Luận án tiến sĩ Địa chất: Đặc điểm quặng hóa wolfram-đa kim mỏ Núi Pháo ở Đại Từ - Thái Nguyên

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:181

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án có mục tiêu làm sáng tỏ thành phần vật chất và bản chất nguồn gốc quặng hóa wolfram- đa kim của mỏ Núi Pháo, làm cơ sở khoa học cho công tác dự báo, tìm kiếm - thăm dò, khai thác và chế biến loại hình khoáng sản này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Địa chất: Đặc điểm quặng hóa wolfram-đa kim mỏ Núi Pháo ở Đại Từ - Thái Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ----------***---------- VÕ TIẾN DŨNG ĐẶC ĐIỂM QUẶNG HÓA WOLFRAM - ĐA KIM MỎ NÚI PHÁO, ĐẠI TỪ, THÁI NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ----------***---------- VÕ TIẾN DŨNG ĐẶC ĐIỂM QUẶNG HÓA WOLFRAM - ĐA KIM MỎ NÚI PHÁO, ĐẠI TỪ, THÁI NGUYÊN Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 9520501 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Quang Luật 2. TS. Trần Mỹ Dũng HÀ NỘI - 2017
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi; các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào. Hà Nội, ngày….. tháng….. năm 2017 Tác giả Võ Tiến Dũng
ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ................................................................................................................ i Mục lục ........................................................................................................................ii Danh mục các bảng ..................................................................................................... v Danh mục các hình, ảnh ............................................................................................vii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 Chương 1: ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT MỎ WOLFRAM -ĐA KIM NÚI PHÁO .......................................................................................................................... 8 1.1. Vị trí mỏ Núi Pháo trên bình đồ cấu trúc - kiến tạo khu vực ...........................8 1.2. Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản khu vực Đại Từ, Thái Nguyên ..11 1.2.1. Giai đoạn trước năm 1945 ...................................................................... 11 1.2.2. Giai đoạn sau năm 1945 ......................................................................... 12 1.3. Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng Đại Từ ........................................................14 1.3.1. Địa tầng .................................................................................................. 16 1.3.2. Đặc điểm magma xâm nhập ................................................................... 22 1.3.3. Đặc điểm cấu trúc- kiến tạo .................................................................... 37 1.3.4. Sự giao thoa của các pha biến dạng vùng Núi Pháo .............................. 43 Chương 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 45 2.1. Cơ sở lý luận ...................................................................................................45 2.1.1. Đặc điểm địa hóa của wolfram ............................................................... 45 2.1.2. Đặc điểm khoáng vật học của wolfram .................................................. 45 2.1.3. Phân loại quặng wolfram ........................................................................ 46 2.1.4. Phân loại các kiểu mỏ công nghiệp của wolfram ................................... 47 2.1.5. Đặc điểm mỏ skarn ................................................................................. 60 2.1.6. Đặc điểm quá trình greisen hóa .............................................................. 64 2.2. Các phương pháp nghiên cứu .........................................................................67 2.2.1. Phương pháp tổng hợp tài liệu ............................................................... 67 2.2.2. Phương pháp khảo sát, nghiên cứu thực địa........................................... 68 2.2.3. Các phương pháp phân tích trong phòng ............................................... 68
iii 2.3. Các khái niệm và thuật ngữ sử dụng trong luận án ........................................70 2.3.1 Các khái niệm nghiên cứu đặc điểm quặng và mỏ quặng ....................... 70 2.3.2. Các khái niệm không gian và thời gian sinh khoáng ............................. 71 Chương 3: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT QUẶNG HÓA WOLFRAM-ĐA KIM MỎ NÚI PHÁO ............................................................................................................... 73 3.1. Bối cảnh địa chất mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo ...........................................73 3.2. Đặc điểm phân bố, hình dạng và cấu trúc thân khoáng ..................................77 3.3. Đặc điểm các thành tạo biến chất tại mỏ wolfram- đa kim Núi Pháo ............80 3.3.1. Quá trình biến chất tiếp xúc nhiệt .......................................................... 80 3.3.2. Quá trình biến chất tiếp xúc trao đổi thay thế tạo đá skarn .................... 82 3.3.3. Các đá biến chất trao đổi felspat ............................................................ 85 3.3.4. Quá trình biến chất trao đổi greisen hóa: ............................................... 87 3.3.5. Đặc điểm biến đổi nhiệt dịch cạnh mạch ............................................... 