Luận án Tiến sĩ Địa chất học: Đặc điểm kiến tạo khu vực Hoà An, Cao Bằng và mối liên quan với khoáng hoá niken-đồng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:174

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn "Đặc điểm kiến tạo khu vực Hoà An, Cao Bằng và mối liên quan với khoáng hoá niken-đồng" nhằm làm sáng tỏ đặc điểm kiến tạo, bối cảnh hình thành magma, mối liên quan giữa yếu tố cấu trúc kiến tạo, yếu tố magma với khoáng hoá niken - đồng khu vực Hoà An, nhằm cung cấp dữ liệu định hướng cho công tác tìm kiếm, đánh giá khoáng sản niken - đồng liên quan đến đá xâm nhập siêu mafic khu vực nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa chất học: Đặc điểm kiến tạo khu vực Hoà An, Cao Bằng và mối liên quan với khoáng hoá niken-đồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ MẠNH HÀO ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO KHU VỰC HÒA AN, CAO BẰNG VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI KHOÁNG HÓA NIKEN - ĐỒNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT HỌC Hà Nội - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT VŨ MẠNH HÀO ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO KHU VỰC HÒA AN, CAO BẰNG VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI KHOÁNG HÓA NIKEN - ĐỒNG Ngành: Địa chất học Mã số: 9440201 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGÔ XUÂN THÀNH 2. TS. TRẦN VĂN MIẾN Hà Nội- 2022
ii 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 khác./. Tác giả luận án Vũ Mạnh Hào
iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ..................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án ..................................................... 2 4. Nhiệm vụ của luận án .......................................................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án .............................................. 3 6. Các luận điểm bảo vệ........................................................................................... 3 7. Các điểm mới trong luận án ................................................................................. 4 8. Kết cấu của luận án.............................................................................................. 4 9. Cơ sở tài liệu của luận án ..................................................................................... 5 10. Nơi thực hiện đề tài ........................................................................................... 5 11. Lời cảm ơn ........................................................................................................ 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ......................................... 7 1.1. Khái quát về vị trí và đặc điểm vùng nghiên cứu .............................................. 7 1.2. Lịch sử nghiên cứu địa chất .............................................................................. 7 1.2.1. Giai đoạn trước năm 1954 .......................................................................................................... 7 1.2.2. Giai đoạn sau năm 1954 ............................................................................................................. 7 1.3. Vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc kiến tạo khu vực ...................... 10 1.4. Khái quát đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu và lân cận ................................ 13 1.5. Một số tồn tại trước đây .................................................................................. 18 1.5.1. Về địa tầng .................................................................................................................................. 18 1.5.2. Về magma................................................................................................................................... 19 1.5.3. Về cấu trúc kiến tạo ................................................................................................................... 19 1.5.4. Về khoáng hoá niken - đồng trong siêu mafic....................................................................... 19 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 21 2.1. Cơ sở lý luận .................................................................................................. 21 2.1.1. Kiến tạo khu vực........................................................................................................................ 21 2.1.2. Biến dạng và quan hệ biến dạng.............................................................................................. 26
