Luận văn thạc sĩ Khoáng vật học, Địa hóa học, Thạch luận, Thạch học, Đá siêu Mafic

Dương Thị Thanh Tâm 7 Luận văn Thạc sỹ DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1: Thành phần hóa học % tl của các thành tạo siêu mafic- mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn ..... Vấn đề về thạch luận nguồn gố

Trang 1

Dương Thị Thanh Tâm

THẠCH LUẬN CÁC ĐÁ SIÊU MAFIC –MAFIC KIỀM

VÙNG CHỢ ĐỒN, BẮC KẠN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, 2015

Trang 2

Dương Thị Thanh Tâm

THẠCH LUẬN CÁC ĐÁ SIÊU MAFIC –MAFIC KIỀM

PGS.TS Hoàng Thị Minh Thảo

Hà Nội, 2015

Trang 3

Dương Thị Thanh Tâm Luận văn Thạc sỹ

LỜI CÁM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại Tổ đề án Urani, Viện Khoa học Địa chất và khoáng sản, nơi học viên đang công tác

Trong quá trình hoàn thành luận văn, học viên đã nhận được sự giúp đỡ tận tình

của cán bộ hướng dẫn khoa học - TS Nguyễn Thùy Dương, người đã hướng dẫn,

động viên và tạo mọi điều kiện cho học viên trong suốt quá trình hoàn thành luận văn, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì sự giúp đỡ tận tình đó

Học viên cũng gửi lời cám ơn trân trọng tới Lãnh đạo Khoa Địa chất, Các thầy

cô trong khoa Địa chất, các cán bộ phòng sau Đại học- Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên,Lãnh đạo Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Tổ đề án Urani, phòng Địa hóa và Môi Trường, phòng Phân tích khoáng thạch học, Phòng Địa vật lý - Địa kỹ thuật và các phòng ban chức năng đã tạo điều kiện cho học viên hoàn thành khóa học

và luận văn này

Đặc biệt học viên đã nhận được sự góp ý vô cùng quý báu của TS Trịnh Xuân Hòa, TS Nguyễn Thị Bích Thủy, TS Nguyễn Văn Niệm, ThS Bùi Thế Anh, cũng như các đồng nghiệp Viện khoa học Địa chất và khoáng sản trong quá trình hoàn thành luận văn, học viên xin chân thành cám ơn

Cuối cùng, học viên xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã luôn ở bên giúp đỡ và động viên học viên trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn này

Trang 4

Dương Thị Thanh Tâm 4 Luận văn Thạc sỹ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH 8

DANH MỤC ẢNH 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 13

1.1 Vị trí nghiên cứu 13

1.2 Khái quát đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu 15

1.2.1 Địa tầng 15

1.2.2 Magma xâm nhập 16

1.2.3 Cấu trúc kiến tạo 19

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Cơ sở lý thuyết 22

2.1.1 Các đá siêu mafic – mafic kiềm kiểu kiềm Na 22

2.1.2 Cơ sở lý thuyết luận giải nguồn gốc magma 24

2.2 Phương pháp nghiên cứu 27

2.2.1 Thu thập tài liệu 28

2.2.2 Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học dưới kính hiểnvi phân cực 28

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất 28

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu thạch địa hóa 30

Trang 5

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CÁC ĐÁSIÊU

MAFIC – MAFIC KIỀM VÙNG CHỢ ĐỒN, BẮC KẠN 31

3.1 Đặc điểm thạch học và khoáng vật 31

3.1.2 Đặc điểm địa hóa 38

3.1.3 Đồng vị phóng xạ 49

CHƯƠNG 4 NGUỒN GỐC CÁC ĐÁ SIÊU MAFIC, MAFIC KIỀM VÙNG CHỢ ĐỒN, BẮC KẠN 50

4.1 Quy luật phân bố các nguyên tố trong các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm khu vực nghiên cứu 50

4.2 Nguồn gốc các đá siêu mafic, mafic kiềm vùng Chợ Đồn 51

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Trang 6

KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

%tl Tỷ lệ phần trăm (theo trọng lượng)

ppm Tỷ lệ phần triệu (theo trọng lượng)

A/CNK =Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)

A/NK =Al2O3/(Na2O+K2O)

HREE Các nguyên tố đất hiếm nặng

Calcit Pyroxen 1 nghiêng Cancrinit

Foid Horblend Nephelin Plagioclas Sphen

Trang 7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3-1: Thành phần hóa học (% tl) của các thành tạo siêu mafic- mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn 42Bảng 3-2: Thành phần hóa học (ppm) các nguyên tố vết các đá siêu mafic – mafic kiềm Chợ Đồn 47

Trang 8

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1: Sơ đồ phạm vi khu vực nghiên cứu 13Hình 1-2: Sơ đồ địa chất vùng nghiên cứu 20Hình 1-3: Sơ đồ địa chất khối Bằng Phúc và Khối Bằng Lũng, Chợ Đồn, Bắc Kạn21Hình3-1: Thành phần % các khoáng vật tạo đá nhóm siêu mafic 34Hình3-2: Thành phần % các khoáng vật tạo đá nhóm mafic 34Hình 3-3: Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 phân chia các loạt magma (theo McDonald, 1968; Irvine và Baragar, 1971) (SA: loạt á kiềm; AL: loạt kiềm) 39Hình 3-4: Biểu đồ phân chia kiểu kiềm các đá siêu mafic – mafic kiềm khu vực Chợ Đồn (Ephremova, 1965) 39Hình 3-5: Biểu đồ tương quan giữa MgO với các oxyt tạođá 44Hình 3-6: Biểu đồ phân bố các nguyên tố đất hiếm chuẩn hóa với chondrites của các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn (Ree-Sun and McD, 1989 – Chondrites) 48Hình 3-7: Biểu đồ phân bố các nguyên tố hiếm vết chuẩn hóa với manti nguyên thủy của các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn (Rees-Sun and McD,

