Đặc điểm quặng hóa wolfram-đa kim mỏ Núi Pháo, Đại Từ- Thái Nguyên

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Mỏ skarn chứa sheelit là một trong những kiểu nguồn gốc chính của các mỏ wolfram ở Việt Nam cũng như trên thế giới đang được khai thác hiện nay. Trên t hế giới sản lượng khai thác quặng wolfram từ các mỏ nguồn gốc skarn chiếm tới 60%, trong khi đó trữ lượng quặng wolfram của kiểu nguồn gốc này không vượt quá 30% tổng trữ lượng quặng của tất cả các kiểu nguồn gốc mỏ wolfram. Ở Đông bắc Việt Nam có một mỏ W lớn kiểu skarn đó là mỏ W Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Quặng của mỏ W Núi Pháo cũng như quặng của đa số các mỏ W cùng kiểu trên thế giới thuộc loại quặng tổng hợp: ngoài W còn có Cu, Bi, Au và các nguyên tố khác. Vì vậy mỏ Núi Pháo còn được gọi là mỏ wolfram-đa kim, mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo đang được khai thác với sản lượng khai thác chiếm tới 90% sản lượng khai thác chung của các mỏ wolfram ở Việt Nam. Hiện nay việc gia tăng nguyên liệu khoáng wolfram ở nhiều nước trên thế giới đang diễn ra theo hướng tìm kiếm và khai thác các mỏ có trữ lượng lớn nhưng có hàm lượng WO 3 thấp (0,15 - 0,20%). Đó là các đối tượng kiểu stratiform (dạng tầng) và stocverc (mạng mạch xâm nhiễm) đã được phát hiện ở Australia (KingAilend), Áo (Ferbeltal), Pháp (Salo), Bắc Kavkaz thuộc LB Nga (Kti-Teberda), Trung tâm Kazacxtan (Kairactư, Koctenkol, …) và nhiều vùng khác trên thế giới. Tính thời sự của việc nghiên cứu “Đặc điểm quặng hóa wolfram - đa kim mỏ Núi Pháo, Đại Từ - Thái Nguyên” là ở chỗ mỏ Núi Pháo được xem như một mỏ chuẩn điển hình, các kết quả nghiên cứu sẽ tạo cơ sở khoa học tin cậy cao trong việc giúp phát hiện không chỉ kiểu mỏ skarn - sheelit - sulfua mà còn phát hiện cả các mỏ mới kiểu nguồn gốc khác ở những vùng chưa được nghiên cứu kỹ. Điều này có thể thúc đẩy việc mở rộng cơ sở nguyên liệu khoáng ở Đông Bắc Việt Nam nói riêng và trên cả lãnh thổ Việt Nam nói chung. Theo truyền thống, việc dự báo khu vực và địa phương được dựa trên sự hiểu biết về các mỏ điển hình (mỏ chuẩn): hoàn cảnh địa chất phân bố của mỏ, mối liên quan với một kiểu thạch hóa nhất định của đá magma, các điều kiện và hình thức biểu hiện của các quá trình hậu magma dẫn đến sự thành tạo quặng hóa wolfram. Vì vậy việc nghiên cứu chi tiết về địa chất, thành phần vật chất và nguồn gốc mỏ W-đa kim Núi Pháo như là một mỏ điển hình ở Việt Nam là một nhu cầu cấp thiết. Mặc dù đã được nghiên cứu và hiện đang trong quá trình khai thác, song mỏ W Núi Pháo vẫn còn nhiều vấn đề cấp thiết chưa được làm sáng tỏ hoặc còn nhiều tranh luận, cụ thể như: quặng hóa wolfram liên quan nguồn gốc với granit của phức hệ magma nào trong khu mỏ; các THCS khoáng vật quặng ứng với từng kiểu quặng và mối quan hệ thời gian - không gian của chúng với các kiểu đá biến chất trao đổi trong khu mỏ chưa được phân chia & luận giải một cách hệ thống; mối quan hệ giữa quặng hóa wolfram và đá skarn là đồng thời, kéo theo hay nằm chồng; mối quan hệ giữa các giai đoạn thành tạo skarn với giai đoạn greisen và giai đoạn nhiệt dịch chưa được làm rõ; mô hình nguồn gốc mỏ cũng chưa được xây dựng. Đề tài Luận án “Đặc điểm quặng hóa wolfram-đa kim mỏ Núi Pháo, Đại Từ- Thái Nguyên” được NCS lựa chọn hoàn toàn xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết của thực tiễn khách quan nhằm giải quyết những vấn đề tồn tại nêu trên, tạo cơ sở khoa học cho việc dự báo, tìm kiếm và đánh giá kiểu mỏ skarn -sheelitsulfua ở Việt Nam.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

-*** -

VÕ TIẾN DŨNG

ĐẶC ĐIỂM QUẶNG HÓA WOLFRAM - ĐA KIM

MỎ NÚI PHÁO, ĐẠI TỪ, THÁI NGUYÊN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI - 2017

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Mục lục ii

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình, ảnh vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT MỎ WOLFRAM -ĐA KIM NÚI PHÁO 8

1.1 Vị trí mỏ Núi Pháo trên bình đồ cấu trúc - kiến tạo khu vực 8

1.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản khu vực Đại Từ, Thái Nguyên 11

1.2.1 Giai đoạn trước năm 1945 11

1.2.2 Giai đoạn sau năm 1945 12

1.3 Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng Đại Từ 14

1.3.1 Địa tầng 16

1.3.2 Đặc điểm magma xâm nhập 22

1.3.3 Đặc điểm cấu trúc- kiến tạo 37

1.3.4 Sự giao thoa của các pha biến dạng vùng Núi Pháo 43

Chương 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

2.1 Cơ sở lý luận 45

2.1.1 Đặc điểm địa hóa của wolfram 45

2.1.2 Đặc điểm khoáng vật học của wolfram 45

2.1.3 Phân loại quặng wolfram 46

2.1.4 Phân loại các kiểu mỏ công nghiệp của wolfram 47

2.1.5 Đặc điểm mỏ skarn 60

2.1.6 Đặc điểm quá trình greisen hóa 64

2.2 Các phương pháp nghiên cứu 67

2.2.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu 67

2.2.2 Phương pháp khảo sát, nghiên cứu thực địa 68

2.2.3 Các phương pháp phân tích trong phòng 68

2.3 Các khái niệm và thuật ngữ sử dụng trong luận án 70

2.3.1 Các khái niệm nghiên cứu đặc điểm quặng và mỏ quặng 70

2.3.2 Các khái niệm không gian và thời gian sinh khoáng 71

Chương 3: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT QUẶNG HÓA WOLFRAM-ĐA KIM MỎ NÚI PHÁO 73

3.1 Bối cảnh địa chất mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo 73

3.2 Đặc điểm phân bố, hình dạng và cấu trúc thân khoáng 77

3.3 Đặc điểm các thành tạo biến chất tại mỏ wolfram- đa kim Núi Pháo 80

3.3.1 Quá trình biến chất tiếp xúc nhiệt 80

3.3.2 Quá trình biến chất tiếp xúc trao đổi thay thế tạo đá skarn 82

3.3.3 Các đá biến chất trao đổi felspat 85

3.3.4 Quá trình biến chất trao đổi greisen hóa: 87

3.3.5 Đặc điểm biến đổi nhiệt dịch cạnh mạch 89

3.4 Vai trò của khối granit Đá Liền và khối granit Núi Pháo trong quá trình biến chất trao đổi tạo đá skarn và greisen hóa trong khu mỏ 90

Chương 4: ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT QUẶNG MỎ W- ĐA KIM NÚI PHÁO 103

4.1 Đặc điểm thành phần khoáng vật quặng 103

4.1.1 Các khoáng vật quặng nguyên sinh 103

4.1.2 Các khoáng vật quặng thứ sinh 118

4.2 Nhóm khoáng vật đá biến đổi và khoáng vật mạch 119

4.3 Đặc điểm cấu tạo, kiến trúc quặng 121

4.3.1 Đặc điểm cấu tạo quặng 121

4.3.2 Đặc điểm kiến trúc quặng 124

4.4 Thứ tự sinh thành và tổ hợp cộng sinh khoáng vật 127

4.5 Đặc điểm thành phần hóa học quặng 130

4.5.1 Các nguyên tố chính 130

4.5.2 Hàm lượng các nguyên tố đi kèm 135

4.5.3 Nguyên tố hiếm, vết 135

4.6 Đặc điểm các bao thể trong thạch anh của quặng W-đa kim 137

4.7 Phân chia các kiểu quặng trong mỏ W-đa kim Núi Pháo 138

Chương 5: NGUỒN GỐC MỎ WOLFRAM-ĐA KIM NÚI PHÁO 140

5.1 Tính sinh khoáng của granit khối Đá Liền thuộc phức hệ Pia Oắc 140

5.1.1 Tính sinh khoáng của granit khối Đá Liền từ các kết quả nghiên cứu thạch luận và môi trường địa động lực 140

5.1.2 Tính sinh khoáng của granit khối Đá Liền từ các kết quả nghiên cứu thạch- hóa 141

5.1.3 Tính sinh khoáng của khối granit Đá Liền theo đặc điểm địa hóa 147

5.2 Tính giai đoạn của quá trình tạo quặng 150

5.2.1 Thời kỳ 1: Biến chất tiếp xúc nhiệt 150

5.2.2 Thời kỳ 2: thành tạo skarn 151

5.2.3 Thời kỳ 3: tạo quặng 152

5.2.4 Thời kỳ 4: sau tạo quặng 153

5.3 Tuổi magma sinh quặng và tuổi quặng hóa 153

5.4 Mô hình nguồn gốc Hệ magma - quặng mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo 154

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 159

1 Kết luận 159

2 Kiến nghị 160 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

magma (Ishihara, 1977) 59Bảng 3.1 Các khoáng vật của quá trình biến đổi Skarn hóa 82Bảng 3.2 Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong đá granit và quặng tại mỏ W- đa

kim Núi Pháo 91Bảng 3.3 So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Đá

Liền (DL) và đá granit bị Greisen hóa (GRN) 95Bảng 3.4 Mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Đá Liền (DL)

và granit khối Núi Pháo (NP) 96Bảng 3.5 So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Đá

Liền (DL) và đá skarn (SKN) 97Bảng 3.6 So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Núi

Pháo (NP) và đá granit bị Greisen hóa (GRN) 98Bảng 3.7 So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong đá granit bị

Greisen hóa (GRN) và đá skarn (SKN) 99Bảng 3.8 So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Núi

Pháo và đá skarn (SKN) 100Bảng 4.1 Thành phần khoáng vật trong quặng W-đa kim mỏ Núi Pháo 103Bảng 4.2 Kết quả phân tích đơn khoáng Sheelit bằng phương pháp microsond 106Bảng 4.3 Bảng thứ tự thành tạo và tổ hợp công sinh khoáng vật mỏ Núi Pháo 129Bảng 4.4 Hệ số tương quan thành phần hóa học các nguyên tố có ích trong mỏ 131

Bảng 4.5 Kết quả phân tích thành phần chính 132Bảng 4.6 Hệ số tương quan theo độ sâu của các nguyên tố có ích 132Bảng 4.7 Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong quặng đa kim Núi Pháo 136Bảng 4.8 Tổng hợp nhiệt độ đồng hoá bao thể trong thạch anh theo các kiểu quặng

ở mỏ W-đa kim Núi Pháo 138Bảng 5.1 Kết quả phân tích hóa cơ bản của granit khối Đá Liền 142Bảng 5.2 Kết quả tính toán giá trị các modul thạch hóa của granit khối Đá Liền 142Bảng 5 3 Bảng modul thạch hoá để đánh giá tiềm năng sinh quặng của thành tạo

granit (Theo phương pháp của B.N Permiakov, 1983) 143Bảng 5.4 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại tạo quặng của đá granit khối

