trên máy camebak, t i Viện a ch t và Khoáng vật - Phân viện Siberi Viện HLKH LB Nga, Novosibirsk)
STT Số hiệu mẫu Thành phần hóa học và hàm lƣợng (%)
Fe Cu Zn As S Ag Cd In Sn Tổng
1 T22 - 46 - 3(1) 28,49 34,7 0,064 0,000 35,38 0,000 0,000 0,091 0,078 98,8
2 T22 - 46 - 3(1b) 28,61 34,81 0,05 0,000 35,28 0,000 0,000 0,104 0,078 98,93
3 T22 - 46 - 3(1c) 27,7 34,18 0,837 0,000 35,21 0,000 0,000 0,176 0,106 98,21
c v t c
Ngồi các khống vật chính đã nêu trên, trong các mẫu quặng thiếc của khu vực Quỳ Hợp cịn tồn tại các khống vật thứ sinh bornit, chalcozin, covellin v.v..
3.2. Cấu tạo và kiến trúc quặng.
Qua kết quả nghiên cứu khống tƣớng, có thể nói quặng thiếc của mỏ Suối Bắc có các kiểu cấu tạo và kiến trúc nhƣ sau:
3.2.1. u t qu
- C u t o xâm tán: Các khoáng vật xâm tác rải rác trong mạch thạch anh, đá biến đổi, đây là dạng cấu tạo phổ biến và chủ yếu (Hình 3.4, 3.15, 3.19).
- C u t o ổ: các khống vật quặng thƣờng gắn bó tập trung thành ổ. Cấu tạo này phổ biến ở thân mạch có chiều dày lớn (Hình 3.10).
- C u t o dăm: đặc trƣng cho các khoáng vật sinh trƣớc bị cà nát, vỡ vụn có dạng hạt sắc cạnh (chủ yếu là thạch anh) sau đó đƣợc gắn kết bởi dung dịch mang quặng ở giai đoạn sau tạo nên khối rắn chắc. Cấu tạo này thƣờng thấy ở nơi có hoạt động phá hủy mạnh, phân bố ở phần dƣới thân mạch (Hình 3.20).
- C u t o hang hốc: đặc trƣng cho các khoáng vật quặng, thạch anh đƣợc kết tinh ở hang hốc của các khoáng vật sinh trƣớc tạo thành những tinh thể hoàn chỉnh mọc từ vách các hang hốc.Dạng cấu tạo này ít phổ biến (Hình 3.5).
3.2.2. K trúc qu
- Kiến trúc nửa tự hình và tự hình: các khống vật quặng có tinh thể rõ ràng
thƣờng xen vào đám của các khoáng vật khác hoặc nằm trong hang hốc của đá sinh trƣớc kiến trúc này ít phổ biến. Thƣờng phải có khơng gian để khống vật kết tinh.(Hình 3.8, 3.10, 3.15).
- Kiến trúc tha hình: các khống vật quặng có hình dạng tinh thể rõ ràng,
hình thù nhất định, cỡ hạt to nhỏ khác nhau (Hình 3.4, 3.5, 3.18).
- Kiến trúc cà nát: các khoáng vật quặng sinh trƣớc bị cà nát, dập vỡ sau đó đƣợc các khống vật sinh sau gắn kết lại (Hình 3.20).
- Kiến trúc keo: đặc trƣng cho các khống vật limonit - gotit chúng đƣợc hình thành từ q trình biến đổi các khống vật chứa sắt tạo thành dung dịch thứ sinh dạng keo lấp đầy khe nứt, kẽ hở của đá sinh trƣớc (Hình 3.11).
Chƣơng IV.
