Khống vật
(Tinh hệ) (Tạp chất đi kèm) Cơng thức Hàm lượng ngun tố chính (%) CHÌ
Galenit
(Lập phương)
PbS
(Ag, Bi, Te, Se, In, Ga, Tl) 86,6 Burnonit
(Thoi) PbCuSbS3 (As, Zn) 42,5
Bulanjenit (Một phương)
Pb5Sb4S11
(Ag, As, Hg) 55,4
Cerusit
(Thoi) (Zn, Ca, Sr) PbCO3 77,5
Anglezit (Thoi) PbSO4 (Ba) 68,3 Pyromorphit (Sáu phương) Pb5[PO4]3Cl
(As, Ca, Ba, V) 76,1
Vanadinit
(Sáu phương) Pb5[VO4]3Cl (Ca, As, P) 73,1 Vulfenit
(Bốn phương)
PbMoO4
(Ca, TR, W, V, U) 51,5
Plumboiarozit PbFe6[SO4]4(OH)12 (K, Na) 19,22
KẼM
Sphalerit (Lập phương)
ZnS
(Fe, Mn, Cd, Tl, In, Hg, Ga, Se, Te, Ge)
67,0 Vurzit
Khoáng vật (Tinh hệ) Công thức (Tạp chất đi kèm) Hàm lượng nguyên tố chính (%) Smitsonit (Ba phương) ZnCO3
(Fe, Ca, Co, Mn, Mg, Cu, Cd, Pb) 51,9 Zinkit
(Sáu phương) (Mn, Fe) ZnO 80,2
Hydrozinkit
(Ẩn tinh) Zn5 (OH)6[CO3]2. 59,3
Calamin
(Thoi) Zn4 [Si2O7](OH)2H2O (Mn, Fe) 52,6
Villemit
(Ba phương) Zn2 [SiO4] (Mn) 58,4
Trong số các khoáng vật kể trên, galenit và sphalerit là các khoáng vật quặng chủ yếu, có giá trị kinh tế quan trọng nhất. Ở mơi trường oxy hóa các thân quặng này thường biến đổi thành các thân quặng oxyt với các khoáng vật khác nhau, tùy thuộc vào độ pH của môi trường.
Ở điều kiện của đới ngoại sinh thì các khống vật chì - kẽm (sphalerit, galenit) thường không bền vững, dễ bị phá hủy và dần chuyển thành khoáng vật thứ sinh bền vững hơn.
Galenit là khoáng vật khơng bền vững trong mơi trường oxy hóa. Ở giai đoạn đầu, nó bị biến đổi thành sulfat chì (anglezit), khống vật này cũng khơng bền vững và rất kém hòa tan trong nước ngầm, giai đoạn tiếp theo biến đổi thành carbonat chì (serusit), là khống vật bền vững trong mơi trường oxy hóa và gần như khơng hịa tan trong nước ngầm. Trong thời gian đủ dài trong đới oxy hóa, nó có thể thay thế bằng pyromorphit hoặc valadinit (là những khống vật bền vững trong mơi trường oxy hóa và kém hịa tan trong mơi trường oxy hóa). Như vậy, tất cả các sản phẩm cuối cùng cũng như trung gian trong quá trình biến đổi của galenit này đều kém hịa tan trong nước ngầm nên chì hầu như khơng bị mang đi khỏi đới oxy hóa của thân quặng. Các khoáng vật thứ sinh đặc trưng của chì trong đới oxy hóa là serusit, anglezit, ít hơn có pyromorphit, valadinit…
Sphalerit rất khơng bền vững trong đới oxy hóa, nó chuyển hóa thành sulfat kẽm là hợp chất dễ hòa tan trong nước ngầm và trong nhiều trường hợp qua quá trình vận động của nước ngầm đủ lâu, kẽm có thể hồn tồn bị mang đi khỏi phần
trên của thân quặng (nằm trong đới oxy hóa), Khi gặp môi trường carbonat (đá vôi tái lắng đọng dưới dạng các thân quặng thứ sinh. Trong trường hợp này thì chì và kẽm vốn đồng hành với nhau ở quặng sulfur nguyên sinh trong đới oxy hóa lại bị tách rời nhau do các hợp chất của chì bền vững hơn vẫn được giữu lại ở đới oxy hóa của mỏ. Do vậy, trong quá trình tìm kiếm nếu phát hiện thân quặng chì trong đá carbonat cần tìm kiếm thân quặng kẽm thứ sinh ở lân cận và ngược lại.
