Đặc điểm thạch học, khoáng vật và địa hóa các đá mafic siêu mafic khối khuổi giàng, cao bằng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Ninh

ĐẶC ĐIỂM THẠCH HỌC, KHOÁNG VẬT VÀ ĐỊA HÓA
CÁC ĐÁ MAFIC-SIÊU MAFIC KHỐI KHUỔI GIÀNG, CAO BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Ninh

ĐẶC ĐIỂM THẠCH HỌC, KHOÁNG VẬT VÀ ĐỊA HÓA
CÁC ĐÁ MAFIC-SIÊU MAFIC KHỐI KHUỔI GIÀNG, CAO BẰNG

Chuyên ngành: Khoáng vật học và địa hóa học
Mã ngành học: 600440205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. Trần Tuấn Anh

Hà Nội, 2017

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh
sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ hƣớng dẫn nhiệt tình của quý
Thầy Cô, cũng nhƣ sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian
học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến Thầy
PGS.TS. Trần Tuấn Anh, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn và giúp tôi hoàn thành luận
văn này.
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong khoa
Địa chất và phòng Sau đại học, Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên-Đại học Quốc
gia Hà Nội đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi
thực hiện đề tài luận văn.
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Viện Địa chất-Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã không ngừng hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Ngoài ra, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn
đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và
thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ.

Hà Nội, tháng 12 năm 2017
Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Ninh


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... i

DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. iv
DANH MỤC ẢNH .....................................................................................................v
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... vi
CHƢƠNG 1
ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI
VÀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU..............................................................1
1.1. Đặc điểm địa lý ................................................................................................1
1.1.1 Địa hình ......................................................................................................1
1.1.2 Mạng lưới sông suối...................................................................................1
1.1.3 Khí hậu .......................................................................................................1
1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội ...................................................................................2
1.2.1 Đặc điểm kinh tế ........................................................................................2
1.2.2 Đặc điểm về xã hội .....................................................................................2
1.3. Đặc điểm địa chất .............................................................................................4
1.3.1 Địa tầng ......................................................................................................4
1.3.2 Các thể magma xâm nhập ..........................................................................5
1.3.3 Kiến tạo ......................................................................................................6
1.3.4 Khoáng sản.................................................................................................6
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................8
2.1 Cơ sở lý luận .....................................................................................................8
2.1.1 Các thành tạo mafic-siêu mafic .................................................................8
2.1.2 Quặng hóa đi kèm các thành tạo mafic-siêu mafic ..................................11
2.1.3 Tổng quan tài liệu nghiên cứu .................................................................12


2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu..........................................................................13
2.2.1 Phân tích lát mỏng thạch học ..................................................................13
2.2.2 Phân tích khoáng tướng ...........................................................................13

2.2.4 Phân tích khối phổ plasma (ICP-MS) ......................................................14
2.2.5 Phân tích microzond (EPMA) ..................................................................15
CHƢƠNG 3
ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT
CÁC ĐÁ MAFIC-SIÊU MAFIC KHỐI KHUỔI GIÀNG .......................................17
3.1 Đặc điểm thạch học .........................................................................................17
3.2 Đặc điểm khoáng vật (bao gồm thành phần hóa học của các khoáng vật) .....19
3.2.1 Đặc điểm khoáng vật tạo đá ....................................................................19
3.2.2 Đặc điểm khoáng vật quặng.....................................................................28
3.3 Đặc điểm địa hóa .............................................................................................36
3.3.1 Đặc điểm nguyên tố chính ........................................................................39
3.3.2 Đặc điểm nguyên tố vết ............................................................................42
3.3.3 Đặc điểm các nguyên tố nhóm kim loại chuyển tiếp ................................43
3.4 Luận giải điều kiện thành tạo của các đá khối Khuổi Giàng ..........................45
3.4.1 Điều kiện nhiệt độ-áp suất thành tạo .......................................................45
3.4.2 Môi trường kiến tạo hình thành nên các đá khối Khuổi Giàng ...............50
KẾT LUẬN ...............................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................52


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
EPMA

Phân tích vi dò điện tử (Microzond)

ICP-MS

Khối phổ plassma

KHM

Kí hiệu mẫu

MKN

Mất khi nung

nnk.,

Những ngƣời khác

PGE

Các nguyên tố nhóm platin

TB-ĐN

Tây Bắc-Đông Nam

XRF

Huỳnh quang tia X

tl

Trọng lƣợng

i

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Cao Bằng .............................................................3
Hình 1.2: Bản đồ địa chất cấu trúc sông Hiến và khu vực nghiên cứu .......................7
(theo Svetlitskaya T.V. và nnk, 2017) ........................................................................7
Hình 2.1: Biểu đồ phân loại các đá mafic-siêu mafic dựa vào thành phần khoáng vật
(Streckeisen, 1974) Nguồn ISGS. .............................................................................10
Hình 3.1 Biểu đồ phân loại olivin trong các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng
(theo Wager và Deer, 1939) ......................................................................................21
Hình 3.2: Tƣơng quan giữa MgO và NiO của olivin trong các đá mafic-siêu mafic
khối Khuổi Giàng ......................................................................................................21
Hình 3.3: Biểu đồ phân loại pyroxen trong các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi
Giàng (theo Morimoto, N. và nnk, 1988) ..................................................................23
Hình 3.4: Biểu đồ phân loại plagioclas trong các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi
Giàng (theo Deer, W.A. và nnk, 1991) .....................................................................23
Hình 3.5: Biểu đồ AFM phân loại các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng .......40
(theo Irvine và Baragar 1971) ...................................................................................40
Hình 3.6: Biểu đồ TAS phân loại các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng.........40
(1979). Ký hiệu nhƣ hình 3.5. ...................................................................................40
Hình 3.7: Biểu đồ phân loại các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng .................41
theo Middlemost (1985). Ký hiệu nhƣ hình 3.5. .......................................................41
Hình 3.8: Biểu đồ R1-R2 phân loại các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng .......41
(theo De la Roche và nnk 1980). Ký hiệu nhƣ hình 3.5. ..........................................41
Hình 3.9: Biểu đồ Harker tƣơng quan MgO với các nguyên tố chính của các đá
mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng. Ký hiệu nhƣ hình 3.5. .....................................42
Hình 3.10: (a) Biểu đồ nguyên tố đất hiếm của các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi
Giàng chuẩn hóa theo Chondrit (theo Sun và Mc Donough, 1989)..........................44
(b) Biều đồ đa nguyên tố của các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng ...............44
chuẩn hóa theo manti nguyên thủy (theo Sun và Mc Donough, 1989).....................44

