Bản tin tháng 07/2015

Ngọc Nephrite Từ Val Malenco, Italy: Tóm Lược Và Cập Nhật

Ngọc nephrite là loại đá hầu như đơn khoáng có thành phần chủ yếu là khoáng amphibole tremolite [Ca₂Mg₂Si₈O₂₂(OH)₂] đến actinolite [Ca₂(Mg,Fe)₅Si₈O₂₂(OH)₂] (Leake và những người khác, 1997). Mặc dù tremolite–actinolite được xem là thành phần hiện diện chiếm ưu thế trong ngọc nephrite nhưng hàm lượng phần trăm trọng lượng cụ thể của từng khoáng vật vẫn đang được tranh luận.

Những nguồn mỏ chính gồm dãy núi Kunlun thuộc tỉnh Thanh Hải và vùng tự trị Xinjiang Uygur của Trung Quốc; dãy núi phía Đông Sayan của Siberia; Chuncheon thuộc Nam Hàn; vùng đất phía Tây Nam thuộc bán đảo phía Nam của New Zealand và Cowell, Australia (Harlow và Soresen, 2005; Liu và những người khác, 2011; Zhang và những người khác, 2011).

Một mỏ mới về ngọc nephrite chất lượng quý (hình 1) được phát hiện vào đầu những năm 2000 ở Alpe Mastabia, thuộc quận Val Maleno, tỉnh Sondrio phía Bắc nước Ý (hình 2). Ông Pietro Nana thông báo lần đầu tiên về loại đá màu lục hấp dẫn nằm trong các vật liệu phế thải bị loại bỏ từ mỏ khai thác talc đã bị bỏ hoang (hình 3) nằm ở độ cao 2.077 m so với mực nước biển (Nichol và Geiss, 2005). Những sự kiện dẫn đến việc phát hiện ra nephrite Alpe Mastabia cũng như môi trường địa chất có những tương đồng đáng kinh ngạc với báo cáo của Dietrich và De Quervain (1968) về mỏ nephrite nổi tiếng ở Scortaseo (Val Poschiavo, Thụy Sỹ) nằm cách mỏ này không đến 20 km.

Những mục tiêu của nghiên cứu này nhằm cung cấp thông tin tóm lược và cập nhật về ngọc nephrite từ Val Malenco bằng cách nghiên cứu một tập hợp các mẫu đá thô và đá mài giác chất lượng quý bằng các phương pháp như: chiếu xạ năng lượng tia X kết hợp với phân tích định lượng dựa trên phương pháp Rietveld; kính hiển vi quét điện tử kết hợp với phổ phân tán năng lượng (SEM-EDS); phân tích máy vi dò điện tử với phương pháp phân tán độ dài sóng (EMPA-WDS); phổ khối; và phổ giữa hồng ngoại (IR).

MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT

Hình 3: Trái: một góc hình ảnh về mỏ talc Alpe Mastabia, cũng chính là mỏ nephrite. Phải: ông Pietro Nana đứng gần cửa vào. Ảnh chụp của Pietro Nana và Vincenzo De Michele.

Val Malenco là một khu vực có môi trường địa chất và khoáng vật học vô cùng thú vị (Adamo và những người khác, 2009) nằm ở Rhetic Alps gần biên giới giữa Ý và Thụy Sĩ, nằm giữa phía Nam dãy Alps và cái gọi là “đới dứt gãy” của lớp phủ chờm Alpine. Khối địa chất chính là khối đá siêu mafic (“Khối Malenco”) là một trong những khối ophiolite lớn nhất của dãy Apls (hình 2). Nó trãi dài một vùng khoảng 130 km² và bao gồm đá peridotite (peridotite gồm olivine, pyroxene thoi và pyroxene xiên, trong đó olivine chiếm phần lớn) bị serpentine hóa với một ít thể sót Iherzolite  và harzburgite (Trommsdorff và những người khác, 1993). Mỏ talc Alpe Mastabia nằm ở vùng kiến tạo hẹp (Lanzada–Scermendone) ở rìa phía Nam của khối Malenco (hình 2). Cách khoảng 300 m là đá bị serpentine hóa và các đá vây quanh mỏ talc là orthogneiss và schrist (đá phiến) từ lớp đá móng kết tinh tuổi pre–Mesozoic (tiền Đại Trung Sinh), nằm giữa đá hoa dolomite đến calcite màu trắng, tuổi Trias. Nguồn gốc mỏ talc cũng như tremolite và nephrite được cho là có liên quan đến quá trình biến chất trao đổi trong đá hoa dolomite trong quá trình biến chất khu vực núi Alpine (Montrasio, 1984; Nichol và Geiss, 2005).

