Đánh giá tiềm năng khoáng sản kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam và định hướng sử dụng - Copy

Những công trình nghiên cứu liên quan đến kaolin về cơ bản đã giải quyết nhiều vấn đề lý luận về nguồn gốc thành tạo, thành phần vật chất, nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu chuyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Nghiên cứu sinh

Lê Đỗ Trí

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Khái quát các đặc điểm chính của các khoáng vật nhóm kaolinit Bảng 2.2 Mối quan hệ giữa mức độ phong hóa, kiểu VPH với kaolin phong hoá từ pegmatit, granit

Bảng 2.3 Mối quan hệ giữa mức độ phong hóa, kiểu VPH với kaolin phong hoá từ magma xâm nhập thành phần bazơ (biến đổi gần hoàn toàn)

Bảng 3.1 Vị trí phân bố khoáng vật halloysit trong VPH phức hệ Tân Phương Bảng 3.2 Kết quả xử lý thống kê hàm lượng các thành phần chính của kaolin

Bảng 4.4 Tài nguyên các hạng kaolin - pyrophyllit công nghiệp mỏ Pạc Sẹc Lẻng

Bảng 4.5 Tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp mỏ Láng Đồng

Bảng 4.6 Tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp khu Văn Yên - Trấn Yên Bảng 4.7 Tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp mỏ Đồng Bến

Bảng 4.8 Tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp mỏ Minh Tân

Bảng 4.9 Tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp mỏ Phú Lạc

Bảng 4.10 Tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp mỏ Khe Mo

Bảng 4.11 Tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp mỏ Minh Xương

Bảng 4.12 Tỷ lệ phần trăm tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp

Bảng 4.13 Tài nguyên kaolin theo hạng kaolin công nghiệp

Bảng 5.1 Thành phần hóa học của kaolin lọc

Bảng 5.6 Sản lượng khai thác kaolin tại một số nước trên thế giới

Bảng 5.7 Sản lượng gạch ceramic của 30 nước và toàn thế giới

Bảng 5.8 Sản lượng sản xuất và tiêu dùng nội địa của một số nước trong Asean Bảng 5.9 Kim ngạch xuất nhập khẩu của một số nước trong Asean

Bảng 5.10 Số liệu xuất khẩu sứ vệ sinh của một số nước trên thế giới

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ không gian vùng nghiên cứu

Hình 1.2 Sơ đồ các đơn vị kiến tạo và hệ thống đứt gãy chính vùng Bắc Bộ Việt Nam

Hình 2.1 Đường cong mật độ xác suất của quy luật phân bố chuẩn

Hình 3.1 Vị trí phân bố các mỏ, điểm kaolin theo đơn vị hành chính và trên bình đồ cấu trúc - kiến tạo vùng Bắc Bộ Việt Nam

Hình 3.2 Sơ đồ phân bố dải khoáng hóa kaolin - pyrophyllit trên bình đồ cấu trúc kiến tạo vùng Bắc Bộ Việt Nam

Hình 3.3 Thân kaolin khu Ngòi Xum - Ngòi Ân, Lào Cai

Hình 3.4 Thân kaolin số 6 khu Yên Thái - Báo Đáp, Yên Bái

Hình 3.5 Sơ đồ địa chất thân kaolin số 6 khu Yên Thái - Báo Đáp

Hình 3.6 Thân kaolin số 8 mỏ Phương Viên, Phú Thọ

Hình 3.7 Thân kaolin Dốc Kẻo, Phú Thọ

Hình 3.8 Ranh giới thân kaolin với đá vây quanh tại mỏ Hang Dơi, Thạch Khoán, Phú Thọ

Hình 3.9 Thân kaolin mỏ Láng Đồng, Thạch Khoán, Phú Thọ

Hình 3.10 Ranh giới các đới phong hóa tại mỏ Đồng Bến, Tuyên Quang Hình 3.11 Thân kaolin mỏ Đồng Bến, Hàm Yên, Tuyên Quang

Hình 3.12 Thân kaolin mỏ Phú Lạc, Đại Từ, Thái Nguyên

Hình 3.13 Thân kaolin tại mỏ Nà Thức, Thái Nguyên

Hình 3.14 Thân kaolin mỏ Bích Nhôi, Minh Tân, Hải Dương

Hình 3.15 Thân kaolin mỏ Khe Mo, Thái Nguyên

Hình 3.16 Thân kaolin mỏ Cưa Đá - Tấn Mài, Quảng Ninh

Hình 3.17 Thân kaolin mỏ Minh Xương, Phú Thọ

Hình 3.18 Hình ảnh phân tích SEM mẫu kaolin mỏ Láng Đồng, Phú Thọ

Hình 3.19 Hình ảnh phân tích TEM khoáng vật haloysit mỏ Láng Đồng

Hình 3.20 Kết quả phân tích XRD mẫu kaolin mỏ Láng Đồng, Phú Thọ

Hình 3.21 Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) mỏ Láng Đồng, Phú Thọ

Hình 3.22 Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) mỏ Đồng Bến, Thái Nguyên

Hình 3.23 Hình ảnh phân tích SEM mẫu kaolin mỏ Phú Lạc, Thái Nguyên Hình 3.24 Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) mỏ Phú Lạc Hình 3.25 Hình ảnh phân tích SEM mẫu kaolin mỏ Minh Tân, Hải Dương Hình 3.26 Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) mỏ Minh Tân, Hải Dương

Hình 3.27 Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) mỏ Khe Mo Hình 3.28 Hình ảnh phân tích SEM mẫu kaolin - pyrophylit mỏ Pạc Sẹc Lẻng, Quảng Ninh

Hình 3.29 Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) mỏ Pạc Sẹc Lẻng, Quảng Ninh

Hình 3.30 Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) mỏ Minh Xương, Phú Thọ

Hình 5.1 Sơ đồ phân vùng định hướng sử dụng kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam

Phụ lục

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT - KHOÁNG SẢN VÙNG BẮC BỘ VIỆT NAM 7

1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên và lịch sử nghiên cứu địa chất 7

1.1.1 Điều kiện tự nhiên 7

1.1.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất và kaolin vùng Bắc Bộ 10

1.2 Đặc điểm địa chất - khoáng sản 11

1.2.1 Vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc Việt Nam 12

1.2.2 Địa tầng 15

1.2.3 Magma xâm nhập 19

1.2.4 Khái quát về cấu trúc kiến tạo vùng Bắc Bộ Việt Nam 22

1.2.5 Khoáng sản 24

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Cơ sở lý luận 27

2.1.1 Khái niệm về kaolin và nguồn gốc thành tạo 27

2.1.2 Một số khái niệm khác có liên quan 34

2.2 Cấu trúc vỏ phong hóa và các liên quan đến thành tạo kaolin 35

2.2.1 Khái niệm vỏ phong hóa (VPH) 35

2.2.2 Kiểu VPH 35

2.2.3 Sản phẩm phong hóa và đới phong hóa 35

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 38

2.3.1 Phương pháp tiệm cận có hệ thống kết hợp với phương pháp nghiên cứu địa chất truyền thống 38

2.3.2 Các phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất 38

2.3.3 Phương pháp mô hình hóa 39

2.3.4 Các phương pháp đánh giá tài nguyên 46

2.3.5 Phương pháp dự báo tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp theo mối

quan hệ giữa hàm lượng và tài nguyên 50

2.3.6 Phương pháp đối sánh kết hợp với ý kiến chuyên gia 54

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM KAOLIN VÙNG BẮC BỘ VIỆT NAM 55

3.1 Đặc điểm phân bố 55

3.1.1 Kaolin phong hoá 55

3.1.2 Kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi 57

3.1.3 Kaolin tái trầm tích 58

3.2 Đặc điểm hình thái thân kaolin vùng Bắc Bộ 58

3.2.1 Hình thái thân kaolin nguồn gốc phong hóa 58

3.2.2 Hình thái thân kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi 67

3.2.3 Hình thái thân kaolin tái trầm tích 67

3.3 Đặc điểm chất lượng kaolin 68

3.3.1 Kaolin nguồn gốc phong hóa 69

3.3.2 Kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi 82

3.3.3 Kaolin nguồn gốc tái trầm tích 86

CHƯƠNG 4 TIỀM NĂNG TÀI NGUYÊN KAOLIN VÙNG BẮC BỘ VIỆT NAM 92

4.1 Tài nguyên xác định 92

4.2 Tài nguyên dự báo 92

4.3 Dự báo tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp theo mối quan hệ giữa hàm lượng và tài nguyên 95

CHƯƠNG 5 ĐỊNH HƯỚNG VÀ PHÂN CHIA KHU VỰC SỬ DỤNG KAOLIN VÙNG BẮC BỘ VIỆT NAM 106

5.1 Các lĩnh vực sử dụng kaolin và yêu cầu chất lượng 106

5.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm sử dụng kaolin 112

5.2.1 Trên thế giới 112

5.2.2 Ở Việt Nam 116

5.3 Định hướng sử dụng 121

5.3.1 Nguyên tắc định hướng 121

5.3.2 Định hướng sử dụng hợp lý kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam 124