Các khống vật tiêu biểu của kẽm trong đới oxy hóa bao gồm: smitsonit và calamin, ít hơn là zinkit, hydroxinkit, villemit…
2.2 Phân loại các kiểu mỏ chì - kẽm trên thế giới và ở Việt Nam
2.2.1 Phân loại các kiểu mỏ chì - kẽm theo các nhà khoa học Nga
Để phân loại các kiểu mỏ chì - kẽm cơng nghiệp hiện nay có 3 ngun tắc chính là đặc điểm nguồn gốc thành tạo quặng hố chì - kẽm, thành phần vật chất quặng (thành phần khoáng vật là chủ yếu) và đá vây quanh quặng.
Từ các nguyên tắc nêu trên có những cách phân loại các kiểu mỏ công nghiệp chì - kẽm khác nhau, một trong những cách phân loại đó là phân chia kiểu mỏ cơng nghiệp chì - kẽm theo quan điểm nguồn gốc mỏ (G.F Iacovlev - 1986). Theo cách phân chia này thì có 6 kiểu mỏ cơng nghiệp chì - kẽm sau:
Mỏ skarn: Liên quan tới granitoid tướng sâu vừa (hypabyssal), nằm tại đới tiếp xúc hoặc ngoại tiếp xúc giữa các thể xâm nhập (granodiorit - porphyr, granit - porphyr) với đá vây quanh gồm đá trầm tích và trầm tích núi lửa có chứa các tập đá vôi và được khống chế bở các đứt gãy, các đới khe nứt hoặc các ranh giới gián đoạn địa tầng. Các thân quặng skarn thường có dạng vỉa, thấu kính hoặc dạng mạch, kéo dài đến hàng trăm mét, với chiều dày hàng chục mét. Các thân quặng sulfur chì - kẽm lắng đọng trong skarn vơi thành phần granat - pyroxen có hình thái phức tạp hơn: dạng thấu kính, dạng cột và dạng ổ. Kích thước của chúng có thể từ vài chục đến vài trăm mét theo đường phương và hướng cắm, chiều dày đạt 1 đến 10m hoặc lớn hơn. Thành phần khoáng vật quặng của mỏ chì - kẽm skarn thường bao gồm các khoáng vật sulfur (galenit, sphalerit, pyrotin...) và các khống vật silicat tạo skarn. Q trình tạo khống thường diễn ra theo ba giai đoạn chính:
2- Giai đoạn tạo quặng (galenit, sphalerit, pyrotin...); 3- Giai đoạn sau tạo quặng (thạch anh, calcit).
Tiêu biểu cho nhóm mỏ này là các mỏ chì - kẽm Nikolaev (Primore - Nga); Kưzư-Espe (Kazacxtan); Sala, Ammaberg (Thuỵ Điển); Franklin -Femas, Loyrens (Mỹ); Els-potosi (Mexico); Agilar (Argentina); Kamiona (Nhật Bản); Bản Chiềng, Khe Tang (Nghệ An - Việt Nam).
Mỏ nhiệt dịch pluton: Liên quan đến granitoid hoặc các thể xâm nhập nhỏ tướng sâu vừa cũng như các đai cơ diorit - porphyr và diabas - porphyr. Các thân quặng có hình thái đa dạng: dạng vỉa, thấu kính, mạch, ống… kéo dài từ vài chục đến hàng trăm mét theo đường phương và hướng cắm (hệ mạch có thể đến 1,5-2km) với chiều dày từ 0,5 đến 200m hoặc lớn hơn. Khống vật quặng chính gồm pyrit, pyrotin, sphalerit, galenit, arsenopyrit, macazit, bulangerit, djemssonit. Mạch nhiệt dịch gồm các khống vật thạch anh, calcit và dolomit. Trong nhóm mỏ nhiệt dịch pluton được chia ra 2 thành hệ quặng:
Thành hệ: Sphalerit - galenit - pyrit trao đổi thay thế trong đá carbonat. Các mỏ chì - kẽm điển hình trên thế giới thuộc thành hệ này gồm Ecatcrino - Blagodatskoe, Sadon (Nga) và Tinhtic (Mỹ).
Thành hệ mạch sphalerit - galenit trong granitoid và đá phiến. Thuộc thành hệ này có các mỏ chì - kẽm Zgid (Liên Xô cũ), Fraiberg (Đức), Chợ Điền, Chợ Đồn, Ngân Sơn (Việt Nam).
