Đặc điểm khoáng vật học, nguồn gốc và điều kiện thành tạo mỏ thiếc suối bắc,khu vực quỳ hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thị Mận Đ C ĐI M KHO NG V T HỌC NGU N G C V ĐI U KI N TH NH TẠO MỎ THI C SU I KHU VỰC QÙY HỢP LU N VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 C ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thị Mận Đ C ĐI M KHO NG V T HỌC NGU N G C V ĐI U KI N TH NH TẠO MỎ THI C SU I C KHU VỰC QÙY HỢP Chuyên ngành: Kh n Mã số: ật họ ị h họ 60440205 LU N VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC N ười hướn dẫn kh họ : TS PHAN LƯU ANH TS NGUYỄN THÙY DƯƠNG XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học TS Phan Lưu Anh PGS.TS Hoàng Thị Minh Thảo Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Để thực luận văn này, học viên nhận đƣợc hỗ trợ cho phép sử dụng tài liệu đề tài KHCN cấp Nhà nƣớc: “Nghiên cứu đánh giá triển vọng khả thu hồi Inđi tụ khoáng thiếc Việt Nam nhằm xác lập nguồn nguyên liệu ứng dụng công nghệ nano” mã số ĐTĐL.2011 - T/22 Học viên xin gửi lời cám ơn trân trọng đến Chủ nhiệm tập thể tác giả đề tài tạo điều kiện để học viên thực luận văn tốt nghiệp cách tốt Học viên xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phan Lƣu Anh ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo, giúp đỡ để học viên thực hoàn thành luận văn Học viên xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thùy Dƣơng, cán trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - ngƣời tận tình hƣớng dẫn đƣa góp ý quý báu giúp học viên nhìn nhận vấn đề tốt trình thực luận văn Học viên xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo, cán khoa Địa Chất, trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ học viên trình học tập trƣờng Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo Viện địa chất đồng nghiệp Viện Địa Chất - Viện Hàn Lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam, giúp đỡ tạo điều kiện để học viên thực nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè động viên học viên suốt trình học tập thực luận văn Trong trình thực luận văn tránh khỏi thiếu sót, học viên mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ quý thầy cô bạn để học viên hoàn thiện luận văn tốt Xin chân thành cảm ơn! Học viên Trần Thị Mận MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng I ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu 1.2 Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu 1.2.1 a t ng 2 C u t o Chƣơng II TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Khái quát thiếc 2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 2 Các nghiên cứu giới 2.2.2 Các nghiên cứu Việt Nam 2.2.3 Tình hình nghiên cứu mỏ thiếc gốc suối Bắc 10 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 11 2.3.1 Nghiên cứu thực đ a 12 2.3 Phương pháp phân tích mẫu trọng sa 13 2.3.3 Phương pháp khoáng tướng 14 2.3.4 Phương pháp phân tích EPMA 15 Chƣơng III ĐẶC ĐIỂM KHOÁNG VẬT QUẶNG TRONG MỎ THIẾC SUỐI BẮC KHU VỰC QUỲ HỢP 16 3.1 Thành phần đặc điểm khoáng vật 16 3.1.1 Cassiterit 17 3.1.2 Pyrit 24 3.1.3 Arsenopyrit 30 3.1.4 Chalcopyrit 35 3.2 Cấu tạo kiến trúc quặng 37 C u t o quặng 37 2 Kiến trúc quặng 38 Chƣơng IV NGUỒN GỐC, ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO CỦA MỎ THIẾC SUỐI BẮC KHU VỰC QUỲ HỢP 39 4.1 Xác định điều kiện thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc, khu vực Quỳ Hợp 39 1 Cơ sở lý thuyết đ a nhiệt kế arsenopyrit 39 4.1.2 Xác đ nh nhiệt độ thành t o mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp 42 4.2 Luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc 43 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu Hình 1.2 Sơ đồ địa chất khu vực mỏ Suối Bắc (thu nhỏ từ tỷ lệ 1:50.000) Hình 2.1 Lò khai thác quặng gốc Mỏ Cty KLM Nghệ Tĩnh 12 Hình 2.2 Phân tích trọng sa 14 Hình 3.1 Đơn khoáng cassiterit Mẫu T.22 - 41 - 18 Hình 3.2 Song tinh cassiterit Mẫu T22.46.2.2d 19 Hình 3.3 Cassiterit dạng vân gỗ Mẫu T22 - 41 - 2d 19 Hình 3.4 Cassiterit hạt nhỏ, tha hình xâm tán phi quặng Mẫu T22 - 43 - - 1b 19 Hình 3.5 Cassiterit hạt nhỏ nằm arsenopyrit Mẫu T.22 - 43 - - 2b 19 Hình 3.6 Tƣơng quan hàm lƣợng nguyên tố tạp chất với Sn cassiterit mỏ Suối Bắc 23 Hình 3.7 Đơn khoáng pyrit Mẫu T.22 - 42 - 24 Hình 3.8 Hạt pyrit tự hình phi quặng Mẫu T22 - 41 - 1a 25 Hình 3.9 Pyrit có chứa hạt nhỏ arsenopyrit (b) Mẫu T.22 - 42 - 25 Hình 3.10 Tinh thể cassiterit, pyrit tự hình tạo thành đám, ổ xâm tán phi quặng Mẫu T22 - 46 - - 2b 25 Hình 3.11 Limonit giả hình theo pyrit phi quặng Mẫu T22 - 41 - 1c 25 Hình 3.12 Tƣơng quan hàm lƣợng nguyên tố tạp chất với Fe pyrit mỏ Suối Bắc 29 Hình 3.13 Đơn khoáng arsenopyrit Mẫu T.22 - 46 - - 30 Hình 3.14 Scorodit giả hình theo arsenopyrit phi quặng Mẫu T22 - 41 - 2d 31 Hình 3.15 Arsenopyrit tự hình xâm tán phi quặng Mẫu T.22 - 46 - - 31 Hình 3.16 Arsenopyrit biến đổi thứ sinh thành riềm covelin bao quanh Mẫu T22 - 46 - - 2e 31 Hình 3.17 Tƣơng quan hàm lƣợng nguyên tố tạp chất với As arsenopyrit mỏ Suối Bắc 34 Hình 3.18 Đơn khoáng chalcopyrit Mẫu T.22 - 41 - 35 Hình 3.19 Chalcopyrit dạng hạt hình thù không xác định dƣới kính phản quang Mẫu T.22 - 41 - 36 Hình 3.20 Chalcopyrit bị biến đổi thành covelin Mẫu T22 - 43 - - 2b 36 Hình 4.1 Biến đổi nhiệt độ dựa hàm lƣợng As arsenopyrit theo Kretschmar Scott 1976 41 Hình 4.2 Biến đổi nhiệt độ dựa hàm lƣợng As arsenopyrit mỏ Suối Bắc - Quỳ Hợp 43 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu quặng gốc mỏ Suối Bắc 13 Bảng 3.1 % khoáng vật quặng mẫu theo kết phân tích số mẫu khoáng tƣớng 16 Bảng 3.2 Kết phân tích mẫu trọng sa nhân tạo (%) 17 Bảng 3.3 Thành phần hóa học đại diện cassiterit mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp - Nghệ An 20 Bảng 3.4 Thành phần hóa học cassiterit mỏ thiếc Suối Bắc quy đổi kim loại 22 Bảng 3.5 Thành phần hóa học pyrit quặng thiếc 27 Bảng 3.6 Thành phần hóa học arsenopyrit quặng 32 Bảng 3.7 Thành phần hóa học khoáng vật chalcopyrrit 37 Bảng 4.1 Thành phần hóa học arsenopyrit quặng 42 MỞ ĐẦU Quặng thiếc nguồn tài nguyên có giá trị lớn kinh tế có ứng dụng rộng rãi sản xuất, đặc biệt ngành công nghiệp (công nghiệp điện tử, que hàn, mạ, chế tạo hợp kim làm nam châm siêu dẫn, lớp phụ cho nhiên liệu hạt nhân, công nghiệp gia dụng, nha khoa ) Theo báo cáo Cục Địa chất Mỹ năm 2008, nhu cầu thị trƣờng quặng thiếc ngày gia tăng Ở Việt Nam, theo báo cáo Liên hiệp Hội Khoa học Kỹ thuật Việt Nam - 2016, tài nguyên thiếc sa khoáng cạn, song tài nguyên thiếc gốc đƣợc cho có triển vọng nhƣng chƣa đƣợc đầu tƣ thăm dò mức [15] Theo kết điều tra khoáng sản đến nay, Quỳ Hợp có nhiều mỏ điểm quặng có triển vọng, mỏ thiếc gốc Suối Bắc đƣợc tìm kiếm đánh giá, thăm dò với công tác