89 3.4. Vai trò của khối granit Đá Liền và khối granit Núi Pháo trong quá trình biến chất trao đổi tạo đá skarn và greisen hóa trong khu mỏ. .......................................90 Chương 4: ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT QUẶNG MỎ W- ĐA KIM NÚI PHÁO .............................................................................................................. 103 4.1. Đặc điểm thành phần khoáng vật quặng .......................................................103 4.1.1. Các khoáng vật quặng nguyên sinh ...................................................... 103 4.1.2. Các khoáng vật quặng thứ sinh ............................................................ 118 4.2. Nhóm khoáng vật đá biến đổi và khoáng vật mạch ......................................119 4.3. Đặc điểm cấu tạo, kiến trúc quặng................................................................121 4.3.1. Đặc điểm cấu tạo quặng ....................................................................... 121 4.3.2. Đặc điểm kiến trúc quặng ..................................................................... 124 4.4. Thứ tự sinh thành và tổ hợp cộng sinh khoáng vật .......................................127 4.5. Đặc điểm thành phần hóa học quặng ............................................................130 4.5.1. Các nguyên tố chính ............................................................................. 130 4.5.2. Hàm lượng các nguyên tố đi kèm......................................................... 135 4.5.3. Nguyên tố hiếm, vết ............................................................................. 135 4.6. Đặc điểm các bao thể trong thạch anh của quặng W-đa kim .......................137
iv 4.7. Phân chia các kiểu quặng trong mỏ W-đa kim Núi Pháo .............................138 Chương 5: NGUỒN GỐC MỎ WOLFRAM-ĐA KIM NÚI PHÁO ...................... 140 5.1. Tính sinh khoáng của granit khối Đá Liền thuộc phức hệ Pia Oắc ..............140 5.1.1. Tính sinh khoáng của granit khối Đá Liền từ các kết quả nghiên cứu thạch luận và môi trường địa động lực. .......................................................... 140 5.1.2. Tính sinh khoáng của granit khối Đá Liền từ các kết quả nghiên cứu thạch- hóa ....................................................................................................... 141 5.1.3. Tính sinh khoáng của khối granit Đá Liền theo đặc điểm địa hóa. ...... 147 5.2. Tính giai đoạn của quá trình tạo quặng ........................................................150 5.2.1. Thời kỳ 1: Biến chất tiếp xúc nhiệt. ..................................................... 150 5.2.2. Thời kỳ 2: thành tạo skarn .................................................................... 151 5.2.3. Thời kỳ 3: tạo quặng............................................................................. 152 5.2.4. Thời kỳ 4: sau tạo quặng ...................................................................... 153 5.3. Tuổi magma sinh quặng và tuổi quặng hóa. .................................................153 5.4. Mô hình nguồn gốc Hệ magma - quặng mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo. ...154 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 159 1. Kết luận ............................................................................................................159 2. Kiến nghị..........................................................................................................160 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO
v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1. Thành phần hóa cơ bản của đá granit khối Núi Pháo ...............................26 Bảng 1.2. Thành phần hóa học các nghuyên tố kim loại tạo quặng của đá granit khối Núi Pháo ..........................................................................................27 Bảng 1.3. Thành phần nguyên tố đất hiếm trong đá granit khối Núi Pháo ...............28 Bảng 1.4. Kết quả phân tích thành phần đồng vị U-Pb trên zircon khối Núi Pháo ..29 Bảng 1.5. Thành phần hóa cơ bản của đá granit khối Đá Liền .................................33 Bảng 1.6. Hàm lượng các nguyên tố kim loại tạo quặng của khối granit Đá Liền ...33 Bảng 1.7. Thành phần các nguyên tố đất hiếm trong đá granit khối Đá Liền. .........34 Bảng 1.8. Hàm lượng các đồng vị U-Pb trên zircon của granit khối Đá Liền ..........36 Bảng 2. 1. Bảng phân loại các mỏ wolfram theo D.V.Rundquist và V.K.Denisenko .....57 Bảng 2. 2. Bảng phân loại các kiểu mỏ wolfram theo mối liện hệ với hoạt động magma (Ishihara, 1977) ...........................................................................59 Bảng 3.1. Các khoáng vật của quá trình biến đổi Skarn hóa ....................................82 Bảng 3.2. Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong đá granit và quặng tại mỏ W- đa kim Núi Pháo ...........................................................................................91 Bảng 3.3. So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Đá Liền (DL) và đá granit bị Greisen hóa (GRN).........................................95 Bảng 3.4. Mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Đá Liền (DL) và granit khối Núi Pháo (NP) ..................................................................96 Bảng 3.5. So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Đá Liền (DL) và đá skarn (SKN) ..................................................................97 Bảng 3.6. So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Núi Pháo (NP) và đá granit bị Greisen hóa (GRN) ........................................98 Bảng 3.7. So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong đá granit bị Greisen hóa (GRN) và đá skarn (SKN). ..................................................99 Bảng 3.8. So sánh mối tương quan giữa các nguyên tố REE trong granit khối Núi Pháo và đá skarn (SKN) ........................................................................100 Bảng 4.1. Thành phần khoáng vật trong quặng W-đa kim mỏ Núi Pháo ...............103 Bảng 4.2. Kết quả phân tích đơn khoáng Sheelit bằng phương pháp microsond ...106 Bảng 4.3. Bảng thứ tự thành tạo và tổ hợp công sinh khoáng vật mỏ Núi Pháo ....129 Bảng 4.4. Hệ số tương quan thành phần hóa học các nguyên tố có ích trong mỏ ..131
vi Bảng 4.5. Kết quả phân tích thành phần chính .......................................................132 Bảng 4.6. Hệ số tương quan theo độ sâu của các nguyên tố có ích ........................132 Bảng 4.7. Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong quặng đa kim Núi Pháo ..............136 Bảng 4.8. Tổng hợp nhiệt độ đồng hoá bao thể trong thạch anh theo các kiểu quặng ở mỏ W-đa kim Núi Pháo ......................................................................138 Bảng 5.1. Kết quả phân tích hóa cơ bản của granit khối Đá Liền ..........................142 Bảng 5.2. Kết quả tính toán giá trị các modul thạch hóa của granit khối Đá Liền .142 Bảng 5. 3. Bảng modul thạch hoá để đánh giá tiềm năng sinh quặng của thành tạo granit (Theo phương pháp của B.N. Permiakov, 1983) ........................143 Bảng 5.4. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại tạo quặng của đá granit khối Đá Liền ..................................................................................................147 Bảng 5.5. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại tạo quặng của đá granit khối Núi Pháo ................................................................................................147 Bảng 5.6. Bảng so sánh đặc điểm tạo skarn của các đá granit với khối Đá Liền ...148 Bảng 5.7. Bảng kết quả phân tích tuổi Re-Os molybdenit mỏ Núi Pháo ...............154
vii DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH TT Tên hình, ảnh Trang Hình 1.1. Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc khu vực Đông Bắc Việt Nam. .....................................................................................................8 Hình 1.2. Sơ đồ địa chất vùng Đại Từ, Thái Nguyên ...............................................15 Hình 1.3. Biểu đồ khoảng tuổi của granit khối Núi Pháo .........................................30 Hình 1.4. Biểu đồ concordia U-Pb zircon tách từ granit khối Núi Pháo ..................30 Hình 1.5. Biểu đồ khoảng tuổi của granit khối Đá Liền ...........................................36 Hình 1.6. Biểu đồ concordia U-Pb zircon tách từ granit khối Đá Liền ....................36 Hình 2.1. Hình thái các vỉa chứa sheelit của các mỏ skarn chính trên thế giới ........48 Hình 2.2. Mặt cắt địa chất đặc trưng tại mỏ skarn wolfram Salau, Pháp (Fonteilles et al, 1989) .................................................................................................54 Hình 2.3. Lát cắt qua vùng mỏ skarn (Xmirnov V.I, 1982 ) .....................................61 Hình 2.4. Quan hệ giữa thân skarn và thân khoáng: A-skarn và quặng hoá đồng thời; B-skarn và quặng hoá kéo theo; C-skarn và quặng hoá nằm chồng. 63 1) granitoit; 2) đá carbonat; 3) đá skarn chứa quặng; 4) thân khoáng; 5) đá skarn không quặng. ..............................................................................................63 Hình 2.5. Mô hình các bối cảnh kiến tạo thành tạo skarn .........................................64 Hình 3.1. Sơ đồ địa chất khoáng sản khu vực Núi Pháo ...........................................74 Hình 3.2. Sơ đồ địa chất mỏ Núi Pháo ......................................................................75 Hình 3.3. Mặt cắt địa chất từ kết quả khoan thăm dò mỏ Núi Pháo .........................76 Hình 3.4. Mặt cắt địa chất tại khai trường mỏ wolfram đa kim Núi Pháo................77 Hình 3.5. Kết quả chuẩn hóa các nguyên tố hiếm vết của các tập mẫu với granit sống núi giữa đại dương (ORG) ................................................................93 Hình 3.6. Biểu đồ qui chuẩn theo thành phần nguyên tố đất hiếm Chondrite (Nakamura, 1974) ......................................................................................93 Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện mối liên quan giữa các thành tạo địa chất trong mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo từ các kết quả phân tích và luận giải theo phương pháp Rodionov............................................................................101 Hình 4.1. Kết quả phân tích kiểm tra khoáng vật dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) tại các vị trí trên ảnh B: vị trí EDS spot 1cho kết quả magnetit (hình 4.1/1), vị trí EDS spot 2 cho kết quả khoáng vật tạo đá skarn (hình 4.1/2), vị trí EDS spot 3cho kết quả magnetit (hình 4.1/3) ......................105 Hình 4.2. Kết quả phân tích dưới kính hiển vi điện tử quét cho thấy sự tồn tại của khoáng vật sheelit và pyrotin trong mẫu KT 5 ảnh 4.2- A&B. (Phân tích tại Phòng phân tích công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ-Địa chất). .......108
