§Æc ®iÓm bao thÓ vµ nhiÖt ®é thµnh t¹o granitoit

ĐẶC ĐIỂM BAO THỂ VÀ NHIỆT ĐỘ THÀNH TẠO GRANITOIĐ, QUẶNG THIẾC-WOLFRAM VÀ VÀNG Ở VIỆT NAM

HOÀNG SAO

Tổng hội Địa chất Việt Nam, 6 Phạm Ngũ Lão, Hà Nội

Tóm tắt: Bao thể là những vật thể nhỏ nằm bên trong khoáng vật, được tạo thành trong quá trình kết tinh của khoáng vật. Các loại bao thể trong khoáng vật được phân thành 3 nhóm: bao thể rắn, bao thể khí và bao thể lỏng - hỗn hợp. Dựa vào thời gian thành tạo bao thể so với khoáng vật bao chúng, có thể chia ra: bao thể nguyên sinh, bao thể nguyên-thứ sinh và bao thể thứ sinh. Hiện nay những phương pháp đồng hóa, nghiệm lạnh, nung nổ, hóa, lý… được sử dụng để nghiên cứu các loại bao thể, nhằm xác định các thông số hóa-lý (nhiệt độ, thành phần, áp suất) định lượng của môi trường tạo khoáng và trên cơ sở đó luận giải chính xác nhiều vấn đề về địa chất học.

Nghiên cứu các loại bao thể trong thạch anh của granitoiđ khối Trúc Khê - Núi Điệng, khối Thiện Kế và trong các mạch quặng thiếc-wolfram, vàng ở Việt Nam bằng phương pháp đồng hóa và nung nổ đạt được một số kết quả sau:

1. Granitoiđ khối Trúc Khê - Núi Điệng và Thiện Kế chứa các bao thể nguyên sinh: kết tinh và thủy tinh với nhiệt độ thành tạo từ 600-700 đến 980^oC.

2. Những bao thể trong thạch anh của các kiểu quặng thiếc-wolfram ở Việt Nam rất phong phú, đa dạng, thường gồm 5 loại bao thể nguyên sinh: khí, khí-lỏng, nhiều pha, lỏng carbonic và lỏng-khí, được thành tạo trong hai giai đoạn: khí hóa - nhiệt dịch (300-500°C) với áp suất 650-1300 At và nhiệt dịch nhiệt độ cao - trung bình (145-390°C) với áp suất 750-1210 At. Quặng thiếc-wolfram tập trung cao, thường có giá trị công nghiệp được thành tạo ở giai đoạn nhiệt dịch nhiệt độ cao - trung bình (145-390°C).

3. Những bao thể trong thạch anh của các kiểu vàng gốc ở Việt Nam rất phong phú, đa dạng; thường gặp 3 loại bao thể nguyên sinh: khí-lỏng, lỏng-khí, nhiều pha, được thành tạo ở giai đoạn nhiệt dịch nhiệt độ cao - trung bình (230-370°C) và trung bình - thấp (120-290°C). Quặng vàng gốc tập trung cao, thường có giá trị công nghiệp được thành tạo ở giai đoạn nhiệt dịch nhiệt độ trung bình - thấp (120-290°C).

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BAO THỂ TRONG KHOÁNG VẬT

Bao thể là những vật thể nhỏ nằm bên trong khoáng vật, có từ hình cầu, hình nhiều cạnh, ngọn lửa đến hình ống …, phụ thuộc vào hình dạng của khe nứt và các dạng khuyết tật được tạo ra trong khoáng vật trong quá trình kết tinh. Thành phần vật chất lấp đầy trong bao thể chính là phần nhỏ của dung thể hoặc dung dịch tạo nên khoáng vật chứa bao thể đó. Kích thước bao thể rất thường từ vài đến 50 µ, vì vậy chỉ có thể nhìn thấy bao thể trong khoáng vật dưới kính hiển vi chuyên dụng có độ phóng đại lớn.

Bao thể trong khoáng vật đã được phát hiện từ lâu. Người đầu tiên phát hiện, nghiên cứu bao thể là nhà địa chất người Anh Sorby (1858). Nhưng do phương tiện nghiên cứu những vật thể rất bé này thời bây giờ còn hạn chế, nên một thời gian dài thành tựu này bị lãng quên. Mãi đến năm 1940, các nhà địa chất mới bắt đầu nghiên cứu bao thể trong khoáng vật và sau đó việc này phát triển mạnh mẽ, hình thành một môn khoa học mới gọi là “nhiệt áp - địa hoá”, chiếm vị trí trung gian giữa khoáng vật và địa hoá.

Dựa vào trạng thái tập hợp, thành phần và nguồn gốc bao thể trong khoáng vật, nhà địa chất người Nga N.P. Ermakov [5] chia bao thể thành ba nhóm (Hình 1).

Hệ thống phân loại bao thể theo pha ở nhiệt độ trong phòng của nhà địa chất người Anh T.J. Shepherd [11] gồm các loại bao thể:

- Bao thể lỏng có thành phần lỏng 100 % thể tích bao thể.

- Bao thể lỏng-khí có thành phần lỏng > 50 % thể tích bao thể.

- Bao thể khí-lỏng có thành phần khí 50-80 %, còn lại là chất lỏng.

- Bao thể khí có thành phần khí 100 % thể tích bao thể.

- Bao thể nhiều pha có thành phần rắn, lỏng, khí, trong đó rắn <50 % thể tích bao thể.

- Bao thể rắn nhiều pha có thành phần rắn, lỏng, khí, trong đó rắn >50% thể tích bao thể.

- Bao thể lỏng nhiều pha có thành phần hai chất lỏng khác nhau không trộn vào nhau và khí.

- Bao thể thủy tinh có thành phần thủy tinh >50 % và một ít khí và chất rắn khác.

Dựa vào quan hệ của bao thể với các đới phát triển, các vi khe nứt, các dạng khuyết tật trong khoáng vật, thời gian tương đối thành tạo, bao thể được chia thành ba nhóm:

- Nhóm bao thể nguyên sinh, được thành tạo đồng thời với sự kết tinh của khoáng vật, cùng nguồn dung thể hoặc dung dịch tạo nên chúng;

- Nhóm bao thể thứ sinh, được thành tạo không đồng thời với sự kết tinh của khoáng vật, mà sau khi khoáng vật đã kết tinh. Thành phần vật chất trong bao thể thứ sinh không cùng dung thể hoặc dung dịch tạo nên khoáng vật đó;

- Nhóm bao thể nguyên-thứ sinh, được thành tạo ở khoảng trung gian giữa bao thể nguyên sinh và thứ sinh.

Hiện nay những phương pháp sau đây được dùng để tiến hành nghiên cứu bao thể trong khoáng vật:

- Phương pháp đồng hoá (Homogenization), nghiên cứu bao thể hai pha, ba pha, nhiều pha trong khoáng vật bằng cách nung tấm mỏng chứa bao thể trong lò nung cho đến khi các pha biến thành một thể đồng nhất (một pha), nghĩa là làm ngược lại quá trình kết tinh của khoáng vật trong tự nhiên.

- Phương pháp nghiệm lạnh (Cryometry), nghiên cứu bao thể trong lò làm lạnh dưới 0⁰C, nhằm xác định thành phần, nồng độ dung dịch, sự hoá lỏng, sự đóng băng các khí, nhiệt-động của dung dịch và sự biến đổi pha trong bao thể.

- Phương pháp nung nổ (Decrepitation), nghiên cứu bao thế trong lò nung, làm nổ vỡ bao thể để xác định nhiệt độ, áp suất tạo khoáng và độ chứa chất bốc trong khoáng vật.

- Phương pháp hoá và lý, nhằm xác định thành phần vật chất của bao thể.

- Phương pháp áp suất, xác định áp suất của môi trường tạo khoáng dựa vào nhiệt độ và thành phần của bao thể trong khoáng vật.

II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BAO THỂ TRONG KHOÁNG VẬT Ở VIỆT NAM

1. Đặc điểm bao thể và nhiệt độ tạo granitoiđ các khối Trúc Khê - Núi Điệng và Thiện Kế vùng Tam Đảo

a. Granitoiđ khối Trúc Khê - Núi Điệng được cấu thành bởi ba pha xâm nhập. Pha đầu gồm có granođiorit, granit biotit, granit biotit albit hoá; pha hai – granit biotit dạng porphyr, granit granophyr và granit porphyr; và pha sau cùng – granit biotit hạt nhỏ.

Bằng phương pháp đồng hoá, những bao thể trong khoáng vật của granitoiđ khối Trúc Khê - Núi Điệng thể hiện những đặc điểm sau:

Thạch anh của granitoiđ pha đầu chứa các bao thể tinh nguyên sinh. Loại bao thể này thường phân bố đơn lẻ, tập hợp từ hai bao thể trở lên thường rất hiểm. Những bao thể này có dạng cầu hay hình nhiều cạnh với kích thước thay đổi từ 5 đến 20 µ. Thành phần pha trong bao thể: chất rắn (4-5 tinh thể) có dạng lập phương, hình sáu cạnh và một ít chất khí, đôi nơi ở chỗ tiếp xúc giữa các chất rắn có một ít chất lỏng (Hình 1a). Nhiệt độ đồng hoá của những bao thể này thay đổi từ 600-700 đến 980^oC.

Thạch anh trong granitoiđ của pha đầu chứa các bao thể thứ sinh: khí, lỏng-khí và nhiều pha ( Hình 2c, d).

Thạch anh của granit dạng porphyr, granit granophyr và granit porphyr pha hai chứa bao thể nguyên sinh: kết tinh và thủy sinh.

Bao thể kết tinh có dạng elipsoiđ, hình nhiều cạnh với kích thước thay đổi từ 8 đến 24 µ. Thành phần pha trong bao thể: rắn 80-90 %, khí 5-10 %, lỏng 5 % thể tích bao thể.

Bao thể thuỷ tinh thường có dạng hình nhiều cạnh với kích thước 10-20 µ. Thành phần pha trong bao thể: chất rắn thuỷ tinh chiếm chủ yếu và một ít pha khí (< 5%) (Hình 2.b).

Bằng phương pháp nung nổ, các bao thể trong granitoiđ pha xâm nhập đầu có 3-4 đỉnh nổ cực đại (Hình 3.a, b, c). Đỉnh nổ cực đại đầu ở khoảng nhiệt độ 80-140^oC. Đỉnh nổ cực đại giữa có số lượng thoát khí lớn nhất của granođiorit khoảng nhiệt độ 300-500^oC, của granit biotit ở 200-300^oC. Đỉnh nổ cực đại sau cùng ở khoảng nhiệt độ 540-600^oC. Đỉnh nổ cực đại trong khoảng nhiệt độ 80-140^oC thể hiện trong tất cả các biểu đồ nổ của granitoiđ pha xâm nhập đầu. Điều đó chứng tỏ hoạt động nhiệt độ nhiệt dịch ở khoảng nhiệt độ này tác động tích cực lên các granitoiđ này.

Các biểu đồ nổ bao thể của granitoiđ pha hai đại thể giống các biểu đồ nổ của granitoiđ pha đầu. Ở đây cũng có 3-4 đỉnh nổ cực đại (Hình 4.a, b) với các khoảng nhiệt độ 80-140, 200-360 và 500-640°C.

Các biểu đồ nổ bao thế của granit biotit hạt nhỏ, của pha xâm nhập sau cùng khác với các biểu đồ nổ granitoiđ của hai pha đầu. Granit biotit hạt nhỏ do kết tinh trong điều kiện thành phần chất bốc và áp suất nhỏ, nên trong granit này rất hiếm có bao thể kết tinh và bao thể khí, nên biểu đồ nổ cực đại của chúng chỉ có hai khoảng nhiệt độ 80-120 và 500-600°C (Hình 4.c, d).

Dựa vào phương pháp đồng hoá và nung nổ bao thể, nhiệt độ thành tạo granitoiđ khối Trúc Khê - Núi Điệng bắt đầu từ 980°C và kết thúc ở khoảng 540°C.

b. Granit khối Thiện Kế được cấu thành bởi hai pha xâm nhập. Pha đầu là granit hai mica hạt lớn và pha hai là granit hai mica hạt trung bình - nhỏ.

Thạch anh trong hai loại granit này chứa bao thể kết tinh nguyên sinh. Các bao thể này có dạng hình cầu, hình nhiều cạnh với kính thước 8-30 µ. Thành phần pha trong bao thể: rắn 65-75 %, lỏng 10-15 %, khí 5 % thể tích bao thể (Hình 5.a).

Thạch anh trong granit khối Thiện Kế chứa các bao thể thứ sinh: khí, khí-lỏng và lỏng-khí (Hình 5.b).

Hình 3. Biểu đồ nổ bao thể trong thạch anh của granitoiđ pha xâm nhập đầu
khối Trúc Khê - Núi Điệng vùng Tam Đảo.

Ghi chú: a. Granođiorit, b. Granit biotit, c. Granit biotit albit hóa

Hình 4. Biểu đồ nổ bao thể trong thạch anh của granitoiđ của các pha xâm nhập 2 và 3
khối Trúc Khê - Núi Điệng vùng Tam Đảo.

Ghi chú: a. Granit granophyr; b. Granit biotit porphyr; c, d. Granit biotit hạt nhỏ

Hình 5. Những dạng bao thể trong thạch anh của granit và pegmatit
khối Thiện Kế vùng Tam Đảo.

Ghi chú: a. Bao thể kết tinh nguyên sinh trong thạch anh của granit hai mica (×2000);

b. Bao thể khí thứ sinh trong thạch anh của granit hai mica (×2000);

c. Bao thể nhiều pha trong thạch anh của pegmatit (×2000);

d. Bao thể lỏng-khí trong thạch anh của pegmatit (×2000).

Biểu đồ nổ bao thể của granit hai mica hạt lớn được đặc trưng bởi 3-4 đỉnh nổ cực đại ở các khoảng nhiệt độ 80-120, 200-300 và 460-580°C. Độ thoát khí lớn nhất trên các biểu đồ nổ thể hiện rõ ở khoảng nhiệt độ 460-580°C (Hình 6.a, b).

Biểu đồ nổ bao thể của granit hai mica hạt trung bình - nhỏ có hai đỉnh nổ cực đại trong khoảng 60-140 và 200-300°C, còn đỉnh nổ cực đại ở khoảng nhiệt độ 500-560°C không đặc trưng (Hình 6.c, d).

c. Những mạch pegmatit phân bố trong granit Thiện Kế và trong đá phiến bao quanh: Các bao thể trong thạch anh của pegmatit có kích thước lớn và rất phong phú, gồm các bao thể nguyên sinh: kết tinh, khí-lỏng, lỏng-khí và nhiều pha.

Các bao thể kết tinh có dạng hình nhiều cạnh với kích thước 5-40 µ. Thành phần pha trong bao thể: rắn 70-90 %, lỏng 5-10 %, khí 5 % thể tích bao thể.

Các bao thể khí-lỏng có dạng hình oval, nhiều cạnh, ngọn lửa, hình ống với kích thước 10-30 µ. Thành phần pha trong bao thể: khí 60-80 %, lỏng 20-40 %. Nhiệt độ đồng hoá trong khoảng 350-400°C.

Các bao thể lỏng-khí và nhiều pha có dạng hình nhiều cạnh, oval, hình ống với kích thước 5-30 µ. Thành phần pha trong bao thể: lỏng 60-70 %, khí 10-20 %, rắn 5-10 % thể tích bao thể (Hình 4.c, d). Nhiệt độ đồng hoá trong khoảng 140-320°C.

Biểu đồ nổ bao thể trong thạch anh của pegmatit có ba đỉnh nổ cực đại. Các đỉnh nổ cực đại khoảng 200-400 và 320-380°C, liên quan với sự nổ bao thể lỏng-khí và khí-lỏng. Đỉnh nổ cực đại ở khoảng nhiệt độ 560-600°C, đặc trưng cho sự nổ của bao thể kết tinh, thường biểu hiện yếu.

2. Đặc điểm bao thể và nhiệt độ tạo quặng thiếc-wolfram ở Việt Nam

Quặng thiếc-wolfram trên lãnh thổ Việt Nam tập trung ở 4 vùng chủ yếu: Pia Oắc, Tam Đảo, Quỳ Hợp và Đà Lạt. Ngoài ra, ở một số vùng khác như Thường Xuân, Kim Cương, Bà Nà, Đồng Nghệ, Trà My …, quặng này có quy mô nhỏ.

Đặc điểm bao thế và điều kiện nhiệt-động thành tạo quặng thiếc-wolfram ở Trúc Khê, Thiện Kế là kết quả nghiên cứu của tác giả tiến hành ở Phòng thí nghiệm Nhiệt-động, trường Đại học Tổng hợp Rostov Trên Sông Đông (Nga) khi làm nghiên cứu sinh ở đây. Còn đặc điểm bao thể và nhiệt độ tạo quặng thiếc-wolfram ở Bù Me, Suối Bắc, Bà Nà, Sa Võ là kết quả phân tích bao thể của tác giả ở Phòng thí nghiệm Khoáng vật của Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Hà Nội.

a. Đặc điểm bao thể và nhiệt độ thành tạo quặng thiếc ở Trúc Khê

Các mạch quặng thiếc ở Trúc Khê vùng Tam Đảo phân bố rộng rãi ngay trong granitoiđ pha xâm nhập 2 khối Trúc Khê - Núi Điệng, trong ryolit Tam Đảo và cả trong đá biến chất bao quanh khối xâm nhập. Ở đây, tồn tại 2 kiểu quặng: thạch anh - tourmalin-cassiterit phân bố ở phần trên và thạch anh - arsenopyrit-pyrrotin-cassiterit phân bố ở phần dưới, thuộc thành hệ cassiterit-silicat-sulfur [8].

Những bao thể và nhiệt độ quặng thiếc Trúc Khê xác định bằng phương pháp đồng hoá có những đặc điểm sau:

- Thạch anh của mạch thạch anh - tourmalin-cassiterit chứa các loại bao thể nguyên sinh: khí, khí-lỏng và nhiều pha;

- Các bao thể khí có dạng đẳng thước, hình nhiều cạnh với kích thước 5-25 µ. Thành phần pha trong bao thể: khí 80-90 %, lỏng 10-20 % thể tích bao thể (Hình 7.a). Nhiệt độ đồng hóa trong khoảng 370-470°C.

- Các bao thể khí-lỏng phân bố rộng rãi trong mạch quặng, có hình nhiều cạnh, dạng cầu với kích thước 10-20 µ. Thành phần pha trong bao thể: khí 60-70 %, lỏng 30-40 % thể tích bao thể. Nhiệt độ đồng hoá trong khoảng 310-385^oC.

- Các bao thể nhiều pha có dạng hình cầu, hình nhiều cạnh, hình ống với kích thước 5-30 µ. Thành phần pha trong bao thể: lỏng 60-90 %, khí 10-20 %, rắn 10-20 % thể tích bao thể (Hình 7.b). Nhiệt độ đồng hoá trong khoảng 230-300°C.

Như vậy, nhiệt độ đồng hoá của các bao thể rất rộng, khoảng 230-470°C, đặc trưng cho quặng thiếc thành tạo trong giai đoạn khí thành - nhiệt dịch, nghèo quặng.

Thạch anh của mạch thạch anh - arsenopyrit-pyrrotin-cassiterit chứa các bao thể nguyên sinh: lỏng-khí, nhiều pha và lỏng nhiều pha. Những bao thể này có dạng oval, ellipsoiđ, cành cây, ống, nhiều cạnh với kích thước 10-40 µ. Thành phần pha trong bao thể: lỏng 60-90 %, rắn 5-20 % khí 5-20 % thể tích bao thể (Hình 7.c, d). Nhiệt độ đồng hoá trong khoảng 200- 390°C, đặc trưng cho giai đoạn tạo quặng thiếc nhiệt dịch nhiệt độ cao - trung bình, giàu quặng.

Nhiệt độ thành tạo các mạch quặng thiếc ở Trúc Khê xác định bằng phương pháp nung nổ có những đặc điểm sau:

- Thạch anh của mạch thạch anh - tourmalin-cassiterit chứa bao thể khí-lỏng và lỏng-khí nên nhiệt độ nổ của chúng có các đỉnh nổ cực đại ở các khoảng 160-360, 200-360 và 220-400°C. Đỉnh nổ cực đại ở khoảng nhiệt độ 500-600°C thể hiện yếu (Hình 8.a, b).

- Thạch anh của mạch anh - arsenopyrit-pyrrotin-cassiterit chứa bao thể lỏng-khí, nhiều pha và lỏng nhiều pha. Các đỉnh nổ cực đại của chúng ở các khoảng 120-280 và 160-230°C (Hình 8.c, d).

Việc xác định áp suất của môi trường quặng thiếc ở Trúc Khê được dựa theo kết quả phân tích bao thể của 2 phương pháp đồng hoá và nung nổ bao thể do V.B. Naumov và K.D. Malinin đề xuất.