Nghiên cứu tiềm năng khoáng sản rắn đáy biển hiện diện trong các mẫu oxide sắt mangan ở phía Tây Nam biển Đông

Bài viết trình bày các kết quả nghiên cứu mới nhất dựa trên các kết quả phân tích vi cổ sinh, tảo vôi, XRF, ICP-MS và tính chất vật lý của mẫu thu được trong quá trình triển khai nhiệm vụ “Xây dựng quy trình phân tích một số chỉ tiêu mới cho trầm tích Pliocene - Đệ tứ ở bể Nam Côn Sơn và Tư Chính - Vũng Mây”

THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2020, trang 34 - 44 ISSN 2615-9902 NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG KHOÁNG SẢN RẮN ĐÁY BIỂN HIỆN DIỆN TRONG CÁC MẪU OXIDE SẮT MANGAN Ở PHÍA TÂY NAM BIỂN ĐÔNG Nguyễn Thị Thắm1, Phạm Bá Trung2, Hoàng Nhật Hưng1, Nguyễn Hoài Chung1, Lê Chi Mai1 Nguyễn Thanh Tuyến1, Tạ Thị Hòa1, Nguyễn Văn Hiếu1, Nguyễn Quang Tuấn1 Viện Dầu khí Việt Nam Viện Hải dương học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Email: thamnt@vpi.pvn.vn Tóm tắt Khu vực bể trầm tích Nam Cơn Sơn Tư Chính - Vũng Mây dự báo cịn có tiềm lớn khống sản rắn đáy biển liên quan đến kết hạch sắt mangan (Fe-Mn) hay vỏ Fe-Mn Kết phân tích mẫu oxide Fe-Mn phía Tây Nam Biển Đơng cho thấy mẫu nghiên cứu có hàm lượng Fe-Mn trung bình từ 15 - 21%, kèm nguyên tố kim loại có giá trị khác Ni (1.932 ppm), Co (485 ppm), Cu (286 ppm), Ba (3.836 ppm), Ti (11.092 ppm), Mo (240 ppm), V (516 ppm), Pb (1.455 ppm), Zn (573 ppm)… Ngoài ra, nguyên tố chiếm tỷ lệ cao (trung bình 370 ppm/mẫu), hàm lượng La (52 ppm), Ce (168 ppm), Nd (43 ppm) có tỷ lệ lớn nguyên tố khác Các mẫu hình thành chủ yếu q trình hydro hóa (hydrogenetic) q trình hỗn hợp hydro hóa thủy nhiệt (hydrothermal) Nguồn gốc hình thành mẫu oxide Fe-Mn liên quan chặt chẽ tới q trình tích tụ ngun tố đất La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Từ khóa: Khống sản rắn, q trình hydro hóa, thủy nhiệt, Pliocene - Đệ tứ, oxide Fe-Mn, bể Nam Côn Sơn, bể Tư Chính - Vũng Mây, Tây Nam Biển Đơng Giới thiệu Khu vực nghiên cứu giới hạn phần diện tích phía Tây Nam Biển Đơng (109 - 112o N - 11o E) (Hình 1) Khu vực có địa hình phức tạp, nước biển thay đổi từ vài chục mét bãi ngầm đến 2.800 m khu vực trũng sâu Địa hình đáy biển phân dị mạnh theo phương Đông Bắc - Tây Nam, có xu hướng trũng sâu khu vực trung tâm từ Tây Nam lên Đông Bắc Đáy biển thay đổi nhanh, bề mặt gồ ghề, nâng hạ khơng theo móng granite sườn lục địa, tạo cấu trúc phân dị phức tạp khối nhô, bán địa hào hoạt động núi lửa cổ núi lửa đại với đới thành tạo carbonate ám tiêu san hơ Địa hình đáy biển giai đoạn Pliocene - Đệ tứ tới cho thấy hoạt động kiến tạo tương đối bình ổn, với chế lún chìm nhiệt chiếm ưu Các hoạt động núi lửa khu vực xếp vào giai đoạn phun trào magma basalt Cenozoic muộn (Neogene - Đệ tứ) Trầm tích Pliocene - Đệ tứ khu vực Thái Bình Dương chứa hàm lượng lớn kết hạch Fe-Mn hay vỏ Fe-Mn [1] Các Ngày nhận bài: 4/3/2020 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 5/3 - 11/5/2020 Ngày báo duyệt đăng: 20/7/2020 34 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 trầm tích Fe-Mn hình thành chế: q trình hydro hóa, thủy nhiệt q trình thành đá (diagenetic) bối cảnh địa chất đại dương khác Q trình hydro hóa (hydrogenesis) q trình khống vật kết tủa trực tiếp từ nước biển nhiệt độ thấp Quá trình thủy nhiệt trình ion kim loại kết tủa từ nguồn nước nóng liên quan đến vùng dị thường nhiệt đáy đại dương núi lửa Quá trình thành đá trình ion kim loại làm giàu, kết tủa từ nước lỗ rỗng trầm tích - nước biển bị thay đổi phản ứng hóa học bên trầm tích Các kết hạch Fe-Mn hay vỏ Fe-Mn hình thành theo q trình hydro hóa có tốc độ phát triển chậm, khoảng - 15 mm/triệu năm, kết hạch hay vỏ Fe-Mn hình thành theo trình thành đá tốc độ vài trăm mm/ triệu năm [2] kết hạch Fe-Mn hay vỏ Fe-Mn thành tạo q trình hydro hóa (1 - 15 mm/triệu năm) chậm trình thủy nhiệt (15 - 20 mm/triệu năm) [3] Để nghiên cứu thành phần vật chất, nguồn gốc