ii

Hình 3.11: Biểu đồ nhện các nguyên tố kim loại chuyển tiếp của khu vực khối
Khuổi Giàng chuẩn hóa theo mantle nguyên thủy (theo Sun, 1982) ngoại trừ Sc
đƣợc chuẩn hóa theo (theo Jagoutz et al,1979) (Kí hiệu nhƣ hình 3.10) ..................45
Hình 3.12: Biểu đồ ƣớc lƣợng nhiệt độ kết tinh của Wo-En-Fs pyroxen ở 5kbar của
các đá khu vực khối Khuổi Giàng (theo Lindsley, D.H.,1983) ................................49
Hình 3.13: Biểu đồ ƣớc lƣợng nhiệt độ kết tinh của Or-Ab- An trong plagioclas
trong các đá khu vực khối Khuổi Giàng (theo Seck, H.A., 1971) ............................49

iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Thành phần hóa học (%tl) của olivin khối Khuổi Giàng...........................20
Bảng 3.2 Thành phần hóa học (%tl) của clinopyroxen khối Khuổi Giàng ...............24
Bảng 3.2 Thành phần hóa học (%tl) của clinopyroxen khối Khuổi Giàng (tiếp theo)
...................................................................................................................................25
Bảng 3.3 Thành phần hóa học (%tl) của orthopyroxen khối Khuổi Giàng ..............26
Bảng 3.4 Thành phần hóa học (%tl) của plagioclas khối Khuổi Giàng ....................27
Bảng 3.5 Thành phần hóa học (%tl) của amphibol trong lherzolit khối Khuổi Giàng
...................................................................................................................................28
Bảng 3.6 Thành phần hóa học (%tl) của pyrotin lục giác và troilit khối Khuổi Giàng
...................................................................................................................................29
Bảng 3.7 Thành phần hóa học (%tl) của pentlandit khối Khuổi Giàng ....................31
Bảng 3.8 Thành phần hóa học (%tl) của chalcopyrit khối Khuổi Giàng ..................33
Bảng 3.9 Thành phần hóa học (%tl) của ilmenit khối Khuổi Giàng.........................33
Bảng 3.10 Thành phần hóa học (%tl) của cromspinel khối Khuổi Giàng ................33
Bảng 3.11 Thành phần hóa học của các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng .....36
Bảng 3.11 Thành phần hóa học của các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng (tiếp

theo)...........................................................................................................................37
Bảng 3.11 Thành phần hóa học của các đá mafic-siêu mafic khối Khuổi Giàng (tiếp
theo)...........................................................................................................................38
Bảng 3.12 Kết quả tính toán nhiệt độ-áp suất của cặp Cpx-OPx khối Khuổi Giàng 48

iv


DANH MỤC ẢNH
Ảnh 2.1: Học viên phân tích mẫu lát mỏng thạch học ..............................................16
Ảnh 2.2: Học viên phân tích mẫu EPMA .................................................................16
Ảnh 3.1: Websterit olivin dƣới 1 nicol (trái) và 2 nicol (phải) .................................18
Ảnh 3.2: Lherzolit chứa phlogopit dƣới 1 nicol (trái) và 2 nicol (phải) ...................18
Ảnh 3.3: Gabbro olivin dƣới 1 nicol (trái) và 2 nicol (phải ......................................18
Ảnh 3.4: Gabbronorit dƣới 1 nicol (trái) và 2 nicol (phải) .......................................19
Ảnh 3.5: Xâm tán dạng “giọt” và phân tán giữa hạt của các khoáng vật sulfid (mẫu
IR83)..........................................................................................................................30
Ảnh 3.6: Quan hệ giữa các khoáng vật quặng ban tinh. Các ban tinh chủ yếu là
pyrotin (po), trong đó thấy có nhiều lamel kiểu phân hủy của pentlandit thế hệ I
(pnI). Có một ít chalcopyrite (cp) và pentlandit thế hệ II (pnII). Thấy rõ quan hệ
xuyên cắt giữa chalcopyrite và pentlandit I. Magnetit phát triển theo sulfid. Trong
đá còn thấy có ilmenit (ilm). .....................................................................................30
Ảnh 3.7: Quan hệ của các khoáng vật sulfid trong ban tinh sulfid (mẫu IR83). Phần
chủ yếu của ban tinh là pyrotin (po). Trong pyrotin ghi nhận đƣợc sự có mặt của các
lamel nhỏ pentlandit thế hệ I và chalcopyrit. Ở phần rìa phát triển pentlandit thế hệ
II ................................................................................................................................34
Ảnh 3.8: Quan hệ của các khoáng vật quặng trong ban tinh pentlandit - chalcopyrit pyrotin (IR84). Tinh thể tha hình chalcopyrit (cp) tổ hợp với pyrotin (po). Trong
pyrotin thấy các lamel nhỏ pentlandit I và chalcopyrit. Ở phần rìa phát triển
pentlandit II. Hạt ilmenit (ilm) tự hình tổ hợp với ban tinh sulfid ............................34
Ảnh 3.9: Quan hệ của các khoáng vật quặng trong ban tinh thành phần pentlanditchalcopyrit-pyrotin (IR83). Trong troilit (tr) thấy có tinh thể pentlandit I (pn I). Ở

phẩn rìa của ban tinh phát triển chalcopyrit và Cu-pentlandit. Trong chalcopyrit
quan sát đƣợc tinh thể cubanit (cub). ........................................................................34

v


MỞ ĐẦU
Việc nghiên cứu các tổ hợp đá mafic-siêu mafic có ý nghĩa thực tiễn lớn nó
tạo ra tiền đề cho phép đánh giá triển vọng của những khoáng sản quan trọng: Cu,
Ni, Ag, Pt….
Ở khu vực Miền bắc Việt Nam, phần lớn các khối xâm nhập mafic-siêu
mafic trong đới cấu trúc Sông Hiến đã đƣợc nghiên cứu chi tiết về đặc điểm thạch
học-khoáng vật; đặc điểm địa hóa nguyên tố chính, hiếm vết, và đồng vị; điều kiện
thành tạo bối cảnh địa động lực và các khoáng sản liên quan (Suối Củn, …). Riêng
khối Khuổi Giàng hiện nay vẫn chƣa có nhiều tài liệu nghiên cứu chuyên sâu.
Việc nghiên cứu đặc điểm thành phần thạch học, khoáng vật và địa hóa của
khối Khuổi Giàng là cần thiết giúp không những làm sáng tỏ thành phần vật chất
của các đá mafic-siêu mafic mà còn đánh giá đƣợc đặc điểm của quặng hóa liên
quan tới các thành tạo mafic-siêu mafic giúp xác định khả năng và triển vọng sinh
khoáng quặng Ni-Cu-PGE. Ngoài ra, việc nghiên cứu chi tiết đặc điểm thạch học,
khoáng vật và địa hóa khối mafic-siêu mafic Khuổi Giàng còn cung cấp các thông
tin, tƣ liệu mới phục vụ nghiên cứu địa chất–kiến tạo và sinh khoáng khu vực.
Để làm sáng tỏ đặc điểm địa chất của khối Khuổi Giàng, học viên lựa chọn
các đá mafic-siêu mafic làm đối tƣợng nghiên cứu. Luận văn thạc sĩ khoa học với
tiêu đề “Đặc điểm thạch học, khoáng vật và địa hóa các đá mafic-siêu mafic khối
Khuổi Giàng, Cao Bằng”
Mục tiêu của đề tài


Làm sáng tỏ đặc điểm về thành phần vật chất của khối Khuổi Giàng

Nội dung nghiên cứu:


Nghiên cứu đặc điểm thạch học;



Nghiên cứu đặc điểm khoáng vật (khoáng vật tạo đá, khoáng vật tạo

quặng);


Nghiên cứu đặc điểm địa hóa (nguyên tố chính và nguyên tố vết);



Sơ bộ luận giải điều kiện kết tinh và môi trƣờng kiến tạo

vi


CHƢƠNG 1
ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI
VÀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Khối Khuổi Giàng mới đƣợc phát hiện trong những năm gần đây trong công
tác lập bản đồ địa chất 1:50.000 của các nhà địa chất Đoàn 105 đóng tại Cao Bằng.
Khối nằm về phía Đông Nam thị xã Cao Bằng (khoảng 10km) ngay cạnh bờ sông
Bằng Giang (hình 1.1) với vị trí cấu trúc địa chất tƣơng tự khối Suối Củn. Hình
dạng của khối đƣợc xem nhƣ một thấu kính nhỏ kéo dài hƣớng TB-ĐN với chiều

dài khoảng 2,4km và chiều rộng khoảng từ 0,1-0,3km.
1.1. Đặc điểm địa lý
1.1.1 Địa hình
Vùng nghiên cứu thuộc vùng núi thấp (độ cao tuyệt đối <1000m). Hầu hết
diện tích là đồi núi. Trong đó chiếm diện tích chủ yếu là vùng núi thấp, miền đồi
thấp chiếm diện tích nhỏ và các dải đồng bằng hẹp dọc sông suối, hoặc các thung
lũng giữa núi.
1.1.2 Mạng lưới sông suối
Các sông suối chính trong vùng đều có hƣớng chảy trùng với phƣơng chung
của cấu trúc địa chất và phƣơng của các đứt gãy chính trong vùng. Nƣớc của các
suối nhỏ chủ yếu đều đƣợc tập trung vào lƣu vực của sông chính. Các suối nhánh
đều chảy vuông góc hoặc cắt chéo với phƣơng đất đá rồi đổ vào các sông tạo cho
mạng sông có dạng cành cây. Sông Bằng Giang (là sông lớn nhất), bắt nguồn từ
phía Tây, chảy từ thị xã Cao Bằng về Tà Lùng theo hƣớng TB-ĐN rồi chảy sang
Trung Quốc.
1.1.3 Khí hậu
Vùng nghiên cứu có khí hậu nhiệt đới gió mùa khá khắc nhiệt. Miền núi cao
có khí hậu mát và lạnh hơn, mùa đông đến sớm và kéo dài hơn vùng trũng thấp.
Nhìn chung, khí hậu của vùng một năm có thể phân ra 2 mùa rõ rệt:
- Mùa lạnh (khô) từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau

1


- Mùa nóng (mƣa) từ tháng 5 đến tháng 10.
Theo số liệu thống kê nhiều năm của các trạm khí tƣợng có trong vùng thì
nhiệt độ trung bình hàng năm là 21oC, độ ẩm tƣơng đối 80-85%, lƣợng mƣa trung
bình hàng năm 1400-1600mm, lƣợng bốc hơi hàng năm 750-800mm.
1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội
1.2.1 Đặc điểm kinh tế

Kinh tế trong vùng trƣớc đây mang tính tự cung tự cấp, chủ yếu là sản xuất
nông nghiệp, ở quy mô nhỏ, lẻ, phân tán.
1.2.2 Đặc điểm về xã hội
Dân cƣ trong vùng phân bố không đồng đều, Mật độ dân số tập trung đông ở
quanh thị xã, thị trấn, khu mỏ và các vùng núi cao phía Tây nhóm tờ dân cƣ thƣa
thớt. Các dân tộc trong vùng gồm: Tày, Nùng, Kinh, Mông, Dao, Mèo, Sán Chỉ, Lô
Lô.
Ngƣời Tày, ngƣời Kinh tập trung ở thị xã Cao Bằng và các thị trấn Phục
Hòa, Đông Khê, Quảng Uyên, sống bằng nghề buôn bán và sản xuất công - nông
nghiệp. Ngƣời Nùng và ngƣời Tày sống xen kẽ và tập trung ở các thung lũng sƣờn,
thung lũng đá vôi, sống bằng sản xuất ngô lúa, chăn nuôi , trồng cây ăn quả, chè,
thuốc lá và một số trồng hồi, quế.

2


Hình 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Cao Bằng

3


1.3. Đặc điểm địa chất
1.3.1 Địa tầng
Đới Sông Hiến có các địa tầng: Bắc Bun (D1bb), Mía Le (D1ml), Bản Páp
(D1-2bp), Bắc Sơn (C-P2bs), Đồng Đăng (P3đđ), Bằng Giang (P3-T1bg), Sông Hiến
(T1sh), Cao Bằng (N1cb) và hệ Đệ tứ (Q).
Khối Khuổi Giàng nằm trong khu vực hệ tầng Sông Hiến (T1sh) (hình 2.1)
Hệ tầng Sông Hiến (T1sh): Các thành tạo lục nguyên mà có nơi chứa các lớp
đá phun trào axit dày ở dƣới chân mặt cắt đã đƣợc mô tả là hệ tầng Sông Hiến. Hệ
tầng lộ ra rất rộng rãi trong bể Sông Hiến và có hai kiểu mặt cắt: Kiểu không có đá

phun trào lộ ra phía tây của bể và kiểu có đá phun trào lộ ra ở phía đông.
Mặt cắt từ Bình Gia đến Bản Huấn (Lạng Sơn) đặc trƣng cho loại mặt cắt có
các lớp đá phun trào dày, với bề dày chung khoảng 760m, gồm cuội sạn kết hỗn tạp
chứa ít tảng lớn đá vôi (3x20cm), sạn kết tuf, các lớp xen kẹp sét vôi, sét silic chứa
ít vật chất than chuyển lên cát kết, đá phiến sét và sét vôi xám; đá phiến sét ở gần
thị trấn Bình Gia chứa Clarai gervilliaeformis tuổi Indi. Tiếp trên là dacit, ryodacit,
tuf ryolit và các thấu kính andesitobazan, bazan xám lục chuyển lên tuf ryolit, cát
kết và sạn kết tuf, cát bột kết tuf màu xám vàng, phân lớp trung bình, ryodacit,
dacit, và tuf của chúng; phần trên cùng là cát kết, bột kết và đá phiến sét xám nhạt.
Mặt cắt Sùng Sử-Bạch Đích (Hà Giang) thuộc kiểu không có đá phun trào
nằm ở phía tây nam Phó Bảng, với bề dày khoảng 600m, bao gồm đá phiến sét xám
sẫm, phân lớp mỏng, đá phiến sét vôi, bột kết vôi, ít cát kết vôi trên cùng là cát kết
tuf, tuf ryolit xám xen bột kết, đá phiến sét. Đá phiến sét ở phần dƣới mặt cắt chứa
Cúc đá Lytophiceras cf. sakuntala và hai mảnh vỏ Claraia tuổi Indi. Trong các lớp
thuộc phần trên, tại mặt cắt Pác Các-Mã Phục (Cao Bằng) đã tìm đƣợc Cúc đá
Olenek, nhƣ Anasibirites cf. multiformis, Anakashmirites sp.,...
Hệ tầng Sông Hiến nằm không chỉnh hợp trên đá vôi Paleozoi thƣợng. Hệ
tầng đƣợc xác định tuổi Trias sớm dựa vào hóa thạch (Trần Văn Trị, 2009).

4


1.3.2 Các thể magma xâm nhập
Trong phạm vi khu vực nghiên cứu khá phổ biến các thành tạo magma có
thành phần mafic-siêu mafic thuộc phức hệ Cao Bằng.
Phức hệ Cao Bằng đƣợc Dovjikov và nnk (1965) xác lập gồm tập hợp các
khối siêu mafic, mafic và granophyr và đƣợc xếp tuổi T2-K2. Trần Đức Lƣơng và
Nguyễn Xuân Bao (1989) cũng xếp các đá nêu trên vào phức hệ Cao Bằng nhƣng
có tuổi Trias sớm-giữa. Tuy nhiên, theo Nguyễn Thế Cƣơng và nnk (2000), phức hệ
Cao Bằng chỉ gồm các đá xâm nhập mafic và siêu mafic và xếp vào tuổi Permi

muộn-Trias sớm.
Phức hệ Cao Bằng - - P3-T1cb gồm 2 tổ hợp:
-Tổ hợp gabbrodiabas- diabasbas (congadiabas)
- Tổ hợp lherzolit -picrit - gabbronorit olivin
Các xâm nhập thành phần chủ yếu mafic
Thành phần thạch học chủ yếu của các đá xâm nhập mafic: gabbrodiabas,
diabas, congadiabas bao gồm các khối Khuổi Pông, Tà Sa, Khau Khoang, Lũng Bát,
một phần khối Bản Lũng và một số khối nhỏ phân bố trong trƣờng đá núi lửa bazan
dọc theo hệ thống đứt gãy Cao Bằng-Tiên Yên ở khu vực đèo Lũng Phầy. Diện
phân bố của chúng đƣợc khống chế chặt chẽ bởi hệ thống đứt gãy TB-ĐN kéo dài
từ Lạng Sơn qua Cao Bằng đến Nguyên Bình-Bảo Lạc.
Các khối xâm nhập thành phần chủ yếu là siêu mafic
Thành phần thạch học chủ yếu của các đá xâm nhập siêu mafic: websterit
olivin, lherzolit, picrit, gabbronorit, gabbro olivin bao gồm các khối Suối Củn và
Khuổi Giàng.
Thành phần của các đá gabbronorit-lherzolit phức hệ Cao Bằng chủ yếu là
plagioperidotit, lherzolit, picrit và gabbronorit. Thành phần khoáng vật chủ yếu của
các đá là olivin, orthopyroxen, clinopyroxen và khá phổ biến phlogopit. Kiến trúc
của các đá mafic-siêu mafic phần lớn là gần toàn tinh, cấu tạo đồng nhất (dạng
khối).

5


1.3.3 Kiến tạo
- Đới cấu trúc trũng Sông Hiến: các thành tạo cấu thành đới gồm đá trầm
tích phun trào xen lục nguyên, lục nguyên có tuổi Mesozoi (P3-T1). Đới đặc trƣng
bởi cơ chế của kiến tạo mạnh mẽ với các hoạt động xâm nhập magma có thành phần
từ siêu mafic đến granit và hoạt động phun trào thành hệ tƣơng phản bazo - axit.
Các khối nằm trùng với một loạt phá hủy kiến tạo phƣơng TB-ĐN, phần lớn cắt qua

tầng trầm tích phun trào T1-2sh và các thành tạo đá vôi C2-P1. Chúng phân bố rải rác
ở nhiều nơi nhƣng phần lớn tập trung ở trong phân tầng trên của đới cấu trúc
Mezozoi Sông Hiến (vùng Cao Bằng) (hình 1.2).
Đới Sông Hiến đƣợc cấu tạo bởi một phức hệ thạch kiến tạo Permi-Triar (P3
- T1) gồm 2 phụ tầng kiến trúc sau: phụ tầng dƣới là các trầm tích phun trào xen lục
nguyên và phụ hệ tầng trên là các trầm tích lục nguyên chứa vật liệu núi lửa. Đới có
lịch sử phát triển ngắn, chủ yếu ở giai đoạn đầu của chu kỳ kiến tạo Indosini (MZ)
với tốc độ sụt lún sâu, bề dày trầm tích lớn, hoạt động xâm nhập phun trào mạnh mẽ
(Nguyễn Thế Cương và nnk, 2000).
1.3.4 Khoáng sản
Khoáng sản liên quan đến các xâm nhập mafic-siêu mafic Permi-Trias phức
hệ Cao Bằng khá đa dạng, trong đó rõ rệt nhất là quặng hóa sắt (magnetit) nguồn
gốc skarn với một loạt tụ khoáng quy mô nhỏ và trung bình đang đƣợc khai thác
mạnh mẽ. Ngoài ra, các xâm nhập siêu mafic đặc biệt là các khối Suối Củn, Bó
Nỉnh và Khuổi Giàng còn có triển vọng về quặng hóa sulfur Ni-Cu-PGE (Polyakov
và nnk, 1996; Glotov và nnk, 2004; Trần Trọng Hòa, 2005). Dựa vào đặc điểm
thành phần và khoáng hóa Cu-Ni-PGE, khá gần gũi với các xâm nhập Ni-Cu-Pt
thuộc tổ hợp picrit-dolerit Limakhe, Zang Baoshan ở Hoa Nam (Trần Trọng Hòa,
2005, 2011; Izokh và nnk, 2005).

6


Hình 1.2: Bản đồ địa chất cấu trúc sông Hiến và khu vực nghiên cứu
(theo Svetlitskaya T.V. và nnk, 2017)

7


CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Cơ sở lý luận
2.1.1 Các thành tạo mafic-siêu mafic
2.1.1.1 Các đá siêu mafic
Các đá siêu mafic là sản phẩm kết tinh trực tiếp ngay trong magma dẫn vào
các lớp vỏ trái đất dƣới dạng đã kết cứng từ dƣới vỏ. Các đá siêu mafic thƣờng lộ ra
dƣới dạng các khối có kích thƣớc từ vài m2 đến vài km2. Chúng là những dấu vết
của những đƣờng nứt lớn và rất sâu của vỏ Trái đất. Trong vỏ trái đất nhóm đá siêu
mafic chỉ chiếm 0,4% khối lƣợng magma (Phan Trường Thị, 2005).
Qua nghiên cứu thạch luận, đá siêu mafic tiêu biểu cho thành phần vật chất
của lớp manti trên, nằm dƣới vỏ trái đất. Từ đó các magma khác có thành phần
kiềm và một số magma axit hơn đƣợc phân dị và xuyên lên vỏ trái đất. Vì vậy,
nghiên cứu các đá siêu mafic chính là nhằm vào dung thể magma nguyên thủy,
nguồn của hầu hết các magma khác.
Các đá siêu mafic có hàm lƣợng SiO2 thấp nhất (<45%tl), giàu hàm lƣợng
MgO (cao nhất lên đến 50%tl), FeO (cao nhất lên đến 15%tl). Ngoài các khoáng vật
màu, trong đá gần nhƣ không có bất kì loại feldspar nào. Vì vậy, các đá này có màu
đen sẫm, xám sẫm (John D.W., 2001).
Thành phần khoáng vật chính của các đá siêu mafic chỉ là các khoáng vật
màu (M>90%) olivin, clinopyroxen, orthopyroxen và horblend. Trong các khoáng
vật kiềm còn có thể gặp horblend kiềm, garnet (JohnD.W., 2001).
Các khoáng vật phụ thƣờng gặp là spinel, cromit, manhetit
Các khoáng vật thứ sinh: serpentin, talc, tremolit, actinolit, opal.
Dựa vào thành phần khoáng vật các đá siêu mafic đƣợc chia làm 10 nhóm đá
bao gồm: dunit, wehrlit, harzburgit, lherzolit, orthopyroxenit olivin, clinopyroxenit
olivin, websterit olivin, websterit, orhtopyroxenit và clinopyroxenit (hình 2.1).

8

Websterit olivin: Ngoài clinopyroxen và orthopyroxen còn có oilivin.
Pyroxen dạng tấm trụ kích thƣớc lớn bọc nhiều bao thể olivin rất tự hình. Khoáng
vật phụ có cromspinel, titanomaheit, ilmelit. Đôi khi có một lƣợng ít plagioclas,
phlogopit và amphibol. Đá có cấu tạo khối hay phân dải song song, olivin và
pyroxen tách riêng biệt thành từng dải.
Lherzolit: Đá có màu xám sẫm, xám phớt lục. Thành phần khoáng vật của
lherzolit ngoài olivin còn có cả clinopyroxen và orthopyroxen với hàm lƣợng tƣơng
đƣơng nhau. Khoáng vật phụ tiêu biểu là cromspinel. Một đặc điểm nữa là
cromspinel của lherzolit thì nghèo crom mà lại giàu nhôm. Vì vậy, cromsipnel của
lherzolit thƣờng có màu nhạt hơn với cromspinel của harzburgit. Ngoài ra, còn quan
sát thấy lherzolit có plagioclas.
2.1.1.2 Các đá mafic
Trong vỏ trái đất, các đá phun trào thành phần mafic (bazan) chiếm khối
lƣợng lớn trên cả lục địa và các đảo núi lửa và đặc biệt hầu hết sống núi giữa các đại
dƣơng. Các đá xâm nhập thành phần mafic có khối lƣợng ít hơn (chiếm 3-4% so với
toàn bộ các đá magma) nhƣng liên quan đến những mỏ kim loại lớn nhƣ sắt, đồng,
nikel….(Phan Trường Thị, 2005).
Thành phần hóa học: các đá mafic có hàm lƣợng SiO2 (45-53%tl), MgO (58%tl), FeO (7-8%tl) CaO (8-10%tl). Khác với đá siêu mafic, đá mafic có plagioclas
là khoáng vật chính, do đó Al2O3 đạt đƣợc 15-16%tl (John D.W., 2001).
Nhóm đá mafic bao gồm các đá xâm nhập độ kiềm bình thƣờng-gabbro, đá
mạch-xâm nhập nông: diaba và odinit; đá phun trào mafic có độ kiềm bình thƣờngbazan. Đá có độ kiềm bình thƣờng có hàm lƣợng (K2O+ Na2O<5%tl).Trong đó, đá
xâm nhập có độ kiềm bình thƣờng gabbro đƣợc phân loại theo thành phần khoáng
vật (hình 2.1):
 Gabbro: Plagioclas + olivin + clinopyroxen
 Norit: Plagioclas + orthopyroxen
 Troctolit: Plagioclas+ olivin
 Anorthosit: Chỉ có plagioclas

9

 Gabbro olivin: là loại đá gabbro có hàm lƣợng olivin lớn hơn 10% (Le
Maitre R. W., 2005).
 Gabbronorit: là loại đá giữa gabbro và norit. Thành phần khoáng vật bao
gồm có plagioclas + olivin + clinopyroxen + orthopyroxen (Le Maitre R. W.,
2005).
Về mặt kiến trúc, cấu tạo: các khối xâm nhập mafic thƣờng có cấu tạo đặc
trƣng là phân dải song song, không đồng nhất và cấu tạo cầu. Đối với gabbro điển
hình là kiến trúc toàn tha hình, khoáng vật màu (pyroxen) và sáng màu (plagioclas)
đều tha hình. Trong trƣờng hợp các khoáng vật màu tha hình hơn những tấm
plagioclas tự hình kiến trúc có tên gọi là kiến trúc ofit. Trong đá đơn khoáng
(anorthosit) đá có kiến trúc toàn tự hình.

Hình 2.1: Biểu đồ phân loại các đá mafic-siêu mafic dựa vào thành phần khoáng vật
(theo Streckeisen, 1974) Nguồn ISGS.

10


2.1.1.3 Phân loại các đá mafic-siêu mafic dựa vào thành phần hóa học
Các đá mafic-siêu mafic đƣợc phân ra làm nhiều loại khác nhau dựa vào
thành phần hóa học và đƣợc biểu diễn thông qua các dạng biểu đồ cụ thể nhƣ sau:
Biểu đồ AFM là một trong các biểu đồ 3 hợp phần phổ biến nhất, tên của nó
xuất phát từ các thành phần tạo nên biểu đồ A là alkalic (Na2O+K2O), Fe là tổng
oxit sắt (FeO+Fe2O3) và M là MgO (Irvine và Baragar, 1971).
Biểu đồ phân loại TAS: là một trong những biểu đồ phân loại đá magma
đƣợc sử dụng nhiều nhất hiện nay. Tổng kiềm (Na2O+K2O) và SiO2 đƣợc lấy trực
tiếp từ kết quả phân tích dƣới dạng % oxit (Cox và nnk, 1979; Wilson, 1989). Biểu
đồ phân loại các đá xâm nhập của Middlemost (1985) đƣợc phát triển dựa trên biểu
đồ phân loại TAS. Biểu đồ này có ý nghĩa thực tiễn to lớn, vì nó bao hàm toàn bộ

các đá xâm nhập.
Biểu đồ R1-R2 của De la Roche (1980) dùng để phân loại các đá núi lửa và
xâm nhập trên cơ sở tỉ lệ cation (đƣợc tính ra milication). Trên biểu đồ hai biến số:
R1 = 4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti) là hoành độ
R2 = 6Ca+ 2Mg+Al là tung độ. Chú ý ở đây Fe là tổng lƣợng sắt.
- Toàn bộ các nguyên tố chính của đá đều đƣợc sử dụng để phân loại;
- Sơ đồ chung để áp dụng cho tất cả các kiểu đá magma;
- Thành phần khoáng vật cũng có thể biểu diễn trên biểu đồ cho phép so sánh
một cách rõ ràng giữa tài liệu khoáng vật và hoá học;
- Mức độ bão hoà silic và thay đổi thành phần felspar có thể đƣợc thể hiện
trên biểu đồ này.
2.1.2 Quặng hóa đi kèm các thành tạo mafic-siêu mafic
Đối với các thành tạo siêu mafic: Khoáng sản đi kèm thƣờng là các mỏ
sulfua đồng, niken, các khoáng vật chứa các nguyên tố nhóm platin (Phan Trường
Thị, 2005).
Đối với các đá xâm nhập mafic có độ kiềm bình thƣờng - gabbro, khoáng sản
đi kèm thƣờng là manhetit có thể khai thác công nghiệp trong khối gabbro chứa
những thể dung ly. Ví dụ, mỏ titano-manhetit ở Núi Chúa (Thái Nguyên). Niken và

11


đồng dƣới dạng sulfua phân tán hay dạng mạch nằm bên trong khối. Các gabbro
cộng sinh cùng các đá siêu mafic khác ở Việt Nam còn thấy Pt, Pd, Au, ....(Khối
Núi Chúa, Khối Khao Quế, Cao Bằng) (Polyakov và nnk, 1996).
2.1.3 Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Trên thế giới: đã có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan tới các đá
mafic-siêu mafic và quặng hóa Cu-Ni-PGE đi kèm. Dean M.H., và nnk (1998) đã
nghiên cứu về quặng hóa Cu-Ni-PGE của các khối xâm nhập mafic-siêu mafic tuổi
Permi ở Úc. Vaillan C., và nnk (2003) đã tiến hành nghiên cứu, điều tra và đánh giá

khả năng chứa PGE của các khối mafic-siêu mafic ở khu vực Ontario, Canada.
Sergey F.S., và nnk (2014) đã tiến hành nghiên cứu về các đá xâm nhập mafic-siêu
mafic ở khu vực Noril’sk, Siberia và khả năng chứa quặng sulfide Cu-Ni-PGE của
chúng. Ngoài ra, các nghiên cứu của Wang D.H., và nnk (2001), Wang C.Y., và nnk
(2010), Wang M., và nnk (2012) và Le Zhang và nnk (2017), cũng đã chỉ ra khả
năng chứa quặng Cu-Ni-PGE của các thành tạo mafic-siêu mafic ở tỉnh thạch học
lớn Emeishan, Trung Quốc.
Ở Việt Nam: Polyakov và nnk (1996) đã giới thiệu một cách khách quan
những phát hiện lần đầu tiên ở nƣớc ta về một số thành tạo magma đặc thù
(komatit) có ý nghĩa quan trọng trong việc xác lập những tiền đề mới đánh giá triển
vọng của khoáng sản Cu-Ni-PGE. Trần Trọng Hòa và nnk (2005, 2011, 2016) đã
tiến hành nghiên cứu chi tiết về đặc điểm thạch học, khoáng vật và địa hóa của một
số khối mafic-siêu mafic (Suối Củn, Bó Nỉnh, Núi Chúa, Khao Quế…). Trần Trọng
Hòa và nnk (2017) và Svetliskaya T.V. và nnk (2017) đã chỉ ra khả năng chứa
quặng Ni-Cu-PGE của các xâm nhập mafic-siêu mafic phức hệ Cao Bằng và mối
liên quan của chúng với tỉnh thạch học lớn Emeishan. Khối Khuổi Giàng mới đƣợc
phát hiện trong những năm gần đây trong công tác đo vẽ bản đồ địa chất 1.50.00
của các nhà địa chất Đoàn 105 đóng tại Cao Bằng. Khối nằm phía đông nam của
khối Suối Củn và thuộc phức hệ Cao Bằng. Trong khi khối Suối Củn đã có nhiều tài
liệu nghiên cứu chi tiết về thành phần vật chất và quặng hóa thì khối Khuổi Giàng
lại chƣa có nhiều tài liệu nghiên cứu chuyên sâu.
12


