Xây dựng cơ sở dữ liệu hướng dẫn xác định khoáng vật và đá ( Magma, biến chất) trong lát mỏng thạch học và mẫu mài láng dưới kính hiển vi phân cực với sự hỗ trợ của máy tính

T ên đề tài: Xây dựng cơ sở dữ liệu hướng dẫn xác định khoáns vật và đá m agm a, biến chất trong lát mỏng thạch học và mẫu mài láng dưới kính hiển vi phân cực với hỏ trợ của máy tính.. M

TÊN ĐÊ TÀI

XÂY DỰNG C ơ SỞ Dữ LIỆU HƯỚNG DẨN XÁC ĐỊNH KHOÁNG VẬT VẢ ĐÁ (M A G M A BIÊN CHẤT) TRONG LÁT M ỎNG THẠCH HỌC VÀ M AU m à i l á n g

DƯỚI KÍNH HIỂN VI PHÂN c ự c VỚI s ự H ỗ TRỢ CỦA MÁY TÍNH

-a T ên đề tài: Xây dựng cơ sở dữ liệu hướng dẫn xác định khoáns vật và

đá (m agm a, biến chất) trong lát mỏng thạch học và mẫu mài láng dưới kính hiển

vi phân cực với hỏ trợ của máy tính

M ã số: QT- 02 - 22

b C hủ tr ì đề tài: PGS -T S Ngụy Tuyết Nhung

c C ác cán bộ th a m gia: CN Dương Thế Hưng

CN Đàm Quang Minh Th.s Nguyễn Thị Minh Thuyết

TS Vũ Văn Tích

CN Nguyễn Hoàng Sơn

d Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

M ục tiêu: Xâv dựng phần mềm cơ sở dữ liệu bằng hình ảnh và lời thuyết

minh hiển thị trẽn máy tính để hướng uẫn cách xác định dưới kính hiến vi phân cực các khoáng vật, đá (magma, biến chất, trầm tích) trong lát mỏns thạch học

và quặng trong mẫu mài láng, thiết lập một phương tiện thuận lợi và hiệu quá phục vụ việc giảng dạy và học tập cho sinh viên ngành địa chất

N ội dung nghiên cíùi:

1- Thu thập, chọn lọc dưới kính hiển vi phân cực các mẫu khoáns vật tạo đá và tạo quạns, đá masma đá biến chất, đá trầm tích cơ bàn

2- Kết nối trực tiếp kính hiến vi với máy tính cá nhan đế đưa vào máy tính các

dữ liệu bàng hình ãnh (ánh, video) và lời thuyết minh cho các mẫu chuán sau:

• Các tính chất quang học quan trọng để siám định khoán® vật trons lát mỏng thạch học,

• Các khoáng vật tạo đá, tạo quặns chính

• Các kiến trúc và các nhóm đá m asm a chính

• Các kiến trúc và các nhóm đá biến chất chính

• Các kiến trúc và các nhóm đá trầm tích chính

3- Tim kiếm lựa chọn các thông tin về đá, khoánã vật trên m ạns internet

4- Lập trình để lưu trữ, tổ chức dữ liệu dưới dạns một phần mềm tra cứu

e Các kết quả đạt được

Phần mểm OPTIMIROCK có chức năng tra cứu các tính chất quans học

cơ ban của khoáns vật và cách xác định, đặc điểm quanơ học của các khoáns vật tạo đá tạo quặns chính, kiến trúc và ĩhành phần khoáns vật của các đá masmu

đá biến chất, đá trám tích phổ biến

Vlột báo cáo khoa học tại Hội nshị Khoa học Khoa Địa chất - Trườn2 Đại học Khoa học Tự nhiẻn thúns 11 nám 2004 và còns bố trons tạp chí Các Khoa hoc Trái đất

f T ìn h hình kinh phí cùa đá tài

T ons kinh ữhí : 20 triệu đône

1 Tóm tắt báo cáo bằng tiếng Việt

a T i t l e o f P r o j e c t : To build database for guidins determination of minerals and rocks (magmatic, metamorphic) in thin section and in polished section under polarising microscope with the aid of personal computer.

