Mo tram tich potx

CHƯƠNG VIII MỎ TRẦM TÍCH Khái quát chung Các mỏ trầm tích chiếm một số lượng lớn trong loạt mỏ ngoại sinh. Chúng được thành tạo chủ yếu do sự lắng đọng vật chất trong môi trường nước, một số nhỏ trong môi trường không khí (gió). Các thân khoáng trong mỏ thành tạo có dạng vỉa, lớp thấu kính nằm hkowps với các trầm tích đá vây quanh và thường có quy mô lớn đến rất lớn. Vật liệu để lắng đọng trầm tích là các sản phẩm phong hóa của các đá có trước, chúng được nước hoặc gió vận chuyển cơ học hoặc bị hòa tan trong nước, hoặc là các sản phẩm của hoạt động núi lửa được nước vận chuyển đến bồn trầm tích. Ngoài ra thì các sản phẩm thành tạo còn có nguồn gốc từ bụi vũ trụ nhưng rất loại hình này rất hiếm gặp. Các khoáng sản liên quan đến mỏ trầm tích là các loại khoáng sản cháy quan trọng như dầu khí – khí đốt, than, các loại nguyên liệu khoáng như vlxd (sét, cát, cuội, sỏi), muối khoáng, photphorit và các kim loại Al, Fe, Mn. VIII.1. Điều kiện thành tạo 1.1. Yếu tố khí hậu: Mỗi loại hình khí hậu được đặc trưng bởi một số loại mỏ trầm tích với các khoáng sản riêng biêt Khí hậu nóng ẩm (nhiệt đới) : Loại khí hậu này có đặc điểm là lượng nước bốc hơi nhỏ hơn lượng nước mưa nên nước tồn tại trên mặt và ngấm xuống dưới nhiều tạo nên vỏ phong hóa dày. Vì vậy sinh ra nhiều vật liệu để trầm tích. Khí hậu nóng ẩm rất thuận lợi cho quá trình thành tạo các khoáng sản như: 1. than đá 2. bauxite 3. Quặng Fe, Mn 4. Photphorit 5. Đá vôi Khí hậu khô nóng: Đặc điểm; Lượng nước bốc hơi lớn hơn lượng nước mưa nên nước trong các bồn trầm tích thường có độ mặn thích hợp cho quá trình lắng đọng các muối k – Mg, NaCl, thạch cao-andydrit, dolomite, và hàng loạt các mỏ photphorit. Khí hậu kho nóng làm cho quá trình phong hóa hóa học bị giảm. Các hợp chất của các nguyên tố Al, Fe, Mn, Si không còn linh động nữa (do môi trường hóa học không thích hợp) nên không tạo được các mỏ Al, Fe, Mn Khí hậu băng hà Do nhiệt độ thấp nên trầm tích hóa học và trầm tích sinh hóa chiếm số lượng không đáng kể Các trầm tích trong điều kiện khí hậu này thường có thành phần khác nhau, kích thước khác nhau và không phân lớp. Các khoáng sản liên quan là sét, á sét, đá tảng, cuội sỏi, đôi khi có vàng (ở Alaska-Mỹ) Trong điều kiện phun trào (dưới nước) Do môi trường có tính khử oxy cao nên các hợp chất lắng đọng thường có hóa trị thấp. Các loại khoáng sản có liên quan là Fe 2+ , Mn 2+ , H2S, Pyrit đặc sít (conchedan), S tự sinh 1.2. Nước Có 3 vai trò chính • Vận chuyển • Hòa tan vật liệu • Gây phân dị trong quá trình trầm tích (phân dị cơ học theo độ hạt, phân dị trầm tích hóa học theo dung dịch thật và dung dịch keo) 1.3. Nhiệt độ Trong một số trường hợp, nhiệt dịch trong giaii đoạn hậu sinh có thể lên đến 90- 100 0 C. Khối vật chất hữu cơ tách ra thành khối khí. Nếu gặp điều kiện thuận lợi chúng di chuyển và thành tạo các mỏ dầu khí 1.4. yếu