thành tạo mẫu này, nhóm tác giả thực phương pháp nghiên cứu chuyên sâu cho khoáng sản rắn đáy biển như: phương pháp cổ sinh địa tầng, thạch học lát mỏng, nhiễu xạ tia X (XRD), khoáng tướng, quang phổ huỳnh quang tia X (XRF), quang phổ plasma cặp PETROVIETNAM cảm ứng (ICP-MS) Bài báo trình bày kết nghiên cứu dựa kết phân tích vi cổ sinh, tảo vơi, XRF, ICP-MS tính chất vật lý mẫu thu trình triển khai nhiệm vụ “Xây dựng quy trình phân tích số tiêu cho trầm tích Pliocene - Đệ tứ bể Nam Cơn Sơn Tư Chính - Vũng Mây” Cơ sở liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Cơ sở liệu Các mẫu oxide Fe-Mn cung cấp Viện Hải dương học Các mẫu thu thập khảo sát nghiên cứu biển thềm lục địa Việt Nam vùng biển sâu Trong giai đoạn 1981 - 2019, 35 chuyến khảo sát biển thềm lục địa Việt Nam thực tàu nghiên cứu khoa học thuộc hạm đội tàu vùng Viễn Đông đặc biệt hợp tác Việt - Pháp địa chất - địa vật lý biển tàu L’Atalante (5/1993) Tổng cộng có mẫu vỏ Fe-Mn nghiên cứu, mẫu lấy khu vực phía Tây Nam Biển Đơng, có màu từ đen đến nâu đen, nằm khoảng tọa độ từ 109 - 112° N - 11° E, có độ sâu cột nước khoảng 346 - 1.300 m (Hình 1, Bảng 1) 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp cổ sinh - địa tầng: Áp dụng phương pháp phân tích vi cổ sinh phân tích tảo vơi Các mẫu gia cơng theo quy trình phân tích Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) phân tích kính Quần đảo Trường Sa hiển vi soi kính hiển vi phân cực Tiêu chuẩn phân chia đới foram trôi sử dụng theo bảng phân đới W.H.Blow [4], Bridget S.Wade cộng [5] tiêu chuẩn phân đới tảo vôi theo tiêu chuẩn phân đới E.Martinii [6], Jan Backman cộng [7] - Phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) phân tích định tính bán định lượng, xác định xác xuất nguyên tố kim loại đất mẫu phân tích dựa pic đặc trưng thực quét phổ khoảng góc đo xác định Hàm lượng xác định khoảng 0,0001 - 100% tùy thuộc vào nguyên tố thiết bị sử dụng Thiết bị sử dụng hệ thiết bị huỳnh quang tia X (S8 Tiger) với hệ thống tán sắc bước sóng tán sắc lượng với buồng chân không - Phương pháp quang phổ plasma cặp cảm ứng kết hợp đầu dò khối phổ (ICPMS) sử dụng để định lượng thành phần nguyên tố mẫu (nguyên tố kim loại đất hiếm) với độ xác đến phần triệu (ppm) Đây phương pháp để xác định hàm lượng 36 nguyên tố mẫu đất đá hàm lượng 16 nguyên tố đất mẫu quặng hệ thống thiết bị ICP-MS Kết nghiên cứu 3.1 Cổ sinh - địa tầng Quần đảo Hoàng Sa Quần đảo Trường Sa Hình Sơ đồ khu vực nghiên cứu vị trí lấy mẫu Kết phân tích cổ sinh - địa tầng cho thấy hóa thạch vi cổ sinh tảo vôi mẫu nghiên cứu Ngoài ra, quan sát tảo đỏ, mảnh san hô, mảnh vôi, đá quặng mẫu Bảng Vị trí mẫu thu thập thông tin TT Tên mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Độ sâu cột nước (m) 900 – 1.300 420 – 1.048 427 – 530 434 – 545 434 – 545 346 – 375 470 – 580 Khối lượng đo (g) 22,3761 17,1514 53,1795 75,4104 32,9159 51,4397 113,0707 Màu sắc Nâu đen Đen Đen ánh graphic Đen ánh graphic Đen, nâu đen ánh graphic Nâu đen Đen ánh graphic DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 35 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ M2 M1 M3 M5 M4 M6 M7 3cm Hình Các mẫu oxide Fe-Mn nghiên cứu Tổ hợp trùng lỗ trôi phát mẫu M1, M3, M5 chiếm tỷ lệ cao từ 71 - 95% bao gồm giống Globigerina, Globigerinoides, Globoquadrina, Globorotalia, Orbulina, Pulleniatina Sphaeroidinella mẫu M2, M4, M6, M7 chiếm từ 23 - 48%, bao gồm giống ngoại trừ Orbulina; trùng lỗ bám đáy gồm giống Cassidulina, Cibicides, Cibicidoides, Cristellanria, Eponides, Amphistegina, Heterolepa, Sphaeroidina, Operculina, Pyro, Sigmoidella Tảo vôi bắt gặp tổ hợp hóa đá Pleistocene thuộc giống Braarudosphaera, Calcidiscus, Calciosolenia, Gephyrocapsa, Helicosphaera, Pseudoemilinia, Pontostphaera, Rhadosphaera, Reticulofenestra, Umbilicosphaera Ngồi ra, cịn gặp hóa thạch phần đáy Pliocene muộn tảo vôi Sphenolithus abies, foram trôi