PHÁT HIỆN QUẶNG SẮT PHÂN BỐ SÂU Ở CAO BẰNG
BẰNG TỔ HỢP PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ

NGUYỄN TRẦN TÂN, NGUYỄN DUY TIÊU

Liên đoàn Vật lý địa chất, Thanh Xuân, Hà Nội

Tóm tắt: Hiện nay, việc điều tra, tìm kiếm quặng sắt nằm dưới sâu không có cách nào khác ngoài việc sử dụng tổ hợp các phương pháp địa vật lý. Gần đây, các nhà địa chất của Liên đoàn vật lý địa chất đã sử dụng các phương pháp; 1) đo từ theo hành trình và trên các tuyến định sẵn; 2) đo trọng lực, điện từ và đo sâu phân cực kích thích các tuyến đó; 3) đào hào và khoan kiểm tra. Tổ hợp các phương pháp này đã giúp phát hiện mộc tụ khoáng ẩn gồm chủ yếu là magnetit.

Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hoá của đất nước, sắt đóng vai trò rất quan trọng trong xây dựng, giao thông, chế tạo máy và nhiều lĩnh vực khác. Chính vì vậy, việc tìm kiếm quặng sắt để phục vụ cho nền kinh tế nước nhà trở nên cần thiết hơn bao giờ hết.

Ở Việt Nam, công tác tìm kiếm và khai thác quặng sắt đã được bắt đầu từ trước năm 1945 (do người Pháp và người Nhật tiến hành). Từ năm 1954 trở lại đây, chúng ta đã phát hiện, đánh giá được khá nhiều điểm và tụ khoáng sắt phân bố rải rác trên cả nước. Đáng kể nhất là các tụ khoáng Thạch Khê, Quý Xa, Nà Rụa, Nà Lũng, Bó Lếch, Mộ Đức... có trữ lượng từ vài triệu đến hàng chục triệu tấn.

Trước nhu cầu quặng sắt ngày càng cao [1], việc tìm kiếm, đánh giá để bổ sung trữ lượng quặng sắt trở nên khó khăn, do các mỏ phân bố nông hầu như đã được xác định bằng lộ trình tìm kiếm địa chất và các công trình khai đào nông. Vì vậy, việc tìm kiếm, phát hiện quặng sắt nằm sâu bằng tổ hợp các phương pháp địa vật lý là có hiệu quả hơn cả.

Bài báo này giới thiệu một phát hiện mới về quặng sắt phân bố sâu ở Cao Bằng bằng phương pháp đo vẽ địa vật lý.

I. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG KHẢO SÁT

Trong phạm vi vùng khảo sát, đá vôi thuộc hệ tầng Bắc Sơn có dạng khối sót chiếm khoảng 0,5 km². Đá có cấu tạo khối, kiến trúc hạt lớn, phần tiếp xúc với đá granophyr có biểu hiện skar và bị phong hoá.

Phủ bất chỉnh hợp lên đá vôi hệ tầng Bắc Sơn là bazan hệ tầng Bằng Giang, lộ ra dọc đường quốc lộ về phía đông bắc đứt gãy sâu Cao Bằng - Thất Khê. Bazan có thành phần đơn khoáng, cấu tạo khối, kiến trúc porphyr đến vi porphyr. Thành phần đá chủ yếu là nền thuỷ tinh chiếm 90%, ít hơn có ban tinh plagioclas, augit, còn khoáng vật quặng chiếm 1-2%.

Phủ bất chỉnh hợp lên hệ tầng Bằng Giang là đá phun trào axit thuộc hệ tầng Sông Hiến. Chúng lộ ra ở phía tây vùng khảo sát, tạo thành dải kéo dài từ bắc xuống nam. Thành phần chủ yếu là ryolit, ryođacit, tuf xen bột kết, đá phiến sét, trong đó ryolit, ryođacit có ban tinh chiếm 30%, gồm plagioclas, thạch anh, orthoclas, biotit; khoáng vật quặng chỉ có vài hạt, còn lại là vi tinh.

Granit thuộc phức hệ Núi Điệng phân bố bao quanh khối đá vôi hệ tầng Bắc Sơn. Đá màu xám, xám trắng, đôi chỗ bị epiđot hoá, pyroxen hoá, có mầu đỏ tím loang lổ. Thành phần chủ yếu là granit biotit, granit horblenđ, trong đó khoáng vật chủ yếu là thạch anh, plagioclas, biotit, horblenđ, orthoclas. Đá có cấu tạo khối, kiến trúc porphyr. Granit Núi Điệng tiếp xúc với đá vôi hệ tầng Bắc Sơn, tạo nên đới tiếp xúc trao đổi màu xám, xám đen, đốm đỏ do các khoáng vật magnetit, hematit, ilmenit phân tán khá đồng đều. Đây là tiền đề thuận lợi cho việc thành tạo quặng sắt skarn.

