Điều kiện thành tạo của corindon được xác định bằng phương pháp phân tích tổ hợp khống vật cộng sinh và sử dụng các cặp nhiệt, áp kế địa chất. Các thông số T, P thành tạo của corindon trong đá gneis khu vực Tân Hương-Trúc Lâu được xác định chủ yếu dựa vào các cặp nhiệt-áp kế địa chất có trong tổ hợp cộng sinh khống vật trong đá là granat-biotit và plagioclas-K/feldspar.
Pick nhiệt độ biến chất được tính tốn dựa vào cặp khống vật granat - biotit là 724˚C (Perchuk et. al,1985) và 769˚C (Thompson. H, 1976); còn dựa vào cặp K- feldspard-plagiocla là 650˚C (Perchuk et. al,1989).
Áp suất thành tạo của corindon trong đá gneis được sử dụng phần mềm áp kế địa chất GPAQ (granat, plagioclas, alumosilicat, andalusit, silimanit, kyanit, thạch anh) cho giá trị áp suất P trong khoảng 5,9-7,6 Kbar dựa vào cặp granat-biotit
(Koziol, A.M. & Newton, R.C., 1989) và khoảng 5,2-6,7 Kbar dựa vào cặp plagioclas-K/feldspar (Koziol, A.M. & Newton, R.C., 1988).
Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất nêu trên, các khống vật corindon (saphir), silimanit, K/feldspar có thể được thành tạo theo phản các ứng sau:
Ms + Qtz = Sil + Kfs + H2O (1) Ms = Crn + Kfs + H2O (2)
Như vậy, có thể thấy trong điều kiện nêu trên, các khoáng vật thạch anh và muscovit khơng cùng tồn tại. Tại đó chúng kết hợp với nhau để tạo thành tổ hợp cộng sinh khoáng vật K/feldspar, silimanit đồng thời giải phóng nước (phản ứng số 1) hoặc muscovit bị phá hủy tạo thành các khoáng vật corindon, K/feldspar và nước (phản ứng số 2).
Các kết quả phân tích lát mỏng thạch học các đá gneis chứa saphir trong vùng nghiên cứu cho thấy, muscovit và thạch anh hầu như vắng mặt hoàn toàn trong hầu hết các mẫu. Điều này có nghĩa rằng phản ứng 1 đã kết thúc và có thể cho rằng các đá gneis chứa corindon trong vùng nghiên cứu đã bị biến chất gần như vượt qua giới hạn tồn tại của các khoáng vật muscovit và thạch anh. Tuy nhiên, theo một vài kết quả phân tích thạch học thì có gặp thạch anh xuất hiện đồng thời cùng corindon (saphir), nhưng chúng không tiếp xúc trực tiếp với nhau. Trong các trường hợp đó, thạch anh thường phân bố dọc theo các khe nứt của các khoáng vật khác trong đá. Như vậy, có thể cho rằng thạch anh và corindon (saphir) trong các đá gneis có thể được thành tạo không cùng một điều kiện.
Như đã trình bày ở trên, các đá gneis chứa corindon trong khu vực Tân Hương-Trúc Lâu có nguồn gốc biến chất từ các đá sét trong điều kiện biến chất T, P cao. Trong tổ hợp khoáng vật của các đá gneis chứa saphir có sự tồn tại cặp khống vật silimanit-K/feldspar, do đó có thể cho rằng chúng được thành tạo trong điều kiện biến chất tướng granulit (bảng 4.8) (Thompson và Norton, 1968).
Bảng 4.8. Sự tương ứng giữa các đới biến chất (của đá sét) và các tướng biến chất (của đá mafic), theo Thompson và Norton (1968)
TT Đới biến chất của đá sét Tướng biến chất của đá mafic
1 Đới biotit Tướng đá phiến xanh
2 Đới granat
Tướng đá phiến lục 3 Đới staurolit
4 Đới staurolit / kyanit
Tướng amphibolit 5 Đới Silimanit
Từ những trình bày ở trên, có thể cho rằng ruby, saphir trong các đá gneis ở khu vực Tân Hương-Trúc Lâu được thành tạo trong điều kiện T= 650-769°C, P = 5,2-7,6 Kbar.
