Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1. Tổng quan về đồng
2.2. Các kiểu mỏ đồng trên thế giới và ở Việt Nam
2.2.1. Các kiểu mỏ đồng trên thế giới
Các mỏ đồng trên thế giới rất đa dạng, chúng thuộc về các nhóm nguồn gốc khác nhau. Trong số các mỏ công nghiệp của đồng người ta chia ra: mỏ magma, mỏ carbonatit, mỏ skarn, mỏ nhiệt dịch pluton (đồng porphyr), mỏ konchedan, mỏ stratiform (đá phiến và cát kết chứa đồng). Các kiểu mỏ này có giá trị kinh tế rất không đều nhau. Cụ thể là các mỏ đồng porphyr chiếm từ 65 -70% trữ luợng đã đƣợc xác nhận của thế giới, đá phiến và cát kết chứa đồng chiếm từ 15-20%; các mỏ konchedan chiếm 5-8%, các mỏ sulfua Cu-Ni chiếm 2-2,5%, các mỏ skarn chiếm 2- 4%, mỏ carbonatit chiếm 0,5-0,75.
Không loại trừ trong tương lai gần sẽ xuất hiện các kiểu mỏ công nghiệp mới của Cu liên quan với sự phát triển công việc khai thác tài nguyên khoáng của đại dương.
2.2.1.1. Các mỏ magma
Trong nhóm mỏ đồng nguồn gốc magma đƣợc chia ra 2 kiểu có giá trị không đều nhau: Các mỏ sulfua Cu-Ni của thành hệ bazit-hyperbazit; các mỏ Cu-Ti (hoặc V-Fe-Cu) trong các đá gabroid.
Các mỏ kiểu sulfua Cu-Ni chiếm 1,8% trữ lượng Cu của các nước trên thế giới ngoài nước Nga. Kiểu mỏ này có ý nghĩa rất đáng kể trong cán cân thương mại và khai thác Cu ở Nga (khoảng 45%) và có 2 mỏ điển hình với trừ lƣợng Cu đƣợc xếp
vào loại khổng lồ đó là mỏ Talnakhski và mỏ Tháng Mười.
Các mỏ Cu-Ti có số lƣợng ít và có trữ lƣợng Cu không lớn. Chúng liên quan với các khối gabroid phân dị của đai chứa platin Ural (Nga), nơi đã biết một số đối tƣợng không lớn. Thuộc kiểu mỏ này cũng gặp mỏ Enjels ở Califonia (Mỹ).
2.2.1.2. Mỏ carbonatit
Kiểu công nghiệp mỏ Cu carbonatit đƣợc chia ra nhờ sự phát hiện trữ lƣợng khổng lồ (0,9% trữ lượng của các nước ngoài Nga), nhưng hiện tại chỉ có một mỏ công nghiệp duy nhất trên thế giới là mỏ Palabora ở Nam Phi. Đây là mỏ tổng hợp nằm trùng với khối đá siêu bazơ kiềm dạng thể ống có đường kính 0,5-0,7 km xuyên thủng các đá granit tuổi Arkei. Đá carbonatit phân bố ở phần trung tâm khối, phần rìa của khối đƣợc cấu thành bởi các đá magnetit-olivin-apatit. Thoạt đầu, người ta khai thác carbonatit để lấy photphor, sau đó thu hồi magnetit và baddeleit, và từ năm 1962 bắt đầu khai thác quặng Cu. Khoáng hóa Cu định vị trong carbonatit và đƣợc biểu hiện bằng các vi mạch và các đới xâm tán. Sự tạo khoáng xảy ra trong 2 thời kỳ, ứng với 2 pha thành tạo carbonatit. Thời kỳ sớm nằm trùng với phần ven rìa của thể carbonatit, bao gồm calcit, magnetit, olivin, tlogopit, cùng các khoáng vật phụ là apatit, baddeleit, thorianit. Khoáng vật của Cu chủ yếu là bomit. Carbonatit thời kỳ muộn tạo thành nhân và các đaicơ tỏa tia. Trong thành phần của chúng có ankerit (50-60%), magnetit (25%), ílogopit, olivin, apatit, valleriit. Khoáng vật chính của Cu là chalcopyrit, bomit và ít cubanit. Các tạp chất hiếm gặp gồm thorianit, baddeleit, spinel, các sulfua và các khoáng vật khác. Hàm lƣợng trung bình của Cu trong quặng là 0,68%. Thân quặng duy trì đến độ sâu 900 m. Trự lƣợng Cu đƣợc đánh giá là 1,5 triệu tấn. Sản lƣợng Cu hàng năm là 80 ngàn tấn. Ngoài Cu, magnetit và apatit, từ quặng người ta còn thu hồi U, Th, Au, Ag.
2.2.1.2. Mỏ skarn
Các mỏ skarn Cu đƣợc thành tạo ở các đới ngoại tiếp xúc của các thể xâm nhập granitoit xuyên qua các đá vôi và các đá lục nguyên-vôi. Đá skarn vôi thành phần granat-pyroxen xuất hiện trong những điều kiện đó đƣợc phát triển trong cả các đá vây quanh và trong cả các đá granitoid. Các thân quặng công nghiệp đƣợc phân bố trong các đới ngoại tiếp xúc và cách tiếp xúc không xa. Chúng đƣợc đặc
trưng bởi hình thái phức tạp, kích thước không lớn, quặng có thành phần tổng hợp.
