ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA RUBI VÀ SAPHIR TRONG MỘT SỐ LOẠI HÌNH NGUỒN GỐC Ở VIỆT NAM

PHẠM VĂN LONG1, VIRGINIE GARNIER2, GASTON GIULIANI2,
DANIEL OHNENSTETTER2, DIETMAR SCHWARZ3

1Trung tâm Nghiên cứu - Kiểm định đá quý và vàng, 91 Đinh Tiên Hoàng, Hà Nội
2UPR 2300 CRPG/CNRS, BP 20, 54501 Vandœuvre, Pháp
3Gubelin Gemmological Laboratory, Maihofstrasse 102, 6000 Lucerne 9, Thuỵ Sĩ

Tóm tắt: Bài báo trình bày những kết quả nghiên cứu đặc điểm thành phần hoá học của rubi và saphir ở một số vùng mỏ của Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu cho thấy chúng liên quan tới các thành tạo đá hoa thường có hàm lượng Cr2O3 cao, đồng thời các tương quan giữa Cr2O3 với Fe2O3, TiO2 là tương quan nghịch, và tương quan giữa Cr2O3 với V2O5 là tương quan thuận. Saphir thành tạo liên quan với đá bazan, đặc trưng bởi hàm lượng cao của Fe2O3 và tương quan giữa Fe2O3 với TiO2 thường là tương quan thuận. Trên cơ sở đặc điểm thành phần của các nguyên tố, có thể xây dựng biểu đồ trường phân bố của rubi và saphir dựa trên tương quan của các tỷ số Cr2O3/Ga2O3 và Fe2O3/TiO2.


MỞ ĐẦU

Nghiên cứu đặc điểm thành phần hoá học của rubi và saphir có một ý nghĩa quan trọng trong việc luận giải điều kiện thành tạo và nguồn gốc của chúng. Thành phần hoá học không những quyết định đến màu sắc cũng như các tính chất vật lý và quang học của rubi và saphir, mà chúng còn phản ánh tính chất hoá lý của môi trường thành tạo và mối quan hệ của chúng với đá vây quanh.

Trong bài báo này, các tác giả phân tích một cách chi tiết và có hệ thống thành phần của rubi và saphir ở các vùng mỏ khác nhau và trong các loại hình nguồn gốc khác nhau, như sa khoáng và trong đá gốc, để từ đó làm cơ sở cho việc phân biệt các kiểu nguồn gốc khác nhau của chúng.

I. ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ CỦA RUBI VÀ SAPHIR

1. Các mỏ và điểm quặng rubi và saphir ở miền Bắc

Đại diện cho các mỏ và điểm quặng rubi và saphir ở miền Bắc là các mỏ rubi và saphir liên quan đến đá hoa vùng Lục Yên và Quỳ Châu. Các mỏ rubi và saphir vùng Yên Bái gồm các mỏ Tân Hương, Trúc Lâu, các điểm quặng Tân Đồng, Ba Bể và một số khu vực khác. Đại diện cho các mỏ và điểm quặng saphir miền Nam là các mỏ saphir liên quan với các đá bazan vùng Tây Nguyên.

Tại Lục Yên, rubi và saphir thương phẩm chủ yếu được khai thác trong các thành tạo sa khoáng liên quan tới các hố sụt karst. Các điểm rubi và saphir gốc được phát hiện trong các trầm tích biến chất cao có tuổi cổ thuộc đới Lô - Gâm tại Bãi Đá Lăn, An Phú, Minh Tiến, Nước Ngập, Khoan Thống. Trong đá gốc, rubi có dạng lăng trụ sáu phương tháp cụt, tang trống, màu đỏ sắc hồng, kích thước thay đổi từ 1,5 đến 30 mm, từ bán trong đến trong. Saphir dạng lăng trụ sáu phương, dạng thùng có màu lam loang lổ, hồng tím,... Rubi gốc trong đá hoa phân bố cùng với phlogopit, margarit, pyrit và graphit.

