Đặc điểm địa hóa nước dưới đất một số mỏ sunfua kim loại vùng nhiệt đới ẩm bắc việt nam và áp dụng phương pháp thủy địa hóa tìm kiếm quảng chì kẽm

ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA LUẬN ÁN Tính cấp thiết của đề tài: Thủy địa hóa là một trong những phương pháp địa héa tim kiếm mô có hiệu quả cao, Cơ sở khoa học của phương pháp thủy địa hóa là dựa

3) VÀ THUNG HỌC CHUYÊN NGHIỆP

YNG ĐẠI HỌC MỎ — ĐỊA CHẤT

HO VUONG BINH

ĐẶC ĐIỀM ĐỊA HÓA NƯỚC DƯỚI ĐẤT -

MỘT Số Mỏ SUNFUA KIM LOẠI VÙNG NHIET BOI AM BẮC, VIET NAM VA AP DUNG PHU ONG PHAP THỦY BỊA HÓA TÌM KIẾM

QUANG CHi —KEM

(LAY Vi DU VUNG BANG LUNG ~ BAN MA} huyền ngành Địa chết thủy van N2 ISGI7

LÖIA TÂT LUẬN ẤN

FAO TIÊN SĨ KHÓA HỌC ĐỊA CHẤT = KHOẢNG VAT

RR 2 a we : BA voi ty n

BỘ ĐẠI HỌC VÀ TRUNG HỌC CHUYÊN NGHỆTIP

TRUONG BAl HOC MO — BIA CHAT

— ye —

HO VUONG BINH

ĐẶC ĐIỀM ĐỊA HÓA NƯỚC DƯỚI ĐẤT

MOT SO tô SUNFUA KIM LOAT VUNG

- „ NHIỆT BOT AM BAC VIET NAM VÀ ÁP DỤNG -

PHƯƠNG PHÁP THỦY BJA HOA TIM KIẾM

“cone QUANG CHl —KEM

> (LAY VE DU VONG BANG LUNG ~ BAN MA)

Chuyên ngành Địa chất thay vdn N2 19017

TOM TAT LUAN AN

© PHÔ TIẾN ST KHOA HOC BIA CHẤT ~ KHOẢNG VẬT

LUẬN ẤN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

BỘ MÔN ĐỊA CHẤT ,THỦY VĂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MO BIA CHAT

1 PTS Khoa hoc Địa chét - Khodng vat

_ NGUYEN THUONG HUNG

2 PGS, PFS Khoa hec Bia chat — Khoang vat

DANG TRUNG THUAN

3 PGS, PTS Khoa hoe Dia chét — Khoang vét

tiên hiệp các xi nghiệp khảo sát Bộ Xây dựng

Luận án được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án học vị phố tiến sĩ khoa học địa chất, tại

vào" + hig giv ngày tháng _ — năm , 198

Gó thề tìm đẹc luận én tai thu viện trường Đại bọc

Mô — Địa chất

ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA LUẬN ÁN

Tính cấp thiết của đề tài:

Thủy địa hóa là một trong những phương pháp địa héa tim kiếm mô có hiệu quả cao, Cơ sở khoa học của phương pháp thủy địa hóa là dựa vào quá trình hòa tan và dịch chuyền của các nguyên lố quặng trong nước

tự nhiền, hình thành những vành và đồng phân tán nước, Những kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa hoz trên thế giới đã chứng mình rằng quá trình dich chuyền các nguyên tố trong nước tự nhiên chẳng những phụ thuộ: vào bản chất hóa họ: của các nguyên tố

(hóa trị bán kính, don ) mà côn phụ thuộc vào đặc

diém dea hóa của môi trường địch chuyển Nghĩa là phụ thuộc vào điều kiện cảnh qúan địa hóa eụ thể của lửng vùng Vi thế phải xem xét quá trình địch chuyền nguyên tố trong nước và thử ñ :hiệm phương pháp Hm kiếm thủy địa hóa ở vùng nhiệt đởi ầm, trước khí đưa phương pháp này vào thực liễn Lm kiếm mỗ ở nuớc ia

° Mục đích và nhiệm vụ:

Mục đích khoa học của luận án là đánh giả sơ bọ đặc

° điềm địa hóa nước dưới đất ở một số mổ sun fua kim loạivà thử nghiệm phương pháp thủy địa hóa lim kiếm

5

quặng sunfua-đa kim ở vùng nhiệt đới Âm Bắc Việt

Nam, Công trình này nhằm giải quyết các nhiệm vụ

chính sau:

1 Đánh giá sơ bộ các yếu tố tự nhiên Anh hưởng

{éi qué trink dich chuyền nguyên tố trong nước,

2, Đặc điểm thủy địa hóa của các nguyên tố Cu, Ph,

zn trong sự hình thành các vành và dòng phần Lân thủy

địa hóa

3 Xác lập các thông số thủy địa hóa về hàm lượng

nền, đị thưởng và dấu hiệu tìm kiếm thủy địa hóa cho một số loại hình quặng sunfna ở miền Bắc Việt Nam,

Phân chia các giai đoạn, tỷ lệ và lưới lấy mẫu thủy

địa hóa

Phương phúp giải quyết:

Đã tiến hành khảo sát và thu thập 1511 mau thủy

địn hóa ở 7 vùng quặng đã biết: quặng Cu Sin Quyền,

quặng Cu-Ni Ta Khoa, quang Sb-As ầm Hồng, quặng

Sn Trae Khé, quaing thiée-da kim Hat Ngoc, quang Pb-

Zn ở Chợ Điền và Mỹ Đức Xem xét sự ảnh hưởng của các yếu tố Tịa chít, địa chẤt thủy văn, thành phần hóa học, đà tông khoáng hóa, độ pH và chế độ nước tới

quy luật phân bố kim loại và hệ số dịch chuyền các nguyên 16 trong nước tự nhiên, Tiếp đỏ là việc thử nghiệm phương pháp thầy địa hóa ở một vùng mới, nhà» kiềm nghiện: các thông số thủy địa hóa tìm kiếm

và phát hiện các đởi khoảng hóa quặng sunfua-da kim,

Vấn đề mới về mặt khoa học:

Xác lập quy luật phân bố va dich chuyển các nguyên

tố Irong nước tự nhiên vùng nhiệt đới ầm, các tô hợp dấu hiệu tìm kiếm thủy địa hóa, các thông số về giá *

trị nền, đị thường thủy địa hóa quặng sunfua kim loại

6

và sự biến đôi hàm lượng kim loại trong nước phụ

thuộø vào chế độ nước ở miền Bắc Việt Nam

Khối lượng luận Gn:

Luận án göm mở đầu, hai phần chính chia làm 6 chương và kết luận, Toàn bộ nội dung luận án được

thể hiện trong 120 trang đánh máy Trong đỏ có 28 biều

bằng, 25 hình minh họa và 96 văn liệu tham khảo

Trong quá trình viết luận án tác giả luôn nhận được

sự quan tâm và giúp đỡ của các đồng chí lãnh đạo

Tổng cụé Địa chất, Trường Đại học Mô — Địa chất,

Viện Địa chất và Khoảng sẵn, các đoàn địa chất 4, 14,

7, 32, 40, 43, 20D, phòng quản lý khoa học và bộ môn địa chất thủy văn (Trường Đại học Mô - Địa chấU,

phông địa hóa và phòng phân tích quang phô (Viện

Địa chất và khoáng sẵn), bộ môn địa hóa và phòng

quang phổ hấp thụ nguyên tử (Đại học lông hợp

Hà Nội)

Tác giả cũng đã nhận được nhiều ý kiến bô ích về

những kịnh nghiệm nghiên cứu khoa học của các Phó

tiện sỹ Võ Công Nghiệp, Nguyễn Khắc Vinh, Đỗ Văn

Phi, Nguyễn Kim Ngọc, Đỗ Văn Ái, các kỹ sư Nguyễn Văn Khương, Hoàng Minh và các chuyên gia,cö vấn

Liên Xô: chảnh kỹ sư A.,A,Lodvikov, kỹ sư trưởng 1,X Xainin.

