thµnh phÇn ®Þa ho¸ cña c¸t kÕt vµ bèi c¶nh kiÕn t¹o bån tròng chøa than trias th­îng vïng t©y b¾c th¸i nguyªn

§ç V¨n NhuËn

§¹i häc Má - §Þa chÊt, §«ng Ng¹c, Tõ Liªm, Hµ Néi

Tãm t¾t: Bån tròng chøa than Trias th­îng ë t©y b¾c Th¸i Nguyªn ®­îc lÊp ®Çy bëi c¸c trÇm tÝch Nori-Ret thuéc hÖ tÇng V¨n L·ng. §Æc ®iÓm ®Þa ho¸ cña c¸t kÕt thuéc hÖ tÇng nµy biÓu hiÖn nguån gèc t¸i tÝch tô cña c¸c trÇm tÝch cæ h¬n ph©n bè trong c¸c vïng kÕ cËn. Quan träng h¬n, chóng cßn gióp cho viÖc x¸c ®Þnh bèi c¶nh kiÕn t¹o cña bån tròng, vµ cho thÊy lµ bån tròng nµy ®­îc h×nh thµnh vµ tiÕn ho¸ trªn r×a lôc ®Þa thô ®éng; ®ã lµ mét d¹ng cÊu tróc phæ biÕn trong Mesozoi ë miÒn B¾c ViÖt Nam.

më ®Çu

Vïng than T©y B¾c Th¸i Nguyªn (TBTN) cã diÖn tÝch 600 km2, kÐo dµi tõ phÝa t©y b¾c thµnh phè ®Õn phÝa b¾c - ®«ng b¾c nói Hång. Than ë ®©y kh¸ næi tiÕng bëi sù cã mÆt cña than mì cã gi¸ trÞ c«ng nghiÖp, ®· ®­îc ph¸t hiÖn vµ khai th¸c tõ cuèi thÕ kû 19. Than vµ trÇm tÝch chøa than ë ®©y ®· ®­îc nhiÒu nhµ ®Þa chÊt nghiªn cøu tõ kh¸ l©u, song viÖc nghiªn cøu thµnh phÇn ®Þa ho¸ cña c¸t kÕt vµ bèi c¶nh kiÕn t¹o cña bån tròng cßn ch­a ®­îc ®Ò cËp ®Õn. Bµi b¸o nµy giíi thiÖu c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ®Þa ho¸ cña c¸t kÕt, lÇn ®Çu tiªn ®­îc tiÕn hµnh ë bån trÇm tÝch chøa than nãi trªn vµ cho thÊy bån nµy h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn trªn r×a lôc ®Þa thô ®éng.

kh¸i qu¸t cÊu tróc ®Þa chÊt vïng

Vïng TBTN thuéc miÒn §«ng B¾c Bé; miÒn nµy n»m ë r×a ®«ng nam lôc ®Þa ¢u - ¸, chÞu nhiÒu chuyÓn ®éng kiÕn t¹o kh¸ m¹nh mÏ, ®Æc biÖt lµ chuyÓn ®éng Indosini. §ã lµ kÕt qu¶ cña mèi t­¬ng t¸c gi÷a 2 tiÓu lôc ®Þa Indosinia vµ B¾c ViÖt Nam (gåm c¶ phÇn §«ng Nam Trung Quèc) [5].

C¸c tæ hîp th¹ch - kiÕn t¹o tham gia vµo cÊu tróc ®Þa chÊt vïng bao gåm:

- Tæ hîp thø nhÊt t¹o thµnh phøc hÖ mãng tr­íc Trias muén, bao gåm c¸c trÇm tÝch lôc nguyªn biÕn chÊt thÊp ®­îc xÕp vµo hÖ tÇng Phó Ng÷ (O – S pn), c¸c trÇm tÝch lôc nguyªn ®­îc xÕp vµo hÖ tÇng S«ng CÇu (D1 sc), c¸c trÇm tÝch carbonat ®­îc xÕp vµo hÖ tÇng B¾c S¬n (C – P bs), c¸c trÇm tÝch lôc nguyªn, lôc nguyªn - phun trµo ®­îc xÕp vµo hÖ tÇng Kh«n Lµng (T2a kl) vµ hÖ tÇng Nµ KhuÊt (T2 nk), c¸c ®¸ gabroid phøc hÖ Nói Chóa (n aT3n nc), c¸c ®¸ granitoid phøc hÖ Nói §iÖng (g aT3n ).