Dentoglobigerina altispira (Hình 3) 3.2 Phân tích tính chất vật lý mẫu oxide Fe-Mn - Đo phổ gamma: Mẫu đặt xác vị trí đầu dị xạ khoang kín, hệ thống đo ghi đồng thời phổ thành phần tổng xạ gamma phát từ mẫu, qua xác định hàm lượng potassium, uranium thorium mẫu - Đo tỷ trọng phương pháp bão hòa: Phương pháp tiến hành theo bước Bước cân khối lượng khơ mẫu Bước cho mẫu vào bình kín chịu áp suất cao hút chân không mẫu; nước muối 30.000 ppm hút vào bình từ từ đến ngập hồn tồn mẫu, để 48 tiếng để mẫu bão hịa nước muối 36 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 Bước lấy mẫu sau cân mẫu khơng khí cân mẫu mẫu ngập hồn tồn nước muối, tỷ trọng tính từ số đo Tỷ trọng khô mẫu tính từ thể tích mẫu khối lượng khơ mẫu Tỷ trọng ướt mẫu tính từ thể tích mẫu khối lượng ướt mẫu: BV = Wsa − W sk ρw ܴ‫ܦ‬w = ܹsa ‫ܸܤ‬ ܴ‫ܦ‬d = ܹd ‫ܸܤ‬ Trong đó: BV: Thể tích tổng mẫu (cm3); Wd: Khối lượng khô mẫu (g); Wsa: Khối lượng ướt mẫu cân khơng khí (g); Wsk: Khối lượng ướt mẫu cân chìm nước muối (g); ρw: Tỷ trọng nước muối (g/cm3); RDd: Tỷ trọng khô đá (g/cm3); RDw: Tỷ trọng ướt đá (g/cm3) Một số mẫu có chênh lệch lớn tỷ trọng ướt tỷ trọng khô (mẫu M1; M2; M7) chứng tỏ mẫu có độ rỗng/ xốp cao so với mẫu có độ chênh lệch tỷ trọng nhỏ PETROVIETNAM 1a Globigerinoides sacculifer, 1b Globigerinoides trilobus, 1c Globigerinoides immaturus (M4), Sphaeroidinella dehiscens (M5), Globorotalia.truncatulinoides (M4), Globorotalia tosaensis (M5), Pulleniatina obliquiloculata (M5), Globoquadrina altispira, Gephyrocapsa oceanica, Pseudoemiliania lacunosa, Sphenolithus abies Hình Một số hình ảnh hóa thạch foram tảo vôi mẫu kết hạch Fe-Mn Bảng Kết phân tích tính chất vật lý mẫu oxide Fe-Mn TT Số hiệu mẫu Độ sâu (m) Khối lượng (g) Tỷ trọng ướt (g/cm3) Tỷ trọng khô (g/cm3) M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 900 – 1.300 420 – 1.048 427 – 530 434 – 545 434 – 545 346 – 375 470 – 580 22,3761 17,1514 53,1795 75,4104 32,9159 51,4397 113,0707 1,947 2,158 2,447 2,452 2,655 2,625 2,116 1,620 1,937 2,284 2,310 2,547 2,477 1,873 (M3; M4; M5; M6) Các mẫu có tỷ trọng cao thường chứa nhiều hàm lượng khoáng vật nặng 3.3 Quang phổ XRF Dựa vào kết phân tích XRF cho thấy xuất 38 nguyên tố mẫu nghiên cứu Mẫu M5 chia thành M5a M5b M6 thành M6a M6b để xác định thành phần nguyên tố vòng tăng trưởng khác mẫu oxide Fe-Mn (Bảng 3) Các mẫu oxide Fe-Mn có hàm lượng Fe-Mn trung bình từ 15 - 21%, kèm nguyên tố kim loại có giá trị khác Ni (1.932 ppm), Co (485 ppm), Cu (286 ppm), Ba (3.836 ppm), Ti (11.092 ppm), Mo (240 ppm), V (516 ppm), Pb (1.455 ppm), Zn (573 ppm)… DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 37 THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ 3.4 ICP-MS cho nguyên tố đất Thảo luận Tỷ lệ trung bình hàm lượng nguyên tố đất mẫu khu vực nghiên cứu 370 ppm/ mẫu Các nguyên tố chiếm tỷ lệ lớn gồm: La, Ce, Nd Y, vượt trội mẫu M2 M7 Ce có hàm lượng tương ứng 304,36 395,57 ppm Các mẫu oxide Fe-Mn có tuổi từ Pliocene muộn tới Pleistocene sớm, đặc trưng sau: - Mẫu M1 xác định không trẻ Pliocene muộn diện tảo vôi Sphenolithus abies Bảng Kết phân tích XRF % M1 M2 M3 M4 M5a M5b M6a M6b M7 Fe (wt%) Mn Al Si Mg Ca Co (ppm) Ni Cu Ba Ti V Cr Mo Sn As Bi Ag Pb Zn Ga Tl Nb Zr Th P Na Ce La Y Yb Sc K Cl S Sr Rb 14,8 7,08 5,34 13,9 1,23 7,75 685 1360 334 17800 15100 512 233 130 1350 511 72 264 9190 16000 918 149 24,4 20,5 1,36 9,82 1,06 6,19 1820 4800 523 1670 4400 960 13 2,87 1,98 5,63 1,73 24,5 23 814 103 12,8 10,5 1,49 3,31 1,82 24,6 21,5 1,5 3,9 25 20 70 100 20 2000 150 100 20 20,2 1,34 1,53 4,34 1,89 26,1 572 124 948 1240 21 19,3 1,96 2,53 20,7 10 50 50 200 19500 200 100 21 20,9 0,764 1,63 2,3 19,9 830 2290 300 3300 27300 7,63 6,21 1,15 3,77 0,99 15,9 184 45 499 222 11000 11100 3710 499 244 19400 8460 598 1240 4910 12800 2330 1940 1850 235 1530 1230 441 1890 392 95 36 571 167 473 1690 163 1390 2990 799 206 272 328 489 539 