iv 2.1.3. Khái quát về các mỏ sulfua niken - đồng magma dung ly................................................... 30 2.1.3.1. Các mỏ khoáng sulfua niken - đồng magma dung ly........................................................ 30 2.1.3.2. Bối cảnh kiến tạo và sinh khoáng niken - đồng ................................................................. 33 2.1.3.3. Mức độ bão hòa S và khả năng tập trung quặng Cu-Ni-PGE.......................................... 35 2.1.4. Các quá trình địa chất kiểm soát thành phần hoá học magma ............................................ 35 2.1.4.1. Quá trình nóng chảy nguồn manti........................................................................................ 35 2.1.4.2. Mức độ nóng chảy nguồn manti và sự liên quan với tiềm năng Cu-Ni-PGE ............... 38 2.1.5. Mối liên quan giữa hoạt động magma với các quá trình kiến tạo....................................... 39 2.2. Một số khai niệm trong luận văn ..................................................................... 40 2.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...................................................... 41 2.3.1. Cách tiếp cận .............................................................................................................................. 41 2.3.1.1. Tiếp cận hệ thống ................................................................................................................... 41 2.3.1.2. Tiếp cận truyền thống kết hợp với hiện đại......................................................................... 42 2.3.1.3. Tiếp cận tổng hợp ................................................................................................................... 42 2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu .................................................................................................. 43 2.3.2.1. Nhóm các phương pháp địa chất.......................................................................................... 43 2.3.2.2. Các phương nghiên cứu trong phòng .................................................................................. 46 CHƯƠNG 3 .......................................................................................................... 48 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN NIKEN - ĐỒNG KHU VỰC HOÀ AN - CAO BẰNG ................................................................................................. 48 3.1. Địa tầng .......................................................................................................... 48 3.1.1. Các thành tạo Paleozoi .............................................................................................................. 48 3.1.2. Các thành tạo Paleozoi muộn - Mesozoi sớm ....................................................................... 52 3.1.3. Các thành tạo Mesozoi.............................................................................................................. 56 3.2. Magma xâm nhập ........................................................................................... 58 3.2.1. Các thành tạo xâm nhập Ordovic muộn................................................................................. 58 3.2.2. Phức hệ Cao Bằng ..................................................................................................................... 61 3.2.2.1. Các đá siêu mafic.................................................................................................................... 61 3.2.2.2. Các đá gabbro và gabbrodiabas............................................................................................ 66