Trong các mỏ này thường có sự kết hợp của quặng hóa bornit-chalcopyrit và mangetit. Quặng có cấu tạo vi mạch-xâm tán. Hàm lƣợng Cu cao, nhƣng không đồng đều, trung bình 1,5-3%. Khoáng hóa Cu có đặc tính nằm chồng và đƣợc thành tạo trong suốt quá trình nhiều giai đoạn. Các hợp phần đi cùng là Fe, Au, Co, Ag, Se, Te, Mo.
Các mỏ skarn có số lượng nhiều, nhưng thường không lớn về quy mô. Phần của chúng trong trữ lƣợng Cu thế giới đạt gần 0,6%.
Thuộc kiểu mỏ Cu skarn có thể kể đến các mỏ thuộc nhóm Turin ở Ƣral, Iulia ở Tây Sibiri (Nga), Xaian, Iris ở Kazacxtan, Kliíton, Bisbi ở Mỹ, Dolores ở Mexico, Tintaiia ở Peru, Mazraskh, Sangan, Andịert ở Iran và nhiều mỏ khác.
2.2.1.3. Các mỏ nhiệt dịch pluton
Trong số các mỏ nhiệt dịch pluton của đồng đƣợc chia thành 2 kiểu: mỏ đồng porphyr liên quan với các xâm nhập nông thành phần acit trung bình, và các mỏ mạch. Trong các mỏ đồng porphyr chứa tới 62% trữ lƣợng Cu thế giới, còn trong các mạch thạch anh-sulfua chỉ chứa gần 1%.
Các mỏ đồng porphyr theo những đặc điểm cấu trúc địa chất, thuộc tính thành hệ, thành phần quặng và những đặc tính địa chất-công nghiệp khác, đƣợc xếp thành một nhóm độc lập, điều này cho phép tách nó thành một kiểu địa chất-công nghiệp đặc biệt với một loạt những đặc điểm sau: Quặng hóa liên quan với các xâm nhập porphyr thành phần granitoid; khoáng hóa có đặc tính bướu mạng mạch-xâm tán phát triển trong các đới nội và ngoại tiếp xúc của các thể bướu porphyr; thành phần khoáng vật ổn định của quặng (các khoáng vật chính - pyrit, chalcopyrit, magnetit, molibdenit), hàm lượng Cu trong quặng nguyên sinh tương đối thấp; tính phân đới quặng hóa và tính phân đới của các đá biến đổi nhiệt dịch đƣợc duy trì nhất quán, trữ lƣợng lớn.
Khi phân tích một tổ hợp các dấu hiệu phản ánh mối quan hệ vị trí cổ kiến tạo của các mỏ, đặc điểm thạch luận của các phức hệ pluton mang quặng và thành phần quặng đƣợc nêu trên, các tác giả đã đi đến kết luận ràng các mỏ đang nghiên cứu đƣợc phân bố trong 2 kiểu địa cấu trúc : l)Trong các đai núi lửa-pluton bazaltoid,
tương đương với đới ngoài của các cung đảo và thuộc giai đoạn phát triển địa máng muộn của các địa máng thực; 2) Trong các đai núi lửa-pluton andezitoid, đƣợc thành tạo trong chế độ hoạt hóa-tạo núi trên móng có thành phần và tuổi thành tạo khác nhau. Căn cứ theo bản chất của móng, các đai núi lửa-pluton andezitoid đƣợc chia thành các đai: sau địa máng thực, sau địa máng ven và sau craton. Nhƣ vậy, các tỉnh, các đới và các vùng quặng hóa đồng porphyr ứng với 4 hoàn cảnh cổ kiến tạo khác nhau, điều đó đƣợc phản ánh trong thành phần của các phức hệ xâm nhập mang quặng và thành phần quặng của các mỏ.
Căn cứ vào những đặc điểm thạch hóa, hoàn cảnh cố kiến tạo, thành phần và bản chất của đá móng chia ra 4 dãy xâm nhập có kèm theo quặng hóa đồng porphyr và tương ứng là 4 mụ hỡnh mỏ : 1) Gabro-điorit-tonalit ứng với mụ hỡnh ô Điorit ằ của cỏc mỏ Au-Cu porphyr; 2) Điorit-granodiorit ứng với mụ hỡnh ô Granodioritằ
của cỏc mỏ Mo-Cu porphyr; 3) Điorit-monzođiorit-monzonit ứng với mụ hỡnh ô Monzonit ằ của cỏc mỏ Cu-Mo porphyr; 4) Điorit-granođiorit-granit ứng với mụ hỡnh ô Granit ằ của cỏc mỏ Mo porphyr.
Sự phụ thuộc rõ ràng của thành phần quặng của các mỏ vào thành phần của các thể xâm nhập mang quặng chứng minh một điều rằng nguồn chủ yếu của các hợp phần quặng khi tạo các mỏ họ Cu porphyr chính là các khối magma của các phức hệ mang quặng.
