Nguồn gốc hình thành corindon có các riềm vỏ spinel bao quanh từ khu vực Tân Hương-Trúc Lâu, Yên Bái

Nội dung text: Nguồn gốc hình thành corindon có các riềm vỏ spinel bao quanh từ khu vực Tân Hương-Trúc Lâu, Yên Bái

1. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 Nguồn gốc hình thành corindon có các riềm vỏ spinel bao quanh từ khu vực Tân Hương-Trúc Lâu, Yên Bái Nguyễn Ngọc Khôi1,*, Nguyễn Văn Nam2, Christoph A. Hauzenberger3, Chakkaphan Sutthirat4, Dương Anh Tuấn5 1Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam 2Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Đường Chiến Thắng, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam 3Đại học Tổng hợp Graz, Universitaetsplatz 2, 8010 Graz, CH Áo 4Đại học Tổng hợp Chulalongkorn, 254 Pathumwan, Bangkok, Thái Lan 5Tập đoàn Vàng bạc Đá quý DOJI, 44 Lê Ngọc Hân, Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 10 tháng 8 năm 2016 Chỉnh sửa ngày 26 tháng 9 năm 2016; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Các mỏ corindon (ruby và saphir) ở Yên Bái không chỉ nằm trong đá hoa, mà còn phân bố trong các đá gneis, tương ứng chúng được chia thành kiểu mỏ trong đá hoa (khu vực Khoan Thống-An Phú) và kiểu mỏ trong đá gneis (khu vực Tân Hương-Trúc Lâu). Đối với kiểu mỏ trong đá gneis, đá chứa chủ yếu là đá gneis bị migmatit hóa một phần (chứa saphir mầu xám, trắng xám đến xám phớt lam và phớt vàng), đá pegmatoid felspat và đá hoa (chứa ruby đỏ sẫm đến hồng). Ở đây, ngoài những viên corindon tự hình, còn gặp khá nhiều corindon có riềm spinel bọc bên ngoài theo đúng hình dạng của corindon bên trong, trong cả các mỏ gốc lẫn các mỏ sa khoáng. Trên cơ sở nghiên cứu các cấu tạo phản ứng (vĩ mô và vi mô) và thành phần hóa học của corindon có riềm spinel, cũng như dựa trên các tính toán nhiệt động cân bằng pha và đặc điểm bao thể, sự hình thành tổ hợp corindon có riểm spinel bao quanh trong đá gneis có thể giải thích bằng các phản ứng: Biotit Corindon Spinel Felspat K Nước K(Mg, Fe)3[AlSi3O10](OH)2 + 3Al2O3 => 3(Mg, Fe)Al2O4 + KAlSi3O8 + H2O Hoặc: Granat Corindon Spinel Silimanit (Fe, Mg)3Al2[SiO4]3 + Al2O3 => (Mg, Fe)Al2O4 + AlO[AlSiO4] Từ khóa: Nguồn gốc, corindon, riềm spinel, đá gneis, khu vực Tân Hương-Trúc Lâu. 1. Mở đầu * kiểu: kiểu trong đá hoa (marble-hosted type) và kiểu trong đá gneis (gneiss-hosted type). Các mỏ và điểm khoáng corindon ở miền Các mỏ kiểu trong đá gneis chủ yếu phân Bắc Việt Nam không chỉ phân bố trong đá hoa, bố ở khu vực Tân Hương-Trúc Lâu của dãy núi mà còn phát triển trong đá gneis bị migmatit Con Voi trong đới Sông Hồng. Đá gneis ở khu hóa một phần, theo đó, chúng được chia thành 2 vực này thường chứa saphir mầu xám, trắng xám đến xám phớt lam và phớt vàng, trong khi ___ * đó ruby mầu đỏ sẫm đến hồng lại gặp trong Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-38585097 pegmatoid felspat và đá hoa xen kẹp trong các Email: nguyen.khoinn@gmail.com 32
2. N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 33 tầng đá gneis. Trong một số mỏ sa khoáng (như hóa học (nguyên tố chính và vi lượng) của nhân mỏ Trúc Lâu) và mỏ gốc nguyên sinh (như corindon và vỏ spinel bọc ngoài, về điều kiện điểm Kinh La), ngoài những viên corindon tự P-T của quá trình biến chất đá chứa, từ đó đưa hình, còn gặp khá nhiều viên corindon có riềm ra luận giải về nguồn gốc hình thành của riềm spinel bao bọc xung quanh. Đây có thể coi là spinel bao quanh các viên corindon dựa trên các một đặc điểm đặc trưng của kiểu mỏ corindon trong đá gneis khu vực Tân Hương-Trúc Lâu. cấu tạo phản ứng vĩ mô và vi mô liên quan với Các cấu tạo phản ứng của corindon và corindon, dựa trên các tính toán nhiệt động cân spinel đã được đề cập và nghiên cứu ở mức độ bằng pha và đặc điểm bao thể trong nhân và theo các khía cạnh khác nhau trên thế giới, ví corindon và riềm spinel. dụ như nghiên cứu của Schmetzer et al. [1], Sunagawa et al. [2] về ruby dạng “trapiche”, Das et al. [3] đối với ruby Ấn Độ từ các mỏ 2. Bối cảnh địa chất eluvi, Francis et al. [4, 5] đối với ruby và saphir Các mỏ corindon gốc và sa khoáng khu vực Sri Lanka trong đá hoa. Tuy vậy, loại corindon Tân Hương-Trúc Lâu phân bố trong phạm vi của với riềm spinel bọc quanh lần đầu tiên được dãy núi Con Voi kéo dài từ Ailao Shan ở Vân chúng tôi nghiên cứu chi tiết và đưa ra luận giải Nam (Trung Quốc) xuống miền Bắc Việt Nam trong bài báo này. (Hình 1). Dãy núi này được giới hạn bởi đới siết Bài báo này trình bày các kết quả nghiên trượt Ailao Shan-Sông Hồng [6, 7, 8]. cứu về thạch học (vĩ mô và vi mô), thành phần O H Hình 1. Sơ đồ địa chất khu vực Tân Hương-Trúc Lâu theo Bản đồ Địa chất và Khoáng sản Việt Nam tỉ lệ 1:200.000, tờ Bắc Quang, năm 2000, biên tập Trần Xuyên, và tờ Yên Bái, năm 2005, biên tập Nguyễn Vĩnh). l
