Đặc điểm cấu trúc kiến tạo phần tây bắc bồn trũng nông sơn, quảng nam và sự tạo khoáng urani trong cát kết

Việc luận giải các yếu tố cấu trúc kiến tạo, xác lập các pha biến dạng và lập lại lịch sử tiến hoá bồn trũng Nông Sơn nói chung, khu vực Tây Bắc bồn trũng nói riêng trong mối quan hệ với

NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC - KIẾN TẠO PHẦN TÂY BẮC BỒN TRŨNG NÔNG SƠN, QUẢNG NAM VÀ SỰ TẠO KHOÁNG URANI TRONG

CÁT KẾT

Ngành: Địa chất học

Mã số: 9440201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS TRẦN THANH HẢI

2 PGS.TS NGUYỄN PHƯƠNG

Hà Nội - 2019

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 công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Nguyễn Trường Giang

MỤC LỤC Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC TÂY BẮC BỒN TRŨNG NÔNG SƠN

7

Khái quát về vị trí và đặc điểm địa chất của vùng nghiên cứu 7

1.1.1 Vị trí vùng nghiên cứu trên bình đồ cấu trúc kiến tạo khu vực 7

1.1.2 Khái quát đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu 10

Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản urani khu vực nghiên cứu 15

1.2.1 Giai đoạn trước năm 1975 15

1.2.2 Giai đoạn sau năm 1975 15

Một số tồn tại trong nghiên cứu trước đây 17

1.3.1 Về địa tầng 17

1.3.2 Về magma 17

1.3.3 Về cấu trúc - kiến tạo 18

1.3.4 Về tạo khoáng urani trong cát kết 18

Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

Cơ sở lý luận về khoáng hoá urani trong cát kết 20

2.1.1 Các kiểu mỏ urani trong cát kết 20

2.1.2 Các yếu tố khống chế sự tạo khoáng urani trong cát kết 26

Cách tiếp cận và các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án 34

2.2.1 Cách tiếp cận 34

2.2.2 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án 35

Chương 3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG HOÁ URANI KHU VỰC TÂY BẮC BỒN TRŨNG NÔNG SƠN 44

Đặc điểm địa chất 44

3.1.1 Địa tầng 44

3.1.2 Các thành tạo magma xâm nhập 52

Đặc điểm khoáng hóa urani khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn 55

3.2.1 Khái quát đặc điểm phân bố khoáng hóa urani 55

3.2.2 Đặc điểm thành phần thạch học đá chứa khoáng hóa urani 58

3.2.3 Đặc điểm thành phần khoáng vật urani 64

3.2.4 Thành phần hoá học của quặng urani 67

Tuổi của các thành tạo địa chất và quặng urani khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn 70

3.3.1 Tuổi các thành tạo magma xâm nhập 70

3.3.2 Tuổi và nguồn vật liệu các đá trầm tích chứa quặng urani 77

3.3.3 Tuổi của quặng urani 84

Chương 4 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC - KIẾN TẠO VÀ VAI TRÒ CỦA CHÚNG TRONG TẠO KHOÁNG URANI KHU VỰC TÂY BẮC BỒN TRŨNG NÔNG SƠN 88

Khái quát chung 88

Các tổ hợp thạch - kiến tạo 89

Đặc điểm biến dạng 93

Đặc điểm biến chất đi cùng biến dạng 108

Lịch sử tiến hóa kiến tạo khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn 109

Vai trò của cấu trúc - kiến tạo với quá trình tạo khoáng urani trong cát kết khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn 120

4.6.1 Khái quát quá trình tạo khoáng urani trong cát kết ở khu vực nghiên cứu 120 4.6.2 Vai trò của cấu trúc - kiến tạo với tạo khoáng urani trong cát kết 128

Xác lập cơ sở khoa học định hướng công tác điều tra, đánh giá thăm dò urani trong cát kết khu vực nghiên cứu 133

4.7.1 Các tiền đề và dấu hiệu tìm kiếm urani quan trọng trong vùng nghiên cứu 134 4.7.2 Phân vùng triển vọng urani khu vực nghiên cứu 136

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Viết đầy đủ

KIGAM Korea Institutes of Geoscience and Mineral

Resources LA-ICP-MS Laser Ablation Inductively Coupled Mass

Spectrometry SHRIMP Sensitive High Resolution Ion MicroProbe IAEA Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các tiêu chuẩn địa chất kiểu mỏ urani trong cát kết 25 Bảng 3.1 Tổng hợp thành phần khoáng vật của các đá chứa quặng urani 59 khu mỏ Pà Lừa - Pà Rồng [4] 59 Bảng 3.2 Tổng hợp tổ hợp khoáng vật đi cùng của quặng urani trong cát kết khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn [44] 64 Bảng 3.3 Hàm lượng các nguyên tố (%) trong coffinit phân tích bằng thiết bị đầu dò

WDS (Theo Piestrzynski và nnk, 2017) [82] 68

Bảng 3.4 Bảng tóm tắt kết quả định tuổi tuyệt đối U-Pb cho các hạt zircon 71 của các mẫu đá magma xâm nhập granitoid trong khu vực nghiên cứu và lân cận 71 Bảng 3.5 Tuổi của coffinit được tính theo các điểm riêng biệt bằng phương pháp định lượng WDS và kính hiển vi điện tử [82] 85 Bảng 4.1 Tổng hợp các sự kiện địa chất chính khu vực Tây Bắc Bồn trũng Nông Sơn

và mối liên quan với khoáng hóa urani 112 Bảng P.1 Bảng tóm tắt kết quả định tuổi tuyệt đối U-Pb bằng phương pháp truyền thống cho các hạt zircon trong các mẫu đại diện cho các đá granitoid thuộc vùng nghiên cứu 156 Bảng P.2 Bảng tóm tắt kết quả định tuổi tuyệt đối U-Pb bằng phương pháp SHRIMP cho các hạt zircon trong mẫu cát kết chứa khoáng hóa urani (GK.26604/1) thuộc khu vực Pà Lừa - Pà Rồng, rìa Tây Bắc Bồn trũng Nông Sơn 160 Bảng P.3 Bảng tóm tắt kết quả phân tích tuổi zircon trong mẫu GK.26604/2 khu Pà Lừa – Pà Rồng bằng kỹ thuật LA-ICP-MS tại Phòng thí nghiệm Pheasant Memorial Lab, Đại học Okayama, Nhật Bản 161

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Vị trí kiến tạo vùng nghiên cứu trên sơ đồ cấu trúc khu vực 9

Hình 1.2 Sơ đồ địa chất khái quát khu vực Tây Bắc Bồn trũng Nông Sơn và phụ cận 11

Hình 2.1 Mô hình vị trí không gian và hình thái các thân quặng urani trong cát kết (theo Cuney and Kyser, 2009)[63] 21

Hình 2.2 Các phụ kiểu mỏ urani trong cát kết 23

Hình 2.3 Mô hình tạo khoáng urani kiểu mặt cuốn (roll-front) 24

Hình 2.4 Hình dạng thân quặng trong tầng đá có các kiểu địa hoá khác nhau 32

Hình 3.1 Sơ đồ địa chất và khoáng sản khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam 45

Hình 3.2 Bản đồ đẳng trị WDS chỉ rõ sự phân bố của Ca trong tinh thể coffinit và apatit (màu đỏ - trắng) 68

Hình 3.3 Bản đồ đẳng trị WDS chỉ rõ sự phân bố của U trong coffinit 69

(vùng chấm đỏ) 69

Hình 3.4 Bản đồ đẳng trị WDS cho thấy sự phân bố của Si trong coffinit (các điểm màu xanh) và apatit (điểm màu đen) 69

Hình 3.5 Biểu đồ Concordia U-Pb zircon tách từ granitoid 74

Hình 3.6 Đồ thị Concordia Terra-Wasserburg cho thấy sự phân bố tuổi của các hạt zircon trong mẫu cát kết hạt thô GK.26604/1 khu Pà Lừa - Pà Rồng (định tuổi bằng SHRIMP) 78

Hình 3.7 Đồ thị Concordia Terra - Wasserburg cho thấy sự phân bố tuổi của các hạt zircon trong cát kết hạt thô GK.26604/2 định tuổi bằng LA-ICP-MS 80

Hình 3.8 Đồ thì thống kê cho thấy quy luật phân bố tuổi của các hạt ziron trầm tích trong các mẫu trầm tích khu vực Pà Lừa định tuổi bằng SHRIMP (A) và LA-ICP-MS (B) 81

Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc - kiến tạo khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam 90

Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc - kiến tạo khu Tà Păng, rìa tây Bồn Nông Sơn (trên) và mạng lập thể (bán cầu dưới) biểu diễn sự phân bố thế nằm của lớp bị biến dạng (dưới) Sự biến đổi mạnh mẽ về phương của thế nằm cho thấy các đá bị uốn nếp mạnh mẽ Đường màu tím trong mạng chiếu là giá trị mặt trục nếp uốn thuộc pha biến dạng 2, đường màu nâu là giá trị mặt trục nếp uốn thuộc pha biến dạng 3 98 Hình 4.3 Hình vẽ mô phỏng hình thái và quan hệ các cấu tạo được hình thành trong các đá trầm tích trong khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn tạo nên bởi pha biến dạng 2 102 Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc - kiến tạo khu Pà Lừa - Pà Rồng 104 Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc kiến tạo khu trung tâm khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn 105 Hình 4.6 Sơ đồ mô phỏng mối quan hệ giao thoa và hình thái cấu trúc khu vực dưới tác động giao thoa của các cấu tạo pha biến dạng 3 chồng lên pha biến dạng 2 trong khu vực trung tâm Bồn trũng Nông Sơn (D) 106 Hình 4.7 Tóm tắt các sự kiện địa chất khu vực Bồn trũng Nông Sơn và vùng lân cận

và đối sánh với các sự kiện kiến tạo khu vực 110 Hình 4.8 Bối cảnh kiến tạo của Việt Nam và Đông Dương và mối quan hệ với các đơn vị cấu trúc khu vực khác trong giai đoạn cuối Trias 115 Hình 4.9 Mặt cắt địa chất tuyến 50 125 Hình 4.10 Mô hình khái quát mô tả chu trình hình thành và di chuyển của dòng oxy hóa trong các đá trầm tích để tạo quặng urani trong khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn 127 Hình 4.11 Mô hình mặt cắt cắt qua Bồn trầm tích Nông Sơn trong bối cảnh tiến hóa của một bồn lục địa kiểu trước núi đến giữa núi và sự liên quan tới mỏ urani trong trầm tích vụn thô 130 Hình 4.12 Sơ đồ phân vùng triển vọng quặng urani khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn 140

