Quá trình thành tạo quặng nickel biểu sinh tại một số khối siêu mafic miền Bắc Việt Nam

Nội dung tài liệu: Quá trình thành tạo quặng nickel biểu sinh tại một số khối siêu mafic miền Bắc Việt Nam

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ PHẠM THANH ĐĂNG QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO QUẶNG NICKEL BIỂU SINH TẠI MỘT SỐ KHỐI SIÊU MAFIC MIỀN BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành: Khống vật học và Địa hĩa học Mã số: 9.44.02.05 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT Hà Nội – Năm 2021
2. Cơng trình này được hồn thành tại: Học viện Khoa học và Cơng nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Phổ Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam 2. PGS.TS. Phạm Tích Xuân Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam Phản biện 1: PGS. TS. Đỗ Đình Tốt Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Trung Minh Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Thị Minh Thuyết Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Cơng nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam vào hồi giờ ngày tháng năm 2021 Cĩ thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện quốc gia - Thư viện Học viện Khoa học và Cơng nghệ
3. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Quặng nickel biểu sinh (nickel laterit) 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 tồn cầu và hiện tại đĩng gĩp khoảng 60% tổng sản lượng Ni, phần cịn lại là từ quặng sulfid (Michael Green, 2019). Gần đây, với sự suy giảm nguồn tài nguyên trong các mỏ nickel sulfid cùng với sự tiến bộ về cơng nghệ khai thác và chế biến quặng, nickel biểu sinh đã trở thành mục tiêu tìm kiếm, thăm dị quan trọng hàng đầu trên tồn cầu. Chúng là các vật liệu bở rời được hình thành do quá trình phong hĩa 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 (Golightly, 1981; Gleeson và nnk, 1999; Butt và nnk, 2013). Trong quá trình phong hĩa, các thành phần chính ban đầu (nguyên thủy) của đá siêu mafic như MgO và SiO2 bị rửa lũa và mang đi, trong khi đĩ các thành phần khác như Fe, Al, Ni, Mn và Co ngược lại, được tích tụ và làm giàu. Mặt cắt phong hĩa tương đối hồn chỉnh trên các đá siêu mafic thơng 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. Việt Nam nĩi chung và Miền Bắc Việt Nam nĩi riêng nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới ẩm, lại cĩ mặt khá nhiều các khối xâm nhập siêu mafic, do đĩ sự cĩ mặt của loại hình nickel biểu sinh là hồn tồn cĩ thể. Thực tế là gần đây đã phát hiện các biểu hiện khống hĩa nickel biểu sinh trong vỏ phong hĩa thuộc các khối Núi Nưa (Thanh Hĩa), Suối Củn và Hà Trì (Cao Bằng), Bản Phúc (Sơn La). Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa cĩ các cơng trình nghiên cứu đủ chi tiết, cĩ hệ thống 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 khĩ 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 hĩa các đá siêu mafic cũng như các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình thành tạo loại hình khống sản này, tạo cơ sở cho việc 1
4. đánh giá nguồn tài nguyên nickel mới, hướng tới đáp ứng nhu cầu ngày càng cao cho các ngành cơng nghiệp Việt Nam. 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 Hĩa). - Đối tượng nghiên cứu: Vỏ phong hĩa phát triển trên đá gốc là siêu mafic ở các khối Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hĩa). 3. Mục tiêu nghiên cứu: - Làm rõ hành vi địa hĩa của nickel trong quá trình phong hĩa các đá siêu mafic và sự thành tạo quặng hĩa nickel biểu sinh; - Làm sáng tỏ quá trình thành tạo các kiểu quặng quặng hĩa Ni biểu sinh; - Bước đầu nhận định về triển vọng quặng hĩa 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 khống vật học, địa hĩa học của đá gốc siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hĩa); - Nghiên cứu chi tiết các mặt cắt phong hĩa trên các đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng), Núi Nưa (Thanh Hĩa) và các biểu hiện khống hĩa nickel biểu sinh đi cùng; - Phân tích, đánh giá các tiền đề thành tạo quặng hĩa 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 hĩa nickel biểu sinh ở miền Bắc Việt Nam dựa trên các tiền đề thành tạo quặng hĩa; Chương 1. Khái quát về các khối siêu mafic Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hĩa) 1.1. Khối xâm nhập Hà Trì (Cao Bằng) 2
5. Khối siêu mafic Hà Trì cĩ dạng thấu kính kéo dài theo phương tây bắc - đơng nam với chiều dài khoảng 0,8km, rộng 0,3-0.5 km. Các đá xâm nhập khối Hà Trì gồm chủ yếu là các siêu mafic lherzolit, lherzolit chứa plagiocla, lherzolit porphyr (kiểu picrit) và một phần nhỏ melanogabro olivin. Lherzolit chứa plagiocla cĩ thành phần olivin dao động từ 55 đến 70%, clinicopyroxen (15 - 20%), orthopyroxen (~10%), plagiocla (vài phần trăm), khống vật phụ gồm Cr- spinel, ngồi ra cịn cĩ các khống vật sulfid xâm tám trong đá. Các khống vật thứ sinh gồm hornblend, chlorit và serpentin. Đá bị serpentin hĩa ở mực độ yếu đến vừa. 1.2. Khối siêu mafic Núi Nưa (Thanh Hĩa) Khối siêu mafic Núi Nưa là khối lớn nhất trong các thể siêu mafic phân bố dọc theo đứt gãy Sơng Mã và cũng là thể xâm nhập siêu mafic lớn nhất Việt Nam. Khối Núi Nưa gồm chủ yếu là các đá apohazburgit, apodunit, ít hơn là apolherzolit và các đai mạch diaba. Các đá apoharburgit, apodunit bị serpentin hĩa, talc hĩa mạnh mẽ, nhiều nơi trở thành serpentinit và serpentin hiện đang được khai thác ở phía nam khối khu vực xã Tế Lợi (Nơng Cống, Thanh Hĩa). Apodunit gồm chủ yếu là olivin (85 - 95%) bị serpentin hĩa gần hết chỉ cịn sĩt lại phần trung tâm của hạt, một lượng nhỏ orthopyroxen cũng bị biến đổi talc hĩa, bastit hĩa, khống vật quặng chủ yếu là cromit. Apoharburgit gồm olivin (60 - 75%) bị serpentin phần lớn và được thay thế bởi các khống vật antigorit, lizardit, đơi khi là các tập hợp sợi ngắn chrysotil; orthopyroxen (10-20%) cũng bị biến đổi mạnh mẽ, khống vật phụ gồm cromspinel, các khống vật quặng thường gặp là ilmenit và cromit. Trong các đá siêu mafic Núi Nưa rất phổ biến các khống vật thứ sinh serpentin và chlorit. Chương 2. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu 2.1. Cơ sở lý luận 2.1.1. Địa hĩa nguyên tố Nickel Nickel cĩ ký hiệu Ni, là một nguyên tố kim loại thuộc nhĩm 10 của bảng tuần hồn, cùng với Pd và Pt. Nguyên tố cĩ số thứ tự nguyên tử là 28, nguyên tử 3