3. 34 N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 Các đá trong khu vực Tân Hương-Trúc Lâu saphir và spinel phân bố trong một tầng sỏi sạn chủ yếu bao gồm plagiogneis và các đá gneis (sa khoáng cổ) dày chừng 1,2 đến 5 m nằm trực khác nằm xen với các thấu kính và lớp kẹp tiếp trên đá gneis cứng, dưới lớp trầm tích cát amphibolit và đá hoa thuộc hệ tầng Núi Voi. sét (0-3,5 m) và lớp đất trồng (0,5-1,5 m) [14]. Nằm trên là hệ tầng Ngòi Chi có thành phần là các đá phiến, amphibolit và đá hoa. Cả hai hệ tầng này bị xuyên cắt bởi các đá granit, syenit 3. Mẫu và phương pháp nghiên cứu và pegmatit của phức hệ magma Tân Hương có tuổi thành tạo 22-25 triệu năm [9, 10]. Để thực hiện nghiên cứu này mẫu corindon Corindon nguyên sinh khu vực Tân Hương- có các riềm spinel bao quanh chủ yếu được thu Trúc Lâu có thể được chia thành 3 kiểu chính thập từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu và điểm quặng [11]: (1) Saphir trắng xám đến xám phớt lam và gốc Kinh La. Ngoài ra, để xác định điều kiện P- phớt vàng nằm trong đá gneis như ở điểm Cò T của quá trình biến chất liên quan, các mẫu đá Mận trong thung lũng Trúc Lâu, các điểm Khe gneis và đá phiến bị migmatit hóa cũng được thu thập từ nhiều điểm khác nhau như Km 10, Nhàn và Kinh La ở Tân Hương; (2) Ruby đỏ Kinh La và Cò Mận (xem Hình 1). xẫm đến hồng, chất lượng ngọc trung bình đến Các mẫu trước hết được nghiên cứu dưới thấp, gặp trong đá pegmatoid felspat bị phong kính hiển vi quang học (thạch học và ngọc học) hóa, như ở các điểm Km 12, Km 15, Km 23 dọc và một số mẫu được nghiên cứu bằng kính hiển quốc lộ 70 và điểm Dốc 700; (3) Ruby trong vi điện tử quét. Các bao thể trong khoáng vật các thấu kính đá hoa nằm xen kẹp trong đá được xác định bằng phương pháp phổ Raman, gneis, đá phiến mica và amphibolit, như ở trong vi dò điện tử và kính hiển vi quang học. Sau đó lõi khoan ở Tân Hương và ở mỏ Trúc Lâu. phương pháp vi dò (EPMA) được sử dụng để Đá gốc chứa corindon khu vực nghiên cứu xác định thành phần hóa học của các khoáng được cho là hình thành từ quá trình biến chất vật, còn phương pháp ICPMS được dùng để xác các trầm tích hạt mịn có thành phần khác nhau định thành phần các nguyên tố vết [11]. [12, 13, 14, 15, 16, 11]. Các mỏ nguyên sinh và Phương pháp EPMA được tiến hành tại Viện đá gốc thường bị phong hóa mạnh, tạo nên rất các Khoa học Trái Đất, ĐHTH Graz (Áo) bằng nhiều các mỏ và điểm khoáng thứ sinh (eluvi, máy JEOL JXA-8200 với thế gia tốc 15kV, dòng của chùm 12nA, thời gian đếm 60’ tại các đỉnh và deluvi và aluvi) chứa ruby đỏ sẫm, spinel mầu 30’ cho nền, đường kính của chùm ~1 μm. Giới nâu, cũng như granat, saphir mầu xám phớt hạn phát hiện điển hình đối với hầu hết các lam, silimanit và thạch anh. nguyên tố nằm trong khoảng 0,01-0,02 %tl. Công Các mẫu ruby và saphir có các riềm spinel thức của các khoáng vật được tính toán bằng bộ được tìm thấy ở nhiều mỏ và điểm khoáng trong PET Mathematica (DACHS, 1998). khu vực nghiên cứu. Trong nghiên cứu này các Các nguyên tố vết trong khoáng vật được mẫu được nghiên cứu chi tiết tại điểm khoáng xác định bằng phương pháp ICP-MS trên hệ nguyên sinh Kinh La và mỏ sa khoáng Trúc Lâu. New Wave UP 213 và ICP-MS: Agilent 7500, Điểm khoáng Kinh La (Km 13) nằm cách mỏ ICP-quadrupole MS tại Bộ môn Hóa học, Khoa Tân Hương 2 km về phía tây nam, tại tọa độ Khoa học, ĐHTH Graz (CH Áo). Mẫu phân tích 21o48’55”N, 104o52’12”E. Thân khoáng chứa đá được ion hóa bằng tia laser 213 nm ở 5 Hz, kích quý ở đây dày 0,1-1 m và kéo dài đến 100 m. thước điểm 55 µm và 85% công suất laser, tương Corindon có mầu từ đen, xám đến xám phớt lam ứng năng lượng ~7 J/cm². Khí heli được sử dụng với kích thước dao động từ 0,1 đến 5 cm [10]. để đưa luồng khí với tốc độ ~1,2 l/phút. Thủy tinh NIST610 được phân tích hàng ngày để Mỏ sa khoáng Trúc Lâu phân bố trong chuẩn hóa và hiệu chỉnh theo độ trôi. Các mẫu phạm vi một thung lũng khá lớn thuộc xã Trúc chuẩn thủy tinh NIST612 và BCR-2 được phân Lâu, huyện Lục Yên và bao gồm các trầm tích tích như là chất chưa biết. Nhôm (Al) được sử eluvi, deluvi và đặc biệt là aluvi. Các thành tạo dụng làm chất chuẩn trong. aluvi có chiều dày khoảng 10 m, trong đó ruby,