tố kiến tạo Nếu hoạt động kiến tạo ổn định thì thường tạo ra 1 vỉa, 1 thân khoáng và ổn định về đường phương, đường hướng dốc. Nếu hoạt động kiến tạo xảy ra mạnh mẽ và tạo nên nên các đơn vị địa hình không ổn định thì mỏ trầm tích trong vùng thường gồm nhiều vỉa và ít nhiều thay đổi về đường phương, đường hướng dốc. Ngoài các yếu tố trên còn cớ một số yếu tố khác ảnh hưởng tới quá trình trầm tích như: • Địa hình • Môi trường lắng đọng, đặc điểm đáy bồn địa trầm tích • Độ muối • Hoạt động của thế giới hữu cơ • Thành phần đá và quặng gốc tạo vật liệu trầm tích VIII.2. Sự phân dị trong quá trình trầm tích 2.1. Sự phân dị trong trầm tích cơ học Khi được vận chuyển trong môi trường nước, vật liệu vụn cơ học di chuyển theo 3 phương thức: • Kéo lê • Lăn tròn • Nhảy cóc Trong quá trình di chuyển, chúng sẽ lắng đọng theo một quy luật nhất định (phân dị trầm tích cơ học) như sau: Vật liệu có kích thước lớn, tỉ trọng cao và độ mài tròn kém thì lắng đọng trước, gần bờ và ngược lại vật liệu vụn có kích thước nhỏ, tỉ trọng nhỏ, độ mài tròn tốt thì lắng đọng sau, xa bờ. Tóm lại sự phân dị trầm tích cơ học dựa trên 3 yếu tố: Độ hạt, tỉ trọng và độ mài tròn Theo độ hạt: Cuội – cát – sét Theo tỷ trọng: Au – FeS2 – (Fe,Mn)Cr2O4, cromit – thạch anh – grafit – hổ phách Do quá trình phân dị trầm tích cơ học mà hiện tượng rửa lại nhiều lần các vật liệu tạo nên các trầm tích đơn khoáng hơn, sạch hơn và có giá trị hơn (ví dụ mỏ cát thạch anh chất lượng cao cho cn thủy tinh) Quá trình trầm tích cơ học tạo ra hàng loạt mỏ sa khoáng có giá trị như: Au, Pt, SnO2, FeTiO3, Zircon ZrSiO4, kim cương, ruby – saphia, spinel MgAl2O4 2.2. Sự phân dị trầm tích hóa học Các sản phẩm phong hóa ở dạng hòa tan được vận chuyển trong nước dưới dạng dung dịch thật hoặc dung dịch keo khi gặp điều kiện thuận lợi thì lắng đọng theo một quy luật nhất định gọi là phân dị hóa học. Sự phân dị trầm tích hóa học phụ thuộc vào độ hòa tan, hoạt tính hóa học của các nguyên tố và hợp chất của nó, độ Ph và Eh của môi trường, mối tương tác giữa các cation và anion. Tóm tắt sơ đồ phân dị hóa học từ bờ ra xa (theo pustovalov, 1954) Oxit – Phosphat – silicat – cacbonat – sunfat – halogen Có thể nhận thấy rằng vật chất khó hòa tan thì di chuyển kém và lắng đọng trước, gần bờ hơn Hiện tượng lắng đọng trầm tích hóa học có thể xảy ra do các phản ứng hóa học của các hợp chất hòa tan trong nước, tạo ra các chất muối khó tan, kết tủa trong bồn trầm tích hoặc lắng đọng do keo tụ (các mỏ Al, Fe, Mn) hoặc do sự bốc hơi của dung dịch thật (các muối Na, K, thạch cao,. . .) hoặc lắng đọng trầm tích do hoạt động của thế giới sinh vật (trầm tích hữu cơ, sinh hóa như than đá, diatomit, photphorit,. . .) VIII.3. Khái quát quá trình tạo đá và mỏ trầm tích Quá trình tạo đá và mỏ trầm tích có thể được chia theo 3 thời kỳ (theo Xtrakhov) 3.1. Thời kỳ lắng đọng trầm tích: gồm 3 giai