1995 – PM Primitive Mantle) 48Hình 3-8: Biểu đồ tương quan đồng vị Nd143/Nd144 ~ Sr87/Sr86(theo Zindler và Hart (1986) DM - manti nghèo, BE - Trái đất tổng thể, EM I & EM II - manti giàu, HIMU - manti có tỷ số U/Pb cao, PREMA - manti thịnh hành 49

Trang 9

DANH MỤC ẢNH

Ảnh 3-1 và ảnh 3-2: Jacupirangit Bằng Phúc (chứa pyroxen cao Ti có viền bị amphibol hóa) (dưới 1 và 2 nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) 32Ảnh 3-3 và ảnh 3-4: Jacupirangit của mảnh dăm kết diatrem Bằng Lũng (dưới 1 và

2 nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) 32Ảnh 3-5 và Ảnh 3-6: Ijolit khối Bằng Phúc ,Chợ Đồn, Bắc Kạn 32Ảnh 3-7 và Ảnh 3-8: Melteigit khối Bằng Phúc, Chợ Đồn, Bắc Kạn, (dưới 1 và 2 nicon) 33Ảnh 3-9: Urtit chứa nephelin bị cancrinit hóa khối Bằng Phúc, Chợ Đồn, Bắc Kạn, d=2mm (Nguyễn Trung Chí, 2003 34Ảnh 3-10: Nephelin bị cancrinit hóa trong Ijolit trong khối Bằng Phúc, d=2mm (Nguyễn Trung Chí, 2003) 34Ảnh 3-11 và Ảnh 3-12: Pyroxen một nghiêng có riềm và bề mặt bị amphibol hóa nằm trên nền cancrinit của đá ijolit (dưới 1 và 2 nicon) d = 1,2 mm 36Ảnh 3-13 và Ảnh 3-14: Pyroxen loại cao Ti (Ti-augit) có riềm là aegirin (xanh sẫm), đồng thời bị amphibol hóa ven rìa và trên bề mặt của đá melteigit (dưới 1 và 2 nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) 36Ảnh 3-15 và Ảnh 3-16: Amphibol dần thay thế cho pyroxen một nghiêng của đá melteigit (dưới 1 và 2 nicon) d = 1,2 mm (Nguyễn Thùy Dương, 2007) 36Ảnh 3-17 và Ảnh 3-18: Anorthoclas trong ijolit (dưới 1 và 2 nicon), 38

Trang 10

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Ở Việt Nam, các thành tạo magma kiềm đặc biệt là các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm chiếm một lượng không lớn, chủ yếu tập trung ở phía Bắc, đã được các nhà khoa học Pháp đặt nền móng nghiên cứu từ những năm đầu của thế kỷ XX Trong những năm gần đây các đá magma siêu mafic – mafic kiềm được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn bởi các nhàđịa chất trong nước, trong đócác tác giả Trần Trọng Hòa, Ngô Thị Phượng, Trần Quốc Hùng, Trần Tuấn Anh đã và đang phát triển những luận điểm về thạch luận, kết quả về đặc điểm địa hóa, khả năng sinh khoáng và triển vọng khoáng sản liên quan tới các phức hệ đá magma siêu mafic – mafic kiềm miền Bắc Việt Nam Các đặc điểm về thành phần thạch học, khoáng vật học và địa hóa học của các thành tạo đá kiềm này đã được quan tâm nghiên cứu (Trần Tuấn Anh, 2001; Nguyễn Trung Chí và nnk, 2003; Nguyễn Thùy Dương, 2007) Kết quả chỉ ra rằng, các đá siêu mafic – mafic kiềm ở khu vực phía Bắc Việt Nam thuộc đá mafic siêu kiềm kali như ở Tây Bắc Việt Nam (Trần Trọng Hòa và nnk, 1999), đá siêu mafic kiềm natri như ở vùng Chợ Đồn (Nguyễn Trung Chí và nnk, 2003) Đặc điểm về thành phần khoáng vật học và tổ hợp cộng sinh khoáng vật đặc trưng cho các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm khu vực Đông Bắc cũng đã được mô tả và xác định (Nguyễn Thùy Dương, 2007), từ đó xác định được điều kiện hình thành của các thành tạo kiềm này (Nguyễn Trung Chí và Nguyễn Thùy Dương, 2009) Các nghiên cứu trên đã được thực hiện trên quy mô lớn như toàn khu vực Đông Bắc (Nguyễn Trung Chí và nnk, 2003; Nguyễn Thùy Dương, 2007) hoặc vùng Pu Sam Cap (Trần Tuấn Anh, 2001) mà chưa tập trung nghiên cứu một vùng nhỏ cụ thể nào Vấn đề về thạch luận nguồn gốc các đá kiềm khu vực nghiên cứu, Nguyễn Trung Chí (2003) đã xác lập các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm tại 2 khối Bằng Phúc và Bằng Lũng vùng Chợ Đồn và cho rằng magma siêu mafic – mafic kiềm ở đây được hình thành do quá trình nóng chảy từng phần manti trên

Năm 2008, trong công trình “Điều tra, nghiên cứu triển vọng syenit nephelin vùng

Trang 11

Chợ Đồn và đánh giá khả năng sử dụng chúng làm gồm sứ cao cấp”, Đặng Văn

Can và nnk (2008) lại cho rằng các đá syenit, syenit feldspar kiềm và syenit nephelin (thuộc tổ hợp siêu mafic – mafic-syenit kiềm theo Nguyễn Trung Chí, 2003) của Phức hệ Chợ Đồn bị các thể xâm nhập gabro (thuộc phức hệ Núi Chúa)xuyên cắt nên bị kiềm hóaở những đới gần-sát tiếp xúc chứ không phải có nguồn gốc từ manti

Như vậy có thể thấy, thạch luận nguồn gốc các đá kiềm ở đây là một vấn đề khá phức tạp cần nhiều nghiên cứu thêm Trên cơ sở về sự tồn tại các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm ở khu vực Chợ Đồn đã được khẳng định (Nguyễn Trung Chí và

nnk, 2003), luận văn “Thạch luận các đá magma siêu mafic–mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn” được lựa chọn

Mục tiêu nghiên cứu:

- Nghiên cứu đặc điểm thạch học và địa hóa các đá magma siêu mafic –mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn

- Luận giải nguồn gốc các đá magma siêu mafic –mafic kiềm khu vực nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu thành phần vật chất của các thành tạo magma mafic – siêu mafic kiềm khu vực Chợ Đồn - Bắc Kạn

- Xác định quy luật phân bố của các nguyên tố trong các thành tạo magma siêu mafic – mafic kiềm khu vực nghiên cứu

- Luận giải nguồn gốc các đá magma siêu mafic – mafic kiềm khu vực Chợ Đồn dựa vào kết quả nghiên cứu về đặc điểm thành phần vật chất

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm thuộc khối Bằng Phúc và Bằng Lũng khu vực Chợ Đồn, Bắc Kạn

Trang 12

Bố cục luận văn:

Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, luận văn được chia thành 4 chương:

Chương 1: Khái quát khu vực nghiên cứu

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

Chương 3: Đặc điểm thành phần vật chất các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn

Chương 4: Nguồn gốc các đá siêu mafic – mafic kiềm vùng Chợ Đồn, Bắc Kạn

Trang 13

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Vị trí nghiên cứu

Vùng nghiên cứu thuộc địa phận huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn, cách Hà Nội khoảng 350km về phía Đông Bắc Đây là một trong những khu vực thuộc vùng sâu vùng xa của tỉnh Bắc Kạn, trong khung tọa độ địa lý:

Trang 14

quá trình xâm thực và karst, được đặc trưng bằng các dạng địa hình nhấp nhô có các thung lũng khô và thung lũng mù với sườn dốc, cây cối um tùm

2 Trong vùng có các hệ thống sông chính như: sông Gâm và một phần sông Năng Các thung lũng suối hẹp thường là dạng chữ V có dòng chảy mạnh, nhiều ghềnh, đôi khi có các thác nước

3 Khí hậu có tính chất nhiệt đới, đặc trưng bởi sự khác biệt hai mùa Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, nhiệt độ trung bình từ 32-350C, độ ẩm 90-95%, lượng mưa trung bình đến 2000 mm/năm Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, nhiệt

độ trung bình từ 8-25oC, ở vùng núi cao 0-20oC, độ ẩm khoảng 10-65%, nhiều khi sương mù bao phủ kéo dài đến 8-9 giờ sáng

4 Các vùng nghiên cứu có nhiều dân tộc khác nhau sinh sống, trong đó đồng bào dân tộc thiểu số chiếm 25% dân số còn lại là ngưới Kinh Ở huyện lỵ như Chợ Đồn, dân cư tập trung đông đúc chủ yếu là người Tày, người Kinh Ở các bản dọc theo các thung lũng có ruộng canh tác là quần cư của người Tày, Nùng có xen người Dao, Hoa và Pà Thẻn Ở vùng núi cao trên 700m là khu vực sinh sống của người H.Mông

5.Giao thông trong vùng khá thuận lợi, có thể đi từ Bắc Cạn đến Chợ Đồn

và Chiêm Hóa theo đường liên tỉnh lộ số 257 và trong vùng đã có nhiều đường liên huyện và liên xã, nhưng về mùa mưa thì rất xấu vì sạt lở đất đá Dọc theo Sông Gâm có thể đi lại dễ dàng bằng xuồng máy và bè mảng

Nhìn chung kinh tế trong vùng chủ yếu phát triển nông lâm nghiệp và khai khoáng Nhân dân sống chủ yếu bằng nghề làm ruộng và nương rẫy, trồng lúa dọc các thung lũng lớn, ngô và rau quả trên nương, ngày nông nhàn đi đãi vàng trên các suối, sông Gâm và thu gom quặng chì-kẽm, sắt, mangan

Trang 15

1.2 Khái quát đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu

1.2.1 Địa tầng

Theo tờ bản đồ địa chất và khoáng sản Việt Nam 1:200.000, tờ Bắc Kạn (Nguyễn Kinh Quốc và nnk, 2000), các hệ tầng khu vực nghiên cứu được mô tả như sau (Hình 1-2):

a Hệ tầng Phú Ngữ (O 3 -S 1 pn)

Các thành tạo thuộc hệ tầng Phú Ngữ (O3-S1pn) phân bố ở phía đông, đông

nam và phía nam của vùng nghiên cứu Về thành phần thạch học, hệ tầng được phân chia thành 3 tập:

 Phân hệ tầng trên(O3-S1pn 3): Cát kết thạch anh, cát kết dạng quarzit,

đá phiến sét dạng sừng (biotit-andalusit-cordierit), chứaGluptograptus sp., Pristiograptus sp., Dày 850m

 Phân hệ tầng giữa (O3-S1pn 2 ): Đá phiến sétđen, sét silic, cát bột kết tuf

và thấu kínhđá vôi, vôi sét Dày 1300m

 Phân hệ tầng dưới (O3-S1pn 1): đá phiến sét, cát bột kết, cát kết xen ít lớp mỏng sét silic, cát bột kết vôi, tuf chứa Tomasina Climacograptus sp., Isograptus sp., Nemograptus sp Dày 1125m

b Hệ tầng Mia Lé (D 1 ml)

Bao gồmsét bột kết, đá phiến sét vôi, phân thành 2 tập:

- Phân hệ tầng trên (D1ml2): Cát kết, đá vôi, đá vôi sét xen lớp mỏngđá phiến sét, phylit vôi chứa Tryplasma altaica, Favosites stellaris, F.multiformis

- Phân hệ tầng dưới (D1ml2): Đá phiến sét, đá phiến sét vôi, đá vôi sét và sét silic Chứa Euryspirifer tonkinesis, Heliolites sp, Dày 400-800m

c Hệ tầng Khao Lộc (D 1 -D 2 kl)

Phân bố hẹp chủ yếu thành dải ở phía đông Chợ Đồn đến Pù Khuổi Sao Hệ tầng Khao Lộc được chia làm 2 tập sau:

Trang 16

- Phân hệ tầng trên: đá vôi đen, sét vôi chứa Amphipora sp., Chaetetes sp, Dày 420m

- Phân hệ tầng dưới: Đá phiến sét sericit, cát kết dạng quartzit xen lớp mỏngđá vôi Dày 350m

d Hệ Đệ tứ không phân chia (Q)

Các thành tạo hệ Đệ Tứ không phân chia phân bố dọc theo các suối lớn, thành phần bao gồm cuội, sỏi, cát, sét bột Dày 2-3m

Các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm khu vực nghiên cứu nằm trong 2 khối Bằng Phúc và Băng Lũng thuộc phức hệ Chợ Đồn (Nguyễn Trung Chí, 2003) Sơ

đồ địa chất chi tiết 2 khối được nêu ở Hình 1-3

1.2.2 Magma xâm nhập

Cho đến nay, vẫn có nhiều tranh luận về việc phân chia các phức hệ magma xâm nhập khu vực nghiên cứu Luận văn này không nhằm mục tiêu phân chia lại các phức hệ magma xâm nhập mà chỉđưa ra các phân chia theo quan điểm khác nhau của các nhà nghiên cứu đi trước

Theo bản đồđịa chất 1:200.000 tờ Bắc Kạn (2000), vùng nghiên cứu có mặt các thành tạo magma xâm nhập gabro pyroxenit thuộc phức hệ Núi Chúa (υa/T3n

nc), các xâm nhập granitoid thuộc phức hệ Phia Bioc (γa/T3n pb) và các syenit thuộc phức hệ Chợ Đồn (γᵱcđ) Nguyễn Trung Chí (2003) xếp các đá gabro của

phức hệ Núi Chúa là các xâm nhập mafic siêu mafic kiềm và xếp vào pha 1 của phức hệ Chợ Đồn Nghiên cứu sau này của Đặng Văn Can (2008) lại cho rằng các thể xâm nhập gabro (phức hệ Núi Chúa) nằm gần các xâm nhập granit của phức hệ Phia Bioc, đặc biệt là khi gần các xâm nhập syenit, syenit felspat kiềm và syenit nephelin của phức hệ Chợ Đồn bị chúng xuyên cắt nên đã bị kiềm hóa ở những đới gần – sát tiếp xúc (Đặng Văn Can, 2008)

Nhìn chung hoạt động magma trong vùng thể hiện đa dạng về chủng loại, chúng thuộc 3 phức hệ: Phia Bioc, Núi Chúa và Chợ Đồn

Trang 17

a Phức hệ Phia Bioc (γa/T3n pb)

Cácđá granitoid của phức hệ phân bố chủ yếuở phần đông bắc khu vực nghiên cứu Các đá của phức hệ gồm 3 pha: pha 1 (γπaT3n pb 1) là các đá granodiorit, granit biotit dạng porphyry hạt vừa - lớn Các đá của pha sớm chiếm hầu hết diện lộ của phức hệ trong khu vực; - pha 2 (γaT3n pb 2) là những khối nhỏ thành phần granit biotit, granit hai mica hạt nhỏ -vừa xuyên cắt các pha 1; - pha 3 (γaT3n pb 3) là các thể nhỏ aplit granit, pegmatite

Tuổi của phức hệ được Phan Lưu Anh, Hoàng Việt Hằng (2005) xếp vào Permi muộn

b Phức hệ Núi Chúa (υa/T3n nc)

Các thành tạo xâm nhập mafic thuộc phức hệ Núi Chúa trong khu vực nghiên cứu gồm 3 pha:

Pha 1 (Gb/T3n nc): Các đá thuộc pha này bao gồm phần lớn các khối Bằng

Viễn, Pù Đồn, một vài thể nhỏ gần bản Cuôn, Bằng Lũng Thành phần thạch học chủ yếu là gabro, pyroxenit chứa plagioclas, gabrodiorit kết tinh hạt vừa - lớn, đá sẫm màu đối với pyroxenit chứa plagiolcas và sẫm màu vừa đối với các đá gabro Thành phần khoáng vật tạo đá chính là pyroxen, amphibol và plagioclas (Đặng Văn Can, 2008)

Hai khối lớn là Pù Đồn - Bản Man và Tam Tao - Bằng Viễn bị biến đổi kiềm hóa mạnh do bị các xâm nhập kiềm của phức hệ Chợ Đồn xuyên cắt Trong các đá gabro bị biến chất trao đổi kiềm thường có mặt felspat kali, meililit, scapolit Tại đới tiếp xúc của gabro bị các thể syenit nephelin xuyên cắt, chúng bị kiềm hóa mạnh có mặt cả nephelin, đôi khi tạo nên cácđá biến chất trao đổi giàu khoáng vật màu và nephelin (Đặng Văn Can, 2008)

Pha 2 (M/T3n nc): các pha xâm nhập thuộc pha muộn của phức hệ Núi Chúa

là những thể nhỏ có thành phần là monzonit, monzodiorit hạt nhỏ, sẫm màu; chúng xuyên cắt cácđá trầm tích của hệ tầng Cốc Xô (hệ tầng Mia Lé) Đôi khi chúng bị các thể syenit, syenit nephelin của phức hệ Chợ Đồn xuyên cắt và gây biến đổi

Trang 18

kiềmhóa Đá có kiến trúc phổ biến là monzonit, đới tiếp xúc thể hiện kiến trúc hạt biến tinh-trao đổi thay thế

Tuổi của phức hệ Núi Chúa được Nguyễn Trung Chí (2003) xếp vào Trias muộn

c Phức hệ Chợ Đồn (ξᵱcđ)

Các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm nằm trong tổ hợp siêu syenit kiềm thuộc phức hệ Chợ Đồn được xác lập vào năm 2003 bởi Nguyễn Trung

mafic-mafic-Chí và cộng sự trong đề tài “Nghiên cứu thạch luận và sinh khoáng các thành tạo

magma kiềm miền Bắc Việt Nam” Tác giả đã khẳng định sự tồn tại của các thành

tạo siêu mafic – mafic kiềm loạt ijolit tiếp xúc với các đá trung tính kiềm và các thể dăm kết diatrem, thành phần chứa siêu mafic – mafic kiềm đến trung tính kiềm gắn kết với nhau không xi măng trong các thành tạo magma của phức hệ Chợ Đồn.Các thành tạo này được Bùi Minh Tâm (2010) xếp vào phức hệ gabbro-syenit Lục Yên, Chợ Đồn (γξT2lc) Các xâm nhập này là các khối gabbro kiềm-syenit kiềm chứa

nephelin phát triển dọc ranh giới của các đới Lô Gâm và Phú Ngữ, tập trung chủ yếuở vùng Chợ Đồn, bao gồm các khối Bằng Phúc và Khuổi Loỏng (khối Bằng Lũng theo phân chia của Nguyễn Trung Chí, 2003) (Bùi Minh Tâm, 2009) Cùng với các kiểu đá chiếm ưu thế là gabroid kiềm và syenit nephelin, trong khối Bằng Phúc còn gặp gabroid thấp titan và độ kiềm tương đối thấp cũng như syenit không chứa nephelin và khoáng vật màu kiềm (Bùi Minh Tâm, 2010) Khối Khuổi Loỏng

có thành phần chủ yếu là gabro và pyroxenit bị băm ra thành từng mảnh riêng biệt bởi các gân mạnh granosyenit và syenit nhìn tổng thể giống như dăm magma Trong các xâm nhập kiềm khu vực Chợ Đồn chiếm ưu thế là syenit nephelin-biotit (miaskit), song cũng khá phổ biến các kiểu đá mafic và á mafic-gabro và pyroxenit chứa felspat kali, amphibol, calcite, sphen, nephelin và granat (khối Bằng Phúc) Theo (Đào Đình Thục, Huỳnh Trung, 1995) các đá này được mô tả như là sản phẩm biến chất trao đổi kiềm do tác động của magma syenit với các đá gabroid Tuy nhiên, (Bùi Minh Tâm, 2010) cho rằng kiến trúc magma của gabro và pyroxenit

Trang 19

cũng như sự thiếu vắng các dấu hiệu thay thế khoáng vật này bởi các khoáng vật khác, sự chuyển tiếp từ từ giữa chúng với syenit nephelin không ủng hộ lý giải này

mà chứng tỏ gabroid và syenit là các sản phẩm phân dị của cùng một dung thể đồng nhất

1.2.3 Cấu trúc kiến tạo

Vùng Chợ Đồn- Chợ Điền nằm về phía đông nam đới Lô Gâm giáp với đới Phú Ngữ bởi đới đứt gãy Sông Đáy có phương Bắc ĐB (Lê Duy Bách và nnk., 2001) Đới đứt gãy Sông Đáy còn là đới đứt gãy sâu, ranh giới giữa hai đới cấu trúc lớn thuộc Đai tạo núi nội lục Paleozoi sớm Đông Bắc Bộ: đới Tây Việt Bắc ở phía tây và đới Đông Bắc Bắc Bộ ở phía đông (Trần Văn Trị và nnk., 2009) Dọc theo đới đứt gãy Sông Đáy phân bố nhiều khối xâm nhập có thành phần từ gabbroid, granitoid sáng màu và granitoid kiềm thuộc phức hệ Núi Chúa, Phia Bioc và Chợ Đồn thuộc giai đoạn magma Paleozoi muộn- Mesozoi sớm (Bùi Minh Tâm và nnk., 2010) Tài liệu nghiên cứu gần đây cho thấy các đá xâm nhập trên được xếp vào giai đoạn hoạt động magma Paleozoi muộn- Mesozoi sớm và nằm trong Tổ hợp xâm nhập tương phản gabbroid- granitoid Núi Chúa- Phia Bioc, Lục Yên- Chợ Đồn,…Dựa vào đặc trưng địa hóa tương đồng với thành tạo magma loạt kiềm- vôi hình thành trong môi trường địa động lực rìa mảng hội tụ- đới hút chìm ( Bùi Minh Tâm và nnk., 2010)

Trang 20

Hình 1-2: Sơ đồ địa chất vùng nghiên cứu

Trang 21

Hình 1-3: Sơ đồ địa chất khối Bằng Phúc và Khối Bằng Lũng, Chợ Đồn, Bắc Kạn

Trang 22

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Cơ sở lý thuyết

Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm thuộc 2 khối Bằng Phúc và Bằng Lũng của phức hệ Chợ Đồn Theo Nguyễn Trung Chí và nnk (2003), các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm này thuộc kiểu kiềm Na Nhằm phục vụ cho mục đích và nhiệm vụ thiết thực của luận văn, trong chương này sẽđưa ra một cách vắn tắt những cơ sở lý thuyết về các thành tạo siêu mafic – mafic kiềm kiểu kiềm Na

2.1.1 Các đá siêu mafic – mafic kiềm kiểu kiềm Na

Theo Phan Trường Thị (2005), dựa vào hàm lượng SiO2 có thể phân biệt trong nhóm đá siêu mafic – mafic kiềm nhánh Na thành 2 loại:

1 -Đá siêu mafic kiềm không feldspar: Hàm lượng SiO2 từ 31- <45%

2- Đá mafic kiềm nephelin – feldspar: Hàm lượngSiO2 từ 45-53%

Thuộc nhóm đá này có jacupirangit, melteigit, ijolit, urtit, monmutit, nephelinolit, teralit, essexit, sonkinit và malinhit…Trong đó ijolit là đá phổ biến nhất Các đá này thường không tạo thành những thể xâm nhập độc lập, chúng là những bộ phận của các thể nhiều thành phần bao gồm siêu mafic kiềm, gabro kiềm, syenit nephelin, carbonatit…

Trong thành phần khoáng vật thường gặp pyroxen kiềm như aegirin-augit, titan-augit, amphibol (hastingxit)

Thành phần hóa học của nhóm đá xâm nhập siêu mafic kiềm: (ΣK2O+Na2O) thay đổi từ 1-5% (jacupirangit), đến 21-22% (urtit, monmutit, nephelinolit); Al2O3

thay đổi từ 5% (jacupirangit) đến 34% (nephelinolit) Một vài dạng đá thành phần urtit quá bão hòa kiềm, hệ số agpait xấp xỉ 1,08, số còn lại nhỏ hơn 1, đôi khi nhỏ đến 0,21

Đặc điểm thạch học một số đá trong nhóm này như sau:

Trang 23

với tỷ lệ ngang nhau Ijolit thường nằm trong thành phần của các khối xâm nhập phức tạp thành phần siêu mafic, đá kiềm và carbonatit, trong những khối xâm nhậpđó còn gặp gabroit kiềm và syenit nephelin Ijolit có kiến trúc hạt trung đến thô, màu xám sẫm.Trong những trường hợp đặc biệt, đá kết tinh hạt thô với những tinh thể aegirin màu đen hình lăng trụ kéo dài nổi bật trên nền nephelin, hạt nhỏ hơn và những tập hợp cancrinit màu vàng nhạt Nephelin chiếm 30-70% thành phần của đá Pyroxen là aegirin, aegirin-augit, trong những đá sẫm màu còn gặp diopsid-herdenbecgit hay titan-augit Đôi lúc còn gặp tập hợp biotit và cancrinit, sodalit, octoclas, apatit, sphen, calcit, lipnerit

Melteigit: Đá sẫm màu, xám sẫm, hạt thô, một trong những thành phần của các khối xâm nhập siêu mafic và đá kiềm Thành phần khoáng vật gồm có pyroxen (65-85%) và nephelin (15-30%) Pyroxen là aegirin-augit, titan-augit

và aegirin Thứ yếu còn gặp biotit, orthoclas, cancrinit, apatit, sphen, calcit và titano-manhetit, thứ sinh clorit và zeolit Kiến trúc hạt nửa tự hình: pyroxen tự hình hơn nephelin Magnetit có hình dạng khi thì tự hình khi thì tha hình nằm giữa nephelin tạo nên kiến trúc sideronit

Jacupirangit (pyroxen kiềm): Đá đơn khoáng pyroxen có màu phớt lục, xám sẫm, đen sẫm, hạt trung bình đến thô Thành phần gồm titan-augit (75-90%), magnetit (dưới 25%), nephelin (0-15%); thứ yếu có apatit, sphen, calcit feldspar, biotit, thứ sinh clorit, zeolit, leucuxen

Urtit: Là đá sáng màu, kiến trúc hạt kết tinh rõ Đá có một nền màu phớt hồng hay xám, trên đó có những đốm màu đen (aegirin) Thành phần khoáng vật bao gồm 80-85% nephelin, có trường hợp đá chứa hầu hết là khoáng vật nephelin, được gọi tên là nephelinolit Hãn hữu có gặp orthoclas nhưng không vượt quá 5% số lượng Các khoáng vật phụ thường gặp apatit, sphen, ít hơn là zircon, eudialit, ilmenit Nephelin thường bị biến đổi thứ sinh thành cancrinit, zeolit hay calcit Đôi khi còn quan sát thấy từng đám muscovit dày đặc có tên

Trang 24

hợp dạng tóc rối thành phần natrolit hay một dạng zeolit khác thay thế nephelin Khác với ijolit ở chỗ có lượng kiềm (chủ yếu Na) và lượng nhôm cao nhất, thậm chí có thể xem như quặng của nhôm Kiến trúc hạt nửa tự hình với những tinh thể nephelin rất tự hình hơn pyroxen, có khi chuyển thành kiến trúc khảm

Teralit (Gabro nephelin): Đá hạt kết tinh màu xám sẫm, đen, gồm có titan – augit (40-60%), plagiocla mafic (25-50%) và nephelin (10-15%), khoáng vật phụ apatit và titano-manhetit

Essexit: Đá kết tinh trung bình đến thô, đôi khi dạng porphir, màu xám đến xám sẫm Thành phần khoáng vật chính là Ti-augit, plagioclas, nephelin Khoáng vật màu (40-60%): titan – augit, aegirin-augit, horblen giàu Ti, olivine

và biotit

2.1.2 Cơ sở lý thuyết luận giải nguồn gốc magma

Cơ sở của phương pháp thạch luận nguồn gốc là dựa trên các đặc điểm địa chất và thành phần vật chất của các đá magma thông qua việc nghiên cứu thạch học khoáng vật, hóa học (nguyên tố chính, nguyên tố vết, đất hiếm và đồng vị) của chúng, từ đó vận dụng các hiểu biết về thạch luận học để xem xét thể hiện chúng trên các biểu đồ thạch hóa, bối cảnh kiến tạo…nhằm phân loại, minh họa hay khái quát các đặc điểm của đá magma theo tên gọi, loạt, kiểu để luận giải nguồn gốc cũng như bối cảnh kiến tạo hình thành ra chúng

a Luận giải đặc tính tiến hóa các đá magma dựa trên nguyên tố chính và các biểu đồ biến thiên

Số liệu địa hóa nhóm nguyên tố chính của các đá magma được sử dụng để luận giải về đặc điểm thạch luận nguồn gốc Trong luận văn này sử dụng biểu đồ phân chia các loạt magma: Phân chia loạt kiềm (AL) và á kiềm (TH và CA) trên biểu đồ tổng lượng kiềm - SiO2 (TAS)

Đặc tính tiến hóa các đá magma được nghiên cứu dựa mối tương quan của các

Trang 25

đồ 2 hợp phần (biểu đồ Harker), đó là một biểu đồ kép, trong đó một nguyên tố hoặc một oxid được vẽ so với thành phần khác (Biểu đồ 2 hợp phần), trong đó SiO2 được chọn làm hoành độ như một chỉ số về phân dị Tuy nhiên, bất kì nguyên tố hoặc oxid nào khác có thể thể hiện dãy biến thiên rộng trong tổ hợp đá magma cũng có thể được sử dụng

Đối với các loạt đá magma mafic, với hàm lượng SiO2 thay đổi không đáng kể, MgO được sử dụng để thay thế SiO2 trên trục x, bởi lẽ MgO là cấu phần quan trọng

của pha rắn (khoáng vật) trong cân bằng với dung thể mafic và thường thay đổi nhiều do sự tách các khoáng vật (pha) chứa Mg trong quá trình nóng chảy từng

phần hoặc quá trình kết tinh phân đoạn

Nói chung, đối với các tổ hợp đá magma cùng nguồn gốc, các cặp oxid có tương quan mạnh mẽ hoặc dương hoặc âm Những tương quan hoặc xu hướng như vậy có thể do hậu quả của nóng chảy từng phần, kết tinh phân đoạn, hoà trộn magma hoặc hỗn nhiễm vỏ, hoặc riêng rẽ hoặc kết hợp các quá trình đó Các xu hướng liên kết chặt chẽ trên các biểu đồ Harker thường được coi là đại diện cho các quá trình tiến hoá hoá học của magma

b Luận giải dựa trên nguyên tố vết và đất hiếm

Nguyên tố vết là những nguyên tố hóa học có mặt trong đávới hàm lượng nhỏ hơn 1% trọng lượng, chúngít khi tạo thành khoáng vật riêng biệt mà thường thay thế cho các nguyên tố chính trong khoáng vật tạo đá

Trong phạm vi luận văn này, các nguyên tố vết được sử dụng là:

Nhóm lithophil ion lớn gồm: Cs, Rb, K, Ba, có thêm Sr2+, Eu2+ và Pb2+ Những nguyên tố này đặc trưng có bán kính ion lớn, điện tích thấp (hoá trị 1, hiếm hơn là 2) và linh động nhất trong các quá trình địa chất khác nhau