Đá Liền 147Bảng 5.5 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại tạo quặng của đá granit khối

Núi Pháo 147Bảng 5.6 Bảng so sánh đặc điểm tạo skarn của các đá granit với khối Đá Liền 148Bảng 5.7 Bảng kết quả phân tích tuổi Re-Os molybdenit mỏ Núi Pháo 154

DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc khu vực Đông Bắc

Việt Nam 8

Hình 1.2 Sơ đồ địa chất vùng Đại Từ, Thái Nguyên 15

Hình 1.3 Biểu đồ khoảng tuổi của granit khối Núi Pháo 30

Hình 1.4 Biểu đồ concordia U-Pb zircon tách từ granit khối Núi Pháo 30

Hình 1.5 Biểu đồ khoảng tuổi của granit khối Đá Liền 36

Hình 1.6 Biểu đồ concordia U-Pb zircon tách từ granit khối Đá Liền 36

Hình 2.1 Hình thái các vỉa chứa sheelit của các mỏ skarn chính trên thế giới 48

Hình 2.2 Mặt cắt địa chất đặc trưng tại mỏ skarn wolfram Salau, Pháp (Fonteilles et al, 1989) 54

Hình 2.3 Lát cắt qua vùng mỏ skarn (Xmirnov V.I, 1982 ) 61

Hình 2.4 Quan hệ giữa thân skarn và thân khoáng: A-skarn và quặng hoá đồng thời; B-skarn và quặng hoá kéo theo; C-skarn và quặng hoá nằm chồng 63 1) granitoit; 2) đá carbonat; 3) đá skarn chứa quặng; 4) thân khoáng; 5) đá skarn không quặng 63

Hình 2.5 Mô hình các bối cảnh kiến tạo thành tạo skarn 64

Hình 3.1 Sơ đồ địa chất khoáng sản khu vực Núi Pháo 74

Hình 3.2 Sơ đồ địa chất mỏ Núi Pháo 75

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất từ kết quả khoan thăm dò mỏ Núi Pháo 76

Hình 3.4 Mặt cắt địa chất tại khai trường mỏ wolfram đa kim Núi Pháo 77

Hình 3.5 Kết quả chuẩn hóa các nguyên tố hiếm vết của các tập mẫu với granit sống núi giữa đại dương (ORG) 93

Hình 3.6 Biểu đồ qui chuẩn theo thành phần nguyên tố đất hiếm Chondrite (Nakamura, 1974) 93

Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện mối liên quan giữa các thành tạo địa chất trong mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo từ các kết quả phân tích và luận giải theo phương pháp Rodionov 101

Hình 4.1 Kết quả phân tích kiểm tra khoáng vật dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) tại các vị trí trên ảnh B: vị trí EDS spot 1cho kết quả magnetit (hình 4.1/1), vị trí EDS spot 2 cho kết quả khoáng vật tạo đá skarn (hình 4.1/2), vị trí EDS spot 3cho kết quả magnetit (hình 4.1/3) 105

Hình 4.2 Kết quả phân tích dưới kính hiển vi điện tử quét cho thấy sự tồn tại của khoáng vật sheelit và pyrotin trong mẫu KT 5 ảnh 4.2- A&B (Phân tích tại Phòng phân tích công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ-Địa chất) 108

Hình 4.3 Kết quả phân tích khoáng vật sheelit II dưới kính hiển vi điện tử quét: Sheelit

không chứa nguyên tố tạp chất (hình 4.4/1), gắn kết và thay thế sheelit II là khoáng vật pyrotin hoàn toàn trung hợp với kết quả phân tích khoáng tướng (hình 4.3/2) (Phân tích tại Trung tâm phân tích công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ-Địa chất) 110Hình 4.4 - 1, 2, 3 Kết quả kiểm tra các khoáng vật sphalerit, pyrotin, chalcopyrit

dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Thực hiện tại Trung tâm phân tích công nghệ cao-Trường Đại học Mỏ-Địa chất 118Hình 4.5 Biểu đồ Dendogramma thành phần hóa lỗ khoan 131Hình 4.6 Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP -053 133Hình 4.7 Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 68A 133Hình 4.8 Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 80 134Hình 4.9 Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 100 134Hình 4.10 Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 139 135Hình 5.1 Biểu đồ Rb-(Y+Nb) phân chia các kiểu magma (theo Pearce, 1984))

cho tổ hợp magma đồng va chạm mảng tuổi Kreta muộn phức hệ Pia Oắc Các trường: VAG- granit cung núi lửa; syn-COLG- granit đồng chạm mảng; WPG- granit nội mảng; ORG- granit sống núi giữa đại dương, vị trí của khối Đá liền là các hình elip màu đỏ 141Hình 5.2 Biểu đồ sự phụ thuộc của tỷ lệ (A) và hàm lượng các oxyt kiềm (B) vào

hàm lượng oxyt silic trong các đá magma của các mỏ skarn-sheelit-sulfua điển hình 144Hình 5.3 Các đặc trưng thạch hóa cơ bản của các phức hệ granit chứa wolfram của

các mỏ skarn-sheelit-sulfua điển hình 144Hình 5.4 Vị trí của granit khối Đá Liền trên các biểu đồ so sánh các mối tương

quan tương tự của các kiểu mỏ skarn chính trên thế giới (Meinert, 1995) 145Hình 5.5.Vị trí của granit Đá Liền trên các biểu đồ so sánh các mối tương quan giữa

MgO và K2O với SiO2 của các kiểu mỏ skarn chính trên thế giới (Meinert, 1995) 146Hình 5.6 Vị trí của các khối granit trong sinh khoáng skarn theo biểu đồ hàm lượng

Rb-Sc và V-Ni (Meinert, 1995) 149Hình 5.7 Khả năng sinh quặng của granit theo độ oxy hóa khử (A) và trong biểu đồ

sinh khoáng magma (B) 150Hình 5.8 Mô hình nguồn gốc magma - quặng mỏ skarn sheelit-sulphua 157Hình 5.9 Mô hình nguồn gốc mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo 157

Ảnh 1.1 Granit khối Núi Pháo thuộc phức hệ Núi Điệng, mẫu lõi khoan NP 16 25

Ảnh 1.2 Đá granit Núi Pháo dạng porphyr, mẫu lát mỏng 05, chụp dưới hai Nicol vuông góc 25

Ảnh 1.3 Hình ảnh chụp các hạt zircon và điểm bắn của đá granit khối Núi Pháo 29

Ảnh 1.4 Đá granit hai mica Đá Liền tại lỗ khoan NP 54 31

Ảnh 1.5 Granit hai mica Đá Liền, mẫu LM 01, dưới hai nicol vuông góc 32

Ảnh 1.6 Hình ảnh hạt và điểm bắn zircon của granit khối Đá Liền 35

Ảnh 1.7 Cấu tạo phân phiến S1 trong pha biến dạng thứ nhất bị biến dạng các nếp uốn thế hệ 2 thuộc pha 2, [6] 38

Ảnh 1.8 Một nếp uốn đẳng cánh U1 quan sát được trong mẫu lõi khoan, vết mặt trục của nếp uốn U1 gần song song với cánh của nếp uốn , [6] 38

Ảnh 1.9 Cấu tạo mylonit trong đá granit Núi Pháo, [6] 39

Ảnh 1.10 Cấu tạo siêu mylonit trong đá granit Núi Pháo, [6] 39

Ảnh 1.11 Cấu tạo phân phiến bị biến dạng uốn nếp bởi pha biến dạng thứ 2 40

Ảnh 1.12 Cấu tạo thớ chẻ mặt trục trong pha biến dạng D2, [6] 40

Ảnh 1.13 Nếp uốn U2 (vết mặt trục là đường màu đỏ trong mẫu lõi khoan, [6] 41

Ảnh 1.14 Các đứt gãy thuộc pha biến dạng thứ 3 làm dập vỡ các đá skarn của tổ hợp thạch kiến tạo 1, [6] 41

Ảnh 1.15 Một mạch quặng bị uốn nếp bởi nếp uốn U3 của pha biến dạng thứ 4, (ảnh chụp mẫu TS 24, độ phóng đại 4x) 42

Ảnh 1.16 Đới dăm kết sản phẩm của pha biến dạng thứ 5, trong thành phần dăm có các mảnh vụn đá skarn, [6] 43

Ảnh 2.1 Mỏ dạng mạch thạch anh - sheelit tại mỏ Mittersill, Áo (ảnh trái-quan sát dưới ánh sáng thường, ảnh phải-quan sát dưới ánh sáng đèn tia cực tím) 55 Ảnh 3.1 Ảnh đá hoa, ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử mẫu khoan NP 206 độ sâu 48m, các tinh thể calxit chiếm chủ yếu trên nền đá (chụp dưới 2 nikol) 81

Ảnh 3.2 Thành tạo đá sừng, ảnh chụp mẫu lỗ khoan Np 209, độ sâu 69m, dưới kính hiển vi điện tử, thấy rõ các tinh thể khoáng vật tremolit trên nền đá (chụp dưới 2 nikol) 82

Ảnh 3.3 Đá skarn giai đoạn sớm với khoáng vật granat, pyroxen với tổ hợp khoáng vật pyroxen xiên - visuvian đặc trưng, dưới kính hiển vi điện tử (hai nicol +) 83

Ảnh 3.4 Skarn giai đoạn giữa với khoáng vật chủ yếu là hastingsit + khoáng vật sulfua và bị biotit của giai đoạn sau xuyên cắt (hai nikol +) 84

Ảnh 3.5 Đá skarn muộn, với tổ hợp khoáng vật bioti+ danalit, mẫu LM 4, chụp dưới kính hiển vi điện tử (2 nicol +) 85

Ảnh 3.6 Các đá biến chất trao đổi felspat với các khoáng vật đặc trưng albit 86Ảnh 3.7 Các đá biến chất trao đổi felspat với các khoáng vật đặc trưng microclin 86Ảnh 3.8 Greisen biotit với tổ hợp khoáng vật thạch anh- sheelit - fluorit , mẫu LM

11/1, dưới 1 nicol 88Ảnh 3.9 Greisen biotit với tổ hợp khoáng vật khoáng vật plagioclas, sheelit, chlorit,

mẫu LM 04 88Ảnh 3.10 Greisen muscovit với tổ hợp khoáng vật thạch anh-sheelit -fluorit được

các khoáng vật quặng thay thế, gắn kết (1 nicol) 89Ảnh 3.11 Biến đổi cạnh mạch thạch anh hóa với tổ hợp khoáng vật thạch anh-

sericit, mẫu NP 203 (nicol +) 90Ảnh 4.1.Magnetit đi cùng pyrotin I (Pyr) và chalcopyrit I (Chp) tạo thành 1

THCSKV 104Ảnh 4.2 Magnetit (mt) kiến trúc hạt nửa tự hình, tha hình, cấu tạo dải trong nền đá

skarn 104Ảnh 4.3 Khoáng vật sheelit thế hệ I trong quặng mỏ Núi Pháo, cùng chalcopyritI,

pyrotinI, tạo thành 1 THCSKV (các ảnh A,B) 107Ảnh 4.4 Sheelit thế hệ I dưới kính hiển vi phản xạ (ảnh A) & dưới kính hiển vi điện

tử quét có các điểm kiểm tra thành phần khoáng vật (ảnh B) 107Ảnh 4.5 Sheelit II phân bố trong greisen ngoại và greisen nội tạo THCSKV thạch

anh I-Sheelit II-Fluorit (đã được mô tả ở trên) 109Ảnh 4.6 Tổ hợp cộng sinh khoáng vật magnetit- pyrotin I- Chalcopyrit I trong đá

skarn giai đoạn giữa (ảnh A, B) 111Ảnh 4.7 Pyrotin II & chalcopyrrit II gắn kết sheelit II (ảnh 4.8-A) và xuyên lấp

theo vi khe nứt của sheelit II (ảnh 4.8-B) 112Ảnh 4.8 Chalcopyrit II hạt tha hình cấu tạo mạch (ảnh A), xâm tán (ảnh B), ổ nhỏ