Khối xâm nhập gabro thuộc phức hệ Cao Bằng có diện phân bố không lớn, nằm dọc theo đứt gãy sâu Cao Bằng - Thất Khê. Thành phần chủ yếu là gabro, gabrođiabas. Theo kết quả phân tích lát mỏng, plagioclas, augit chiếm chủ yếu, ít hơn có thạch anh và orthoclas; khoáng vật quặng chiếm khoảng 1%. Đá có cấu tạo khối, kiến trúc hạt trung bình.

Trong vùng khảo sát có hai hệ thống đứt gãy: hệ thống ĐB-TN và á vĩ tuyến. Đứt gãy sâu Cao Bằng - Thất Khê nằm dọc theo quốc lộ số 4 (ngoài vùng khảo sát), kéo từ TB xuống ĐN. Đứt gãy cắm về TN với góc dốc khoảng 70^o, trong đó cánh phía đông của đứt gãy được nâng lên, còn cánh phía tây hạ xuống, tạo thành cấu trúc dạng địa hào. Đứt gãy này là yếu tố định hướng, cũng như khống chế các khối xâm nhập granit Núi Điệng và gabro Cao Bằng. Ngoài ra, còn có đứt gãy TB-ĐN phân bố ở phía tây vùng khảo sát, có thể coi là ranh giới phân chia hệ tầng Sông Hiến với xâm nhập granit phức hệ Núi Điệng. Đứt gãy theo phương á vĩ tuyến phân bố ở ĐN vùng khảo sát.

II. TỔ HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ ĐÃ TIẾN HÀNH

Các phương pháp địa vật lý (ĐVL) đã tiến hành gồm :

- Đo từ theo hành trình và trên các tuyến định sẵn.

- Đo trọng lực, điện từ, đo sâu phân cực kích thích trên tuyến phân tích.

Ngoài ra đã thi công một số công trình hào và khoan để kiểm tra dị thường địa vật lý.

1. Đặc điểm trường dị thường từ DTa

Trên phạm vi vùng khảo sát, tồn tại một dị thường từ DTa có dạng kéo dài khoảng 400 m theo hướng TB-ĐN, phân bố dọc theo ranh giới tiếp xúc giữa đá vôi và xâm nhập granit. Biên độ dị thường đạt khoảng 5000-7000 nT (Hình 1).

2. Tài liệu địa vật lý trên tuyến phân tích

Tuyến phân tích được bố trí xuyên qua trung tâm dị thường từ (Hình 2).

- Trường trọng lực: Đường cong dị thường trọng lực Bouguer Dg_b biến đổi khá phức tạp. Nhìn tổng thể, ở cánh nam của tuyến, dị thường tăng cao, đạt biên độ khoảng 6 mgl (so với phông chung tạm tính là -55 mgl). Trên tuyến có mặt các dị thường cục bộ với biên độ và độ rộng khác nhau: dị thường ở khoảng cọc 280S đến 180S có biên độ khoảng 1 mgl; dị thường ở khoảng cọc 100S đến 80N có biên độ đạt khoảng 1,5 mgl. Đáng chú ý là dị thường này khá phù hợp về vị trí không gian với dị thường từ trên tuyến 2; từ cọc 100N trở về cánh bắc của tuyến, dị thường trọng lực nhìn chung tăng cao, đạt trung bình khoảng 2 mgl.

- Trường chuyển: Đồ thị dị thường [e(t)] của phương pháp trường chuyển thể hiện rõ dị thường trên khoảng cọc 100S đến 50N. Dị thường này hoàn toàn phù hợp về vị trí không gian với dị thường từ trên tuyến. Dị thường được thể hiện rõ ở các “cổng” 1 đến 10, nhưng từ “cổng” 11 trong phạm vi khoảng cọc này thể hiện yếu dần. Ở cọc 75S của cuối cánh nam, đồ thị e(t) cũng có xu thế biểu hiện dị thường ở các “cổng” 6 đến 15 (thể hiện vật thể ở dưới sâu), nhưng do gặp vách đá vôi nên chưa khống chế được diện mở rộng về cánh nam của nó. Ngoài ra, tại khoảng cọc 100N cũng xuất hiện một dị thường có diện phân bố hẹp hơn.

- Đo sâu phân cực kích thích (PCKT): Tài liệu đo sâu PCKT từ cọc 100S đến 150N là vùng có dị thường từ và trọng lực, cũng như dị thường trường chuyển. Đường cong điện trở ρ_k ở đoạn tuyến này cho thấy có sự phân dị khá rõ: 4 điểm đo ở 2 cánh có dạng đường cong khác với các đường cong ρ ở vùng trung tâm. Các đường cong ρ_k ở vùng trung tâm gồm điểm 50S, điểm 0 và điểm 50N có cùng một dạng gần chung; nhìn tổng thể chúng có dạng H, thể hiện có lớp điện trở suất thấp ở dưới sâu.

Độ phân cực biểu kiến ρ_k nhìn chung là thấp, chỉ đạt đến khoảng 3-5%. Tuy nhiên, khi tính toán tham số A* (tham số “kim loại”) phản ảnh khá tốt diện phân bố quặng.

Tài liệu ĐVL đã được xử lý bằng các phương pháp sau đây:

- Mô hình (hoá) hai chiều theo tài liệu từ (phân tích dị thường đơn);

- Mô hình (hoá) hai chiều theo tài liệu trọng lực;

- Phân tích định lượng đường cong đo sâu và thành lập lát cắt địa điện .

- Xây dựng đồ thị e(t) (điện từ) và phân tích định lượng theo phần mềm TEMIX.

- Mô hình (hoá) bài toán 3 chiều theo tài liệu từ.

- Nâng trường từ lên độ cao khác nhau.

Các kết quả phân tích này đã được sử dụng để bố trí các công trình khai đào và khoan thông số.

III. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Tài liệu ĐVL trên tuyến phân tích, cũng như tài liệu từ theo diện, xác nhận sự tồn tại của vật thể có từ tính kéo dài theo hướng TB-ĐN (Hình 3). Có thể đây là một tập hợp gồm các vật thể có dạng vỉa, thấu kính, có kích thước và hình dạng khác nhau. Đối tượng có từ tính chính là đối tượng gây nên các dị thường địa vật lý và được xác định là do quặng sắt gây nên.

Trên cơ sở tài liệu ĐVL và địa chất, đã bố trí một số công trình hào và khoan thông số.

a) Các công trình khai đào:

+ Hào H1: Thân quặng sắt màu xám đen có cấu tạo khối đặc sít có thành phần chủ yếu là magnetit, một ít hematit. Chiều dày thân quặng khoảng hơn 6 m.

+ Hào H2: Thân quặng sắt màu xám đen có cấu tạo khối đặc sít có thành phần chủ yếu là magnetit, một ít hematit. Chiều dày thân quặng khoảng hơn 6 m.

Hình 3. Sơ đồ địa chất khoáng sản vùng MK, Cao Bằng

+ Hào H3: Thân quặng sắt phân bố ở trung tâm hào có chiều dày gần 5 m. Quặng nằm giữa đá granophyr bị biến đổi và đá vôi bị hoa hoá.

+ Hào H4: Quặng sắt có màu xám đen. Phần trên bị phong hoá mềm, bở.

Cho đến nay, các công trình hào nêu trên đều đào đến độ sâu 6 m nhưng vẫn chưa khống chế hết độ sâu của các thân quặng.

b) Khoan:

+ Lỗ khoan LK1 bố trí tại cọc 10N của tuyến phân tích gặp quặng ở độ sâu từ 10 đến 26 m. Quặng đã bị phong hoá bở rời hoặc thành cục có kích thước khác nhau.

+ Lỗ khoan LK1A được bố trí tại cọc 40S, khoan xiên 70^o về phía ĐB. Cột địa tầng lỗ khoan LK1A như sau:

- Từ 0 đến 8 m: Lớp phủ màu vàng, vàng xám mềm bở. Thành phần chủ yếu là sét mềm bở, ít hơn có cuội, sỏi, sạn màu xám, xanh xám, rắn chắc.

- Từ 8 đến 45,5 m : Đá hoa màu trắng, có cấu tạo khối, kiến trúc hạt lớn 1-2 cm. Tiếp đến là đá vôi bị biến đổi có màu phớt hồng, hồng nhạt. Đây có thể là đới skarn. Thành phần chủ yếu là calcit dạng tinh thể màu trắng. Đá có màu phớt hồng, có thể do khoáng vật chứa sắt xâm tán đều. Ngoài ra có xâm tán ít sulfur.

- Từ 45,5 đến 60 m và từ 64 đến 68,5 m: Đới quặng magnetit màu đen ánh kim đến ánh mờ, tỷ trọng lớn. Quặng có cấu tạo khối, kiến trúc hạt từ nhỏ đến lớn. Trong quặng còn sót lại đá hoa dạng mạch, dạng ổ, đôi chỗ có xâm tán sulfur. Xen kẹp giữa quặng (từ 61 đến 64 m) là đá vôi màu phớt hồng, xám.

Theo kết quả phân tích mẫu hoá tổng sắt: hàm lượng sắt đạt 67-68% (hào H1, H2, H8), từ 52 đến 54% (hào H10), từ 35 đến 61% (lỗ khoan LK1), từ 54 đến 64% (LK1A - mẫu cục ở độ sâu 52 và 55 m, từ 52,1 đến 54,9% (LK1A - mẫu lấy theo chiều dài lỗ khoan từ 49 đến 56,5 m).

Theo kết quả phân tích mẫu khoáng tướng, magnetit chiếm 94%, còn hematit chiếm 1-2%.

Trên Hình 2 trình bày lát cắt địa vật lý - địa chất của tuyến phân tích. Quặng sắt có dạng vỉa phức tạp phân bố trong đới skarn, ở tiếp xúc giữa đá vôi và đá granit. Phần trên thân quặng đã bị phong hoá ở mức độ khác nhau. Thân quặng có dạng vỉa phức tạp, cắm nghiêng về phía TN với góc cắm khoảng 50^o.

Theo tính toán sơ bộ, tài nguyên quặng sắt ở đây có thể đạt hơn 1 triệu tấn.

KẾT LUẬN

Trước đây, ở vùng khảo sát đã có một số công trình lập bản đồ địa chất, tìm kiếm khoáng sản ở tỷ lệ khác nhau, nhưng chưa phát hiện được quặng sắt. Chỉ đến khi sử dụng các phương pháp địa vật lý mới phát hiện được tụ khoáng. Có thể coi đây là một thành công trong việc sử dụng các phương pháp địa vật lý để tìm kiếm, phát hiện quặng sắt ở dưới sâu.

Phương pháp đo từ là phương pháp truyền thống hàng đầu trong việc tìm kiếm quặng sắt. Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng đơn thuần phương pháp từ thì chưa đủ cơ sở để khẳng định sự tồn tại dưới sâu của các thân quặng. Chẳng hạn, tại tụ khoáng này, khi các công trình hào và khoan nông (lỗ khoan LK1) gặp quặng sắt, rất dễ ngộ nhận dị thường từ là do các thân quặng sắt nằm nông (đã gặp trong các hào kiểm tra và LK1) gây nên. Khi phân tích, xử lý tổng hợp tài liệu từ, điện từ, đo sâu điện và trọng lực mới có cơ sở khẳng định sự tồn tại của quặng phân bố sâu. Điều đó được kiểm chứng bằng lỗ khoan LK1A gặp quặng ở độ sâu trên 45 m như đã mô tả bên trên.

Những tài liệu địa chất, địa vật lý hiện có cho thấy, trên đất nước ta ít khả năng tồn tại các tụ khoáng sắt lớn cỡ như các mỏ sắt Thạch Khê, Nà Rụa (đã được phát hiện bằng đo vẽ từ hàng không), nên để tiến hành việc tìm kiếm các tụ khoáng nhỏ nhằm cung cấp nguồn quặng sắt cho công nghiệp địa phương cần thiết phải sử dụng tổ hợp các phương pháp địa vật lý hợp lý.

Công nghệ phân tích, xử lý tổng hợp các tài liệu ĐVL hiện nay cho phép xác định diện phân bố, độ sâu, chiều dày, hình dáng thế nằm của các thân quặng nằm sâu, mở ra hướng đi đúng đắn cho việc tìm kiếm quặng sắt nói riêng và khaóng sản nói chung trên đất nước ta.

VĂN LIỆU

1. Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, 2001. Báo cáo tổng hợp tài nguyên quặng sắt Việt Nam. Lưu trữ Địa chất,
Hà Nội.

2. Nguyễn Duy Tiêu (Chủ biên), 2004. Báo cáo thông tin “Kiểm tra và kiểm tra chi tiết dải dị thường từ vùng Cao Bằng - Thất Khê để tìm kiếm và phát hiện quặng sắt”. Lưu trữ Địa chất, Hà Nội.