c hỡnh thnh t s lng ng tro nỳi la mụi trng bin luụn cha sn mt hm lng ỏng k K+ nc bin v tro nỳi la Quỏ trỡnh phong húa cỏc sn phm nỳi la cú thnh phn acid cng hỡnh thnh mt hm lng nht nh Al3+ hũa tan iu kin ny hon ton thớch hp din quỏ trỡnh illit húa S thay th ng hỡnh ca Al3+ cho Si4+ luụn din song song vi s gii phúng ion Si4+ t smectit vo mụi trng Ion Si4+ gii phúng t smectit kt ta di dng thch anh, cristobalit hoc silic vụ nh hỡnh nhit xung thp Hỡnh nh cỏc mu sột Kinnekulle di phõn tớch TEM cho thy cỏc ht IS-ml nhỡn chung gi c hỡnh thỏi ban u ca cỏc ht smectit Cỏc ht IS-ml cú dng tm ging nh cỏc tm smectit nhng dy hn vi phn rỡa khỏ rừ rng (Hỡnh 26) Nh vy, cú th thy quỏ trỡnh illit húa smectit sột Kinnekulle din trng thỏi rn, Phm Th Nga - 55 - Lun Thc s Khoa hc cỏc lp smectit b bin i dn thnh cỏc lp illit bng s b sung v c nh cation K + lp xen gia v thay th Al3+ cho Si4+ lp bỏt din giai on bin i u tiờn, smectit bin i thnh khoỏng vt sột lp xen illit/smectit vi cỏc lp illit v lp smectit sp xp ngu nhiờn cỏc giai on bin i tip theo, s sp xp cỏc lp cu trỳc tr nờn cú trt t hn v hm lng lp illit tng lờn 5.2.3 Cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh illit húa i vi lp bentonit tui Ordovic Kinnekulle, cỏc tỏc nhõn chớnh nh hng n quỏ trỡnh bin i smectit thnh illit ú l nhit , pH v hm lng K cú sn Lp bentonit Kinnekulle chu nh hng bi nhit ca hot ng magma dũng magma xuyờn ct qua lp trm tớch i lờn hỡnh thnh lp diabas vi sõu hng chc m Nghiờn cu ca Pusch & Madsen (1995) cho bit lp diabas ny cú dy khong 60m cỏch lp bentonit tui Ordovic ang nghiờn cu ny khong 90m Nhit t lp xõm nhp diabas ny cú nh hng mnh m n lp bentonit phớa di Do cỏc lp t ỏ nm gia lp bentonit v lp diabas ch yu l ỏ vụi khụng gi nhit nờn lng nhit t lp bentonit nhn c t xõm nhp diabas l khỏ ln Nghiờn cu lch s nhit ca lp bentonit Kinnekulle tui Ordovic bng húa thch rng nún (conodont) cho bit nhit ca lp ỏ vụi cỏch ranh gii phớa trờn lp bentonit 10m l khong 110-200oC (ngun) Grandien a nhit sõu ny c tớnh toỏn khụng vt quỏ 0,05oC/cm Nh vy, nhit lp bentonit nhõn c t lp diabas phớa trờn l vo khong 60-150oC Nghiờn cu lch s nhit ca lp bentonit cho thy lp ny nhõn c lng nhit t phun tro diabas tng nhit t nhit ban u (khong 20oC) n 150oC vũng 300 nm; nhit ca lp bentonit tip tc c gi 130oC khong 300 nm sau ú v gim xung cũn 100-130oC khong 400 nm; sau ú tip tc gim xung, tr v nhit ban u thi gian ngui lnh di khong 2000 nm (Pusch & Madsen (1995) mc nhit ny, quỏ trỡnh bin i smectit thnh illit din vi s tng lờn dn dn hm lng illit IS-ml, cỏc ht smectit ban u b bin i thnh IS-ml vi cỏc lp illit v smectit sp xp ngu nhiờn, tip theo ú hỡnh thnh IS-ml sp xp cú trt t hn Nu nhit phõn tỏn u n lp bentonit thỡ quỏ trỡnh illit húa cỏc phn ca lp bentonit din vi cng tng t dy ca lp bentonit nh (2m) Tuy nhiờn, bentonit l mt loi vt cht cú tớnh cht truyn nhit rt kộm nờn Phm Th Nga - 56 - Lun Thc s Khoa hc nhit s c lu gi phn trờn ca lp bentonit nhiu hn so vi cỏc phn phớa di, cú ngha l nhit phn trờn ca lp bentonit cao hn tng i so vi cỏc phn phớa di õy l mt nhng nguyờn nhõn lm cho phn trờn ca lp bentonit b illit húa mnh m hn (nh ó trỡnh by trờn) S xut hin perowskit l khoỏng vt thng c tỡm thy cỏc i bin cht tip xỳc nhit phn trờn ca lp bentonit cho thy nh hng bi nhit ca phn ny l khỏ mnh m pH nh hng n s hũa tan cỏc ion cu trỳc ca khoỏng vt ú cú nh hng n quỏ trỡnh illit húa smectit i vi lp bentonit Di Linh, pH cỏc phn ca lp l khỏc nhau, liờn