Luận án Tiến sĩ Địa chất: Quá trình thành tạo quặng Nickel biểu sinh tại một số khối siêu Mafic miền Bắc Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:162

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án này nhằm làm rõ hành vi địa hóa của nickel trong quá trình phong hóa các đá siêu mafic và sự thành tạo quặng hóa nickel biểu sinh. Làm sáng tỏ quá trình thành tạo các kiểu quặng quặng hóa Ni biểu sinh. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa chất: Quá trình thành tạo quặng Nickel biểu sinh tại một số khối siêu Mafic miền Bắc Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thanh Đăng QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO QUẶNG NICKEL BIỂU SINH TẠI MỘT SỐ KHỐI SIÊU MAFIC MIỀN BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT Hà Nội – Năm 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thanh Đăng QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO QUẶNG NICKEL BIỂU SINH TẠI MỘT SỐ KHỐI SIÊU MAFIC MIỀN BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoáng vật học và Địa hóa học Mã số: 9.44.02.05 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Phổ 2. PGS.TS. Phạm Tích Xuân Hà Nội – Năm 2021
LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng nghiên cứu sinh. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án cũng như các công trình công bố đều trung thực. Tác giả luận án Phạm Thanh Đăng
LỜI CẢM ƠN Luận án được Nghiên cứu sinh hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Văn Phổ và PGS.TS. Phạm Tích Xuân. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự chỉ bảo sát sao và tận tình của các thầy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban lãnh đạo cùng các phòng, ban thuộc Học viện Khoa học và Công nghệ; Ban lãnh đạo Viện Địa chất, Phòng Địa hóa - Viện Địa chất đã giúp đỡ Nghiên cứu sinh trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Bên cạnh đó, nghiên cứu sinh còn nhận được những những sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của bạn bè và đồng nghiệp; sự hỗ trợ kinh phí của dự án “Xây dựng bộ sưu tập mẫu khoáng sản (kim loại, phi kim loại, năng lượng...) phần Đất liền, Việt Nam, Mã số: BSTMV.29/15-18” do PGS.TS. Phạm Tích Xuân làm chủ nhiệm cũng như sự hỗ trợ một phần về số liệu phân tích của đề tài “Nghiên cứu, đánh giá tiềm năng và triển vọng quặng Cu-Ni-Au khu vực Tây Bắc” thuộc chương trình “Khoa học và Công nghệ phục vụ phát triển bền vững vùng Tây Bắc” do GS.TSKH Đặng Văn Bát làm chủ nhiệm; đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình thành tạo quặng nội sinh Cu-Ni-PGE và Fe-Ti-V ở địa khu Đông Bắc Việt Nam” do PGS.TS Trần Tuấn Anh làm chủ nhiệm. Trong công tác khảo sát thực địa và thu thập mẫu, NCS đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các cán bộ Phòng khoáng sản thuộc sở TNMT tỉnh Cao Bằng cùng với Lãnh đạo và cán bộ thuộc công ty Công Ty Cổ Phần Khoáng Sản Tấn Phát, NCS xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ quý báu nói trên. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin cảm ơn Gia đình và người thân đã luôn động viên, sát cánh cùng NCS trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Phạm Thanh Đăng
MỤC LỤC BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... i DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... v DANH MỤC ẢNH....................................................................................................... vii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết ........................................................................................................... 1 2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: ........................................................................... 2 4. Nội dung nghiên cứu chính:..................................................................................... 2 5. Các luận điểm bảo vệ:.............................................................................................. 2 6. Các điểm mới của luận án: ...................................................................................... 3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: ................................................................................ 3 8. Cơ sở tài liệu của luận án:........................................................................................ 3 9. Cấu trúc của luận án: ............................................................................................... 4 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ CÁC KHỐI SIÊU MAFIC HÀ TRÌ (CAO BẰNG) VÀ NÚI NƯA (THANH HÓA) .................................................................................... 5 1.1. Khối xâm nhập Hà Trì (Cao Bằng) .......................................................................... 5 1.1.1. Đặc điểm địa chất .............................................................................................. 5 1.1.2. Đặc điểm thành phần vật chất .......................................................................... 11 1.1.2.1. Đặc điểm thạch học ................................................................................... 11 1.1.2.2. Đặc điểm thành phần hóa học ................................................................... 12 1.2. Khối siêu mafic Núi Nưa (Thanh Hóa) .................................................................. 17 1.2.1. Đặc điểm địa chất ............................................................................................ 17 1.2.2. Đặc điểm thành phần vật chất .......................................................................... 20 1.2.2.1. Đặc điểm thạch học ................................................................................... 20 1.2.2.2. Đặc điểm thành phần hóa học ................................................................... 21 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 25 2.1. Cơ sở lý luận ....................................................................................................... 25 2.1.1. Địa hóa nguyên tố Nickel ............................................................................. 25 2.1.2. Khái niệm về quặng hóa nickel biểu sinh .................................................... 29