4.3.5. Tuổi khống hóa
Kết quả định tuổi tuyệt đối của biotit trong các đá chứa và không chứa ruby, saphir ở khu vực Tân Hương-Trúc Lâu thể hiện trong bảng 4.9, theo đó tuổi của các đá pegmatoid (migmatit) ở Kinh la là 24,06 ± 0,54 triệu năm, ở Bản Pậu là từ 22,92 ± 0,54 đến 23,37 ± 0,54, của granit thuộc phức hệ Tân Hương 24,5±0,56 triệu năm.
Bảng 4.9. Kết quả phân tích tuổi tuyệt đối của biotit trong các đá chứa và không chứa ruby, saphir ở khu vực Tân Hương-Trúc Lâu
TT Số hiệu mẫu Khống vật Đá gốc Vị trí mẫu Tuổi (triệu năm) 1 SH7005 Biotit Pegmatoid chứa corindon (migmatit) Kinh La, Tân Hương 24,06 ± 0,54 2 SH5046/07 Bản Pậu, Trúc Lâu 22,92 ± 0,54 3 SH5046/10 23,37 ± 0,54 4 SH12 Granit phức hệ Tân Hương Mỏ đá quý Tân Hương 24,52 ± 0,56
(Phân tích bằng phương pháp K/Ar tại Trường Đại học Tổng hợp Okayama, Nhật Bản; Theo Nguyễn Văn Nam, 2012)
Các kết quả này tương tự với giá trị tuổi 25±0,3 triệu năm, phân tích tuổi zircon theo phương pháp U-Pb trong granit không biến dạng ở đới Sông Hồng (R. Anczkiewicz và G. Viola, 2003).
Nhiều nghiên cứu về tuổi trên các khoáng vật khác nhau trong các đá gneis đã cho hàng loạt các kết quả như sau:
- Tuổi của zircon hai thế hệ cho các giá trị 29-42 triệu năm và 800-900 triệu năm (phân tích bằng phương pháp U/Pb, thiết bị SRHIMP-Sensitive High Resolution Ion MicroProbe (Trần Ngọc Nam, 2006));
- Tuổi của đơn tinh thể zircon và monazit phân tích bằng phương pháp U/Pb cho giá trị 30,6-42,2 triệu năm (P.H. Leloup và nnk, 1995);
- Tuổi của đơn tinh thể zircon cho giá trị 835±45 và 30±11 triệu năm (phương pháp phân tích U-Pb bằng thiết bị TIMS-Thermal Ion Mass Spectrometer
- Các kết quả xác định tuổi bằng phương pháp U/Pb trên thiết bị TIMS mới đây trên đơn khoáng zircon trong đá gneis chứa saphir trong khu vực Tân Hương- Trúc Lâu đã cho các giá trị 145-158 triệu năm, 78-88 triệu năm và 31- 44 triệu năm. - Kết quả phân tích tuổi đồng vị K/Ar trên biotit cộng sinh với corindon cho tuổi 22.92±0.54 tr. năm (Ngụy Tuyết Nhung và nnk, 2007), 24±4.4 đến 23.2±0.6
triệu năm (Virginie Garnier, 2008).
Từ các kết quả đã được nghiên cứu và công bố cho thấy: ruby, saphir trong đá gneis ở khu vực Tân Hương Trúc Lâu có tuổi thành tạo trong khoảng 22-25 triệu năm. Như vậy, vào giai đoạn Oligocen đến Miocen, do ảnh hưởng dịch trượt trái của đới đứt gãy Sông Hồng, các đá giàu Al, Fe, Ti thuộc hệ tầng Núi Voi vùng Trúc Lâu bị biến chất đạt đến phần thấp của tướng granulit. Kết quả của quá trình này là sự hình thành khống vật corindon với các đặc điểm đặc trưng: giàu Fe, màu xanh đen, lam xám loang lổ, chứa nhiều bao thể sẫm màu (biotit, magnetit, ilmenit).
Corindon được coi là đồng biến chất. Đá trầm tích ban đầu có thể có tuổi tiền Cambri hoặc trẻ hơn. Vào thời kỳ phong hóa hóa học diễn ra cực thịnh, các đá trầm tích lộ ra trên bề mặt có điều kiện thuận lợi hơn cả để tạo ra các mỏ sa khoáng liên quan (G.Viola and R.Anczkiewicz, 2009).