quan n s tng tỏc ca cỏc phn vi ỏ võy quanh T trỡnh t a tng lừi khoan thu thp ti Kinnekulle cho thy lp bentonit chớnh (lp B) nm xen kp gia lp ỏ phin sột mu xỏm phớa trờn v lp ỏ vụi mu xỏm phớa di S nh hng ca cỏc ỏ võy quanh lm thay i pH ca phn trờn v phn di ca lp bentonit so vi phn trung tõm C th ỏ phin sột v ỏ vụi u mang mụi trng kim tng tỏc vi ranh gii trờn v ranh gii di ca lp bentonit lm cho hai phn ny cú kim mnh hn so vi phn gia ca lp khụng tip xỳc vi ỏ võy quanh Mụi trng kim to tip xỳc ny thỳc y quỏ trỡnh illit húa smectit, ú quỏ trỡnh illit húa phn trờn v phn di ca lp illit din mnh m hn Nghiờn cu s nh hng ca cỏc ỏ võy quanh n pH ca cỏc phn lp bentonit cn cú nhng phõn tớch chi tit hn Hm lng K cú sn cỏc ỏ võy quanh lp benttonit (ỏ phin sột v ỏ vụi) l mt yu t quan trng phn ng bin i smectit v illit Nghiờn cu ca Nadeau & Reynolds (1981) ó ch rng hm lng lp illit IS-ml hỡnh thnh mụi trng cú cha Ca thp hn so vi mụi trng khụng cha Ca Nghiờn cu ca Eberl (1978); Roberson & Lahann (1981) cho thy tc ca quỏ trỡnh illit húa ph thuc khụng nh vo t l K+/(Ca2+, Mg2+) S cú mt ca cỏc caion húa tr II c ch phn ng smectit-illit i vi lp bentonit Kinnekulle, hm lng K+ phong phỳ lp ỏ phin sột phớa trờn lp bentonit cú vai trũ thỳc y phn ng illit húa smectit, lm cho thnh phn smectit phn trờn ca lp bentonit tip giỏp vi lp ỏ phin sột ny b bin i mnh m hn Phn ranh gii phớa trờn ca lp bentonit cú hm lng K cao hn cũn cú th cú nguyờn nhõn l lp ny c bóo hũa vi nc bin cú sn K+ khong thi gian di hn Phm Th Nga - 57 - Lun Thc s Khoa hc so vi phn trung tõm Phn phớa di tip xỳc trc tip vi lp ỏ vụi, s xõm nhp ca cation Ca2+ v Mg2+ lm hn ch quỏ trỡnh illit húa Tc bin i ca smectit cỏc phn ca lp bentonit cú s khỏc nhau, c th phn trờn b illit húa mnh m nht, tip theo ú l phn phớa di v sau cựng l phn gia ca lp bentonit b illit húa yu nht S khỏc nhau c lớ gii cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh bin i cú tỏc ng khụng ng u n cỏc phn ca lp smectit T nhng phõn tớch trờn cú th túm tt cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh illit húa tng phn ca lp bentonit nh sau: - Phn trờn ca lp bentonit chu nh hng mnh m bi nhit ca phun tro diabas phớa trờn nm v trớ gn lp diabas hn cựng vi kh nng truyn nhit ca bentonit kộm ó gi li mt lng nhit ln phn phớa trờn ca lp bentonit S nh hng ca nhit lm cho quỏ trỡnh illit húa phn ny din mnh m hn so vi cỏc phn phớa di Thờm vo ú, hm lng K+ v Al3+ di cú sn lp ỏ phin sột mang mụi trng kim cng thỳc y phn ng bin i smectit thnh illit Si cu trỳc ca smectit b hũa tan mụi trng kim v c thay th bng Al3+ cú sn, K+ c b sung v c nh lp xen gia, hỡnh thnh cỏc lp illit khụng cú kh nng trng n - Phn gia ca lp bentonit b gii hn bi hai phn bentonit, khụng tip xỳc vi cỏc ỏ võy quanh, hm lng K v pH thp hn ỏng k so vi phn phớa trờn v phn phớa di Nhit ca phn bentonit ny thp hn ỏng k so vi phn phớa trờn kh nng truyn nhit kộm Do ú smectit b bin i chm chp hn, quỏ trỡnh illit húa yu hn - Phn di cỏch lp diabas xa hn so vi hai phn trờn, s tng nhit theo gradient a nhit l khụng ỏng k lp bentonit tng i mng, vỡ th nhit ca phn phớa di thp hn so vi hai phn trờn Tuy nhiờn phn ny li tip xỳc trc tip vi lp ỏ vụi nm phớa di nờn cú tớnh kim mnh hn so vi hai phn trờn Vỡ pH cao thỳc y quỏ trỡnh illit húa nờn hm lng lp illit c hỡnh thnh phn no cao hn so vi phn gia So vi phn trờn ca lp bentonit, phn di b illit húa yu hn nhit ca phn di thp hn Bờn cnh cỏc yu t trờn, quỏ trỡnh illit