2.1.3. Đặc thù của quá trình phong hóa các đá siêu mafic ..................................... 30 2.1.4. Tình hình nghiên cứu nickel biểu sinh trên thế giới và Việt Nam ............... 37 2.1.4.1. Tình hình nghiên cứu nickel biểu sinh trên thế giới .............................. 37 2.1.4.2. Tình hình nghiên cứu nickel biểu sinh ở Việt Nam ............................... 41 2.2. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 42 2.2.1. Nhóm phương pháp khảo sát, lấy mẫu ngoài thực địa ................................. 42 2.2.2. Nhóm các phương pháp phân tích ................................................................ 43 2.2.2. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................ 45 CHƯƠNG 3. QUÁ TRÌNH PHONG HÓA CÁC ĐÁ SIÊU MAFIC KHỐI HÀ TRÌ (CAO BẰNG), NÚI NƯA (THANH HÓA) VÀ KHOÁNG HÓA NICKEL BIỂU SINH LIÊN QUAN ..................................................................................................... 47 3.1. Quá trình phong hóa đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng) và khoáng hóa nickel biểu sinh liên quan ........................................................................................................ 47 3.1.1. Mặt cắt phong hóa trên đá siêu mafic khối Hà Trì .......................................... 47 3.1.1.1. Mặt cắt HT-01 ........................................................................................... 47 3.1.1.1.1. Thành phần khoáng vật ....................................................................... 50 3.1.1.1.2. Thành phần hóa học ............................................................................ 53 3.1.1.2. Mặt cắt HT-LK90 ...................................................................................... 56 3.1.1.2.1. Thành phần khoáng vật ....................................................................... 59 3.1.1.2.2. Thành phần hóa học ............................................................................ 62 3.1.2. Mức độ laterit hóa ở khối Hà Trì ..................................................................... 66 3.1.3. Khoáng hóa nickel biểu sinh ở khối Hà Trì ..................................................... 68 3.1.3.1.Khoáng hóa kiểu A (silicat Ni-Mg ngậm nước) ..................................... 68 3.1.3.2. Khoáng hóa kiểu B (quặng silicat sét) ................................................... 76 3.1.3.3. Khoáng hóa kiểu C (kiểu oxit) ............................................................... 78 3.2. Quá trình phong hóa đá siêu mafic khối Núi Nưa (Thanh Hóa) và khoáng hóa nickel biểu sinh liên quan ........................................................................................................ 80 3.2.1. Mặt cắt phong hóa trên đá siêu mafic khối Núi Nưa ....................................... 80 3.2.1.1. Mặt cắt NN-01 ........................................................................................... 80 3.2.1.1.1. Thành phần khoáng vật ....................................................................... 83 3.2.1.1.2. Thành phần hóa học ............................................................................ 86
3.2.1.2. Mặt cắt NN-03 ........................................................................................... 88 3.2.1.2.1. Thành phần khoáng vật ....................................................................... 90 3.2.1.2.2. Biến đổi thành phần hóa học ............................................................... 92 3.2.2. Mức độ laterit hóa ở khối Núi Nưa .................................................................. 95 3.2.3. Khoáng hóa nickel biểu sinh ở khối Núi Nưa ................................................. 97 3.2.3.1. Khoáng hóa kiểu A (silicat Ni-Mg ngậm nước) .................................... 97 3.2.3.2. Khoáng hóa kiểu B (quặng silicat sét) ................................................... 97 3.2.3.3. Khoáng hóa kiểu C (kiểu oxit) ............................................................... 98 CHƯƠNG 4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO QUẶNG HÓA NICKEL BIỂU SINH VÀ TRIỂN VỌNG CỦA CHÚNG TẠI MIỀN BẮC VIỆT NAM ....................................................................................................... 101 4.1. Quá trình thành tạo nickel biểu sinh tại các khu vực nghiên cứu ........................ 101 4.1.1. Nguồn cung cấp nickel cho quá trình làm giàu biểu sinh .............................. 101 4.1.2. Quá trình thành tạo nickel biểu sinh tại khối siêu mafic Hà Trì.................... 106 4.1.3. Quá trình thành tạo nickel biểu sinh ở Núi Nưa ............................................ 109 4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thành tạo quặng hóa nickel biểu sinh......... 111 4.2.1. Điều kiện khí hậu ....................................................................................... 112 4.1.2. Thành phần đá gốc ..................................................................................... 115 4.1.3. Địa hình ...................................................................................................... 118 4.1.4. Cấu trúc, kiến tạo........................................................................................ 125 4.3. Triển vọng quặng hóa niken biểu sinh tại Miền Bắc Việt Nam........................... 130 4.3.1. Tiền đề khí hậu .............................................................................................. 130 4.3.2. Tiền đề đá gốc ................................................................................................ 130 4.3.3. Tiền đề địa hình ............................................................................................. 132 4.3.4. Tiền đề cấu trúc kiến tạo ................................................................................ 136 4.3.5. Vài nét về triển vọng quặng hóa nickel biểu sinh miền Bắc Việt Nam......... 140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 142 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ............................................................... 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 145
i BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên đầy đủ Ký hiệu Tên đầy đủ MBVN Miền Bắc Việt Nam Gt Goethit TB-ĐN Tây Bắc – Đông Nam Hem Hematit SEM Kính hiển vi điện tử quét Ka Kaolinit EPMA Hiển vi điện tử vi dò Mte Montmorilonit XRD Nhiễu xạ tia X Nep Nepouit REE Các nguyên tố đất hiếm Nte Nontronit LREE Đất hiếm nhẹ Ol Olivin HREE Đất hiếm nặng Opx Orthopyroxen Asb Asbest Pl Plagioclas Chr Chrysotil Pyr Pyrotin Cr Cromit Px Pyroxen Cpx Clinopyroxen Srp Serpentin Chl Chlorit Tl Talc Gar Garnierit Wil Willemseit
ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ địa chất khu vực các khối siêu mafic gần TP. Cao Bằng. (Theo Nguyễn Thế Cường và nnk 2000, có chỉnh sửa) ................................................................................. 9 Hình 1.2. Sơ đồ chi tiết khu vực khối siêu mafic Hà Trì. ..................................................... 10 Hình 1.3. Biểu đồ AFM phân loại các đá siêu mafic khối Hà Trì ...................................... 12 Hình 1.4. Biểu đồ chuẩn hóa các nguyên tố đất hiếm của các đá siêu mafic khối Hà Trì theo Chondrit ....................................................................................................................... 16 Hình 1.5. Biều đồ đa nguyên tố của các đá siêu mafic khối Hà Trì chuẩn hóa theo manti nguyên thủy .......................................................................................................................... 16 Hình 1.6. Sơ đồ địa chất khu vực Núi Nưa, Thanh Hóa (theo bản đồ địa chất 1:200.000 nhóm tờ Thanh Hóa) ............................................................................................................ 18 Hình 1.7. Sơ đồ phân bố các hợp phần thạch học khối Núi Nưa, Thanh Hóa (theo tài liệu của Nguyễn Xuân Đạo, 1983; Nguyễn Khắc Giảng, 1999 ) ................................................ 19 Hình 1.8. Biểu đồ AFM phân loại các đá siêu mafic khối Núi Nưa ................................... 22 Hình 1.9. Biểu đồ chuẩn hóa các nguyên tố đất hiếm của các đá siêu mafic khối Núi Nưa theo Chondrit (theo Sun và Mc Donough, 1989) ................................................................. 24 Hình 1.10. Biều đồ đa nguyên tố của các đá siêu mafic khối Núi Nưa chuẩn hóa theo manti nguyên thủy (theo Sun và Mc Donough, 1989) .................................................................... 24 Hình 2.1. Phân bố hàm lượng niken trong các loại đá khác nhau (dữ liệu từ GEOROC, Sarbas and Nohl (2008); tổng hợp từ 18359 phân tích) ...................................................... 27 Hình 2.2. Phân bố hàm lượng niken trong các loại đá khác nhau liên quan đến manti (dữ liệu từ GEOROC, Sarbas and Nohl (2008); tổng hợp từ 5403 phân tích) .......................... 27 Hình 2.3. Phân bố hàm lượng niken trong các khoáng vật liên quan đến manti (dữ liệu từ GEOROC, Sarbas and Nohl (2008); tổng hợp từ 105630 phân tích) ................................. 28 Hình 2.4. Biểu đồ Eh-pH trong hệ Ni-O-H (Naoto TAKENO, 2005) ................................. 29 Hình 2.5. Sơ đồ mặt cắt laterit phát triển trên đá siêu mafic trong khí hậu nhiệt đới ẩm .. 33 Hình 2.6. Sơ đồ so sánh các kiểu mặt cắt laterit chứa nickel chính ................................... 36 Hình 3.1. Hình ảnh biểu kiến mặt cắt HT-01....................................................................... 49 Hình 3.2. Phổ nhiễu xạ XRD của một số mẫu trong mặt cắt phong hóa HT-01, khu vực Hà Trì......................................................................................................................................... 52 Hình 3.3. Biến đổi hàm lượng các nguyên tố theo độ sâu trong mặt cắt phong hóa HT-01 khu vực Hà Trì ..................................................................................................................... 54 Hình 3.4.Hình ảnh biểu kiến mặt cắt HT-LK-90 ................................................................. 58
iii Hình 3.5. Phổ nhiễu xạ XRD của một số mẫu trong mặt cắt phong hóa HT-LK90, khu vực Hà Trì. .................................................................................................................................. 61 Hình 3.6. Biến đổi hàm lượng các nguyên tố theo độ sâu trong mặt cắt phong hóa HT- LK90 khu vực Hà Trì ........................................................................................................... 64 Hình 3.7. Biểu đồ SiO2-Al2O3-Fe2O3 đánh giá mực độ laterit hóa khu vực Hà Trì (Các trường phân chia theo Wei Fu, 2019 ) ................................................................................. 67 Hình 3.8. Phổ nhiễu xạ tia X của các khoáng vật nhóm “garnierit” khu vực Hà Trì ......... 71 Hình 3.9. Biểu đồ tương quan tỉ lệ Si-Mg-(Ni+Fe) trong “garnierit” tại khu vực Hà Trì với các trường phân loại theo Brand et al. 1998 ...................................................................... 72 Hình 3.10. Tương quan hàm lượng Ni và Mg trong garnierit khu vực Hà Trì (trên cơ sở kết quả phân tích EPMA) .......................................................................................................... 73 Hình 3.11. Thành phần một số nguyên tố tại bề mặt khoáng vật garnierit khối Hà Trì phân tích bằng SEM-EDX (FEI Quanta 650) ............................................................................... 