PHẠM VĂN LONG¹, VIRGINIE GARNIER², GASTON GIULIANI²,
HOÀNG QUANG VINH³, PHAN TRỌNG TRỊNH³,
DANIEL OHNENSTETTER², DIETMAR SCHWARZ⁴

1 Tổng công ty Đá quý và Vàng Việt Nam, 91 Đinh Tiên Hoàng, Hà Nội;
2 UPR 2300 CRPG/CNRS, BP 20, 54501 Vandeuvre, France;
3 Viện Địa chất, Trung tâm KHTN&CNQG, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội;
4 Gubelin Gemmological Laboratory, Maihofstrasse 102, 6000 Lucerne 9, Switzerland

I. MỞ ĐẦU

Rubi vùng mỏ Quỳ Châu, được phát hiện vào đầu những năm 90 và cho đến nay hàng nghìn carat rubi chất lượng cao đã được khai thác và đi vào thị trường thế giới. Chất lượng của rubi Quỳ Châu được các nhà ngọc học đánh giá tương đương với chất lượng của rubi mỏ Mogok (Myanmar) và là loại có chất lượng cao nhất trên thế giới hiện nay.

Tuổi thành tạo của hầu hết các mỏ rubi trong khu vực được coi là liên quan đến quá trình xô đụng của mảng ấn Độ và mảng Âu-á trong Kainozoi. Tuổi thành tạo rubi vùng Yên Bái và Lục Yên được xác định gián tiếp qua tuổi đồng vị Ar-Ar của phlogopit cho thấy giai đoạn thành tạo rubi tương ứng là 33-31 Tr.n. tại Lục Yên và 25-21 Tr.n. tại Tân Hương [11]. Trong bài viết này, các tác giả trình bày những kết quả xác định tuổi thành tạo rubi vùng Quỳ Châu gián tiếp qua việc xác định tuổi Ar-Ar của khoáng vật phlogopit và biotit, đồng thời xác định điều kiện nhiệt độ thành tạo chúng qua đồng vị carbon của cặp khoáng vật calcit-graphit.

II. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT

Khu mỏ rubi, saphir Quỳ Châu thuộc vùng mỏ đá quý Nghệ An nằm tại phần rìa đông nam vòm nâng Bù Khạng, giáp giới với đứt gẫy đường 48 (Hình 1).

Vòm Bù Khạng là một phức nếp lồi trục có phương TB - ĐN. Các đá biến chất được xếp vào hệ tầng Bù Khạng lộ ra rất phổ biến, chiếm phần lớn diện tích khu mỏ bao gồm các đá phiến mica, phiến thạch anh - mica có almandin và plagioclas, các đá goneis.

Phân bố trên vòm nâng Bù Khạng, xuyên cắt các đá biến chất của hệ tầng Bù Khạng trong phạm vi khu mỏ có các đá xâm nhập từ trước đến nay được xếp vào phức hệ Đại Lộc và có tuổi Devon sớm (GaD1 đl) gồm granitogneis, granit 2 mica dạng gneis, ít hơn có diorit thạch anh và granodiorit dạng gneis; đá mạch có aplit và pegmatit chứa turmalin. Đặc trưng cho cấu tạo của đá trong khu mỏ là cấu tạo dạng dải nằm chỉnh hợp với đá biến chất của hệ tầng Bù Khạng. Cấu tạo này có thể biểu hiện dưới dạng khối granit có chứa những thể tù đá phiến kết tinh.

 Một số kết quả nghiên cứu gần đây đã xác định tuổi của các thành tạo thuộc phức nếp lồi Bù Khạng dựa trên đồng vị Ar-Ar của khoáng vật thuộc nhóm mica cho tuổi 36-33 Tr.n. (cho các đá hoa và các đá gnei thuộc vòm phía trên), tuổi 27-23 Tr.n. (với các đá hoa và các đá gneis ở phần nhân) và tuổi 22-21 Tr.n. với các cấu tạo ở phần chân của vòm về phía đông bắc của khối [2].

Các kết quả xác định tuổi tuyệt đối theo phương pháp U-Pb và Rb-Sr các khoáng vật monazit và zircon trong các đá granit thuộc phức hệ Đại Lộc cho tuổi 23,7± 1,6 Tr.n.. Tuổi Rb-Sr trên các khoáng vật felspat kali và biotit cho tuổi 19,8± 0,6 Tr.n. và 19,6± 0,5 Tr.n. [8].

Như vậy có thể thấy rằng các giá trị xác định tuổi tuyệt đối bằng các phương pháp khác nhau, trên các khoáng vật khác nhau và trong các thành tạo địa chất khác nhau đã cho một giá trị tuổi tương đối thống nhất và cho thấy các thành tạo này liên quan đến một pha hoạt động biến dạng mạnh mẽ của khu vực trong Oligocen-Miocen.

Mới đây trong quá trình khai thác tại moong cạnh đồi Mồ Côi đã phát hiện được các thành tạo corindon gốc trong đá hoa. Corindon dạng tinh thể hoàn chỉnh màu đỏ, đỏ đậm thường bán trong tới đục đi cùng với tổ hợp khoáng vật calcit + phlogopit + pargasit + graphit + pyrit. Các hạt khoáng vật phlogopit phân tán rải rác trên nền đá hoa calcit và tập trung dày đặc tại những nơi phân bố corindon. Việc phát triển của bao thể phlogopit trong corindon (Hình 2) chứng tỏ tổ hợp khoáng vật trên hình thành đồng thời và thông qua việc xác định tuổi của phlogopit sẽ gián tiếp cho ta tuổi thành tạo corindon ở đây.

III. PHƯ门NG PHÁP NGHIழN CỨU

Các mẫu nghiên cứu được thu thập tại moong khai thác giữa Đồi Tỷ và đồi Mồ Côi và trong mẫu lõi lỗ khoan trên đồi Mồ Côi (LK.07).

Mẫu QC.2 được thu thập tại moong khai thác hố Tỷ – Mồ Côi gần nơi tiếp xúc với với các đá granit biotit hạt nhỏ. Đó là các đá hoa màu xám trắng chứa tổ hợp khoáng vật corindon (rubi màu đỏ), phlogopit, ít graphit. ở phần cao của moong đã khai thác được một khối lượng lớn rubi có chất lượng cao.

Mẫu QC.6 là các đá hoa màu xám trắng hạt thô với tổ hợp khoáng vật spinel, phlogopit và graphit cạnh Đồi Sắn (đồi 191).

Hai mẫu được lấy tại lỗ khoan trên đồi Mồ Côi (LK.07). Mẫu MC.12 là mạch pegmatit biotit với chiều dày khoảng 1 m cắt ngang qua đá granit biotit hạt nhỏ. Mạch pegmatit này có kiến trúc hạt thô với thành phần khoáng vật felspat kali, plagioclas và biotit hạt thô (kích thước hạt nhiều khi tới 7,0 cm).

Mẫu MC.21 được lấy trong các mạch amphibolit và đá hoa tại ranh giới tiếp xúc với các đá granit biotit.

Để tiến hành nghiên cứu, trước tiên các khoáng vật thuộc nhóm mica, phlogopit, biotit và muscovit được tách ra từ các thành tạo gốc bao gồm đá hoa, đá phiến mica và các đá pegmatit. Các khoáng vật này được rửa bằng aceton, sau đó cho vào máy rung siêu âm để làm sạch. Trước khi đưa mẫu vào máy khối phổ để xác định tuổi đồng vị 40Ar-39Ar , mẫu được kiểm tra độ tinh khiết bằng nhiễu xạ tia X.

Việc xác định điều kiện nhiệt độ thành tạo được thực hiện bằng phương pháp đồng vị carbon của cặp khoáng vật calcit-graphit, dựa trên nguyên lý tỷ lệ đồng vị carbon của cặp khoáng vật này không thay đổi khi cân bằng của hệ đạt trạng thái nhiệt động cao nhất tức là trạng thái khi các khoáng vật này kết tinh đồng thời.

IV. KẾT QUẢ NGHIழN CỨU

Các kết quả xác định tuổi được đưa ra trong Bảng 1, và biểu đồ đẳng thời của các mẫu nghiên cứu được đưa ra trong Hình 3.

Tuổi ⁴⁰Ar-³⁹Ar của khoáng vật phlogopit cộng sinh với rubi trong đá hoa màu xám trắng thu thập được tại moong khai thác giữa đồi Tỷ và đồi Mồ Côi trong mẫu QC.2A là 21.6± 0.7 Tr.n. và tuổi tương ứng của phlogopit cộng sinh với spinel gần đồi Sắn QC.6 cho giá trị 22.1± 0.6 Tr.n.. Tuổi xác định trên khoáng vật biotit trong mạch pegmatit mẫu MC.12 và của phlogopit mẫu MC.21 (lõi khoan LK.07) cho các giá trị tương ứng là 22,5± 0.5 Tr.n. và 21,0± 0,7 Tr.n..

Kết quả tính toán đồng vị carbon (d¹³C) cặp khoáng vật calcit-graphit trên hai mẫu MC.2A và MC.6 tại Quỳ Châu được dẫn ra ở Bảng 2. Theo đó giá trị d¹³C của cả hai khoáng vật calcit và graphit dao động trong một khoảng hẹp (d¹³C của calcit từ +1,9 - >+2,0%o và d¹³C của graphit dao động trong khoảng từ -2,2 - > -1,8%o).

Các kết quả tính toán đồng vị trên cho phép xác định được điều kiện nhiệt độ thành tạo của chúng tương ứng T = 658^oC cho mẫu QC.6 và T = 666^oC cho mẫu QC.2A (Hình 4).

 Kết quả d¹³ C của calcit và graphit xác định được trên các mẫu trong khu vực đã phản ánh một điều kiện biến chất khá đồng nhất với sự tham gia tích cực của các dung dịch có nguồn gốc dưới sâu.

KẾT LUẬN

- Cũng giống như ở Lục Yên [10, 11] và một số mỏ khác trên thế giới [3, 6, 9], trong các thành tạo corindon gốc thu được tại vùng mỏ Quỳ Châu đều quan sát thấy sự phát triển của khoáng vật phlogopit bên cạnh khoáng vật spinel và corindon. Hơn nữa sự phổ biến của bao thể phlogopit rất tự hình trong corindon (Hình 2) đã chứng tỏ rằng bao thể phlogopit là bao thể đồng sinh với corindon và tổ hợp khoáng vật corindon + phlogopit xuất hiện đồng thời. Do vậy tuổi thành tạo của phlogopit cũng gián tiếp phản ánh tuổi thành tạo của spinel và corindon (rubi) trong khu vực. Các giá trị tuổi tuyệt đối xác định được trên khoáng vật phlogopit trên hai tổ hợp khoáng vật cộng sinh với spinel và corindon cho thấy hai khoáng vật này được thành tạo trong cùng một giai đoạn từ 22,1 - 21,6 Tr.n.. Trong khoảng thời gian đó thì spinel được thành tạo sớm hơn so với corindon. Nhiệt độ của môi trường thay đổi rất chậm chạp và có xu hướng tăng lên chút ít (từ 658 đến 666^oC) trong thời gian spinel và corindon kết tinh.

- Tuổi ⁴⁰Ar-³⁹Ar trên khoáng vật phlogopit cộng sinh với corindon (rubi) trong các đá hoa cũng gần như tương đồng với các giá trị tuổi được xác định trên các khoáng vật biotit trong pha đá mạch pegmatit (22,5± 0,5 Tr.n.) và trên khoáng vật phlogopit trong đá mafic chứa phlogopit (21,0± 0,7 Tr.n.) và tương ứng với giai đoạn thành tạo của corindon. Các giá trị này hoàn toàn phù hợp với các công bố về tuổi trước đây trên khu vực với các giá trị tuổi nằm trong khoảng từ 21,4± 0,4 – 22,5± 0,4 Tr.n. [2].

Bài báo được hoàn thành với sự giúp đỡ của Viện Nghiên cứu hải ngoại Pháp (CRPG/CNRS), tác giả xin cám ơn sự tài trợ và tạo điều kiện làm việc tại Trung tâm Thạch học và địa hóa Nancy (CRPG).

VીN LIỆU

1. Garnier V., G. Giuliani, H. Maluski, D. Ohnenstetter, Trinh Phan Trong, Vinh Hoang Quang, Long Pham Van, Tich Vu Van, D. Schwarz, 2002. Ar-Ar ages in phlogopite from marble-hosted rubi deposits in northern Vietnam: evidence for Cenozoic rubi formation. Chemical Geology, 188: 33-49.

2. Jolivet L., H. Maluski, O. Beyssac, B. Goffe', Cl. Lepvrier, Phan Truong Thi, Nguyen Van Vuong, 1999. Oligocene-Miocene Bu Khang extensional gneiss dome in Vietnam: Geodynamic implications. Geology, 27/1: 67-70.

3. Kammerling R. C., et al., 1994. Myanmar and its gem - an update. J. of Gemology, 24/1.

4. Kammerling R. C., Keller A. S., Scarrat K. V., Repetto S., 1994. Update on mining rubies and fancy sapphires in Northern Vietnam. Gems & Gemology, 30/2:104-114.

5. Kane R.E., et al., 1991. Ruby and fancy sapphire from Vietnam. Gems & Gemology, 27/3: 136-155.

6. Kane R. E., et al., 1992. Status of ruby and sapphire mining in the Mogok stone tract. Gems & Gemology.

7. Kane R. E., et al., 1994. Update on mining rubies and fancy sapphire in Northern Vietnam. Gems & Gemology, Summer, 1994.

8. Nagy E. A., U. Sharer, Nguyen Trung Minh, 2000. Oligo-Miocene granitic magmatism in Central Vietnam and applications for continental deformation in Indochina. Terra Nova, 12 : 67-76.

9. Okrusch M., et al., 1976. Paragenesis and Petrogenesis of a Corundum-Bearing Marble at Hunza (Kashmir). Mineralium Deposita, 11: 278-297. Springer-Verlag.

10. Phạm Văn Long, 1999. Đặc điểm bao thể rubi, saphir Lục Yên. TC Địa chất, A/252: 21-28. Hà Nội.

11. Phan Trọng Trịnh, Hoàng Quang Vinh, Garnier V., Giuliani G., Maluski H., Phạm Văn Long, 2001. Các giai đoạn thành tạo rubi dọc đới đứt gãy sông Hồng và lân cận. TC Địa chất, A/267: 98-105. Hà Nội.