thành lập đồ địa chất nhiều cấp độ khác nhau, chuyên đề nghiên cứu điểm khoáng hoá Thực trạng cho thấy cần có nghiên cứu tổng hợp chi tiết đặc điểm khoáng vật quặng mỏ thiếc gốc Suối Bắc nhƣ tổ hợp khoáng vật cộng sinh, điều kiện thành tạo nguồn gốc mỏ thiếc nói Việc nghiên cứu thành phần khoáng vật, thành phần hóa học, cấu tạo - kiến trúc quặng đặc trƣng nhƣ nguồn gốc thành tạo khoáng sản nói chung mỏ thiếc nói riêng ý nghĩa khoa học mà có ý nghĩa thiết thực công tác thăm dò, khai thác mỏ, tinh chế khoáng sản phục vụ trực tiếp cho kinh tế nƣớc nhà Chính vậy, học viên lựa chọn đề tài “ cv u t t t c u c, c v t c u u vực Quỳ Hợp” nhằm góp phần làm sáng tỏ đặc điểm khoáng vật quặng nhƣ nguồn gốc, điều kiện thành tạo mỏ thiếc gốc Suối Bắc a Mục t ê cứu + Xác định đặc điểm khoáng vật quặng + Tập trung xác định nhiệt độ thành tạo luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc b Nộ du ê cứu - Nghiên cứu thành phần khoáng vật quặng (cassiterit, stanit khoáng vật quặng khác) mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp - Nghiên cứu đặc điểm khoáng vật quặng mỏ thiếc Suối Bắc - Xác định nhiệt độ thành tạo khoáng vật quặng mỏ thiếc Suối Bắc - Luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc Chƣơng I ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu Mỏ thiếc gốc Suối Bắc nằm huyện Quỳ Hợp - huyện miền núi phía tây bắc tỉnh Nghệ An (Hình 1.1) Hình 1.1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu (Nguồn http://www.ngheanonline.vn/ban - - huyen - quy - hop/)[16] 1.2 Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu 1.2.1 at Vùng Quỳ Hợp lộ thành tạo địa chất thuộc: hệ tầng Bù Khạng (PR3 - bk), hệ tầng Sông Cả (O3 - S1 sc), hệ tầng Đồng Trầu (T2a đt), thành tạo Đệ Tứ thành tạo magma (phức hệ Đại Lộc (γD1 đl) (Hình 1.2) Mỏ thiếc Suối Bắc nằm trọn vẹn hệ tầng Sông Cả có tuổi Ordovic muộn - Silur sớm (O3 - S1 sc) Hệ tầng Sông Cả đƣợc chia ra: phụ hệ tầng dƣới (O3 S1 sc1) phụ hệ tầng (O3 - S1 sc2) Mỏ thiếc gốc Suối Bắc phân bố đá phụ hệ tầng dƣới thƣờng phân bố gần ranh giới hai tập đá có tính chất lý khác Tập dƣới có thành phần thạch học gồm đá phiến thạch anh mica xen lớp mỏng cát kết dạng quaczit đôi chỗ có chứa granat; đá phiến thạch anh biotit Tập có thành phần thạch học gồm đá phiến thạch anh - sericit, đá phiến phillit Nằm chỉnh hợp bên dƣới hệ tầng Sông Cả hệ tầng Bù Khạng (PR3 - bk) Các đá thuộc hệ tầng bao gồm đá phiến kết tinh thạch anh - felspat - biotit chứa silimanit, gneis chứa silimanit xem quarzit thấu kính amphibol Các đá bị migmatit hóa mạnh mẽ Nằm bất chỉnh hợp phía hệ tầng Sông Cả hệ tầng Đồng Trầu (T2a đt) Các đá hệ tầng có thành phần thạch học bao gồm cát kết tuf, cát kết, bột kết, phiến sét xen lớp mỏng đá vôi 1.2.2 ut ứt ãy Trong khu vực mỏ Suối Bắc, hoạt động uốn nếp, đứt gãy, khe nứt phát triển phong phú, có hai hệ thống chính: Hệ thống đứt gãy theo phƣơng đông bắc - tây nam hệ thống đứt gãy, khe nứt, đới dập vỡ theo phƣơng kinh tuyến tây bắc đông nam + Hệ thống đứt gãy, khe nứt theo phương kinh tuyến: đứt gãy, khe nứt thuộc hệ thống nằm gần trục với trục nếp lõm, chạy từ Tây Bắc qua trung tâm, xuống Đông Nam Chúng đóng vai trò kênh dẫn dung dịch tạo quặng, phân phối chứa dung dịch tạo quặng, để hình thành thân quặng thiếc dạng giả tầng vùng + Hệ thống đứt gãy theo phương Tây Bắc - ông Nam đứt gãy Bù Đan Toong