5.4 Phân chia khu vực sử dụng 128

5.4.1 Nguyên tắc phân chia 128

5.4.2 Phân chia khu vực sử dụng hợp lý kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam 130

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135

1 KẾT LUẬN: 135

2 KIẾN NGHỊ: 136

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Kaolin là loại khoáng chất công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Chúng được dùng làm nguyên liệu trong sản xuất gốm sứ, gạch chịu lửa, xi măng; làm chất độn trong sản xuất giấy, sơn, phân bón, cao su, chất dẻo v.v Trong những năm gần đây, các ngành công nghiệp sử dụng kaolin không ngừng phát triển và trở thành một trong những ngành có đóng góp không nhỏ cho nền kinh tế của đất nước Theo Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết định số 1469/QĐ-TTg ngày 22 tháng 8 năm

2014, nhu cầu các sản phẩm vật liệu ốp lát năm 2015 là 320 triệu m2; năm 2020

là 470 triệu m2; sứ vệ sinh 12,69 triệu sản phẩm vào năm 2015 và 20,68 triệu sản phẩm vào năm 2020 v.v [13]

Toàn bộ lãnh thổ Việt Nam nói chung và vùng Bắc Bộ Việt Nam nói riêng, đến nay đã được điều tra lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1/500.000 đến tỷ lệ 1/200.000 và phần lớn đã được điều tra lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1/50.000; một số diện tích triển vọng đã được tìm kiếm, thăm dò và khai thác khoáng sản các loại, trong đó có kaolin Những công trình nghiên cứu liên quan đến kaolin về cơ bản đã giải quyết nhiều vấn đề lý luận về nguồn gốc thành tạo, thành phần vật chất, nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu chuyên sâu về đánh giá tiềm năng tài nguyên kaolin và tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp ở trạng thái nguyên khai với nguồn gốc thành tạo khác nhau làm cơ sở đề xuất định hướng sử dụng hợp lý, tiết kiệm tài nguyên khoáng kết hợp với bảo vệ môi trường

Đề tài “Đánh giá tiềm năng khoáng sản kaolin vùng Bắc Bộ Việt

Nam và định hướng sử dụng” được đặt ra nhằm giải quyết những yêu cầu

cấp bách do thực tiễn đòi hỏi

2 Mục tiêu của luận án

- Nghiên cứu làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, thành phần vật chất và mối quan hệ giữa các hạng kaolin công nghiệp ở trạng thái nguyên khai với các kiểu nguồn gốc thành tạo kaolin ở Bắc Bộ Việt Nam

- Đánh giá tiềm năng tài nguyên và tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp ở trạng thái nguyên khai, từ đó đề xuất định hướng sử dụng hợp lý, hiệu quả nguồn tài nguyên kaolin trong vùng nghiên cứu

3 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu làm rõ mối quan hệ của khoáng sản kaolin với các thành tạo địa chất và đặc điểm phân bố kaolin trong vùng Bắc Bộ Việt Nam

- Nghiên cứu làm sáng tỏ thành phần vật chất, tính chất kỹ thuật và công nghệ của kaolin làm cơ sở dự báo tài nguyên kaolin và tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp ở trạng thái nguyên khai

- Đánh giá tài nguyên kaolin và tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp

ở trạng thái nguyên khai trên cơ sở sử dụng tổng hợp các nguồn dữ liệu địa chất - khoáng sản và kết quả tìm kiếm, thăm dò

- Định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên kaolin trong phát triển kinh tế

- xã hội, đặc biệt trong chiến lược phát triển công nghiệp sản xuất gốm sứ xây dựng đến năm 2020, định hướng đến năm 2030

- Nghiên cứu phân vùng sử dụng kaolin bảo đảm nguyên tắc sử dụng hiệu quả, tiết kiệm, kết hợp với bảo vệ môi trường

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: các mỏ, điểm khoáng sản kaolin trong vùng Bắc Bộ Việt Nam

- Phạm vi nghiên cứu: vùng Bắc Bộ Việt Nam (phần đất liền) được giới

hạn từ biên giới Việt - Trung, Việt - Lào đến hết địa phận tỉnh Ninh Bình

5 Các phương pháp nghiên cứu chính

- Phương pháp tiệm cận có hệ thống kết hợp với phương pháp nghiên

cứu địa chất truyền thống

- Phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp đối sánh kết hợp với ý kiến chuyên gia

6 Những điểm mới của luận án

6.1 Góp phần làm rõ hơn về đặc điểm phân bố và cấu trúc của các kiểu

vỏ phong hóa (VPH) chứa kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam; xác định sự có mặt của khoáng vật haloysit trong trong pegmatit phong hóa mạnh và trung bình của phức hệ Tân Phương

6.2 Kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam có 3 kiểu nguồn gốc và thể hiện rõ tính không đồng nhất với sự có mặt của 5 hạng kaolin công nghiệp Trong đó, hạng I, II, III chủ yếu thuộc kiểu mỏ phong hóa từ pegmatit và kiểu mỏ nhiệt dịch biến chất trao đổi; hạng IV và không phân hạng (KPH) chủ yếu thuộc kiểu mỏ phong hóa từ granit, aplit, ryolit, felsit, gabro bị felspat hóa, đá trầm tích, đá biến chất và kiểu mỏ tái trầm tích

6.3 Làm rõ mối quan hệ phụ thuộc giữa hàm lượng oxyt sắt (Fe2O3) với các thông số địa chất thân khoáng cho phép dự báo tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp ở trạng thái nguyên khai theo chỉ tiêu hàm lượng oxyt sắt

6.4 Đề xuất các nguyên tắc cơ bản về định hướng sử dụng hợp lý nguyên liệu kaolin theo các hạng quặng công nghiệp phục vụ chiến lược phát triển ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ, VLCL và các ngành công nghiệp khác có sử dụng kaolin

6.5 Dựa vào tiềm năng tài nguyên, điều kiện kinh tế - địa lý, cơ sở hạ tầng và nhu cầu và thị trường tiêu thụ, vùng nghiên cứu được phân thành 4 khu vực nguyên liệu kaolin; trong đó khu vực 1, khu vực 2 và khu vực 3 có vị trí và vai trò quan trọng phát triển công nghiệp gạch ốp lát, gốm sứ, VLCL

7 Các luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam phân bố tập trung trong

các cấu trúc: địa khu biến chất cao Hoàng Liên Sơn, đai tạo núi nội lục Paleozoi sớm Đông Bắc Bộ và rift nội lục Paleozoi muộn - Mesozoi An Châu

và có tiềm năng lớn; trong đó kaolin phong hoá từ pegmatit thuộc phức hệ Tân Phương và phức hệ Tân Hương thuộc địa khu biến chất cao Hoàng Liên Sơn chiếm trên 50% tổng tiềm năng tài nguyên kaolin vùng nghiên cứu

Luận điểm 2: thành phần, chất lượng và khả năng sử dụng của kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam phụ thuộc vào nguồn gốc điều kiện thành tạo; trong đó:

+ Kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi với các khoáng vật đặc trưng dickit, nacrit, thạch anh, pyrophylit, alunit, chủ yếu thuộc hạng I, II, III, giàu Al2O3, nghèo Fe2O3 và độ chịu lửa cao cần ưu tiên sử dụng làm nguyên liệu sản xuất gạch granit, sứ vệ sinh và VLCL

+ Kaolin phong hóa từ pegmatit với các khoáng vật đặc trưng kaolinit, ilit, haloysit, goethit, chủ yếu thuộc hạng I, II, III và có tính khả tuyển cao,

Fe2O3 thấp, độ chịu lửa trung bình đến thấp cần ưu tiên sử dụng làm nguyên liệu sản xuất sứ vệ sinh, gạch granit, gạch ceramic, men gốm sứ và chất độn trong sản xuất giấy

+ Kaolin tái trầm tích và kaolin phong hóa từ đá các đá granit, aplit, ryolit, felsit, gabro bị felspat hóa, đá trầm tích, đá biến chất chủ yếu thuộc hạng IV và KPH, Fe2O3 cao cần sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xương gạch ceramic, gốm sứ dân dụng, chất độn trong sản xuất thuốc trừ sâu, xà phòng

8 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của luận án

8.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần nhận thức đầy đủ và toàn diện hơn về diện phân bố, đặc điểm chất lượng, tiềm năng tài nguyên và các

lĩnh vực sử dụng kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam; đồng thời góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp ở trạng thái nguyên khai trong vùng nghiên cứu nói riêng và khoáng sản kaolin trên

cả nước nói chung

8.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần cung cấp cho các nhà quản

lý và các cơ quan những số liệu tổng hợp chung về chất lượng, tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp và khả năng khai thác, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên này phục vụ nhu cầu cho các lĩnh vực công nghiệp khác nhau

- Định hướng, phân chia khu vực sử dụng sử dụng hợp lý kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và quản lý Nhà nước

về tài nguyên khoáng sản

9 Cơ sở tài liệu của luận án

Luận án được hoàn thành trên cơ sở tài liệu thực tế do NCS thu thập, khảo sát thực địa và phân tích mẫu từ năm 2009 đến nay NCS đã thu thập và

xử lý bằng phần mềm máy tính hàng nghìn mẫu hóa kaolin, phân tích bổ sung gần 100 mẫu kaolin, gồm phân tích thành phần hóa, độ hạt (34 mẫu); thạch học (10 mẫu); nhiệt và rơnghen (24 mẫu), hiển vi điện tử quét, hiển vi điện tử truyền qua (30 mẫu) thuộc các kiểu nguồn gốc khác nhau Ngoài ra, NCS còn thu thập thông tin, số liệu từ các báo cáo đo vẽ bản đồ địa chất khoáng sản khu vực tỷ lệ 1/200.000 và 1/50.000, các báo cáo tìm kiếm, thăm dò, hiện trạng sản xuất, chế biến, tiêu thụ kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam, các tài liệu về kaolin đã công bố trong và ngoài nước trên các tạp chí chuyên ngành, sách xuất bản và trên mạng internet