v 3.2.3. Phức hệ Núi Điệng (T1-2nđ) ..................................................................................................... 70 3.2.4. Điều kiện địa động lực hình thành các đá magma Paleozoi muộn - Mesozoi sớm khu vực Hòa An ........................................................................................................................................... 73 3.2.4.1. Bối cảnh kiến tạo của các tổ hợp magma............................................................................ 73 3.2.4.2. Bối cảnh địa động lực của các thành tạo magma Paleozoi muộn -Mesozoi sớm ......... 78 3.3. Đặc điểm quặng hoá niken - đồng sulfua ........................................................ 80 3.3.1. Thành phần khoáng vật quặng................................................................................................. 82 3.3.2. Đặc điểm địa hoá quặng ........................................................................................................... 85 3.3.2.1. Khối xâm nhập của Hà Trì.................................................................................................... 85 3.3.2.2. Khối xâm nhập Suối Củn ...................................................................................................... 85 3.3.2.3. Khối xâm nhập Phan Thanh ................................................................................................. 85 3.3.3. Nguồn gốc quặng Ni-Cu khu vực Hòa An ............................................................................ 86 3.3.4. Nóng chảy nguồn manti và khả năng tập trung quặng Cu-Ni............................................. 88 3.3.5. Khả năng sinh khoáng hoá Ni-Cu của magma siêu mafic .................................................. 90 3.3.6. Quá trình phân dị và tập trung quặng Ni-Cu trong magma siêu mafic ................... 91 CHƯƠNG 4 .......................................................................................................... 97 ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO KHU VỰC HOÀ AN VÀ MỐI QUAN HỆ QUẶNG HOÁ NIKEN - ĐỒNG.................................................................................................... 97 4.1. Khái quát chung.............................................................................................. 97 4.2. Các tổ hợp thạch kiến tạo ................................................................................ 99 4.2.1. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa thụ động Paleozoi sớm .................................................... 99 4.2.2. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa thụ động Paleozoi giữa - muộn ...................................... 99 4.2.3. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa thụ động cuối Paleozoi muộn .......................................100 4.2.4. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa tích cực Paleozoi muộn đến Mesozoi sớm .................101 4.2.5. Tổ hợp thạch kiến tạo rift nội lục Kainozoi..........................................................................102 4.2.6. Các thành tạo bở rời hệ Đệ tứ ................................................................................................102 4.3. Đặc điểm biến dạng ...................................................................................... 102 4.3.1. Pha biến dạng thứ nhất (D1) ..................................................................................................103 4.3.2. Pha biến dạng thứ hai (D2).....................................................................................................104
vi 4.3.3. Pha biến dạng thứ ba (D3)......................................................................................................108 4.3.4. Pha biến dạng thứ tư (D4) ......................................................................................................111 4.3.5. Pha biến dạng thứ năm (D5) ..................................................................................................114 4.4. Lịch sử tiến hóa kiến tạo khu vực ................................................................. 115 4.4.1. Khung kiến tạo khu vực ............................................................................. 116 4.4.2. Các giai đoạn tiến hóa kiến tạo .................................................................. 118 4.4.2.1. Giai đoạn Cambri muộn ......................................................................................................118 4.4.2.2. Giai đoạn Ocđovic - Silur....................................................................................................119 4.4.2.3. Giai đoạn Paleozoi giữa.......................................................................................................119 4.4.2.4. Giai đoạn Paleozoi muộn ....................................................................................................120 4.4.2.5. Giai đoạn Paleozoi muộn - Mesozoi sớm.........................................................................120 4.4.2.6. Giai đoạn Kainozoi ..............................................................................................................122 4.5. Vai trò của cấu trúc kiến tạo với sự hình thành quặng hoá ............................ 