4. N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 35 4. Kết quả nghiên cứu K. Nghiên cứu thạch học cũng xác định được một số khoáng vật khác trong mẫu nghiên cứu 4.1. Đặc điểm thạch học như silimanit, granat và thạch anh. a. Mẫu corindon có riềm spinel từ mỏ b. Corindon với riềm spinel từ mỏ sa khoáng quặng gốc Hình 3 là một số loại mẫu corindon khác Tại điểm Kinh La corindon phát triển trong nhau có riềm spinel bao quanh được thu thập từ đá gneis migmatit hóa thành phần silimanit + mỏ sa khoáng Trúc Lâu [17]. Mầu sắc của các biotit + plagioclas + felspat K + ilmenit ± granat nhân corindon đa dạng hơn nhiều so với các ± hercynit ± magnetit. Các tinh thể corindon mẫu từ mỏ nguyên sinh, thay đổi từ mầu trắng, thường bị bao bởi loại spinel giàu thành phần xám đến hồng, đỏ phớt hồng và đỏ sẫm. Hình hercynit (Hình 2, 6) có hoặc không có dấu hiệu dạng của nhân corindon hầu hết là từ không đều bị gặm mòn. Nhân corindon ở đây chỉ có mầu đến nửa mài tròn, có ranh giới rõ ràng với riềm xám đến xám tối, trong khi riềm spinel bao spinel do sự thay đổi đột ngột về mầu sắc giữa quanh lại có mầu xám tối đến đen. Độ dày của chúng. Dấu hiệu gặm mòn cũng khá rõ. Kích nhân corindon dao động từ 10 đến 30 mm, trong thước các nhân corindon dao động từ vài mm khi riềm spinel có chiều dày từ cỡ 1 mm đến đến hàng trăm mm, chúng hầu như đều bị rạn hàng chục mm. Tổ hợp khoáng vật đặc trưng nứt ở mức độ khác nhau. Còn riềm spinel trong cả mẫu cục và mẫu lát mỏng thạch học là thường có mầu xám đến vàng, nâu, đôi khi là corindon + spinel (hercynit) + felspat K, hồng đến đỏ phớt hồng, với chiều dày thay đổi plagioclas + biotit, vermiculit ± granat (Hình 2). từ vài mm đến hàng chục mm. Riềm spinel hoặc có cấu tạo kiểu “hàng rào” (palisade) hoặc cấu tạo ngoại biến tinh (xenoblastic). Nhìn chung, có thể phân biệt 4 kiểu mẫu corindon có riềm spinel bao quanh từ các mỏ sa khoáng [17] dựa trên đặc điểm của nhân corindon, riềm spinel cũng như các bao thể chứa trong chúng (xem Hình 3 và 4): Kiểu I: Tinh thể ruby được bao bởi riềm spinel Mg dày và đều hầu như không chứa bao thể (Hình 3I và 4a, b); Kiểu II: Tinh thể saphir được bao bởi riềm spinel mỏng cấu tạo kiểu “hàng rào” (Hình 3II, và 4c, d); Kiểu III: Tinh thể Hình 2. Corindon mầu xám bị bao bởi riềm spinel ruby/saphir hồng được bao bởi riềm spinel Mg- mầu xẫm tối trong đá gneis bị migmatit hóa thành Fe-Al sẫm mầu (Hình 3III và 4e); Kiểu IV: Tinh phần silimanit + biotit + felspat K, plagioclas + thể saphir bao quanh bởi spinel giàu hercynit ilmenit ± granat ± hercynit ± magnetit. Mẫu a-H7005, (Hình 3IV và 4f). điểm Kinh La. Pl - plagioclas, Kfs - felspat K, Cả bốn kiểu mẫu trên, nói chung đều chứa ít Bt - biotit, Crn - corindon, Spl - spinel. bao thể. Trong nhân corindon bao thể hydroxit Dưới kính hiển vi thạch học quan sát rõ hiện Al, và ít hơn là rutil, thường hay có mặt hơn cả. tượng song tinh dạng tấm và hệ thống khe nứt Trong mẫu kiểu I bao thể felspat giàu Ba và trong nhân corindon. Các bao thể thường gặp plagioclas đã tìm thấy trong nhân corindon, còn trong corindon là ilmenit, magnetit, đôi khi trong riềm spinel là calcit và dolomit (hình 4a, zircon và apatit. b). Riềm spinel của mẫu kiểu II hoặc là hoàn Còn riềm spinel thì dưới kính hiển vi truyền toàn không chứa bao thể hoặc chỉ có vài bao thể qua có mầu lục đến lục xẫm, đục và gặp dưới nhỏ calcit và dolomit. Trong một mẫu kiểu II đã dạng các tinh thể tha hình thô. Các bao thể xác định được các bao thể saphirin, F-pargasit thường gặp trong riềm spinel là biotit và felspat và F-phlogopit trong riềm spinel (Hình 4c). K
