3.9.2.1 Các sống đại dương
Nhờ áp dụng phương pháp chụp ảnh biển sâu và dùng các tàu ngầm nhỏ để khảo sát mà vô số trường nhiệt dịch đã được xác định trên các sống đại dương. Với các tàu ngầm nhỏ có thể quan sát và đo đạc trực tiếp trên đáy biển ở các sống
91
Galapagos và Juan de Fuca, các mạch nhiệt với kích thước 500 – 1600 m2 kéo dài
dọc theo các hệ thống khe nứt đến 500 – 2500 m. Trường nhiệt dịch TAG ở sống giữa Đại Tây Dương (260 Bắc) xuất hiện dọc theo một đới đứt gãy ở vách phía đông thung lũng rift trung tâm và nước ở miệng núi lửa có các nhiệt độ đến 3000C. Quần thể động vật sống gần các miệng núi lửa dường như hoàn toàn phụ thuộc vào năng lượng thoát ra từ các phản ứng giữa nước biển và đá và các vi khuẩn sulphur – oxy hóa. Các nghiên cứu ở đáy biển còn cho thấy các miệng núi lửa nhiệt dịch phát triển hạn chế ở các vùng đá biển trẻ nhất và xuất hiện dọc theo các đoạn sống tách dãn cả chậm và nhanh. Mỗi trường nhiệt dịch có vô số chỗ rò rỉ với các ống xả (chimneys) sulphur vươn cao đến 10m trên đáy biển. Các khoáng chất được phát hiện ở các ống xả chủ yếu là các sulphur Fe, Cu và Au với một ít anhydrit (CaSO4) và silic vô định hình. Các nước nhiệt dịch là acid, giàu H2S và là các nguồn chính của Mn, Li, Ca, Ba, Si, Fe, Cu và Au. Các kim loại này hoặc tích tụ trong các ống xả , hoặc với các trầm tích gần các miệng núi lửa.
Các nước nhiệt dịch phun ra đọc theo các sống đại dương dường như là nước biển đã chu chuyển qua vỏ đại dương nóng với các gradient nhiệt độ lớn hơn 1500C/km. Nước biển chu chuyển bởi sự đối lưu qua phần trên của vỏ thẩm thấu được (sâu 1 – 2km), được hun nóng ở dưới sâu và tuôn ra dọc theo các khe nứt đang hoạt động ở rift trung tâm. Nước tuôn ra lọc các khoáng chất từ vỏ đại dương và biến đổi vỏ này bằng cách thêm vào H2O và các nguyên tố như là Mg. Do phun lên đáy biển nên các nước nhiệt dịch nhanh chóng nguội đi và tăng độ pH, tạo ra sự tích tụ các sulphur và sulphat.
Xét về các vỏ đại dương cổ thì có hai loại khoáng tích chính đá tạo thành ở các ophiolit: các sunfur dạng khối Cu-Fe kiểu Cyprus và cromit dạng hạt đậu. Các quặng kiểu Cyprus xuất hiện như những khoáng tích phân tầng trong các lớp basalt cầu gối. Các quặng này là các khoáng tích xả khí (exhalative deposits) đã tạo thành bởi các miệng núi lửa nhiệt dịch dọc theo sống đại dương như đã mô tả ở trên. Các khoáng tích cromit dạng hạt đậu đã tạo thành ở các thể ly tụ siêu mafic và các cấu tạo tàn dư cho thấy chúng là các sản phẩm kết tinh phân đoạn.