(ảnh C, D) và tổ hợp cộng sinh khoáng vật chalcopyrit II-pyrotin sphalerit trong đá skarn bị greisen hóa (ảnh C) và trong đá granit bị greisen hóa (ảnh D) 113Ảnh 4.9 Khoáng vật Bismut tự sinh hạt hình cầu (ảnh A), hình bán lập phương (ảnh

II-Bi-B), hạt tha hình xâm tán cùng pyrotin II (ảnh C), hạt tha hình xâm tán thành đám hạt cùng bismutin trên nền đá (ảnh C), hạt tha hình xuyên lấp theo vi khe nứt của đá cùng pyrotin II, chalcopyrit II (ảnh E), hạt tha hình xâm tán thành đám hạt (ảnh F) 114Ảnh 4.10 Molybdenit (Mo) tấm mỏng, vẩy mỏng xâm tán thành đám nhỏ, ổ nhỏ

trong đá greisen (ảnh A) và trong thạch anh cắt qua nền đá skarn có xâm tán magnetit (Mt), pyrotin (Pyr) hạt nhỏ tha hình (ảnh B) 115

Ảnh 4.11 Khoáng vật fluorit (dưới 1 Nikon) thường xuất hiện cùng biotit, thạch

anh, và được các khoáng vật sulfua thay thế, gắn kết 116

Ảnh 4.12 Wolframit (Wf) xâm tán trên nền đá granit bị greisen hóa bị pyrotin (Pyr) thay thế 116

Ảnh 4.13-A: Sphalerit hạt tha hình (spl) xâm tán trong nền đá skarn cùng pyrotin (pyr) và chalcopyrit (chp) - Ảnh chụp dưới kính hiển vi Khoáng tướng.117 Ảnh 4.13-B: Ảnh chụp sphalerit, pyrotin, chalcopyrit mẫu SKN 8 dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) và các điểm chọn kiểm tra k.v 117

Ảnh 4.14 Mẫu Lm 8964 : Đá skarn sớm - tổ hợp khoáng vật pyroxen (hedenbergit) - vesuvian (Nicol +) 120

Ảnh 4.15 Khoáng vật granat bị xuyên cắt bởi các khoáng vật quặng (ảnh A), bị thay thể bởi hastingsit (ảnh B) Chụp dưới 1 Nikon 120

Ảnh 4.16 Hastingsit bị thay thế bởi biotit, danburit (ảnh A) và gặm mòn bởi các khoáng vật quặng sheelit, flourit (ảnh B) 121

Ảnh 4.17 Khoáng vật biotit xuất hiện cùng các khoáng vật của quá trình greisen hóa (ảnh A) và các khoáng vật quặng (ảnh B) 121

Ảnh 4.18 Pyrotin (Pyr) tập hợp hạt tha hình, cấu tạo ổ đặc xít, chứa tàn dư của đá skarn chưa bị thay thế hết (ảnh mẫu 08978) 122

Ảnh 4.19 Magnetit (mt) vi hạt tha hình xâm tán khá dày trên nền đá skarn 123

Ảnh 4.20 Các vi hạt sheelit (She) tha hình xâm tán thành đám hạt trên nên đá skarn 123

Ảnh 4.21 Pyrotin (Pyr), chalcopyrit(Chp) tạo vi mạch lấp đầy theo vi khe nứt trong thạch anh 124

Ảnh 4.22 Sheelit vi hạt tự hình xâm tán trên nên đá 125

Ảnh 4.23 Pyrit vi hạt tự hình xâm tán trên nền đá 125

Ảnh 4.24 Sheelit hạt tha hình xâm tán trong đá 125

Ảnh 4.25 Pyrotin tạo vi mạch lấp đầy theo vi khe nứt của đá 126

Ảnh 4.26 Bi tự sinh (Bi) cùng chalcopyrit(Chp) xuyên lấp theo vi khe nứt tạo vi mạch lấp đầy trong nền đá skarn 126

Ảnh 4.27 Magnetit bị magemit (Mag) thay thế giả hình trong nền đá skarn 127

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Mỏ skarn chứa sheelit là một trong những kiểu nguồn gốc chính của các mỏ wolfram ở Việt Nam cũng như trên thế giới đang được khai thác hiện nay Trên thế giới sản lượng khai thác quặng wolfram từ các mỏ nguồn gốc skarn chiếm tới 60%, trong khi đó trữ lượng quặng wolfram của kiểu nguồn gốc này không vượt quá 30% tổng trữ lượng quặng của tất cả các kiểu nguồn gốc mỏ wolfram

Ở Đông bắc Việt Nam có một mỏ W lớn kiểu skarn đó là mỏ W Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên Quặng của mỏ W Núi Pháo cũng như quặng của đa

số các mỏ W cùng kiểu trên thế giới thuộc loại quặng tổng hợp: ngoài W còn có Cu,

Bi, Au và các nguyên tố khác Vì vậy mỏ Núi Pháo còn được gọi là mỏ wolfram-đa kim, mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo đang được khai thác với sản lượng khai thác chiếm tới 90% sản lượng khai thác chung của các mỏ wolfram ở Việt Nam

Hiện nay việc gia tăng nguyên liệu khoáng wolfram ở nhiều nước trên thế giới đang diễn ra theo hướng tìm kiếm và khai thác các mỏ có trữ lượng lớn nhưng có hàm lượng WO3 thấp (0,15 - 0,20%) Đó là các đối tượng kiểu stratiform (dạng tầng) và stocverc (mạng mạch xâm nhiễm) đã được phát hiện ở Australia (King-Ailend), Áo (Ferbeltal), Pháp (Salo), Bắc Kavkaz thuộc LB Nga (Kti-Teberda), Trung tâm Kazacxtan (Kairactư, Koctenkol, …) và nhiều vùng khác trên thế giới Tính thời sự của việc nghiên cứu “Đặc điểm quặng hóa wolfram - đa kim mỏ Núi Pháo, Đại Từ - Thái Nguyên” là ở chỗ mỏ Núi Pháo được xem như một mỏ chuẩn điển hình, các kết quả nghiên cứu sẽ tạo cơ sở khoa học tin cậy cao trong việc giúp phát hiện không chỉ kiểu mỏ skarn - sheelit - sulfua mà còn phát hiện cả các

mỏ mới kiểu nguồn gốc khác ở những vùng chưa được nghiên cứu kỹ Điều này có thể thúc đẩy việc mở rộng cơ sở nguyên liệu khoáng ở Đông Bắc Việt Nam nói riêng và trên cả lãnh thổ Việt Nam nói chung

Theo truyền thống, việc dự báo khu vực và địa phương được dựa trên sự hiểu biết về các mỏ điển hình (mỏ chuẩn): hoàn cảnh địa chất phân bố của mỏ, mối liên

quan với một kiểu thạch hóa nhất định của đá magma, các điều kiện và hình thức biểu hiện của các quá trình hậu magma dẫn đến sự thành tạo quặng hóa wolfram.Vì vậy việc nghiên cứu chi tiết về địa chất, thành phần vật chất và nguồn gốc mỏ W-đa kim Núi Pháo như là một mỏ điển hình ở Việt Nam là một nhu cầu cấp thiết

Mặc dù đã được nghiên cứu và hiện đang trong quá trình khai thác, song mỏ

W Núi Pháo vẫn còn nhiều vấn đề cấp thiết chưa được làm sáng tỏ hoặc còn nhiều tranh luận, cụ thể như: quặng hóa wolfram liên quan nguồn gốc với granit của phức

hệ magma nào trong khu mỏ; các THCS khoáng vật quặng ứng với từng kiểu quặng

và mối quan hệ thời gian - không gian của chúng với các kiểu đá biến chất trao đổi trong khu mỏ chưa được phân chia & luận giải một cách hệ thống; mối quan hệ giữa quặng hóa wolfram và đá skarn là đồng thời, kéo theo hay nằm chồng; mối quan hệ giữa các giai đoạn thành tạo skarn với giai đoạn greisen và giai đoạn nhiệt dịch chưa được làm rõ; mô hình nguồn gốc mỏ cũng chưa được xây dựng

Đề tài Luận án “Đặc điểm quặng hóa wolfram-đa kim mỏ Núi Pháo, Đại Từ- Thái Nguyên” được NCS lựa chọn hoàn toàn xuất phát từ những yêu cầu cấp

thiết của thực tiễn khách quan nhằm giải quyết những vấn đề tồn tại nêu trên, tạo

cơ sở khoa học cho việc dự báo, tìm kiếm và đánh giá kiểu mỏ sulfua ở Việt Nam

skarn-sheelit-2 Mục tiêu của luận án

Luận án có mục tiêu làm sáng tỏ thành phần vật chất và bản chất nguồn gốc quặng hóa wolfram- đa kim của mỏ Núi Pháo, làm cơ sở khoa học cho công tác dự

báo, tìm kiếm - thăm dò, khai thác và chế biến loại hình khoáng sản này

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Quặng wolfram - đa kim và các thành tạo địa chất liên quan quặng hóa wolfram

- đa kim trong toàn diện tích mỏ Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên

- Vùng nghiên cứu thuộc phần tây nam đứt gãy sâu Sông Hồng tại nơi giao nhau của 3 đới kiến tạo: đai tạo núi nội lục Paleozoi sớm Tây Việt Bắc, Đông Bắc

Bộ và hệ rift nội lục Permi muộn - Mesozoi trũng An Châu Diện tích mỏ 0.92 km2

4 Nhiệm vụ của luận án

Để đạt được mục tiêu nêu trên, luận án tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu hoàn cảnh địa chất và vị trí mỏ Núi Pháo trong bình đồ cấu trúc khu vực

- Nghiên cứu các yếu tố kiến trúc tạo nên cấu trúc mỏ Núi Pháo và vai trò của các yếu tố này trong sự thành tạo và định vị quặng hóa wolfram - đa kim, bao gồm: yếu tố cấu trúc kiến tạo, yếu tố magma, yếu tố thạch học - địa tầng, yếu tố đá biến chất trao đổi

- Nghiên cứu đặc điểm phân bố và đặc điểm hình thái, cấu trúc các thân quặng wolfram - đa kim

- Nghiên cứu thành phần vật chất, cấu tạo và kiến trúc quặng wolfram - đa kim, xác định các thời kỳ và giai đoạn tạo khoáng trong mỏ Núi Pháo

- Nghiên cứu điều kiện thành tạo và xây dựng mô hình nguồn gốc tổng quát

mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo trên cơ sở các công tác đã tiến hành ở các bước trên

5 Các phương pháp nghiên cứu

Luận án được tổng hợp, xử lý và xây dựng trên cơ sở kết quả của các phương

pháp nghiên cứu truyền thống kết hợp phương pháp hiện đại như sau:

* Tổ hợp các phương pháp nghiên cứu tại thực địa:

- Xác định vị trí các thân quặng trong các mặt cắt địa chất chính cắt qua khu mỏ

- Xác định mối liên quan (hoặc không liên quan) của quặng hóa với các đá

xâm nhập

- Xác định thành phần các đá vây quanh quặng

- Xác định các điều kiện kiến tạo khống chế định vị thân quặng

- Xác định hình thái, kích thước và thành phần của các thân quặng và v.v

- Mô tả mẫu khoan, hiện trường

- Thu thập các loại mẫu tại khai trường, vết lộ cũng như mẫu lõi khoan

* Tổ hợp các phương pháp nghiên cứu trong phòng:

- Phương pháp phân tích khoáng tướng,

- Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học

- Phương pháp phân tích hoá silicat,

- Phương pháp phân tích quang phổ plasma (ICP, ICP-MS),

- Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét (SEM)

