Định danh pegmatit chứa đá quý vùng mỏ lục yên yên bái

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 164-176 Định danh pegmatit chứa đá quý vùng mỏ Lục Yên, Yên Bái Nguyễn Thị Minh Thuyết1,*, Ngụy Tuyết Nhung1,2 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Trung tâm Ngọc học, Hội Đá quý Việt Nam, số 10B Tăng Bạt Hổ, Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 16 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 27 tháng năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Các kết đo vẽ địa chất cho thấy khu vực Lục Yên lộ nhiều thân pegmatit granit Trong phát số thân chứa đá quý tourmalin màu, feldspar màu lục, thạch anh ám khói, lepidolit màu tím Để góp phần định danh loại pegmatit tác giả tiến hành khảo sát thực địa nhiều năm, thu thập mẫu pegmatit chứa đá quý khu vực Kết phân tích thạch học, nhiễu xạ Roentgen (XRD), vi dị (EPMA), kính hiển vi điện tử qt (SEM), huỳnh quang tia X (XRF), quang phổ nguyên tử hấp thụ (AAS), quang phổ kế (ICP-OES) khối phổ kế (LA-ICP-MS) cho phép khẳng định pegmatit chứa đá quý vùng nghiên cứu thuộc họ pegmatit LCT (LCT family - họ pegmatit giàu nguyên tố Li, Cs Ta), lớp Nguyên tố (REL class), phụ lớp Liti (REL-Li subclass), kiểu Phức (complex type), phụ kiểu Elbait (elbaite subtype), nguồn cung cấp số đá quý (tourmalin - elbait, amazonit, thạch anh ám khói danburit), nguồn cung cấp beryl, nguyên tố Li, Cs, Ta Rb Từ khóa: Pegmatit, lớp Nguyên tố hiếm, phụ lớp Liti, kiểu Phức, phụ kiểu Elbait Giới thiệu * giản đến phức tạp, thường chứa khoáng vật giàu nguyên tố liti, bo, fluo, niobi, tantal, uran nguyên tố đất Pegmatit đại diện cho hợp phần kết tinh cuối giàu chất bay H2O, B, F, Cl P dung thể magma, tập trung nhiều khoáng vật thường khoáng vật kèm đá magma thông thường Pegmatit granit coi loại đá hay môi trường địa chất quan trọng cung cấp nguyên tố kim loại đặc biệt khoáng vật đá quý [2 – 7] Có nhiều cách phân loại pegmatit dựa tiêu chí khác dựa vào mối liên quan với đá mẹ chia thành pegmatit granit, pegmatit syenit pegmatit gabro dựa chế thành tạo phân thành pegmatit đơn giản, pegmatit tái kết tinh, pegmatit thay trao đổi… Tuy nhiên vào khoảng từ nửa cuối kỷ 20 đến nay, Theo Từ điển giải thích Địa chất [1], “pegmatit” đá magma kết tinh có hạt đặc biệt thơ (≥ 1cm) thường gặp dạng đai mạch, thấu kính khơng cân đối, rìa bên khối xâm nhập lớn thể chậu Pegmatit có đủ loại với thành phần tương ứng với đá magma biết phổ biến granit Thuật ngữ pegmatit dùng vào năm 1922 Hauy - nhà khoáng vật học người Pháp - từ đồng nghĩa với granit vân chữ (graphic granite) Sau đó, vào năm 1845, nhà khoáng vật học người Áo, Haidinger dùng thuật ngữ với nghĩa Thành phần khống vật pegmatit đơn _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-983760917 Email: nguyen.thuyet@gmail.com 164 N.T.M Thuyết, N.T Nhung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 164-176 165 phân loại pegmatit người ta ý nhiều đến độ sâu thành tạo pegmatit hay mối liên quan với khối xâm nhập mơi trường biến chất vây quanh Đó yếu tố quan trọng xem định đến đặc điểm địa hóa, thạch học khoáng vật học pegmatit Ginsburg A.I, 1979 [8] số người tiên phong việc xây dựng sơ đồ phân loại pegmatit granit Tiếp theo xu hướng phân loại Cerny năm 1991 [9], pegmatit granit chia thành lớp (class): (1) Rất sâu (abyssal) tương ứng với điều kiện biến chất cao, áp suất cao đến thấp; (2) Muscovit tương ứng với áp suất cao, nhiệt độ thấp; (3) Nguyên tố tương ứng với áp suất nhiệt độ thấp; (4) Lỗ trống tương ứng với tầng nông Các lớp lại chia tiếp thành phụ lớp (hay họ - family) dựa vào thành phần hóa học, khống vật, ví dụ lớp Ngun tố chia thành họ LCT (giàu liti, cesi, tantal) NYF (giàu niobi, ytri, fluo) Lớp nguyên tố thường giàu khoáng hóa nên, dựa vào đặc điểm khống vật địa hóa, Cerny cịn chia chi tiết thành kiểu (type) gồm: Đất hiếm, Beryl, Phức, Albit - spodumen, Albit Năm 2005 Cerny Ecrit [10] đề xuất sơ đồ phân loại dựa sở tổng hợp mơ hình trước đó, ngồi lớp pegmatit sơ đồ năm 1999, lớp Muscovit Nguyên tố hiếm, cịn có lớp chuyển tiếp Muscovit Nguyên tố bổ sung sử dụng rộng rãi Các lớp chia tiếp thành phụ lớp, kiểu, phụ kiểu Trong đó, Lớp nguyên tố (REL) chia thành hai phụ lớp Nguyên tố - đất (REL - REE) Nguyên tố - Liti (REL - Li) Các phụ lớp lại chia tiếp thành kiểu phụ kiểu (Bảng 1) Vùng mỏ Lục Yên, tỉnh Yên Bái nằm dải pegmatit kéo dài từ Lào Cai đến Việt Trì Trong Bản đồ Địa chất Khống sản tỷ lệ 1/50.000, tờ Yên Thế tờ Khe Giang khoanh định nhiều thân pegmatite granit thuộc địa phận huyện Lục Yên [11, 12] Vào năm 2004, dân địa phương phát thân pegmatit vùng, thuộc địa phân xã Minh Tiến có chứa tourmalin feldspar có chất lượng ngọc Một số nghiên cứu sau dựa vào thành phần khống vật pegmatit đặc điểm hóa học số khống vật cho thân pegmatite họ LCT, thuộc lớp pegmatit nguyên tố [13, 14] Sokolov Martin [15] dựa vào vượt trội hàm lượng Pb tourmalin pegmatit cho pegmatit granit vùng Lục Yên thuộc họ NYF, lớp Pegmatit nguyên tố Từ năm 2007 2010, dân vùng phát thêm thân pegmatit có chứa tourmalin màu xã Khai Trung, Tân Lập An Phú Bài báo trình bày kết nghiên cứu thành phần thạch học, hóa học, khống vật pegmatit chứa đá quý vùng mỏ Lục Yên sử dụng hệ thống phân loại Cerny Erict (2005) để định danh cụ thể phụ kiểu, kiểu, phụ lớp, lớp họ từ định hướng cho cơng tác đánh giá, tìm kiếm thăm dị khống sản kim loại đá quý kèm Bảng Sơ đồ phân loại lớp Nguyên tố Cerny Ecrit [10] Lớp (class) Nguyên tố (REL) Phụ lớp (subclass) Nguyên tố - đất (REL-REE) Nguyên tố - Liti (REL-Li) Kiểu (Type) Allanit - Monazit Euxenit Gadolinit Beryl Phức Albit Albit - spodumen Phụ kiểu (subtype) Beryl-columbit Beryl-columbit-photsphat Spodumen Petalit Elbait Amblygonit 166 N.T.M Thuyết, N.T Nhung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 164-176 Đặc điểm địa chất phân bố pegmatit chứa đá quý vùng mỏ Lục Yên, Yên Bái Theo Bản đồ Địa chất Khoáng sản tỷ lệ 1/50.000 tờ Yên Thế tờ Khe Giang, vùng mỏ Lục Yên cấu thành thành tạo địa chất thuộc hệ tầng Núi Voi (PR1 nv), hệ tầng Ngòi Chi (PR1 nc), hệ tầng Thác Bà (PR3 tb), hệ tầng An Phú (PR3 - 1 ap), hệ tầng Đại Thị (D1 dt), hệ tầng Phan Lương (N1 pl), đá trầm tích bở rời Đệ tứ khơng phân chia đá gabro, syenit, granosyenit phức hệ Tân Lĩnh (PZ2 tl), đá granit phức hệ PhiaBiooc (T3 pb) thân pegmatit granit, mạch diaba không rõ tuổi Ngoài ra, đợt khảo sát thực địa từ năm 2005 đến 2015, nhóm nghiên cứu ghi nhận có mặt thân pegmatit granit chứa đá quý (tourmalin, amazonit, thạch anh ám khói, lepidolit) xã Minh Tiến, An Phú, Khai Trung Tân Lập Trong đó, thân pegmatit