húa cũn b nh hng bi thnh phn ca smectit ban u v rng ca ỏ Thnh phn húa hc ca smectit ban u cú th cng Phm Th Nga - 58 - Lun Thc s Khoa hc húa hoc c ch quỏ trỡnh illit húa Smectit cú cha cỏc cation húa tr I (Na, K) b illit húa d dng hn so vi smectit cú cha cation húa tr II (Mg, Ca) cỏc cation húa tr II cú nng lng hydrat húa cao hn ũi hi phi cú in tớch gia lp ln mi cú th kh nc (Sucha et al,1993; Eberl 1980) thm v rng ca ỏ cng nh hng n tc v c ch bin i smectit thnh illit Bentonit Kinnekulle cú rng kộm, thm tt, smectit cú xu th bin i thnh illit theo tng lp trang thỏi rn, khỏc vi quỏ trỡnh illit húa bng cỏch hũa tan v tỏi kt ta thng xy ỏ cỏt kt Lp bentonit vi rng thp hn ch quỏ trỡnh chuyn cỏc hp phn h mụi trng bờn ngoi, h thng bin i tng i kớn v cỏc ht khoỏng vt bin i t t Trong iu kin bn cha rỏc thi ht nhõn, s dng bentonit lm tng chn k thut, nhit c sinh t quỏ trỡnh phỏt x cú th lm bin i thnh phn smectit thnh illit Hn th na, mt s mụ hỡnh bn cha chụn rỏc thi cỏc vũm mui (in hỡnh c v M) (Herbert et al, 2011), hm lng K cú sn vũm mui cú tỏc ng thỳc y quỏ trỡnh illit húa Quỏ trỡnh bin i smectit thnh illit lm gim cht lng ca bentonit vic s dng nh cht m v cht bt kớn bn cha rỏc thi ht nhõn (Meunier & Velde, 2004; Pusch, R & Kasbohm, 2002) ú cn cú nhng nghiờn cu chi tit v nh hng ca quỏ trỡnh illit húa n s bn vng ca bn cha s dng bentonit lm tng chn k thut Phm Th Nga - 59 - Lun Thc s Khoa hc KT LUN Quỏ trỡnh bin i illit-smectit l mt quỏ trỡnh hai chiu, ú quỏ trỡnh hỡnh thnh smectit t illit hay cũn gi l quỏ trỡnh smectit húa c coi l chiu thun, ngc li quỏ trỡnh bin i smetit thnh illit (quỏ trỡnh illit húa) c coi l chiu nghch Lun tin hnh nghiờn cu trờn hai loi sột l sột Di Linh Vit Nam v sột Kinnekulle Thy in phõn tớch quỏ trỡnh bin i gia illit v smectit Cỏc mu c thu thp v tin hnh nghiờn cu bng cỏc phng phỏp phõn tớch khoỏng vt hin i nh phng phỏp hunh quang tia X (XRF) phng phỏp nhiu x tia X (XRD) v phng phỏp kớnh hin vi in t truyn qua (TEM) Nhng kt qu thu c t cỏc phõn tớch tin hnh trờn mu sột Di Linh v sột Kinnekulle th hin quỏ trỡnh bin i gia illit v smectit c im v c ch ca quỏ trỡnh bin i cng c nghiờn cu khỏ chi tit Nhng kt qu nghiờn cu trờn mu sột Di Linh cho thy quỏ trỡnh bin i t illit thnh smectit di tỏc ng ca cỏc tỏc nhõn phong húa Bentonit Di Linh cú thnh phn chớnh l khoỏng sột lp xen di-vermicullit-smectit (diVS-ml, hay l IS-ml vi in tớch v hm lng K thp), thch anh, muscovit v ferrihydrit Ngoi cũn cú kaolinit, KVS-ml, chlorit, goethit, anatas chim hm lng vt mu Cỏc khoỏng vt diVS-ml gm hai nhúm: nhúm cỏc hp ht dng ỏm mõy l diVS-ml xen lp ngu nhiờn cú thnh phn lp smectit >90% chim hm lng ln mu; nhúm cỏc ht cú dng tm hỡnh dng d thng vi phn rỡa ri rc l diVS-ml xen lp u n cú thnh phn lp smectit thp hn Quỏ trỡnh bin i t illit (di-vermicullit) thnh smectit c phỏt hin tng ht khoỏng vt nghiờn cu chi tit bng phng phỏp TEM-EDX Cỏc ht illit dng tm b bin i theo chiu t rỡa vo trung tõm, smectit c hỡnh thnh t illit i kốm vi s suy gim hm lng K v tng hm lng Fe Quỏ trỡnh oxi húa Fe2+ cu trỳc ca illit thnh Fe3+ phong húa lm cho lc liờn kt gia cỏc lp cu trỳc yu i v ú K d dng b trụi Quỏ trỡnh phong húa cng lm trụi mt phn ion Al3+ lp bỏt din ca illit v thay th bng ion Fe3+ mụi trng bờn ngoi Quỏ trỡnh bin i ny khụng ch xy t nhiờn m cũn cú th xy s Phm Th Nga - 60 - Lun Thc s Khoa hc dng vt liu bentonit, chng hn nh s dng cụ lp cht thi bn cha rỏc thi ht nhõn iu kin bentonit c tip xỳc vi nc