Mỏ nhiệt dịch núi lửa: Đá vây quanh là đá phun trào thuộc thành hệ andesit - dacit và dacit - liparit có liên quan nguồn gốc với mỏ. Quặng hoá thuộc về tướng họng, tướng phun nghẹn hoặc á nút lửa. Mỏ thường phân bố trong cấu trúc núi lửa, đới dập vỡ và cấu trúc vòng đồng sinh với núi lửa, cấu tạo toả tia hoặc tuyến tính. Thân quặng có dạng mạch, thấu kính, chúng kéo dài từ vài chục đến hàng trăm mét theo đường phương và hướng cắm, chiều dày từ 0,1 đến 1-1,5m, có khi đạt đến 30m.
Các khoáng vật quặng chủ yếu: Galenit, sphalerit, pyrit và đơi khi chalcopyrit khống vật nhiệt dịch gồm thạch anh, calcit và barit; Các khoáng vật thứ yếu gồm: arsenopyrit, quặng đồng xám, bornit, pyrargyrit, vàng tự sinh, argentit và bulangerit, ngoài ra cịn có siderit, ankerit, dolomit, adular, calxedon và kaolinit.
Biến đổi cạnh mạch thường là thạch anh hoá, sericit hoá, carbonat hoá hiếm hơn là clorit hoá, adular hoá và kaolinit hố. Q trình quặng hố diễn ra theo các giai đoạn như sau:
Giai đoạn thạch anh - pyrit - chalcopyrit. Giai đoạn thạch anh - hematit.
Giai đoạn barit - fluorit - galenit - sphalerit. Giai đoạn thạch anh - carbonat sau tạo quặng.
Tính phân đới quặng hố được biểu hiện ở sự thay đổi từ tổ hợp pyrit - chalcopyrit sang chalcopyrit - galenit, sau đó là galenit - sphalerit tính từ dưới sâu lên bề mặt và từ tâm núi lửa đến phần rìa. Thuộc nhóm mỏ này có thể kể đến các mỏ chì - kẽm Novosirokinskoc (Zabaikal - Nga); Saymian, Mecmana, Giumuskhana, (Kapcaz - Liên Xô cũ).
Mỏ giả tầng: Đặc trưng cho các mỏ kiểu này là chúng bị khống chế rõ rệt bởi địa tầng thạch học cũng như sự thiếu vắng các phức hệ magma trong hoặc lân cận vùng mỏ. Thân quặng thường có dạng vỉa nhiều lớp chỉnh hợp với đá vây quanh, rất hiếm khi gặp các thân quặng xuyên cắt dạng mạch hoặc dạng ống. Các thân quặng thường có quy mơ lớn kéo dài từ vài trăm mét đến hàng nghìn km theo đường phương, cịn theo hướng cắm có thể đạt 800-1.000 mét; chiều dày dao động lớn từ 0,5 đến 200m, trung bình 10-20m.
Thành phần quặng tương đối đơn giản: chì - kẽm, chì hoặc kẽm với thành phần khoáng vật quặng gồm sphalerit, galenit, thỉnh thoảng có pyrit. Thành phần khoáng vật tạo đá gồm: calcit, dolomit ít hơn là barit. Các khoáng vật thứ yếu: marcazit, chalcopyrit, borit thỉnh thoảng có thạch anh và fluorit. Biến đổi cạnh mạch biểu hiện yếu gồm dolomit hoá và đơi khi thạch anh hố, carbonat hố.
Nguồn gốc thành tạo của mỏ kiểu này còn là vấn đề tranh cãi và có nhiều quan điểm: nguồn gốc nhiệt dịch hậu sinh (F. Volson, A.Drujinin, E. Zakharov), nguồn gốc trầm tích đồng sinh (V.Domarev, M.Konstatinov, N.Strakhov, G.Gusic, G.Sneiderkhen), thấm đọng biểu sinh (V. lindgren, A. Germanov, A. Perelman).
Tiêu biểu cho nhóm mỏ này gồm các mỏ chì - kẽm Sardana (Iiacut - Nga); Mirgalimcai, Missisipi - misuri - Mỹ)…
Mỏ Conchedan: Chúng thuộc các cấu trúc vòm núi lửa, họng, dạng miệng (calder) và trũng giữa các núi lửa, các đới đứt gãy và khe nứt dạng vịng hoặc tuyến tính đồng sinh với núi lửa. Thân quặng thường dạng vỉa hoặc thấu kính chỉnh hợp với đá vây quanh, ở trụ vỉa thường có các mạch hoặc hệ mạch đôi khi rất phức tạp như nhánh (apophyr) dốc, quặng dạng vi mạch, xâm tán. Vách vỉa chỉnh hợp rất rõ ràng với đá, đôi khi trên nó cịn có cả vụn quặng. Kích thước các vỉa quặng đạt hàng trăm mét, đôi khi 1-2km theo đường phương, 500-600m hoặc hơn theo hướng cắm với chiều dày từ vài mét đến 15-20m, đôi khi đạt 50m.
