Luận án tiến sĩ địa chất học đặc điểm kiến tạo khu vực hoà an cao bằng và mối liên quan với khoáng hoá niken đồng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu đặc điểm kiến tạo khu vực Hòa An, Cao Bằng và mối liên quan với khoáng hóa niken, đồng, cung cấp thông tin quan trọng cho ngành địa chất.

• Tác giả: Vũ Mạnh Hào
• Người hướng dẫn: Ngô Xuân Thành
• Trường học: Trường Đại học Mỏ-Địa chất
• Chuyên ngành: Địa chất học
• Đề tài: Đặc điểm kiến tạo khu vực Hòa An, Cao Bằng và mối liên quan với khoáng hóa Niken - Đồng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
• 0.4. Nhiệm vụ của luận án
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án
• 0.6. Các luận điểm bảo vệ
• 0.7. Các điểm mới trong luận án
• 0.8. Kết cấu của luận án
• 0.9. Cơ sở tài liệu của luận án
• 0.10. Nơi thực hiện đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Khái quát về vị trí và đặc điểm vùng nghiên cứu
• 1.2. Lịch sử nghiên cứu địa chất
• 1.2.1. Giai đoạn trước năm 1954
• 1.2.2. Giai đoạn sau năm 1954
• 1.3. Vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc kiến tạo khu vực
• 1.4. Khái quát đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu và lân cận
• 1.5. Một số tồn tại trước đây
• 1.5.1. Về địa tầng
• 1.5.2. Về cấu trúc kiến tạo
• 1.5.3. Về khoáng hoá niken - đồng trong siêu mafic
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Kiến tạo khu vực. Biến dạng và quan hệ biến dạng
• 2.2. Khái quát về các mỏ sulfua niken - đồng magma dung ly
• 2.3. Các mỏ khoáng sulfua niken - đồng magma dung ly
• 2.4. Bối cảnh kiến tạo và sinh khoáng niken - đồng
• 2.5. Mức độ bão hòa S và khả năng tập trung quặng Cu-Ni-PGE
• 2.6. Các quá trình địa chất kiểm soát thành phần hoá học magma
• 2.7. Quá trình nóng chảy nguồn manti
• 2.8. Mức độ nóng chảy nguồn manti và sự liên quan với tiềm năng Cu-Ni-PGE
• 2.9. Mối liên quan giữa hoạt động magma với các quá trình kiến tạo
• 2.10. Một số khai niệm trong luận văn
• 2.11. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 2.11.1. Cách tiếp cận
• 2.11.2. Tiếp cận hệ thống
• 2.11.3. Tiếp cận truyền thống kết hợp với hiện đại
• 2.11.4. Tiếp cận tổng hợp
• 2.12. Các phương pháp nghiên cứu
• 2.12.1. Nhóm các phương pháp địa chất
• 2.12.2. Các phương nghiên cứu trong phòng
• 3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN NIKEN - ĐỒNG KHU VỰC HOÀ AN - CAO BẰNG
• 3.1. Các thành tạo Paleozoi
• 3.2. Các thành tạo Paleozoi muộn - Mesozoi sớm
• 3.3. Các thành tạo Mesozoi. Magma xâm nhập
• 3.4. Các thành tạo xâm nhập Ordovic muộn. Phức hệ Cao Bằng
• 3.5. Các đá gabbro và gabbrodiabas. Phức hệ Núi Điệng (γT1-2nđ)
• 3.6. Điều kiện địa động lực hình thành các đá magma Paleozoi muộn - Mesozoi sớm khu vực Hòa An
• 3.7. Bối cảnh kiến tạo của các tổ hợp magma. Bối cảnh địa động lực của các thành tạo magma Paleozoi muộn -Mesozoi sớm
• 3.8. Đặc điểm quặng hoá niken - đồng sulfua
• 3.9. Thành phần khoáng vật quặng. Đặc điểm địa hoá quặng
• 3.10. Khối xâm nhập của Hà Trì. Khối xâm nhập Suối Củn. Khối xâm nhập Phan Thanh
• 3.11. Nguồn gốc quặng Ni-Cu khu vực Hòa An
• 3.12. Nóng chảy nguồn manti và khả năng tập trung quặng Cu-Ni. Khả năng sinh khoáng hoá Ni-Cu của magma siêu mafic
• 3.13. Quá trình phân dị và tập trung quặng Ni-Cu trong magma siêu mafic
• 4. ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO KHU VỰC HOÀ AN VÀ MỐI QUAN HỆ QUẶNG HOÁ NIKEN - ĐỒNG
• 4.1. Khái quát chung
• 4.2. Các tổ hợp thạch kiến tạo
• 4.2.1. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa thụ động Paleozoi sớm
• 4.2.2. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa thụ động Paleozoi giữa - muộn
• 4.2.3. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa thụ động cuối Paleozoi muộn
• 4.2.4. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa tích cực Paleozoi muộn đến Mesozoi sớm
• 4.2.5. Tổ hợp thạch kiến tạo rift nội lục Kainozoi
• 4.3. Các thành tạo bở rời hệ Đệ tứ
• 4.4. Đặc điểm biến dạng
• 4.4.1. Pha biến dạng thứ nhất (D1)
• 4.4.2. Pha biến dạng thứ hai (D2)
• 4.4.3. Pha biến dạng thứ ba (D3)
• 4.4.4. Pha biến dạng thứ tư (D4)
• 4.4.5. Pha biến dạng thứ năm (D5)
• 4.5. Lịch sử tiến hóa kiến tạo khu vực
• 4.5.1. Khung kiến tạo khu vực
• 4.5.2. Các giai đoạn tiến hóa kiến tạo
• 4.5.2.1. Giai đoạn Cambri muộn
• 4.5.2.2. Giai đoạn Ocđovic - Silur
• 4.5.2.3. Giai đoạn Paleozoi giữa
• 4.5.2.4. Giai đoạn Paleozoi muộn
• 4.5.2.5. Giai đoạn Paleozoi muộn - Mesozoi sớm
• 4.5.2.6. Giai đoạn Kainozoi
• 4.6. Vai trò của cấu trúc kiến tạo với sự hình thành quặng hoá
• 4.6.1. Vai trò của hoạt động biến dạng kiến tạo Trias sớm (D2)
• 4.6.2. Vai trò của hoạt động biến dạng kiến tạo Mesozoi giữa - Jura (D3)
• 4.6.3. Vai trò của hoạt động biến dạng kiến tạo Kainozoi (D4, D5)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đặc điểm kiến tạo Hòa An Cao Bằng

Khu vực Hòa An, Cao Bằng có những đặc điểm kiến tạo nổi bật, phản ánh sự hình thành và phát triển của các tổ hợp thạch kiến tạo qua các thời kỳ địa chất. Đặc điểm kiến tạo Hòa An được xác định qua các giai đoạn biến dạng khác nhau, từ Paleozoi đến Kainozoi. Các tổ hợp thạch kiến tạo như rìa lục địa thụ động và rift nội lục đã tạo ra môi trường thuận lợi cho sự hình thành khoáng sản. Đặc biệt, sự phân bố của các khối magma siêu mafic trong khu vực này có mối liên hệ chặt chẽ với khoáng hóa Niken và khoáng hóa Đồng. Theo nghiên cứu, các khối magma này không chỉ cung cấp nguyên liệu cho sự hình thành quặng mà còn ảnh hưởng đến cấu trúc địa chất của khu vực. Như một ví dụ, các khối xâm nhập như Hà Trì và Suối Củn đã được xác định là nơi có tiềm năng lớn cho việc khai thác khoáng sản. Những nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, sự biến dạng kiến tạo đã tạo ra các điều kiện thuận lợi cho sự hình thành và tập trung quặng Niken và Đồng.

