Nguồn gốc hình thành corindon có các riềm vỏ spinel bao quanh từ khu vực tân hương trúc lâu yên bái

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 Nguồn gốc hình thành corindon có riềm vỏ spinel bao quanh từ khu vực Tân Hương-Trúc Lâu, Yên Bái Nguyễn Ngọc Khôi1,*, Nguyễn Văn Nam2, Christoph A Hauzenberger3, Chakkaphan Sutthirat4, Dương Anh Tuấn5 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 Viện Khoa học Địa chất Khoáng sản, Đường Chiến Thắng, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Đại học Tổng hợp Graz, Universitaetsplatz 2, 8010 Graz, CH Áo Đại học Tổng hợp Chulalongkorn, 254 Pathumwan, Bangkok, Thái Lan Tập đoàn Vàng bạc Đá quý DOJI, 44 Lê Ngọc Hân, Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 10 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 26 tháng năm 2016; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Các mỏ corindon (ruby saphir) Yên Bái không nằm đá hoa, mà phân bố đá gneis, tương ứng chúng chia thành kiểu mỏ đá hoa (khu vực Khoan Thống-An Phú) kiểu mỏ đá gneis (khu vực Tân Hương-Trúc Lâu) Đối với kiểu mỏ đá gneis, đá chứa chủ yếu đá gneis bị migmatit hóa phần (chứa saphir mầu xám, trắng xám đến xám phớt lam phớt vàng), đá pegmatoid felspat đá hoa (chứa ruby đỏ sẫm đến hồng) Ở đây, ngồi viên corindon tự hình, cịn gặp nhiều corindon có riềm spinel bọc bên ngồi theo hình dạng corindon bên trong, mỏ gốc lẫn mỏ sa khoáng Trên sở nghiên cứu cấu tạo phản ứng (vĩ mô vi mơ) thành phần hóa học corindon có riềm spinel, dựa tính tốn nhiệt động cân pha đặc điểm bao thể, hình thành tổ hợp corindon có riểm spinel bao quanh đá gneis giải thích phản ứng: Biotit K(Mg, Fe)3[AlSi3O10](OH)2 Corindon 3Al2O3 + Spinel 3(Mg, Fe)Al2O4 => Felspat K KAlSi3O8 + + Nước H2O Hoặc: Granat (Fe, Mg)3Al2[SiO4]3 + Corindon Al2O3 => Spinel (Mg, Fe)Al2O4 + Silimanit AlO[AlSiO4] Từ khóa: Nguồn gốc, corindon, riềm spinel, đá gneis, khu vực Tân Hương-Trúc Lâu Mở đầu * kiểu: kiểu đá hoa (marble-hosted type) kiểu đá gneis (gneiss-hosted type) Các mỏ kiểu đá gneis chủ yếu phân bố khu vực Tân Hương-Trúc Lâu dãy núi Con Voi đới Sông Hồng Đá gneis khu vực thường chứa saphir mầu xám, trắng xám đến xám phớt lam phớt vàng, ruby mầu đỏ sẫm đến hồng lại gặp pegmatoid felspat đá hoa xen kẹp Các mỏ điểm khoáng corindon miền Bắc Việt Nam khơng phân bố đá hoa, mà cịn phát triển đá gneis bị migmatit hóa phần, theo đó, chúng chia thành _ * Tác giả liên hệ ĐT: 84-4-38585097 Email: nguyen.khoinn@gmail.com 32 N.N Khơi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 tầng đá gneis Trong số mỏ sa khoáng (như mỏ Trúc Lâu) mỏ gốc nguyên sinh (như điểm Kinh La), viên corindon tự hình, cịn gặp nhiều viên corindon có riềm spinel bao bọc xung quanh Đây coi đặc điểm đặc trưng kiểu mỏ corindon đá gneis khu vực Tân Hương-Trúc Lâu Các cấu tạo phản ứng corindon spinel đề cập nghiên cứu mức độ theo khía cạnh khác giới, ví dụ nghiên cứu Schmetzer et al [1], Sunagawa et al [2] ruby dạng “trapiche”, Das et al [3] ruby Ấn Độ từ mỏ eluvi, Francis et al [4, 5] ruby saphir Sri Lanka đá hoa Tuy vậy, loại corindon với riềm spinel bọc quanh lần nghiên cứu chi tiết đưa luận giải báo Bài báo trình bày kết nghiên