74 Hình 3.12. Biến đổi thành phần Mg và Ni qua ranh giới ganierite và đá siêu mafic bị phong hóa dở dang, sử dụng detector EDX trên kính hiển vi điện tử quét SEM (FEI Quanta 650) ...................................................................................................................................... 75 Hình 3.13. Hình ảnh biểu kiến mặt cắt NN-01 .................................................................... 82 Hình 3.14. Phổ nhiễu xạ XRD của một số mẫu trong mặt cắt phong hóa NN-01, khu vực Núi Nưa. (Ol-Olivin; Px-Pyroxen; Liz-Lizardit; Chr- Chrysotil, Chl-Chlorit, Talc-Talc; Nep-Nepouit; Nte-nontrolit; Sap-Saponit, Gt-Goethit, Hem-Hematit; Ka-Kaolinit) .......... 85 Hình 3.15. Biến đổi hàm lượng các nguyên tố theo độ sâu trong mặt cắt phong hóa NN-01 khu vực Núi Nưa .................................................................................................................. 87 Hình 3.16. Hình ảnh biểu kiến mặt cắt NN-03 .................................................................... 89 Hình 3. 17. Phổ nhiễu xạ XRD của một số mẫu trong mặt cắt phong hóa NN-03, khu vực Núi Nưa. (Ol-Olivin; Px-Pyroxen; Liz-Lizardit; Chr- Chrysotil, Talc-Talc; Nte-nontrolit; Sap-Saponit, Gt-Goethit, Hem-Hematit; Ka-Kaolinit) ........................................................ 91 Hình 3.18. Biến đổi hàm lượng các nguyên tố theo độ sâu trong mặt cắt phong hóa NN-03 khu vực Núi Nưa .................................................................................................................. 93 Hình 3.19. Biểu đồ SiO2-Al2O3-Fe2O3 đánh giá mực độ laterit hóa khu vực Núi Nưa (Các trường phân chia theo Wei Fu, 2019) .................................................................................. 96 Hình 4.1. Mô hình thành tạo nickel biểu sinh khu vực Hà Trì (phỏng theo Wei Fua et al, 2018 [105]) ................................................................................................ 108 Hình 4.2. Sơ đồ phân bố các mỏ nickel biểu sinh (laterit) và nickel sulfid trên thế giới (Mick Elias, 2013).............................................................................................................. 114 Hình 4.3. Sơ đồ phân bố các mỏ nickel biểu sinh trong các vùng khí hậu trên thế giới, theo Robert L. Thorne, 2011 [95] .............................................................................................. 114
iv Hình 4.4. Khả năng hòa tan của các khoáng vật phổ biến trong mặt cắt laterit tại pH gần trung tính [35]. .................................................................................................................. 116 Hình 4.5. Độ cao địa hình tại hai khu vực Núi Nưa (Thanh Hóa) và Hà Trì (Cao Bằng). Sử dụng dữ liệu địa hình từ Maps-For-Free Relief. ............................................................... 120 Hình 4.6. Mức độ phân cắt địa hình tại khu vực Núi Nưa (Thanh Hóa) và Hà Trì (Cao Bằng) .................................................................................................................................. 121 Hình 4. 7. Mặt cắt địa hình dọc theo khối siêu mafic Núi Nưa (Dữ liệu địa hình từ Google Earth) ................................................................................................................................. 122 Hình 4. 8. Mặt cắt địa hình phần phía Bắc khối siêu mafic Núi Nưa (Dữ liệu địa hình từ Google Earth) ................................................................................................................... 123 Hình 4.9. Mặt cắt địa hình khu vực các khối Hà Trì, Phan Thanh khu vực Cao Bằng (Dữ liệu địa hình từ Google Earth) ........................................................................................... 124 Hình 4.10. Hệ thống đứt gãy phát triển trong mặt cắt HT-01 tại khối Hà Trì (Cao Bằng) .................................................................................................................................. 127 Hình 4.11. Mạch khoáng vật garnierit nằm trong đới dập vỡ tại New Caledonia (Mick Elias, 2013) ........................................................................................................................ 128 Hình 4.12. Mạch khoáng vật garnierit nằm trong hệ thống khe nứt tại khu vực Hà Trì ........................................................................................................................................... 128 Hình 4.13. Sơ đồ phân bố các khối siêu mafic chính tại miền Bắc Việt Nam. .................. 131 Hình 4. 14. Mặt cắt địa hình khu vực các khối Hà Trì, Phan Thanh (Cao Bằng) ............. 133 Hình 4. 15. Mặt cắt địa hình khu vực khối Suối Củn (Cao Bằng) ..................................... 133 Hình 4. 16. Mặt cắt địa hình khu vực khối Bản Phúc (Sơn La) ......................................... 134 Hình 4.17. Mặt cắt địa hình khu vực khối Bản Khoa (Sơn La) ......................................... 134 Hình 4.18. Mặt cắt địa hình khu vực các khối siêu mafic phức hệ Ba Vì .......................... 135 Hình 4. 19. Mặt cắt địa hình khu vực khối Núi Nưa (Thanh Hóa) .................................... 135 Hình 4.21. Sơ đồ kiến trúc phá hủy khu vực các khối Suối Củn – Hà Trì – Phan Thanh (Cao Bằng) (Theo tài liệu giải đoán ảnh Viễn thám) ........................................................ 137 Hình 4.22. Sơ đồ kiến trúc phá hủy khu vực khối Bản Phúc – Bản Khoa (Sơn La) (Theo tài liệu giải đoán ảnh Viễn thám) ............................................................................ 138 Hình 4. 23. Sơ đồ kiến trúc phá hủy khu vực khối Núi Nưa (Thanh Hóa) (Theo tài liệu giải đoán ảnh Viễn thám)............................................................................................ 139
