Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.2. Tính chuyên hóa địa hóa
Trạng thái tồn tại hiện nay của các nguyên tố trong vỏ Trái Đất được xem là giai đoạn tạm thời của quá trình phân bố lại của chúng đang diễn ra lâu dài và liên tục thông qua quá trình vận động vật chất. Kết quả của sự di chuyển, vận động vật chất đã dẫn đến sự trộn lẫn các nguyên tố hóa học trong không gian, làm thay đổi hàm lượng của chúng trong những bồn chứa cụ thể. Nói cách khác, quá trình vận
động của vật chất chính là nguyên nhân của sự phân bố lại các nguyên tố hóa học (các đồng vị) trong không gian, theo thời gian tạo nên sự khác biệt về mặt thành phần định lượng ở những phần khác nhau của địa quyển, dẫn tới hai dạng phân bố
chủ yếu của các nguyên tố là phân tán và tập trung. Phân tán địa hóa là dạng phân bố của các nguyên tố trong tự nhiên mà hàm lượng của nó không vượt quá trị số
hàm lượng trung bình của vỏ Trái Đất, đây là dạng phân bố phổ biến thường gặp. Tập trung địa hóa là dạng phân bố của các nguyên tố trong các khu vực nhất định thuộc phạm vi Trái Đất, ngược lại với phân tán, mà hàm lượng của nó có xu thế
vượt quá hàm lượng trung bình của vỏ Trái Đất, tạo nên các dị thường và có thể dẫn tới hình thành các mỏ khoáng sản.
Như vậy, hệ quả của quá trình phân bố lại các nguyên tố là tạo ra sự khác biệt về thành phần hóa học trong địa quyển biểu thị ở các trường địa hóa khác biệt về hàm lượng các nguyên tố, tạo ra các trường địa hóa bình thường và dị thường.
Trường địa hóa bình thường là phần địa quyển có hàm lượng các nguyên tố
hóa học gần với hàm lượng nền trung bình của chúng. Nền địa hóa phụ thuộc vào thành phần thạch học của các đá trong vùng nghiên cứu và do đó có thể thay đổi theo từng khu vực. Trường địa hóa dị thường được phân biệt bởi hàm lượng các nguyên tố cao hơn (hoặc thấp hơn) so với hàm lượng nền hay hàm lượng trung bình; trong các trường này có xuất hiện các dị thường. Nói cách khác, dị thường địa
hóa là một phần của trường địa hóa, trong đó hàm lượng các nguyên tố cao hơn (hoặc thấp hơn) so với nền địa hóa. Như vậy, theo quan điểm địa hóa thì mỏ khoáng sản hay thân quặng chính là dị thường địa hóa đặc biệt có hàm lượng đạt và vượt quá ngưỡng giá trị hàm lượng kinh tế - công nghiệp tại thời điểm đánh giá.
Nền tảng của định luật phân tán và di chuyển các nguyên tố do F. Clarke và V. I. Vernatski (1924) [31] khởi xướng: "Mỗi hạt bụi, mỗi hạt nước được coi như
một vũ trụ thu nhỏ, chúng phản ánh thành phần của vũ trụ". Nói cách khác là có thể
phát hiện tất cả các nguyên tố trong bảng tuàn hoàn nếu các phương pháp phân tích
đủ nhạy. Định luật này các nhà nghiên cứu phát triển lên và gắn cho nó ý nghĩa thiết thực hơn.
Solovov A. P (1985)[30] phát biểu như sau: "Tại mỗi điểm của trường địa hóa có hàm lượng của các nguyên tố lớn hơn 0, tức là Cx = f(x, y, z) > 0 đều phụ
thuộc vào vị trí không gian và thay đổi theo thời gian". Trong đại đa số các điểm của trường địa hóa, hàm lượng các nguyên tố quặng gần với hàm lượng trung bình (Ck), trường hợp hàm lượng vượt khỏi mức này thường hiếm gặp hơn nhiều.
N. I. Safronov (1978)[31] đã khẳng định rằng bảng hàm lượng trung bình theo địa quyển chứng minh sự tồn tại đồng thời của tất cả các nguyên tố của hệ
thống tuần hoàn trong tự nhiên, tức là chúng có những đặc điểm địa hóa nằm trong khuôn khổ của định luật cơ bản do Clarke và Vernatski đề xướng.
