Xuất phát từ mục tiêu cũng như nội dung nghiên cứu, học viên đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu cụ thể sau đây:
2.2.1. Nhóm phương pháp khảo sát địa chất, lấy mẫu
Học viên đã tiến hành khảo sát thực địa tại diện lộ của một số tổ hợp magma như: Tú Lệ, Ngòi Thia, Phu Sa Phìn, Yê Yên Sun… kết hợp lấy tổng cộng 64 mẫu
đá gốc. Các mẫu này được lấy với trọng lượng 0.5 kg tại những phần còn tươi, không bị biến đổi, mang tính đại diện cho cả phức hệ, sau đó mẫu được bảo quản trong các túi vải trước khi đem về gia công và phân tích. Số lượng mẫu tối thiểu là 15 mẫu/1 phức hệđểđảm bảo tính thống kê.
2.2.2. Các phương pháp phân tích
Phương pháp phân tích thạch học bằng kính hiển vi phân cực
Phương pháp nghiên cứu dưới kính hiển vi phân cực là phương pháp phân tích mẫu lát mỏng thạch học, được tiến hành dưới kính hiển vi phân cực dùng ánh sáng thấu quang, nhằm thu thập các thông tin cần thiết về các khoáng vật tạo đá, khoáng vật phụ cũng như các dạng kiến trúc, cấu tạo của đá, để gọi tên đúng các đá. Các đối tượng nghiên cứu chính trong đề tài là các đá thuộc phức hệ phun trào axit (phức hệ Tú Lệ, Ngòi Thia) cũng như dãy á núi lửa - xâm nhập Phu Sa Phìn, Yê Yên Sun. Phương pháp này được thực hiện tại Viện Địa chất – Viện Hàn Lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam
Phương pháp XRF (Huỳnh quang tia X)
Nguyên lý của phương pháp: Sử dụng nguồn phát tia X, kích thích các điện tử của mẫu, tạo ra sự phát xạ tia X thứ cấp, dựa vào việc ghi lại phổ phân tích được thành phần hóa học của vật rắn.
Với ưu điểm cho kết quả nhanh, dụng cụ và chuẩn bị mẫu đơn giản, cho kết quả chính xác trong phân tích định lượng ngay cả với những nguyên tố có hàm lượng thấp (giới hạn dò tìm cỡ ppm). Học viên đã sử dụng phương pháp XRF để
xác định thành phần các nguyên tố chính của một số phức hệ magma trũng Tú Lệ. Phương pháp phân tích này được thực hiện tại Viện Địa chất – Viện Hàn Lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam
Phương pháp phổ khối plasma (ICP-MS)
Phương pháp phổ khối plasma (Inductively couple plasma mass spectrometry - ICP-MS) dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao. Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng / điện tích (m/z) của chúng bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao, từđó phát hiện, khuyếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bịđiện tử kĩ thuật số.
Phương pháp phân tích có độ nhạy và độ chính xác cao, giới hạn phát hiện từ
hàm lượng cỡ ppb đến ppt đối với rất nhiều nguyên tố. Phương pháp ICP-MS được
ứng dụng tốt xác định các nguyên tố vết, đặc biệt là nhóm REE, nhóm Pt, Au và các nguyên tố Hf, Ta, Nb, Mo, W, Zr.. Trong luận văn học viên sử dụng phương pháp này để xác định thành phần các nguyên tố hiếm - vết, hàm lượng urani trong các phức hệ magma mà mình quan tâm. Các kết quả phân tích ICP-MS được thực hiện tại Viện Địa chất – Viện Hàn Lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam
2.2.3. Các phương pháp xử lý số liệu
- Các kết quả phân tích được xử lý bằng các phép toán thống kê, thông qua các phần mềm chuyên dụng (Statistica, exel) nhằm xác định hàm lượng trung bình, giá trị phông, dị thường của các nguyên tố trong các phức hệ magma
- Sử dụng công cụ GIS: để xây dựng các loại bản đồ, biểu đồ trên cơ sở các phần mềm: Mapinfo, Grapher...