- Phương pháp phân tích tuổi đồng vị U-Pb zircon,

- Phương pháp phân tích tuổi đồng vị Re-Os molybdenit,

- Phương pháp tin học trong tổng hợp, xử lý, đối sánh và luận giải số liệu,

- Phương pháp so sánh tương tự,

- Phương pháp Toán địa chất nhận dạng và so sánh các đối tượng địa chất,

- Phương pháp mô hình hóa các quá trình tạo quặng

6 Những điểm mới của luận án

Kết quả nghiên cứu của luận án đã đạt được một số điểm mới sau:

1 - Luận án đã làm rõ 3 yếu tố quan trọng khống chế sự thành tạo skarn và quặng hóa trong mỏ Núi Pháo là yếu tố magma (khối granit 2 mica Đá Liền-Phức

hệ Pia Oắc tuổi K2), yếu tố thạch học-địa tầng (tầng đá carbonat-hệ tầng Phú Ngữ)

và yếu tố đá biến chất trao đổi (các thể đá skarn, các thể đá bị greisen hóa) Khả năng sinh quặng W-đa kim của khối granit 2 mica Đá Liền đã được chứng minh, làm rõ

2 - Làm rõ điều kiện thế nằm, đặc điểm phân bố cũng như hình thái và cấu trúc các thể đá biến đổi cũng như các thân quặng W - đa kim trong mỏ Núi Pháo Làm

rõ quan hệ giữa skarn và quặng hóa là quan hệ nằm chồng Những kết quả nghiên cứu mới về tuổi đồng vị U-Pb zircon của 2 phức hệ magma: Núi Điệng và Pia Oắc

có mặt trong mỏ đã góp phần làm sáng tỏ thêm và khẳng định về tiến trình hoạt động magma cũng như yếu tố magma khống chế quặng hóa W-đa kim trong mỏ Đồng thời, kết quả xác định tuổi đồng vị Re-Os từ molybdenit ủng hộ quan điểm về mối liên quan của quặng hóa W - đa kim với phức hệ Pia Oắc

3 - Nghiên cứu có hệ thống thành phần vật chất, nghiên cứu đặc điểm khoáng vật của các đá biến đổi và quặng đã phân chia có cơ sở khoa học các thời

kỳ và giai đoạn tạo đá biến đổi cũng như các tổ hợp cộng sinh khoáng vật trong quặng W - đa kim, từ đó xác định trình tự các giai đoạn tạo khoáng xảy ra trong

mỏ Núi Pháo Phát hiện thêm các khoáng vật trong đá biến đổi như hedenbergit, hastingsit, danburit, danalit, và một số khoáng vật quặng quan trọng như: molybdenit, sphalerit, bismutin, woframit

4 - Xây dựng mô hình tổng quát sự thành tạo mỏ kiểu skarn - sheelit - sulfua Núi Pháo và mô hình nguồn gốc tổng quát của hệ magma - quặng (HMQ) trên cơ

sở nghiên cứu thành phần vật chất cũng như điều kiện địa chất và hóa - lý thành tạo quặng W - đa kim trong khu mỏ

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Ý nghĩa khoa học:

- Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm sáng tỏ đặc điểm quặng hóa và xác định mỏ W-đa kim Núi Pháo thuộc kiểu mỏ Skarn-sheelit-sulfua trên cơ sở nghiên cứu có hệ thống thành phần vật chất của các đá biến đổi và quặng, đồng thời phân chia có cơ sở khoa học các thời kỳ và giai đoạn tạo đá biến đổi cũng như tạo quặng trong khu mỏ;

- Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được mô hình tổng quát sự thành tạo mỏ kiểu skarn - sheelit - sulfua Núi Pháo và mô hình nguồn gốc tổng quát của hệ magma - quặng trên cơ sở nghiên cứu thành phần vật chất cũng như điều kiện địa chất và hóa lý thành tạo quặng Wolfram - đa kim trong khu mỏ Đây được xem như

là các mô hình chuẩn giúp định hướng cho việc nghiên cứu khoánh sản W thuộc kiểu mỏ Skarn-sheelit-sulfua trong những hoàn cảnh địa chất tương tự ở Việt Nam

- Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu về hình thái và cấu trúc các thân khoáng trong khu mỏ góp phần quan trọng nâng cao hiệu quả của công tác thăm dò và thiết kế khai thác

quặng W - đa kim ở mỏ Núi Pháo

- Các kết quả nghiên cứu thành phần khoáng vật, thành phần hóa học, tổ hợp cộng sinh khoáng vật, cấu tạo và kiến trúc quặng W - đa kim giúp cho các nhà tuyển khoáng lựa chọn công nghệ tuyển luyện và thu hồi hợp lý nhất các hợp phần có ích

trong quặng, giảm thiểu tối đa sự lãng phí tài nguyên và bảo vệ môi trường

8 Các luận điểm bảo vệ của luận án

Luận điểm 1: Mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo thuộc kiểu mỏ skarn - sheelit - sulfua

và gồm 2 kiểu quặng: thạch anh - sheelit và thạch anh - pyrotin - chalcopyrit - bismut

Luận điểm 2: Đá skarn và quặng hóa sheelit - sulfua liên quan nguồn gốc

với tổ hợp granit 2 mica kiểu S khối Đá Liền tuổi K2 thuộc phức hệ Pia Oắc, trong đó quặng hóa sheelit - sulfua công nghiệp hình thành vào các giai đoạn muộn hơn nằm chồng lên các thể đá skarn thành tạo trước (skarn và quặng hóa nằm chồng)

9 Cơ sở tài liệu của luận án

Luận án được hoàn thành trên cơ sở tài liệu bổ sung khảo sát thực tế toàn khu

mỏ và kết quả nghiên cứu đặc điểm địa chất quặng hóa cũng như đặc điểm thành phần vật chất quặng hoá wolfram ở mỏ Núi Pháo của chính bản thân NCS trong thời gian thực hiện luận án NCS đã trực tiếp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ hơn 500 mẫu khoáng tướng, 500 mẫu thạch học lát mỏng, 30 mẫu hoá, 35 mẫu phân tích ICP các nguyên tố hiếm, vết trong đá magma, 35 mẫu hoá silicat, 8 mẫu phân tích tuổi đồng vị U-Pb zircon, 5 mẫu phân tích tuổi đồng vị Re-Os molybdenit, 20 mẫu phân tích các nguyên tố đất hiếm, 30 mẫu phân tích hiển vi điện tử quét (SEM), các mẫu được phân tích tại Trung tâm phân tích thí nghiệm Địa chất Hà Nội, Viện nghiên cứu Khoa học Địa chất và Khoáng sản; Phòng thí nghiệm Công nghệ cao; Phòng thí nghiệm hiển vi khoáng tướng, Phòng thí nghiệm hiển vi thạch học - Trường Đại học Mỏ - Địa chất; Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia thuộc Đại học Địa chất Trung Quốc (Bắc Kinh); Phòng thí nghiệm Đại học Tây An Trung Quốc; Phòng thí nghiệm Amdel Australia; Phòng thí nghiệm của Công ty CP Khai thác Chế biến Khoáng sản Việt Ngoài ra tác giả còn tham khảo, sử dụng các kết quả nghiên cứu, thăm dò mỏ Núi Pháo của Công ty Tibron Mineral Ltd từ 1999 tới

2013 mà NCS cũng là một thành viên Đồng thời các kết quả nghiên cứu của các đề

án, các công trình đã được công bố trong và ngoài nước về mỏ Núi Pháo cũng được

NCS kế thừa trong từng phần nội dung của luận án

10 Nơi thực hiện đề tài và lời cám ơn

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Khoáng sản, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của Phó Giáo sư - Tiến sĩ Địa lý - Địa chất Nguyễn Quang Luật và Tiến sĩ Địa chất Trần Mỹ Dũng Tác giả xin được bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc đến các cán bộ hướng dẫn đã

tận tình, sâu sát hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả đã nhận được sự quan tâm tạo điều kiện và nhiều ý kiến đóng góp của TS Đỗ Văn Nhuận, PGS.TS Trần Bỉnh Chư; PGS.TS Trần Thanh Hải, PGS.TS Nguyễn Văn Phổ; TS Đào Thái Bắc; ThS Nguyễn Kim Long; ThS Ngô Xuân Đắc; ThS Nguyễn Hữu Thương; ThS Nguyễn Đình Luyện; ThS Lê Thị Thu; KS.Vũ Mạnh Long; KS Nguyễn Ngọc Hướng; KS Hoàng Văn Vượng cùng nhiều nhà khoa học và đồng nghiệp khác Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các nhà khoa học và đồng nghiệp nêu trên

Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ, giúp đỡ của Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo sau đại học, BCN Khoa KH&KT Địa chất; Bộ môn Khoáng sản, đặc biệt là sự tạo điều kiện thuận lợi và sự giúp đỡ về mọi mặt của Công ty TNHH Khai thác Chế biến Khoáng sản Núi Pháo (NPM), Công ty CP Khai Thác Chế biến Khoáng sản Việt (VMPCo), Công ty CP Đầu tư Bảo Lai (BLG) trong suốt quá trình tác giả thực hiện luận án

Tác giả xin cám ơn gia đình, người thân đã luôn động viên, sát cánh giúp đỡ, tạo động lực để tác giả hoàn thành luận án

Chương 1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT MỎ WOLFRAM -ĐA KIM NÚI PHÁO

1.1 Vị trí mỏ Núi Pháo trên bình đồ cấu trúc - kiến tạo khu vực

Mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo có diện tích thăm dò là 42 km2 và được cấp phép khai thác trên diện tích 0.92 km2, thuộc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, cách Hà Nội khoảng 120 km về phía Tây Bắc, được thể hiện tại hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc khu vực Đông Bắc

Việt Nam

Khu vực mỏ có tọa độ:

21037’40” đến 21045’31” vĩ độ Bắc

105032’16” đến 105044’36” kinh độ Đông

Theo công trình Địa chất và Tài nguyên Việt Nam [29], vùng Đại Từ thuộc đới cấu trúc Đông Bắc Bộ Việt Nam, hệ tạo núi đa kỳ Neoproterozoi-Mesozoi sớm, phân hệ Việt - Trung, thuộc đai tạo núi nội lục Đông Bắc Bộ, đới này phân bố ở phía đông đứt gãy Sông Đáy trải ra tận rìa Tây vịnh Bắc Bộ, nối tiếp sang Quảng Tây, Quảng Đông (Trung Quốc), có thể chia ra hai phụ đới Đông Việt Bắc và Quảng Ninh

và bị hệ rift nội lục Sông Hiến - An Châu che phủ, chia cắt ra nhiều phần, vùng nghiên cứu thuộc phụ đới Đông Việt Bắc: chiếm phần lớn diện tích các tỉnh Thái Nguyên, Bắc Kạn, Cao Bằng, Lạng Sơn, v.v Địa hình phụ đới này có những dãy núi hình cánh cung theo phương Bắc Đông Bắc như các dãy Phia Bioc (1554 m), Ngân Sơn (1763 m) - Cốc Xô (1131 m), chuyển dần sang phương Đông Bắc và á vĩ tuyến với các dãy núi thấp dần như Bồ Cu (539 m) cũng như các vùng núi karst Bắc Sơn

Vùng nghiên cứu đã được quan tâm bởi nhiều công trình khảo sát khác nhau, nhìn chung các công trình này ít nhiều đều đề cập đến đặc điểm cấu tạo - kiến trúc khu vực Tuy nhiên có nhiều điểm không thống nhất trong cách phân loại các pha biến dạng nên việc tổng hợp và mô tả còn gặp nhiều khó khăn Bằng việc tổng hợp các tài liệu đo vẽ bản đồ địa chất có trước cùng với sự phân tích, luận giải đặc điểm các cấu trúc kiến tạo trong vùng; dựa vào thành phần chính, mối quan hệ không gian, nguồn gốc và tuổi tương đối của các thành tạo địa chất, các đá trong khu vực nghiên cứu có thể được xếp vào các tổ hợp thạch kiến tạo riêng biệt Mỗi tổ hợp thạch kiến tạo bao gồm một hoặc một số tổ hợp thạch học có thành phần, nguồn gốc, tuổi và quan hệ không gian gần gũi nhau Trong vùng nghiên cứu có các tổ hợp thạch kiến tạo chính sau:

Tổ hợp thạch kiến tạo 1: Tổ hợp lục nguyên carbonat tướng rìa lục địa thụ động Ordovic- Silur

Tổ hợp thạch kiến tạo này lộ ra tại trung tâm vùng nghiên cứu với diện tích khoảng 110 km2, bao gồm các đá có tuổi cổ nhất trong vùng của hệ tầng Phú Ngữ

tuổi Ordovic - Silur (O-Spn) Thành phần chủ yếu của tổ hợp thạch kiến tạo này là

các trầm tích hạt vụn gồm cát kết, cát bột kết đã bị biến chất thành đá phiến sét phân lớp, đá phiến thạch anh - mica, đá sừng amphibol Bề dày của tổ hợp thạch kiến tạo

này khoảng 2400m Tổ hợp thạch kiến tạo 1 bị phức tạp hóa bởi các phá hủy biến dạng và biến chất tiếp xúc nhiệt bao gồm các cấu tạo phân phiến khu vực và bị uốn nếp bởi các nếp uốn đẳng cánh với thế nằm của đá ở cánh khá dốc từ 45-700. Đi kèm sự biến dạng của đá là sự biến chất khu vực tướng phiến lục

Tổ hợp thạch kiến tạo 2: Tổ hợp lục nguyên carbonat thềm rìa lục địa thụ động Devon

Tổ hợp thạch kiến tạo 2 lộ ra ở 3 khu vực riêng biệt trên khu vực Tây Bắc, Đông Bắc và Tây Nam vùng nghiên cứu, cấu tạo bởi các đá của hệ tầng Sông Cầu tuổi Devon (D1-2sc) với thành phần chính là đá phiến sét, đá phiến sét màu đen, sét sericit màu xám đen, xám lục, đá phiến silic, silic màu đen, đá vôi, đá vôi silic, đá vôi sét và những lớp mỏng cát kết, Các đá của tổ hợp này bị biến dạng mạnh trong môi trường dẻo tạo nên các cấu tạo phiến và uốn nếp bởi các nếp uốn có phương tương đồng với phương nếp uốn trong tổ hợp thạch kiến tạo 1 Tổ hợp thạch kiến tạo 2 phân chia với các đá của tổ hợp thạch kiến tạo 1 bằng các ranh giới kiến tạo Chiều dày trung bình của tổ hợp thạch kiến tạo 2 khoảng 2500m

Tổ hợp thạch kiến tạo 3: Tổ hợp rìa lục địa tích cực Permi muộn Trias

Tổ hợp thạch học này phân bố ở trung tâm và phía nam khu vực nghiên cứu, gồm chủ yếu là các đá xâm nhập tướng rìa lục địa tích cực có thành phần từ axit như granit biotit thuộc phức hệ Núi Điệng (T3nđ) đến mafic, siêu mafic như các đá gabro thuộc phức hệ Núi Chúa (T3nnc) Các đá của tổ hợp này xuyên cắt một phần các cấu tạo của biến dạng dẻo nhưng bản thân chúng cũng có nơi bị biến dạng, ép dẹt và tạo phiến, đặc biệt trong đá granitoid thuộc phức hệ Núi Điệng Những tác động kiến tạo mạnh mẽ lên tổ hợp thạch kiến tạo này là những đới dập vỡ địa phương liên quan đến các chế độ biến dạng giòn xảy ra muộn hơn sau này

Tổ hợp thạch kiến tạo 4: Tổ hợp đồng tạo núi Mesozoi

Tổ hợp thạch kiến tạo này phân bố ở phía nam đường 13 A và một phần nhỏ phía Đông Nam vùng nghiên cứu Cấu thành nên tổ hợp thạch kiến tạo đồng tạo núi Mesozoi là:

- Tổ hợp thạch học trầm tích molass màu xám chứa than: gồm các đá thuộc

hệ tầng Văn Lãng tuổi Trias (T3 n-r vl), thành phần chính gồm cát bột kết, cuội kết, thạch anh silic, tổ hợp thạch học này bị phong hóa mạnh

- Tổ hợp thạch học xâm nhập axit: gồm các đá granitoid thuộc phức hệ

Pia Oắc (K2po), thành phần chính gồm granit hai mica và granit muscovit, tổ hợp thạch học này lộ ra ở phía bắc đường 13A và tại trung tâm mỏ W- đa kim Núi Pháo Các đá của tổ hợp thạch học này thường bị gresen hóa, xuyên cắt và làm sừng hóa các đá vây quanh

Các trầm tích bở rời

Phân bố dọc thung lũng Sông Lô, Sông Đáy, Sông Công trong khu vực, ngoài ra chúng còn nằm trong hố sụt khép kín Tổ thạch học này gồm các trầm tích bở rời thuộc hệ Đệ Tứ với bề dày từ 20 - 40 mét hình thành nên các bậc thềm liên quan đến các chuyển động tân kiến tạo và quá trình hình thành các bề mặt địa hình hiện tại

1.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản khu vực Đại Từ, Thái Nguyên

1.2.1 Giai đoạn trước năm 1945

Từ những năm đầu thế kỷ 20, khu vực nghiên cứu đã được các nhà địa chất

Pháp nghiên cứu khảo sát về địa chất, khoáng sản Tiêu biểu là các công trình:

- Năm 1907, H Lantenois và Zeiller thành lập bản đồ địa chất Bắc bộ tỷ lệ 1:500.000 với mức độ còn rất sơ lược, tuy nhiên các tác giả cũng đã phát hiện và khoanh định được các phân vị địa tầng chứa hóa đá spirifer tuổi Silur- Devon, và cũng nêu được một số đặc điểm về giai đoạn uốn nếp Hecxini trong toàn vùng Đây

là những cơ sở đầu tiên cho các công tác khảo sát tiếp theo

- Năm 1919-1937, các nhà địa chất R Bourret (1919-1925), E Patte (1922-1927), J Fromaget (1934-1937) đã có các công trình khảo sát cho khu vực nghiên cứu trong các lĩnh vực cổ sinh, hóa đá, thạch học và có một số chuyên khảo về các thành tạo magma trong vùng Công trình thành lập bản đồ địa chất Đông bắc bộ tỷ lệ 1:300.000 là chi tiết và có giá trị hơn cả, mang tính định

hướng cho các công tác tiếp theo

Cũng trong thời gian trên, các nhà địa chất - mỏ người Pháp cũng đã tiến hành thăm dò và khai thác một số điểm quặng và mỏ trong khu vực, như mỏ chì - kẽm ở xã Côi Kỳ, mỏ than ở xã Phấn Mễ tỉnh Thái Nguyên, mỏ chì - kẽm, barit ở Tuyên Quang

1.2.2 Giai đoạn sau năm 1945

Sau Cách mạng Tháng 8 năm 1945, đặc biệt là sau năm 1954 khi miền Bắc hoàn toàn giải phóng, công tác khảo sát địa chất khoáng sản cho miền Bắc Việt Nam được đẩy mạnh Nhiều công trình nghiên cứu đã được tiến hành đầy đủ và chi

tiết hơn, đáng chú ý là các công trình sau đây:

- Năm 1965, các nhà Địa chất Việt Nam thuộc Đoàn 20 cùng các chuyên gia Liên Xô do A.E Dovjikov chủ trì đã hoàn thành bản đồ địa chất miền Bắc Việt Nam

tỷ lệ 1:500.000 và bản thuyết minh Kèm theo là bản đồ các vành phân tán trọng sa, bản đồ quang phổ mẫu bùn cùng tỷ lệ và các bản thuyết minh tương ứng Việc hoàn thành bản đồ địa chất 1:500.000 đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc nghiên cứu địa chất Việt Nam và đã vạch ra được những tiền đề, dấu hiệu tìm kiếm khoáng

sản cho từng khu vực trên lãnh thổ miền bắc trong đó có vùng Núi Pháo

Trong cùng thời gian này còn có các công trình tìm kiếm thăm dò khoáng sản và chi tiết hóa đặc điểm địa chất như lập “Bản đồ địa chất và tìm kiếm tỷ lệ 1:50.000” của Lê Phùng Lễ năm 1963, “Sơ đồ phân bố quặng thiếc của vùng Sơn Dương tỷ lệ 1:25.000” của Đoàn 14 năm 1964, “Sơ đồ địa chất khoáng sản Cù Vân

tỷ lệ 1:10.000” của Huỳnh Minh Cương năm 1965, “Sơ đồ địa chất khoáng sản khu vực Đá Liền” của Phan Thanh Hải năm 1966 Tuy nhiên các công trình này mới chỉ

tập trung cho các khu vực riêng lẻ chứ chưa có tính hệ thống cho cả vùng

- Năm 1965-1968, Phạm Đình Long chủ biên công trình đo vẽ bản đồ địa

nhóm tờ Thiện Kế - Đá Liền Các đề án thành lập Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 là

công trình khảo sát chi tiết, tổng thể nhất trên phạm vi toàn vùng [22]

- Năm 1992, Ngô Đức Kế chủ biên phương án “Tìm kiếm đánh giá tiềm năng W- bismut khu vực Núi Pháo, Đại Từ, Thái Nguyên”, Công trình này đã khoanh

định được các đới khoáng hóa W, Cu, và Bi trong vùng [16]

- Năm 1994, Nguyễn Xuân Bương chủ nhiệm đề án “Thăm dò thiếc gốc tây Núi Pháo” Kết quả của công trình đã khoanh nối được 24 thân quặng thiếc gốc với

tổng trữ lượng cấp 122 là 5,000 tấn thiếc kim loại

- Năm 1997-2003, Công ty Tiberon Minerals Ltd của Canada đã tiến hành khảo sát địa chất và thăm dò khoáng sản trên diện tích 47.65km2 bằng một chương trình thăm dò bài bản, chi tiết Kết quả của công tác thăm dò đã sơ bộ xác định các thân khoáng wolfram đa kim có trữ lượng lớn nguồn gốc skarn và greisen và hiện

tại mỏ đang được tiến hành khai thác công nghiệp [10]

- Năm 2004, Trần Thanh Hải và nnk đã nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và sự khống chế quặng hóa tại mỏ Đa kim Núi Pháo, nghiên cứu này đã rút ra kết luận vùng Núi Pháo chịu tác động bởi ít nhất 3 pha biến dạng khu vực, trong đó có hai pha biến dạng dẻo và một pha biến dạng giòn Pha biến dạng thứ nhất làm uốn nếp mạnh mẽ các đá trầm tích lục nguyên - carbonat thuộc hệ tầng Phú Ngữ, tạo nên hàng loạt nếp uốn đẳng cánh làm dày các trầm tích lên nhiều lần Pha biến dạng thứ hai tái uốn nếp các cấu tạo hình thành trong pha 1 và tạo nên hình thái cấu trúc chủ yếu của khu vực Các biến dạng giòn thuộc pha 3 làm phức tạp hoá các thành tạo có trước nhưng không làm thay đổi đáng kể bình đồ cấu trúc

khu vực [13]

- Năm 2008, Võ Tiến Dũng đã nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất và mối liên quan đến khoáng hóa đa kim tại mỏ Núi Pháo trong công trình luận văn thạc sỹ khoa học địa chất học Tác giả đã phân chia các pha biến dạng trong vùng thành 5 pha và bước đầu minh giải mối liên quan của các pha biến dạng với khoáng hóa trong vùng [6]

Năm 2012 và 2014, các tác giả Võ Tiến Dũng, Nguyễn Hữu Thương, Nguyễn Đình Luyện đã có những nghiên cứu bước đầu về thành phần vật chất của quặng

hóa tại một số vị trí của mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo [7]