Định luật chỉ ra sự phân tán tổng thể của các nguyên tố hóa học nhưng không
đề cập đến tính không đồng đều của các quá trình phân tán. Hiện có các số liệu về đặc tính các trường địa hóa toàn cầu, khu vực và địa phương thuộc các kiểu nội ngoại sinh. Những số liệu này cho phép giả định về sự không đồng nhất nguyên sinh của các quá trình phân tán các nguyên tố trong các địa quyển nói chung và trong các đới sâu nói riêng. Chính sự phân tán không đồng đều nguyên sinh có thể
tạo nên các nguyên tố riêng biệt hoặc tổ hợp của chúng trong quá trình di chuyển. Sự di chuyển của các nguyên tố trong quá trình khác nhau dẫn tới các trường
Mendeleev phản ánh qui luật phân tán và tập trung các nguyên tố hóa học: các nguyên tố có hàm lượng trung bình cao ở phần trên còn các nguyên tố có hàm lượng trung bình thấp ở phần dưới bảng tuần hoàn.
Sự phân dị của trường địa hóa hoàn toàn có liên quan tới ranh giới các thể địa chất. Tính biệt lập về thành phần hóa học đối với các thể địa chất sơ đẳng thể
hiện rất rõ ràng, chẳng hạn như các khoáng vật là các hợp chất hóa học tự nhiên hoàn toàn khác biệt với các khoáng vật khác, chúng có thể tạo nên các thể địa chất với mức độ phức tạp hơn, đó là các tổ hợp có quy luật của các khoáng vật. Từđó có thể thấy rằng các thểđịa chất tự nhiên có ý nghĩa quyết định đối với sự phân dị các trường địa hóa. Mỗi thể địa chất tồn tại trong tự nhiên ứng với một khu vực nhất
định của một trường địa hóa, khu vực này khác biệt với các khu vực khác (các thể địa chất cùng mức tương ứng) bởi tập hợp các dấu hiệu, trong đó dấu hiệu về thành phần hóa học giữ vị trí chủđạo.
Sự phân dị của trường địa hóa tương ứng với các ranh giới địa chất đã phản
ảnh tính chất đa dạng của điều kiện thành tạo trong các phần khác nhau của địa quyển. Rõ ràng là tính cá biệt về thành phần hóa học của một loại đá được xác định theo hàm lượng của các nguyên tố cấu thành. Đối với một số loại đá thì các nguyên tố vết hay các nguyên tố đi kèm chỉ tồn tại dưới dạng phân tán phi khoáng vật có liên quan tới sự phân bố không đồng điệu của các nguyên tố chính. Quy luật phân bốđịnh lượng các nguyên tố vết và các nguyên tố chủ đạo trong các đá là một lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu của địa hóa học, bởi lẽ các trường địa hóa của thạch quyển liên quan tới các đá khác nhau. Các đá này chính là các tác nhân tập trung một số các nguyên tố riêng biệt và từ đó hình thành khái niệm về chuyên hóa địa hóa (Geochemical specialization).
Như vậy, chuyên hóa địa hóa là thuộc tính đặc hữu của các thành tạo địa chất (các đá) có khả năng tập trung các nguyên tố (hoặc nhóm các nguyên tố) nhất định với hàm lượng cao hơn mức hàm lượng trung bình của vỏ Trái Đất do kết quả của các quá trình địa chất. Hay cách nói khác, tính chuyên hóa địa hóa của một thành
tạo địa chất chính là những nét đặc thù về mặt địa hóa của các thành tạo địa chất đó,
được đặc trưng bởi hàm lượng tăng cao so với giá trị trung bình trong vỏ trái đất của các nguyên tố, tổ hợp đi kèm của các nguyên tố cũng như mối tương quan giữa hàm lượng các nguyên tố với nhau Như vậy, đánh giá tính chuyên hóa địa hóa nhất thiết phải tính đến các đặc điểm tập trung và phân tán của các nguyên tố hóa học trong các loại đá nhất định. Có thể các loại đá là tác nhân tập trung của một số nguyên tố
tách ra khỏi nền chung của trường địa hóa với dị thường địa hóa rõ rệt.
Tính chuyên hóa địa hóa được đánh giá theo mức độ tập trung các nguyên tố
thông qua cách tính toán hệ số tập trung theo công thức sau [15]: Ktt=Cđ/Ctq trong đó: - Cđ: là hàm lượng trung bình các nguyên tô trong đá.
- Ctq: Là hàm lượng trung bình của các nguyên tố trong thạch quyển. Giá trị này được công bố trong nhiều nguyên cứu khác nhau, trong luận văn này học viên tham khảo theo kết quả của Taylor and McLennan (1995)[21]
Khi đó:
Ktt < 1,5 - không có tính chuyên hóa địa hóa Ktt > 1,5 - có tính chuyên hoá địa hóa
Ktt = 10 - 50 - có chuyên hóa khoáng vật phụ
Ktt = 50 - 100 - có chuyên hóa sinh khoáng
Trong đó chuyên hóa khoáng vật phụ và chuyên hóa sinh khoáng là hai loại chuyên hóa rất có ý nghĩa trong tìm kiếm khoáng sản.
+ Chuyên hóa khoáng vật phụ là chuyên hóa mà trong đó hàm lượng tăng cao đến mức có thể thành tạo các khoáng vật phụ trong những điều kiện thuận lợi.
+ Chuyên hóa sinh khoáng là chuyên hóa địa hóa có hàm lượng các nguyên tố quặng trong magma cao đến mức có thể tạo thành mỏ khoáng sản ở điều kiện thuận lợi
Ta xét một số ví dụ về các nguyên tố hóa học và các đá tập trung chúng để
nhận biết hàm lượng trung bình tập trung nhằm luận giải và đánh giá các trường địa hóa và các dị thường có liên quan tới các mỏ khoáng sản.
- Magnesi: hàm lượng trung bình trong thạch quyển lục địa (không kể trầm tích) là 2,4%, hàm lượng trung bình trong granit là 0,33%, trong hyperbasit là 20,3%. Hàm lượng trung bình trong granit là: 0,33/2,4 = 0,1 (phân tán) và trong hyperbasit là 20,5/2,4 = 8,1 (tập trung). Như vậy, magnesi tập trung đạt hàm lượng cao trong các đá siêu mafic, trong đó có những mạch nagnezit nội sinh xuất hiện trong giai đoạn cuối của quá trình magma và các vỉa magnezit ngoại sinh thành tạo trong quá trình thành tạo vỏ phong hóa.
- Nikel có các hàm lượng trung bình như sau: trong thạch quyển 9,5.10-3%, trong granit 0,45.10-3%, hyperbasit 200.10-3%. Hàm lượng trung bình tập trung trong granit là 0,05 (phân tán), trong hyperbasit là 21 (tập trung). Nếu như trong granit có những biểu hiện dị thường của nikel thì chúng có liên quan tới quá trình phủ chồng lên granit hoặc liên quan tới xenolit của đá granit - những tàn tích của lớp phủ khối xâm nhập granit. Ngay cả trong những thể hyperbasit thì các dị thường
địa hóa của nikel thường gặp và có thể tạo nên những vùng có triển vọng phát hiện các biểu hiện quặng và các mỏ.
- Berili có hàm lượng trung bình trong thạch quyển là 1,5.10-4%, trong granit là 3,5.10-4%, trong đá siêu mafic là 0,1 (phân tán). Như vậy nếu các dị
thường địa hóa của beril phát hiện thấy trong các thểđá xâm nhập granit thì rõ ràng chúng liên quan tới một trong các pha xâm nhập granit hoặc với quá trình hậu magma (như greisen hóa...). Sự có mặt của dị thường berili trong các đá siêu mafic là hoàn toàn ngược lại. Vậy khi đó ta phải tìm bằng được mối liên quan của những
dị thường này với các thể granit (nhiều vùng mỏ berili trên thế giới đã gặp trường hợp này).
- Vàng là một trong những nguyên tố rất khó định hướng quá trình tập trung trong một loại đá nhất định nào đó, song cũng có thể phát hiện được xu thế tập trung của nó một cách tổng thể. Hàm lượng trung bình trong thạch quyển là 1,7; trong các loại đá khác nhau như granit: 0,8; granodiorit: 1,2; diorit: 2,8; trong các
đá mafic: 2,6 và siêu mafic: 6,0. Rõ ràng là có sự tăng trưởng về hàm lượng trung bình trong các đá từ các đá acid đến các đá mafic. Trong khi đó hàm lượng trung bình của các đá gần như nhau, bởi vậy sự xuất hiện vàng trong các trường địa hóa có thể giải thích bằng sự chồng chất các quá trình hậu magma gắn liền với các magma đá trung tính và mafic. Điều này được khẳng định qua nhiều số liệu từ các mỏ vàng có liên quan nguồn gốc với các đá xâm nhập nhỏ có độ mafic cao.
Cho đến nay, chuyên hóa địa hóa được phát triển rộng rãi không chỉ đối với các đá mà còn đối với các loại đất và nước dưới đất và nước mặt nữa. Chuyên hóa
địa hóa không chỉ được xác lập nhằm mục đích tìm kiếm và dự báo các khoáng sản mà còn phục vụ cho các mục đích môi trường sinh thái.[22, 23, 24, 26]
Như trên đã trình bày, urani là nguyên tố litophil, hàm lượng của chúng trong các đá magma felsic (đặc biệt là trong granitoid) cao hơn hẳn các loại đá khác, từđó có thể cho rằng các thành tạo granitoid là nguồn chủ yếu của urani. Do vậy đối tượng chính của luận văn là các đá granitoid trong khu vực trũng Tú Lệ, các nghiên cứu chi tiết sẽđược trình bày trong các phần tiếp theo của luận văn.