2990 5350 1050 298 382 0,2 50 30 245 366 0,2 100 70 100 70 906 54000 5000 61300 6160 15000 1000 16600 5020 17500 4800 1500 3850 4450 1640 1940 5450 1500 6410 874 479 807 21 30900 4100 34000 4900 20 11200 2730 1840 1220 51 2260 766 20 7340 3280 2240 1720 6000 3240 3180 1820 Bảng Kết phân tích ICP-MS cho nguyên tố đất (REE) cho mẫu nghiên cứu Chỉ tiêu phân tích M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 38 La 77,40 72,94 24,38 27,60 43,97 24,26 96,43 Ce Pr Nd Sm 197,57 13,65 61,98 14,18 304,36 14,02 65,52 15,30 55,41 4,92 22,57 4,91 83,73 5,80 26,74 6,21 68,31 5,11 19,13 3,38 77,22 4,95 20,00 3,94 395,57 18,80 86,96 21,00 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 4,09 3,57 1,24 1,59 1,23 1,05 4,93 16,09 17,67 5,74 7,27 3,90 3,68 24,19 1,93 1,95 0,69 0,83 0,43 0,44 2,75 12,46 12,15 4,72 6,00 2,86 3,61 18,56 2,24 1,97 0,86 1,04 0,52 0,48 3,04 7,19 6,51 2,83 3,44 1,76 1,84 9,93 0,86 0,75 0,33 0,42 0,21 0,24 1,17 5,95 5,51 2,47 3,03 1,58 1,86 8,62 0,81 0,69 0,32 0,39 0,21 0,16 1,11 Y Sc 71,40 16,27 51,88 6,26 32,60 5,25 36,99 5,17 16,21 3,32 18,64 1,53 88,56 8,08 05E107-5 05E107-6 05E107-7 09KJ22-3-1 09KJ22-3-2 113,8 109,5 124,7 90,5 105,6 640,3 546,3 561,6 810 1188 29,42 24,38 25,84 23,41 22,58 125,5 103,7 108,8 92,7 87,2 28,71 24,03 25,48 20,93 19,75 6,97 6,04 6,18 4,65 4,27 27,48 22,56 24,17 23,46 22,15 4,23 3,43 3,7 2,97 2,82 20,73 16,61 18,73 14,03 12,94 62 51,1 60,4 51,1 60,4 3,88 3,12 3,54 2,79 2,77 9,43 7,84 9,15 7,39 7,11 1,4 1,13 1,33 1,12 1,09 8,19 6,83 7,97 6,8 6,6 1,26 1,03 1,18 1,07 1,07 05E107-3 155,5 882,2 38,44 160,8 36,13 8,5 35,02 5,18 25,19 81,6 90 11,94 1,78 10,7 1,7 05E107-1 155,2 796,8 37,82 158,8 36,2 8,88 35,46 5,51 26,97 85 5,32 4, 13,38 2,01 11,92 1,89 ZX31-1 18,5 31,6 3,46 13,9 2,86 0,65 2,66 0,44 2,47 12,9 0,51 1,43 0,22 1,42 0,22 Khu Đông Bắc Biển Đông vực REE 05E204-1 05E204-2 10E204B-1 10E204B-3 05E105-2-18 05E105-2-19 La 39 25,1 62,4 20,6 6,5 15,8 Ce 110,2 74 252,7 45,2 11 41,3 Pr 8,38 5,05 14,24 4,07 1,28 2,48 Nd 33,8 20,1 57,8 16,4 5,1 10,5 Sm 7,33 4,57 13,16 3,47 1,04 2,21 Eu 1,7 1,07 3,16 0,85 0,25 0,55 Gd 7,35 4,4 12,44 3,38 1,1 2,42 Tb 1,06 0,73 1,96 0,54 0,19 0,42 Dy 5,25 3,88 9,89 3,13 1,14 2,57 Y 24,1 19,4 41 17,8 10,5 20,9 Ho 1,07 0,83 2,02 0,65 0,28 0,62 Er 2,84 2,27 5,24 1,82 0,81 1,75 Tm 0,43 0,37 0,78 0,29 0,13 0,27 Yb 2,69 2,45 4,79 1,89 0,8 1,65 Lu 0,42 0,38 0,74 0,3 0,14 0,26 Bảng Kết phân tích REE (các nguyên tố đất hiếm) khu vực Đông Bắc Tây Bắc Biển Đông [8] Tây Bắc Biển Đông PETROVIETNAM foram trôi Dentoglobigerina altispira Sự diện hóa thạch cho phép xác định không trẻ phần đới NN16 hay CNLP4 N21 hay PL4 (không trẻ 2,8 Ma) - Mẫu M2: Sự diện tảo vôi Gephyrocapsa oceanica, Helicosphaera sellii foram trôi Dentoglobigerina altispira cho thấy mẫu M2 nằm đới NN19/CNP8 (1,25 – 1,71 Ma) - Mẫu M3: Sự diện hóa thạch tảo vơi Gephyrocapsa nhỏ, foram trơi Globorotalia truncatulinoides Globorotalia tosaensis xác định tuổi Pleistocene sớm, đới N22 hay PT1a (không trẻ 0,61 Ma) cho mẫu - Mẫu M4, M5, M6: Hóa thạch tảo vôi Gephyrocapsa oceanica, Gephyrocapsa nhỏ, xác định tuổi Pleistocene muộn (0 - 0,43 Ma) cho mẫu Ngoài diện foram trôi Globorotalia tumida, Sphaeroidinella dehiscens, Pulleniatina obliquiloculata nằm khoảng tuổi - Mẫu M7 diện Gephyrocapsa oceanica, Gephyrocapsa nhỏ, cịn có Pseudoemiliania lacunosa xác định tuổi Pleistocene sớm, đới NN19 CNPL10 (0,43 - 1,06 Ma) cho mẫu M7 Môi trường lắng đọng chủ yếu môi trường biển nông thềm diện trùng lỗ bám đáy Operculina complanata, Eponides spp., Quinqueloculina spp., Pyrro spp ngoại trừ mẫu M3 có mơi trường sâu (thềm đến thềm ngồi) có Sphaeroidina bulloides tổng lượng hóa thạch foram trơi lên đến 95% (Hình 4) Các kết phân tích vật lý mẫu cho thấy tỷ trọng ướt thay đổi từ 1,947 - 2,655 g/cm3 với giá trị trung bình (mean) ~ 2,329 g/cm3 Tỷ trọng khơ (dry density) thay đổi từ 1,620 – 2,547 