ngm Nghiờn cu XRF, XRD v TEM trờn cỏc mu sột Kinnekulle cho thy s bin i smectit thnh illit di nh hng chớnh ca nhit v pH Thnh phn khoỏng vt ca bentonit Kinnekulle cú bao gm smectit, illit, muscovit, thch anh, calcit v hm lng nh kaolinit, albit v lepidocrocit Hm lng smectit gm phn ln l cỏc khoỏng vt sột lp xen illit/smectit vi hm lng lp illit khỏc cỏc mu nghiờn cu Nghiờn cu ó ghi nhn c s bin i khỏc cỏc phn ca lp smectit Tc bin i ca smectit cỏc phn ca lp bentonit khỏc cỏc yu t gõy bin i smectit tỏc ng lờn cỏc phn ca lp bentonit mt cỏch khụng ng u Phn trờn b illit húa mnh m nht, tip n l phn di, phn gia b illit húa yu nht Quỏ trỡnh illit húa smectit din s hũa tan Si lp t din ca smectit, thay th vo ú l cỏc cation Al3+ cú sn mụi trng S thay th ny lm tng in tớch lp xen gia ca smectit, K gia lp b kh nc, lp y lp xen gia Hm lng K+ cú sn mụi trng c b sung thờm vo lp xen gia, K+ vi kớch thc nh b c nh lp xen gia khin lp cu trỳc khụng cũn kh nng trng n, bin smectit thnh illit Quỏ trỡnh bin i smectit thnh illit din dn dn tng lp cu trỳc ca smectit trng thỏi rn hỡnh thnh khoỏng vt sột lp xen illitsmectit vi hm lng lp illit tng dn Quỏ trỡnh bin i gia smectit v illit tip tc din theo nhng xu hng khỏc ph thuc vo iu kin mụi trng Quỏ trỡnh smectit húa xy di tỏc ng ca cỏc tỏc nhõn phong húa quỏ trỡnh illit húa li b nh hng mnh m bi s bin cht nhit thp Quỏ trỡnh bin i ny cng cú th xy s dng bentonit lm tng chn k thut bn cha rỏc thi ht nhõn, lm thay i c tớnh ca tng chn bentonit, ú nh hng n bn vng ca h thng bn cha Nghiờn cu quỏ trỡnh bin i ca cỏc khoỏng vt bentonit cho phộp a nhng nh hng s dng bentonit mt cỏch cú hiu qu Nghiờn cu quỏ trỡnh bin i illit-smectit t nhiờn cung cp nhng kt qu ban u nhm tin ti nghiờn cu quỏ trỡnh bin i ny cỏc thớ nghim mụ phng iu kin bn cha rỏc thi ht nhõn Phm Th Nga - 61 - Lun Thc s Khoa hc TI LIU THAM KHO Ting Vit on Sinh Huy, 1982 Bỏo cỏo nghiờn cu t m sột Bentonit Tam B - Di Linh Lõm ng Trung tõm Thụng tin Lu tr - Tng cc a cht v Khoỏng sn Vit Nam Kiu Quý Nam, 1996 Bn cht ngun cung cp vt liu quỏ trỡnh hỡnh thnh m sột bentonit Tam B Tp cỏc Khoa hc v Trỏi t, 18(4), 314-318 Kiu Quý Nam, 2004 Nghiờn cu c im cu trỳc v kh nng s dng bentonit Lõm ng x lý cỏc ngun nc ụ nhim Tp cỏc Khoa hc v Trỏi t, 26(4), 486-492 Lờ Cụng Hi (Ch biờn), 1979 c im thnh phn vt cht sột Bentonit vựng Di linh Bỏo cỏo a cht Lu tr Vin Nghiờn cu a cht v Khoỏng sn H Ni Lờ Bỡnh, Kiu Cụng c, 1998 c im cht lng v nh hng s dng Bentonit Vit Nam Tp Kinh t a cht & nguyờn liu khoỏng, H Ni, s 1998 (14), 1- Ting Anh Ahn J H & Peacor D R., 1986 Transmission and analytical electronmicroscopy of the smectite-to-illite transition Clays & Clay Minerals 34, 165-179 Altane S.P., Bethke C.M., 1988 Interlayer order in illite/smectite American Mineralogist, 73, 766-774 Bergmann J., Friedel P., Kleeberg R., 1998 BGMN - a new fundamental parameters based Rietveld program for laboratory X-ray sources, it's use in quantitative analysis and structure investigations Commission of Powder Diffraction, International Union of Crystallography CPD Newslett, 20, 5-8 Bethke C.M., Vergo N., Altaner S.P., 1986 Pathways of smectite illitization Clays and Clay Minerals, 34, 125-135 10 Boles J.R., Franks S.G., 1979 Clay diagenesis in Wilcox sandstones of southwest Texas: implications of smectite diagenesis on sandstone cementation J Sediment Petrol 49:5570 11 Borchardt G., 1989 Smectites, in: Minerals in Soil Environments