Thành phần quặng là đồng - chì - kẽm, chì - kẽm, hiếm khi là chì. Các khống vật quặng chủ yếu là pyrit, có lúc chiếm đến 80-90% số các khoáng vật quặng. Các khoáng vật quặng chính khác gồm sphalerit, galenit đơi khi có chalcopyrit. Trong các khoáng vật nhiệt dịch đáng chú ý là thạch anh và barit. Các khoáng vật thứ yếu gồm pyrotin, arsenopyrrit, quặng đồng xám, burnorit, marcazit cũng như calcit, dolomit, clorit và sericit. Các đá metasomatic cạnh mạch gồm các đá thạch anh - sericit - clorit, thạch anh - sericit, thạch anh - microclin, thạch anh - carbonat, berezit - listvenit và thạch anh. Vành phân tán của đá biến đổi mang tính bất đối xứng một cách rõ nét nó chủ yếu phát triển trong cánh nằm của thân quặng.
Q trình tạo khống diễn ra trong khoảng thời gian dài và theo thời kỳ: (1) Thời kỳ núi lửa - trầm tích đồng sinh;
(2) Thời kỳ nhiệt dịch - trao đổi thay thế đồng sinh với vài giai đoạn: thạch anh - pyrit, sphalerit - galenit, barit - galenit, thạch anh - carbonat;
(3) Thời kỳ nhiệt dịch - biến chất (thời kỳ tái sinh) trong đó diễn ra q trình tái kết tinh và tái lắng đọng quặng dưới tác động của các quá trình nhiệt dịch magma và biến chất.
Tính phân đới được thể hiện ở sự thay đổi từ quặng conchedan - lưu huỳnh sang conchedan - đồng, conchedan - đồng - chì - kẽm, conchedan đakim và conchedan - barit tính từ dưới sâu lên bề mặt và từ trung tâm thân quặng ra ngoài.
1- Chalcopyrit - galenit - sphalerit trong các phức hệ núi lửa. Tiêu biểu cho thành hệ này là các mỏ chì- kẽm Rider Socolskoe (Altai Nga); Sakanai (Nhật Bản); Tú Lệ; Na Sơn (Việt Nam).
2- Galenit - sphalerit - pyrit trong các phức hệ núi lửa lục nguyên và núi lửa carbonat như mỏ conchedan chì - kẽm Jairem.
Mỏ biến chất: Nằm trong đá phiến kết tinh tuổi Proterozoi hoặc Paleozoi sớm cũng như đá vơi hoa hố tại các địa khiên hoặc vùng uốn nếp cổ. Thân quặng thường dạng vỉa hoặc giống dạng vỉa, kéo dài hàng trăm mét đến vài km theo đường phương và hướng cắm với chiều dày từ 10-100m. (Các đá vây quanh thường bị tái kết tinh và biến chất đến tướng epidot - amfibolit, biotit - granat, granat - amfibolit và granulit. Biến đổi cạnh mạch gồm turmalin hoá, dolomit hoá, thạch anh hoá, sericit hoá và albit hoá. Quặng hoá diễn ra trong vài thời kỳ sau:
(1) Thời kỳ nhiệt dịch trầm tích và nhiệt dịch - trao đổi thay thế nguyên thuỷ; (2) Thời kỳ biến chất;
(3) Thời kỳ tái sinh.
Tính phân đới theo chiều dày thân quặng tính từ trụ đến vách thể hiện ở sự thay đổi từ quặng pyrit - pyrotin đến pyrit - galenit - sphalerit và sau đó là quặng galenit - sphalerit giàu nhất. Trong nhóm mỏ này được chia ra hai kiểu thành hệ quặng:
Thành hệ pyrotin - pyrit - sphalerit - galenit trong đá carbonat bị biến chất. Tiêu biểu là các mỏ chì - kẽm Gorecskoe (Nga); Balmat (Mỹ)
Thành hệ galenit - sphalerit - pyrotin - pyrit trong các đá trầm tích silicat bị biến chất mạnh. Thuộc loại này có thể kể đến các mỏ chì - kẽm Rossokhinskoc (Enicei Nga).