10 Kết cấu của luận án:

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 5 chương:

Chương 1: Đặc điểm địa chất - khoáng sản kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam

Chương 2: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Đặc điểm kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam

Chương 4: Tài nguyên kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam

Chương 5: Định hướng sử dụng và phân chia khu vực sử dụng kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam

11 Nơi thực hiện luận án

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Tìm kiếm - Thăm dò, Khoa Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Văn Lâm và TS Trần Ngọc Thái

Trong quá trình hoàn thành luận án, NCS đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo sau Đại học, Khoa Địa chất, Bộ môn Tìm kiếm thăm dò, cũng như sự giúp đỡ của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Cục Kiểm soát hoạt động khoáng sản miền Bắc, Cục Kiểm soát hoạt động khoáng sản miền Nam, Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh, Viện Thông tin lưu trữ địa chất, Viện khoa học Địa chất và Khoáng sản, Văn phòng Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản quốc gia, Viện Khoa học công nghệ Vật liệu xây dựng, Liên đoàn địa chất Đông Bắc, Tây Bắc, và các bạn đồng nghiệp NCS cũng nhận được

sự động viên, giúp đỡ tận tình của GS.TS Đồng Văn Nhì, PGS.TS Đặng Xuân Phong, PGS.TS Đỗ Đình Toát, PGS.TS Nguyễn Quang Luật, PGS.TS Nguyễn Khắc Giảng, PGS.TS Nguyễn Phương, TS Đỗ Văn Nhuận, PGS.TS Lương Quang Khang, TS Nguyễn Tiến Dũng, PGS.TS Kiều Quý Nam, PGS.TS Bùi Hoàng Bắc, TS Khương Thế Hùng và nhiều nhà khoa học khác

NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các cán bộ hướng dẫn, lãnh đạo các cơ quan và các nhà khoa học đã có các công trình nghiên cứu trước và cho phép NCS được tham khảo, kế thừa và sử dụng trong luận án này

Hình 1.1 Sơ đồ không gian vùng nghiên cứu (nguồn: DGMV, 2005)

1.1.1.2 Đặc điểm địa hình

Vùng nghiên cứu có địa hình đa dạng và phức tạp, đó là sự đan xen của các kiểu địa hình núi cao, núi trung bình, đồi núi thấp và địa hình đồng bằng được hình thành trong những khu vực có điều kiện địa chất - kiến tạo với lịch

sử phát triển riêng Chính vì vậy, địa hình ở các vùng nhỏ cũng có những đặc điểm riêng

- Vùng Đông Bắc Bộ: địa hình rất đa dạng và thay đổi với đặc điểm chung là các dãy núi đá vôi và thung lũng hướng vòng cung như cánh cung Sông Gâm, cánh cung Ngân Sơn, cánh cung Bắc Sơn, thung lũng sông Nà Rì, thung lũng Sông Cầu v.v Ngoài ra, còn có các bề mặt bán bình nguyên khá bằng phẳng với độ cao khoảng 2.000m như Tây Côn Lĩnh (2.419m), Kiều Liêu Ti (2.402m) Giáp với đồng bằng là khu vực trung du với đặc điểm hình thái gồm những đồi đỉnh bằng, sườn thoải, xen kẽ với những thung lũng rộng, đáy phẳng

- Vùng Tây Bắc Bộ: địa hình có đặc điểm là những dãy núi và thung lũng chạy song song theo phương tây bắc - đông nam với dãy núi cao Hoàng Liên Sơn có những đỉnh cao nhất Việt Nam như đỉnh Phan Si Pan (3.143m),

Pu Ta Leng (3.096m), Pu Luông (2.985m), Sa Phìn (2.874m) Đặc điểm nổi bật là các dãy núi có sống núi rõ và hẹp, sườn núi dốc, mức độ phân cắt sâu

và ngang đều lớn, quá trình bóc mòn và xâm thực xảy ra rất mạnh Tuy nhiên, vẫn gặp những bề mặt khá bằng phẳng, những bán bình nguyên nằm ở độ cao khác nhau như cao nguyên Mộc Châu kéo dài từ Yên Châu đến suối Rút, độ cao trung bình 1.000m Ngoài ra còn gặp địa hình đồi - đồng bằng - thung lũng có diện phân bố hạn chế

- Vùng Đồng bằng Sông Hồng: có địa hình không hoàn toàn đồng nhất, tương đối bằng phẳng, thấp dần từ tây bắc xuống đông nam, từ các thềm phù

sa cổ cao từ 10 - 15m xuống đến các bãi bồi cao từ 2 - 4m ở trung tâm, với hệ

thống sông ngòi dày đặc, đôi khi xuất hiện những đồi núi thấp phân bố đơn lẻ hoặc tập trung với diện tích hạn chế

1.1.1.3 Sông suối

Trong vùng có mạng lưới sông suối dày đặc, trung bình trên 1km2

có gần 1km sông suối với 03 hệ thống sông chính gồm:

- Hệ thống sông Bằng Giang - Kỳ Cùng: gồm hai sông chảy ngược hướng nhau, nhưng gặp nhau ở Quảng Tây - Trung Quốc Sông Bằng Giang bắt nguồn từ Nà Vài ở độ cao khoảng 600m, chảy theo hướng đông nam qua Thị xã Cao Bằng đến Thủy Khẩu thì sang Trung Quốc Sông có khoảng 26 phụ lưu, diện tích lưu vực khoảng 4.560km2 Sông Kỳ Cùng bắt nguồn từ Ba

Xá ở độ cao 625m, chảy theo hướng tây bắc qua Thị xã Lạng Sơn, đến Thất Khê thì ngoặt sang Trung Quốc Sông có khoảng 79 phụ lưu, diện tích lưu vực khoảng 6.660km2

- Hệ thống sông Thái Bình: do ba con sông hợp thành là sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam và đổ ra Biển Đông qua các cửa Nam Triệu, cửa Cấm, cửa Văn Úc và cửa Thái Bình Hệ thống sông Thái Bình có diện tích lưu vực khoảng 12.680km2, chế độ thuỷ văn cũng có một mùa lũ, một mùa cạn và lượng phù sa ít hơn nhiều so với hệ thống sông Hồng

- Hệ thống sông Hồng: đây là hệ thống sông lớn thứ hai trên lãnh thổ Việt Nam với diện tích lưu vực rộng khoảng 61.400km2 Sông Hồng chảy qua nước ta có chiều dài khoảng 556km, chảy theo hướng đông nam qua Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hà Nội rồi đổ ra vịnh Bắc Bộ ở cửa chính Ba Lạt, ngoài ra còn 3 cửa phụ của 3 phân lưu là cửa Trà Lý, cửa Lạch Giang và cửa Đáy Hệ thống sông Hồng có tới 614 phụ lưu, trong đó 2 phụ lưu quan trọng nhất là sông Đà và sông Lô Chế độ thủy văn của hệ thống sông Hồng

có mùa lũ kéo dài 5 tháng (tháng 6 - 10), chiếm khoảng 75% tổng lượng nước, trong đó đỉnh lũ là tháng 8 hàng năm

1.1.1.4 Cơ sở hạ tầng

Có mạng lưới giao thông tương đối phát triển, nhất là các tỉnh đồng bằng sông Hồng, bao gồm đường bộ, đường thủy, đường sắt, đường hàng không Hiện nay, đang được xây mới, cải tạo nâng cấp theo hướng hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế của vùng và cả nước

Có mức độ phát triển kinh tế, mật độ dân cư không đồng đều Trong đó, miền núi phía Bắc còn nhiều khó khăn, tốc độ phát triển kinh tế chậm, đời sống của nhân dân thấp và dân trí chưa cao Các tỉnh trung du và đồng bằng sông Hồng có mật độ dân số cao, cơ sở hạ tầng và kinh tế phát triển mạnh mẽ

là thị trường tiêu thụ hàng hóa lớn nhất

1.1.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất và kaolin vùng Bắc Bộ

Công tác nghiên cứu khoáng sản kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam gắn liền với công tác điều tra địa chất, đo vẽ bản đồ khoáng sản, công tác tìm kiếm, thăm dò và các nghiên cứu chuyên đề khác, có thể chia làm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn trước năm 1954: chủ yếu là các công trình của các nhà địa

chất Pháp nghiên cứu về địa chất khu vực kết hợp với tìm kiếm khoáng sản nhưng ở mức độ sơ lược Tiêu biểu là các công trình đo vẽ lập bản đồ địa chất Đông Dương tỷ lệ 1/2.000.000 của J Fromaget (1937) và một số văn liệu như

"Cấu tạo địa chất, các nham thạch, các mỏ và các mối quan hệ có thể của chúng với kiến tạo xứ Đông Dương" của J Fromaget (1941)