g/cm3 với giá trị trung bình ~ 2,13 g/cm3 Các kết tương đồng mẫu oxide Fe-Mn đặc trưng tìm thấy trầm tích đá bazan [9] Kết phân tích XRF cho thấy hàm lượng nguyên tố chiếm ưu sắt mangan, tiếp đến nguyên tố kim loại khác như: nhôm, đồng, nickel, kẽm Tỷ lệ nguyên tố tìm thấy mẫu M2 M6a M6b có hàm lượng Fe-Mn cao (trên 20%), mẫu M5a M5b, hàm lượng Fe 20% Tỷ lệ đánh giá cao so với tỷ lệ hàm lượng trung bình Fe Mn giới 15,60 - 16,17% (Cronan, 1976) Các mẫu cịn lại có hàm lượng Fe trung bình từ - 14%, Mn từ - 7% Đi kèm với Fe-Mn có kim loại có giá trị khác Cu, Co, Ni, Ba, Ti, Mo, V, Pb, Zn… Trong đó, hàm lượng Ni, (1.932 ppm), Co (485 ppm), Cu (286 ppm), Ba (3.836 ppm), Ti (11.092 ppm), Mo (240 ppm), V (516 ppm), Pb (1.455 ppm), Zn (573 ppm)… Ở khu vực nghiên cứu hàm lượng trung bình Co, Ni, Cu DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 39 M1 Pleistocene muộn NN21 - NN20 CNPL11 M2 Pleistocene sớm CNPL8 M3 Pleistocene muộn NN21 - NN20 CNPL11 M4 Pleistocene muộn NN21 - NN20 CNPL11 M5 Pleistocene muộn NN21- NN20 CNPL11 M6 Pleistocene muộn NN21 - NN20 CNPL11 M7 Pleistocene sớm NN19 NN19 Pleis nanno Nannop… Sa CNPL10 Pleis foram Foraminifera set 447 M1 PT1b N22 PT1a N22 1010 M4 N22 458 M5 N22 M6 PT1b N22 M7 N22 279 FA: Foram Agglu… FC: Foram Calc… LBF: Large Foram FP: Foram Plank… 100 M2 M3 175 FOP Globorotalia truncatulinoides FOP Globorotalia tosaensis FOP Sphaeroidinella dehiscens FOP Globorotalia tumida FOP Pulleniatina obliquiloculata Zone Foram zone Zone 500 Foram zone (Rw, Cv excluded) (Rw, Cv excluded) presence/absence NA Gephyrocapsa small NA Helicosphaera sellii NA Calcidiscus leptoporus NA Gephyrocapsa oceanica NA Rhadosphaera stylifera NA Pseudoemiliania lacunosa Total count Zone Period/Ep… Chronostratigraphy Nannozonation (Martinii, 1971) Zone Sa Nannozonation (Backman et al, 2012) THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Hình Kết nghiên cứu cổ sinh địa tầng mẫu nghiên cứu cao gấp đôi khu vực Đông Bắc Biển Đông thấp nhiều so với khu vực Tây Bắc Biển Đông Hàm lượng trung bình Ba, V, Pb, Zn tương đồng với khu vực so sánh Biển Đông Mo chiếm tỷ lệ trung bình cao so với khu vực Tỷ lệ hàm lượng Mn/Fe, Fe/Mn mối tương quan Fe-Mn-Cu-Ni-Co (FMC) áp dụng để đánh giá nguồn gốc thành tạo oxide Fe-Mn Ngoài ra, biểu đồ FMC biểu diễn nhằm đánh giá nguồn gốc thành tạo oxide theo nghiên cứu [3, 11 13], Trong biểu đồ FMC này, mẫu xác định hình thành chủ yếu điều kiện hydro hóa Hình Theo đó, mẫu M3 M5 hình thành điều kiện thủy nhiệt với tốc độ phát triển lớp kết hạch oxide nhanh mẫu M1, M2, M7, M4, M6 hình thành điều kiện lắng tụ chậm [14] Quá trình kết tinh nhanh (giai đoạn thủy nhiệt) thành tạo lớp oxide Fe-Mn có bề dày 15 - 20 mm/triệu năm, q trình kết tinh chậm (giai đoạn hydro hóa) tạo lớp vỏ Fe-Mn có chiều dày lớp từ - 15 mm/triệu năm [3] Các kết hạch oxide Fe-Mn thường cho nơi chứa nhiều nguyên tố đất khả hấp thụ phù hợp với điều kiện thành tạo [8] Vì vậy, kết hạch oxide Fe-Mn xem nguồn khai thác đất hiệu [2], đặc biệt cerium (Ce) Cerium 40 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 nguyên tố đất áp dụng rộng rãi ngành công nghiệp ô tơ, sản xuất thép, chống ăn mịn… [15] Kết phân tích ICP-MS cho thấy có tương đồng hàm lượng nguyên tố (REE) phân bố mẫu oxide FeMn nghiên cứu có giá trị từ 143 - 693 ppm (> 100 ppm) Theo đó, ghi nhận hàm lượng dị thường nguyên tố cerium (Hình 6) Sự phân bố hàm lượng dị thường cho phép đánh giá nguồn gốc mẫu oxide Fe-Mn mối quan hệ hàm lượng dị thường cerium kết hạch oxide Fe-Mn Tỷ lệ hàm lượng dị thường Ce mẫu phân tích so với hàm lượng Ce trung bình sét (Ce/Ce*) mối quan hệ Ce/Ce* Pr/Pr*, Ce/ Ce* Nd [16] dựa nghiên cứu [17, 18] cho thấy mẫu thuộc trường dị thường dương (Hình 7a) chủ yếu liên quan đến q trình hydro hóa điều kiện thiếu oxy (Hình 7b) [19] Bên cạnh đó, kết hạch hình thành trình kết tinh chậm chủ yếu [20]) Các dấu hiệu