123 4.5.1. Vai trò của hoạt động biến dạng kiến tạo Trias sớm (D2) .................................................123 4.5.2. Vai trò của hoạt động biến dạng kiến tạo Mesozoi giữa - Jura (D3) ................................124 4.5.3. Vai trò của hoạt động biến dạng kiến tạo Kainozoi (D4, D5) ...........................................126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 127 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ......................................... 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 130 PHỤ LỤC............................................................................................................ 134
vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Viết đầy đủ Actlabs Phòng phân tích Actlabs, Canada ĐCKS Địa chất khoáng sản CB-TY Cao Bằng-Tiên Yên MC-ICP-MS Phương pháp phân tích MC-ICP-MS NCS Nghiên cứu sinh QL Quốc lộ ĐB - TN Đông Bắc -Tây Nam KIGAM Viện khoa học Trái đất và Tài nguyên khoáng ssản Hàn Quốc KSBI Viện khoa học cơ bản Hàn Quốc TB - ĐN Tây Bắc -Đông Nam tr.n Triệu năm Ni-Cu Niken - đồng S Lưu Huỳnh
viii DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ PHỤ LỤC Bảng 1.1. Toạ độ những điểm khép góc khu vực Hoà An, Cao Bằng Bảng 3.1. Tổng hợp tuổi đá gabbro bằng phương pháp phân tích U-Pb zircon Bảng 4.1. Tóm tắt đặc điểm các sự kiện biến dạng chính ở khu vực nghiên cứu đối sánh với vùng Đông Bắc Bộ Bảng 1. Thành phần địa hoá nguyên tố trong các đá mafic khu vực Hoà An Bảng 2. Thành phần địa hoá nguyên tố trong các đá siêu mafic khu vực Hoà An Bảng 3. Thành phần địa hoá nguyên tố trong các đá granit, rhyolit khu vực Hoà An Bảng 4. Kết quả phân tích các nguyên tố nhóm platin (PGE) Bảng 5. Kết quả phân tích tuổi U-Pb zircon mẫu CB168 Bảng 6. Kết quả phân tích tuổi U-Pb zircon mẫu CB123 Bảng 7. Kết quả phân tích tuổi U-Pb zircon mẫu HT 02 Bảng 8. Kết quả phân tích tuổi U-Pb zircon mẫu SC501 và DC608 Bảng 9. Kết quả phân tích tuổi U-Pb zircon mẫu HT01 Bảng 10. Kết quả phân tích tuổi U-Pb zircon mẫu SC1 Bảng 11. Kết quả phân tích tuổi U-Pb zircon mẫu SC2 Bảng 12. Kết quả phân tich đồng vị
ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Vị trí kiến tạo khu vực nghiên cứu trên sơ đồ cấu trúc khu vực Hình 1.2. Mô hình khôi phục cấu hình kiến tạo khu vực Đông Dương và Nam Trung Hoa trước khi có sự dịch chuyển dọc theo các đới đứt gãy lớn gồm Sông Hồng, Điện Biên Phủ và Hepu-Hetai trong Kainozoi, hể hiện quan hệ giữa đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến với đới khâu Ailao Shan - Sông Mã trong Permi muộn Hình 2.1. Các biến dạng liên quan đến đới sau cung do tác động của dòng manti làm thay đổi mảng hút chìm (a) hiện tượng cuốn ngược tạo cho góc hút chìm tăng cao và hình thành đới tách giãn (b) tác động của dòng manti hình thành nên góc hút chìm nhỏ hình thành nên lực nén ép dọc đới sau cung (Heuret và Lallemand, 2005) Hình 2.2. Vị trí các mỏ sulfua Ni-Cu trữ lượng lớn trên thế giới Hình 2.3. Mô hình kiến tạo và sinh khoáng trong rift nội lục. Trong đó các đai gabbro, siêu mafic đới rift nội lục tạo nên mỏ Ni-Cu sunfua (John W. Lydon) Hình 2.4. Mô hình thể hiện các môi trường kiến tạo liên quan đến sinh khoáng khác nhau, trong đó khoáng hóa Ni-Cu hình thành ở môi trường nội mảng, sau cung được đề cập (John W. Lydon) Hình 3.1. Bản đồ địa chất và khoáng sản vùng Hoà An, tỉnh Cao Bằng Hình 3.2. Mặt cắt địa chất khái quát một phần của sườn tây bắc đèo Khau Khoang, thể hiện mối quan hệ giữa tập đá phun trào bazan cầu gối với các thành tạo địa chất vây quanh (Trần Thanh Hải và nnk., 2007) Hình 3.3 Biểu đồ phân loại đá mafic, siêu mafic khu vực nghiên cứu. (a) SiO2 và (K2O+Na2O) (La Maitre, 1989); (b) AFM (Irvine and Baragar, 1971); SiO2 và K2O (LaBas và nnk., 2000); Al-(Fet+Ti)-Mg (Jensen và Pyke, 1982) Hình 3.4. Chuẩn hóa Chondrite nhóm nguyên tố đất hiếm (a) và chuẩn hóa manti nguyên thủy cho nhóm nguyên tố vết (b) (theo Sun and McDonought, 1989) cho các đá mafic và andesitic basalt khu vực Cao Bằng và Hà Quảng Hình 3.5. Kết quả phân tích U-Pb mẫu rhyolit (SC1, SC2) Hình 3.6. Thiết đồ lỗ khoan LK115.1 và LK7.07, thể hiện quan hệ giữa đá granodiorit (tuổi ordovic) với đá siêu mafic phức hệ Cao Bằng