5. 36 N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 I II III IV Hercynit Spinel Spinel Ruby Ruby Saphir Spinel Saphir Hình 3. Các kiểu mẫu corindon với riềm spinel bao quanh từ mỏ sa khoáng. t j Trong riềm spinel của mẫu kiểu III đã tìm một mẫu với hàm lượng 80 mol%, grosular và thấy phlogopit và chlorit (Hình 4e). Nhân pyrop là 10 mol% mỗi loại, trong khi spesartin corindon và riềm spinel kiểu IV chứa rất nhiều nhỏ hơn 5 mol%. Biotit có thành phần annit gần bao thể ilmenit và, ở mức độ ít hơn, là apatit, như tinh khiết với hàm lượng TiO2 có thể tới monazit và zircon (Hình 4f). 5% trọng lượng và không phát hiện được F và Cl. Nền felspat thường có thành phần plagioclas 4.2. Thành phần hóa học với XAb là 0,75 và felspat K với hàm lượng albit khoảng 25 đến 30 %tl. Magnetit và ilmenit a. Thành phần hóa học của corindon với riềm thường gặp dưới dạng là bao thể trong spinel từ các mỏ gốc nguyên sinh corindon, spinel và granat, hoặc là các khoáng Thành phần nguyên tố chính và nguyên tố vật riêng rẽ trong nền đá. vết của nhân corindon trong các mẫu lấy từ b. Thành phần hóa học của corindon với riềm điểm Kinh La được thể hiện trên các Bảng 1a-b. spinel từ các mỏ sa khoáng Kết quả của các bảng trên cho thấy, nhân Bảng 3a-b thể hiện thành phần của nhân corindon của các mẫu lấy từ mỏ gốc có hàm corindon từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu. Ở đây lượng sắt cao (từ 5119 đến 5717 ppm) và hàm nhân corindon (các mẫu TLM2, TLM3, TLM5, lượng Ti và Cr thấp (tương ứng từ 16 đến 81 và TLM6, và TLL5) có hàm lượng Cr2O3 tương 55 đến 62 ppm). Các nguyên tố khác như Ga, đối thấp. Hàm lượng TiO2 dưới ngưỡng phát Mg và V đều có mặt trong tất cả các mẫu nhưng hiện, còn hàm lượng FeO thì trên ngưỡng một với hàm lượng thấp. chút. Nhân corindon của mẫu TLM7 chứa Việc phân tích đại diện thành phần hóa học khoảng 0.5 %tl FeO (theo kết quả EPMA) hoặc của riềm spinel (Bảng 2) và một số khoáng vật 2572 ppm Fe (theo kết quả ICP-MS) với hàm đi cùng từ điểm quặng gốc Kinh La cũng đã lượng Cr2O3 và TiO2 rất thấp. được tiến hành để xác định khả năng xảy ra các Thành phần của riềm spinel được trình bày phản ứng thành tạo riềm spinel quanh nhân ở Bảng 4. Khác với các mẫu từ điểm quặng gốc corindon. Kinh La, riềm spinel ở đây thuộc loại spinel Al- Nhìn chung, các khoáng vật gặp trong các Mg tinh khiết với một lượng FeO rất nhỏ (<0,7 mẫu thu thập từ điểm quặng gốc Kinh La đều %tl), trừ riềm spinel quanh nhân saphir (mẫu có hàm lượng Fe đặc biệt cao. Spinel thuộc loại TLM7) có hàm lượng FeO = 1,27 %tl và hàm hercynit gần như tinh khiết với hàm lượng V rất lượng Cr2O3 và ZnO còn thấp hơn. thấp và không chứa Cr Granat chỉ gặp trong
6. N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 37 Bảng 1a. Thành phần nguyên tố chính của nhân corindon trong các mẫu từ Kinh La [%tl]a Oxit Hàm lượng Số mẫu 12 Al2O3 99,5 – 99,36 (99,25) TiO2 0,12 – 0,21 (0,22) Cr2O3 0,00 – 0,09 (0,05) FeO 0,45 – 0,97 (0,25) Tổng 99,80 – 100,54 (100,10) aPhân tích bằng phương pháp EPMA, trong ngoặc đơn là hàm lượng trung bình từ 3-5 lần đo cho mỗi mẫu Bảng 1b. Thành phần nguyên tố vết của nhân corindon trong các mẫu từ Kinh La [ppm]a Nguyên tố Hàm lượng Số mẫu 3 Ti 16-81 (40) Hình 4. Hình ảnh điện tử phản chiếu ngược BSE của Cr 55-62 (59) các bao thể trong nhân corindon và riềm spinel bao Fe 5119-5717 (5500) quanh. a) Bao thể hydroxit Al trong corindon. Spinel V 18-20 (19) ở đây không có bao thể (mẫu kiểu I); b) Bao thể dolomit và calcit trong riềm spinel của mẫu kiểu I; Ga 49-50 (49) c) Bao thể apatit, saphirin, F-phlogopit và F-pargasit Mg 2-4 (4) trong riềm spinel của mẫu kiểu II; d) Spinel cấu tạo aPhân tích bằng phương pháp ICP-MS, kiểu “hàng rào” bao quanh saphir (mẫu kiểu II); trong ngoặc đơn là hàm lượng trung bình e) Phlogopit, chlorit và corindon trong riềm spinel từ 3-5 lần đo (mẫu kiểu III); f) Saphir và spinel giàu hercynit chứa các bao thể ilmenit và monazit (mẫu kiểu IV). d g Bảng 2. Thành phần của riềm spinel theo kết quả EPMA [%tl] Mẫu H70052d H7005sp1 Mẫu H70052d H7005sp1 TiO2 0,17 0,13 Ti 0,004 0,003 Al2O3 55,37 51,90 Al 1,935 1,854 Cr2O3 <0,1 <0,1 Cr - - V2O3 <0,1 <0,1 V - - FeO 42,68 44,69 Fe3+ 0,058 0,138 Fe2+ 1,001 0,995 MnO 0,13 0,31 Mn 0,003 0,008 MgO <0,1 <0,1 Mg 0,000 0,000 Tổng 98,35 97,03 Tổng 3,001 2,998