viii Hình 4.3. Kết quả phân tích khoáng vật sheelit II dưới kính hiển vi điện tử quét: Sheelit không chứa nguyên tố tạp chất (hình 4.4/1), gắn kết và thay thế sheelit II là khoáng vật pyrotin hoàn toàn trung hợp với kết quả phân tích khoáng tướng (hình 4.3/2). (Phân tích tại Trung tâm phân tích công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ-Địa chất). .....................................................................................110 Hình 4.4 - 1, 2, 3. Kết quả kiểm tra các khoáng vật sphalerit, pyrotin, chalcopyrit dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Thực hiện tại Trung tâm phân tích công nghệ cao-Trường Đại học Mỏ-Địa chất. .........................................118 Hình 4.5. Biểu đồ Dendogramma thành phần hóa lỗ khoan ...................................131 Hình 4.6. Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP -053.133 Hình 4.7. Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 68A .133 Hình 4.8. Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 80. ...134 Hình 4.9. Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 100 ..134 Hình 4.10. Sơ đồ phân bố theo độ sâu của các nguyên tố có ích tại lỗ khoan NP 139 135 Hình 5.1. Biểu đồ Rb-(Y+Nb) phân chia các kiểu magma (theo Pearce, 1984)) cho tổ hợp magma đồng va chạm mảng tuổi Kreta muộn phức hệ Pia Oắc. Các trường: VAG- granit cung núi lửa; syn-COLG- granit đồng chạm mảng; WPG- granit nội mảng; ORG- granit sống núi giữa đại dương, vị trí của khối Đá liền là các hình elip màu đỏ. .......................141 Hình 5.2. Biểu đồ sự phụ thuộc của tỷ lệ (A) và hàm lượng các oxyt kiềm (B) vào hàm lượng oxyt silic trong các đá magma của các mỏ skarn-sheelit-sulfua điển hình...................................................................................................144 Hình 5.3. Các đặc trưng thạch hóa cơ bản của các phức hệ granit chứa wolfram của các mỏ skarn-sheelit-sulfua điển hình .....................................................144 Hình 5.4. Vị trí của granit khối Đá Liền trên các biểu đồ so sánh các mối tương quan tương tự của các kiểu mỏ skarn chính trên thế giới (Meinert, 1995). ..................................................................................................................145 Hình 5.5.Vị trí của granit Đá Liền trên các biểu đồ so sánh các mối tương quan giữa MgO và K2O với SiO2 của các kiểu mỏ skarn chính trên thế giới (Meinert, 1995).........................................................................................................146 Hình 5.6. Vị trí của các khối granit trong sinh khoáng skarn theo biểu đồ hàm lượng Rb-Sc và V-Ni (Meinert, 1995). ..............................................................149 Hình 5.7. Khả năng sinh quặng của granit theo độ oxy hóa khử (A) và trong biểu đồ sinh khoáng magma (B). ..........................................................................150 Hình 5.8. Mô hình nguồn gốc magma - quặng mỏ skarn sheelit-sulphua .............157 Hình 5.9. Mô hình nguồn gốc mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo ..............................157
ix Ảnh 1.1. Granit khối Núi Pháo thuộc phức hệ Núi Điệng, mẫu lõi khoan NP 16 ....25 Ảnh 1.2. Đá granit Núi Pháo dạng porphyr, mẫu lát mỏng 05, chụp dưới hai Nicol vuông góc ...................................................................................................25 Ảnh 1.3. Hình ảnh chụp các hạt zircon và điểm bắn của đá granit khối Núi Pháo ..29 Ảnh 1.4. Đá granit hai mica Đá Liền tại lỗ khoan NP 54 .........................................31 Ảnh 1.5. Granit hai mica Đá Liền, mẫu LM 01, dưới hai nicol vuông góc ..............32 Ảnh 1.6. Hình ảnh hạt và điểm bắn zircon của granit khối Đá Liền ........................35 Ảnh 1.7. Cấu tạo phân phiến S1 trong pha biến dạng thứ nhất bị biến dạng các nếp uốn thế hệ 2 thuộc pha 2, [6] .....................................................................38 Ảnh 1.8. Một nếp uốn đẳng cánh U1 quan sát được trong mẫu lõi khoan, vết mặt trục của nếp uốn U1 gần song song với cánh của nếp uốn , [6] ................38 Ảnh 1.9. Cấu tạo mylonit trong đá granit Núi Pháo, [6] ...........................................39 Ảnh 1.10. Cấu tạo siêu mylonit trong đá granit Núi Pháo, [6] .................................39 Ảnh 1.11. Cấu tạo phân phiến bị biến dạng uốn nếp bởi pha biến dạng thứ 2 .........40 Ảnh 1.12. Cấu tạo thớ chẻ mặt trục trong pha biến dạng D2, [6] .............................40 Ảnh 1.13. Nếp uốn U2 (vết mặt trục là đường màu đỏ trong mẫu lõi khoan, [6].....41 Ảnh 1.14. Các đứt gãy thuộc pha biến dạng thứ 3 làm dập vỡ các đá skarn của tổ hợp thạch kiến tạo 1, [6] ............................................................................41 Ảnh 1.15. Một mạch quặng bị uốn nếp bởi nếp uốn U3 của pha biến dạng thứ 4, (ảnh chụp mẫu TS 24, độ phóng đại 4x) ....................................................42 Ảnh 1.16. Đới dăm kết sản phẩm của pha biến dạng thứ 5, trong thành phần dăm có các mảnh vụn đá skarn, [6]. .......................................................................43 Ảnh 2.1. Mỏ dạng mạch thạch anh - sheelit tại mỏ Mittersill, Áo . (ảnh trái-quan sát dưới ánh sáng thường, ảnh phải-quan sát dưới ánh sáng đèn tia cực tím).55 Ảnh 3.1. Ảnh đá hoa, ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử mẫu khoan NP 206 độ sâu 