Code : Q T-02-22

b C h a ir o f P r o j e c t : Assoc.Prof Nguy Tuyet Nhung

c P a rtic ip a tio n M em bers : B A Duong The Hung

B A Dam Quang M inh

M Sc Nguyen Thi M inh Thuyet

Dr Vu Van Tich

B A Nguyen Hoang Son

d Aim s and Tasks

Aim s : To build database in images and text for guiding the determination

of m inerals and m asm atic, metamorphic, sedimentary rocks under polarising microscope in order to set up a convenient and effective method of teaching and learning students in seolosical section

• Important optical properties for identification of mineral in thin section

• Main rock- forming minerals and ore minerals

• Texture and main magmatic rocks

• Texture and main metamorphic rocks

• Texture and main sedimentary rocks

3- Search and select information about minerals, rocks in internet

4- To build a software to querv the database

minerals, ore minerals, texture and common m agm atic, metamorphic and sedimentary rocks.

A report in the Scientific Symposium at D epartm ent o f Geology of Hanoi University o f science in November/2004

V Á n \TTT * TVT nT?T Ạ nmn T friXTr1

Ả A t iS r iẠ iS C U A Ỉ K L U Í N C i

1 M ở đầu

Đá và khoáng vật là hợp phần chính cấu thành nên vỏ trái đất, vì vậy chúng là m ột trong n h ữ n g đối tượng quan ữọng nhất và cơ bản nhất của Địa chất học nói riêng và K hoa học Trái đất nói chung Nghiên cứu khoáng vật và

đá phục vụ cho việc xác định thành phần vật chất vỏ Trái Đất, quy luật hình thành, biến đổi các thể địa chất, trong đó có các mỏ khoáng sản, tái hiện lịch sử phát triển Trái đ ấ t M ặt khác, đá và khoáng vật còn đóng vai trò quan trọng, gắn bó m ật thiết với đời sống con người, vì thế nghiên cứu chúng còn đáp ứng những yêu cẩu cấp thiết cho nen kinh tế quốc dân Để giám định, nghiên cứu khoáng vật và đá, ngày nay người ta đã sử dụng ngày càng nhiều các phương pháp hiện đại như nhiễu xạ tia Rơn-ghen, phương pháp phân tích thành phần hoá học khoáng vật bằng microsonde, kích hoạt hạt nhân Nhưng có một phương pháp nhanh nhất, đơn giản và rẻ nhất với độ chính xác đáng tin cậy là phương pháp quang học cổ điển với kính hiển vi phân cực Tuỳ thuộc vào mức độ chi tiết của việc nghiên cứu thạch học, quặng mà chúng ta có thể chọn các phương pháp hiện đại khác nhau, nhưng trước khi chọn các phương pháp đó, để có cái nhìn tổng thể bao giờ ta cũng sử dụng phương pháp quang học Ngày nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, phương pháp quang học được trang bị kính hiển vi phân cực ngày càng hiện đại, do đó độ chính xác của các kết quả thu được ngày càng cao hơn

Việc sử dụng thành thạo kính hiển vi phân cực trong nghiên cứu khoáng vật và đá đòi hỏi người sử dụng phải có một kinh nghiệm và tay nghề nhất định Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội là một trons những trung tâm lớn đã có nhiều năm thực hiện việc giảng dạy sử dụns kính hiển vi phân cực trong nghiên cứu địa chất Tuy nhiên, do số lượng, chất lượns kính và các loại mẫu chuẩn đá, khoáng vật của Khoa còn han chế, trong khi nhu cẩu hoc

về phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian cũng như chất lưcme thiết bị phải đảm bảo Chính vì vậy giải pháp một chương trình phần mềm hướnơ đẫn sử dun^

kính hiển vi phân cực với sự trợ giúp của m áy tính sẽ giúp cho sinh viên có thể tự học và khắc phục phần nào những khó khăn về cơ sở vật chất của phòng thí nghiệm.

2 M ục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

M ục tiêu: Xây dựng một chương trình phần mềm hướng dẫn bằng hình

ảnh và lời văn hiển thị trên máy tính với nội dung phục vụ các môn học cơ bản trong chương trình đào tạo ngành Địa chất: Quang học tinh thể, thạch học đá magma, thạch học đá biến chất, thạch học đá trầm tích, phương pháp khoáng tướng Dựa trên khung giáo trình hướng dẫn thực tập xác định khoáng vật và đá, quặng dưới kính hiển vi phân cực, nhóm tác giả đã xây dựng phần mềm sao cho việc sử dụng m áy tính được mô phỏng gần giống như sử dụng kính hiển vi Tức

là thông qua phần mềm nảy, sinh viên có thể nắm bất được nguyên lắc để xác định các khoáng vật tạo đá chính, các đá cơ bản, các khoáng vật quặng dưới kính hiển vi phàn cực Chương trình sẽ giúp cho sinh viên tự học mà không phụ thuộc vào thiết bị phòng thí nghiệm