7. 38 N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 Bảng 3a. Thành phần nguyên tố chính của nhân corindon trong các mẫu lấy từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu theo kết quả EPMA [%tl]a Mẫu TLM2cor TLM3cor TLM5cor TLM6cor TLM7cor TLL5cor Al2O3 99,88 99,86 99,15 99,97 99,43 99,60 TiO2 0,035 0,040 <0,03 <0,03 0,067 0,033 Cr2O3 0,238 0,162 0,233 0,160 <0,03 0,090 FeO <0,03 0,053 0,054 0,075 0,501 <0,03 Tổng 100,15 100,11 99,44 100,21 100,00 99,73 aGiá trị trung bình từ 3-5 kết quả đo cho mỗi mẫu Bảng 3b. Thành phần nguyên tố vết của nhân corindon trong các mẫu lấy từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu theo kết quả ICP-MS [ppm]a Mẫu Be Mg Ti V Cr Fe Ga Sn TLM2 <0,05 68,1 142 196 940 15,4 61,0 6,20 TLM3 <0,05 67,6 108 231 926 30,2 31,1 0,21 TLM5 <0,05 39,4 46, 288 1304 11,1 53,3 0,18 TLM6 <0,05 57,6 82,3 349 1338 60,4 107 0,54 TLM7 <0,05 131 363 6,59 <1 2572,1 74,5 1,12 TLL5 <0,05 82,6 126 248 674 8,37 44,2 0,20 aGiá trị trung bình từ 3-5 kết quả đo cho mỗi mẫu Bảng 4. Thành phần nguyên tố chính trong riềm spinel quanh corindon từ mỏ sa khoáng Trúc Lâu theo kết quả EPMA [%tl] Mẫu TLM2cor TLM3cor TLM5cor TLM6cor TLM7cor TLL5cor Al2O3 69,47 70,59 70,09 70,46 69,58 70,00 TiO2 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 Cr2O3 0,208 0,114 0,266 0,130 <0,03 0,326 FeO 0,353 0,654 0,050 0,667 1,272 0,255 MgO 28,52 28,90 28,86 28,89 28,51 28,97 ZnO 0,74 0,11 <0,1 <0,1 0,16 <0,1 Tổng 99,29 100,37 99,26 100,14 99,52 99,55 aGiá trị trung bình từ 3-5 kết quả đo cho mỗi mẫu 4.3. Điều kiện P-T của quá trình biến chất granat-biotit-plagioclas (Hình 5) theo Hoisch trong khu vực nghiên cứu [20] đã được sử dụng cho các mẫu từ điểm Km 10. Ngoài ra, điều kiện P-T cũng được tính toán Sự phổ biến của các đá migmatit hoặc gneis theo phần mềm TWQ (Hình 7b) trên cơ sở sử bị migmatit hóa trong khu vực phản ánh rõ ràng dụng bộ dữ liệu của Berman [21]. Đối với các điều kiện biến chất cao ở đây. Để xác định điều mẫu từ Kinh La (R7005) chỉ có thể sử dụng kiện P-T của quá trình biến chất chúng tôi đã sử được nhiệt kế granat-biotit. Với các mẫu Cò dụng các mẫu đá gneis và đá phiến bị migmatit Mận (Trúc Lâu), mẫu Km 55 được sử dụng để hóa từ các điểm Km 10, Kinh La (mẫu R7005) tính toán điều kiện P-T. Ở đây, một lần nữa, và Cò Mận (mẫu Km 55, xem Hình 1). Nhiệt kế nhiệt kế grarat-biotit, áp kế GASP và áp kế granat-biotit với hiệu chỉnh theo Holdaway et granat-biotit-plagioclas cũng được sử dụng để al. [18], áp kế GASP theo Koziol [19] và áp kế xác định các thông số biến chất.
8. N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 39 Theo các kết quả tính toán nhiệt áp kế Các hạt spinel với hàm lượng Fe và Mg khá (Hình 5) thì các phản ứng granat-biotit, GASP cao (xem Bảng 2a ở trên) và đặc điểm cấu tạo và granat-biotit-plagioclas của mẫu Km 10 cho quan sát được trên các mẫu cục và mẫu thạch điều kiện P-T 700-760°C và 6.3-7.3 kbar. Bằng học lát mỏng cho ta gợi ý rằng riềm spinel có cách sử dụng toàn bộ tổ hợp khoáng vật, việc thể được hình thành do phản ứng của corindon tính toán các thông số theo TWQ cho số liệu với các khoáng vật silicat chứa Mg-Fe gặp hơi thấp hơn là 680-720°C và 5,2-5,8 kbar. Mẫu trong đá mẹ, có thể là biotit hoặc granat [4, 5]. R7005 từ Kinh La không cho phép xác định Cũng trong chính các đá silicat calci này có được điều kiện áp suất. Tuy nhiên, nhiệt kế chỗ gặp khá nhiều biotit, có chỗ lại không gặp granat-biotit cho kết quả gần tương tự là 700- (biotit đã bị tiêu thụ hết). Như đã đề cập ở trên, 750°C. Đối với điểm Cò Mận (Km 55), điều đá chứa corindon ở đây đã trải qua quá trình kiện P-T được xác định có cao hơn là 760°C và biến chất khu vực từ phần trên của tướng 9 ± 1 kbar [17, 11]. amphibolit đến phần dưới của tướng granulit (khoảng 650 đến 760oC và 5,0 đến 7,6 kbar) 4.4. Về nguồn gốc của riềm spinel quanh [14]. Ngay cả trong điều kiện này thì corindon corindon vẫn bền vững. Tuy vậy, trong điều kiện nguội đẳng áp với môi trường giàu nước, các tổ hợp a. Đối với mẫu corindon có riềm spinel từ chứa corindon có thể biến chất giật lùi dẫn đến các mỏ gốc nguyên sinh sự hình thành các loại mica khác nhau như Trong nhiều mẫu đá tươi chứa corindon của biotit hoặc phlogopit [22]. Vì vậy, trong các đá khu vực nghiên cứu có gặp các tinh thể gốc này thường thấy corindon đi cùng với mica. corindon bao quanh bởi riềm spinel (xem các Các quan sát cũng cho thấy, rìa ngoài của các Hình 2 và 6). Spinel giàu Mg-Fe-Al trong đá nhân corindon thường bị gặm mòn ở mức độ cũng như spinel giàu Fe trong riềm quanh khác nhau, và riềm spinel quanh các nhân corindon được hình thành trong đá gneis bị corindon dần trở nên dày hơn và ít còn giữ migmatit hóa giàu Fe và nghèo SiO với tổ hợp 2 được hình dạng của nhân corindon bên trong khoáng vật điển hình là corindon bao quanh bởi hơn theo các giai đoạn của phản ứng (Hình 7, pha spinel-magnetit giàu hercynit => biotit giàu các giai đoạn