NGUỒN GỐC ĐIỀU KI N THÀNH TẠO CỦA MỎ THIẾC SUỐI BẮC KHU VỰC QUỲ HỢP
Nguồn gốc, điều kiện thành tạo của 1 thành tạo địa chất bao gồm điều kiện hóa lý (nhiệt độ, áp suất, ) và điều kiện địa chất. Luận văn xác định 1 trong các điều kiện thành tạo quan trọng là nhiệt độ nhằm góp phần làm sáng tỏ q trình hình thành mỏ thiếc Suối Bắc. Luận văn cũng dựa vào nhiệt độ thành tạo quặng ở mỏ Suối Bắc, kết hợp với một số đặc điểm tiêu hình của cassiterit, đặc điểm về 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 những kết quả nghiên cứu ở chƣơng III, arsenopyrit ở mỏ thiếc Suối Bắc cộng sinh cùng với cassiterit, pyrit và chalcopyrit hồn tồn có đủ điều kiện để sử dụng tính tốn nhiệt độ thành tạo cho mỏ thiếc. Vì vậy, học viên lựa chọn sử dụng nhiệt kế arsenopyrit để tính tốn nhiệt độ cho đối tƣợng nghiên cứu của mình.
4.1.1. ơ sở lý t uy t a t arse pyr t.
Arsenopyrit, FeAs1±xS1±x, là một khống vật thuộc nhóm sufur, có khả năng chịu nhiệt độ cao nhất trong các sunfua thơng thƣờng vàcó tỷ lệ As/S dao động trong khoảng rộng. Với những đặc điểm này arsenopyrit đƣợc coi nhƣ làcơng cụ địa hóa tiềm năng hữu ích cho việc xác định điều kiện hình thành của nó. Clark (1960a) nhận thức đƣợc sự hữu dụng của một địa nhiệt kế nhƣ vậy, ông đã xác định mối quan hệ pha chi tiết trong hệ Fe - As - S ngƣng tụ giữa 400 và 750oC và áp suất 2,07 kbar. Các kết quả nghiên cứu của ông đƣợc áp dụng rộng rãi cho việc ƣớc tính nhiệt độ hình thành hoặc biến chất quặng [18].
Nối tiếp nghiên cứu của Clark, năm 1976, Ulrich Kretschmar và S. D. Scott đã làm các thí nghiệm để nghiên cứu về mối quan hệ pha của arsenopyrit trong hệ thống Fe - As - S. Các thí nghiệm đƣợc chia là hai phần:
- Phần đầu là thí nghiệm tái kết tinh ở trạng thái cứng trong hệ Fe - As - S, đƣợc thực hiện bằng cách sấy khô, eutectic, chất khử tạp chất halogen để tăng tốc độ tốc độ phản ứng. Kết quả, tại 300oC phạm vi thành phần của arsenopyrit kéo dài từ dƣới 30% nguyên tử AS trong trạng thái cân bằng với pyrit và asen đến khoảng 33.5% nguyên tử As ở trạng thái cân bằng với pyrrhotit và loellingit. Tại 700oC arsenopyrit chứa khoảng 38,5% nguyên tử As không phân biệt các tập hợp mà trong đó nó đƣợc tổng hợp. Khi phân tích EPMA cho thấy tinh thể arsenopyrit tổng hợp đƣợc cùng tồn tại với pyrotin, pyrit hoặc pyrit + pyrotin thƣờng đƣợc khoanh vùng với một trung tâm phong phú S và một vành giàu As. Điều này đƣợc giải thích là do phản ánh sự mất cân bằng cục bộ trong q trình tăng trƣởng, arsenopyrit khơng dễ dàng tái cân bằng trong làm nguội và thành phần của nó phản ánh nhiệt độ hình thành của nó.
- Phần thứ hai của nghiên cứu là kiểm tra chi tiết biến đổi thành phần của arsenopyrit tự nhiên từ một số lƣợng lớn mẫu để kiểm tra xem biến đổi thành phần này có phù hợp với kết quả thực nghiệm hay không bằng EPMA. Kết quả những mẫu arsenopyrite không đồng nhất và % trọng lƣợng của tổng Co, Ni và Sb lớn hơn 1 là không phù hợp.
Cuối cùng, Ulrich Kretschmar và S. D. Scott đƣa ra kết luận arsenopyrit thỏa mãn điều kiện đồng nhất và có tổng % trọng lƣợng của Co, Ni, Sb nhỏ hơn 1 có thể sử dụng làm địa nhiệt kế, có thể ƣớc tính nhiệt độ hình thành hoặc biến chất mỏ thông qua biểu đồ T - X [26] (Hình 4.1).
