đồ án tốt nghiệp ngành địa chất : Đối sánh đặc điểm địa chất các đá bazan khu vực Cao Bằng và Sông Đà: Ý nghĩa của chúng trong nghiên cứu kiến tạo khu vực

Chương 1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG NGHIÊN CỨU Phía Bắc Việt Nam gồm hai mảng Nam Trung Hoa và Dương Tử tách biệt bằng đới khâu Sông Mã, là một phần của đới khâu Jinshajiang – Ailao Shan (Hình 1.1). Đới khâu Jinshajiang – Ailao Shan là kết quả của sự khớp nối mảng Nam Trung Hoa và mảng Đông Dương vào 230 triệu năm trước (Carter và nnk., 2001; Zhang và nnk., 2013). Số liệu tuổi trên đã làm sáng tỏ thời gian khép bồn của đại dương Paleotethys và thời gian va chạm của hai mảng này trong giai đoạn tạo núi Indosini (Krobicki và nnk., 2008; Lepvirer và nnk., 2008; Trần Trọng Hòa và nnk., 2008). Đới cắt trượt Jinshajiang – Ailao Shan được định tuổi Palogene (Schärer và nnk., 1990; 1994) và được gây nên bởi sự va chạm của hai mảng Ấn Độ và Âu Á (Tapponnier nnk., 1990; Leloup nnk., 1995). Miền Bắc Việt Nam được chia thành hai đới kiến tạo bởi đới cắt trượt Ailao Shan – Sông Hồng (Trần Trọng Hòa., 2007; Krobicki và nnk., 2008; Khương Thế Hùng, 2009; Trần Thanh Hải và nnk., 2011) (Hình 1.1). Phía Tây Bắc (được giới hạn bởi vùng uốn nếp Lào – Việt Nam), gồm một phần của mảng Đông Dương, mảng Nam Trung Hoa và mảng Sibumasu. Các đá trong khu vực này đã chịu sự biến dạng mạnh mẽ trong suốt quá trình tạo núi Indosini cho đến thời kì va chạm giữa hai mảng Ấn Độ và Âu Á. Phía Đông Bắc (được giới hạn bởi phần một phần uốn nếp Việt Nam – Trung Quốc) thuộc ở phía Nam địa mảng Nam Trung Hoa và bị dịch chuyển yếu trong Paleozoi giữa – Mesozoi sớm [6].

MỤC LỤC

Mục lục i

Danh mục các từ viết tắt iv

Danh mục hình ảnh vi

Danh mục bảng x

Mở đầu 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Nhiệm vụ của đề tài 2

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 3

5 Các phương pháp nghiên cứu 3

6 Cơ sở tài liệu của Đồ án 3

7 Cấu trúc của Đồ án 6

Lời cảm ơn 7

Chương 1 Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu………….……… … ……8

1.1 Đặc điểm địa chất khu vực Sông Hiến 10

1.2 Đặc điểm địa chất khu vực Sông Đà 14

Chương 2 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu……… …………17

2.1 Cơ sở lý luận 17

2.1.1 Khái niệm chung về magma 17

2.1.2 Các nhóm nguyên tố 17

2.1.3 Hành vi địa hoá của các nguyên tố vết trong hệ thống magma 19

2.1.4 Nguồn (source) 19

2.1.5 Phân loại và gọi tên các đá magma 19

2.1.6 Một số khái niệm về các thuật ngữ thường dùng 22

2.2 Các phương pháp nghiên cứu 24

2.2.1 Phương pháp thực địa 24

2.2.2 Nghiên cứu trong phòng 25

Chương 3 Đặc điểm địa chất các đá bazan Cao Bằng – Sông Đà……… 26

3.1 Đặc điểm thạch học của các đá bazan Cao Bằng – Sông Đà 26

3.1.1 Tổ hợp cộng sinh khoáng vật của các đá bazan khu vực Cao Bằng và Sông Đà 26

3.1.2 Cấu tạo – kiến trúc của các đá bazan khu vực Cao Bằng và Sông Đà 33

3.2 Đặc điểm địa hóa các đá bazan Sông Đà – Cao Bằng 37

3.3 Quá trình kết tinh magma của các đá bazan Cao Bằng và Sông Đà 41

3.4 Quá trình nóng chảy nguồn magma của các đá baazan Cao Bằng – Sông Đà……… 43

3.5 Bản chất kiến tạo các đá bazan khu vực Cao Bằng và khu vực Sông Đà……….45

3.6 Tuổi thành tạo của các đá bazan Cao Bằng và Sông Đà 49

3.6.1 Tuổi thành tạo của các đá bazan Cao Bằng 49

3.6.2 Tuổi thành tạo của các đá bazan Sông Đà 50

Chương 4 Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu……… ……52

4.1 Các ý kiến trước đây về các đá bazan khu vực Cao Bằng và Sông Đà……… 52

4.2 Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu 53

4.2.1 Đặc điểm kiến tạo bazan thấp Ti Sông Đà và Cao Bằng 53

4.2.2 Các đá bazan khu vực Cao Bằng được hình thành trong môi trường sau cung và hoàn toàn khác biệt với các đá bazan khu vực Sông

Đà hay các đá bazan khác trong tỉnh magma plume Emeishan 56

Kết luận 57

Tài liệu tham khảo 58

Phụ lục số liệu 60

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ST

T Viết tắt Viết đầy đủ

1 ACM Ades Continental Margin (Rìa lục địa tích cực kiểu Andes)

2 AL Alkaline (kiềm)

4 BABB Back – Arc Basin Bazan (bazan sau cung)

6 C – P Cac bon – Permi

7 C – S Cisaillement (mặt trượt) – Schitosity (mặt trượt)

8 CA Calc – Alkaline (kiềm vôi)

10 Cpx Clinopyroxen (pyroxen xiên)

11 DM Depleted (manti bị làm nghèo)

12 E – MORB Enriched Bazan Mid – Ocean Ridge (bazan sống núi đại

dương được làm giàu)

13 F Fluid (chất lưu)

14 FABB Fore – Arc Basin Bazan (bazan trước cung)

15 IAB Island Arc Bazan (bazan cung đảo)

16 IAT Island Arc Tholeit (đá bazan Tholeit cung đảo)

17 N – MORB Normal Bazan Mid – Ocean Ridge (Bazan sống núi đại

dương kiểu bình thường)

18 NXT Ngô Xuân Thành

19 OFB Ocean Flood Bazan (bazan dòng lũ)

20 OIB Ocean Island Bazan (bazan đảo đại dương)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc vùng nghiên cứu, theo Ngô Thi Phương và nnk (2015) [6].

9Hình 1.2 A: Vị trí kiến tạo của đới Sông Hiến trên Sơ đồ kiến tạo vùng Đông BắcViệt Nam và diện phân bố của đới Sông Hiến và Hạ Lang (theo Trần Văn Trị,1977); B: Sơ đồ địa chất khái quát vùng Cao Bằng – Thất Khê cho thấy quan

hệ của các thành tạo địa chất chủ yếu và vùng xuất lộ các thể bazan cầu gối

được đề cập trong đồ án (theo Trần Thanh Hải và nnk., 2007) [7] 10

Hình 1.3 Mặt cắt địa chất khái quát một phần của sườn Tây Bắc đèo Khau Khoang

(điểm MC1 trên Hình 1.2.B) (theo Trần Thanh Hải và nnk., 2007) [7] 12

Hình 1.4 Sự phân bố của các đá magma Permi trong hệ rift Sông Đà – Tú Lệ, khốinâng Phan Si Pan, các đá bazan và các đá silicsic Emeishan (có chỉnh sửa và

bổ sung theo tài liệu của nhóm tác giả Lan nnk., 2000) [12] 14

Hình 1.5 Sơ đồ phân bố các đá núi lửa Permi khu vực Sông Đà Khu vực nghiêncứu nằm giữa hai mảng Nam Trung Hoa và mảng Đông Dương (có chỉnh sửatheo Trần Việt Anh, 2011) [11] 15Hình 3.1 Sơ đồ tài liệu thực tế khu vực Thành phố Cao Bằng và các vùng lân cận27Hình 3.2 (a), (b) và (c): Các đá bazan bị vò nhàu, ép phiến theo mức độ tăng dần tạicác vị trí khác nhau trong vùng nghiên cứu; (b): Ranh giới kiến tạo giữa bazan

và đá vôi được tạo bởi đứt gãy nghịch 28Hình 3.3 (a): Đá bazan khu vực Cao Bằng bị calcit hóa; (b): Cấu tạo cầu gối trongBazan Cao Bằng 28Hình 3.4 Plagiocla ban tinh lớn nằm trên nền vi tinh (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2nicol; Plg: Plagiocla; Bi: Biotit 29Hình 3.5 Ban tinh Pyroxen trên nền Plagiocla vi tinh (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2nicol; Plg: Plagiocla; Py: pyroxen; Cal: calcit 29