chứa đá quý xã Minh Tiến, An Phú phân bố đá hoa hệ tầng An Phú, thân pegmatit chứa đá quý xã Khai Trung Tân Lập phân bố phiến kết tinh hệ tầng Thác Bà Mẫu phương pháp nghiên cứu Mẫu nghiên cứu thu thập thân pegmatite chứa tourmalin xã Minh Tiến Khai Trung từ năm 2005 đến 2015 (Hình - 3) Hình Thân pegmatit chứa đá quý xã Minh Tiến Thành phần hóa học pegmatit phân tích phương pháp XRF trường Đại học Khoa học Tự nhiên với máy Shimadzu XRF-1800 Ngồi ra, thành phần hóa học pegmatit xác định phương pháp ICP-OES Trung tâm phân tích thí nghiệm Địa chất, Tổng cục Địa chất Việt Nam, sử dụng máy OPTIMA 7300 DV hãng Perkin Elmer Thành phần hóa học khống vật tourmalin phân tích phương pháp EPMA Đại học tổng hợp Mainz, CHLB Đức, máy JEOL JXA 8900RL Hàm lượng Li tourmalin xác định phương pháp LA-ICP-MS Đại học tổng hợp Mainz, CHLB Đức, sử dụng máy Agilent 7500 K-feldspar tách từ pegmatit Minh Tiến để xác định thành phần nguyên tố vết phương pháp XRF, sử dụng máy Philips PW1404 XRF Đại học tổng hợp Mainz, CHLB Đức Lepidolit, plagiocla tách từ pegmatite Minh Tiến để xác định thành phần K, Na, Li, Rb Cs phương pháp AAS Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất Ngồi ra, mẫu gia công thành lát mỏng thạch học để xác định thành phần khống vật bao thể kính hiển vi phân cực Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên phương pháp SEM máy Tescan MIR3 LMU Viện Địa chất Khoáng vật thuộc Viện Hàn lâm khoa học Novosibirsk, Nga Hình Mẫu pegmatit đới thạch anh - muscovite tourmalin xã Minh Tiến Hình Mẫu pegmatit đới thạch anh - feldspar - muscovit - tourmalin - lepidolit xã Khai Trung N.T.M Thuyết, N.T Nhung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 164-176 167 Kết thảo luận 4.1 Đặc điểm thạch học pegmatit Pegmatit chứa đá quý vùng Lục Yên sáng màu, kiến trúc từ hạt trung đến hạt thô thơ (pegmatit Minh Tiến thường có kiến trúc hạt lớn hơn, từ hạt thơ tới thơ) Pegmatit có cấu tạo phân đới đặc trưng từ vào là: đới (đới 1) pegmatit vân chữ cổ (Hình 4); đới (đới 2) gồm feldspar (K-feldspar albit), thạch anh (có thạch anh ám khói), muscovit, tourmalin màu xanh đen (Hình 2, 4), đơi cịn quan sát thấy tinh thể sphen tự hình, màu nâu cánh gián có kích thước nhỏ đới thứ gồm thạch anh, K-feldspar, albit (cleavandit), tourmalin màu phân đới màu lepidolit (Hình 5, 6) Trong khu vực nghiên cứu phát thấy khoáng vật beryl với feldspar, thạch anh, muscovit, tourmalin màu đen mọc xen với thạch anh Ngoài ra, gần cịn phát khống vật danburit có chất lượng ngọc [16] amazonit, thạch anh ám khói sa khoáng gần thân pegmatit Minh Tiến Như vậy, thấy thành phần khống vật Hình Đới đới pegmatit chứa đá quý Lục Yên pegmatit vùng nghiên cứu tương ứng với pegmatit chứa đá quý khác giới (Bảng 2) K-feldspar tinh thể kích thước lớn, chí tới hai chục centimet, có màu xanh lục (pegmatit Minh Tiến) trắng đục, nâu (pegmatit Khai Trung Tân Lập) Kết phân tích lát mỏng thạch học cho thấy, chúng có song tinh mạng lưới đặc trưng cho microclin (Hình 7) vi kiến trúc perthit, đặc trưng cho orthocla (Hình 8), hạt khống vật bị nứt nẻ Trong nghiên cứu trước đây, K-feldspar pegmatit Minh Tiến microclin orthocla [14, 16] Plagiocla dạng tấm, màu trắng đục, đặc biệt pegmatit Minh Tiến, chúng tồn dạng mỏng gọi biến loại cleavelandit Dưới kính hiển