LỊCH SỬ VÀ SẢN LƯỢNG

Trong suốt những năm mỏ talc Alpe Mastabia hoạt động, từ năm 1964 đến năm 1994, những tảng đá cuội nephrite không được quan tâm đến hoặc bị vứt bỏ giống như đồ phế thải (Andreis, 1970; De Michele và những người khác, 2002; Nichol và Geiss, 2005). Khi mỏ này bị cấm khai thác và các lối đi vào các đường hầm và hành lang rộng lớn trước đây dẫn đến thân quặng hầu như bị làm sập hoặc bị rào chắn (hình 3), làm cho việc tiếp cận mỏ gặp nhiều khó khăn. Năm 1995, trong khi nghiên cứu các vật chất bị thải bỏ đi bên ngoài mỏ, ông Nana phát hiện một số tảng đá cuội nephrite hấp dẫn. Nhận ra giá trị ngọc học của chúng, ông gởi những mẫu đá thô đến các phân xưởng cắt mài đá quý ở Trung Quốc và Idar–Oberstein, Đức. Việc khai thác và tiếp thị ngọc nephrite từ Alpe Mastabia bắt đầu từ đầu thế kỷ 21 với 25 tấn được khai thác từ lúc phát hiện. Việc khai thác vẫn được phát triển mạnh nhờ vào chất lượng cao của những mẫu được chế tác làm trang sức và những đồ vật trang trí nghệ thuật khác. 

KHOÁNG VẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP

Nhóm tác giả nghiên cứu 21 mẫu từ mỏ Val Malenco, gồm 13 mẫu cắt mài (trọng lượng 3,33 – 25,34 ct, hình 4) và 8 mẫu đá thô (trọng lượng 0,35 – 2,50 ct). Tất cả 13 mẫu cắt mài kiểm tra qua các phương pháp ngọc học cơ bản để xác định chỉ số chiết suất (RI), tỉ trọng (SG) và phát quang cực tím (UV).

Các số đo chiếu xạ năng lượng tia X được thực hiện trên 6 mẫu đá thô để xác định thành phần khoáng vật học của ngọc. Dữ liệu ghi được bằng các phương pháp nhiễu xạ năng lượng tia X Panalytical X’Pert-PROMPD X’Celerator, sử dụng chiếu xạ CuKa (l=1,518 Å) với dòng điện thế 40 kV và cường độ dòng điện 40 mA. Các hình ảnh chiếu xạ năng lượng tia X ghi nhận trong phạm vi 9 – 80^o với góc quét 2q, các bước chuyển là 0,02^o 2q và thời gian đếm là 25 giây cho mỗi bước. Việc xác định trạng thái dựa trên dữ liệu từ cơ sở dữ liệu PDF–2 (Trung Tâm Dữ Liệu Chiếu Xạ Quốc Tế, Newton Square, Pennsylvania). Phân tích trạng thái định lượng thực hiện bằng phương pháp Rietveld dùng chương trình phần mềm GSAS (Larson và Von Dreele, 1994) để xử lý bóng của góc 2q xảy ra trong thực nghiệm.

Các đặc điểm vi cấu trúc của 6 mẫu đá thô được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét 360 STEREOSCAL Cambridge (SEM), với dòng điện gia tốc 15 kV. Phân tích hóa bán định lượng thực hiện bằng hệ thống kính hiển vi điện tử EDS (ISIS 300 Oxford).

Nhóm tác giả còn thực hiện phân tích hóa định lượng ngay tại vị trí của những tinh thể dạng bó sợi hình thành nên 4 mẫu nephrite thô trước đó đã được phân tích bằng chiếu xạ năng lượng tia X. Nhóm tác giả dùng kính hiển vi điện tử JEOL JXA-8200 sử dụng bước sóng phân tán (EMPA – WDS) dưới những điều kiện sau: điện thế gia tốc 15 kV, dòng điện 15 nA và thời gian đếm 60 giây đối với trên đỉnh và 30 giây đối với phần đáy. Các tiêu chuẩn đối sánh sau được dùng đến: grossular thiên nhiên (đối với Si và Ca), anorthite (Al), fayalite (Fe), olivine (Mg), rhodonite (Mn), omphacite (Na), ilmenite (Ti), K-feldspar (K), V và Cr tinh khiết đối với những nguyên tố đó. Dữ liệu thô được chỉnh sửa do những ảnh hưởng tạp chất bẩn bằng cách sử dùng qui ước ΦρZ thông thường trong chương trình phần mềm JEOL.