Tầng cuội kết thạch anh - silic Hệ tầng Bàn Cờ quan sát tại vết lộ TH 12 trên đường ô tô Thành Mỹ đi Prao, Đông Giang 51

Các đá trầm tích hệ tầng Hữu Chánh và hệ tầng Khe Rèn (ranh giới là đường đứt nét màu đen) quan sát được tại Vết lộ TH 14 52

Lát mỏng GK.26606-131 Mảnh đá quartzit trong cát kết, xi măng carbonat Phóng đại 50X, Nikol + 60

Lát mỏng GK.26606-163 Mảnh đá granit bị biến đổi nằm trong sạn kết màu xám Phóng đại 100X, Nikol + 60

Lát mỏng 32406/3 Xi măng của cát kết bị carbonat hóa, sericit hóa 62 Dăm kết kiến tạo trong cuội kết ở ranh giới với cát kết hạt thô Mẫu lõi khoan Lô G khu Pà Lừa - Pà Rồng 62

Lát mỏng GK.19206/9 khu Pà Lừa Các hạt vụn trong cuội sạn kết bị nứt

nẻ và biến dạng Phóng đại 50X, Nikol + 63

Mẫu quặng urani chưa bị phong hoá tại gương lò G17, khu Pà Lừa 65 Các khoáng vật thứ sinh của urani (màu vàng chanh) tại lò thăm dò Lô A khu mỏ Pà Lừa - Pà Rồng 65

Khoáng vật nasturan ở thân quặng 1 khu Pà Lừa-Pà Rồng 66 Khoáng vật autunit ở khu Pà Lừa - Pà Rồng 67 Các hạt zicon trong mẫu cát kết hạt thô GK.26604/1 tại khu Pà Rồng được cắt, đánh bóng và đưa vào phân tích bằng kỹ thuật SHRIMP tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu cơ bản thuộc KIGAM, Hàn Quốc 77

Ảnh chụp các hạt zircon trong mẫu GK.26604/1 đã phân tích bằng kỹ thuật SHRIMP và kết quả phân tích Các điểm phân tích được đánh dấu bằng elip màu vàng 78

Ảnh chụp CL các hạt zircon được phân tích tuổi tuyệt đối U-Pb bằng kỹ thuật LA-ICP-MS mẫu GK.26604/2 tại Phòng thí nghiệm Pheasant Memorial, ĐH

Okayama 80

Ảnh 3.18 Bản đồ đồng lượng một số nguyên tố chính trong khoáng mẫu chứa khoáng vật coffinit và khoáng vật vây quanh quặng; 87

Một số ví dụ về các cấu tạo biến dạng trong đá móng thuộc Pha biến dạng thứ nhất (B1) trước khi bồn trũng Nông Sơn được hình thành 94

Một phần của đới trượt dẻo phát triển trong các đá xâm nhập 97

Một số ví dụ về các đới biến dạng dẻo đến giòn-dẻo 99

Một phần đới đứt gãy chờm nghịch lớn thuộc pha biến dạng 2 100

A Một đới trượt giòn lớn phát triển trong đá trầm tích hệ tầng Bàn Cờ ở trung tâm của bồn Nông Sơn (Vết lộ TH.11) B Một phần của A lộ ra mặt trượt lớn bên dưới đới dăm kết và phá hủy (ở phần nóc của ảnh) 101

Một số hình ảnh về pha biến dạng 3 103

A Vết lộ lớn tại cửa lò thăm dò Lô A Khu Pà Lừa cho thấy diện lộ của 1 hệ thống đứt gãy lớn kiểu trượt thuận cắt qua (đường màu đỏ) B Một phần của đứt gãy tại A cho thấy sự dịch chuyển thuận với biên độ tới hàng m C Đứt gãy cắt qua đới khoáng hóa urani quan sát được trong lò chứng tỏ sự phá hủy thân quặng của pha biến dạng 4 107

Một số ví dụ về các đứt gãy thuộc pha biến dạng 5 108

Ranh giới oxy hóa khử quan sát được trong các đá trầm tích chứa urani quan sát tại Lỗ khoan AK1401 khu Pà Lừa - Pà Rồng 123

Một đới dập vỡ và đứt gãy với các mặt trượt góc dốc lớn tạo nên một đới khoáng hóa thứ sinh các hợp phần urani thứ sinh màu vàng gặp trong mẫu lõi khoan quan sát được trong lỗ khoan AK.1406 khu Pà Lừa - Pà Rồng, chứng tỏ vai trò của đứt gẫy và khe nứt đối với sự di chuyển của dung dịch chứa urani cũng như sự phá hủy hoặc tích tụ quặng hóa urani 126

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng về urani, trong đó kiểu mỏ urani trong cát kết thuộc Bồn trũng Nông Sơn có tiềm năng lớn nhất và điều kiện khai thác thuận lợi, được xem là cơ sở nguyên liệu quan trọng cho phát triển năng lượng nguyên tử vì mục đích hoà bình Bồn trũng Nông Sơn nói chung, khu vực Tây Bắc bồn trũng nói riêng, cho đến nay đã được điều tra lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1: 200.000

và tỷ lệ 1: 50.000; một số diện tích có triển vọng về urani đã được điều tra, đánh giá

ở tỷ lệ 1: 10.000, 1: 5.000 và 1: 2.000 Ngoài ra, còn có nhiều công trình nghiên cứu khoa học về khoáng hoá urani của các tác giả khác nhau từ sau năm 1975 đến nay

Những công trình nghiên cứu nêu trên đã giải quyết các vấn đề ở những mức

độ khác nhau về địa chất, bối cảnh tạo khoáng urani và tiềm năng tài nguyên urani ở những diện tích có triển vọng, là cơ sở quan trọng định hướng cho công tác nghiên cứu tiếp theo Tuy nhiên, phần lớn các công trình nghiên cứu chỉ nêu lên đặc điểm phân bố chung về quặng hoá urani, về đặc điểm thạch học, thành phần vật chất quặng hoặc khoáng vật - địa hoá, v.v Đến nay, chưa có công trình nghiên cứu sâu về cấu trúc - kiến tạo và vai trò của chúng trong tạo khoáng urani Việc luận giải các yếu tố cấu trúc kiến tạo, xác lập các pha biến dạng và lập lại lịch sử tiến hoá bồn trũng Nông Sơn nói chung, khu vực Tây Bắc bồn trũng nói riêng trong mối quan hệ với tạo khoáng urani dưới ánh sáng của học thuyết kiến tạo mảng đã trở thành cấp thiết, nhằm đáp ứng những đòi hỏi của thực tiễn Điều đó có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định vị trí phân bố quặng hoá, mức độ tập trung, hình thái thân quặng đối với từng khu vực Từ

đó, việc phân vùng triển vọng, định hướng cho công tác điều tra, đánh giá, thăm dò urani ở khu vực sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao

Đề tài luận án “Đặc điểm cấu trúc - kiến tạo phần Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn, Quảng Nam và sự tạo khoáng urani trong cát kết” được đặt ra nhằm giải

quyết những yêu cầu cấp bách của thực tiễn nêu trên

2 Mục tiêu của luận án

Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc - kiến tạo khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

và vai trò của chúng với quá trình tạo khoáng urani trong cát kết, làm cơ sở đề xuất định hướng công tác điều tra, đánh giá, thăm dò

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

- Đối tượng: Các thành tạo, cấu tạo địa chất và quặng hóa urani trong cát kết

- Phạm vi nghiên cứu: Khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam

và các vùng lân cận

4 Nhiệm vụ của luận án

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu trên, nhiệm vụ đặt ra cho luận án là:

- Làm sáng tỏ thành phần vật chất, dạng tồn tại và tuổi các thành tạo địa chất, khoáng hoá urani ở khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc - kiến tạo khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn và phân tích vai trò của cấu trúc - kiến tạo với quá trình tạo khoáng urani trong cát kết trong khu vực nghiên cứu

- Xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn để đề xuất định hướng công tác điều tra, đánh giá, thăm dò quặng urani ở khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án

5.1 Ý nghĩa khoa học

- Những số liệu mới của luận án về cấu trúc địa chất, tuổi và điều kiện thành tạo của các thành tạo địa chất và khoáng hóa urani là những đóng góp mới và hết sức quan trọng vào văn liệu địa chất ở Việt Nam

- Việc khôi phục lịch sử tiến hóa bồn trũng Nông Sơn và vai trò của biến dạng kiến tạo đối với sự tạo khoáng urani là những phát hiện khoa học làm cơ sở luận giải

về bản chất và nguồn gốc tạo khoáng, quy luật phân bố, hình thái cấu trúc thân quặng trong khu vực nghiên cứu nói riêng, bồn trũng Nông Sơn nói chung

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Việc xác lập các pha biến dạng, lập lại lịch sử tiến hoá địa chất khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn nói riêng, bồn trũng Nông Sơn nói chung và vai trò của

chúng với tạo khoáng urani trong cát kết còn có giá trị thực tiễn trong công tác điều tra, đánh giá, thăm dò quặng urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn

- Việc xác lập các tiền đề, dấu hiệu và khoanh định các diện tích có triển vọng

về quặng hóa urani trong khu vực nghiên cứu theo các cấp khác nhau là cơ sở đề xuất các hoạt động điều tra, đánh giá, thăm dò tiếp theo trên các diện tích có triển vọng về quặng hóa urani ở khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

6 Các luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn chịu tác động biến dạng kiến tạo phức tạp, trong đó các thành tạo trầm tích tuổi Trias giữa đến Jura phủ bất

chỉnh hợp trên cấu trúc móng trước Mesozoi bị biến dạng mạnh mẽ dưới tác động của 4 pha biến dạng kiến tạo Các yếu tố cấu trúc - kiến tạo và các hoạt động biến dạng sau trầm tích có vai trò quan trọng trong quá trình tạo khoáng urani trong cát kết khu vực nghiên cứu

Luận điểm 2: Khoáng hóa urani khu vực nghiên cứu được hình thành trong 4

giai đoạn từ 144 đến 14 triệu năm trước Khoáng hóa urani ban đầu được thành tạo nhờ cơ chế oxy hóa - khử và được lắng đọng dọc đới tiếp xúc của dung dịch oxy hóa với các tác nhân khử trong các thành tạo trầm tích vụn thô của hệ tầng An Điềm Sự tác động liên tục của các pha biến dạng dẫn tới sự biến cải của khoáng hóa, hình thành các thế hệ khoáng hóa thứ sinh có tuổi khác nhau

7 Các điểm mới trong luận án

- Kết quả nghiên cứu đã cho phép nhận dạng và làm sáng tỏ bản chất các dạng cấu tạo, xác lập và phân chia các pha biến dạng, lập lại lịch sử tiến hóa địa chất khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn, đồng thời luận giải quá trình tạo khoáng urani trong cát kết trong mối quan hệ với cấu trúc - kiến tạo của khu vực nghiên cứu Khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn bị biến dạng mạnh mẽ dưới tác động của 5 pha biến dạng kiến tạo, trong đó pha 1 tác động đến các đá móng trước Mesozoi, 4 pha còn lại tác động tới các thành tạo trầm tích Mesozoi

- Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ mối quan hệ giữa các hoạt động biến dạng với tạo khoáng urani và cho thấy các hoạt động biến dạng sau trầm tích đóng

vai trò khống chế quặng hóa urani trong khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

- Kết quả nghiên cứu cho thấy khoáng hóa urani trong khu vực nghiên cứu phân bố trong các tập trầm tích vụn thô được hình thành và tái hình thành trong 4 giai đoạn từ 144 đến 14 tr năm trước Urani được lắng đọng trong đá sau quá trình trầm tích nhờ cơ chế oxy hóa - khử dọc theo các đới tiếp xúc của dòng dung dịch oxy hóa với các tác nhân khử Đới khoáng hóa được hình thành, di chuyển, phá hủy và tái thành tạo một cách phức tạp do tác động liên tiếp của quá trình biến dạng khu vực nhiều pha

- Đã xác lập được các tiền đề, dấu hiệu tìm kiếm và khoanh định các diện tích

có triển vọng về quặng hóa urani theo các cấp khác nhau trong khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn Đây là cơ sở khoa học quan trọng để đề xuất các hoạt động điều tra, đánh giá, thăm dò quặng urani trong khu vực nghiên cứu

8 Kết cấu của luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 4 chương:

Chương 1 Tổng quan về khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

Chương 2 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Đặc điểm địa chất và khoáng hoá urani khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

Chương 4 Đặc điểm cấu trúc - kiến tạo và vai trò của chúng với tạo khoáng

urani trong cát kết khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn

9 Cơ sở tài liệu của luận án

Luận án được hoàn thành trên cơ sở tài liệu thực tế do NCS trực tiếp nghiên cứu, thu thập, tổng hợp trong thời gian công tác, tham gia các đề tài nghiên cứu khoa học, trực tiếp tham gia thực hiện các nhiệm vụ tại Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm, đặc biệt là tài liệu khảo sát thực địa và phân tích mẫu từ năm 2013 đến nay Cụ thể gồm:

1 Các tài liệu đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản ở các tỷ lệ khác nhau có trong vùng nghiên cứu, đặc biệt là các tài liệu kết hợp với việc khảo sát thực địa khảo sát thực địa, thu thập thông tin cấu trúc địa chất và lấy mẫu phân tích bổ sung của chính tác giả

2 Tài liệu mới về khảo sát thực địa, đo vẽ địa chất, nghiên cứu cấu trúc kiến tạo khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn do chính tác giả thực hiện trong quá trình thực hiện nghiên cứu và làm luận án này

3 Tài liệu mới từ việc thu thập, gia công và phân tích hàng nghìn mẫu hoá urani, hàng trăm mẫu thạch học, khoáng vật, phân tích thành phần vật chất ICP-MS

36 nguyên tố,… của đề án thăm dò quặng urani khu Pà Lừa - Pà Rồng do Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm thực hiện từ năm 2010 đến nay Đặc biệt là kết quả phân tích đồng vị U-Pb để xác định tuổi tuyệt đối của 08 mẫu đá magma vây quanh bồn trũng Nông Sơn được NCS gửi gia công, phân tích tại Phòng Thí nghiệm Đồng vị Phóng

xạ, Viện Địa chất - Địa vật lý, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc; 02 mẫu xác định tuổi của các đá trầm tích chứa quặng urani thuộc khu Pà Lừa - Pà Rồng bằng phương pháp SHRIMP tại Viện Địa chất và Khoáng sản Hàn Quốc và bằng phương pháp LA-ICP-MS tại Đại học Okayama, Nhật Bản; 01 mẫu phân tích tuổi tuyệt đối, thành phần vật chất của quặng urani khu Pà Lừa - Pà Rồng được gửi phân tích tại Phòng thí nghiệm các nguyên tố hiếm, Đại học Khoa học và Công nghệ AGH, Ba Lan do tác giả thực hiện trong quá trình làm luận án

4 Các tài liệu chuyên đề, báo cáo khoa học, bài báo liên quan đến khu vực nghiên cứu đã được công bố Các tài liệu khảo sát, điều tra, đánh giá và thăm dò của của Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm trong phạm vi và lân cận khu vực nghiên cứu

Ngoài ra, NCS còn thu thập tài liệu nghiên cứu khoa học về urani đã công bố trong nước và nước ngoài trên các tạp chí chuyên ngành, sách xuất bản và trên mạng Internet

10 Nơi thực hiện đề tài

Luận án được thực hiện tại Bộ môn Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Hà Nội và Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm thuộc Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam

11 Lời cảm ơn

Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến GS TS Trần Thanh Hải và PGS.TS Nguyễn Phương đã tận tình hướng dẫn NCS trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các giảng viên Bộ môn Địa chất, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, Phòng Đào tạo Sau Đại học và Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tận tình giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận án này

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các nhà khoa học thuộc Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Tổng hội Địa chất Việt Nam, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Viện Địa chất thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Địa chất toàn Nga mang tên A.P Kapinski (VSEGEI), Viện Khoa học Địa chất và Tài nguyên khoáng sản Hàn Quốc (KIGAM), Phòng thí nghiệm Các nguyên tố hiếm (Laboratory of Critical Elements), Đại học Khoa học và Công nghệ AGH, Ba Lan, Phòng thí nghiệm Đồng vị Phóng xạ, Viện Địa chất - Địa vật lý, Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc,… và các đồng nghiệp tại Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong việc thực hiện luận án

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ tình cảm và lòng biết ơn đối với người thân, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã tận tình giúp đỡ trong việc xử lý số liệu, khích lệ, chia

sẻ và động viên NCS hoàn thành luận án

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC TÂY BẮC BỒN TRŨNG NÔNG SƠN Khái quát về vị trí và đặc điểm địa chất của vùng nghiên cứu

Khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn thuộc địa phận huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam Trung tâm vùng cách thành phố Đà Nẵng khoảng 100 km về phía tây nam theo quốc lộ 14B Khu vực nghiên cứu có diện tích khoảng 1000 km2 (Hình 1.1) Khu vực nghiên cứu có địa hình núi cao trung bình, độ cao từ 250m đến 1034m, các dải núi kéo dài theo phương tây bắc - đông nam Địa hình có đặc điểm chung là sườn có độ dốc phổ biến 20-35o, bề mặt sườn lồi lõm, vỏ phong hóa khá dày Phủ trên bề mặt địa hình là thảm thực vật gồm cây thân gỗ, cây dây leo và cây thân thảo

Trong vùng nghiên cứu, mạng sông suối khá phát triển nhưng chiều dài và độ dốc cũng rất khác nhau như Sông Cái, Sông Vu Gia, Sông Côn, Sông Bung, Sông A Vương Hệ thống sông suối trong vùng có lưu lượng phụ thuộc theo mùa Hệ thống giao thông chính đã được đầu tư, xây dựng như đường quốc lộ (QL.14, 14D), đường

ô tô liên tỉnh, liên huyện, tuy nhiên việc đi lại còn rất nhiều khó khăn gây cản trở cho việc điều tra, nghiên cứu địa chất

1.1.1 Vị trí vùng nghiên cứu trên bình đồ cấu trúc kiến tạo khu vực

Có nhiều quan điểm về vị trí kiến tạo của bồn trũng Nông Sơn nói chung, phần Tây Bắc bồn trũng nói riêng trên bình đồ cấu trúc khu vực Phan Văn Quýnh và nnk (1992) coi kiến trúc của bồn trũng Nông Sơn có dạng địa hào chồng chéo (địa hào Sông Bung phương tây bắc - đông nam và địa hào Nông Sơn phương đông - tây) được thành tạo bởi các hệ thống đứt gãy khác nhau Nguyễn Văn Trang (1986) [51] xếp khu vực nghiên cứu vào đới Nông Sơn, trong đó phức hệ Mesozoi hạ đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành đới Nông Sơn Trần Văn Trị và Vũ Khúc (2009) [52] đã đưa ra một sơ đồ kiến tạo phân chia lãnh thổ Việt Nam thành các đơn vị cấu trúc bao gồm các địa khu lục địa tiền Cambri bị tái biến cải trong Phanerozoi, các hệ tạo núi đa kỳ Proterozoi - Mesozoi sớm và các trũng nội lục Paleozoi muộn - Kainozoi Trong các địa khu lại được phân thành các á địa khu với các phức hệ địa chất hoặc tổ hợp thạch kiến tạo khác nhau Các tác giả này coi khu vực nghiên cứu thuộc hệ rift nội lục sau va chạm Mesozoi Sông Bung - An Khê nằm chồng lên đai

tạo núi Paleozoi sớm - giữa Quảng Đà và địa khu tiền Cambri Kon Tum Theo sơ đồ này khu vực Bồn trũng Nông Sơn thuộc một phần của đai tạo núi Paleozoi giữa Đà Nẵng - Se Kông, chồng lên là hệ rift nội lục sau va chạm Mesozoi Sông Bung - An Khê (Hình 1.1)

