Các đá magma xâm nhập phức hệ Tân Hương (Hoàng Thái Sơn và nnk,
1998) bao gồm các đá granit biotit hạt nhỏ, granosyenit, syenit có đặc điểm tương
tự với tổ hợp gabro-monzonit-syenit Hoàng Trĩ (Nguyễn Kinh Quốc và nnk, 1994) và các gabroid monzonit phức hệ Chợ Đồn tuổi Paleogen (Nguyễn Kinh Quốc và nnk, 1995). Ở khu vực Tân Hương, các thể granti thuộc phức hệ Tân Hương có
chiều dài từ vài chục mét đến hàng nghìn mét, chiều rộng từ vài mét đến hàng trăm mét, có quan hệ xuyên cắt hoặc giả chỉnh hợp với đá vây quanh của các hệ tầng núi Con Voi và Ngòi Chi.
Trên cơ sở so sánh về đặc điểm thạch hóa với các đá granit của phức hệ Tân Hương (γξPth), các nghiên cứu của Trần Ngọc Quân và nnk (1998) và Trần Ngọc Thái và nnk (2004) đã xếp các khối magma xâm nhập phân bố ở Bản Pậu, Km50, Km46 (QL.70), phía Đơng Bắc xã Trúc Lâu (khu vực Trúc Lâu) vào phức hệ Tân Hương, trong đó khối phía Đơng Bắc xã Trúc Lâu trước đây đã được xếp vào phức hệ Phia Bioc (γξT3pb) (Nguyễn Văn Thế và nnk, 1997).
Một số nghiên cứu trước đây cho rằng ở khu vực Tân Hương, các magma xâm nhập của phức hệ Tân Hương liên quan trực tiếp đến sự thành tạo ruby, saphir
(Nguyễn Kinh Quốc và nnk, 1995). Tuy nhiên, các nghiên cứu cho đến nay cho thấy
ở khu vực Tân Hương-Trúc Lâu vẫn chưa xác định được mối liên quan trực tiếp giữa ruby, saphir với các thành tạo magma xâm nhập thuộc phức hệ này.
Ngoài các thành tạo magma xâm nhập phức hệ Tân Hương, trong vùng nghiên cứu còn gặp một số các đá dạng đai mạch không rõ tuổi gồm granit, granit aplit, lerzolit và pyroxenit.
2.3. Kiến tạo
Đứt gãy Sơng Hồng kéo dài trên một nghìn kilomet theo phương Tây Bắc- Đông Nam từ Hymalaya (Trung Quốc) qua Lào Cai (biên giới Việt Trung), đến Yên Bái, Việt Trì, Nam Định và kết thúc tại Vịnh Bắc Bộ. Đứt gãy sơng Hồng đóng vai
trị như một mặt trượt giữa khối Indosinia và khối Nam Trung Hoa do sự đụng độ giữa hai mảng lục địa Ấn Độ và mảng Á-Âu xảy ra trong Kainozoi. Phân bố dọc theo chiều dài của đứt gãy Sông Hồng là bốn dãy núi biến chất cao: Xeulong Shan, Diancan Shan, Ailao Shan (Trung Quốc) và dãy Núi Con Voi (Việt Nam).
Trên bình đồ cấu trúc khu vực, đới Sơng Hồng ứng với đai biến chất của dãy Núi Con Voi và như là một “nêm kiến tạo” hẹp kéo dài theo phương Tây Bắc-Đơng Nam từ Lào Cai đến Việt Trì khoảng 200km, giới hạn về phía Tây Nam là đứt gãy Sơng Hồng và phía Đơng Bắc là đứt gãy Sơng Chảy, chiều rộng khoảng 10-17km. Khu vực Tân Hương-Trúc Lâu nằm trong phạm vi cấu trúc của đới sơng Hồng, do đó chịu ảnh hưởng chung của các hoạt động kiến tạo trong vùng.
Một số nghiên cứu gần đây cho rằng, hoạt động kiến tạo ở đới Sơng Hồng mang tính đa kỳ, đặc biệt trong thời kỳ Kainozoi có ba giai đoạn hoạt động kiến tạo chủ yếu sau:
- Từ khoảng 40-35 triệu năm trước, là sự căng giãn và mỏng đi của vỏ Trái Đất mang tính khu vực, quyển mềm nóng đẩy lên làm nóng chảy gây biến chất lớp dưới và giữa của vỏ.