Chương 3.
ĐẶC ĐIỂM THẠCH ĐỊA HÓA CỦA MỘT SỐ PHỨC HỆ MAGMA TRONG KHU VỰC TRŨNG TÚ LỆ
3.1. Đặc điểm thạch học
3.1.1. Tổ hợp các đá phun trào Tú Lệ - Ngòi Thia
Các đá thuộc các phức hệ Tú Lệ và Ngòi Thia có thành phần chính là ryolit, ryolit porphyr , trachyt porphyr, trachyt dạng felsit, trachyryolit porphyr, ryotrachyt porphyr
Đối với đá núi lửa axit phức hệ Tú Lệ chủ yếu bao gồm trachydacit, trachyrhyolite và rhyolite với kiến trúc porphyr. Ngoài ra còn gặp fenzit, comendit và pantelerit. Các ban tinh trong các đá kiểu này thường là thạch anh, feldspar kali,
đôi khi - plagioclas. Trong thành phần các đá núi lửa phức hệ Ngòi Thia, chủ yếu phát triển rhyolite với các tinh thể ban tinh thạch anh và feldspar kali. Nền đá thường có kiến trúc microfenzit hoặc có độ kết tinh tốt hơn một chút và trong trường hợp này, cùng với tập hợp hạt thạch anh-feldspar còn thấy phát triển rộng rãi biotit. Các đá á núi lửa chỉ khác đá núi lửa là có độ kết tinh tốt hơn; chúng đều đặc trưng cấu tạo dòng chảy rõ rệt và khác biệt với các biến loại bị biến dạng mạnh là trong số các tinh thể thuộc phần nền của đá có các tinh thể feldspar hoặc amphibol tự hình và có chiều dài định hướng theo dòng chảy của dung nham (ảnh 3.1-4)
Ryolit porphyr là loại đá phổ biến nhất trong trũng Tú Lệ, ảnh lát mỏng cho thấy đá tương đối tươi đến rất tươi, đá có màu xám trắng, phớt hồng, ban tinh có thể
nhận thấy bằng mắt thường. Thành phần ban tinh chủ yếu là (K)-feldspar và thạch anh chiếm đến 30% tổng thể tích đá. Ban tinh feldspar dao động từ 5 đến 25 %, tự
hình, kích thước đến 0,5 x 1 mm. Lượng thạch anh dao động từ vài hạt cho đến 15% (mẫu 120405-3), tinh thể bán tự hình xuất hiện dạng mảnh vỡ, méo mó, kích thước
đến 1 x 1 mm. Nền có kiến trúc dòng chảy, thành phần bao gồm các vi tinh thể
Ảnh 3.1. (+) Rhyolite không bị biến dạng phức hệ Ngòi Thia.
Ảnh 3.2 (+) Rhyolite phức hệ Tú Lệ hơi nén ép định hướng.
Ảnh 3.3. (+) Trachyrhyolite phức hệ Ngòi Thia phát triển khoáng vật màu amphibol hạt nhỏ phần nền.
Ảnh 3.4 (+) Rhyolite phức hệ Tú Lệ đá bị
nén ép định hướng biến đổi sericit hóa mạnh ở phần nền.