hoạt động núi lửa khu vực giai đoạn Miocene - Đệ tứ cho thấy liên quan đến nguồn gốc mẫu oxide Fe-Mn hình thành khu vực Các hoạt động núi lửa xếp vào giai đoạn phun trào magma basalt Cenozoic muộn (Neogene - Đệ tứ) Các đá basalt thành tạo giai đoạn phân bố đảo ven biển đảo Phú Quý, Lý Sơn, Cồn Cỏ Đây chứng giải thích chế hình thành số mẫu nghiên cứu có nguồn gốc hỗn hợp thủy nhiệt hydro hóa 100 20 150 235 1530 441 103 392 95 70 150 20 523 382 30 511 1050 Ce/Ce* 298 50 Pb 1350 5350 Zn 36 960 571 233 Cr Mo 130 512 V Ba 17800 1670 Cu 50 30 167 479 807 100 70 814 1850 30 Ni 1360 4800 334 20 23 10 348,8 1137 157,3 43,8 960,7 604,3 114,4 1100 357,2 18,4 224,3 574,6 6901 400,6 447 35,3 799 2260 485,7 351,3 200 3300 1390 100 70 366 100 200 766 272 206 Ce/Ce* 489 216,3 65,3 83,6 163 50 300 1051 356,9 2290 1690 501,1 50 611,3 186,7 830 260,5 53,1 271,4 153,5 21,2 63,5 137,3 575,7 38,6 107,1 445,4 256,9 35,7 162,9 371,7 111,2 68,2 25,6 65,9 258,8 65,1 4,8 19,8 19,8 24,9 35,4 35,4 146,7 97,8 20,7 152,3 293,1 170,5 Hàm lượng (ppm) 101,1 197,8 479,6 2218 67,6 23,9 371,9 1005 523,1 2767 1648 508,5 2255 51,3 25,5 369,5 1035 462,5 3206 1505 1106 8555 955,6 1136 376,3 26,3 107,7 1407 838,1 1533 7582 961 1328 365 29,6 71,1 1280 711,7 1329 6581 733 1213 372,6 26,7 57,8 1626 640,8 810,5 3883 992,2 653,5 2263 55,2 11,5 679,8 663,3 1954 115,2 11,1 475,5 10391 11140 782,5 3887 1358 Đông Bắc Biển Đông Tây Bắc Biển Đông 05E204- 10E204- 10E204 05E204 05E105- 05E105- ZX31- 05E107- 05E107- 05E107- 05E107- 05E107- 09KJ22- 09KJ22M7 B-1 B-3 2-18 2-19 1 3-1 3-2 226,7 10 245 948 124 572 - M5a M5b M6a M6b 685 1820 Co M4 M3 M3 Khu vực nghiên cứu M2 ppm M1 NT Bảng So sánh số kim loại có giá trị khu vực nghiên cứu với khu vực Đông Bắc Tây Bắc Biển Đơng [10] PETROVIETNAM (Co+Ni+Ce) × 10 ro Hyd Fe M5 t hiệ yn thủ al) ik ện ernan u h ế Điề ydrot ưu th (h iếm ch 450 400 350 300 250 200 150 100 50 M1 10 100 1000 Nd (ppm) (b) Hình Mối tương quan tỷ lệ hàm lượng dị thường cerium praseodymi (a) neodymium (b) 0,1 0,1 M1 M3 drog h hy trìn Q m ưu chiế hóa ene tic M2 M4 2,5 2,3 M2 2,2 M7 1,9 Trường dị thường dương 1,7 Ce M6 1,5 M4 1,3 M3 1,1 M5 0,9 0,7 0,5 Trường dị thường dương La 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 10 Quá trình hydrothermal M6 Kết tinh trình thành tạo đá (diagenesis)) Hydro hóa Hình Biểu đồ FMC Mn La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Nguyên tố M2 M3 M4 M5 M6 M7 Phần vỏ lục địa Hình Hàm lượng nguyên tố phân bố mẫu đối sánh với hàm lượng nguyên tố phần vỏ lục địa M1 Trường dị thường âm Ce 1,1 Pr/Pr* (a) M6 M5 1,2 1,3 1,4 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 1,5 1,6 Quá trình hydrogenetic M2 M7 M4 M3 M1 Q trình diagenetic 41 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Các thành tạo Fe-Mn liên quan đến điều kiện thủy nhiệt thường xảy gần miệng núi lửa, cung núi lửa biển vùng trung tâm núi lửa [21] Hàm lượng dị thường Ce* 0,5 M2 M6 0,1 10 M4 M3 M5 Kết luận M7 M1 100 1000 Quá trình kết tinh chậm -0,5 Nd (ppm) Hình Mối tương quan tỷ lệ hàm lượng dị thường cerium neodymium Những kết phân tích cho thấy, mẫu oxide Fe-Mn thu thập thành tạo chủ yếu môi trường biển nông thềm giai đoạn Pleistocene - Holocene Trên sở luận giải kết phân tích XRF ICP-MS, mẫu có hàm lượng Fe-Mn trung bình từ 15 - 21%, kèm nguyên tố kim loại khác Cu, Co, Ni, Ba, Ti, Pb, Zn… Ngoài ra, nguyên tố chiếm tỷ lệ cao (trung bình 370 ppm/mẫu), hình thành chủ yếu q trình hydro hóa số q trình nhiệt dịch với tốc độ lắng tụ khác nhau, từ nhanh (thủy nhiệt) đến chậm (hydro hóa) Các mẫu liên quan đến q trình thủy nhiệt có cho có liên quan đến hoạt động núi lửa khu vực [14, 22] Theo đó, mẫu M3-M5 lắng tụ nhanh, vùng có ảnh hưởng hoạt động núi lửa, đó, mẫu M1, M4, M2, M7, M6 có tốc độ tích tụ chậm trầm tích basalt Hàm lượng nguyên tố nguồn gốc hình thành có quan hệ chặt chẽ đến q trình tích tụ ngun tố đất