CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC HƯƠNG SƠN 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.
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.
LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN SERICIT 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 8 Hình 1. Sơ đồ vùng Sơn Bình, Hương Sơn trong bình đồ cấu trúc khu vực [18] 9 liền với lịch sử nghiên cứu địa chất vùng Bắc Trung bộ. Dựa trên kết quả tổng hợp tài liệu địa chất và khoáng sản đã tiến hành trong khu vực, lịch sử nghiên cứu có thể chia ra hai giai đoạn chính: - Giai đoạn trước năm 1954: trong giai đoạn này việc nghiên cứu chủ yếu do các nhà địa chất người Pháp tiến hành: Lantenois.
Các tác giả đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp về địa chất của vùng Bắc Trung bộ. Trong các công trình trên, Bản đồ địa chất Đông Dương tỷ lệ 1: 2. Cho đến nay các tài liệu về nghiên cứu địa tầng, magma, khoáng sản vẫn còn có giá trị tham khảo, đóng góp cho công tác nghiên cứu địa chất khu vực. - Giai đoạn sau năm 1954: các công trình nghiên cứu trong giai đoạn này chủ yếu do các nhà địa chất Việt Nam và Liên Xô tiến hành.
Bản đồ kiến tạo miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1:500.000 đã được thành lập [58]. Những năm tiếp theo là công trình Bản đồ địa chất miền Bắc Việt Nam tỷ lệ 1:500. và nnk [22], Bản đồ địa chất Bắc Trung bộ - Bắc bộ tỷ lệ 1:500.000 của Phan Cự Tiến [15], Bản đồ địa chất Việt Nam - phần miền Bắc tỷ lệ 1:1.000 do Trần Văn Trị chủ biên [17], Bản đồ địa chất Việt Nam tỷ lệ 1:500.000 của Trần Đức Lương và Nguyễn Xuân Bao [8] và hàng loạt các công trình tìm kiếm chi tiết tỷ lệ lớn cho các loại hình khoáng sản pyrit, đồng, vàng, xạ hiếm, đá quý. Năm 1979, Trần Tính và những người khác đã hoàn thành bản đồ địa chất tờ Hà Tĩnh - Kỳ Anh tỷ lệ 1:200.
Năm 2007, Liên đoàn Địa chất Bắc Trung bộ đã tiến hành đánh giá triển vọng sericit, sắt phụ gia xi măng, kaolin, thạch anh vùng Kỳ Anh, Hương Sơn, Hà Tĩnh. Trong báo cáo “Đánh giá triển vọng sericit, sắt phụ gia xi măng, kaolin, thạch anh vùng Kỳ Anh, Hương Sơn, Hà Tĩnh” [19] do Hồ Văn Tú chủ biên và đã có những đánh giá bước đầu về quặng hóa sericit ở 10 khu vực xã Sơn Bình, Sơn Trà và Sơn Long, huyện Hương Sơn (Hà Tĩnh). Công tác điều tra, đánh giá khoáng sản trong đó có sericit đã được Tổng cục Địa chất và Khoáng sản tiến hành có hệ thống. Một số nghiên cứu khoa học chuyên đề về sericit được thực hiện do các nhà khoa học ở các Viện, Trường Đại học.
Các kết quả đo vẽ địa chất, nghiên cứu, triển khai nêu trên đã đánh giá được tiềm năng, chất lượng khoáng sản sericit, là cơ sở để NCS lựa chọn phạm vi, đối tượng và hướng nghiên cứu trong luận án. Các công trình nghiên cứu điển hình a) Đề án “Đánh giá triển vọng sericit, sắt phụ gia xi măng, kaolin, thạch anh vùng Kỳ Anh, Hương Sơn, Hà Tĩnh” do Liên Đoàn Địa chất Bắc Trung bộ triển khai và hoàn thành năm 2007 đã xác định 9 thân quặng sericit nằm trong các đá phun trào ryolit thuộc hệ tầng Đồng Trầu, trong đó 5 thân quặng có giá trị công nghiệp với tổng tài nguyên sericit cấp 333 + 334a là 1. Các thân quặng sericit có dạng đới, dạng dải kéo dài theo phương tây bắc - đông nam, cắm về tây nam với góc dốc từ thoải (15 ÷ 250) ở phần đông nam và khá dốc (55 ÷ 600) ở phần tây bắc. Chiều dài các thân quặng chính thay đổi trong khoảng 600 ÷ 1.
Tập thể tác giả của Đề án đã bước đầu nghiên cứu thành phần khoáng vật, hoá học quặng, đã lấy và phân tích 1 mẫu kỹ thuật sericit trong phòng. Kết quả nghiên cứu cho thấy quặng sericit vùng nghiên cứu khá dễ tuyển, sản phẩm sericit có chất lượng tốt. Kết quả đối sánh với tiêu chuẩn sericit của hãng Mineral and Pigmen SI cho thấy sản phẩm sericit Sơn Bình có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: công nghiệp cao su, gốp sứ cao cấp v. b) Đề tài "Điều tra, đánh giá tiềm năng, chất lượng sericit tỉnh Quảng Trị và đề xuất quy trình công nghệ tuyển, nâng cấp chất lượng và khả năng sử dụng khoáng sản này" [9] doViện Địa chất-Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam 11 thực hiện đã phát hiện một số điểm khoáng hóa sericit trong các thành tạo giàu feldspat của hệ tầng Long Đại.