đứt gãy thuận, mặt đứt gãy cắm phía Tây Bắc góc dốc 80 - 85o + ứt gãy Suối Bắc: đứt gãy chạy dọc theo Suối Bắc, có phƣơng Đông Bắc - Tây Nam Biểu nham thạch cắm ngƣợc bị cà nát mạnh mẽ, dƣới chân vết lộ phát triển đới dăm kết rắn chắc, thành phần dăm thạch anh, mảnh vụn đá phiến, xi măng oxit sắt Đứt gãy Suối Bắc đứt gãy nghịch, mặt đứt gãy cắm phía tây bắc với góc dốc 70 - 80o, cánh tây bắc nâng tƣơng đối so với cánh đông nam có biên độ dịch chuyển ngắn (30 - 35m) cc ut pu Cấu trúc mỏ Suối Bắc có dạng nếp lõm có trục phát triển theo phƣơng TB - ĐN, phần nhân nếp lõm thành tạo phân hệ tầng Sông Cả giữa, hai cánh thành tạo phân hệ tầng Sông Cả dƣới Những nếp uốn nhỏ bậc có phƣơng gần trùng với phƣơng nếp uốn Phần trung tâm vùng quặng nếp lõm rộng dần hai cánh nối tiếp với hai nếp lồi Uốn nếp nhỏ nằm kẹp hai hệ thống đứt gãy khu vực Bản Cô Bản Hy Hoạt động uốn nếp làm cho đá tập vốn có tính phân lớp bị tách nơi xung yếu tạo thành khoảng trống thuận lợi cho việc hình thành thân quặng dạng lớp Phần trung tâm vùng mỏ nếp lõm, nên phía dƣới sâu hình thành nhiều khe nứt tách Chính khe nứt tách đƣờng dẫn dung dịch quặng để tạo nên thân quặng dạng lớp, đồng thời đƣờng khống chế quặng hóa Hình 1.2 Sơ đồ địa chất khu vực mỏ Suối Bắc (thu nhỏ từ tỷ lệ 1:50.000) [1] Chƣơng II TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Khái quát thiếc khoáng vật quặng thiếc Thiếc nguyên tố hóa học có tên Latinh Stannum, ký hiệu Sn số nguyên tử 50 bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, có màu trắng bạc, dễ uốn cong dát mỏng Trong vỏ Trái đất, thiếc có hàm lƣợng trung bình nhỏ, kim loại phổ biến đứng thứ 50 với hàm lƣợng khoảng 2,5 ppm [20] Thiếc tồn khoáng vật thuộc nhóm oxyt, sulfostanat, sulfua, silicat, borat niobat Khoáng vật quan trọng thiếc cassiterit (SnO2) chứa 69 - 78% Sn, stannit (Cu2FeSnS4) chứa 19 - 24% Sn, tilit (PbSnS2) chứa 30,4% Sn, cylindrite (Pb3Sn4Sb2S14) chứa khoảng 25,12% Sn, franckeite (Pb3Sn4Sb2S14) chứa từ 9,5 - 17,1% Sn Tuy nhiên, có cassiterit stannit hay gặp tạo thành tụ khoáng Cassiterit khoáng vật bền vững điều kiện phong hóa, tạo nên mỏ sa khoáng lớn Stanite dễ bị phá hủy, tồn quặng gốc Còn khoáng vật khác gặp Cassiterit (SnO2) với thành phần: Sn = 78,8%; tỷ trọng 6, - 7,1; độ cứng 6,5 - Trong thực tế cassiterit thƣờng có Fe, Ta, Nb, Ti, Tinh thể thƣờng thấy dạng lƣỡng tháp, lăng trụ tháp hình trụ, hình kim Ngoài dạng kết tinh, có dạng khác cassiterit, dạng thiếc thớ gỗ Thiếc thớ gỗ thƣờng có dạng nhũ hình lê, hình giọt nƣớc với cấu tạo tỏa tia [9] Stannit (Cu2FeSnS4) với thành phần lý thuyết: Cu = 29,58%, Sn = 27,61%, tỷ trọng 4,3 - 4,5; độ cứng - Ngoài có tạp chất Zn, Sb, Cd, Pb Ag Tinh thể hiếm, hạt không thƣờng có tập hợp dạng hạt khối đặc sít Màu xám thép, vết vạch đen, ánh kim [9] Ngoài ra, ngƣời ta tìm thấy gần 40 khoáng vật khác có chứa thiếc, nhiên khoáng vật phố biến, có không đủ hàm lƣợng để khai thác công nghiệp Hàm lƣợng thiếc tùy thuộc vào thành phần hóa học khoáng vật 2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 2.2.1 c ê cứu trê t Quặng thiếc đƣợc nghiên cứu theo nhiều góc độ khác nhau, nhƣ đặc điểm khoáng vật quặng Theo kết nghiên cứu địa chất thăm dò sinh khoáng, thành tạo thiếc dãy Himalaya (Nepal) đƣợc hình thành theo ba kiểu sinh khoáng chính: 1) thành hệ cassiterit - pyrit khoáng vật sulfua bao gồm