Ảnh 3.5. Ryolit phorphyr. Ban tinh K- feldspar dạng tấm kéo dài, trong nền gồm tập hợp khoáng vật thạch anh, K-feldspar, biotit, sericit. Khoáng vật đi kèm: sphen, khoáng vật thứ sinh: carbonat. Nền có kiến trúc dạng dòng chảy. Nicol (+), 80x
Ảnh 3.6. Ryolit phorphyr. Ban tinh thạch anh dạng tự hình và dạng mảnh vỡ, ít hạt K- feldspar. Nền gồm tập hợp khoáng vật thạch anh, K-feldspar, sericit, Nền có kiến trúc dạng dòng chảy. Nhìn chung đá có dạng ruf hoặc tuf lava. Nicol (+), 80x
Trachyt porphyr là loại đá có khối lượng ít hơn ở phần tây nam trũng Tú Lệ ở phần đông bắc chúng xen kẽ với rhyolite, màu xám trắng phớt hồng nghèo ban tinh hơn so với ryolit porphyr, chủ yếu là (K-) feldspar dao động từ 5 cho đến 15%. Feldspar có kích thước đến 1 x 1,8 mm. Nền chủ yếu có kiến trúc dòng chảy, bao gồm tổ hợp các vi tinh như K-feldspar, mica (biotit?), và ít thạch anh. Một số
khoáng vật thứ sinh như thuộc nhóm carbonat được quan sát trong phần nền. (ảnh 3.7-8)
Ảnh 3.7. Trachyt phorphyr, ban tinh K- feldspar, nền vi tinh có kiến trúc dạng dòng chảy. Nicol (+), 80x
Ảnh 3.8. Trachyt phorphyr, ban tinh K- feldspar, nền vi tinh có kiến trúc dạng dòng chảy. Nicol (+), 80x
3.1.2. Phức hệ Phu Sa Phìn
Phức hệ này được cấu thành bởi syenit porphyr, granit felspat kiềm, granit granophyr, syenit kiềm, graosyenit kiềm, granosyenit porphyr, granit kiềm đặc trưng cho thể xâm nhập á núi lửa. (Ảnh 3. 9) [18]
Ảnh 3. 9. Đá granosienit porphyr bị cà nát. Nicol (bt - biotit, sc - sericit, q - thạch anh, fe – felspat),80x
- Syenit porphyr: Trên nền cơ sở nổi rõ ban tinh felspat kali - natri có kích thước khá lớn (1 - 1,5 cm) màu trắng hoặc xám phớt lục, xám tro. Thành phần khoáng vật trung bình gồm: felspat kali (50 - 90%), plagioclas là oligoclas (5 - 30%), thạch anh (5 - 10%), biotit (3 - 10%), horblend thường là loại kiềm - vôi (0 - 3%). Granosyenit porphyr: các ban tinh felspat kali có khi kéo dài 2 - 3cm, thạch anh nền cơ sở có kích thước hạt nhỏ. Khoáng vật đặc trưng: felspat kali (53 - 70%), plagioclas (10 - 22%), thạch anh (15 - 20%), biotit (5 - 8%), horblend lục (< 3%), hiếm khi gặp pyroxen.
- Granit felspat kiềm và granit granophyr: đá có kiến trúc dạng porphyr, thường phổ biến ở các thể nhỏ hoặc rìa các thân lớn, hoặc rìa tiếp xúc với các đá phun trào á núi lửa. Thành phần khoáng vật: felspat kali (40 - 70%), plagioclas (15 - 25%), thạch anh (20 - 33%), biotit (1 - 8%), amphibol (1 - 5%).
- Syenit kiềm và granosyenit kiềm: felspat kali (52 - 90%), plagioclas (0 - 20%), thạch anh vài hạt cho đến 4 - 20%, amphibol kiềm (2 - 10%), pyroxen kiềm
- 10%), hiếm gặp biotit (1 - 2%).
- Granit kiềm:đá màu xám sáng phớt hồng, xám sẫm, phớt lục, có kiến trúc hạt vừa đến thô, đôi khi bị cà nát, cấu tạo khối. Thành phần khoáng vật trung bình: felspat kali (34 - 60%), plagioclas (10 - 20%), thạch anh (20 - 28%), amphibol kiềm (1 - 16%), amphibol thường là horblend (0 - 5%), pyroxen kiềm (0 - 8%), biotit (0 - 3%).
