Đặc điểm chất lượng sa khoáng Ilmenit vùng ven biển Nam Trung Bộ trên cơ sở phân tích Sem và Qemscan

Bài viết sử dụng kết quả phân tích SEM và QEMSCAN để làm rõ về đặc điểm hình thái, địa hóa khoáng vật thu thập được từ sa khoáng ven biển ở khu vực ven biển Nam Trung Bộ.

72 Journal of Mining and Earth Sciences Vol 61, Issue (2020) 72 - 82 Quality characteristics of Ilmenit minerals in the south central of Vietnam by sem and qemscan analysis Hiep Huu Nguyen 1,2,3,*, Andrew Carter 3, Din Bui Dao 4, Luc The Trinh 3, Chi Kim Thi Ngo 2, Dao Anh Vu 2, Binh Van Phan 2, Huy Quang Nguyen Center for Excellence in Analysis and Experiment, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Geology Falcuty, Hanoi University of Mining and Geology, VietNam Department of Earth and Planetary Sciences, Birkbeck University of London, U.K Office of Ministry of Natural Resources and Environment Northwest Geological Division, General Department of Geology and Minerals of ARTICLE INFO Article history: Received 19th Nov 2019 Accepted 03rd Jan 2020 Available online 28th Feb 2020 Keywords: Placer, Ilmenite, SEM and QEMSCAN, EDS stone Vietnam ABSTRACT Placer deposit along the South Central Coast of Viet Nam is formed by the enrichment of heavy minerals through a combination of transportation, weathering, erosion and deposition processes Ilmenite placer forms continuously along the South Central Coast from local origin when the shoreline is far from the modern shoreline formed during the marine transgression process from the late Plestocene to Holocene The morphological and localization characteristics of Ilmenite have been clarified on the distribution trend with SEM method combined with QEMSCAN Meticulous research on Ilmenite's grain structure and chemical composition in the study area has shown a tendency to significantly enrich the quality of Ti placer according to the upward trend in the north-south direction In the south, the Ilmenite placer has smaller particle size but better selective roundness and better quality than in the northern part of the study area The enrichment of TiO2 content with increasing trend from North to South was observed due to the strong weathering process associated with ancient coastline which is very far away from current shoreline so heavy minerals are accumulates locally and light minerals are carried away The southern region of the South Central Coast region is home to the highest gap between the ancient shoreline and the current coastline This study has shown the trend of the quality distribution of Ilmenite as well as of other heavy minerals as the basis for future mineral exploration planning Copyright © 2020 Hanoi University of Mining and Geology All rights reserved _ *Corresponding author E-mail: nguyenhuuhiep@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2020.61(1).08 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 61, Kỳ (2020) 72 - 82 73 Đặc điểm chất lượng sa khoáng Ilmenit vùng ven biển Nam Trung Bộ sở phân tích Sem Qemscan Nguyễn Hữu Hiệp 1,2,3,*, Andrew Carter 3, Đào Bùi Din 4, Trịnh Thế Lực 3, Ngô Thị Kim Chi 2, Vũ Anh Đạo 2, Phan Văn Bình 2, Nguyễn Quang Huy Trung tâm Phân tích, Thí nghiệm Công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Khoa Khoa học Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Department of Earth and Planetary Sciences, Birkbeck University of London, U.K Văn Phòng Bộ Tài Ngun Mơi trường, Việt Nam Liên đoàn Địa chất Tây Bắc, Tổng cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO Q trình: Nhận 19/11/2019 Chấp nhận 03/01/2020 Đăng online 28/02/2020 Từ khóa: Sa khống, Ilmenite, SEM QEMSCAN, EDS đá TĨM TẮT Sa khống Titan - Ilmenit khoáng sản tiềm khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ Tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể đặc điểm địa hóa, hình thái, quy luật phân bố khoáng vật Ilmenit nghiên cứu trước Bài báo sử dụng kết phân tích SEM QEMSCAN để làm rõ đặc điểm hình thái, địa hóa khoáng vật thu thập từ sa khoáng ven biển khu vực ven biển Nam Trung Bộ Kết phân tích