v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần nguyên tố chính của các đá siêu mafic khối Hà Trì, phân tích bằng XRF (%) ............................................................................................................................... 13 Bảng 1. 2. Thành phần nguyên tố vết của các đá siêu mafic khối Hà Trì, phân tích bằng ICP-MS (ppm) ...................................................................................................................... 14 Bảng 1.3. Thành phần nguyên tố chính của các đá siêu mafic khối Núi Nưa, phân tích bằng XRF (%) ............................................................................................................................... 22 Bảng 1. 4. Thành phần nguyên tố vết của các đá siêu mafic khối Núi Nưa, phân tích bằng ICP-MS (ppm) ...................................................................................................................... 23 Bảng 2.1. Bảng phân loại địa hóa các nguyên tố hóa học của Goldshmidt, 1937 .............. 25 Bảng 3. 1. Thành phần khoáng vật trong mặt cắt phong hóa HT-01, khu vực Hà Trì, xác định bằng XRD..................................................................................................................... 51 Bảng 3.2. Thành phần các mẫu trong mặt cắt phong hóa HT-01 khu vực Hà Trì, phân tích bằng XRF (%) ...................................................................................................................... 53 Bảng 3. 3. Kết quả tính toán cân bằng khối lượng trong mặt cắt phong hóa HT-01, khu vực Hà Trì ................................................................................................................................... 55 Bảng 3.4. Thành phần khoáng vật trong mặt cắt phong hóa HT-LK90, khu vực Hà Trì (xác định bằng XRD) ................................................................................................................... 60 Bảng 3.5. Thành phần các mẫu trong mặt cắt phong hóa HT-01 khu vực Hà Trì, phân tích bằng XRF (%) ...................................................................................................................... 63 Bảng 3.6. Kết quả tính toán cân bằng khối lượng trong mặt cắt phong hóa HT-LK90 khu vực Hà Trì ............................................................................................................................ 65 Bảng 3. 7. Kết quả tính toán các chỉ số S/SAF và UMIA trong hai mặt cắt phong hóa khu vực Hà Trì ............................................................................................................................ 66 Bảng 3.8. Thành phần hóa học của “garnierit” khu vực Hà Trì, phân tích bằng EPMA (%) ............................................................................................................................................. 72 Bảng 3.9. Thành phần các khoáng sét (smectit) khu vực đới phong hóa khối Hà Trì, phân tích bằng XRF (%) ............................................................................................................... 77 Bảng 3.10. Thành phần của Goethit tại khu vực phong hóa khối Hà Trì, xác định bằng EPMA (%) ............................................................................................................................ 79 Bảng 3.11. Thành phần khoáng vật trong mặt cắt phong hóa NN-01, khu vực Núi Nưa, xác định bằng XRD..................................................................................................................... 84 Bảng 3.12. Thành phần các mẫu trong mặt cắt phong hóa NN-01 khu vực Núi Nưa, phân tích bằng XRF (%) ............................................................................................................... 86 Bảng 3.13. Thành phần khoáng vật trong mặt cắt phong hóa NN-03, khu vực Núi Nưa, xác định bằng XRD..................................................................................................................... 90
vi Bảng 3.14. Thành phần các mẫu trong mặt cắt phong hóa NN-03 khu vực Núi Nưa, phân tích bằng XRF (%) ............................................................................................................... 92 Bảng 3.15. Kết quả tính toán cân bằng khối lượng trong mặt cắt phong hóa NN-01 khu vực Núi Nưa ................................................................................................................................ 94 Bảng 3. 16. Kết quả tính toán cân bằng khối lượng trong mặt cắt phong hóa NN-03 khu vực Núi Nưa ......................................................................................................................... 94 Bảng 3.17. Kết quả tính toán các chỉ số S/SAF và UMIA trong hai mặt cắt phong hóa khu vực Núi Nưa ......................................................................................................................... 96 Bảng 3.18. Thành phần các khoáng vật sét smectit khu vực đới phong hóa khối Núi Nưa, xác định bằng XRF (%). ...................................................................................................... 97 Bảng 3.19. Thành phần của goethit tại khu vực phong hóa khối Núi Nưa, xác định bằng EPMA (%) ............................................................................................................................ 99 Bảng 4.1. Thành hóa học của khoáng vật olivin trong đá lherzolit khối Hà Trì, phân tích bằng EPMA (%) ................................................................................................................. 103 Bảng 4.2. Thành hóa học của khoáng vật olivin trong đá siêu mafic khối Núi Nưa, phân tích bằng EPMA (%) .......................................................................................................... 103 Bảng 4.3. Thành hóa học của serpentin nguyên sinh trong đá siêu mafic khối Hà Trì phân tích bằng EPMA (%) .......................................................................................................... 104 Bảng 4.4. Thành hóa học của serpentin nguyên sinh trong đá siêu mafic khối Núi Nưa phân tích bằng EPMA (%) ................................................................................................. 104 Bảng 4.5. Tổng hợp các điều kiện kiểm soát sự hình thành khoáng hóa niken biểu sinh (có tham khảo thêm từ Freyssinet, 2005 [30]) ........................................................................ 129 Bảng 4.6. Tổng hợp các các yếu tố khống chế quặng hóa nickel biểu sinh tại một số khối siêu mafic Miền Bắc Việt Nam ........................................................................................... 141