La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Hình Mặt cắt địa chấn minh họa cho phân bố núi lửa trẻ giai đoạn Pliocene khu vực nghiên cứu Hình 10 Vị trí số mẫu nghiên cứu mặt cắt địa chấn 42 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 PETROVIETNAM Tài liệu tham khảo [1] P.E.Mikhailik, E.V.Mikhailik, N.V.Zarubina, N.N.Barinov, V.T.S’edin, and E.P.Lelikov, "Composition and distribution of REE in ferromanganese crusts of the Belyaevsky and Medvedev seamounts in the Sea of Japan", Russian Journal of Pacific Geology, Vol 8, No 5, pp 315 329, 2014 Doi: 10.1134/S1819714014050029 [2] James R.Hein, "The geology of cobalt-rich ferromanganese crusts", 2013, pp - 14 [3] James R.Hein, Francesca Spinardi, Nobuyuki Okamoto, Kira Mizell, Darryl Thorburn, and Akuila Tawake, "Critical metals in manganese nodules from the Cook Islands EEZ, abundances and distributions", Ore Geology Reviews, Vol 68, pp 97 - 116, 2015 Doi: 10.1016/j oregeorev.2014.12.011 [4] W.H.Blow, "Late Middle Eocene to recent planktonic foraminiferal biostratigraphy", The First International Conference on Planktonic Microfossils, Geneva, 1969, pp 199 - 421 [5] Bridget S.Wade, Paul N.Pearson, William A.Berggren, and Heiko Pälike, "Review and revision of Cenozoic tropical planktonic foraminiferal biostratigraphy and calibration to the geomagnetic polarity and astronomical time scale", Earth-Science Reviews, Vol 104, No 1, pp 111 - 142, 2011 Doi: 10.1016/j earscirev.2010.09.003 [6] E.Martinii, "Standard Tertiary and Quaternary calcareous nannoplankton zonation", Poceedings of the SecondPlanktonic Conference, Roma, 1971, Vol 2: EdizioniTechnoscienza, pp 739 - 785 [7] Jan Backman, Isabella Raffi, Domenico Rio, Eliana Fornaciari, and Heiko Pälike, "Biozonation and biochronology of Miocene through Pleistocene calcareous nannofossils from low and middle latitudes", Newsletters on Stratigraphy, Vol 45, No 3, pp 221 - 244, 2012 Doi: 10.1127/0078-0421/2012/0022 [8] Yi Zhong, Zhong Chen, Francisco Javier González, James R.Hein, Xufeng Zheng, Gang Li, Yun Luo, Aibin Mo, Yuhang Tian, and Shuhong Wang, "Composition and genesis of ferromanganese deposits from the northern South China Sea", Journal of Asian Earth Sciences, Vol 138, pp 110 - 128, 2017 Doi: 10.1016/j.jseaes.2017.02.015 [9] James R.Hein, Andrea Koschinsky, Michael Bau, Frank T.Manheim, Jung-Keuk Kang, and Leanne Robert, "Cobalt-rich ferromanganese crusts in the Pacific", Handbook of Marine Mineral Deposits, 2000 [10] M.Bau, K.Schmidt, A.Koschinsky, J.Hein, T.Kuhn, and A.Usui, "Discriminating between different genetic types of marine ferro-manganese crusts and nodules based on rare earth elements and yttrium", Chemical Geology, Vol 381, pp - 9, 2014 Doi: 10.1016/j chemgeo.2014.05.004 [11] E.Bonatti, T.Kraemer, and H.Rydell, "Classification and genesis of submarine iron-manganese deposits", Ferromanganese Deposits on the Ocean Floor, pp 149 - 165, 1972 [12] James R.Hein, and Andrea Koschinsky, "DeepOcean Ferromanganese Crusts and Nodules", Treatise on Geochemistry, Vol 13, 2014 [13] James R.Hein, Natalia Konstantinova, Mariah Mikesell, Kira Mizell, Jessica Fitzsimmons, Phoebe J Lam, Laramie Jensen, Yang Xiang, Amy Gartman, Georgy Cherkashov, Deborah R.Hutchinson, and Claire P.Till, "Arctic Deep Water Ferromanganese-Oxide Deposits Reflect the Unique Characteristics of the Arctic Ocean", Geochemistry, Geophysics, Geosystems, Vol 18, No 11, pp 3771 - 3800, 2017 Doi: 10.1002/2017GC007186 [14] Claude Lalou, "Genesis of Ferromanganese Deposit: Hydrothermal origin", Hydrothermal Processes at Seafloor Spreading Centers, pp 503 - 504, 1983 [15] Tanushree Dutta, Ki-Hyun Kim, Minori Uchimiya, Eilhann E.Kwon, Byong-Hun Jeon, Akash Deep, and SeongTaek Yun, "Global demand for rare earth resources and strategies for green mining", Environmental Research, Vol 150, pp 182 - 190, 2016 Doi: 