1.1. Các tổ hợp thạch kiến tạo

Khu vực Hòa An được phân chia thành nhiều tổ hợp thạch kiến tạo khác nhau, mỗi tổ hợp mang những đặc điểm riêng biệt. Tổ hợp thạch kiến tạo rìa lục địa thụ động Paleozoi sớm và muộn đã tạo ra các điều kiện địa chất thuận lợi cho sự hình thành khoáng sản. Các tổ hợp này không chỉ phản ánh lịch sử địa chất của khu vực mà còn cho thấy mối liên hệ với khoáng hóa Niken và khoáng hóa Đồng. Sự phân bố của các khối magma siêu mafic trong khu vực này đã tạo ra các điều kiện lý tưởng cho sự hình thành quặng. Nghiên cứu cho thấy, các tổ hợp thạch kiến tạo này có vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí và tiềm năng của các mỏ khoáng sản trong khu vực.

II. Mối liên hệ với khoáng hóa Niken Đồng

Mối liên hệ giữa đặc điểm kiến tạo Hòa An và khoáng hóa Niken, Đồng là một trong những điểm nổi bật trong nghiên cứu này. Các khối magma siêu mafic trong khu vực Hòa An đã tạo ra môi trường thuận lợi cho sự hình thành và tập trung quặng Niken và Đồng. Nghiên cứu cho thấy, sự biến dạng kiến tạo đã ảnh hưởng đến quá trình hình thành khoáng sản, tạo ra các điều kiện lý tưởng cho sự tích tụ của các nguyên tố quý. Các khối xâm nhập như Hà Trì và Phan Thanh đã được xác định là những khu vực có tiềm năng lớn cho việc khai thác khoáng sản. Theo các số liệu thu thập được, hàm lượng Niken và Đồng trong các mẫu quặng tại khu vực này cho thấy sự phong phú và đa dạng, mở ra cơ hội cho việc khai thác và phát triển kinh tế địa phương.

2.1. Đặc điểm khoáng hóa Niken Đồng

Khoáng hóa Niken và Đồng tại khu vực Hòa An có những đặc điểm riêng biệt, phản ánh sự tương tác giữa các yếu tố địa chất và kiến tạo. Các mẫu quặng thu thập được cho thấy hàm lượng Niken và Đồng cao, đặc biệt là trong các khối magma siêu mafic. Sự phân bố của các khoáng vật như pentlandit và chalcopyrit trong các mẫu quặng cho thấy mối liên hệ chặt chẽ với các quá trình địa chất đã diễn ra trong khu vực. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, các điều kiện địa động lực đã tạo ra môi trường thuận lợi cho sự hình thành và phát triển của các mỏ khoáng sản này. Điều này không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn mở ra cơ hội cho việc khai thác và phát triển kinh tế bền vững trong khu vực.

III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Luận án này không chỉ đóng góp vào việc hiểu biết về đặc điểm kiến tạo Hòa An mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới về khoáng hóa Niken và khoáng hóa Đồng. Những phát hiện từ nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc tìm kiếm và khai thác khoáng sản, góp phần vào sự phát triển kinh tế địa phương. Hơn nữa, việc hiểu rõ mối liên hệ giữa kiến tạo và khoáng hóa sẽ giúp các nhà khoa học và nhà quản lý có cái nhìn tổng quan hơn về tiềm năng khoáng sản của khu vực. Điều này có thể dẫn đến việc phát triển các chiến lược khai thác bền vững, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế địa phương một cách hiệu quả.

3.1. Ứng dụng trong khai thác khoáng sản

Nghiên cứu này cung cấp những thông tin quý giá cho việc khai thác khoáng sản tại khu vực Hòa An. Các kết quả phân tích cho thấy, việc xác định các khối magma siêu mafic có thể giúp các nhà đầu tư và doanh nghiệp tìm kiếm các mỏ khoáng sản tiềm năng. Hơn nữa, việc hiểu rõ về khoáng hóa Niken và khoáng hóa Đồng sẽ giúp tối ưu hóa quy trình khai thác, giảm thiểu tác động đến môi trường. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên cho các thế hệ tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Công trình nghiên cứu tiến sĩ địa chất học của tác giả Vũ Mạnh Hào với đề tài "Đặc điểm kiến tạo khu vực Hòa An, Cao Bằng và mối liên quan với khoáng hóa niken - đồng" (Mã số: 9440201, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, 2022) đặt trong bối cảnh địa chất khu vực Đông Bắc Việt Nam đang tồn tại nhiều tranh luận học thuật sâu sắc về bình đồ cấu trúc, cơ chế địa động lực và tiềm năng tài nguyên khoáng sản chiến lược. Trong bối cảnh công nghiệp hóa toàn cầu thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ niken tăng trưởng bình quân 2,2%/năm (từ 2,4 triệu tấn năm 2019 lên 2,8 triệu tấn năm 2025) phục vụ sản xuất thép không gỉ, siêu hợp kim và pin năng lượng cho xe điện, việc đánh giá chuẩn xác tiềm năng khoáng hóa Ni-Cu-PGE liên quan đến magma siêu mafic có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật đặc biệt quan trọng.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi được xác định: Các nghiên cứu trước đây (Nguyễn Thế Cương và nnk., 1999; Nguyễn Duy Tiêu và nnk., 2004) từng nhận định các thể siêu mafic vùng Cao Bằng (Suối Củn, Phan Thanh, Hà Trì) có quy mô nhỏ, hàm lượng nghèo và ít triển vọng kinh tế do chưa giải mã được cơ chế tái phân bố quặng bởi các pha biến dạng kiến tạo đa kỳ. Đồng thời, nguồn gốc địa động lực của magma mafic - siêu mafic phức hệ Cao Bằng vẫn bị giằng co giữa mô hình chùm manti (mantle plume) Emeishan (Trần Trọng Hòa và nnk., 2004, 2008) và mô hình hút chìm - sau cung thuộc đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến (Trần Thanh Hải và nnk., 2011; Halpin et al., 2015).

Luận án đặt ra và giải quyết 03 câu hỏi nghiên cứu và hệ giả thuyết khoa học đánh số cụ thể:

1. Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Lịch sử tiến hóa kiến tạo và các pha biến dạng nội mảng - rìa mảng tại khu vực Hòa An đã diễn ra qua những thời kỳ nào từ Paleozoi sớm đến Kainozoi?
   • Giả thuyết 1 (H1): Vùng Hòa An trải qua ít nhất 05 giai đoạn kiến tạo và chịu tác động của 05 pha biến dạng (D1 đến D5), trong đó các pha D2, D3 (Mesozoi sớm) và D4, D5 (Kainozoi) giữ vai trò quyết định cấu trúc hình học hiện tại.
2. Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Bản chất thạch địa hóa, tuổi đồng vị tuyệt đối và bối cảnh địa động lực hình thành magma mafic - siêu mafic phức hệ Cao Bằng là gì?
   • Giả thuyết 2 (H2): Magma siêu mafic bắt nguồn từ manti thạch quyển bị biến đổi (metasomatized mantle) trong bối cảnh tách giãn sau cung (back-arc basin) rìa lục địa tích cực Paleozoi muộn - Mesozoi sớm, không thuộc plume Emeishan nội mảng.
3. Câu hỏi nghiên cứu 3 (RQ3): Mối quan hệ tương hỗ giữa cơ chế dung ly magma nguyên sinh và các quá trình biến dạng kiến tạo thứ sinh trong việc kiểm soát hình thái, chất lượng thân quặng Ni-Cu sulfua diễn ra như thế nào?
   • Giả thuyết 3 (H3): Quặng sulfua xâm tán hình thành do dung ly magma ở đáy lò magma bị biến dạng kiến tạo nén ép - chờm nghịch (D2, D3) đẩy trồi, tái tập trung thành các đới quặng đặc sít dọc đới trượt dập vỡ dăm kết, trước khi bị đứt gãy Kainozoi (D4, D5) dịch chuyển phân đoạn.