- Từ khoảng 35-30 triệu năm trước, hoạt động kiến tạo do sự đụng độ giữa hai mảng Ấn Độ và mảng Á-Âu khởi đầu cho sự hình thành đứt gãy Sơng Hồng đồng thời kèm theo quá trình trượt bằng trái.
- Từ khoảng 30-22 triệu năm trước, cùng với quá trình trượt bằng trái là quá trình căng giãn nhiều nơi chiếm ưu thế, kèm theo đó là đai biến chất Dãy Núi Con Voi được đẩy lên tạo nên phức nếp lồi lớn (Nguyễn Trọng Yên và nnk, 2009, Anczkiewicv A., et al, 2009).
Hoạt động kiến tạo mạnh mẽ kèm theo quá trình dịch trượt và sự hình thành phức nếp lồi-Dãy Núi Con Voi làm cho các đá biến chất cao tướng amphibolit- granulit trong đới Sông Hồng bị biến chất giật lùi cùng với q trình migmatit hóa- siêu biến chất xảy ra phổ biến và rộng khắp. Hệ quả của quá trình migmatit hóa trong trường đá metamafic là nguyên nhân tạo thành các thể pegmatoid khử silic chứa coridon, ruby, saphir...) ở khu vực đới Sơng Hồng nói chung và khu vực Tân
Hương-Trúc Lâu nói riêng. Trong khu vực nghiên cứu phát triển các hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc-Đông Nam, Đông Nam-Tây Bắc, á kinh tuyến và á vĩ tuyến.
2.3.1. Hệ đứt gãy phương Tây Bắc-Đông Nam
Trong khu vực nghiên cứu có hai hệ thống đứt gãy lớn phương Tây Bắc- Đơng Nam, đó là hệ thống đứt gãy Sơng Hồng ở phía Tây Nam, hệ thống đứt gãy Sông Chảy ở Đông Bắc, chúng được hình thành sớm và có vai trị khống chế sự hình thành, phát triển cấu trúc địa chất của đới Sơng Hồng nói chung, của khu vực Tân Hương-Trúc Lâu nói riêng. Theo Phạm Khoản và nnk (1985), đứt gãy Sông Hồng và đứt gãy Sơng Chảy đều cắm hơi nghiêng về phía Đơng Bắc với góc dốc đứng khoảng 70o, độ sâu phá hủy của chúng khoảng 30-50km, đới phá hủy rộng 1km.
2.3.2 Các hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc-Tây Nam, á kinh tuyến và á vĩ tuyến
Trên quy mô rộng lớn của đới Sông Hồng cũng như ở khu vực Tân Hương- Trúc Lâu, các hệ thống đứt gãy này hình thành muộn hơn và phân cắt các hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc-Đông Nam, đồng thời chia các khối cấu trúc dạng tuyến tính của đới Sông Hồng thành nhiều khối nhỏ. Sự hình thành hệ thống đứt gãy Đông Bắc-Tây Nam, á vĩ tuyến và á kinh tuyến cùng với các hoạt động tân kiến tạo trong vùng đóng vai trị phá hủy các đá gốc chứa ruby, saphir đồng thời vận chuyển và tích tụ ruby, saphir trong các bãi bồi, thung lũng sông suối ở khu vực Tân Hương-Trúc Lâu cũng như các khu vực lân cận trong phạm vi đới Sông Hồng.
2.4. Đặc điểm địa hình, địa mạo
Đặc điểm đặc trưng của đới Sơng Hồng là địa hình có dạng “sống trâu” với trục giữa nhơ cao, có đỉnh Núi Con Voi cao nhất khoảng 1417m thuộc địa phận xã Long Khánh ở phía Tây Bắc xã Trúc Lâu, thoải dần về hai sườn Sông Hồng và Sông Chảy cùng với dạng tuyến kéo dài theo phương Tây Bắc-Đơng Nam. Địa hình núi cao từ Lào Cai (độ cao trung bình 300-400m) và thấp dần về phía Yên Bái và Phú Thọ với dạng địa hình đồi thoải (độ cao trung bình 50-100m).