x Hình. 3.7. Ảnh CL một số hạt zircon mẫu SC501 và DC608 Hình 3.8. Đường concordia thể hiện sự phù hợp các điểm phân tích zircon và tuổi trung bình của chúng trong mẫu granodiorit khu vực Hòa An (SC501 và DC608) Hình 3.9. Biểu đồ tương quan (a) εNd (t) với 87Sr/86Sr và (b) Biểu đồ tương quan 208 Pb/204Pb so với 206Pb/204Pb của các đá mafic khu vực Hoà An Hình 3.10. Ảnh CL một số hạt zircon mẫu CB123 và HT02 Hình 3.11. Đường Concordia thể hiện sự phù hợp các điểm phân tích zircon và tuổi trung bình mẫu CB168, CB123, HT02 đá gabrodiabas khu vực Hoà An Hình 3.12. (a) Biểu đồ phân loại đá magma xâm nhập SiO2 và (K2O+Na2O) (Middlemost, 1994); (b) Biểu đồ phân loại đá theo hàm lượng K2O (Peccerillo và Taylor, 1976) Hình 3.13: (a) Biểu đồ đối sánh mẫu với Chondrit; (b) Biểu đồ so sánh mẫu với Manti nguyên thủy các đá granit Núi Điệng (Theo Sun và McDought, 1989) Hình 3.14: Kết quả phân tích U-Pb mẫu granodiorit (HT1) Hình 3.15. Tương quan tỷ số địa hóa (a) Ti với V, (b) Zr với Zr/Y, (c) Y với La/Nb, (d) FeO*/MgO với TiO2, (e) Zr với Ti/Zr, và (f) Th/Nb với Ce/Nb thể hiện các mẫu nghiên cứu tương đồng với kiểu magma mafic hình thành liên quan đến đới tách giãn sau cung Hình 3.16. Biểu đồ tương quan thành phần địa hóa các đá granit khu vực Hòa An. (a, b, c, d) Biểu đồ phân loại kiểu granit; (e, f, g) Các biểu đồ phân định bối cảnh của granit (theo Whalen et al. 1987; Shand, 1943; Pearce và nnk., 1984; Harris và nnk., 1986; Maniar và nnk. 1989). (Ký hiệu hình vuông và kết quả tham khảo của Halpin và nnk., 2015 cho các đá rhyolit đới Sông Hiến) Hình 3.17. Chuẩn hóa nhóm PGE quăng sulfua trong đá siêu mafic khu vực Hòa An, Cao Bằng với Chondrite (theo Sun và McDought, 1989). Hình 3.18. Sự phân bố Cu/Pd và Pd (theo Barnes và nnk., 1993), thể hiện các trường hình thành quặng Ni-Cu sulfur và nhóm PGE (a) và biểu đồ đối sánh tỷ số Ni/Cu và Pd/Ir với các trường magma trong các điều kiện kiến tạo khác nhau (b) Hình 3.19. Phân bố giá trị δ34S trong các mẫu quặng sulfua
xi Hình 3.20. Hình thể hiện giá trị δ34SJ tương ứng với nguồn sulfua (Theo Rollinson, 1995) Hình 3.21: Ước tính mức độ nóng chảy nguồn manti sử dụng các nguyên tố đất hiếm các đá siêu mafic khu vực Hoà An. (a) La/Sm với Gd/Yb (Becker và Le Roex, 2006), (b) La/Yb với Dy/Yb (Thirlwall et al., 1994). Hình 3.22. Biểu đồ xác định trường sinh khoáng các đá siêu mafic trong các lỗ khoan khu vực Hòa An (Theo Bagachev - 1982) Hình 3.23. Sơ đồ Harker thể hiện mối tương quan giữa thành phần MgO với các nguyên tố chính khác trong đá mafic, siêu mafic khu vực nghiên cứu Hình 3.24. (a) Ir và Pd/Ir thể hiện các quá trình kết tinh phân đoạn khoáng hóa sulfua với khoáng vật tạo đá; (b) Quan hệ giữa Pd và Cu/Pd cho các nguyên tố nhóm PGE. Các đường mô hình hóa thể hiện cho mức độ kết tinh phân đoạn của các khoáng vật nhóm sulfua (45 ppm Cu, 7.5 ppb Pd; theo Barnes et al., 1993), các chỉ số R phân bố trong khoảng 1,000 to 100,000 mức độ manti được làm giàu. Các mức độ % kết tinh phân đoạn khoáng vật quặng sulfua được thể hiện trên các đường R theo Holwell and Keays, (2015) Hình 3.25. Quan hệ giữa Pd và Pt với Zr/Nb và Th/Nb thể hiện xu hướng tách quặng và không tách quặng sulfua trong đá magma siêu mafic nghiên cứu (theo Song và nnk., 2009) Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc kiến tạo vùng Hoà An Hình 4.2. Bồn trũng kéo toạc (pull-apart basin) Kainozoi Cao Bằng và hệ thống bồn trũng khác được hình thành liên quan đến hoạt động trượt trái đới đứt gãy Cao Bằng - Tiên Yên (Theo Wysocka và nnk., 2020) Hình 4.3. Mô hình khôi phục cấu hình kiến tạo khu vực Đông Dương và Nam Trung Hoa trong Paeozoi muộn - Mesozoi sớm được khôi khục dựa trên Halpin et al (2015) và kết quả nghiên cứu này. Theo mô hình này vùng nghiên cứu dọc đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến, trước khi bi biến dạng và dịch chuyển dọc theo các đới đứt gãy lớn gồm Sông Hồng, Cao Bằng - Tiên Yên và Hepu-Hetai trong Kainozoi