cứu thạch học (vĩ mô vi mô), thành phần 33 hóa học (ngun tố vi lượng) nhân corindon vỏ spinel bọc ngoài, điều kiện P-T q trình biến chất đá chứa, từ đưa luận giải nguồn gốc hình thành riềm spinel bao quanh viên corindon dựa cấu tạo phản ứng vĩ mô vi mô liên quan với corindon, dựa tính tốn nhiệt động cân pha đặc điểm bao thể nhân corindon riềm spinel Bối cảnh địa chất Các mỏ corindon gốc sa khoáng khu vực Tân Hương-Trúc Lâu phân bố phạm vi dãy núi Con Voi kéo dài từ Ailao Shan Vân Nam (Trung Quốc) xuống miền Bắc Việt Nam (Hình 1) Dãy núi giới hạn đới siết trượt Ailao Shan-Sông Hồng [6, 7, 8] O H Hình Sơ đồ địa chất khu vực Tân Hương-Trúc Lâu theo Bản đồ Địa chất Khoáng sản Việt Nam tỉ lệ 1:200.000, tờ Bắc Quang, năm 2000, biên tập Trần Xuyên, tờ Yên Bái, năm 2005, biên tập Nguyễn Vĩnh) l 34 N.N Khơi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 Các đá khu vực Tân Hương-Trúc Lâu chủ yếu bao gồm plagiogneis đá gneis khác nằm xen với thấu kính lớp kẹp amphibolit đá hoa thuộc hệ tầng Núi Voi Nằm hệ tầng Ngịi Chi có thành phần đá phiến, amphibolit đá hoa Cả hai hệ tầng bị xuyên cắt đá granit, syenit pegmatit phức hệ magma Tân Hương có tuổi thành tạo 22-25 triệu năm [9, 10] Corindon nguyên sinh khu vực Tân HươngTrúc Lâu chia thành kiểu [11]: (1) Saphir trắng xám đến xám phớt lam phớt vàng nằm đá gneis điểm Cò Mận thung lũng Trúc Lâu, điểm Khe Nhàn Kinh La Tân Hương; (2) Ruby đỏ xẫm đến hồng, chất lượng ngọc trung bình đến thấp, gặp đá pegmatoid felspat bị phong hóa, điểm Km 12, Km 15, Km 23 dọc quốc lộ 70 điểm Dốc 700; (3) Ruby thấu kính đá hoa nằm xen kẹp đá gneis, đá phiến mica amphibolit, lõi khoan Tân Hương mỏ Trúc Lâu Đá gốc chứa corindon khu vực nghiên cứu cho hình thành từ trình biến chất trầm tích hạt mịn có thành phần khác [12, 13, 14, 15, 16, 11] Các mỏ nguyên sinh đá gốc thường bị phong hóa mạnh, tạo nên nhiều mỏ điểm khoáng thứ sinh (eluvi, deluvi aluvi) chứa ruby đỏ sẫm, spinel mầu nâu, granat, saphir mầu xám phớt lam, silimanit thạch anh Các mẫu ruby saphir có riềm spinel tìm thấy nhiều mỏ điểm khống khu vực nghiên cứu Trong nghiên cứu mẫu nghiên cứu chi tiết điểm khoáng nguyên sinh Kinh La mỏ sa khoáng Trúc Lâu Điểm khoáng Kinh La (Km 13) nằm cách mỏ Tân Hương km phía tây nam, tọa độ 21o48’55”N, 104o52’12”E Thân khoáng chứa đá quý dày 0,1-1 m kéo dài đến 100 m Corindon có mầu từ đen, xám đến xám phớt lam với kích thước dao động từ 0,1 đến cm [10] Mỏ sa khoáng Trúc Lâu phân bố phạm vi thung lũng lớn thuộc xã Trúc Lâu, huyện Lục Yên bao gồm trầm tích eluvi, deluvi đặc biệt aluvi Các thành tạo aluvi có chiều dày khoảng 10 m, ruby, saphir spinel phân bố tầng sỏi sạn (sa khoáng cổ) dày chừng 1,2 đến m nằm trực tiếp đá gneis cứng, lớp trầm tích cát sét (0-3,5 m) lớp đất trồng (0,5-1,5 m) [14] Mẫu phương pháp nghiên cứu Để thực nghiên cứu mẫu corindon có riềm spinel bao quanh chủ yếu thu thập từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu điểm quặng gốc Kinh La Ngoài ra, để xác định điều kiện PT trình biến chất liên quan, mẫu đá gneis đá phiến bị migmatit hóa thu thập từ nhiều điểm khác Km 10, Kinh La Cị Mận (xem Hình 1) Các mẫu trước hết nghiên cứu kính hiển vi quang