chalcopyrit, pyrotin arsenopyrit; 2) thành hệ cassiterit - molypdent nằm thạch anh tourmalin; 3) thành hệ cassiterit pegmatit [21] Các khoáng vật quặng xuất với cassiterit quặng thiếc gồm có kesterit, varlamoffit, tapiolit, fersmit, sterryit, tantalit, chalcopyrit, sphalerit [17] Khoáng vật thiếc, cassiterit, xuất wolframit đá granit hạt trung bình đến mịn, mạch thạch anh đá greizens, với thành phần hóa học gồm nhiều nguyên tố quặng đất (Ta, W, Fe, Mn, Ti, Zr, V, Sc, Si, Al, In, Ga, Ge, Be, Bi, Ag, Sb, As, Cu, Pb, Zn, Co REEs) [19] Bên cạnh thành hệ quặng thiếc, khoáng vật quặng, nguyên tố kèm vấn đề nghiên cứu nguồn gốc, điều kiện thành tạo mỏ thiếc đƣợc ý nghiên cứu từ lâu Nghiên cứu bao thể khoáng hoá thiếc đá skarn khu vực Redaven (Anh) cho thấy khu vực xảy hai trình nhiệt dịch thành tạo khoáng hoá thiếc đá skarn Nhiệt độ thành tạo đá skarn trình 600oC, trình sau 350 - 460oC [23] Bằng phƣơng pháp nhiệt áp kế arsenopyrit, cho thấy bao thể sphalerit arsenopyrit mỏ thiếc Rauhala (Phần Lan) có chứa 18,6% mol FeS arsenopyrit đƣợc thành tạo với áp suất khoảng 1,5 kb nhiệt độ 350°C [25] 2.2.2 c ê cứu V t Na Việt Nam nằm vành đai sinh khoáng thiếc Thái Bình Dƣơng quốc gia dải quặng thiếc Thái Lan - Malaysia - Indonesia Quặng thiếc Việt Nam phân bố rải rác nhiều địa phƣơng nƣớc Tuy nhiên, nghiên cứu quặng thiếc Việt Nam chủ yếu sau năm 1945 chủ yếu công tác điều tra, thăm dò, đánh giá trữ lƣợng Khoáng vật chứa thiếc, cassiterit, cộng sinh với số khoáng vật nhƣ wolframit, tourmaline, topaz, pyrit mạch greisen, gồm khoáng vật thạch anh, muscovit [6] Các mạch xuất xen kẽ với đá granitoit bị biến đổi khối Bà Nà, Trà Mi thuộc phức hệ Bản Chiềng ( γKZbc) [15] Các mạch có tổ hợp khoáng vật chứa cassiterit đƣợc xác định thành tạo khoảng nhiệt độ 200 - 330oC, thuộc giai đoạn đầu trình greisen (300 540oC) [4] Quặng thiếc vùng Quỳ Hợp - Nghệ An thuộc loại giàu sulfur liên quan đến granit phức hệ Bản Chiềng Quặng hóa đá biến chất có dạng hệ mạch, đới mạch Hàm lƣợng thiếc trung hình 0.45% Sn Các khoáng vật quặng xuất chủ yếu cassiterit, pyrit, arsenopyrit, thứ yếu có ilmenit, rutin, scorodit, limonit, khoáng vật không quặng có thạch anh, xerixit, biotit, tuamalin [1] Khoáng vật quặng, cassiterit xuất với arsenoyrit, pyrit, pyrrhotit, thạch anh, turmalin rutil [6] Các kiểu cassiterit dạng keo đá riolit vùng Tam Đảo, khoáng vật quặng xuất chủ yếu cassiterit, pyrit, arsenopyrit, với thành phần hóc học bao gồm nguyên tố Sn, Fe, Mn, Ti, Sb, Zn, Cu, Ag, Si, Al, Ca, Mg [10], số nguyên tố kèm có hàm lƣợng tƣơng đối cao As, Bi, Ce, La, Nb, Sr, V Y [1] Nhiệt độ thành tạo quặng thiếc đƣợc đề cập nhiều mỏ thiếc Khi nghiên cứu đặc điểm khoáng hóa nhiệt độ thành tạo quặng thiếc - wolfram mỏ Thiện Kế, Suối Bắc, Bù Me, Trúc Khê, Hoàng Sao sử dụng phƣơng pháp đồng hóa bao thể đặc trƣng cho hai giai đoạn tạo quặng thiếc - wolfram để đƣa khoảng nhiệt độ thành tạo giai đoạn Ở mỏ thiếc Suối Bắc, giai đoạn tạo quặng đầu thuộc kiểu nguồn gốc thạch anh - cassiterit, có nhiệt độ thành tạo: 500o - 315oC Giai đoạn tạo quặng sau thuộc kiểu sulfur - cassiterit, có nhiệt độ thành tạo: 390o - 180oC, đặc trƣng cho giai đoạn tạo quặng nhiệt dịch, nhiệt độ cao - trung bình [8] 2.2.3 Tì ì ê cứu t c c su c Mỏ đƣợc phát công tác lập đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 Lê Duy Bách (1969) [2]; sau đó, mỏ thiếc Suối Bắc đƣợc Đinh Minh Mộng tìm kiếm chi tiết lập đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 (1979) Đinh Minh Mộng mô tả phân vị địa tầng có mặt vùng, đặc biệt địa tầng chứa quặng đƣợc trình bày chi tiết Quặng thiếc nằm trọn hệ tầng Sông Cả (O3 - S1 sc) Hệ tầng đƣợc chia làm hai phụ hệ tầng với đá lộ gồm đá phiến thạch anh - sericit - graphit, đá phiến phillit, đá phiến thạch anh - biotit, đá phiến thạch anh mica xen kẹp lớp mỏng cát kết dạng quaczit Về kiến tạo, tác giả trình bày tóm tắt đơn vị kiến tạo hoạt động đứt gãy có liên quan tới tạo quặng nội sinh vùng Hệ thống đứt gãy theo phƣơng đông bắc - tây nam hệ thống đứt gãy, khe nứt, đới dập vỡ theo phƣơng kinh tuyến tây bắc - đông nam [7] Tiếp theo, mỏ thiếc Suối Bắc đƣợc Nguyễn Khắc Thứ tìm kiếm sơ tỷ lệ 1:10.000 (1982) [11], Lê Minh Tiêu (1994) [12] Trần Quang Hòa (2005) tìm kiếm chi tiết Trần Quang Hòa trữ lƣợng thiếc đạt 2065 tấn, mỏ Suối Bắc Suối Mai đƣợc thăm dò cho thấy chúng có quy mô công nghiệp Cấu trúc mỏ Suối Bắc Suối Mai nếp lõm hoàn chỉnh, cấu tạo từ đá phiến thạch anh - sericit - graphit thuộc phần hệ tầng Sông Cả (O3 - S1 sc2), chứa hai thân quặng thiếc gốc dạng giả tầng Thân quặng dạng mạch, đới mạch, ổ thấu kính biến đổi phức tạp Thành phần khoáng vật quặng gồm: cassiterit, pyrit, arsenopyrit, có chalcopyrit, bismuth, rutil, vàng , thuộc thành hệ thạch anh - cassiterit, có nguồn gốc nhiệt dịch, nhiệt độ cao Đặc điểm địa chất hai thân quặng đƣợc miêu tả chi tiết: - Thân quặng số 1: Thân quặng nằm đới khoáng hóa Bù Đan Toong, thân quặng mỏ, có chiều dài khoảng 1800m Chiều dày trung bình 2,17m, hàm lƣợng thiếc trung hình 0,45% Sn Thân quặng có dạng hình vòng cung 10 ôm lấy dãy núi cao Bù Đan Toong, cắm thoải, cánh phía tây cắm 15 - 200, cánh phía đông cắm 20 - 250 Trữ lƣợng đạt cấp TL 111= 4634,24 Sn, TN 334a= 11256,37 tấn, tổng cộng TL 111 + TN 334a= 15890,61 Sn Trữ lƣợng thân quặng I chiếm tỷ lệ > 90% khu mỏ - Thân quặng số 2: Thân quặng số nằm đới khoáng hóa suối Mai Thân quặng lộ sƣờn phía đông dãy núi cao (kẹp suối Bắc suối Mai) theo phƣơng kinh tuyến cắm phía tây với góc dốc 20 - 25° Tính chung cho toàn thân quặng chiều dày hàm lƣợng trung bình đạt 1,3m 0,44% [3] Gần đây, nghiên cứu đặc điểm khoáng vật điều kiện thành tạo quặng mỏ thiếc gốc Suối Bắc, Nguyễn Văn Tơn mô tả số khoáng vật quặng (cassiterit, pyrit, arsenopyrit, magnetit chalcopyrit) phƣơng pháp khoáng tƣớng sử dụng phƣơng pháp EPMA để phân tích thành phần hóa học nguyên tố số khoáng vật quặng Đặc điểm tiêu hình khoáng vật quặng nhƣ đặc điểm nguyên tố tạp chất chƣa đƣợc đề cấp đến Về phần nhiệt độ thành tạo quặng, tác giả nêu lên nhiệt độ thành tạo quặng mỏ thiếc Suối Bắc dựa vào nghiên cứu bao thể Hoàng Sao (2008) [13] Có thể nói, việc nghiên cứu quặng thiếc mỏ thiếc gốc Suối Bắc dừng lại công tác thăm dò, đánh giá trữ lƣợng số chuyên đề nghiên cứu đặc điểm khoáng hóa Chƣa có nghiên cứu chi tiết đặc điểm tiêu hình khoáng vật quặng, nguyên tố tạp chất, từ phát hợp phần có ích nhằm nâng cao giá trị mỏ Nhiệt độ thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc đƣợc nghiên cứu phƣơng pháp bao thể Trong khuôn khổ luận văn này, học viên sử dụng phƣơng pháp địa nhiệt kế arsenopyrit để củng cố điều kiện thành tạo, nguồn gốc mỏ Góp phần định hƣớng cho việc tìm kiếm mỏ 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Với