Khu vực Tân Hương Trúc Lâu nằm ở sườn Đơng Bắc của đỉnh Núi Voi, do đó địa hình ở đây có xu hướng thoải dần từ phía Tây Nam sang Đông Bắc và từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Hoạt động của các hệ thống đứt gãy có phương Tây Bắc- Đông Nam và Tây Nam-Đông Bắc cùng hệ thống mạng sông suối phát triển mạnh với các suối chính chảy qua trung tâm xã Trúc Lâu ở phía Đơng Nam và Làng Chạp ở phía Tây Bắc đã tạo nên hai thung lũng lớn trong vùng với các dạng địa hình đặc trưng sau:
Phân bố ở phần trung tâm diện tích nghiên cứu là thung lũng Trúc Lâu với chiều rộng khoảng 1,5-2 km, chiều dài khoảng 3-4km kéo dài theo phương Tây Bắc-Đông Nam và một số các thung lũng hẹp với chiều rộng 0,5-0,7km, dài 1,5- 2km phát triển dọc theo QL.70 từ đoạn Km 49 đến trung tâm xã Trúc Lâu (Km 53). Phân bố ở phía Tây Bắc là thung lũng Làng Chạp với diện tích nhỏ hơn phát triển kéo dài theo phương Tây Nam-Đông Bắc.
Dạng địa hình xâm thực và bóc mịn trong khu vực Trúc Lâu phát triển khá mạnh. Nhìn chung bao quanh thung lũng trong khu vực Trúc Lâu là dạng địa hình thường có sườn dốc với độ dốc thay đổi từ 30-40o, phần rìa thung lũng thường có dạng địa hình đồi thấp có độ dốc 10-20o. Dọc theo các địa hình bóc mịn là dạng địa hình tích tụ tạo nên các bậc thềm IV, III, II, I và các bãi bồi, trong thành phần các vật liệu tích tụ nhiều nơi chứa đá quý ruby , saphir.
Diện tích nghiên cứu ở khu vực Tân Hương phân bố ở hai bên sườn Đông Bắc và Tây Nam của đỉnh trục Núi Con Voi, do đó địa hình ở đây có xu hướng thoải dần về hai phía Tây Nam sang Đơng Bắc và từ Tây Bắc xuống Đơng Nam. So với khu vực Trúc Lâu thì địa hình khu vực Tân Hương thoải hơn, độ cao trung bình thấp hơn và mức độ phân cắt cũng thấp hơn. Hoạt động của các hệ thống đứt gãy có phương Tây Bắc-Đơng Nam và Tây Nam-Đơng Bắc cùng hệ thống mạng sông suối phát triển mạnh với các suối chính chạy dọc theo đứt gãy Quốc Lộ 70 đã tạo ra thung lũng lớn trong vùng với các dạng địa hình đặc trưng.
Chương 3. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Cơ sở lý luận
3.1.1. Nguồn gốc và phân loại các kiểu thành tạo ruby, saphir nguyên sinh
a. Nguồn gốc của ruby, saphir
Corindon (ruby, saphir) là khống vật thuộc nhóm ơxít có cơng thức hố học là Al2O3. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng corindon nguyên sinh chỉ được thành tạo trong hai q trình địa chất chính là magma và biến chất, trong môi trường nghèo silic. Nếu mơi trường thành tạo mà bão hịa ngun tố Si thì ruby, saphir sẽ khơng xuất hiện, vì khi đó ba ngun tố O, Al, Si sẽ kết hợp với nhau để tạo thành các khoáng vật alumosilicat hoặc silicat theo các phản ứng sau: 5O - 2Al - Si = Al2SiO5 hoặc: 2O - Si = SiO2.
Như vậy, trong tự nhiên ruby, saphir hầu như không tồn tại trong cùng một tổ hợp khoáng vật cộng sinh với thạch anh. Sự cùng tồn tại của ruby, saphir và thạch anh trong các đá chỉ có thể được xảy ra trong trường hợp đặc biệt - ở điều kiện biến chất nhiệt độ, áp suất siêu cao. Khi đó năng lượng tự do của mơi trường đủ lớn và khơng tồn tại điều kiện để hình thành khoáng vật alumosilicat như phản ứng nêu trên.