Năm 2011, Kenzo Sanematsu và Shunso Ishihara đã nghiên cứu tuổi tuyệt đối của granit khối Đá Liền thuộc phức hệ Pia Oắc và mối liên hệ với khoáng hóa W ở

miền Bắc Việt Nam Tuổi tuyệt đối của khối này là 82.5+/- 0.3 triệu năm [41]

Năm 2013, Nguyễn Thị Bích Thủy, Phạm Thành Chung đã nghiên cứu tuổi tuyệt đối của khối granit Núi Pháo thuộc phức hệ Núi Điệng Tuổi kết tinh của khối này là 248+/- 9.9 triệu năm [26]

Năm 2015, Jacqueline, Trần Thanh Hải và nnk đã công bố tuổi tuyệt đối của các phức hệ magma tại Đông Bắc Việt Nam bằng phương pháp U-Pb zircon trong

đó có khối granit Núi Điệng khoảng 245 triệu năm [33]

Ngoài ra còn có các nghiên cứu khác trong quá trình khảo sát thăm dò phục vụ

sản xuất trong khu vực

1.3 Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng Đại Từ

Cấu trúc địa chất vùng Đại Từ đã được điều tra bằng các loạt Bản đồ địa chất tỷ lệ từ 1:500.000 đến tỷ lệ 1:200.000 và 1:50.000, và được cập nhật bởi các kết quả thăm dò của Công ty Tiberon Mineral Ltd, các tờ Bản đồ địa chất được

đo vẽ và thành lập ở những khoảng thời gian hết sức khác nhau nên tồn tại nhiều điểm khác biệt giữa các tờ, nhóm tờ về địa tầng, magma, kiến tạo Trong luận

án đã sử dụng tài liệu của kết quả đo vẽ Bản đồ địa chất 1:50.000 nhóm tờ Sơn Dương -Văn Lãng của Nguyễn Văn Trang và nnk năm 1974 có cập nhật kết quả thăm dò của Công ty Tiberon và kết quả nghiên cứu mới của NCS để mô tả đặc điểm địa chất mỏ

Trong vùng Đại Từ, đặc điểm địa chất mỏ bao gồm các thành tạo trầm tích có tuổi từ Paleozoi đến Đệ Tứ, và các phức hệ magma tuổi Trias đến và Kreta muộn Đặc điểm địa chất vùng Đại Từ thể hiện trong (hình 1.2) và được mô tả như sau:

Hình 1.2 Sơ đồ địa chất vùng Đại Từ, Thái Nguyên

1.3.1 Địa tầng

Giới Paleozoi: Hệ Ordovic-Hệ Silur, Hệ tầng Phú Ngữ (O-Spn):

Hệ tầng Phú Ngữ do Phạm Đình Long xác lập lần đầu năm 1968 trên cơ sở mặt cắt Gia Tông - Chợ Chu với các di tích bút đá (trilobita), ông xếp hệ tầng Phú Ngữ vào tuổi Ordovic giữa - muộn Năm 1974, trong công trình thành lập Bản đồ địa chất và tìm kiếm khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ Sơn Dương - Văn Lãng, Nguyễn Văn Trang đã phát hiện thêm một số hóa đá có giới hạn tuổi từ Ordovic đến Permi do đó ông đề nghị xếp tuổi hệ tầng Phú Ngũ vào Ordovic - Silur Tổng chiều dày hệ tầng Phú Ngữ đạt tới 2200 đến 2300 m

Dựa vào đặc điểm địa tầng, thành phần thạch học, cấu tạo, hệ tầng Phú Ngữ

chia thành 5 phụ hệ tầng

- Phụ hệ tầng 1 (O-Spn1): lộ ra ở vùng phía nam và trung tâm khu vực nghiên cứu với diện tích khoảng 20km2 Thành phần của phụ hệ tầng này gồm quartzit, quartzit sericit, quartzit graphit màu xám trắng phân lớp mỏng, đôi khi có cấu tạo khối Xen kẽ quartzit là các loại đá phiến thạch anh - mica, đá phiến graphit màu xám đen, đá sừng thạch anh - pyroxen, hiếm khi xen kẽ những lớp mỏng đá hoa

màu trắng, silic màu đen

- Phụ hệ tầng 2 (O-Spn2): nằm chuyển tiếp lên phụ hệ tầng 1, chúng lộ ra thành những giải hẹp kéo dài theo hướng đông bắc - tây nam, chiếm diện tích khoảng 10km2

Thành phần của phụ hệ tầng 2 gồm đá phiến sét màu đen, giàu vật chất than,

đá phiến sét silic màu đen, xen kẽ ít lớp mỏng đá phiến sét - sericit, thạch anh màu xám nhạt, xám tro, cát kết hạt nhỏ màu xám trắng Thế nằm của đá thay đổi từ 310-

2600/_ 40-500

Do ảnh hưởng của thể xâm nhập gabro Núi Chúa, đá của phụ hệ tầng 2 bị biến chất khá mạnh mẽ Các đá của phụ hệ tầng 2 có thành phần khá đồng nhất, và là phần chứa vật chất than phong phú nhất của hệ tầng Phú Ngữ Đá bị biến chất mạnh, mức độ biến chất phụ thuộc vào đường phương và vị trí không gian của đá

Tổng chiều dày của phụ hệ tầng 2 là 200-230m

- Phụ hệ tầng 3 (O-Spn3): là phần nằm chuyển tiếp từ từ lên các thành tạo trầm tích của phụ hệ tầng 2, đá của phụ hệ tầng 3 tạo thành 1 dải riêng biệt về phía bắc

của vùng nghiên cứu

Thành phần của phụ hệ tầng gồm đá phiến sét-sericit, đá phiến sericit thạch anh thỉnh thoảng xen kẽ các lớp mỏng đá phiến thạch anh sericit, cát kết hạt nhỏ, thấu kính sét vôi silic, đá phiến sét silic màu đen Trong đá phiến sericit -thạch anh

phát hiện có hóa đá brachiopoda và vết tích thực vật cổ

Tuy đặc điểm thành phần lắng đọng trầm tích của phụ hệ tầng đồng nhất, nhưng

do ảnh hưởng của quá trình địa chất về sau đặc biệt là các pha hoạt động xâm nhập trước sát nori trong khu vực nên ở những vị trí phân bố khác nhau, vật liệu nguyên thủy của phụ hệ tầng đã bị biến đổi Đặc trưng cho quá trình biến đổi là sự biến chất tiếp xúc nhiệt đã gây nên hiện tượng sừng hóa của các đá quanh các thể xâm nhập

axit và bazơ một cách mạnh mẽ, chiều dày của phụ hệ tầng 3 khoảng 600m

- Phụ hệ tầng 4 (O-Spn4): nằm chuyển tiếp lên mặt cắt phụ hệ tầng 3, trong vùng nghiên cứu phụ hệ tầng 4 lộ ra thành 1 dải ở phía bắc với diện tích khoảng 3.5

km2 Đặc điểm thành phần thạch học của phụ hệ tầng 4 tương tự như phụ hệ tầng 2, thành phần chủ yếu gồm đá phiến sét-silic, đá phiến sét sericit, sét màu đen, xen kẽ những lớp mỏng đá phiến thạch anh-pyroxen màu xám đen, đá phiến cordierit màu xám tro Thế nằm của đá thay đổi từ 290-310/_40-600 Chiều dày của phụ hệ tầng

đạt tới 240m

- Phụ hệ tầng 5 (O-Spn5): phân bố ở phía bắc khu vực nghiên cứu chiếm diện tích khoảng 7.5 km2, nằm chuyển tiếp lên mặt cắt phụ hệ tầng 4, quan hệ của phụ hệ tầng 5 với các phân vị địa tầng khác trong vùng là quan hệ tiếp xúc kiến tạo Thành phần chủ yếu của phụ hệ tầng 5 gồm chủ yếu là đá phiến sericit thạch anh, đá phiến thạch anh-sericit, xen ít lớp mỏng đá phiến sét màu đen, đá phiến silic màu đen, cát kết thạch anh hạt nhỏ hoặc đá vôi hoa hóa màu trắng xám Chiều dày mặt cắt phụ hệ

tầng 5 là 600m

Trong khu vực mỏ Núi Pháo, đá của hệ tầng Phú Ngữ phân bố ở khu vực trung tâm vùng nghiên cứu với diện tích khoảng 26 km2, bị biến chất mạnh mẽ do bị

xuyên cắt bởi magma khối Đá Liền ở phía Bắc, tại mặt cắt quan sát được ở moong khai thác mỏ Núi Pháo phần trên của phụ hệ tầng Phú Ngữ bị biến chất nhiệt thành các đá sừng, đá hoa, phần dưới bị biến chất trao đổi thành các thành tạo skarn sẫm màu chứa nhiều khoáng vật quặng

Hệ tầng Sông Cầu do Phạm Đình Long xác lập năm 1968 trong công trình thành lập bản đồ địa chất tờ Tuyên Quang 1:200.000 (Phạm Đình Long, 1968)

do phát hiện được các hóa đá tuổi Rifeli, mặt cắt chuẩn được xác lập ở thung lũng Sông Cầu nên lấy tên Sông Cầu đặt cho phân vị địa tầng Năm 1974 trong quá trình lập Bản đồ địa chất khoáng sản nhóm tờ Sơn Dương - Yên Lãng, (Nguyễn văn Trang, 1974) đã phát hiện thêm các hóa đá tuổi Devon sớm giữa trong trầm tích hệ tầng này và xác lập tuổi Devon sớm - giữa cho hệ tầng Trong khu vực nghiên cứu hệ tầng Sông Cầu lộ ra ở phía tây bắc, đông bắc và tây nam vùng Đại Từ với tổng diện tích khoảng 15 km2

Thành phần chính của hệ tầng Sông Cầu gồm đá phiến sét, sét sericit màu xám đen, xám lục, đá phiến silic, silic màu đen, đá vôi, đá vôi - silic, đá vôi sét và những lớp mỏng cát kết Tùy theo vị trí phân bố không gian đất đá của hệ tầng với các thể xâm nhập mà chúng có mức độ biến chất khác nhau từ thấp đến cao như đá phiến sét sericit, đá phiến sericit - thạch anh, đá phiến mica, đá phiến graphit, đá phiến

Phụ hệ tầng 1 chia được chia thành 2 tập

Tập I: gồm đá phiến sét màu đen có xen kẹp ít lớp mỏng hoặc thấu kính cát

kết thạch anh Từ dưới lên, tập I gồm các hệ lớp sau đây:

Hệ lớp đá phiến màu xám đen vàng phân lớp, phân phiến mỏng, dày 80m Lớp cát kết màu xám trắng có chứa vảy nhỏ muscovit màu phớt lục dày 30m

Đá phiến màu xám vàng tro dày 30 m

Đá phiến cát kết hạt nhỏ có muscovit xen kẹp lớp mỏng đá phiến sét màu đen,

dày 20m

Đá phiến sét phong hóa màu xám vàng, xám trắng, dày 40m

Lớp cát kết hạt nhỏ màu xám sáng, xám vàng, dày khoảng 40m

Chiều dày tập I khoảng 230m

Tập II: gồm đá phiến sét màu đen ở phần dưới chủ yếu là đá phiến sét, sét sericit màu xám tro, xám vàng, ở phần trên chủ yếu là đá phiến sét màu đen phân phiến, phân lớp mỏng, khi phong hóa cho màu trắng xám hoặc vàng nhạt Trong đá

có phát hiện các hóa đá bảo tồn xấu

Tổng chiều dày phụ hệ tầng 1 khoảng 600m

- Phụ hệ tầng 2 (D1-2sc2): phân bố chủ yếu tại vùng đông bắc khu vực nghiên cứu với diện tích khoảng 30km2, thành phần chủ yếu gồm đá phiến silic, silic màu đen, xám cà phê sữa, phân lớp dạng dọc dải thanh nét, xen kẽ lớp mỏng thấu kính