Soil Science Society of America Madison, Wisconsin, 675-727 12 Brusewitz, A M., 1986 Chemical and physical properties of Paleozoic potassium bentonites from Kinnekulle, Sweden Clays and clay minerals, 34(4), 442-454 Phm Th Nga - 62 - Lun Thc s Khoa hc 13 Buey C.S., Barrios M.S., Romero E.G., Dominguez Diza M.C., Montoya M.D., 1998 Electron microscopic study of the illite-smectite transformation in the bentonites from Cerro del Aguila (Toledo, Spain) Clay Minerals, 33, 501-510 14 Christidis G.E., 2008 Do bentonites have contradictory characteristics? An attempt to answer unanswered questions Clay Minerals, 43, 515-529 15 Christidis, G E., 2009 Application of Electron Microscopy to the study of smectites and zeolites 16 Eberl D & rodo J., 1988 Ostwald ripening and interparticle-diffraction effects for illite crystals American Mineralogist, 73, 13351345 17 Eberl D.,1978 The reaction of montmorillonite to mixed-layer clay: the effect of interlayer alkali and alkaline earth cations Geochimica et Cosmochimica Acta, 42, 1-7 18 Eberl D D., 1980 Akali cation selectivity and fixation by clay minerals Clays and Clay Minerals 28, 161-172 19 Eberl D D., 1984 Clay mineral formation and transformation in rock and soils Phil Trans R Soc Lond A 311, 241-257 20 Eberl D., rodo J., Kralik M., Taylor B., and Peterman Z., 1990 Ostwald ripening of clays and metamorphic minerals Science, 248,474477 21 Fanning D S., Keramidas V Z & El-Desoky M A., 1989 Micas: In: Minerals in Soil Environments, 2nd edn (eds J B.Dixon & B S Weed), pp 551-634 Book Series No 1, Soil Science Society of America, Madison, WI 22 Gỹven N., 1988 Smectites, in: Bailey S.W (Ed.), Hydrous Phyllosilicates Mineralogical Society of America, Washington DC, 497-560 23 Harvey C & Browne P., 1991 Mixed-layer clay geothermometry in the Wairakei geothermal field, New Zealand Clays and Clay Minerals, 39, 614621 24 Henning K.H & Stửrr M., 1986 Electron micrographs TEM, SEM of clays and clay minerals Schriftenreihe fỹr Geologische Wissenschaften, 25 Akademie-Verlag, Berlin p 325 25 Hoang-Minh T., 2006: Characterization of Clays and Clay Minerals for Industrial Applications: Substitution Non-natural Additives by Clays in UV Protection Dissertation - Ernst-Moritz-Arndt University Greifswald 26 Hoang-Minh T., Nguyen-Thanh L., Nguyen T.-D., Nguyen D.-T., Lai L.T., Thuyet N.T.T, Kasbohm J., Pusch R., Knutsson S., 2014 Mineralogical characterization of Di Linh bentonite, Vietnam: A methodological approach of X-ray diffraction and transmission electron microscopy 13th International Symposium on Mineral Exploration, 22-24/9/2014, Hanoi, Vietnam Proceedings, 143-148 Phm Th Nga - 63 - Lun Thc s Khoa hc 27 Hower J, Eslinger E.V, Hower M.E, Perry E.A.,1976 Mechanism of burial and metamorphism of argillaceous sediments: Mineralogical and chemical evidence Geol Soc Am Bull, 87:725737 28 Inoue A and Kitagawa R., 1994 Morphological characteristics of illitic clay minerals from a hydrothermal system American Mineralogist, 79, 700711 29 Inoue A., Watanabe T., Kohyama N., and Brusewitz A., 1990 Characterization of illitization of smectite in bentonite beds at Kinnekulle, Sweden Clays and Clay Minerals, 38, 241249 30 Kasbohm J., Tarrah J., Henning K H., 2002 Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen an Feinfraktionen der Ringversuchsprobe Ton Stoob, in F Ottner & S Gier (Hrsg.), Beitrọge zur Jahrestagung Wien, 18.9-20.9 