Vùng mỏ rubi Quỳ Châu phát triển trên cấu trúc vòm nâng Bù Khạng cũng liên quan tới các thành tạo biến chất có tuổi cổ và giàu nhôm. Tại đây, rubi được khai thác chủ yếu trong các thành tạo eluvi, đeluvi khu Đồi Tỷ, Đồi Triệu, Bản Gié,.... Rubi gốc được phát hiện trong đá hoa tại ranh giới giữa đồi Mồ Côi và đồi Tỷ. Đá hoa bao gồm chủ yếu là calcit màu xám trắng, hạt nhỏ chứa rubi, phlogopit, graphit. Tại Quỳ Châu, chủ yếu gặp rubi và saphir hồng, còn saphir lam và saphir các màu khác hiếm gặp hơn. Rubi Quỳ Châu thường có màu đỏ phớt tím với độ bão hoà màu cao và rất được ưa chuộng trên thị trường.

Tại vùng Tân Hương, rubi gốc gặp trong pegmatit, granosyenit có kích thước thay đổi khoảng 0,1-0,4 mm [4]. Rubi ở đây có màu khác nhau: đỏ hồng, đỏ tía. Saphir có màu lam loang lổ, hồng nhạt phớt lam, phớt vàng.

Tại Trúc Lâu, saphir có trong pegmatit và trong plagioclasit (Trần Ngọc Quân, 1998). Saphir dạng lăng trụ, kích thước 1,2-8,2 cm, màu lam loang lổ, hồng tươi phớt vàng, bán trong đến trong.

Tại Tân Đồng, gặp đá gốc chứa tổ hợp khoáng vật saphir, margarit, plagioclas, được coi là liên quan tới các hoạt động biến chất trao đổi.

Tại Ba Bể, gặp saphir lam nhạt và không màu trong các thân pegmatit xuyên cắt các thành tạo đá phiến hoặc đá hoa. Các tinh thể saphir ở đây thường đục và không có giá trị thương phẩm.

2. Các mỏ và điểm quặng saphir miền Nam

Các mỏ saphir liên quan đến các thành tạo bazan phát triển chủ yếu ở miền Nam Việt Nam với các cụm mỏ như Ngọc Yêu (bắc Kon Tum), Ea Hleo (Buôn Ma Thuột), Đăk Nông (Đăk Lăk), Tiên Cô, Sơn Điền, Sa Võ (Lâm Đồng), Ma Lâm, Đá Bàn (Bình Thuận). Tại các vùng trên, saphir phân bố chủ yếu trong các thành tạo sa khoáng. Saphir ở đây thường có màu xanh đen thẫm (saphir đen), xanh lục, xanh nước biển, xanh lục vàng,...ở dạng mảnh vỡ, tinh thể bị mài tròn với các kích thước khác nhau. Tại Đá Bàn, gặp các tinh thể saphir ban tinh trong đá gốc là bazan kiềm.

II. ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN HOÁ HỌC

1. Rubi và saphir ở các mỏ Lục Yên và Quỳ Châu

Kết quả phân tích thành phần hoá học của rubi và saphir liên quan với các thành tạo đá hoa trên hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu giúp phát hiện được một tổ hợp nguyên tố phụ rất phong phú, bao gồm chrom, sắt, silic, titan, vanađi, mangan, magnesi, calci, gali, germani, scanđi và kẽm. Trên cả hai vùng mỏ thì các oxit tạo màu chính và có hàm lượng trội hơn cả là Cr2O3, Fe2O3 và TiO2.

Ở Lục Yên, hàm lượng Cr2O3 dao động trong khoảng 0-2,080%, trung bình: 0,227%; Fe2O3 dao động trong khoảng 0-0,420%, trung bình: 0,083%; TiO2 trong khoảng 0-0,230%, trung bình: 0,050%. Các oxit khác ít phổ biến hơn và thường có hàm lượng thấp hơn, như CaO trung bình: 0,043%; MgO trung bình: 0,021%; V2O5 trung bình: 0,011%;...

Trong rubi và saphir ở Quỳ Châu, hàm lượng các oxit cũng có những sự khác biệt. Hàm lượng Cr2O3 dao động trong khoảng 0-2,566%, trung bình: 0,295%; hàm lượng Fe2O3 khoảng 0-2,08%, trung bình: 0,086%; hàm lượng TiO2 khoảng 0-0,230%, trung bình: 0,045%; CaO trung bình: 0,075%; MgO trung bình: 0,026%; V2O5 trung bình: 0,013%,...