Gần đây, Tran và nnk (2014) [84] lần đầu tiên đã xác lập được các giai đoạn phát triển kiến tạo khu vực rìa bắc địa khối Kon Tum, trong đó vùng Nông Sơn được xem là hậu quả của quá trình căng giãn hậu va chạm giữa các mảng Đông Dương và Sibumasu (Hình 1.2) Quá trình hội nhập và ghép nối các địa mảng cũng dẫn tới sự xếp chồng và xuyên cắt nhau hết sức phức tạp của nhiều tổ hợp trầm tích và magma

có tuổi và nguồn gốc khác nhau Bên cạnh đó sự đụng độ kiến tạo liên tục diễn ra xung quanh địa khối Đông Dương trong quá khứ gây nên sự biến dạng mạnh mẽ và

đa kỳ đi cùng biến chất cao dẫn tới sự hình thành và giao thoa cấu trúc khu vực hết sức phức tạp trên toàn lãnh thổ Đông Dương và vùng nghiên cứu nói riêng Sự biến dạng lặp lại nhiều lần đã dẫn tới sự phá hủy hoặc đảo lộn dạng nằm và quan hệ địa chất nguyên thủy, biến vị không gian và thành phần của các thành tạo địa chất, đặc biệt là các thành tạo trước Mesozoi, làm cho việc nhận dạng bản chất của chúng gặp nhiều khó khăn

Hình 1.1 Vị trí kiến tạo vùng nghiên cứu trên sơ đồ cấu trúc khu vực

(Theo Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009) [52]

1.1.2 Khái quát đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu

Tổng hợp các tài liệu đo vẽ địa chất và các nghiên cứu chuyên đề mang tính khu vực đã công bố (Trần Đức Lương và Nguyễn Xuân Bao, 1982; Nguyễn Văn Trang, 1986; Cát Nguyên Hùng, 1995; Tống Duy Thanh và Vũ Khúc, 2005; Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009) có thể thấy thành phần vật chất cấu thành vỏ Trái Đất trong khu vực Tây Bắc Bồn trũng Nông Sơn và vùng lân cận khá đa dạng và phức tạp, bao gồm các thành tạo Tiền Cambri tới các thành tạo mới hình thành trong giai đoạn kiến tạo trẻ Các thành tạo cổ thường bị biến dạng và biến chất mạnh mẽ và bị xuyên cắt hoặc chồng phủ bởi các thành tạo trẻ hơn được hình thành trong nhiều môi trường kiến tạo khác nhau [88, 84] Trong phần này, NCS không đi sâu vào mô tả chi tiết về đặc điểm thành phần và quy luật phân bố cũng như nguồn gốc của các thành tạo địa chất trong khu vực mà chỉ tóm tắt những đặc điểm chung của các thành tạo địa chất tạo nên khung cấu trúc khu vực Việc mô tả chi tiết các yếu tố địa chất được thể hiện ở Chương 3 của luận án

1.1.2.1 Khái quát đặc điểm địa chất khu vực Bồn trũng Nông Sơn

a Các thành tạo địa chất

Các thành tạo Tiền Cambri bao gồm các đá có tuổi Proterozoi giữa đến Cambri

sớm, đó là các tổ hợp đá nguồn trầm tích và phun trào biến chất cao tới tướng amphibolit (Nguyễn Văn Trang, 1986; Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009; Usuki và nnk, 2009; Tran và nnk, 2014) [51, 52, 88, 84], lộ ra ở rìa nam vùng nghiên cứu (Hình 1.2) Chúng được các nghiên cứu trước đây phân chia thành các phức hệ và hệ tầng khác nhau (Tống Duy Thanh và Vũ Khúc, 2005) [46] Gần đây, Trần Văn Trị và Vũ Khúc (2009) [52] đã nhóm chúng vào phức hệ Khâm Đức - Núi Vú (NP3- Є1kv)

Hình 1.2 Sơ đồ địa chất khái quát khu vực Tây Bắc Bồn trũng Nông Sơn và phụ cận

Các đá trên bị xuyên cắt bởi nhiều thành tạo magma có tuổi và nguồn gốc khác nhau (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009, Tran và nnk, 2014; Nguyễn Trường Giang và Trần Thanh Hải, 2016) [52, 84, 8], trong đó tuổi của một số thành tạo magma đến nay vẫn chưa được xác định rõ ràng và là đối tượng cần được tiếp tục nghiên cứu

Các thành tạo trầm tích Paleozoi sớm chủ yếu là các trầm tích lục nguyên, lục

nguyên carbonat, carbonat và đá phiến, đôi chỗ xen kẹp các thành tạo phun trào trung tính đến axit và tuf của chúng, đôi nơi bị biến chất tới tướng phiến lục thuộc hệ tầng

A Vương (Є2-O1 av) (Tống Duy Thanh và Vũ Khúc, 2005; Trần Văn Trị và Vũ Khúc,

2009) [46, 52] Các thành tạo này lộ ra chủ yếu ở rìa tây và bắc của vùng nghiên cứu dưới dạng các tổ hợp bị uốn nếp - đứt gãy chờm nghịch hoặc dạng các nêm kiến tạo không liên tục

Các thành tạo trầm tích và phun trào Mezozoi trong vùng nghiên cứu chủ yếu

là các đá trầm tích lục nguyên chứa ít carbonat, trầm tích lục nguyên hạt mịn đến thô kiểu molas xám, và phun trào axit - trung tính có thành phần khá đa dạng như các đá cuội kết, tảng kết, cát kết, bột sét kết, cuội kết tuf (Nguyễn Văn Trang, 1986; Cát Nguyên Hùng, 1995; Tống Duy Thanh và Vũ Khúc, 2005; Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009) Chúng lộ ra rộng rãi và tạo thành lớp phủ lấp đầy bồn trũng Nông Sơn (Hình 1.2), bao gồm các hệ tầng Sông Bung (T2sb), An Điềm (T3nađ), Sườn Giữa (T3n-r sg),

Bàn Cờ (J1bc), Khe Rèn (J1-2kr), Hữu Chánh (J2hc)

Các thành tạo trầm tích và phun trào Kainozoi gồm các trầm tích lục địa tuổi

Neogen, phủ trên là các lớp phủ trầm tích bở rời Đệ Tứ phân bố ở rìa đông vùng nghiên cứu và tạo nên đồng bằng Quảng Nam Ngoài ra trong vùng còn có đá phun trào bazan được cho là có tuổi N2-Q1 phân bố rải rác ở rìa nam và đông nam khu vực Quảng Nam (Nguyễn Văn Trang, 1986) [51]

b Các thành tạo magma xâm nhập

Trong phạm vi khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn và vùng lân cận, các thành tạo magma xâm nhập lộ ra khá phổ biến với nhiều kiểu magma có nguồn gốc

và tuổi khác nhau và được xếp vào nhiều phức hệ khác nhau (Nguyễn Xuân Bao và nnk, 2001; Nguyễn Văn Trang, 1986; Đào Đình Thục và Huỳnh Trung, 1995; Bùi

Minh Tâm, 2010; Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009; Tran và nnk, 2014; Nguyễn Trường Giang và Trần Thanh Hải, 2016) [2, 51, 52, 84, 50, 54, 8] Chúng có mức độ biến dạng và biến chất khác nhau, trong đó có một số thành tạo bị biến chất và biến dạng mạnh mẽ Một số nghiên cứu gần đây cho thấy các thành tạo magma trong khu vực được hình thành trong nhiều thời kỳ, phát triển chồng lấn và xuyên cắt nhau hết sức phức tạp [52, 8] Tuy nhiên, tuổi của các thành tạo xâm nhập này hiện đang là vấn đề còn tồn tại Dựa trên các kết quả nghiên cứu hiện có, có thể tóm tắt đặc điểm các thành tạo magma xâm nhập trong khu vực như sau

Các thành tạo xâm nhập Paleozoi sớm - giữa: Có mặt khá rộng rãi và lộ ra rải

rác ở khu vực ven rìa bồn trũng Nông Sơn và vùng lân cận Thành phần của chúng

đa dạng gồm các xâm nhập granit dạng gneis, granodiorit dạng gneis và diorit - biotit

- hornblend, granodiorit - biotit - hornblend và granit aplit, aplit Chúng tạo thành những thể granit batholith lớn hoặc tạo các mạch nhỏ và được xếp vào các phức hệ Đại Lộc (aD1đl) có tuổi khoảng 430 đến 400 tr năm Trong công bố gần đây về các

kết quả nghiên cứu mới ở khu vực bắc Quảng Nam đã chứng minh sự kiện tạo núi uốn nếp chờm nghịch kiểu va mảng đã diễn ra ở khu vực này từ 450 đến 430 tr năm

mà trung tâm là đới khâu Tam Kỳ - Phước Sơn [84, 8]

Các thành tạo magma xâm nhập Paleozoi muộn - Mesozoi: Trong vùng

nghiên cứu các thành tạo này phát triển rộng rãi dọc rìa nam của Bồn trũng Nông Sơn (Huỳnh Trung và nnk, 2004; Nguyễn Văn Trang, 1986; Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009) [50, 51, 52] Chúng có thành phần đa dạng, chủ yếu là trung tính đến axit với các đá chính gồm gabrodiorit, diorit hạt nhỏ, granodiorit biotit hornblend

và được xếp vào các phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn (γδP2-3 bq), Chaval (aT3 cv)

Hải Vân (γaT3hv), Bà Nà (γK-Ebn) Tùy theo từng khu vực, tuổi của các thành tạo

này có thể từ cuối Carbon đến Creta (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009; Nguyễn Trường Giang và Trần Thanh Hải, 2016) [52, 8] Đặc biệt, Nguyễn Trường Giang và Trần Thanh Hải (2016) [8] đã nhận dạng sự có mặt rộng rãi của các magama xâm nhập kiểu Bến Giằng có tuổi khoảng 290 tr năm dọc rìa nam của bồn trũng này

Các thành tạo xâm nhập Kainozoi: Mặc dù các nghiên cứu hiện có chưa nhận

dạng được sự có mặt của các thành tạo xâm nhập Kainozoi xuất lộ trong khu vực Bồn trũng Nông Sơn nhưng ở các khu vực lân cận đã nhận dạng được một số thể đá magma

có thành phần khá phức tạp, từ mafic, trung tính tới axit và kiềm… tuổi Paleogen và

được xếp vào phức hệ như Măng Xim (γξEmx) (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009

[52]) Bên cạnh các thành tạo xâm nhập nói trên, trong vùng nghiên cứu còn có thể

có nhiều thể magma xâm nhập trẻ hơn, tương đương với các thành tạo phun trào Neogen - Đệ Tứ đã đề cập ở trên nhưng chưa được khẳng định

1.1.2.2 Khái quát đặc điểm biến dạng kiến tạo khu vực Bồn trũng Nông Sơn

Như đã đề cập ở phần trên, các kết quả nghiên cứu hiện có cho thấy các khu vực thuộc nghiên cứu này đều nằm trên một nền địa chất phức tạp, đa thành phần và hầu hết các thành tạo địa chất trước Kainozoi trong vùng nghiên cứu đã bị biến dạng mạnh mẽ và đa kỳ, trong đó có ít nhất là hai giai đoạn kiến tạo lớn trong Paleozoi giữa và đầu Mesozoi (Osanai và nnk, 2003; Usuki và nnk, 2009; Lapvrier và nnk,

2004, 2008; Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009; Nakano và nnk, 2013; Tran và nnk, 2014; Trần Thanh Hải và nnk, 2016) [81, 88, 73, 52, 93, 84, 9] Hoạt động kiến tạo vẫn diễn ra mạnh mẽ trong Kainozoi và kéo dài đến hiện tại Các biến dạng kiến tạo mạnh mẽ và chồng lấn nhiều pha làm cho trật tự, dạng nằm và tính liên tục cũng như quan hệ địa chất của các thành tạo địa chất, đặc biệt là các thành tạo trước Mesozoi

bị biến vị hoàn toàn (Tran và nnk, 2014) [84] Một số nghiên cứu mới dọc đới khâu Tam Kỳ - Phước Sơn cho thấy các thành tạo cổ nhất ở đây chỉ có tuổi Proterozoi muộn và trải qua các sự kiện biến dạng liên tiếp trong Phanerozoi, trong đó khẳng định sự tồn tại của một pha nhiệt kiến tạo xảy ra trong giai đoạn Silur - Devon sớm kiểu va chạm mảng (Usuki và nnk, 2009; Tran và nnk, 2014) [88, 84] Các hoạt động kiến tạo tiếp theo chồng lên và làm biến cải các cấu tạo này để tạo nên sự giao thoa cấu trúc khu vực phức tạp (Carte và nnk, 2001; Usuki và nnk, 2009; Tran và nnk, 2014; Trần Thanh Hải và nnk, 2016) [59, 88, 84, 9] Tran và nnk (2014) [84] đã nhận dạng được ít nhất năm giai đoạn biến dạng lớn của vỏ Trái Đất gắn với các sự kiện kiến tạo khu vực Sự phát triển của các thành tạo địa chất và các sự kiện biến dạng đã diễn ra trong khu vực miền Trung Việt Nam nói chung, khu vực Bồn trũng Nông Sơn

nói riêng đều gắn liền tới sự tiến hóa vỏ lục địa do sự hội nhập và va chạm liên tiếp của các địa mảng vào rìa của Địa khối Đông Dương trong Phanerozoi (Trần Văn Trị

và Vũ Khúc, 2009; Hall, 2012; Metcalfe, 2013; Zaw và nnk, 2014; Tran và nnk, 2014) [52, 69, 74, 86, 84]

Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản urani khu vực nghiên cứu 1.2.1 Giai đoạn trước năm 1975

Công tác nghiên cứu địa chất trước năm 1975 liên quan khu vực bồn trũng Nông Sơn khá hạn chế, chủ yếu là các công trình khảo sát đo vẽ bản đồ địa chất khu vực và phát hiện khoáng sản của các nhà địa chất Pháp và Việt Nam Về nghiên cứu địa chất và khoáng sản, năm 1882 Fuchs và Saladin nghiên cứu mặt cắt chứa than; tiếp sau đó là công trình nghiên cứu của Counillon (1889 - 1908), Bourret (1903 - 1905), Saurin (1941 - 1956), Fromaget (1927 - 1944), Hoffet (1933), Fontain (1961

- 1966), Nguyễn Văn Vĩnh (1963 - 1967), Nguyễn Văn Thông và Hoàng Đình Khảm (1974) trong đó công trình nghiên cứu địa tầng của Bouret có ý nghĩa hơn cả Trong công trình này, ông chia các trầm tích vùng Nông Sơn ra hai phân vị: Phức hệ Nông Sơn với các thành tạo chứa than được đặc trưng bởi tập hợp hoá thạch thực vật Hòn Gai và phức hệ Thọ Lâm với các thành tạo sét vôi, cát vôi đặc trưng bởi hoá thạch biển chân đầu Về công tác nghiên cứu địa vật lý, chỉ có công trình đo và thành lập bản đồ từ hàng không tỷ lệ 1:25.000.000 của Hải quân Mỹ

1.2.2 Giai đoạn sau năm 1975

Công tác điều tra địa chất khu vực và nghiên cứu về urani chỉ thực sự được tiến hành sau năm 1975, nhất là sau năm 1980 công tác này được đẩy mạnh với việc phát hiện một số điểm khoáng hoá urani ở mỏ than Nông Sơn và đặc biệt là phát hiện loại hình urani trong cát kết ở Bồn trũng Nông Sơn

Về nghiên cứu địa chất khu vực, năm 1975 - 1983, Trần Đức Lương, Nguyễn Xuân Bao (chủ biên) lập bản đồ địa chất Việt Nam tỷ lệ 1:500.000; năm 1986, Nguyễn Văn Trang (chủ biên) lập bản đồ địa chất nhóm tờ Huế - Quảng Ngãi tỷ lệ 1:200.000

và hiệu đính năm 1996 Năm 1996, Cát Nguyên Hùng và các cộng sự đã hoàn thành báo cáo Đo vẽ địa chất và tìm kiếm khoáng sản nhóm tờ Hội An - Đà Nẵng tỷ lệ 1:50.000

Từ năm 1984 - 1992, Liên đoàn Địa chất 10 (Nay là Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm) đã tiến hành nhiều đề án tìm kiếm, đánh giá triển vọng quặng urani ở mỏ than Nông Sơn (1984-1989), vùng Ngọc Kinh - Cà Liêng - Sườn Giữa (1986 - 1991), TaBhing (1993 - 1999), An Điềm (1995 - 2000), Đông Nam Bến Giằng (1999 - 2003)

Từ 2010 đến nay, công tác thăm dò quặng urani khu Pà Lừa - Pà Rồng huyện Nam Giang, Quảng Nam được tiến hành dưới sự chủ trì của Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm Đây là khu mỏ được xem là có triển vọng về urani ở khu vực bồn trũng Nông Sơn

Công tác nghiên cứu chuyên sâu về quặng hoá urani có các công trình khoa học và báo cáo sau:

Trịnh Xuân Bền (1995) [3] trong luận án Tiến sỹ Địa lý - Địa chất “Đặc điểm

địa hoá - khoáng vật quặng phóng xạ khu vực Khe Hoa- Khe Cao, bể than Nông Sơn”

đã đề cập đến nguồn gốc thành tạo quặng urani, môi trường thành tạo cũng như nguồn cung cấp quặng urani trong trũng Nông Sơn, đã đề cập đến mô hình kiểu mỏ urani trong cát kết ở khu Khe Hoa - Khe Cao

Nguyễn Quang Hưng (2002) [22] trong Luận án Tiến sĩ Địa chất “Đặc điểm

thạch học và quặng hoá urani trong trầm tích Trias muộn vùng Nông Sơn” đã phân

chia được các tầng cát kết trong trầm tích Trias muộn trũng Nông Sơn, xác định các tập đá, lớp đá chứa quặng chính với các chỉ tiêu trầm tích đặc trưng, đồng thời phân chia được các kiểu khoáng hoá urani đối sánh với các kiểu mỏ trên thế giới

Nguyễn Văn Hoai và nnk (2002) [18] trong “Báo cáo nghiên cứu đánh giá

tiềm năng urani ở khối nhô Kon Tum và Tú Lệ” cũng đã đề cập đến mô hình thành

tạo các kiểu mỏ urani trong cát kết ở Bồn trũng Nông Sơn

Nguyễn Đắc Đồng, Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn Trường Giang và nnk

(2005) [5] trong báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ: “Nghiên cứu, khảo

sát, đánh giá tổng quan tài nguyên, trữ lượng urani ở Việt Nam” đã đưa ra các các

kiểu mỏ công nghiệp urani trên thế giới, một số tiêu chuẩn địa chất, đặc điểm các kiểu mỏ urani có triển vọng và có thể có triển vọng ở Việt Nam hiện nay

