Nghiên cứu tiềm năng khoáng sản rắn đáy biển hiện diện trong các mẫu oxide sắt mangan ở phía Tây Nam biển Đông
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
TẠP CHÍ DẦU KHÍ
Số 8 - 2020, trang 34 - 44
ISSN 2615-9902
NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG KHOÁNG SẢN RẮN ĐÁY BIꢀN HIỆN DIỆN
TRONG CÁC MẪU OXIDE SẮT MANGAN Ở PHÍA TÂY NAM BIꢀN ĐÔNG
Nguyễn Thị Thắm1, Phạm Bá Trung2, Hoàng Nhật Hưng1, Nguyễn Hoài Chung1, Lê Chi Mai1
Nguyễn Thanh Tuyến1, Tạ Thị Hòa1, Nguyễn Văn Hiếu1, Nguyễn Quang Tuấn1
1Viện Dầu khí Việt Nam
2Viện Hải dương học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam
Email: thamnt@vpi.pvn.vn
Tóm tắt
Khu vực các bể trầm tích Nam Côn Sơn và Tư Chính - Vũng Mây được dự báo còn có tiềm năng lớn về khoáng sản rắn đáy biển liên
quan đến kết hạch sắt mangan (Fe-Mn) hay vỏ Fe-Mn. Kết quả phân tích mẫu oxide Fe-Mn ở phía Tây Nam Biển Đông cho thấy các mẫu
được nghiên cứu có hàm lượng Fe-Mn trung bình từ 15 - 21%, đi kèm là các nguyên tố kim loại có giá trị khác như Ni (1.932 ppm), Co
(485 ppm), Cu (286 ppm), Ba (3.836 ppm), Ti (11.092 ppm), Mo (240 ppm), V (516 ppm), Pb (1.455 ppm), Zn (573 ppm)… Ngoài ra, các
nguyên tố hiếm cũng chiếm tỷ lệ khá cao (trung bình 370 ppm/mẫu), trong đó hàm lượng La (52 ppm), Ce (168 ppm), Nd (43 ppm) có
tỷ lệ lớn hơn các nguyên tố khác. Các mẫu này được hình thành chủ yếu trong quá trình hydro hóa (hydrogenetic) và quá trình hỗn hợp
giữa hydro hóa và thủy nhiệt (hydrothermal). Nguồn gốc hình thành các mẫu oxide Fe-Mn này liên quan chặt chẽ tới quá trình tích tụ các
nguyên tố đất hiếm như La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu...
Từ khóa: Khoáng sản rắn, quá trình hydro hóa, thủy nhiệt, Pliocene - Đệ tứ, oxide Fe-Mn, bể Nam Côn Sơn, bể Tư Chính - Vũng Mây, Tây
Nam Biển Đông.
1. Giới thiệu
Khu vực nghiên cứu được giới hạn trong một phần
trầm tích Fe-Mn được hình thành dưới 3 cơ chế: quá trình
hydro hóa, thủy nhiệt và quá trình thành đá (diagenetic)
trong các bối cảnh địa chất và đại dương khác nhau. Quá
trình hydro hóa (hydrogenesis) là quá trình trong đó các
khoáng vật được kết tủa trực tiếp từ nước biển nhiệt độ
thấp. Quá trình thủy nhiệt là quá trình các ion kim loại
kết tủa từ nguồn nước nóng liên quan đến các vùng dị
thường nhiệt dưới đáy đại dương hoặc núi lửa. Quá trình
thành đá là quá trình các ion kim loại được làm giàu, được
kết tủa từ nước lỗ rỗng trầm tích - là nước biển bị thay
đổi bởi các phản ứng hóa học ở bên trong trầm tích. Các
kết hạch Fe-Mn hay vỏ Fe-Mn hình thành theo quá trình
hydro hóa có tốc độ phát triển rất chậm, khoảng 1 - 15
mm/triệu năm, trong khi các kết hạch hay vỏ Fe-Mn hình
thành theo quá trình thành đá thì tốc độ vài trăm mm/
triệu năm [2] và các kết hạch Fe-Mn hay vỏ Fe-Mn thành
tạo trong quá trình hydro hóa (1 - 15 mm/triệu năm) chậm
hơn quá trình thủy nhiệt (15 - 20 mm/triệu năm) [3].
diện tích phía Tây Nam Biển Đông (109 - 112o N và 9 - 11o
E) (Hình 1). Khu vực này có địa hình phức tạp, nước biển
thay đổi từ vài chục mét tại các bãi ngầm đến 2.800 m ở
khu vực trũng sâu. Địa hình đáy biển phân dị mạnh theo
phương Đông Bắc - Tây Nam, có xu hướng trũng sâu ở khu
vực trung tâm khi đi từ Tây Nam lên Đông Bắc. Đáy biển
thay đổi rất nhanh, bề mặt gồ ghề, nâng hạ không đều
theo móng granite của sườn lục địa, tạo ra những cấu trúc
phân dị phức tạp như các khối nhô, các bán địa hào do
hoạt động của các núi lửa cổ cũng như núi lửa hiện đại
cùng với các đới thành tạo carbonate và ám tiêu san hô.
Địa hình đáy biển trong giai đoạn Pliocene - Đệ tứ tới hiện
tại cho thấy hoạt động kiến tạo tương đối bình ổn, với cơ
chế lún chìm nhiệt chiếm ưu thế. Các hoạt động núi lửa
trong khu vực được xếp vào giai đoạn phun trào magma
basalt Cenozoic muộn (Neogene - Đệ tứ).
Để nghiên cứu thành phần vật chất, nguồn gốc
thành tạo các mẫu này, nhóm tác giả đã thực hiện các
phương pháp nghiên cứu chuyên sâu cho khoáng sản
rắn đáy biển như: phương pháp cổ sinh địa tầng, thạch
học lát mỏng, nhiễu xạ tia X (XRD), khoáng tướng, quang
phổ huỳnh quang tia X (XRF), quang phổ plasma cặp
Trầm tích Pliocene - Đệ tứ ở khu vực Thái Bình Dương
chứa hàm lượng lớn kết hạch Fe-Mn hay vỏ Fe-Mn [1]. Các
Ngày nhận bài: 4/3/2020. Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 5/3 - 11/5/2020.
Ngày bài báo được duyệt đăng: 20/7/2020.
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
34
PETROVIETNAM
cảm ứng (ICP-MS)... Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu mới nhất
dựa trên các kết quả phân tích vi cổ sinh, tảo vôi, XRF, ICP-MS và tính
chất vật lý của mẫu thu được trong quá trình triển khai nhiệm vụ “Xây
dựng quy trình phân tích một số chỉ tiêu mới cho trầm tích Pliocene - Đệ
tứ ở bể Nam Côn Sơn và Tư Chính - Vũng Mây”.
hiển vi soi nổi và kính hiển vi phân cực.
Tiêu chuẩn phân chia đới foram trôi nổi
được sử dụng theo các bảng phân đới của
W.H.Blow [4], Bridget S.Wade và cộng sự
[5] và các tiêu chuẩn phân đới của tảo vôi
theo tiêu chuẩn phân đới của E.Martinii [6],
Jan Backman và cộng sự [7].
2. Cơ sở dữ liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Cơ sở dữ liệu
-
Phương pháp quang phổ huỳnh
quang tia X (XRF) phân tích định tính và
bán định lượng, xác định chính xác sự
xuất hiện của các nguyên tố kim loại và
đất hiếm trong mẫu phân tích dựa trên
các pic đặc trưng khi thực hiện quét phổ
trong khoảng góc đo xác định. Hàm lượng
xác định trong khoảng 0,0001 - 100% tùy
thuộc vào từng nguyên tố và thiết bị sử
dụng. Thiết bị chính được sử dụng là hệ
thiết bị huỳnh quang tia X (S8 Tiger) với
hệ thống tán sắc bước sóng hoặc tán sắc
năng lượng cùng với buồng chân không.
Các mẫu oxide Fe-Mn đã được cung cấp bởi Viện Hải dương học. Các
mẫu này đã được thu thập trong khảo sát nghiên cứu biển và thềm lục địa
Việt Nam và vùng biển sâu. Trong giai đoạn 1981 - 2019, 35 chuyến khảo
sát biển và thềm lục địa Việt Nam đã được thực hiện trên các tàu nghiên
cứu khoa học thuộc hạm đội tàu vùng Viễn Đông và đặc biệt hợp tác Việt
- Pháp về địa chất - địa vật lý biển bằng tàu L’Atalante (5/1993). Tổng cộng
có 7 mẫu vỏ Fe-Mn được nghiên cứu, các mẫu này được lấy ở khu vực phía
Tây Nam Biển Đông, có màu từ đen đến nâu đen, nằm trong khoảng tọa
độ từ 109 - 112° N và 9 - 11° E, có độ sâu cột nước trong khoảng 346 - 1.300
m (Hình 1, Bảng 1).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
-
Phương pháp quang phổ plasma
Phương pháp cổ sinh - địa tầng: Áp dụng 2 phương pháp là phân
tích vi cổ sinh và phân tích tảo vôi. Các mẫu được gia công theo quy trình
phân tích của Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) và được phân tích dưới kính
cặp cảm ứng kết hợp đầu dò khối phổ (ICP-
MS) được sử dụng để định lượng thành
phần các nguyên tố trong mẫu (nguyên tố
kim loại và đất hiếm) với độ chính xác đến
phần triệu (ppm). Đây là phương pháp để
xác định hàm lượng 36 nguyên tố trong
mẫu đất đá và hàm lượng 16 nguyên tố
đất hiếm trong mẫu quặng trên hệ thống
thiết bị ICP-MS.
3. Kết quả nghiên cứu
Quần đảo
Trường Sa
3.1. Cổ sinh - địa tầng
Quần đảo
Hoàng Sa
Kết quả phân tích cổ sinh - địa tầng
cho thấy hóa thạch vi cổ sinh và tảo vôi
trong các mẫu được nghiên cứu. Ngoài ra,
cũng quan sát được tảo đỏ, mảnh san hô,
mảnh vôi, đá quặng trong mẫu.
Quần đảo
Trường Sa
Hình 1. Sơ đồ khu vực nghiên cứu và vị trí lấy mẫu
Bảng 1. Vị trí các mẫu được thu thập và thông tin cơ bản
TT
1
2
3
4
5
6
7
Tên mẫu
M1
Độ sâu cột nước (m)
900 – 1.300
420 – 1.048
427 – 530
Khối lượng đo (g)
Màu sắc
Nâu đen
Đen
22,3761
17,1514
53,1795
75,4104
32,9159
51,4397
113,0707
M2
M3
M4
M5
M6
M7
Đen ánh graphic
Đen ánh graphic
Đen, nâu đen ánh graphic
Nâu đen
434 – 545
434 – 545
346 – 375
470 – 580
Đen ánh graphic
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
35
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
M2
M4
M1
M3
M5
M6
3cm
M7
1
Hình 2. Các mẫu oxide Fe-Mn được nghiên cứu
Tổ hợp trùng lỗ trôi nổi được phát hiện trong các
mẫu M1, M3, M5 chiếm tỷ lệ khá cao từ 71 - 95% bao gồm
các giống Globigerina, Globigerinoides, Globoquadrina,
Globorotalia, Orbulina, Pulleniatina và Sphaeroidinella
trong khi các mẫu M2, M4, M6, M7 chỉ chiếm từ 23 - 48%,
cũng bao gồm các giống trên ngoại trừ Orbulina; trùng lỗ
bám đáy gồm các giống Cassidulina, Cibicides, Cibicidoides,
Bước 3 lấy mẫu ra sau đó cân mẫu trong không khí và cân
mẫu khi mẫu ngập hoàn toàn trong nước muối, tỷ trọng
được tính từ các số đo này.
Tỷ trọng khô của mẫu được tính từ thể tích mẫu và
khối lượng khô của mẫu. Tỷ trọng ướt của mẫu được tính
từ thể tích mẫu và khối lượng ướt của mẫu:
Wsa − Wsk
BV =
Cristellanria,
Eponides,
Amphistegina,
Heterolepa,
ρ
Sphaeroidina, Operculina, Pyro, Sigmoidella... Tảo vôi bắt
gặp tổ hợp hóa đá Pleistocene thuộc các giống như
Braarudosphaera, Calcidiscus, Calciosolenia, Gephyrocapsa,
w
͑
sa
͌̾ =
w
̼͐
Helicosphaera,
Pseudoemilinia,
Pontostphaera,
͑
d
̼͐
Rhadosphaera, Reticulofenestra, Umbilicosphaera. Ngoài
ra, còn gặp các hóa thạch ở phần đáy Pliocene muộn như
tảo vôi Sphenolithus abies, foram trôi nổi Dentoglobigerina
altispira (Hình 3).
͌̾ =
d
Trong đó:
BV: Thể tích tổng của mẫu (cm3);
Wd: Khối lượng khô của mẫu (g);
Wsa: Khối lượng ướt của mẫu cân trong không khí (g);
3.2. Phân tích tính chất vật lý các mẫu oxide Fe-Mn
-
Đo phổ gamma: Mẫu được đặt chính xác tại vị trí
đầu dò bức xạ trong khoang kín, hệ thống đo ghi đồng
thời phổ thành phần và tổng bức xạ gamma phát ra từ
mẫu, qua đó xác định hàm lượng của potassium, uranium
và thorium trong mẫu.
Wsk: Khối lượng ướt của mẫu cân khi chìm trong nước
muối (g);
ρw: Tỷ trọng nước muối (g/cm3);
RDd: Tỷ trọng khô của đá (g/cm3);
RDw: Tỷ trọng ướt của đá (g/cm3).
-
Đo tỷ trọng bằng phương pháp bão hòa: Phương
pháp này được tiến hành theo 3 bước. Bước 1 là cân khối
lượng khô của mẫu. Bước 2 cho mẫu vào bình kín chịu
được áp suất cao và hút chân không mẫu; nước muối
30.000 ppm được hút vào bình từ từ đến khi ngập hoàn
toàn mẫu, để ít nhất 48 tiếng để mẫu bão hòa nước muối.
Một số mẫu có sự chênh lệch lớn giữa tỷ trọng ướt và
tỷ trọng khô (mẫu M1; M2; M7) chứng tỏ mẫu có độ rỗng/
xốp cao hơn so với các mẫu có độ chênh lệch tỷ trọng nhỏ
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
36
PETROVIETNAM
1a. Globigerinoides. sacculifer, 1b. Globigerinoides. trilobus, 1c. Globigerinoides. immaturus (M4), 2. Sphaeroidinella dehiscens (M5), 3. Globorotalia.truncatulinoides (M4), 4. Globorotalia. tosaensis (M5),
5. Pulleniatina obliquiloculata (M5), 6. Globoquadrina. altispira, 7. Gephyrocapsa. oceanica, 8. Pseudoemiliania. lacunosa, 9. Sphenolithus. abies
Hình 3. Một số hình ảnh hóa thạch foram và tảo vôi trong mẫu kết hạch Fe-Mn
Bảng 2. Kết quả phân tích tính chất vật lý các mẫu oxide Fe-Mn
Tỷ trọng ướt
(g/cm3)
Tỷ trọng khô
(g/cm3)
TT
Số hiệu mẫu
Độ sâu (m)
Khối lượng (g)
1
2
3
4
5
6
7
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
900 – 1.300
420 – 1.048
427 – 530
434 – 545
434 – 545
346 – 375
470 – 580
22,3761
17,1514
53,1795
75,4104
32,9159
51,4397
113,0707
1,947
2,158
2,447
2,452
2,655
2,625
2,116
1,620
1,937
2,284
2,310
2,547
2,477
1,873
(M3; M4; M5; M6). Các mẫu có tỷ trọng cao thường chứa
nhiều hàm lượng khoáng vật nặng.
xác định thành phần nguyên tố ở các vòng tăng trưởng
khác nhau của mẫu oxide Fe-Mn (Bảng 3). Các mẫu oxide
Fe-Mn có hàm lượng Fe-Mn trung bình từ 15 - 21%, đi
kèm là các nguyên tố kim loại có giá trị khác như Ni (1.932
ppm), Co (485 ppm), Cu (286 ppm), Ba (3.836 ppm), Ti
(11.092 ppm), Mo (240 ppm), V (516 ppm), Pb (1.455 ppm),
Zn (573 ppm)…
3.3. Quang phổ XRF
Dựa vào kết quả phân tích XRF cho thấy sự xuất hiện
của 38 nguyên tố trong mẫu được nghiên cứu. Mẫu M5
được chia thành M5a và M5b và M6 thành M6a và M6b để
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
37
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
3.4. ICP-MS cho các nguyên tố đất hiếm
4. Thảo luận
Các mẫu oxide Fe-Mn có tuổi từ Pliocene muộn tới
Tỷ lệ trung bình hàm lượng các nguyên tố đất hiếm
trong các mẫu trong khu vực nghiên cứu là 370 ppm/
mẫu. Các nguyên tố chiếm tỷ lệ lớn gồm: La, Ce, Nd và Y,
vượt trội là mẫu M2 và M7 Ce có hàm lượng tương ứng là
304,36 và 395,57 ppm.
Pleistocene sớm, đặc trưng như sau:
-
Mẫu M1 được xác định không trẻ hơn Pliocene
muộn do sự hiện diện của tảo vôi Sphenolithus abies và
Bảng 3. Kết quả phân tích XRF
%
Fe (wt%)
Mn
Al
M1
14,8
7,08
5,34
13,9
1,23
7,75
685
1360
334
17800
15100
512
233
130
-
M2
24,4
20,5
1,36
9,82
1,06
6,19
1820
4800
523
M3
13
M4 M5a
M5b
20,2
1,34
1,53
4,34
1,89
26,1
-
572
124
948
1240
M6a
21
19,3
1
1,96
2,53
20,7
10
M6b
21
20,9
0,764
1,63
2,3
19,9
830
2290
300
M7
7,63
6,21
1,15
3,77
0,99
15,9
12,8 21,5
2,87
1,98
5,63
1,73
24,5
23
10,5
1,49
3,31
1,82
24,6
1,5
1
3,9
2
Si
Mg
Ca
Co (ppm)
Ni
25
20
814
103
1850
235
1530
1230
441
70
100
20
2000
150
100
5
50
50
1690
163
1390
2990
799
Cu
Ba
Ti
V
Cr
Mo
Sn
As
1670
4400
960
200
19500
200
100
5
3300
27300
1890
392
95
206
272
571
36
167
473
489
20
3
-
-
-
328
539
766
906
Bi
2990
2260
Ag
Pb
Zn
Ga
Tl
Nb
Zr
Th
P
0,2
50
30
2
0,2
100
70
2
1350
511
-
-
72
264
-
9190
16000
918
-
5350
1050
298
382
479
807
245
366
184
45
499
21
100
9
70
222
11000
11100
3710
499
30900
4100
34000
4900
54000
5000
61300
6160
15000
1000
16600
5020
17500
4800
1500
Na
Ce
La
Y
Yb
Sc
149
244
20
2
20
2
3
K
Cl
S
Sr
19400
8460
598
4910
12800
2330
1940
11200
2730
1840
1220
51
7340
3280
2240
1720
6000
3240
3180
1820
3850
4450
1640
1940
5450
1500
6410
874
1240
Rb
Bảng 4. Kết quả phân tích ICP-MS cho các nguyên tố đất hiếm (REE) cho các mẫu được nghiên cứu
Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm
Chỉ tiêu
phân
tích
M1
La
Ce
Yb
Lu
Y
Sc
77,40 197,57 13,65 61,98 14,18 4,09 16,09 1,93 12,46 2,24 7,19 0,86 5,95 0,81 71,40 16,27
72,94 304,36 14,02 65,52 15,30 3,57 17,67 1,95 12,15 1,97 6,51 0,75 5,51 0,69 51,88 6,26
M2
M3
M4
M5
M6
24,38
27,60
43,97
24,26
55,41 4,92 22,57 4,91 1,24 5,74 0,69 4,72 0,86 2,83 0,33 2,47 0,32 32,60 5,25
83,73 5,80 26,74 6,21 1,59 7,27 0,83 6,00 1,04 3,44 0,42 3,03 0,39 36,99 5,17
68,31 5,11 19,13 3,38 1,23 3,90 0,43 2,86 0,52 1,76 0,21 1,58 0,21 16,21 3,32
77,22 4,95 20,00 3,94 1,05 3,68 0,44 3,61 0,48 1,84 0,24 1,86 0,16 18,64 1,53
M7
96,43 395,57 18,80 86,96 21,00 4,93 24,19 2,75 18,56 3,04 9,93 1,17 8,62 1,11 88,56 8,08
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
38
PETROVIETNAM
foram trôi nổi Dentoglobigerina altispira. Sự hiện diện của 2
hóa thạch này cho phép xác định không trẻ hơn phần dưới
đới NN16 hay CNLP4 và N21 hay PL4 (không trẻ hơn 2,8 Ma).
-
Mẫu M2: Sự hiện diện của tảo vôi Gephyrocapsa
oceanica, Helicosphaera sellii và foram trôi nổi
Dentoglobigerina altispira cho thấy mẫu M2 nằm trong đới
NN19/CNP8 (1,25 – 1,71 Ma).
-
Mẫu M3: Sự hiện diện của hóa thạch tảo vôi
Gephyrocapsanhỏ,foramtrôinổiGloborotaliatruncatulinoides
và Globorotalia tosaensis xác định tuổi Pleistocene sớm, đới
N22 hay PT1a (không trẻ hơn 0,61 Ma) cho mẫu này.
-
Mẫu M4, M5, M6: Hóa thạch tảo vôi Gephyrocapsa
oceanica, Gephyrocapsa nhỏ, xác định tuổi Pleistocene muộn
(0 - 0,43 Ma) cho các mẫu này. Ngoài ra sự hiện diện của
foram trôi nổi Globorotalia tumida, Sphaeroidinella dehiscens,
Pulleniatina obliquiloculata cũng nằm trong khoảng tuổi này.
-
MẫuM7ngoàisựhiệndiệncủaGephyrocapsaoceanica,
Gephyrocapsa nhỏ, còn có Pseudoemiliania lacunosa xác định
tuổi Pleistocene sớm, đới NN19 và CNPL10 (0,43 - 1,06 Ma)
cho mẫu M7.
Môi trường lắng đọng chủ yếu trong môi trường biển
nông thềm giữa do sự hiện diện của trùng lỗ bám đáy
Operculina complanata, Eponides spp., Quinqueloculina spp.,
Pyrro spp... ngoại trừ mẫu M3 có môi trường sâu hơn (thềm
giữa đến thềm ngoài) vì có sự hiện của Sphaeroidina bulloides
và tổng lượng hóa thạch foram trôi nổi lên đến 95% (Hình 4).
Các kết quả phân tích vật lý của các mẫu cho thấy tỷ
trọng ướt thay đổi từ 1,947 - 2,655 g/cm3 với giá trị trung
bình (mean) ~ 2,329 g/cm3. Tỷ trọng khô (dry density) thay
đổi từ 1,620 – 2,547 g/cm3 với giá trị trung bình ~ 2,13 g/cm3.
Các kết quả này tương đồng các mẫu oxide Fe-Mn đặc trưng
tìm thấy trong trầm tích đá bazan [9].
Kết quả phân tích XRF cho thấy hàm lượng nguyên tố
chiếm ưu thế là sắt và mangan, tiếp đến là các nguyên tố kim
loại khác như: nhôm, đồng, nickel, kẽm... Tỷ lệ các nguyên
tố tìm thấy trong các mẫu M2 và M6a và M6b có hàm lượng
Fe-Mn khá cao (trên 20%), mẫu M5a và M5b, hàm lượng Fe
cũng trên 20%. Tỷ lệ này được đánh giá là cao so với tỷ lệ hàm
lượng trung bình Fe và Mn trên thế giới là 15,60 - 16,17%
(Cronan, 1976). Các mẫu còn lại có hàm lượng Fe trung bình
từ 7 - 14%, Mn từ 3 - 7%. Đi kèm với Fe-Mn có các kim loại có
giá trị khác như Cu, Co, Ni, Ba, Ti, Mo, V, Pb, Zn… Trong đó,
hàm lượng Ni, (1.932 ppm), Co (485 ppm), Cu (286 ppm), Ba
(3.836 ppm), Ti (11.092 ppm), Mo (240 ppm), V (516 ppm), Pb
(1.455 ppm), Zn (573 ppm)…
Ở khu vực nghiên cứu hàm lượng trung bình Co, Ni, Cu
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
39
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
Sa...
Pleis. nanno
Nannop…
Sa...
Pleis. foram
Foraminifera set
(Rw, Cv excluded)
(Rw, Cv excluded)
presence/absence
Nannozonation
(Martinii, 1971)
Chronostratigraphy
FA: Foram Agglu…
FC: Foram Calc…
LBF: Large Foram
FP: Foram Plank…
100
500
4
M1 PT1b
M2
M1 Pleistocene muộn NN21 - NN20 CNPL11
N22
447
M2
M3
Pleistocene sớm
NN19
CNPL8
Pleistocene muộn
175
NN21 - NN20
CNPL11
PT1a N22
M3
M4
M5
1010
458
M4 Pleistocene muộn NN21 - NN20 CNPL11
N22
N22
M5 Pleistocene muộn NN21- NN20
CNPL11
CNPL11
CNPL10
9
Pleistocene muộn
M6 PT1b N22
M7 N22
M6
NN21 - NN20
NN19
279
M7 Pleistocene sớm
Hình 4. Kết quả nghiên cứu cổ sinh địa tầng ở các mẫu nghiên cứu
cao hơn gấp đôi khu vực Đông Bắc Biển Đông và thấp hơn
nhiều so với khu vực Tây Bắc Biển Đông. Hàm lượng trung
bình của Ba, V, Pb, Zn khá tương đồng với 2 khu vực được
so sánh của Biển Đông và Mo chiếm tỷ lệ trung bình khá
cao so với khu vực trên.
nguyên tố đất hiếm được áp dụng rộng rãi trong ngành
công nghiệp ô tô, sản xuất thép, chống ăn mòn… [15].
Kết quả phân tích ICP-MS cho thấy có sự tương đồng hàm
lượng nguyên tố hiếm (REE) phân bố trong mẫu oxide Fe-
Mn được nghiên cứu có giá trị từ 143 - 693 ppm (> 100
ppm). Theo đó, ghi nhận hàm lượng dị thường nguyên tố
hiếm cerium (Hình 6). Sự phân bố hàm lượng dị thường
này cho phép đánh giá nguồn gốc các mẫu oxide Fe-Mn
cũng như mối quan hệ hàm lượng dị thường cerium và
kết hạch oxide Fe-Mn. Tỷ lệ hàm lượng dị thường Ce trong
mẫu phân tích so với hàm lượng Ce trung bình trong sét
(Ce/Ce*) cũng như mối quan hệ giữa Ce/Ce* và Pr/Pr*, Ce/
Ce* và Nd [16] dựa trên các nghiên cứu [17, 18] cho thấy
các mẫu thuộc trường dị thường dương (Hình 7a) chủ yếu
liên quan đến quá trình hydro hóa trong điều kiện thiếu
oxy (Hình 7b) [19]. Bên cạnh đó, các kết hạch này được
hình thành trong quá trình kết tinh chậm là chủ yếu [20]).
Tỷ lệ hàm lượng Mn/Fe, Fe/Mn và mối tương quan
giữa Fe-Mn-Cu-Ni-Co (FMC) được áp dụng để đánh giá
nguồn gốc thành tạo các oxide Fe-Mn. Ngoài ra, biểu đồ
FMC được biểu diễn nhằm đánh giá các nguồn gốc thành
tạo của các oxide này theo những nghiên cứu của [3, 11 -
13], Trong biểu đồ FMC này, các mẫu được xác định hình
thành chủ yếu trong điều kiện hydro hóa như Hình 5. Theo
đó, các mẫu M3 và M5 được hình thành trong điều kiện
thủy nhiệt với tốc độ phát triển các lớp kết hạch oxide
này nhanh hơn là các mẫu M1, M2, M7, M4, M6 được hình
thành trong điều kiện lắng tụ chậm hơn [14]. Quá trình kết
tinh nhanh (giai đoạn thủy nhiệt) có thể thành tạo các lớp
oxide Fe-Mn có bề dày 15 - 20 mm/triệu năm, trong khi đó
quá trình kết tinh chậm hơn (giai đoạn hydro hóa) tạo ra
các lớp vỏ Fe-Mn có chiều dày mỗi lớp từ 1 - 15 mm/triệu
năm [3].
Các dấu hiệu về hoạt động núi lửa trong khu vực giai
đoạn Miocene - Đệ tứ cho thấy sự liên quan đến nguồn gốc
các mẫu oxide Fe-Mn được hình thành trong khu vực. Các
hoạt động núi lửa này xếp vào giai đoạn phun trào magma
basalt Cenozoic muộn (Neogene - Đệ tứ). Các đá basalt
thành tạo trong giai đoạn này phân bố ở các đảo ven biển
như đảo Phú Quý, Lý Sơn, Cồn Cỏ. Đây cũng là bằng chứng
giải thích cơ chế hình thành một số mẫu trong nghiên cứu
có nguồn gốc hỗn hợp thủy nhiệt và hydro hóa.
Các kết hạch oxide Fe-Mn thường được cho là nơi
chứa nhiều các nguyên tố đất hiếm do khả năng hấp thụ
phù hợp với điều kiện thành tạo [8]. Vì vậy, các kết hạch
oxide Fe-Mn này có thể được xem là nguồn khai thác
đất hiếm hiệu quả [2], đặc biệt là cerium (Ce). Cerium là
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
40
PETROVIETNAM
(Co+Ni+Ce) × 10
M2
7
M1
Hydro hóa
Kết tinh trong quá trình thành tạo đá (diagenesis))
M4
M6
M3
M5
Fe
Mn
Hình 5. Biểu đồ FMC
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Nguyên tố hiếm
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Phần trên vỏ lục địa
Hình 6. Hàm lượng nguyên tố hiếm phân bố trong mẫu và đối sánh với hàm lượng
nguyên tố phần trên vỏ lục địa
2,5
2,3
2,2
M2
M7
1,9 Trường dị thường dương
của Ce
1,7
M6
1,5
M4
M1
1,3
M3
M5
1,1
0,9
0,7
0,5
Trường dị thường âm của Ce
Trường dị thường dương của La
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
1
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
Pr/Pr*
(a)
10
1
Quá trình hydrogenetic
M2
M7
M6
M5
M4
M1
M3
Quá trình hydrothermal
1
Quá trình diagenetic
0,1
0,1
10
100
1000
Nd (ppm)
(b)
Hình 7. Mối tương quan tỷ lệ hàm lượng dị thường cerium và praseodymi (a)
và neodymium (b)
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
41
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
1
Các thành tạo Fe-Mn liên quan đến điều kiện
thủy nhiệt thường xảy ra gần các miệng núi lửa,
những cung núi lửa dưới biển và ít khi ở vùng trung
tâm núi lửa [21].
0,5
0
M2
5. Kết luận
M7
M6
M4
M3
M5
M1
100
Những kết quả phân tích trên cho thấy, các mẫu
oxide Fe-Mn thu thập được thành tạo chủ yếu trong
môi trường biển nông thềm giữa trong giai đoạn
Pleistocene - Holocene. Trên cơ sở luận giải kết quả
phân tích XRF và ICP-MS, các mẫu này có hàm lượng
Fe-Mn trung bình từ 15 - 21%, đi kèm là các nguyên
tố kim loại khác Cu, Co, Ni, Ba, Ti, Pb, Zn… Ngoài ra,
các nguyên tố hiếm cũng chiếm tỷ lệ khá cao (trung
bình 370 ppm/mẫu), được hình thành chủ yếu trong
quá trình hydro hóa và một số ít trong quá trình nhiệt
dịch với tốc độ lắng tụ khác nhau, từ nhanh (thủy
nhiệt) đến chậm (hydro hóa). Các mẫu liên quan đến
quá trình thủy nhiệt có được cho là có liên quan đến
hoạt động núi lửa trong khu vực [14, 22]. Theo đó,
các mẫu M3-M5 được lắng tụ nhanh, trong vùng có
ảnh hưởng của hoạt động của núi lửa, trong khi đó,
các mẫu M1, M4, M2, M7, M6 có tốc độ tích tụ chậm
hơn trong trầm tích basalt.
1
10
0,1
1000
Quá trình kết tinh chậm
-0,5
Nd (ppm)
Hình 8. Mối tương quan tỷ lệ hàm lượng dị thường cerium và neodymium
Hàm lượng các nguyên tố và nguồn gốc hình
thành có quan hệ chặt chẽ đến quá trình tích tụ các
nguyên tố đất hiếm như La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.
Hình 9. Mặt cắt địa chấn minh họa cho sự phân bố núi lửa trẻ trong giai đoạn Pliocene
trong khu vực nghiên cứu
Hình 10. Vị trí một số mẫu nghiên cứu trên mặt cắt địa chấn
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
42
PETROVIETNAM
Tài liệu tham khảo
"Cobalt-rich ferromanganese crusts in the Pacific",
Handbook of Marine Mineral Deposits, 2000.
[1] P.E.Mikhailik,
E.V.Mikhailik,
N.V.Zarubina,
[10] M.Bau, K.Schmidt, A.Koschinsky, J.Hein,
T.Kuhn, and A.Usui, "Discriminating between different
genetic types of marine ferro-manganese crusts and
nodules based on rare earth elements and yttrium",
Chemical Geology, Vol. 381, pp. 1 - 9, 2014. Doi: 10.1016/j.
chemgeo.2014.05.004.
N.N.Barinov, V.T.S’edin, and E.P.Lelikov, "Composition
and distribution of REE in ferromanganese crusts of the
Belyaevsky and Medvedev seamounts in the Sea of Japan",
Russian Journal of Pacific Geology, Vol. 8, No. 5, pp. 315 -
329, 2014. Doi: 10.1134/S1819714014050029.
[2] James R.Hein, "The geology of cobalt-rich
ferromanganese crusts", 2013, pp. 7 - 14.
[11] E.Bonatti, T.Kraemer, and H.Rydell, "Classification
and genesis of submarine iron-manganese deposits",
Ferromanganese Deposits on the Ocean Floor, pp. 149 - 165,
1972.
[3] James R.Hein, Francesca Spinardi, Nobuyuki
Okamoto, Kira Mizell, Darryl Thorburn, and Akuila
Tawake, "Critical metals in manganese nodules from the
Cook Islands EEZ, abundances and distributions", Ore
Geology Reviews, Vol. 68, pp. 97 - 116, 2015. Doi: 10.1016/j.
oregeorev.2014.12.011.
[12] James R.Hein, and Andrea Koschinsky, "Deep-
Ocean Ferromanganese Crusts and Nodules", Treatise on
Geochemistry, Vol. 13, 2014.
[13] James R.Hein, Natalia Konstantinova, Mariah
Mikesell, Kira Mizell, Jessica Fitzsimmons, Phoebe J.
Lam, Laramie Jensen, Yang Xiang, Amy Gartman, Georgy
Cherkashov, Deborah R.Hutchinson, and Claire P.Till,
"Arctic Deep Water Ferromanganese-Oxide Deposits
Reflect the Unique Characteristics of the Arctic Ocean",
Geochemistry, Geophysics, Geosystems, Vol. 18, No. 11,
pp. 3771 - 3800, 2017. Doi: 10.1002/2017GC007186.
[4] W.H.Blow, "Late Middle Eocene to recent
planktonic foraminiferal biostratigraphy", The First
International Conference on Planktonic Microfossils, Geneva,
1969, pp. 199 - 421.
[5] Bridget S.Wade, Paul N.Pearson, William
A.Berggren, and Heiko Pälike, "Review and revision of
Cenozoic tropical planktonic foraminiferal biostratigraphy
and calibration to the geomagnetic polarity and
astronomical time scale", Earth-Science Reviews,
Vol. 104, No. 1, pp. 111 - 142, 2011. Doi: 10.1016/j.
earscirev.2010.09.003.
[14] Claude Lalou, "Genesis of Ferromanganese
Deposit: Hydrothermal origin", Hydrothermal Processes at
Seafloor Spreading Centers, pp. 503 - 504, 1983.
[15] Tanushree Dutta, Ki-Hyun Kim, Minori Uchimiya,
Eilhann E.Kwon, Byong-Hun Jeon, Akash Deep, and Seong-
Taek Yun, "Global demand for rare earth resources and
strategies for green mining", Environmental Research, Vol.
150, pp. 182 - 190, 2016. Doi: 10.1016/j.envres.2016.05.052.
[6] E.Martinii, "Standard Tertiary and Quaternary
calcareous nannoplankton zonation", Poceedings of
the SecondPlanktonic Conference, Roma, 1971, Vol. 2:
EdizioniTechnoscienza, pp. 739 - 785.
[7] Jan Backman, Isabella Raffi, Domenico Rio,
Eliana Fornaciari, and Heiko Pälike, "Biozonation and
biochronology of Miocene through Pleistocene calcareous
nannofossils from low and middle latitudes", Newsletters
on Stratigraphy, Vol. 45, No. 3, pp. 221 - 244, 2012. Doi:
10.1127/0078-0421/2012/0022.
[16] Scott M.Mclennan, "Rare earth elements
in sedimentary rocks; influence of provenance and
sedimentary processes", Geochemistry and mineralogy of
the rare earth elements: reviews in Mineralogy, 1989.
[17] Christopher R.German, B renda P.Holliday, and
Henry Elderfield, "Redox cycling of rare earth elements
in the suboxic zone of the Black Sea", Geochimica et
Cosmochimica Acta, Vol. 55, pp. 3553 - 3558, 1991. Doi:
10.1016/0016-7037(91)90055-A.
[8] Yi Zhong, Zhong Chen, Francisco Javier González,
James R.Hein, Xufeng Zheng, Gang Li, Yun Luo, Aibin
Mo, Yuhang Tian, and Shuhong Wang, "Composition and
genesis of ferromanganese deposits from the northern
South China Sea", Journal of Asian Earth Sciences, Vol. 138,
pp. 110 - 128, 2017. Doi: 10.1016/j.jseaes.2017.02.015
[18] S.Morad and S.Felitsyn, "Identification of
primary Ce-anomaly signatures in fossil biogenic
apatite: implication for the Cambrian oceanic anoxia and
phosphogenesis", Sedimentary Geology, Vol. 143, No. 3 - 4,
pp. 259 - 264, 2001. Doi: 10.1016/S0037-0738(01)00093-8.
[9] James R.Hein, Andrea Koschinsky, Michael Bau,
Frank T.Manheim, Jung-Keuk Kang, and Leanne Robert,
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
43
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
[19] Zunli Lu, Hugh C.Jenkyns, and Rosalind
E.M.Rickaby, "Iodine to calcium ratios in marine carbonate
as a paleo-redox proxy during oceanic anoxic events",
Geology, Vol. 38, No. 12, pp. 1107 - 1110, 2010. Doi:
10.1130/G31145.1.
[21] James R.Hein, Yeh Hsueh-Wen, Susan H.Gunn,
Ann E.Gibbs, and Wang Chung-ho, "Composition and
origin of hydrothermal ironstones from central Pacific
seamounts", Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 58, No.
1, pp. 179 - 189, 1994. Doi: 10.1016/0016-7037(94)90455-3.
[20] Judith Wright, Hans Schrader, and William
T.Holser, "Paleoredox variations in ancient oceans recorded
by rare earth elements in fossil apatite", Geochimica et
Cosmochimica Acta, Vol. 51, No. 3, pp. 631 - 644, 1987. Doi:
10.1016/0016-7037(87)90075-5.
[22] D.S.Cronan, "Chapter 2 Deep-Sea Nodules:
Distribution and Geochemistry", Elsevier Oceanography
Series, Vol. 15, pp. 11 - 44, 1977.
SOME PRELIMINARY RESULTS FROM STUDY OF THE POTENTIAL OF
FERROMANGANESE CRUSTS IN PLIOCENE - QUATERNARY SEDIMENTS,
OFFSHORE SOUTHWESTERN VIETNAM
Nguyen Thi Tham1, Pham Ba Trung2, Hoang Nhat Hung1, Nguyen Hoai Chung1, Le Chi Mai1
Nguyen Thanh Tuyen1, Ta Thi Hoa1, Nguyen Van Hieu1, Nguyen Quang Tuan1
1Vietnam Petroleum Institute
2Institute of Oceanography, Vietnam Academy of Science and Technology
Email: thamnt@vpi.pvn.vn
Summary
Nam Con Son and Tu Chinh - Vung May basins are considered to have big potential of seabed hard minerals such as ferromanganese
(Fe-Mn) crusts or aggregates. Analysis of samples collected from the southwestern area of the East Sea shows that the Fe-Mn content varies
from 15 - 21% along with the presence of other valuable metal elements such as Ti (11.092 ppm), Ba (3.836 ppm), and Ni (1.932 ppm), etc.
Moreover, some rare earth elements are also encountered with fairly high fraction (roughly 370 ppm/sample in average), of which Ce (168
ppm), La (52 ppm), and Nd (43 ppm) are predominant. These samples were formed mainly by hydrogenetic and hydrothermal processes. The
formation of the Fe-Mn oxide samples is closely relating to accumulation of rare earth elements such as La, Ce, Pr, Sm, Eu, etc.
Key words: Hard minerals, hydrogenetic process, hydrothermal, Pliocene - Quaternary, Fe-Mn oxide, Nam Con Son basin, Tu Chinh -
Vung May basin, southwestern area of the East Sea.
DẦU KHÍ - SỐ 8/2020
44
11 trang
16/04/2022
30940
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu tiềm năng khoáng sản rắn đáy biển hiện diện trong các mẫu oxide sắt mangan ở phía Tây Nam biển Đông", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_tiem_nang_khoang_san_ran_day_bien_hien_dien_trong.pdf
