Thạch luận các đá siêu mafic – mafic kiềm vùng chợ đồn, bắc kạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Dương Thị Thanh Tâm THẠCH LUẬN CÁC ĐÁ SIÊU MAFIC –MAFIC KIỀM VÙNG CHỢ ĐỒN, BẮC KẠN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  - Dương Thị Thanh Tâm THẠCH LUẬN CÁC ĐÁ SIÊU MAFIC –MAFIC KIỀM VÙNG CHỢ ĐỒN BẮC KẠN Chuyên ngành: Khoáng vật học Địa hóa học Mã số: 60440205 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Thùy Dương CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC PGS.TS Hoàng Thị Minh Thảo Hà Nội, 2015 Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn LỜI CÁM ƠN Luận văn hoàn thành Tổ đề án Urani, Viện Khoa học Địa chất khoáng sản, nơi học viên cơng tác Trong q trình hồn thành luận văn, học viên nhận giúp đỡ tận tình cán hướng dẫn khoa học - TS Nguyễn Thùy Dương, người hướng dẫn, động viên tạo điều kiện cho học viên suốt trình hồn thành luận văn, học viên xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc giúp đỡ tận tình Học viên gửi lời cám ơn trân trọng tới Lãnh đạo Khoa Địa chất, Các thầy cô khoa Địa chất, cán phòng sau Đại học- Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên,Lãnh đạo Viện Khoa học Địa chất Khoáng sản, Tổ đề án Urani, phịng Địa hóa Mơi Trường, phịng Phân tích khống thạch học, Phịng Địa vật lý - Địa kỹ thuật phòng ban chức tạo điều kiện cho học viên hồn thành khóa học luận văn Đặc biệt học viên nhận góp ý vơ q báu TS Trịnh Xn Hịa, TS Nguyễn Thị Bích Thủy, TS Nguyễn Văn Niệm, ThS Bùi Thế Anh, đồng nghiệp Viện khoa học Địa chất khống sản q trình hoàn thành luận văn, học viên xin chân thành cám ơn Cuối cùng, học viên xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè ln bên giúp đỡ động viên học viên suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn MỤC LỤC MỤC LỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC ẢNH MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1.1 KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 13 Vị trí nghiên cứu 13 1.2 Khái quát đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu 15 1.2.1 Địa tầng 15 1.2.2 Magma xâm nhập 16 1.2.3 Cấu trúc kiến tạo 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .22 2.1 Cơ sở lý thuyết 22 2.1.1 Các đá siêu mafic – mafic kiềm kiểu kiềm Na 22 2.1.2 Cơ sở lý thuyết luận giải nguồn gốc magma 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Thu thập tài liệu 28 2.2.2 Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học kính hiểnvi phân cực 28 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất 28 2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu thạch địa hóa 30 Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CÁC ĐÁSIÊU MAFIC – MAFIC KIỀM VÙNG CHỢ ĐỒN, BẮC KẠN 31 3.1 Đặc điểm thạch học khoáng vật 31 3.1.2 Đặc điểm địa hóa 38 3.1.3 Đồng vị phóng xạ 49 CHƯƠNG NGUỒN GỐC CÁC ĐÁ SIÊU MAFIC, MAFIC KIỀM VÙNG CHỢ ĐỒN, BẮC KẠN 50 4.1 Quy luật phân bố nguyên tố thành tạo siêu mafic – mafic kiềm khu vực nghiên cứu 50 4.2 Nguồn gốc đá siêu mafic, mafic kiềm vùng Chợ Đồn .51 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT %tl Tỷ lệ phần trăm (theo trọng lượng) ppm Tỷ lệ phần triệu (theo trọng lượng) ∑alk Tổng kiềm AI Chỉ số kiềm A/CNK =Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) A/NK =Al2O3/(Na2O+K2O) REE Các nguyên tố đất HREE Các nguyên tố đất nặng LREE Các nguyên tố đất nhẹ cn Số liệu chuẩn hóa với chondrite An Anorthoclas Am Amphibol Apa