6. lượng là 59, hai trạng thái oxy hĩa (II và III). Theo phân loại địa hĩa của Goldshmidt thì nickel thuộc về nhĩm các nguyên tố siderophil cùng với Co, Fe, Mo, Pd, Pt, Nguyên tử nickel cĩ hai cấu hình electron, [Ar]4s23d8 và [Ar]4s13d9, chúng rất gần gũi về mặt năng lượng, tại đĩ biểu tượng [Ar] đề cập đến cấu trúc nhân giống argon. Tuy nhiên các tài liệu nghiên cứu tính tốn nguyên tử đã đưa ra cấu hình trạng thái nền của nickel là 4s13d9. Hành vi địa hĩa của nickel: Trong quá trình magma: Bán kính ion của Ni hĩa trị II gần gũi với ion Fe(II) và Mg(II) cho phép các nguyên tố này thay thế nhau trong mạng tinh thể của một số silicat và oxyt. Ni dễ dàng thay thế đồng hình cho Mg trong các khống vật giàu Mg của manti và phần lớn nằm lại trong phần tàn dư trong quá trình nĩng chảy từng phần. Các đá siêu mafic (dunit, peridotit, komatit) thường cĩ hàm lượng Ni cao hơn cả, cĩ thể đạt tới ~4000 ppm; nghèo hơn là nhĩm pyroxenit với hàm lượng lớn nhất cĩ thể tới >1500 ppm. Trong các đá nhĩm bazơ và tương đương như gabro, basalt hay eclogit hàm lượng Ni khơng vượt quá 500 ppm. Trong các đá manti hàm lượng Ni cũng khác nhau, điều này là do hàm lượng Ni khác nhau trong thành phần các khống vật tạo đá của chúng. Trong các khống vật của các đá manti, olivin giàu Ni hơn cả tiếp đến là spinel. Trong các pyroxen thì orthopyroxen cĩ hàm lượng Ni cao hơn so với clinopyroxen. Hành vi này của Ni liên quan với điện tích và bán kinh ion của nĩ. Trong điều kiện vỏ và manti trên, trạng thái oxy hĩa phổ biến nhất của Ni là Ni(II). Bán kinh ion hiệu dụng của Ni(II) phụ thuộc vào số phối vị ([4]Ni, 0,55 Å; [4]Ni vuơng, 0,49 Å; [5]Ni, 0,63 Å và [6]Ni, 0,69Å). Sự giống nhau về điện tích và tương tự nhau về bán kinh ion cho phép Ni thay thế đáng kể Mg trong olivin, do đĩ olivin là khống vật mang Ni chính trong các khống vật manti. Trong quá trình phong hĩa: nickel được giải phĩng chủ yếu từ olivin và một phần từ pyroxen và các khống vật serpentin. Ni đặc trưng là độ linh động thấp trong các điều kiện trung tính, kiềm. Nĩ tích tụ ở đáy mặt cắt trong các sản phẩm phong hố tại chỗ (smectit bắt nguồn từ pyroxen, garnierit lấp đầy khe 4
7. nứt) và trong các hạt serpentin vẫn chưa bị phong hố. Trong tầng trên mặt, Ni cĩ liên quan chặt chẽ với các oxid, hydroxyt Mn và Fe, chủ yếu gặp ở các dạng bị hấp phụ bởi geothit. Ni2+ tương đối bền trong nước và cĩ thể di chuyển xa (đặc biệt trong mơi trường axit đến gần trung tính) sự kết tủa của nĩ xảy ra trong mơi trường kiềm hơn (pH>9). Ngồi ra Ni2+ được lưu giữ trong các khống vật sét (smectit) trong các mơi trường thuận lợi. Với sự gia tăng về mức độ phong hố, nickel tiếp tục bị rửa lũa từ các khống vật chứa nickel hình thành trước đĩ (goethit, smectit, garnierit và các serpentin) và được phân bố lại trong các phyllosilicat mới được tạo thành tại đáy mặt cắt. 2.1.2. Khái niệm về quặng hĩa nickel biểu sinh Quặng “Nickel biểu sinh” (“supergene nickel ore) hoặc “nickel laterit” là những thuật ngữ đề cập đến loại hình khống sản chứa hàm lượng đạt giá trị cơng nghiệp của nickel được hình thành trong quá trình phong hĩa hĩa học và cơ học các đá siêu mafic (peridotit, dunit, serpentinit, ) dưới điều kiện nhiệt đới ẩm kéo dài (J.P. Goligtly, 1981; Charles R. M. Butt, 2013; Peter C. 2017). Quặng nickel biểu sinh được phân thành 3 kiểu dựa vào thành phần khống vật chính chứa nickel gồm: Kiểu A (Hydrous Mg silicate deposits): với khống vật quặng chủ yếu là hydrat silicat Mg-Ni (garneirite), thường xuất hiện tại phần dưới sâu trong đới saprolit. Đây là loại hình quặng Ni biểu sinh quan trọng nhất vì chúng cĩ hàm lượng Ni cao nhất trong các loại quặng Ni biểu sinh với hàm lượng trung bình 1,53% Ni (Gabriel Aragao Rodrigues Soares và nnk, 2018) trong đĩ garnierit cĩ thể chứa tới 30% Ni. Kiểu B (Clay silicate deposits): với khống vật mang quặng chính là smectit chứa nickel với hàm lượng Ni trung bình khoảng 1% (Gabriel Aragao Rodrigues Soares và nnk, 2018) Kiểu C (Oxide laterite deposits): với các khống vật quặng chủ yếu là oxyhydroxides Fe chứa nickel với hàm lượng Ni trung bình trong khoảng 1,1% (Gabriel Aragao Rodrigues Soares và nnk, 2018) 5
8. Trong ba loại hình quặng nickel biểu sinh kể trên, loại hình kiểu A là loại hình quan trọng và cĩ ý nghĩa nhất bởi hàm lượng nickel cao hơn hẳn các kiểu khác (trong garneirite chứa đến 30% nickel). Thực tế cho thấy hầu hết các tích tụ nickel biểu sinh cĩ cả hai trong ba kiểu quặng kể trên gồm hợp phần loại oxit và silicat Ni-Mg ngậm nước hoặc một hợp phần silicat sét (Brand et al. 1998; Berger et al. 2011). 2.2. Các phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Nhĩm phương pháp khảo sát, lấy mẫu ngồi thực địa NCS tiến hành khảo sát thực địa lấy mẫu tại các mặt cắt phong hĩa đá siêu mafic khối Hà Trì và khối Phan Thanh (Cao Bằng), khối Núi Nưa (Thanh Hĩa). Mẫu được lấy theo từng độ sâu khác nhau trong mỗi mặt cắt phong hĩa, tương ứng với các đới phong hĩa khác nhau. 2.2.2. Nhĩm các phương pháp phân tích + Phương pháp phân tích thạch học bằng kính hiển vi phân cực +Phương pháp Huỳnh quang tia X (XRF) + Phương pháp khối phổ plasma (ICP-MS) + Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) + Phương pháp hiển vi điện tử quét – SEM/EDX + Phương pháp điện tử vi dị EPMA 2.2.2. Phương pháp xử lý số liệu + Phương pháp tính tốn cân bằng khối lượng + Phương pháp đánh giá mức độ laterit hĩa Chương 3. Đặc điểm phong hĩa các đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng), Núi Nưa (Thanh Hĩa) và khống hĩa nickel biểu sinh liên quan 3.1. Đặc điểm phong hĩa đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng) và khống hĩa nickel biểu sinh liên quan 3.1.1. Mặt cắt phong hĩa trên đá siêu mafic khối Hà Trì 6