đoạn Giai đoạn 1: động viên vật chất trong vỏ phong hóa Xảy ra mạnh mẽ trong lục địa do quá trình phong hóa hóa học, cơ học và sinh học Giai đoạn 2: Vận chuyển vật liệu trầm tích xảy ra trong 4 trạng thái • Dung dịch thật : gồm các muối NaCl, KCl, MgSO4, MgCl, CaSO4, CaCl, và một phần các vật chất hữu cơ. Trong dòng sông ở miền nhiệt đới có vận chuyển các tổ phần cacbonat và oxit silic gồm CaCO3, MgCO3, Na2CO3, SiO2 • Dung dịch keo : Các hợp chất của Al, Fe, Mn, P, U, Cr, Ni, Co, Cu • Vẩn lơ lửng cơ học: chủ yếu gồm sét và một phần các hợp chất của Fe, Mn, P, cacbonat kiềm thổ, các hợp chất của một số nguyên tố hiếm • Kéo lê (trượt, lăn, nhảy cóc): một số tính toán cho thấy hàng năm các dòng sông amazon, mekong . . .mang hàng tỉ tấn vật liệu vụn ra các bể trầm tích. Giai đoạn 3: Lắng đọng (xem lại phần sự phân dị trầm tích) Sự lắng đọng đối với các trầm tích vụn lơ lửng sau khi được đưa ra ngoài khơi thường xảy ra rất chậm chạp, kéo dài đến hàng nghìn năm. 3.2. Thời kỳ tạo đá: gồm 3 giai đoạn Quá trình tạo đá xảy ra ở độ sâu hang trục đến hàng trăm mét. Trong thời kỳ này, các sản phẩm lắng đọng còn ở trạng ướt (bùn), bão hòa vi khuẩn và các tổ phần đang chuyển dần sang trạng thái nén trắc. Lượng H2O, oxy trong các sản phẩm lắng đọng trên giảm xuống đáng kể đồng thời có sự tái phân bố vật chất. Quá trình tạo đá đưa hệ hóa lý chưa cân bằng về trạng thái cân bằng hơn và bền vững hơn. Trong quá trình này, các vi sinh vật có tác động mạnh mẽ làm thay đổi môi trường oxy hóa – khử. Giai đoạn 1: Oxy trong nước bùn tiết ra tạo điều kiện cho hình thành các kết hạch Fe, Mn. Giai đoạn 2: Xảy ra trong môi trường khử, làm xuất hiện các hợp chất của Mn và Fe 2+ , các sunfua Fe, Cu, Pb, Zn, và các nguyên tố vi lượng Giai đoạn 3: Tái phân bố các khoáng vật Trong quá trình tạo đá, sự tập trung của các nguyên tố thường tăng lên gấp nhiều lần. Ví dụ Mn tăng từ 1,4 – 6.7 lần 3.3. Thời kỳ hậu sinh Đây là thời kỳ liên quan đến sự nhấn chìm theo độ sâu, kèm theo hiện tượng tăng áp suất (lên đến 800-900atm, gấp 10 lần) và tăng nhiệt độ (lên tới 90-100độ). (1Mpa = 10atm) Giai đoạn này thường xuất hiện các mỏ thạch cao-anhydrit, flourit và selestin ZrSO4. Do ảnh hưởng của quá trình nhấn chìm, nước được giải phóng sau đó bị muối hóa và khi tác dụng với đá thì tạo thành thạch cao, anhydrite, fluorit dạng bột trong trầm tích biển và selestin trong các lỗ hổng của đá Sự thành tạo dầu (dầu mỏ được thành tạo trong giai đoạn hậu sinh): cac hợp chất hữu cơ được tách khỏi pha khí và tập trung trong các hợp phần tạo dầu mỏ. Trong điều kiện thuận lợi sẽ di chuyển lên trên tạo các mỏ dầu. VIII.4. Phân loại và đặc điểm các mỏ trầm tích Dựa vào cơ chế thành tạo có thể phân mỏ trầm tích ra thành 4 lớp mỏ: trầm tích cơ học, trầm tích hóa học, trầm tích sinh hóa, trầm tích phun trào 4.1. Trầm tích cơ học Các khoáng vật bền vững trong điều kiện tự nhiên bị phong hóa cơ học và vận chuyển đến bồn trầm tích lắng đọng tạo thành mỏ aluvi, còn được gọi là các thành tạo bồi tích aluvi. Gồm 2 nhóm là mỏ đá vụn (vật liệu xây dựng) và mỏ sa khoáng (kim loại và đá quý, đá bán quý). 