từ 1 đến 4). Từ các quan sát trên, Fe => plagioclas, K-felspat và granat có thể cho rằng ở đây đã xảy ra phản ứng giữa (almandin+pyrop+grosular hoặc granat giàu corindon và biotit để hình thành riềm spinel almandin) trong một số mẫu, và silimanit. cùng với felspat K: Biotit Corindon Spinel Felspat K Nước K(Mg, Fe)3[AlSi3O10](OH)2 + 3Al2O3 => 3(Mg, Fe)Al2O4 + KAlSi3O8 + H2O (1) Phản ứng này có thể tiếp diễn cho đến khi toàn bộ hạt corindon đã chuyển thành spinel (xem giai đoạn 4, Hình 7) và được biểu diễn như trên Hình 8. Trường hợp có mặt granat và silimanit thì phản ứng sau đây có thể là nguyên nhân dẫn đến sự hình thành riềm spinel quanh corindon: Granat Corindon Spinel Silimanit (2) (Fe, Mg)3Al2[SiO4]3 + Al2O3 => (Mg, Fe)Al2O4 + AlO[AlSiO4] Các phản ứng (1) và (2) trên có thể diễn ra riêng rẽ hoặc đồng thời.
9. 40 N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 Hình 5. Điều kiện P-T tính toán cho các mẫu gneis giàu F bị migmatit hóa ở Kinh La. (a) Theo nhiệt kế granat- biotit kinh điển và áp kế GASP và granat-biotit-plagioclas. (b) Theo phương pháp đa cân bằng (multiequilibrium method) trên cơ sở phần mềm winTWQ 2.34 của Berman [21]. U H. Hình 8. Sơ đồ thể hiện sự mở rộng không đều của riềm spinel do phản ứng của corindon và biotit. Bt - biotit, Spl - spinel, Crn - corindon, Kfs - felspat K. Hình 6. Corindon có riềm spinel giàu hercynit trong đá gneis từ điểm quặng gốc Kinh La (mẫu H7005, b. Đối với mẫu corindon có riềm spinel từ nicol-; d = 1,2mm). Crn - corindon, Spl - spinel, các mỏ sa khoáng Bt - biotit, Ort - orthoclas. Đối với các mẫu lấy từ các mỏ sa khoáng thì, do chúng không còn nằm nguyên trong đá mẹ ban đầu, nên để xác định nguyên nhân và phản ứng có thể xảy ra dẫn đến sự hình thành riềm spinel quanh corindon, ta cần dựa vào thành phần của chính nhân corindon và riềm spinel, đặc biệt là các bao thể gặp trong chúng. Thành phần của riềm spinel trong các mẫu kiểu I và II (xem Hình 3) đều là loại spinel Al-Mg tinh khiết có chứa các bao thể calcit và dolomit. Như vậy, những loại mẫu corindon có riềm spinel này nhiều khả năng hình thành trong các Hình 7. Những giai đoạn khác nhau quan sát đá carbonat bị biến chất. Thông thường được của quá trình hình thành riềm spinel corindon được hình thành trong đá carbonat bao quanh corindon. trong quá trình biến chất tiến triển từ pha hydroxit Al có nguồn gốc trầm tích ban đầu như
10. N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 41 diaspor và/hoặc boemit. Khi nhiệt độ tăng, nếu Còn đối với các mẫu kiểu III và IV (xem có mặt dolomit, corindon có thể chuyển thành Hình 3) thì spinel trong riềm đều thuộc loại spinel theo phản ứng (3) trình bày phía dưới giàu hercynit và có chứa bao thể phlogopit. đây [17]. Trong trường hợp này, phản ứng (1) cũng có Tương tự các mẫu từ nguồn nguyên sinh, thể được đề xuất để giải thích quá trình chuyển rìa của các nhân corindon trong các mẫu ở đây đổi corindon => spinel. cũng bị gặm mòn ở mức độ khác nhau, chứng Các phản ứng mô tả ở trên đã được tính tỏ giữa nhân corindon và riềm spinel đã có sự toán trong giản đồ T - XCO2 [17]. Các phản ứng mất cân bằng và đã xảy ra phản ứng như trên. hình thành spinel đều phụ thuộc nhiều vào Theo tiến độ của phản ứng tiêu thụ corindon XCO2. Với các giá trị XCO2 lớn hơn 0,2, thì này, riềm spinel ngày một dày thêm và ít giữ cần phải có nhiệt độ cỡ 600-700°C (Hình 9) để được dạng lục giác ban đầu của nhân corindon. các phản ứng có thể xảy ra. h Dolomit Corindon Spinel Calcit Dioxit carbon (3) MgCa(CO3)2 + 3Al2O3 => 3MgAl2O4 + CaCO3 + CO2 y Điều thú vị là, corindon với riềm spinel cho mỏ corindon trong gneis của Việt Nam. Để giải đến nay chỉ gặp trong đá gneis khu vực Tân thích cơ chế hình thành riềm spinel quanh Hương-Trúc Lâu của Việt Nam [14, 15, 16, 11, corindon ở Sri Lanka, Francis et al. [4, 5] cũng 10], trong khi cấu tạo phản ứng kiểu này lại gặp đưa ra phản ứng gần tương tự như phản ứng (1) trong đá hoa như ở Sri Lanka [4, 5] hoặc ở trên, chỉ khác là, thay vì biotit sẽ là phlogopit pegmatit như ở Myanmar [23]. Có thể coi sự có gặp trong đá hoa của vùng nghiên cứu. Các mặt của những viên corindon với riềm spinel phản ứng (2) và (3) không thấy tác giả trên đề bao quanh là một đặc điểm đặc trưng của kiểu cập đến. Jp Hình 9. Các phản ứng dẫn đến sự hình thành riềm spinel quanh corindon. Các mũi tên chiều hướng phản ứng (nhiệt độ tăng hoặc có sự thay đổi trong thành phần chất lưu). Spl - spinel, Kfs - felspat K, Sil - silimanit, Bi - biotit, Crn - corindon, Alm - almandin, Cal - calcit, Dol - dolomite, Dsp - diaspor. H
