ĐẶC ĐIỂM HÓA HỌC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA FLUORIT MÀU HỒNG CHẤT LƯỢNG ĐÁ QUÝ TỪ MỎ PLANGGENSTOCK (THỤY SĨ) VÀ SO SÁNH VỚI FLUORIT MÀU HỒNG TỪ CÁC KHU VỰC KHÁC

Danh mục nội dung

Giới thiệu

Nghiên cứu này trình bày những kết quả ban đầu về phân tích nguyên tố vết và các khảo sát quang phổ khác nhau trong fluorit màu hồng từ các mỏ kiểu Alpine (khối núi Aar và khối núi Mont Blanc) cũng như từ mỏ skarn gần Huanggang, Trung Quốc.

Fluorit màu hồng là một khoáng vật đặc trưng trong các khe nứt tách giãn kiểu Alpine, đặc biệt trong các khối granit trung tâm của dãy Alps, bao gồm khối núi Aar ở Thụy Sĩ và khối núi Mont Blanc ở Pháp (Stalder và cộng sự, 1998). Fluorit tại các khu vực này chỉ tồn tại dưới dạng tinh thể bát diện, với chiều dài cạnh thường nhỏ hơn 3 cm, và hiếm khi gặp các tinh thể rất lớn với kích thước trên 15 cm. Màu sắc chủ yếu từ hồng nhạt đến đỏ hồng, hiếm khi có màu đỏ mâm xôi đậm.

Sự thành tạo fluorit màu hồng vùng Alps gắn liền với quá trình thành tạo các khoáng vật trong các khe nứt chứa tinh thể kiểu Alpine. Các khe nứt này hình thành do các quá trình kiến tạo trong giai đoạn tạo núi Alpine (Gnos và cộng sự, 2021). Ở độ sâu khoảng 13 – 18 km trong vỏ Trái Đất, dưới điều kiện nhiệt độ khoảng 450 – 550 °C, ứng suất kiến tạo vào khoảng 20 triệu năm trước đã tạo nên các khe nứt giãn trong khối đá. Sự phát triển của các khe nứt này tạo thành các hốc rỗng, có thể đạt kích thước tới vài mét. Sau đó, các hốc này được lấp đầy bởi các dung dịch nhiệt dịch giàu nước tới trạng thái siêu tới hạn, các chất này sau đó đã hoà tan khoáng vật trong đá tạo nên thành khe nứt. Quá trình nguội dần gắn liền với sự nâng lên của dãy Alps làm cho các phức chất đã hòa tan trở nên quá bão hòa, từ đó dẫn đến sự thành tạo nhiệt dịch các khoáng vật trong các khe nứt này. Thạch anh, là khoáng vật phổ biến nhất trong các khe nứt kiểu Alpine, bắt đầu kết tinh ở nhiệt độ khoảng 450 – 400 °C, tương ứng với giai đoạn sớm nhất của quá trình kết tinh. Ngược lại, fluorit và clorit bắt đầu kết tinh ở nhiệt độ thấp hơn vào giai đoạn cuối của quá trình phát triển các tinh thể thạch anh. Do đó, fluorit luôn được quan sát thấy phát triển trên bề mặt các tinh thể thạch anh..

Có lẽ phát hiện mẫu fluorit màu hồng vùng Alps lớn nhất cho đến nay được ghi nhận tại hệ thống khe nứt của núi Planggenstock, bang Uri, miền trung Thụy Sĩ. Mỏ này nằm trong khối granit trung tâm Aar, có chiều dài khoảng 90 km theo phương đông – tây, là thể granit lớn nhất trong khối núi Aar và ở Thụy Sĩ. Điểm mỏ tinh thể tại Planggenstock được phát hiện vào năm 1993 gồm một số hốc khe nứt có kích thước rất lớn, từ đó chủ yếu thu được thạch anh pha lê (rock crystal) với tinh thể kích thước đến 1 m. Năm 2019, một hốc khác được phát hiện ở khu vực lân cận. Hốc này chứa rất nhiều tinh thể fluorit có kích thước lớn và màu sắc đậm (Hình 1 và Hình 2), cùng với một lượng lớn clorit dạng cát màu lục.

Phân tích nguyên tố vết trong fluorit màu hồng

Tại thời điểm bài tóm tắt của nghiên cứu này được gửi đi, thành phần nguyên tố vết của các mẫu fluorit màu hồng từ Planggenstock và Huanggang (Trung Quốc) đã được phân tích bằng hệ thống Gem-TOF (LA-ICP-TOF-MS) tại SSEF. Các mẫu fluorit màu hồng từ khối núi Mont Blanc (Pháp) hiện đang trong quá trình chuẩn bị và dữ liệu phân tích sẽ được bổ sung trong các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Trong các mẫu fluorit màu hồng từ Planggenstock và Huanggang, ytri (Y) là nguyên tố vết có hàm lượng cao nhất. Hàm lượng Y trong các mẫu fluorit vùng Alps dao động từ 170 đến 278 ppm, trong khi các mẫu fluorit từ Huanggang có hàm lượng từ 205 đến 273 ppm. Dựa trên các mẫu nghiên cứu, sự khác biệt rõ rệt giữa fluorit màu hồng vùng Alps và fluorit màu hồng từ Trung Quốc được thể hiện qua sự chênh lệch về hàm lượng stronti (Sr) và lutexi (Lu). Đối với cả hai nguyên tố này, các mẫu fluorit vùng Alps đều có hàm lượng trung bình cao hơn so với các mẫu từ Huanggang, gấp khoảng 3 lần đối với Sr và 8 lần đối với Lu.

Hình 1: Các tinh thể fluorit màu hồng dạng bát diện trên đá granit từ núi Planggenstock, Thụy Sĩ. Tổng chiều cao khoảng 30 cm. Ảnh: M. Hügi.

Mặc dù các điều kiện địa hóa trong quá trình thành tạo của hai mỏ có sự khác biệt, kiểu phân bố nguyên tố đất hiếm (REE) của fluorit từ cả hai khu vực lại thể hiện mức độ tương đồng đáng kể, cả về khoảng hàm lượng cũng như tỷ lệ giữa đất hiếm nhẹ (LREE) và đất hiếm nặng (HREE) (Hình 3). Tuy nhiên, kiểu phân bố REE của các mẫu fluorit từ Trung Quốc khác với các mẫu fluorit vùng Alps, đặc trưng bởi dị thường Eu âm. Sự khác biệt này được cho là phản ánh điều kiện oxy hóa – khử khác nhau trong các môi trường địa hóa nơi các tinh thể phát triển, như đã được mô tả bởi Armbruster và cộng sự (1996).

Tỷ lệ LREE/HREE đo được trong các mẫu fluorit vùng Alps cũng phù hợp với các kết quả được Armbruster và cộng sự (1996) công bố. Theo các tác giả này, kiểu phân bố REE của fluorit vùng Alps có sự tương phản rõ rệt với đá chủ, cụ thể là khối granit trung tâm Aar (Central Aar Granite). Granit có tỷ lệ LREE/HREE cao hơn đáng kể và xuất hiện dị thường Eu âm nhẹ (Schaltegger và Krähenbühl, 1990) so với fluorit. Sự làm giàu các nguyên tố đất hiếm nặng (HREE) trong fluorit màu hồng có thể được lý giải là do quá trình tương tác giữa dung dịch chứa flo sau giai đoạn magma và đá vây quanh. Các dung dịch chứa flo này có khả năng tạo phức với các nguyên tố đất hiếm nặng, đồng thời với Na, Nb, Y, Zr, Hf, Ta và U (Webb và cộng sự, 1985).

Hình 2: Mẫu fluorit có màu sắc đậm, trọng lượng 97,18 carat, từ núi Planggenstock, được chế tác bởi Philipp Munsteiner. Ảnh: Atelier Munsteiner.

Nguyên nhân tạo màu của fluorit màu hồng

Theo Bill và Calas (1978), màu hồng hấp dẫn của fluorit là do sự hiện diện của tâm màu YO₂. Nhận định này được củng cố bởi kết quả quang phổ hấp thụ UV-Vis, cho thấy một dải hấp thụ chính tại bước sóng 485 nm, cũng như bởi hàm lượng Y cao được đo trong các mẫu fluorit từ Planggenstock và Huanggang. Ngoài ra, một dải hấp thụ yếu hơn tại 365 nm được cho là liên quan đến ion Yb²⁺ (Armbruster và cộng sự, 1996).

Một số tinh thể fluorit từ Planggenstock có sự phân bố màu không đồng nhất rõ rệt, biến đổi dần từ hồng đậm sang không màu. Dựa trên kết quả phân tích bằng Gem TOF, sự phân bố màu này không liên quan đến sự thay đổi về hàm lượng Y. Vì vậy, có thể giả định rằng các tâm màu YO₂ đã được hoạt hóa ở những mức độ khác nhau do mức độ chiếu xạ phóng xạ tự nhiên không giống nhau.

Bao thể trong fluorit màu hồng vùng Alps

Cho đến nay, việc phân tích bao thể dưới kính hiển vi đã được tiến hành trên các mẫu fluorit màu hồng đã đánh bóng từ mỏ Planggenstock. Đặc điểm bao thể cho thấy sự hiện diện của bao thể hai pha (khí-lỏng), vốn là đặc trưng của các khoáng vật nhiệt dịch hình thành trong các khe nứt kiểu Alpine thuộc khối núi Aar (Mullis, 1996). Các bao thể này có dạng tinh thể âm tứ diện tự hình, đặc trưng bởi pha lỏng là nước kèm theo một bọt hơi nước (Hình 4). Bao thể rắn phổ biến nhất được quan sát trên hoặc gần các mặt tinh thể fluorit là các lớp clorit hạt mịn, kết tinh ở giai đoạn cuối của quá trình khoáng hóa trong khe nứt kiểu Alpine.

Hình 3: Biểu đồ phân bố nguyên tố đất hiếm (REE) được chuẩn hóa theo chondrit trong fluorit màu hồng từ núi Planggenstock (đường màu đỏ) và từ mỏ Huanggang (đường màu xanh lục).

Hình 4: Bao thể hai pha trong các tinh thể âm dạng tứ diện của fluorit màu hồng từ núi Planggenstock, Thụy Sĩ. Trường quan sát 1,2 mm. Ảnh: M. Hügi.

Kết luận

Mặc dù không phải là loại đá quý phổ biến và có giá trị cao trên thị trường, fluorit, đặc biệt là fluorit màu hồng đẹp đạt chất lượng đá quý, vẫn được xem là, loại đá sưu tầm hấp dẫn và rất được ưa chuộng, nhất là ở dạng tinh thể thô, có hoặc không còn nằm trên đá gốc, nhờ hình dạng bát diện hoàn hảo. Việc phát hiện một hốc lớn chứa nhiều tinh thể fluorit màu hồng tại Planggenstock (Thụy Sĩ), cùng với việc fluorit màu hồng mới xuất hiện từ mỏ Huanggang (Trung Quốc), đã thúc đẩy nghiên cứu này nhằm xác định đặc điểm chi tiết hơn của vật liệu mới từ Planggenstock, đồng thời so sánh với fluorit màu hồng từ Huanggang và khối núi Mont Blanc. Các kết quả sơ bộ cho thấy, mặc dù có bối cảnh địa chất và cơ chế thành tạo khá khác nhau (Planggenstock: nhiệt dịch; Huanggang: liên quan đến skarn), hàm lượng và kiểu phân bố nguyên tố vết của chúng chỉ khác nhau không đáng kể.

Tài liệu tham khảo

Armbruster, T., Kohler, T., Meisel, T., Nägler, T. F., Götzinger, M. A., & Stalder, H. A., 1996: The zeolite, fluorite, quartz assemblage of the fissure at Gibelsbach, Fiesch (Valais, Switzerland): crystal chemistry, REE patterns, and genetic speculations. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, 76, 131–146.
Bill, H., & Calas, G., 1978: Color centers, associated rare-earth ions and the origin of coloration in natural fluorites. Physics and Chemistry of Minerals, 3(2), 117–131.
Gnos, E., Mullis, J., Ricchi, E. et al., 2021: Episodes of fissure formation in the Alps: connecting quartz fluid inclusion, fissure monazite age, and fissure orientation data. Swiss Journal of Geosciences, 114, 14. https://doi.org/10.1186/s00015-021-00391-9
Mullis, J., 1996: P–T–t path of quartz formation in extensional veins of the Central Alps. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, 76, 159–164.
Schaltegger, U., & Krähenbühl, U., 1990: Heavy rare-earth element enrichment in granites of the Aar Massif (Central Alps, Switzerland). Chemical Geology, 89, 49–63.
Stalder, H. A., Wagner, A., Graeser, S., & Stuker, P., 1998: Mineralienlexikon der Schweiz. Wepf: Basel, 579 pp.
Webb, P. C., Tindle, A. G., Barrit, S. D., Brown, G. C., & Miller, J. F., 1985: Radiothermal granites of the United Kingdom: comparison of fractionation patterns and variation of heat production from selected granites. In: High Heat Production (HHP) Granites, Hydrothermal Circulation and Ore Genesis. Inst. Min. Metall., London, pp. 409–424.