ĐẶC ĐIỂM BIẾN CHẤT TRAO ĐỔI LIÊN QUAN ĐẾN CÁC ĐÁ Ở MỎ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TÂN
LẬP, LẬP THẠCH (VĨNH PHÚC)
NGUYỄN
PHƯƠNG, ĐỖ VĂN NHUẬN, NGUYỄN TRỌNG TOAN,
Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội
Tóm tắt: Các đá biến chất trao đổi đã được phát hiện đầu năm 2006 ở vùng Tân
Lập, Lập Thạch (Vĩnh Phúc) trong quá trình thăm dò đá magma làm vật liệu xây dựng thông thường. Các kết quả
nghiên cứu bước đầu đã làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất, đặc điểm thạch
học và nguồn gốc của chúng. Các kết quả nghiên cứu mới nhất cho phép các tác
giả xác định được nguồn gốc các đá biến chất trao đổi ở đây khá độc đáo, thuộc
kiểu skarn magnesi được thành tạo theo tiến trình giảm dần của nhiệt độ, đặc
trưng bởi 3 tổ hợp cộng sinh khoáng vật kế tiếp nhau: forsterit + điopsiđ +
spinel, serpentin + talc và serpentin + magnesit. Chất lượng của các đá này đáp ứng được
yêu cầu làm vật liệu thông thường và sản xuất bê tông cốt thép nhãn cao.
I. MỞ ĐẦU
Các đá biến chất trao đổi skarn ở nước ta khá phổ biến, như đã gặp ở
Thạch Khê, Bù Me, Đá Liền, .... Tuy nhiên, loại skarn calci thường hay gặp, còn
skarn magnesi hiếm gặp hơn. Trước khi thăm dò, các đá đã và đang được khai thác
ở một số mỏ thuộc vùng Lập Thạch vẫn được gọi là granit. Các kết quả nghiên cứu
mới nhất cho phép các tác giả xác định được nguồn gốc các đá biến chất trao đổi
ở đây là đá biến chất trao đổi đa giai đoạn kiểu skarn magnesi, thành tạo theo
tiến trình giảm dần của nhiệt độ từ cao xuống thấp với các tổ hợp cộng sinh
khoáng vật khá đặc trưng. Ngoài việc nghiên cứu các đặc tính của đá phục vụ yêu
cầu làm vật liệu thông thường và vật liệu xây dựng, kết quả nghiên cứu còn xác
định được tiền đề tìm kiếm khoáng sản mới.
II. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MỎ
Diện tích nghiên cứu thuộc địa phận huyện Lập Thạch (Vĩnh Phúc). Diện tích có biểu hiện biến chất trao đổi phân bố ở phía ĐN và chiếm hơn 1/3 diện tích
nghiên cứu.
Tham gia vào cấu trúc địa chất của khu mỏ có các đá
pha 1 của phức hệ Sông Chảy (G/aD1 sc1) và hệ tầng Thác Bà (NP-e1 tb) [2]. Phức
hệ Sông Chảy gồm các đá granit hai mica dạng gneis, granođiorit dạng gneis,
plagiogranit dạng gneis, granit dạng porphyr. Thành phần khoáng
vật chủ yếu gồm (%): thạch anh (25-35), plagioclas (30-40), biotit và muscovit
(5-10), thứ yếu có felspat kali; các khoáng vật phụ có sillimanit, apatit,
sphen, tourmalin, granat với hàm lượng không đáng kể. Thành phần hoá học (%):
SiO2 = 61,96-65,36; Al2O3 = 5,86-14,78;
FeO+MgO = 3,18 – 6,38; CaO = 6,86-22,4; Na2O+ K2O =
1,83-3,35, trong đó Na2O > K2O. Nhìn chung, thành phần khoáng
vật và hóa học của granit khá ổn định, hàm lượng độc hại SO3 thấp
hơn chỉ tiêu cho phép.
Hệ tầng Thác Bà phân
bố ở phía nam và ĐN, với diện phân bố không lớn. Các đá của hệ tầng thường bị
các khối granitoiđ phức hệ Sông Chảy xuyên cắt. Mặt cắt tốt nhất của hệ tầng lộ
ra từ Vân Nam đi Bến Giềng, gồm có 2 phần sau:
- Phần dưới: đá phiến thạch anh -
sericit-chlorit, đá phiến hai mica xen các lớp mỏng quarzit, gneis migmatit;
- Phần trên: quarzit phân lớp
dày, đá hoa phân dải.
Bề dày của hệ tầng khoảng 1800-2200 m.
Đặc điểm hình thái đới đá biến chất trao đổi: Đới đá biến
chất trao đổi nằm ở khoảng tiếp xúc giữa các đá nguyên thủy là đá hoa chứa
đolomit hoặc đolomit hóa của hệ tầng Thác Bà
và các khối granitoiđ của phức hệ Sông Chảy [1]. Chiều dày đới thay đổi từ 70 đến 200 m, chiều
sâu chưa khống chế được do các lỗ khoan còn hạn chế, cần tiếp tục đầu tư
nghiên cứu thêm. Khống chế cấu trúc khu mỏ là hệ thống đứt gãy TB-ĐN, hệ thống
này hoạt động đến tận Kainozoi.
III. ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT ĐÁ BIẾN CHẤT TRAO ĐỔI
1. Thành phần khoáng vật, cấu tạo và kiến trúc
Kết quả
phân tích lát mỏng cho thấy đá biến chất trao đổi ở đây có thành phần khoáng
vật chủ yếu là serpentin, thứ yếu là điopsiđ, spinel và magnesit. Độ hạt nhỏ mịn. Kiến
trúc vi vảy (sợi) biến tinh. Các khoáng vật phân bố, sắp xếp có xu hướng định
hướng, tạo ra các kiểu cấu tạo phân dải. Các khoáng vật trên được thành tạo
theo tiến trình giảm dần của nhiệt độ với 3 tổ hợp cộng sinh khoáng vật đặc
trưng là forsterit + điopsiđ + spinel (nhiệt độ cao), serpentin + talc và serpentin + magnesit (nhiệt độ thấp), trong đó hai
tổ hợp cộng sinh nhiệt độ thấp thay thế chồng lấn tổ hợp cộng sinh nhiệt độ cao
(forsterit đã bị thay thế hoàn toàn, chỉ còn sót một phần điopsiđ và spinel).
- Điopsiđ: Hầu như có mặt thường xuyên trong các mẫu. Hàm lượng dao động trong khoảng 3-11 %; dưới
kính hiển vi phân cực các tinh thể điopsiđ bị gặm mòn thay thế
mạnh, hiện còn sót lại dưới dạng các nhân sót hình tròn hoặc gần tròn, kích
thước 0,01-1,5 mm, thường 0,1-0,5 mm, gần như không màu đến phớt lục, cắt khai
hoàn toàn, thường phát triển dày (kiểu đialag), tắt xiên C^Ng = 40-45°, giao
thoa xanh bậc 2, một số có song tinh.
- Spinel: Có mặt khá
phổ biến trong các mẫu. Hàm lượng dao động trong khoảng 1-8 %, dạng hạt tự hình, nửa tự hình, ít bị gặm
mòn thay thế, kích thước 0,05-0,7 mm, không màu, độ nổi cao, cắt khai không
hoàn toàn, không giao thoa.
-
Serpentin: Có mặt thường xuyên trong các mẫu với hàm lượng cao. Màu xám phớt xanh, ánh thuỷ tinh. Hàm lượng dao động trong khoảng 27-95 %, thường là 70-85 %. Dưới kính
hiển vi phân cực, serpentin chủ
yếu có dạng sợi (chrysotil), chiều dài 0,01-0,5 mm, tập hợp tỏa tia kiểu rẻ
quạt, đôi khi dạng tấm (loại antigorit), kích thước 0,05-2 mm, hoặc giả hình
theo các hạt forsterit, điopsiđ nguyên thủy. Serpentin thường không màu, tắt
đứng, dấu kéo dài dương, giao thoa xám sáng bậc 1.