11. 42 N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 5. Kết luận observations, The Australian Gemmologist 21 (2002) 211. Corindon với riềm spinel bao quanh là một [5] Francis M.D.P.L. and Matsueda H., Study of đặc trưng quan trọng của các mỏ corindon, cả Macroscopic and Microscopic Reaction textures gốc và sa khoáng, trong các đá gneis bị associated with Corundum of Balangoda Region, migmatit hóa khu vực Tân Hương-Trúc Lâu Sri Lanka, Proceedings of International Symposium on "Dawn of a New Natural History thuộc đới xiết trượt Sông Hồng. Khoáng vật - Integration of Geoscience and Biodiversity corindon ở đây chủ yếu hình thành từ pha Studies", Sapporo, Japan (2004) 129. hydroxit Al nguồn gốc trầm tích ban đầu, trong [6] Tapponier, P., Lacassin, R., Leloup, P. H., điều kiện biến chất tiến triển khu vực, thuộc phần Scharer, U., Zhong Dailai, Wu Haiwei, Liu trên tướng amphibolit đến phần dưới tướng Xiaohan, Ji Shaocheng, Zhang Lianshang & granulit (650 đến 760oC và 5,0 đến 7,6 kbar). Zhongg Jiayou, The Ailao Shan/Red River Trong quá trình biến chất giật lùi, corindon metamorphic belt: Tertiary left-lateral shear sẽ dần chuyển thành spinel với sự hình thành between Indochina and South China, Nature 343 (1990) 431. của riềm spinel bên ngoài. Quá trình này có thể [7] Phan Trong Trinh, Leloup, P. H., Giuliani, G., được giải thích bằng các phản ứng khác nhau. Hoang Quang Vinh, Lacassin, R. & Pham Van Đó là các phản ứng biotit + corindon => Long, Geodynamic role in the formation of ruby spinel + felspat K+ nước hoặc corindon + in the Red River shear zone and surrounding granat => spinel + silimanit đối với các đá area, J. Geology, series B (1999) 144. gneis silicat calci, và corindon + dolomit => [8] Leloup, P. H., Arnaud, N., Lacassin, R., Kienast, J. spinel + calcit + CO2 đối với các đá carbonat R., Harrison, T. M., Phan Trong Trinh, Replumaz, biến chất. Các phản ứng này có thể diễn ra A. & Tapponier, P., New constraints on the riêng rẽ hoặc đồng thời. structure, thermochronology, and timing of the Ailao Shan-Red River shear zone, SE Asia, J. Geoph. Res. 106, B4 (2001) 6683. Lời cảm ơn [9] Pham Van Long, Hoang Quang Vinh., Garnier, V., Giuliani, G., Ohnenstetter, D., L’Homme, T., Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ phát Schwarz, D., Fallick, A., Dubessy, J. & Phan triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia Trong Trinh, Gem corundum deposits in (NAFOSTED) trong đề tài mã số 105.02- Vietnam, J. Gemmology 29 (2004) 129. 2014.05 và 105.02-2012.08 - tập thể tác giả trân [10] Nguyễn Văn Nam, Đặc điểm thành phần vật chất và điều kiện thành tạo ruby và saphir trong các trọng cảm ơn. đá biến chất khu vực Tân Hương-Trúc Lâu (Đới Sông Hồng), Luận án Tiến sỹ Địa chất, Viện Tài liệu tham khảo Khoa học Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Hà Nội, 2012. [1] Schmetzer, K., Hanni, H.A., Benrhardt, H.J., and [11] Nguyen Ngoc Khoi, Christoph A. Hauzenberger, Schwarz, D., Trapiche rubies, Gems & Duong Anh Tuan, Tobias Hager, Nguyen Van Gemology 32, 4 (1996) 242. Nam, Nguyen Thuy Duong, Mineralogy and [2] Sunagawa, I., Bernhardt, H.J., and Schmetzer, petrology of gneiss hosted corundum deposits K., Texture formation and element partitioning from the Day Nui Con Voi metamorphic range, in trapiche ruby, Journal of Crystal Growth, 206 Ailaoshan-Red River shear zone (North (1999) 322. Vietnam), Journal of Mineralogy and [3] Das S.K. and Mohanty J.K., Characterisation of Geochemistry 193/2 (2016) 161. Eluvial Corundum (Ruby) from Kermunda, [12] Cooray P. G and Kumarapeli. P. S., Corundum Kalahandi District, Odisha, India, J Geol Geosci in biotite-sillimanite gneiss from near 3 (2014) 180. Polgahawela, Ceylon. Geological Magazine, 97, [4] Francis, M.D.P.L. and Dharmaratne, P.G.R., 6 (1960) 480. Corundum/spinel reaction textures in carbonate- [13] Simandl, G. J. & Paradiss, S., 1999. Corundum origin rocks, Sri Lanka: Preliminary in alumina-rich metasediments, Selected British