Rubi gốc trong đá hoa vùng mỏ Lục Yên được đặc trưng bởi hàm lượng Cr2O3 và MgO cao (tương ứng là 0,660% và 1,970%) (Bảng 1); các hàm lượng Fe2O3 và TiO2 thấp (tương ứng là 0,040% và 0,050%). Hàm lượng cao của MgO chứng tỏ mối liên quan chặt chẽ với các đá hoa đolomit trong khu vực. Trên biểu đồ trường phân bố (Hình 5), rubi gốc trong đá hoa phân bố ở một vùng riêng biệt với tỷ số Cr2O3/Ga2O3 cao, đồng thời trường phân bố của rubi trong đá gốc và trong sa khoáng phân bố cạnh nhau, điều đó có thể lý giải nguồn cung cấp chủ yếu rubi cho sa khoáng là các thành tạo gốc trong đá hoa.

Như vậy, khi xem xét đặc tính của 3 oxit tạo màu chính là Cr2O3, Fe2O3 và TiO2 ở hai vùng mỏ Lục Yên và Quỳ Châu, ta thấy Cr2O3 luôn chiếm ưu thế cả về đặc điểm phân bố và hàm lượng, tiếp đến là Fe2O3 và TiO2. Trên cả hai vùng, hàm lượng Cr2O3 cực đại nhiều khi đạt đến một vài % và hàm lượng cực đại của Cr2O3 ở Quỳ Châu cao hơn so với hàm lượng cực đại của Cr2O3 ở Lục Yên.


Hình 1. Biểu đồ tương quan giữa Cr2O3 và Fe2O3 trong rubi và saphir liên quan với đá hoa


Hình 2. Biểu đồ tương quan giữa Cr2O3 và V2O5 trong rubi và saphir liên quan với đá hoa


Khi xem xét mối tương quan của Cr2O3 với Fe2O3 trong rubi và saphir liên quan với các thành tạo đá hoa, ta thấy hàm lượng Cr2O3 thường trội hơn so với hàm lượng Fe2O3 (0,295% so với 0,086% ở Quỳ Châu và 0,227% so với 0,083% ở Lục Yên) (Bảng 1) và tương quan giữa Cr2O3 và Fe2O3 trên cả hai vùng là tương quan nghịch (Hình 1), điều đó dẫn đến kết quả là trên cả hai vùng mỏ, rubi và saphir hồng chiếm tỷ lệ cao hơn so với saphir lam và saphir các màu khác.

So với các nguyên tố khác thì hàm lượng V2O5 thường thấp hơn và chênh nhau không đáng kể ở cả hai vùng mỏ (trung bình: 0,011% ở Lục Yên và 0,013% ở Quỳ Châu). Tuy nhiên, V2O5 là nguyên tố tạo màu tím và sự có mặt của chúng cũng ảnh hưởng đáng kể đến màu sắc của rubi và saphir. Khi xem xét tương quan giữa Cr2O3 và V2O5, ta thấy chúng thể hiện mối tương quan thuận chặt chẽ (Hình 2). Như vậy, có thể thấy rằng V2O5 thường đi cùng với Cr2O3 và đã làm cho màu đỏ của rubi ở cả hai mỏ thường có ánh phớt tím.

Hàm lượng trung bình của Fe2O3 và TiO2 trong rubi và saphir Quỳ Châu và Lục Yên gần như tương đồng (0,086% ở Quỳ Châu và 0,083% ở Lục Yên đối với Fe2O3 và 0,045% ở Quỳ Châu và 0,050% ở Lục Yên đối với TiO2) (Bảng 1). Trên cả hai vùng mỏ, nếu không xét đến những mẫu có hàm lượng tăng đột biến, thì hàm lượng Fe2O3 phân bố tương đối đồng đều. Khi xem xét tương quan của Fe2O3 với TiO2 ta thấy, trên cả hai vùng mỏ, tương quan giữa Fe2O3 với TiO2 là thuận và hai nguyên tố này liên quan chặt chẽ với nhau (Hình 3).