Luận án được viết dưới sự chỉ dạo trực tiến của phó tiến sĩ Nguyễn Thượng Hùng, giám đốc Irung lâm nghiên cứu không gian, phó giáo sư — phó tiến sĩ Đặng

Trung Thuận, chú nhiệm khoa Địa — chất Địa lý trường Đại học Tổng hợp Hà Nội, phó Giáo sư — phó Tiến sĩ

Vũ Naọc Kỷ chủ nhiệm bộ môn địa chất thủy văn trường Đại học Mô — Địa chất,

đúc giả win chân thằnh cẩm ơn

NỘI ĐUNG LUẬN ÁN

Phin |

CÁC YẾU Tố ANH HUONG TO! QUA TRINH DICH CHUYEN VA QUY LUẬT PHÂN BỐ CÁC

NGUYEN TH QUANG TRONG RUOC TY HHIÊN

VÙaG NHIỆT ĐỚI ÂM BẮC VIỆT NAM

CÁC YẾU TỐ ĐẶC TRƯNG CHO VÙNG CẢNH QUAN

ĐỊA HÓA NHIỆT ĐỚi ÂM BẮC VIỆT NAM - ¬

Yến tố quan trọng và khác biệt eơ ban của miền Bắc Việt Nam với các cảnh quan địa hóa khác trên thế ^ giới là chế độ khí hậu Khí hậu miền Đắc Việt Nam:

8

không đồng nhất với bãi cứ khu vực nào trên thế giới nói chung và ngay cả với những miền cùng vĩ độ nói riêng (Nguyễn Xiễn, Phan Tất Đắc, Phạm Ngọc Toàn, 1969) Hai tác nhân quan trọng chỉ phối khí hậu miền Bão Việt Nam là gió mùa và nội chỉ tuyến (Vũ Tự Lập, 1978)

Tinh chất nội chí tuyến nói lên ưu thể về vĩ độ dẫn

tới tông lượng bức xạ mặt trời lớn, cân bằng bức xạ

đương quanh năm và nhiệt độ trung bình năm cao hơn

nhiều sơ với các khu vực khác, Nhưng yếu t6 quan

- trọng hơn, làm phức tạp cơ chế khí lLậu miền Bắc Viet ~

Nam là gió mùa Gió mùa Đông - Nam Á gió mùa Tay Nam A va gid mia Đông — Bắc Á với những k suynh hướng

và nguồn gốc khác nhau đã đem lại mội nồn khí hậu

kháe biệt: với biên độ nhiệt và lượng mưa biến dồi lớn, dẫn tới việc bình thành mùa nóng và mừa lạnh

(mda mira va mia khô) khôn› đồng đều trên toàn lãnh

thô Thời điềm Hắt đầu và kết thúc mùa mưa từ biên giới phia bắc đến Đồng - Hới chậm dần và chènh nhau

gần 2 tháng:

Tính nhiệt đới âm điền hình chỉ thê hiện ở đai núi thấp (dưới 00m) chiếm phần lớn điện tích miền Bắc Việt Nam, Gòn ở đai núi eao (Irên 600m) khí hậu mang

sắc thái á nhiệt đới và chuyển din sang ôn đới,

Đặc trưng cảnh quan địa hóa miền hắc Viel Nam côn được thể hiện ở yếu tố địa hình và mạng sông suối, Đồi — núi là những nét chủ yếu trong cấu lrúc địa hình, Đồi ñúi miền Bắc Việt Nam được hình thành trong Toác” chủ kỷ kiếo tạo cŠ và được hoạt động tân kiến lạo lâm trễ lại, Cô kiến tạo thề hiện trong việc hình thành các khối núi chính và cũng là hưởng của những dòng

sông chính, chạy theo phương Tây Bäc— Đông Nam va

9

-hướng vòng cung, rất đặc trưng cho khu vực Tây Bắc, Trường son Bắc và Đông Bắc: Hoạt động tân kién tao dẫn tới sự phân dị địa hình đề lại nhiều bề mặt san

bằng với sự chênh lệch về độ cao tuyệt dối từ hàng chục, hàng trăm đến hàng nghìn mét

Sự biến đôi nhiệt độ của không khí và lượng mưa

đã tác động mạnh mẽ và thường xuyên tời bề mặt

địa hình vùng đồi-núi miền Bắc Việt Nam thông qua quả trình xâm thực và bào trụi đề lại đạng địa hìnÈ

phan cit mạnh với sự xuất hiện nhiều nguồn lộ nước

dưới đất và hệ thống suối dày, Trung bình cứ 100m

đến 500m đọc sườn núi lại có một con suối cắt qua

(Vũ Tự Lập, 1978)