mục tiêu nghiên cứu đặc điểm khoáng vật quặng, nguồn gốc điều kiện thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp phƣơng pháp nghiên cứu chủ đạo đƣợc sử dụng gồm: 11 2.3.1 N ê cứu t ực a Học viên tiến hành nghiên cứu chi tiết số khu vực khai thác mỏ biểu khoáng hóa thiếc nhằm tận mắt quan sát cụ thể điểm lộ, dạng địa hình, dạng đá lộ ra, biểu khoáng hóa, biến đổi xung quanh thân quặng, mạng lƣới thủy văn, lớp phủ thực vật, Quan sát đặc điểm phân bố khoáng vật quặng thân quặng, đới biến đổi gần quặng Sau lấy mẫu quặng nguyên khai moong khai thác điểm có biểu khoáng hóa, tinh quặng đuôi thải Công ty KLM Nghệ Tĩnh (Công ty khai thác mỏ Suối Bắc) để tiến hành phân tích cụ thể phòng thí nghiệm Chi tiết số hiệu vị trí lấy mẫu đƣợc thể bảng 2.1 Hình 2.1 Lò khai thác (A) quặng gốc (B) Mỏ Cty KLM Nghệ Tĩnh 12 Chƣơng IV NGUỒN GỐC ĐIỀU KI N THÀNH TẠO CỦA MỎ THIẾC SUỐI BẮC KHU VỰC QUỲ HỢP Nguồn gốc, điều kiện thành tạo thành tạo địa chất bao gồm điều kiện hóa lý (nhiệt độ, áp suất, ) điều kiện địa chất Luận văn xác định điều kiện thành tạo quan trọng nhiệt độ nhằm góp phần làm sáng tỏ trình hình thành mỏ thiếc Suối Bắc Luận văn dựa vào nhiệt độ thành tạo quặng mỏ Suối Bắc, kết hợp với số đặc điểm tiêu hình cassiterit, đặc điểm tổ hợp cộng sinh khoáng vật, cấu trúc, kiến tạo quặng, để luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc 4.1 Xác định điều kiện thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp Việc nghiên cứu, xác định nhiệt độ thành tạo quặng hóa có nhiều phƣơng pháp để xác định Với kết nghiên cứu chƣơng III, arsenopyrit mỏ thiếc Suối Bắc cộng sinh với cassiterit, pyrit chalcopyrit hoàn toàn có đủ điều kiện để sử dụng tính toán nhiệt độ thành tạo cho mỏ thiếc Vì vậy, học viên lựa chọn sử dụng nhiệt kế arsenopyrit để tính toán nhiệt độ cho đối tƣợng nghiên cứu 4.1.1 sở lý t uy t a t arse pyr t Arsenopyrit, FeAs1±xS1±x, khoáng vật thuộc nhóm sufur, có khả chịu nhiệt độ cao sunfua thông thƣờng vàcó tỷ lệ As/S dao động khoảng rộng Với đặc điểm arsenopyrit đƣợc coi nhƣ làcông cụ địa hóa tiềm hữu ích cho việc xác định điều kiện hình thành Clark (1960a) nhận thức đƣợc hữu dụng địa nhiệt kế nhƣ vậy, ông xác định mối quan hệ pha chi tiết hệ Fe - As - S ngƣng tụ 400 750oC áp suất 2,07 kbar Các kết nghiên cứu ông đƣợc áp dụng rộng rãi cho việc ƣớc tính nhiệt độ hình thành biến chất quặng [18] 39 Nối tiếp nghiên cứu Clark, năm 1976, Ulrich Kretschmar S D Scott làm thí nghiệm để nghiên cứu mối quan hệ pha arsenopyrit hệ thống Fe - As - S Các thí nghiệm đƣợc chia hai phần: - Phần đầu thí nghiệm tái kết tinh trạng thái cứng hệ Fe - As - S, đƣợc thực cách sấy khô, eutectic, chất khử tạp chất halogen để tăng tốc độ tốc độ phản ứng Kết quả, 300oC phạm vi thành phần arsenopyrit kéo dài từ dƣới 30% nguyên tử AS trạng thái cân với pyrit asen đến khoảng 33.5% nguyên tử As trạng thái cân với pyrrhotit loellingit Tại 700oC arsenopyrit chứa khoảng 38,5% nguyên tử As không phân biệt tập hợp mà đƣợc tổng hợp Khi phân tích EPMA cho thấy tinh thể arsenopyrit tổng hợp đƣợc tồn với pyrotin, pyrit pyrit + pyrotin thƣờng đƣợc khoanh vùng với trung tâm phong phú S vành giàu As Điều đƣợc giải thích phản ánh cân cục trình tăng trƣởng, arsenopyrit không dễ dàng tái cân làm nguội thành phần phản ánh nhiệt độ hình thành - Phần thứ hai nghiên cứu kiểm tra