4.1.1. Mỏ vụn đá (cuội sỏi, cát, sét) Độ hạt tính theo magma (theo các nhà địa chất Liên Xô) 1. Khối >1000 (1m) 2. Tảng 100-1000 (10-100cm) 3. Cuội 10-100 (1-10cm) 4. Sỏi 1-10 mm 5. Cát 0.1-1mm 6. Bột 0.01-0.1mm 7. Sét <0.01mm 8. Ẩn tinh 0.001-0.1mm 9. Keo <0.001mm Độ hạt tính theo magma (theo các nhà địa chất phương Tây) Wentworth Size Scale Boulder (tảng) >256 mm Conglomerate Cobble (Cuội) 64-256 mm Pebble (sạn) 2-64 mm Sand (cát) 1/16-2 mm Sandstone Silt (bột) 1/256-1/16 mm Siltstone Clay (sét) <1/256 mm Shale Cuội sỏi trầm tích sông, suối rất phổ biến và có giá trị công nghiệp, là nguồn vlxd quan trọng. chúng có tuổi trẻ N-Q. Thân khoáng có dạng vỉa, lớp Mỏ cát: được thành tạo ở sông, hồ và ven biển. Mỏ cát ở ven biển rất có giá trị với công nghiệp sx thủy tinh (vân hải – Quảng Bình, Quảng Nam, Cam ranh- Khánh Hòa, . . .) Mỏ sét trầm tích : trầm tích ở sông hồ và biển Sét ở sông hồ có một số đặc điểm sau: • Thành phần chủ yếu là kaolinit, chứa ít hợp chất Fe (do nước ngọt cản trở sự keo tụ của Fe) • Sét ở Hồ có độ chịu lửa cao nhưng diện phân bố hẹp. Sét ở biển có một số đặc điểm sau: • Thành phần khoáng vật đa dạng gồm kaolinit, habuagit, monmorinonit, hydromica. • Diện phân bố rộng, bề dày lớn • Thành phần độ hạt không đồng nhất (do keo tụ nhanh trong nước biển), nhiều vật liệu lắng đọng cùng với sét. Sét biển chứa nhiều Fe • Thân khoáng dạng vỉa, lớp, thấu kính 4.2. Các mỏ trầm tích hóa học Dự vào trạng thái dung dịch và phương thức lắng đọng có thể chia ra các kiểu mỏ trầm tích sau: trầm tích từ dung dịch thật, trầm tích từ dung dịch keo, trầm tích sinh hóa và trầm tích phun trào 4.2.1. Các mỏ trầm tích từ dung dịch keo Những mỏ đặc trưng cho trầm tích từ dung dịch keo là bauxite, quặng Fe và Mn. Những mỏ này xuất hiện trong vùng khí hậu nóng ẩm. Nguồn vật liệu cho mỏ này là từ vỏ phong hóa laterit trong lục địa, sau đó chúng được nước vận chuyển ra các hồ và biển. Sự phân dị của trầm tích dung dịch keo từ gần bờ ra xa bờ theo thứ tự là Al, Fe, Mn Mỏ bauxite : Nguồn vật liệu cho mỏ trầm tích bauxite là vỏ phong hóa của các đá axit giàu Al (chứa nhiều khoáng vật felspat, sét, kaolin). Trong điều kiện nước mặt, các oxit nhôm kết hợp với vật chất hữu cơ tạo thành humit nhôm và di chuyển ra biển Trong điều kiện giàu oxy thì humit nhôm bị oxy hóa và tạo thành kết tủa Al2O3. Trong môi trường muối NaCl, thì humit nhôm bị phá hủy tạo ra AlCl3. Trong môi trường PH >5 thì AlCl3 bị thủy phân tạo thành hydroxit nhôm. Vì keo Al kém linh động nhất nên chúng lắng đọng gần bờ. Thành phần chính của quặng bauxite gồm: • Bomit: AlO(OH) có màu trắng sắc vàng cứng 3.5, • Diaspo : HAlO2: màu nâu phớt vàng, cứng 6-7, tập hợp dạng lá, vết vạch trắng xám. So với bomit thì Diaspo chặt sít hơn và cứng hơn. • Gibbsite Al(OH)3: màu trắng phớt lục, cứng 2.5-3 Trong quặng bauxite nhôm còn gặp một số khoáng vật quặng của Fe, ít hơn là của Mn và một số muối Hình thái của thân quặng phụ thuộc vào điều kiện hoạt động kiến tạo trong thời giai đoạn trầm tích: vỉa, thấu kính Cấu tạo: đặc sít, chứng cá Kiến trúc: ẩn tinh Mỏ Fe: Mỏ Fe trầm tích khá phổ biến và có ý nghĩa công nghiệp lớn. Fe trong vỏ phong hóa của đá mafic, siêu mafic được phân giải và di chuyển đi ở dạng dung dịch keo Fe(OH)3, một phần ở dạng hợp chất hữu cơ Fe 2+ và Fe 3+ , một phần ở dạng cacbonat, bicacbonat, sunfat vaf FeCl2. Do có tính linh động cao hơn keo Al nên keo Fe được mang đi xa bờ hơn Al. Thành phần khoáng vật chính: Limonit HFeO2, gowtit HFeO2, hydrogowtit HFeO2.nH2O, hematite Fe2O3, ít magnetit Fe3O4, Siderit FeCO3, và silicat Fe như samozit, turingit Thân quặng có dạng vỉa lớp, cấu tạo chứng cá, kiến trúc ẩn tinh Ở VN có điểm mỏ Fe trầm tích ở Na Rì – Bắc Kạn Mỏ Mn: Mn có trong vỏ phong hóa của các đá có trước như. . . Mn được nước vận chuyển ở dạng cacbonat và keo hydrat Mn 4+ . Vì có độ linh động lớn hơn Al và Fe nên trầm tích Mn lắng đọng xa bờ hơn (biển khơi). Khoáng vật quặng chủ yếu của trầm tích Mn là: • Nhóm oxit và hydroxit: Manganit MnO2.Mn(OH)2; Psilomilan MnO.MnO2.2H2O; Pyrolugit MnO2. • Nhóm cacbonat: rodocrogit MnCO3, manganocalcit (Ca,Mn)CO3, manganosiderit (Mn,Fe)CO3. • Nhóm silicat: Rodonit MnSiO3; (Mn,Ca)SiO3; Thân quặng Mn thường có dạng vỉa nằm trong đá cacbonat. Trong đới ranh giới giữa các trầm tích Al, Fe và Mn luôn có sự chuyển tiếp từ từ. Vì vậy tại những đới này, khoáng sản thu được bao gồm cả 2 loại cơ bản như Al- Fe hoặc Fe-Mn. Kết hạch và kết vỏ Fe Mn Kết hạch và kết vỏ sắt-mangan phân bố rộng rãi và có thành phần chính là các oxit sắt và oxit mangan. Các kết hạch mangan và kết vỏ mangan dưới đáy biển có thể được khai thác trong tương lai nhưng tồn tại vô cùng to lớn là công tác thành lập bản đồ và lấy mẫu chi tiết phục vụ cho quá trình thăm dò và chuẩn bị công nghệ tuyển, chế biến các kim loại trong các mỏ quặng dưới đáy biển. Việc triển khai các công tác trên biển để thăm dò và khai thác nguồn “vàng đen” không đơn giản một chút nào. Kết hạch mangan Các kết hạch mangan có kích thước biến đổi từ vài mm đến trên 10cm, hình thái đa dạng, dạng cầu, elip, dạng chum nho và hình dạng méo mó bất thường. Bề mặt của kết hạch có thể nhẵn nhụi, có thể sần sùi dạng hột, có thể có cả hai đặc tính trên. Phần đỉnh của kết hạch thường có vỏ nhẵn nhụi, phần bị vùi lấp thường có vỏ thô giáp hơn và hình thù méo mó, bất thường. Trên mặt cắt của kết hạch, sự thay đổi về thành phần khoáng vật trong kết hạch mangan trong quá trình hình thành các lớp của kết hạch đã làm cho rất nhiều kết hạch có cấu trúc phân lớp, phân đới. Bề mặt của vỏ kết hạch thường có màu đen đến nâu đỏ sẫm. Kết hạch mangan có mặt trong tất cả các khu vực biển như Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, . . .(hình 2.2). Các kết hạch mangan nằm bên trên lớp bùn trầm tích (các vật liệu trầm tích chưa thành đá) hoặc bị bùn trầm tích nằm phủ lên một phần hoặc hoàn toàn. Loại này thường phân bố ở khu vực biển sâu. Ngược lại, có một số phân bố ở khu vực nông hơn, nằm trực tiếp trên các loại đá cứng vắng mặt các vật liệu trầm tích nào khác. Thành phần hóa học của các kết hạch mangan và các lớp trầm tích mangan đã được biết từ lâu nhưng hiểu biết về các kết hạch tại bề mặt của trầm tích (vật liệu trầm tích – nước) vẫn đang được tranh luận sôi nổi. Nhìn chung, mọi người đều đồng ý với quan điểm các kết hạch mangan được hình thành trên cơ sở phát triển dần lên của hai nguồn vật chất là các khoáng vật trong trầm tích biển và các khoáng vật trong nước biển, đặc biệt là các khoáng vật trong trầm tích biển 4 . Đặc điểm của chúng biến đổi rất đa dạng từ một khu vực biển sâu và môi trường biển sâu đó đến các khu vực biển sâu khác 5 , thậm chí ngay trong một mẫu lấy tại đáy biển. Các kết hạch tập trung nhiều nhất tại những vị trí có tỉ lệ trầm tích tương đối thấp; nơi có mặt các nhân kết hạch; nơi có chiều sâu từ 3000-6000m; tại khu vực có các hoạt động dưới đáy biển thuận lợi cho sự lấp phủ các kết hạch 6 ; Nơi có dòng nước dưới đáy chảy mạnh; tiềm năng oxy hóa mạnh tồn tại trong môi trường lắng đọng trầm tích; và nơi bề mặt trầm tích biển thuận lợi cho quá trình trầm tích 7 , nghĩa là sự vắng mặt của [...]... thậm chí ngay trong một kết hạch Các nghiên cứu của Werner Rabb đã chỉ ra rằng rất nhiều bề mặt phí dưới của các kết hạch chứa một lượng có giá trị các kim loại Ni, Cu, Zn, Mo và Pb, trong khi bề mặt bên trên có kết quả ngược lại18 Peter Halbach và Rainer Fellerer cùng những người khác giả thiết rằng mặt dưới của các kết hạch phản ánh quá trình hình... phân bố trong phạm vi không xa hơn 200 dặm ( 322km – 1 dặm = 1.609344 km) tính từ bờ biển, nên rất rễ tiếp cận được thị trường và đảm bảo được an toàn về mặt chính trị Trên nền mo ng đá cứng, nơi các vật liệu bùn trầm tích vắng mặt, các khoáng vật của Fe và Mn tồn tại dưới dạng vỏ hơn là các kết hạch, mặc dù vậy vẫn có một số ít các kết hạch . hẹp. Sét ở biển có một số đặc điểm sau: • Thành phần khoáng vật đa dạng gồm kaolinit, habuagit, monmorinonit, hydromica. • Diện phân bố rộng, bề dày lớn • Thành phần độ hạt không đồng nhất (do. Al. Thành phần khoáng vật chính: Limonit HFeO2, gowtit HFeO2, hydrogowtit HFeO2.nH2O, hematite Fe2O3, ít magnetit Fe3O4, Siderit FeCO3, và silicat Fe như samozit, turingit Thân quặng có dạng. mặt phí dưới của các kết hạch chứa một lượng có giá trị các kim loại Ni, Cu, Zn, Mo và Pb, trong khi bề mặt bên trên có kết quả ngược lại 18 . Peter Halbach và Rainer