Apatit Aug-Ti Augit - Titan bt biotit Calc Calcit Cpx Pyroxen nghiêng Crn Cancrinit Fo Foid Hbl Horblend Ne Nephelin Pl Plagioclas Sph Sphen Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1: Thành phần hóa học (% tl) thành tạo siêu mafic- mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn 42 Bảng 3-2: Thành phần hóa học (ppm) nguyên tố vết đá siêu mafic – mafic kiềm Chợ Đồn 47 Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn DANH MỤC HÌNH Hình 1-1: Sơ đồ phạm vi khu vực nghiên cứu 13 Hình 1-2: Sơ đồ địa chất vùng nghiên cứu 20 Hình 1-3: Sơ đồ địa chất khối Bằng Phúc Khối Bằng Lũng, Chợ Đồn, Bắc Kạn21 Hình3-1: Thành phần % khống vật tạo đá nhóm siêu mafic 34 Hình3-2: Thành phần % khống vật tạo đá nhóm mafic 34 Hình 3-3: Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 phân chia loạt magma (theo McDonald, 1968; Irvine Baragar, 1971) (SA: loạt kiềm; AL: loạt kiềm) 39 Hình 3-4: Biểu đồ phân chia kiểu kiềm đá siêu mafic – mafic kiềm khu vực Chợ Đồn (Ephremova, 1965) 39 Hình 3-5: Biểu đồ tương quan MgO với oxyt tạođá 44 Hình 3-6: Biểu đồ phân bố nguyên tố đất chuẩn hóa với chondrites thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn (Ree-Sun and McD, 1989 – Chondrites) 48 Hình 3-7: Biểu đồ phân bố nguyên tố vết chuẩn hóa với manti nguyên thủy thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn (Rees-Sun and McD, 1995 – PM Primitive Mantle) 48 Hình 3-8: Biểu đồ tương quan đồng vị Nd 143 /Nd 144 87 86 ~ Sr /Sr (theo Zindler Hart (1986) DM - manti nghèo, BE - Trái đất tổng thể, EM I & EM II - manti giàu, HIMU - manti có tỷ số U/Pb cao, PREMA - manti thịnh hành .49 Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn DANH MỤC ẢNH Ảnh 3-1 ảnh 3-2: Jacupirangit Bằng Phúc (chứa pyroxen cao Ti có viền bị amphibol hóa) (dưới nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) 32 Ảnh 3-3 ảnh 3-4: Jacupirangit mảnh dăm kết diatrem Bằng Lũng (dưới nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) 32 Ảnh 3-5 Ảnh 3-6: Ijolit khối Bằng Phúc ,Chợ Đồn, Bắc Kạn 32 Ảnh 3-7 Ảnh 3-8: Melteigit khối Bằng Phúc, Chợ Đồn, Bắc Kạn, (dưới nicon) 33 Ảnh 3-9: Urtit chứa nephelin bị cancrinit hóa khối Bằng Phúc, Chợ Đồn, Bắc Kạn, d=2mm (Nguyễn Trung Chí, 2003 34 Ảnh 3-10: Nephelin bị cancrinit hóa Ijolit khối Bằng Phúc, d=2mm (Nguyễn Trung Chí, 2003) 34 Ảnh 3-11 Ảnh 3-12: Pyroxen nghiêng có riềm bề mặt bị amphibol hóa nằm cancrinit đá ijolit (dưới nicon) d = 1,2 mm .36 Ảnh 3-13 Ảnh 3-14: Pyroxen loại cao Ti (Ti-augit) có riềm aegirin (xanh sẫm), đồng thời bị amphibol hóa ven rìa bề mặt đá melteigit (dưới nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) 36 Ảnh 3-15 Ảnh 3-16: Amphibol dần thay cho pyroxen nghiêng đá melteigit (dưới nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) .36 Ảnh 3-17 Ảnh 3-18: Anorthoclas ijolit (dưới nicon), 38 Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ở Việt Nam, thành tạo magma kiềm đặc biệt thành tạo siêu mafic – mafic kiềm chiếm lượng khơng lớn, chủ yếu tập trung phía Bắc, nhà khoa học Pháp đặt móng nghiên cứu từ năm đầu kỷ XX Trong năm gần đá magma siêu mafic – mafic kiềm quan tâm nghiên cứu nhiều nhàđịa chất nước, đócác tác giả Trần Trọng Hịa, Ngơ Thị Phượng, Trần Quốc Hùng, Trần Tuấn Anh phát triển luận điểm thạch luận, kết đặc điểm địa hóa, khả sinh khoáng triển vọng khoáng sản liên quan tới phức hệ đá magma siêu mafic – mafic kiềm miền Bắc Việt Nam Các đặc điểm thành phần