Đánh giá khả năng áp dụng bài toán nhận dạng trong điều tra tìm kiếm khoáng sản bằng phương pháp địa hoá

Vê' bài toán nhận dạng vùng triển vọng quặng Thiết lập mô hình tuyến tính tổng quát cho một số nguyên tố chỉ thị trongtrường địa hóa thứ sinh khu Chợ Đồn, trong đó đáng chú ý là các mô h

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ «1^ »ị / ^ ^ ^ ^ vj ^ ^

RÁO CÁO ĐỂ TÀI

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG

BÀI T O Ả X ỵHiÌ\ I)ẠA(Ỉ

TRONG ĐIỂU TRA TÌM KIÊM

KHOÁNG SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊA HÓA

M Ã S Ố : Q T - 0 4 - 2 2

Chủ trì để tài: TS Đặng Mai

Đ A I H O C Q U Ô C G IA HÀ NỘì ỈRUNG TÂM THÔNG TIN THI I \/IỆfv

O T í 5 -í ?

H À N Ộ I 2 0 0 5

d) M ụ c tiêu và nội d u n g nghiên cứu:

Đề tài nhàm xây dựnơ các mô hình toán học áp dụng vào điều tra tìm kiếmkhoáng sán và đánh giá hiệu quả của chúng

Để đạt mục đích đó đã lựa chọn 3 khu vực có đặc điểm khoáng hóa khác nhau là vàng - Lương Sơn (Hòa Binh), vàng - Na (Bắc Cạn) và chì kẽm - Chợ Đồn (Bác Cạn) Trên ba khu vực này đã có các tài liệu điều tra địa chất và tìm kiếm chi tiết, là cơ sở để kiểm định các mô hình và thuật toán đưa ra Các tập mẫu địa hóa ơồm kết quả phân tích định lượng các nguyên tố như Cu, Pb, Zn Sb,

As, Mn, Co, Ni, Sn đã được xử lý theo các nội dung sau: nhận dạng vùng triển vọng quặng, nhận dạng vị trí và hàm lượng thân quặng, nhận dạng kiểu quặng.e) C ác kết q u ả đ ạ t được

Ị Vê' bài toán nhận dạng vùng triển vọng quặng

Thiết lập mô hình tuyến tính tổng quát cho một số nguyên tố chỉ thị trongtrường địa hóa thứ sinh khu Chợ Đồn, trong đó đáng chú ý là các mô hình của Pb,

Zn và Cu; thành lập bản đồ trend và phần dư theo các mô hình đó Các bản đồ trend phản ánh xu thế phân bố hàm lượng nguyên tố chỉ thị Bản đồ phần dư biểu hiện các vùng có quặng và không quặng Việc đối sánh bản đồ phần dư với bản

đồ địa chất khoáng sản cho thấy giữa kết quả dự đoán theo mô hình và thực tế địa chất có sự phù hợp tốt Hầu hết các phần dư dương của các nguyên tố đều trùng với những vùng quặng đã biết Tuy nhiên, cũng còn một số sai lệch nhất định

Thuật toán phân tích thành phần chính đã đạt được hiệu quả tốt, nhất là đối với khu vực Lương Sơn Từ tập mẫu kim lượng plasma đã tách được hai tổ hợp nauyèn tố là Cu - Ni - Co - Cr - V và As - Pb - Sb Tổ hợp thứ nhất đặc trưng cho thành phần đá gốc, tổ hợp thứ hai đặc trưng cho quá trình tạo quặng Điểu đó phù hợp với đặc điếm địa chất, khoáng sản của khu vực Phương trình thành phần chính khu vực Lương Sơn có dạng:

F, = 0,94Ni + 0,91 Co + 0.89 V + 0,80Cr + 0,66Cu

F2 = 0,80Pb + 0,74Sb + 0,65As

Đối với khu vực Chợ Đồn lượng thông tin của trường địa hóa chủ yếu

Fị = 0.83Zn + 0, 7Pb + 0 78 Mn Bán đồ thành phán chính này thể hiện các dị thường dương phù hợp với sự phân bố khoáng san trong khu vực Chợ Đồn.

Ngoài hai mô hình trên, còn đưa ra phương pháp xác định vùng triển vọng bằns thủ thuật điểm phân vị

2 Vẻ' bài toán nhận dạng vị trí và quy mô thân quặng

Mô hình dịch chuvển nguyên tố và mô hình phân bố nồng độ đã được áp dụns VÌ1 kiểm định Kết quá cho thấy giữa "nghiệm " dự đoán và thực tế còn sai khác nhau nhiều Các mô hình này cần được nghiên cứu bổ sung thêm

3 V ề bài toán nhận dạng kiểu quặng

Thuật toán phân tích phân biệt đã được thử nghiệm cho ba tập mẫu hấp thụ nsuyên tử thuộc ba kiểu quặng nêu trên Kết quả chứng tỏ ràng tỉụiật toán này cho xác suất nhận dạn° đúnơ khá cao (96,2%) Chúng có dạng:

-9.300.000 đ

K H O A Q U Ả N LÝ

(Ký và ghi rõ họ tên)

C H Ủ T R Ì Đ Ể T À I(Ký và ghi rõ họ tên)

TS Đ ặng M ai

C ơ QUAN C H Ủ T R Ì ĐỂ TÀI

d O bjectives a n d C ontents of the Project:

The objective of this project is to evaluate different mathematical models using diasnostic alsonthm in prospecting for mineral resources

For this purpose three areas with distinơuished metallometical characteristics have been selected: Luongson solden ore area, Nari golden ore area and Chodon

Pb Zn -bearing area About these areas, there were geoloaical, geochemical and mineral dates íavourable to the control of the mathematical models The main contents of this project are as follows:

i) To diagnose ĩavourable ore areas

ii) To identify situation of orebody and the content of the ore íorming elements

iii) To identiíy types of mineralization

e O b ta in e d Results:

1 By usins the SPSS softvvare, general linear models of the elements - indicators (Pb, Zn Cu) in Chodon area have been developed Using these models, the trend and residual maps of the above mentioned elements have been established By compairing these residual maps with available mineralo- geoloơical maps it has been found that almost positive anomalies are distributed

on the areas of mineralization

2 By the application the principal analysis, two assemblages of elements - indicators have been found in Luongson area: the assemblage of Cu- Co -Ni - Cr characterizes for mother rocks, and the assemblage of As - Pb - Sb - Cr characterizes for orel forming process

3 Based on the map of principal component established in Chodon area, the effect of the principal algorithm has also been confirmed

4 By comparing true values with the values predictived by Harris- transmigratory model and Solovev - model of content distribution, it has been found that the unapplicable both these models for project area

iv

M ụ c lụ c

Mục l ụ c 1

Mở đ ầ u 2

Chương 1 4

Khái quát về đặc điểm địa lý, địa chất và khoáng sản các khu vực nghiên cứu 4 1.1 Khu vực Lương S ơ n 4

1.2 Khu vực Na R ì 6

1.3 Khu vực Chợ Đ ồ n 7

Chương 2 9

Nhận dạng vùng triển vọng q u ặ n g 9

2.1 Mô hình tuyến tính tổnơ q u á t 9

2.2 Phàn tích thành phần thành phần c h ín h 15

2.3 Mô hình phân phối xác s u ấ t 18

Ch ươn 2 3 25

Nhận dạng vị trí thân quặng và hàm lượnc q u ặ n g 25

3.1 iMò hình dịch chuyển nguyên t ố 25

3.2 Mô hình phân bố nồng độ 29

Chương 4 31

Nhận dạng kiểu q u ặ n g 31

4.1 Thiết lập mô hình 31

4.2 Kết quả áp dụng mô h ì n h 32

Kết lu ậ n 34

Tài liệu tham khảo 35

Do vậy cần phái liên kết chúng lại bằng những cấu trúc toán học (các phương trình, hàm số, hệ thức ) thuận lợi cho việc dự đoán tính chất quặng hoá của khu vực.

Xuất phát từ những quan điểm đó, đề tài này đã sử dụng kết hợp một số bài toán nhận dạng để khai thác thông tin về quặng gốc ẩn chứa trong các tập mầu kim lượng, qua đó thiết lập và lựa chọn các mô hình toán học thích hợp cho công tác điều tra tìm kiếm khoáng sản và kiểm nghiệm tính đúng đắn của chúng

Đề tài này là một bước kế tiếp của dề tài QT - 01 - 18 mà tôi đã hoàn thành vào cuối năm 2003 Trong đề tài đó, những tính chất ưu việt của bài toán nhận dạng đã được phân tích và làm sáng tỏ chủ yếu trên phương diện lý thuyết

Để đánh siá khả năng írna dụng bài toán này, cần phải tiến hành kiểm nghiệm sự phù hợp giữa các "nghiệm" của bài toán với tài liệu địa chất thực tế

Để giải quyết mục tiêu trên, trong đề tài này đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu gồm ba khu vực sau:

1 Khu vực Lương Sơn (Hòa Bình)

2 Khu vực Chợ Đồn (Bắc Cạn)

3 Khu vực Na Rì (Bắc Cạn)

Vị trí địa lý và các đực điểm tự nhiên khác của các khu vực này sẽ được

mô tả chi tiết trong chương 1

Sỡ dĩ ba khu vực này được chọn, là vì ở đó công tác điều tra địa chất và tìm kiếm khoáng sản đã được tiến hành khá chi tiết, các vùng quặng, vị trí thân quặng và nhiều tính chất quặng hóa khác đã được xác định Mật khác, mức độ

2

phân dị về khoána, sản trong ba khu vực đó được thể hiện ở các cấp độ khác nhau, thuận lợi cho việc kiểm nshiệm thuật toán phân tích phàn biệt - một trong những thuật toán nhận dạng quan trọng.

Dưới góc độ phương pháp địa hóa tìm kiếm khoáng sản, các bài toán nhận dạnơ được đặt ra và giải quyết trong đề tài này bao gồm:

+ Khu vực Lươn2 Sơn gồm 6.200 mẫu QPPX, 590 mẫu PLM và 125 mẫuHTNT

+ Khu vực Na Rì 2ồm 2570 mẫu QPPX, 552 mẫu PLM

+ Khu vực Chợ Đồn gồm 4100 mẫu QPPX, 143 mẫu HTNT

Đề tài này được hoàn thành nhờ vào sự hỗ trợ kinh phí của Đại học Quốc gia Hà Nội, sự giúp đỡ, động viên của phòng Khoa học Công nghệ và phòng Tài

vụ Trườn2 Đại học Khoa học Tự nhiên Tác giả xin chân thành cảm ơn

Việc nghiên cứu địa chất, khoáng sản ở đây đã được bắt đầu từ những

năm 30 của thế kỷ trước nhưng đáng chú ý nhất là công trình "lập bàn đổ và tìm kiếm khoáng sản tỉ lệ 1:50.000 nhóm tờ Hà Đ ỏng - Hòa Bình" do Trần Đăng

Tuyết chủ biên (1987) và đề án tìm kiếm đánh giá quặng vàng do Liên đoàn Địa chất Tây Bắc tiến hành (1989-1993)

Dạnơ địa hình đặc trưnơ của khu vực là các dải đồi núi thấp kéo dài theo hướnơ Đônơ Bắc - Tây Nam với độ cao trung bình từ 350 đến 600m; cao nhất là đinh Đồi Bù - 883m

Mạng thủy văn rất thưa thớt, không có các sông lớn chảy qua Có ba hệ thống suối bắt nguồn từ phía Tây là suối Bạc, suối Ngành, suối Ong với chiều dài tổng cộng khoảng 5 - Skm Lưu lượng nước trên các suối từ 7 - 298 1/s; nước thuộc loại bicacbonat canxi, độ tổng khoáng hóa từ 0,06 đến 0,08 g/1 Hệ tầng chứa nước chính là hệ tầng Viên Nam, thuộc loại nước bicacbonat canxi và bicacbonat canxi - natri với độ tổng khoáng hóa 0,06 - 0,09 g/1 Độ pH của nước mặt ở các suối đo được từ 7,5 đến 8,5, ở các giếng ăn 6,2 - 6 ,8 Trong các hầm lò quặng, nước có độ pH thấp (3,8 - 4,7)

Đá vây quanh quặng trong khu vực bao gồm các phun trào và trầm tích lục nguyên tuổi Trias (hình 1.1) Các đá phun trào được xếp vào hệ tầng Viên Nam

(TịV/i), bao gồm bazan, phun trào trung tính, trachyt và gồm 3 tập làTịVrt/, T ịVn2

và T ịVn3 Tập 1 bao gồm bazan hạt mịn, bazan hạnh nhân, diabaz, tập 2 gồm các

đá thuộc tướng phun trào thực thụ như trachyt, trachyt porfia, tập 3 gồm các đá thuộc tướng phun nổ - aglomerat, tuf, tufogen Các đá phun trào của hệ tầng này thườne bị biến đổi phức tạp với nhiều giai đoạn chồng lên nhau như quá trình propylit hóa, thạch anh hóa, sericit hóa, carbonat hóa

4

Hình 1.1 Sơ ĐÓ ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN

200m Ổ 2Ồ0m

Thành lập theo tài liệu của

Liên Đ oàn Địa ch ấ t Tỗy Bốc

Hệ tầng Viên Nam: Tập 2 Trachyt, trachyt pocíia màu xám phớt trắng

Hệ tầng Viên Nam: Tập 1 Bazan hạt mịn, bazan hạnh nhân, bazan poctia, điaba màu xám lục

Ranh giới địa chất: a-Chỉnh hợp, b-Bất Chĩnh hợp Đứt gãy

Các đá trầm tích bao 2ồm trầm tích lục nguyên thực thụ, lục nguyên cacbonat lục nguyên chứa túp, chúng được xếp vào hệ tầng Cò Nòi Hệ tầng này nằm phủ bất chỉnh hợp lên các đá của hệ tầng Viên Nam và chuyển tiếp lèn đá vôi của hệ tầng Đổng Giao.

Hoạt độna maama xâm nhập biểu hiện yếu với các thể xâm nhập nhỏ, thành phần gồm diabaz, gabrođiabaz và ít hơn là xienit Các thể xâm nhập này không liên quan trực tiếp với quá trình tạo khoáng trong khu vực nhưng có quan

hệ khôn2 gian và kiến tạo gần gũi với các đới quặng hóa

Các đút gãỵ trong vùns bao gồm ba hệ thống chính: Tày Bắc Đông Nam,

á kinh tuyến và á vĩ tuyến Hệ thống Tây Bắc Đông Nam liên quan với hoạt động phun trào bazan rộng khắp trên toàn khu vực Hệ thống á kinh tuyến và á vĩ tuyến được hình thành do quá trình nâng vòm và làm nhiệm vụ phân cách các đá phun

-Khoáng hóa vàng tronơ khu vực thuộc kiểu vàng - thạch anh - sunfua Các điểm quặng phân bô' không liên tục, bao gồm các điểm quặng Làng Sen ở phía Bắc, Xòm Vần ở Đông Bắc, Làng Ngành ớ phía Đông, Làng Gên ở phía Đông Nam và Vai Đào ở phía Tây Với các kết quả nghiên cứu về thành phần vật chất

và hình thái thân quặng, khoáng hóa vàng khu vực này đã được xếp vào kiểu nguồn gốc nhiệt dịch phun trào nhiệt độ cao đến trung bình và một phần nhiệt độ thấp Quá trình tạo khoáng 2ồm ba giai đoạn Giai đoạn 1 gồm tổ hợp thạch anh - pyrit - arsenopitit nhiệt độ cao Giai đoạn 2 có các thành tạo đặc trưng cho nhiệt

độ trung bình đến thấp, bao 2ồm tổ hợp thạch anh - chancopirit - sphalerit - galenit - canxit Giai đoạn tạo khoáng 3 gồm các mạch, vi mạch thạch anh thạch anh - pyrit - cacbonat

Khoáng hóa vàng khu vực Lương Sơn thuộc kiểu thành hệ vàng - thạch anh - sunfua Cho đến nay mới chỉ phát hiện được quặng nằm trong các thành tạo phun trào hệ tầng Viên Nam Trong hệ tầng Cò Nòi, tuy có các đới mạch thạch anh - sunfua nhưng hàm lượng vàng thấp Trong hệ tầng Đồng Giao chưa phát hiện được điểm quặng nào Các thân quặng vàng tập trung tại ba vùng chính là Làng Sen, Xóm Vần và Làng Gên Tại điểm quặng Làng Sen có 8 mạch quặng dạng thấu kính Hàm lượng quặng trong các mạch này dao động từ 1 g/t đến 7 g/t Điểm quặng Xóm Vần gồm bốn thân quặng phân bố trong một đới khoáng hóa dày hơn lOOm Hàm lượng trung bình của vàng giao động từ 1,5 đến 2,9 g/t, một vài nơi đạt tới 7 - 8 g/t Điểm quặng Làng Gên thuộc phạm vi xã Tiên Sơn của huyện Lương Sơn Tại đây đã phát hiện bốn thân quặng vàng gốc đều nằm trong tập đá trachyt hạt thô dưới dạng mạch thạch anh - suníua chứa vàng Thành phần

khoáng vật của cả bốn thân quặng đều giống nhau, gồm pyrit, chancopyrit pyrotin và vàng tự sinh.

1.2 K h u vực Na Rì

Bao gồm các xã Bình Văn, Yên Hân, Thần Sa và Sang Mộc thuộc huyện

Na Rì (Bác Cạn); nằm trong phạm vi các tọa độ địa lý:

51°51'27" - 51°55'41" vĩ độ Bắc, và 105°34'31" - 105°58'53" kinh độ Đông

Từ năm 1995 - 1997 Liên đoàn Địa chất Đông Bắc đã tiến hành tìm kiếm chi tiết vàng ở vùng này

Khu vực nghiên cứu thuộc miền đồi núi thấp, độ cao thay đổi từ 100 đến 900m Địa hình bị phân cắt mạnh mẽ tạo ra nhiều rãnh xâm thực: độ dốc sườn khá lớn, từ 35 đến 40° Mạng sông suối trong vùng thưa thớt,jchỉ có duy nhất mộtcon sông Cầu chảy qua Các thung lũng suối thường có dạng chữ "V", đa phần đổ

ra sông Cầu, một số ít chảy về suối Na Rì

Đá vây quanh quặng thuộc hai hệ tầng:Thần Sa và Bắc Sơn (hình 1.2)

Hệ tầng Thần Sa (€ì ts) bao gồm đá phiến sét, đá phiến silic, cát bột kết, đá

phiến sét vôi Chiểu dày của hệ tầng: 1200 - 1500 m Các đá của hệ tầng này đều chứa các mạch thạch anh, thạch anh - sunfua - vàng kéo dài theo hướng Đông Băc Tây Nam Hệ tầng Bắc Sơn chiếm một diện tích nhỏ ở phía Đông Bắc khu vực nahiên cứu, bao gồm đá vôi lẫn sét màu trắng hạt mịn, phân lớp dày, đá vôi màu xám trắng, cấu tạo khối và đá vôi bị hoa hóa, màu xám sáng hạt mịn Chiều dày

hệ tầng: 650 - 800 m

Các đút gãy kiến tạo trong khu vực phát triển khá dày đặc theo bốn hệthống:

+ Hệ thống á vĩ tuyến

+ Hệ thống Tây Bắc Đông Nam

+ Hệ thống Đông Bắc Tây Nam

+ Hệ thống á kinh tuyến

Khoáng hóa vàng trong khu vực thuộc kiểu vàng - thạch anh ít sunfua Thành phần khoáng vật quặng chủ yếu là pyrit, arsenopyrit, vàng; hiếm hơn là chancopyrit, galenit, pirotin Tụ khoáng có 38 thân quặng gồm các mạch, gân mạch và đới mạch thạch anh xâm nhiễm vàng Phần lớn các mạch thạch anh - vàng có phươnơ gần trùng với đường phương của đá vây quanh

Hình 1.2 Sơ ĐÓ ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN

KHU Vực NA RỈ - BẮC CẠN

C H Ỉ D Ẫ N

Hè đê tír Cát sét sỏi, cuội có chứa vàng sa khoáng

Hệ Cacbon - Pecmi - Hệ tầng Bắc Sơn đá vôi xám sáng thành phần đổng nhất dang khối

Hê tầng Thần Sa - Phân hê tấng trên - Tâp 2 Phiến sét nâu bẩn xen it lớp cát kết náu vàng và thâ kính đá VÔI xám xanh phân lớp

Hê tầng Thẩn Sa - Phân hê tầng trên - Tâp 1 Cát kết thach anh xám sẫm phớt luc xen it lớp phiến sét xám đen và đới mach thach anh - sunfua chứa vàng

Hê tầng Thần Sa - Phản hệ tầng dưới Phiến set xám đen xen it cát kết xám vàng và những dài sét vôi phân lớp mỏng

Ranh giới địa chất Đứt gãy a Xác đinh b Dư đoán Thân quăng

T h à n h lập th e o tà i liệu củ a ũ 20 40 60m

L iê n đ o à n Đ ịa c h ấ t Đ ô n g B ắ c "* '

s,ts,

1.3 K h u vực C hợ Đỏn

Khu vực nahiên cứu nằm trong phạm vi các toạ độ địa lý:

22° 05’ 0 0 ” - 21° 0 9 ’ 30” vĩ độ Bắc và 105° 28’ 30” -105° 36’ 0 0 ” kinh độ Đông thuộc huyện Chợ Đồn tinh Bắc Cạn, phía Bắc có những dãy núi cao trên 1000 m như Phia Bioc, Tam Tao, Sam Sao giảm thấp dần về phía Nam với độ cao vài trăm mét Trong nhữns vùng đá vôi phát triển, địa hình thường bị chia cắt mạnh

Tham gia vào cấu trúc địa chất khu vực có hệ tầng Phú Ngữ (O3 - S|pn), hệ tầng Phia Phương (Sa - Địpp) và hệ tầng Cốc Xô (Dr D2cx) (hình 1.3) Hệ tầng

Phú Naữ phân bố ở góc Đông Nam của khu vực, tiếp xúc kiến tạo với hệ tầng Cốc

Xô Thành phần thạch học gồm các loại đá phiến thạch anh xen cát, bột kêt Trong trám tích của hệ tầng Phú Ngữ không gặp khoáng hóa chì - kẽm Bề dày của hệ tầng 850 - 900 m Hệ tầng Phia Phương phân bố ở pEía Tây và Tây Bắc, kéo dài theo phương Đ ôn2 Bắc Tây Nam, gồm đá phiến thạch anh xêrixit, đá vôi

bị hoa hóa, vò nhàu, uốn nếp mạnh, đá phiến thạch anh xen cát kết dạng quaczit Khoán ạ hóa chì kẽm thường gặp trong các tập đá vôi hoặc ở ranh giới giữa hai tập đá Trầm tích hệ tầng Cốc Xô kéo dài thành giải ở trung tâm của khu vực Thành phần trầm tích bao gồm cát kết, đá vôi, đá phiến, đá vôi bị hoa hóa Khoáng hóa chì kẽm chủ yếu tập trung trong hệ tầng này

Magma xâm nhập trong khu vực Chợ Đồn thuộc các phức hệ Phiabioc, Chợ Đồn và Núi Chúa Thành phần chính của phức hệ thứ nhất bao gồm các thể granit-biotit sẫm màu và granodiorit Phức hệ Chợ Đồn gồm các thể xienit, piroxenit và granit bị xerixit hóa Điabaz, gabrodiabaz là thành phần chính cua phức hệ Núi Chúa

Hoạt động đứt gãy trong khu vực xẩy ra khá mạnh mẽ, gồm 3 hệ thống chính: Tây Bắc Đông Nam, Đông Bắc Tây Nam và hệ thống theo phương á vĩ tuyến

Khoáng hóa chì - kẽm Chợ Đồn thuộc kiểu sphalerit - galenit - pyrit Theo báo cáo đánh giá gần đây (1994) của Liên đoàn Địa chất Đông Băc, quặng hóa tập trung thành 8 tụ khoáng Nà Tùm, Ba Bồ, Nà Bưa, Khuổi Giang, Bó Pia, Nà Bốp, Lũng Váng, Nà Quan Dựa vào tổ hợp cộng sinh khoáng vật của các thân quặng ne ười ta đã phân định được 3 giai đoạn tạo khoáng nội sinh Giai đoạn 1 là ơiai đoạn mở đầu thời kỳ tạo khoáng nhiệt dịch được đặc trưng bởi tổ hợp cộng sinh thạch anh - pyrit - arsenopyrit - pirotin, ngoài ra còn gặp sphalerit, galenit và chancopirit Giai đoạn 2 là giai đoạn tạo khoáng mạnh mẽ với tổ hợp khoáng vật

Hình 1.3 BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT - KHOÁNG SẢN

KHU VỰC CHỢ ĐỒN - BẮC CẠN

Thành lập theo tài liệu của

Liên Đoản địa chất Đồng Bắc

CHỈ DẪN

ì I Hê đệ tứ (Q ): Cuội, sỏi, cát, sét

Hệ tầng Cốc Xô I - 1 Phụ hê tẩng giữa (D r D2e cx2): đá hoa, đá vôi

bị hoa hóa xen các lớp cát kết mỏng ị - 1 Phụ hệ tầng dưới, tập trên (D,-D 2e cx,2); đá phiến thach anh xerixit xen các tập đá vôi, sét vôi, phiến siỉic, cát kết

- _ _ Phụ hệ tâng dưới (D,-D2e c x,1): đá phiến

1 - thạch anh xerixit, cát kết, xen các lớp mỏng thấu kính

đá vôi, sét vôi I - 1 Hê tầng Phú N gữ íO a-S ^n,): đá phiến thạch anh, xerixit xen đá cát kết, bột kết

tiêu biểu galenit - sphalerit - pyrit Giai đoạn 3 kết thúc thời kỳ tạo khoáng nhiệt dịch, hình thành tổ hợp cộns sinh canxit - pyrit - macazit.

Trong khu vực nghiên cứu, đáng chú ý là các tụ khoáng Nà Bốp và Nà Tùm Tụ khoáng Nà Bốp nằm ở phía Tây - Tày Nam thị trấn Bằng Lũng với diện tích khoảng 9km: Tron2 vùna có mật các trầm tích thuộc hệ tầng Cốc Xô, gồm

đá lục nguyên xen cacbonat nằm ở phần trên và đá phiến thạch anh xen cát kết nằm ở phần dưới Kết quả công tác tìm kiếm chi tiết đã phát hiện được tại tụ khoáns Nà B ố p 10 thân quặns chi kẽm có chiều dài từ vài chục mét đến vài trăm mét, chiều dày từ l-2m đến 15m Thành phần khoáng vật tạo quặng gồm chủ yếu

là sphalerit, aalenit, pyrit, macazit, ngoài ra còn có arsenopirrit, pirotin, chancopirit

Tụ khoáng Nà Tùm cách trung tàm Bằng Lũng 2 km về phía Tày Bác ở đây các thân quặng nằm trong trầm tích lục nguyên xen cacbonat thuộc hệ tầng Cốc Xô Tại Nà Tùm, đoàn Địa chất 108 đã phát hiện 4 thân quặng chì - kẽm có chiều dài từ 200 đến 900m, chiều dày 6 - 50m Thành phần khoáng vật chủ yếu của các thân quặng là galenit sphalerit, pyrit; các khoáng vật thứ yếu gồm arsenopirit, chancopyrit, pyrotin

C h ư ơ n g 2

NHẬN DẠNG VÙNG T R IỂ N V Ọ NG Q U Ặ N G2.1 M ô hình tuyến tính tổng q u á t

Vùng triển vọng quặng (hay đơn giản là vùng triển vọng), trên góc độ của địa hóa học chính là dị thường hay nhóm dị thường của các nguyên tố chỉ thị Do

đó nhận dạng vùng triển vọn2 thực chất là phân chia trường địa hóa thành phông

và dị thường địa hóa Mô hình tuyến tính tổng quát và phân tích thành phần chính

là hai thuật toán thích hợp để giải bài toán này

Từ trước đến nay, việc phân chia trường địa hoá thứ sinh thành 2 bộ phận phôno (trường bình thường) và dị thường địa hoá được thực hiện trên cơ cở của lý thuyết thống kê cổ điển Theo đó, hàm lượng phông của nguyên tố chỉ thị được xác định bằng trung bình cộng hoặc trung bình nhân của hàm lượng nguyên tố

đó, còn hàm lượng dị thường tối thiểu các bậc 1, 2, 3 được lấy tương ứng với ba mức xác suất nhất định (thường ià 85, 95 và 99%) Ngoài ra dị thường tối thiêu

bậc i (i = 1, 2 , 3) có thể lấy bằng c t + is, trong đó, c f là hàm lượng phông trung

bình s là độ lệch chuẩnr ) Nhược điểm của phương pháp này là ở chỗ, trong khi tính phông và dị thường tối thiểu cần phải kiểm định luật phân phối của nguyên

tố chỉ thị bằng các tiêu chuẩn thống kè phức tạp; ngoài ra còn phải chuẩn hoá số liệu bằng các phép biến đổi toán học mà trong nhiều trường hợp không dẫn đến kết quả mong muôn Ngoài ra, phông địa hoá thứ sinh là đại lượng biên đòi liên tục trong không gian phụ thuộc vào thành phần đá gốc, đặc điêm địa hình và nhiều yếu tố khác Do vậy, việc xác định phông như một giá trị cố định là không hợp lý, còn việc xác định dị thường tối thiểu theo các mức xác suất như trên phần nào mang tính võ đoán Để khắc phục những hạn chế đó, có thể sử dụng các mô hình toán học do một số tác giả ở nước ngoài đưa ra để phân tích trường địa hoá thứ sinh, nhằm nâng cao tính khách quan trong việc phân chia phông và dị thường địa hoá Trong đề tài này, tác giả sẽ thiết lập một số hàm tuyến tính tổng quát cho trường địa hoá thứ sinh vùng quặng Pb - Zn Chợ Đồn và xem xét, đánh giá khả năng áp dụng của chúng Cơ sờ số liệu chủ yếu là tập mẫu kim lượng với 4100 kết quả phân tích quang phổ định lượng gần đúng do Liên đoàn Địa chất Đông

Nếu phân bố hàm lượng nguyên tố chi thị có phân phối chuẩn sau phép biến đổi y = f(x) thì trong tính

toán phải thay X bàng y và sau đó ch u yển ngược trỏ lại

9

Bắc thu tập trước dày Tuy nhiên cũng cần nhấn mạnh rằng, đây chi là một cách tiếp cận mới nhằm bổ sung cho phương pháp cổ điển.

T hiết lập m ô hình

Xuất phát từ quan niệm rằng, hàm lượng nguyên tố trong trường địa hoá thứ sinh thay đổi liên tục trong không gian phụ thuộc vào toạ độ địa lý, mô hình tuyến tính tổng quát được thiết lập bằng một đa thức 2 biến bậc 6 dạng z = f (x, y)

= a,) + a,x + a2y + + anv6 (*); trong đó, z là hàm lượng nội suy của nguyên tố tại

bình phương tối thiểu

Bản đồ z của một nguyên tố chỉ thị được xem như bề mặt phông của nó, đồng thời phản ánh xu hướng biến đổi hàm lượng của nguyên tô' đó trong diện tích nghiên cứu Hiệu số d = y - z (với y là giá trị hàm lượng thực đo được) được ơọi lù phẩn dư, phản ánh các thăng giáng địa phương của nguyên tố Bản đổ phần

dư là cơ sở để xác định các dị thường địa hoá trong trường thứ sinh

Bằng phần mềm SPSS, các mô hình cụ thể của trường địa hoá thứ sinh khu vực Chợ Đồn được thiết lập cho các nguyên tố chỉ thị Pb, Zn, Cu Các hệ số đa thức đưa ra trong bảng 1

thường địa hoá Dưới đày để làm ví dụ, sỗ mô tả một số trường hợp đáng quan tâm đối với vùng quặng nghiên cứu.

tô' này là tăng từ tây sana đông và tập trung cao nhất ở khu vực trung tâm phía đônơ (hình 2.1) Tốc độ biến thiên cũng thay đổi theo hướng đó Trong phần phía tây mật độ các đường đẳng trị khá thưa thớt, chuyển sang mau hơn ở khu vực trung gian và cuối cùng lại giãn rộng ra Như vậy, gradian hàm lượng nhìn chung, tăng từ tây sang đông và có phần giảm xuống ở giai đoạn cuối cùng

Bản đồ phần dư của Pb được thể hiện bằng các đường đẳng trị dao động từ -200 đến 800 (hình 2.2) Các đường đẳng trị dương ở các khu Nà Bốp, Lũng Váng tập trung với mật độ cao, biểu hiện sự có mặt của quặng gốc tại những vùng này

So sánh bản đồ phần dư này với sơ đồ địa chất - khoáng sản khu Chợ Đồn (hình 1.3) ta thấy các cụm dị thường dương trùng hợp khá tốt với các khu tập trung quặn® Riêng khu vực phía tây thị trấn Bằng Lũng, mặc dầu có một vài thân quặnơ nhưnơ trons trường địa hoá thứ sinh không biểu hiện dị thường Điều này

11

H in h 2 2 P h ầ n dư c ủ a P b - k h u C h ợ Đ ồ n

có thể do ảnh hưởng cùa mạng lưới lấy mẫu và các điều kiện tự nhiên khác tác động đến sự di chuvển của nguyên tố trong vỏ phong hoá.

N guyên tô' kẽm Bắt đầu từ các giá trị 0 ở góc tây và nam, hàm lượng Zn

tăng dần theo phương kinh tuyến và đạt cực đại với trị sô 6 0 tại trung tâm phía tây

(hình 2.3) với các tốc độ khác nhau Theo hướng từ nam lên bắc, trong phần phía dưới của bản đồ, mật độ các đường đẳng trị thưa thớt, chứng tỏ tốc độ tăng hàm lượng theo hướng này không lớn Trong khi đó, tốc độ tăng hàm lượng theo chiều bắc xuống nam ở phần trên của bản đồ lại khá lớn, được biểu hiện bằng sự chuyển tiếp khá mau của các đường đẳng trị Mặt khác, Zn cũng biểu hiện xu thế tăng hàm lượng theo chiều từ tây sang đông, rõ rệt nhất là từ giữa bản đồ Tốc độ biến đổi hàm lượng khá đồng đều và các đường xu hướng phân bố với các giao độ đồna đều

Bản đồ phẩn dư của Zn (hình 2.4) thể hiện 3 vùng dị thường dương và 5 vùn° dị thường âm rõ rệt Vùng dị thường dương phía nam bao phủ các thân quặng phía nam Lũng Váng, Nà Bốp, với mật độ các đường dương khá dày đặc

12

V ùnơ dị thường phía bắc biểu hiện yếu hơn, là sản phẩm của quá trình phân tán từ các thân quặng nhỏ nằm ở phía tày thị trấn Bằng Lũng Vùng dị thường dương tây bắc kéo dài từ phía nam Ba Bổ đến Nà Bốp và trùng với các thân quặng trên khu vực này Đối sánh với vị trí các thân quặng đã được xác định trên bản đồ địa chất, (hình 1.3) ta thấy rằng, cường độ các dị thường ở đây biểu hiện yếu trong khi thân

quặnơ khá lớn và tập truna dày đặc Điều này có thể do kẽm là nguyên tố rất linh độns trong đới biểu sinh dẫn đến sự san bằng nồng độ trong mẫu kim lượng Đó chính là một hạn chế của Zn với vai trò là một nguyên tô' chỉ thị

Vùnơ dị thường âm rộng nhất của Zn nằm ở khu trung tâm Ranh giới phía tày nam của nó chay men theo rìa của vùng quặng Nà Bốp, Lũng Váng; phía bắc

và đôns theo rìa vùng quăng Nà Tùm và đông thị trấn Bằng Lũng Các vùng dị thườnơ âm«còn lại có diện tích bé hơn và đều nằm trong phạm vi các vùng không chứa quặng, ở đây, kẽm đã thể hiện như là một chỉ thị đáng tin tướng

Hình 2.4 Phần dư của Zn * khu Chợ Đồn

Nguxên tô'đổng

Xu thế biến đổi chủ yếu của Cu là tăng dần hàm lượng từ hai phía đông và tày vào truns tâm với sradian không đồng đều (hình 2.5) Gián cách giữa các đường đẳng trị ở phần phía tày tương đối hẹp chứng tỏ tốc độ tăng hàm lượng ở đây khá lớn Trong khi đó, ở phần phía đông, gián cách giữa các đường đẳng trị thưa thớt tạo nên một bề mặt thoải, biểu hiện tốc độ tăng chậm của hàm lượng đồng Như vậy, xét một cách tổng quát, bề mặt đa thức bậc 6 của Cu có dạng tương tự như một "nếp lồi" có trục nằm ở trung tâm chạy dài theo phương á kinh tuvến và hai cánh đông, tày với độ nghiêng khác nhau: cánh phía tây thì dốc còn cánh phía đông thoải hơn

Phần dư dương của Cu tập trung thành 5 cụm dị thường như là những “cao

n gu yên ” nổi' lên trên nền các trị s ố âm Hai cụm dị thường rộng VỚI cường độ lớn

nằm ở khu trung tàm phía nam của khu vực, trong diện phân bố các thân quặng khu Lũng Váng và Nà Bốp Cụm dị thường phía bắc rõ ràng là sản phẩm phong hoá của các thân quặng khu nam Nà Tùm Hai cụm dị thường ở phía cực đông và cực tây chưa rõ nguồn gốc: phải chăng chúng có liên quan nguồn gốc với những thân quặng chưa biết hay chí là những dị thường giả(?>

Từ những mô tả trên có thể thấy rằng, xu hướng biến thiên hàm lượng của

Pb và Zn trong trường địa hóa thứ sinh của vùng quặng Nam Chợ Đồn có những nét tương đồng rõ rệt được thể hiện qua sự đồng dạng của hai bề mặt đa thức của chúng Tuy nhiên, về mặt thành tạo dị thường, hai nguyên tố này có những sự khác nhau nhất định: trong khi các dị thường Pb khá tập trung và biểu hiện rõ nét

và tập trung, thì dị thườna kẽm lại phân tán và biểu hiện yếu Bức tranh phân bố của Cu có những nét khác so với Pb và Zn Nếu như hàm lượng trung bình của Pb

và Zn biểu hiện xu thế tăng dần từ tây sang đông thi hàm lượng trung bình của Cu lại thể hiện xu thế tăng từ hai phía vào trung tâm Ngoài ra, một số dị thường dương của nguyên tố này chưa thấy rõ mối liên quan với quặng gốc

Đ ánh giá khả năng áp d ụ ng mó hình

Khả năng áp dụng các mô hình tuyến tính nêu trên cần được đánh giá cả

về phương diện lý thuyết lẫn thực tê

Về mặt lý thuyết, trong mô hình tuyến tính tổng quát, bề mạt phông được xấp xỉ theo tập mẫu kim lượng của cả khu vực, và do vậy đã giảm bớt tới mức tối

đa sai số không gian và những thăng giáng ngẫu nhiên của hàm lượng nguyên tố

N ơoài ra các thủ tục xử lý toán học và phần mềm máy tính SPSS của hãng Microsof đã cho phép lựa chọn mô hình tối ưu trong phạm vi số liệu của nhà chuyên môn Sau đây, ta sẽ đi sâu phân tích hiệu quả thực tế của chúng

Hình 2.6 Phần dư của Cu - khu Chợ Đồn

Trước hết, đâv là vùng quặng sunfua với thành phần quặng gòc gôm các khoáng vật dễ bị ôxi hoá như sphalerit, galenit, pyrit, chancopirit giải phóng

Zn, Pb, Fe, Cu, Mặc dầu hành vi địa hoá của Pb và Zn trong đới ngoại sinh có khác nhau do khả năng vận chuyển xa của sulíat Zn so với sulfat Pb nhưng do, về

cơ bản, thành phần của vỏ phong hoá được quyết định bởi thành phần đá mẹ và quặng gốc, cho nên bức tranh phân bố hàm lượng của 2 nguyên tô' này trong một