Nghiên cứu cũng cho thấy rằng trong quá trình địa chất nội sinh, mỗi một khoáng vật hay tổ hợp cộng sinh khoáng vật đều được thành tạo trong một điều kiện môi trường hoá-lý nhất định. Điều kiện mơi trường hố-lý thành tạo của ruby, saphir ảnh hưởng quyết định đến thành phần hố học, tính chất vật lý, quang học, và chất lượng ngọc của chúng.
Mặc dù có nguồn gốc thành tạo nguyên sinh nhưng phần lớn các mỏ ruby, saphir có giá trị kinh tế cao lại đều là các mỏ sa khoáng, thành tạo do sự phá hủy từ các thành tạo nguyên sinh ban đầu.
b. Một số kiểu phân loại thành tạo ruby, saphir nguyên sinh
Trong lịch sử nghiên cứu ruby, saphir đã có nhiều cách phân loại mỏ nguyên sinh được dựa trên các tiêu chí khác nhau. Có thể nêu ra những kiểu phân loại chính sau:
- Phân loại của Ozerov (1945): Kiểu phân loại này dựa trên cơ sở hình thái
của ruby, saphir, theo đó thì thành phần vật chất và điều kiện nhiệt động kết tinh ruby, saphir sẽ quyết định hình thái tinh thể của chúng. Các tinh thể ruby, saphir kết tinh trong đá biến chất giàu silicat nhôm (silimanit, andalusit, disthen) thường có dạng tấm. Các tinh thể ruby, saphir kết tinh trong đá magma xâm nhập kiềm và đá hoa thường có dạng tinh thể phát triển hình mặt thoi, tháp đôi, lăng trụ.
- Phân loại của R.W. Hughes (1990, 1997): Kiểu phân loại này dựa trên cơ sở
bối cảnh địa chất thành tạo, theo đó ruby, saphir được xếp vào các kiểu nguồn gốc sau: ruby, saphir trong các đá magma xâm nhập (như kiểu mỏ Yogo Gulch, Montana, Etats-Unis) hoặc trong đá phun trào basalt kiềm; ruby, saphir trong các đá là sản phẩm của biến chất khu vực hoặc tiếp xúc (như kiểu mỏ trong đá hoa ở Myanmar hoặc ở miền Bắc Việt nam); ruby, saphir liên quan với bối cảnh địa chất pha trộn (kiểu migmatit, granulit, charnockit).
- Phân loại của Schwarz (1998): Kiểu phân loại này dựa vào đặc điểm thạch
học của các đá chứa ruby, saphir, từ đó chia ra các kiểu khác nhau như: ruby, saphir trong basalt kiềm (ở Đông nam Châu Á, Úc, Thái Lan, Trung quốc); ruby, saphir trong đá hoa (Mogok, Myanmar; Hunza, Pakistan), skarn (Andranondambo, Madagasca); ruby, saphir trong pegmatit (Umba, Tanzania); ruby, saphir trong amphibolit (Longido, Bắc Tanzania; Greenland, Phần Lan); ruby, saphir trong đá gneis (Nga; Mysore, Ấn Độ; Hinda, Nhật bản) và ruby, saphir trong các đá biến chất khác (anatexit trên đá disthen-corindon-phlogopit ở Morogoro, Tanzania).
- Phân loại của Muhlmester (1998) và J.J.Peucat (2000): Phân loại này chia ruby, saphir ra ba kiểu nguồn gốc là magma basalt, đá hoa và đá biến chất (gneis amphibol và amphibolit) trên cơ sở thành phần hóa học của các nguyên tố Fe, V, Ga, Ti, Mg trong ruby, saphir (dựng các biểu đồ có các trường nguồn gốc thành tạo).
- Phân loại của Sutherland và nnk (1998a, 2003): Phân loại này chia ruby,
saphir thành hai kiểu nguồn gốc magma và biến chất (trong amphibolit, metapelit và đá hoa) dựa vào thành phần ơxít của các ngun tố Fe, Cr, Ga, Ti trong ruby, saphir
và xây dựng biểu đồ mối tương quan giữa các tỷ số FeO/TiO2-Cr2O3/Ga2O3 có các trường nguồn gốc thành tạo khác nhau.