Hình 3.6 Các hiện tượng biến đổi thứ sinh trong các đá bazan Cao Bằng (a), (b):Hiện tượng biến đổi calcit hóa;(c): hiện tượng biến đổi biotit hóa; (d): hiệntượng biến đổi serpentin hóa; (+): dưới 2 nicol; Plg: Plagiocla; Plg: Plagiocla;Py: pyroxen; Cal: calcit; Bi: biotit; Ser: serpentin 30Hình 3.7 Thấu kính Komatit trong bazan thấp Ti, vùng Đèo Chẹn (Trần Trọng Hòa

và nnk., 2013) [13] 31 Hình 3.8 Bazan komatit vùng Nậm Muội (Polyakov và nnk., 1996) (a – b):Kiến

trúc porphyr; (c – d): Kiến trúc Spinifex [13] 31Hình 3.9 Cấu trúc phân lớp giữa komatit và bazan thấp, tại điểm lộ gần cầu Pá

Uôn, Sông Đà (Trần Trọng Hòa và nnk., 2013) [13] 32

Hình 3.10 Cấu tạo của các đá bazan Cao Bằng (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2 nicol(a): Cấu tạo khối; (b): Cấu tạo định hướng C – S; Plg: Plagiocla; Cal: Calcit;Am: Amphibol 33Hình 3.11 Cấu tạo hạnh nhân trong các đá bazan Sông Đà (Theo Trần Việt Anh và

nnk., 2011) [11] 34

Hình 3.12 Kiến trúc nổi ban (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2 nicol; Plg: Plagiocla; Py:pyroxen; Cal: calcit; Bi: Biotit 34Hình 3.13 Kiến trúc porphyr với nền hyalopitit (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2 nicol;Plg: Plagiocla; Cal: calcit; Bi: Biotit; Am: Amphibol 35Hình 3.14 Hạt nửa tự hình (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2 nicol; Plg: Plagiocla; Py:pyroxen 35Hình 3.15 Kiến trúc hạt tha hình (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2 nicol; Plg: Plagiocla;Py: pyroxen 35Hình 3.16 Kiến trúc vi hạt (–): dưới 1 nicol; (+): dưới 2 nicol 36Hình 3.17 Đặc điểm các đá bazan Sông Đà (a): Kiến trúc spinifex trong đá bazan;(b): Olivin dạng ban tinh kéo dài trên nền thủy tinh (Theo Trần Việt Anh và

nnk., 2011) [10] 36

Hình 3.18 Biểu đồ (Na2O + K2O) – SiO2 phân loại các đá bazan khu vực Cao Bằng

và khu vực Sông Đà (theo Le Maitre, 1989) 37Hình 3.19 Mức độ tập trung của các nguyên tố chính và nguyên tố hiếm, vết so với

Zr của các đá bazan Cao Bằng và Sông Đà 38Hình 3.20 Biểu đồ chuẩn hóa với Chondrit theo số liệu của Sun & Mc Dough,

1989 (a): mẫu Cao Bằng (b): mẫu Sông Đà loạt cao Ti (c): mẫu Sông Đà loạtthấp Ti N – MORB: Bazan kiểu vỏ đại dương bình thường; E – MORB:Bazan sống núi giữa đại dương được làm giàu; OIB: Bazan nội mảng đạidương 39Hình 3.21 Biểu đồ chuẩn hóa với manti nguyên thủy theo số liệu của Sun & Mc.Dough, 1989 (a): Bazan Cao Bằng (b): Bazan Sông Đà loạt cao Ti (c):Bazan Sông Đà loạt thấp Ti N – MORB: Bazan kiểu vỏ đại dương bìnhthường; E – MORB: Bazan sống núi giữa đại dương được làm giàu; OIB:Bazan nội mảng đại dương 40Hình 3.22 Quan hệ giữa Mg# với các nguyên tố chính, nguyên tố hiếm, vết của các

đá nghiên cứu Mg# = Mg2 +¿

Mg¿

¿ ¿¿ 42Hình 3.23 Biểu đồ thể hiện kiểu nóng chảy nguồn magma và quá trình kết tinh củacác khoáng vật trong các đá khu vực Cao Bằng và khu vực Sông Đà (a): Biểu

đồ TiO2 – Zr (theo Saunders và Tarney,1979); (b): biểu đồ MgO – Zr (theoSaunders và Tarney,1979) 43Hình 3.24 Biểu đồ địa hóa và môi trường kiến tạo của các đá nghiên cứu (a) Ba/La– La/Yb thể hiện mức độ tham gia của vật liệu trầm tích trong quá trình nóng

chảy nguồn magma (theo Elliott và nnk., 1997); (b) Biểu đồ đồ (Hf/Sm)N –

(Ta/La)N thể hiện mối liên quan giữa nguồn vật chất nóng chảy và môi trường

kiến tạo (theo Lafleche và nnk., 1998) N – MORB: Bazan kiểu vỏ đại dương

bình thường; OIB: Bazan nội mảng đại dương DM: manti bị làm nghèo 44

Hình 3.25 Biểu đồ phân chia môi trường kiến tạo của các đá Cao Bằng và Sông Đà.(a) Th/Yb – Ta/Yb (theo Pearce, 1983); (b) Nb/Y – Zr/Y (theo Pearce, 1996).

E – MORB: Bazan sống núi đại dương được làm giàu ; N – MORB: Bazansống núi đại dương kiểu bình thường; OIB: Bazan đảo đại dương; ARC:Bazan cung; SUB (Subduction): hút chìm; F (fluid): chất lưu 44Hình 3.26 Biểu đồ Zr/Y – Ti/Y phân chia trường kiến tạo (theo Meschede, 1986) 45Hình 3.27 Biểu đồ phân chia môi trường kiến tạo của các đá nghiên cứu (a) Biểu

đồ Zr/Y – Zr theo Pearce và Norry (1979); (b) Biểu đồ La/Nb – Y (Floyd và

nnk., 1991 & Furnes và nnk., 2007); (c) Biểu đồ TiO2 – FeOT/MgO theo Shuto

và nnk (2006); (d) Biểu đồ V – Ti theo Shervais (1982) IAB: Bazan cung đảo;

FABB: Bazan trước cung; IAT: (Island Arc Tholieit): Bazan Tholieit cungđảo; OFB (Ocean Flood Bazan): Bazan dòng lũ; N – MORB: Bazan kiểu vỏđại dương bình thường; OIB: Bazan nội mảng đại dương 47Hình 3.28 Đồ thị đẳng thời biểu diễn quan hệ giữa thành phần đồng vị Rb – Sr đá

tổng của các mẫu bazan khu vực Cao Bằng [3] Các mẫu này hợp thành đường

đẳng thời với độ lệch chuẩn trung bình rất nhỏ (MSWD = 3.4) và giá trị

87Rb/86Sr ban đầu là 0.771016 Từ các số liệu này, tuổi của đá phun trào tínhđược khoảng 266  15 triệu năm 49Hình 3.29 Biểu đồ thể tuổi đồng vị Rb – Sr của các đá bazan Komatit vùng NậmMuội (theo Trần Trọng Hoàn, 2005) [10] 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Chỉ số trung bình giữa các nguyên tố đất hiếm của các đá bazan khu vựcCao Bằng và khu vực Sông Đà so sánh với bazan kiểu vỏ đại dương bìnhthường, bazan cung Indosia, bazan trước cung Mariana và bazan nộimảng……….48Bảng 2 Hàm lượng các nguyên tố chính của các đá bazan Cao Bằng (theo NXT,2014) [3] ……… 60Bảng 3 Hàm lượng các… nguyên tố hiếm, vết của các đá bazan Cao Bằng (theoNXT, 2014) [3] ………61Bảng 4 Hàm lượng các nguyên tố chính các đá bazan Sông Đà, loạt có hàm lượng

Ti thấp (theo TVA, 2011) [10] ………62Bảng 5 Hàm lượng các nguyên tố hiếm, vết của các đá bazan Sông Đà, loạt có hàmlượng Ti thấp (theo TVA, 2011) [10] ……….63Bảng 6 Hàm lượng các nguyên tố chính các đá bazan Sông Đà, loạt có hàm lượng

Ti cao (theo TVA, 2011) [10] ……….64Bảng 7 Hàm lượng các nguyên tố hiếm, vết của các đá bazan Sông Đà, loạt có hàmlượng Ti cao (theo TVA, 2011) [10] ……… 65Bảng 8 Số liệu đồng vị Sr – Nd và các tỉ số của các đá núi lửa Sông Đà (theo TrầnViệt Anh, 2011) [10] ……… 66