đặc điểm khống vật địa hóa cho thấy từ Bắc vào Nam hàm lượng TiO2 mẫu sa khống có xu hướng làm giàu lên rõ ràng (Từ 51,6 ÷63,3%TiO2) Cùng với nghiên cứu cấu trúc, kiến trúc hạt khoáng vật Ilmenit cho thấy chúng có xu hướng bị mài tròn mạnh mẽ, kích thước hạt bé dần theo chiều từ Bắc xuống Nam điều giải thích hàng loạt kiện địa chất ngoại sinh phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, tái lắng đọng trầm tích biến động mực nước biển diễn suốt q trình địa chất đại góp phần làm giàu Titan khống vật ilmenit © 2020 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Sa khoáng Titan ven biển Nam Trung tập trung dọc đụi cát ven biển, bãi cát dọc đường bờ Quá trình lắng đọng tích tụ sa khống dịch chuyển, dao động mực nước biển suốt giai đoạn Pleitocene đến Holocene Vùng ven _ *Tác giả liên hệ E - mail: nguyenhuuhiep@humg edu DOI: 10.46326/JMES.2020.61(1).08 biển Ninh Thuận đến Vũng Tàu nơi tập chung nhiều mỏ sa khống Titan có giá trị cao, hàm lương ilmenit cát dao động từ 10÷100 kg/ m3, diện phân bố đa dạng với chiều dày 1÷4 m, chiều rộng từ đến km kéo dài lên đến 10km (Hình 1) Trong nghiên cứu nhóm nghiên cứu tập trung tìm hiểu thay đổi hàm lượng TiO2 khống vật ilmenit hình thái lmenit điểm mỏ khác để xác định chất lượng luận giải trình vận chuyển, lắng đọng tích tụ sa khống 74 Nguyễn Hữu Hiệp nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (1), 72 - 82 Đặc điểm Địa chất - Địa mạo khu vực ven biển Nam Trung Bộ Trong khu vực nghiên cứu phổ biến có phức hệ magma tuổi Kreta bao gồm: Định Quán, Đèo Cả Ankroet Trong phức hệ Định Quán Đèo Cả phân bố chủ yếu dọc ven biển Thành phần thạch học phức hệ Định Quán bao gồm hornblen- biotit diorit, granodiorit granit Phức hệ đèo bao gồm granodiorit, granite hornblen- biotit (pha 1), granit biotit- hornblen, granosyenite biotit syenite (pha 2), granite porphyry, granular aplite pegmatite (pha dike mạch) Tuổi Zircon U-Pb phức hệ ghi nhận từ 88(±1,5)÷109(±7,0) triệu năm (Thủy nnk., 2004) đến 115,4(±1,2)÷118,2(±1,4) triệu năm (Shellnutt nnk., 2013) Phức hệ Ankroet bao gồm đá granite biotit hạt trung bình đến thơ, có diện lộ nhỏ phức hệ Định Quán Đèo Cả chủ yếu nằm sâu đất liền Tuổi zircon U-Pb khoảng 93,4(±2.0)÷96,1(±1.1) triệu năm (Thủy nnk., 2004) 86,8(±1.6) Ma (Shellnutt nnk., 2013) Trầm tích học Kainozoi nguồn gốc sông biển vùng nghiên cứu bao gồm hệ tầng Di Linh tuổi Oligo - Miocene, hệ tầng Sông Lũy tuổi Piocene sớm - Pleistocene, hệ tầng Ba Miêu tuổi Pliocene muộn - Pleistocene Kết phân tích tuổi hạt Zircon U-Pb hệ tầng ghi nhận phổ biến phổ tuổi Kreta, Permian - Triassic Ordovic - Silua Ngay hệ tầng trẻ ghi nhận có mặt đáng kêt hat Zircon tuổi tiền Cambri (Hennig nnk., 2018) Trong vùng nghiên cứu Bazan Kainoizoi phân bố rộng khắp với chiều dày lên đến vài trăm mét (Hoàng Flower, 1998) Magma bazan kiềm bắt đầu xuất từ Miocene có đặc điểm địa hóa giống với nguồn vỏ đại dương biến chất tái sinh từ loạt Manti Hải Nam (An nnk., 2017) Q trình phun trào dòng dung nham thường xuất đới đứt gãy địa phương tái hoạt động liên quan đến việc mở Biển Đông Hình Sơ đồ địa chất vùng nghiên cứu Nguyễn Hữu Hiệp nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (1), 72 - 82 Phương Pháp nghiên cứu Để đánh giá hình thái cấu trúc mẫu trầm tích vụn cửa sơng ven biển vùng nghiên cứu nhóm tác giả phân tích mẫu với ảnh SEM với độ phân giải cao (Hình 4) Ảnh SEM với độ phân giải cao bề mặt mẫu vật cách sử dụng chùm điện tử (chùm electron) phát từ súng phóng điện tử (có thể phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường,…), sau tăng tốc Điện tử phát ra, tăng tốc hội tụ thành chùm 75 điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau qt bề mặt mẫu nhờ cuộn quét tĩnh điện Độ phân giải (Độ phóng đại) SEM xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ Ngồi ra, độ phân giải SEM phụ thuộc vào tương tác vật liệu bề mặt mẫu vật điện tử Việc xác đinh loại khoáng vật khác mẫu cát mối tương quan chúng thực phương pháp phân tích thành phần nguyên tố bán định lượng SEM - EDS (phổ lượng tán xạ tia X) kết hợp với QEMSCAN Hình 2: Quy