Khoáng vật phụ magnetit, zircon, ziatolit, pyrit, chalcopyrit, apatit, fluorit. Biến đổi thứ sinh đặc trưng là albit hoá, thạch anh hoá, clorit hoá.
3.2.3. Phức hệ Yê Yên Sun
Phức hệ này có thành phần chủ yếu là granit biotit, ngoài ra còn có granit biotit – amphibol với thành phần chuyển tiếp là syenit, granosyenit biotit.
Granosyenit porphyr (Ảnh 3. 10), syenit và granosyenyt biotit có amphibol:
có quan hệ chuyển tiếp với granit amphibol, chúng có diện phân bố hẹp, thường ở
rìa khối, có hạt vừa đến nhỏ màu xám, xám sẫm đôi khi có màu xám sáng, đôi khi có kiến trúc porphyr yếu với ban tinh là felspat kali. Thành phần khoáng vật: felspat kali (26 - 94%), plagioplas (> 49%), thạch anh (14 - 21%), amphibol (6 - 16%). Biotit khá phổ biến trong đá (1 - 6%)... Khoáng vật phụ thường gặp sphen, orthit, apatit, zircon và các khoáng vật quặng magnetit, ilmenit. [18]
Granit biotit - amphibol khá phổ biến trong khối Yê Yên Sun. Đá hơi sẫm màu hoặc xám sáng, hạt vừa nhỏ, cấu tạo khối, đôi nơi bị ép có cấu tạo định hướng yếu. Khoáng vật đặc trưng: felspat kali (25 - 52%), plagioplas (21 - 35%), thạch anh (24 - 30%), amphibol (4 - 7%) thường cộng sinh chặt chẽ cùng biotit (1 - 3%)... Khoáng vật phụ là magnetit.
Granit biotit là loại đá phổ biến nhất của phức hệ có độ hạt vừa phải. Thành phần khoáng vật đặc trưng: felspat kali (30 - 48%), plagioplas (19 - 36%), thạch anh (21 - 28%), biotit (3 - 10%)... Đá cấu tạo khối đôi khi bị ép dải.
3.2. Đặc điểm địa hóa
3.2.1. Thành phần nguyên tố chính
Thành phần các nguyên tố chính của một số phức hệ magma axit vùng trũng Tú Lệđược thể hiện trong Bảng 3.1.
Các số liệu cho thấy các đá phun trào kiểu Tú lệ và Ngòi thia có hàm lượng oxit silic (SiO2) dao động trong khoảng từ 62,2% đến 79,6% tương ứng với tổng oxit kiềm (Na2O + K2O) từ 2.31% đến 13.3 %, và tỷ lệ K2O/Na2O trong khoảng (1,01 - 3,80). Trên biểu đồ Na2O+K2O-SiO2 (hình 3.1 ) cho thấy đa số các mẫu đá phun trào kiểu Tú lệ và kiểu Ngòi thia đều rơi vào trường Ryolit, một số mẫu khác nằm trong trường trachyt.