9. 3.1.1.1. Mặt cắt HT-01 Thành phần khống vật Tại đới saprolit, chủ yếu là các khống vật serpentin, chlorit, talc cùng tỉ lệ ít hơn của olivin, pyroxen, đặc biệt tại độ sâu 8m khá phong phú các khống vật niken silicat nhĩm garnierit như willemsit [(Ni,Mg)3Si4O10(OH)2], nepouit [(Ni,Mg)3Si2O5(OH)4]. Tại phần ranh giới đới saprolit và limonit, các khống vật sét (nontronit, montmorillonit) phong phú hơn, cùng với đĩ là biểu hiện của các khống vật giàu sắt (goethit, hematit). Lên đới limonit, chủ yếu là các khống vật giàu sắt như goethit, hematit; serpentin, chlorit, kaolinit chỉ xuất hiện ở phần dưới của đới limonit (gần ranh giới với đới saprolit). Càng gần bề mặt nhĩm khống vật giàu sắt càng chiếm ưu thế. Thành phần hĩa học Kết quả tính tốn cân bằng khối lượng cho thấy các nguyên tố nhĩm silicat và kiềm (Si, Mg, Ca, Na, K) bị rửa lũa mạnh nhất, các nguyên tố này cĩ xu hướng bị loại bỏ nhiều nhất tại khu vực phía trên của mặt cắt phong hĩa (đới limonit) tương ứng với hệ số K = −60,1; -95.90 và -100% đối với các nguyên tố kiềm. Ngồi các nguyên tố bị rửa lũa, mặt cắt HT-01 cĩ sự làm giàu của (Ni, Fe, Co, Mn) trong quá trình phong hĩa. Fe được làm giàu lên đến hớn 220% (K= 224.52) tại phần trên cùng của mặt cắt HT01. Co cũng cho thấy hành vi làm giàu rõ rệt tại đới limonit, nơi mà hệ số làm giàu cao nhất đạt hơn 170% (K=173,2). Niken được làm giàu trong tồn bộ hai mặt cắt nghiên cứu, trong đới limonit chúng được làm giàu tối đa đến 136% (K = 136.5); sang đới saprolit Ni được làm giàu thêm và đạt giá trị cực đại tại phần dưới của đới saprolit nơi xuất hiện các mạch khống vật nhĩm garnierit với hệ số làm giàu cao nhất gần 800% (K = 784.30). 3.1.1.2. Mặt cắt HT-LK90 Thành phần khống vật Mặt cắt HT-LK90 tại khu vực phía Bắc của khối Hà Trì cũng cĩ sự biến đổi rõ rệt về thành phần khống vật của mặt cắt phong hĩa theo chiều sâu gần 7
10. tương tự mặt cắt HT-01, chỉ cĩ khác biệt là tỷ lệ các khống vật nhĩm garnierit trong đới saprolit ít hơn khá nhiều so với các mẫu trong mặt cắt HT-01. Thành phần hĩa học Kết quả tính tốn cân bằng khối lượng cho thấy tại mặt cắt HT-LK90 các nguyên tố nhĩm silicat và kiềm (Si, Mg, Ca, Na, K) cũng bị rửa lũa mạnh nhất, cùng với đĩ là sự làm giàu của (Ni, Fe, Co, Mn) trong quá trình phong hĩa. Niken cũng được làm giàu trong tồn bộ mặt cắt, trong đới limonit hệ số làm giàu tương đương với mặt cắt HT-01 với mức làm giàu tối đa khoảng 135% (K=134,4); tuy nhiên sang đới saprolit hệ số làm giàu của Ni thấp hơn sơ với tại mặt cắt HT-01 với hệ số làm giàu cực đại chỉ là 443% (K=443,8), bằng một nửa so với 800% (K = 784.30) tại mặt cắt HT-01, điều này phù hợp với các kết quả thành phần khống vật trong mặt cắt HT-LK90 khi mà tỷ lệ cĩ mặt của khống vật “garnierit” tại đây ít hơn nhiều so với tại mặt cắt HT-01. 3.1.2. Mức độ laterit hĩa ở khối Hà Trì Các kết quả tính tốn chỉ số S/SAF và UMIA cho thấy quá trình phong hĩa ở các khối Hà Trì (Cao Bằng) thuộc kiểu laterrit hĩa và chỉ ở mức yếu đến trung bình. 3.1.3. Khống hĩa nickel biểu sinh ở khối Hà Trì Kết quả nghiên cứu cho thấy trong mặt cắt phong hĩa ở khối Hà Trì tồn tại cả ba kiểu khống hĩa Ni biểu sinh: kiểu A (silicat Ni-Mg ngậm nước), kiểu B (sét silicat chứa Ni) và kiểu C (oxyt) 3.1.3.1.Khống hĩa kiểu A (silicat Ni-Mg ngậm nước) Trong các đới phong hĩa khối Hà Trì, nhĩm khống vật đặc trưng cho khống hĩa loại A là “garnierit” cĩ màu xanh lục đặc trưng xuất hiện dạng lấp đầy hoặc bám dính theo bề mặt các khe nứt phát triển trong các đá siêu mafic bị phong hĩa dở dang ở phần giữa của đới saprolit (Ảnh 1). Các khống vật nhĩm garnierit trong khu vực Cao Bằng gồm ba loại chính là kiểu serpentin, kiểu talc và kiểu chlorit (hình 1). Thành phần hĩa học của Garnierit khu vực Hà Trì đặc trưng bởi hàm lượng Ni cao (25,50 - 40,02%), hàm lượng Fe thấp (0,09 - 0,9%) 8
11. và gần như khơng chứa Al (<0,02%) tương tự Garnierit tại khu vực các mỏ nickel nổi tiếng trên thế giới như New Caledonia, Dominican Republic và nhiều nơi khác. Đặc biệt hàm lượng Ni và Mg cĩ tương quan nghịch đảo rõ nét thể hiện sự thay thế cho nhau trong các pha thành tạo (Villanova-de-Benavent et al, 2014; Wei Fua et al, 2018). Qua hai mặt cắt HT-01 và HT-LK90 cĩ thể thấy hàm lượng nickel đạt giá trị rất cao tại phần dưới và giữa của đới saprolit tương ứng với khu vực cĩ mặt nhiều khống vật garnierit, hàm lượng nickel trong khoảng từ 1,25-3,01%, trung bình 2,1% trong mặt cắt HT-01 và từ 0,87-1,74%, trung bình là 1,25% tại mặt cặt HT-LK90. Với các kết quả này cĩ thể nĩi khống hĩa nickel biểu sinh kiểu A (silicat Ni-Mg ngậm nước) tại khu vực khối Hà Trì đạt chất lượng khá tốt, tuy cĩ thấp hơn hàm lượng Ni tại các mỏ loại A ở New Caledonia (2,6% Ni) nhưng với mức hàm lượng này tương đương với hàm lượng trung bình của nickel tại các mỏ loại A tại Indonesia khoảng 1,8% Ni. Ảnh 1. Hình ảnh khống vật nhĩm “garnierit” màu xanh ngọc trong mặt cắt phong hĩa đá siêu mafic khối Hà Trì 9
12. Ảnh 2. Garnierit dưới kính hiển vi điện tử quyét (SEM). (Gar- garnierit) Hình 1. 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 3.1.3.2. Khống hĩa kiểu B (quặng silicat sét) Các khống vật sét hình thành trong quá trình phong hĩa đá siêu mafic khối Hà Trì bao gồm chủ yếu là nontrolit và montmorillonit. Các khống vật sét hình thành bởi quá trình phong hĩa các đá siêu mafic khối Hà Trì cĩ khả năng lưu giữ nickel khá tốt (1,06% Ni trong nontrolit và 1,2%Ni trong montmorillonit) và đây là một trong những hình thức làm giàu nickel trong quá trình phong hĩa. Tuy nhiên, các khống vật sét chứa nickel (nontrolit, montmorillonit) chỉ cĩ mặt tại phần ranh giới đới saprolit và đới limonit, bề dày chỉ từ 1 đến 2m. Điều này cho thấy mặc dù khả năng lưu giữ nickel là khá tốt, nhưng tại đới phong hĩa khối Hà Trì khống hĩa nickel biểu sinh kiểu B chỉ chiếm một phần khá nhỏ so với kiểu A và kiểu C. 10
13. Ảnh 3. Các khống vật sét smectit khu vực Hà Trì dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) 3.1.3.3. Khống hĩa kiểu C (kiểu oxit) Khống hĩa nickel biểu sinh kiểu C (kiểu oxit) đặc trưng bởi các khống vật quặng chủ yếu là oxyhydroxides Fe chứa nickel, cụ thể là goethit chứa nikel. Tại các mặt cắt phong hĩa khối Hà Trì, goethit là khống vật khá phổ biến trong đới limonit, chúng cĩ thể quan sát bằng mắt thường tại phần phía trên của mặt cắt với các tích tụ màu nâu đỏ. Kết quả phân tích thành phần goethit tại đới phong hĩa đá siêu mafic khối Hà Trì cho thấy hàm lượng nickel trung bình trong goethit là 1,03% , mặc dù đây là mức hàm lượng khơng quá cao nhưng cho thấy khả năng goethit lưu giữ nickel là khá tốt, lý giải cho việc làm giàu nickel trong tồn đới limonit tại các mặt cắt khu vực Hà Trì như đã trình bày trong các phần trước. Với đới limonit cĩ độ dày tương đối lớn (từ 4 đến 6 m) tại khối Hà Trì cùng hàm lượng nickel trung bình trong tồn bộ đới limonit tại các mặt cắt khoảng 0,58% cho thấy tiềm năng của loại hình khống hĩa nickel kiểu C (quặng loại oxit) là khá lớn. 3.2. Đặc điểm phong hĩa đá siêu mafic hối Núi Nưa (Thanh Hĩa) và khống hĩa nickel biểu sinh liên quan 3.2.1. Mặt cắt phong hĩa trên đá siêu mafic khối Núi Nưa 3.2.1.1. Mặt cắt NN-01 (phát triển trên đá gốc là hazbugit) Thành phần khống vật 11
14. Cĩ sự biến đổi rõ rệt về thành phần khống vật theo chiều sâu mặt cắt NN-01. Đới saprolit, đặc trưng bởi các khống vật serpentin, chlorit, talc và sự cĩ mặt của khống vật garnierit - nepouit [(Ni,Mg)3Si2O5(OH)4] tại độ sâu 7-8m. Các khống vật sét (nontronit, saponit) cĩ mặt tại phần ranh giới của đới limonit và saprolit. Đới limonit chủ yếu là các khống vật giàu sắt như goethit, hematit; Thành phần hĩa học Kết quả cho thấy tại mặt cắt NN-01 các nguyên tố nhĩm silicat và kiềm (Si, Mg, Ca, Na, K) cũng bị rửa lũa mạnh nhất, cùng với đĩ là sự làm giàu của (Ni, Fe, Co, Mn) trong quá trình phong hĩa. Ni cho thấy sự hành vi cĩ những nét khá tương đồng với tại các mặt cắt tại khu vực Hà Trì (Cao Bằng), tuy nhiên sự làm giàu nickel trong mặt cắt này tập trung chủ yếu từ phần đới saprolit giữa lên phía trên đới limonit thay vì tập trung chủ yếu tại phần đới saprolit dưới như tại các mặt khu vực Hà Trì (Cao Bằng). Tại đây giá trị làm giàu nickel cực đại (1,02%) cũng thấp hơn khá nhiều so với tại mặt cắt khu vực Hà Trì (3,02%). Sự khác biệt này là do các khống vật giàu nickel nhất là “garnierit” khơng phổ biến tại đây, thay vào đĩ là sự phổ biến của các khống vật sét chứa nickel (nontronit, saponit) tại phần đới saprolit trên cho đến phần giữa đới limonit. 3.2.1.2. Mặt cắt NN-03 (phát triển trên đá gốc là dunit) Thành phần khống vật Đới saprolit, vẫn đặc trưng bởi các khống vật chrysotil, chlorit, talc, tuy nhiên khơng cĩ mặt các khống vật garnierit. Các khống vật sét (nontronit, saponit) cĩ mặt tại phần ranh giới của đới limonit và saprolit với tỷ lệ ít hơn so với mặt cắt NN-01. Đới limonit đặc trưng bởi các khống vật giàu sắt như goethit, hematit. Thành phần hĩa học Các nguyên tố nhĩm silicat và kiềm (Si, Mg, Ca, Na, K) cũng là những nguyên tố bị rửa lũa mạnh nhất, bên cạnh đĩ cĩ sự làm giàu của (Ni, Fe, Co, Mn) trong quá trình phong hĩa. Tuy nhiên, Ni thể hiện hành vi tương đối khác so với tại mặt cắt NN-01 và các mặt cắt tại khu vực Hà Trì (Cao Bằng) khi mà 12
15. gia tăng hàm lượng chủ yếu từ khu vực ranh giới của hai đới limonit và saprolit nơi cĩ mặt khá phổ biến các khống vật sét (nontronit, saponit) lên phía trên (nơi phổ biến khống vật goethit) thay vì tại đới saprolit nơi cĩ mặt các khống vật nhĩm “garnierit” như tại khu vực Hà Trì (Cao Bằng) 3.2.2. Mức độ laterit hĩa ở khối Núi Nưa Các kết quả tính tốn chỉ số S/SAF và UMIA cho thấy quá trình phong hĩa ở các khối Núi Nưa (Thanh Hĩa) thuộc kiểu laterrit hĩa và chỉ ở mức yếu đến trung bình, giống với tại khu vực Hà Trì (Cao Bằng). 3.2.3. Khống hĩa nickel biểu sinh ở khối Núi Nưa 3.2.3.1. Khống hĩa kiểu A (silicat Ni-Mg ngậm nước) Tại khối Núi Nưa, khống vật nhĩm “garnierit” chỉ phát hiện được tại mặt cắt NN-01 phát triển trên đá gốc hazbugit, tuy nhiên chúng chỉ cĩ mặt hàm lượng nhỏ tại khoảng độ sâu khơng lớn từ 8,5 - 9 m trong mặt cắt phong hĩa và rất khĩ để phân biệt bằng mắt thường, chúng chỉ được phát hiện bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Tương ứng với độ sâu cĩ mặt khống vật garnierit, hàm lượng nickel nằm trong khoảng từ 0,52 đến 1,02%, đây là mức khá thấp so với mặt cắt khống hĩa kiểu A tại Hà Trì, Cao Bằng (1,25-3,01% Ni), khẳng định tính nghèo garnierit của đới. 3.2.3.2. Khống hĩa kiểu B (quặng silicat sét) Tại đới phong hĩa đá siêu mafic khối Núi Nưa, các khống vật sét chứa nickel bao gồm nontrolit và saponit, thay vì nontrolit và montmorillonit như tại các mặt cắt phong hĩa khu vực Cao Bằng. Nontrolit cĩ hàm lượng NiO trung bình là 1,44%, cao hơn khá nhiều trong nontrolit khu vực Hà Trì (1,06%), đây là mức hàm lượng nickel khá cao trong vật sét chứa nickel. Saponit cĩ hàm lượng NiO thấp hơn so với nontrolit với hàm lượng trung bình 1,38%. Từ đĩ cho thấy các khống vật sét hình thành trong quá trình phong hĩa các đá siêu mafic khối Núi Nưa cĩ khả năng lưu giữ nickel rất tốt và đây là hình thức làm giàu nickel chính tại đới phong hĩa đá siêu mafic khối Núi Nưa. 13
16. Ảnh 4. Khống vật sét khu vực Núi Nưa dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) Trong hai mặt cắt NN-01 và NN-03, các khống vật sét chứa nickel cĩ tỷ lệ lớn hơn tại mặt cắt NN-01 phát triển trên đá gốc hazbugit, tại đây chúng cĩ mặt trong khoảng độ lớn từ 7m lên đến 3m tương ứng với mức hàm lượng nickel từ 0,66 – 0,73% trong mặt cắt. Trong khi đĩ tại mặt cắt NN-03 phát triển trên đá gốc là dunit, các khống vật sét chỉ cĩ mặt tại độ sâu từ 3-4m tương ứng với mức hàm lượng nickel chỉ từ 0,53-0.56% trong mặt cắt. Từ đĩ cho thấy khống hĩa nickel biểu sinh kiểu B (silicat sét) cĩ biểu hiện rõ nét hơn tại đới phong hĩa phát triển trên đá gốc là hazbugit với mức hàm lượng nickel từ 0,66 – 0,73% trong khoảng độ sâu từ 7-3m trong vỏ phong hĩa. Cĩ thể nĩi, khống hĩa nickel biểu sinh kiểu B là tiềm năng nhất tại đây. 3.2.3.3. Khống hĩa kiểu C (loại oxit) Kết quả phân tích thành phần hĩa học cho thấy goethit khu vực Núi Nưa cĩ hàm lượng nickel trung bình là 2,07% cao hơn rất nhiều hàm lượng nickel trong goethit tại khu vực Hà Trì, Cao Bằng (1,03%). Với mức hàm lượng nickel này, goethit tại khối Núi Nưa cho thấy khả năng lưu giữ nickel là rất tốt, phù hợp với việc làm giàu nickel trong tồn đới limonit tại các mặt cắt như đã trình bày trong các phần trước. Mặc dù trong cả hai mặt cắt NN-01 và NN-03 khu vực Núi Nưa đều cĩ sự làm giàu nickel tại đới limonit, nơi cĩ mặt rất phổ biến khống vật geothit, tuy 14
17. nhiên hàm lượng nickel trung bình trong từng mặt cắt lại khác nhau. Tại mặt cắt NN-01, hàm lượng nickel trung bình trong tồn bộ đới limonit là 0,53% trong khi đĩ tại mặt cắt NN-03 phát triển trên đá gốc là dunit hàm lượng Ni trung bình trong đới limonit là 0,64%. Điều này cho thấy quá trình rửa lũa nickel từ đới limonit trong mặt cắt NN-01 tốt hơn tại mặt cắt NN-03, từ đĩ nickel tại mặt cắt NN-01 di chuyển xuống dưới tốt hơn và làm giàu trong các pha khống vật sét và garnierit tại các phần sâu hơn trong mặt cắt. Do quá trình rửa lũa nickel từ đới limonit tại mặt cắt NN-03 ít hơn, nên đới này giàu nickel hơn và cĩ triển vọng hơn về loại hình khống hĩa nickel biểu sinh kiểu C (loại oxit). Chương 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thành tạo quặng hĩa nickel biểu sinh và triển vọng của chúng tại miền Bắc Việt Nam 4.1. Điều kiện thành tạo nickel biểu sinh tại các khu vực nghiên cứu 4.1.1. Nguồn cung cấp nickel cho quá trình làm giàu biểu sinh a. Olivin Olivin là khống vật silicat chính với tỷ lệ từ 55 đến 70% trong đá gốc lherzolit chưa bị phong hĩa khu vực Hà Trì (Cao Bằng) và 50-59% trong hazbugit, 85-95% trong dunit khu vực khối Núi Nưa (Thanh Hĩa). Thành phần NiO trong olivin tại khối Hà Trì khá cao từ 0.25-0.42% (trung bình 0.31%), tại khối Núi Nưa từ 0.22-0.33% (trung bình 0.27%). Trong quá trình phong hĩa, olivin được coi là khống vật kém bền nhất và bị biến đổi bằng các phản ứng 4.1 (Freyssinet et al. 2005) và 4.2 (Julie L. Baumeister, 2012): 2+ - + (FeMg1-x)2SiO4 + 4x H2O = H4SiO4 +2xFeOOH + (2-2x)Mg +2xe +(6x-4)H (4.1) Olivine Goethite 2+ 2+ - (Mg,Ni)2SiO4 + 4H2CO3 = 2Mg + 2 Ni + H4SiO4 + 4HCO3 (4.2) Olivin giàu Ni Đây là các phản ứng biến đổi olivin và giải phĩng các nguyên tố Mg cùng Ni vào dung dịch phong hĩa để từ đĩ quá trình làm giàu nickel khi phong hĩa 15
18. tiếp tục phát triển. Với hàm lượng Ni khá cao trong olivin tại các khu vực nghiên cứu (trung bình 0.31% NiO tại Hà Trì và 0.27% NiO tại Núi Nưa) cho thấy đây là nguồn cung cấp chính cho quá trình làm giàu nickel trong quá trình phong hĩa tại các khu vực này. b. Serpentin Tại hai khu vực nghiên cứu, serpentin cũng là khống vật phổ biến trong đá gốc khối Hà Trì và Núi Nưa, chúng là sản phẩm chính của quá trình serpentin hĩa, phân bố xung quanh hoặc thay thế dần các hạt olivin tạo thành cấu trúc dạng mắt lưới đặc trưng. Serpentin là khống vật khá bền vững trong quá trình phong hĩa, do đĩ ở giai đoạn đầu tiên của quá trình phong hĩa nickel khơng được huy động từ serpentin như từ olivin, tuy nhiên với hàm lượng nickel sẵn cĩ (trung bình 0.17% tại Hà Trì và 0.23% tại Núi Nưa) serpentin sẽ càng giàu nickel hơn khi nickel trong dung dịch phong hĩa thay thế cho Mg trong cấu trúc của serpentin tại các giai đoạn tiếp theo, giai đoạn hình thành khống vật “garnierit” kiểu serpentin. c. Các khống vật sulfid nickel Các khống vật sulfid chứa nickel chỉ cĩ mặt tại khối siêu mafic Hà Trì (Cao Bằng), gồm chủ yếu là violarit - (Ni,Fe)3S4 và một lượng nhỏ pentlandit - (Ni,Fe)9S8 . Tuy nhiên việc cung cấp nickel cho quá trình làm giàu biểu sinh từ các xâm tán sulphua nickel này là khơng đáng kể và được minh chứng bằng hầu hết các mỏ nickel biểu sinh lớn trên thế giới như tại New Caledonia, Philippine, Indonesia, Australia, đều thành tạo từ quá trình phong hĩa silicat trong siêu mafic mà khơng hề liên quan đến các tích tụ sulfid nickel. 4.1.2. Quá trình thành tạo nickel biểu sinh tại khối siêu mafic Hà Trì Cĩ thể tĩm tắt quá trình thành tạo quặng Ni biểu sinh ở khu vực Hà Trì như sau (hình 2): 1. Ban đầu các khống vật kém bền vững, trước hết là olivin, sau đĩ là orthopyroxen và clinopyroxen bị phong hĩa với sự hịa tan và mang đi của Si, Mg, các nguyên tố kiềm, giải phĩng Ni vào dung dịch phong hĩa đồng thời kết 16
19. tủa các khống vật vật Fe (goethit). Ni được hấp phụ hoặc thay thế đồng hình cho Fe trong goethit tạo nên quặng hĩa kiểu C (kiểu oxyt) 2. Khi quá trình phong hĩa tiếp tục, goethit hình thành ở phần trên bị hịa tan và tái kết tủa cùng với sự giải phĩng Ni vào dung dịch phong hĩa. Ni được giải phĩng trong quá trình hịa tan goethit cùng với Ni tự do trong dung dịch phong hĩa di chuyển xuống dưới nhờ độ lỗ rỗng cao và các khe nứt. Tại phần ranh giới giữa đới limonit phía trên và saprolit ở dưới nĩ được hấp phụ bởi các khống vật sét nontronit và montmorilonit phổ biến ở đây tạo thành quặng hĩa kiểu B (kiểu sét). 3. Tiếp theo, dung dịch chứa Ni nhờ "dịng chảy thuận lợi" lưu thơng theo các khe nứt hoặc các vi đứt gãy trong đới saprolit hình thành nên garnierit dưới dạng bám dính hoặc lấp đầy các khe nứt tạo nên quặng hĩa kiểu A (kiểu silicat). Hình 2. Mơ hình thành tạo nickel biểu sinh khu vực Hà Trì (phỏng theo Wei Fua et al, 2018) 4.1.3. Quá trình thành tạo nickel biểu sinh ở Núi Nưa 17
20. Trong mặt cắt NN-01 phát triển trên đá gốc là hazbugit bị serpentin hĩa rất mạnh, cơ chế hình thành nickel biểu sinh khá tương đồng với các mặt cắt tại khu vực Hà Trì phát triển trên đá gốc là lherzolit bị serpentin hĩa ở mức độ vừa phải. Tuy nhiên, khác với khu vực Hà Trì, sự xuất hiện của các khống vật garnierit ở đây rất hạn chế và vai trị của quặng hĩa kiểu A cũng khơng lớn. Tại mặt cắt phong hĩa NN-03 phát triển trên đá gốc là dunit bị serpentin hĩa rất mạnh, chỉ quan sát được quặng hĩa kiểu B và C, hồn tồn vắng mặt kiểu A. Ở đây, trong đới limonit Ni được làm giàu theo cơ chế hấp phụ hoặc thay thế cho Fe trong goethit tạo nên quặng hĩa kiều C. Hàm lượng Ni trong goethit đạt tới 2,07%, cịn hàm lượng Ni cho tồn đới limonit dao động trong khoảng 0,43 đến 0,66%. Ở ranh giới giữa đới limonit và saprolit phát triển quặng hĩa kiểu B với sự làm giàu Ni theo cơ chế hấp phụ bởi các khống vật sét chủ yếu là nontronit và saponit. Hàm lượng Ni trong các khống vật sét đạt tới 1,4%, cịn hàm lượng Ni cho phần này của mặt cắt là 0,55%. 4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thành tạo quặng hĩa nickel biểu sinh Laterit hĩa các đá siêu mafic và thành tạo quặng hĩa nickel biểu sinh được khống chế bởi rất nhiều quá trình và điều kiện khác nhau cả về tính chất và quy mơ. Do đĩ, mặt cắt phong hĩa ở các địa điểm khác nhau là rất khác nhau về chi tiết như: độ dày, thành phần khống vật, thành phần hĩa học và cả sự phát triển của từng đới riêng lẻ trong mặt cắt. Cĩ nơi phát triển đầy đủ các đới điển hình của mặt cắt phong hĩa, cĩ nơi lại vắng mặt một hoặc một vài đới trong đĩ. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến phong hĩa hĩa học và sự hình thành nickel biểu sinh gồm: - Khí hậu: khí hậu quyết định lượng mưa và từ đĩ chi phối lượng nước đi qua đất ảnh hưởng đến cường độ rửa lũa và mang đi các hợp phần hịa tan. Bên cạnh lượng mưa, hiệu quả của nước mưa (lượng nước thấm xuống qua mặt cắt thay vì chảy tràn) rất quan trọng. Ngồi ra nhiệt độ trung bình của đất đá gần với nhiệt độ trung bình của khơng khí trên bề mặt làm tăng động lực của các quá 18
21. trình phong hĩa (Butt and Zeegers, 1992). Khí hậu thuận lợi nhất cho quá trình hình thành khống hĩa nickel biểu sinh là khi hậu nhiệt đới ẩm. - Kiểu đá gốc: Thành phần khống vật, thành phần hĩa học của đá mẹ quyết định tính nhạy cảm của chúng đối với phong hĩa và các nguyên tố sẵn sàng cho việc tái tổ hợp thành các khống vật mới. Điều kiện thuận lợi và phổ biến nhất cho việc hình thành khống hĩa nickel biểu sinh là các đá siêu mafic giàu olivin bị serpentin hĩa hoặc ở mức độ yếu đến vừa phải. Trong đĩ khả năng hình thành các tích tụ khống hĩa chất lượng cao nhất - kiểu A (silicat Mg ngậm nước) được ưu tiên theo thứ tự: các đá peridotit (lherzolit, hazbugit) >> dunit - Địa hình: Địa hình thuận lợi nhất cho quá trình hình thành khống hĩa nickel biểu sinh đĩ là một khu vực cĩ địa hình cao vừa phải, độ phân cắt địa hình thấp với các đỉnh trịn và sườn thoải, khi đĩ vừa tạo điều kiện cho nước ngầm được di chuyển tự do tạo thuận lợi cho quá trình tạo quặng, vừa đảm bảo khả năng bảo tồn khống hĩa trước sự xĩi mịn - Cấu trúc - kiến tạo: khả năng tiếp cận của nước với đá gốc (khả năng lưu thơng nước - dung dịch phong hĩa) đĩng vai trị đặc biệt quan trọng đối với phong hĩa và quặng hĩa Ni biểu sinh. Các đới dập vỡ, khe nứt hình thành do các hoạt động kiến tạo đĩng vai trị kênh dẫn dung dịch phong hĩa, mức độ dập vỡ càng cao khả năng lưu thơng dung dịch càng lớn và theo đĩ quá trình phong hĩa càng mạnh và càng cĩ điều kiện phát triển sâu vào đá gốc. Mặt khác chính các khe nứt trong đới saprolit lại là những "bẫy" tự nhiên cho việc tích tụ các khống vật silicat Mg ngậm nước giàu Ni là hợp phần quan trọng của quặng hĩa kiểu A - kiểu quặng cĩ ý nghĩa cơng nghiệp nhất 4.3. Triển vọng quặng hĩa niken biểu sinh tại Miền Bắc Việt Nam Mặc dù đây mới chỉ là những nghiên cứu ban đầu về Ni biểu sinh ở hai khu vực Hà Trì và Núi Nưa và hiển nhiên các dữ liệu để đánh giá triển vọng quặng hĩa Ni biểu sinh ở miền Bắc Việt Nam nĩi riêng và ở nước ra nĩi chung cịn rất hạn chế. Tuy nhiên, triển vọng quặng hĩa Ni biểu sinh cĩ thể bước đầu được đánh giá mang tính định hướng thơng qua việc phân tích, xác định các tiền 19
22. đề và các yếu tố khống chế quặng hĩa. Theo các kết quả nghiên cứu, các tiền đề quan trọng hàng đầu tìm kiếm quặng hĩa Ni biểu sinh ở nước ta cĩ thể xác định gồm đặc điểm và thành phần đá mẹ, điều kiện khí hậu, đặc điểm địa hình địa mạo và cấu trúc kiến tạo. 4.3.1. Tiền đề khí hậu Trong số các yếu tố trên, cĩ thể coi yếu tố khí hậu là giống nhau cho tất cả các khu vực miền Bắc Việt Nam, khi mà từ hàng triệu năm trước khí hậu nước ta đều nằm trong khu vực cĩ khí hậu nhiệt đới và cận nhật đới (Madelaine Bưhme và cơng sự, 2013; Nguyễn Xuân Huyên và cộng sự, 2004; Pham Nhu Sang và cơng sự, 2018), đây là tiền đề thuận lợi đầu tiên cho việc tìm kiếm các tích tụ khống hĩa nickel biểu sinh tại Việt Nam. 4.3.2. Tiền đề đá gốc Yếu tố quan trọng và dễ dàng tiếp cận thứ hai đĩ là yếu tố về đặc điểm và thành phần đá gốc. Như đã trình bày ở phần trước, các đá siêu mafic cĩ tiềm năng nhất cho quá trình thành tạo nickel biểu sinh là các biến loại giàu olivin, trong đĩ khả năng hình thành các tích tụ khống hĩa chất lượng cao nhất - kiểu A (silicat Mg ngậm nước) được ưu tiên theo thứ tự: các đá peridotit (lherzolit, hazbugit) >> dunit. Ở miền Bắc Việt Nam, các đá siêu mafic chiếm một phần nhỏ so với các thể magma khác và chỉ lộ ra trong những đới cấu trúc lớn như Sơng Hiến, Sơng Đà, Sơng Mã với các khối cĩ kích thước từ vài trăm m2 đến 2 vài chục km . Trong đĩ các khối cĩ đặc điểm đá gốc thuận lợi cho quá trình hình thành nickel biểu sinh gồm: các khối siêu mafic phức hệ Cao Bằng (Hà Trì, Suối Củn, Phan Thanh), các khối phức hệ Bản Xang (Bản Phúc, Bản Khoa), khối Núi Nưa và cĩ thể cả các khối khác thuộc phức hệ này trong đới Sơng Mã, các khối siêu mafic thuộc phức hệ Ba Vì. 4.3.3. Tiền đề địa hình địa mạo Khu vực các khối siêu mafic tại khu vực Cao Bằng (Suối Củn, Hà Trì, Phan Thanh) và khối siêu mafic Bản Phúc (Sơn La) cĩ đặc điểm địa hình tương đối giống nhau, với độ cao địa hình từ 200-500m, độ phân cắt vừa phải với các 20
23. đỉnh trịn, sườn thoải. Đây cĩ thể là những khu vực thuận lợi cho quá trình hình thành khống hĩa nickel biểu sinh trong quá trình phong hĩa. Trong khi đĩ, địa hình tại khu vực Núi Nưa cĩ độ cao trung bình thấp hơn tuy nhiên lại phân cắt rất mạnh với các sườn dốc đứng, đây là điều kiện kém thuận lợi cho quá trình thành tạo quặng hĩa nickel biểu sinh. 4.3.4. Tiền đề cấu trúc kiến tạo Các kết quả cho thấy các khối siêu mafic ở khu vực Cao Bằng nằm trong vùng cĩ mật độ lineament rất cao, tiếp theo là các khối ở khu vực Sơn La, trong khi đĩ ở khối Núi Nưa mật độ lineament khá thấp. Mật độ lineament phản ánh mức độ dập vỡ của đất đá, như vậy các khối siêu mafic khu vực Cao Bằng và Sơn La cĩ mức độ dập vỡ cao hơn so với khối Núi Nưa. Như vậy cĩ thể nĩi, về mặt cấu trúc kiến tạo, khối Núi Nưa cĩ điều kiện kém thuận lợi hơn so với các khối ở khu vực Cao Bằng và Sơn La. Trong các nhĩm khối siêu mafic đề cập ở đây, cĩ lẽ các khối ở khu vực Cao Bằng cĩ điều kiện cấu trúc kiến tạo thuận lợi hơn cả. 4.3.5. Vài nét về triển vọng quặng hĩa nickel biểu sinh miền Bắc Việt Nam Quặng hĩa Ni biểu sinh chịu ảnh hưởng tổng hợp của nhiều yếu tố khống chế quá trình phong hĩa đá siêu mafic như đặc điểm đá gốc (thành phần, mức độ serpentin hĩa), khí hậu, địa hình địa mạo, cấu trúc kiến tạo. Mỗi yếu tố cĩ những tác động khác nhau đến quá trình phong hĩa và tích tụ nguyên tố cĩ ích. Như vậy, rõ ràng là, những nơi nào càng cĩ nhiều yếu tố thuận lợi cho quá trình phong hĩa và tích tụ Ni biểu sinh thì triển vọng đối với loại hình khống sản này càng cao. Kết quả đánh giá tổng hợp các yếu tố khống chế quá trình tạo quặng Ni biểu sinh ở một số khối siêu mafic miền Bắc Việt Nam được thể hiện trong bảng 4.2. Bảng 4.2. Tổng hợp các các yếu tố khống chế quặng hĩa nickel biểu sinh tại một số khơi siêu mafic Miền Bắc Việt Nam Đặc Cấu Khối siêu Khí Địa điểm đá trúc, Biểu hiện quặng hĩa mafic hậu hình gốc kiến tạo 21
24. Hà Trì Thuận Thuận lợi Thuận Thuận lợi Loại A (silicat Ni-Mg ngậm (Cao Bằng) lợi lợi nước) Phan Thanh Thuận Thuận lợi Thuận Thuận lợi Phát hiện các khống vật nhĩm (Cao Bằng) lợi lợi Garnierit tương tự khu vực Hà Trì Suối Củn Thuận Thuận lợi Trung Thuận lợi Phát hiện sự làm giàu tương đối (Cao Bằng) lợi bình của Ni trong vỏ phong hĩa Bản Phúc Thuận Thuận lợi Thuận Thuận lợi Phát hiện khống hĩa loại B (Sơn La) lợi lợi (silicat sét) (Nguyễn Khắc Giảng, 1999) Bản Khoa Thuận Thuận lợi Thuận Thuận lợi ? (Sơn La) lợi lợi Núi Nưa Thuận Trung Khơng Trung Loại B (Silicat sét) và loại C (Thanh Hĩa) lợi Bình thuận lợi Bình (oxit) Các khối phức Thuận Trung Thuận ? ? hệ Ba Vì lợi Bình lợi Từ kết quả đánh giá tổng hợp các yếu tố khống chế quặng hĩa Ni biểu sinh cĩ tính đến các tiền đề và dấu hiệu tìm kiếm cĩ thể nhận định về triển vọng Ni biểu sinh như sau: - Các khối siêu mafic phức hệ Cao Bằng (Hà Trì, Suối Củn, Phan Thanh) và các khối phức hệ Bản Xang (Bản Phúc, Bản Khoa) là những nơi hội tụ được nhiều yếu tố thuận lợi cho laterrit hĩa và hình thành khống hĩa Ni biểu sinh hơn cả. Do đĩ, các khu vực này được đánh giá là cĩ nhiều triển vọng nhất đối với quặng hĩa Ni biểu sinh. Trên thực tế, ở những khu vực này đều đã phát hiện được quặng hĩa Ni biểu sinh rất đáng chú ý. - Khối Núi Nưa và cĩ thể cả các khối khác thuộc phức hệ này trong đới Sơng Mã, cĩ những điều kiện kém thuận lợi hơn, đặc biệt là các điều kiện cho quá trình hình thành loại hình khống hĩa cĩ mức hàm lượng cao nhất, kiểu A (silicat Mg-Ni ngậm nước), do đĩ cĩ thể sẽ kém triển vọng hơn. Tuy nhiên với sự cĩ mặt của Ni biểu sinh kiểu B và C trên diện tích lớn (~50Km2), khối Núi Nưa vẫn là đối tượng cần quan tâm đánh giá về Ni biểu sinh. Ngồi ra ở Núi Nưa khá phát triển các kiểu quặng hĩa B và C, do chúng thường nằm gần bề mặt, cĩ thể sẽ bị xĩi mịn và tái tích tụ ở những vùng thấp hơn lân cận tạo thành các tích tụ trầm tích giàu Ni. Đây cũng là đối tượng cần quan tâm nghiên cứu. - Các khối siêu mafic thuộc phức hệ Ba Vì phần lớn đều cĩ quy mơ nhỏ lại cĩ nhiều yếu tố kém thuận lợi, do đĩ ít cĩ triển vọng về khống hĩa nickel biểu sinh hơn so với các khối siêu mafic đã nêu. 22
25. Đây là những nhận định ban đầu rất sơ lược chỉ mang tính định hướng. Để đánh giá đầy đủ triển vọng Ni biểu sinh ở nước ta cần cĩ các nghiên cứu chi tiết và tồn diện hơn. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Các kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình phong hĩa ở các khối Hà Trì (Cao Bằng) và khối Núi Nưa (Thanh Hĩa) đều thuộc kiểu laterrit hĩa và chỉ ở mức yếu đến trung bình. Các tính tốn chỉ số S/SAF và UMIA đã khẳng định kết luận này. 2. Đặc điểm phong hĩa trên các khối Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hĩa) cĩ sự khác biệt rõ rệt. Mặt cắt phong hĩa phát triển trên đá gốc là lhezolit bị serpentin hĩa ở mức độ vừa phải khu vực Hà Trì (Cao Bằng) đặc trưng bởi đới saprolit dày chứa nhiều khống vật nickel biểu sinh nhĩm garnierit tại các cấu trúc mở (khe nứt, đứt gãy, ) với hàm lượng Ni trung bình 1,7%, đới limonit cĩ hàm lượng Ni thấp hơn khá nhiều (trung bình 0,6%) với khống vật chứa Ni chủ yếu là goethit và smectit (nontronit, montmorillonit). Trong khi đĩ mặt cắt phát triển trên đá gốc là apohazbugit và apodunit bị serpentin hĩa rất mạnh tại khu vực Núi Nưa (Thanh Hĩa) cĩ đới saprolit thường nghèo Ni (trung bình 0,5%Ni), nickel được làm giàu chủ yếu từ ranh giới đới limonit và saprolit lên tồn bộ đới limonit phía trên với các khống vật chứa nickel chủ yếu là smectit (saponit, nontronit) và goethit (trung bình 0,7%Ni). 3. Khống hĩa nickel biểu sinh ở khối Hà Trì (Cao Bằng) gồm cả ba kiểu: kiểu A (quặng silicat Ni-Mg ngậm nước, với khống vật quặng chủ yếu là hydrat silicat Mg-Ni (garneirit)), kiểu B (quặng silicat sét, chủ yếu là smectit chứa nickel) và kiểu C (Quặng kiểu oxit, với các khống vật quặng chủ yếu là oxyhydroxides Fe chứa nickel), hàm lượng Ni trung bình tương ứng là 1,7%, 0,8% và 0,6%. Tuy nhiên, quặng hĩa kiểu A chiếm ưu thế về cả về quy mơ và hàm lượng. 4. Khống hĩa nickel biểu sinh ở khối Núi Nưa (Thanh Hĩa) đa dạng phụ thuộc vào đặc điểm đá gốc mà đới phong hĩa phát triển. Trong đới phong hĩa phát triển trên đá gốc là apodunit chỉ phát triển quặng kiểu C (kiểu oxyt), với các khống vật quặng chủ yếu là oxyhydroxides Fe chứa nickel và một phần quặng kiểu B (kiểu silicat sét), bị chi phối bởi smectit chứa nickel, hàm lượng Ni trung bình tương ứng là 0,63% và 0,55%. Trong khi đĩ, trong đới phong hĩa phát triển trên đá gốc là apohazbugit cĩ mặt đầy đủ cả ba kiểu quặng hĩa A, B và C, tuy nhiên kiểu A (silicat Ni-Mg ngậm nước) 23
26. cĩ quy mơ khơng đáng kể, hàm lượng nickel trong phần quặng này thấp hơn rất nhiều so với khu vực Hà Trì (Cao Bằng) (0,65%), cịn các kiểu quặng hĩa B và C cũng cĩ hàm lượng Ni ở mức tương đối thấp tương ứng là 0,67% và 0,5%. 5. Sự khác biệt về đặc điểm khống hĩa nickel biểu sinh ở hai khối siêu mafic Hà Trì (Cao Bằng) và Núi Nưa (Thanh Hĩa) chủ yếu là do sự khác nhau về thành phần đá gốc, đặc điểm địa hình và điều kiện kiến tạo của hai khu vực. Khối Hà Trì cĩ thành phần đá gốc là lhezolit bị serpentin hĩa vừa phải thuận lợi hơn cho quá trình laterit hĩa và làm giàu biểu sinh của nickel, trong khi đá gốc tại khối Núi Nưa là apohazbugit và apodunit bị serpentin hĩa rất mạnh, kém thuận lợi hơn đối với quá trình laterit hĩa và làm giàu biểu sinh của nickel. Các điều kiện địa hình - địa mạo và cấu trúc kiến tạo ở khối Hà Trì thuận lợi hơn cho việc phát triển laterit hĩa và hình thành cũng như bảo tồn khống hĩa Ni biểu sinh so với khối Núi Nưa. 6. Quặng hĩa Ni biểu sinh chịu ảnh hưởng tổng hợp của nhiều yếu tố khống chế quá trình phong hĩa đá siêu mafic như đặc điểm đá gốc (thành phần, mức độ serpentin hĩa), khí hậu, địa hình địa mạo, cấu trúc kiến tạo. Mỗi yếu tố cĩ những tác động khác nhau đến quá trình phong hĩa và tích tụ nguyên tố cĩ ích. Theo các yếu tố thuận lợi cho quá trình phong hĩa và hình thành khống hĩa Ni biểu sinh thì các khối thuộc phức Hệ Cao Bằng ở Đơng Bắc Việt Nam (Hà Trì, Suối Củn, Phan Thanh, v.v ) và các khối thuộc phức hệ Bản Xang ở Tây Bắc Việt Nam (khối Bản Phúc, Bản Khoang, v.v ) là cĩ triển vọng về quặng Ni biểu sinh hơn cả, đặc biệt là quặng hĩa kiểu A. Khối Núi Nưa và các khối khác thuộc phức hệ này trong đới Sơng Mã kém triển vọng hơn. Riêng khối Núi Nưa, tuy thuộc loại kém triển vọng nhưng do khối cĩ diện tích lớn nên quặng hĩa Ni biểu sinh ở đây vẫn là đối tượng cần được quan tâm. Các khối siêu mafic phức hệ Ba Vì thuộc loại ít triển vọng. Kiến nghị Những kết quả được nêu trong luận án mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu về quá trình hình thành quặng hĩa nickel biểu sinh đặt trong tác động tổng hợp của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thành tạo (điều kiện khí hậu, đặc điểm và thành phần đá gốc, đặc điểm địa hình, điều kiện kiến tạo, ) tại hai khu vực Núi Nưa (Thanh Hĩa) và Hà Trì (Cao Bằng). Cần cĩ những nghiên cứu chi tiết hơn, phạm vi nghiên cứu rộng hơn về loại hình khống sản quan trọng này. 24
27. DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 1. Pham Thanh Dang, Pham Tich Xuan, Nguyen Van Pho, 2020. Garnierite” in weathering crust of ultramafic blocks from Cao Bang area, north Viet Nam. Vietnam Journal of Earth Sciences, 42(2), 130- 140. 2. Phạm Thanh Đăng, Nguyễn Văn Phổ, Phạm Tích Xuân, Đồn Thị Thu Trà, Nguyễn Thị Liên, Nguyễn Xuân Quả, 2020. Một số nét về đặc điểm phong hĩa đá siêu mafic khối Hà Trì (Cao Bằng) và sự tập trung của Niken. Tạp chí ĐỊA CHẤT, loạt A, số 373-374/2020, tr. 88-100. 3. Pham Thanh Dang, Pham Tich Xuan, Nguyen Van Pho, 2019. NICKEL LATERITE AT HA TRI MAFIC-ULTRAMAFIC MASSIVE (CAO BANG PROVINCE). International Symposium on the 35th Anniversary of Collaboration between the Institute of Geological Sciences, VAST and the Institute of Geology and Mineralogy, SB-RAS, 139-146, ISBN 978-604-913-809-6 4. Nguyen Van Pho, Pham Tich Xuan, Pham Thanh Dang, 2018. Occurrence of supergene nickel ores in the Ha Tri Massive, Hoa An District, Cao Bang Province. Vietnam Journal of Earth Sciences, 40(2), 153-164, Doi:10.15625/0866-7187/40/2/11676. 5. Nguyen Van Pho, Pham Tich Xuan, Pham Thanh Dang, 2018. Lateritization of Ultramafic rocks in Suoi Cun Complex, Cao Bang and The formation of supergene nickel ore. The fifteenth Regional Congress on Geology, Minerals and Energy Resources of Southeast Asia (Geosea 15). ISBN 978-604-913-751-8 6. Nguyen Hoang, Tran Thi Huong, Dao Thai Bac, Nguyen Van Vu, Nguyen Thi Thu, Cu Sy Thang, Pham Thanh Dang, 2016. Magma source feature and eruption age of volcanic rocks in the Tram Tau district, Tu Le Basin. Vietnam Journal of Earth Sciences, 38(3), 242-255, DOI: 10.15625/0866-7187/38/3/8710 7. Nguyen Hoang, Masatsugu Ogasawara, Tran Thi Huong, Phan Van Hung, Nguyen Thi Thu, Cu Sy Thang, Pham Thanh Dang, Pham Tich Xuan. Geochemistry of Nepogen Basalt in the Nghia Dan District, Western Nghe An, 2014. Vietnam Journal of Earth Sciences, 36, 403-412.