chi tiết biến đổi thành phần arsenopyrit tự nhiên từ số lƣợng lớn mẫu để kiểm tra xem biến đổi thành phần có phù hợp với kết thực nghiệm hay không EPMA Kết mẫu arsenopyrite không đồng % trọng lƣợng tổng Co, Ni Sb lớn không phù hợp Cuối cùng, Ulrich Kretschmar S D Scott đƣa kết luận arsenopyrit thỏa mãn điều kiện đồng có tổng % trọng lƣợng Co, Ni, Sb nhỏ sử dụng làm địa nhiệt kế, ƣớc tính nhiệt độ hình thành biến chất mỏ thông qua biểu đồ T - X [26] (Hình 4.1) Kết nghiên cứu Ulrich Kretschmar S D Scott, đƣợc nhiều nhà địa chất công nhận áp dụng Khi nghiên cứu khoáng hoá mỏ thiếc volfram, Cordillera Real, Bolivia, Arsenopyrit hình thành giai đoạn đầu khoáng hóa, đƣợc kết hợp với pyrotin tất mẫu loellingit 40 mẫu ARA - 107 Nhiệt độ thu đƣợc tƣơng ứng với áp suất 1,0 kbar 450 - 530 oC cho giai đoạn đầu khoáng hóa [22] Gần đây, năm 2013, số nhà địa chất ngƣời Pháp nghiên cứu lắng đọng skarn Trepca Pb - Zn - Ag (29 Mt quặng 3,45% Pb, 2,30% Zn 80 g/t Ag) nằm khối Kopaonik vùng tây Vardar, Kosovo Các tổ hợp khoáng vật bao gồm ilvait, magnetit, arsenopyrit, pyrotin, marcasit, pyrit, thạch anh, cacbonat khác Các tác giả áp dụng địa nhiệt kế arsenopyrit (arsenopyrit có thành phần 33,1% at Fe; 30,9% at As; 36,0% at S tồn với pyrit) để xác định khoảng nhiệt thành tạo quặng từ 350°C 380°C hệ số hoạt động lƣu huỳnh 10 - 8,8 10 - 7,2 bar [24] Hình 4.1 Biến đổi nhiệt độ dựa hàm lƣợng As Arsenopyrit theo Kretschmar Scott 1976 41 4.1.2 X c t ột t t c u c u vực Quỳ Hợp Với sở lý thuyết nhƣ trên, học viên nhận thấy arsenopyrit mỏ thiếc Suối Bắc hoàn toàn có đủ tiêu chuẩn làm địa nhiệt kế, giúp ƣớc tính nhiệt độ thành tạo mỏ thiếc Từ bảng kết phân tích phần trăm trọng lƣợng nguyên tố mẫu arsenopyrit đồng (Wt%) (Bảng 3.6) arsenopyrit khu mỏ không chứa Co, Ni Sb Bảng 4.1 Thành phần hóa học nguyên tố khoáng vật arsenopyrit (tính theo giá trị trung bình điểm đo (N) cho khoáng vật) Wt% STT Số hiệu mẫu N Fe As At% S Tổng Fe As S T22 - 43 - - 33,76 44,46 20,79 99,11 32,74 32,14 35,12 T22 - 43 - - 33,56 44,62 20,36 98,6 32,81 32,52 34,67 T22 - 46 - - 1(2) 33,58 44,13 21,06 98,77 32,55 31,89 35,56 T22 - 46 - - - 1(4) 33,93 20,79 99,83 32,7 32,4 T22 - 46 - - 33,44 44,74 20,52 98,73 32,61 32,53 34,86 T22 - 46 - - - 33,9 44,62 20,98 99,55 32,69 32,07 35,24 T22 - 46 - 34,07 44,52 21,08 99,68 32,77 31,92 35,32 T22 - 46 - - 4b 33,47 44,12 20,75 98,37 32,65 32,09 35,26 45,1 Trung bình 34,9 32,2 Từ % trọng lƣợng As, học viên tính toán % nguyên tử As (At%) trung bình 32,2 % (Bảng 4.1) Theo kết nghiên cứu chƣơng III, arsenopyrit cộng sinh với pyrit Áp dụng biểu đồ T - X Kretschmar Scott 1976, với hàm lƣợng 32,2% at trƣờng pyrit, xác định đƣợc nhiệt độ thành tạo quặng mỏ Suối Bắc khoảng 430oC (Hình 4.2) 42 ... (A) quặng gốc (B) Mỏ Cty KLM Nghệ Tĩnh 12 Chƣơng IV NGUỒN GỐC ĐIỀU KI N THÀNH TẠO CỦA MỎ THIẾC SUỐI BẮC KHU VỰC QUỲ HỢP Nguồn gốc, điều kiện thành tạo thành tạo địa chất bao gồm điều kiện hóa... cứu điểm khoáng hoá Thực trạng cho thấy cần có nghiên cứu tổng hợp chi tiết đặc điểm khoáng vật quặng mỏ thiếc gốc Suối Bắc nhƣ tổ hợp khoáng vật cộng sinh, điều kiện thành tạo nguồn gốc mỏ thiếc. .. quặng nhƣ nguồn gốc, điều kiện thành tạo mỏ thiếc gốc Suối Bắc a Mục t ê cứu + Xác định đặc điểm khoáng vật quặng + Tập trung xác định nhiệt độ thành tạo luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc