ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ VÀ ĐIỀU KIỆN TÍCH TỤ CÁC THÀNH TẠO SÉT
BENTONIT VÀ ĐIATOMIT VÙNG CHEO REO, PHÚ TÚC VÀ CAO NGUYÊN VÂN HOÀ
PHAN ĐÔNG
PHA, LÊ THỊ NGHINH, KIỀU QUÝ
Viện Địa chất, Viện KH&CN VN, 84, Phố Chùa Láng, Đống
Đa, Hà Nội.
Tóm tắt:
Sét bentonit phân bố liên quan với trầm tích tướng hồ, tập 3 hệ tầng Sông Ba
(E3 sb), thành tạo trầm tích - phun trào tướng hồ, cảnh quan
núi lửa tập 2 hệ tầng Kon Tum (N1 kt) và một số thành tạo trầm
tích Đệ tứ (Q) tướng hồ trên bãi bồi, hồ móng ngựa, tướng hỗn hợp
sông-biển nằm kề cận các thân khoáng bentonit tuổi Neogen. Sét điatomit liên
quan chặt chẽ với tập 2 hệ tầng Kon Tum kể trên và có thể liên quan với tập 3
của hệ tầng Sông Ba.
Bentonit vùng Cheo Reo, Phú Túc và cao
nguyên Vân Hoà được thành tạo theo các phương thức:
lắng đọng từ dung dịch keo, biến đổi thứ sinh và biến đổi nhiệt dịch tại chỗ các
khoáng vật alumosilicat trong môi trường kiềm tính. Nguồn vật liệu bentonit liên
quan chặt chẽ với các thành tạo phun trào trung tính - axit hệ tầng Đơn Dương, granit kiềm phức hệ Vân Canh và phun trào bazan Kainozoi.
Điatomit được thành tạo ở phần trung tâm hồ nước ngọt miền duyên hải cảnh quan
núi lửa. Nguồn dinh dưỡng và khoáng chất cung cấp cho sự phát triển tảo
Diatomeae và thành tạo điatomit do các hoạt động núi lửa phun trào đồng sinh
cung cấp.
Trong phạm vi vùng Cheo Reo, Phú Túc và cao nguyên Vân Hoà đã phát hiện 26 tụ khoáng, điểm quặng bentonit và 10 tụ khoáng, điểm quặng điatomit. Việc nghiên cứu chi tiết các đặc điểm thành phần vật chất, quy luật phân bố và điều kiện tích tụ của các thành tạo sét bentonit và điatomit không chỉ cho phép xác định các kiểu nguồn gốc mỏ, chất lượng nguyên liệu và khả năng sử dụng của các loại hình khoáng sản này, mà còn góp phần làm sáng tỏ điều kiện cổ địa lý và lịch sử phát triển địa chất vùng.
II. ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ
1. Đặc điểm địa tầng
Sét bentonit và điatomit phân bố trong các trũng Kainozoi dọc theo đới đứt gãy Sông Ba thuộc phạm vi các trũng Cheo Reo (Ayun Pa, Ia Pa, Gia Lai), Phú Túc (Krông Pa, Gia Lai và một phần nhỏ thuộc các huyện Sơn Hoà, Sông Hinh, Phú Yên) và cao nguyên Vân Hoà (Phú Yên). Hầu hết các tụ khoáng, điểm quặng sét bentonit trong vùng liên quan chặt chẽ với các thành tạo trầm tích hệ tầng Sông Ba (E3 sb), trầm tích - phun trào hệ tầng Kon Tum (N1 kt) và một số thành tạo trầm tích Đệ tứ bở rời. Sét điatomit chủ yếu liên quan đến các thành tạo trầm tích - phun trào hệ tầng Kon Tum.