Một số tồn tại trong nghiên cứu trước đây

Hầu hết công tác nghiên cứu urani ở Việt Nam trước đây chỉ tập trung đánh giá triển vọng quặng urani ở từng khu vực, đánh giá tiềm năng tài nguyên và đề xuất phương hướng điều tra, đánh giá, thăm dò tiếp theo Một số công trình bước đầu đi sâu phân tích đánh giá về đặc điểm phân bố quặng hóa urani trong cát kết và đặc tính biến hóa của các thông số địa chất thân quặng làm cơ sở khoanh định diện tích triển vọng và lựa chọn phương pháp dự báo tài nguyên, định hướng công tác điều tra thăm

dò tiếp theo trên một số diện tích Do nhiều nguyên nhân khác nhau, nên các công trình nghiên cứu về đặc điểm địa chất, cấu trúc - kiến tạo, khoáng hoá urani, thạch học tướng đá, địa hóa, môi trường thành tạo, trong bồn trũng Nông Sơn nói chung, khu vực Tây Bắc bồn này nói riêng cũng chỉ dừng lại ở mức khái quát trong một bối cảnh địa chất khu vực, thiếu các số liệu chi tiết, chưa có nhiều tài liệu nghiên cứu định lượng để kiểm chứng Trên cơ sở tổng hợp, phân tích những kết quả nghiên cứu

đã đạt được trong thời gian qua, NCS cho rằng các vấn đề tồn tại chính cần giải quyết gồm:

1.3.1 Về địa tầng

Theo các tài liệu đo vẽ lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 của Cát Nguyên

Hùng và nnk (1996) [20], các tài liệu điều tra, đánh giá của Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm đã cơ bản xác lập được các phân vị địa tầng trong vùng nghiên cứu, tuy nhiên việc phân chia chi tiết các phân vị đó trong vùng còn hạn chế Một số ranh giới địa chất giữa các phân vị địa tầng còn chưa thống nhất như: ranh giới giữa hệ tầng Sông Bung và hệ tầng An Điềm, việc xác định tuổi tuyệt đối của các phân vị địa tầng còn chưa được đầu tư nghiên cứu Nguồn vật liệu trầm tích, tuổi cũng như việc luận giải lịch sử tiến hóa của các thành tạo địa chất trong bồn trũng chưa được nghiên cứu đầy

đủ và thiếu số liệu định lượng

1.3.2 Về magma

Việc xác định các phức hệ magma trong khu nghiên cứu đã được các nhà địa chất trước đây xác lập, tuy nhiên việc khoanh định ranh giới của chúng, nghiên cứu chi tiết thành phần vật chất và xác định tuổi thành tạo của của các phức hệ này còn

những hạn chế nhất định Ở phía Bắc khu vực nghiên cứu, tại ranh giới giữa các đá xâm nhập phức hệ Đại Lộc và hệ tầng A Vương có chứa các thể grafit Đây có thể là nguồn cung cấp urani và vật chất hữu cơ cho các trầm tích hệ tầng An Điềm, tuy nhiên số liệu này chưa được xác định

1.3.3 Về cấu trúc - kiến tạo

Cấu trúc bồn trũng Nông Sơn nói chung, khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn nói riêng đã được đề cập đến trong các công trình điều tra địa chất khoáng sản tỷ

lệ nhỏ, tỷ lệ trung bình và các công trình nghiên cứu chuyên sâu khác, nhưng còn rất khái quát Công tác điều tra, đánh giá urani ở tỷ lệ 1:10.000 đến 1:2.000 có luận giải

về đặc điểm cấu trúc - kiến tạo, nhưng còn nặng về mô tả và nghiên cứu trong diện tích nhỏ

Đặc điểm biến dạng, lịch sử tiến hóa khu vực Tây Bắc bồn trũng Nông Sơn và mối quan hệ của chúng với tạo khoáng urani trong cát kết thuộc kiểu mỏ trầm tích thấm đọng đã được nêu lên trong một số công trình khoa học, song còn rất hạn chế

về xác định vai trò của cấu trúc - kiến tạo, các pha biến dạng với quá trình tạo khoáng urani

1.3.4 Về tạo khoáng urani trong cát kết

Nghiên cứu tạo khoáng urani trong cát kết đã được trình bày trong một số công trình khoa học và các báo cáo điều tra đánh giá, tìm kiếm quặng urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn Tuy nhiên, các công trình này chủ yếu nêu lên cơ chế tạo quặng urani trong cát kết vào giai đoạn thành đá và giai đoạn tích tụ urani công nghiệp theo phương thức oxy hóa - khử tương tự như các mỏ urani cùng kiểu trên cao nguyên Colorado ở Mỹ và một số vùng khác trên thế giới, chưa chú ý đến các yếu tố như: Tuổi của quặng urani, bối cảnh kiến tạo trong quá trình tích tụ trầm tích và tạo khoáng urani, quy luật tích tụ khoáng hoá urani dạng phân tán trong giai đoạn trầm tích Trong các công trình nghiên cứu trước đây có đề cập đến vai trò của các yếu tố như thạch học, địa hoá, nguồn cung cấp urani trong tạo khoáng nhưng chưa đánh giá được vai trò của các yếu tố địa chất như: cấu trúc - kiến tạo, thạch học tướng đá, địa chất thuỷ văn, các yếu tố cổ khí hậu trong tạo khoáng urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn

Những tồn tại nêu trên cần được đầu tư nghiên cứu làm sáng tỏ Việc nghiên cứu cấu trúc kiến tạo và lập lại lịch sử tiến hóa bồn trũng Nông Sơn sẽ giúp ích cho việc lý giải cơ chế hình thành và phân bố các thân khoáng urani trong khu vực nghiên cứu Đây là một trong những cách tiếp cận hợp lý trong việc giải quyết vấn đề nguồn gốc, điều kiện thành tạo và quy luật phân bố quặng urani khu vực

Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Cơ sở lý luận về khoáng hoá urani trong cát kết

2.1.1 Các kiểu mỏ urani trong cát kết

Khái quát chung về mỏ urani trong cát kết

Theo phân loại của IAEA, loại hình mỏ urani trong cát kết có ý nghĩa quan trọng thứ 2 sau kiểu mỏ bất chỉnh hợp do có quy mô lớn, dễ khai thác mặc dù có hàm lượng quặng thường tương đối thấp [71] Kiểu mỏ này chiếm khoảng 41% trữ lượng urani của các nước phương Tây và chiếm 90% trữ lượng của Mỹ

Nhìn chung, các tài liệu nghiên cứu về urani trong cát kết (Dahlkamp F.J., 1994; Cuney and Kyser, 2009) [65, 63] đều thống nhất rằng mỏ urani trong cát kết là những tích tụ của urani hình thành chủ yếu do hậu quả của quá trình oxy hóa khử diễn

ra trong tầng đá cát kết thuộc thành hệ molas tướng sông hồ có tuổi địa chất thường dưới 400 tr năm, phát triển phổ biến trong các vùng mà tại thời điểm tạo quặng thường thuộc miền nhiệt đới, ít hơn trong vùng ôn đới và hoàn toàn vắng mặt trong vùng hàn đới

Các mỏ urani trong cát kết thường được hình thành ở phần rìa của bồn trũng

và ở trong các đá hạt thô, cát kết, trầm tích chứa than, than bùn Trong tất cả các trường hợp, vai trò quan trọng trong sự tập trung urani là thành phần vật chất hữu cơ hoặc các tác nhân khử khác Urani thường được tích tụ cùng vanadi, đồng, selen và một số nguyên tố khác

a Đặc điểm hình thái thân quặng

Các nghiên cứu cho đến nay đều chứng minh rằng thân quặng urani trong cát kết có kích thước và hình thái rất đa dạng (Dahlkamp, 1994; Nash, 1981; Cuney and Kyser, 2009) [65, 78, 63] Trong phần lớn trường hợp, các thân quặng có dạng thấu kính, dạng vỉa - thấu kính, hoặc ổ Các đới chứa quặng nằm chỉnh hợp với đá vây quanh hoặc cắt đá vây quanh Chiều dày thân quặng thay đổi từ vài chục cm đến 20

- 30m

Quặng urani thường có xu thế tái phân bố do sự vận chuyển và tích đọng liên tục của quặng trong đá dưới tác động oxy hóa hoặc khử của dung dịch trong đá Sự

tái phân bố của urani trong vỉa liên quan với quãng đường và hướng di chuyển của dòng nước cũng như môi trường vây quanh quặng và cấu trúc khống chế Đây là yếu

tố chính dẫn đến sự hình thành các thân quặng có kích thước và hình dạng khác nhau (Hình 2.1)

Hình 2.1 Mô hình vị trí không gian và hình thái các thân quặng urani trong cát kết

(theo Cuney and Kyser, 2009)[63]

Các khoáng hóa urani trong cát kết thường phân bố trong các tướng sông-hồ trong đó được vận chuyển qua các lớp trầm tích trong điều kiện oxy hoá (U6+) và lắng đọng trong môi trường khử (U4+), phổ biến nhất là trong giai đoạn từ Carbon đến hiện tại Các thân quặng lớn nhất thường phân bố trong đá cát kết tướng sông, chứa vật chất hữu cơ và pyrit Các đá chứa có tỷ lệ cát/bột sét cao, có các vật liệu núi lửa trong thành phần, có độ dày và tính liên tục của lớp ổn định cao, độ chọn lọc kém và chiều dày tập lớn (70-100 mét) là những yếu tố thuận lợi cho việc thành tạo các thân quặng urani có quy mô lớn

b Nguồn gốc urani trong cát kết

Các kết quả nghiên cứu trên thế giới đến nay (Dahlkamp,1994; Cuney and Kyser, 2009) [65, 63] đưa ra một số giả thuyết cơ bản về nguồn gốc của việc di chuyển

và tích tụ urani như sau:

- Urani được thành tạo đồng sinh trong quá trình tích tụ trầm tích Một số nhà nghiên cứu cho rằng quá trình phong hoá, phá huỷ các đá tuổi cổ có chứa các thể pegmatit ở phần rìa bồn trũng là yếu tố cơ bản tạo ra sự tồn tại của urani trong nước

hồ, nước suối và nước biển (Dahlkamp,1994, Nash, 1968) [65, 77] Thông thường, urani cùng với đồng, bạc, sắt và một số thành phần khác chuyển vào dung dịch ở dạng sulphat Khi tiếp xúc với bùn chứa tàn tích sinh vật, các kim loại này bị khử và hình thành các dạng khoáng vật mới bền vững hơn Chính vì vậy, urani, vanadi, đồng và một số nguyên tố khác được tích tụ đồng thời với các hợp phần của đá Sự tồn tại của urani trong các khe nứt của đá hoặc trong các mạch quặng được giải thích do sự di chuyển biểu sinh diễn ra nhờ dung dịch vỉa hoặc dung dịch thuỷ nhiệt về sau

- Urani tích tụ do quá trình thấm đọng và di chuyển của dung dịch trong thân

đá Theo giả thuyết này, urani và vanadi có trong trầm tích lục nguyên nằm trong các vật liệu của quá trình phong hoá, phá huỷ các đá magma tuổi cổ được vận chuyển lắng đọng và thành một bộ phận của đá trầm tích Các vật chất chứa khoáng hoá urani phân tán trong các tầng đá sau đó bị nước trên mặt có tính năng oxy hóa di chuyển trong các tầng đá, làm oxy hóa các vật chất chứa trong trầm tích và hoà tan các hợp chất của urani, giải phóng urani và di chuyển, tích tụ nó ở những khu vực khác có điều kiện thuận lợi hơn (môi trường khử), tạo nên sự tăng cao hàm lượng urani trong

đá Sự di chuyển của các loại nước này không chỉ theo hướng đi xuống (do trọng lực),

mà còn theo hướng đi lên (nước actezi) Trong quá trình tích tụ urani thì các tàn tích hữu cơ có vai trò rất quan trọng do đóng vai trò là tác nhân khử Trong trường hợp này, các khoáng vật của urani, khoáng vật chứa urani, khoáng vật felspat và mica trong cát kết arko, cũng như các mảnh đá phun trào tham gia vào thành phần trầm tích có thể là nguồn cung cấp urani Ngoài urani, thì đồng, bạc có thể bị hoà tan, sau

đó được tích tụ cùng với urani và vanadi tạo thành các thân khoáng urani cùng một

số nguyên tố khác có biểu hiện dị thường trong cát kết

Phân loại mỏ urani trong cát kết

Trong kiểu mỏ này, các mỏ urani thường nằm trong các tập cát kết tướng sông

và ít hơn là các đá cát kết hình thành trong điều kiện sông-biển trong đó có chứa các lớp hoặc bị vây quanh bởi các tập đá có độ thấm kém hơn Urani được kết tủa dưới những điều kiện khử do những trạng thái khác nhau của những tác nhân khử trong cát kết như: khoáng vật carbonat, sunfur (pyrit), hydrocarbon và những khoáng vật chlorit,… Dựa trên đặc điểm phân bố không gian, mối quan hệ với môi trường lắng đọng và cấu trúc khống chế hoặc các tổ hợp nguyên tố đi cùng, các mỏ urani trong cát kết được chia thành 4 phụ kiểu (Dahlkamp, 2009) [71] (Hình 2.2) Các phụ kiểu

mỏ có thể có mối quan hệ gần gũi với nhau về nguồn gốc

Hình 2.2 Các phụ kiểu mỏ urani trong cát kết

(Theo Dahlkamp, 2009) [71]

+ Phụ kiểu 1 - Mỏ dạng cuốn (Roll - front deposits): Các mỏ dạng mặt cuốn

hoặc dạng lưỡi bao gồm các thân quặng urani cắt qua lớp trầm tích cát kết và thường tạo các thân kéo dài từ đáy đến nóc lớp cát kết Chúng được thành tạo do sự tiếp xúc của 2 dòng dung dịch oxy hóa và dòng khử di chuyển trong lớp đá cát kết Ranh giới của thân quặng thường không rõ ràng, do sự tác động của sự hòa trộn dung dịch trong đới oxy hóa - khử (Hình 2.3) Trữ lượng mỏ có thể từ một vài trăm tấn đến vài nghìn tấn urani với hàm lượng U trung bình từ 0,05% đến 0,25% Các mỏ điển hình:

Moynkun, Inkay và Mynkuduk (Kazăkstan), Crow Butte và Smith Ranch (Mỹ) và Bukinay, Suraly và Uchkuduk (Uzbekistan)

Hình 2.3 Mô hình tạo khoáng urani kiểu mặt cuốn (roll-front)

(Theo Dahlkamp, 2009)[71]

+ Phụ kiểu 2 - kiểu dạng vỉa (Tabular deposits):

Các mỏ thuộc phụ kiểu này thường tạo thành các thể dạng tấm, thấu kính nằm chỉnh hợp với các lớp đá vây quanh nhưng thường có hình dạng bất thường và nằm trong đới khử của tầng trầm tích (Hình 2.2) Trữ lượng mỏ có thể chứa từ vài trăm tấn đến 150.000 tấn urani với hàm lượng U trung bình từ 0,05% đến 0,5%, đôi khi tới 1% Ví dụ điển hình là các mỏ: Westmoreland (Australia), Nuketting (Trung Quốc), Harm - Straz (Cộng hòa Séc), Akouta, Arlit, Imouraren (Niger) và Colorado Plateau (Mỹ), Domisiat (Ấn Độ)

+ Phụ kiểu 3 - kiểu đáy lòng sông cổ (Basal channel deposits):

Được hình thành trong những hệ thống đáy sông, suối cổ, tạo thành những kênh dẫn tự nhiên rộng hàng trăm mét được lấp đầy bởi những trầm tích aluvi dày,

có độ thấm nước cao Tại đây, urani chủ yếu đi cùng với các mảnh vụn thực vật phá hủy từ những thân quặng hoặc đới khoáng hóa cổ hơn được lộ ra Trên bình đồ, thân quặng có dạng thấu kính kéo dài hoặc dạng dải, trên mặt cắt có dạng thấu kính và hiếm hơn là dạng cuốn Trữ lượng mỏ có thể từ vài trăm đến 20.000 tấn urani với hàm lượng U từ 0,01% đến 3% Ví dụ các mỏ điển hình gồm Dalmatovskoye (vùng

Transura), Malinovskoye (Tây Seberi), Khiagdinskoye (khu vực Vitim) ở Liên bang Nga và Beverley ở Australia

+ Phụ kiểu 4 - kiểu cấu trúc/thạch học (Tectonic/lithologic deposits)

Là dạng mỏ được hình thành do sự kết hợp thành phần thạch học với cấu trúc địa chất Các mỏ kiểu này nằm ở dọc các đứt gãy có đặc tính thấm cao trong đó các thân quặng thường tập trung dọc đứt gãy và tiêm nhập sang 2 bên cánh của đứt gãy ở các vị trí có đặc tính thạch học thuận lợi Các thân quặng kiểu này có thể tạo thành các đới quặng nằm chồng lên nhau (Hình 2.2) Mỏ có trữ lượng từ một vài trăm tấn lên đến 5.000 tấn urani với hàm lượng quặng trung bình từ 0,1% đến 0,5% Ví dụ điển hình gồm mỏ Mas Laveyre (Pháp) và mỏ Mikouloungou (Gabon)

Nhìn chung, các kiểu mỏ urani trong cát kết có những đặc trưng khá đồng nhất

về kiểu hình, môi trường thành tạo, nguồn cung cấp urani, tuổi và nguồn gốc thành tạo Các thông số đặc trưng này có thể được tóm tắt ở Bảng 2.1 dưới đây

Bảng 2.1 Các tiêu chuẩn địa chất kiểu mỏ urani trong cát kết

(Theo Dahlkamp.,1994; Nash, 1981; IAEA, 2009) [65,78,71]

1 Mỏ điển hình Jakpile-pagnate, hồ Ambrosia nyoming

- Cấp hạt cát kết phổ biến từ trung bình đến thô, hiếm thấy cấp hạt quá bé trong sét kết hoặc quá lớn trong sạn kết

- Cấu tạo phân lớp xiên chéo hoặc phân lớp thấu kính

- Các tầng chứa quặng thường được xen kẹp với các tầng không thấm nước

TT Tiêu chuẩn Các dấu hiệu đặc trưng

4

Điều kiện cung

cấp, lắng đọng

và bảo tồn

khoáng hóa

- Nguồn cung cấp phong phú với quy mô lớn

- Môi trường chứa quặng thích hợp

- Địa hình chứa quặng dạng bồn trũng nửa hở như thung lũng giữa núi

- Thế nằm của lớp đá chứa khoáng khóa thoải, thường dưới 15 độ, tạo điều kiện cho việc lưu chuyển của dung dịch oxy hóa trong đá

khoáng hóa

- Khoáng hóa tồn tại dưới 4 dạng: vỉa (tabular), mặt cuốn (roll-front), dạng kênh dẫn đáy (basal channel), dạng kiến tạo/thạch học (tectonic/lithologic)

- Khoáng hóa có thể phân bố trên nhiều tầng khác nhau

- Ranh giới giữa khoáng hóa với đá vây quanh chuyển tiếp từ từ thường không rõ ràng liên tục

- Khoáng vật quặng chứa pitchblende, coffinit

- Các nguyên tố có ích đi kèm: V, Mo, Se, Cu

- Ngoại sinh: trong điều kiện oxy hóa khử, dạng thấm đọng

- Dung dịch quặng di chuyển trong điều kiện oxy hóa và lắng đọng trong điều kiện khử

- Màu của nham thạch trùng với điều kiện oxy hóa: nâu, với điều kiện khử: xám

- Quặng được thành tạo ngay sau thành tạo đá của cát kết

- Nguồn cung cấp urani: do dung dịch magma và nước ngầm hoặc nước mưa rửa lũa từ chính đá cát kết mang quặng; rửa lũa từ tuf núi lửa, sét kết chứa nhiều tuf; rửa lũa từ đá granit đã cung cấp vật liệu cho đá mang quặng

