DSpace at VNU: Quá trình biến đổi Illit-Smectit: Lấy ví dụ sét Kinnekulle - Thụy Điển và sét Di Linh - Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ NGA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI ILLIT-SMECTIT: LẤY VÍ DỤ SÉT KINNEKULLE - THỤY ĐIỂN VÀ SÉT DI LINH - VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ NGA Q TRÌNH BIẾN ĐỔI ILLIT-SMECTIT: LẤY VÍ DỤ SÉT KINNEKULLE - THỤY ĐIỂN VÀ SÉT DI LINH - VIỆT NAM Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 60440201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG THỊ MINH THẢO XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Hoàng Thị Minh Thảo PGS.TS Nguyễn Văn Vượng Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, trƣớc tiên học viên xin chân thành cảm ơn giảng dạy nhiệt tình thầy cô Khoa Địa chất - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội suốt thời gian học viên học tập, nghiên cứu trƣờng Đặc biệt, học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Hồng Thị Minh Thảo, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tận tình chu đáo trình học viên thực hoàn thành luận văn Học viên xin chân thành cảm PGS TS Jörn Kasbohm - Jörn-KasbohmConsulting, CHLB Đức giúp đỡ bảo truyền đạt kinh nghiệm quý báu thời gian học viên học tập nghiên cứu, nhƣ giúp đỡ trình thu thập phân tích mẫu Kinnekulle – Thụy Điển Học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân bạn bè tạo điều kiện tốt nhất, bên cạnh động viên cổ vũ để học viên hoàn thành luận văn Cuối cùng, học viên xin cảm ơn Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sĩ: PGS TS Nguyễn Văn Vƣơng (Chủ tịch Hội Đồng), PGS TS Nguyễn Văn Phổ (Phản biện 1), TS Nguyễn Thị Minh Thuyết (Phản biện 2), TS Nguyễn Thùy Dƣơng (Thƣ ký), TS Phạm Văn Thanh (Ủy viên) có góp ý quý báu để học viên hoàn thiện luận văn cách tốt Trân trọng cảm ơn ! Hà Nội ngày 30 tháng 12 năm 2015 Học viên Phạm Thị Nga Phạm Thị Nga - iii - Luận văn Thạc sĩ Khoa học MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG DI LINH – LÂM ĐỒNG VÀ KINNEKULLE – THỤY ĐIỂN 1.1 Đặc điểm địa chất vùng Di Linh – Lâm Đồng 1.2 Đặc điểm địa chất vùng Kinnekulle – Thụy Điển CHƢƠNG 2: MẪU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .9 2.1 Mẫu nghiên cứu 2.1.1 Mẫu bentonit Di Linh-Việt Nam .9 2.1.2 Mẫu bentonit Kinnekulle-Thụy Điển 10 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu 11 2.2.1 Phƣơng pháp Huỳnh quang tia X (XRF) 11 2.2.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 12 2.2.2 Phƣơng pháp Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 12 CHƢƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ KHỐNG VẬT SÉT VÀ Q TRÌNH BIẾN ĐỔI ILLIT-SMECTIT 15 3.1 Tổng quan khoáng vật sét 15 3.1.1 Illit 16 3.1.2 Smectit .17 3.1.3 Khoáng vật sét lớp xen illlit-smectit (IS-ml) 19 3.2 Quá trình biến đổi illit-smectit .20 3.2.1 Q trình smectit hóa illit 20 3.2.3 Quá trình illit hóa smectit 21 3.3 Ý nghĩa trình biến đổi .23 CHƢƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM CỦA SÉT DI LINH VÀ SÉT KINNEKULLE 24 4.1 Đặc điểm sét Di Linh .24 4.1.1 Đặc điểm hóa học sét Di Linh 24 4.1.2 Đặc điểm khoáng vật sét Di Linh 25 Phạm Thị Nga - iv - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 4.2 Đặc điểm sét Kinnekulle 31 4.2.1 Đặc điểm hóa học sét Kinnekulle 31 4.2.2 Đặc điểm khoáng vật sét Kinnekulle .33 CHƢƠNG 5: QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI ILLIT-SMECTIT 41 5.1 Quá trình biến đổi illit thành smectit sét Di Linh 41 5.1.1 Đặc điểm trình biến đổi .41 5.1.2 Cơ chế hình thành smectit từ illit 43 5.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình smectit hóa illit 45 5.2 Q trình biến đổi smectit thành illit sét Kinnekulle 47 5.2.1 Đặc điểm q trình illit hóa smectit sét Kinnekulle 47 5.2.2 Cơ chế biến đổi smectit thành illit 53 5.