Kết quả nghiên cứu của Ulrich Kretschmar và S. D. Scott, đã đƣợc nhiều nhà địa chất công nhận và áp dụng. Khi nghiên cứu khoáng hoá trong các mỏ thiếc - volfram, Cordillera Real, Bolivia, Arsenopyrit hình thành trong giai đoạn đầu của sự khống hóa, và đƣợc kết hợp với pyrotin trong tất cả các mẫu và loellingit trong
mẫu ARA - 107. Nhiệt độ thu đƣợc tƣơng ứng với áp suất 1,0 kbar là 450 - 530 o
C cho giai đoạn đầu của sự khống hóa [22].
Gần đây, năm 2013, một số nhà địa chất ngƣời Pháp đã nghiên cứu lắng đọng skarn Trepca Pb - Zn - Ag (29 Mt quặng 3,45% Pb, 2,30% Zn và 80 g/t Ag) nằm trong khối Kopaonik của vùng tây Vardar, Kosovo. Các tổ hợp khoáng vật ở đây bao gồm ilvait, magnetit, arsenopyrit, pyrotin, marcasit, pyrit, thạch anh, và cacbonat khác nhau. Các tác giả cũng áp dụng địa nhiệt kế arsenopyrit (arsenopyrit có thành phần 33,1% at Fe; 30,9% at As; 36,0% at S và cùng tồn tại với pyrit) để xác định khoảng nhiệt thành tạo quặng từ 350°C và 380°C và hệ số hoạt động lƣu huỳnh giữa 10 - 8,8
và 10 - 7,2 bar [24].
Hình 4.1. Biến đổi nhiệt độ dựa trên hàm lƣợng As trong
4.1.2. X c t ộ t t t c u c u vực Quỳ Hợp
Với cơ sở lý thuyết nhƣ trên, học viên nhận thấy arsenopyrit của mỏ thiếc Suối Bắc hồn tồn có đủ tiêu chuẩn làm một địa nhiệt kế, giúp ƣớc tính nhiệt độ thành tạo của mỏ thiếc. Từ bảng kết quả phân tích phần trăm trọng lƣợng của các nguyên tố trong mẫu arsenopyrit đồng nhất (Wt%) (Bảng 3.6) chỉ ra arsenopyrit ở khu mỏ không chứa Co, Ni và Sb .
Bảng 4.1. Thành phần hóa học các ngun tố chính của khống vật arsenopyrit (tính theo giá trị trung bình các điểm đo (N) cho 1 khoáng vật)
STT Số hiệu mẫu N Wt% At% Fe As S Tổng Fe As S 1 T22 - 43 - 2 - 1 4 33,76 44,46 20,79 99,11 32,74 32,14 35,12 2 T22 - 43 - 2 - 2 9 33,56 44,62 20,36 98,6 32,81 32,52 34,67 3 T22 - 46 - 2 - 1(2) 1 33,58 44,13 21,06 98,77 32,55 31,89 35,56 4 T22 - 46 - 2 - 1 - 1(4) 1 33,93 45,1 20,79 99,83 32,7 32,4 34,9 5 T22 - 46 - 2 - 2 7 33,44 44,74 20,52 98,73 32,61 32,53 34,86 6 T22 - 46 - 2 - 2 - 1 6 33,9 44,62 20,98 99,55 32,69 32,07 35,24 7 T22 - 46 - 3 6 34,07 44,52 21,08 99,68 32,77 31,92 35,32 8 T22 - 46 - 2 - 4b 2 33,47 44,12 20,75 98,37 32,65 32,09 35,26 Trung bình 32,2
Từ % trọng lƣợng As, học viên tính tốn ra % nguyên tử As (At%) trung bình là 32,2 % (Bảng 4.1). Theo kết quả nghiên cứu chƣơng III, arsenopyrit cộng sinh với pyrit. Áp dụng biểu đồ T - X của Kretschmar và Scott 1976, với hàm lƣợng 32,2% at trong trƣờng pyrit, xác định đƣợc nhiệt độ thành tạo quặng tại mỏ Suối Bắc là khoảng 430oC (Hình 4.2).