2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Phân tích lát mỏng thạch học
Phân tích lát mỏng thạch học nhằm xác định thành phần khoáng vật, xác định
các dấu hiệu biến đổi, các khoáng vật thay thế, khoáng vật phụ đặc trƣng, cũng nhƣ
kiến trúc, cấu tạo của đá từ đó chính xác tên gọi của các đá.
Các mẫu đá mafic, siêu mafic đƣợc gia công thành các lát mỏng thạch học có

kích thƣớc 2x4cm và có độ dày là 0,03mm và đƣợc phân tích dƣới kính hiển vi
phân cực ZEISS Axioskop 40 tại phòng Khoáng sản-Viện Địa chất, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.2.2 Phân tích khoáng tướng
Phân tích khoáng tƣớng nhằm xác định chính xác tên của các khoáng vật tạo
quặng, mối tƣơng quan và thứ tự thành tạo của các khoáng vật quặng. Mẫu đƣợc
phân tích dƣới kính hiển vi phản quang.
Các mẫu khoáng tƣớng đƣợc gia công và phân tích tại Trung tâm phân tíchViện Địa chất và khoáng vật học Novosibirsk, Nga
2.2.3 Phân tích huỳnh quang tia X (XRF)
Huỳnh quang tia X (X-ray fluorescence) là các tia X đặc trƣng đƣợc tạo ra do
kết quả của một vật liệu bị bắn bởi tia X. Cơ chế để tạo ra huỳnh quang tia X gồm 4
bƣớc: Bƣớc đầu tiên là khi một tia X va chạm với một nguyên tử và sau đó một
elctron từ lớp bên trong cùng gần hạt nhân nhất sẽ bị bắn ra, để lại một lỗ trống và
sau đó electron từ lớp ngoài sẽ rơi xuống và lấp đầy lỗ trống đó. Các electron rơi từ
lớp có năng lƣợng cao (lớp bên ngoài) tới lớp có năng lƣợng thấp (lớp bên trong)
bức xạ khác biệt về năng lƣợng sẽ sinh ra một sóng điện tử (tia X huỳnh quang).
Quang phổ của huỳnh quang tia X đƣợc dùng đề nghiên cứu thành phần hóa học
của mẫu và chia thành phân tích định tính và phân tích định lƣợng. Phân tích định
tính giúp chúng ta có thể xác định thành phần các nguyên tố có trong mẫu. Phân
tích định lƣợng đƣợc sử dụng để xác định hàm lƣợng của các nguyên tố trong mẫu.
Phân tích huỳnh quang tia X có thể sử dụng để xác định 83 nguyên tố tồn tại trong
tự nhiên có trong bảng hệ thống tuần hoàn. XRF đƣợc dùng để định lƣợng hàm

13


lƣợng của các nguyên tố chính (từ một đến vài chục %). Ngoài ra, XRF cũng có thể
dùng để phân tích định lƣợng các nguyên tố vi lƣợng (nhƣ Ba, Nb, Sr, Y, Cu, Pb,
Zn, Ni, Co, Mo, U, Th theo ppm).
Các mẫu tƣơi đƣợc nghiền nhỏ tới kích thƣớc <40µm. Hàm lƣợng mất khi

nung đƣợc tính sau khi nung mẫu ở nhiệt độ 1000oC trong vòng 1h. Thêm vào 9,0 g
Lithium Borate Flux (Li2B4O7-LiBO2) vào (0,9 g) mẫu, trộn đều và nung nóng tự
động từ 1050 đến 1100oC. Mẫu nóng chảy đƣợc đổ vào khuôn platin và đƣợc làm
nguội nhanh tạo thành đĩa thủy tinh. Đĩa này sau đó đƣợc phân tích bởi quang phổ
huỳnh quang tia X (XRF) AXIOS. Độ chính xác của số liệu đối với các nguyên tố
chính là tốt hơn 2%. Các mẫu XRF đƣợc phân tích tại phòng thí nghiệm khoáng vật
ALS, Guangzhou, Trung Quốc.
2.2.4 Phân tích khối phổ plasma (ICP-MS)
Khồi phổ plasma (Inductively coupled plasma mass spectrometry-ICP–MS)
là phƣơng pháp kĩ thuật khá mới và giàu tiềm năng trong nghiên cứu địa hoá. Nói
chung, phƣơng pháp có khả năng xác định phần lớn các nguyên tố trong bảng tuần
hoàn với giới hạn phát hiện thấp và độ chính xác cao. Các nguyên tố đƣợc xác định
một cách đồng thời và nhanh. Hệ thống ICP-MS bao gồm một nguồn ICP (nguồn
cảm ứng cao tần plasma) nhiệt độ cao và một khối phổ kế. Nguồn ICP chuyển các
nguyên tử của nguyên tố trong mẫu thành các ion. Sau đó, những ion này đƣợc phân
tách và phát hiện bằng thiết bị khối phổ. Khí Argon đƣợc bơm qua rãnh đồng tâm
của đuốc ICP. Cuộn cao tần RF đƣợc nối với một bộ phát cao tần (RF). Khi dòng
điện đƣợc cấp cho cuộn cao tần từ bộ phát cao tần, dao động điện trƣờng và từ
trƣờng sẽ đƣợc tạo thành ở cuối đuốc ICP. Khi dòng khí argon đƣợc đánh lửa qua
đuốc ICP, các điện tử sẽ đƣợc tách khỏi nguyên tử Argon, để tạo thành ion Argon.
Những ion này bị giữ lại trong các trƣờng dao động và va chạm với các nguyên tử
Argon

khác

tạo

thành

plasma

( />
intro.html).
Phƣơng pháp khối phổ plasma (ICP-MS) đƣợc sử dụng để xác định hàm
lƣợng của các nguyên tố nhóm đất hiếm (REE-La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb,…), các

14