10.1016/j.envres.2016.05.052 [16] Scott M.Mclennan, "Rare earth elements in sedimentary rocks; influence of provenance and sedimentary processes", Geochemistry and mineralogy of the rare earth elements: reviews in Mineralogy, 1989 [17] Christopher R.German, B renda P.Holliday, and Henry Elderfield, "Redox cycling of rare earth elements in the suboxic zone of the Black Sea", Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol 55, pp 3553 - 3558, 1991 Doi: 10.1016/0016-7037(91)90055-A [18] S.Morad and S.Felitsyn, "Identification of primary Ce-anomaly signatures in fossil biogenic apatite: implication for the Cambrian oceanic anoxia and phosphogenesis", Sedimentary Geology, Vol 143, No - 4, pp 259 - 264, 2001 Doi: 10.1016/S0037-0738(01)00093-8 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 43 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ [19] Zunli Lu, Hugh C.Jenkyns, and Rosalind E.M.Rickaby, "Iodine to calcium ratios in marine carbonate as a paleo-redox proxy during oceanic anoxic events", Geology, Vol 38, No 12, pp 1107 - 1110, 2010 Doi: 10.1130/G31145.1 [21] James R.Hein, Yeh Hsueh-Wen, Susan H.Gunn, Ann E.Gibbs, and Wang Chung-ho, "Composition and origin of hydrothermal ironstones from central Pacific seamounts", Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol 58, No 1, pp 179 - 189, 1994 Doi: 10.1016/0016-7037(94)90455-3 [20] Judith Wright, Hans Schrader, and William T.Holser, "Paleoredox variations in ancient oceans recorded by rare earth elements in fossil apatite", Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol 51, No 3, pp 631 - 644, 1987 Doi: 10.1016/0016-7037(87)90075-5 [22] D.S.Cronan, "Chapter Deep-Sea Nodules: Distribution and Geochemistry", Elsevier Oceanography Series, Vol 15, pp 11 - 44, 1977 SOME PRELIMINARY RESULTS FROM STUDY OF THE POTENTIAL OF FERROMANGANESE CRUSTS IN PLIOCENE - QUATERNARY SEDIMENTS, OFFSHORE SOUTHWESTERN VIETNAM Nguyen Thi Tham1, Pham Ba Trung2, Hoang Nhat Hung1, Nguyen Hoai Chung1, Le Chi Mai1 Nguyen Thanh Tuyen1, Ta Thi Hoa1, Nguyen Van Hieu1, Nguyen Quang Tuan1 Vietnam Petroleum Institute Institute of Oceanography, Vietnam Academy of Science and Technology Email: thamnt@vpi.pvn.vn Summary Nam Con Son and Tu Chinh - Vung May basins are considered to have big potential of seabed hard minerals such as ferromanganese (Fe-Mn) crusts or aggregates Analysis of samples collected from the southwestern area of the East Sea shows that the Fe-Mn content varies from 15 - 21% along with the presence of other valuable metal elements such as Ti (11.092 ppm), Ba (3.836 ppm), and Ni (1.932 ppm), etc Moreover, some rare earth elements are also encountered with fairly high fraction (roughly 370 ppm/sample in average), of which Ce (168 ppm), La (52 ppm), and Nd (43 ppm) are predominant These samples were formed mainly by hydrogenetic and hydrothermal processes The formation of the Fe-Mn oxide samples is closely relating to accumulation of rare earth elements such as La, Ce, Pr, Sm, Eu, etc Key words: Hard minerals, hydrogenetic process, hydrothermal, Pliocene - Quaternary, Fe-Mn oxide, Nam Con Son basin, Tu Chinh Vung May basin, southwestern area of the East Sea 44 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 ... Nam Côn Sơn Tư Chính - Vũng Mây” Cơ sở liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Cơ sở liệu Các mẫu oxide Fe-Mn cung cấp Viện Hải dương học Các mẫu thu thập khảo sát nghiên cứu biển thềm lục địa Việt Nam. .. THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Hình Kết nghiên cứu cổ sinh địa tầng mẫu nghiên cứu cao gấp đôi khu vực Đông Bắc Biển Đông thấp nhiều so với khu vực Tây Bắc Biển Đông Hàm lượng trung bình Ba, V, Pb,... 0,26 Bảng Kết phân tích REE (các nguyên tố đất hiếm) khu vực Đông Bắc Tây Bắc Biển Đông [8] Tây Bắc Biển Đông PETROVIETNAM foram trôi Dentoglobigerina altispira Sự diện hóa thạch cho phép xác