- Tæ hîp thø hai h×nh thµnh trong bèi c¶nh t¸ch gi·n r×a lôc ®Þa thô ®éng, bao gåm c¸c trÇm tÝch lôc nguyªn chøa than hÖ tÇng V¨n L·ng (T3n-rn l), c¸c trÇm tÝch lôc ®Þa mµu ®á ®­îc xÕp vµo hÖ tÇng Hµ Cèi (J1 hc) , c¸c ®¸ gramit 2 mica phøc hÖ Pia O¾c (g K2 po).

Trªn b×nh ®å cÊu tróc hiÖn t¹i, yÕu tè kiÕn t¹o khèng chÕ h×nh th¸i cÊu tróc cña vïng lµ ®øt g·y lín §ång BÈm - V¨n L·ng (®øt g·y ®­êng 13A). Ngoµi ra cßn cã c¸c hÖ thèng ®øt g·y §B - TN, TB - §N vµ ¸ kinh tuyÕn. C¸c hÖ thèng ®øt g·y nµy ph©n chia vïng nghiªn cøu thµnh 3 khèi cÊu t¹o - kiÕn t¹o cÊp I vµ 8 khèi cÊu t¹o - kiÕn t¹o cÊp II (Ph¹m Huy Long, TrÞnh Ých, §ç V¨n NhuËn vµ nnk., 1988; L­u tr÷ Liªn ®oµn §C§B). C¸c hÖ thèng ®øt g·y nµy ®Òu ho¹t ®éng vµ cã biÓu hiÖn dÞch chuyÓn sau Mesozoi muén.

®Æc ®iÓm th¹ch häc vµ ®Þa ho¸ cña c¸t kÕt trong trÇm tÝch chøa than

vïng T©y B¾c Th¸i Nguyªn

TrÇm tÝch chøa than vïng TBTN ®­îc xÕp vµo hÖ tÇng V¨n L·ng [7]. C¸c trÇm tÝch nµy ®· tõng ®­îc m« t¶ lµ "trÇm tÝch chøa than tuæi Ret" [2], hoÆc ®· ®­îc xÕp vµo phÇn d­íi cña hÖ tÇng Hµ Cèi [3]. HÖ tÇng nµy bao gåm ba ph©n hÖ tÇng, thµnh t¹o ë ba giai ®o¹n tiÕn ho¸ cña bån tròng. Ph©n hÖ tÇng d­íi thµnh t¹o ë giai ®o¹n ph¸t sinh bån tròng, ®ã lµ giai ®o¹n h×nh thµnh thung lòng rift (rift valley). Ph©n hÖ tÇng gi÷a thµnh t¹o ë giai ®o¹n tr­ëng thµnh, më réng bån tròng, giai ®o¹n nµy bån tròng më réng liªn th«ng víi biÓn, t¹o thµnh c¸c vòng vÞnh. Ph©n hÖ tÇng trªn thµnh t¹o trong giai ®o¹n kÕt thóc bån tròng, c¸c trÇm tÝch lÊp ®Çy bån tròng vµ thu hÑp dÇn kh«ng gian tÝch tô.