vi phân cực, plagiocla có song tinh đa hợp nét (Hình 8), góc tắt nhỏ (khoảng -18o) đặc trưng cho albit Thạch anh tinh thể từ tha hình đến tự hình, đặc biệt pegmatit Minh Tiến, thạch anh đới chứa tourmalin lepidolit thường tự hình có kích thước lớn tới đến 6cm, chủ yếu khơng màu, pegmatit Minh Tiến có thạch anh ám khói Dưới kính hiển vi phân cực, tượng nứt nẻ thạch anh phổ biến Hình Thạch anh, tourmaline màu hồng, lepidolit đới Hình Tourmalin tự hình pegmatit Tân Lập [17] 168 N.T.M Thuyết, N.T Nhung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 164-176 Bảng Thành phần khoáng vật pegmatit chứa đá quý Lục Yên đá đối sánh Đá Granit [4] Khống vật Microclin, thạch anh, plagiocla, muscovit, biotit Khoáng vật kèm Pegmatit granit thường [4] Microclin, thạch anh, albit, muscovit Pegmatit granit chứa đá quý [4] Microclin, thạch anh, albit, muscovit Beryl, tourmalin, apatit, granat Beryl, tourmalin, apatit, danburit, lepidolit, granat, spodumen, hambergit Pegmatit Lục Yên Microclin, thạch anh, albit, muscovit Tourmaline, lepidolit, sphen, beryl, danburit G k Microclin Orthocla Tourmalin Albit Hình Microclin song tinh mạng lưới kính hiển vi phân cực (2 nicol; d = 1.4mm) Hình Orthocla, albit tourmalin pegmatit Lục Yên (2 nicol; d = 1,4mm) Lepidolit Hình Albit, cleavelandit, lepidolit pegmatit Minh Tiến (2nicol; d = 0.6mm) j Lepidolit loại mica liti, có màu trắng bạc (pegmatit Minh Tiến) màu tím, hồng nhạt (pegmatit Khai Trung) Dưới kính hiển vi phân cực, lepidolit hồn tồn khơng màu, khơng đa sắc (sử dụng nicon) giao thoa bậc hai, bậc ba (Hình 9, 10), tắt đứng Hình 10 Lepidolit pegmatit Khai Trung (2 nicol; d = 1,2mm) Tourmalin có nhiều màu từ đen đến lục, lam, vàng, hồng, đỏ tía, thường phân đới màu, có phân đới kiểu dưa hấu (watermelon tourmaline) tương ứng với biến loại tourmalin chứa liti Tinh thể tourmalin có kích thước từ vài milimet đến chục centimet, N.T.M Thuyết, N.T Nhung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 164-176 169 4.2 Đặc điểm thành phần hóa học pegmatit Thành phần nguyên tố Kết phân tích thành phần hóa học pegmatit vùng nghiên cứu trình bày bảng cho thấy chúng có số bão hịa nhơm, Al2O3/(CaO+Na2O+K2O), lớn 1, rơi vào trường bão hịa nhơm - peraluminous (Hình 11) nên xuất pha khống vật giàu nhôm tourmalin, muscovite, granat, kyanit, silimanit thực tế mẫu nghiên cứu có xuất khoáng vật tourmalin muscovit Những đặc điểm tương tự với pegmatit chứa đá quý pegmatit thuộc lớp Nguyên tố hiến, phụ lớp Liti Theo Cerny (1991b) [19], pegmatit phân dị mạnh hàm lượng nguyên tố Li, Ta Nb cao Do đó, biến đổi mặt hàm lượng nguyên tố vết đới pegmatite nghiên cứu phù hợp với trình phân dị Như vậy, thấy đặc điểm thành phần hóa học ngun tố chính, vết thành phần khống vật mẫu nghiên cứu phù hợp với cho phép xếp chúng vào pegmatit phụ lớp Liti lớp Nguyên tố Ngoài ra, Cerny Erict (2005) [10] dựa vào đặc điểm địa hóa cịn chia pegmatit granit thành ba họ: họ LCT (ưu nguyên tố La, Cs Ta), họ NYF (ưu nguyên tố Nb, Y F) họ hỗn hợp (Bảng 4) Đối sánh với phân loại xếp pegmatit nghiên cứu vào họ LCT 2.50 2.00 peraluminous metaluminous A/NK có hình dạng từ tha hình đến tự hình Quan sát kính hiển vi, tourmalin có giao thoa bậc hai (Hình 8) tắt đứng, đa sắc rõ với No >> Ne Kết phân tích phương pháp kính hiển vi điện tử qt cho thấy mẫu nghiên cứu cịn có khoáng vật: biotit, apatit, columbit, zircon, monazit xenotim với kích thước vài chục micromet dạng bao thể khoáng vật pegmatit Theo Cerny Erict (2005) [10], pegmatit kiểu phức đặc trưng khoáng vật alumosilicat liti Với thành phần khoáng vật pegmatite chứa đá quý Lục Yên mô tả xếp chúng vào pegmatit lớp Nguyên tố hiếm, phụ lớp Liti, kiểu Phức 1.50 1.00 10 0.50 peralkaline 11 12 0.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 A/CNK Hình 11 Vị trí mẫu nghiên cứu mẫu so sánh biểu đồ Shand, 1943 [20] [A/NK = Al2O3/(Na2O+K2O) phân tử; A/CNK = Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) phân tử], thứ tự mẫu ký hiệu tương ứng với bảng Thành phần nguyên tố vết Các mẫu nguyên cứu có hàm lượng cao nguyên tố Li, Rb (Bảng 3) Do điều kiện nghiên cứu khẳng định trực tiếp mẫu nghiên cứu có hàm lượng Cs cao, khẳng định gián tiếp qua hàm lượng Cs khống vật K-felspar lepidolit (trình bày phần đặc điểm địa hoá số khoáng vật) Bên cạnh ba nguyên tố vết kể nguyên tố B, Nb, Ta, Sn Pb có hàm lượng cao lên tới hàng trăm, chí hàng nghìn ppm tùy đới khác Ngồi ra, thấy khác biệt rõ nét hàm lượng Li, Ta Nb mẫu nghiên cứu đới Đới có hàm lượng Li Ta cao đới 2, hàm lượng Nb đới lại nhỏ đới Theo Cerny (1991b) [19], pegmatit phân dị mạnh hàm lượng nguyên tố Li, Ta, Nb cao Do đó, biến đổi mặt hàm lượng nguyên tố vết đới pegmatit nghiên cứu phù hợp với q trình phân dị Như vậy, thấy đặc điểm thành phần hóa học nguyên tố chính, vết thành phần khống vật mẫu nghiên cứu phù hợp với cho phép xếp chúng vào pegmatit phụ lớp Liti lớp Nguyên tố 170 N.T.M Thuyết, N.T Nhung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 164-176 Ngoài ra, Cerny Erict (2005) [10] dựa vào đặc điểm địa hóa chia pegmatit granit thành ba họ: họ LCT (ưu nguyên tố La, Cs Ta), họ NYF (ưu nguyên tố Nb, Y F) họ hỗn hợp (Bảng 4) Đối sánh với phân loại xếp pegmatit nghiên cứu vào họ LCT 4.3 Đặc điểm địa hóa số khống vật * Khống vật Khống vật microclin Thành phần hóa học khống vật Kfeldspar thơng số quan trọng khống vật xuất pegmatit granit giàu pegmatit nguyên tố [21] Trong đó, năm nguyên tố hóa học có ý nghĩa quan trọng K-feldspar K, Na, Si, Rb Cs [22] Hàm lượng Na cao trình albit hóa, hàm lượng Si cao q trình thạch anh hóa K-feldspar Hàm lượng Rb Cs cao feldspar hình thành từ pegmatit phân dị cao (pegmatit nguyên tố hiếm) Ngoài ra, tỷ lệ K/Rb số tốt để mức độ phân dị thân pegmatit [23] Năm 2015, Selway Breaks [24] xác lập giá trị Rb, Cs tỷ lệ K/Rb cho loại granit pegmatite Cụ thể, pegmatit nguyên tố có giá trị Rb lớn 3000ppm, Cs lớn 100 tỷ lệ K/rb nhỏ 30 Bảng Thành phần hóa học pegmatit chứa đá quý vùng mỏ Lục Yên (bằng phương pháp XRF ICP-OES) mẫu so sánh Mẫu SiO2 Al2O3 FeO + Fe2O3 TiO2 MnO H2O MgO CaO Na2O K2O P2O5 F Li Rb Cs Be B Ce Nb Ta Sn Pb 72,34 74,2 14,34 15 1,81 0,6 0,26 0,02 0,36 0,6 0,37 1,52 0,3 3,37 4,6 5,47 4,2 0,3 0,1 - trace - 70,22 70,62 75,24 17,2 17,69 14,42 1,76 0,8 0,65 - 0,04 0,05 0,28 0,03 0,18 0,39 0,75 Vết 0,28 0,01 1,36 0,65 0,2 4,45 4,84 4,23 2,85 1,95 2,74 0,07 0,9 0,13 0,11 0,65 0,64 6921 4877 3019 trace 1920 1737 trace 12356 472 trace 559 - 69,74 16,5 0,18 0,01 0,21 0,89 2,69 4,42 1,18 0,20 5481 10059 3962 745 - 74,5 14,8 0,6 0,2 3,3 5,4 0,9 3252 - 73,7 16,53 0,26 0,01 0,16