Bảng 3.1. Đặc điểm thành phần nguyên tố chính (%tl) của các phức hệ magma axit vùng trũng Tú Lệ
Thành phần Phức hệ Tú Lệ Phức hệ Ngòi Thia Phức hệ Phu Sa Phìn Phức hệ Yê Yên Sun
Min Max TB Min Max TB Min Max TB Min Max TB
SiO2 62,24 79,63 71,76 70,09 76,39 73,30 57,00 76,10 70,15 70,02 79,02 76,08 TiO2 0,07 1,89 0,59 0,22 1,20 0,48 0,13 1,72 0,80 0,01 0,72 0,27 Al2O3 9,64 16,20 12,66 9,18 13,68 11,71 9,28 17,37 13,62 9,44 13,23 11,19 Fe2O3 0,17 5,02 2,05 0,53 3,88 2,28 1,27 4,27 2,73 0,01 4,05 1,89 FeO 0,19 5,02 2,19 0,11 2,89 1,47 0,43 6,73 1,80 0,79 2,90 1,52 MnO 0,01 0,33 0,09 0,04 0,66 0,13 0,01 0,24 0,07 0 0,17 0,07 MgO 0,09 1,05 0,42 0,01 2,07 0,62 0,10 1,91 0,68 0,05 1,00 0,28 CaO 0,13 2,72 0,62 0,13 1,40 0,62 0,14 3,78 0,98 0,23 2,89 0,72 Na2O 0,16 5,06 3,36 0,34 5,87 3,46 2,10 4,33 3,32 0,36 7,43 4,01 K2O 2,15 8,24 4,77 3,38 5,73 4,72 2,30 4,96 4,11 1,5 5,52 3,53 P2O5 0,00 0,38 0,08 0,01 0,88 0,15 0,01 6,73 0,46 0,01 0,21 0,04 Tổng 92,79 101,48 99,86 99,26 101,86 100,28 95,33 104,17 98,37 98,93 100,18 99,61 K2O/Na2O 0,62 31,56 1,42 0,77 16,21 1,36 0,53 1,92 1,24 0,20 15,33 0,88 Na2O+K2O 5,21 12,46 8,13 4,62 10,64 8,19 5,94 8,46 7,43 5,88 8,93 7,54 ASI 0,84 1,82 1,07 0,53 2,02 0,98 0,88 1,84 1,16 0.78 1.1 1.01 AI 0,49 0,98 0,84 0,41 1,60 0,92 0,45 1,04 0,73 0,57 1,25 0,93 A/NK 1,02 2,04 1,19 0,63 2,45 1,08 0,96 2,24 1,37 0,80 1,76 1,07 FeO*/MgO 3,79 64,51 9,52 1,84 280,20 5,71 1,13 54,38 6,26 4,14 83,25 11,39
Đối với các đá xâm nhập thuộc phức hệ Phu Sa Phìn, có lượng oxit silic (SiO2) dao động trong khoảng từ 57.00% đến 76.1%, tương ứng với tổng oxit kiềm (Na2O + K2O) từ 4.4% đến 9.29%. Trên biểu đồ Na2O+K2O-SiO2 (hình 3.1) cho thấy hầu hết chúng thuộc trường granit và granit kiềm. Hàm lượng Al2O3 dao động trong khoảng từ 9.28-17.37%, oxit sắt Fe2O3 (1.27-4.27%), khá thấp MnO (0.01- 0.24%), TiO2 (0.13-1.72%), MgO (0.1-1.94%). Trên biểu đồ harker (hình 3.2) cho thấy, về cơ bản hàm lượng của các nguyên tố này có tương quan nghịch với hàm lượng SiO2 (các nguyên tố này giảm theo chiều tăng hàm lượng SiO2).
Còn các đá thuộc phức hệ Yê Yên Sun, qua biểu đồ phân loại Na2O+K2O- SiO2 (hình 3.1) cho thấy chúng đều thuộc trường granit và một số mẫu rơi vào trường granit kiềm với hàm lượng SiO2 dao động trong khoảng 70-79%. Xem xét tương quan giữa hàm lượng các oxit tạo đá (Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO) với hàm lượng oxit silic (SiO2) trên biểu đồ dạng Harker (hình 3.2 ) cũng cho thấy mối tương quan nghịch khá rõ.
Các biểu đồ đặc trưng của các đá magma axit vùng trũng Tú Lệ (Hình 3.3, 3.4) cho thấy các phức hệđá magma axit này hầu hết rơi vào các trường á kiềm, cao kali. Tổng kiềm dao động trong khoảng từ 5,2-12.5% với hàm lượng K2O thường trội hơn Na2O. Chỉ có phức hệ Yê Yên Sun có đa số mẫu rơi vào trường K trung bình.