C¸t kÕt ph©n hÖ tÇng V¨n L·ng d­íi

C¸t kÕt ph©n hÖ tÇng nµy thµnh t¹o ë t­íng b·i båi. Thµnh phÇn m¶nh vôn th¹ch anh ®¬n tinh 20 ¸ 71%, m¶nh ®¸ bao gåm microquarzit, quarzit, silicit (th¹ch anh ®a tinh) 14 ¸ 80%, ®¸ phiÕn sÐt vµ sÐt kÕt 9 ¸ 16%. Thµnh phÇn xi m¨ng g¾n kÕt chñ yÕu lµ hydromica, kaolinit, thø yÕu lµ chlorit, víi hµm l­îng dao ®éng tõ 15 ®Õn 20%. Thµnh phÇn ho¸ häc c¸c nguyªn tè chÝnh vµ c¸c nguyªn tè hiÕm - vÕt ®­îc thÓ hiÖn ë c¸c mÉu BS. 1002, BS. 1010 (b¶ng 1), trong ®ã ®¸ng chó ý lµ hµm l­îng SiO2 kh¸ cao (83,87 ¸ 84,55%) hµm l­îng mét sè oxyt kh¸c l¹i thÊp (CaO: 0,38 ¸ 1,68%, Na2O: 0,08 ¸ 0,11%, TiO2: 0,22 ¸ 0,33). Tû lÖ K2O/Na2O, Al2O3/(CaO + Na2O) dao ®éng kh¸ réng vµ t­¬ng ®èi cao. Tû lÖ Al2O3/SiO2 kh¸ thÊp.

C¸t kÕt ph©n hÖ tÇng V¨n L·ng gi÷a

C¸t kÕt ph©n hÖ tÇng nµy thµnh t¹o trong ®iÒu kiÖn cña hai t­íng: c¸t, bét b·i triÒu vµ c¸t, bét biÓn n«ng - vòng vÞnh. C¸t, bét b·i triÒu thµnh t¹o ë ven bån tròng, hiÖn cßn gÆp ë vïng ThËm Th×nh, th­êng cã mµu hång, n©u nh¹t, thuéc lo¹i ®¬n kho¸ng, xi m¨ng giµu sÐt, oxyt s¾t, hiÖn ch­a cã tµi liÖu ph©n tÝch ho¸ häc. C¸t, bét biÓn n«ng - vòng vÞnh bao gåm c¸t kÕt h¹t nhá ®Õn võa, mµu x¸m ®en, ®en, thµnh phÇn m¶nh vôn thuéc lo¹i Ýt kho¸ng ®Õn ®a kho¸ng, ®é mµi trßn kÐm. Thµnh phÇn ho¸ häc c¸c nguyªn tè chÝnh thÓ hiÖn ë c¸c mÉu LC. 2060, LC. 2073, AH. 2019, AH. 2022, trong ®ã hµm l­îng SiO2 dao ®éng tõ 60,47 ®Õn 79,20%, CaO: 0,14 ¸ 5,56%, Na2O: 0,034 ¸ 0,282%, TiO2: 0,18 ¸ 0,33%, c¸c th«ng sè ®Þa ho¸ cña c¸c nguyªn tè chÝnh K2O/Na2O, Al2O3/SiO2 t¨ng cao h¬n so víi c¸t kÕt b·i båi cña ph©n hÖ tÇng d­íi, tû lÖ Al2O3/(CaO + Na2O) còng dao ®éng kh¸ réng vµ t­¬ng ®èi cao.

C¸t kÕt ph©n hÖ tÇng V¨n L·ng trªn

Thµnh t¹o ë nhiÒu t­íng kh¸c nhau: c¸t ®a kho¸ng nãn båi tÝch cöa s«ng, c¸t b·i triÒu, c¸t lßng s«ng, c¸t doi ven s«ng.

Thµnh phÇn cña c¸t kÕt ®a kho¸ng nãn båi tÝch cöa s«ng ®­îc thÓ hiÖn ë c¸c mÉu NH. 1006, NH. 1008, trong ®ã hµm l­îng SiO2 gi¶m, dao ®éng tõ 60,02 ®Õn 61,42%, CaO: 1,4 ¸ 1,68%, Na2O: 0,001 ¸ 0,021%, TiO2: 0,69%, c¸c th«ng sè ®Þa ho¸ cña c¸c nguyªn tè chÝnh K2O/Na2O, Al2O3/SiO2 t¨ng kh¸ cao, nh×n chung gièng c¸t kÕt ph©n hÖ tÇng gi÷a, tû lÖ Al2O3/(CaO + Na2O) còng dao ®éng kh¸ réng vµ t­¬ng ®èi cao.