thạch học, khống vật học địa hóa học thành tạo đá kiềm quan tâm nghiên cứu (Trần Tuấn Anh, 2001; Nguyễn Trung Chí nnk, 2003; Nguyễn Thùy Dương, 2007) Kết rằng, đá siêu mafic – mafic kiềm khu vực phía Bắc Việt Nam thuộc đá mafic siêu kiềm kali Tây Bắc Việt Nam (Trần Trọng Hòa nnk, 1999), đá siêu mafic kiềm natri vùng Chợ Đồn (Nguyễn Trung Chí nnk, 2003) Đặc điểm thành phần khoáng vật học tổ hợp cộng sinh khoáng vật đặc trưng cho thành tạo siêu mafic – mafic kiềm khu vực Đông Bắc mô tả xác định (Nguyễn Thùy Dương, 2007), từ xác định điều kiện hình thành thành tạo kiềm (Nguyễn Trung Chí Nguyễn Thùy Dương, 2009) Các nghiên cứu thực quy mơ lớn tồn khu vực Đơng Bắc (Nguyễn Trung Chí nnk, 2003; Nguyễn Thùy Dương, 2007) vùng Pu Sam Cap (Trần Tuấn Anh, 2001) mà chưa tập trung nghiên cứu vùng nhỏ cụ thể Vấn đề thạch luận nguồn gốc đá kiềm khu vực nghiên cứu, Nguyễn Trung Chí (2003) xác lập thành tạo siêu mafic – mafic kiềm khối Bằng Phúc Bằng Lũng vùng Chợ Đồn cho magma siêu mafic – mafic kiềm hình thành q trình nóng chảy phần manti Năm 2008, cơng trình “Điều tra, nghiên cứu triển vọng syenit nephelin vùng Dương Thị Thanh Tâm 10 Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn 60 50 40 SiO 30 20 10 0 20 18 16 10 Al O 14 12 0 3.5 K2O 2.5 1.5 0.5 0 Hình 3-5: Biểu đồ Dương Thị Thanh Tâm 44 Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn b Địa hóa nguyên tố vết đất hiếm: Các kết phân tích hàm lượng nguyên tố vết đất đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn thể Bảng 3-3 Bảng 3-4 Nhóm nguyên tố có trường bền vững cao Ta, Nb, Hf, Zr:Hàm lượng Ta dao động từ 0,02đến 0,42 ppm nhóm siêu mafic Ta = 0,11-0,34ppm nhóm mafic, Nb dao động từ 1,05 - ppm nhóm siêu mafic Nb = 2,07-3,8 ppm nhóm mafic, hàm lượng Hf dao động từ 0,29-4ppm nhóm siêu mafic Hf dao động từ 0,09-1,8 ppm nhóm mafic, Zr dao động từ 13,2 đến 183 ppm nhóm siêu mafic Zr = 13,5-53,9ppm nhóm mafic Hàm lượng nguyên tố linh động K, Rb, Sr, Th, Ba biến thiên không đồng Hàm lượng K xem xét mục địa hóa ngun tố thấy đá siêu mafic – mafic kiềm khu vực nghiên cứu có hàm lượng Na trội K Hàm lượng Rb dao động từ 12,03 -78,2 ppm (trung bình Rb = 61,96 ppm nhóm siêu mafic Rb=34,5 ppm nhómmafic ) Hàm lượng Ba nhóm đá khơng đồng đều, cácđá nhóm siêu mafic hàm lượng ổn định cao so với nhóm mafic, trung bình Ba nhóm siêu mafic =225 ppm; nhóm đá mafic trung bình Ba =78,46ppm Sr nhóm siêu mafic cao nhóm mafic: Trung bình hàm lượng Sr nhómđá siêu mafic Sr =304,88 ppm, nhóm mafic trung bình Sr = 216,8 ppm Tỷ lệ Ba/Sr trung bình nhóm siêu mafic Ba/Sr =2,09; nhóm mafic tỷ lệ 0,68; tỷ lệ Rb/Sr trung bình = 0,47 nhóm siêu mafic, cao so với Rb/Sr trung bình = 0,39 nhóm mafic Hàm lượng Thori nhóm siêu mafic thấp so với nhóm mafic, trung bình Th=8,6 ppm nhóm siêu mafic hàm lượng Th trung bình = 4,6 nhóm đá mafic Trên biểu đồ chuẩn hóa với manti nguyên thủy (Hình 3-7) thấy dị thường dương nguyên tố Rb, Th Có thể thấy, thành tạo mafic - siêu mafic kiềm có REE+Y giảm dần từ nhóm siêu mafic đến mafic, nhiên tỉ lệ tổng đất nhẹ với tổng đất nặng nhóm đá lớn hay nói cách khác chúng giàu đất Dương Thị Thanh Tâm 45 Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn nhẹ so với đất nặng, trung bình nhóm siêu mafic Ce/y = 3,17 nhóm siêu mafic Ce/y = 1,89 nhóm mafic Tỷ lệ (La/Lu)cn tỷ lệ (Ce/Yb)cn giảm dần từ siêu mafic đến mafic (La/Lu)cn=11,15 nhóm siêu mafic (La/Lu)cn= 6,9 nhóm mafic với giảm dần