2.1.2 Các yếu tố khống chế sự tạo khoáng urani trong cát kết

2.1.2.1 Một số khái niệm và thuật ngữ mô tả cấu trúc kiến tạo được sử dụng trong luận án

Trong nghiên cứu này, ngoài các thuật ngữ thường dùng để mô tả các thành tạo địa chất đã được mô tả trong các sách giáo khoa tiêu chuẩn của Lê Như Lai (2001),

Tạ Trọng Thắng (2003) và Trần Thanh Hải (2017), một số khái niệm quan trọng để gọi tên và mô tả đặc điểm cấu trúc và kiến tạo khu vực cũng như xác định mối quan

hệ của chúng với khoáng hóa urani được mô tả dưới đây

Các cấu tạo nguyên thủy là những cấu tạo được hình thành trong quá trình

lắng đọng vật liệu để tạo đá hoặc trong quá trình thành đá gồm cả các cấu tạo của đá trầm tích, phun trào và xâm nhập (cấu tạo phân lớp, cấu tạo đồng trầm tích, bất chỉnh hợp, thớ chẻ đồng trầm tích, nếp uốn đồng trầm tích, đứt gãy đồng trầm tích, cấu tạo

dòng chảy của đá phun trào, ranh giới xâm nhập, …) Cấu tạo do kiến tạo là các cấu tạo địa chất được hình thành từ sự tương tác giữa các mảng hoặc giữa các địa khối do

sự tương tác khu vực giữa quyển đá (thạch quyển) và quyển mềm, do trọng lực ở quy

mô vỏ Trái đất, hoặc do sự tái cân bằng đẳng tĩnh của vỏ Trái đất trong quá trình tiến hóa địa chất Đây là loại cấu tạo phổ biến nhất trong đó điển hình nhất thuộc các đứt gãy hoặc đới trượt, khe nứt, nếp uốn, các cấu tạo đường, v.v…

Biến dạng dẻo là hình thức biến dạng đặc trưng của đá trong đó thể địa chất bị

biến dạng mạnh mẽ không có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu sau khi biến dạng xảy ra nhưng vẫn duy trì được tính liên tục tương đối trong không gian (Ramsay,

1980) Biến dạng giòn - dẻo là hình thức biến dạng trong đó tồn tại cả hình thức biến

dạng dẻo và biến dạng giòn và đàn hồi, làm cho thể địa chất vừa duy trì tính liên tục sau khi biến dạng, đồng thời một phần của nó bị phá hủy hình dạng ban đầu Ramsay

(1980) Biến dạng giòn (và đàn hồi) là hình thức biến dạng mà thể địa chất bị phá hủy

và mất tính liên tục ngay khi bị lực tác dụng (Ramsay, 1980) Biến dạng giòn còn gọi

là biến dạng phá hủy (Lê Như Lai, 2001)

Pha biến dạng là một giai đoạn địa chất trong đó một vận động kiến tạo dẫn

tới sự biến dạng các đá đã thành tạo ra một thế hệ cấu tạo trong một khu vực nhất định Một thế hệ cấu tạo bao gồm một hoặc một tổ hợp các cấu tạo có cùng nguồn gốc, hướng và có thể cả hình thái được thành tạo trong cùng một khoảng thời gian, dưới tác dụng của cùng một trường ứng suất Một khu vực có thể bị tác động của nhiều pha biến dạng khác nhau, dẫn đến sự hình thành nhiều thế hệ cấu tạo, trong đó các cấu tạo hình thành muộn hơn thường làm tái biến dạng các cấu tạo có trước, tạo nên sự giao thoa cấu trúc phức tạp

Tuổi của một sự kiện hay pha biến dạng là khoảng thời gian mà pha biến dạng

xảy ra Tuổi tương đối là tuổi xác định theo Luật quan hệ xuyên cắt (Law of

cross-cutting relationship) trong đó một thể địa chất hoặc một cấu tạo cắt qua hoặc làm biến

dạng một thể địa chất hoặc cấu tạo khác phải trẻ hơn cấu tạo mà nó cắt qua hoặc làm

biến dạng Tuổi tuyệt đối là tuổi xác định thời gian cụ thể mà pha biến dạng đó xảy ra,

được xác định bằng các phương pháp định tuổi tuyệt đối, thường là đồng vị phóng xạ

Tổ hợp thạch - kiến tạo là thuật ngữ mô tả một tập hợp các đá có quan hệ

không gian gần gũi nhau, được thành tạo trong những khoảng thời gian kề cận nhau, trong những môi trường được đặc trưng bởi một bối cảnh kiến tạo nhất định và đại diện cho một giai đoạn tiến hoá địa chất nhất định (Kondie, 1989) Như vậy, mỗi tổ hợp thạch kiến tạo sẽ bao gồm một hoặc một số tổ hợp đá nhất định có đặc điểm thạch hoá, tướng đá, nguồn gốc hoặc môi trường thành tạo riêng biệt

2.1.2.2 Vai trò của cấu trúc - kiến tạo đối với tạo khoáng urani trong cát kết

Yếu tố cấu trúc - kiến tạo có vai trò quan trọng đối với tạo quặng urani nguồn gốc thấm lọc Các hoạt động kiến tạo có thể tạo ra bồn trũng kín giữa núi hoặc bồn trũng hở lưu thông với biển Mỗi kiểu bồn trũng này quyết định tới môi trường, thành phần trầm tích, quá trình tạo khoáng, hình thái, kích thước thân quặng và hàm lượng urani trong thân khoáng Theo Dahlkamp (1994), Nash (1968) [65,77] thì các yếu tố cấu trúc có quy mô khu vực và địa phương có vai trò khác nhau trong tạo khoáng urani trong cát kết, nhưng nhìn chung đều có các vai trò chính sau:

- Tạo ra môi trường thuận lợi cho các thành tạo chứa hoặc giàu urani lắng đọng Đối với trường hợp này, các hệ thống đứt gãy lớn, đi cùng các hoạt động kiến tạo khu vực có thể tạo nên các bồn trũng đặc biệt như các cấu trúc địa hào, các bồn kéo toạc kiểu nội lục, giữa núi hoặc vũng vịnh, … Trong các bồn trũng này thường lấp đầy các thành tạo molas vụn thô cấu tạo bởi các vật liệu vụn thô độ rỗng cao giàu urani hoặc giàu vật chất hữu cơ là tiền đề quan trọng cho việc cung cấp nguồn urani, giải phóng hoặc tích tụ urani cũng như di chuyển của các dung dịch mang urani trong

đá trong những bối cảnh địa chất nhất định sau trầm tích Ngoài ra, các tầng trầm tích với đặc tính phân lớp, thành phần vật liệu và đặc tính cơ lý của chúng còn quyết định tới quy mô, hàm lượng và quy luật phân bố thân khoáng urani

- Tạo ra môi trường thuận lợi cho sự di chuyển của dung dịch chứa urani trong

đá đến môi trường thuận lợi để kết tủa urani Các quá trình biến dạng sau trầm tích ở các bồn trầm tích trong những điều kiện nhất định thường dẫn tới sự biến dạng các

đá, làm nghiêng các lớp trầm tích Điều đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển dung dịch oxy hóa từ trên mặt, dọc theo các lớp đá xuống sâu hòa tan nguồn urani tại chỗ dọc theo đường đi của nó để tạo nên dung dịch giàu urani trong đá Tại độ sâu nhất định, nếu dung dịch oxy hóa này gặp tác nhân khử (các dung dịch khử hoặc các tập giàu tác nhân khử như vật chất hữu cơ), urani hòa tan sẽ kết tủa tạo nên khoáng hóa urani Theo Dahlkamp (1994) [65], góc dốc lý tưởng của lớp trầm tích để dung dịch oxy hóa di chuyển và hòa tan urani kiểu mặt cuốn là 15 - 20 độ

- Tạo ra các cấu trúc phá hủy hoặc làm phức tạp hóa thân khoáng urani Nếu một khu vực bị biến dạng sau khi tạo khoáng thì các cấu trúc sau tạo khoáng như các nếp uốn, các khe nứt, đới dập vỡ hoặc đứt gãy có thể là những tác nhân phá hủy hoặc tích tụ urani thứ sinh Nếu các hệ thống dập vỡ kiến tạo tạo ra các đường dẫn dung dịch oxy hóa đi qua thân quặng có trước, chúng sẽ thúc đẩy việc phá hủy khoáng hóa

và vận chuyển urani đến vị trí mới thuận lợi cho việc tích tụ urani Ngược lại, đới dập

vỡ có thể đóng vai trò là đới khoáng hóa nếu chúng chứa các tác nhân khử để thúc đẩy quá trình kết tủa urani

2.1.2.3 Vai trò của yếu tố thạch học tướng đá

Các lớp đá cát kết arko, dạng arko, grauvac, dạng grauvac màu xám, giàu vật chất hữu cơ được thành tạo trong môi trường sông hồ, có bề dày hạn chế (thường dưới 10m) nằm xen kẹp trong các đá hạt mịn, có độ thấm nước kém, thuộc bồn trũng

nội lục (intracratonic) tương đối yên tĩnh là các đá chứa quặng thuận lợi và có thể

thành tạo các mỏ urani trong cát kết có quy mô lớn Sự có mặt của vật liệu trầm tích tuff trong đá chứa quặng hoặc trong tầng trầm tích nằm trên đá chứa quặng cũng là yếu tố thuận lợi cho quá trình thành tạo quặng urani, do chúng là nguồn cung cấp urani Đá núi lửa hoặc đá xâm nhập axit ở xung quanh bồn trũng là các nguồn cung cấp urani tiềm năng Các bồn trũng nội lục, thuộc vùng tương đối yên tĩnh, được lấp đầy bởi trầm tích lục nguyên, nguồn gốc sông hồ chứa các mảnh vụn hữu cơ đóng