đá phiến sét, sét vôi màu xám đen, cát kết, cát kết dạng quartzit

Chiều dày của phụ hệ tầng 2 khoảng 550-600m

- Phụ hệ tầng 3 (D1-2sc3): phân bố ở góc phía đông bắc vùng nghiên cứu, chiếm diện tích khoảng 12 km2, chúng nằm chuyển tiếp dần lên trầm tích phụ hệ

tầng 2 và tiếp xúc kiến tạo với các đá hệ tầng Phú Ngữ

Thành phần chính của các đá phụ hệ tầng 3 gồm các loại đá vôi silic xen kẽ cát kết dạng quartzit và đá phiến carbonat Tùy thuộc vào vị trí phân bố không gian mà các trầm tích nói trên có mức độ biến chất nhiệt khác nhau do sự ảnh hưởng của các khối xâm

nhập phức hệ Núi Chúa, Pia Oắc Chiều dày của phụ hệ tầng 3 khoảng 500m

Trên cơ sở các tài liệu về cổ sinh địa tầng, so sánh mặt cắt cấu tạo Hệ tầng Sông Cầu được xếp vào tuổi Devon thống dưới dến giữa

Hệ tầng Sông Cầu phân bố ở khá xa khu vực mỏ và được phân chia với khối granit Núi Pháo thuộc phức hệ Núi Điệng bằng các đứt gãy phương tây bắc- đông nam, và không được nghiên cứu chi tiết trong công trình này

* Giới Mesozoi, Thống giữa: Hệ tầng Nà Khuất (T 2 nk)

Trong vùng nghiên cứu, hệ tầng phân bố trong một diện lớn ở vùng đèo Nhe, phía đông nam dãy núi Tam Đảo, Đông nam thành phố Thái Nguyên và nam Núi Pháo Các thành tạo của hệ tầng Nà Khuất được chia ra làm 2 phụ hệ tầng

trên lượng cát kết tăng dần Đá phân lớp mỏng đến trung bình, màu xám lục nhạt

hay phớt nâu đỏ do phong hoá Chứa Costatoria proharpa, Cassianella ecki, Velopecten albertii, Entolium discites tuổi Anisi Dày 440 - 560m

Phụ hệ tầng trên (T2nk2): Đá phiến sét, cát kết, bột kết màu đỏ nhạt phớt hồng, phân

lớp mỏng đến vừa Dày 500 - 650m Chứa hoá thạch: Trigonodus tonkinensis, T trapezoidalis, T sp., Costatoria goldfussi, C cf inaequicostata, Entolium cf discites, thuộc phức hệ Costatoria-Trigonodus tuổi Lađin thấy ở nhiều nơi trên đất nước ta và lân cận

Bề dày chung của hệ tầng đạt khoảng 1000-1200m

Hệ tầng Nà Khuất nằm chỉnh hợp trên hệ tầng Tam Đảo, quan sát thấy ở vùng đèo Nhe, và không chỉnh hợp dưới hệ tầng Văn Lãng hay hệ tầng Hà Cối Dựa vào hoá thạch thu thập được ở cả 2 phân hệ tầng, và trên quan hệ địa tầng nói trên, hệ tầng Nà Khuất được xác định có tuổi Trias giữa

Các trầm tích Hệ tầng Văn Lãng do Nguyễn Văn Trang xác lập năm 1982, trong khu vực nghiên cứu lộ ra ở phía đông nam và tây nam với diện tích khoảng 3.5 km2 tại khu vực Văn Lãng, Núi Hồng, Cù Vân, và Bình Thuận huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, với thành phần chính là các trầm tích màu xám chứa than Trên

cơ sở phân tích đặc điểm thành phần thạch học, tính chất thay đổi tướng và cấu tạo

địa chất, hệ tầng Văn Lãng được chia thành 3 phụ hệ tầng

- Phụ hệ tầng 1 (T3n-rvl1): phân bố chủ yếu tại khu vực Văn Lãng, Núi Hồng

và dọc quốc lộ 13A với diện tích khá nhỏ Thành phần chủ yếu gồm cát bột kết xen

kẽ đá sét than chứa các vỉa than, đá vôi sét màu đen phân lớp mỏng, cát bột kết màu

đỏ gụ, sạn kết Theo đường phương, đá thay đổi tướng phức tạp Bề dày của phụ hệ

tầng 1 khoảng 450-500m

- Phụ hệ tầng 2 (T3n-rvl2): phân bố ở khu vực Núi Hồng, thành phần chính của phụ hệ tầng giữa là các trầm tích hạt thô gồm cuội kết thạch anh silic, sạn kết và cát kết xen kẽ, ít cát bột kết màu xám nhạt, xám ghi xi măng, trong cát bột kết có lỗ

hổng méo mó lấp đầy vật

- Phụ hệ tầng 3 (T3n-rvl3): lộ diện hẹp ở khu vực Cù Vân và nằm chuyển tiếp dần lên phụ hệ tầng 2 Thành phần của phụ hệ tầng bao gồm các trầm tích hạt mịn gồm cát kết màu đỏ gụ, màu xám ghi xi măng, xen kẽ những lớp mỏng và thấu kính cuội kết thạch anh - silic dày hàng chục mét đến hàng trăm mét Bề dày của phụ hệ

tầng trên khoảng 390 m

Tổng bề dày của hệ tầng Văn Lãng khoảng 100-1300m, Đá của hệ tầng Văn Lãng bị phong hóa mạnh Do thành phần của đá chứa nhiều sắt nên đá khi bị phong hóa thường có màu đỏ, đa sắc Dưới kính hiển vi thành phần của đá gồm: thạch anh 70%, silic, quartzit 2%, vài mảnh muscovit, xi măng sét, oxit sắt >15%

Hệ tầng Văn Lãng phân bố phía đông nam vùng nghiên cứu và cũng không

được nghiên cứu chi tiết trong công trình này

* Giới Kainozoi: Hệ Đệ Tứ

Trầm tích Đệ Tứ phân bố rộng rãi trong vùng nghiên cứu, chiếm một diện tích khoảng 50km2 dọc thung lũng các Sông Lô, Sông Cầu, Sông Đáy, Sông Công và các hố sụt địa võng Thành phần bao gồm trầm tích cuội sỏi và cát cuội thạch anh

chứa các tảng cuội đá granit Núi Pháo, Đá Liền

Trầm tích Đệ Tứ trong khu vực nghiên cứu được chia thành 4 phụ hệ tầng:

- Các tích tụ bồi tích có tuổi Pleistoxen sớm (QI): lộ ra rải rác trong khu vực nghiên cứu và chiếm diện tích không đá kể Thành phần chính của trầm tích QI gồm cát pha sét, cuội sỏi và các mảnh vụn laterit Phần dưới cuội sỏi đã bị gắn kết yếu bởi hydroxit sắt màu nâu đen Cuội sỏi có độ mài mòn cấp 2-3, kích thước cuội trung bình 1-5 cm gồm thạch anh, quartzit, cát silic và các đá xâm nhập Bề dày của

tầng này là 5-20m

- Các tích tụ bồi tích tuổi Pleistoxen giữa (QII): phân bố dọc theo các thung lũng Sông Lô, Sông Đáy chiếm diện tích khoảng 15 km2, chúng là những bề mặt

dạng đới phân cắt, độ cao tương đối từ 10-15m đến 18-25m trên thềm bậc III Vật liệu aluvi bao gồm sỏi cuội tảng được gắn kết yếu bởi sét pha cát màu đỏ, vàng phớt nâu Cuội có kích thước phổ biến từ 5-7cm, đá tảng từ 10-15cm, độ mài tròn cấp 2-

3 nhiều chỗ cấp 1-2, phân lớp kém Thành phần cuội tảng chủ yếu là thạch anh, quartzit, silic, cát kết và các đá xâm nhập, chúng bị phong hóa mạnh nên dễ bị dập

vỡ Bề dày của tầng này khoảng 3 m

- Các tích tụ bồi tích tuổi Pleistoxen muộn (QIII): phân khắp trong các thung lũng Sông Lô, Sông Đáy, Sông Công và các thung lũng suối, chiếm diện tích khoảng 30km2 Chúng thường là những bề mặt kéo dài đến hàng trăm mét và có độ cao tương đối từ 6-8m của thềm bậc II Vật chất tích tụ gồm cát pha sét, cuội tảng lăn, kích thước cuội trung bình từ 3-6cm Thành phần bao gồm thạch anh, quartzit,

cát kết, cuội kết, sạn kết, silic gabro, granit Bề dày tầng này là 5-8m

- Những tích tụ bồi tích Holocen (QIV): phân bố khá rộng rãi trong các thung lũng Sông Lô, Sông Đáy, Sông Công và những thung lũng suối trong khu vực nghiên cứu với diện tích khoảng 100 km2 Chúng là những bề mặt phẳng có độ cao

tương đối từ 2-3m đến 6-10m của thềm bậc I

Vật chất aluvi bao gồm cát, cát pha sét, sét, cuội, sỏi, tảng Cuội có kích thước phổ biến từ 3-7cm, tảng từ 10-15cm, độ mài tròn 3-4 Thành phần cuội sỏi gồm thạch anh, quartzit, và các đá xâm nhập Các tích tụ bở rời thường phân lớp rõ, nhiều chỗ chúng xen kẹp những lớp cát, sét, cuội sỏi rất đều đặn và thường có kích

thước hạt khác nhau

1.3.2 Đặc điểm magma xâm nhập

Khu vực nghiên cứu có hoạt động magma mạnh mẽ gây nên các quá trình biến đổi các đá trầm tích trong khu vực, trong luận án này tác giả sử dụng tài liệu của Bùi Minh Tâm và nnk năm 2010 [24], cập nhật thêm kết quả nghiên cứu của NCS

về thành phần hóa học, thành phần oxyt chính, thành phần nguyên tố đất hiếm và tuổi thành tạo để để mô tả rõ các thành tạo magma trong vùng

Phức hệ Núi Chúa (T 3 nc)

Phức hệ Núi Chúa do Dovjikov và các nhà địa chất xác lập năm 1965, phân bố

ở cấu trúc Lô Gâm và Phú Ngữ, lộ ra về phía tây thị trấn Phú Lương tỉnh Thái

Nguyên với diện tích khoảng 4.5 km2 có hình dạng méo mó xuyên lên các thành tạo trầm tích hệ tầng Phú Ngữ, phần phía đông bắc tiếp xúc kiến tạo với trầm tích hệ

tầng Sông Cầu, Theo [24] đặc điểm phức hệ Núi Cháu được mô tả như sau:

- Đặc điểm địa chất: Phức hệ Núi Chúa được cấu tạo chủ yếu bởi các đá

gabro olivin, gabronorit, gabro pegmatit, gabrodiabas, diabas, pyroxenit có cấu tạo khối, đặc sít, hạt trung, màu xám sẫm và xám xanh nhạt Trong đới nội tiếp xúc của khối các loại hạt vừa của đá chuyển thành dạng porphyr với nền hạt nhỏ Các đá nói trên hình thành do hai quá trình phân dị kết tinh hết sức phức tạp chúng tạo thành các đá có thành phần khác nhau Khối Núi Chúa bị các đứt gãy nghịch và dịch bằng

cắt qua, và các đá bị phá hủy cà nát mạnh

- Đặc điểm thạch học- khoáng vật: các đá của phức hệ Núi Chúa đều có thành

phần chứa nhiều oxyt nhôm, hàm lượng của oxyt nhôm bị biến động mạnh do phụ thuộc vào thành phần của felspat và các khoáng vật sẫm màu, đó là dấu hiệu của quá trình phân dị Trên biểu đồ thạch hóa gabro thường tạo thành nhóm véc tơ riêng biệt và không có quan hệ chuyển tiếp theo thành phần Diabas có thành phần hóa học giống gabro, đặc trưng cho các diabas spilit và các đá khác thành phần bazơ có mức độ biến

