MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Nguyên tố đất hiếm là tập hợp của 17 nguyên tố có hàm lƣợng rất nhỏ trong vỏ trái đất là Scandium, Yttrium và 15 nguyên tố trong nhóm Lanthan bắt đầu từ Lanthanum đến Lutetium trong bảng hệ thống tuần hoàn. Nguyên tố đầu tiên trong nhóm đất hiếm đƣợc phát hiện vào năm 1787. Các nguyên tố đất hiếm đƣợc chú ý vì chúng có nhiều tính chất vật lý và hóa học rất đặc biệt. Chúng có nhiều công dụng kỳ diệu khi kết hợp với những nguyên liệu thông thƣờng khác.
Chẳng hạn nhƣ nhóm Y, La, Ce, Eu, Gd và Tb đƣợc sử dụng trong kỹ nghệ huỳnh quang; nhóm Nd, Sm, Gd, Dy và Pr phục vụ cho kỹ thuật làm nam châm vĩnh cửu trong các thiết bị điện, điện tử, phƣơng tiện nghe nhìn, các loại máy vi tính và cả hệ thống dẫn đƣờng cho tên lửa; nhóm Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm có momen từ cực mạnh khả dĩ phát triển kỹ thuật làm lạnh từ tính thay thế phƣơng phƣơng pháp làm lạnh truyền thống bằng khí ép nhƣ hiện nay… và dĩ nhiên trong các ngành chiếu sáng, luyện kim, điện tử, trong các kỹ thuật quân sự từ màn hình radar đến tia laser, hệ thống điều khiển tên lửa và cả các thiết bị trong vũ trụ. Theo quan điểm địa hóa hiện đại, hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm trong đá magma có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá nguồn gốc và lịch sử phát triển của loại đá magma đó. Trong quá trình hình thành của từng loại đá magma có những giai đoạn mà hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm đƣợc giàu lên hoặc làm nghèo kiệt đi và những sự biến đổi này đƣợc phát hiện trong mỗi loại đá cũng có thể chỉ ra một số vấn đề về nguồn gốc của magma tạo nên loại đá đó. Luận văn: “Đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố đất hiếm trong các đá núi lửa- pluton Mesozoi muộn rìa lục địa tích cực Đà Lạt” đƣợc thực hiện với mục tiêu 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu về sự phân bố, hành vi của các nguyên tố đất hiếm trong các đá lấy đó làm cơ sở đánh giá quá trình tiến hóa magma thời kì Mesozoi muộn ở Đà Lạt.
Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đặc điểm địa hóa nhóm nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa-pluton Mesozoi muộn rìa lúc địa tích cực Đà Lạt. Đánh giá quá trình tiến hóa magma Mesozoi muộn ở Đà Lạt trên cơ sở đặc điểm địa hóa các nguyên tố đất hiếm. Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập các tài liệu nghiên cứu các thành tạo địa chất tại khu vực. - Triển khai công tác thực địa, lấy mẫu và phân tích.
- Xử lý kết quả thu thập và phân tích, xây dựng các bảng số liệu, biểu đồ. - Nghiên cứuđặc điểm địa hóa của các nguyên tố đất hiếm. - Trên cơ sở đặc điểm địa hóa các nguyên tố đất hiếm đƣa ra những đánh giá về quá trình tiến hóa magma Mesozoi muộn ở Đà Lạt. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Nhóm nguyên tố đất hiếm trong các tổ hợp núi lửa-pluton Mesozoi muộn rìa lúc địa tích cực Đà Lạt - Phạm vi nghiên cứu: rìa lục địa tích cực Đà Lạt thuộc đới Đà Lạt.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG 1. Vị trí khu vực nghiên cứu Đới Đà Lạt là một bộ phận của miền hoạt động magma-kiến tạo chồng gối vào Mesozoi muộn-Kainozoi Đông Dƣơng thuộc đai xâm nhập-núi lửa Thái Bình Dƣơng, phát sinh và phát triển trên miền uốn nếp Tiền Cambri và lớp phủ Paleozoi- Mesozoi sớm. Phần lớn các nhà nghiên cứu cho rằng, đây là “đai rìa lục địa tích cực Mesozoi muộn” (Nguyễn Xuân Bao và nnk, 1979; Trần Văn Trị và nnk, 1980) hay “đai rìa lục địa tích cực kiểu Andes Mesozoi muộn” (Nguyễn Tƣờng Tri và nnk, 1991, 1995; Huỳnh Trung và nnk, 2004),… và gần đây là “đai động Natuna-Nam Việt Nam” (Yu.Gatinski, 2005) với các hoạt động uốn nếp và magma xâm nhập- núi lửa vào cuối Jura đến Creta. Đồng thời, với các nghiên cứu này, cũng xem đới Đà Lạt nhƣ là một miền trũng hay vùng đƣợc hình thành vào Jura sớm-giữa.