học (thạch học ngọc học) số mẫu nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét Các bao thể khoáng vật xác định phương pháp phổ Raman, vi dò điện tử kính hiển vi quang học Sau phương pháp vi dò (EPMA) sử dụng để xác định thành phần hóa học khống vật, cịn phương pháp ICPMS dùng để xác định thành phần nguyên tố vết [11] Phương pháp EPMA tiến hành Viện Khoa học Trái Đất, ĐHTH Graz (Áo) máy JEOL JXA-8200 với gia tốc 15kV, dòng chùm 12nA, thời gian đếm 60’ đỉnh 30’ cho nền, đường kính chùm ~1 μm Giới hạn phát điển hình hầu hết nguyên tố nằm khoảng 0,01-0,02 %tl Công thức khống vật tính tốn PET Mathematica (DACHS, 1998) Các nguyên tố vết khoáng vật xác định phương pháp ICP-MS hệ New Wave UP 213 ICP-MS: Agilent 7500, ICP-quadrupole MS Bộ mơn Hóa học, Khoa Khoa học, ĐHTH Graz (CH Áo) Mẫu phân tích ion hóa tia laser 213 nm Hz, kích thước điểm 55 µm 85% công suất laser, tương ứng lượng ~7 J/cm² Khí heli sử dụng để đưa luồng khí với tốc độ ~1,2 l/phút Thủy tinh NIST610 phân tích hàng ngày để chuẩn hóa hiệu chỉnh theo độ trôi Các mẫu chuẩn thủy tinh NIST612 BCR-2 phân tích chất chưa biết Nhơm (Al) sử dụng làm chất chuẩn N.N Khôi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 Kết nghiên cứu 4.1 Đặc điểm thạch học a Mẫu corindon có riềm spinel từ mỏ quặng gốc Tại điểm Kinh La corindon phát triển đá gneis migmatit hóa thành phần silimanit + biotit + plagioclas + felspat K + ilmenit ± granat ± hercynit ± magnetit Các tinh thể corindon thường bị bao loại spinel giàu thành phần hercynit (Hình 2, 6) có khơng có dấu hiệu bị gặm mịn Nhân corindon có mầu xám đến xám tối, riềm spinel bao quanh lại có mầu xám tối đến đen Độ dày nhân corindon dao động từ 10 đến 30 mm, riềm spinel có chiều dày từ cỡ mm đến hàng chục mm Tổ hợp khoáng vật đặc trưng mẫu cục mẫu lát mỏng thạch học corindon + spinel (hercynit) + felspat K, plagioclas + biotit, vermiculit ± granat (Hình 2) Hình Corindon mầu xám bị bao riềm spinel mầu xẫm tối đá gneis bị migmatit hóa thành phần silimanit + biotit + felspat K, plagioclas + ilmenit ± granat ± hercynit ± magnetit Mẫu a-H7005, điểm Kinh La Pl - plagioclas, Kfs - felspat K, Bt - biotit, Crn - corindon, Spl - spinel Dưới kính hiển vi thạch học quan sát rõ tượng song tinh dạng hệ thống khe nứt nhân corindon Các bao thể thường gặp corindon ilmenit, magnetit, zircon apatit Cịn riềm spinel kính hiển vi truyền qua có mầu lục đến lục xẫm, đục gặp dạng tinh thể tha hình thô Các bao thể thường gặp riềm spinel biotit felspat K 35 K Nghiên cứu thạch học xác định số khoáng vật khác mẫu nghiên cứu silimanit, granat thạch anh b Corindon với riềm spinel từ mỏ sa khống Hình số loại mẫu corindon khác có riềm spinel bao quanh thu thập từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu [17] Mầu sắc nhân corindon đa dạng nhiều so với mẫu từ mỏ nguyên sinh, thay đổi từ mầu trắng, xám đến hồng, đỏ phớt hồng đỏ sẫm Hình dạng nhân corindon hầu hết từ khơng đến nửa mài trịn, có ranh giới rõ ràng với riềm spinel thay đổi đột ngột mầu sắc chúng Dấu hiệu gặm mịn rõ Kích thước nhân corindon dao động từ vài mm đến hàng trăm mm, chúng bị rạn nứt mức độ khác Cịn riềm spinel thường có mầu xám đến