2002 Berichte der DTTG e.V., Band 9, 71-84 Deutsche Ton- und Tonmineralgruppe 31 Kửster H.M., 1977 Die Berechnung kristallchemischer Strukturformeln von 2:1 Schichtsilikaten unter Berỹcksichtigung der gemessenen Zwischenschichtladungen und Kationenaustausch-kapazitọten, sowie die Darstellung der Ladungsverteilung in der Struktur mittels Dreiecks-koordinaten Clay Minerals, 12, 45-54 32 Meunier A., & Velde B., 1989 Solid solutions in I/S mixed layer minerals and illite American Mineralogist, 74, 1106-1112 33 Meunier A & Velde B., 2004 Illite: Origin, Evolution and Metamorphism Springer, New York 34 Moore, D.E., & Reynolds, R.C 1997 X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals (2nd Ed) Oxford University Press, 400 p 35 Murray H.H & Leininger R.K., 1956 Effect of weathering on clay minerals Clays and Clay Minerals, 4, 340-347 36 Nadeau P H & Reynolds R.C.,1981 Burial and contact metamorphism in the Mancos shale Clays & Clay Minerals 29, 249-259 37 Newman, A.C.D., & Brown, G., 1987 The chemical constitution of clays In A.C.D Newman (Ed.), Chemistry of Clays and Clay Minerals Mineralogical Society Monograph, (pp 1-128) Longman Technical and Scientific, Harlow, Essex 38 Newman A.C.D., 1987 Chemistry of clays and clay minerals John Wiley & Sons 39 Nguyen-Thanh L., Herbert H.J., Kasbohm J., Hoang-Minh T., Ferreiro-Mọhlmann R., 2014 Effects of chemical structure on stability of smectites in short-term alteration experiments Clays and Clay Minerals, 62, 425-446 40 Parham W E., 1996 Lateral variations of clay mineral assemblages in modern and ancient sediments Proc Int Clay Conf (Jerusalem) 1, 135-145 Phm Th Nga - 64 - Lun Thc s Khoa hc 41 Pollastro R.M., 1993 Considerations and applications of the illite/smectite geothermometer in hydrocarbon-bearing rocks of Miocen to Mississppian age Clays and Clay Minerals, 41(2), 119-133 42 Pusch R., 2001 The buffer and backfill handbook Part1: Definitions, basic relationships, and laboratory methods, SKB Technical Report SKB TR-02 20, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company, Stockholm, Sweden 43 Pusch R & Kasbohm J., 2002 Alteration of MX-80 by hydrothermal treatment under high salt content conditions Technical Report Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co, No TR 02-06, Stockholm, Sweden, 39 pp 44 Pusch R & Madsen F.T., 1995 Aspects on the illitization of the Kinnekulle bentonites Clays and clay minerals, 43(3), 261-270 45 Pusch R., & Yong, R.N., 2006 Microstructure of smectite clays and engineering performance Francis & Taylor, 352 p 46 Pusch R., Knutsson S., Al-Taie L., Mohammed M.H., 2012 Optimal ways of disposal of highly radioactive waste Natural Science, 4, Special issue, 906-918 47 Rieder M., Cavazzini G., Dýakonov Y.S., Frank-Kamenetskii V.A., Gottardi G., Guggenheim S., Koval P.V., Muller G., Neiva A.M.R., Radoslovich E.W., Robert, J.L., Sassi F.P., Takeda H., Weiss Z., Wones D.R., 1998 Nomenclature of the micas The Canadian Mineralogist, 36, 905-912 48 Rimmer S.M and Eberl D.D., 1982 Origin of an underclay as revealed by vertical variations in mineralogy and chemistry Clays & Clay Minerals, 30, 422-430 49 Roberson H and Lahann R., 1981 Smectite to illite conversion rates: Effects of solution chemistry Clays and Clay Minerals, 29, 129135 50 Robert M., Elsass F., Andreoli C., and rodo J., 1991 The cycle of 2:1 clay minerals transformation in sediments and