Thµnh phÇn cña c¸t kÕt b·i triÒu ®­îc thÓ hiÖn ë c¸c mÉu LC. 3014, LC. 3016, trong ®ã hµm l­îng SiO2 kh¸ cao, dao ®éng tõ 84,507 ®Õn 85,89%, CaO: 0,5 ¸ 0,98%, Na2O: 0,061 ¸ 0,069%, TiO2: 0,284% ¸ 0,347%, c¸c th«ng sè ®Þa ho¸ cña c¸c nguyªn tè chÝnh K2O/Na2O, Al2O3/SiO2 t¨ng kh¸ cao, nh×n chung gièng c¸t kÕt b·i triÒu ph©n hÖ tÇng gi÷a, tû lÖ Al2O3/(CaO + Na2O) còng dao ®éng kh¸ réng vµ t­¬ng ®èi cao.

Thµnh phÇn cña c¸t kÕt lßng s«ng ®­îc thÓ hiÖn ë mÉu LC. 4011, trong ®ã hµm l­îng SiO2 kh¸ cao 89,635%, CaO, Na2O, TiO2 thÊp, c¸c th«ng sè ®Þa ho¸ cña c¸c nguyªn tè chÝnh K2O/Na2O, Al2O3/SiO2 thÊp, tû lÖ Al2O3/(CaO + Na2O) còng t­¬ng ®èi cao.

Thµnh phÇn cña c¸t kÕt doi ven s«ng ®­îc thÓ hiÖn ë c¸c mÉu PM. 2001, PM. 3003, trong ®ã hµm l­îng SiO2 kh¸ cao, dao ®éng tõ 73,973% ®Õn 92, 0%, CaO: 0,42 ¸ 3,5%, Na2O: 0,011 ¸ 0,023%, TiO2: 0,075% ¸ 0,75%, c¸c th«ng sè ®Þa ho¸ cña c¸c nguyªn tè chÝnh K2O/Na2O t¨ng cao, Al2O3/SiO2 rÊt thÊp, Al2O3/(CaO + Na2O) còng dao ®éng kh¸ réng vµ t­¬ng ®èi cao.

C¸c ®Æc ®iÓm nªu trªn cho thÊy b¶n chÊt t¸i l¾ng ®äng cña vËt liÖu trÇm tÝch víi sù lµm giµu cña th¹ch anh (®¬n tinh vµ ®a tinh), sù nghÌo ®i cña c¸c kho¶ng vËt kÐm bÒn v÷ng vÒ mÆt ho¸ häc nh­ felspat. Bªn c¹nh ®ã hµm l­îng Sr thÊp (6,21 ¸ 65,1 ppm) còng chøng minh cho kÕt luËn trªn. §ång thêi ®iÒu ®ã chØ ra r»ng chuyÓn ®éng kiÕn t¹o trong qu¸ tr×nh tiÕn ho¸ cña bån tròng diÔn ra víi tèc ®é chËm, dÉn ®Õn møc ®é ph©n dÞ ®Þa h×nh nhá, kh¶ n¨ng phong ho¸ m¹nh vµ triÖt ®Ó h¬n.

Bèi c¶nh kiÕn t¹o cña bån tròng

Dùa theo hµm biÖt sè Di = aix1 + bix2 + cix3 + … + dixn + C (trong ®ã x1, x2, x3, xn lµ c¸c gi¸ trÞ thùc % oxyt cña c¸c mÉu, ai, bi, ci , di lµ c¸c hÖ sè ph©n biÖt ch­a chuÈn ho¸, C lµ h»ng sè) x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ cña hµm biÖt sè (b¶ng 1). Trªn biÓu ®å ph©n biÖt bèi c¶nh kiÕn t¹o cña M. R. Bhatia (theo hµm biÖt sè), phÇn lín c¸c mÉu r¬i vµo tr­êng r×a lôc ®Þa thô ®éng (h×nh 1). Cã hai mÉu LC. 2073 vµ AH. 2022 r¬i vµo tr­êng r×a lôc ®Þa tÝch cùc. Së dÜ cã sù sai kh¸c nµy cã lÏ lµ do mÉu LC.2073 cã nÒn, xi m¨ng, m¶nh vôn bÞ siderit vµ dolomit ho¸, mÉu AH. 2022 còng gÇn gièng nh­ vËy.