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Vào giai đoạn Permi giữa – muộn đến Triat giữa, magma plume manti hoạtđộng ở khu vực Tây Nam địa khối Dương Tử, tạo ra các tỉnh magma rộng lớn, màđại diện tiêu biểu nhất là tỉnh bazan lũ Emeishan

] và là một trong những tỉnh magma lớn nhận được nhiều sự quan tâm củacác nhà địa chất của cả Việt Nam và thế giới Các đá magma mafic – siêu mafic khuvực Sông Đà (TB Việt Nam) là một phần của tỉnh bazan lũ này, chúng được đưađến vị trí hiện tại do hoạt động trượt trái của đứt gãy Sông Hồng – Ailao Shan(khoảng 30 ÷ 17 triệu năm trước đây)

Các đá bazan khu vực Sông Đà cũng được nhiều nhà địa chất chú ý đến như:

Balykin và nnk., 1996, 2004; Hanski và nnk., 2002, 2004; Izokh và nnk., 2005; Polyakov và nnk., 1991, 1995, 1996, 1998, 2009; Trần Trọng Hòa và nnk., 1998,

2001, 2004; Chung và nnk., 2007; Wang và nnk., 2007; Zhou và nnk., 2002, 2008;

Xu và nnk., 2010, Các nghiên cứu của các nhà địa chất kể trên đều đưa ra các số

liệu về thạch học, địa hóa và tuổi tuyệt đối tương đồng nhau và tương đồng với các

đá của tỉnh magma Emeishan Những bằng chứng này cho phép các nhà địa chấtnhận định chúng là một phần kéo dài rìa Tây Nam khối Emeishan

Đới cấu trúc Sông Hiến ở Đông Bắc Bộ (Hình 1.1) đã được xem là một cấutrúc rift lục địa Palezoi muộn – Mesozoi bị lấp đầy bởi các thành tạo trầm tích lụcnguyên – carbonat, xen kẹp với các thành tạo phun trào và xâm nhập có thành phần

đa dạng Trong đó các đá bazan xuất hiện khá phổ biến và được cho là thành tạocùng điều kiện kiến tạo với các đá siêu mafic và gabbro trong khu vực (Ngô XuânThành, 2014) Theo một số nghiên cứu trước đây, các thành tạo magma trong vùngđược đặc trưng bởi các tổ hợp núi lửa – pluton mafic – felsic và cấu thành hai tổhợp chính là bazan – andesit, granodiaba và ryodacit – ryolit, granit – granophyr cómối quan hệ chặt chẽ về không gian, thời gian và nguồn gốc [0] Các nghiên cứugần đây về bối cảnh thành tạo của các đá hệ rift Sông Hiến nói chung và các đámafic khu vực Cao Bằng nói riêng đang có hai quan điểm khác nhau Nhóm tác giả

Izokh và nnk (2005), Trần Trọng Hòa và nnk (2008), Polyakov (2009), Vladimirov

(2012) cho rằng các bazan Sông Hiến giống với bazan Sông Đà, là một phần củatỉnh magma plume Emeishan Trong các nghiên cứu mới đây, nhóm tác giả Ngô

Xuân Thành và nnk (2014) lại cho rằng các đá magma của bể Sông Hiến được thành

tạo trong môi trường sau cung, điển hình cho tổ hợp ophiolit hình thành do khép

bồn sau cung trong giai đoạn Mesozoi giữa – muộn (Trần Thanh Hải và nnk., 2007).

Cho đến nay, các tranh luận về nguồn gốc và điều kiện kiến tạo thành tạo haibồn trũng Sông Đà và Sông Hiến nói chung cũng như các đá magma mafic của haikhu vực nói riêng vẫn còn nhiều tranh cãi Đặc biệt, trong các xuất bản mới đây,nhóm tác giả Trần Văn Trị và Đào Thái Bắc đưa ra quan điểm Emeishan bazan chocác thành tạo Cao Bằng Tuy vậy, cho đến nay vẫn chưa có công trình nào xem xétđối sánh về đặc điểm thạch học, thành phần địa hóa và tuổi thành tạo của magmahai khu vực này

Trước những vấn đề còn tồn đọng như đã nêu ở trên, sinh viên đã chọn đề

tài: “Đối sánh đặc điểm địa chất các đá bazan khu vực Cao Bằng và Sông Đà:

Ý nghĩa của chúng trong nghiên cứu kiến tạo khu vực” để làm đồ án tốt nghiệp.

Trong đồ án này, sinh viên tiến hành tổng hợp, xử lý các số liệu đã xuất bản trướcđây của hai khu vực kết hợp với các tài liệu nghiên cứu về thạch học, cấu tạo khuvực Cao Bằng để đối sánh hai loại magma trong khu vực Hy vọng đồ án sẽ gópphần làm sáng tỏ các đặc điểm kiến tạo của các đá mafic khu vực Cao Bằng trong

bể Sông Hiến

2 Mục tiêu của đề tài

 Nghiên cứu đặc điểm địa chất các đá bazan khu vực Cao Bằng và các đábazan khu vực Sông Đà

 Làm rõ đặc điểm kiến tạo của chúng

3 Nhiệm vụ của đề tài

Để đạt được mục tiêu đề ra, các nhiệm vụ cần phải tiến hành là:

 Khảo sát thực địa, nghiên cứu đặc điểm địa chất khối mafic khu vực Thànhphố Cao Bằng và vùng lân cận, thu thập mẫu nghiên cứu;

 Phân tích thành phần thạch học – khoáng vật của các đá mafic Cao Bằngdưới kính hiển vi quang học;

 Thu tập, tổng hợp số liệu về các đá bazan Cao Bằng và bazan Sông Đà;

 Xử lý số liệu trong phòng, mô hình hóa và viết báo cáo

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Các đá bazan khu vực Cao Bằng và khu vực Sông Đà

 Phạm vi nghiên cứu: Khu vực thành phố Cao Bằng và khu vực Sông Đà

5 Các phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu thực địa: Khảo sát thực địa, nghiên cứu đặc điểm địa chất và cấutạo của khối bazan, lấy mấu nghiên cứu các loại

 Nghiên cứu trong phòng:

+ Nghiên cứu mẫu lát mỏng thạch học dưới kính hiển vi quang học;

+ Tổng hợp và xử lý số liệu địa hóa;

+ Mô hình hóa đặc điểm kiến tạo dựa trên thành phầ địa hóa các đá nghiêncứu

6 Cơ sở tài liệu của Đồ án

Đồ án được hoàn thành trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, khảo sát thực địakết hợp với kết quả phân tích trong phòng cùng với các tài liệu hiện có là các bàibáo khoa học:

1 Hanski, E., Walker, R.J., Huhma, H., Polyakov, G.V., Balykin, P.A., Hoa

T.T., Phuong, N.T, 2004 “Origin of the Permian – Triassic komatiites, northwestern Vietnam” Contributions to Mineralogy and Petrology, v 147,

pp: 453 – 469

2 Ngô Xuân Thành, Nguyễn Thị Bích Thủy, 2016 “Bản chất kiến tạo của các

đá meta – mafic hệ tầng Huổi Hào khu vực Chiềng Khương – Sơn La” Tạpchí Địa chất 356, Tr 19 – 29

3 Ngo Xuan Thanh, Tran Thanh Hai, Nguyen Hoang, Vu Quang Lan,

Sanghoon Kwon, Tetsumaru Itaya, M Santosh, 2014 “Backarc mafic – ultramafic magmatism in Northeastern Vietnam and its regional tectonic significance” Journal of Asian Earth Sciences v 90, pp: 45 – 60.

4 Nguyễn Khắc Giảng, 2008 Bài giảng Địa hóa (phần 2).

5 P.A Balykin, G.V Polyakov, A.E Izokh, Tran Trong Hoa, Ngo Thi Phuong,

Tran Quoc Hung, T.E Petrova, 2010 “Geochemistry and petrogenesis of Permian ultramafic – mafic complexes of the Jinping – Song Da rift (southeastern Asia)” Russian Geology and Geophysics v 51, pp: 611 – 624.