soils New applications of high resolution transmission microscopy Proceedings of the 7th Euroclay Conference, Dresden, 875879 51 Romero R., Robert M., Elsass F and Garcia C., 1992 Evidence by transmission microscopy of weathering microsystems in soils developed from crystalline rocks Clay Minerals, 27, 21-33 52 Shutov V., Drits V., and Sakharov B.,1969 On the mechanism of a postsedimentary transformation of montmorillonite into hydromica Proceedings of the International Clay Conference, Tokyo Israel University Press, 523531 53 rodo J., Elsass F., McHardy W.J & Morgan D.J., 1992 Chemistry of illitesmectite inferred from TEM measurements of fundamental particles Clay Minerals, 27, 137-158 Phm Th Nga - 65 - Lun Thc s Khoa hc 54 Sucha V., Kraus I., Gerthofferova H., Petes J., and Serekova M., 1993 Smectite to illite conversion in bentonites and shales of the East Slovak basin Clay Minerals, 28, 243253 55 Velde B., 1992 Introduction to clay minerals: chemistry, origins, uses, and environmental significance London: Chapman and Hall 198p 56 Velde B., 1985a Possible chemical controls of illite/smectite composition during diagenesis: Mineral Mag 49, 387- 391 57 Velde B., 1985b Clay Minerals: A Physico-chemical Explanation of Their Occurrence: Elsevier, Amsterdam, 427pp 58 Velde B., Suzuki T., and Nicot E., 1986 Pressure temperature composition of illite/smectite mixed-layer minerals: Niger delta mudstones and other samples Clays and Clay Minerals, 34 (4), 435-441 59 Vicente M.A., Elsass F., Molina E & Robert M., 1997 Palaeoweathering in slates from the Iberian Hercynian Massif (Spain), investigation by TEM of clay mineral signatures Clay Minerals, 32, 435-451 60 Wilson M.J., 1999 The origin and formation of clay minerals in soils: past, present and future perspectives Clay Minerals, 34, 7-25 61 Yau Y., Peacor D., and McDowell S., 1987 Smectite-to-illite reactions in Salton Sea shales: A transmission and analytical electron microscopy study Journal of Sedimentary Petrology, 57, 335342 Phm Th Nga - 66 - Lun Thc s Khoa hc [...]... sung độ ẩm và nhiệt độ thấp (tƣơng tự với quá trình phong hóa) và quá trình biến đổi trong điều kiện mất nƣớc và nhiệt độ cao (tƣơng tự với quá trình biến chất) Biến đổi chính của khoáng vật sét trong 2 quá trình này là biến đổi giữa 2 pha smectit và illit Nếu nhƣ quá trình biến đổi smectit sang illit làm giảm độ trƣơng nở, độ tự hàn gắn Ngƣợc lại, quá trình biến đổi ngƣợc lại, illit sang smectit, lại... 3: Tổng quan về khoáng vật sét và quá trình biến đổi illit- smectit Chƣơng 4: Đặc điểm của mẫu sét Di Linh và sét Kinnekulle Chƣơng 5: Quá trình biến đổi illit- smectit Luận văn đã làm rõ thành phần hóa học, thành phần khoáng vật và đặc điểm của các pha khoáng vật trong bentonit Di Linh (Việt Nam) cũng nhƣ bentonit Kinnekulle (Thụy Điển) , sự hình thành và biến đổi của các loại sét này cũng nhƣ đánh giá... vật sét từ đá gốc là một quá trình đa dạng và phức tạp Nó phản ánh các loại đá mẹ khác nhau cũng nhƣ quá trình biến đổi và quá trình hình thành khoáng vật mới Quá trình biến đổi của các khoáng vật sét trong tự nhiên di n ra rất đa dạng Một trong những quá trình phổ biến nhất là sự biến đổi giữa smectit và illit Sự biến đổi này là sự biến đổi thuận nghịch, trong đó chiều thuận là quá trình hình thành smectit. .. Quá trình biến đổi illit thành smectit hình thành các sản phẩm trung gian là khoáng vật sét lớp xen IS-ml Cụ thể: Illit  