Trong nghiên cứu kiến tạo-sinh khoáng Nam Việt Nam gần đây (Nguyễn Xuân Bao và nnk, 2000), đới Đà Lạt đƣợc quan niệm: là bồn chồng gối đƣợc lấp đầy bởi các trầm tích lục nguyên loạt Bản Đôn tuổi Jura. Sau đó, vào Creta, diện tích này là một phần của cung magma rìa lục địa kiểu Đông Á cổ. Theo Nguyễn Kim Hoàng, 2004 đới Đà Lạt là phần đông nam bồn trũng Trias muộn-Jura sớm-giữa kéo dài trên 400 km theo phƣơng tây bắc-đông nam, rộng 200 km ở phần tây bắc và phình to đến 350 km ở phần đông nam. Vào giai đoạn Jura muộn-Creta, đới Đà Lạt là phần trung tâm của miền vỏ lục địa Nam Việt Nam nằm trong chế độ hoạt động kiến tạo của cung magma rìa lục địa mạnh mẽ đƣợc xếp vào cung magma rìa lục địa (trƣớc đây gọi là đai hoạt hóa magma-kiến tạo) kiểu Đông Á cổ (gần giống kiểu Andes theo Nguyễn Tƣờng Tri và nnk, 1995) rộng 700-800 km và kéo dài trên 2.500 km từ Tri Tôn qua Đà Lạt, Hải Nam đến tận Thƣợng Hải, chịu chế độ địa động lực rìa lục địa tích cực trên miền vỏ lục địa.
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1: Sơ đồ diện tích vùng nghiên cứu 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trên lãnh thổ Nam Việt Nam, đới Đà Lạt có hƣớng kéo dài đông bắc-tây nam trên 350 km từ sông Vàm Cỏ Đông đến sông Hinh, rộng 200 –250 km từ biên giới Việt Nam-Campuchia đến rìa trong thềm lục địa Đèo Cả-Cà Ná-Vũng Tàu. Ranh giới đới đƣợc giới hạn: tây nam-đứt gãy Sông Vàm Cỏ Đông; đông nam-đới đứt gãy Hòn Khoai-Cà Ná; đông-đứt gãy Hải Nam-Natuna; bắc-là đƣờng ziczac của bề mặt không chỉnh hợp của trầm tích Jura sớm–giữa lên móng cổ hơn. Nhìn chung, đới Đà Lạt có cấu trúc một nếp lõm lớn, tƣơng đối đẳng thƣớc. Bề mặt nóc móng kết tinh có hình dạng lõm, đẳng thƣớc với độ sâu cực đại 5 km ở khu vực tây bắc Đà Lạt (Suối Vàng); cánh đông nam của lõm (khu vực Biên Hòa-Phan Thiết) bị phức tạp thêm bởi các lồi, lõm cấp 2.
Bề mặt Moho của đới sâu dần theo hƣớng Phan Rí-Đak Mil (sâu đến 39 km). Rìa tây bắc và bắc của đới, lộ ra móng trƣớc Trias muộn kiểu cửa sổ ở Đak Lin, Tà Thiết và Châu Thới; phía tây đới ít chịu ảnh hƣởng của hoạt động chồng gối magma-kiến tạo Mesozoi muộn, nhƣng vào Kainozoi, hoạt động phun trào basalt mạnh mẽ, tạo nên các lớp phủ rộng lớn ở Xuân Lộc, Đak Nông và Đak Lak; phía đông, hoạt động magma xâm nhập-núi lửa vào Creta rất mạnh mẽ và chịu ảnh hƣởng ít nhiều của hoạt động phun trào basalt Kainozoi muộn hoặc vắng mặt hoàn toàn ở khu vực Đèo Cả-Nha Trang-Tháp Chàm. Rìa lục địa tích cực Mesozoi muộn Đà Lạt phân bố chủ yếu trong phạm vi đới Đà Lạt hiện nay. Vào giữa Creta, rìa lục địa với các hoạt động uốn nếp và magma xâm nhập-núi lửa phát triển chồng gối mạnh mẽ lên đới tạo núi Srepôk và một phần lên cả đới Kon Tum và cũng là một bộ phận của đai động Đông Á thuộc Thái Bình Dƣơng.