6 Tatyana V Svetlitskaya, Nadezhda D Tolstykh, Andrey E Izokh, Phuong

Ngo Thi, 2015 “PGE geochemical constraints on the origin of the Ni – Cu –PGE sulfide mineralization in the Suoi Cun intrusion, Cao Bang province,Northeastern Vietnam” Mineralogy and Petrology v 109, pp:161 – 180

7 Trần Thanh Hải, Đặng Văn Bát, Đỗ Đình Toát, Nguyễn Thị Bích Thủy,

Fukun Chen, Trần Văn Trị, 2007 “Sự tồn tại của các thành tạo bazan cầu gối

ở vùng Cao Bằng – Lạng Sơn và ý nghĩa của chúng trong bình đồ cấu trúcĐông Bắc Đông” Tạp chí Địa chất số 229 Tr 10 – 24

8 Trần Trọng Hoà (Chủ nhiệm), 2005 “Hoạt động magma nội mảng lãnh thổ

Việt Nam và Khoáng sản liên quan” Báo cáo tổng kết đề tài hợp tác giữa

Viện Địa chất – Viện KHCN Việt Nam với Viện LH Địa chất – Địa vật lý –Khoáng vật học Novosibirsk – Viện HLKH Nga Lưu trữ Viện Địa chất, HàNội

9 Trần Trọng Hòa và nnk., 2010 Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công

nghệ – đề tài nghị định thư “Nghiên cứu nguồn gốc, điều kiện thành tạo một

số hệ magma – quặng có triển vọng về Pt, Au, Ti – V ở Việt Nam”

10 Trần Văn Trị và Vũ Khúc (chủ biên), 2009 “Địa chất và Tài nguyên Việt

Nam” NXB Khoa Học Tự Nhiên và Công Nghệ, 2009 590 Tr.

11 Tran Viet Anh, Kwan – Nang Pang, Sun – Lin Chung, Huei – Min Lin, Tran

Trong Hoa, Tran Tuan Anh, Huai – Jen Yang, 2011 “The Song Damagmatic suite revisites: A petrologic, geochemical and Sr – Nd isotopicstudy onpicrites, flood basalts and silicic volcanic rocks” Journal of AsianEarth Sciences v 42, pp: 1341 – 1355

12 Trong Hoa Tran, Ching – Ying Lan, Tadashi Usuki, J Gregory Shellnutt, Thi

Dung Pham, Tuan Anh Tran, Ngoc Can Pham, Thi Phuong Ngo, A.E Izokh,

A.S Boris, 2015 “Petrogenesis of Late Permian silicic rocks of Tu Le basin and Phan Si Pan uplift (NW Vietnam) and their association with the Emeishan large igneous province” Journal of Asian Earth Sciences v 109,

pp: 1 – 19

13 Trong Hoa Tran, Gleb V Polyakov, Tuan Anh Tran, Alexander S.,

Borisenko Andrey E., Izokh Pavel A., Balykin, Thi Phuong Ngo Thi, Dung

Pham, 2016 “Intraplate magmatism and metallogeny of north vietnam” v.

11, series Modern Approaches, Solid Earth Sciences, pp: 209 – 252

14 Yi – Gang Xu, Bin He, Xiaolong Huang, Zhenyu Luo, Sun – Lin Chung,

Long Xiao, Dan Zhu, Hui Shao, Wei – Ming Fan, Jifeng Xu, and Yue – Jun

Wang “Identification of mantle plumes in the Emeishan Large Igneous Province” Episodes, v 30, no 1, 2007.

15 Sử dụng tài liệu địa hóa trong nghiên cứu thạch luận Nguồn

http://idm.gov.vn/nguon_luc/Xuat_ban/Anpham/Diahoa/Mucluc.htm

7 Cấu trúc của Đồ án

Đồ án hoàn thành gồm các chương mục sau:

Mở đầu

Chương 1 Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Đặc điểm địa chất các đá bazan Cao Bằng và các đá bazan Sông Đà Chương 4 Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu

Kết luận

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực tập và làm đồ án tốt nghiệp, sinh viên đã nhận được sựgiúp đỡ và tạo điều kiện của Ban giám hiệu Trường Đại học Mỏ  Địa chất, Ban chủnhiệm khoa Khoa học và Kỹ Thuật Địa chất, các thầy cô giáo trong bộ môn Địachất Đồ án này được thực hiện có sự tài trợ của Đề tài KHCN Bộ Giáo Dục và Đàotạo Mã số B2016 – MDA – 06ĐT do TS Ngô Xuân Thành làm chủ nhiệm đồngthời dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của TS Ngô Xuân Thành, sinh viên đãđược hoàn thành đồ án

Qua đây, sinh viên xin phép được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giámhiệu Trường Đại học Mỏ  Địa chất, Ban chủ nhiệm khoa Khoa học và Kĩ Thuật Địachất và các thầy cô giáo trong bộ môn Địa chất, cảm ơn quý thầy cô đã giúp đỡ vàtạo điều kiện để sinh viên hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt, sinh viên xin phép được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhấtđến thầy giáo TS Ngô Xuân Thành, cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉbảo và truyền đạt cho sinh viên không chỉ về kiến thức chuyên ngành mà còn cả vềtinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc – hiệu quả, đây lànhững điều rất cần thiết cho sinh viên trong quá trình học tập và công tác sau này

Sinh viên xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 16 tháng 6 năm 2016

Phạm Thị Chi

Chương 1.

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG NGHIÊN CỨU

Phía Bắc Việt Nam gồm hai mảng Nam Trung Hoa và Dương Tử tách biệtbằng đới khâu Sông Mã, là một phần của đới khâu Jinshajiang – Ailao Shan (Hình1.1) Đới khâu Jinshajiang – Ailao Shan là kết quả của sự khớp nối mảng Nam

Trung Hoa và mảng Đông Dương vào 230 triệu năm trước (Carter và nnk., 2001; Zhang và nnk., 2013) Số liệu tuổi trên đã làm sáng tỏ thời gian khép bồn của đại

dương Paleotethys và thời gian va chạm của hai mảng này trong giai đoạn tạo núi

Indosini (Krobicki và nnk., 2008; Lepvirer và nnk., 2008; Trần Trọng Hòa và nnk.,

2008) Đới cắt trượt Jinshajiang – Ailao Shan được định tuổi Palogene (Schärer và

nnk., 1990; 1994) và được gây nên bởi sự va chạm của hai mảng Ấn Độ và Âu Á (Tapponnier nnk., 1990; Leloup nnk., 1995) Miền Bắc Việt Nam được chia thành

hai đới kiến tạo bởi đới cắt trượt Ailao Shan – Sông Hồng (Trần Trọng Hòa., 2007;

Krobicki và nnk., 2008; Khương Thế Hùng, 2009; Trần Thanh Hải và nnk., 2011)

(Hình 1.1) Phía Tây Bắc (được giới hạn bởi vùng uốn nếp Lào – Việt Nam), gồmmột phần của mảng Đông Dương, mảng Nam Trung Hoa và mảng Sibumasu Các

đá trong khu vực này đã chịu sự biến dạng mạnh mẽ trong suốt quá trình tạo núiIndosini cho đến thời kì va chạm giữa hai mảng Ấn Độ và Âu Á Phía Đông Bắc(được giới hạn bởi phần một phần uốn nếp Việt Nam – Trung Quốc) thuộc ở phíaNam địa mảng Nam Trung Hoa và bị dịch chuyển yếu trong Paleozoi giữa –Mesozoi sớm [0]

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc vùng nghiên cứu, theo Ngô Thi Phương và nnk (2015) [0]

(Vị trí các đới cấu trúc chính của phần phía Bắc Việt Nam trên Sơ đồ kiếntạo vùng Đông Nam Á: (I): Nậm Cô; (II): Tú Lệ; (III): Phan Si Pan; (IV): SôngChảy; (V): Lô Gâm và Phú Ngữ; (VI): Hạ Lang; (VII): An Châu; (VIII): QuảngNinh; Q: Trầm tích đệ tứ; (1): Sông Mã; (2): Sông Đà; (3): Sông Hồng; (4): SôngChảy; (5): Yên Minh – Ngân Sơn; (6): Cao Bằng – Tiên Yên; (7): Sông Thương)

1.1 Đặc điểm địa chất khu vực Sông Hiến

Hình 1.2 A: Vị trí kiến tạo của đới Sông Hiến trên Sơ đồ kiến tạo vùng Đông BắcViệt Nam và diện phân bố của đới Sông Hiến và Hạ Lang (theo Trần Văn Trị,1977); B: Sơ đồ địa chất khái quát vùng Cao Bằng – Thất Khê cho thấy quan hệ củacác thành tạo địa chất chủ yếu và vùng xuất lộ các thể bazan cầu gối được đề cập

trong đồ án (theo Trần Thanh Hải và nnk., 2007) [0].

Đới Sông Hiến nằm ở phần phía Đông Bắc Việt Nam (Hình 1.2) Đới kiếntạo này kéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam 200km, có thành phần chủ yếu

là các đá trầm tích phun trào tuổi Permi – Trias và các trầm tích lục nguyên –cacbonat tuổi Paleozoi giữa – muộn của hệ tầng Sông Hiến Hoạt động của đới riftnội lục Sông Hiến trong Paleozoi sớm – giữa có thể liên quan đến Emeishan (Izokh

và nnk., 2005; Trần Trọng Hòa và nnk., 2008a; Polyakov và nnk., 2009; Vadimrio

và nnk., 2012) hoặc bồn sau cung Paleozoi muộn – Mesozoi sớm được thành tạo bởi

quá trình tách giãn rìa mảng phía Bắc mảng khớp nối Đông Dương và Nam Trung

Hoa do sự phát triển của mảng Sibumasu (Trần Thanh Hải và nnk., 2011) [0].