 KÕt hîp víi viÖc ph©n tÝch bèi c¶nh kiÕn t¹o ë cuèi Trias cho toµn vïng vµ miÒn réng h¬n, viÖc nghiªn cøu thµnh phÇn kho¸ng vËt, c¸c tham sè trÇm tÝch, chu kú vµ tÝnh ph©n nhÞp cña trÇm tÝch, cho thÊy kÕt luËn trªn cã thÓ tin cËy ®­îc.

B¶ng 1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸t kÕt trong trÇm tÝch chøa than
vïng T©y B¾c Th¸i Nguyªn

Oxyt

1

2

3

4

5

6

7

8

9

SiO2

89,75

60,47

66,83

86,75

89,31

84,507

85,89

89,635

77,99

TiO2

0,055

0,354

0,219

0,302

0,219

0,347

0,284

0,259

0,18

Al2O3

8,632

19,656

9,037

9,493

3,685

8,191

6,944

4,422

3,20

Fe2O3

0,799

1,275

1,756

0,401

2,47

0,241

1,44

2,95

1,04

FeO

0,144

2,23

7,4

0,216

0,7185

0,3593

0,287

0,65

2,59

MnO

0,0213

0,0142

0,0923

0,0142

0,0142

0,0142

0,0142

0,0142

0,156

MgO

0,404

2,02

3,03

1,01

0,9

0,808

0,440

1,01

0,14

CaO

0,42

0,17

1,4

0,84

0,42

0,98

0,50

0,14

5,46

Na2O

0,044

0,166

0,034

0,089

0,044

0,069

0,061

0,035

0,084

K2O

1,33

2,36

1,28

1,13

0,392

0,988

0,931

0,427

0,540

P2O5

0

0

0

0

0

0

0,1426

0

0,014

Fe2O3*+MgO

1,36

5,77

13,01

1,65

4,17

1,45

2,16

4,687

4,06

Al2O3/SiO2

0,10

0,33

0,14

0,11

0,04

0,10

0,08

0,05

0,04

K2O/Na2O

30,22

14,22

37,65

12,70

14,32

14,32

15,26

12,2

6,43

Al2O3/CaO + Na2O)

18,60

64,24

6,30

10,11

7,94

7,81

12,38

39,68

0,58

Hµm biÖt sè I

-3,815

-2,153

-1,358

-3,565

-4,199

-3,457

-2,886

-4,436

-2,320

Hµm biÖt sè II

-1,740

1,504

-2,476

0,158

1,671

1,694

2,317

1,360

-0,644

TiÕp b¶ng 1

Oxyt

10

11

12

13

14

15

16

17

18

SiO2

65,94

92,0

73,973

83,87

84,55

79,20

60,20

61,42

85,73

TiO2

0,29

0,075

0,75

0,22

0,33

0,33

0,69

0,69

0

Al2O3

13,84

6,325

6,325

9,29

6,67

10,24

20,46

21,48

3,57

Fe2O3

0,72

0,32

2,475

1,60

1,13

2,476

1,52

4,71

0,81

FeO

4,02

0,144

3,161

0,50

0,28

0,177

0,61

0,65

0,86

MnO

0,111

0,284

0,1704

0

0

0,923

0,0142

0,0142

0,011

MgO

0,01

0,303

2,73

0,02

0,39

1,818

1,42

1,22

0,42

CaO

1,96

0,42

3,5

1,68

0,38

2,1

1,68

1,40

1,68

Na2O

0,282

0,023

0,011

0,108

0,179

0,101

0,021

0,001

0,038

K2O

1,750

0,288

0,279

0,361

0,292

0,864

0,039

0,016

0,132

P2O5

0,160

0

0,20

0,014

0,099

0

0

0,046

0

Fe2O3*+MgO

5,2

0,78

8,72

2,18

1,83

4,48

3,62

6,65

2,19

Al2O3/SiO2

0,21

0,07

0,09

0,01

0,08

0,13

0,34

0,35

0,04

K2O/Na2O

6,21

12,52

25,36

3,34

3,70

8,55

1,86

16,0

3,47

Al2O3/(CaO + Na2O)