3.9.2.2 Các hệ thống cung
Các khoáng tích kim loại có tầm quan trọng cả ở các cung rìa lục địa lẫn các cung đảo. Các kim loại cơ bản (Zn, Cu, Mo, Pb), các kim loại quý (Au, Ag) và các kim loại khác (Sn, W, Sb, Hg) cũng được tìm thấy ở các mạch (veins) và các đới mạch (lodes) nhiệt dịch tạo thành ở các hệ thống cung. Các tích tụ sa khoáng ở các kim loại này cũng quan trọng ở một số vùng địa lý sau khi xâm thực. Các mạch và đới mạch cộng sinh phổ biến với các đá núi lửa hoặc các xâm nhập granit, nơi mà chúng là các chất lưu ở giai đoạn muộn được sinh ra từ các magma cung bị phân
92
dị. Các khoáng tích porphyr Cu-Mo và Sn cũng được tạo thành ở các hệ thống cung. Những khoáng tích đó với khối lượng lớn và hàm lượng thấp kiểu xâm tán xuất hiện ở các granit dạng porphyr bị biến đổi và là những nguồn quan trọng của Cu và Mo ở Tây Nam nước Mỹ và ở Andes. Các khoáng tích sulphur dạng khối Kuroko (Cu, Pb, Zn) có tầm quan trọng ở các chuỗi bồn giữa cung và sau cung, nơi mà chúng đã được tạo thành kiểu xả khí (exhalative) trên đáy biển. Các khoáng tích trầm tich màu đỏ chứa U, V, Cu xuất hiện ở một số bồn tiền sử sau cung như các trầm tích màu đỏ Mesozoi ở cao nguyên Colorado (Mỹ).
Ở các đá Đệ tam muộn vùng Andes có sự phân đới ở các khoáng tích kim loại. Theo chiều cắm của tấm mảng thạch quyển các đới khoáng kim loại chính bắt gặp là: các khoáng tích Fe biến chất tiếp xúc trao đổi, các mạch Cu, Au và Ag, các khoáng tích Cu-Mo porphyr, các khoáng tích dạng mạch và tiếp xúc trao đổi Pb, Zn, Ag và các khoáng tích dạng mạch và porphyr của Sn và Mo. Sự phân đới được cho là kết quả của sự giải phóng dần các kim loại từ tấm mảng hút chìm, với Sn đến từ độ sâu lớn nhất khoảng 300km. Các dữ liệu địa hóa và đồng vị ủng hộ quan niệm chung cho rằng các khoáng tích cộng sinh với chúc chìm là được sinh ra từ sự kết hợp nào đó của mảng chúc chìm với nêm manti nằm trên. Các kim loại chuyển lên trên trong các magma và trong các chất lưu được tập trung ở các pha magma và nhiệt dịch muộn.
3.9.2.3 – Các đai tạo núi.
Các khoáng tích kim loại khá phong phú ở các ranh giới va chạm, nơi cũng có nhiều di chỉ bối cảnh kiến tạo khác nhau, phụ thuộc vào vị trí và giai đoạn tiến hóa. Ngoài ra, các khoáng tích gìa hơn cộng sinh với các tổ hợp ophiolit, cung, craton và rift lục địa cũng xuất hiện ở các đới va chạm. Các khoáng tích Sn và W cộng sinh với các granit sáng màu do va chạm gây ra ở Himalaya và ở tạo núi Varisi, còn ở các mức vỏ sâu hơn thì có các khoáng tích Fe và Ti cộng sinh với anortosit. Nhiều đá quý (ruby, saphyr) cũng đã được tìm thấy trong các đá biến chất cao hoặc trong syenit nephelin đồng kiến tạo ở các đai tạo núi va chạm. Trong các bồn tiền xứ ngoại vi thì có thể có các khoáng tích có ý nghĩa kinh tế của sulphur Pb-Zn-Cu và trầm tích màu đỏ chứa U-V-Cu.
3.9.2.4 – Các rift lục đia
Các khoáng tích dạng tầng xuất hiện ở các trầm tích lục địa cổ không cộng sinh với các đá magma. Các khoáng tích này xuất hiện trong các đá carbonat biển và chắc là được tích tụ từ nước mặn được di chuyển đến rìa các bồn rift. Các nguyên tố đất hiếm, Nb, U, Th, Ba, P, Sr và các halogen được tập trung trong carbonatit và các đá magma kiềm khác xuất hiện ở một số rift lục địa. Các granit xâm nhập trong những giai đoạn mở rift muộn thường cộng sinh với Sr và fluorit. Các khoáng tích
93
Cu dạng phân lớp xuất hiện trong các đá phiến sét và cát kết có liên quan đến rift như khoáng tích ở Đai quặng đồng Zambia. Cu ở đó dường như sinh ra từ các basalt cộng sinh. Các evaporit là các khoáng tích phi kim quan trọng được tìm thấy ở một số rift.