Đặc điểm địa hóa nguyên tố đất hiếm Đất hiếm là nhóm gồm 17 nguyên tố giống nhau về mặt hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn từ Latan (số thứ tự 57) đến Lutexi (số thứ tự 71). Thông thƣờng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ytri (số thứ tự 39), Scandi (số thứ tự 21) đƣợc xếp vào nhóm đất hiếm vì trong tự nhiên nó luôn đi cùng các nguyên tố này. Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính của chúng đƣợc thống kê ở bảng 1. Các nguyên tố đất hiếm đƣợc phân chia thành hai nhóm: nhóm đất hiếm nhẹ và nhóm đất hiếm nặng hay còn gọi là nhóm Xeri và nhóm Ytri.
Trong một số trƣờng hợp, đặc biệt trong kỹ thuật tách chiết, các nguyên tố đất hiếm đƣợc chia thành 3 nhóm; nhóm nhẹ, nhóm trung gian và nhóm nặng bảng 2. Bảng 1: Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính cơ bản Hàm lƣợng trung S Ký hiệu Thứ tự Hóa Nguyên tử Các Nguyên tố bình trong vỏ Trái TT hóa học nguyên tử trị lƣợng oxit đất 1 Lantan La 57 3 138,92 29,00 La2O3 2 Xeri Ce 58 3,4 140,13 70,00 CeO2 3 Prazeodim Pr 59 3,4 140,92 9,00 Pr4O11 4 Neodim Nd 60 3 144,27 37,00 Nd2O3 5 Prometi Pm 61 3 145,00 Không 6 Samari Sm 62 2.3 150,43 8,00 Sm2O3 7 Europi Eu 63 2,3 152,00 1,30 Eu2O3 8 Gadoloni Gd 64 3 156,90 8,00 Gd2O3 9 Tecbi Tb 65 3,4 159,20 2,50 Tb4O7 10 Dysprosi Dy 66 3 162,46 5,00 Dy2O3 11 Honmi Ho 67 3 164,94 1,70 Ho2O3 12 Ecbi Er 68 3 167,20 3,00 Er2O3 13 Tuli Tm 69 3 169,40 0,27 Tm2O3 14 Ytecbi Yb 70 2,3 173,04 0,33 Yb2O3 15 Lutexi Lu 71 3 174,99 0,80 Lu2O3 16 Scandi Sc 21 3 Sc2O3 17 Ytri Y 39 3 88,92 29,90 Y2 O3 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 2: Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 21 39 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Sc Y Nhóm đất hiếm nhẹ (nhóm Xeri) Nhóm đất hiếm nặng (nhóm Ytri) Nhóm nhẹ Nhóm trung gian Nhóm nặng Trong tự nhiên, các nguyên tố đất hiếm không tồn tại dƣới dạng kim loại (tự sinh). Do có ái lực với oxy rất mạnh, các nguyên tố đất hiếm để tạo thành oxit, ngoại trừ Prometi, không có đồng vị bền vững nên không tìm thấy trong tự nhiên. Các nguyên tố đất hiếm (REE) là một họ đặc biệt các nguyên tố trong tự nhiên.
Trong bất kỳ thể địa chất nào, phát hiện một nguyên tố đất hiếm sẽ chỉ thị sự tồn tại của tất cả các nguyên tố đất hiếm khác. Tuy nhiên, các loại vật chất tự nhiên khác nhau có tổng lƣợng các nguyên tố đất hiếm khác nhau, do đó tỷ lệ các nguyên tố riêng lẻ cũng ít nhiều khác nhau. Trong tự nhiên, nhóm nguyên tố đất hiếm tập trung chủ yếu trong các khoáng vật silicat, hiếm hơn trong các khoáng vật kim loại hoặc sulphide, vì vậy chúng đƣợc xếp vào nhóm nguyên tố ƣa đá. Ngoài ra, do chỉ có mặt trong các khoáng vật với hàm lƣợng rất nhỏ (< 0.1% trọng lƣợng) dƣới dạng vết, hoặc phân tán, nên chúng đƣợc xếp vào nhóm nguyên tố vết.