12. N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 43 Columbia Mineral Deposit Profiles 3: Industrial Gem & Jewelry Conference, Bangkok, Minerals (1999) 10. Thailand (2012) 123. [14] Nguyen Ngoc Khoi, Sutthirat, C., Duong Anh [18] Holdaway, M.J., Application of new Tuan, Nguyen Van Nam, Nguyen Thi Minh experimental and garnet Margules data to the Thuyet & Nguy Tuyet Nhung, Ruby and garnet-biotite geothermometer, American Sapphire from the Tan Huong-Truc Lau Area, Mineralogist 85 (2000) 881. Yen Bai Province, Northern Vietnam, Gems & [19] Koziol, A.M., Recalibration of the garnet- Gemology, 47, 3 (2011) 182. plagioclase-Al2SiO5-quartz (GASP) [15] Nguyen Ngoc Khoi, Hauzenberger C. A., geobarometer and applications to natural Sutthirat C., Duong Anh Tuan, Nguyen Thi parageneses, EOS 70 (1989) 493. Minh Thuyet, Nguyen Thuy Duong, Nguyen [20] Hoisch, T. D., Empirical calibration of six Van Nam, Chu Van Lam, The characteristics of geobarometers for the mineral assemblage gneiss-hosted corundum deposits of Tan Huong- quartz+muscovite+biotite+plagioclase+garnet, Truc Lau area, Northern Vietnam, Proceedings Contributions to Mineralogy and Petrology 104 rd of the 33 International Gemmological (1990) 225. Conference (IGC33) Hanoi, Vietnam (2013) 25. [21] Berman, R.G., WinTWQ (version 2.3): a [16] Nguyễn Ngọc Khôi, Nguyễn Thị Minh Thuyết, software package for performing internally- Nguyễn Văn Nam, Lê Thị Thảo, Dương Anh consistent thermobarometric calculations, Tuấn, Một số thuộc tính đặc trưng của kiểu mỏ Geological Survey of Canada, Open File corindon trong đá gneis ở Việt Nam (khu vực 5462, 2007. Tân Hương-Trúc Lâu), Tạp chí Khoa học [22] Ouzegane. K., Guiraud. M and Kienast, J. R, ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Prograde and Retrograde Evolution in High- 30, 2S (2014) 51. temperature Corundum Granulites (FMAS and [17] Hauzenberger, C.A., Nguyen Ngoc Khoi, KFMASH Systems) from In Ouzzal Terrane Sutthirat, C., Häger, T, Wathanakul, P., and (NW Hoggar, Algeria), Journal of Petrology 44, Duong Anh Tuan, Ruby with associated spinel 3 (2003) 517. corona from Truc Lau and Kinh La, North th [23] Themelis, T., Gems & Mines of Mogok - The Vietnam, Proceedings of the 3 International forbidden Gemland, Thailand, 2008. Genesis of Corundum with Spinel Crust from the Tan Huong-Truc Lau Area, Yen Bai Province Nguyen Ngoc Khoi1, Nguyen Van Nam2, Christoph A. Hauzenberger3, Chakkaphan Sutthirat4, Duong Anh Tuan5 1VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam 2Vietnam Institute of Geosciences and Mineral Resources, Chien Thang Road, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam 3Karl-Franzens-University, Universitaetsplatz 2, 8010 Graz, Austria 4Chulalongkorn University, 254 Pathumwan, Bangkok, Thailand 5DOJI Gold & Gems Group, 44 Le Ngoc Han, Hai Ba Trung, Hanoi, Vietnam Abstract: Corundum (ruby and sapphire) deposits in Yen Bai province are hosted not only in marbles, but also in gneisses, accordingly they are divided into marble-hosted (Khoan Thong-An Phu area) and gneiss-hosted (Tan Huong-Truc Lau area) types. As for the gneiss-hosted type, hosting rocks are mainly partly migmatized gneisses (bearing white to whitish gray, bluish to yellowish gray sapphires), and less commonly, feldspathic pegmatoids and marbles (containing dark red to pink rubies). In the latter deposit type, besides idiomorphic corundum crystals, considerable quantity of
13. 44 N.N. Khôi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 32-44 ruby and sapphire stones with spinel crust which follows exactly the morphology of corundum core, are also encountered, both in primary and in secondary placer deposits. Based on the investigation of macro- and microscopic reaction textures associated with corundum with spinel crust around in gneisses, and their chemical compositions, on thermodynamic phase equilibria calculation and inclusions in spinel rim, genesis of spinel crust can be explained by following reactions: Biotite Corundum Spinel K-feldspar Water K(Mg, Fe)3[AlSi3O10](OH)2 + 3Al2O3 => 3(Mg, Fe)Al2O4 + KAlSi3O8 + H2O or: Garnet Corundum Spinel Sillimanite (Fe, Mg)3Al2[SiO4]3 + Al2O3 => (Mg, Fe)Al2O4 + AlO[AlSiO4] As for corundum-spinel associations in metacarbonate rocks, the next reaction could be proposed: Dolomite Corundum Spinel Calcite Carbon dioxide MgCa(CO3)2 + 3Al2O3 => 3MgAl2O4 + CaCO3 + CO2 Keywords: Genesis, corundum, spinel crust, gneiss, Tan Huong -Truc Lau area.