-Các kiểu kiến trúc của đá magma

-Các đá đại diện cho các nhóm đá magma chính

-Các kiểu kiến trúc của đá biến chất

-Các đá đại diện cho các nhóm đá biến chất chính

-Các kiểu kiến trúc của đá trầm tích

-Các đá đại diện cho các nhóm đá trầm tích chính

-Các kiểu kiến trúc quặng

-Các khoáng vật quặng quan trọng

b) Thu thập các thông tin về khoáng vật và đá trên mạng Internet

c) Kết nối máy tính cá nhân với camera của kính hiển vi phân cực để shi lại các hình ảnh dưới dạng các đoạn phim ngắn

d) Viết lời thuyết minh hướns dẫn cho các hình ảnh

7

e) Lập trình để lưu trữ, tổ chức dữ liệu dưới dạng một phần mềm tra cứu mang tên OPTTMIROCK.

W indows 9x, Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Linux,

Khối lượng: Phần mềm 'có 914 files , khối lượng 926 MB, bao gồm 265

đoạn phim theo chuẩn MPG và 283 ảnh minh hoạ

4 Nội dung phần mềm OPTIM IROCK

H ìn h 1 Tính năng hưcmg dân của phần mềm OPnM TROCK

Phần mềm có chức năng: hướng dẫn, giới thiệu các thông tin, cho phép ưa cứu các dữ liệu

Các thông tin dưới dạng hình ảnh và lời hướng dẫn, thuyết minh, được tích hợp trong 2 đĩa CD có các nội dung sau :

Đĩa 1:

• Cấu tao kính hiển vi phân cực và các bước chuẩn bị

• Hệ tinh thể và đặc điểm quans học

• Phương pháp nghiên cứu

• Tài liệu tham khảo

Dưới đây trình bày các nội dung chủ yếu

4.1 Cấu tạo kính hiển vi phân cực và các bước chuẩn bị.

Gồm hai phần (1 ảnh, 9 phim):

■ Cấu tạo kính hiển vi phân cực

■ Các bước chuẩn bịTrong phần này giới thiệu cấu tạo kính hiển vi, các chi tiết và chức năng của chúng Bốn bước chuẩn bị kính gồm điểu chỉnh ánh sáng, điều chỉnh tiêu cự, chỉnh tâm vật kính, chỉnh phương dao động của hai nicol, được trình bày dưới dạng các đoạn phim ngắn với các hình ảnh động giống như quan sát dưới kính hiển vi

4.2 H ệ tinh th ể và đặc điểm quang học

Trình bày khái quát bẩy hộ tinh thể với các đặc điểm đối xứng tiêu biểu , các m ật quang suất tương ứng cho từng hạng đối xứng và định hướng của chúng

so với các yếu tố tinh thể học đặc trưng cho từng hộ đối xứng

4.3 Phương pháp nghiên cứu tinh th ể khoáng vật dưới kính hiển vi

Phần này được xây dựng dưới dạng các bài hướng dẫn xác định các tính chất quang học, hình thái, cơ lý của tinh thể khoáng vật, phục vụ cho thực tập môn Quang hoc ịinh thể Kính hiển vi được đặt ở các chế độ làm việc:

■ Dùng m ột nicol phân cực p

■ Dùng hai nicol vuông góc

■ Dùng ánh sáng hình nón

I

Các tính chất được hướng dẫn xác định dưới một nicol phân cực bao gồm

h ìn h dạng (độ tự hình), kích thước hạt tinh thể, màu sắc, tính đa sắc, chiết suất của khoáng vật (dựa vào riềm Bek, mặt sần, độ nổi), tính cát khai, cách đo góc cát khai Tất cả được hướng dẫn cụ thể bầng lời thuyết minh và hình ảnh được thực hiện qua 66 đoạn phim quay lát mỏng quan sát dưới kính hiển vi tạo cho học viên cảm giác làm việc trực tiếp với kính

H ìn h 3 Khoáng vật Sphen tự hình H ìn h 4 Hình cát khai của p y r o x e n

Dưới hai nicol vuông góc, các tính chất được hướns dẫn xác định bao gồm: góc tất, dấu kéo dài, tính đa sắc của khoáng vật, cách xác định bậc màu giao thoa của lát cắt để từ đó xác định lưỡng chiết suất của khoáng vật Cũnsỉ

như phần trên, tất cả được hướng dẫn cụ thể bằng lời thuyết minh và hình ảnh được thực hiện qua các đoạn phim.