- Giai đoạn sau năm 1954: sau ngày miền Bắc được hoàn toàn giải

phóng, công tác điều tra địa chất khu vực, tìm kiếm và thăm dò khoáng sản, trong đó có kaolin được tiến hành một cách có hệ thống và đạt được nhiều thành tựu to lớn, tiêu biểu là các công trình nghiên cứu:

+ Công tác điều tra địa chất khu vực có các công trình: đo vẽ bản đồ địa chất phần miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1/500.000 do A.E Đovjikov chủ biên năm 1965; Loạt tờ bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1/200.000 thành lập từ năm

1969 - 1978 và được hiệu đính vào những năm 1999 - 2000; Loạt tờ bản địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1/50.000; Bản đồ địa chất đệ tứ Việt Nam tỷ lệ 1/1.000.000 (Nguyễn Đức Tâm và Đỗ Tuyết đồng chủ biên, 1994); Bản đồ vỏ phong hóa và trầm tích Đệ tứ Việt Nam tỷ lệ 1/1.000.000 (Ngô Quang Toàn chủ biên, 1999)

+ Các đề tài nghiên cứu khoa học liên quan đến kaolin có các công trình nghiên cứu về: "Quaczit thứ sinh vùng Tấn Mài và một số khoáng sản liên quan với chúng" Trần Xuân Toản (1983); "Thành phần khoáng vật của một số kiểu kaolin vỏ phong hóa ở Việt Nam và phương pháp tính định lượng khoáng vật các thành tạo kaolin phong hóa" Trần Ngọc Thái, Trương Quang

Di và nnk, (1991); "Nghiên cứu các nguồn kaolin ở Hoàng Liên Sơn - Vĩnh Phú phục vụ sản xuất giấy và xuất khẩu" Lý Bá Tiến và nnk, (1993); "Địa

chất Đệ tứ và đánh giá tiềm năng khoáng sản liên quan" Đề tài KT 01 - 07, Nguyễn Địch Dỹ chủ biên, (1996); "Nghiên cứu cơ sở khoa học để xây dựng Quy phạm phân cấp tài nguyên - trữ lượng kaolin Việt Nam, Văn phòng đánh giá trữ lượng khoáng sản - Đề tài cấp Bộ, (2002); "Đánh giá giá trị kinh tế các khoáng chất công nghiệp Việt Nam và kiến nghị phương hướng sử dụng" Nguyễn Viết Lược và nnk, (1998); "Báo cáo xác lập luận cứ khoa học, đánh giá định lượng, định hướng phát triển việc sử dụng hợp lý tài nguyên khoáng

sản Việt Nam đến năm 2020" Nguyễn Linh Ngọc và nnk, (2001)

Tóm lại: các công trình nghiên cứu nêu trên đã làm sáng tỏ về địa

tầng, magma và khoáng sản liên quan nói chung, kaolin nói riêng, nhưng chưa có đề cập nghiên cứu chuyên sâu về đánh giá tiềm năng tài nguyên kaolin và tài nguyên các hạng kaolin công nghiệp ở điều kiện tự nhiên với nguồn gốc thành tạo khác nhau làm cơ sở đề xuất định hướng sử dụng hợp lý, tiết kiệm tài nguyên khoáng kết hợp với bảo vệ môi trường

1.2 Đặc điểm địa chất - khoáng sản

1.2.1 Vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc Việt Nam [47]

Theo Trần Văn Trị, Vũ Khúc và nnk (2009), trên bình đồ cấu trúc kiến

tạo Việt Nam, vùng Bắc Bộ Việt Nam thuộc các đơn vị kiến tạo chính được

thể hiện ở hình 1.2, trong đó các đơn vị kiến tạo có liên quan đến kaolin gồm:

1.2.1.1 Các địa khu lục địa tiền Cambri tái cải biến trong Phanerozoi

được đặc trưng bởi địa khu biến chất cao Hoàng Liên Sơn và Phu Hoạt - Nậm

Sư Lư, gồm:

- Địa khu Hoàng Liên Sơn gồm hai á địa khu là Phan Si Pan và Núi

Con Voi, trong đó:

+ Á địa khu Phan Si Pan (đới Phan Si Pan - A.E Đovjikov, 1965) nằm

kẹp giữa đới đứt gãy Sông Hồng và các đứt gãy phân đoạn Mường Hum,

Nghĩa Lộ, Phù Yên - hồ Hòa Bình

+ Á địa khu Núi Con Voi (đới Sông Hồng - A.E Đovjikov, 1965) gồm

các đá biến chất cao và siêu cao có dạng nêm kiến tạo kiểu địa luỹ nằm kẹp

giữa hai địa hào Đệ Tam trên các đới đứt gãy Sông Chảy ở phía đông bắc và

Sông Hồng ở phía tây nam

- Địa khu Phu Hoạt - Nậm Sư Lư gồm hai á địa khu là Phú Hoạt và

Nậm Sư Lư; trong đó vùng nghiên cứu chỉ có á địa khu Nậm Sư Lư

Á địa khu Nậm Sư Lư thuộc phần tây bắc của địa khu Phu Hoạt - Nậm

Sư Lư Ở nhiều nơi, á địa khu này bị che phủ bởi trầm tích Paleozoi nên chỉ

còn lộ ra một vòm đá biến chất khoảng 129 km2

dưới dạng tách biệt ở vùng Nậm Sư Lư cách Thành phố Điện Biên khoảng 30km về phía đông nam

1.2.1.2 Hệ tạo núi đa kỳ Neoproterozoi - Mesozoi sớm gồm phân hệ

tạo núi đa kỳ Neoproterozoi - Mesozoi sớm Việt - Trung và phân hệ tạo núi

đa kỳ Paleozoi giữa - Mesozoi sớm Đông Dương, gồm:

- Phân hệ tạo núi đa kỳ Neoproterozoi - Mesozoi sớm Việt - Trung gồm

đai tạo núi nội lục Paleozoi sớm Đông Bắc Bộ và Tây Bắc Bộ, trong đó:

+ Đai tạo núi nội lục Đông Bắc Bộ phát triển trên vỏ lục địa Neoproterozoi phân bố ở phía bắc địa khu Hoàng Liên Sơn, gồm các đới Tây Việt Bắc (phụ đới Sông Lô và phụ đới Sông Gâm) và Đông Bắc Bộ (phụ đới Đông Việt Bắc và phụ đới Quảng Ninh)

+ Đai tạo núi nội lục Tây Bắc Bộ nằm về phía bắc đới khâu sông Mã, tiếp giáp với hệ rift Permi muộn - Mesozoi sông Đà - Tú Lệ qua đới đứt gãy sâu Sơn La - Hà Trung, phía tây bắc bị đứt gãy trượt bằng phải Lai Châu - Điện Biên cắt chéo

- Phân hệ tạo núi đa kỳ Paleozoi giữa - Mesozoi sớm Đông Dương gồm nhiều đai tạo núi, nhưng trong vùng nghiên cứu chỉ có mặt đới Điện Biên - Luang Prabang thuộc đai tạo núi Indosini Mekong

Trong vùng nghiên cứu, đới Điện Biên - Luang Prabang chiếm phần cực tây các tỉnh Lai Châu, Điện Biên Các thành tạo Paleozoi thượng - Mesozoi tạo thành phức nếp lõm Nậm U có trục hơi cong theo phương á kinh tuyến

1.2.1.3 Các trũng nội lục Paleozoi muộn - Kainozoi gồm hệ rift nội lục Permi muộn - Mesozoi, hệ rift nội lục sau va chạm Mesozoi và trũng nội lục Kainozoi, gồm:

- Hệ rift nội lục Permi muộn - Mesozoi gồm các trũng nội lục có nguồn gốc phân dị và thời gian hình thành khác nhau, đó là các rift nội lục Permi muộn - Mesozoi Sông Hiến - An Châu ở Đông Bắc Bộ và Sông Đà - Tú Lệ ở Tây Bắc Bộ

- Hệ rift nội lục sau va chạm Mesozoi được đặc trưng bởi rift Sầm Nưa

- Hoành Sơn Trong vùng nghiên cứu chỉ xuất hiện phần tây bắc của rift Sầm Nưa - Hoành Sơn phân bố ở khu vực Điện Biên Hệ rift này nằm chồng lên móng không đồng nhất từ tiền Cambri đến Paleozoi

- Các trũng nội lục Kainozoi nằm chồng trên các móng đa nguồn được đặc trưng bởi trũng châu thổ Sông Hồng

1.2.2 Địa tầng

Theo loạt bản đồ địa chất Tây Bắc Bộ và Đông Bắc Bộ tỷ lệ 1/200.000 [36], tham gia vào cấu trúc địa chất vùng Bắc Bộ Việt Nam gồm các thành tạo biến chất, trầm tích lục nguyên xen phun trào, các trầm tích lục nguyên, trầm tích lục nguyên - carbonat có tuổi từ Tiền Cambri đến Đệ Tứ, với hơn 123 hệ tầng và hệ Đệ tứ không phân chia [39], [47] Để phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, Luận án chỉ mô tả những địa tầng có liên quan đến kaolin

1.2.2.1 Thành tạo Tiền Cambri (PR)

Được phân chia thành loạt Sông Hồng và loạt Xuân Đài, trong đó các

đá của loạt phân bố trong đới Sông Hồng như là một cấu trúc địa luỹ, kẹp giữa hai đới đứt gãy Sông Hồng và Sông Chảy kéo dài từ biên giới Việt - Trung đến đồng bằng Bắc Bộ, lộ ra ở địa phận tỉnh Lào Cai, Yên Bái và Phú Thọ, Vĩnh Phúc và Hà Nội

Các trầm tích ban đầu của hệ tầng chủ yếu gồm trầm tích lục nguyên (cát kết, bột kết, sét kết) xen ít đá núi lửa thành phần mafic và tuf của chúng, các lớp, thấu kính đá sét vôi có cấu tạo phân lớp không đều Thành phần sét trong trầm tích ban đầu chủ yếu là kaolin - montmorilonit

Loạt Sông Hồng được chia thành các hệ tầng:

Hệ tầng Núi Con Voi (PR 1 nv): phân bố dọc Sông Hồng tại các tỉnh

Tuyên Quang, Yên Bái, Lào Cai Mặt cắt đặc trưng lộ ra dọc Ngòi Mười, Yên Bái, thành phần các lớp gồm: a) Plagiogneis biotit - silimanit - almanđin, nhiều thấu kính amphibolit, đôi nơi có thấu kính đá hoa ở phần trên, >700 m; b) đá phiến thạch anh - biotit - silimanit - granat - graphit xen gneis điopsiđ, quarzit, thấu kính gneis amphibol và amphibolit, 300 m

Hệ tầng Ngòi Chi (PR 1-2 nc): có quan hệ chuyển tiếp trên hệ tầng Núi

Con Voi Đáy là tập quarzit, chuyển lên đá phiến thạch anh - felspat - granat

xen đá phiến thạch anh - biotit - silimanit - granat, quarzit, thấu kính amphibolit và đá hoa

Liên quan với các đá biến chất của loạt Sông Hồng là các thân pegmatoid làm nguyên liệu sứ gốm, kaolin hình thành từ các thân pegmatoid

bị phong hoá, là các thân pegmatoid chứa rubi, các đá phiến silimanit cao nhôm, các mỏ graphit Các mạch, thấu kính pegmatit có chiều dầy khác nhau, tập trung thành các mạch, đai mạch xuyên cắt trong các thành tạo biến chất

Loạt Xuân Đài được chia thành các hệ tầng:

Hệ tầng Suối Chiềng (PR 1 sc): phân bố trên cấu trúc Phan Si Pan, rải

rác từ Lào Cai đến tỉnh Hoà Bình Tại mặt cắt chuẩn ở suối Chiềng, phần dưới: gneis xen các lớp mỏng quartzit, quartzit biotit, đá phiến thạch anh - biotit - granat Dày 700 m; phần trên: amphibolit, gneis amphibol - biotit, xen với đá phiến biotit, quartzit biotit Dày 1500 m

Hệ tầng Thạch Khoán (PR 2 -ϵ 1

tk): phân bố chủ yếu ở vùng Thanh Sơn

- Thanh Thuỷ (Tân Phương, Phú Cường, Sơn Thủy) và trong một vài diện tích nhỏ ở Đá Chông và Minh Quang (Ba Vì)

Mặt cắt của hệ tầng lộ ra tốt nhất từ suối Đồi Giòng về Đèo Dài - Thọ Xuyên Ở đó hệ tầng có thể phân chia thành 4 phần từ dưới lên trên gồm:

phần dưới (PR 2 - ϵ 1 tk 1 ): đá phiến thạch anh - hai mica - granat, đá phiến mica

- staurolit - đisthen và các tập mỏng vảy mica xếp đặc sít; phần giữa (PR 2 -

ϵ 1 tk 2 ): đá phiến thạch anh - hai mica chứa đisthen, ít thấu kính amphibolit xen

kẽ nhịp nhàng các lớp quarzit có độ dày thay đổi, đôi lớp có chứa tinh thể

magnetit kích thước nhỏ; phần trên (PR 2 - ϵ 1 tk 3 ): đá phiến thạch anh - hai

mica - granat xen kẽ với quarzit chứa muscovit vảy nhỏ, kẹp ít lớp mỏng đá

hoa chứa tremolit; phần trên cùng (PR 2 - ϵ 1 tk 4 ): quarzit màu trắng sạch Tổng

bề dày của hệ tầng khoảng 1.000 m

1.2.2.2 Thành tạo Cambri ()

Hệ tầng Thần Sa (ε2-3 ts): gồm các trầm tích lục nguyên xen ít lớp

carbonat, lộ ra ở Thái Nguyên, Bắc Kạn, Cao Bằng Theo mặt cắt ở vùng Bản Chấu - Bản Tinh và thung lũng Thần Sa, hệ tầng gồm: phần dưới (ε2-3 ts1): đá phiến sét màu xám xen bột kết, ít cát kết phân lớp mỏng Dày 300 - 400m;

phần trên (ε2-3 ts2): đá phiến sét, cát bột kết màu xám, cát kết thạch anh xen sét vôi phân lớp mỏng, đá vôi cấu tạo sọc dải Dày 700 - 800m

1.2.2.3 Thành tạo Devon (D)

Hệ tầng Bản Nguồn (D1 bn): gồm trầm tích lục nguyên xen ít tập đá

vôi, phân bố ở thượng nguồn Sông Mua, hạ lưu sông Đà, trong các vùng Ngã Hai, Bản Nguồn, Bản Thọc, Hoà Bình - Tu Lý và một dải hẹp từ Mó Tôm qua Bản Ngùi ở bờ phải sông Đà

1.2.2.4 Các thành tạo Pecmi - Trias (P - T)

- Hệ tầng Viên Nam (P3cvn): gồm các đá núi lửa mafic và axit á kiềm

phổ biến trong rift sông Đà, chủ yếu gặp ở Sơn La, Hoà Bình, Hà Nội Mặt cắt của hệ tầng bao gồm bazan, bazan porphyr, bazan hạnh nhân, tuf bazan

Đá thường bị propylit hóa với THCSKV có albit - actinolit - epiđot - chlorit - calcit Trong mặt cắt đôi khi gặp những lớp ryolit dày vài chục mét đến 100m

Bề dày hệ tầng từ 800 - 1.500m

- Hệ tầng Nà Khuất (T2l nk): nằm trong rift An Châu, phân bố chủ yếu

ở Lạng Sơn, Thái Nguyên và bắc Quảng Ninh từ Bình Liêu - Tiên Yên đến

Ba Chẽ Mặt cắt đặc trưng tại Lạng Sơn có chiều dày khoảng 950m, bao gồm bột kết chứa vôi xám sẫm, phân lớp mỏng, cát kết thạch anh hạt nhỏ đến vừa, bột kết xám lục, tím nhạt

- Hệ tầng Khôn Làng (T 2 a kl): hệ tầng trầm tích nguồn núi lửa phân bố

ở vùng Việt Bắc Mặt cắt của hệ tầng gồm: tập 1: cuội kết vôi, sạn - cát kết, thấu kính sét vôi, ít lớp kẹp đá phiến sét, dày 3 - 4m; tập 2: tuf, ryolit, ryodacit, felsit, dày 200 - 250m

- Hệ tầng Sông Bôi (T2l-T3c sb): phân bố chủ yếu ở Hòa Bình Mặt cắt

đặc trưng gồm các lớp: cuội kết cơ sở, cát kết, lớp kẹp bột kết, 100 m; bột kết, cát kết, đá phiến sét, 100 m; cát kết, 100 m; đá phiến sét, bột kết, sét than, 400 m; cát bột kết, bột kết, 100 m

- Hệ tầng Văn Lãng (T3n-r vl): phân bố ở bể An Châu - Sông Hiến, chủ

yếu Thái Nguyên và Bắc Giang Mặt cắt đặc trưng gồm các lớp: cuội kết cơ

sở dày từ 20 - 80m; đá vôi xám đen, lớp kẹp cát kết vôi dày 100m; sét vôi, sét than, bột kết than, các vỉa than bitum và antracit; đá vôi, sét vôi, cát kết vôi dày 200m; cát bột kết vôi, sét than, thấu kính than dày 100m

- Hệ tầng Hòn Gai (T 3 n-r hg): phân bố rộng rãi ở vùng duyên hải

Quảng Ninh, kéo dài từ đảo Cái Bầu, các vùng mỏ Mông Dương, Cẩm Phả qua Hoành Bồ, Yên Lập, Tràng Bạch, Mạo Khê, Đông Triều đến Phả Lại, và

ở phía bắc các vùng mỏ này có dải Bảo Đài Yên Tử Tuy có diện phân bố rộng như vậy, nhưng có mặt cắt tự nhiên đầy đủ của hệ tầng Trong công trình nghiên cứu nhằm đồng danh các vỉa than ở bể than Quảng Ninh (Nguyễn Chí Hưởng, Đặng Trần Huyên, 1990) đã mô tả hệ tầng với ba phần gồm: phần dưới: lộ ra ở đảo Cái Bầu, chứa các hoá thạch thực vật và sét than xám đen, các vỉa than ít giá trị công nghiệp; phần giữa: lộ ra ở phần lớn diện tích bể than, gồm: cuội kết, sạn kết xám sáng, phân lớp dày đến dạng khối, có nơi là cuội kết có lỗ hổng xen cát kết hạt thô màu xám và các di tích thực vật, là tập chứa than có giá trị nhất của hệ tầng Hòn Gai; phần trên: lộ ra chủ yếu ở đỉnh dãy Yên Tử, trong phần trục của nếp lõm, bao gồm cuội kết và sỏi kết thạch anh, cát kết hạt thô xen bột kết xám sẫm, sét than xám đen và ít ổ hoặc thấu kính than

1.2.2.5 Thành tạo Jura - Creta (J - K)

Hệ tầng Tú Lệ (J 3 - K 1 tl): phân bố vùng Tây Bắc Bộ tại Yên Bái và Sơn

La Mặt cắt đặc trưng lộ ra dọc Ngòi Thia, đoạn gần Phu Luông, thành phần

gồm ryolit porphyr, ryolit, porphyr thạch anh

1.2.2.6 Thành tạo Neogen (N)

Hệ tầng Đồng Ho (N13 đh): phân bố ở khu vực Hoành Bồ và Đông

Triều, Quảng Ninh; thị trấn Xuân Hoà, Vĩnh Phúc Mặt cắt đặc trưng lộ ra ở suối Đồng Ho và đường Trới - Bàng Bê với thành phần các lớp gồm: cuội kết dày từ 25 - 130m; sạn kết và cát kết dày từ 10 - 100m; bột kết và đá phiến tẩm dầu, than lignit; cát kết hạt vừa dày từ 10 - 30m; cát kết hạt mịn, cuội kết và sạn kết dày 8m; sét kết với các thấu kính cát kết, sạn kết và cuội kết dày từ 60

- 70m; cát kết và bột kết dày 10m

1.2.3 Magma xâm nhập

Các thành tạo magma xâm nhập phong hóa thành kaolin chủ yếu là magma thành phần axit thuộc pha xâm nhập chính (pha 1) và pha đá mạch (pegmatit, aplit); ít hơn là đá magma xâm nhập thành phần bazơ Trong đó, pegmatit là loại đá có vai trò quan trọng nhất đối với quá trình thành tạo kaolin nguồn gốc phong hóa [36], [37], [47]

1.2.3.1 Magma xâm nhập thành phần axit

- Phức hệ Tân Phương (1PZ1 tp): phân bố trong á địa khu Phan Si Pan

- địa khu Hoàng Liên Sơn, chủ yếu lộ ra ở Phú Thọ, gồm hai pha:

a) Pha xâm nhập chính gồm nhiều khối lộ ra ở Thanh Sơn, Thanh Thủy v.v với thành phần chủ yếu là đá granit dạng gơnai màu xám trắng đến xám, cấu tạo phân dải Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm felspat 45 - 75%, thạch anh 25 - 30% và biotit 5 - 17% Các khoáng vật phụ có apatit, zircon, sfen ;

b) Pha đá mạch gồm nhiều thể pegmatit phân bố rộng rãi ở Phú Thọ và Vĩnh Phúc Đá màu trắng đục, cấu tạo khối, kiến trúc hạt tha hình, thành phần khoáng vật chủ yếu gồm: felspat 45 - 76%, thạch anh 3 - 25%, muscovit từ ít đến 5%; các khoáng vật khác như granat, turmalin từ ít đến vài %

- Phức hệ Sông Chảy (PZ1-2 sc): phân bố trong cấu trúc tạo núi nội lục

Bắc Bộ, gặp ở Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái và Vĩnh Phúc, gồm hai pha:

a) Pha xâm nhập chính: granit 2 mica dạng gneis, granit dạng porphyr, granodioritogneis, plagiogranit dạng gneis;

b) Pha đá mạch: granit aplit, pegmatit sáng màu

Các đá của phức hệ có màu xám loang lổ, xám trắng Khoáng vật tạo đá chính là felspat kali, plagioclas, thạch anh, biotit, muscovit Các đá thường thuộc loại cao nhôm, thấp calci và magne

- Phức hệ Ngân Sơn (aD3 ns): phân bố trong cấu trúc tạo núi nội lục

Bắc Bộ, gặp ở Bắc Kạn, Tuyên Quang bao gồm các thể granit 2 mica, granit sáng màu có turmalin, gồm hai pha:

a) Pha xâm nhập chính (aD3 ns 1): granit biotit hạt vừa; plagiogranit dạng gneis yếu sáng màu và hạt nhỏ, giàu muscovit, thạch anh; granit 2 mica hạt nhỏ - vừa dạng porphyr

b) Pha đá mạch (aD3 ns 2): đá mạch aplit, pegmatit sáng màu

- Phức hệ Tân Hương (γE3-n1 th): phân bố trong á địa khu Núi Con Voi -

địa khu Hoàng Liên Sơn và có quan hệ xuyên cắt, đôi chỗ giả khớp đều với các

đá biến chất thuộc hệ tầng Núi Con Voi và hệ tầng Ngòi Chi Phức hệ Tân

Hương phân bố ở khu vực Văn Yên - Trấn Yên, tỉnh Yên Bái, gồm hai pha:

a) Pha xâm nhập chính (γE3-n1 th 1): có thành phần thạch học gồm granodiorit màu xám trắng, hạt nhỏ đến mịn, cấu tạo định hướng, kiến trúc hạt vừa tự hình, bị nứt nẻ mạnh; thành phần khoáng vật: plagioclas 55%, orthoclas 15%, thạch anh 15%, granat và zircon từ vài hạt đến 2 - 3% Plagiogranit biotit chứa granat màu trắng đục, hạt vừa đến nhỏ, cấu tạo định hướng, kiến trúc hạt nửa tự hình Thành phần khoáng vật gồm: oligioclas 60%, orthoclas 2%, thạch anh 28%, biotit 10%, granat vài hạt, monazit vài hạt

b) Pha đá mạch (γE3-n1 th 2): gồm các mạch, thấu kính pegmatit có chiều dài từ vài mét đến hàng nghìn mét, bề dày từ vài centimét đến vài chục mét

Pegmatit có mràu trắng đục phớt xám, hạt nhỏ đến lớn, cấu tạo khối đến định hướng, kiến trúc hạt nửa tự hình, bị nứt nẻ mạnh Thành phần khoáng vật gồm: felspat kali 45 - 68% (chủ yếu là orthoclas, đôi khi là microclin), plagioclas 10 - 25% (chủ yếu là oligioclas rất ít là albit), thạch anh 12 - 20%, biotit <2%, sericit + muscovit <3%, granat vài hạt - 3% Phần trên của các thân pegmatit phong hóa thành kaolin màu vàng phớt nâu, trắng phớt vàng

Đá magma phức hệ Tân Hương có tổng kiềm (Na2O + K2O) chủ yếu thuộc loại trung bình - cao (7,30 - 8,67%) đến cao (9,3%), kiểu kiềm trội kali (K2O/ Na2O: 1,16 - 2,87)

- Phức hệ Yê Yên Sun (γE2 ys): phân bố ở phần đỉnh và sườn đông dãy

núi Phan Si Pan, kéo dài theo phương tây bắc - đông nam và tiếp tục phát triển sang lãnh thổ Trung Quốc Thành phần thạch học gồm: granit biotit, granit biotit - amphibol, granodiorit, granosyenit, syenit, các đá mạch granit aplit, granit hạt nhỏ sáng màu dạng aplit, pegmatit và granit pegmatit, gồm hai pha:

a) Pha xâm nhập chính: granit biotit, granit biotit - amphibol và các đá lai tính granodiorit, granosyenit, syenit

b) Pha đá mạch: các đá mạch granit aplit, granit hạt nhỏ sáng màu dạng aplit, pegmatit và granit pegmatit

1.2.3.2 Magma xâm nhập thành phần bazơ

Phức hệ magma xâm nhập thành phần bazơ liên quan với thành tạo kaolin nguồn gốc phong hóa rất hạn chế, hiện mới phát hiện được phức hệ

Núi Chúa phân bố ở Thái Nguyên và Tuyên Quang

Phức hệ Núi Chúa (ν P3 - T1 nc): phân bố trong cấu trúc nội lục Bắc

Bộ, gặp ở Thái Nguyên và Tuyên Quang Các khối điển hình gồm Núi Chúa, Khao Quế, Tam Tao, một số khối nhỏ vùng Tùng Bá - Bắc Mê Khối Núi Chúa (Đại Từ, Thái Nguyên), phần kéo dài của khối Núi Chúa bị các trầm tích chứa than của điệp Văn Lãng phủ trực tiếp tách thành khối Đồng Gianh (Sơn

Dương, Tuyên Quang) và khối Công Thổ - Phú Minh Phức hệ Núi Chúa có thành phần gồm gabro pyroxen, gabro biotit, gabro - diorit, anocthosit và gabro pegmatit