- Phân loại của C. Simonet (1997, 2000): Trên cơ sở quá trình thành tạo, kiểu
phân loại này chia ruby, saphir thành ba kiểu nguồn gốc là magma xâm nhập, magma phun trào và biến chất. Riêng mỏ nguồn gốc biến chất được chia thành 2 phụ kiểu: biến chất đẳng hóa (granulit gneis, charnockit gặp ở Sri Lanka, đá hoa ở Afganistan và ở Pakistan; và amphibolit ở Longido, Tanzania); biến chất trao đổi (gặp ở Andranondambo, Madagasca; Umba, Tanzania).
3.1.2. Tổng quan về đặc điểm khoáng vật học và ngọc học của corindon
a. Thành phần hóa học và cơ chế gây màu
Corindon là khoáng vật thuộc nhóm oxít có cơng thức hóa học là Al2O3, thành phần hóa học của corindon tinh khiết (không màu) chứa khoảng 52,9% nguyên tố nhôm (Al) và khoảng 47,1%, nguyên tố oxi (O). Tuy nhiên, trong tự nhiên coridon thường chứa nhiều nguyên tố khác, phổ biến nhất là các nguyên tố Fe, Cr, Ti, V, ngồi ra cịn có thể chứa các nguyên tố Si, Mg, Mn, Ca, Na, Cu, Cd, Mo...
Do thường chứa các nguyên tố tạp chất trong ô mạng tinh thể dưới dạng thay thế đồng hình như Fe, Cr, Ti, V... (còn gọi là các nguyên tố gây màu) nên coridon có thể có nhiều màu khác nhau, tùy thuộc vào hàm lượng và sự phân bố của các nguyên tố gây màu tạo nên
Bảng 3.1. Nguyên nhân và cơ chế tạo màu của corindon (theo Themelis T., 1992)
Màu của
corindon Nguyên nhân và cơ chế tạo màu
Đỏ
Ion Cr3- tạo màu đỏ tươi, đỏ máu bồ câu (chứa khoảng 0,1% Cr2O3)
Thường bị biến đổi sang màu đỏ sắc nâu (do có ion Fe 2-) hoặc sang đỏ ánh tím do q trình dịch chuyển điện tích giữa hóa trị Fe2--O-Ti4-
Hồng
Ion Cr3-, màu hồng sáng chứa khoảng 0,03% Cr2O3, màu hồng đậm chứa khoảng 0,04% Cr2O3.
Thường bị biến đổi sang màu hồng sắc nâu (do có ion Fe2-) hoặc ánh tím, tím-lam do q trình chuyển dịch điện tích giữa hóa trị Fe2--O- Ti4-
Lam Q trình dịch chuyển điện tích hố trị Fe2--O- i4-
Lam tím Cặp ion Fe2-/Fe3- và ion Cr3-
Q trình chuyển dịch điện tích giữa hố trị Fe2--O-Ti4- và Cr3- Tím sáng Ion Fe
3- và Cr3-
Q trình chuyển dịch điện tích giữa hố trị Fe2--O-Ti4-
Tím sẫm Ion Fe
3- và Cr3- cùng với q trình chuyển dịch điện tích giữa hố trị. Fe2--O-Ti4-.
Đỏ tía Q trình chuyển dịch điện tích giữa hố trị Fe
2--O-Ti4- cùng ion Cr3- trong phối trí 8 mặt.
b. Đặc điểm cấu trúc và hình dạng tinh thể coridon
Corindon là khoáng vật kết tinh trong hệ ba phương, cấu trúc ô mạng của coridon bao gồm các nguyên tử oxy và nhôm. Mạng tinh thể gồm những ion O-2 xếp khít theo luật xếp cầu sáu phương, các cation Al3- phân bố trong các khoảng trống 8 mặt tạo bởi các ion O2- (hình 3.1).
Hình 3.1. Mơ hình cấu trúc ơ mạng tinh thể của corindon
Corindon có dạng đối xứng tam giác lệch ba phương 32/m và có các yếu tố đối xứng, gồm 1 trục đối xứng bậc 3 (L3) đồng thời là trục bậc ba nghịch đảo, 3 trục đối xứng bậc 2 (3L2) vng góc với trục bậc ba, 3 mặt phẳng đối xứng đi qua trục bậc ba (3P) và vng góc với các trục bậc 2, tâm đối xứng C. Thông số ô mạng cơ sở của corindon như sau: a = 4,758 Ao, c = 12,991 Ao, c/a = 2,73.
Corindon thường có dạng tinh thể hình tono, lăng trụ, lưỡng tháp, thùng