48m, các tinh thể calxit chiếm chủ yếu trên nền đá (chụp dưới 2 nikol)...81 Ảnh 3.2. Thành tạo đá sừng, ảnh chụp mẫu lỗ khoan Np 209, độ sâu 69m, dưới kính hiển vi điện tử, thấy rõ các tinh thể khoáng vật tremolit trên nền đá (chụp dưới 2 nikol). ..............................................................................................82 Ảnh 3.3. Đá skarn giai đoạn sớm với khoáng vật granat, pyroxen với tổ hợp khoáng vật pyroxen xiên - visuvian đặc trưng, dưới kính hiển vi điện tử (hai nicol +) ................................................................................................................83 Ảnh 3.4. Skarn giai đoạn giữa với khoáng vật chủ yếu là hastingsit + khoáng vật sulfua và bị biotit của giai đoạn sau xuyên cắt (hai nikol +) .....................84 Ảnh 3.5. Đá skarn muộn, với tổ hợp khoáng vật bioti+ danalit, mẫu LM 4, chụp dưới kính hiển vi điện tử (2 nicol +) ..........................................................85
x Ảnh 3.6. Các đá biến chất trao đổi felspat với các khoáng vật đặc trưng albit.........86 Ảnh 3.7. Các đá biến chất trao đổi felspat với các khoáng vật đặc trưng microclin 86 Ảnh 3.8. Greisen biotit với tổ hợp khoáng vật thạch anh- sheelit - fluorit , mẫu LM 11/1, dưới 1 nicol. ......................................................................................88 Ảnh 3.9. Greisen biotit với tổ hợp khoáng vật khoáng vật plagioclas, sheelit, chlorit, mẫu LM 04.................................................................................................88 Ảnh 3.10. Greisen muscovit với tổ hợp khoáng vật thạch anh-sheelit -fluorit được các khoáng vật quặng thay thế, gắn kết (1 nicol). .....................................89 Ảnh 3.11. Biến đổi cạnh mạch thạch anh hóa với tổ hợp khoáng vật thạch anh- sericit, mẫu NP 203 (nicol +). ....................................................................90 Ảnh 4.1.Magnetit đi cùng pyrotin I (Pyr) và chalcopyrit I (Chp) t ạo thành 1 THCSKV .................................................................................................104 Ảnh 4.2. Magnetit (mt) kiến trúc hạt nửa tự hình, tha hình, cấu tạo dải trong nền đá skarn .........................................................................................................104 Ảnh 4.3. Khoáng vật sheelit thế hệ I trong quặng mỏ Núi Pháo, cùng chalcopyritI, pyrotinI, tạo thành 1 THCSKV (các ảnh A,B). ......................................107 Ảnh 4.4. Sheelit thế hệ I dưới kính hiển vi phản xạ (ảnh A) & dưới kính hiển vi điện tử quét có các điểm kiểm tra thành phần khoáng vật (ảnh B). ................107 Ảnh 4.5. Sheelit II phân bố trong greisen ngoại và greisen nội tạo THCSKV thạch anh I-Sheelit II-Fluorit (đã được mô tả ở trên) ........................................109 Ảnh 4.6. Tổ hợp cộng sinh khoáng vật magnetit- pyrotin I- Chalcopyrit I trong đá skarn giai đoạn giữa (ảnh A, B). ..............................................................111 Ảnh 4.7. Pyrotin II & chalcopyrrit II gắn kết sheelit II (ảnh 4.8-A) và xuyên lấp theo vi khe nứt của sheelit II (ảnh 4.8-B). ...............................................112 Ảnh 4.8. Chalcopyrit II hạt tha hình cấu tạo mạch (ảnh A), xâm tán (ảnh B), ổ nhỏ (ảnh C, D) và tổ hợp cộng sinh khoáng vật chalcopyrit II-pyrotin II-Bi- sphalerit trong đá skarn bị greisen hóa (ảnh C) và trong đá granit bị greisen hóa (ảnh D). .................................................................................113 Ảnh 4.9. Khoáng vật Bismut tự sinh hạt hình cầu (ảnh A), hình bán lập phương (ảnh B), hạt tha hình xâm tán cùng pyrotin II (ảnh C), hạt tha hình xâm tán thành đám hạt cùng bismutin trên nền đá (ảnh C), hạt tha hình xuyên lấp theo vi khe nứt của đá cùng pyrotin II, chalcopyrit II (ảnh E), hạt tha hình xâm tán thành đám hạt (ảnh F). ...............................................................114 Ảnh 4.10. Molybdenit (Mo) tấm mỏng, vẩy mỏng xâm tán thành đám nhỏ, ổ nhỏ trong đá greisen (ảnh A) và trong thạch anh cắt qua nền đá skarn có xâm tán magnetit (Mt), pyrotin (Pyr) hạt nhỏ tha hình (ảnh B). .....................115
xi Ảnh 4.11. Khoáng vật fluorit (dưới 1 Nikon) thường xuất hiện cùng biotit, thạch anh, và được các khoáng vật sulfua thay thế, gắn kết .............................116 Ảnh 4.12. Wolframit (Wf) xâm tán trên nền đá granit bị greisen hóa bị pyrotin (Pyr) thay thế. ..........................................................................................116 Ảnh 4.13-A: Sphalerit hạt tha hình (spl) xâm tán trong nền đá skarn cùng pyrotin (pyr) và chalcopyrit (chp) - Ảnh chụp dưới kính hiển vi Khoáng tướng.117 Ảnh 4.13-B: Ảnh chụp sphalerit, pyrotin, chalcopyrit mẫu SKN 8 dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) và các điểm chọn kiểm tra k.v. ................................117 Ảnh 4.14. Mẫu Lm 8964 : Đá skarn sớm - tổ hợp khoáng vật pyroxen (hedenbergit) - vesuvian. (Nicol +). ...............................................................................120 Ảnh 4.15. Khoáng vật granat bị xuyên cắt bởi các khoáng vật quặng (ảnh A), bị thay thể bởi hastingsit (ảnh B). Chụp dưới 1 Nikon. ...............................120 Ảnh 4.16. Hastingsit bị thay thế bởi biotit, danburit (ảnh A) và gặm mòn bởi các khoáng vật quặng sheelit, flourit (ảnh B). ...............................................121 Ảnh 4.17. Khoáng vật biotit xuất hiện cùng các khoáng vật của quá trình greisen hóa (ảnh A) và các