IS-ml  smectit Khi sự rửa trôi tăng cƣờng, sự biến đổi illit – smectit không xảy ra mà hình thành kaolinit và các khoáng vật chứa nhôm hydroxit 3.2.3 Quá trình illit hóa smectit Quá trình illit hóa smectit (hay là quá trình illit hóa) là quá trình biến đổi smectit thành illit Quá. .. chiều thuận là quá trình hình thành smectit từ illit (còn gọi là quá trình montmorillonit hóa) và chiều nghịch là quá trình hình thành illit từ smectit (còn gọi là quá trình illit hóa) 3.2.1 Quá trình smectit hóa illit Quá trình smectit hóa illit hay còn gọi là quá trình montmorillonit hóa là quá trình hình thành smectit từ illit Quá trình biến đổi illit thành smectit chịu ảnh hƣởng mạnh Phạm Thị Nga -... biến đổi illit- smectit: lấy ví dụ sét Kinnekulle – Thụy Điển và sét Di Linh – Việt Nam Sét Di Linh là sản phẩm của quá trình phong hóa các đá núi lửa có thành phần axit và trung tính trong điều kiện đầm hồ Neogen hình thành mỏ bentonit với hàm lƣợng nhóm smectit tƣơng đối cao Quá trình phong hóa tiếp tục di n ra đối với sét Di Linh trong điều kiện khí hậu nóng, ẩm, mƣa nhiều Sét Kinnekulle có tuổi Ordovic... gắn, và do đó làm tăng chất lƣợng và khả năng làm chất cô lập chất thải phóng xạ Để làm sáng tỏ quá trình biến đổi của khoáng vật sét trong điều kiện môi trƣờng khác nhau, học viên lựa chọn hai đối tƣợng sét có điều kiện thành tạo và tồn tại khác nhau để tiến hành nghiên cứu là sét Di Linh (Việt Nam) và sét Kinnekulle (Thụy Điển) để nghiên cứu trong luận văn với tiêu đề: Quá trình biến đổi illit- smectit: ... smectit ban đầu Sự biến đổi smectit thành illit di n ra trong từng lớp cấu trúc trong khoáng vật hình thành khoáng vật sét lớp xen illit/ smectit Ở giai đoạn biến đổi đầu tiên, smectit biến đổi thành khoáng vật sét lớp xen illit/ smectit với các lớp illit và lớp smectit sắp xếp ngẫu nhiên Ở các giai đoạn biến đổi tiếp theo, sự sắp xếp các lớp cấu trúc trở nên có trật tự hơn và hàm lƣợng lớp illit tăng lên... 40-60% lớp illit di n ra ở nhiệt độ khoảng 80oC Sự chuyển dịch từ IS-ml có cấu trúc R=1 sang IS-ml trật tự cao (R=3) với hàm lƣợng lớp illit >75% di n ra ở khoảng 180oC Phạm Thị Nga - 22 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 3.3 Ý nghĩa của quá trình biến đổi Quá trình biến đổi giữa illit và smectit là một quá trình thuận nghịch thƣờng xảy ra trong tự nhiên, trong đó quá trình biến đổi từ illit sang smectit đƣợc... xạ Roentgen (XRD) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để làm sáng tỏ đặc điểm về thành phần hóa học, thành phần khoáng vật quá trình biến đổi giữa illit và smectit và những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình biến đổi đó Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn đƣợc trình bày qua 5 chƣơng: Chƣơng 1: Đặc điểm địa chất vùng Di Linh – Lâm Đồng và Kinnekulle – Thụy Điển Chƣơng 2: Mẫu và phƣơng pháp nghiên ... nghiờn cu l sột Di Linh (Vit Nam) v sột Kinnekulle (Thy in) nghiờn cu lun vi tiờu : Quỏ trỡnh bin i illit-smectit: ly vớ d sột Kinnekulle Thy in v sột Di Linh Vit Nam Sột Di Linh l sn phm ca... bin gm cú khoỏng sột lp xen illit-smectit (IS-ml), illit-vermiculit (IV-ml), chlorit-vermiculit (CV-ml), chlorit-smectit (CS-ml) v khoỏng sột lp xen kaolinit-smectit (KV-ml) Mt s khoỏng vt sột lp... a nhit, Phm Th Nga - 23 - Lun Thc s Khoa hc CHNG 4: C IM CA SẫT DI LINH V SẫT KINNEKULLE 4.1 c im ca sột Di Linh 4.1.1 c im húa hc sột Di Linh Thnh phn húa hc mu sột Di Linh MT57 thu c t kt