Tài liệu đặc điểm quặng hóa sericit trong các thành tạo phun trào hệ tầng đồng trầu vùng sơn bình, hà tĩnh và khả năng sử dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ THANH THẢO ĐẶC ĐIỂM QUẶNG HÓA SERICIT TRONG CÁC THÀNH TẠO PHUN TRÀO HỆ TẦNG ĐỒNG TRẦU VÙNG SƠN BÌNH, HÀ TĨNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ THANH THẢO ĐẶC ĐIỂM QUẶNG HÓA SERICIT TRONG CÁC THÀNH TẠO PHUN TRÀO HỆ TẦNG ĐỒNG TRẦU VÙNG SƠN BÌNH, HÀ TĨNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG Ngành: Kỹ thuật Địa chất Mã số: 62520501 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Đỗ Cảnh Dương 2. PGS.TS. Nguyễn Văn Phổ HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu trong luận án là trung thực và các kết quả trình bày trong luận án chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào. Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2017 Tác giả Nguyễn Thị Thanh Thảo i MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................... i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ....................................................................... viii DANH MỤC CÁC ẢNH ................................................................................. ix MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án .................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án ......................................................2 3. Nhiệm vụ của đề tài.....................................................................................2 4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..................................................................2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................2 6. Các luận điểm bảo vệ ..................................................................................3 7. Các điểm mới của luận án ...........................................................................3 8. Cơ sở tài liệu ...............................................................................................3 9. Cấu trúc luận án ..........................................................................................5 1. 10. Nơi thực hiện đề tài luận án ......................................................................5 CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC HƯƠNG SƠN ....................................................................................................7 1.1. VỊ TRÍ VÙNG NGHIÊN CỨU TRONG BÌNH ĐỒ CẤU TRÚC KHU VỰC 7 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN SERICIT .7 1.2.1. Sơ lược lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản sericit khu vực Hương Sơn - Hà Tĩnh ................................................................................ 7 1.2.2. Các công trình nghiên cứu điển hình ............................................ 10 1.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC.................................................... 12 1.3.1. Địa tầng ......................................................................................... 12 1.3.2. Magma........................................................................................... 25 ii 1.3.3. Kiến tạo ......................................................................................... 27 1.4. NHỮNG TỒN TẠI CẦN NGHIÊN CỨU VỀ SERICIT VÙNG SƠN 2. BÌNH ............................................................................................................ 28 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SERICIT ............................................................................................... 30 2.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU SERICIT ...................................... 30 2.1.1. Khái quát về sericit........................................................................ 30 2.1.2. Nguồn gốc sericit .......................................................................... 34 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SERICIT ........................................ 