khoáng vật quặng (ảnh B).........................................121 Ảnh 4.18. Pyrotin (Pyr) tập hợp hạt tha hình, cấu tạo ổ đặc xít, chứa tàn dư của đá skarn chưa bị thay thế hết (ảnh mẫu 08978). ...........................................122 Ảnh 4.19. Magnetit (mt) vi hạt tha hình xâm tán khá dày trên nền đá skarn..........123 Ảnh 4.20. Các vi hạt sheelit (She) tha hình xâm tán thành đám hạt trên nên đá skarn. .123 Ảnh 4.21. Pyrotin (Pyr), chalcopyrit(Chp) tạo vi mạch lấp đầy theo vi khe nứt trong thạch anh. .................................................................................................124 Ảnh 4.22. Sheelit vi hạt tự hình xâm tán trên nên đá ..............................................125 Ảnh 4.23. Pyrit vi hạt tự hình xâm tán trên nền đá .................................................125 Ảnh 4.24. Sheelit hạt tha hình xâm tán trong đá .....................................................125 Ảnh 4.25. Pyrotin tạo vi mạch lấp đầy theo vi khe nứt của đá ...............................126 Ảnh 4.26. Bi tự sinh (Bi) cùng chalcopyrit(Chp) xuyên lấp theo vi khe nứt tạo vi mạch lấp đầy trong nền đá skarn. ............................................................126 Ảnh 4.27. Magnetit bị magemit (Mag) thay thế giả hình trong nền đá skarn. ........127
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Mỏ skarn chứa sheelit là một trong những kiểu nguồn gốc chính của các mỏ wolfram ở Việt Nam cũng như trên thế giới đang được khai thác hiện nay. Trên thế giới sản lượng khai thác quặng wolfram từ các mỏ nguồn gốc skarn chiếm tới 60%, trong khi đó trữ lượng quặng wolfram của kiểu nguồn gốc này không vượt quá 30% tổng trữ lượng quặng của tất cả các kiểu nguồn gốc mỏ wolfram. Ở Đông bắc Việt Nam có một mỏ W lớn kiểu skarn đó là mỏ W Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Quặng của mỏ W Núi Pháo cũng như quặng của đa số các mỏ W cùng kiểu trên thế giới thuộc loại quặng tổng hợp: ngoài W còn có Cu, Bi, Au và các nguyên tố khác. Vì vậy mỏ Núi Pháo còn được gọi là mỏ wolfram-đa kim, mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo đang được khai thác với sản lượng khai thác chiếm tới 90% sản lượng khai thác chung của các mỏ wolfram ở Việt Nam. Hiện nay việc gia tăng nguyên liệu khoáng wolfram ở nhiều nước trên thế giới đang diễn ra theo hướng tìm kiếm và khai thác các mỏ có trữ lượng lớn nhưng có hàm lượng WO3 thấp (0,15 - 0,20%). Đó là các đối tượng kiểu stratiform (dạng tầng) và stocverc (mạng mạch xâm nhiễm) đã được phát hiện ở Australia (King- Ailend), Áo (Ferbeltal), Pháp (Salo), Bắc Kavkaz thuộc LB Nga (Kti-Teberda), Trung tâm Kazacxtan (Kairactư, Koctenkol, …) và nhiều vùng khác trên thế giới. Tính thời sự của việc nghiên cứu “Đặc điểm quặng hóa wolfram - đa kim mỏ Núi Pháo, Đại Từ - Thái Nguyên” là ở chỗ mỏ Núi Pháo được xem như một mỏ chuẩn điển hình, các kết quả nghiên cứu sẽ tạo cơ sở khoa học tin cậy cao trong việc giúp phát hiện không chỉ kiểu mỏ skarn - sheelit - sulfua mà còn phát hiện cả các mỏ mới kiểu nguồn gốc khác ở những vùng chưa được nghiên cứu kỹ. Điều này có thể thúc đẩy việc mở rộng cơ sở nguyên liệu khoáng ở Đông Bắc Việt Nam nói riêng và trên cả lãnh thổ Việt Nam nói chung. Theo truyền thống, việc dự báo khu vực và địa phương được dựa trên sự hiểu biết về các mỏ điển hình (mỏ chuẩn): hoàn cảnh địa chất phân bố của mỏ, mối liên
2 quan với một kiểu thạch hóa nhất định của đá magma, các điều kiện và hình thức biểu hiện của các quá trình hậu magma dẫn đến sự thành tạo quặng hóa wolfram.Vì vậy việc nghiên cứu chi tiết về địa chất, thành phần vật chất và nguồn gốc mỏ W-đa kim Núi Pháo như là một mỏ điển hình ở Việt Nam là một nhu cầu cấp thiết. Mặc dù đã được nghiên cứu và hiện đang trong quá trình khai thác, song mỏ W Núi Pháo vẫn còn nhiều vấn đề cấp thiết chưa được làm sáng tỏ hoặc còn nhiều tranh luận, cụ thể như: quặng hóa wolfram liên quan nguồn gốc với granit của phức hệ magma nào trong khu mỏ; các THCS khoáng vật quặng ứng với từng kiểu quặng và mối quan hệ thời gian - không gian của chúng với các kiểu đá biến chất trao đổi trong khu mỏ chưa được phân chia & luận giải một cách hệ thống; mối quan hệ giữa quặng hóa wolfram và đá skarn là đồng thời, kéo theo hay nằm chồng; mối quan hệ giữa các giai đoạn thành tạo skarn với giai đoạn greisen và giai đoạn nhiệt dịch chưa được làm rõ; mô hình nguồn gốc mỏ cũng chưa được xây dựng. Đề tài Luận án “Đặc điểm quặng hóa wolfram-đa kim mỏ Núi Pháo, Đại Từ- Thái Nguyên” được NCS lựa chọn hoàn toàn xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết của thực tiễn khách quan nhằm giải quyết những vấn đề tồn tại nêu trên, tạo cơ sở khoa học cho việc dự báo, tìm kiếm và đánh giá kiểu mỏ skarn-sheelit- sulfua ở Việt Nam. 2. Mục tiêu của luận án Luận án có mục tiêu làm sáng tỏ thành phần vật chất và bản chất nguồn gốc quặng hóa wolfram- đa kim của mỏ Núi Pháo, làm cơ sở khoa học cho công tác dự báo, tìm kiếm - thăm dò, khai thác và chế biến loại hình khoáng sản này. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Quặng wolfram - đa kim và các thành tạo địa chất liên quan quặng hóa wolfram - đa kim trong toàn diện tích mỏ Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. - Vùng nghiên cứu thuộc phần tây nam đứt gãy sâu Sông Hồng tại nơi giao nhau của 3 đới kiến tạo: đai tạo núi nội lục Paleozoi sớm Tây Việt Bắc, Đông Bắc Bộ và hệ rift nội lục Permi muộn - Mesozoi trũng An Châu. Diện tích mỏ 0.92 km2.