Hình 3. Biểu đồ tương quan giữa Fe2O3 và TiO2 trong rubi và saphir liên quan với đá hoa


2. Rubi và saphir vùng Tân Hương, Trúc Lâu

Kết quả phân tích thành phần của rubi và saphir vùng Tân Hương và Trúc Lâu cho thấy, thành phần tạp chất chính là Cr2O3, Fe2O3, TiO2 và V2O5. Hàm lượng Cr2O3 khá cao, trung bình: 0,355%. Sau Cr2O3 là Fe2O3 cũng thường có mặt trong thành phần của rubi và saphir Tân Hương, Trúc Lâu với hàm lượng trung bình 0,339%. Tại mỏ Trúc Lâu, so với Cr2O3 thì hàm lượng Fe2O3 thường thấp hơn, tuy nhiên về đặc điểm phân bố thì chúng lại phổ biến hơn và có mặt trong hầu hết các mẫu nghiên cứu. Sự phổ biến của Fe2O3 trong thành phần corinđon Trúc Lâu giải thích sự chiếm ưu thế của saphir so với rubi. Tiếp theo Fe2O3, TiO2 cũng thường có mặt trong rubi và saphir Tân Hương, Trúc Lâu với hàm lượng trung bình là 0,178% (Bảng 1).

Rubi và saphir trong các thành tạo gốc vùng Tân Hương và Trúc Lâu có thành phần khá khác biệt so với rubi và saphir trong sa khoáng (Bảng 1). Tuy nhiên, trên biểu đồ phân bố thì chúng lại phân bố trùng nhau (Hình 5, 6). Từ đó, có thể đi đến nhận định là rubi và saphir trong sa khoáng có chung kiểu nguồn gốc với các thành tạo gốc kế cận.

Trên biểu đồ trường phân bố, saphir gốc các vùng Ba Bể, Trúc Lâu và Km 15 lại phân bố trùng nhau và chúng nằm trùng với trường phân bố của rubi và saphir trong các thành tạo gốc là gneis và amphibolit, với tỷ số Cr2O3/Ga2O3 nhỏ hơn 1 và tỷ số Fe2O3/TiO2 lớn hơn 100. Saphir trong đá biến chất vùng Tân Đồng phân bố ở một vùng riêng biệt với hai tỷ số trên đều rất thấp (Hình 5).


Bảng 1. Hàm lượng trung bình của rubi và saphir trong sa khoáng và đá gốc
ở một số mỏ và điểm quặng khác nhau

SA KHOÁNG

Oxit

Miền Bắc Việt Nam

Miền Nam Việt Nam

Quỳ Châu

Quỳ Hợp

Lục Yên

Tân Hương

Trúc Lâu

Đăk Nông

Bình Thuận

Rubi

Saphir lam

Rubi

Rubi

Saphir

Saphir lam

Saphir lục

Saphir đen

TiO2

0,045

0,348

0,050

0,178

0,243

0,035

0,022

0,048

Al2O3

99,460

99,445

99,330

99,490

99,450

100,433

100,697

98,14

Cr2O3

0,295

-

0,227

0,355

0,356

0,001

0,010

-

Fe2O3

0,086

0,933

0,083

0,086

0,256

1,338

0,754

2,040

V2O3

0,013

-

0,011

-

0,049

0,001

0,001

-

Ga2O3

0,007

0,008

0,009

-

-

0,028

0,024

0,028

CaO

0,075

-

0,043

-

-

-

-

-

MgO

0,026

-

0,021

-

-

0,004

0,003

0,006

Tổng

100,007

100,734

99,774

100,109

100,354

101,84

101,511

100,262

ĐÁ GỐC

 