37 2.2.1. Phương pháp tổng hợp, xử lý các tài liệu liên quan...................... 37 2.2.2. Phương pháp khảo sát địa chất...................................................... 38 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất .............................. 38 2.2.4. Phương pháp nhiệt độ đồng hóa bao thể ....................................... 41 2.2.5.Phương pháp xác định tuổi tuyệt đối ............................................. 41 2.2.6. Phương pháp đánh giá nghiên cứu chất lượng, đặc tính công nghệ 3. của sericit................................................................................................. 42 CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT QUẶNG HÓA SERICIT VÙNG SƠN BÌNH VÀ CÁC YẾU TỐ KHỐNG CHẾ............................... 44 3.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT QUẶNG HÓA SERICIT VÙNG SƠN BÌNH44 3.1.1. Đặc điểm phân bố sericit ............................................................... 44 3.1.2. Đặc điểm hình thái, kích thước các khu quặng sericit .................. 44 3.1.3. Đặc điểm biến đổi thành phần trong đới chứa quặng sericit ........ 49 3.2. CÁC YẾU TỐ KHỐNG CHẾ QUẶNG HOÁ SERICIT SƠN BÌNH . 52 3.2.1. Yếu tố thạch địa tầng .................................................................... 52 3.2.2. Yếu tố magma ............................................................................... 52 3.2.3. Yếu tố cấu trúc - đứt gãy phá hủy ................................................. 57 iii 4. CHƯƠNG 4 ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT VÀ ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO SERICIT VÙNG SƠN BÌNH ................................... 61 4.1. ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT QUẶNG SERICIT VÀ ĐÁ PHUN TRÀO BỊ BIẾN ĐỔI CỦA HỆ TẦNG ĐỒNG TRẦU ................... 61 4.1.1 Đặc điểm thành phần khoáng vật ................................................... 61 4.1.2. Đặc điểm thành phần hóa học ....................................................... 77 4.2. ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO SERICIT KHU VỰC SƠN BÌNH ........... 81 4.2.1. Tính chất của dung dịch nhiệt dịch ban đầu ................................. 81 4.2.2. Nhiệt độ tạo khoáng sericit ........................................................... 84 5. 4.2.3. Thời gian tạo khoáng .................................................................... 87 CHƯƠNG 5 ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG SERICIT VÙNG SƠN BÌNH ........................................................... 89 5.1. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VÀ YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SERICIT ....................................................................................................... 89 5.1.1. Tình hình sử dụng sericit............................................................... 89 5.1.2. Yêu cầu chất lượng sản phẩm sericit ............................................ 89 5.2. ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG SERICIT SƠN BÌNH ............................ 91 5.2.1. Đặc điểm thành phần khoáng vật .................................................. 92 5.2.2. Đặc điểm thành phần hóa học ....................................................... 92 5.2.3. Thành phần độ hạt và phân bố kim loại trong sericit Sơn Bình ... 94 5.3. TÍNH CHẤT KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG TUYỂN TÁCH SERICIT VÙNG SƠN BÌNH ...................................................................................... 97 5.3.1. Thí nghiệm công nghệ tuyển quặng sericit nguyên khai .............. 98 5.3.2. Nghiên cứu dạng tồn tại của khoáng vật gây màu trong tinh quặng sericit ..................................................................................................... 102 5.3.3. Nghiên cứu dạng tồn tại của các nguyên tố kim loại .................. 103 5.3.4. Kết quả tuyển quặng sericit nguyên khai vùng Sơn Bình........... 104 iv 5.4. KHẢ NĂNG SỬ DỤNG SERICIT SƠN BÌNH ................................ 108 5.4.1. Lĩnh vực sản xuất gốm sứ ........................................................... 109 5.4.2. Lĩnh vực sản xuất polyme ........................................................... 