Mặc dù diện tích phát hiện quặng sericit nhỏ hẹp và chất lượng sericit thấp, song theo tổ hợp cộng sinh khoáng vật bao gồm sericit-kaolinit-thạch anh đã cho phép phán đoán sericit là sản phẩm biến đổi từ các thành tạo giàu kaolinit dưới tác động của dung dịch nhiệt dịch giàu kali. Quá trình này thường xảy ra tại các khu vực có hoạt động phun trào, xâm nhập xuyên cắt các thành tạo trầm tích trước đó theo phương trình: 3Al4(OH)8 (Si4O10) + 2K2O = 4KAl2(OH)2(AlSi3O10) + 8H2O (Kaolinit) (Sericit) c) Đề tài “Nghiên cứu tiềm năng, giá trị sử dụng khoáng sản sericit trong các thành tạo biến chất Neoproterozoi - Paleozoi hạ và phun trào Jura - Creta Tây Bắc Việt Nam” [4] do Viện KH Địa chất và Khoáng sản thực hiện đã xác định thành tạo sericit ở Tây Bắc Việt Nam tập trung vào 02 kiểu mỏ sau: (1) Kiểu mỏ sericit trong đá trầm tích giàu alumosilicat sáng màu bị biến chất ở tướng đá phiến lục. Các thân quặng sericit là tập hợp các thể đá phiến sericit, đá phiến sercit - thạch anh phân bố trong tập đá metapelit thuộc các thành tạo biến chất Neoproterozoi - Paleozoi hạ. (2) Kiểu mỏ sericit argilit có nguồn gốc nhiệt dịch liên quan đến đá phun trào acid.
Trong các thành tạo phun trào Jura, các đới biến chất trao đổi argilit hóa giàu sericit đi kèm chặt chẽ với các thành tạo của tướng phun nổ giàu feldspat kali (tuf ryotrachyt, ignimbrit). d) Đề tài "Đánh giá tiềm năng sericit khu vực Bắc Trung Bộ" [20] do Viện Địa chất - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam thực hiện đã xác định được một số vùng có biểu hiện sericit tại khu vực Bắc Trung bộ. Mặc dù vậy, chưa có những nghiên cứu chi tiết về đặc điểm quặng hóa sericit của khu vực này. 12 e) Đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế biến khoáng sản sericit và ứng dụng trong lĩnh vực sơn, polyme và hóa mỹ phẩm” [2] do Nguyễn Văn Hạnh và nnk thực hiện đã lần đầu tiên đề cập đến khả năng sử dụng sericit tại Việt Nam cho các lĩnh vực khác nhau.
Mặc dù vậy, đề tài mới dừng lại ở những đánh giá qua kết quả thí nghiệm công nghệ trong phòng. f) 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” [10] do Nguyễn Văn Phổ, NCS và nnk thực hiện đã có những nghiên cứu bước đầu về chất lượng và khả năng sử dụng sericit vùng Sơn Bình trong các lĩnh vực công nghiệp. Đây là cơ sở để NCS nắm vững công nghệ tuyển và chế biến sericit vùng nghiên cứu. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC Theo bản đồ địa chất - khoáng sản thuộc tờ Kỳ Anh - Hà Tĩnh [16] (Hình 1.2), cấu trúc địa chất khu vực Hương Sơn có đặc điểm như sau: 1.
Địa tầng Giới Paleozoi Hệ Ordovic, thống trên - Hệ Silur, thống dưới Hệ tầng Sông Cả (O3 - S1sc) Hệ tầng Sông Cả phân bố ở phía tây nam khu vực nghiên cứu. Dựa vào thành phần thạch học, hệ tầng Sông Cả được chia làm ba phần: Phần dưới, giữa và trên. Tuy nhiên, trong diện tích khu vực nghiên cứu chỉ có phần giữa và trên. Phần giữa (O3 - S1sc2): Thành phần thạch học chủ yếu là đá phiến sét màu đen, đá phiến sét vôi phân lớp mỏng, cát kết hạt nhỏ, vôi sét màu đen, xen ít lớp ryolit porphyr bị ép phiến mạnh tạo nên cấu tạo phiến khá rõ.
Chiều dày của phần khoảng 1. Phần trên (O3 - S1sc3): Thành phần thạch học chủ yếu là đá phiến sét màu đèn, đá phiến thạch anh - sericit, xen bột kết, cát kết hạt nhỏ đến trung 13 bình, các đá cắm về phía đông bắc với góc dốc 500. Chiều dày của phần khoảng 950÷1. Tuổi của hệ tầng được xác định trên cơ sở Bút đá Monoclimacis vomerina, Pristiograptus kweichihensis tuổi Ordovic muộn - Silur sớm.
Hệ Silur, thống trên - Hệ Devon, thống dưới Hệ tầng Huổi Nhị (S2 - D1hn) Hệ tầng Huổi Nhị do Nguyễn Văn Hoành và nnk thành lập [5]. Chúng phân bố ở phía nam - tây nam khu vực nghiên cứu. Dựa vào thành phần thạch học, có thể chia thành hai phần: Phần dưới (S2 – D1hn1): thành phần thạch học của phần chủ yếu bao gồm đá phiến sericit, đá phiến thạch anh - sericit màu xám đen, bị ép, xen ít lớp bột kết, cát kết hạt nhỏ phân lớp mỏng.