Oxit

Lục Yên
Yên Bái
Ba Bể

Đá hoa

Lục Yên

Đá biến chất Tân Đồng

Amphibolit Tân Hương

Pegmatit

Trúc Lâu

Pegmatit

Ba Bể

Rubi

Saphir lam

Saphir lam

Saphir lam

Saphir lam

TiO2

0,050

0,190

-

0,010

-

Al2O3

97,330

99,310

99,040

99,190

99,900

Cr2O3

0,660

-

0,010

-

-

Fe2O3

0,040

0,670

0,940

1,310

0,440

V2O3

0,040

-

-

-

-

Ga2O3

0,010

0,030

0,010

0,020

0,020

MgO

1,970

0,010

-

-

-

ZnO

0,020

-

-

-

-

Tổng

100,120

100,210

100,010

100,530

100,360

3. Saphir liên quan với đá bazan

Saphir liên quan với các thành tạo đá bazan miền Nam được phát hiện và khai thác trong sa khoáng ở các vùng Di Linh (Lâm Đồng), Đăk Nông (Đăk Lăk), Ma Lâm, Đá Bàn (Bình Thuận)... Về đặc điểm, saphir ở đây với các tinh thể có kích thước khác nhau, từ 0,4 đến 4 cm chiều dài, 0,2-1 cm đường kính. Hầu hết chúng đều có màu lam, lam phớt lục sẫm, rất sẫm, nhiều khi đen (saphir đen). Saphir vàng cũng gặp, nhưng rất hiếm. Các tinh thể thường bán trong đến đục, tỷ lệ các tinh thể trong suốt để mài hàng trang sức rất thấp.

Hình 4. Biểu đồ tương quan giữa Fe2O3 và TiO2 trong saphir liên quan với đá bazan

Hình 5. Đặc tính phân bố của rubi và saphir
trong đá gốc theo tỷ lệ Cr2O3/Ga2O3 và Fe2O3/TiO2


Kết quả phân tích các mẫu saphir miền Nam có màu sắc khác nhau giúp phát hiện các nguyên tố sắt, silic, titan, gali và vanađi, trong đó Fe2O3 hoàn toàn chiếm ưu thế và có hàm lượng trội hơn cả, với hàm lượng trung bình khoảng 1,338%. Saphir có màu lam đậm gần như sẫm ở vùng Bình Thuận thường có hàm lượng Fe2O3 rất cao, trung bình: 2,040% (Bảng 1). Cùng với Fe2O3, TiO2 cũng thường xuyên có mặt, nhưng hàm lượng thường thấp hơn, hàm lượng trung bình của TiO2 khoảng 0,035%. Khi xem xét mối tương quan giữa Fe2O3 và TiO2 trong saphir miền Nam, ta thấy chúng có mối tương quan thuận khá chặt chẽ (Hình 4). Sự kết hợp của Fe2O3 và TiO2 trong corinđon là nguyên nhân tạo màu lam của saphir nói chung và của saphir miền Nam nói riêng. Ở đây, chính sự chiếm ưu thế của Fe2O3 trong thành phần và với hàm lượng tương đối cao đã chứng tỏ sự chiếm ưu thế của saphir với màu thường gặp từ lam đến lam sẫm. Bên cạnh các oxit chính ở trên thì trong saphir miền Nam còn gặp các nguyên tố ở dải hàm lượng thấp hơn như U, Th, Ta, Sc, Zc [3].

 Hình 6. Đặc tính phân bố của rubi và saphir trong sa khoáng
theo tỷ lệ Cr2O3/Ga2O3 và Fe2O3/TiO2

Trên biểu đồ trường phân bố thì saphir liên quan với bazan phân bố ở một khu vực riêng biệt so với rubi và saphir thuộc các kiểu nguồn gốc khác. Saphir miền Nam thường có tỷ số Fe2O3/TiO2 cao và tỷ số Cr2O3/Ga2O3 thấp (Hình 6).

BÀN LUẬN VÀ KẾT LUẬN

- Khi đối sánh thành phần của rubi và saphir ở một số vùng khác nhau, ta thấy rubi và saphir Lục Yên và Quỳ Châu thường có hàm lượng Cr2O3 trội hơn cả. Saphir liên quan tới bazan miền Nam Việt Nam với sự chiếm ưu thế của Fe2O3 thường có màu lam đến lam sẫm, lục hoặc lam phớt lục, đôi khi ta cũng gặp saphir có màu vàng phớt lục. Trên biểu đồ tỷ lệ, rubi và saphir hồng Lục Yên và Quỳ Châu trong sa khoáng phân bố trong một vùng riêng biệt, trùng với vùng phân bố của rubi trong đá gốc là đá hoa. Từ đó có thể khẳng định các thành tạo trong đá hoa là nguồn cung cấp rubi chính cho sa khoáng liền kề. Saphir miền Nam Việt Nam phân bố trong một khoảng riêng biệt với tỷ số Fe2O3/TiO2 cao cho thấy sự chiếm ưu thế của hàm lượng Fe2O3. Một số mẫu saphir vùng Nghệ An (Quỳ Hợp) cũng có màu lam sẫm hoặc lam lục sẫm với hàm lượng Fe2O3 rất cao và nằm trùng với vùng phân bố của saphir miền Nam. Có lẽ nguồn gốc của chúng khác xa so với kiểu nguồn gốc của rubi và saphir vùng Quỳ Châu; vấn đề này cần được tiếp tục nghiên cứu.

- Dựa trên đồ thị tương quan giữa các tỷ số Cr2O3/Ga2O3 và Fe2O3/TiO2 cũng giúp ta phân biệt rubi và saphir trong các thành tạo gốc khác nhau (Hình 5). Trên đồ thị tương quan, ta thấy sự tách biệt rõ ràng giữa chúng trong các thành tạo đá hoa và trong các thành tạo gneis, amphibolit và pegmatit. Ngoại trừ trường hợp của saphir hồng ở điểm quặng Khe Nhàn nằm trùng với vùng phân bố của rubi và saphir trong đá hoa, và phải chăng quá trình thành tạo saphir hồng Khe Nhàn cũng liên quan mật thiết với các thành tạo đá hoa? Điều này cần phải được nghiên cứu tiếp tục để làm rõ.

- Một số loại saphir không màu và saphir dạng “trapich” vùng Yên Bái phân bố gần trùng với trường phân bố của các thành tạo đá hoa với tỷ lệ Cr2O3/Ga2O3 thấp và tỷ lệ Fe2O3/TiO2 gần bằng 1. Saphir ở đây không quan sát được trong đá gốc, nhưng chúng cũng không có nguồn gốc từ gneis, amphibolit hoặc pegmatit. Nguồn gốc của chúng còn là một vấn đề bỏ ngỏ và cần đầu tư để nghiên cứu tiếp tục. Cũng trên đồ thị tương quan, saphir màu hồng và màu tím vùng Trấn Yên phân bố trùng với trường phân bố của rubi và saphir trong đá hoa, điều đó gián tiếp cho thấy có lẽ chúng cũng liên quan tới các thành tạo đá hoa ở đâu đó trong vùng.

VĂN LIỆU

1. Hoàng Sao, Nguyễn Ngọc Khôi, Ngụy Tuyết Nhung, 2003. Đá quý rubi và saphir Việt Nam và phương pháp xác định, Thông tin Khoa học Kỹ thuật Địa chất, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Hà Nội.

2. Ngụy Tuyết Nhung, 1998. Rubi và saphir và các đá bán quý vùng mỏ Yên Bái. TC Địa chất, A/245 : 62-68, Hà Nội.

3. Nguyễn Hoàng, Flower M., Phạm Tích Xuân, 1996. Thạch luận bazan Kainozoi muộn Việt Nam. Công trình kỷ niệm 20 năm thành lập Viện Địa chất, 1 : 142-155. Viện Địa chất, Hà Nội.

4. Nguyễn Kinh Quốc, Phạm Trung Lượng, Nguyễn Đại Trung, Hồ Hữu Hiếu, 1995. Tiềm năng đá quý Việt Nam. Địa chất, khoáng sản, dầu khí VN, 2 : 143-152. Hà Nội.

5. Phạm Văn Long, 2003. Nghiên cứu đặc điểm tinh thể khoáng vật học và ngọc học của rubi, saphir ở hai vùng mỏ Lục Yên (Yên Bái) và Quỳ Châu (Nghệ An). Luận án Tiến sĩ Địa chất. Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.

6. Pham Van Long, Hoang Quang Vinh, Virginie Garnier, Gaston Giuliani, Daniel Ohnenstetter, 2004. Marble-hosted ruby from Vietnam. The Canadian Gemmologist, 25/3 : 83-95.