V Ù Ĩ Ì 2 quặng chì kẽm như Chợ Đồn về tổng thể phải tương đồng Chính vì vậy, bề mặt các đa thức của hai nguyên tố Pb, Zn khá đồng dạng như đã phân tích ở mục trẽn Sự khác biệt của Cu so với Pb và Zn về xu thế phàn bô' hàm lượng, một mặt

là do hành vi của chúng trong quá trình ngoại sinh nhưng chủ yếu là do đặc điểm

quặng hóa nội sinh Thật vậy, theo kết quả nghiên cứu chi tiết của nhiều tác giả,

tronơ 4 giíii đoan tuo khoiíng ở khu vưc này, ta không thây sự xuât hiện cua cac khoáng vật của đồng trong các tổ hợp khoáng vật đặc trưng Những dẫn chứng đó nhàm chứns minh sự phù hợp giữa các bề mặt trend với bức tranh phân bố thực của cúc thành tạo địa chát

Việc so sánh các bản đổ phần dư với bản đồ địa chất - khoáng sản cũng đã cho thấy rằng, hầu hết các phần dư dương của 3 nguyên tố Pb, Zn, Cu đều trùng với các thân quặng đã biết Như vậy, giữa mô hình lý thuyết và thực tế địa chất có

sự phù hợp khá tốt Tuy vậy, cũng cần nhấn mạnh rằng, không phải tất cả các thân quặng đểu biểu hiện dị thường kể cả đối với dị thường của chính nguyên tố tạo quặng Chẳng hạn như một số thân quặng ở phía tây thị trấn Bằng Lũng và ở khu trung tâm Nói cách khác, dị thường chí của một vài nguyên tố không phản ánh đầy đù bức tranh phân bố khoáng sản thực tế Điều đó có nghĩa rằng trong công tác địa hoá tìm kiếm khoáng sản cần áp dụng một tổ hợp gồm nhiều nguyên

tố làm chỉ thị cho sự có mặt của quặng gốc

dị thườno này, trong đó phân tích thành phần chính là phương pháp có hiệu quả cao Bằnơ kỹ thuật này, có thể tìm được các tổ hợp chỉ thị đặc trưng cho trường địa hóa thứ sinh, "cộng" chúng tại và đưa lên bản đồ như là một "nguyên tố" mới

Thành phần chính cùa trường địa hóa thứ sinh là một tổ hợp tuyến tính của các nguyên tố tronơ tập mẫu kim lượng Tổ hợp đó được viết dưới dạng

F = a ,x , + a 2x2 + + a mxmtrong đó:

+ F là thành phần chính (TPC)

+ X ị , x2, , xm là các nguyên tố

+ a , , a 2, , a m là các hệ số cần xác định và được gọi là trọng số TPC Trona thuật toán thành phần chính, các hệ sô' này là tọa độ của vec tơ riêng trons ma trận hiệp phươns sai của các nguvèn tố đưa vào xử lý Dạng của ma trận hiệp phương sai như sau:

ơ?, cov(x,,x2) cov(xp x m)

_ cov(x2,x ,) a 2 n cov(x2, x m)

_cov(xm,x ,) cov(xm, x 2) ơ 2mm _trong đó ơ ‘j là phương sai của Xj, cov(Xj, Xj) là covarian của Xj và Xj

T ro n g khu vực Lưưng Sơn, đã chọn tập mẫu PLM đưa vào phân tích thành phần chính Kết quả dược thể hiện trong các bảng 2.3, 2.4

Bản” 2.2 Trọng số TPC và giá trị riêng của chúng

16

có giá trị riêng 2,642 chiếm gần 27% tổng phương sai, còn các TPC khác chiêm

tý lệ nhỏ hoặc không đáng kể (hình 2.7) Mật khác, 5 nguyên tố Cu, V, Cr, Co, Niđạt các trọng sô' lớn nhất trên TPC Fị với các trị số từ 0.66 đến 0,91 Trong khi

đò các nguyên tố As, Pb, và Sb lại chiếm ưu thế trên thành phần chính thứ 2

Để thấy rõ hơn tương quan của các nhóm nguyên tố này, ta hãy đưa các trọng số TPC lên hệ tọa độ vuông góc với trục hoành là TPC thứ nhất và trục tung

là TPC thứ 2 (hình 2.5) Trên biểu đổ này, các nguyên tố Cu, V, Cr, Co, Ni tập trung dọc trục F| tạo thành một cụm độc lập Trong khi đó, As, Pb, Sb tập trung

dọc trục Fị, tạo ra một cụm khác Như vậy, trường địa hóa ở đáy gồm hai tổ hợp nguyên tố chỉ thị: Cu - V7 - Cr - Co - N i và As - Pb - Sb Nếu lưu ý đến những

điều đã trình bày trong chương 1 về đặc điểm địa chất - khoáng sản, rằng đá vây quanh quặng khu vực Lương Sơn chủ yếu gồm bazan và rằĩig khoáng hóa vàng ở đày thuộc kiểu nhiệt dịch phun trào thì có thể giải thích được kết luận nêu trong mệnh đề in nghiêng này Cụ thể hơn, TPC F| tìm được trên đây đặc trưng cho đá

mẹ (với tư cách là nguồn cung cấp vật chất cho trường địa hóa), còn TPC F; đặc

trưng cho quá trình tạo khoáng

Từ đó phương trình các thành phần chính viết được dưới dạng:

ĐA! H Ọ C Q U Ố C GIA HÀ NỘI

t r u n g T ẩ m t h õ n g tin thư v iệ n

D / /54 ĩ

t - 1 Hình 2.7 Mò hình TPC của tổ hợp nguyên tố khu Lương Sơn