xii Hình 4.4. Mô hình mô tả tách giãn giai đoạn giai đoạn tách giãn hình thành bồn đại dương Paleotethys và sự phân bố địa khối Nam Trung Hoa và Đông Dương, trong đó Đông Bắc là một phần của khối Đông Dương (Theo Halpin và nnk., 2015) Hình 4.5. Cấu hình kiến tạo khu vực nghiên cứu trong giai đoạn 270-250tr.n Hình 4.6. Va chạm giữa khối Nam Trung Hoa và Đông Dương (bao gồm Đông Bắc) xảy ra khoảng 245-240tr.n. hình thành nên các tổ hợp ophiolit (SH1) dọc đới khâu Dian - Qiong - Sông Hiến (Halpin và nnk., 2015) và các thành tạo magma cung, sau cung khu vực Sông Hiến - An Châu Hình 4.7. Tác động của pha biến dạng kiến tạo tạo ra ranh giới kiến tạo và đẩy trồi các thành tạo chứa khoáng hoá niken - đồng khu vực Hà Trì Hình 4.8. Mô hình hoá khối siêu mafic khu vực Hà Trì sự phân bố hàm lượng niken không theo quy luật của dung ly do tác động do hoạt động kiến tạo pha biến dạng thứ D2, D3 Hình 4.9. Mặt cắt T109 khối siêu mafic Phan Thanh bị tác động bởi pha biến dạng kiến tạo làm thay đổi quy luật phân bố hàm lượng quặng Ni-Cu
xiii DANH MỤC CÁC ẢNH Ảnh 3.1: Đá phiến hệ tầng Thần Sa quan sát tại điểm lộ TS 1 khu vực đông bắc Hòa An Ảnh 3.2: Tập trầm tích silic trong hệ tầng Nà Quản quan sát tại điểm lộ NQ1 (phía đông bắc khu vực Hòa An) Ảnh 3.3. Basalt dạng cầu gối bị phong hoá. Điểm khảo sát đông bắc Phan Thanh Ảnh 3.4. Basalt aphyr LK51.2 khu vực Hóa An, kiến trúc vô ban, nền ophit Ảnh 3.5. Basalt aphyr LK111.4 khu vực Hóa An Ảnh 3.6. Cát kết tuf rhyolit cấu tạo phân giải, kiến trúc vụ tinh thể-đá hạt vừa, tại L.84 khu Hà Trì Ảnh 3.7. Rhyolit giàu ban tinh tại LK109 khu Hà Trì. Kiến trúc ban tinh với nền vi felsit, cấu tạo dòng chảy yếu Ảnh 3.8. Đá granodiorit hạt thô bị phiến hóa, biến dạng gặp trong lỗ khoan khu vực Hà Trì và Phan Thanh Ảnh 3.9. Đá siêu mafic khu vực Suối Củn (LK111.3). Kiến trúc khảm: các tinh thể olivin tự hình khảm trên các tấm lớn pyroxen. (Oli: Olivin; Py: Pyroxen; Pl: Plagiocla; Bi: Biotit). Ảnh 3.10. Đá siêu mafic khu vực Phan Thanh (LK58.2). Kiến trúc hạt tự hình và kiến trúc khảm. Cấu tạo khối đặc sít Ảnh 3.11. Đá siêu mafic khu vực Hà Trì (LK109) bị biến đổi mạnh. Kiến trúc tàn dư hạt tự hình và kiến trúc khảm. Cấu tạo khối. (Oli: Olivin; Py: Pyroxen; Pl: Plagiocla; Bi: Biotit). Ảnh 3.12. Đá gabbro bị mạch canxit xuyên cắt (LK63.1 khu Hà Trì) Ảnh 3.13. Đá gabbrodiabas cầu tạo khối, kiến trúc hạt vừa, ophit, khảm ophit tại L.80 khu Hà Trì Ảnh 3.14. Đá diabas cầu tạo khối, kiến trúc hạt nhỏ, ophit tại L.1164 khu Khuổi Khoang Ảnh 3.15. Đá granit, kiến trúc nửa tự hình phức hệ Núi Điệng Ảnh 3.16. Quặng sulfua xâm tán dày trong đá siêu mafic tại lỗ khoan LK111.2 (77m), khu vực Hà Trì
xiv Ảnh 3.17. Quặng sulfua xâm tán thưa trong đá siêu mafíc tại lỗ khoan LK58.1 (15m) khu Phan Thanh Ảnh 3.18. Quặng sulfua đặc sít dạng ổ mạch lấp đầy trong đới dập vỡ kiến tạo, vây quanh các mảnh dăm siêu mafic và bị cắt qua bởi 1 đứt gãy muộn hơn (giữa 2 mũi tên trắng) quan sát được tại độ sâu 69,4 - 70,8 m LK111.3, Khu Hà Trì. Mối quan hệ quặng hóa và cấu trúc ở đây cho thấy một giai đoạn đứt gãy khống chế sự tập trung khoáng hóa và sau đó quặng hóa lại bị phá hủy bởi 1 pha biến dạng muộn hơn. Ảnh 3.19. Ranh giới giữa đá siêu mafic với đá granit là đới biến dạng chứa quặng hóa dạng đặc sít tại đoạn 132,9m, LK111.3, khu vực Hà Trì. Sự tồn tại của các mảnh dăm và bao thể đá gốc thành phần siêu mafic trong quặng đặc sít trong đới biến dạng chứng tỏ quặng sulfua đặc sít tập trung trong đới biến dạng cao dọc theo ranh giới giữa 2 loại đá. Ảnh 3.20. (a) Ranh giới kiến tạo giữa đá siêu mafic với đá carbonat bị dăm hóa chứa quặng Ni-Cu sulfua đặc sít. Quặng tồn tại dạng mạch xuyên nhập vào đới mảnh dăm hỗn độn, trong đó có cả mảnh đá carbonat và mảnh siêu mafic chứa sulfua xâm tán và tạo thành xi măng gắn kết các mảnh dăm quan sát trong lỗ khoan LK111.1 (31,5m) khu vực Hà Trì. (b) Quặng đặc sít trong đới dăm kết kiến tạo với các mảnh dăm thành phần siêu mafic có xâm tán sulfua vây quanh bởi xi măng gắn kết là sulfua đặc sít quan sát tại lỗ khoan LK64.2 (17,5m) khu vực Phan Thanh. Mối quan hệ này cho thấy sự làm giàu thứ sinh tạo thành các thân sulfua đặc xít dọc đới dăm kết sau quá trình thành đá siêu mafic chứa sulfua xâm tán. Ảnh 3.21. Mẫu LK111.1 - khối vực Hà Trì. Pyrotin (pyr) dạng hạt tha hình bị biến dạng và phân dải có chứa ổ nhỏ khoáng vật tạo đá bị ép dẹt và kéo dài theo một phương Ảnh 3.22. Mẫu LK32.2 - khối Khuổi Khoáng. Pentlandit (pld) - pyrotin (pyr) - chalcopyrit (chp) tập trung thành ổ xâm tán trong đá siêu mafic.