Nhóm các nguyên tố trường lực mạnh: Nhóm này có nhiều nguyên tố nhất, bao gồm các nguyên tố Sc, Y, Th, U, Pb, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta và các nguyên tố đất hiếm (REE): La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Đôi khi

Trang 26

Các nguyên tố đất hiếm thường được phân chia ra 2 phụ nhóm theo số nguyên tử và khối lượng của chúng: những nguyên tố có số nguyên tử và khối lượng nhỏ (từ La tới Sm) thuộc phụ nhóm đất hiếm nhẹ (LREE), còn những nguyên tố có số nguyên tử và khối lượng lớn hơn (từ Gd tới Lu) được xếp vào phụ nhóm đất hiếm nặng (HREE) (Bùi Minh Tâm, 2006)

Các nguyên tố lithophil ion lớn linh động có thể sử dụng như chỉ thị cho magma đồng hoá vỏ, vì chúng tập trung trong vỏ lục địa Dị thường âm của Sr có thể do kết tinh phân đoạn của plagioclas trong nhiều bazan; ngược lại, dị thường âm

ở Th và Rb kết hợp với dị thường âm của Nb-Ta có thể nghĩ đến magma bị hỗn nhiễm các vật liệu phần thấp vỏ lục địa

Các nguyên tố đất hiếm là một trong những nguyên tố kém linh động nên các quá trình biến đổi nhiệt dịch và biến chất nhiệt độ thấp ít ảnh hưởng tới chúng Do đó hàm lượng của REE phản ánh đúng đắn nhất thành phần các đá magma nguyên sinh và mức độ nóng chảy vật chất manti

Trong quá trình nóng chảy từng phần có sự giàu lên mạnh mẽ của nhóm đất hiếm nhẹ so với nhóm đất hiếm nặng, tính chất này giảm đi khi mức độ nóng chảy tăng lên Nói một cách khác, trong tiến trình nóng chảy từng phần tỷ số giữa nhóm đất hiếm nhẹ so với nhóm đất hiếm nặng – được đặc trưng bằng các

tỷ số (La/Lu)cn hoặc (Ce/Yb)cn giảm dần cùng với sự giảm của tổng hàm lượng đất hiếm (REE)cn, nhưng tỷ số giữa hai nguyên tố đất hiếm nặng nhất (Yb/Lu)cn lại hầu như không thay đổi (Bùi Minh Tâm, 2006)

Trong quá trình kết tinh phân đoạn (FC) tổng hàm lượng đất hiếm (REE)cn tăng dần lên, nhưng tỷ số giữa nhóm đất hiếm nhẹ so với đất hiếm nặng lại không thay đổi Thêm vào đó, tỷ số giữa các nguyên tố đất hiếm nhẹ (như (La/Ce)cn và (La/Sm)cn) hay đất hiếm nặng (như (Gd/Lu)cn và (Gd/Yb)cn) cũng không thay đổi (Bùi Minh Tâm, 2006)

Tỷ số giữa các nguyên tố đất hiếm nặng có tính không tương hợp cao

Trang 27

kết tinh phân đoạn, nhưng lại bị ảnh hưởng rõ rệt bởi quá trình trộn lẫn magma Như vậy, tỷ số (Yb/Lu)cn chính là tham số địa hóa đặc trưng cho bản chất của vật liệu nguồn của các dung thể magma nguyên sinh (Bùi Minh Tâm, 2006)

Như vậy, các tỷ số (La/Lu)cn, (Ce/Yb)cn, (La/Sm)cn và (Gd/Lu)cn là những tham số địa hóa đặc trưng cho bản chất của dung thể magma nguyên sinh, chúng chỉ thị cho tính cùng nguồn magma của các tổ hợp đá magma; còn tỷ số (Yb/Lu)cn đặc trưng cho bản chất của vật liệu nguồn trong quá trình nóng chảy từng phần, nó chỉ thị cho tính cùng nguồn gốc của các dung thể magma nguyên sinh và các tổ hợp đá magma được kết tinh từ chúng

c Luận giải dựa vào đồng vị phóng xạ

Đồng vị phóng xạ là những đồng vị bị phân rã do phóng xạ tự nhiên sinh

ra, cũng như những đồng vị được thành tạo do quá trình phân rã; thường gồm các cặp Rb-Sr, Sm-Nd, U-Th, Th-Pb, K-Ar, Re-Os, ngoài ra còn Lu-Hf và K-Ca Hàm lượng của chúng được thể hiện không phải bằng số lượng tuyệt đối mà ở tỉ

lệ các đồng vị (thí dụ 87Sr/ 86Sr) hoặc tương quan với chuẩn (eSr)

Các tỷ số đồng vị trong magma đặc trưng cho miền nguồn từ đó magma được tách ra, và chúng không bị biến đổi trong những sự kiện địa chất tiếp theo

Do đó trong nghiên cứu thạch luận nguồn gốc, đồng vị phóng xạ được sử dụng như là yếu tố chỉ thị quan trọng nhất để hiểu rõ bản chất nguồn gốc magma

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Căn cứ vào mục tiêu, nhiệm vụ của luận văn với đối tượng nghiên cứu chủ yếu là các thành tạo mafic-siêu mafic kiềm, dựa vào kết quả phân tích thu thập được của các tác giả đi trước (Nguyễn Trung Chí, 2003, Nguyễn Thùy Dương, 2007) học viên đã lựa chọn các phương pháp nghiên cứu sau đây:

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	3,04 MB