111 5.4.3. Lĩnh vực sản xuất sơn ................................................................. 112 6. 7. 8. 5.4.4. Lĩnh vực sản xuất mỹ phẩm ........................................................ 114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 115 1. KẾT LUẬN ............................................................................................ 115 2. KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 116 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ........ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 120 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT KH&CN NCS Khoa học và công nghệ Nghiên cứu sinh THCSKV Tổ hợp cộng sinh khoáng vật Tr.n Triệu năm THKV Tổ hợp khoáng vật vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Kết quả phân tích đồng vị U-Pb các hạt zircon trong mẫu Gr.03 .. 53 Bảng 3.2. Nhiệt độ đóng của một số khoáng vật trong hệ phân rã ................. 55 Bảng 3.3.Kết quả tuổi K-Ar xác định cho khoáng vật muscovit trong đá granit phức hệ Sông Mã............................................................................................. 56 Bảng 4.1.Thành phần khoáng vật của quặng sericit vùng Sơn Bình .............. 67 Bảng 4.2. Kết quả phân tích thành phần hóa học các nguyên tố chính trong quặng sericit vùng Sơn Bình ........................................................................... 78 Bảng 4.3. Thành phần hóa học của đátuf ryolit và sericit vùng Sơn Bình ..... 80 Bảng 4.4. Kết quả phân tích tuổi K-Ar khoáng vật sericit vùng Sơn Bình .... 87 Bảng 5.1. Chất lượng một số sản phẩm bột sericit thương mại trên thế giới . 89 Bảng 5.2. Sản phẩm sericit dùng trong công nghiệp giấy, sơn, chất phủ ....... 90 Bảng 5.3.Sản phẩm sericit sử dụng trong công nghiệp sơn, nhựa, cao su của hãng Mineral and Pigmen Solutions, Inc .............................................. 90 Bảng 5.4. Sản phẩm sericit sản xuất tại Trung Quốc theo tiêu chuẩn Đức của hãng Chuzou Grea Minerals Co.Itd theo phương pháp ướt ................. 91 Bảng 5.5. Sản phẩm sericit sản xuất tại Trung Quốc theo tiêu chuẩn Đức của hãng Chuzou Grea Minerals Co.Itd. theo phương pháp khô ............... 91 Bảng 5.6. Hàm lượng khoáng vật chính trong mẫu quặng sericit Sơn Bình .. 92 Bảng 5.7. Kết quả phân tích ICP thành phần hóa học mẫu nghiên cứu ......... 93 Bảng 5.8.Thành phần hóa học đơn khoáng sericit Sơn Bình.......................... 93 Bảng 5.9. Kết quả phân tích mẫu độ hạt sericit nguyên khai ......................... 94 Bảng 5.10. Thành phần hóa học và phân bố theo cấp hạt ............................... 95 Bảng 5.11. Kết quả phân tích hấp thụ nguyên tử 10 chỉ tiêu .......................... 96 Bảng 5.12. Kết quả xử lý thống kê tương quan cặp giữa các nguyên tố ........ 97 Bảng 5.13. Kết quả thí nghiệm nghiền chà xát chọn lọc phân đoạn............... 99 Bảng 5.14. Kết quả thí nghiệm phân cấp xyclon thuỷ lực ............................ 100 vii Bảng 5.15. Thành phần hóa học chính trong mẫu nghiên cứu tuyển nổi ..... 101 Bảng 5.16. Thành phần hóa học chính trong sản phẩm sericit sau nghiền và phân cấp ở cấp hạt <10µm ............................................................................ 102 Bảng 5.17. Kết quả phân tích thành phần hóa học bột sericit sau phân cấp . 103 Bảng 5.18. Hàm lượng các oxyt trong quặng sericit nguyên khai ................ 105 Bảng 5.19. Hàm lượng các oxyt trong quặng sericitsau tuyển ..................... 107 Bảng 5.20. Kết quả sử dụng sericit Sơn Bình để sản xuất gốm sứ cao cấp .. 109 Bảng 5.21. Kết quả sử dụng sericit Sơn Bình để sản xuất gốm sứ vệ sinh .. 110 Bảng 5.22. Kết quả sử dụng sericit Sơn Bình để sản xuất gạch men mài .... 110 Bảng 5.23. Kết quả sử dụng sericit Sơn Bình để sản xuất gạch ceramic...... 111 Bảng 5.24. Kết quả sử dụng sericit Sơn Bình để sản xuất polyme ............... 112 Bảng 5.25. Kết quả sử dụng sericit Sơn Bình để sản xuất epoxy ................. 112 Bảng 5.26. Kết quả sử dụng sericit Sơn Bình để sản xuất sơn vô cơ chịu nhiệt ....................................................................................................................... 