- Talc: Có mặt không phổ biến, hàm lượng dao động trong khoảng 1-5 %, dạng vảy ẩn tinh đến vảy nhỏ tha hình 0,03
mm, không màu, dấu kéo dài dương, giao thoa xanh bậc 3, phân bố không đều,
thường tạo đám, ổ nhỏ.
- Magnesit: Màu trắng
phớt xám, ánh thuỷ tinh. Có mặt không thường xuyên, dao động trong khoảng 1-5 %, có mẫu đạt 20-30 %, cá biệt tới 70 %. Dưới kính hiển vi phân cực, magnesit có dạng
hạt tự hình, nửa tự hình, kích thước 0,01-0,15 mm, không màu, giả hấp phụ rõ,
cắt khai hoàn toàn, giao thoa trắng bậc cao, thường tạo đám, ổ nhỏ, đôi chỗ tạo
vi mạch. Ở các vết lộ tự nhiên và các
lỗ khoan thăm dò, đã phát hiện các mạch có chiều dày 0,5-1 m, phát triển đến độ
sâu 20-35 m.
Ngoài ra ở một số mẫu gặp ít (hoặc không đáng kể) thạch anh, tourmalin,
opal, sphen, pyrit.
|
|
Ảnh 1. Tập hợp serpentin
thay thế Phóng đại 50
lần, chụp dưới 2 nicol vuông góc. |
|
|
|
|
Ảnh 2. Tổ hợp cộng sinh
serpentin + talc thay thế tổ hợp cộng sinh
forsterit + điopsiđ + spinel. Phóng đại 50 lần, chụp dưới
2 nicol vuông góc. |
|||
|
|
Ảnh 3. Tổ hợp cộng sinh
serpentin + magnesit thay thế Phóng đại
50 lần, chụp dưới 2 nicol vuông góc. |
|
||
2. Thành phần hoá học
Kết quả phân tích hóa silicat 13 chỉ tiêu đã xác định được thành phần hóa
học của các đá biến chất trao đổi thuộc vùng nghiên cứu như sau (%): SiO2 =
42,72-55,14, trung bình 48,13; TiO2 = 0 - 0,004; Al2O3:
5,86 - 13,77, trung bình 10,07; Fe2O3 = 0,06 - 1,03,
trung bình 0,35; FeO = 1,58 - 5,46, trung bình 3,3; MgO = 1,21 - 4,75, trung
bình 2,55; CaO = 14,42 – 27,16, trung bình 21,83; K2O + Na2O
= 1,08 - 5,41, trung bình 2,89; SO3 = 0,66 - 1,09, trung bình 0,86;
P2O5 = 0,004 - 0,053, trung bình 0,016.
3. Tính năng phóng xạ
Kết quả phân tích tham số vật lý cho thấy đá mỏ Núi Bục thuộc vùng nghiên
cứu có cường độ phóng xạ nhỏ từ 0,8-2,0 mR/h, trung bình
1,35 mR/h (giới hạn
cho phép < 30mR/h). Do đó, trong quá trình khai thác đá làm
vật liệu xây dựng thông thường, khả năng phóng xạ trên không ảnh hưởng đến môi
trường xạ và người sử dụng.
4. Tính chất cơ lý
Kết quả phân tích 20 mẫu cơ lý đá cho kết quả
như sau:
Bảng 1. Kết quả
phân tích cơ lý đá vùng núi Bục, Tân Lập, Lập Thạch.
|
STT |
Chỉ tiêu cơ lý |
Đơn vị tính |
Kết quả thí nghiệm |
||
|
Nhỏ nhất |
Lớn nhất |
Trung bình |
|||
|
1 |
Dung trọng (d) |
g/cm3 |
2,77 |
2,98 |
2,87 |
|
2 |
Tỷ trọng (D) |
g/cm3 |
2,81 |
3,05 |
2,94 |
|
3 |
Độ rỗng (n) |
% |
1,01 |
5,63 |
2,35 |
|
4 |
Độ hút nước (W) |
% |
0,25 |
1,39 |
0,61 |
|
5 |
Hệ số hoá mềm (Ko) |
% |
0,86 |
0,95 |
0,91 |
|
6 |
Cường độ kháng nén khô (d) |
kg/cm2 |
1167 |
1634 |
1477 |
|
7 |
Cường độ kháng nén bão
hoà (d) |
kg/cm2 |
1057 |
1474 |
1344 |
|
8 |
Lực dính kết (C) |
kg/cm2 |
175 |
250 |
221 |
|
9 |
Góc
ma sát trong (j) |
độ |
38°10’ |
40°10' |
39°30' |
Tóm lại, với thành phần khoáng vật, thành phần hóa học, các đặc tính cơ
lý, tính năng phóng xạ và chất độc hại dưới mức cho phép, các đá biến chất trao
đổi ở mỏ Núi Bục vùng Tân Lập không chỉ đáp ứng được yêu cầu làm vật liệu thông
thường rải đường mà còn đáp ứng yêu cầu sản xuất bê tông cốt thép nhãn cao.
IV. ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH BIẾN CHẤT TRAO ĐỔI
Bước đầu khi nghiên cứu tại
thực địa và quan sát dưới kính hiển vi phân cực, có thể thấy các đá ở đây khá
giống với serpentinit hoặc listwaenitoiđ, đó là các sản phẩm biến đổi nhiệt
dịch của các đá magma siêu mafic. Tuy nhiên, sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng và chi
tiết đặc điểm thành phần vật chất, kiến trúc, cấu tạo, đặc điểm phân bố, dạng
nằm cũng như các yếu tố kiến tạo khống chế, chúng tôi cho rằng các đá biến đổi
ở đây là loại đá biến chất trao đổi khá độc đáo, thành tạo theo tiến trình
giảm dần của nhiệt độ, trước tiên thành tạo tổ hợp cộng sinh khoáng vật
forsterit + điopsiđ + spinel (nhiệt độ cao), sau đó nhiệt độ giảm thành tạo tổ
hợp cộng sinh khoáng vật serpentin + talc, serpentin + magnesit (nhiệt độ thấp)
thay thế chồng lấn gần như phần lớn tổ hợp cộng sinh khoáng vật nhiệt độ cao
(trong đó forsterit bị thay thế hoàn toàn, chỉ còn sót một phần điopsiđ và
spinel).
Dựa vào
những dấu hiệu nêu trên có thể khẳng định các đá ở vùng nghiên cứu có nguồn gốc
biến chất trao đổi thay thế đa giai đoạn kiểu skarn
magnesi, được
hình thành ở đới sâu vừa. Đây là sản phẩm trao đổi thay
thế giữa đá carbonat chứa magnesi (đá hoa chứa đolomit hoặc đolomit hóa) của hệ tầng Thác Bà và các khối granitoiđ của phức hệ
Sông Chảy.
V. KẾT LUẬN
1. Các đá ở vùng nghiên cứu thuộc
xã Tân Lập, huyện Lập Thạch (Vĩnh Phúc) có nguồn gốc biến chất trao đổi thay
thế đa giai đoạn kiểu skarn magnesi.
2. Các đá ở đây không chỉ đáp ứng được yêu cầu làm vật liệu thông thường
rải đường mà còn đáp ứng yêu cầu sản xuất bê tông cốt thép nhãn cao.
3. Quá trình biến chất trao đổi có thể hình thành các tích tụ có triển
vọng spinel, magnesit cần đầu tư nghiên cứu thêm.
VĂN LIỆU
1. Nguyễn Trọng Toan (Chủ biên), 2006. Báo cáo Kết quả thăm dò đá magma làm VLXD thông thường mỏ Núi Bục, Tân
Lập, Lập Thạch, Vĩnh Phúc. Lưu trữ Công ty CPCTGT Sông Đà, Hà Nội.