Các đá magma đới Sông Hiến thuộc phức hệ Cao Bằng, bao gồm: (1) các đáphun trào ryodacit – ryolit cùng với các đá xâm nhập tương ứng là granit –granophyr; (2) các đá phun trào andesit – bazan và đá xâm nhập mafic gabrodolerit– diaba; (3) các đá xâm nhập mafic – siêu mafic lherzolit – gabronorit Phần lớn cáckhối xâm nhập nhỏ lherzolit – gabronorit trong đới Sông Hiến đều có quan hệ chặtchẽ với các đá phun trào núi lửa phân bố thành từng chuỗi chạy dọc theo đới đứtgãy Cao Bằng – Tiên Yên, từ Bảo Lạc (Hà Giang) đến Văn Lãng (Lạng Sơn) Dựatheo các đặc điểm thành phần và khoáng hóa Cu – Ni – PGE của các thành tạo xâmnhập cho thấy chúng khá gần gũi với xâm nhập Ni – Cu – Pt thuộc tổ hợp picrit –dolerit Limakhe, Zang Baoshan ở Nam Trung Hoa (Trần Trọng Hòa, 2005, 2007;

Izokh nnk., 2005) Trong rift Sông Hiến, các xâm nhập siêu mafic này chủ yếu mới

gặp ở vùng Cao Bằng, thuộc phần trung tâm của cánh phía Đông của cấu trúc này[0]

Các khối xâm nhập gabbrodolerit – diaba phân bố ở vùng Cao Bằng, từ đèoKhau Khoang (Thạch An) đến Bản Giềm (Bảo Lạc), gồm: Bản Giềm, Nguyên Bình,Lũng Luông, Tà Sa, Bản Lũng, Khau Khoang, Lũng Bát, Khuổi Piong Hầu hếtchúng có kích thước nhỏ, dạng thấu kính kéo dài phương TB – ĐN, trùng vớiphương cấu trúc chung của vùng Các khối này có quan hệ xuyên cắt các trầm tíchlục nguyên Devon, chỗ tiếp xúc với đá vây quanh gabbro (khối Khau Khoang), hoặcxuyên cắt rõ rệt đá vôi C – P gây skarn hóa ở nhiều chỗ với sự thành tạo skarngranat – pyroxen – epidot (khối Bản Giềm) Thành phần đá của các khối chủ yếu là

gabbro kiến trúc ophit, dolerit, congadiaba, đôi khi gặp granophyr (khối Bản Lũng)hoặc gabbro dạng pegmatit (khối Nguyên Bình) Trong các xâm nhập Bản Giềm vàKhau Khoang gặp gabbro có các tinh thể pyroxen và plagiocla kéo dài, còn các đásẫm màu nhất của các xâm nhập này là gabbro giàu pyroxen (khối Lũng Bát) (TrầnTrọng Hòa, 2005, 2007) Gabbro – dolerit thường có kiến trúc hạt nhỏ, dạngporphyr với ban tinh là pyroxen hoặc plagiocla trong nền kiến trúc dolerit có chứahạnh nhân được chlorit và epidot lấp đầy Thành phần khoáng vật của các đá khá ổnđịnh, chủ yếu gồm plagiocla (55 ÷ 60%), pyroxen (35 ÷ 40%), thường có amphibol

và biotit phát triển thay thế pyroxen và khoáng vật quặng (ilmenit, magnetit và íthơn có sulfur) Kiến trúc của gabbro – dolerit thường là khảm ophit hoặc dolerit.Dolerit khác biệt với gabbro có kiến trúc hạt nhỏ hơn, còn trong diaba gặp thạch anhđến 7 ÷ 10% [10]

Hình 1.3 Mặt cắt địa chất khái quát một phần của sườn Tây Bắc đèo Khau

Khoang (điểm MC1 trên Hình 1.2.B) (theo Trần Thanh Hải và nnk., 2007) [0].

Mặt cắt trên thể hiện mối quan hệ giữa tập đá phun trào bazan cầu gối vớicác loại đá khác quan sát được tại vết lộ Tập đá phiến ở bên trái mặt cắt (có thểthuộc hệ tầng Thần Sa) bị biến dạng uốn nếp và dập vỡ mạnh, kèm theo là một đớibiến dạng cao ở gần ranh giới với đá bazan Tập đá phiến silic bao gồm các lớpmỏng giàu silic, có thể là các thành tạo tướng biển sâu Tập đá mafic có cấu tạo đặcxít, đôi chỗ có các tinh thể amphibol và plagiocla hạt lớn, có thể là một phần của

thành tạo xâm nhập gabro – diaba (theo Trần Thanh Hải và nnk., 2007) [0].

Các khối xâm nhập lherzolit – gabbronorit phức hệ Cao Bằng: Các xâm nhậpnhỏ lherzolit – gabbronorit phức hệ Cao Bằng phân bố tập trung ở phần trung tâmcủa rift Sông Hiến (vùng Cao Bằng); Suối Củn, Khuổi Giàng, Khau Mìa, Khắc

Thiệu, Bó Ninh, trong đó được nghiên cứu chi tiết hơn cả là các khối Suối Củn vàKhuổi Giàng (Polyakov, 1996; Trần Trọng Hòa, 2005) Thành phần đá của các khốigiống nhau, chủ yếu gồm plagioperidotit, lherzolit, picrit tướng ven rìa, picrodoleritgabbro olivin, gabbronorit, đôi khi gặp gabbro – dolerit tương tự các đá trong cácxâm nhập mafic mô tả trên Trong lherzolit thường gặp các đai mạch có thành phầngabbronorit Trong lherzolii và gabbronorit khối Suối Củn gặp xâm tán dày khoánghóa sulfur, đôi khi biểu hiện sulfur dạng giọt Ngoài ra, trong các đới cà nát củalherzolit quan sát được khoáng hóa sulfur dạng nhiệt dịch kèm theo các quá trìnhlistvenit hóa Ở rìa Đông của khối Suối Củn còn bắt gặp các biến loại có kiến trúcporphyr với ban tinh olivin và pyroxen trên nền thủy tinh tương tự các đá núi lửasiêu mafic picrit núi lửa Không loại trừ khả năng các đá này là đá núi lửa tươngứng của các xâm nhập siêu mafic vùng Cao Bằng Thành phần thạch học của các đálherzolit – gabbro – norit phức hệ Cao Bằng khá đồng nhất và chủ yếu bao gồmplagioperidotit, lherzolit, picrit và gabbronorit Thành phần khoáng vật chủ yếu củacác đá là olivin, pyroxen thoi, pyroxen xiên và khá phổ biến phlogopit Kiến trúccủa các đá siêu mafic phần lớn là gần toàn tinh, cấu tạo đồng nhất (dạng khối) Kháphổ biến kiến trúc dạng porphyr [10].

1.2 Đặc điểm địa chất khu vực Sông Đà

Đới Sông Đà nằm ở phía Tây Bắc Bắc Bộ (Hình 1.4), có dạng hình con thoikéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam, từ Lai Châu (biên giới Việt – Trung)đến vùng biển Ninh Bình, chiếm phần lớn địa phận trung và hạ lưu Sông Đà và mộtphần của dãy Hoàng Liên Sơn, nơi phình rộng nhất trên 90km, từ Sơn La đến VănBàn

Hình 1.4 Sự phân bố của các đá magma Permi trong hệ rift Sông Đà – Tú Lệ, khốinâng Phan Si Pan, các đá bazan và các đá silicsic Emeishan (có chỉnh sửa và bổ

sung theo tài liệu của nhóm tác giả Lan nnk., 2000) [12]

Theo các nghiên cứu trước đây, một cách tổng quát, có thể thấy các đá núilửa và á núi lửa mafic và siêu mafic về cơ bản gồm 4 kiểu tổ hợp khác nhau, thuộc 2loạt cao Ti và thấp Ti (Hình 1.4, Hình 1.5) Loạt cao Ti bao gồm các tổ hợp sau:bazan  andesit (Cẩm Thủy, Sơn La), bazan – andesit – picrit (Nậm So), trachyt –bazan – trachyandesit – trachydacit (Đồi Bù, Viên Nam, Suối Chát, Nậm Muội)

Loạt thấp Ti chủ yếu gồm các đá núi lửa mafic – siêu mafic kiểu tổ hợp bazan –komatit (Nậm Muội, Đèo Chẹn) [10]

Hình 1.5 Sơ đồ phân bố các đá núi lửa Permi khu vực Sông Đà Khu vực nghiêncứu nằm giữa hai mảng Nam Trung Hoa và mảng Đông Dương (có chỉnh sửa theo