đổi thứ sinh rất cao, trong đó có quá trình albit hóa, sericit hóa felspat

+ Plagiocla: là những tinh thể nửa tự hình, dạng lăng trụ dài, kích thước hạt trung bình từ 0.15-0.25mm Trong tất cả các loại gabro thì plagiocla đều là bitaonit, đôi khi thành phần có thay đổi đến labrado Khi lượng plagiocla lớn hơn 65% thì đá chuyển thành leicogabro Trong gabroolivin, plagiocla thường không bị biến đổi

còn trong gabropyroxen thấy có hiện tượng seruxit hóa

+ Pyroxen xiên: đặc trưng bởi khối nứt nhỏ hoặc bằng titan - augit đa sắc yếu

Phần ngoài rìa bị thay thế bằng uralit, chlorit và amphibol

+ Pyroxen thoi: theo hằng số quang học ứng với hypersthen, hiếm hơn là enstatit Thường gặp dưới dạng tinh thể độc lập lớn đều kích thước 5mm, dạng tấm tạo nên riềm phản ứng xung quanh pyroxen xiên đơn Khi hàm lượng pyroxen thoi trong đá lớn hơn 5% thì gabro chuyển thành gabro-norit Kiến trúc của norit

thường là hạt tha hình

+ Olivin: trong lát mỏng gặp dưới dạng hạt tròn thường bị thay thế bằng các khoáng vật mica và serpentin Gabro tương đối giàu khoáng vật màu chứa một lượng nhỏ olivin và chuyển thành gabro-diabas Khi lượng olivin lớn hơn 5% thì đá

được gọi là gabro olivin

+ Amphibol: phát triển trong gabro theo pyroxen, màu nâu nhạt, lục nhạt Amphibol hóa pyroxen xảy ra do kết quả của quá trình biến chất tiếp xúc của các

xâm nhập muộn hơn

- Đặc điểm địa hóa: theo kết quả phân tích quang phổ thì các nguyên tố Ni,

Co, Cr, Cu, Ti, Vi, Ba có hàm lượng cao hơn so với trị số clark của chúng Trong các nguyên tố tạo quặng thì Cr là một trong những nguyên tố có độ tập trung cao (0.01%) và bền vững hơn cả Ngoài ra một số mẫu cho thấy hàm lượng của Sn đạt

từ 0.02-0.03% Trong mặt cắt xâm thực hiện đại, khối Núi Chúa được bao quanh bằng dị thường địa hóa Cr hàm lượng 0.01-0.02%, Ni hàm lượng 0.003-0.005%, dựa vào kết quả mẫu khoan biểu hiện rõ vành địa hóa nguyên sinh của Ti hàm lượng 0.1-0.3%, Co: 0.001-0.02%, Cr: 0.005-0.03%, Ni: 0.05-0.3%, Cu: 0.001-

0.05% ở độ sâu 300m

- Đặc điểm khoáng sản: Khối gabro Núi Chúa liên quan đến khoáng sản

ilmenit, ngoài ra còn phát hiện các dấu hiệu chứa vàng và cinabar tại đới ngoại tiếp xúc của khối Núi Chúa Trong thành phần của đá gabroit xác định có ilmenit, zircon, apatit, khoáng vật quặng gồm chalcopyrit, pyrit, penlandit

- Vị trí tuổi và môi trường địa động lực: Các thành tạo Núi Chúa xuyên cắt

và gây biến chất tiếp xúc với các đá trầm tích hệ tầng Phú Ngữ Kết quả phân tích tuổi đồng vị U-Pb zircon do Trần Tuấn Anh thực hiện năm 2008 cho thấy khối Núi Chúa có tuổi tuyệt đối là 251+/- 3.4 triệu năm [14]

Phức hệ Núi Điệng (T3nđ)

Phức hệ Núi Điệng lộ ra ở phía nam diện tích nghiên cứu là các đá của khối Núi Pháo với diện tích 4,5 km2, ranh giới với hệ tầng Phú Ngữ là một đới trượt chờm nghịch Đặc điểm của khối magma này được mô tả như sau [24]:

- Đặc điểm địa chất: Khối Núi Pháo có thành phần chủ yếu granit

granophyr, granit biotit-amphibol Đá có kiến trúc granophyr, ít hơn có

granodiorit và granit aplit Trong khu vực nghiên cứu đá granit Núi Pháo có màu sẫm, dạng porphyr (ảnh 1.1) Đá granit khối Núi Pháo chứa nhiều mạch thạch anh nhiệt dịch chứa sulfua và cassiterit

Ảnh 1.1 Granit khối Núi Pháo thuộc phức hệ Núi Điệng, mẫu lõi khoan NP 16

- Đặc điểm thạch học - khoáng vật: Granophyr là loại đá phổ biến trong

các khối xâm nhập của phức hệ, thường có kiến trúc hạt đều, song cũng phổ biến kiến trúc porphyr với các ban tinh là plagioclas hoặc felpat kali, thạch anh, biotit với tương quan định lượng khá biến động Thành phần khoáng vật chủ yếu là plagioclas, felspat kali, thạch anh, biotit với tương quan định lượng khá biến động: thạch anh (20-35%), orthoclas + plagioclas (50-75%), biotite (5-15%) (ảnh 1.2) Các khoáng vật phụ gồm zircon, zoizit, sphen, carbonat, khoáng vật thứ sinh gồm sericit, chlorit, epidot, và oxyt sắt

Ảnh 1.2 Đá granit Núi Pháo dạng porphyr, mẫu lát mỏng 05,

chụp dưới hai Nicol vuông góc

- Đặc điểm địa hóa:

Kết quả phân tích thành phần hóa học của granitoid phức hệ Núi Điệng cho thấy chúng chủ yếu tương ứng với granit, ít hơn có granodiorit vớ sự biến động khá lớn về hàm lượng các oxyt tạo đá (Đào Đình Thực, Huỳnh Trung, và nnk, 1995) Tuy nhiên

về cơ bản, granitoid này có hàm lượng tổng kiềm trung bình đến cao tương quan chủ yếu thuộc kiểu cao kali và trội kali hơn natri tương tự các đá núi lửa felsic đi kèm

Trong luận án, NCS đã tiến hành phân tích thành phần hóa cơ bản, thành phần hóa học các nguyên tố đất hiếm và thành phần các nguyên tố kim loại liên quan đến mỏ Núi Pháo của đá granit khối Núi Pháo, kết quả như sau:

+ Thành phần hóa cơ bản: Đá granit khối Núi Pháo là đá magma giàu sắt,

với tổng hàm lượng oxyt sắt lên đến 5 %, tổng lượng kiềm trung bình với hàm lượng K+Na khoảng 6%, đây cũng là một granit giàu nhôm với hàm lượng oxyt nhôm đạt đến 14.5% (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Thành phần hóa cơ bản của đá granit khối Núi Pháo

TT KHM Hàm lượng chỉ tiêu phân tích (%)

SiO 2 Al 2 O 3 TiO 2 Fe 2 O 3 FeO CaO MgO K 2 O Na 2 O MnO P 2 O 5

+ Thành phần các nguyên tố kim loại tạo quặng: Với đối tượng nghiên cứu

của đề tài luận án là khoáng hóa W-đa kim của mỏ Núi Pháo, các nguyên tố kim loại tạo nên khoáng hóa tại mỏ đã được phân tích bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử ICP tại trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất để xem xét khả năng sinh khoáng của khối granit Núi Pháo (bảng 1.2), Kết quả cho thấy hàm lượng W, As,

Bi và Mo trong khối Núi Pháo là thấp hơn giới hạn phát hiện của thiết bị phân tích,

trong khi đó khả năng sinh Sn, Pb và Zn của khối xâm nhập này khá cao với hàm lượng các nguyên tố này trong đá gấp hàng trăm lần trị số clark của chúng

Bảng 1.2 Thành phần hóa học các nghuyên tố kim loại tạo quặng

của đá granit khối Núi Pháo

+ Thành phần các nguyên tố đất hiếm: để có thêm cơ sở dữ liệu đạt mục

tiêu của đề tài, các thành phần nguyên tố đất hiếm của khối Núi Pháo đã được phân tích (bảng 1.3) Kết quả chuẩn hóa các nguyên tố đất hiếm của các tập mẫu với granit sống núi giữa đại dương (ORG) [30] cho thấy các nguyên tố đất hiếm nhẹ (LREE) như Ce trong tập mẫu NP của granit khối Núi Pháo cao hơn ORG; còn hàm lượng các nguyên tố Sm, Y và Yb nghèo hơn ORG Như vậy, các tập mẫu ở đây nhiều khả năng đa nguồn hoặc dị nguồn và có thể chúng được tạo thành từ dung thể magma không đơn thuần là nguồn vỏ mà còn có ảnh hưởng của nguồn gốc manti Còn trong biểu đồ qui chuẩn theo thành phần Chondrite [33], các tập mẫu granit Núi Pháo (NP) có thành phần LREE giàu hơn rất nhiều so với HREE Tỷ số đất hiếm nhẹ trên đất hiếm nặng cao (La/Yb

= 12.56-1015.7, Ce/Yb = 25.41-189.82) Đường biểu diễn có độ nghiêng âm,

độ dốc lớn ở các nguyên tố đất hiếm nhẹ, cho thấy tập mẫu được sinh ra từ một nguồn khá giàu các nguyên tố trên

Bảng 1.3 Thành phần nguyên tố đất hiếm trong đá granit khối Núi Pháo

- Tuổi thành tạo: Tuổi của Phức hệ Núi Điệng trước đây được xác định là

Trias giữa dựa trên cơ sở tài liệu địa chất về mối liên quan của granitoid với các đá phun trào tương ứng Nghiên cứu mới nhất tuổi của khối Núi Pháo là Trias (254+/-9 M.a) [26]

Trong quá trình làm luận án, NCS đã phân tích tuổi tuyệt đối của khối granit Núi Pháo bằng phương pháp tuổi đồng vị U-Pb zircon tại Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Địa chất & Khoáng sản thuộc Đại học Khoa học Địa chất Trung Quốc (Bắc Kinh), Các hạt zircon được tách từ mẫu thu thập tại lỗ khoan thăm dò và tại moong khai thác lộ thiên (ảnh 1.3) Kết quả xác định khối lượng đồng vị U-Pb thể hiện tại bảng 1.4

Ảnh 1.3 Hình ảnh chụp các hạt zircon và điểm bắn của đá granit khối Núi Pháo Bảng 1.4 Kết quả phân tích thành phần đồng vị U-Pb trên zircon khối Núi Pháo

D016760-01 0.287 0.0153 0.0401 0.0005 256 12 253 3.4 D016760-02 0.289 0.0156 0.0401 0.0005 258 12.3 253 3.4 D016760-03 0.2586 0.012 0.0397 0.0005 234 9.7 251 2.8 D016760-04 0.2817 0.0142 0.0402 0.0005 252 11.2 254 3.4 D016760-06 0.2747 0.0172 0.0377 0.0007 246 13.7 239 4.6 D016760-07 0.2844 0.0116 0.0406 0.0005 254 9.2 256 3 D016760-08 0.2773 0.0122 0.0398 0.0005 249 9.7 252 2.9 D016760-09 0.2607 0.0136 0.0369 0.0006 235 11 234 3.5 D016760-10 0.2763 0.0147 0.0399 0.0005 248 11.7 252 3.2 D016760-12 0.3115 0.0174 0.0406 0.0007 275 13.5 256 4.1 D016760-13 0.2678 0.0133 0.0405 0.0006 241 10.7 256 3.5 D016760-15 0.2609 0.0132 0.0407 0.0006 235 10.7 257 3.5 D016760-16 0.2631 0.0109 0.0404 0.0004 237 8.7 255 2.6 D016760-21 0.2872 0.0122 0.0407 0.0005 256 9.6 257 3 D016760-22 0.2699 0.0112 0.0397 0.0004 243 8.9 251 2.7 D016760-24 0.2964 0.0129 0.0397 0.0004 264 10.1 251 2.6