Phương pháp dùng ánh sáng hình nón được sử dụng để xác định tính trục

và quang dấu của tinh thể Các hình giao thoa của các lát cắt vuông góc với quang trục, song song quang trục của tinh thể một trục, lát cắt vuông góc với phân giác nhọn của tinh thể hai trục và cách sử dụng các loại nêm, bù màu để xác đinh quang dấu được hướng dẫn cụ thể bàng các đoạn phim và lời thuyết minh

H ìn h 5 Hình giao thoa tinh thể (1 trục) H ình 6 Hình giao ihoa tinh thể (2 trục)

Nội dung phần 4.1, 4.2, 4.3 tập trung hướng dẫn học sinh kỹ năng sử dụng kính hiển vi phân cực để xác định các tính chất của khoáng vật trong lát mỏng thạch học, đây cũng chính ỉà nội dung các bài tập thực hành của môn Quang học tinh thể

4.4 K hoáng vật tạo đá

Có 24 khoáng vật tạo đá chính của đá magma, biến chất bao gồm :

amphibol, biotit, calcit, clinopyroxen, clorit, cloritoit, cordierit, eeirin, granat, kyanit, leucit, microclin, muscovit, nephelin, olivin orthocla plagiocla pyroxen, silimanit, sphen, staurolit, thạch anh, tremoliĩ sỉocophan được giới thiêu bàng

75 hình ảnh ( 45 photo, 30 video ) cho mẫu cục tư nhièn và mẫu lát mỏne kèm

theo lời mô tả các tính chất tinh thể - khoáns vật cơ bản : hẻ đối xứns màu sắc.

11

chiết suất, cát khai, độ cứng, tỷ trọng .P hần mô tả chi tiết được dành cho các mẫu lát m ỏng kèm theo hình ảnh quan sát được dưới lnicol và 2 nicol vuông góc, các h ìn h ả n h này được quay dưới dạng các đoạn phim ngắn, cho hình ảnh động, giống như h ìn h ảnh thu được khi quay bàn kính hiển vi.

Phần 4.4 tạp trung hướng dẫn học sinh nhận biết các khoáng vật tạo đá chính, để họ có thể tự xác định thành phần khoáng vật trong các lát mỏng các loại đá khác nhau sẽ được giói thiệu ở các phần tiếp theo

H ìn h 7 K hoáng vật Granat H ìn h 8 Các thông s ố về khoáng vật

Hình 9 Kiến trúc ban trạng Hình 10 Kiến trúc hạt đều

Các nhóm đá magma chính và gặp p h ổ biến ở Việt Nơm gồm: andezit,

basalt, basaỉl oỉivin, basalt tholeit, dacit, diorit, dunit, gabro, granit, granit kiểm, homblendit, ryolit, syenit được mô tả bàng lời và 22 mẫu lát mỏng quan sát dưới

1 nicol và 2 nicol vuông góc cho các đá trên được hiển thị bằng 44 hình ảnh video

H ìn h 14 Công đoạn mài bóng mẫu

Các đá biến chất được giới thiệu về :

■ Các kiểu kiến trúc

■ Các nhóm đá chính

Các kiểu kiến trúc đặc trưng cho đá biến chất:

- Kiến trúc phân phiến,

- Kiến trúc biến tinh,

- Kiến trúc dạng dải,

- Kiến trúc mylonit,

- Kiến trúc sót

- Kiến trúc cà nát

được giới thiệu bằng 9 hình ảnh khai thác từ mạng internet

CấSívtỗti tông cua líía vữ fíir»3 bế»i8 tóm ixfjiij.

H ìn h 13 C ông đoạn cất mẫu

4.7 Đá biến chất

Các loại đá biến chất phổ biến gặp ở Việt Nam gồm:

Amphibolit, đá hoa, eclogit, epidot, amphibolit, greizen, phiến cloritoit, phiến đốm vết, phiến thạch anh granat, phiến thạch anh granat staurolit, phiến thạch anh kyanit silimanit, phiến hai mica, phiến thạch anh sericit, phiến luc, phiến trắng, phiến xanh, đá hoa, đốm sần, granulit, skamơ được mô tả bằng lời

và 16 lát mỏng quan sát dưới 1 nicol và 2 nicol vuông góc đặc trưng cho các loại

đá trên được hiển thị bằng 32 hình ảnh

Các kiểu kiến trúc:(Được thể hiện qua 28 đoạn phim và 6 hình ảnh)

Kiến trúc của đá vụn cơ học

Kiến trúc của đá sét

- Kiến trúc của đá hóa hoc và sinh hóa

15