Hệ tầng Sông Ba lộ ra ở rìa phía bắc và đông nam trũng Cheo Reo, rìa tây nam và đông bắc trũng Phú Túc, một dải nhỏ ở Sơn Hoà, còn lại nằm chìm dưới lớp phủ trầm tích Đệ tứ và bazan. Phần trung tâm các trũng bị trầm tích Đệ tứ phủ dày tới 32-40 m. Mặt cắt hệ tầng gồm 3 tập, từ dưới lên như sau:
- Tập 1: Xen kẽ dạng nhịp giữa cát sạn kết chứa cuội và cát kết có chứa các thấu kính sét bột màu xám trắng, xám xanh xen ít xám nâu ở các mặt cắt ven rìa, chuyển sang cát kết chứa các ổ và thấu kính cát thô xen kẽ với sét-bột, sét kết màu xám xanh và các lớp than nâu ở trung tâm vùng trũng. Với các tập hợp bào tử phấn hoa thu thập ở phần thấp nhất trong mặt cắt trũng Phú Túc, Nguyễn Địch Dỹ (1987) đã xác định được các yếu tố Miocen trung của tập này [5]. Bề dày tập từ vài chục tới 150 m. Tập 1 phủ bất chỉnh hợp lên các thành tạo có tuổi cổ hơn.
- Tập 2: Cát sạn kết chứa các thấu kính cuội kết, cát kết, cát bột kết, sét kết xen kẽ các lớp than nâu phân bố dạng nhịp. Đá có màu xám trắng chuyển lên xám xanh, xám vàng và loang lổ vàng nâu ở cuối một số nhịp. Càng lên trên thành phần mịn trong nhịp càng dày, nhiều nơi chứa các lớp sét than và các thấu kính than nâu. Bề dày dao động từ 50 đến 250 m.
Các di tích thực vật đặc trưng trong hai tập trầm tích trên gồm: Ficus beauveriei, Dipterocarpus sp., Laurus vetusta, Persea sp., Ocotea foetens, Phragmites oeningensis, Ulmus carpinoides, v.v… Chúng tiêu biểu cho các phức hệ thực vật thuộc rừng cận nhiệt đới nóng ẩm thuộc hệ thực vật Nà Dương (E3) [8].
- Tập 3: Cát kết xen cát kết chứa vật liệu núi lửa, đôi khi chứa thưa thớt sỏi, sạn màu xám xanh chuyển lên các lớp dày bột kết, sét - bột kết chứa vật liệu núi lửa, sét kết xen các lớp có chứa carbonat mỏng màu xám xanh, đôi chỗ loang lổ nâu vàng luân phiên nhau trong mặt cắt. Đá chứa kết hạch, kết vón vôi silic. Một số nơi gặp những thấu kính sét bentonit, sét chứa Diatomeae có bề dày từ 1,2 đến vài ba mét. Bề dày của tập từ 20-30 tới 100-150 m.
Tại mặt cắt Buôn Ma Thung (trũng Phú Túc), lần đầu tiên chúng tôi phát hiện sự có mặt của tập hợp tảo Diatomeae bao gồm các loài: Aulacosira granulata, A. islandica, A. praegranulata, A. cf. jouseana… và các mảnh gai xương Bọt biển bảo tồn ở mức độ khác nhau [4,6]. Tại Lệ Bắc (trũng Phú Túc), Trịnh Dánh đã xác định được nhóm hoá thạch thực vật: Quercus advena - Ficus beauveriei: Dipterocarpus sp., Quercus advena, Ficus beauveriei, Periploca graeca và rất nhiều hoá thạch Dicotylophyllum.
Hệ tầng Kon Tum phân bố ở cao nguyên Vân Hoà, đặc trưng bởi trầm tích - phun trào tướng hồ - cảnh quan núi lửa xen kẽ các lớp bazan phun trào. Mặt cắt của hệ tầng Kon Tum được thể hiện rõ qua lỗ khoan TH4-500 và phần ven rìa cao nguyên; gồm 3 tập từ dưới lên:
- Tập 1: Cát kết tuf, dăm-sạn kết, bazan aphyr xen ít bazan porphyrit nghèo ban tinh, dạng đặc xít hoặc lỗ hổng và tuf của chúng. Phần diện lộ của tập quan sát được ở ven rìa cao nguyên (An Thọ, An Lĩnh, Phú Lương) có độ dày 40-100 m. Tại lỗ khoan TH4-500 ở Sơn Long, bề dày tập 1 lớn hơn 12 m (dưới độ sâu 188,0 m). Quan hệ của tập với các thành tạo cổ hơn chưa rõ.
- Tập 2: Sét bột kết tuf, cát sạn kết tuf, sét kết, sét bentonit, điatomit xen các lớp bazan bọt, bazan lỗ hổng và tuf của chúng; đôi khi trong mặt cắt có dăm sạn kết, cuội kết tufogen,... dạng dòng dung nham vụn núi lửa. Trong lỗ khoan TH4-500 có tới 19 lớp sét điatomit và 12 lớp sét bentonit xen kẹp có chiều dày trung bình 1-2 m. Tại vùng phía bắc và đông cao nguyên đã phát hiện ra từ 2 đến 3 thân điatomit có chiều dày lớn. Chiều dày tập trung bình khoảng 60-90 m.