Thành phần nguyên tố vi lượng của các tinh thể dạng bó sợi trong 4 mẫu đá thô được xác định bằng phổ khối plasma cảm ứng kép bắn laser (LA–ICP–MS). Thiết bị gồm một Quantel Brilliant kích hoạt laser Nd:YAG bước sóng 266 nm nối với mạch bốn cực Perkin Elmer DRCe ICP–MS. Kích thước điểm là 40 mm, dùng thủy tinh NIST SRM 610 làm tiêu chuẩn bên ngoài và Ca làm tiêu chuẩn bên trong như được phân tích bằng máy vi dò. Tính xác thực và độ chính xác được đánh giá trên tiêu chuẩn thủy tinh núi lửa BCR2 độ tinh khiết trên 10%.

Một số thông tin khác có được từ thành phần đồng vị hydrogen, thu được từ kết quả đa phân tích vài miligram sợi tremolite bằng phổ khối theo các qui trình tiêu chuẩn (Vennemann và O’Neil, 1993).

Phổ hấp thu giữa hồng ngoại (4000 – 600 cm^-1) được thực hiện trên 4 mẫu đá thô bằng phổ kế hồng ngoại biến hình Fourier Nicolet Nexus (FTIR), hoạt động bằng phương thức truyền dẫn với các viên nén KBr, ở độ phân giải 4 cm^-1 và 200 lần quét trên mỗi mẫu.

KẾT QUẢ

Các đặc điểm ngọc học: các đặc điểm ngọc học của 13 viên ngọc Val Malenco đã cắt mài được liệt kê trong bảng 1. Màu của các mẫu đánh bóng cũng như mẫu thô là từ màu trắng thông thường và trắng–lục, hiếm hơn là màu lục phớt vàng và lục (hình 4). 2 mẫu đá thô có màu xám phớt đen (tương tự với màu trong chuỗi tay ở hình 11). Chiết suất không thay đổi cho tất cả các mẫu, trong khi tỉ trọng thì dao động từ 2,74 đến 2,96, những mẫu phớt trắng có giá trị thấp hơn. Giá trị tỉ trọng của 2 mẫu đá thô màu xám phớt đen là 2,80 và 2,86. Tất cả các viên đá đều đục và trơ dưới chiếu xạ UV sóng ngắn và sóng dài. Đới màu chen lẫn các đốm và sọc không đều được thấy trong hầu hết các mẫu.

Dữ liệu chiếu xạ năng lượng tia X: Phân tích định lượng dựa trên dữ liệu XRPD cho thấy 5 mẫu đều chứa phần lớn tremolite amphibole với hàm lượng thay đổi tùy từng loại khoáng vật, đặc biệt là calcite. Khoáng vật này thường ít hơn 5 wt.%, tuy nhiên cũng có những trường hợp ngoại lệ đạt giá trị khoảng 25–30 wt.% được thấy trong 2 mẫu hầu như phớt trắng (bảng 2, hình 5).

Vi cấu trúc: Ngọc nephrite từ Val Malenco cho thấy cấu trúc vi tinh đến ẩn tinh, nó chứa các bó sợi tremolite tăng trưởng tự hình, dày đặc (chiều dài khoảng 10 – 20 mm) sắp xếp ngẫu nhiên (hình 6). Những khoáng vật khác được xác định bằng SEM–EDS gồm có calcite, diopside, apatite và các khoáng vật chắn sáng (molybdenum, sắt, chì và kẽm sulfide; xem hình 7). Calcite hiện diện trong hầu hết các mẫu, trong khi đó những khoáng khác thì hiếm hơn. Riêng khoáng vật molydenite và galena tập trung nhiều hơn ở các mẫu nephrite màu xám phớt đen. Những khoáng vật này phân bố không đều trong nephrite.