vii DANH MỤC ẢNH Ảnh 1.1. Đá gốc siêu mafic khối Hà Trì .............................................................................. 11 Ảnh 1.2. Ảnh thạch học của đá siêu mafic khối Hà Trì. ...................................................... 11 Ảnh 1.3. Mặt cắt phong hóa các đá siêu mafic khu vực gần An Tiêm ................................. 17 Ảnh 1.4. Khoáng vật Asbest (chrysotil) đặc trưng cho giai đoạn muộn của quá trình serpentin hóa. a).Ảnh ngoài thực địa, b).Ảnh lát mỏng thạch học ...................................... 21 Ảnh 1.5. Ảnh lát mỏng của đá siêu mafic khối Núi Nưa. ..................................................... 21 Ảnh 3.1. Mặt cắt phong hóa đá siêu mafic khối Hà Trì (Mặt cắt HT-01) ........................... 48 Ảnh 3.2. Hình ảnh lõi khoan LK90 và sơ đồ lấy mẫu phong hóa (Mặt cắt HT-LK90)........ 57 Ảnh 3.3. Mẫu đá gốc ĐG-HT/2 (Mặt cắt HT-LK90) ........................................................... 57 Ảnh 3.4. Hình ảnh khoáng vật nhóm “garnierit” màu xanh ngọc trong mặt cắt phong hóa đá siêu mafic khối Hà Trì .................................................................................................... 68 Ảnh 3.5. Garnierit dưới kính hiển vi điện tử quyét (SEM). (Gar- garnierit) ....................... 69 Ảnh 3.6. Hình ảnh khoáng vật garnierit khu vực Hà Trì và các điểm xác định thành phần bằng SEM-EDX (FEI Quanta 650) ...................................................................................... 74 Ảnh 3.7. Các khoáng vật sét smectit khu vực Hà Trì dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM)78 Ảnh 3.8. Các tích tụ oxyhdroxid sắt tại phần trên của mặt cắt phong hóa HH-01 khối Hà Trì......................................................................................................................................... 79 Ảnh 3.9. Goethit dưới kính hiển vi điện tử quét với cấu trúc khung xương đặc trưng (mẫu mài láng) .............................................................................................................................. 79 Ảnh 3.10. Mặt cắt phong hóa phát triển trên đá apohazbugit gần khu vực An Tiên, Núi Nưa, Thanh Hóa (Mặt cắt NN-01) ....................................................................................... 81 Ảnh 3.11. Mặt cắt phong hóa phát triển trên đá apodunit gần khu vực Mậu Lâm, Núi Nưa, Thanh Hóa (Mặt cắt NN-03) ................................................................................................ 88 Ảnh 3.12. Khoáng vật sét nhóm smectit khu vực Núi Nưa dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................................................................................................... 98 Ảnh 3.13. Goethit khu vực Núi Nưa dưới kính hiển vi điện tử quét ..................................... 99 Ảnh 4.1. Khoáng vật olivin dưới kinh hiển vi phân cực (khối Hà Trì) .............................. 102 Ảnh 4.2. Khoáng vật olivin dưới kinh hiển vi điện tử quét (SEM) (khối Hà Trì) .............. 102 Ảnh 4.3. Khoáng vật olivin dưới kinh hiển vi phân cực (khối Núi Nưa) ........................... 102 Ảnh 4.4. Khoáng vật olivin dưới kinh hiển vi điện tử quét (SEM) (khối Núi Nưa)............ 102 Ảnh 4.5. Ảnh khoáng tướng các khoáng vật quặng sulfid khối Hà Trì.............................. 106
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Nickel là kim loại đã được phát hiện và sử dụng từ nhiều thế kỷ trước công nguyên, tại nhiều quốc gia trên thế giới. Ngày nay, nickel càng được sử dụng nhiều hơn trong các ngành công nghệ hiện đại như: hợp kim chống ăn mòn, pin dùng cho các thiết bị điện tử và động cơ điện,... Do đó, việc tìm kiếm các nguồn cung cấp của chúng luôn là vấn đề cấp thiết trên quy mô toàn cầu. Quặng nickel biểu sinh (supergene nickel) là một nguồn cung cấp nickel chủ yếu trên thế giới bên cạnh quặng nickel sulfid, chúng chiếm đến 70% nguồn tài nguyên của Ni toàn cầu và hiện tại đóng góp khoảng 60% tổng sản lượng Ni, phần còn lại là từ quặng sulfid [56]. Gần đây, với sự suy giảm nguồn tài nguyên trong các mỏ nickel sulfid cùng với sự tiến bộ về công nghệ khai thác và chế biến quặng, nickel biểu sinh đã trở thành mục tiêu tìm kiếm, thăm dò quan trọng hàng đầu trên toàn cầu. Quặng nickel biểu sinh là các vật liệu bở rời được hình thành do quá trình phong hóa mạnh mẽ và kéo dài của các đá siêu mafic giàu olivin, chủ yếu trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm đến cận nhiệt đới [14,35,37]. Trong quá trình phong hóa, các thành phần chính ban đầu (nguyên thủy) của đá siêu mafic như MgO và SiO2 bị rửa lũa và mang đi, trong khi đó các thành phần khác như Fe, Al, Ni, Mn và Co ngược lại, được tích tụ và làm giàu. Mặt cắt phong hóa tương đối hoàn chỉnh trên các đá siêu mafic thông thường gồm các đới chính: dưới cùng là đới saprolit nằm ngay trên đá gốc, ở giữa là đới chuyển tiếp và trên cùng là đới limonit. Tuy nhiên, trong thực tế mặt cắt phong hóa siêu mafic có thể vắng mặt một hoặc một số phần hoặc đới do tác động của quá trình xói mòn cơ học. Nguồn cung cấp nickel chính cho quá trình làm giàu biểu sinh của nickel là các khoáng vật silicat giàu nickel có trong thành phần đá siêu mafic (chủ yếu là olivin và một phần nhỏ là pyroxen) cùng với các sản phẩm biến đổi của chúng như serpentin, chlorit... Các khoáng vật nickel sulfid khá phổ biến trong một số thể siêu mafic về lý thuyết có thể cũng là nguồn cung cấp nickel cho quá trình làm giàu biểu sinh, tuy nhiên thực tế cho thấy tại các mỏ nickel biểu sinh lớn trên thế giới đều không thấy mối liên hệ rõ ràng giữa các tích tụ nickel sulfid với các mỏ biểu sinh [8,18,30,38]. Việt Nam nói chung và Miền Bắc Việt Nam nói riêng nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới ẩm, lại có mặt khá nhiều các khối xâm nhập siêu mafic, do đó sự có mặt của loại hình nickel biểu sinh là hoàn toàn có thể. Thực tế là gần đây đã phát hiện các biểu hiện khoáng hóa nickel biểu sinh trong vỏ phong hóa thuộc các khối Núi Nưa (Thanh Hóa), Suối Củn và Hà Trì (Cao Bằng), Bản Phúc (Sơn La). Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có các công trình nghiên cứu đủ chi tiết, có hệ thống