Khung lý thuyết của nghiên cứu tích hợp thuyết Kiến tạo mảng (Plate Tectonics), Thuyết thạch địa hóa magma cung - sau cung (Subduction & Back-arc Magmatism Framework - Pearce et al., 1984; Harris et al., 1986), Lý thuyết dung ly magma sulfua kim loại (Magmatic Sulfide Immiscibility Theory - Naldrett, 2004; Barnes et al., 1993) và Phân tích biến dạng kiến tạo cấu trúc (Structural Geology Analysis - Ramsay, 1967; Trần Thanh Hải, 2017). Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong diện tích hình chữ nhật khép góc tại huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng (tọa độ VN2000: X = 2499150 - 2516100 m; Y = 623820 - 639760 m), với cơ sở dữ liệu đồ sộ gồm 4.979 mẫu hóa học, 99 mẫu thạch học, 50 mẫu khoáng tướng, cùng hệ thống dữ liệu phân tích hiện đại từ các phòng thí nghiệm quốc tế hàng đầu (Actlabs Canada, Đại học Okayama Nhật Bản, KSBI Hàn Quốc).

Literature Review và Positioning

Lịch sử nghiên cứu địa chất và sinh khoáng tại Đông Bắc Bộ trải qua quá trình tiến hóa quan điểm sâu sắc giữa các trường phái khoa học. Trước năm 1954, các nhà địa chất Pháp (R. Bourret, E. Saurin) xếp vùng Hòa An vào mảng kiến trúc "Thượng Bắc Bộ" ổn định với pha tạo núi chính trước Nori thuộc chu kỳ Indosini. Từ sau năm 1954 đến đầu thế kỷ XXI, các công trình đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 (Phạm Đình Long và nnk., 1974) và 1:50.000 (Nguyễn Thế Cương và nnk., 1999; Vũ Quang Lân và nnk., 2011) đã xác lập các phân vị địa tầng từ Cambri (hệ tầng Thần Sa) qua Devon - Permi (hệ tầng Mia Lé, Nà Quản, Tốc Tát, Bắc Sơn, Bằng Giang) đến Trias (hệ tầng Sông Hiến), đồng thời định danh phức hệ magma Cao Bằng và phức hệ Núi Điệng.

Về bối cảnh sinh khoáng và địa động lực học, tồn tại hai luồng quan điểm đối lập gay gắt trong y văn:

• Trường phái Mantle Plume Emeishan: Các tác giả Trần Trọng Hòa và nnk. (2004, 2008), Polyakov và nnk. (2009) lập luận rằng các thành tạo mafic - siêu mafic Cao Bằng và quặng hóa Ni-Cu liên quan đại diện cho phần rìa ngoại vi của Tỉnh magma lớn Emeishan (ELIP) tuổi Permi muộn (khoảng 260 Ma), hình thành do hoạt động của chùm manti quy mô lớn xuyên thủng thạch quyển lục địa Nam Trung Hoa.
• Trường phái Rìa lục địa tích cực và Đới khâu Paleotethys: Các công trình của Trần Thanh Hải và nnk. (2006, 2011), Cai & Zhang (2009), Lepvrier và nnk. (2011) và đặc biệt là Halpin và nnk. (2015) chứng minh đới cấu trúc Cao Bằng - Sông Hiến là một phần của đới khâu kiến tạo Dian Qiong - Sông Hiến liên kết với đới khâu Ailao Shan - Sông Mã, đánh dấu sự khép lại của một nhánh bồn đại dương Paleotethys, trong đó basalt cầu gối Bằng Giang và đá siêu mafic Cao Bằng mang đặc trưng của bối cảnh sau cung (back-arc) hoặc nêm tăng trưởng (accretionary complex).

Luận án định vị chính xác khoảng trống khoa học thông qua việc giải quyết sự mâu thuẫn này bằng các dữ liệu thạch địa hóa đẳng vị đa nguyên tố (Sr-Nd-Pb) và định tuổi đồng vị U-Pb zircon độ phân giải cao MC-ICP-MS. Đồng thời, nghiên cứu tiến hành đối sánh với hai hệ thống mỏ quặng sulfua Ni-Cu magma kinh điển thế giới:

1. Mỏ Noril'sk-Talnakh (CHLB Nga): Naldrett và nnk. (1992) chứng minh quặng Ni-Cu-PGE tại Noril'sk hình thành trong bối cảnh basalt lũ nội lục (continental flood basalt), nơi magma picrit đồng hóa lưu huỳnh từ đá vây quanh chứa thạch cao/sulfat evaporit Devon để đạt bão hòa sulfua sớm.
2. Mỏ Sudbury (Ontario, Canada): Mỏ quặng sulfua Ni-Cu lớn nhất thế giới hình thành do va chạm thiên thạch (astrobleme), tạo lò magma phân tầng dị thường với quặng đặc sít tập trung tại đới tiếp xúc chân tường (footwall) và đới dăm kết offset dyke (hàm lượng Ni từ 1,5 - 3,2%, Cu từ 1,0 - 10,0%).
3. Mỏ Jinchuan (Cam Túc, Trung Quốc): Mỏ quặng Ni-Cu liên quan kênh dẫn magma (magma conduit) kiểu manti sâu, chịu tác động biến dạng kiến tạo tái cấu trúc mạnh mẽ tương tự như hiện tượng ghi nhận tại Hòa An.

Nhờ việc làm rõ vai trò của trường biến dạng nén ép chờm nghịch Mesozoi và trượt bằng Kainozoi, luận án đã định vị lại tiềm năng tài nguyên của khu vực Cao Bằng từ mức "ít triển vọng" sang diện tích có tiềm năng thương mại cao nếu áp dụng mô hình tìm kiếm cấu trúc khống chế quặng biến dạng dăm kết.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mang lại những đóng góp nền tảng cho khoa học địa chất thông qua việc mở rộng và kiểm chứng các lý thuyết thạch luận và kiến tạo hiện đại:

• Thách thức và hiệu chỉnh mô hình Plume Emeishan: Cung cấp bằng chứng địa hóa đồng vị vững chắc ($\varepsilon\text{Nd}(t)$ mang giá trị biến thiên đặc trưng, tỷ số $\text{Th/Nb}$, $\text{La/Nb}$, $\text{Ti/V}$ và $\text{Zr/Y}$) khẳng định magma siêu mafic Hòa An không phản ánh nguồn plume OIB (Ocean Island Basalt) nguyên thủy thuần nhất mà bị metasomatism bởi dung dịch từ mảng hút chìm, xác lập môi trường sinh khoáng tách giãn sau cung (back-arc extension) rìa mảng hội tụ Permi - Trias.
• Phát hiện đột phá về magma cổ Ordovic: Bằng phương pháp U-Pb zircon MC-ICP-MS, luận án phát hiện sự tồn tại của khối granodiorit tuổi 441 - 450 triệu năm (Ordovic muộn - Silur sớm) tại diện tích Hà Trì và Suối Củn. Đây là minh chứng vật chất trực tiếp xác lập dấu ấn của hoạt động tạo núi dạng Caledoni (Paleozoi sớm) tại đới Sông Hiến, mở ra nhận thức mới về móng cấu trúc Tiền Devon của Đông Bắc Bộ.
• Mô hình hóa tương tác Kiến tạo - Sinh khoáng (Tectono-metallogenic Model): Xây dựng thành công mô hình tiến hóa hai pha của thân quặng sulfua Ni-Cu: Pha 1 - Tích tụ magma dung ly nguyên sinh tạo thân quặng xâm tán phân bố ở phần đáy khối xâm nhập siêu mafic; Pha 2 - Kiến tạo biến dạng nén ép chờm nghịch D2, D3 và trượt cắt dập vỡ dăm kết tạo nên sự dịch chuyển nhiệt dịch - cơ học, tái tập trung quặng sulfua đặc sít dạng mạch và xi măng gắn kết mảnh dăm kiến tạo.

       MÔ HÌNH TIẾN HÓA KIẾN TẠO - SINH KHOÁNG KHU VỰC HÒA AN

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp đa chiều ba hệ thống lý thuyết:

1. Lý thuyết Thạch địa hóa phân dị magma (Magmatic Differentiation & Immiscibility): Đánh giá hệ số $R$ (tỷ lệ khối lượng giữa thể tích dung thể silicat tương tác với dung thể sulfua, phân bố trong khoảng $1.000 - 100.000$ theo Holwell & Keays, 2015), mức độ bão hòa lưu huỳnh ($\text{S-saturation}$), và chuẩn hóa Chondrite các nguyên tố nhóm Platin (PGE: Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd theo Barnes et al., 1993; Sun & McDonough, 1989).
2. Lý thuyết Phân tích cấu trúc biến dạng đa kỳ (Polyphase Structural Geology): Ứng dụng hệ thống nguyên tắc địa tầng - kiến tạo kinh điển (Luật xếp chồng, Luật nằm ngang ban đầu, Luật quan hệ xuyên cắt, và Nguyên lý Pumpelly) để bóc tách 05 thế hệ cấu tạo ứng với 05 pha biến dạng (D1 đến D5).
3. Lý thuyết Kiến tạo động lực Kainozoi (Cenozoic Extrusion Tectonics - Tapponnier et al., 1982): Giải mã vai trò của đới đứt gãy trượt bằng trái Cao Bằng - Tiên Yên trong việc tạo bồn trũng kéo toạc (pull-apart basin) và làm dịch chuyển phân đoạn các khối siêu mafic mang quặng.

Điều kiện biên (boundary conditions) của khung phân tích được xác lập chặt chẽ: Áp dụng trực tiếp cho các đới khâu kiến tạo cổ bị tái biến dạng mãnh liệt trong khu vực Đông Nam Á, nơi các thể magma siêu mafic có quy mô vừa và nhỏ bị biến vị cấu trúc phức tạp.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu theo đuổi triết lý khoa học Hiện thực phản biện (Critical Realism) kết hợp Thuyết thực chứng (Positivism), kết hợp chặt chẽ giữa quan sát thực địa vi mô/vĩ mô và phân tích dữ liệu phòng thí nghiệm độ chính xác siêu cao. Thiết kế nghiên cứu đa tầng (multi-level design) bao gồm:

• Cấp độ kiến tạo khu vực (Regional Tectonic Scale): Giải đoán cấu trúc mảng, đới đứt gãy sâu CB-TY và khôi phục cổ cấu hình đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến.
• Cấp độ khối xâm nhập và mỏ (Pluton & Deposit Scale): Đo vẽ chi tiết cấu trúc các khối Hà Trì, Suối Củn, Phan Thanh, Khuổi Khoang; giải đoán thiết đồ lỗ khoan sâu (như LK111.1, LK111.2, LK111.3, LK111.4, LK58.1, LK64.2, LK115.07).
• Cấp độ khoáng vật - đồng vị (Mineral & Isotope Micro-Scale): Phân tích ảnh hiển vi quang học, ảnh hiển vi điện tử quét Catốt quang (CL images) của hạt zircon, phổ tán sắc năng lượng và phân tích vi lượng đầu dò ion.

       QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ ĐỐI SOÁT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thu thập và xử lý mẫu tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế:

• Chiến lược lấy mẫu: Mẫu thạch học và địa hóa được thu thập có hệ thống trên vết lộ tự nhiên, hào thăm dò và các nõn khoan sâu đại diện cho các tướng đá từ mafic (gabbro, gabbrodiabas, basalt aphyr, basalt cầu gối), siêu mafic (plagioperidotit, peridotit, pyroxenit) đến felsic (granodiorit, granit, rhyolit) và các đới quặng tiếp xúc.
• Quy trình chuẩn bị mẫu zircon: Tách tuyển khoáng vật nặng bằng bàn rung, dung dịch tỷ trọng siêu sạch; chọn lọc zircon dưới kính hiển vi soi nổi; đúc hạt trong nhựa epoxy, mài bóng và chụp ảnh quang âm cực (Cathodoluminescence - CL) để giải mã cấu trúc phân đới sinh trưởng (magmatic oscillatory zoning) trước khi bắn chùm tia laser phân tích tuổi.
• Kiểm định độ tin cậy và Triangulation: Kết hợp chéo 4 phương pháp kiểm chứng độc lập (Methodological Triangulation): Địa chất cấu trúc thực địa + Thạch học khoáng vật + Địa hóa đồng vị phóng xạ + Mô hình hóa địa vật lý lỗ khoan. Độ tin cậy của các phép đo định tuổi U-Pb đạt mức chính xác cao với đường concordia hội tụ chuẩn xác, sai số thống kê $2\sigma$ cực nhỏ.

Data và phân tích

Hệ thống trang thiết bị và phần mềm phân tích chuyên dụng đẳng cấp quốc tế:

• Phân tích U-Pb zircon: Thực hiện bằng hệ thống quang phổ khối plasma cảm ứng ghép nối đa thu (Multi-Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry - MC-ICP-MS) tại Trung tâm Misasa, Viện Nghiên cứu Thành phần Vật chất Hành tinh, Đại học Okayama (Nhật Bản) trên các mẫu granodiorit (SC501, DC608, HT01), gabbrodiabas (CB168, CB123, HT02) và rhyolit (SC1, SC2).
• Phân tích đồng vị Sr-Nd-Pb: 15 mẫu phân tích tỷ số đồng vị $^{87}\text{Sr}/^{86}\text{Sr}$ và $^{143}\text{Nd}/^{144}\text{Nd}$ thực hiện tại Viện Khoa học Cơ bản Hàn Quốc (KSBI); 5 mẫu phân tích $^{208}\text{Pb}/^{204}\text{Pb}$, $^{206}\text{Pb}/^{204}\text{Pb}$ tại Đại học Okayama.
• Phân tích PGE và Lưu huỳnh ($\delta^{34}\text{S}$): 11 mẫu nhóm nguyên tố platin (Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd) phân tích tại Phòng thí nghiệm Activation Laboratories (Actlabs, Canada) bằng phương pháp Nickel Sulphide Fire Assay kết hợp ICP-MS. Dữ liệu tỷ số $\delta^{34}\text{S}$ được đối chiếu theo biểu đồ nguồn sulfua chuẩn của Rollinson (1995).
• Phần mềm và biểu đồ phân loại: Sử dụng phần mềm GCDkit và Minpet để xây dựng các biểu đồ Harker, TAS (Le Maitre, 1989), AFM (Irvine & Baragar, 1971), biểu đồ đa nguyên tố chuẩn hóa Chondrite và Manti nguyên thủy (Sun & McDonough, 1989), biểu đồ phân định môi trường kiến tạo Pearce et al. (1984), Bagachev (1982).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Luận án mang lại 05 phát hiện khoa học đột phá có bằng chứng định lượng chính xác:

1. Xác lập 05 giai đoạn tiến hóa kiến tạo và 05 pha biến dạng đa kỳ:

   • Pha D1 (Paleozoi sớm - Caledoni): Tạo cấu tạo phân phiến biến dạng cao $S_1$ phương ĐB-TN cắm dốc trong hệ tầng Thần Sa ($\text{E}_3ts$).
   • Pha D2 (Trias sớm - Indosini sớm): Biến dạng nén ép mạnh mẽ tạo đới phiến hóa, nếp uốn đẳng nghiêng $U_2$ mặt trục nằm ngang, đới trượt mylonit và đứt gãy chờm nghịch $F_2$ phương TB-ĐN, làm dập vỡ nội khối siêu mafic.
   • Pha D3 (Mesozoi giữa - Jura): Biến dạng nén ép kế thừa tạo đai uốn nếp - chờm nghịch $F_3$, uốn nếp $U_3$ đè bẹp các mặt trượt $S_2$, đóng vai trò đẩy trồi các khối quặng.
   • Pha D4 (Kainozoi sớm): Hoạt động trượt bằng trái của đới đứt gãy Cao Bằng - Tiên Yên, tạo các mặt trượt dẻo - dòn, đứt gãy dịch ngang và bồn trũng kéo toạc Cao Bằng.
   • Pha D5 (Kainozoi muộn): Hệ thống đứt gãy dòn, trượt bằng phải và nâng hạ khối tảng phân cắt các thể địa chất.

2. Phát hiện đá xâm nhập Granodiorit tuổi Ordovic muộn (441 - 450 Ma): Kết quả định tuổi U-Pb zircon MC-ICP-MS trên các mẫu SC501, DC608 và HT01 lần đầu tiên chứng minh sự hiện diện của magma granodiorit hạt thô bị phiến hóa có tuổi $441 \pm 3,2\text{ Ma}$ đến $450 \pm 4,1\text{ Ma}$, bác bỏ quan niệm cũ cho rằng khu vực chỉ có magma Mesozoi, khẳng định dấu ấn tạo núi Caledoni trong móng cấu trúc Sông Hiến.

3. Làm sáng tỏ bản chất magma bối cảnh sau cung (Back-arc basin): Các đá mafic - siêu mafic phức hệ Cao Bằng có đặc trưng thạch địa hóa calc-alkaline đến tholeiitic nghèo Ti, giàu Mg ($MgO$ cao trong peridotit), giàu các nguyên tố LILE (Rb, Ba, Th) và phân dị âm rõ rệt Nb-Ta trên biểu đồ chuẩn hóa manti nguyên thủy. Biểu đồ tương quan $\varepsilon\text{Nd}(t)$ với $^{87}\text{Sr}/^{86}\text{Sr}$ và các tỷ số $\text{Th/Nb}$ so với $\text{Ce/Nb}$, $\text{Ti/V}$ chứng minh magma được sinh ra từ manti thạch quyển bị làm giàu bởi chất lưu hút chìm trong bối cảnh bồn tách giãn sau cung đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến tuổi Permi muộn - Trias sớm.

4. Xác lập cơ chế hình thành và tái tập trung quặng Ni-Cu sulfua: Khoáng vật quặng chủ yếu gồm pentlandit (pld), pyrotin (pyr) và chalcopyrit (chp), đi kèm magnetit (mt). Quặng nguyên sinh tồn tại dưới dạng xâm tán (tỷ lệ sulfua 3% đến 5-7%, cục bộ 10-15%) ở đáy khối siêu mafic do quá trình dung ly magma với hệ số $R = 1.000 - 10.000$. Dữ liệu đồng vị $\delta^{34}\text{S}$ tập trung quanh giá trị $0‰$ chứng minh nguồn lưu huỳnh nguyên sinh từ manti. Dưới tác động của biến dạng D2-D3, quặng sulfua tái di chuyển cơ học và nhiệt dịch, kết tinh lấp đầy đới dập vỡ kiến tạo tạo thành các thân quặng đặc sít dạng mạch và xi măng gắn kết mảnh dăm siêu mafic (quan sát rõ tại lỗ khoan LK111.3 ở độ sâu 69,4 - 70,8 m và 132,9 m; LK111.1 ở 31,5 m; LK64.2 ở 17,5 m).

5. Trích dẫn minh chứng trực tiếp từ văn bản gốc của luận án:

   • Về ý nghĩa phát hiện: "Việc xác định các giai đoạn kiến tạo, xác lập pha biến dạng kiến tạo và xác định mối liên quan của magma siêu mafic với quá trình tạo khoáng niken - đồng là những phát hiện khoa học quan trọng, làm cơ sở luận giải về bản chất và sự phân bố các thành tạo địa chất cũng như sự phân bố khoáng hoá niken - đồng trong khu vực nghiên cứu." (Mục 5.1, tr. 3).
   • Về bản chất quặng hóa: "Các khối xâm nhập siêu mafic tại khu vực Hoà An có nguồn gốc manti giàu vật chất vỏ được hình thành trong bối cảnh sau cung, chúng có vai trò sinh khoáng niken - đồng, trong đó kiểu quặng xâm tán trong các đá siêu mafic là chủ đạo, sinh khoáng niken trội hơn đồng, PGE." (Luận điểm 2, tr. 4).
   • Về cấu trúc quặng kiểm soát kiến tạo: "Sự tồn tại của các mảnh dăm và bao thể đá gốc thành phần siêu mafic trong quặng đặc sít trong đới biến dạng chứng tỏ quặng sulfua đặc sít tập trung trong đới biến dạng cao dọc theo ranh giới giữa 2 loại đá." (Thuyết minh Ảnh 3.16, tr. xiv).

Implications đa chiều

• Ý nghĩa học thuật (Theoretical Advances): Đóng góp cơ sở thực nghiệm vững chắc cho bản đồ cấu trúc kiến tạo Đông Nam Á, củng cố mô hình liên kết đới khâu Sông Mã - Dian Qiong - Sông Hiến trong tiến hóa khép bồn Paleotethys.
• Phương pháp luận (Methodological Innovations): Xác lập quy trình tích hợp giữa phân tích biến dạng vi cấu trúc dẹp dãn khoáng vật với địa hóa đồng vị siêu tinh vi (MC-ICP-MS) trong việc tìm kiếm các mỏ quặng magma bị biến dạng che khuất.
• Thực tiễn thăm dò khoáng sản (Practical & Exploration Applications): Thay đổi căn bản chiến lược tìm kiếm quặng niken - đồng tại Cao Bằng. Thay vì chỉ khoan tìm kiếm ở tâm khối siêu mafic theo mô hình dung ly trọng lực cổ điển, công tác thăm dò cần bám sát các đới trượt dẻo - dòn ranh giới tiếp xúc kiến tạo (đới dăm kết, mylonit hóa hình thành do pha D2, D3) để bắt gặp các thân quặng đặc sít có hàm lượng làm giàu cao.