Tập chứa tập hợp tảo Diatomeae nước ngọt gồm Aulacosira granulata, A. granulata var. angustissima, A. granulata var. muzzanensis, A. islandica,... đặc trưng cho môi trường đầm hồ nước ngọt và số lượng nhỏ Aulacosira undulata, Licmophora (?) đặc trưng môi trường nước ngọt vùng duyên hải và biển duyên hải tuổi Neogen [1]. Ngoài ra còn có một số lượng đáng kể (3-5%) gai xương Bọt biển mức độ bảo tồn khác nhau. Các phức hệ bào tử- phấn hoa rất phong phú cùng với các vết in mặt lá đặc trưng cho phức hệ thực vật cận nhiệt đới ôn hoà cũng cho tuổi Neogen.
- Tập 3: Bazan porphyrit, bazan aphyr dạng đặc xít hoặc lỗ rỗng màu xám đen, xám xanh. Tập 3 nằm chuyển tiếp trên trầm tích, trầm tích phun trào tập 2 và bị phun trào bazan của hệ tầng Đại Nga phủ lên trên. Bề dày tập khoảng 30-50 m.
Chiều dày chung của hệ tầng 130-160 m.
Sét bentonit phân bố liên quan với trầm tích tướng hồ tập 3 hệ tầng Sông Ba, trầm tích - phun trào tướng hồ cảnh quan núi lửa tập 2 hệ tầng Kon Tum và một số thành tạo trầm tích Đệ tứ tướng hồ trên bãi bồi, hồ móng ngựa, tướng hỗn hợp sông-biển nằm kề cận các thân khoáng bentonit tuổi Neogen. Sét điatomit liên quan chặt chẽ với các thành tạo trầm tích- phun trào tướng hồ cảnh quan núi lửa thuộc tập 2 hệ tầng Kon Tum và có thể liên quan với tập 3 của hệ tầng Sông Ba [4,6,7].
2. Đặc điểm phân bố các thành tạo sét bentonit
Đặc điểm phân bố sét bentonit
Các thành tạo bentonit chủ yếu phân bố ở các bồn trũng dọc đới địa hào Sông Ba có nguồn gốc hồ phát triển trên bãi bồi, hồ móng ngựa hoặc tướng hồ thung lũng giữa núi thuộc tập 3 của hệ tầng Sông Ba. Cấu trúc mặt cắt gồm 3-5 thân khoáng có cấu tạo phân lớp ngang mỏng - trung bình, cấu tạo nhịp; đôi khi có dạng thấu kính hoặc xen kẹp. Bề dày các thân khoáng khoảng 1-3 m; cá biệt tới 5-6 m.
Bentonit tuổi Neogen phân bố trong trầm tích tướng hồ - bãi bồi, hồ móng ngựa phân bố ở phần thấp của hệ tầng Sông Ba. Bentonit thuộc loại này có màu xám vàng, xám loang lổ, phớt tím; chất lượng kém: hàm lượng montmorilonit thấp (40- 60%), độ thu hồi thấp, sét có độ phân tán không cao. Diện phân bố rộng, độ dày lớn. Bentonit tuổi Neogen phân bố trong trầm tích tướng hồ thung lũng giữa núi phân bố ở phần cao của tập 3. Bentonit thuộc loại này có màu xám trắng, xám nhạt, xám xanh; chất lượng tốt: hàm lượng montmorilonit cao (55- 80%); độ thu hồi lớn, sét có độ phân tán cao. Diện phân bố hạn chế, bề dày nhỏ.
Bentonit tuổi Đệ tứ phân bố trong trầm tích tướng hồ trên bãi bồi, hồ móng ngựa, tướng hỗn hợp sông-biển nằm kề cận các thân khoáng bentonit tuổi Neogen; thường là sản phẩm tái lắng đọng từ các thân khoáng bentonit tuổi Neogen có trước bị phá huỷ và có thể cả nguồn keo sét montmorilonit mới hình thành trên vỏ phong hoá đưa vào. Bentonit thuộc loại này có màu xám, xám đen, chất lượng thấp: hàm lượng montmorilonit 40-60%, độ thu hồi rất thấp (25-30%), hàm lượng sắt cao,..
Đặc điểm phân bố bentonit trầm
tích - phun trào
Bentonit trầm tích - phun trào phân bố ở Vân Hoà trong các hồ cảnh quan núi lửa thuộc tập 2 hệ tầng Kon Tum. Bentonit được thành tạo trong các lớp ở đới trung tâm hồ, hoặc tạo thành các thấu kính nhỏ ở những vũng vịnh có chế độ nước yên tĩnh gần bờ. Cấu trúc mặt cắt gồm nhiều thân khoáng, cấu tạo dạng thấu kính, phân lớp ngang. Độ phân lớp thay đổi từ phân lớp trung bình, phân lớp mỏng đến vi phân lớp. Chiều dày thân khoáng thường nhỏ, từ 0,5 đến 1,5m. Tại phần trên của tập 2 các thân khoáng bentonit luân phiên xen kẽ với các lớp điatomit. Bentonit có màu vàng đất đến trắng phớt vàng, bị nứt nẻ nhiều gần như bị vỡ vụn, vết vỡ vỏ chai, trơn tay, hạt rất mịn. Bentonit có chất lượng tốt thường phân bố ở phần thấp của tập 2 và tại chân các công trình núi lửa, ở đó ngoài montmorilonit còn có hàm lượng đáng kể zeolit (có thể tới 75%). Trong không gian, bentonit có diện phân bố rất lớn.
3. Đặc điểm phân bố các thành tạo sét điatomit
Các thân khoáng sét điatomit trong vùng nghiên cứu chỉ mới bắt gặp tại cao nguyên Vân Hoà. Tuy nhiên, với sự có mặt của các tập sét chứa Diatomeae Neogen mới phát hiện dọc đới đứt gãy địa hào Sông Ba thì các vùng Cheo Reo, Phú Túc cũng trở thành có tiềm năng.
Tại cao nguyên Vân Hoà, điatomit có từ 2 đến 5 thân khoáng có giá trị công nghiệp với độ dày từ vài mét đến hàng chục mét (thân khoáng 3 Hoà Lộc dày trung bình 28,3 m; có chỗ tới 33,4 m). Các thân khoáng lộ ra trên bề mặt tạo thành viền bao quanh sườn bắc, đông và tây cao nguyên trong khoảng độ cao từ 70-200 m ở sườn phía đông (An Lĩnh, Tuy Dương, An Thọ) đến 160-320 m ở sườn bắc và tây (Hoà Lộc, Dốc Thặng). Sét điatomit thường có màu trắng, xám trắng, đôi khi xám phớt nâu. Cấu tạo phân lớp ngang từ vi phân lớp, phân lớp mỏng đến dày, đôi khi xen kẹp các lớp, thấu kính tuf và bentonit mỏng. Các thân khoáng chính đều nằm trên phần cao của tập 2. Tại phần dưới của tập, các lớp điatomit thường mỏng và chứa nhiều tạp chất, đôi khi có dạng tufođiatomit. Tại lỗ khoan TH4-500 có tới 19 lớp điatomit khác nhau trong mặt cắt tập 2. Theo không gian, độ dày và chất lượng các thân khoáng điatomit giảm dần về phía nam.
III. ĐIỀU KIỆN TÍCH TỤ
1. Điều kiện tích tụ các thành tạo sét bentonit.
Nguồn vật liệu và các quá trình địa hoá chủ yếu
a/ Nguồn vật liệu: Nguồn vật liệu ban đầu để thành tạo các khoáng vật nhóm smectit ở các vùng Cheo Reo, Phú Túc và Vân Hoà khá đa dạng, bao gồm (Hình 1):
- Nguồn vật liệu lục nguyên, bao gồm vật liệu vụn hay vật liệu dạng keo, huyền phù là sản phẩm phong hoá các đá giàu alumosilicat từ các vùng bào mòn xung quanh như phun trào hệ tầng Đơn Dương (K đd), xâm nhập giàu kiềm phức hệ Vân Canh (gxT2 vc), bazan Kainozoi.
- Nguồn vật liệu núi lửa đồng sinh hoạt động trên vùng bồn trầm tích, trong đó đáng chú ý là tuf, tro thuỷ tinh núi lửa. Hoạt động phun trào này kéo dài gần như xuyên xuốt quá trình tích tụ trầm tích Kainozoi. Trên hình số 1 thể hiện các vật liệu núi lửa bị montmorilonit hoá dưới kinh hiển vi phân cực và kính hiển vi điện tử quét.
b/ Các quá trình địa hoá chủ yếu: Các quá trình địa hoá chủ yếu để thành tạo các khoáng vật nhóm smectit bao gồm:
- Quá trình thuỷ phân các khoáng vật nhóm felspat trong điều kiện môi
trường trung tính - kiềm hình thành montmorilonit. Đây là quá
trình đóng vai trò chủ đạo đối với các thành tạo bentonit nguồn gốc trầm tích hệ
tầng Sông Ba. Quá trình thuỷ phân tuf thuỷ tinh núi lửa thành
montmorilonit trên ryolit bán phong hoá hệ tầng Đơn Dương tại Cầu Cây Sung được
thể hiện rõ trên Ảnh 1, Hình 2.
- Quá trình biến đổi gần với biến đổi nhiệt dịch nhiệt độ thấp xảy ra giữa các vật liệu tro, tuf, thuỷ tinh núi lửa với môi trường nước có độ kiềm cao, giàu khoáng hoá có sức công phá mạnh. Đây là quá trình đóng vai trò chủ đạo đối với các thành tạo bentonit nguồn gốc trầm tích - phun trào hệ tầng Kon Tum. Các quá trình biến đổi thứ sinh chủ yếu là montmorilonit hoá vật liệu núi lửa và các khoáng vật alumosilicat hoặc đôi khi là montmorilonit hoá zeolit (Ảnh 2-4, Hình 2) [3, 10]. Quá trình này cũng có ảnh hưởng nhất định đến các thành tạo bentonit nguồn gốc trầm tích, đặc biệt tại các vùng bị bazan chảy tràn phủ trực tiếp lên trên (Chư Sê, Củng Sơn).
- Quá trình hấp thụ và trao đổi ion là hấp thụ các nguyên tố kiềm, kiềm
thổ có sẵn trong môi trường giàu kiềm và sự thay thế các ion kiềm thổ (Ca, Mg)
bằng các ion kiềm (K, Na) trong cấu trúc tinh thể của montmorilonit trong điều
kiện môi trường giàu kiềm trong thời gian lâu dài. Quá trình này đóng vai trò quyết định trong việc thành tạo sét
bentonit kiềm ở Cầu Cây Sung, Xuân Sơn
- Quá trình kết tinh, ngưng tụ keo: các keo sét montmorilonit dạng lơ
lửng hoặc huyền phù được rửa trôi từ các miền bào mòn có môi trường axit yếu đến
trung tính sẽ kết tinh, ngưng tụ lại trong môi trường có tính kiềm do thay đổi
mạnh độ pH. Đây thường là các hồ nước ngọt có độ sâu lớn, yên tĩnh (Cầu Cây
Sung, Chư Sê,..) hoặc vùng nước lợ dạng vũng vịnh nhỏ yên tĩnh (Xuân Sơn Nam).
Đôi khi chúng xảy ra ngay tại vùng ngưỡng cửa sông có độ dốc lớn, nơi thường có
sự thay đổi độ pH khá đột ngột. Quá trình tích tụ bentonit tại Xuân Sơn
Chú giải:
Qua kính hiển
vi phân cực: 1- Tuf núi lửa trong
ryolit hệ tầng Đơn Dương tại Cầu Cây Sung
(10 x 4; -); 2- Tuf núi lửa đồng sinh trong bột sét kết chứa tuf của tập 3, hệ
tầng Sông Ba tại Suối Ya Iao (10 x 4; -); 3- Thuỷ tinh núi lửa trong bazan lỗ
hổng hệ tầng Kon Tum tại Tuy Dương (10 x 10; -); 4- Thuỷ tinh núi lửa trong tuf
hệ tầng Kon Tum tại Phú Lương (10 x 4; -);
Qua kính hiển
vi điện tử quét: 5- Tinh thể montmorilonit dạng hoa tại sinh (x1000);
6- Tinh thể philipsit phát triển trên nền montmorilonit tại sinh dạng keo (x 2
000); 7- Tinh thể philipsit bị montmorilonit hoá trên bề mặt (x 5000) (Các mẫu
lấy ở Phú Lương)