REE+Y Đặc biệt tỷ lệ (Yb/Lu)cn nhóm đá tương đồng (trung bình (Yb/Lu)cn = 1,25 nhóm đá siêu mafic; (Yb/Lu)cn=1,3 nhóm mafic) Tuy nhiên, tỷ số (La/Yb)cn lại biến động lớn (từ 2,2 – 21,5) n n Tỉ lệ Eu /Eu* nhóm đá dao động từ 0,07 0,91 (trung bình Eu /Eu* = 0,52 nhóm siêu mafic 0,29 nhóm mafic) Trên biểu đồ nhện chuẩn hóa với chondrit đường phân bố trung bình ln có dị thường âm Eu (Hình 3-6), đồng thời biểu đồ xuất dị thường âm Br, Sr, điều giải thích kết tinh ưu plagioclas Biểu đồ chuẩn hóa nguyên tố vết thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn với manti nguyên thủy (Hình 3-7) cho thấy đường phân bố chúng tương đồng, biểu đồ thể dị thường âm có trường lực cao Ta, Nb, Zr, đặc trưng cho “tính địa hóa hút chìm” Tỉ lệ (La/Sm)cn = 2,27 5,93 nhóm siêu mafic (trung bình =3,54); tỷ lệ (La/Sm)cn = 1,3 – 4,31 nhóm đá mafic (trung bình =2,17) Trung bình tỷ lệ khác Sm/Nd = 0,21;(Ce/Sm) cn = 2,4; (Ce/Yb)cn = 6,4 đá siêu mafic Sm/Nd = 0,26;(Ce/Sm)cn = 1,4 (Ce/Yb)cn = 3,3 nhóm đá mafic, nhìn chung tỷ lệ nhóm siêu mafic cao nhóm mafic không nhiều Dương Thị Thanh Tâm 46 Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn Bảng 3-2: Thành phần hóa học (ppm) nguyên tố vết đá siêu mafic – mafic kiềm Chợ Đồn TT SHM Rb Ba Sr Zr Hf Ta Nb Th La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Yb Lu Y Nb/Ta Zr/Hf Ba/Sr Rb/Sr REE+Y LREE/ HREE (La/Lu)cn (La/Sm)cn (Ce/Sm)cn (Yb/Lu)cn Eun/Eu* (Ce/Yb)cn (La/Yb)cn Ghi chú: (*) Nguyễn Trung Chí (2003); (**) Trần Trọng Hòa (2006) 1-5: Siêu mafic;6-10: Mafic (cn) Số liệu chuẩn hóa theo chondrit tác giả Mc Donough, 1989) Dương Thị Thanh Tâm 47 Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn Hình 3-6: Biểu đồ phân bố nguyên tố đất chuẩn hóa với chondrites thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn (Ree-Sun and McD, 1989 – Chondrites) Hình 3-7: Biểu đồ phân bố nguyên tố vết chuẩn hóa với manti nguyên thủy thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn (Rees-Sun and McD, 1995 – PM Primitive Mantle) Dương Thị Thanh Tâm 48 Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn 3.1.3 Đồng vị phóng xạ Các kết phân tích đồng vị Rb-Sr, Sm-Nd tuổi phóng xạ đá loạt 87 86 143 144 ijolit vùng Chợ Đồn tỷ lệ Sr/ Sr (i) = 00,709893 tỷ lệ Nd/ Nd (i) với Nd (i)=-9,64 Trên biểu đồ tương quan đồng vị ijolit nằm trường manti giàu (EMII.) 143 Nd/ 144 143 87 86 Nd với Sr/ Sr (Hình 3-8), đá 144 87 86 Hình 3-8: Biểu đồ tương quan đồng vị Nd /Nd ~ Sr /Sr (theo Zindler Hart (1986) DM - manti nghèo, BE - Trái đất tổng thể, EM I & EM II - manti giàu, HIMU - manti có tỷ số U/Pb cao, PREMA - manti thịnh hành Dương Thị Thanh Tâm 49 Luận văn Thạc sỹ Thạch luận đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn CHƯƠNG NGUỒN GỐC CÁCĐÁ SIÊU MAFIC, MAFIC KIỀM VÙNG CHỢ ĐỒN, BẮC KẠN Trên sở kết nghiên cứu đặc điểm địa chất, thành phần vật chất thành tạo mafic – siêu mafic kiềm khu vực Chợ Đồn, Bắc Kạn, chương luận văn xác lập quy luật phân bố thành tạo mafic – siêu mafic kiềm khu vực nghiên cứu đồng thời luận giải nguồn gốc chứa chúng 4.1 Quy luật phân bố nguyên tố thành tạo siêu mafic – mafic kiềm khu vực nghiên cứu Cácđá có thành phần từ siêu mafic đến mafic kiềm có xu hướng tăng tổng kiềm (Na2O + K2O) trội kiềm Na (Na2O/K2O >1) Trên biểu đồ phân loại đá (hình 3-3) biểu đồ phân chia kiểu magma (hình 3-4) đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn hầu hết thuộc loạt kiềm Tỉ số A/NK rất>1 A/CNK