Limitations và Future Research

Luận án thừa nhận một số giới hạn khoa học khách quan do điều kiện thực tế:

1. Mật độ mẫu định tuổi đồng vị siêu sâu: Dù đã có 08 mẫu U-Pb zircon và 20 mẫu đồng vị Sr-Nd-Pb phân tích tại nước ngoài, số lượng mẫu định tuổi trực tiếp trên các khoáng vật quặng sulfua (như phương pháp Re-Os trên pentlandit/pyrotin) chưa được thực hiện để đối soát tuổi tuyệt đối của pha tạo quặng đặc sít với tuổi kết tinh magma.
2. Khống chế cấu trúc ở chiều sâu lớn: Dữ liệu địa chất chủ yếu dựa vào các lỗ khoan thăm dò nông đến trung bình (<300m) và khảo sát mặt địa hình; chưa có các tuyến địa chấn phản xạ sâu (deep seismic reflection) để mô hình hóa cấu trúc hình học 3D của đới khâu ở quy mô thạch quyển.
3. Phân tích nhiệt - áp suất biến chất: Chưa áp dụng toàn diện các mô hình địa nhiệt áp kế (geothermobarometry) tính toán định lượng chính xác áp suất ($P$) và nhiệt độ ($T$) của các pha biến dạng D1 đến D3 trong đới mylonit.

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Research Agenda):

• Hướng 1: Ứng dụng hệ thống đồng vị $\text{Re-Os}$ và $\text{Sm-Nd}$ trực tiếp trên khoáng vật sulfua để xác định chính xác tuổi tuyệt đối của quá trình phân dị dung ly và biến dạng tái tập trung quặng.
• Hướng 2: Ứng dụng mô hình hóa không gian 3D cấu trúc kiến tạo mỏ (bằng phần mềm Leapfrog Geo / Micromine) tích hợp dữ liệu từ trường hàng không độ phân giải cao và trọng lực chi tiết để định vị các thân quặng đặc sít ẩn sâu dọc đới trượt $F_2, F_3$.
• Hướng 3: Mở rộng nghiên cứu đối sánh thạch địa hóa đồng vị sang các khối siêu mafic lân cận thuộc đới Hạ Lang, Đông Khê và liên kết xuyên biên giới với các phức hệ magma tương đồng ở Quảng Tây và Vân Nam (Trung Quốc).

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật (Academic Impact): Công trình là tài liệu tham khảo chuẩn mực cao cho các nhà nghiên cứu địa chất cấu trúc, thạch luận magma và địa chất kinh tế tại Việt Nam; cung cấp bộ dữ liệu phân tích chuẩn hóa quốc tế mở ra tiềm năng trích dẫn cao trên các tạp chí quốc tế danh tiếng thuộc hệ thống ISI/Scopus (như Journal of Asian Earth Sciences, Gondwana Research, Lithos).
• Định hướng chiến lược ngành tài nguyên (Industry & Economic Transformation): Kết quả nghiên cứu trực tiếp hỗ trợ Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, các liên đoàn địa chất (Liên đoàn Địa chất Đông Bắc) và các doanh nghiệp khai khoáng tối ưu hóa mạng lưới khoan thăm dò, giảm thiểu rủi ro kinh tế trong đầu tư khai thác mỏ niken Suối Củn, Hà Trì và Phan Thanh.
• Giá trị kinh tế - xã hội chiến lược: Niken và kim loại nhóm Platin (PGE) là các khoáng sản chiến lược quốc gia phục vụ công nghiệp chế tạo vũ khí công nghệ cao, pin xe điện và chuyển dịch năng lượng xanh, góp phần bảo đảm an ninh nguyên liệu và phát triển kinh tế bền vững cho tỉnh Cao Bằng.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giảng viên ngành Khoa học Trái đất: Tiếp cận phương pháp luận nghiên cứu hiện đại kết hợp phân tích kiến tạo cấu trúc thực địa với kỹ thuật thạch địa hóa đồng vị phóng xạ tiên tiến.
• Kỹ sư địa chất thăm dò và Doanh nghiệp khai khoáng: Nắm bắt quy luật khống chế quặng của các cấu trúc dăm kết, đứt gãy chờm nghịch để khoanh định chính xác thân quặng sulfua đặc sít có giá trị thương mại cao.
• Các nhà hoạch định chính sách và Quản lý tài nguyên: Có cơ sở khoa học định lượng vững chắc để quy hoạch không gian thăm dò, cấp phép khai thác khoáng sản hợp lý và xây dựng chiến lược dự trữ khoáng sản kim loại màu - kim loại quý quốc gia.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Trả lời: Luận án đã mở rộng Lý thuyết sinh khoáng Magma dung ly của Naldrett (2004) bằng việc chứng minh trong các đới khâu kiến tạo phức tạp, các thân quặng sulfua Ni-Cu đặc sít giá trị cao không thuần túy nằm ở đáy lò magma do lắng đọng trọng lực, mà bị biến dạng kiến tạo nén ép (D2, D3) bóc tách cơ học và tái tập trung nhiệt dịch vào các đới trượt dẻo - dòn dăm kết dọc ranh giới tiếp xúc thạch học.
2. Điểm đổi mới phương pháp luận khi so sánh với các nghiên cứu trước đây? Trả lời: So với các công trình đo vẽ truyền thống (Nguyễn Thế Cương, 1999; Vũ Quang Lân, 2011) chủ yếu dựa vào mô tả khoáng tướng định tính và định tuổi K-Ar/Rb-Sr có độ phân tán lớn, luận án áp dụng quy trình phân tích U-Pb zircon MC-ICP-MS tại Đại học Okayama (Nhật Bản), kết hợp đồng vị Sr-Nd-Pb (KSBI Hàn Quốc) và trắc lượng PGE (Actlabs Canada), mang lại dữ liệu có độ tin cậy và độ phân giải cao nhất từ trước đến nay cho vùng Đông Bắc.
3. Phát hiện bất ngờ nhất có số liệu thực nghiệm chứng minh? Trả lời: Phát hiện sự tồn tại của đá magma granodiorit tuổi $441 - 450\text{ Ma}$ (Ordovic muộn) tại lỗ khoan LK115.07, SC501, DC608. Đây là bất ngờ lớn vì trước đây toàn bộ magma khu vực đều được quy nạp vào Paleozoi muộn - Mesozoi, qua đó chứng minh móng cấu trúc khu vực đã trải qua hoạt động tạo núi Caledoni trước khi hình thành đới rạn nứt sau cung Permi - Trias.
4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập nghiên cứu (Replication Protocol) không? Trả lời: Có. Luận án cung cấp tọa độ ranh giới khép góc VN2000 chi tiết (Bảng 1.1), danh mục vị trí lỗ khoan, mô tả chi tiết quy trình gia công mẫu, thông số kỹ thuật bắn chùm tia laser và đo phổ khối MC-ICP-MS, các bảng số liệu phân tích nguyên tố vết, đồng vị và đường cong concordia kiểm định sai số $2\sigma$ rõ ràng.
5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo như thế nào? Trả lời: Tập trung vào 03 mục tiêu: (1) Ứng dụng định tuổi Re-Os trên khoáng vật quặng sulfua để xác lập thời gian biểu biến dạng quặng; (2) Mô hình hóa địa chất 3D tích hợp cấu trúc - từ trọng lực sâu để thăm dò quặng ẩn sâu >500m; (3) Mở rộng liên kết địa động lực học đới khâu Sông Hiến với hệ thống đới khâu Nanpanjiang - Dian Qiong bên lãnh thổ Nam Trung Hoa.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Vũ Mạnh Hào là một công trình khoa học địa chất xuất sắc, giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác các mục tiêu nghiên cứu đặt ra thông qua 05 đóng góp nền tảng:

1. Xác lập mô hình tiến hóa kiến tạo 05 giai đoạn từ Cambri đến Kainozoi và nhận diện chính xác 05 pha biến dạng (D1 đến D5), làm sáng tỏ bức tranh kiến tạo phức tạp của khu vực Hòa An, Cao Bằng.
2. Cung cấp bằng chứng U-Pb zircon MC-ICP-MS phát hiện magma granodiorit tuổi Ordovic muộn (441 - 450 Ma), ghi nhận dấu ấn tạo núi Caledoni tại đới Sông Hiến.
3. Chứng minh magma mafic - siêu mafic phức hệ Cao Bằng hình thành trong bối cảnh tách giãn sau cung (back-arc basin) rìa lục địa tích cực Paleozoi muộn - Mesozoi sớm liên quan đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến, hiệu chỉnh mô hình Mantle Plume Emeishan.
4. Làm sáng tỏ cơ chế tạo quặng Ni-Cu hai giai đoạn: phân dị dung ly magma manti sinh quặng xâm tán nguyên sinh và biến dạng kiến tạo nén ép - chờm nghịch (D2, D3) tái phân bố tạo quặng đặc sít trong đới dăm kết.
5. Mở ra định hướng thăm dò thực tiễn mang tính đột phá, chuyển đổi trọng tâm tìm kiếm quặng Ni-Cu sang các đới tiếp xúc biến dạng kiến tạo dập vỡ, góp phần trực tiếp vào chiến lược bảo đảm an ninh tài nguyên khoáng sản kim loại công nghệ cao của đất nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về vị trí và đặc điểm vùng nghiên cứu Khu vực nghiên cứu thuộc địa phận huyện Hoà An, tỉnh Cao Bằng, cách thành phố Cao Bằng khoảng 8,0km về phía tây bắc. Khu vực nghiên cứu có hình chữ nhật và được giới hạn bởi bốn điểm có toạ độ VN2000, kinh tuyến trục 1050, múi chiếu 60 thể hiện tại bảng 1. Toạ độ những điểm khép góc khu vực Hoà An, Cao Bằng STT X(m) Y(m) 1 2516100 623820 2 2516100 639760 3 2499150 639760 4 2499150 623820 Khu vực nghiên cứu có địa hình núi thấp, sườn thoải, có độ cao tuyệt đối 200-500m, hệ thống sông suối chủ yếu chảy theo hướng đông nam, vùng có giao thông thuận lợi cho việc điều tra, nghiên cứu địa chất.

Lịch sử nghiên cứu địa chất 1. Giai đoạn trước năm 1954 Trong giai đoạn này công tác nghiên cứu địa chất chủ yếu do các nhà địa chất người Pháp thực hiện như R. Các công trình này đã mô tả về địa tầng, magma nhưng khá sơ lược. Về cấu trúc kiến tạo, các nghiên cứu này xếp vùng Hoà An thuộc "mảng” kiến trúc "Thượng Bắc Bộ" hay "Đông Nam Trung Quốc" có lịch sử phát triển lâu dài với nhiều pha và mang tính kế thừa.

Trong đó có pha tạo núi mãnh liệt trên toàn lãnh thổ xảy ra vào thời kỳ sát trước Nori và là pha uốn nếp chính ở Đông Dương. Sau cách mạng tháng tám đến năm 1954 do ảnh hưởng của chiến tranh nên công tác nghiên cứu địa chất không được tiến hành. Giai đoạn sau năm 1954 Về công tác nghiên cứu địa chất: Sau năm 1954 nhiều công trình nghiên cứu được thực hiện nhưng chủ yếu là tổng hợp, chỉnh lý, có bổ sung khảo sát các công trình do các nhà địa chất Pháp trước thực hiện trước đây như "Từ điển địa tầng Đông Dương" (Saurin E, 1956) hoặc kiến 8 tạo Miền Bắc Việt Nam (Kitovani S. Sau đây là một số công trình quan trọng trong khu vực nghiên cứu.

Công trình đầu tiên là Bản đồ địa chất Miền Bắc Việt Nam, tỷ lệ 1:500. Đây là công trình có tính khoa học và thực tiễn cao trong khu vực, công trình đã phân chia được một số thành tạo khác nhau trong đó có điệp Sông Hiến (T2-3sh) và xác lập được các thành tạo magma của phức hệ Cao Bằng. Về kiến tạo đã phân chia khu vực ra các đới tướng - cấu trúc, phân cách bởi các đứt gãy sâu. Công trình thứ hai là công trình Bản đồ địa chất tờ Chinh Si - Long Tân, tỷ lệ 1:200.000 (Phạm Đình Long và nnk, 1974), công trình đã giải quyết được một số vấn đề cơ bản như: Phân chia một số phân vị trên cơ sở phát hiện hoá thạch bọ Ba Thuỳ, xác lập điệp Tốc Tát với đặc trưng là đá vôi vân đỏ và phần cao chứa vỉa mangan và đã xác nhận loạt trầm tích liên tục từ Devon sớm tới Devon muộn.

Hệ thống hoá và xác nhận lại các điểm khoáng hoá gồm mangan, bauxit, đồng - niken. Năm 1999, Nguyễn Thế Cương và nnk đã tiến hành đo vẽ và lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ Cao Bằng - Đông Khê, báo cáo đã ghi nhận lại các khối mafic, siêu mafic chứa khoáng hoá niken - đồng, song chưa được quan tâm nghiên cứu do ít có tiềm năng. Ngoài ra, báo cáo đã xác định ranh giới các thành tạo địa chất trên cơ sở thuyết địa mảng. Năm 2005, Nguyễn Công Thuận và nnk đã tiến hành đo vẽ và lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ Trùng Khánh.

Kết quả nghiên cứu đã phân chia, mô tả khá chi tiết sáu phân vị địa tầng liên tục từ Devon sớm đến Devon muộn và magma có mặt trong nhóm tờ. Báo cáo đã chỉ ra nhưng đới cấu trúc chờm nghịch trong khu vực, bước đầu phân các pha kiến tạo và sơ lược tiến hoá kiến tạo trong vùng nghiên cứu. Năm 2011, Vũ Quang Lân và nnk đá tiến hành đo vẽ và lập bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:50.0000 nhóm tờ Hà Quảng. Báo cáo đã mô tả tương đối chi tiết các thành tạo thuộc các hệ tầng Mia Lé, Nà Quản, Tốc Tát, Bắc Sơn, Đồng Đằng, Sông Hiến và Cao Bằng, phát hiện bazan cầu gối trong hệ tầng Bằng Giang.