Trần Việt Anh, 2011) [0]

Các đá núi lửa thấp Ti: lộ thành một dải kéo dài theo phương Tây Bắc –Đông Nam, từ vùng Nậm Muội qua Nong Xang, Đèo Chẹn đến Bản Tăng, thuộcphần trục đới cấu trúc nguồn rift Sông Đà Chúng được mô tả chi tiết tại một số mặtcắt dọc theo trục cấu trúc Sông Đà ở vùng Nậm Muội (Chiềng Ngàm, Pá Uôn) và

Tạ Khoa (Đèo Chẹn) (Polyako và nnk., 1991; Ngô Thi Phương., 1994; Trần Trọng

Hòa và nnk., 2005) Ngoài ra, trong phần dưới của tầng đá núi lửa mafic cao Ti

vùng Sìn Hồ thuộc mút TB của rift Sông Đà cũng thấy có mặt các đá cao Mg, thấp

Ti tương tự (Bùi Minh Tâm, 1995) Các đá núi lửa và á núi lửa cao Mg, thấp Ti củavùng Nậm Muội chiếm phần dưới của thành tạo phun trào, trước đây được xếp vào

hệ tầng Viên Nam, bao gồm các nhóm komatit, bazan – komatit, bazan theo các đặcđiểm thạch học và địa hóa [10]

Các tổ hợp núi lửa cao Ti: Các đá núi lửa mafic loạt cao Ti và á núi lửa đikèm thuộc về 3 kiểu tổ hợp: bazan – andesit, bazan – andesit – picrit và trachybazan– trachyandesit – trachydacit Chúng phân bố rộng rãi ở ven rìa rift Sông Đà (RSĐ).Kiểu tổ hợp bazan – andesit phổ biến chủ yếu ở các vùng Cẩm Thủy và đèo Sơn Lathuộc cánh TN của RSĐ Các đá của tổ hợp bazan – andesit – picrit mới chỉ thấy ởvùng Nậm So thuộc mút ĐB của RSĐ Tổ hợp trachybazan – trachyandesit –trachydacit phổ biến ở các vùng Kim Bôi, Viên Nam (Đồi Bù), Ba Vì, Vạn Yên,Phù Yên (Suối Chát) và Nậm Muội (Trần Trọng Hòa, 1998; 2001) Điều đáng chú ý

là, trong các trường phân bố bazan cao Ti ở các vùng khác nhau đều gặp các đáfelsic, song với khối lượng khác nhau và thành phần khác nhau Trong kiểu tổ hợpbazan – andesit, bazan – andesit – picrit hầu như không thấy hoặc rất ít gặp các đáfelsic; chúng xuất hiện rõ rệt hơn ở kiểu tổ hợp trachybazan – trachyandesit –trachydacit, trong đó đá núi lửa và á núi lửa felsic có thành phần gần gũi với cácthành tạo á kiềm Bazan và andesitobazan vùng Cẩm Thủy đặc trưng có kiến trúcaphanit, đôi khi dolerit, thường có cấu tạo hạnh nhân, quá trình albit hóa, actinolithóa và chlorit hóa phát triển mạnh Bazan cao Ti đèo Sơn La có thành phần tươngđối đơn điệu, chủ yếu bao gồm các đá có kiến trúc aphanit rắn chắc, thường xuyên

có cấu tạo hạnh nhân được lấp đầy bởi chlorit, epidot, albit, chalcedon Bazan vàandesitobazan (leucobazan) á kiềm là các đá chiếm ưu thế trong thành phần của cácmặt cắt ở các vùng Nậm So và Phong Thổ Chúng có thành phần thay đổi trongkhoảng khá rộng, trong đó chiếm ưu thế là bazan porphyrit với các ban tinh Cpx –Plg có tương quan định lượng khác nhau tạo nên những biến loại thạch học khácnhau: bazan pyroxen và plagiobazan [10]

Chương 2.

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý luận

2.1.1 Khái niệm chung về magma

Các dung thể magma được hình thành do sự nóng chảy từng phần của mantihoặc phần dưới của vỏ lục địa có thể kết tinh một phần hoặc toàn bộ ở những độ sâukhác nhau trong quá trình đi lên bề mặt trái đất Sản phẩm của sự kết tinh này là các

đá magma Ở đâu magma đi lên, xuyên qua bề mặt trái đất thì xảy ra núi lửa phun

và cho sản phẩm là đá núi lửa hay đá phun trào Đá xâm nhập sâu thì kết tinh ở dướisâu (pluton)

Những khối đá xâm nhập sâu có chiều dài hàng trăm km, rộng hàng chục kmcấu thành nên các dãy núi lớn gọi là batholith Batholith cũng như các thể cán, mạch

là một kiểu tổ hợp của các đá silicat

Các đá magma siêu mafic (siêu bazơ) là tên gọi chung cho nhóm đá xâmnhập bao gồm các loại đá dunit, olivinit, peridotit và pyroxenit Thành phần khoángvật chính gồm olivin, pyroxen thoi, pyroxen xiên và một số khoáng vật phụ nhưcromit, manhetit Nhóm đá này khá nghèo oxit silic (SiO2 < 45%), nhôm, canxi vàkiềm nhưng lại giàu MgO

2.1.2 Các nhóm nguyên tố

Nguyên tố chính: là nguyên tố chiếm chủ yếu trong thành phần hoá học của

đá, hàm lượng của chúng được biểu diễn bằng phần trăm trọng lượng (% Wt) vớigiá trị >0.1% Đó là các nguyên tố: Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K và P Cácnguyên tố chính được sử dụng với 3 mục đích trong địa hoá là:

+ Để phân loại và gọi tên các đá

+ Sử dụng số liệu nhóm nguyên tố chính để xây dựng các dạng biểu đồ 2biến hoặc 3 biến, qua đó xác định mối tương quan giữa các nguyên tố hoá học đểluận giải các quá trình địa hoá xảy ra trong quá khứ

+ Biểu diễn các thành phần hoá học các đá trên biểu đồ pha với quan niệmthành phần hoá học của đá không bị biến đổi so với thành phần của dung thể banđầu.

Nhóm nguyên tố vết (trace element):

Nguyên tố vết là nguyên tố có mặt trong đá với độ tập trung <0.1% trọnglượng (Wt %), nghĩa là nhỏ hơn 1000 phần triệu (ppm) Đôi khi nguyên tố vết cóthể tạo thành khoáng vật riêng biệt, song thông thường chúng thay thế cho nguyên

tố chính trong các khoáng vật tạo đá và được chia thành các nhóm nguyên tố sau:

Nhóm Lantanit hoặc nhóm đất hiếm (Rare Earth Element – REE):

Nhóm này gồm các nguyên tố có số nguyên tử từ 57 đến 71 là: La, Ce, Pr,

Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Ngoài ra, nguyên tố Y cũng đượcghép vào nhóm này vì có bán kính tương tự Ho Nguyên tố Pm không gặp trongthực tế

Những nguyên tố đất hiếm có số nguyên tử thấp (La, Ce,…Sm) được gọi lànhững nguyên tố đất hiếm nhẹ (LREE), còn những nguyên tố có số nguyên tử caohơn được gọi là những nguyên tố đất hiếm nặng (HREE) Các nguyên tố trung gian(từ Sm đến Ho) đôi khi được gọi là những nguyên tố trung bình (MREE)

Nhóm Platin (PGE):

Nhóm này bao gồm các nguyên tố có số nguyên tử từ 44 đến 46 (Ru, Rh, Pd)

và từ 76 đến 78 (Os, Ir, Pt) được gọi là nhóm kim loại quý nếu như bao gồm cả Au

Nhóm kim loại chuyển tiếp (TME):

Nhóm này bao gồm các nguyên tố có số nguyên tử từ 21 đến 30 (Sc, Ti, V,

Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr) Tuy nhiên, trong địa hoá học nhóm nguyên tố chuyểntiếp thường chỉ áp dụng với 2 nguyên tố chính là Fe và Mn Ngoài ra, nguyên tố Scđôi khi được xếp vào nhóm nguyên tố đất hiếm do đặc tính hoá học khá gần gũi với

Y và La

2.1.3 Hành vi địa hoá của các nguyên tố vết trong hệ thống magma

Khi manti của trái đất bị nóng chảy, nguyên tố vết biểu lộ sự ưa pha lỏng(dung thể) hoặc ưa pha rắn (khoáng vật) Những nguyên tố vết ưa pha khoáng vậthơn được mô tả là nguyên tố tương hợp (compatible), còn nguyên tố nào ưa phalỏng được mô tả là nguyên tố không tương hợp (incompatible) – có nghĩa là chúng

là nguyên tố không tương hợp trong cấu trúc khoáng vật và sẽ rời ra ngoài tại cơ hộiphù hợp đầu tiên Nguyên tố không tương hợp còn gọi là nguyên tố ưa magma ẩm(hydromagmatophile) (theo Treuil và Varet, 1973)

