Thành phần nguyên tố vết và đồng vị oxi của spinel trong đá hoa mỏ Lục Yên

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.00079 20 THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ VẾT VÀ ĐỒNG VỊ OXI CỦA SPINEL TRONG ĐÁ HOA MỎ LỤC YÊN Phạm Văn Long*1, Gaston Giuliani2, Anthony E. Fallick3, Andrian J. Boyce 3 , Vincent Pardieu 4 1Viện Nghiên cứu Đá quý và Vàng VINAGEMS (IGG), Hanoi, Vietnam, long@vinagems.vn 2 Université de Lorraine, IRD and CRPG UMR 7358 CNRS-UL, BP 20, 15 rue Notre-Dame-des- Pauvres, 54501 Vandœuvre-lès-Nancy, France 3 Isotope Geosciences Unit, S.U.E.R.C., Rankine Avenue, East Kilbride,Glasgow G75 0QF, Scotland, United Kingdom 4 Field gemmologist, Bangkok, Thailand TÓM TẮT Bài báo trình bày những kết quả nghiên cứu về thành phần nguyên tố vết và đồng vị oxi của spinel ở các điểm mỏ khác nhau vùng Lục Yên. Kết quả thành phần Fe-Zn-Cr-V của spinel màu đỏ và hồng ở điểm mỏ Cổng Trời khác với spinel ở các điểm mỏ khác. Spinel Cổng Trời có hàm lượng Zn thấp (< 500 ppm) và hàm lượng Fe cao (3000-16000 ppm), trong khi đó spinel các điểm mỏ khác có hàm lượng Zn cao (đến 11000 ppm). Spinel xanh lam điểm mỏ Bãi Sơn có hàm lượng Fe cao (5000-7200 ppm), với các nguyên tố khác như V (950-1830 ppm), Cr (270-480 ppm) và Ni (550-950 ppm). Kết quả nghiên cứu đồng vị oxi trong spinel cho kết quả giao động trong khoảng 12,1 đến 24,2 ‰ (n = 25). Giá trị đồng vị δ18O tại các điểm mỏ là khá tương đồng, do vậy không có ý nghĩa nhiều trong việc phân biệt spinel giữa các điểm mỏ. Bên cạnh đó sự giao động lớn của giá trị δ18O đã chỉ ra rằng có sự pha trộn thành phần oxi của dung dịch biến chất và của đá gốc (đá hoa) trong quá trình hình thành spinel. Từ khóa: Spinel; nguyên tố vết, đồng vị oxi, Lục Yên. 1. GIỚI THIỆU Spinel có công thức hóa học MgAl2O4, ở dạng tinh khiết spinel sẽ không màu, tuy nhiên, phụ thuộc vào việc chứa các nguyên tố khác nhau mà spinel mang các màu khác nhau, trong đó các màu hay gặp nhất của spinel là đỏ, tím, nâu đỏ, da cam và màu xanh lam (Hình 1). Tại Lục Yên, spinel gặp cả trong đá gốc và trong sa khoáng. Từ trước đến nay đã có một số công trình nghiên cứu về spinel vùng Lục Yên của một số tác giả khác nhau: nghiên cứu về đặc điểm ngọc học (Phạm Văn Long và nnk, 2014), nghiên cứu về thành phần hóa học (Phạm Văn Long và nnk, 2004; Malsy & Klemm, 2010; Kleišmantas & Daukšyte, 2016; Giuliani và nnk, 2017) và nghiên cứu về nguồn gốc (Chauviré và nnk, 2015). Kết quả nghiên cứu thành phần các nguyên tố vết và tỷ lệ đồng vị oxi δ18O (‰, V-SMOW) của spinel các màu khác nhau trong bài báo này phần nào cho phép phân biệt spinel ở các điểm mỏ khác nhau mỏ Lục Yên và xác lập kiểu nguồn gốc của chúng. 2. PHƯƠNG PHÁP Các mẫu phân tích trong bài báo này bao gồm 32 mẫu được thu thập trong đá gốc và trong sa khoáng ở các điểm mỏ khác nhau vùng Lục Yên gồm: Cổng Trời, An Phú, Nước Ngập, Bãi Sơn (Bảng 1 và 2) được tiến hành phân tích EMPA (n = 32, và 220 điểm phân tích) và phân tích đồng vị oxi (n = 25 mẫu). Phân tích EMPA được tiến hành trên máy CAMECA SX100 tại Đại học Tổng hợp Lorraine (Nancy, Pháp). Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 21 Phân tích đồng vị oxi của spinel các màu khác nhau được tiến hành tại S.U.E.R.C (Scottish Universities Environmental Research Centre, Glasgow, Scotland). Kết quả của δ18O tính bằng (‰) so với giá trị đồng vị oxi của nước tiêu chuẩn (V-SMOW). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả phân tích EPMA Kết quả phân tích EPMA của spinel được dẫn ra trong Bảng 1.Trong đó các nguyên tố Cr, V, Fe và Zn thường phổ biến hơn và có hàm lượng cao hơn Ti và Mn. Co và Ni chỉ gặp trong spinel màu xanh lam. Spinel màu đỏ và màu hồng thường đặc trưng bởi sự có mặt của Fe, Cr và V. Zn không phải là một nguyên tố tạo màu nhưng chúng lại khá phổ biến ở tất cả các màu của spinel, đặc biệt là spinel điểm mỏ An Phú (đến 11.000ppm). Spinel điểm mỏ Cổng Trời thường có hàm lượng Fe cao và hàm lượng Zn thấp. Dựa trên các biểu đồ 3 thành phần của Fe-V-Zn (Hình 2A) và Cr-V-Zn (Hình 2B) cho phép ta có thể phân biệt spinel ở 3 điểm mỏ Cổng Trời, An Phú và Nước Ngập. 3.2. Kết quả phân tích đồng vị oxi Việc phân tích đồng vị oxi được tiến hành trên các mẫu gốc và sa khoáng cho giá trị giao động trong khoảng 12.1 đến 24,2‰ (Bảng 2). Theo đó giá trị δ18O của spinel có thể được tách thành hai khoảng (Hình 3). (i) Ở khoảng thứ nhất (I), giá trị của δ18O giao động từ 12,1 đến 18,6‰ (n = 19) bao gồm spinel ở các tông màu đỏ và hồng, trong đó spinel trong đá gốc và trong sa khoáng ở hai điểm mỏ Cổng Trời và An Phú có kết quả δ18O lần lượt là 14,7 đến 17,7‰ (n = 3) và 13,2 to 17‰ (n = 7). Spinel các màu khác ở Cổng Trời có giá trị δ18O trong khoảng 15,5 đến 18,6‰ (n = 3), trong khi đó ở An Phú chúng giao động trong khoảng 14,2‰ đến 14,9‰ (n = 4). Spinel màu lam đậm mỏ Bãi Sơn có giá trị δ18O là 12,1‰. (ii) Ở khoảng thứ hai (II), δ18O có giá trị cao hơn khoảng thứ nhất (19 < δ18O < 24,2‰, n= 13), trong đó giá trị δ18O của spinel màu hồng và đỏ An Phú là (22,5 < δ18O < 24,2, n = 5); giá trị δ18O của spinel màu da cam và màu nâu vùng An Phú trong khoảng 21,2 đến 24,1‰ (n = 5). Spinel màu lam nhạt Bãi Sơn có giá trị δ18O trong khoảng 19,4 đến 22,7 (n = 2), và spinel màu tím vùng Cổng Trời cho mức giá trị là 22,6‰. 3. KẾT LUẬN Từ kết quả phân tích EPMA và giá trị đồng vị oxi δ18O trong spinel Lục Yên cho thấy: (i) Có thể sử dụng hàm lượng các nguyên tố Fe-Zn-Cr-V để phân biệt spinel ở các điểm mỏ khác nhau vùng Cổng Trời và An Phú, trong đó spinel Cổng Trời có hàm lượng Fe cao và hàm lượng Zn thấp so với spinel vùng An Phú. (ii) Giá trị đồng vị δ18O (12,1 < δ18O< 24.2‰) của spinel vùng Lục Yên chỉ ra rằng thành phần đồng vị của oxi của spinel có nguồn gốc từ các dung dịch biến chất, với sự tham gia của oxi trong đá gốc là đá hoa hỗn tạp trong khu vực. Hình 1. Spinel trong đá gốc. A-Spinel hồng (Spl) trong đá hoa calcit (Cal) Cổng Trời. B-Spinel (Spl) cộng sinh với clinohumit (Chu) trong đá hoa calcit An Phú. C-Spinel (Spl) màu đỏ trong đá hoa An Phú. D-Spinel màu hồng (Spl) cộng sinh với phologopit (Phl) và edenit (Ed) trong đá hoa Cổng Trời. E-Pargasit (Prg). trong đá hoa An Phú. F- Spinel màu lam Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 22 Bảng 1: Kết quả phân tích EMPA của spinel các màu khác nhau các điểm mỏ vùng Lục Yên Vị trí Loại hình Số hiệu mẫu Màu sắc Hàm lượng (%) MgO Al2O3 FeO TiO2 V2O3 Cr2O3 MnO ZnO CoO NiO Tổng An Phú Gốc AP4 Đỏ 27,64 70,86 0,57 0,00 0,00 0,18 0,00 0,04 0,00 0,00 99,29 Sa khoáng VIET1 Đỏ 27,55 70,25 0,55 0,02 0,37 1,15 0,00 0,80 0,00 0,00 100,69 VIET2 Đỏ nhạt 27,56 71,10 0,41 0,02 0,52 0,12 0,00 0,48 0,00 0,00 100,21 VIET3 Đỏ 27,92 70,64 0,92 0,00 0,10 0,23 0,01 1,27 0,00 0,00 101,08 VIET8 Đỏ nhạt 28,34 70,91 0,48 0,01 0,16 0,17 0,00 0,66 0,00 0,00 100,73 ANP5 tím 27,77 71,61 0,66 0,01 0,05 0,05 0,01 0,12 0,00 0,00 100,28 VIET23 Tím nâu 27,39 71,69 0,79 0,00 0,00 0,00 0,01 0,32 0,00 0,00 100,20 VIET24 Tím nâu 25,97 71,89 3,41 0,00 0,01 0,10 0,02 0,05 0,00 0,00 101,5 VIET27 Nâu phớt cam 27,74 71,46 0,57 0,01 0,01 0,57 0,09 0,28 0,00 0,00 100,7 Cổng Trời Sa khoáng VIET9 Hồng 27,36 72,62 0,97 0,00 0,00 0,01 0,00 0,02 0,00 0,00 100,98 Gốc CT1 Hồng 28,54 70,75 0,50 0,01 0,20 0,06 0,01 0,00 0,00 0,00 100,13 CT4 Hồng 28,12 70,34 1,41 0,02 0,52 0,10 0,01 0,05 0,00 0,00 100,71 VIET31 Hồng 27,70 71,83 0,41 0,02 0,25 0,18 0,00 0,01 0,00 0,00 100,41 VIET33 Hồng 27,43 71,32 0,58 0,00 0,04 1,13 0,02 0,06 0,00 0,00 100,58 VIET1 Tím nhạt 28,97 71,27 0,48 0,00 0,09 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 100,9 Sa khoáng VIET11 Tím 28,33 70,58 0,57 0,01 0,17 0,51 0,00 0,67 0,00 0,00 100,8 VIET14 Tím 28,41 71,55 0,73 0,00 0,06 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 100,8 VIET15 Tím đậm 27,03 70,95 1,58 0,00 0,00 0,01 0,01 1,31 0,00 0,00 100,9 VIET16 Tím nhạt 28,89 72,19 0,39 0,00 0,03 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 101,5 Gốc VIET32 Nâu đậm 28,10 70,88 1,45 0,02 0,41 0,09 0,01 0,00 0,00 0,00 101,0 Bãi Sơn Sa khoáng VIET19 Lam nhạt 27,52 72,3 0,75 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 101,0 VIET20 Tím 28,10 71,3 0,90 0,01 0,14 0,07 0,00 0,34 0,00 0,00 100,4 VIET21 Lam 27,88 7295 0,51 0,01 0,14 0,07 0,01 0,00 0,05 0,12 101,8 Nước Ngập Sa khoáng V41a1 Hồng nhạt 27,14 7,11 0,91 0,02 0,01 0,01 0,09 0,12 0,00 0,00 99,41 V41a2 Hồng 26,56 1,89 0,78 0,02 0,02 0,01 0,10 0,17 0,00 0,00 88,53 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 23 Bảng 2: Kết quả đồng vị oxi δ18O của spinel Lục Yên Điểm mỏ Loại hình nguồn gốc Số hiệu mẫu Màu sắc Tổ hợp khoáng vật δ18O(‰) (V-SMOW) An Phú aluvi ANP1 Đỏ nhạt 14,3 ANP2 Hồng 16,2 ANP3 Hồng 14,4 ANP4 Hồng nhạt 13,2 ANP5 Tím 14,5 VIET1 Đỏ 23,8 VIET2 Đỏ nhạt 22,5 VIET3 Đỏ 22,8 VIET5 Đỏ nhạt 15,3 VIET7 Hồng nhạt 24,2 VIET8 Hồng nhạt 22,9 VIET23 Tím tới nâu 22,4 VIET24 Tím tới nâu 21,3 VIET27 Nâu nhạt 24,1 VIET28 Nâu nhạt 21,2 VIET29 Cam tối 22,9 VIET30 Cam tối 14,8 An Phú Đá gốc Apa Tím đậm Pargasit, clinohumit 14,9 AP2 Tím nhạt Fosterit, edenit, graphit 14,2 AP4 Đỏ Edenit 16,8 V41a Hồng nhạt Pyrit, graphit 17,0 Cổng Trời Sa khoáng VIET9 Hồng 17,7 VIET11 Tím 22,6 VIET14 Tím 15,5 VIET15 Tím 18,5 VIET16 Tím nhạt 18,6 Gốc VIET31 Hồng nhạt 14,7 VIET32 Nâu tối Clinohumit 17,0 VIET33 Đỏ 14,8 Bãi Sơn Sa khoáng VIET19 Lam nhạt 22,7 VIET20 Tím 19,4 VIET21 Lam 12,1 Hình 2. Biểu đồ 3 thành phần của spinel màu hồng và đỏ ở các điểm mỏ vùng Lục Yên. Hình 3. Kết quả δ18O(‰,V-SMOW) của spinel trong đá hoa các điểm mỏ Cổng Trời, An Phú và Bãi Sơn (số trong ngoặc đơn chỉ số lượng mẫu phân tích). Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Chauviré B., Rondeau B., Fritsch E., Ressigeac Ph., Devidal J.-L., 2015. Blue spinel from the Luc Yen district of Vietnam. Gems & Gemology, 51, 2-17. [2]. Giuliani G., Fallick A.E., Boyce A.J., Pardieu V., Pham Van Long, 2017. Pink and red spinels in marble: trace elements, oxygen isotopes, and sources. The Canadian Mineralogist, 55, 743-761. [3]. Kleišmantas A., Daukšyte A., 2016. The influence of Vietnam and Sri Lanka spinel mineral chemical elements on colour. Chemija, 27, 45-51. Kretz R., 1983. Symbols for rock-forming minerals. American Mineralogist, 68, 277-279. [4]. Malsy A., Karampelas S., Schwarz D., Klemm L., Armbruster T., Tuan Do Anh, 2012. Orangey-red to orangey-pink gem spinels from a new deposit at Lang Chap (Tan Huong - Truc Lau), Vietnam. The Journal of Gemmology, 33, 19-27. [5]. Pham Van Long, Pardieu V., Giuliani G., Nguy Tuyet Nhung, Pham Thi Thanh Hien, Pham Duc Anh, Nguyen Ngoc Khoi, Hoang Quang Vinh, 2014. Gemmological characteristics of spinel from Luc Yen, Yen Bai. Journal of Geology, 340, 29-36. [6]. Pham Van Long, Pardieu V., Giuliani G., 2014. Update on gemstone mining in Luc Yen, Vietnam. Gems & Gemology, 49, 233-245. TRACE ELEMENTS AND OXYGEN ISOTOPES OF SPINEL IN MARBLE FROM LUC YEN Pham Van Long 1* , Gaston Giuliani 2 , Anthony E. Fallick 3 , Andrian J. Boyce 3 , Vincent Pardieu 4 1 Institute for Gems and Gold Research of VINAGEMS (IGG), Hanoi, Vietnam, long@vinagems.vn 2 Université de Lorraine, IRD and CRPG UMR 7358 CNRS-UL, BP 20, 15 rue Notre-Dame-des- Pauvres, 54501 Vandœuvre-lès-Nancy, France 3 Isotope Geosciences Unit, S.U.E.R.C., Rankine Avenue, East Kilbride,Glasgow G75 0QF, Scotland, United Kingdom 4 Field gemmologist, Bangkok, Thailand ABSTRACT This paper presents the study results on the trace element and oxygen isotopes of spinel at different mines in Luc Yen area. Trace elements such as Fe-Zn-Cr-V in red and pink gem spinels permit to separate those from Cong Troi and those from the others deposits of the An Phu area. Spinels from Cong Troi have low to extremely low Zn (< 500 ppm) and high Fe contents (3,000 to 16,000 ppm) while those from An Phu area are Zn-rich (up to 11,000 ppm). The Bai Son blue spinel is Fe-rich (5,000 to 7,200 ppm) with some V (950 to 1,830 ppm), Cr (270 to 480 ppm), Co (240 to 400 ppm) and Ni (550 to 950 ppm). The O-isotope composition of the whole spinels ranges between 12.1 and 24.2‰ (n = 25). Within each deposit, the range of δ18O values for red, pink and colored spinels is usually similar. The use of O-isotopes is not useful for distinguishing between the deposits. The variation of δ18O values (12.1 < δ18O < 24.2‰) of the whole spinels indicates that the oxygen isotopic compositions of the metamorphic fluids were probably buffered by the local δ18O values of the impure host marbles. Key words: Spinel, trace elements, oxygen isotopes, Luc Yen.