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình illit hóa 56 KẾT LUẬN .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Phạm Thị Nga -v- Luận văn Thạc sĩ Khoa học CHỮ VIẾT TẮT IS-ml Khoáng sét lớp xen illit/smectit IS-ml R0 Khoáng sét lớp xen illit/smectit xen lớp ngẫu nhiên IS-ml R1 Khoáng sét lớp xen illit/smectit xen lớp đặn XRD Nhiễu xạ tia Roentgen XRF Huỳnh quang tia X TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM-EDX Kính hiển vi điện tử truyền qua kết hợp với hệ thống tán xạ tia X diVS-ml Khoáng sét lớp xen di-vermicullit/smectit KSV-ml Khoáng sét lớp xen kaolinit-smectit-vermiculit CSV-ml Khoáng sét lớp xen chlorit-smectit-vermiculit Phạm Thị Nga -i- Luận văn Thạc sĩ Khoa học DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Bản đồ hành khu vực nghiên cứu .4 Hình 2: Sơ đồ địa chất mỏ bentonit Di Linh, tỉnh Lâm Đồng Hình 3: Đặc điểm địa tầng vùng Kinnekulle Hình 4: Moong khai thác bentonit Di Linh .9 Hình 5: Bentonit xám trắng xen kẽ bazan bị phong hóa (trái) bentonit màu vàng, nâu vàng, xám xanh (phải) 10 Hình 6: Lõi khoan Mossen-3 thu thập vùng đồi Kinnekulle 10 Hình 7: Trình tƣ địa tầng lớp bentonit Kinnekulle 11 Hình 8: Mơ hình cấu trúc tinh thể illit 16 Hình 9: Mơ hình cấu trúc tinh thể smectit 18 Hình 10: Mơ hình cấu trúc khống vật sét lớp xen illit-smectit .20 Hình 11: Giản đồ XRD mẫu tồn phần sét Di Linh – Lâm Đồng 26 Hình 12: Phổ XRD mẫu định hƣớng sét Di Linh bao gồm mẫu làm khô tự nhiên (AD) mẫu bão hòa ethylen glycol (EG) .27 Hình 13: Ảnh TEM sét bentonit Di Linh (7000x) .28 Hình 14: Ảnh TEM hạt goethit sét Di Linh 30 Hình 15: Sự biến đổi thành phần hóa học lớp bentonit .33 Hình16: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột sét Kinnekulle 34 Hình 17: Sự biến thiên hàm lƣợng thạch anh theo độ sâu lớp bentonit Kinnekulle .36 Hình 18: Ảnh TEM đại diện cho mẫu Kinnekulle B_A (18A), B_C (18B), B_F (18C), B_I (18D) B_L (18E) .39 Hình 19a: Hình ảnh TEM hạt IS-ml với phần rìa bị smectit hóa 42 Hình 19b Ảnh TEM-ED thể thay đổi cấu trúc phần rìa phần tâm hạt .42 Hình 20: Sự biến đổi thành phần hóa học thể q trình smectit hóa theo chiều từ rìa vào tâm hạt IS-ml .42 Hình 21: Tƣơng quan biến đổi hàm lƣợng K điện tích lớp với hàm lƣợng lớp smectit đơn vị cấu trúc [O10(OH)2] hạt diVS-ml bentonit Di Linh 44 Phạm Thị Nga - ii - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hình 22: Ảnh hƣởng lƣợng mƣa đến hình thành khống vật sét q trình phong hóa đá macma acid (a) bazo (b) .46 Hình 23: Hàm lƣợng smectit lớp bentonit Kinnekulle tăng theo độ sâu .47 Hình 24: Sự biến thiên hàm lƣợng illit lớp bentonit Kinnekulle 48 Hình 25: Giản đồ XRD mẫu định hƣớng bão hòa ethylen glycol mẫu sét Kinnekulle .49 Hình 26: Các hạt IS-ml với phần rìa hạt rõ nét (Ảnh trái - mẫu Kinnekulle B_A; Ảnh phải - mẫu Kinnekulle B_C 51 Hình 27: Sự khác hình thái hạt IS-ml, phụ thuộc chủ yếu vào hàm lƣợng lớp cấu trúc 51 Hình 28: Sự biến đổi hàm lƣợng lớp illit cấu trúc IS-ml theo độ sâu 52 Hình 29: Ảnh hƣởng pH tới hòa tan Al Si 54 Phạm Thị Nga - iii - Luận văn Thạc sĩ Khoa học DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 1: Hàm lƣợng lớp illit IS-ml xác định giá trị đỉnh nhiễu xạ mẫu sét bão hòa ethylen glycol .13 Bảng 2: Thành phần hóa học mẫu sét Di Linh so sánh với số mẫu sét điển hình giới .24 Bảng 3: Thành phần khoáng vật mẫu sét Di Linh 26 Bảng 4: Cơng thức cấu trúc [giá trị trung bình theo đơn vị (OH)2O10] pha diVS-ml bentonit Di Linh (thành phần < µm), tính phƣơng pháp TEM-EDX 29 Bảng 5: Thành phần khoáng vật sét bentonit Di Linh thành phần cấp hạt