2 về các thành tạo nickel biểu sinh ở nước ta dẫn đến việc đánh giá triển vọng cũng như định hướng tìm kiếm chúng gặp nhiều khó khăn. Vì vậy NCS lựa chọn đề tài luận án “Quá trình thành tạo quặng nickel biểu sinh ở một số khối siêu mafic miền Bắc Viêt Nam” nhằm làm sáng tỏ cơ chế làm giàu nickel trong quá trình phong hóa các đá siêu mafic cũng như các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình thành tạo loại hình khoáng sản này, tạo cơ sở cho việc đánh giá nguồn tài nguyên nickel mới, hướng tới đáp ứng nhu cầu ngày càng cao cho các ngành công nghiệp Việt Nam. Các nghiên cứu được thực hiện tại các khối siêu mafic Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hóa), đây là hai khối siêu mafic thuộc hai phức hệ xâm nhập khác nhau; có vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên cũng như địa chất, thành phần đá gốc khác nhau, đồng thời cũng là những khối đã được nghiên cứu khá kỹ trước đây [63,64,91]. 2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: - Phạm vi nghiên cứu: khối siêu mafic Hà Trì thuộc phức hệ Cao Bằng (Cao Bằng) và khối siêu mafic thuộc phức hệ cùng tên Núi Nưa (Thanh Hóa). - Đối tượng nghiên cứu: Vỏ phong hóa phát triển trên đá gốc là siêu mafic ở các khối Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hóa). 3. Mục tiêu nghiên cứu: - Làm rõ hành vi địa hóa của nickel trong quá trình phong hóa các đá siêu mafic và sự thành tạo quặng hóa nickel biểu sinh; - Làm sáng tỏ quá trình thành tạo các kiểu quặng quặng hóa Ni biểu sinh; - Nhận định về triển vọng quặng hóa nickel biểu sinh ở miền Bắc Việt Nam; 4. Nội dung nghiên cứu chính: - Nghiên cứu bổ sung về đặc điểm phân bố, thành phần khoáng vật học, địa hóa học của đá gốc siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hóa); - Nghiên cứu chi tiết các mặt cắt phong hóa trên các đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng), Núi Nưa (Thanh Hóa) và các biểu hiện khoáng hóa nickel biểu sinh đi cùng; - Phân tích, đánh giá các tiền đề thành tạo quặng hóa nickel biểu sinh: thành phần đá gốc, điều kiện khí hậu, địa hình địa mạo, hoạt động kiến tạo; - Nhận định về triển vọng quặng hóa nickel biểu sinh ở miền Bắc Việt Nam dựa trên các tiền đề thành tạo quặng hóa; 5. Các luận điểm bảo vệ:
3 Luận điểm 1: Khoáng hóa nickel biểu sinh phát triển trên các khối siêu mafic Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hóa) có những khác biệt khá cơ bản. Tại Hà Trì, trên các khối lherzolit, khoáng hóa chủ yếu là các silicat Mg ngậm nước (garnierit) (kiểu A); còn tại Núi Nưa, trên đá gốc apodunit phát triển oxyhydroxid Fe chứa Ni (goethit) (kiều C) và trên các đá apoharzburgit Ni chủ yếu chứa trong các khoáng vật sét nhóm smectit (kiểu B). Luận điểm 2. Quá trình thành tạo nickel biểu sinh khá phức tạp, tùy thuộc vào điều kiện phong hóa (đá gốc, địa hình, cấu trúc kiến tạo, v.v…), Ni được giải phóng có thể được lưu giữ bởi các oxyhydroxid Fe, cũng có thể đi vào thành phần các khoáng vật sét smectit (nontronit, montmorillonit, saponit) và/hoặc di chuyển xuống đới saprolit theo các khe nứt tạo ra các silicat Mg ngậm nước chứa Ni (garnierit). 6. Các điểm mới của luận án: Phát hiện và xác lập loại hình khoáng hóa nickel biểu sinh loại A (silicat Mg ngậm nước) trong vỏ phong hóa đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng). Quá trình phong hóa trên đá siêu mafic được nghiên cứu một cách chi tiết với những cách tiếp cận mới như: áp dụng phương pháp tính toán cân bằng khối lượng để đánh giá hành vi của các nguyên tố trong quá trình phong hóa; các chỉ số UMIA, S/SAF đánh giá mức độ laterit hóa. Các yếu tố khống chế quặng hóa nickel biểu sinh (điều kiện khí hậu, đặc điểm và thành phần đá gốc, địa hình địa mạo và điều kiện cấu trúc kiến tạo) được xem xét một cách chi tiết và được đánh giá trong một hệ tạo quặng thống nhất. Bước đầu làm sáng tỏ triển vọng quặng hóa nickel biểu sinh tại miền Bắc Việt Nam 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm sáng tỏ các đặc thù của quá trình phong hóa hóa học các đá siêu mafic trong điều kiện nhiệt đới ẩm Việt Nam. Làm rõ hành vi địa hóa của nickel trong quá trình phong hóa và điều kiện thành tạo quặng nickel biểu sinh. Các kết quả này đóng góp cho việc nghiên cứu các quá trình biểu sinh và nghiên cứu đánh giá tiềm năng khoáng sản liên quan. - Ý nghĩa thực tiễn: Cung cấp các tài liệu làm cơ sở cho định hướng tìm kiếm khoáng sản nickel. 8. Cơ sở tài liệu của luận án: Ý tưởng xây dựng luận án xuất phát từ quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu, đánh giá tiềm năng và triển vọng quặng Cu-Ni-Au khu vực Tây Bắc” thuộc