Hình 4.2. Biến đổi nhiệt độ dựa trên hàm lƣợng As trong Arsenopyrit mỏ Suối Bắc - Quỳ Hợp
4.2. Luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc
Cho tới nay, vấn đề nguồn gốc mỏ thiếc đã đƣợc xem xét dƣới nhiều góc độ khác nhau nhƣ đặc điểm thành phần vật chất và điều kiện thành tạo quặng. Luận văn luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc bằng cách nội suy, so sánh các kết quả nghiên cứu đã có với kết quả nghiên cứu của học viên.
1. Cơng trình nghiên cứu của Lê Minh Tiêu (1994), quặng hóa của mỏ thiếc liên quan nguồn gốc với granitoit thuộc phức hệ Sông Chu - Bản Chiềng, có tuổi Creta - Paleogen, nằm trong đá phiến thuộc thành hệ quặng cassiterit - silicat - sufur, gồm hai kiểu quặng thạch anh - tourmalin - cassiterit và thạch anh - arsenopyrit - pyrotin - cassiterit, có các đặc điểm nhƣ sau:
- Các tổ hợp cộng sinh khoáng vật bền vững điển hình: Thạch anh - tourmalin, thạch anh - cassiterit - arsenopyrit - pyrit, cassiterit - pyrotin - chalcopyrit - các khoáng vật bismut.
- Các khoáng vật quặng nguyên sinh: chủ yếu cassiterit, pyrit, arsenopyrit; thứ yếu là chalcopyrit, pyrotin, khoáng vật bitmus, rutin; hiếm hơn là galenit, ilmenit, magnetit, hematit và vàng. Khoáng vật quặng biểu sinh là scodorit, limonit, geothit, leicoxen, covelin, chalcozin, anglezit - bocnit, psilomelan.
- Nguyên tố quặng chủ yếu là Sn, As, các nguyên tố đi kèm là Pb, Zn, Cu, Bi.
- Các kiểu cấu tạo đặc trƣng là xâm tán, ổ, dăm, mạng mạch, hang hốc. Kiến trúc đặc trƣng là nửa tự hình và tự hình, tha hình, keo, cà nát
Trên cơ sở so sánh kết quả nghiên cứu trên của Lê Minh Tiêu (1994) với kết quả nghiên cứu của luận văn cho thấy: thành phần khoáng vật quặng của mỏ thiếc Suối Bắc hầu nhƣ gần gũi về thành phần khống vật trong quặng hóa của mỏ thiếc nằm trong đá phiến thuộc thành hệ quặng cassiterit - silicat - sufur. Tổ hợp cộng sinh khoáng vật trong mỏ thiếc Suối Bắc là thạch anh - cassiterit - arsenopyrit - pyrit, thành phần khoáng vật quặng của mỏ thiếc Suối Bắc chủ yếu là cassiterit, pyrit, arsenopyrit, thứ yếu là chalcopyrit, pyrotin, rutin, hiếm gặp là galenit, ilmenit, magnetit, hematit, lepidocrocit, scorodit. Cấu tạo - kiến trúc quặng của mỏ Suối Bắc cũng tƣơng đồng với cấu tạo - kiến trúc quặng có trong thành hệ quặng cassiterit - silicat - sufur. Điều này chứng tỏ quặng hóa mỏ thiếc Suối Bắc liên quan nguồn gốc với granitoit thuộc phức hệ Sông Chu - Bản Chiềng, nằm trong đá phiến thuộc thành hệ quặng cassiterit - silicat - sufur, gồm hai kiểu quặng thạch anh - tourmalin - cassiterit và thạch anh - arsenopyrit - pyrotin - cassiterit.
2. Trên cơ sở những tài liệu bao thể, quặng hóa thiếc thuộc thành hệ quặng cassiterit - silicat - sufur, gồm hai kiểu quặng thạch anh - tourmalin - cassiterit và thạch anh - arsenopyrit - pyrotin - cassiterit. Kiểu quặng thạch anh - tourmalin - cassiterit thành tạo ở nhiệt độ 310 - 400°C, còn kiểu quặng thạch anh - arsenopyrit -
pyrotin - cassiterit thành tạo ở nhiệt độ 220 - 310°C [8]. Nhiệt độ thành tạo của mỏ thiếc Suối Bắc mà luận văn xác định đƣợc bằng phƣơng pháp địa nhiệt kế arsenopyrit là khoảng 430oC gần với nhiệt độ thành tạo kiểu quặng thạch anh - tourmalin - cassiterit, thuộc thành hệ cassiterit - silicat - sulfur.
3. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thị Kim Hồn [5] về dấu hiệu tiêu hình của cassiterit miền Thanh Nghệ Tĩnh đã phân chia các thành hệ quặng thiếc thuộc các kiểu nguồn gốc khác nhau là:
- Cassiterit thuộc thành hệ pegmatite có tổng hàm lƣợng trung bình của các nguyên tố tạp chất cao (3 - 4%). Các nguyên tố tạp chất có hàm lƣợng cao, tần suất gặp lớn là: Ta, Nb, Fe, W, Mn và Ti, đặc biệt là Ta và Nb. Rất phổ biến dạng tinh thể tháp đôi bốn phƣơng. Màu sẫm, hầu nhƣ đen, nâu đen .
- Cassiterit thuộc thành hệ skarn: tổng hàm lƣợng trung bình của các nguyên tố tạp chất rất thấp (0,5 - 0,6%), Ta và Nb vắng mặt. Hình dạng tinh thể khá đa dạng, phổ biến các mặt tháp dốc.
- Cassiterit thuộc các thành hệ có nguồn gốc nhiệt dịch:
+ Nhiệt dịch nhiệt độ cao đến trung bình (Thành hệ cassiterit - thạch anh, cassiterit - silicat - sulfur): Tổng hàm lƣợng trung bình của các nguyên tố tạp chất trung bình (>1%). Các nguyên tố tạp chất có tần suất gặp cao là W, Fe, Mn và Ti. Các nguyên tố Ta, Nb có hàm lƣợng trung bình và tần suất gặp thấp. Hình dạng tinh thể hết sức đa dạng. Phổ biến nhất là kiểu hình ghép tháp - lăng trụ bốn phƣơng. Đa số cassiterit có phổ màu trung bình: nâu, nâu loang lổ, nâu xám,
+ Kiều nhiệt dịch nhiệt độ trung bình đến thấp (thành hệ cassiterit - sulfur): Tổng hàm lƣợng trung bình của các nguyên tố tạp chất trung bình (1%). Ta và Nb hồn toàn vắng mặt. Hàm lƣợng In tăng cao, hàm lƣợng Fe, Mn giảm nhiều so với cassiterit thuộc các thành hệ quặng thiếc khác. Đa số hình dạng tinh thể phổ biến kiểu hình ghép lăng trụ - tháp bốn phƣơng. Đa số cassiterit có phổ màu trung bình và màu nhạt: nâu nhạt - vàng nâu, vàng nhạt, không màu,
So sánh với đặc điểm tiêu hình của cassiterit ở mỏ Suối Bắc: Với kết quả nghiên cứu ở chƣơng III, các nguyên tố tạp chất có trong cassiterit của mỏ thiếc Suối Bắc là Fe, Ti, W, Nb và In. Tổng hàm lƣợng trung bình các nguyên tố tạp chất trong cassiterit mỏ Suối Bắc là 0,26%. Các nguyên tố tạp chất có tần suất gặp cao là Fe, Ti và W. Các nguyên tố Nb và In có hàm lƣợng trung bình và tần suất gặp thấp. Ta hồn tồn vắng mặt. Cassiterit có phổ màu trung bình: nâu, nâu loang lổ, nâu xám. Điều này chứng tỏ cassiterit mỏ Suối Bắc thuộc thành hệ cassiterit - thạch anh, cassiterit - silicat - sulfur, có nguồn gốc nhiệt dịch nhiệt độ cao đến trung bình.
Trên cơ sở kết hợp những kết quả nghiên cứu trên với kết quả mà luận văn nghiên cứu đƣợc: đặc điểm các khoáng vật quặng của mỏ thiếc gốc Suối Bắc và số liệu xác định nhiệt độ của địa nhiệt kế arsenopyrit là khoảng 430oC, có thể xếp quặng ở mỏ Suối Bắc thuộc thành hệ quặng nhiệt dịch nhiệt độ cao đến trung bình thạch anh - cassiterit, cassiterit - silicat - sulfur.
KẾT LUẬN
Qua các kết quả trên có thể rút ra một số kết luận nhƣ sau: