Vùng nghiên cứu trên bình đồ cấu trúc địa chất khu vực là một phức nếp lồi tương đối hoàn chỉnh, giới hạn phía tây tây nam là đứt gãy Sông Bứa, phía đông bắc là đứt gãy Sông Hồng, phía đông nam là đứt gãy Sông Đà. Tầng cấu trúc móng là các trầm tích lục nguyên xen ít carbonat bị biến chất tướng epidot amfibolit (hệ tầng Thạch Khoán PR3 1 tk) phân bố ở phần nhân phức nếp lồi. Ở hai cánh là các trầm tích lục nguyên Devon (điệp Bản Nguồn D1 bn), phun trào mafic Permi Trias (hệ tầng Viên Nam P2 T1 vn). Hoạt động magma chủ yếu là các thành tạo magma axit thuộc hệ Tân Phương.
Trang 1CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÙNG THẠCH KHOÁN
Vùng nghiên cứu trên bình đồ cấu trúc địa chất khu vực là một phức nếp lồi tương đối hoàn chỉnh, giới hạn phía tây - tây nam là đứt gãy Sông Bứa, phía đông bắc là đứt gãy Sông Hồng, phía đông nam là đứt gãy Sông
Đà Tầng cấu trúc móng là các trầm tích lục nguyên xen ít carbonat bị biến chất tướng epidot - amfibolit (hệ tầng Thạch Khoán - PR3 - 1 tk) phân bố ở
phần nhân phức nếp lồi Ở hai cánh là các trầm tích lục nguyên Devon (điệp Bản Nguồn - D1 bn), phun trào mafic Permi - Trias (hệ tầng Viên Nam - P2 - T1 vn) Hoạt động magma chủ yếu là các thành tạo magma axit thuộc hệ Tân Phương
Theo quan điểm kiến tạo mảng có thể quan niệm tầng cấu trúc Proterozoi muộn - Paleozoi sớm Thạch Khoán là một trũng biển rìa phát triển trên móng Proterozoi sớm - giữa thuộc các đới nâng Sông Hồng và Fanxipan còn rìa phía bắc là phần tiếp theo của rift Sông Đà
1 - Địa tầng
1 Hệ tầng Thạch Khoán (PR3 - 1 tk1)
Đất đá của hệ tầng Thạch Khoán chiếm diện tích chủ yếu của vùng nghiên cứu Chúng lộ ra trên địa hình đồi núi thấp, với hai dải núi chính Ten Teo, Đồi Giòng và Núi Bò Dai Hệ tầng Thạch Khoán được chia làm 4 phụ
hệ tầng từ dưới lên trên như sau:
1.2 - Phụ hệ tầng 2 (PR 3 - 1 tk 2)
Chúng chiếm diện tích lớn nhất trong vùng nghiên cứu bao gồm: đá phiến muscovit dạng sọc dải, xen ít lớp mỏng quaczit và các thấu kính
Trang 2amfibolit có màu lục xám, hạt nhỏ, bị ép phiến mạch Những nơi gần có thể pegmatit khá phổ biến các đới sừng hóa: sừng thạch anh - biotit, sừng thạch anh biotit - cordierit - plagioclas, dày 5 - 10 m và các đới graizen chứa casiterit, một số nơi (Phương Viễn) còn xuất hiện fibrolit dạng bó, sợi Chiều dày của phụ hệ tầng khoảng 300m
1.3 - Phụ hệ tầng 3 (PR 3 - 1 tk 3)
Phụ hệ tầng này dày khoảng 150, bao gồm quaczit - xerixit hạt thô - mịn, xen các lớp mỏng đá phiến thạch anh - muscovit bị sừng hóa yếu và các tập quaczit dày
1.4 - Phụ hệ tầng 4 (PR 3 - 1 tk 4)
Chúng lộ ra ở Giáp Lai, Cự Đồng, Hang Trâu, Đào Xá, Xóm Chiềng
Bề dày trên 230 m Phần dưới là đá vôi hoa hóa, hạt nhỏ, đá hoa dolomit chứa xerixit vi hạt Phần trên bị biến đổi nhiệt dịch mạnh mẽ, bao gồm các tập đá hoa có tremolit, diopxit, scapolit nền nhỏ hạt nhỏ, vi hạt màu xám trắng, đôi chỗ chứa grafit cấu tạo khối
2 Điệp bản nguồn (D 1 bn)
Lộ ra ở phía Đông bắc của vùng nghiên cứu, gồm chủ yếu là đá phiến sét xen bột kết, đá phiến sét vôi và các lớp cát kết hạt mịn
3 Hệ Đệ Tứ
Các thành tạo trầm tích Đệ Tứ chiếm diện tích lớn trong vùng, phân bố dọc theo các sông, suối, các dòng tạm thời và men theo các chân đôi thoải, bao gồm các thành tạo có nguồn gốc khác nhau: aluvi, deluvi, proluvi, eluvi,
Trang 3aluvi - proluvi, coluvi… Đáng kể nhất là các tích tụ bở rời chứa đá quí sau đây:
3.1 - Tích tụ aluvi - proluvi Holocen (aQ IV )
Tích tụ aluvi - proluvi hiện đại phát triển rộng rãi trong vùng nghiên cứu, dọc theo các suối ở Dị Nậu, Đào Xá, Giáp Lai, Tân Phương, Cự Thắng, Thục Luyện,… Mặt cắt của tích tụ này có thể chia làm 3 lớp:
- Lớp trên: dày 0,2 - 0,5m Đây là lớp đất mùn thực vật pha cát, xen màu xám đen chứa tập hợp bào tử phấn hoa Holocen
- Lớp giữa: dày 0,5 - 2m Bao gồm cát vàng hạt mịn đến thô lẫn ít sạn, sỏi là staurolit, granat, disten,… Trong tập này cũng chứa rubi, saphir nhưng hạt nhỏ và hiếm
- Lớp đáy (hạt thô): dày 1 - 4m Bao gồm: cuội, tảng, sỏi, sạn lẫn cát, sét màu vàng sẫm Cuộilà staurolit, granat, disten và các mảnh đá Trong tập này có chứa rubi, saphir với hàm lượng từ 5 - 30 hạt/ 10 dm3
3.2 - Tích tụ deluvi - proluvi (dpQ IV )
Tích tụ này được tạo nên bởi sự phối hợp giữa các dòng chảy tạm thời
và quá tình suờn, chúng phát triển men theo các chân sườn đồi và thung lũng
có dòng chảy tạm thời Trên bản đồ các tích tụ này tạo thành các dải hẹp (chiều rộng 100 - 300m, chiều dài 0,5 - 2 km) ở vùng Thục Luyện, Sơn Hùng, Dị Nậu Thành phần bao gồm: tảng cuội, dăm, sạn, cát, bột lẫn mùn thực vật, độ dài tròn kém, gần như không phân hạng Trong thành tạo này cũng có chứa rubi, saphir nhưng hạt nhỏ và hiếm Bề dày tích tụ từ 1 - 5m
2 - Các thành tạo magma xâm nhập
Trang 4Chủ yếu các đá xâm nhập của phức hệ Tân Phương và ít hơn là các đá của phức hệ Ba Vì
1 Phức hệ Tân Phương (PZ 1 tp)
Diện lộ của các đá thuộc phức hệ hầu như nằm trọn trong nhân nếp lồi Thạch Khoán có ranh giới chỉnh hợp với tầng biến chất vây quanh hoặc tiếp xúc kiến tạo dọc theo các đứt gãy Phức hệ Tân Phương gồm có 3 pha như sau:
1.1 - Pha 1: Plagiogranit biotit
Chúng phân bố khá phổ biến Đá thường có kiến trúc granit (nửa tự hình) rõ, cấu tạo khối, phần ngoài rìa khối thường có cấu tạo phân dải rõ Thành phần khoáng vật trung bình: plagioclas (45 - 60%), thạch anh (25 - 35%), felspat kali (5 - 15%), biotit (5 - 8%), hoblen (ít - vài %), ngoài ra còn
có epidot, clorit và một vài khoáng vật phụ khác (zircon, apatit, quặng)
1.2 - Pha 2: Granit biotit
Pha này thường sáng màu hơn plagiogranit, cấu tạo khối gồm: felspat kali (ortoclas - ít, microclin) xấp xỉ bằng plagioclas (30 - 35%), thạch anh (25
- 35%), biotit thường bị muscovit hóa (5%)
1.3 - Pha 3
a - Granosienit: Đá rất sáng màu, chỉ lộ ra từng chỏm nhỏ, hoặc dạng
mạch xuyên cắt các đá của pha 1 và pha 2 Thành phần: felspat kali (60 - 75%), plagioclas (10 - 15%), thạch anh (5 - 15%), muscovit (vài %) Ngoài ra còn có pyroxen, zircon, granat và các khoáng vật quặng
Trang 5b - Granit - pegmatit: Trong vùng đã tìm thấy trên 360 thân pegmatit
lớn nhỏ Những thân lớn dạng thấu kính kéo dài 100 - 800m, chiều rộng 20 - 60m, dày 10 - 50m Các thân mạch nhỏ có chiều dài 2 - 20m, chiều rộng 0,02
- 2m Các thân pegmatit có dạng rất khác nhau: dạng ngọn lửa, tỏa tia, chùm mạch… và có tính phân đới rõ rệt
Pegmatit thường có cấu tạo khối, cấu trúc hạt lớn, nửa tự hình hoặc khảm Thành phần khoáng vật của pegmatit chủ yếu là thạch anh - felspat và
ít biotit Ngoài ra còn các khoáng vật phụ khác là beril, corindon, spinel, staurolit, disten,…
Thành phần hóa học thuộc các pha khác nhau của phức hệ Tân Phương
có sự khác biệt nhau rõ rệt, đặc biệt là tỉ lệ K2O/ Na2O tăng dần từ pha sớm đến pha muộn (0,2; 1,2; 2,4) và sự thay đổi đáng kể của hàm lượng SiO2 Phức hệ Tân Phương được xếp tuổi Paleozoi sớm theo các số liệu phân tích tuổi tuyệt đối 564; 473 (đồng vị Pb): 298; 296 - 250; 206 triệu năm Riêng pegmatit ở Láng Đồng (1964) đã có giá trị 69 - 79 triệu năm có thể thuộc các thành tạo xâm nhập khá trẻ (Paleogen)
2 Phức hệ Ba Vì (δ - vP 2 - T 1 bv)
Chúng chiếm một diện tích nhỏ ở góc tây nam vùng nghiên cứu, bao gồm các đá verlit, gabroverlit và gabro diaba có thành phần chủ yếu là pyroxen (50 - 70%) và oluvin (50 - 30%) thường bị biến thành actinolit và serpentinit
3 - Biến chất
Trang 6Hoạt động biến chất trong vùng Thạch Khoán thuộc kiểu biến chất nhiệt động địa phương khá đặc trưng và được phân thành 4 đới biến chất: staurolit - disten, granat, biotit và clorit
Hai đới đầu thuộc tướng epidot - amfibolit được hình thành trong điều kiện T0: 550 - 6300 và P: 6 - 6,5 kbar, còn lại đới sau thuộc tướng đá phiến lục (Phan Trường Thị, 1975; Nguyễn Ngọc Liên, 1989)
Các tổ hợp khoáng vật cộng sinh chính gồm:
1 - Q - Mus - Bi - Gar - Dis
2 - Q - Mus - Bi - Gar - Dis
3 - Q - Mus - Bi - Gar - St - Dis
4 - Q - Mus - Bi - Dis
5 - Gar84+ - Bi60 - Q - Mus - Dis - St78 - Pl30
6 - Q - Bi55 - Mus - St80 - Gar82 - Pl25
7 - Pl - Hob - Gar - Bi - Q
8 - Q - Mus - Bi - Gar
9 - Q - Mus - Bi
10 - Hob - Pl - Ep ± Gar
11 - Cal - Tre - Q
12 - Cal - Dol - Tre
Tổ hợp cộng sinh từ 1 - 7 có đặc điểm của loại đá phiến kết tinh cao nhôm biến chất cao Còn các tổ hợp cộng sinh 10 - 12 đặc trưng cho đá
Trang 7metacarbonat hoàn toàn phù hợp với tướng đá phiến lục Các đá phiến sét và carbonat bị biến chất ở những điều kiện trên rất phù hợp cho sự sinh thành corindon (Galguli, 1976)
Ngoài ra ở một số nơi như Giáp Lai, Hang Trâu,… còn gặp plagioclasit
là sản phẩm biến chất trao đổi giữa pegmatit granit với đá hóa (D.164/12) và
đá tremolit mica
4 - Cấu trúc địa chất - đứt gãy
Phức nếp lồi Thạch Khoán có dạng vòm hơi kéo dài theo phương TB được nâng cao nhất so với các trầm tích vây quanh Phần nhân bị granit Tân Phương chọc thủng Cánh đông bắc có nhiều đứt gãy nhỏ Trường pegmatit phân bố chủ yếu ở gần nhân nếp lồi thuộc các khu vực Hữu Khánh, Thạch Khoán, Dị Nậu, Mỏ Ngọt
Địa hào Giáp Lai tạo thành khối sụt dạng bậc thang nằm giữa các nếp lồi Ten Teo và Thục Luyện, gồm các đá hoa dolomit có tremilit, actinolit, flogopit, fusit cắm dốc 50 - 700 xen kẹp ít đá phiến thạch anh mica Tại đây cũng có mặt các thân pegmatit và các đới, ổ sulfur (pyrit, chì, kẽm), grafit, vàng,…
Nếp lồi Thục Luyện có dạng vòm gần cân xứng, cánh đông bắc thoải hơn cánh tây nam Đây là nếp lồi có đủ thành phần: Đá phiến kết tinh ở phần nhân, quaczit ở hai cánh, ở rìa cánh đông nam còn có đá hoa của phụ hệ tầng Thạch Khoán 4 và trường pegmatit phongphú ở Mỏ Ngọt
Về đứt gãy trong vùng có hai hệ thống chính: TB - ĐN và ĐB - TN Hệ thống TB - ĐN mang tính khống chế quặng hóa rõ ràng và được hình thành
Trang 8trước hệ thống ĐB - TN Ngoài ra trong vùng còn có các đứt gãy dạng vòng ngăn cách đới cấu trúc Thạch Khoán với đới cấu trúc Địch Quả
5 - Địa mạo
Xét các đặc điểm về địa hình vùng Thạch Khoán có thể chia thành 5 dạng nguồn gốc cơ bản như sau:
+ Các dạng địa hình bóc mòn kiến trúc, hòa tan rửa lũa - xâm thực, xâm thực - bóc mòn
+ Các dạng địa hình tích tụ sông, sông - dòng tạm thời
+ Các bề mặt sườn được thành tạo chủ yếu do phá hủy đứt gãy kiến tạo, sườn các khối và dãy núi do tổng hợp các quá trình phát triển sườn
+ Các bề mặt tích tụ dòng tạm thời, sườn, hồ - đầm lầy
Các yếu tố địa mạo có liên quan đến nguồn nguyên sinh và nguồn chứa
đá quí như sau:
5.1 - Dạng địa hình bóc mòn - bề mặt san bằng cổ
Chúng thường phát triển trên các đồi thấp có sườn thoải (10 - 150) và đới phong hóa dày (5 - 12m) Tại khu vực Đồi Đao, Dị Nậu, Cây Đa Gợ, đã phát hiện thấy beril quí, aquamarin trong trường pegmatit
5.2 - Các bề mặt tích tụ aluvi - proluvi
Phát triển ở thung lũng Giáp Lai, Xóm Sem Thành phần của bề mặt này gồm lớp phủ mùn thực vật, tảng, cuội, cát chứa đá quí Dưới cùng là cuội sạn lẫn cát sét khá dày Lớp đá quí nằm trong tầng cuội sỏi cát đa khoáng
Trang 9Các mẫu trọng sa ở khu vực Làng Khánh, Giáp Lai, Xóm Sem đều gặp corindon (rubi, saphir) có kích thước nhỏ từ 0,01 đến 2mm
5.3 - Các địa hình tích tụ sườn - dòng tạm thời (proluvi - deluvi)
Quan sát được ở khu vực Đồi Giòng Chúng có diện tích nhỏ, vật liệu gồm tảng đá dăm, cuội, cát, sét Tại các công trình hào ở khu vực Đồi Giòng cũng đã phát hiện thấy rubi, saphir từ ít đến vài hạt
6 - Vỏ phong hóa
Trong vùng nghiên cứu đã xảy ra quá trình phong hóa rất mạnh mẽ Tùy từng nơi mà vỏ phong hóa có sự khác biệt về bề dày, cấu tạo, đặc tính phân đới Liên quan đến nguồn nguyên sinh đá quí được quan tâm nhiều nhất đến các đới phong hóa của các đá sau đây:
6.1 - Vỏ phong hóa phát triển trên đá phiến kết tinh và đá phiến mica
Thường dày 10 - 20 m, gồm các đới:
- Đới đá gốc
- Đới saprolit, trong đó lẫn nhiều tảng, cục đá gốc ở trạng thái đang bị sét hóa dày 2,5 - 5m
- Đới laterit dày 1 - 2m
- Đới thổ nhưỡng dày 1 - 2m
6.2 - Vỏ phong hóa phát triển trên đá pegmatit
Chúng rất dày gồm các đới:
- Đới pegmatit chưa phong hóa màu trắng, trắng phớt hồng rắn chắc
Trang 10- Đới bán phong hóa có chỗ còn những tảng pegmatit cứng, màu trắng đục, trắng xám, vụn bột, bở, dày 70 - 150m
- Đới phong hóa gần hoàn toàn thành đới kaolin màu nâu nhạt, hồng nhạt, mềm, dẻo mịnm dày 5 - 30m
Ở vùng đá vôi có vỏ terarosa là những sản phẩm của quá trình cacsto hóa gồm chủ yếu sét màu vàng nâu, dày không quá 5m