3 4. Nhiệm vụ của luận án Để đạt được mục tiêu nêu trên, luận án tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu hoàn cảnh địa chất và vị trí mỏ Núi Pháo trong bình đồ cấu trúc khu vực. - Nghiên cứu các yếu tố kiến trúc tạo nên cấu trúc mỏ Núi Pháo và vai trò của các yếu tố này trong sự thành tạo và định vị quặng hóa wolfram - đa kim, bao gồm: yếu tố cấu trúc kiến tạo, yếu tố magma, yếu tố thạch học - địa tầng, yếu tố đá biến chất trao đổi. - Nghiên cứu đặc điểm phân bố và đặc điểm hình thái, cấu trúc các thân quặng wolfram - đa kim. - Nghiên cứu thành phần vật chất, cấu tạo và kiến trúc quặng wolfram - đa kim, xác định các thời kỳ và giai đoạn tạo khoáng trong mỏ Núi Pháo. - Nghiên cứu điều kiện thành tạo và xây dựng mô hình nguồn gốc tổng quát mỏ wolfram-đa kim Núi Pháo trên cơ sở các công tác đã tiến hành ở các bước trên. 5. Các phương pháp nghiên cứu Luận án được tổng hợp, xử lý và xây dựng trên cơ sở kết quả của các phương pháp nghiên cứu truyền thống kết hợp phương pháp hiện đại như sau: * Tổ hợp các phương pháp nghiên cứu tại thực địa: - Xác định vị trí các thân quặng trong các mặt cắt địa chất chính cắt qua khu mỏ. - Xác định mối liên quan (hoặc không liên quan) của quặng hóa với các đá xâm nhập. - Xác định thành phần các đá vây quanh quặng. - Xác định các điều kiện kiến tạo khống chế định vị thân quặng. - Xác định hình thái, kích thước và thành phần của các thân quặng và v.v.. - Mô tả mẫu khoan, hiện trường - Thu thập các loại mẫu tại khai trường, vết lộ cũng như mẫu lõi khoan. * Tổ hợp các phương pháp nghiên cứu trong phòng: - Phương pháp phân tích khoáng tướng, - Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học
4 - Phương pháp phân tích hoá silicat, - Phương pháp phân tích quang phổ plasma (ICP, ICP-MS), - Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét (SEM). - Phương pháp phân tích tuổi đồng vị U-Pb zircon, - Phương pháp phân tích tuổi đồng vị Re-Os molybdenit, - Phương pháp tin học trong tổng hợp, xử lý, đối sánh và luận giải số liệu, - Phương pháp so sánh tương tự, - Phương pháp Toán địa chất nhận dạng và so sánh các đối tượng địa chất, - Phương pháp mô hình hóa các quá trình tạo quặng. 6. Những điểm mới của luận án Kết quả nghiên cứu của luận án đã đạt được một số điểm mới sau: 1 - Luận án đã làm rõ 3 yếu tố quan trọng khống chế sự thành tạo skarn và quặng hóa trong mỏ Núi Pháo là yếu tố magma (khối granit 2 mica Đá Liền-Phức hệ Pia Oắc tuổi K2), yếu tố thạch học-địa tầng (tầng đá carbonat-hệ tầng Phú Ngữ) và yếu tố đá biến chất trao đổi (các thể đá skarn, các thể đá bị greisen hóa). Khả năng sinh quặng W-đa kim của khối granit 2 mica Đá Liền đã được chứng minh, làm rõ. 2 - Làm rõ điều kiện thế nằm, đặc điểm phân bố cũng như hình thái và cấu trúc các thể đá biến đổi cũng như các thân quặng W - đa kim trong mỏ Núi Pháo. Làm rõ quan hệ giữa skarn và quặng hóa là quan hệ nằm chồng. Những kết quả nghiên cứu mới về tuổi đồng vị U-Pb zircon của 2 phức hệ magma: Núi Điệng và Pia Oắc có mặt trong mỏ đã góp phần làm sáng tỏ thêm và khẳng định về tiến trình hoạt động magma cũng như yếu tố magma khống chế quặng hóa W-đa kim trong mỏ. Đồng thời, kết quả xác định tuổi đồng vị Re-Os từ molybdenit ủng hộ quan điểm về mối liên quan của quặng hóa W - đa kim với phức hệ Pia Oắc. 3 - Nghiên cứu có hệ thống thành phần vật chất, nghiên cứu đặc điểm khoáng vật của các đá biến đổi và quặng đã phân chia có cơ sở khoa học các thời kỳ và giai đoạn tạo đá biến đổi cũng như các tổ hợp cộng sinh khoáng vật trong quặng W - đa kim, từ đó xác định trình tự các giai đoạn tạo khoáng xảy ra trong
5 mỏ Núi Pháo. Phát hiện thêm các khoáng vật trong đá biến đổi như hedenbergit, hastingsit, danburit, danalit, và một số khoáng vật quặng quan trọng như: molybdenit, sphalerit, bismutin, woframit. 4 - Xây dựng mô hình tổng quát sự thành tạo mỏ kiểu skarn - sheelit - sulfua Núi Pháo và mô hình nguồn gốc tổng quát của hệ magma - quặng (HMQ) trên cơ sở nghiên cứu thành phần vật chất cũng như điều kiện địa chất và hóa - lý thành tạo quặng W - đa kim trong khu mỏ. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học: - Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm sáng tỏ đặc điểm quặng hóa và xác định mỏ W-đa kim Núi Pháo thuộc kiểu mỏ Skarn-sheelit-sulfua trên cơ sở nghiên cứu có hệ thống thành phần vật chất của các đá biến đổi và quặng, đồng thời phân chia có cơ sở khoa học các thời kỳ và giai đoạn tạo đá biến đổi cũng như tạo quặng trong khu mỏ; - Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được mô hình tổng quát sự thành tạo mỏ kiểu skarn - sheelit - sulfua Núi Pháo và mô hình nguồn gốc tổng quát của hệ magma - quặng trên cơ sở nghiên cứu thành phần vật chất cũng như điều kiện địa chất và hóa lý thành tạo quặng Wolfram - đa kim trong khu mỏ. Đây được xem như là các mô hình chuẩn giúp định hướng cho việc nghiên cứu khoánh sản W thuộc kiểu mỏ Skarn-sheelit-sulfua trong những hoàn cảnh địa chất tương tự ở Việt Nam. - Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu về hình thái và cấu trúc các thân khoáng trong khu mỏ góp phần quan trọng nâng cao hiệu quả của công tác thăm dò và thiết kế khai thác quặng W - đa kim ở mỏ Núi Pháo. - Các kết quả nghiên cứu thành phần khoáng vật, thành phần hóa học, tổ hợp cộng sinh khoáng vật, cấu tạo và kiến trúc quặng W - đa kim giúp cho các nhà tuyển khoáng lựa chọn công nghệ tuyển luyện và thu hồi hợp lý nhất các hợp phần có ích trong quặng, giảm thiểu tối đa sự lãng phí tài nguyên và bảo vệ môi trường.