xv Ảnh 3.23. Mẫu LK109.1 - khối Hà Trì. Pentlandit (pld), pyrotin (pyr) và chalcopyrit (chp), magnetit (mt) hạt tha hình xâm tán trong đá siêu mafic khối Hà Trì Ảnh 3.24. Mẫu LK50.2 – khối Phan Thanh. Chalcopyrit (chp) tha hình, dạng tàn dư trong nền pyrotin (pyr). Quan hệ này cho thấy quặng chancopyrit thành tạo trước, sau đó bị thay thế bởi pyrotin Ảnh 3.25. Mẫu LK109.1 - khối Hà Trì. Chalcopyrit (chp) dạng vi mạch lấp đầy các vi khe nứt phát triển do biến dạng dập vỡ của đá, chứng tỏ sự tái tập trung sau thành đá của quặng. Ảnh 3.26. Mẫu KH.65 - K4 khối Khuổi Khoang. Các hạt magnetit tha hình dạng tàn dư trong đá, cho thấy sự tái di chuyển và biến đổi thứ sinh sau khoáng hóa Ảnh 3.27. Mẫu LK.113.1 khối Hà Trì. Mối quan hệ giữa pyrit (py) và chancopyrit (chp) trong đó pyrit dạng hạt tha hình bị thay thế một phần bởi chalcopyrit (chp). Các khoáng vật này bị cắt qua bởi các vi khe nứt muộn, cho thấy sự biến dạng sau tạo quặng. Ảnh 3.28. (a) Cấu tạo phân dị không điển hình trong đá siêu mafic khối Phan Thanh; (b) Một cấu tạo phân dị không điển hình trong đá siêu mafic khối Hà Trì Ảnh 4.1. Cấu tạo phiến biến dạng cao S1 trong hệ tầng Thần Sa quan sát tại điểm khảo sát TS1 phía đông bắc khu vực nghiên cứu Ảnh 4.2. (a) Đứt gãy chờm nghịch là ranh giới kiến tạo giữa đá vôi hệ tầng Bắc Sơn và hệ tầng Thần Sa (TS2 bắc Hoà An); (b) Đới trượt dẻo tạo ranh giới giữa đá trầm tích lục nguyên, hệ tầng Bằng Giang với đá vôi hệ tầng Bắc Sơn (BS2 Hà Trì) Ảnh 4.3. (a) Đới trượt dẻo thuộc pha biến dạng thứ 2 và hướng dịch chuyển của chúng trong đá siêu mafic (BC3, Suối Củn); (b) Đới trượt dẻo thuộc pha biến dạng thứ 2 tạo ranh giới giữa đá mafic, siêu mafic và bị cắt, dịch chuyển bởi đứt gãy pha biến dạng thứ 3 tạo ranh giới giữa đá mafic với đá rhyolit (PT1, Phan Thanh) Ảnh 4.4. Đới biến dạng cao tạo đới phiến hóa S2 trong các đá basalt hệ tầng Bằng Giang tại điểm quan sát BC1 Suối Củn
xvi Ảnh 4.5. Đới biến dạng cao thuộc Pha biến dạng 2 tạo đới phiến siêu mylonit trong đá vôi silic hệ tầng Bắc Sơn. Mũi tên đỏ chỉ hướng dịch chuyển. Vết lộ BS1, khu vực Hà Trì Ảnh 4.6. (a) Các đứt gãy nghịch/chờm nghịch (F2) pha biến dạng thứ 2 (D2) làm chia cắt nội khối Phan Thanh; (b) Cấu tạo phiến mylonit (S2) trong đá siêu mafic chứa quặng sulfua niken xâm tán LK3.1 (27m) Suối Củn Ảnh 4.7. Đới mylonit hình thành do pha biến dạng thứ 2 (S2) trong đá vôi bị hoa hóa (LK111.4 khu vực Hà Trì) Ảnh 4.8. Đới chứa quặng sulfua niken đặc sít phát triển chồng lên cấu tạo phiến hình thành trong đá siêu mafic tại khu vữ Phan Thanh (LK08) Ảnh 4.9. Cấu tạo phiến S1 trong hệ tầng Thần Sa bị tác động bởi pha biến dạng thứ 2 tạo nên nếp uốn U2 có mặt trục gần như nằm ngang và sau đó lại bị uốn nếp nhẹ bởi nếp uốn của pha biến dạng 3 quan sát được tại điểm TS1 bắc khu vực Hoà An Ảnh 4.10. Cấu tạo phiến S2 trong đá hệ tầng Bằng Giang bị tác động bởi pha biến dạng thứ 3 tạo nên nếp uốn U3 có mặt trục gần như nằm ngang tại điểm quan sát BG1 khu Phan Thanh Ảnh 4.11. Cấu tạo phiến S2 trong các basalt bị đứt gãy chờm nghịch pha biến dạng thứ 3 (F3) và nếp uốn ven đứt gãy U3 tác động (DD1 Bắc khu Suối Củn) Ảnh 4.12. Cấu tạo phiến S2 và đới trượt F2 ranh giới giữa đá basalt hệ tầng Bằng Giang và gabbro phức hệ Cao Bằng (điểm khảo sát BC4 khu suối Củn) bị đứt gãy chờm nghịch pha biến dạng thứ ba (F3) cắt qua Ảnh 4.13. Quặng bị biến dạng phiến kéo dài do tác động của pha biến dạng thứ hai (S2) và bị biến dạng uốn nếp (U3) do tác động của pha biến dạng thứ ba gặp trong lỗ khoan khu vực Hà Trì Ảnh 4.14. (a) Đới trượt F3 tạo nên ranh giời giữa đá rhyolit trên đá mafic (điểm khảo sát NC1 Nà Cạn); (b) Đới trượt chờm nghịch F3 tạo ranh giới giữa đá gabbro và đá siêu mafic (điểm PT3 khối Phan Thanh) Ảnh 4.15. Mặt trượt nghịch liên quan đến pha biến dạng D4 cắt qua các cấu tạo của các pha biến dạng khác trong nội khối Suối Củn (điểm khảo sát BC5)
xvii Ảnh 4.16. Đới trượt nghịch pha kiến tạo thứ 4 tạo nên ranh giới giữa khối siêu mafic Phan Thanh (bên phải) và các đá hệ tầng Sông Hiến (bên trái ảnh) phần ranh giới phía TN khối (điểm khảo sát PT4) Ảnh 4.17. (a) Mặt trượt trái thuộc pha biến dạng thứ 4 (điểm khảo sát HT03); (b) Mặt trượt trái nghịch khu Phan Thanh (PT5) tạo ra do pha biến dạng thứ 4 Ảnh 4.18. (a) Cấu tạo đường trượt liên quan đến trượt bằng phải quan sát được trong các đá siêu mafic khu vực Phan Thanh (điểm khảo sát PT6); (b) Cấu tạo đường trượt liên quan đến trượt bằng phải quan sát được trong các đá gabbro (điểm quan sát BC2a khu vực Suối Củn).