Những nguyên tố cation nhỏ có điện tích cao được biết đến là cation cótrường bền vững cao (HFS) và thế ion >2.0 bao gồm nhóm đất hiếm (REE), Sc, Y,

U, Th, Hf, Ta, Nb, Ti, P và những nguyên tố cation lớn có điện tích thấp được gọi lànguyên tố với cation có trường bền vững thấp (LFS) với thế ion <2.0 gồm Cs, Rb, K

và Ba, ngoài ra có thêm Sr, Eu+2, Pb+2 Những nguyên tố có trường bền vững thấpcòn được gọi là những nguyên tố ưa đá có ion lớn (large ion lithophile element –LILE)

2.1.5 Phân loại và gọi tên các đá magma

 Phân loại và gọi tên đá magma theo thành phần khoáng vật:

Đây là một phương pháp phân loại mang tính truyền thống Có nhiều phươngpháp phân loại dựa trên thành phần khoáng vật có trong đá thông qua việc xác địnhtrên kính hiển vi phân cực Các bảng phân loại tiêu biểu nhất của Dally (1914),Tronger (1935), Niggli (1931, 1935), Johansen (1939), Rittman (1952), Romer(1963), Streckeisen (1967, 1976, 1978, 1986) và Brousse (1979) Trong các phân

loại trên đây, bảng phân loại đá magma theo biểu đồ tam giác kép QFTA củaStreckeisen (1967) được tiểu ban về hệ thống phân loại các đá magma thuộc Hiệphội quốc tế và khoa học Địa chất (International Union of Geological Sciences –IUGS) công nhận (1972) được ông sửa và hoàn thiện năm 1973 và 1976 Trên biểu

đồ, nửa trên QAP phân bố các đá kiềm vôi và nửa dưới APF là các đá kiềm Trong

đó, Q là thạch anh, A là Felspar kiềm (orthoclas, ablit = 0 ÷ 5), P là felspartotid(foid kiềm)

 Phân loại và gọi tên theo thành phần hóa học:

Dựa trên thành phần các oxit tạo đá: Dựa trên thành phần trăm các oxit chính

có trong đá, chủ yếu là SiO2, Al2O3, MgO, CaO để phân loại các đá magma Điểnhình nhất là các phân loại của các nhà thạch địa hóa Fedsman (1929), Goldschmidt(1930), Ussing (1942), Polanski (1949), Zlobin (1959), Semenov (1967),Maracusev (1973), Gerasmiovsky (1973), Midle Most (1975), Sahama (1975),Barton (1979), Cov và Sorensen (1979), Bogatikov (1981), Mitchell và Berman(1991)

Dùng biểu đồ tương quan giữa các oxit chính: biểu đồ TSA và biểu đồNa2O+K2O của Cox và nnk 1979 (biểu đồ này có ý nghĩa thực tiễn to lớn vì các biểu

đồ khác không thể bao hàm toàn bộ các đá xâm nhập

 Phân loại đá magma sử dụng khoáng vật tiêu chuẩn:

Tính toán khoáng vật tiêu chuẩn (nomarnative mineralogy) là xác định cáckhoáng vật của đá từ những phân tích hóa học và tạo ra khoáng vật định mức màchúng ta có thể thực tế khác với CIPW là phương pháp phổ biến nhất được đưa ravào thế kỉ trước bởi ba nhà thạch luận Cross, Idding, Pirrson và nhà địa hóaWashington Khoáng vật tiêu chuẩn cơ sở dựa trên thành phần hóa học vì thế các đámagma hạt nhỏ, hạt lớn và biến chất cùng nhau sẽ có thành phần khoáng vật tiêuchuẩn giống nhau Có nhiều biểu đồ được xây dựng từ các khoáng vật tiêu chuẩndùng để phân loại cho cả đá phun trào và xâm nhập

 Phân chia đá magma theo dấu hiệu thạch địa hóa:

Trên quan điểm thạch luận nguồn gốc, các đá magma được chia ra làm baloại chính: Loạt tholeit (TH), loạt kiềm vôi (CA) và loạt kiềm (AL) Loạt TH baogồm các đá magma bão hòa SiO2 thậm chí hơi bão hòa Các đá chủ yếu là bazan,andesit ít hoặc hiếm hơn là dacit Các đá loạt TH có hàm lượng K2O thấp (0.1 ÷0.15%), Na chiếm ưu thế hơn K (K2O/Na2O = 5 ÷ 15), hàm lượng các nguyên tốlithophile và nguyên tố hiếm thường thấp (Ringwood và Green, 1968) Các đá này

có hai nhóm là nhóm các đá bazan dòng lũ – OFB đặc trưng cho tỉ số hàm lượngRb/Sr < 0.01 và giá trị Ba thấp; nhóm các đá TH cung đảo – IAT đặc trưng bởi hàmlượng Rb/Sr > 0.02 và giá trị Ba cao Quặng hóa liên quan là Conchedoan đồng.Loạt kiềm vôi: gồm loạt đá phân dị từ bazan – andesit – dacit – ryolit và các đá xâmnhậm tương ứng gabbro – diorit – granodiorit – granit Trong đó, chiếm ưu thế rõ là

đá andesit và andesitobazan Các khoáng vật tạo đá quan trọng là pyroxen,amphibol và plagiocla Tỉ số FeO*/MgO đạt từ 0.8 ÷ 1.6, ít 2.0 Hàm lượng K cao(1%) trong đá bazan và 2 ÷ 2.5% trong đá axit hơn Na chiếm ưu thế hơn K (tỉ lệNa2O/K2O = 2 ÷ 3) Loạt kiềm (AL) hàm lượng Al2O3 tăng cao (16 ÷ 18%), vì vậycác đá này được xếp vào loạt magma cao nhôm (Kumo, 1968) Hàm lượng cácnguyên tố lithophin (không tương hợp) cao hơn trong các đá loạt tholeit, hàm lượngcác Rb = 10 ÷ 45ppm, Sr = 330 ÷ 346ppm, Ba = 115 ÷ 520ppm, riêng tỉ lệ Rb/Sr =0.35 ÷ 1.2 Các đá này phổ biến trong các vùng núi lửa cung đảo (IA) và rìa lục địatích cực (ACM) kiểu Andes và các đá kiểu Andes có hàm lượng SiO2, Ba, Rb, Sr,FeO*/MgO > 2.0 (Jakes và White, 1972) Quặng hóa liên quan là Cu porphyry, Cu– Mo sulphur đa kim và vàng Loạt kiềm (AL) có mặt ở đảo đại dương (OI) hoặclục địa không tạo núi (anorogenic); trong đới rift, gồm các đá có thành phần mafictới salic với sự chiếm ưu thế của các đá mafic (bazantoid), đôi khi còn được coi như

tổ hợp các đá magma kiềm Na và K hoặc bazan kiềm Đặc trưng của các đá thuộcloạt này có tổng hàm lượng kiềm khá cao (6 ÷ 7%), hàm lượng Ti cao, tỉ sốFeO*/MgO trung bình (0.5 ÷ 2.4), hàm lượng các nguyên tố không tương hợpthường rất cao (hàm lượng Sr, Ba có thể đạt 1000ppm) và có mặt các khoáng vật

nephelin và leucit trong các đá nephelinit, hawait, foialit,… Quặng hóa liên quanthường là kim loại và đất hiếm.

2.1.6 Một số khái niệm về các thuật ngữ thường dùng

 Chondrite:

Là một thiên thạch, mà người ta cho rằng thiên thạch này có thành phầntương ứng với thành phần khởi nguyên của hệ mặt trời Theo Nguyễn Khắc Giảng(2008), Chondrit là những thiên thạch nhỏ, có đường kính 1mm hoặc nhỏ hơn, trongthành phần chứa chủ yếu là: Olivin (40 – 50%), Pyroxen thoi (30%), Plesit (10 –15%), Plagiocla (10%) và Troilit (5 – 6%) [0]

 Primitive mantle (Manti nguyên thủy):

Là một mô hình manti lí tưởng Trong đó, ở quá khứ thì phần manti và phần

vỏ của hiện tại được trộn lẫn với nhau tạo thành một thể đồng nhất Mô hình nàygiải thích cho giai đoạn Trái đất chưa bị phân dị thành manti và vỏ

 Làm giàu/nghèo tuyệt đối:

Là hiện tượng các nguyên tố đất hiếm được làm giàu (bị làm nghèo) so vớiChondrit (hoặc so với manti nguyên thủy) Được xác định bằng cách tính các chỉ sốđất hiếm nặng (Yb/Lu)N và chỉ số đất hiếm nhẹ (La/Yb)N của đá (N: sau chiaChondrit hoặc sau chia manti nguyên thủy), nếu các chỉ số này lớn hơn 1 thì cónghĩa là các nguyên tố đất hiếm được làm giàu tuyệt đối so với Chondrit (hoặcmanti nguyên thủy) và ngược lại, nhỏ hơn 1 là bị làm nghèo tuyệt đối

 Làm giàu/nghèo tương đối:

Là khái niệm để chỉ sự so sánh mức độ làm giàu/nghèo giữa các nguyên tốđất hiếm hoặc nhóm nguyên tố đất hiếm với nhau Có thể được xác định trực tiếptrên các biểu đồ chuẩn hóa với Chondrit hoặc chuẩn hóa với manti nguyên thủy

 Kết tinh phân đoạn:

Kết tinh phân đoạn là quá trình các khoáng vật kết tinh trong quá trình nguộilạnh của dung thể magma, tuân theo một quy luật nhất định đó là liệt Bowen (Hình2.)