Ảnh hưởng của khi hậu tới chế độ thủy văn biều

hiện trước hết ở chế độ nước giữa mua mira va mie

khô Ở những sông lớn có lưu vực hàng nghìn cây số vuông, sự chênh lệch lưu lượng về dong chảy giữa hai

mùa tử hàng chục tới hàng trăm lần Ở các suối cở

lưu vực nhỏ, hệ số chênh lệch lưu lượng dòng chẩy

từ hàng trăm tới hàng nghìn lần và lớn hơn Đồng thời với sự biến đồi về lưu lượng dòng chẩy là sự biến đổi thành phần hóa học, đô lông khoáng hóa và hàm lượng

kim loại lrong nước,

Đặc trưng cảnh quan địa hóa vùng nhiệt đới ầm Bắc

Việt Ñam còn thề hiện ở lớp phủ thực vật và vỏ phong hóa „Do chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu nhiệt đới ầm nên ở vùng đồi — núi miên Bắc Việt Nam để

hình thành thắm thực vật «Rừng mưa nhiệt đới xanh quanh năm» với nhiều toại cây thân gỗ và thân bụi

có hệ thống rễ phát triền sân vào lòng đất lới một

vải chục mét,

Sự sinh trưởng và bài tiết thực vật đã tác động toi

quá trình phá hủy đấi đá và quặng do bành trướng hệ

thống ẨŠ và sự có mặt a-xit hữu cơ cũng như các tàn

dư thực vậi trong đới phong hóa,

10

Quá Trình phong hóa ở vùng nhiệt đới Ẩm xây ra mạuh mẽ đẫn tới sự hình thành vỏ phong hóa dây với

các kiền mặt cắt rất đặc trưng, Ở đai khí hậu nhiệt

đới ầm núi thấp thề hiện bằng kiêu mặt cắt vỗ phong

hóa ~ thô nhưỡng dày, đới dam tang rất phát trién va

vắng mặt tầng mùn cây nằm trên bề mặt lớp thô như ống

Ngược lại, ở đai khí hậu á nhiệt đới và ôn đời núi cao,

chiều đây vỗ phong hóa niồng và có mặt Lắng mùn

nằm trực tiếp trên bề mặt địa hình Tuy hiên quan niệm về vỗ phong hóa côn phụ thuộc vào nội dung và mục đích nghiên cứu, Những dẫn liệu về địa hóa vỏ phong hóa ở miễn lắce.nước ta chưa nhiều, nên việc xác định chiều đây vỗ phong hóa theo quan niệm địa

hóa hiện chưa có cơ sở tỉn cậy, Nhưng nhiều nhà địa

lý, thồ nhưỡng và địa chất đều cho rằng ở miền Bắc Việt Nam có chiều dảy vỏ phong hóa lớn

Tông hợp các yếu tố tự nhiên nỏi trên và tác động qua lại giữa chúng làm cho vùng dồi — núi miền Bắc Việt Nam có dạng địa hình phân cát, nhiều sông suối

- và nguồn lộ nưỡc đưới đất, vỏ phong hóa dày, đất đá

bị phá hủy và nứt nế mạnh, quả trình trao đôi nước

và quá Irinh ô-xy hóa diễn ra với tốc độ lớn trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ầm, mrra nhiều và mưa theo mùa,

Chương II

ẢNH HƯỚNG CỦA CÁC YẾU TỔ ĐỊA CHẤT,

BJA CHAT THỦY VĂN TỚI QUÁ TRÌNH DỊCH

CHUYỀN CAC NGUYEN 16 TRONG NƯỚC

>- đioạt tính hóa học cao của đá vây quanh quặng đã

dAn tới sự phá hủy mạnh các khoảng vật tạo đá và Hạo quặng trong quá trình phong hóa làm lắng hàn lượng

kim loại trong nước tự nhiên Thật vậy, Vi dụ, hàm

lượng trung bình của Cu trong nước vùng Tạ Khoa

` lớn hơn 3,5 lần so với vùng Sin Quyền, vì sunfua Cu-

Đi Tạ Khoa nằm trong đá mafic và siêu mafie cĩ hoại

tính hĩa bọc cao bơn đá phiến kết tỉnh và xâm nhập a-xÍt ở vùng quặng Cu Sin Quyền