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Niken là kim loại có giá trị kinh tế cao, được ứng dụng trong sản xuất thép không gỉ, làm “siêu hợp kim”, pin sạc... Trong những năm gần đây, kinh tế xã hội trong nước và thế giới phát triển, đi cùng đó là nhu cầu ngày cằng tăng về nguyên liệu kim loại và pin điện. Đặc biệt là sự tăng trưởng trong ngành công nghiệp sản xuất thép không gỉ, đi cùng là nhu cầu nguồn nguyên liệu thụ niken. Theo thống kê nhu cầu lượng tiêu thụ niken trên thế giới tăng từ 2,4 triệu tấn vào năm 2019 lên 2,8 triệu tấn vào năm 2025 và dự kiến tốc độ tiêu thụ tăng khoảng 2,2% mỗi năm. Giá niken tăng cao cùng với nhu cầu sử dụng niken rất lớn trên thế giới sẽ đưa niken trở thành kim loại có giá trị kinh tế cao (http://vimluki.vn/tinh-hinh-san-xuat-niken- tren-the-gioi-va-dinh-huong-cua-viet-nam-6739.html). Công tác nghiên cứu, đánh giá địa chất ở nước ta đã phát hiện được nhiều điểm khoáng sản niken - đồng liên quan đến các khối magma siêu mafic, điển hình như khối Bản Phúc, Bản Sang (Sơn La), khối Suối Củn, Phan Thanh, Hà Trì và khối Đông Chang (Cao Bằng)... đây là cơ sở thuận lợi cho việc tìm kiếm nguồn kim loại có giá trị kinh tế này. Trong khu vực Đông Bắc, những năm gần đây, bắt đầu có một số công trình nghiên cứu về cấu trúc kiến tạo, thạch luận đá magma siêu mafic chứa quặng, điển hình như các công trình của tác giả (Trần Trọng Hoà, 2004, 2008; Trần Thanh Hải, 2007, 2011; Ngô Xuân Thành, 2014; Halpin, 2015) v.v… Những công trình nêu trên đã giải quyết được những vẫn đề ở mức độ khác nhau về địa chất, kiến tạo và khoáng hoá niken - đồng của một số khối siêu mafic trong khu vực Cao Bằng. Đây là cơ sở quan trọng định hướng cho công tác nghiên cứu tiếp theo. Kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy vùng nghiên cứu có đặc điểm địa chất phức tạp, bao gồm nhiều thể địa chất: các thành tạo trầm tích, magma xâm nhập và phun trào có tuổi và nguồn gốc khác nhau, hầu hết là các thể kiến tạo ngoại lai, giới hạn bởi các đới trượt quy mô lớn (Trần Thanh Hải và nnk., 2007). Đặc biệt, trong khu vực Hoà An - Cao Bằng còn có mặt các thành tạo siêu mafic chứa tiềm năng
2 đáng kể niken - đồng và các khoáng hoá có ích khác, hiện đang được thăm dò để đưa vào khai thác (Trần Trọng Hòa và nnk., 2008). Như vậy, những hiểu biết về đặc điểm kiến tạo khu vực, mối quan hệ không gian và nguồn gốc của các thành tạo địa chất cũng như vai trò của chúng đối với khoáng hoá liên quan, không chỉ đem lại những hiểu biết mới về lịch sử địa chất khu vực mà còn có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong dự báo, đánh giá tài nguyên khoáng sản trong khu vực và vùng lân cận cũng như các thành tạo địa chất khác có đặc điểm tương tự. Vì vậy, Đề tài “Đặc điểm kiến tạo khu vực Hoà An, Cao Bằng và mối liên quan với khoáng hoá niken-đồng” được đặt ra, có ý nghĩa quan trọng cả về khoa học và tính thực tiễn để giải quyết những vấn đề nêu trên. 2. Mục tiêu nghiên cứu Làm sáng tỏ đặc điểm kiến tạo, bối cảnh hình thành magma, mối liên quan giữa yếu tố cấu trúc kiến tạo, yếu tố magma với khoáng hoá niken - đồng khu vực Hoà An, nhằm cung cấp dữ liệu định hướng cho công tác tìm kiếm, đánh giá khoáng sản niken - đồng liên quan đến đá xâm nhập siêu mafic khu vực nghiên cứu. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án - Đối tượng: Các thành tạo địa chất, cấu tạo địa chất và khoáng hoá niken - đồng liên quan đến xâm nhập siêu mafic. - Phạm vi nghiên cứu: Khu vực Hoà An, tỉnh Cao Bằng 4. Nhiệm vụ của luận án - Làm sáng tỏ về thành phần vật chất, tuổi các thành tạo địa chất và bối cảnh địa chất hình thành của chúng. - Làm sáng tỏ đặc điểm thành phần, tuổi đá magma và đánh giá bản chất kiến tạo, khả năng sinh khoáng niken - đồng liên quan đến các thể xâm nhập siêu mafic khu vực Hoà An - Cao Bằng. - Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc kiến tạo khu vực Hoà An, phân tích vai trò của yếu tố cấu trúc kiến tạo với quá trình tạo khoáng niken - đồng liên quan đến xâm nhập siêu mafic. Luận giải mối quan hệ giữa kiến tạo - magma - sinh khoáng niken đồng.