6,17

14,28

1,80

5,20

14,53

4,65

12,03

15,33

2,08

Hµm biÖt sè I

-0,769

-3,843

-1,645

-3,407

-3,068

-5,236

-2,677

-3,318

-3,162

Hµm biÖt sè II

-1,341

0,681

4,766

0,037

4,214

4,447

5,706

4,291

2,396

Sè liÖu ph©n tÝch ®­îc thùc hiÖn t¹i Liªn ®oµn §Þa chÊt x¹ hiÕm

Sè hiÖu c¸c mÉu ë b¶ng 1: (1) CP. 2009, (2) LC. 2060, (3) LC. 2073, (4) LC. 3003, (5) LC. 3009, (6) LC. 3014, (7) LC. 3016, (8) LC. 4001, (9) AH. 2019, (10) AH. 2022, (11) PM. 2001, (12) PM. 3003, (13) BS. 1002, (14) BS. 1010, (15) KH. 2065, (16) NH. 1006, (17) NH. 1008, (18) NH. 4001.

KÕt luËn

1. C¸t kÕt ë trÇm tÝch chøa than vïng TBTN ®­îc thµnh t¹o do t¸i l¾ng ®äng vËt liÖu trÇm tÝch, víi sù lµm giµu cña c¸c m¶nh vôn th¹ch anh (®¬n tinh vµ ®a tinh), nguån cung c¸p vËt liÖu trÇm tÝch chñ yÕu tõ s¶n phÈm ph¸ huû cña c¸c ®¸ trÇm tÝch lôc nguyªn biÕn chÊt thÊp hÖ tÇng Phó Ng÷ (O - Spn) vµ c¸c ®¸ trÇm tÝch lôc nguyªn hÖ tÇng S«ng CÇu (D1sc), hÖ tÇng Nµ KhuÊt (T2nk).

2. Bån tròng chøa than vïng TBTN h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn trªn r×a lôc ®Þa thô ®éng, thuéc bé phËn ®«ng nam cña lôc ®Þa ¢u - ¸.

v¨n liÖu

1. Bhatia M. R., 1983. Plate tectonics and geochemical composition of sanstones. J. of Geology, 91: 611 - 627.

2. Bourret R., 1922. Etudes gÐologiques sur le Nord Est du Tonkin. Bull. SGI, XI/1: 326 p. Hµ Néi.

3. Dovzhikov A. (chñ biªn), 1965. §Þa chÊt miÒn B¾c ViÖt Nam. Tæng côc §Þa chÊt, 665 trang (b¶n tiÕng Nga). Hµ Néi.

 4. §ç V¨n NhuËn, 1998. T­íng ®¸ - cæ ®Þa lý cña trÇm tÝch chøa than Trias muén vïng T©y B¾c Th¸i Nguyªn. TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh khoa häc §¹i häc Má - §Þa chÊt, 36: 75 - 82. Hµ Néi.

5. Lª Nh­ Lai, 1998. §Þa kiÕn t¹o sinh kho¸ng. Nxb GTVT, Hµ Néi.

6. Miall A.D., 2000. Principles of sedimentary basin analysis. Springer: 616 p. Berlin, Heidelberg, New York, Barcelona, Hong Kong, London, Milan, Paris, Singapore, Tokyo.

7. T¹ Hoµng Tinh, Ph¹m §×nh Long, 1966. Tµi liÖu míi vÒ trÇm tÝch chøa than vµ tÇng Hµ Cèi vïng Th¸i Nguyªn. §Þa chÊt, 53: 20 - 25. Hµ Néi.