Trong nhiều trường hợp sự cĩ mặt các đứt gãy kiến

tao phá hủy đãi đá đã tạo thành những kènh dẫn, đưa nước mưa mang theo các tác nhân ơ-xy hĩa nhự

O¿, CĨ¿ vốn cĩ trong khí quyền thấm sâu vào lịng đãi thúc đây quá trình hịa tan khoảng vật quặng suffua dẫn tới sự tăng cao hàm lượng kim loại trong -nước

tự nhiên Ví dụ các vùng Chợ Điền, Chợ Đồn và Mỹ Đức đều chứa quặng Pb-Zn trong đá cácbonat và đề phiến xerixit, nhưng Chợ Điền và Chợ Đồn nằm ở dỉnh

và cánh nếp lỗi Phia.Khao cĩ nhiều đứt gãy phá hủy

đá vây quanh hơn so với vùng Mỹ Buc Vi thé ham

lượng trung bình của Zn trong nước lương ứng với 8

vùng là 208 mkg/1, 205 mkgj/l, và 108 mẸp/l

Thành phần vật chất quặng đã ảnh hưởng trực tiếp

tới quy luật phân bố các nguyên !tỗ trong nước tự nhiên ở các mổ sunfua kim loại Các nguyên lÕ tạo quặng chính bao giờ cũng cĩ mặt trong nuớc tự nhiên

với hàm lượng cao Thêm vào đĩ, sự cĩ mặt nhiều cặp khống vậi sunfua cĩ điện thế khác nhau đã làm biến

đơi hàm lượng một số nguyên tố ở trộg nước, Ví dụ

sự cĩ mặt chồng chất thành hệ quặng Cu và thành hệ

quặng Mo-U ở khu Vi-kẽm, nẴm :giữa vùng quặng Cư

Sin Quyền, khiến cho hàm lượng trung bình và hệ số

dịch chuyển của các nguyên tố Cu; Pb, zn, Ág, Tỉ và Äe~

tăng lên từ 2 đến 3 lần so với các khu kế cận

Nếu như sự ảnh hưởng của các yếu tố địa chất nĩi trên đã làm tăng hàm lượng kim loại trong ước tự

12

nhiến, thì quá trình hấp phụ kim loại và quá trình tái kết tủa thành tạo quặng thứ sinh đã làm giảm dân hàm lượng kim loại trong nước

Các phần tử sét trong bàn đã hình thành nên cần trở địa hóa hấp phụ hút các cation kim loại địch chuyền

trong nước, lạo ra vành phân tan kim loại trong ban

Se với kich thước vành phân tan thủy địa hóa thì vành phân tán kim loại trong bùa phát triều hẹp hơn và còn tùy thuộc vào độ đốc, vận tốc dòng chẩy và tỷ

lệ hàm lượng sét trong bùn ở những nơi độ dốc và vận tốc đông chảy nhỏ và ồn định, hàm lượng sét trong bùn nhiều thì quá trinh hấp phụ kim loại xẩy ra thuận

ti và kích thước vành phân fáần kim loại trong bùn phát triều rộng hơn so với những nơi khác

Gắn trở kiêm dẫn tới quá trình tái kết tủa thành tạo quặng cacbonat thứ sinh, xêruxi1, sinitxonÏ cặp rat phd biến trong vỗ phong hóa ~ thỗ nhưỡng vùng Chợ Điền, Bang Liing — Ban*Ma va Mj Đức,

Sự giảm ham lượng kim loại lrong nước và hình ':

thành quặng thứ sinh còn xây ra do cả: trở nhiệt động, khí mà nước dưới đất vận động theo các đới phá hủy

kiến tạo từ sâu lên bề mặt, Quá trình giấm nhiệt và thoát khí CO; đã dẫn tới việc hình thành quậng calamin, `"

như dã thấy trong đới o-xy hóa ở vùng quặng Ph-zm

và khe nứt phong hóa thường bình ¡hành những vành

phân tân thủy địa hóa bao lấy các thân quặng và phát triển nhịp nhàng so với bề mặt địa hình,