1.2.4 Khái quát về cấu trúc kiến tạo vùng Bắc Bộ Việt Nam [47]

1.2.4.1 Các đơn vị kiến tạo và tổ hợp thạch kiến tạo

1.2.4.1.1 Hệ rift nội lục Permi - Mesozoi Sông Hiến - An Châu gồm các tổ hợp thạch kiến tạo:

- Tổ hợp thạch kiến tạo rift nội lục trầm tích và núi lửa - pluton Permi muộn - Trias: tổ hợp này có thành phần đa dạng từ mafic - siêu mafic đến felsic cũng như các trầm tích lục nguyên - carbonat Đặc biệt là dãy trầm tích Trias kiểu biển tiến bắt đầu bằng cuội - sạn kết hỗn tạp, ryolit, ryodacit, tuf … thuộc hệ tầng Khôn Làng chứa các mỏ, điểm kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi

- Tổ hợp trầm tích lục nguyên á lục địa, lục địa Trias giữa - muộn: các dãy trầm tích Mesozoi trung - thượng tiếp tục lắng đọng và chuyển dần từ tướng biển sang tướng lục địa trên rift An Châu, được phân chia ra nhiều dãy khác nhau Đặc trưng là các thành tạo đá phiến sét, bột kết xen cát - bột kết,

đá phiến sét vôi hệ tầng Nà Khuất; trầm tích lục nguyên chứa than hệ tầng Văn Lãng, hệ tầng Hòn Gai liên quan với kaolin nguồn gốc phong hóa

1.2.4.1.2 Hệ rift nội lục Permi muộn - Mesozoi Sông Đà - Tú Lệ gồm các tổ hợp thạch kiến tạo:

- Các tổ hợp thạch - kiến tạo rift nội lục Permi muộn - Trias muộn, Carni: các đá núi lửa cùng với các đá trầm tích và xâm nhập của các tổ hợp này được chia ra các dãy như sau:

+ Dãy Permi thượng - Trias trung: gồm có loạt núi lửa từ mafic đến felsic được xếp vào hệ tầng Cẩm Thuỷ, Viên Nam, Suối Bé và Tú Lệ Đặc trưng với khối granitoid phức hệ Yê Yên Sun liên quan đến kaolin nguồn gốc

phong hóa từ các mạch aplit, pegmatit

+ Dãy trầm tích Trias trung - thượng: gồm các hệ tầng Mường Trai, Sông Bôi, Nậm Mu

- Tổ hợp thạch - kiến tạo trầm tích lục nguyên á lục địa, lục địa Trias muộn, Nori - Creta: có thể chia làm hai dãy gồm dãy molas á lục địa - lục địa Trias thượng, Nori - Jura trung gồm cuội kết, cát - bột kết, đá phiến sét chứa than hệ tầng Suối Bàng và dãy trầm tích lục nguyên lục địa Creta thượng thuộc hệ tầng Yên Châu

1.2.4.1.3 Hệ rift nội lục sau va chạm Mesozoi Sầm Nưa - Hoành Sơn gồm các tổ hợp thạch - kiến tạo rift nội lục Trias giữa, tổ hợp thạch - kiến tạo chứa than và lục địa màu đỏ Trias muộn, Nori - Jura giữa và tổ hợp thạch - kiến tạo trầm tích - núi lửa sau cung Jura muộn

1.2.4.2 Các hệ thống đứt gãy chính

Vùng Bắc Bộ Việt Nam là hậu quả của quá trình vận động địa chất đa

kỳ dưới tác động của nhiều chế độ kiến tạo với quy mô, cường độ khác nhau của hoạt động uốn nếp, đứt gãy lặp đi lặp lại nhiều lần do tác động trực tiếp của các sự kiện tạo núi Các hệ thống đứt gãy chính vùng Bắc Bộ Việt Nam được trình bày ở hình 1.2, gồm:

- Đới đứt gãy Cao Bằng - Tiên Yên (1): là đứt gãy lớn, kéo dài theo phương tây bắc - đông nam từ Hà Quảng (Cao Bằng) đến Tiên Yên (Quảng Ninh) ra vịnh Bắc Bộ với chiều dài hơn 250km [Vũ Văn Chinh, 2002] Đới đứt gãy có chiều rộng từ vài trăm m đến hàng chục km

- Đới đứt gãy Yên Minh - Ngân Sơn (2): là đới trượt lớn có dạng cánh cung, dài hơn 400km Đới có lịch sử biến dạng phức tạp, có liên quan đến các thành tạo magma xâm nhập (Núi Chúa, Ngân Sơn)

- Đới đứt gãy Sông Lô (7): có phương tây bắc - đông nam, gần song song với các đới cắt trượt Sông Hồng, Sông Chảy Hoạt động của đứt gãy này

mang tính đa kỳ, đặc trưng bởi sự tiếp tục biến dạng mạnh mẽ và các thành tạo Kainozoi lấp đầy các trũng phát triển dọc theo đới trong giai đoạn sớm

- Đới đứt gãy Yên Tử - Tấn Mài (9): kéo dài từ Thái Nguyên theo phương đông - đông nam qua Yên Tử tới Tiên Yên Đi cùng đới này là các hệ thống đứt gãy song song có quy mô lớn và có cùng bản chất kiến tạo như đứt gãy Trung Lương và đứt gãy đường 18 [Vũ Văn Chinh, 2002; Cao Đình Triều, Phạm Huy Long, 2002] Các đứt gãy này có diện phân bố kéo dài hàng trăm km và có chiều rộng của đới ảnh hưởng tới hàng km

- Đứt gãy sông Chảy (12): kéo dài theo phương tây bắc - đông nam dọc sông Chảy, đóng vai trò phân chia các cấu trúc lớn ở Đông Bắc Bộ và Tây

Bắc Bộ [Dovjikov và nnk, 1965, Trần Văn Trị và nnk, 1977]

- Đới đứt gãy sông Hồng (13): kéo dài hơn 1.000km từ Tây Tạng tới vịnh Bắc Bộ Đới cắt trượt Sông Hồng gồm 4 dải biến chất nhiệt độ cao, trong lãnh thổ Việt Nam là dãy Núi Con Voi kéo dài từ biên giới Việt - Trung đến Việt Trì Đứt gãy có chiều sâu phát triển đạt 30 - 40km [Phạm Khoản, 1996]

và 60km [Cao Đình Triều, 1997]

1.2.5 Khoáng sản [38], [47]

Vùng Bắc Bộ Việt Nam rất phong phú và đa dạng về khoáng sản, trong

đó có những loại khoáng sản có tiềm năng lớn như than, sắt, đồng, chì - kẽm, đất hiếm, kaolin, felspat, talc, đá ốp lát v.v phân bố trong các thành tạo địa chất khác nhau

- Khoáng sản nhiên liệu: than khoáng vùng Bắc Bộ Việt Nam phân bố trong các bể than Quảng Ninh, Thái Nguyên - An Châu, Sông Hồng, Sông Đà

và rải rác một số dải, diện tích chứa than nhỏ như dải Cao Bằng - Lạng Sơn, dọc sông Hồng, sông Chảy thuộc địa phận các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Tuyên Quang Các tích tụ than có ý nghĩa kinh tế nhất hiện nay hầu hết được thành tạo vào Trias muộn, Nori - Ret; các tụ khoáng than được thành tạo

vào Đệ Tam (Oligocen - Miocen) có quy mô lớn, nhưng chưa được khai thác quy mô công nghiệp

- Khoáng sản phóng xạ: uran - thori phát triển trong đá biến chất cổ hệ tầng Suối Chiềng và hệ tầng Sin Quyền (Phú Thọ) Lào Cai, Lai Châu, Yên Bái, Thái Nguyên, Quảng Ninh v.v)

- Khoáng sản kim loại: sắt, phân bố không đồng đều ở các tỉnh Yên Bái, Phú Thọ, Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Cạn, Thái Nguyên; mangan, phần lớn các mỏ và điểm quặng mangan phân bố ở Đông Bắc Bắc Bộ và hầu hết các mỏ có giá trị công nghiệp đều tập trung ở vùng Trùng Khánh, Cao Băng Ở vùng Chiêm Hóa, Tuyên Quang có các mỏ tập trung xung quanh khu vực Đèo Bụt Ở vùng Hà Giang các điểm quặng phân bố rải rác ở Bắc Quang, Tòng Bá Các thành tạo quặng mangan thường liên quan đến các

đá có tuổi Devon muộn - Cacbon sớm; đồng, phân bố trong các đá biến chất hệ tầng Sin Quyền ở Lào Cai, Yên Bái, trong các đá trầm tích - phun trào mafic hệ tầng Sông Mã, bazan - trachit hệ tầng Viên Nam ở Sơn La và