4 chương trình “Khoa học và Công nghệ phục vụ phát triển bền vững vùng Tây Bắc” do GS.TSKH Đặng Văn Bát làm chủ nhiệm, trong đó có nội dung nghiên cứu về nickel biểu sinh do PGS.TS Nguyễn Văn Phổ người hướng dẫn một phụ trách và NCS được tham gia thực hiện. Ngoài những kết quả thu được từ đề tài trên, luận án được xây dựng dựa trên các kết quả do nghiên cứu sinh thực hiện và thu thập trong quá trình thực hiện dự án “Xây dựng bộ sưu tập mẫu khoáng sản (kim loại, phi kim loại, năng lượng...) phần Đất liền, Việt Nam, Mã số: BSTMV.29/15-18” do PGS.TS. Phạm Tích Xuân làm chủ nhiệm, NCS với vai trò là thư ký dự án. Ngoài ra, NCS còn sử dụng một số kết quả của đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình thành tạo quặng nội sinh Cu-Ni-PGE và Fe-Ti-V ở địa khu Đông Bắc Việt Nam”, mã số HNQT/SPĐP/06.17 thuộc chương trình Hợp tác nghiên cứu song phương và đa phương về khoa học và công nghệ đến năm 2020 do PGS.TS. Trần Tuấn Anh làm chủ nhiệm, trong đó NCS tham gia thực hiện một phần công việc. Các tài liệu nguyên thủy bao gồm: 30 mẫu phân tích lát mỏng thạch học; 10 mẫu phân tích khoáng tướng; 50 mẫu phân tích thành phần hóa học bằng EPMA; 60 mẫu phân tích thành phần nguyên tố chính bằng XRF; 20 mẫu phân tích hàm lượng nguyên tố vết bằng ICP-MS; 50 mẫu phân tích thành phần khoáng vật bằng XRD ; 30 mẫu phân tích khoáng vật bằng kính hiển vi điện tử quét SEM. Các phân tích EPMA, XRF được thực hiện tại Viện Địa chất (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và Viện Địa chất - Khoáng vật học Novosibirsk (CHLB Nga); các phân tích ICP-MS được thực hiện tại Liên đoàn Địa chất Xạ hiếm (Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam) và Viện Địa chất - Khoáng vật học Novosibirsk (CHLB Nga); các phân tích XRD và SEM được thực hiện tại Viện Địa chất (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Ngoài ra, để hoàn thành luận án, NCS còn thu thập và tham khảo nhiều tài liệu nghiên cứu đã có trong và ngoài nước, danh mục của các tài liệu này được trình bày ở phần tài liệu tham khảo. 9. Cấu trúc của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận án gồm 4 chương: Chương 1. Khái quát về các khối siêu mafic Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hóa) Chương 2. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Quá trình phong hóa các đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng), Núi Nưa (Thanh Hóa) và khoáng hóa nickel biểu sinh liên quan Chương 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thành tạo quặng hóa nickel biểu sinh và triển vọng của chúng ở Miền Bắc Việt Nam
5 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ CÁC KHỐI SIÊU MAFIC HÀ TRÌ (CAO BẰNG) VÀ NÚI NƯA (THANH HÓA) Các đá siêu mafic là sản phẩm kết tinh magma từ dưới sâu có thành phần rất nghèo silic (< 45% SiO2), đồng thời giàu magie. Đá không chứa hoặc chứa rất ít felspat. Nhìn bằng mắt thường, đá có màu sẫm, xám phớt lục, khi bị serpentin hoá chúng có màu lục xám [71]. Ở miền Bắc Việt Nam, các đá siêu mafic chiếm một phần nhỏ so với các loại magma khác và phân bố rải rác trong những đới cấu trúc lớn như Sông Hiến, Sông Đà, Sông Mã…với các khối có diện lộ từ vài trăm m2 đến vài chục km2. Tuy có khối lượng không lớn nhưng các khối siêu mafic khu vực Miền Bắc Việt Nam lại là những đối tượng nghiên cứu quan trọng vì chúng thường đi cùng với những loại kim loại quý có giá trị công nghiệp như: Ni, Cu, PGE ( khối Bản Phúc, Sơn La; các khối Hà Trì, Phan Thanh, Suối Củn,...Cao Bằng), Cr (khối Núi Nưa, Thanh Hóa), v.v... Trong luận án này, NCS tập trung nghiên cứu các đá siêu mafic ở các khối Hà Trì (Cao Bằng) ở khu vực Đông Bắc Bộ và khối Núi Nưa (Thanh Hóa) ở khu vực Bắc Trung Bộ, nơi đã từng ghi nhận sự có mặt của nickel laterit trong vỏ phong hóa [65]. 1.1. Khối xâm nhập Hà Trì (Cao Bằng) 1.1.1. Đặc điểm địa chất Khối siêu mafic Hà Trì phân bố trên địa bàn các xã Quang Trung và Hà Trì, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng, cách thành phố Cao Bằng khoảng 10 km về phía đông nam. Khối có dạng thấu kính kéo dài theo phương tây bắc - đông nam với chiều dài khoảng 0,8km, rộng 0,3-0.5 km. Phía nam và tây nam nó xuyên cắt các đá cát bột kết, bột kết, đá phiến sét, sét vôi hệ tầng Mia Lé (D1 ml2. Ở phía đông và đông bắc khối có tiếp xúc kiến tạo với các đá của hệ tầng Bằng Giang (P3-T1 bg) gồm chủ yếu là basalt hạnh nhân, dolerit, andesitobasalt. Ở phần đầu tây bắc, khối Hà Trì tiếp xúc với các thành tạo ryolit, ryodacit, dacit và tuf của chúng thuộc phân hệ tầng dưới của hệ tầng Sông Hiến (T1 sh1). Khối xâm nhập Hà Trì gồm hai pha chính. Pha sớm chủ yếu là các đá mafic như gabro, gabrodiaba, congadiaba chiếm phần lớn diện tích của khối. Pha muộn có diện tích nhỏ hơn (~2 Km2) ở gần trung tâm khối gồm các đá siêu mafic nhóm peridotit, plagioperridotit, gabronorit olivin, đây là đối tượng chính của nghiên cứu
6 này và các mô tả dưới đây chủ yếu đề cập đến các đá siêu mafic thuộc pha này (hình 1.2). Lân cận với khối Hà Trì, thuộc phức hệ Cao Bằng còn có một số khối xâm nhập khác với kích thước từ vài trăm mét vuông đến vài kilomet vuông như khối Suối Củn, Phan Thanh, Nà Cạn, Khuổi Bắc, Khuổi Khoang, v.v... (hình 1.1). Khối có kích thước lớn nhất là khối Suối Củn nằm cách TP. Cao Bằng chừng 3 km về phía Đông Bắc có dạng thấu kính kéo dài gần 4 km và rộng từ 0,5-1 km theo phương TB-ĐN, diện tích khoảng 3km2. Khối Suối Củn bị các đứt gãy phương tây bắc - đông nam thuộc hệ thống Cao Bằng - Tiên Yên chia thành hai phần . Phần phía đông dài 2,5 km, rộng 0,1-1 km và có bề rộng ~ 150m. Nó bao gồm hai thể riêng biệt gồm lherzolit chứa plagiocla, olivin melanogabbro và wehrlit chứa plagiocla. Phần phía tây bao gồm dolerit, gabbronorit, diaba và leucogabbro không có olivin. Các sulfid xâm tán được quan sát thấy ở phần phía đông, trong khi phần phía tây gần như không có khoáng hóa sulfid [90]. Khối siêu mafic có kích thước lớn thứ hai đó là khối Phan Thanh, có chiều dài khoảng 2,4 km và rộng 0,1-0,3 km nằm về phía Tây Bắc của khối Hà Trì, thuộc địa phận thôn Phan Thanh, xã Quang Trung, huyện Hòa An. Khối Phan Thanh có thành phần chủ yếu gồm olivin melanogabbro và lherzolit chứa plagiocla. Trong phần trung tâm của khối thấy xuất hiện khá phổ biến phổ biến các sulfid xâm tán dạng tinh thể kết tinh và dạng giọt, đôi khi gặp các mạch nhỏ. Ngoài ra, còn có các khối có kích thước nhỏ hơn như: Khối Nà Cạn, Khuổi Bắc, Khuổi Khoang,..