Ngược lại nước khe nứt caclơ trong đá eachonalt nhiều

hang động và suối ngầm thường lạo thành những đi thường thủy địa hóa rời rạc, khó khoanh định thành các vành phân tgn thay địa hóa và việc đự đoán vị tri các thân quặng an thường gặp khó khăn

Quá trình ô-xy hóa quặng sunfua làm biến đồi thành

phần hóa học và tính chất vật lý của nước Fheo chiều

hướng tăng cao hàm lượng ion SO2? jon H+ và đệ

lồng khoảng hóa Vì thế đa phần nước vành phân tân

thuộc loại hình bicacbonát-sunfalt, đôi khí là sunfalt-

bieacbonalt thuộc môi trường a-xi( yếu Trong khi đó

nước nền thường có loại hình bieacbonal môi trường

trung tính và kiêm yếu

Việc xác định hệ số tương quan giữa độ tổng khoảng

hóa và hàm lượng kim loại trong nước tự nhiên được tiến bành theo công Lhức:

2

Rci- 82(A)

n (n— I)

ˆ Trong đó 3 (A)? là lông bình phương của hiệu các

số thứ tự sau khi đã hiệu chỉnh, n la khối tượng mẫu Tiêu chuẩn đề đánh giá là có tương quan khi R > Rệ

Rg =v — = = —== tiệt [Z dt - By - 3}

n-

Kết quả tính cho thấy chỉ cô 12 trong số 28 trường

lợp là có tương quan, chiếm 40%, Đồng -thời tác giả

nhận thấy độ tầng khoáng hóa thường chỈ có tương quan với hàm lượng kim loại nẰm trong thành phần

chính của quặng sunfua, khi mà dung địch nước có sự

tăng cao đẳng kề hàm lượng ion SO,~? so với nền thủy

địa hóa

14

Việc tỉnh các tỷ số hĩa học cho thấy cĩ sự lãng cao về xiá trị của SO/JM, rSO,/rCl, và rSO//rHCO; khi déng chây cắt qua các đới khống hĩa quặng Vì thế cũng cĩ thề sử dụng những chỉ số hĩa lọc này như những dau hiệu thủy địa hĩa gián tiếp tìm kiếm quặng sunfua

kim loại

Kết quả quan trắc sự thay đổi hàm lượng kim loại trong nước theo thời gian cho thấy hàm lượng kim loại trong nước phụ thuơc vào chế độ mưa Hàm lượng Cu,

Ph, zn, Ag dat giá trị cao vào thời kỳ chuyền liếp giữa

múa khơ, sang mùa mưa và mùa mưa vào mùa khơ, Ngồi ra lác giã cịn tỉnh hàm lượng trung bình của các tap mau lấy vào mùa khơ và vào mùa mưa, V† dụ hàm

lượng Cu, Aø,Zn trong nước ở Bằng Lũng lấy vào tháng 3.1973 cho kết quả là 3,8; 5,5 và 205 mkg/l, nhưng tập: mẫu lấy vào tháng 7-1981 cho kết quả là 0.65, 058 và

107 mkg/l Hệ số chênh lệch ham lượng giữa hai mùa cho các nguyên tố Cu, Ag, và Zn là 6; 9 và 1,2 lần

Từ những dẫn liệu nêu trên tác giả đi tới nhận định

sơ bộ là hàm lượn kim loại trong nước đại giá tri cao

vào mùa khơ và thời kỳ chuyền tiếp giữa hai mùa,

Chương HI su’ PHAN BO CAC NGUYEN T6 QUANG TRONG

NƯỚC TỰ NHIÊN VÀ ĐẶC ĐIỀM BIA HĨA

MỘT SỐ RGUYÊN TỐ RIÊNG BIỆT

Dựa vào tần suất gặp các nguyên tố trong nước tự nhiên, tác giả chia thành hai nhĩm nguyên tố:

— Nhĩm thường gặp tần suất gặp lớn hơn 20%, hàm

lượng đã gặp lrong nước từ vài chục tới bàng nghìn

mkg/l Bao gồm các nguyên tố Tỉ, Mn, Ơn, Pht Zn,

Cr va Ni,