6 8. Các luận điểm bảo vệ của luận án Luận điểm 1: Mỏ wolfram - đa kim Núi Pháo thuộc kiểu mỏ skarn - sheelit - sulfua và gồm 2 kiểu quặng: thạch anh - sheelit và thạch anh - pyrotin - chalcopyrit - bismut. Luận điểm 2: Đá skarn và quặng hóa sheelit - sulfua liên quan nguồn gốc với tổ hợp granit 2 mica kiểu S khối Đá Liền tuổi K 2 thuộc phức hệ Pia Oắc, trong đó quặng hóa sheelit - sulfua công nghiệp hình thành vào các giai đoạn muộn hơn nằm chồng lên các thể đá skarn thành tạo trước (skarn và quặng hóa nằm chồng). 9. Cơ sở tài liệu của luận án Luận án được hoàn thành trên cơ sở tài liệu bổ sung khảo sát thực tế toàn khu mỏ và kết quả nghiên cứu đặc điểm địa chất quặng hóa cũng như đặc điểm thành phần vật chất quặng hoá wolfram ở mỏ Núi Pháo của chính bản thân NCS trong thời gian thực hiện luận án. NCS đã trực tiếp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ hơn 500 mẫu khoáng tướng, 500 mẫu thạch học lát mỏng, 30 mẫu hoá, 35 mẫu phân tích ICP các nguyên tố hiếm, vết trong đá magma, 35 mẫu hoá silicat, 8 mẫu phân tích tuổi đồng vị U-Pb zircon, 5 mẫu phân tích tuổi đồng vị Re-Os molybdenit, 20 mẫu phân tích các nguyên tố đất hiếm, 30 mẫu phân tích hiển vi điện tử quét (SEM), các mẫu được phân tích tại Trung tâm phân tích thí nghiệm Địa chất Hà Nội, Viện nghiên cứu Khoa học Địa chất và Khoáng sản; Phòng thí nghiệm Công nghệ cao; Phòng thí nghiệm hiển vi khoáng tướng, Phòng thí nghiệm hiển vi thạch học - Trường Đại học Mỏ - Địa chất; Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia thuộc Đại học Địa chất Trung Quốc (Bắc Kinh); Phòng thí nghiệm Đại học Tây An Trung Quốc; Phòng thí nghiệm Amdel Australia; Phòng thí nghiệm của Công ty CP Khai thác Chế biến Khoáng sản Việt. Ngoài ra tác giả còn tham khảo, sử dụng các kết quả nghiên cứu, thăm dò mỏ Núi Pháo của Công ty Tibron Mineral Ltd từ 1999 tới 2013 mà NCS cũng là một thành viên. Đồng thời các kết quả nghiên cứu của các đề án, các công trình đã được công bố trong và ngoài nước về mỏ Núi Pháo cũng được NCS kế thừa trong từng phần nội dung của luận án.
7 10. Nơi thực hiện đề tài và lời cám ơn Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Khoáng sản, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của Phó Giáo sư - Tiến sĩ Địa lý - Địa chất Nguyễn Quang Luật và Tiến sĩ Địa chất Trần Mỹ Dũng. Tác giả xin được bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc đến các cán bộ hướng dẫn đã tận tình, sâu sát hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả đã nhận được sự quan tâm tạo điều kiện và nhiều ý kiến đóng góp của TS. Đỗ Văn Nhuận, PGS.TS. Trần Bỉnh Chư; PGS.TS Trần Thanh Hải, PGS.TS. Nguyễn Văn Phổ; TS. Đào Thái Bắc; ThS. Nguyễn Kim Long; ThS. Ngô Xuân Đắc; ThS. Nguyễn Hữu Thương; ThS. Nguyễn Đình Luyện; ThS. Lê Thị Thu; KS.Vũ Mạnh Long; KS. Nguyễn Ngọc Hướng; KS. Hoàng Văn Vượng cùng nhiều nhà khoa học và đồng nghiệp khác. Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các nhà khoa học và đồng nghiệp nêu trên. Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ, giúp đỡ của Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo sau đại học, BCN Khoa KH&KT Địa chất; Bộ môn Khoáng sản, đặc biệt là sự tạo điều kiện thuận lợi và sự giúp đỡ về mọi mặt của Công ty TNHH Khai thác Chế biến Khoáng sản Núi Pháo (NPM), Công ty CP Khai Thác Chế biến Khoáng sản Việt (VMPCo), Công ty CP Đầu tư Bảo Lai (BLG) trong suốt quá trình tác giả thực hiện luận án. Tác giả xin cám ơn gia đình, người thân đã luôn động viên, sát cánh giúp đỡ, tạo động lực để tác giả hoàn thành luận án.