vàng, nâu, hồng đến đỏ phớt hồng, với chiều dày thay đổi từ vài mm đến hàng chục mm Riềm spinel có cấu tạo kiểu “hàng rào” (palisade) cấu tạo ngoại biến tinh (xenoblastic) Nhìn chung, phân biệt kiểu mẫu corindon có riềm spinel bao quanh từ mỏ sa khoáng [17] dựa đặc điểm nhân corindon, riềm spinel bao thể chứa chúng (xem Hình 4): Kiểu I: Tinh thể ruby bao riềm spinel Mg dày không chứa bao thể (Hình 3I 4a, b); Kiểu II: Tinh thể saphir bao riềm spinel mỏng cấu tạo kiểu “hàng rào” (Hình 3II, 4c, d); Kiểu III: Tinh thể ruby/saphir hồng bao riềm spinel MgFe-Al sẫm mầu (Hình 3III 4e); Kiểu IV: Tinh thể saphir bao quanh spinel giàu hercynit (Hình 3IV 4f) Cả bốn kiểu mẫu trên, nói chung chứa bao thể Trong nhân corindon bao thể hydroxit Al, rutil, thường hay có mặt Trong mẫu kiểu I bao thể felspat giàu Ba plagioclas tìm thấy nhân corindon, cịn riềm spinel calcit dolomit (hình 4a, b) Riềm spinel mẫu kiểu II hồn tồn khơng chứa bao thể có vài bao thể nhỏ calcit dolomit Trong mẫu kiểu II xác định bao thể saphirin, F-pargasit F-phlogopit riềm spinel (Hình 4c) 36 N.N Khơi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 III II I Hercynit IV Spinel Spinel Ruby Ruby Spinel Saphir Saphir Hình Các kiểu mẫu corindon với riềm spinel bao quanh từ mỏ sa khoáng t j Trong riềm spinel mẫu kiểu III tìm thấy phlogopit chlorit (Hình 4e) Nhân corindon riềm spinel kiểu IV chứa nhiều bao thể ilmenit và, mức độ hơn, apatit, monazit zircon (Hình 4f) 4.2 Thành phần hóa học a Thành phần hóa học corindon với riềm spinel từ mỏ gốc nguyên sinh Thành phần nguyên tố nguyên tố vết nhân corindon mẫu lấy từ điểm Kinh La thể Bảng 1a-b Kết bảng cho thấy, nhân corindon mẫu lấy từ mỏ gốc có hàm lượng sắt cao (từ 5119 đến 5717 ppm) hàm lượng Ti Cr thấp (tương ứng từ 16 đến 81 55 đến 62 ppm) Các nguyên tố khác Ga, Mg V có mặt tất mẫu với hàm lượng thấp Việc phân tích đại diện thành phần hóa học riềm spinel (Bảng 2) số khoáng vật từ điểm quặng gốc Kinh La tiến hành để xác định khả xảy phản ứng thành tạo riềm spinel quanh nhân corindon Nhìn chung, khống vật gặp mẫu thu thập từ điểm quặng gốc Kinh La có hàm lượng Fe đặc biệt cao Spinel thuộc loại hercynit gần tinh khiết với hàm lượng V thấp không chứa Cr Granat gặp mẫu với hàm lượng 80 mol%, grosular pyrop 10 mol% loại, spesartin nhỏ mol% Biotit có thành phần annit gần tinh khiết với hàm lượng TiO2 tới 5% trọng lượng không phát F Cl Nền felspat thường có thành phần plagioclas với XAb 0,75 felspat K với hàm lượng albit khoảng 25 đến 30 %tl Magnetit ilmenit thường gặp dạng bao thể corindon, spinel granat, khoáng vật riêng rẽ đá b Thành phần hóa học corindon với riềm spinel từ mỏ sa khoáng Bảng 3a-b thể thành phần nhân corindon từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu Ở nhân corindon (các mẫu TLM2, TLM3, TLM5, TLM6, TLL5) có hàm lượng Cr2O3 tương đối thấp Hàm lượng TiO2 ngưỡng phát hiện, cịn hàm lượng FeO ngưỡng chút Nhân corindon mẫu TLM7 chứa khoảng 0.5 %tl FeO (theo kết EPMA) 2572 ppm Fe (theo kết ICP-MS) với hàm lượng Cr2O3 TiO2 thấp Thành phần riềm spinel trình bày Bảng Khác với mẫu từ điểm quặng gốc Kinh La, riềm spinel thuộc loại spinel AlMg tinh khiết với lượng FeO nhỏ (