đá cát kết màu xám và đá phiến sét, sét vôi của hệ tầng Mẫu Sơn ở Bắc Giang; chì - kẽm, phân bố chủ yếu trong các đá vôi, đá hoa, đá phiến vôi

hệ tầng Phia Khao và đá phiến sét sericit, đá phiến vôi, đá vôi, đá hoa, cát bột kết vôi, đá phiến silic, có nơi gặp ryolit, albitophyr, tuf nhiễm mangan

hệ tầng Pia Phương ở Bắc Cạn, Thái Nguyên, Tuyên Quang và trong các

đá lục nguyên - carbonat có tuổi Paleozoi và Mesozoi ở Thái Nguyên, Tuyên Quang, Phú Thọ; vàng (Phú Thọ, Hà Giang, Lai Châu, Sơn La, Bắc Kạn, Hòa Bình v.v); titan (Thái Nguyên, Tuyên Quang); đất hiếm (Lai Châu, Yên Bái, Lào Cai), mangan (Cao Bằng, Hà Giang v.v); thiếc - vonfram (Cao Bằng, Tuyên Quang, Thái Nguyên v.v) v.v.; bauxit, các thành tạo bauxit nguồn gốc trầm tích (một số bị biến chất) có tuổi Permi muộn nằm trên mặt bào mòn của đá vôi Carbon - Permi, rất ít mỏ nằm trên

mặt bào mòn đá vôi tuổi Devon, phân bố ở các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang và rải rác một vài nơi khác như ở Sơn La Các thành tạo bauxit nguồn gốc phong hóa từ đá bazan có tuổi Neogen - Đệ Tứ phân

bố ở Lai Châu

- Khoáng chất công nghiệp: kaolin và felspat (Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, Hòa Bình, Thái Nguyên, Quảng Ninh v.v); talc liên quan với các phân vị địa tầng tuôi Paleozoi giàu carbonat bị dolomit hóa

(Phú Thọ, Sơn La); serpentin (Lào Cai, Phú Thọ); apatit có nguồn gốc trầm tích

- Vật liệu xây dựng: đá ốp lát (Yên Bái); đá vôi và sét xi măng (Phú Thọ, Ninh Bình, Hà Nam, Quảng Ninh, Thái Nguyên, Tuyên Quang ); đá xây dựng thông thường, cát sỏi và sét gạch ngói phong hóa chủ yếu từ trầm tích Neogen của các hệ tầng Na Dương, Giếng Đáy; sét làm nguyên liệu xi măng

là thành tạo lục nguyên tuổi Trias của các hệ tầng Sông Hiến, Lạng Sơn, Đồng Trầu, Sông Bôi, Mẫu Sơn và rải rác trong các trầm tích lục nguyên của

hệ Jura, Devon với quy mô lớn

- Đá quý và bán quý: rubi, saphia, corindon, turmalin, thạch anh (Yên Bái, Phú Thọ v.v)

- Nước khoáng, nước nóng (Phú Thọ, Lào Cai, Quảng Ninh, Tuyên Quang, Hòa Bình v.v)

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Cơ sở lý luận

2.1.1 Khái niệm về kaolin và nguồn gốc thành tạo

2.1.1.1 Khái niệm chung

a) Kaolin: hay khoáng sản kaolin là thuật ngữ dùng để chỉ loại khoáng

chất công nghiệp có thành phần khoáng vật chủ yếu là kaolinit cùng một số

khoáng vật khác như ilit, montmorilonit, thạch anh v.v

b) Kaolinit: nằm trong nhóm khoáng vật sét, hiện nay, trên thế giới còn

nhiều quan điểm về việc phân loại khoáng vật sét nên cũng có nhiều kiểu phân loại, xếp nhóm kaolinit khác nhau

- Các nhà khoáng vật học Liên Xô cũ (Lazarenko, Milopski ) phân các khoáng vật sét thành bốn họ, trong đó họ sét kaolin gồm kaolinit, dickit, nacrit; họ sét haloysit: haloysit, (garnierit), alophan

- Một số nhà khoáng vật học phương tây có phân loại khác:

+ Keit Frye (1981) đã phân nhóm kaolinit: bao gồm các khoáng vật thuộc loạt kaolinit - haloysit và loạt serpentin (lizardit và chrysotil)

+ William Ness (1991), Deer và nnk (1993) dựa vào đặc điểm thành phần hoá học, cấu trúc ô mạng đã phân họ sét kaolinit: với công thức chung là: Al4 [SiO10] (OH)8, bao gồm nhóm kaolinit (còn có tên gọi là kandit, gồm các khoáng vật kaolinit, dickit, nacrit) và nhóm haloysit

Năm 2006, Hiệp hội nghiên cứu sét quốc tế đã phân loại các khoáng vật sét gồm 10 nhóm với khoảng 56 khoáng vật, trong đó bao gồm cả những khoáng vật trước đây không được coi là khoáng vật sét như nhóm serpentin, pyrophylit, chlorit Theo phân loại của Hiệp hội nghiên cứu sét quốc tế AIPEA (theo Robert M và nnk, 2013), nhóm kaolinit gồm các khoáng vật: kaolinit, dickit, nacrit có chung công thức lý thuyết Al2(OH)4[Si2O5]; haloysit

7Ao có công thức lý thuyết Al2(OH)4[Si2O5], haloysit 10Ao có công thức lý thuyết Al2(OH)4[Si2O5].2H2O và hisingerit có công thức lý thuyết (Fe3+)2(OH)4[Si2O5].2H2O

Đặc điểm cấu trúc: kaolinit có cấu trúc lớp với hai tầng (được ký hiệu là

1/1 hay T - O, gồm một tầng tứ diện và 1 tầng bát diện), trong đó tầng tứ diện SiO4 gắn với một tầng bao gồm các bát diện Al(O,OH)6 với các nút mạng ở tâm là ion Al3+ Đóng vai trò ion liên kết ở hai đỉnh trên (gắn với các tứ diện)

là các anion oxi (O2-), còn tại vị trí của hai đỉnh phía dưới và hai đỉnh bên cạnh là các nhóm (OH)- Tổng hợp các tầng này trung hòa về điện tích trong một đơn vị ô mạng cơ sở {Al4(OH)8[Si4O10]}, trong đó 13 điện tích dương của 4 cation nhôm được trung hoà bằng 6 điện tích âm của tầng tứ diện cộng với 6 điện tích âm của nhóm (OH)-

Đặc điểm của cấu trúc kiểu này là mức độ gắn kết khá chặt chẽ, dẫn đến khoáng vật có cấu trúc này khá bền về mặt hoá học (khó bị phong hoá hơn) các khoáng vật sét có kiểu cấu trúc khác Trong cấu trúc lớp hai tầng của các khoáng vật sét, giữa các lớp thường không có các cation kim loại kiềm (hoặc kiềm thổ) đóng vai trò liên kết, do vậy tầng bát diện của lớp thứ nhất thường khá gần gũi với tầng tứ diện của lớp thứ 2 Điều

đó dẫn đến đặc điểm của cấu trúc kiểu này là khoảng cách giữa các họ mặt mạng, thông số c (d) trong ô mạng cơ sở thường nhỏ, ít khi vượt quá 8Ao

Đặc điểm này giải thích mức độ bền vững khá tốt của cấu trúc của khoáng vật

và do không có các cation phụ giữa các lớp và khoảng không gian giữa các lớp rất hẹp nên các khoáng vật nhóm kaolinit ít có khả năng hấp thụ nước, khả năng trao đổi ion và trương nở cũng rất kém [22]

Đặc điểm hình thái: khoáng vật kaolinit nói riêng và các khoáng vật sét

nói chung có kích thước tinh thể rất nhỏ, phần lớn chỉ quan sát được dưới kinh hiển vi điện tử với độ phóng đại từ hàng ngàn lần đến hàng trăm ngàn lần Hình thái đơn tinh thể của kaolinit, dickit và nacrit có dạng tấm, vẩy hình

lục giác; haloysit có dạng sợi hoặc ống Chúng thường có tập hợp dạng đất mềm bở, gắn kết yếu hoặc bở rời, riêng các khoáng vật kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi thường có tập hợp dạng đặc xít hoặc vẩy, hạt và

có mức độ gắn kết khá chặt chẽ Các đặc điểm chính của các khoáng vật nhóm kaolinit được mô tả ở bảng 2.1 [22]

Bảng 2.1 Khái quát các đặc điểm chính của các khoáng vật nhóm kaolinit

Kiểu cấu trúc 1:1 tứ diện và bát diện

Tổ phần bát diện Di - octahedral (lưỡng bát diện)

Cation chính giữa các lớp Hầu như không có

Nước giữa các lớp Chỉ có ở haloysit (một lớp phân tử nước)

Thông số hàng mạng 7,1A0 (10A0 đối với haloysit)

Công thức Al4(OH)8[SiO10] có biến đổi chút ít

Tác dụng với axit Ít khi tan trong axit loãng

Nung ở 2000

C Haloysit bị xẹp xuống 7,4A0

, các khoáng vật khác trong nhóm không bị ảnh hưởng

Nung ở 6500 Kaolinit => metakaolinit (14A0); dickit =>

metadikit (14A0) Nguồn gốc Biến đổi từ các đá felsit, felspat… trong điều kiện axit

2.1.1.2 Nguồn gốc thành tạo

Kết quả nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam đã xác nhận có ba loại nguồn gốc thành tạo kaolin là phong hóa, nhiệt dịch biến chất trao đổi và tái trầm tích

- Nguồn gốc phong hóa: rất phổ biến trong tự nhiên, chúng được hình

thành do phong hóa các đá magma thành phần từ axit đến bazơ, đá biến chất

và đá trầm tích giàu khoáng vật felspat Tùy thuộc vào điều kiện môi trường, các khoáng vật alumosilicat mà chủ yếu từ khoáng vật phổ biến nhất trong các

đá mẹ là felspat có thể bị biến đổi thành các khoáng vật khác nhau Trong quá trình phong hóa kaolinit được hình thành trong điều kiện có sự cân bằng hàm lượng giữa Al+3

và Si+4, ngoài ra hàm lượng ion H+

phải cao (môi trường