trình phân tích QEMSCAN (a) Lựa chọn mạng lưới phân tích yếu tố lưới; (b) Ảnh SEM QEMSCAN) 76 Nguyễn Hữu Hiệp nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (1), 72 - 82 - QEMSCAN giải pháp xác định khống sản thạch học tự động tích hợp cung cấp phân tích định lượng khống sản, đá vật liệu nhân tạo QEMSCAN tên viết tắt Đánh giá định lượng khống sản kính hiển vi điện tử đăng ký thuộc sở hữu Cơng ty FEI từ năm 2009 QEMSCAN® cho phép lập đồ quy mô micron nhận dạng loại khống vật có mặt mẫu (Pirrie and Rollinson, 2011) (Hình 2) Mẫu cát gia cơng ghim kính sau mài bóng qt vi phõn gii 10 àm (mi mu khong 1000ữ12000 hạt) Mẫu chia mạng lưới phân tích Cấu trúc hạt khoáng vật xác định ảnh BSE (Back Scatter Image) Thành phần hóa quét toàn mạng lưới chia sẵn (EDS - Mapping) Quang phổ EDS thu tự động luận giải khoáng vật xuất bề mặt mẫu quét (Hình 2) Đồng thời phần mềm tự động thống kê xác định hàm lượng loại khoáng vật - Phương pháp QEMSCAN đời tạo giải pháp tối ưu để xác định thành phần khoáng vật nghiên cứu thạch học Về thành phần khoáng vật gần QEMSCAN nhận dạng hầu hết khoáng vật biết đến QEMSCAN giải pháp tin cậy cao xác định thành phần khống vật có hạn chế riêng phương pháp so với phương pháp thạch học kính hiển vi phân cực QEMSCAN khơng nhận biết xác định tính chất mạng tinh thể khoáng vật cát khai Các đặc điểm độ trưởng thành biến chất khoáng vật khơng ghi nhận QEMSCAN Một ví dụ thạch anh đơn tinh thạch anh đa tinh thể Nếu sử dụng phương pháp QEMSCAN nhận biết tổng hàm lượng thạch anh mẫu - Phương pháp SEM - EDS sử dụng để xác định hàm lượng TiO2 khoáng vật ilmenit EDS: Phổ tán sắc lượng tia X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy - EDXS) hay phổ tán sắc bước sóng tia X (Wavelength Dispersive Xray Spectroscopy - WDXS), kỹ thuật phân tích thành phần hóa học vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát từ vật rắn tương tác với xạ (mà chủ yếu chùm điện tử có lượng cao kính hiển vi điện tử) Để đánh giá thay đổi hàm lượng TiO2 điểm mỏ khác Mỗi mẫu thu thập lựa chọn ngẫu nhiên khoảng 100 hat ilemenit để phân tích Kết nghiên cứu thảo luận Phân tích đặc điểm sa khoáng ilmenit vùng nghiên cứu tác giả thu thập 11 mẫu trầm tích vụ học Trong mẫu lấy cửa sông mẫu lấy dọc ven biển nơi tập trung tích tụ sa khống Mục tiêu nhằm đánh giá thay đổi hình thái, kích thước, hàm lượng ilmenit Trong 07 mẫu trầm tích vụn ven biển xác định thành phần khoáng vật với phương pháp Qemscan; 11 mẫu trầm tích vụn phân tích cấu trúc kiến trúc hạt với ảnh SEM; 11 mẫu gia cơng phân tích thành phần hóa đơn khoáng ilmenite với phương pháp SEM - EDS 4.1 Đặc điểm hình thái khống vật Ilmenit Về hình thái vật liệu trầm tích: Cấu trúc hạt khống vật phân tích ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEI) Mẫu gắn lên kính sau qt tồn diện tích bề mặt xác định ảnh cấu trúc cộng với thống kê kích thước để xác định hình thái trầm tích vụn mẫu (Hình 4) Các mẫu trầm tích vụn ven biển có độ mài tròn chọn lọc tốt Kích thước hạt từ 200÷400 Micron, hạt tròn cạnh đến tròn cạnh Độ mài tròn chọn lọc mẫu ven biển Nam Trung Bộ tăng dần từ Bắc vào Nam Ngược lại hạt thơ phân bố phía bắc vùng nghiên cứu kích thước hạt từ 300÷400 Micron Phía nam vùng nghiên cứu hạt mịn khoảng 200÷300 Micron Mẫu trầm tích lấy vị trí cửa sơng có độ chọn lọc thấp kích thước hạt giao động từ 200÷700 Micron, hạt góc cạnh đến góc cạnh Về thành phần hạt vụn trầm tích: Thành phần khống vật xác định phương pháp QEMSCAN với độ xác cao Mỗi mẫu gia công thành loại mẫu để phân tích (Hình:3) Mẫu tổng (bulk) với thành phần hạt vụn nguyên thủy mẫu gắn kính Mẫu sau tuyển (rt): thành phần hạt vụn qua quy trình đãi mẫu; thành phần khống vật mục tiêu (khống vật nặng) gắn lên kính phân tích SEM EDS QEMSCAN để xác định chất lượng sa khống ilmenit Những mẫu ven biển có thành phần vụn học chủ yếu (Phân tích QEMSCAN) (Hình 3) ilmenit chiếm từ 1÷3%; thạch anh: 40÷90%, Felspar từ 10÷20%; Mảnh đá: 5÷15 %; Mảnh vụn sinh vật < 1%.Thành phần mẫu lấy dọc ven sơng: ilmenit < 1%, thạch anh: 50÷80 %, Felspar: 15÷35%, mảnh đá: 10÷20%; Mảnh vụn sinh vật