Hình.3.2. Biểu đồ tương quan giữa các oxit tạo đá và SiO2 trong một số phức hệ
Hình .3.3. Biểu đồ K2O-SiO2 [25] với các
đường phân chia các trường cao kali, kali trung bình và thấp kali
Hình .3.4. Biểu đồ (Na2O+K2O) – SiO2 (TAS) [27]
3.2.2. Thành phần nguyên tố vết
Hàm lượng các nguyên tố hiếm – vết của một số phức hệ magma axit vùng trũng Tú Lệđược thể hiện trong Bảng 3.2 . Biểu đồ phân bố hàm lượng các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa theo chondrit và biểu đồđa nguyên tố chuẩn hóa theo manti nguyên thủy của các phức hệ magma này được thể hiện trên hình 3.5, 3.6.
Bảng.3.2. Hàm lượng các nguyên tố hiếm-vết (ppm) của một số phức hệ magma axit khu vực trũng Tú Lệ
Phức hệ Tú Lệ Ngòi Thia Phu Sa Phìn Yê Yên Sun
Số mẫu 39 30 28 15
Ntố Min Max TB Min Max TB Min Max TB Min Max TB
Rb 11.31 792.61 68.99 5.51 171.82 42.77 4.22 139.16 30.18 5.71 63.12 19.22 Ba 11.08 13168.20 88.89 7.60 1000.45 47.12 6.92 662.33 41.28 13.74 952.38 49.90 Sr 1.39 197.13 7.37 0.83 31.54 6.50 1.09 17.74 3.30 2.31 91.91 12.66 Zr 2.34 235.78 28.90 7.51 195.09 31.27 8.79 154.20 25.33 3.04 15.13 6.79 Hf 0.05 27.58 0.46 0.09 21.5 0.45 0.00 1.71 0.45 0.08 70.43 0.27 Ta 0.03 100.44 11.99 0.16 219.97 13.41 7.79 42.32 16.26 0.04 56.43 7.54 Nb 29.48 1770.60 276.78 39.32 1033.38 268.52 189.13 884.03 324.80 87.52 613.66 241.24 Th 1.93 865.91 14.12 1.54 103.26 14.24 9.39 96.17 24.21 11.06 63.43 22.33 U 0.2 8.74 4.43 2.68 6 4.4 2.44 7.7 5.18 1.78 7.88 4.58 Ni 1.22 117.27 6.76 1.86 21.65 6.91 2.34 34.23 4.40 1.94 9.58 4.55 Co 0.39 42.05 1.90 0.23 12.23 1.54 0.56 4.18 1.24 0.41 19.33 1.22 La 6.37 629.03 63.42 4.05 339.78 52.52 26.34 720.14 72.24 2.05 216.48 52.71 Ce 11.40 516.07 101.35 8.38 306.05 85.91 52.96 341.16 103.28 4.25 361.10 95.35 Pr 2.29 153.88 20.34 2.18 125.36 17.38 7.39 200.60 21.91 0.55 53.79 15.41 Nd 9.29 610.19 76.60 9.53 450.04 64.74 26.66 705.51 77.27 2.22 202.48 57.63 Sm 1.94 95.63 14.58 2.18 82.97 12.95 5.12 123.09 14.75 0.57 27.82 9.84 Eu 0.16 6.90 1.47 0.20 6.67 1.00 0.17 4.87 0.93 0.06 4.27 0.78 Gd 1.69 94.72 12.34 1.81 50.27 11.08 4.49 96.27 13.29 0.55 21.70 8.12 Dy 1.29 73.46 9.15 1.16 42.89 8.79 4.86 70.02 12.66 0.82 18.98 7.29 Ho 0.22 12.34 1.47 0.17 6.96 1.40 0.78 12.66 2.34 0.15 4.12 1.28 Er 0.57 33.01 3.65 0.40 14.65 3.35 1.48 36.79 6.33 0.51 11.84 3.78