Một số biểu hiện chính của Cr, Cu , Ni và Pt đã được tìm thấy trong các đá xâm nhập phân lớp Proterozoi. Cromit xuất hiện như các thể li tụ nguyên sinh nằm giữa các phần siêu mafic của các xâm nhập này, còn Cu và Ni nói cung xuất hiện để thế chỗ nhiệt dịch giai đoạn muộn (late-stage hydrothermal replacements). Pt xuất hiện với hàm lượng thay đổi nhiều trong các khoáng vật ly tụ. Ngoài ra, một số xâm nhập phân lớp có các khoáng tích magma của Sn (trong granit muộn) và Ti hoặc magnetit giàu V.
3.9.2.5 – Các craton và rìa lục địa thụ động
Hiếm gặp các khoáng tích kim loại thành tạo ở các craton và các rìa lục địa thụ động. Trong số các khoáng tích phi kim thành tạo ở các vùng craton có kim cương từ các ống nổ kimberlit và các sa khoáng cộng sinh, các khoáng tích bauxit, laterit Ni và các evaporit.
Các khoáng tích Proterozoi sớm quan trọng là các sa khoáng Au và U xuất hiện trong cát kết thạch anh và cuội kết ở các chuỗi trầm tích ở craton. Khoáng tích lớn nhất là ở Witwatersrand (2900 triệu năm) và Siêu loạt Huron. Các hạt Au và uraninit dường như được tập trung bởi các quá trình sông và châu thổ ở các môi trường nước nông thế năng cao. Các nguồn của Au và U là các teran đá lục - granit cổ hơn. Các khoáng tích nguồn gốc trầm tích Proterozoi quan trọng khác bao gồm thành hệ sắt dạng dải và các trầm tích giàu Mn. Thành hệ sắt dạng dải đạt đỉnh điểm phát triển vào khoảng 2500 triệu năm. Nó xuất hiện như sự xen kẽ giữa các vi lớp giàu thạch anh và giàu magnetit (hoặc hematit) và một số đã tích tụ trong các bồn rộng đến hàng trăm km. Phần lớn thành hệ sắt dạng dải không cộng sinh với các đá núi lửa và có vẻ như đã tích tụ trong các bồn craton nông. Các trầm tích giàu Mn cũng xuất hiện trong các chuỗi trầm tích craton cộng sinh với đá carbonat.
3.9.2.6 – Các đá lục Archei
Một số trữ lượng chính trên thế giới của Cu , Zn và Au xuất hiện ở các đai đá lục Archei. Các đai đá lục già hơn 3,5 tỷ năm chỉ chứa ít khoáng tích và bao gồm các khoáng tích porphyr và mạng mạch (stockwork) Cu-Mo và các biểu hiện nhỏ barit và thành hệ sắt dạng dải. Các đá lục Archei muộn chứa các khoáng tích lớn sulphur dạng khối Cu-Zn cộng sinh với các đá núi lửa felsic dưới biển và các sulphur Ni-Cu cộng sinh với komatiit. Các sulphur Ni-Cu này có vẻ như đá thành tạo như các thể ly tụ do kết tinh phân đoạn của các dung nham sulphur không trộn
94
lẫn được (immiscible sulphide melts) cộng sinh với các magma komatiit. Những biểu hiện nhỏ của thành hệ sắt dảng dải xuất hiện ở phần lớn các đá lục Archei muộn. Một số các khoáng tích quan trọng nhất trong các đá lục là Au, xuất hiện trong mạch thạch anh và các sulphur xâm tán muộn thường cộng sinh với các tích tụ đá silic hoặc carbonat nhiệt dịch.