Thành phần hóa học: Thành phần hóa học của các tinh thể dạng bó sợi trong ngọc nephrite được ghi nhận từ 4 mẫu trong bảng 3.

Phân tích hóa của các khoáng vật dạng bó sợi cho thấy thành phần gần giống với tremolite amphibole – Ca₂Mg₂Si₈O₂₂(OH)₂ theo phân loại của Leake và những người khác (1997), với sự tập trung thấp của hầu hết các nguyên tố vi lượng. Tất cả các nguyên tố trong loạt chuyển tiếp đầu tiên (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu và Zn) và các kim loại kiềm thổ (Sr, Ba) và kim loại kiềm (K, Rb, Cs) luôn luôn ít hơn 0,1 wt.%, ngoại trừ Na, khoảng từ 0,14 đến 0,20 wt.% ở dạng hợp chất Na₂O. Trong số những ion tạo màu sắc, sắt (Fe) là nhiều nhất với hàm lượng từ 527 đến 670 ppm, theo sau là vanadium (V) khoảng 200 ppm; chromium (Cr) thấp hơn nhiều, với sự tập trung £4 ppm (bảng 3). Về hợp chất đồng vị bền, các mẫu nephrite này có giá trị trung bình đồng vị hydrogen (dD) là –113±4,8‰.

Phổ giữa hồng ngoại: Phổ hấp thu giữa hồng ngoại của các mẫu được thu thập bằng phương pháp truyền dẫn trên các viên nén KBr (hình 8), ghi nhận được các dãy hấp thu tại 3674, 1108, 1067, 1000, 949, 922, 758 và 688 cm^-1, đặc trưng cho tremolite (Hawthorne và Della Ventura, 2007). Các mẫu phớt trắng (12 và 4C) cũng có các đặc điểm hấp thu của calcite (2513, 1799, 1423, 876 và 712 cm^-1, Farmer, 1974).

THẢO LUẬN

Các mẫu đá từ Val Malenco có giá trị chiết suất đặc trưng của ngọc nephrite (O’Donoghue, 2006). Những giá trị tỉ trọng của chúng cho thấy sự thay đổi theo màu của các viên đá, phù hợp với những tỉ trọng thường được ghi nhận cho loại ngọc này (SG = 2,9 – 3,1; O’Donoghue, 2006), ngoại trừ hai mẫu đá màu trắng có giá trị thấp hơn (mẫu H là 2,77 và mẫu I là 2,74, xem bảng 1). Các giá trị tỉ trọng SG này tương thích với loại đá chứa một lượng calcite đáng kể, có SG (2,70 ± 0,01) thấp hơn so với tremolite. Độ cứng Mohs là 6,5 và cấu trúc sợi mịn kết thành bó là đặc trưng của nephrite từ khắp nơi trên thế giới (O’Donoghue, 2006).

Các sợi tremolite amphibole mịn hiện diện cùng với các thành phần khác phân bố không đều. Calcite là nhiều nhất mặc dù hàm lượng của nó thay đổi từ 0 đến khoảng 30 wt.%; các khoáng vật pyroxene, apatite và sulfide thì hiếm hơn. Hàm lượng calcite thay đổi phù hợp với đá có màu trắng (hình 9) trong khi molybdenite và galena phù hợp với đá có màu xám và đen.

Phân tích hóa của các sợi tremolite cho thấy chứa rất nhiều nguyên tố phụ và nguyên tố vi lượng nhưng có hàm lượng thấp, với sắt là ion tạo màu chiếm ưu thế. Tuy nhiên hàm lượng của nó có giá trị dùng để so sánh trong các mẫu có màu khác nhau, thay đổi từ trắng đến lục (xem lại hình 9). Từ sự hiện diện của các khoáng vật khác (ví dụ như calcite) có thể đưa ra các suy luận về khả năng ảnh hưởng đến sự đa dạng màu của ngọc nephrite.

Thành phần hóa học nguyên tố vi lượng và nguyên tố phụ của nephrite đóng vai trò quan trọng trong việc suy luận ra nguồn gốc địa chất của nó. Nó được dùng để phân biệt nephrite cộng sinh trong các đá hoa dolomite (đá serpentinite liên quan đến dolomite), nephrite liên quan đến serpentinite hay ortho–nephrite; xem thêm bài viết của Nichol (2000) và Siquin và những người khác (2012). Cụ thể, nhiều tác giả (ví dụ như theo Siquin và những người khác) cho biết rằng khoáng vật nephrite liên quan đến serpentine và dolomite có thể phân biệt dựa vào tỉ lệ Fe/(Fe+Mg) (tương ứng 0,064 – 0,118 và 0,001 – 0,074) và có sự tập trung cao các nguyên tố Cr, Co và Ni, cao hơn trong nephrite cộng sinh với serpentine. Dựa vào tỉ lệ Fe/(Fe+Mg) rất thấp (luôn luôn <0,002) cũng như hàm lượng thấp của các nguyên tố Co (0,19 – 0,29 ppm), Cr (2,10 – 4,20 ppm) và Ni (0,46 – 0,81 ppm) được thấy trong ngọc nephrite từ Val Malenco (bảng 3 và hình 10), nhóm tác giả có thể xếp khoáng vật này vào loại nephrite liên quan dolomite hay para–nephrite.

Khả năng cho quá trình hình thành của loại quặng nephrite này thường được cho là từ phản ứng biến chất trao đổi liên quan đến việc thay thế dolomite bởi các chất lưu có gốc silicic (Harlow và Sorensen, 2005). Điều này phù hợp với phản ứng được đưa ra bởi Nichol và Giess (2005) về nephrite từ Val Malenco, nó tạo ra sự dư thừa calcite ở dạng các hạt cô lập hoặc dạng kết tập:

5CaMg(CO₃)₂ + 8SiO₂ + H₂O = Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂ + 3CaCO₃

(dolomite)           (silica)               (tremolite)                (calcite)

Hình 10: Các sơ đồ đối sánh giữa Cr với Co và Cr với Ni của ngọc nephrite Italy (các tam giác màu lục) được so sánh với dữ liệu nephrite của Siquin và những người khác (2012).

Tuy nhiên sự hiện diện của các hạt diopside ở dạng các tàn dư hiếm gặp trong tremolite cũng cho phép dự đoán là giai đoạn hình thành thứ hai liên quan đến quá trình hình thành của diopside chuyển tiếp từ dolomite, cuối cùng được thay thế bởi tremolite. Trong mọi trường hợp, việc hình thành mỏ Alpe Mastabia ở Val Malenco đưa đến phản ứng cô đặc dung dịch tạo đá đậm đặc bằng các dung dịch thủy nhiệt, quá trình ngấm dần này diễn ra ở chỗ tiếp xúc giữa đá hoa dolomite và đá phiến vây quanh (Nichol và Giess, 2005). Giá trị dD rất thấp ghi nhận được trên nephrite này cũng cho thấy sự hỗn nhiễm của chất lỏng thủy nhiệt với nguồn nước ngầm (Yui và Kwon, 2002; Harlow và Sorensen, 2005).

KẾT LUẬN

Ngọc nephrite từ Val Malenco, phía Bắc nước Ý, được tung ra thị trường vào đầu những năm 2000. Từ khi phát hiện nephrite ở đây vào năm 1995, mỏ này cung cấp khoảng 25 tấn đá thô chất lượng quý, được chạm khắc làm các vật trang trí hay chế tác dùng trong trang sức (hình 11). Nghiên cứu này thực hiên trên cả dạng mẫu cắt mài và đá thô, cho thấy rằng ngọc nephrite từ Val Malenco có chứa khoáng tremolite amphibole. Nó còn chứa hàm lượng sắt thấp cũng như các ion tạo màu phù hợp với màu lục nhạt của nó. Các thành phần khác nhau có hàm lượng thay đổi cũng ảnh hưởng đến màu của đá: calcite là nguyên nhân của màu trắng khá phổ biến, trong khi đó molybdenite và galena là nguyên nhân của màu đen và màu xám. Vi cấu trúc dày đặc của nephrite và màu dịu nhẹ làm cho nó trở thành một khoáng vật quý hấp dẫn. Mặc dù những phát hiện mới về mỏ nephrite này có thể bị hạn chế do những khó khăn trong việc tiếp cận, nhưng những đặc điểm địa chất của mỏ cho thấy tiềm năng quan trọng trong việc khai thác loại ngọc này trong tương lai.

(Theo Ilaria Adamo, Rosangela Bocchio, quyển G&G Summer 2013)