Đã ghi nhận và thể hiện phức hệ Cao Bằng có thành phần từ siêu mafic đến axit và các đai 9 mạch thành phần diabas không rõ tuổi, gồm các khối: Lũng Luông, Xuân Trường - Cần Yên, Bó Nình, Khau Mia, Cao Mia, Khắc Thiệu, Suối Củn và xếp chúng vào tuổi Permi muộn. Phát hiện quan hệ phủ không chỉnh hợp của đá bazan hệ tầng Bằng Giang trên đá vôi hệ tầng Bắc Sơn và phủ không chỉnh hợp của hệ tầng Sông Hiến trên hệ tầng Bằng Giang. Báo cáo tiếp tục ghi nhận khoáng hoá niken - đồng liên quan đến các thể siêu mafic trong vùng nghiên cứu ít có tiềm năng. Về công tác tìm kiếm thăm dò khoáng sản: Năm 1960, Đoàn địa chất 13 Tổng cục Địa chất cùng với các chuyên gia Liên Xô đã tiến hành tìm kiếm quặng niken từ Cao Bằng đến Thanh Hoá.

Kết quả của công tác tìm kiếm ghi nhận nhiều điểm khoáng hoá niken - đồng khu vực, trong đó hai khối suối Củn và Đông Chang (Phan Thanh) là có giá trị hơn cả. Tuy nhiên, tác giả cho rằng các khối siêu mafic có quy mô nhỏ, ít có tiềm năng và không đươc quan tâm nghiên cứu tiếp. Năm 2004, Nguyễn Duy Tiêu và nnk đã tiến hành kiểm tra chi tiết dải dị thường từ vùng Cao Bằng - Thất Khê. Tại công trình này, trên cơ sở tài liệu địa vật lý, tài liệu khoan 5 lỗ khoan kiểm tra dị thường.

Tác giả đã xác định được các hệ thống đứt gãy, phân định cấu trúc địa chất, khoanh định các khối các khối magma trong khu vực và tiếp tục khẳng định sự tồn tại của khoáng hoá niken - đồng trong vùng nghiên cứu và cho rằng ít triển vòng bởi hàm lượng niken - đồng thấp. Năm 2017, Trần Minh Quang và nnk đã tiền hành thăm dò các khối Hà Trì, Phan Thanh và một phần phía nam của khối Suối Củn. Báo cáo đã khoanh định và mô tả được các thành tạo địa chất, khoanh nối được các thân quặng niken - đồng theo kết quả phân tích hoá học. Phần phía bắc khối Suối Củn Củn đã được cấp phép khai thác từ năm 2008 và chưa có công trình khoan sâu để đánh giá.

Về công tác nghiên cứu chuyên đề: Khu vực Hoà An nằm trong đới cấu trúc Sông Hiến, Hạ Lang thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam. Đây là vùng có cấu trúc địa chất phức tạp, sự chồng lấn của các yếu tố kiến tạo và được nhiều nhà địa chất quan tâm nghiên cứu, trong đó phải kế đến các công trình nghiên cứu của các tác giả như: Trần Trọng Hoà và nnk., 2004, 2008b; 10 Polyakov và nnk., 2009; Lepvrier và nnk., 2011; Trần Thanh Hải và nnk., 2009, 2009; Nguyễn Hoàng và nnk., Qin và nnk., 2011; 2012; Trần Thanh Hải và nnk., 2011; Ngô Xuân Thành và nnk.Halpin, Trần Thanh Hải, Chun-KitLai, Sebastien Meffre, Anthony. Số liệu nghiên cứu của các công trình này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc luận giải và lập lại lịch sử tiến hoá kiến tạo của vùng, định hướng cho công tác điều tra, tìm kiếm các khoáng sản nội sinh. Vị trí vùng nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc kiến tạo khu vực Theo Đovjikov A., 1965, Trần Văn Trị và nnk., 1977, vùng nghiên cứu được xếp vào đới cấu trúc Sông Hiến và Hạ Lang, thuộc “miền chuẩn uốn nếp Đông Việt Nam”.

Trên quan điểm của kiến tạo mảng, các nghiên cứu đã đưa phần Bắc và Đông Bắc Việt Nam (trong đó có vùng nghiên cứu) là phần rìa phía nam của mảng lục địa cổ Nam Trung Hoa, trong Mesozoi sớm khu vực nghiên cứu thuộc đai tạo núi do sự va chạm của mảng này với mảng Đông Dương và Nam Trung Hoa (Hutchison C., 1989; Nguyễn Xuân Tùng và Trần Văn Trị. Theo Trần Trọng Hòa và nnk., 2008 và Trần Văn Trị và nnk., 2009, 2015, khu vực nghiên cứu được đưa vào hệ rift nội lục Permi - Mesozoi Sông Hiến nằm chồng lên đai tạo núi đa kỳ Neoproterozoi - Paleozoi sớm Đông Bắc Bộ, kéo dài tương đồng sang Vân Nam - Quảng Tây (Trung Quốc, Hình 1. Vị trí kiến tạo khu vực nghiên cứu trên sơ đồ cấu trúc khu vực (Theo Trần Văn Trị và nnk., 2015) Các nghiên cứu của Trần Thanh Hải và nnk., 2006, 2011 và Halpin và nnk., 2015 dẫn tới kết luận rằng khu vực Cao Bằng - Thất Khê là một phần của một đới khâu kiến tạo (Dian - Qiong - Sông Hiến), bao gồm cả sự tồn tại các tổ hợp mellange và ophiolit được hình thành do sự phá huỷ một bồn trũng đại dương, có thể liên quan tới 12 một nhánh của Paeotethys và sau đó là sự kiện tạo núi diễn ra trong Paleozoi muộn và Mesozoi sớm. Theo mô hình này, đới khâu Ailao Shan - Sông Mã và Dian Qiong - Sông Hiến là một thực thể thống nhất và toàn bộ khu vực phía tây nam đới khâu Dian - Qiong Sông Hiến thuộc khu vực Đông Bắc Bộ thuộc rìa lục địa tích cực và tiến hóa thành một đai tạo núi trong Paleozoi muộn - Mesozoi và là một phần của địa khối Đông Dương (Hình 1.

Nghiên cứu này cũng cho rằng vùng Sông Hiến nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng không thuôc tỉnh magma lớn Emeishan như một số nghiên cứu trước đó đề cập (Trần Trọng Hòa và nnk., 2008; Faure et al. Mô hình khôi phục cấu hình kiến tạo khu vực Đông Dương và Nam Trung Hoa trước khi có sự dịch chuyển dọc theo các đới đứt gãy lớn gồm Sông Hồng, Điện Biên Phủ và Hepu-Hetai trong Kainozoi, thể hiện quan hệ giữa đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến với đới khâu Ailao Shan - Sông Mã trong Permi muộn (Ghi chú: DBPF: Đứt gãy Điện Biên; HHF: Đứt gãy Hepu – Hetai; NB: Bồn trũng Nanpanjiang; ELIP: Tỉnh magma lớn Emeishan (Large Igneous Province, bao gồm magma Sông Đà); RRF: Đứt gãy Sông Hồng. Theo mô hình này, đới khâu Dian Qiong - Sông Hiến và Ailao Shan Sông Mã có thể là một cấu trúc duy nhất phân tách giữa mảng Đông Dương và Nam Trung Hoa, bị chia cắt như hiện tại do hoạt động dịch bằng trái của đứt gãy Sông Hồng và Điện Biên trong Kainozoi (Theo Halpin và nnk.