Hình 2 Sơ đồ liệt phản ứng Bowen [0]

 Hiện tượng hỗn nhiễm (Contamination):

Hiện tượng hỗn nhiễm, theo nghĩa thông thường, là sự đồng hóa của magmađối với các đá của vỏ và quá trình này có thể tuân thủ với mô hình hòa trộn

Về mặt lí thuyết, đó là hiện tượng xảy ra phản ứng giữa một dung thể magmavới vật liệu cứng (có thành phần hoàn toàn khác với dung thể magma đó) trong quátrình di chuyển và tạo thành một dung thể mới có thành phần hoàn toàn khác biệt ].

 Nóng chảy từng phần (Partial Melting):

Có hai kiểu nóng chảy từng phần: Nóng chảy từng mẻ (batch melting) vànỏng chảy phân đoạn (fractional melting) hay còn gọi là nóng chảy Rayleigh ]

Nóng chảy từng mẻ (còn gọi là nóng chảy từng phần cân bằng hay đơn giảngọi là nóng chảy cân bằng) là mô hình đơn giản nhất của nóng chảy từng phần;trong đó, pha lỏng nằm tại chỗ và thường xuyên tiếp xúc, cân bằng hóa học với vậtliệu tàn dư cho đến khi các điều kiện cho phép tách thành “mẻ” ra khỏi magmanguyên thủy ]

Nóng chảy phân đoạn là mô hình nóng chảy trong đó một lượng vô cùng nhỏchất lỏng được tạo thành cân bằng với pha tàn dư và sau đó tách khỏi hệ ]

Mức độ nóng chảy từng phần càng tăng lên thì càng nhiều khoáng vật bị biếnmất và quá trình nóng chảy từng phần diễn ra ngược lại với liệt Bowen, nghĩa là cáckhoáng vật có nhiệt độ kết tinh thấp như: thạch anh, biotit, chlorit, plagiocla, granat,

… sẽ nóng chảy sớm hơn so với các khoáng vật kết tinh ở nhiệt độ cao như: olivin,

pyroxen Điều này rất quan trọng đối với sự nóng chảy của vật liệu có nguồn gốc manti, các đá có nguồn gốc từ manti thường có nồng độ nguyên tố đất hiếm nhẹ lớn hơn đất hiếm nặng ]

2.2 Các phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra của đồ án, sinh viên đã tiếnhành áp dụng các hệ phương pháp nghiên cứu sau:

2.2.1 Phương pháp thực địa

Từ các tài liệu nghiên cứu trước đây về địa chất và khoáng sản, bản đồ địachất khu vực Cao Bằng, khoanh vùng và tiến hành công tác khảo sát thu thập số liệuthực tế được tiến hành theo các mặt cắt dọc theo đường mòn, đường ô tô hoặc dọccác sông suối có lộ nhiều đá gốc Các lộ trình khảo sát được bố trí có phương vuông

góc hoặc gần vuông góc với phương cấu trúc chung của khu vực và cắt qua các đámafic khu vực Thành phố Cao Bằng và vùng lân cận Các tài liệu thu thập bao gồm:

Đặc điểm phân bố, đặc điểm thạch học, thế nằm của các đá và mối quan hệgiữa chúng

Xác định các dạng cấu tạo địa chất tại thực địa, các dạng biến đổi của đá từ

đó giải đoán sơ lược tại thực địa; chụp ảnh đá và diện lộ, lấy mẫu các loại (bao gồmmấy thạch học, mẫu địa hóa và mẫu lát mỏng)

2.2.2 Nghiên cứu trong phòng

Trên cơ sở các tài liệu đã thu thập được ở ngoài thực địa, tiến hành các côngtác trong phòng như sau:

+ Nghiên cứu các đá mafic dưới kính soi lát mỏng;

+ Tổng hợp và xử lý số liệu địa hóa;

+ Tổng hợp các số liệu thạch học, đặc điểm cấu tạo và các số liệu địa hóa đã

xử lí kết hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây để đánh giá bản chất của các quátrình kiến tạo trong khu vực

Từ đó, nhận thấy rằng, đặc điểm thạch học của các đá này có những nét chính nhưsau:

3.1.1 Tổ hợp cộng sinh khoáng vật của các đá bazan khu vực Cao Bằng

và Sông Đà

Nhìn chung về thành phần thạch học các đá bazan Cao Bằng và Sông Đà khátương đồng, tổ hợp khoáng vật của đá chủ yếu là: Plagiocla + Pyroxen + Olivin.Dưới đây là mô tả cụ thể về đặc điểm thạch học của chúng

 Tổ hợp cộng sinh khoáng vật của các đá bazan khu vực Cao Bằng

Trong quá trình khảo sát thực địa, sinh viên chú trọng đến các thể bazan củaphức hệ Cao Bằng và các đá này chủ yếu có cấu tạo khối, cầu gối, ép phiến, bị vònhàu và dập vỡ mạnh mẽ (Hình 3.7a, b, c) do bị các hệ thống đứt nghịch, chờmnghịch chủ yếu là có phương TB – ĐN cắt qua; một số đứt gãy tạo nên ranh giớigiữa các đá Ranh giới giữa đá bazan nghiên cứu với các đá khác trong vùng cũng làranh giới kiến tạo được tạo nên bởi các hệ thống đứt gãy nghịch và chờm nghịchnày (Hình 3.7d)

Tuy đá đã bị phong hóa yếu và được đặc trưng bởi các hiện tượng biến đổithứ sinh (Hình 3.8a) nhưng tại một số vị trí còn quan sát được cấu tạo cầu gối trongcác đá còn khá tươi (ở khu vực phía Đông Thành phố Cao Bằng) (Hình 3.8b)

Hình 3.6 Sơ đồ tài liệu thực tế khu vực Thành phố Cao Bằng và các vùng lân cận

Sinh viên: Phạm Thị Chi 27 Lớp: Địa chất B – K56

Hình 3.7 (a), (b) và (c): Các đá bazan bị vò nhàu, ép phiến theo mức độ tăngdần tại các vị trí khác nhau trong vùng nghiên cứu; (b): Ranh giới kiến tạo giữa

bazan và đá vôi được tạo bởi đứt gãy nghịch

Hình 3.8 (a): Đá bazan khu vực Cao Bằng bị calcit hóa; (b): Cấu tạo cầu gối trong

Bazan Cao Bằng

Sinh viên: Phạm Thị Chi 28 Lớp: Địa chất B – K56

Nghiên cứu các đá bazan Cao Bằng dưới kính nhận thấy thành phần thạchhọc chính của đá gồm: các ban tinh pyroxen, plagiocla nằm trên nền vi tinhplagiocla Ngoài ra, còn có các ban tinh khác như olivin, biotit, calcit, serpentin

Plagiocla có 2 kiểu, một là dạng tinh thể lớn (0.5mm), đôi chỗ có song tinh

rõ ràng, hai là dạng vi tinh nhỏ tạo nền (Hình 3.9)

Hình 3.9 Plagiocla ban tinh lớn nằm trên nền vi tinh (–): dưới 1 nicol; (+):

dưới 2 nicol; Plg: Plagiocla; Bi: Biotit

Pyroxen chủ yếu tồn tại dạng ban tinh trên nền vi tinh plagiocla (Hình 3.10)

Hình 3.10 Ban tinh Pyroxen trên nền Plagiocla vi tinh (–): dưới 1 nicol; (+):

dưới 2 nicol; Plg: Plagiocla; Py: pyroxen; Cal: calcit

Các khoáng vật biotit, calcit, serpentin được hình thành do quá trình biến đổithứ sinh; trong đó, hiện tượng calcit hóa là phổ biến nhất (Hình 3.11)

Sinh viên: Phạm Thị Chi 29 Lớp: Địa chất B – K56