4.3.6. Cơ chế thành tạo ruby, saphir trong các đá gneis ở khu vực Tân Hương-Trúc Lâu Trúc Lâu
Trong khu vực Tân Hương-Trúc Lâu cũng như đới Sơng Hồng, q trình biến chất khu vực diễn ra trên diện tích rộng lớn, đã làm cho các đá trầm tích giàu nhơm và sắt trong khu vực nghiên cứu bị biến chất đạt đến ranh giới giữa phần cao của tướng amphibolit và phần thấp của tướng granulit, tạo nên các đá gneis. Trong q trình đó khống vật corindon trong đá gneis được hình thành từ các khống vật giàu nhôm theo các phản ứng sau:
2AlO(OH) (diaspor) →Al2O3 (corindon) + H2O (Perkins và nnk, 1979) (3) KAl2(AlSi3O10)(OH)2 (muscovit) → K(AlSi3O10) (orthoclas) +
Al2O3 (corindon) + H2O (4)
Sự thành tạo của corindon trong vùng nghiên cứu được hình thành qua hai phản ứng trên được chứng minh là đúng vì có sự tồn tại của K-feldspar và corindon trong cùng tổ hợp khoáng vật.
4.3.7. Về nguồn gốc thành tạo corindon trong đá gneis
Theo đa số các nhà nghiên cứu, các đá trầm tích biến chất chứa corindon khu vực nghiên cứu được cho rằng là đã hình thành trong q trình biến chất đẳng hóa các đá giầu nhơm, trong đó có các thành tạo bauxit hình thành trong điều kiện phong hóa nhiệt đới. Trong trường hợp này sẽ tạo thành corindon chất lượng ngọc thấp hoặc khơng có chất lượng ngọc.
Tuy nhiên, các quá trình siêu biến chất như migmatit và granit hóa đóng vai trị quan trọng trong sự hình thành loại corindon chất lượng ngọc (chủ yếu là ruby và saphir hồng) trong các mỏ này, nhất là khi có sự trao đổi biến chất tại tiếp xúc giữa các thành tạo migmatit và granit này với các đá bazơ xung quanh như đá carbonat, đá amphibolit,…
Chương 5. MỘT SỐ THUỘC TÍNH ĐẶC TRƯNG CỦA KIỂU MỎ CORINDON TRONG ĐÁ GNEIS (KIỂU MỎ TÂN HƯƠNG-TRÚC LÂU)
Ở VIỆT NAM
5.1. Về các kiểu mỏ ruby, saphir trên thế giới và ở Việt Nam
Ruby, saphir có thể được thành tạo trong những bối cảnh địa chất rất khác nhau, liên quan với nhiều kiểu nguồn gốc thành tạo như magma, pegmatit, biến chất, biến chất trao đổi, sa khoáng… Những quốc gia cung cấp nguồn ruby, saphir lớn trên thế giới là Myanmar, Sri Lanka, Thái Lan, Campuchia, Madagascar, Tanzania, Australia, Ấn Độ, Mỹ,...
Ruby, saphir trên lãnh thổ Việt Nam đã được phát hiện ở nhiều nơi, trong đó những mỏ lớn đã và đang được khai thác là Quỳ Châu, Lục Yên, Tân Hương, Trúc Lâu, Đăk Nơng, Di Linh,... Có thể nói Việt Nam là một trong số ít quốc gia trên thế giới có gần như đầy đủ các kiểu mỏ ruby, saphir. Đây là một tiền đề thuận lợi cho nghiên cứu sinh khoáng ruby, saphir, mở rộng tiềm năng đá quý, phục vụ hữu hiệu cơ sở tài nguyên để phát triển ngành công nghiệp đá quý và trang sức Việt Nam.
Trong lịch sử nghiên cứu đã có nhiều cách phân loại mỏ ruby, saphir như đã trình bày ở mục 3.1.1. Mỗi cách phân loại có những ưu và nhược điểm nhất định. Tùy từng trường hợp cụ thể, với những u cầu, mục đích khác nhau, người ta có thể sử dụng kiểu phân loại này hay kiểu phân loại khác.
Trong thực tế, phân loại mỏ dựa trên nguồn gốc thành tạo vẫn là kiểu phân loại hợp lý nhất. Tuy nhiên, đối với các mỏ ruby, saphir nguyên sinh thì việc này khơng hề dễ dàng vì khơng ít trường hợp mỏ được thành tạo bởi nhiều quá trình khác nhau (đa nguồn gốc), một q trình này có thể chồng lấn lên q trình khác. Hiện nay, đối với các mỏ ruby, saphir người ta hay sử dụng cách phân loại dựa theo đặc điểm đá chứa hoặc đá liên quan, theo đó chúng có thể được chia thành các kiểu sau đây :
o Kiểu mỏ trong đá hoa. o Kiểu mỏ trong các đá gneis.
o Kiểu mỏ trong các đá giống pegmatit. o Mỏ sa khoáng.
Một điều rất thú vị là trên lãnh thổ Việt Nam các mỏ và biểu hiện khống hóa thuộc hầu hết các kiểu trên đều đã được xác lập, trong khi trên thế giới không một quốc gia nào có được sự tập trung đầy đủ các kiểu mỏ này như ở nước ta. Trong số các kiểu mỏ nói trên những kiểu có giá trị cơng nghiệp chủ yếu đối với nước ta là :
o Kiểu mỏ trong đá hoa, đại diện điển hình là các mỏ Lục Yên và Quỳ
Châu.
o Kiểu mỏ trong đá gneis với các đại diện là mỏ Tân Hương và Trúc Lâu.
o Kiểu mỏ liên quan với basalt, gồm nhiều mỏ ở các tỉnh Lâm Đồng, Đăk
Nơng, Bình Thuận, trong đó điển hình mỏ là Đăk Tơn (Đăk Nông), Krong Năng (Đăk Lăk).
5.2. So sánh đặc điểm ba kiểu mỏ corindon chính ở Việt Nam
Ruby, saphir hình thành trong các kiểu mỏ khác nhau với điểu kiện địa kiến tạo hình thành khác nhau sẽ có các đặc điểm tinh thể-khống vật học, ngọc học và đặc trưng chất lượng khác nhau. Trên cơ sở các kết quả và tài liệu thu được trong quá trình nghiên cứu kiểu mỏ corindon trong đá gneis và tài liệu của nhiều tác giả trong và ngoài nước đi trước, tác giả đã tiến hành so sánh tất cả các đặc điểm địa chất, khoáng vật, nguồn gốc và điều kiện thành tạo và ngọc học của 3 kểu mỏ chính của Việt Nam (bảng 5.1 và 5.2). Đây là cơ sở để xác lập các thuộc tính đặc trưng của kiểu mỏ trong đá gneis (kiểu mỏ Tân Hương-Trúc Lâu) ở Việt Nam.
Bảng 5.1. So sánh các đặc điểm địa chất-khoáng sản của ba kiểu mỏ corindon chính ở Việt Nam
Đặc điểm Kiểu mỏ trong đá gneis (Kiểu Tân Hương-Trúc Lâu)
Kiểu mỏ trong đá hoa (Kiểu Lục Yên-Quỳ Châu)
Kiểu mỏ liên quan với basalt (Kiểu Đăk Tôn) Tên gọi
khác
Kiểu mỏ đá phiến và paragneis chứa corindon; Kiểu mỏ corindon trong metapelit và metabauxit.
Kiểu mỏ skarn hoặc mỏ tiếp xúc-biến chất trao đổi.
Kiểu mỏ trong basalt kiềm; Kiểu mỏ trong lamprophyr hoặc kiểu mỏ ngọc corindon trong đá vụn núi lửa.
Sản phẩm Corindon chất lượng ngọc (hiếm); corindon cơng nghiệp và najdac.
Thành phần có ích chủ yếu của các mỏ gốc là ruby (mầu đỏ, hồng), saphir các mầu, spinel, tourmalin, amphibol (pargasit), humit, lazurit, sodalit, amazonit,...
Saphir, (ruby và zircon).
Ví dụ trên thế giới và ở Việt Nam
-Tân Hương, Trúc Lâu (Yên Bái); Phước Hiệp (Quảng Nam).
-Bear Trap (Montana, Mỹ, Gangoda và Tannahena (Sri Lanka).
-Lục Yên (Yên Bái) và Quỳ Châu – Quỳ Hợp (Nghệ An).
-Mogok và Mong Hsu (Myanma), Jagdalek (Afganistan), Hunza (Pakistan), Ruyil và Chumar (Nepal)...
- Di Linh (Lâm Đồng), Đăk Tôn (Đăk Nông), Ma Lâm, Đá Bàn (Bình Thuận),... -Yogo Gulch (Montana, Mỹ); Braemar, Stratmore and Kings Plains Creek (New South Wales, Australia); Pailin
(Campuchia); Chanthaburi (Thái Lan). Corindon có dạng các tinh thể tự
hình, tha hình hoặc dạng khung
Đây là kiểu mỏ ruby, saphir phát triển trong hoặc tại nơi tiếp xúc của các tầng
Saphir và ruby gặp dưới dạng các thể tù trong các đá kiềm phun trào hoặc xâm
Mơ tả tóm tắt
xương trong các đai biến chất khu vực cao. Corindon chỉ giới hạn trong các tầng đá biến chất đặc thù và các thấu kính chỉnh hợp của đá gneis và đá phiến giầu nhơm. Ít khi đạt chất lượng ngọc.
đá hoa (calcit hoặc/và dolomit) với các đá magma (granit, pegmatit, syenit) hoặc đá phiến (metapelit). Chúng có thể nằm trong tầng đá hoa, tại nơi tiếp xúc hoặc trong các đá magma.
nhập (ít hơn). Do q trình phong hóa mạnh mẽ corindon sẽ giải phóng khỏi đá chứa và được làm giầu trong tầng đất phủ trên.
Bối cảnh địa kiến tạo
Khu vực Tân Hương-Trúc Lâu là một bộ phận của đới cấu trúc kiến tạo Sơng Hồng. Đới cấu trúc này cịn được phân chia phức tạp thành nhiều phụ đới với các hoạt động kiến tạo, biến chất mạnh mẽ. Trong đá gneis corindon hầu hết hình thành trong các đai uốn nếp hoặc trong các khu vực tĩnh bị các đứt gãy xuyên cắt.
Khu vực mỏ Khoan Thống-An Phú nằm kẹp giữa đứt gãy Sơng Chảy và đứt gãy n Bình-Mường Lai. Mức độ biến chất thấp hơn so với đới Trúc Lâu và phát triển phong phú các thành tạo xâm nhập từ mafic-siêu mafic đến axit. Theo đa số ý kiến các nhà nghiên cứu, các mỏ khu vực này hình thành liên quan với quá trình biến chất trao đổi. Cũng như nhiều mỏ corindon nổi tiếng ở Đông Nam Á và Trung Á, các mỏ khu vực này đều gặp dọc theo các đứt gãy, các đới trượt cắt phát triển trong hoặc liên
Khu vực Đăk Tôn thuộc trường quặng saphir ở Đăk Tôn được tạo nên bởi lớp phủ basalt rộng với cấu trúc núi lửa bị ngoại sinh phá hủy, xâm thực, tạo các thung lũng trầm tích Đệ tứ trong đó có các lớp chứa quặng. Corindon được thành tạo liên quan tới hoạt động magma. Các đá chứa hình thành trong các bối cảnh lục địa và ven lục địa, liên quan với các rift, đứt gẫy sâu hoặc điểm nóng. Ở một vài trường hợp chúng được coi như liên quan với đới hút chìm.
quan với đai đụng độ của 2 mảng Ấn - Úc và Âu - Á. Các mỏ ở Pamir gặp trên tiếp xúc của các đá carbonat và các đá silicat và liên quan với các đới siết trượt theo phương cấu trúc chung của khu vực.
Mơi trường thành tạo
Corindon được hình thành liên quan tới quá trình biến chất khu vực, thuộc tướng biến chất cao, chủ yếu là granulit. Các đai đá trầm tích biến chất chứa các tập và thấu kính giầu nhôm, trong vài trường hợp bị xuyên cắt bởi các đá xâm nhập hình thành do q trình tái nóng chảy cục bộ là môi trường thành tạo corindon thuận lợi hơn cả.
Các mỏ kiểu trong đá hoa khu vực Khoan Thống-An Phú cũng hình thành trong các tướng biến chất cao, chủ yếu là tướng granulit. Các đai đá trầm tích biến chất chứa các tập hoặc thấu kính đá giầu nhơm, đơi khi bị xun cắt bởi các khối xâm nhập là đặc biệt thuận lợi. Môi trường thành tạo của corindon trong các mỏ này rất phức tạp: trong điều kiện biến chất mạnh mẽ đã đồng thời diễn ra q trình nóng chảy từng phần, xâm nhập magma, pegmatit hóa, skarn hố, biến chất trao đổi giầu chất