2.2.2 Phân loại các mỏ chì - kẽm ở Việt Nam
Việc nghiên cứu phân loại các mỏ chì - kẽm ở Việt Nam đã được tiến hành từ những năm 80 của thế kỷ trước, chủ yếu là vùng đông bắc Việt Nam, dựa trên cơ sở tiếp thu, vận dụng hợp lý các kết quả phân loại quặng chì - kẽm trên thế giới (chủ yếu là của các nhà địa chất Liên Xô cũ).
Cho đến nay, việc phân loại các mỏ và các thành hệ quặng vẫn còn chưa thống nhất. Sau đây là một số phân loại điển hình của các nhà địa chất Việt Nam.
a. Phân loại chì - kẽm của Vũ Ngọc Hải:
Vũ Ngọc Hải (1976) đã xếp các mỏ chì - kẽm miền Việt Bắc vào hai thành hệ sau:
- Chì - kẽm (đa kim) trong các đá carbonat gồm hai kiểu quặng: pyrit - arsenopyrit - sphalerit - galenit và calcit - sphalerit - galenit lẫn thạch anh;
- Barit - đa kim gồm các kiểu: barit - sphalerit - galenit và sphalerit - galenit - barit.
Phân loại này tương đối đơn giản và chưa phản ánh tính phức tạp của quặng hóa chì - kẽm trong vùng.
b. Phân loại quặng chì - kẽm của Nguyễn Văn Chữ:
Nguyễn Văn Chữ (1981) chia làm hai thành hệ:
- Sphalerit - galenit - pyrit - arsenopyrit gồm bốn kiểu khoáng: sphalerit - galenit - pyrit - arsenopyrit, sphalerit - galenit - arsenopyrit - casiterit, sphalerit - galenit chứa bạc, sphalerit - galenit - pyrit - chalcopyrit;
- Sphalerit - galenit trong đá carbonat.
c. Phân loại quặng chì - kẽm của Thái Quý Lâm
Thái Quý Lâm, Vũ Ngọc Hải (1991) trên cơ sở nghiên cứu 74 mỏ và điểm quặng chì - kẽm đã phân chia 4 kiểu thành hệ quặng sau:
- Sphalerit - galenit - chalcopyrit (mỏ điển hình Na Sơn). - Sphalerit - galenit - pyrit (mỏ điển hình Chợ Điền, Chợ Đồn). - Sphalerit - galenit (mỏ điển hình là các mỏ vùng Trảng Đà). - Smitsonit - calamin - serusit là thành hệ quặng trong đới oxy hóa.
d. Phân loại quặng chì - kẽm của Nguyễn Huy Sính:
Nguyễn Huy Sính (1985) đã đề xuất phân loại quặng chì - kẽm theo mơ hình “kiểu quặng hóa” và trên cơ sở nghiên cứu 160 mỏ, đã phân ra thành 5 kiểu quặng hóa sau:
- Quặng hóa đa kim đi đôi với phức hệ xâm nhập phun trào kiểu vỏ lục địa P- T(?) kiểu Na Sơn (Tòng Bá).
Quặng hóa đa kim đi đơi với thành hệ granitoid J-K1 vỏ lục địa kiểu Chợ Điền - Ngân Sơn.
- Quặng hóa đa kim đi đơi với phụ thành hệ granioid vỏ chuyển tiếp K-P kiểu Lang Hít.
- Quặng hóa Sỹ Bình là loại quặng hóa dự kiến dạng tầng.
- Quặng hóa Phia Khao là loại quặng hóa gồm các đống quặng eluvi trong có phễu karst của đá carbonat.
e. Phân loại quặng chì - kẽm của các nhà địa chất khác
Nguyễn Văn Học (1995), trên cơ sở phân tích thành hệ quặng cũng chia ra thành 4 kiểu thành hệ quặng chì - kẽm vùng Việt Bắc:
- Thành hệ sphalerit - pyrit - galenit - chalcopyrit trong đá lục nguyên carbonat xen phun trào acit kiềm
- Thành hệ sphalerit - pyrit - galenit - casiterit trong đá lục nguyên carbonat - Thành hệ sphalerit - pyrit - galenit - asenopyrit trong đá carbonat lục nguyên
- Thành hệ sphalerit - galenit trong đá carbonat
Phân loại này có nhiều tính hợp lý nhưng chưa bao quát hết các loại quặng chì - kẽm đã được phát hiện, ví dụ quặng chì - kẽm - barit khá phổ biến trong vùng