113 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ vùng Sơn Bình, Hương Sơn trong bình đồ cấu trúc khu vực [18] .................................................................................................................... 8 Hình 1.2. Sơ đồ địa chất khu vực Hương Sơn, Hà Tĩnh và mặt cắt địa chất (theo đường AB) ............................................................................................. 14 Hình 1.3. Đồ thị tổng hàm lượng kiềm trên silic của tuf [48] ........................ 24 Hình 2.1. Mô hình cấu trúc mạng tinh thể sericit (trái) .................................. 30 Hình 3.1. Sơ đồ địa chất và phân bố sericit vùng Sơn Bình ........................... 45 Hình 3.2. Mặt cắt địa chất khu I mỏ quặng sericit Sơn Bình (Tham khảo có sửa chữa từ [20]) ............................................................................................. 46 Hình 3.3. Mặt cắt địa chất khu II mỏ quặng sericit Sơn Bình (Tham khảo có sửa chữa từ [20]) ............................................................................................. 47 Hình 3.4. Mặt cắt địa chất qua khu III mỏ quặng sericit Sơn Bình (Tham khảo có sửa chữa từ [20])......................................................................................... 48 Hình 3.5. Biểu đồ đẳng thời và tuổi 206Pb/238U Zircon cho khối granit phức hệ Sông Mã với tuổi trung bình 139±0.85 Tr.n (A); và ảnh phát quang âm cực, tuổi U-Pb zircon granit Sông Mã (B). ............................................................ 54 Hình 3.6. Cấu tạo C-S quan sát được trong mẫu lát mỏng; N(+) .................. 58 Hình 3.7. Cấu tạo dạng mắt theo ban tinh bị cà nát; N(+), ........................... 58 Hình 3.8. Cấu tạo đới đứt gãy nghịch ............................................................. 59 Hình 3.9. Mặt cắt qua đới quặng sericit khu I................................................. 60 Hình 3.10. Mặt cắt qua đới quặng sericit khu III. ........................................... 60 Hình 4.1. Phát hiện các khoáng vật trong quặng sericit sử dụng phương pháp phân tích XRD. Đường màu đỏ - đường của mẫu chuẩn sericit, .................... 66 Hình 4.2. Biểu đồ so sánh hàm lượng Al2O3 của ryolit Đồng Trầu và sericit 80 Hình 4.3. Biểu đồ so sánh hàm lượng K2O của ryolit Đồng Trầu và sericit .. 81 Hình 4.4. Giản đồ độ bền khoáng vật trong hệ K2O-A12O3-SiO2 .................. 86 ix DANH MỤC CÁC ẢNH Ảnh 1.1. Đá phun trào của hệ tầng Đồng Trầu vùng Sơn Bình ...................... 18 Ảnh 1.2. Đá phun trào của hệ tầng Đồng Trầu vùng Sơn Bình ...................... 19 Ảnh 1.3. Đá phun trào của hệ tầng Đồng Trầu vùng Sơn Bình ...................... 19 Ảnh 1.4. Tuf ryolit nghèo ban tinh bị phân phiến khá mạnh. ......................... 20 Ảnh 1.5.Tuf ryolit bị biến đổi sericit(Ser)hóa................................................. 21 Ảnh 1.6.Đá tuf ryolit bị sericit hóa yếu. ....................................................... 21 Ảnh 1.7. Đá tuf ryolit có kiến trúc porphyr với ban tinh gồm thạch anh, plagioclas (Pl) và feldspat kali (Fk); nền vi khảm bị biến đổi. ....................... 22 Ảnh 1.8. Đá ryolit bị biến đổi sericit. Ban tinh thạch anh (Q) .................... 23 Ảnh 1.9. Đá tuf bị biến đổi sericit hóa, biotit hóa.Kiến trúc mảnh đá ....... 24 Ảnh 1.10. Đá granit phức hệ Sông Mã vùng Sơn Bình có màu xám sáng ..... 26 Ảnh 1.11. Đá granit Sông Mã vùng Sơn Bình có kiến trúc dạng porphyr ..... 26 Ảnh 3.1. Quặng sericit tại moong khai thác khu I .......................................... 50 Ảnh 3.2. Quặng sericitSơn Bình tại moong khai thác khu III......................... 51 Ảnh 4.1. Sericit (Ser) dạng vảy mỏng phân bố thành đám nhỏ ...................... 62 Ảnh 4.2. Sericit (Ser) tập hợp thành dải, mạch phân bố định hướng ............. 62 Ảnh 4.3. Hai thế hệ thạch anh trong quặng sericit .......................................... 63 Ảnh 4.4. Feldspat (Fs) bị biến đổi một phần hoặc hoàn toàn thành sericit (Ser). ................................................................................................................ 64 Ảnh 4.5. Alunit (Alu) nằm trên nền sericit, đi cùng muscovit (Mus)............. 64 Ảnh 4.6. Pyrit (Py), arsenopyrit (Asp) xâm tán trên nền đá (quặng sericit). .. 65 Ảnh 4.7. Pyrit (Py) dạng hạt tha hình xâm tán trên nền đá (quặng sericit), ... 65 Ảnh 4.8. Pyrit (Py) dạng hạt tự hìnhvà vi hạt tha hình xâm tán trên nền đá, . 65 Ảnh 4.9. Tuf ryolit bị biến đổi sericit hóa....................................................... 68 Ảnh 4.10. Hạt feldspat (Fs) bị thay thế gặp mòn bởi (Ser) sericit vảy nhỏ; ... 69 Ảnh 4.11.Epidot (Epd) nằm trong tổ hợp thạch anh (Q)–sericit (Ser). .......... 69 x Ảnh 4.12.Sericit (Ser) dạng dải phân bố định hướng song song .................... 70 Ảnh 4.13.Thạch anh thế hệ 2(Q2) nằm trong tập hợp .................................... 70 Ảnh 4.14. A. Ranh giới đá ryolit bị biến đổi sericit hóa ............................... 71 Ảnh 4.15. Đá ryolit bị biến đổi sericit hóa yếu. . ............................................ 72 Ảnh 4.16. Các đá bị sericit hóa trung bình. ................................................... 73 Ảnh 4.17. Các đá bị sericit hóa mạnh: ............................................................ 75 Ảnh 4.18. Quặng sericit Sơn Bình trong đới biến đổi sericit hóa triệt để ...... 76 Ảnh 4.19. Các đá bị sericit hóa triệt để ........................................................... 76 Ảnh 4.20. Hình thái các loại bao thể trong thạch anh đồng tạo quặng. .......... 84 Ảnh 5.1. Các nguyên tố kim loại trong quặng sericit Sơn Bình ................... 104 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Sericit là loại khoáng sản có giá trị, đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp trên thế giới như: cao su, sơn, polyme, gốm sứ và đặc biệt rất có giá trị trong công nghiệp hóa mỹ phẩm. Những nước khai thác sericit hàng đầu thế giới là Mỹ, Nga, Hàn Quốc và Đài Loan với nhu cầu tiêu thụ sericit tăng với tốc độ khoảng 3-5% mỗi năm. Trước đây, ở Việt Nam, sericit được cho là một khoáng vật tạo đá thông thường, khá phổ biến trong các loại đá biến chất khác nhau mà chưa coi nó là loại hình khoáng sản. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các ngành chế biến nguyên liệu khoáng thì khoáng sản không kim loại này ngày càng được quan tâm. Một số công trình đánh giá tiềm năng sericit ở các vùng khác nhau đã được tiến hành. Ở khu vực Tây Bắc và Bắc Trung bộ đã phát hiện được hàng loạt các điểm khoáng hóa và các thân quặng sericit trong đó có quặng hóa sericit vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh. Kết quả của đề án "Đánh giá triển vọng sericit, sắt phụ gia xi măng, kaolin, thạch anh vùng Kỳ Anh, Hương Sơn, Hà Tĩnh" năm 2007 do Liên đoàn Địa chất Bắc Trung bộ thực hiện đã khoanh định được một số thân quặng sericit công nghiệp phân bố trong các đá phun trào thuộc hệ tầng Đồng Trầu vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh với tài nguyên khoảng hơn 1 triệu tấn. Mặc dù vậy, cho đến nay, những công trình đã nghiên cứu về quặng hóa sericit Việt Nam nói chung và vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh nói riêng mới chỉ dừng lại ở những nghiên cứu sơ bộ trong các đề án điều tra cơ bản và tìm kiếm thăm dò. Việc nghiên cứu chi tiết về quặng hóa sericit ở đây vẫn chưa được làm sáng tỏ, bởi vậy NCS đã chọn đề tài "Đặc điểm quặng hóa sericit trong các thành tạo phun trào hệ tầng Đồng Trầu vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh và khả năng sử dụng" nhằm góp phần làm rõ quy luật phân bố, điều kiện thành tạo, nguồn gốc và chất lượng của sericit cho các ngành công nghiệp 2 khác nhau để sử dụng hợp lý, hiệu quả tài nguyên khoáng sản. Đặc biệt, trên cơ sở nghiên cứu đặc điểm nguồn gốc quặng hóa từ đó xác định tiền đề định hướng cho công tác tìm kiếm, đánh giá sericit. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, thành phần vật chất, nguồn gốc và điều kiện thành tạo quặng sericit trong các đá phun trào thuộc hệ tầng Đồng Trầu vùng Sơn Bình; đánh giá chất lượng và khả năng sử dụng thích hợp sericit Sơn Bình cho một số ngành công nghiệp. 3. Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất, đặc điểm phân bố quặng hóa sericit vùng Sơn Bình; - Nghiên cứu các yếu tố địa chất khống chế quặng hóa sericit; - Nghiên cứu đặc điểm quặng hóa sericit, thành phần vật chất, điều kiện thành tạo và nguồn gốc sericit Sơn Bình; - Đánh giá chất lượng, khả năng sử dụng, thử nghiệm công nghệ chế biến sericit vùng Sơn Bình cho một số ngành công nghiệp. 4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Các thành tạo sericit trong các đá phun trào hệ tầng Đồng Trầu khu vực mỏ sericit Sơn Bình, Hà Tĩnh. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: Làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, điều kiện và nguồn gốc thành tạo quặng sericit vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh góp phần đánh giá tiềm năng loại hình khoáng sản mới này ở Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: - Phục vụ công tác đánh giá sericit ở khu vực nghiên cứu và áp dụng cho các khu vực khác có điều kiện địa chất tương tự; 3 - Đánh giá chất lượng của quặng sericit để sử dụng hợp lý cho các lĩnh vực chế biến nguyên liệu khoáng; - Góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sericit ở Việt Nam. 6. Các luận điểm bảo vệ Các luận điểm bảo vệ: 1. Sericit vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh được thành tạo do quá trình biến chất trao đổi nhiệt dịch các đá phun trào ryolit và tuf của chúng thuộc tập 2, hệ tầng Đồng Trầu; trong khoảng thời gian từ 130,1 đến 117,9 Tr.n, tương ứng với thời kỳ Creta sớm; được khống chế bởi hệ thống đứt gãy phương tây bắc - đông nam. 2. Quặng sericit Sơn Bình có thành phần khoáng vật chủ yếu gồm: sericit, thạch anh, pyrophylit, kaolinit; các thành phần hóa học có lợi Al2O3, K2O cao, các thành phần có hại Fe2O3, TiO2 thấp; thành phần độ hạt của sericit nguyên khai chủ yếu <60 µm. Các chỉ tiêu trên và các đặc tính kỹ thuật của chúng đủ tiêu chuẩn làm nguyên liệu sản xuất cho các lĩnh vực gốm sứ, sơn và polyme. 7. Các điểm mới của luận án 1. Xác định được đặc điểm phân bố, đặc điểm thành phần vật chất và điều kiện thành tạo quặng hóa sericit vùng Sơn Bình; 2. Đã đánh giá được chất lượng quặng sericit nguyên khai và quặng sericit tinh (sau tuyển); khả năng chế biến và sử dụng cho các ngành công nghiệp: sơn, polyme, gốm sứ cao cấp, gốm ceramic. 8. Cơ sở tài liệu Luận án được xây dựng trên cơ sở tài liệu của chính NCS tham gia trực tiếp vào các dự án, đề tài nghiên cứu về sericit từ năm 2007 đến nay, bao gồm các đề án thăm dò sericit, đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước, đề án 4 công nghệ chế biến sericit thuộc chương trình khoa học công nghệ cấp quốc gia: - Đề án thăm dò sericit vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh đã được phê duyệt tại Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản quốc gia, năm 2008; - Đề tài điều tra cơ bản cấp Nhà nước “Điều tra, đánh giá tiềm năng khoáng sản sericit ở khu vực Bắc Trung bộ, đề xuất hướng công nghệ khai thác và chế biến nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của chúng”, do Viện Địa chất- Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam thực hiện, từ năm 2009-2011; - Dự án sản xuất thử nghiệm “Hoàn thiện công nghệ tuyển và biến tính quặng sericit vùng Sơn Bình, Hà Tĩnh làm nguyên liệu cho ngành sơn và polymer” năm 2009-2013 thuộc Đề án “Đổi mới và hiện đại hoá công nghệ trong ngành công nghiệp khai khoáng đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” của Bộ Công thương, năm 2014; - Đề tài điều tra cơ bản “Nghiên cứu tiềm năng sinh khoáng sericit của hệ tầng Đồng Trầu khu vực Kỳ Anh – Hà Tĩnh”, do Viện Địa chấtViện Hàn lâm KH&CN Việt Nam thực hiện, năm 2014. Trong quá trình tham gia các đề tài, dự án, NCS đã khảo sát thực địa nghiên cứu các mặt cắt chi tiết ở vùng Sơn Bình. Thu thập và phân tích 66 mẫu lát mỏng thạch học (quặng sericit và đá vây quanh) tại phòng phân tích Bộ môn Khoáng sản, Bộ môn Địa chất - Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Viện Địa chất - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam; 32 mẫu sericit bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) tại phòng phân tích thuộc Viện Địa chất - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam; 210 mẫu hóa; 31 mẫu thành phần khoáng vật; 12 mẫu nguyên tố vết bằng phương pháp ICP tại phòng phân tích thuộc Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất; 5 mẫu xác định tuổi tuyệt đối tại Phòng thí nghiệm, Trường Đại học Khoa học Okayama Nhật Bản và Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về các quá trình địa chất và tài nguyên khoáng sản, Đại 5 học Địa chất Trung Quốc. - Tham khảo các kết quả nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất thử nghiệm sericit vùng Sơn Bình cho các ngành sản xuất sơn và polyme. Ngoài ra luận án còn tham khảo các công trình nghiên cứu sericit trong và ngoài nước từ trước tới nay (xem tài liệu tham khảo). 9. Cấu trúc luận án Ngoài mở đầu và kết luận, luận án được kết cấu theo các chương sau: Chương 1: Khái quát về cấu trúc địa chất vùng Hương Sơn Chương 2: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu sericit Chương 3: Đặc điểm địa chất quặng hóa sericit vùng Sơn Bình và các yếu tố khống chế Chương 4: Đặc điểm thành phần vật chất và điều kiện thành tạo sericit vùng Sơn Bình Bình. Chương 5: Đặc điểm chất lượng và khả năng sử dụng sericit vùng Sơn 10. Nơi thực hiện đề tài luận án Luận án được thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn Khoáng sản, Khoa Khoa học và kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, NCS đã được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đỗ Cảnh Dương và PGS.TS. Nguyễn Văn Phổ. NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo hướng dẫn. Đồng thời, trong suốt quá trình thực hiện, NCS đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ- Địa chất, các đơn vị Nhà trường: Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Khoa học và kỹ thuật Địa chất, Bộ môn Khoáng sản, Bộ môn Nguyên liệu khoáng; Viện Địa chất, Viện Vật liệu - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam; Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản. NCS đã 6 nhận được sự góp ý và động viên của các nhà khoa học: PGS.TS. Nguyễn Quang Luật, PGS.TS. Trần Bỉnh Chư, TS. Đỗ Văn Nhuận, TS. Trần Ngọc Thái, PGS.TS Đỗ Đình Toát, GS.TSKH Đặng Văn Bát, PGS.TS. Phạm Văn Trường, PGS.TS. Nguyễn Văn Lâm, PGS.TS. Hoàng Văn Long, TS. Trần Mỹ Dũng, PGS.TS. Ngô Xuân Thành, TS. Nguyễn Tiến Dũng, TS. Đào Thái Bắc và nhiều nhà khoa học của Khoa Khoa học và kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. NCS xin chân thành cảm ơn các cơ quan, các nhà khoa học và các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong suốt quá trình hoàn thành luận án. 7 1. CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC HƯƠNG SƠN 1.1. VỊ TRÍ VÙNG NGHIÊN CỨU TRONG BÌNH ĐỒ CẤU TRÚC KHU VỰC Vùng Sơn Bình thuộc huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh. Vị trí vùng nghiên cứu nằm về phía tây nam của đới khâu Sông Mã, ranh giới khép nối giữa địa khối Hoa Nam và địa khối Đông Dương [42]. Trên bình đồ kiến tạo khu vực, vùng nghiên cứu nằm trong hệ rift nội lục Mesozoi Sầm Nưa Hoành Sơn, phân bố dọc theo hệ thống đứt gãy Sông Cả (Hình 1.1). Các thành tạo địa chất của hệ rift này kéo dài từ Điện Biên qua Sầm Nưa (Lào) xuống Nghệ - Tĩnh theo phương tây bắc - đông nam trên 550km, nằm chồng gối lên móng không đồng nhất từ tiền Cambri đến Paleozoi. Đới đứt gãy Sông Cả có dạng tuyến kéo dài tây bắc - đông nam từ trũng Kainozoi Bản Ban thuộc lãnh thổ Lào qua thị trấn Mường Xén chạy dọc theo Sông Cả về Nam Đàn, Sơn Bình rồi chìm xuống dưới các trầm tích Đệ tứ và các trầm tích của thềm lục địa Thanh Nghệ. Các thành tạo địa chất phân bố dọc theo hai bên cánh của đới đứt gãy Sông Cả chủ yếu là các đá trầm tích lục nguyên Paleozoi hạ - trung (hệ tầng Sông Cả và hệ tầng Huổi Nhị), các thành tạo carbonat xen silic tuổi Carbon, Carbon-Permi và các thành tạo núi lửa hệ tầng Đồng Trầu. Các thành tạo địa chất lộ ra dọc theo đới đứt gãy Sông Cả có đặc trưng cơ bản là bị biến dạng mạnh nhưng trình độ biến chất tương đối thấp trong đó có các đá phun trào và trầm tích - phun trào hệ tầng Đồng Trầu, đối tượng chứa sericit trong khu vực nghiên cứu. 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN SERICIT 1.2.1. Sơ lược lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản sericit khu vực Hương Sơn - Hà Tĩnh Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản khu vực Hương Sơn gắn