Các thân quặng của các mỏ Cu porphyr phân bố ở phần vòm của các thể bướu mang quặng. Theo V.T.Pokalov, 60% mỏ Cu-Mo nằm trong đới nội tiếp xúc của các xâm nhập mẹ, 25% trong đới ngoại tiếp xúc gần nhất (300-500m), 10% nằm trong đới ngoại tiếp xúc xa (500-1500m). Độ sâu phân bố quặng hóa trong xâm nhập mẹ đạt tới 800-1000m tính từ mái xâm nhập. Yếu tố cấu trúc đặc trƣng của các mỏ thường là các thể dăm kết kiểu phun nổ xuyên từ mái thể xâm nhập vào các đá vây quanh.
Các thân quặng là các hệ thống các vi mạch cắt nhau và quặng xâm tán trong các đá biến đổi nhiệt dịch của thể bướu mang quặng và các thành tạo vây quanh.
Hình dạng các thể stocverc (bướu mạng mạch) trên bình đồ có sự khác nhau, thường gặp hơn cả là các thê đẳng thước, ô val, thể vòng, đôi khi gặp các thể dạng
tuyến-kéo dài. Trên mặt cắt các thể bướu mạng mạch có dạng hình trụ, hình nón, đôi khi dạng ống, hiếm hơn gặp các thể bướu mạng mạch dạng vỉa.
Khoáng hóa quặng phân bố trong một loạt trường hợp khá đồng đều, thông thường là không đồng đều, đồng thời tạo thành các khu thường trùng với các đới có độ nứt nẻ cao trên nền quặng nghèo cùng các khu không quặng. Các thân quặng không có ranh giới rõ ràng, mà có sự chuyển tiếp từ từ với các đá không quặng và đƣợc khoanh nối theo tài liệu phân tích mẫu. Với tƣ cách là các hợp phần đi cùng, ngoài Mo và Au, từ quặng người ta còn thu hồi Ag, As, Se, Te, Re và nhiều khoáng vật khác.
Thành phần khoáng vật quặng: Pyrit, chalcopyrit, molibdenit, có mặt một khối lượng không lớn sphalerit, galenit, thường gặp magnetit. Cùng với các khoáng vật trên còn gặp bornit, enargit, quặng đồng xám, chalcosin. Đặc điểm đặc trƣng của quặng là sự xâm tán tản mạn; theo một số tài liệu thấy rằng có tới 40% các hạt sulfua có kích thước < 0,1 mm. Trong số các khoáng vật phi quặng phổ biến rộng rãi nhất là thạch anh, sericit, orthoclaz, biotit, các khoáng vật nhóm caolin; vào giai đoạn cuối của quá trình tạo quặng có sự phát triển rộng rãi zeolit, Carbonat, Sulfat.
Kích thước thân quặng thường rất lớn, diện tích đo được hàng km2, thể tích đạt tới 1 km3, đôi khi lớn hơn.
Đối với kiểu mỏ này, khi mỏ có trữ lƣợng 1-3 triệu tấn Cu thì đƣợc coi là mỏ trung bình, mỏ có trữ lƣợng > 4 triệu tấn Cu là mỏ lớn, mỏ có trữ lƣợng >20 triệu tấn Cu đƣợc xếp vào mỏ khổng lồ.
Đóng vai trò quan trọng đối với việc đánh giá ý nghĩa công nghiệp của các mỏ đồng porphyr là sự phát triển của quá trình oxy hóa tạo ra sự phân đới quặng thứ sinh theo chiều thắng đứng. Khi đó, từ trên xuống dưới quan sát được các đới như sau : đới rửa lũa độ sâu từ 0,5-80m; đới oxy hóa bề dày từ một vài mét đến 50-60m, đôi khi 100-200 m, đƣợc cấu thành bởi malachit, azurit, cuprit, tenorit, chrizocolla, Cu tự sinh; đới quặng hỗn hợp bề dày thay đổi; đới làm giàu sulfua thứ sinh có bề dày đôi khi đạt 200-300 m, cấu thành bởi chalcosin, covelin. Trong đới làm giàu sulfua thứ sinh hàm lƣợng của Cu cao hơn 1,5-2,5 lần so với trong quặng nguyên sinh. Nằm dưới đới làm giàu sulfua thứ sinh là quặng sulfua nguyên sinh.
Các mỏ đồng porphyr phổ biến rộng rãi. Trên thế giới đã biết gần 150 mỏ. Các mỏ Cu porphyr nổi tiếng trên thế giới là: Kounrad (Kazacxtan), Kadjaran (Armenia), Kalmakƣr (Uzbeckixtan), Pestranka (Nga), Trukikamata, El-Teniente (Chile), Bingem, San-Manuel (Mỹ), Velli-Kopper (Canada), Maidanpec (Nam Tƣ) và nhiều mỏ khác.
2.2.1.4. Mỏ konchedan
Các mỏ konchedan liên quan với các thành hệ phun trào và trầm tích-phun trào bazaltoid của thời kỳ phát triển địa máng sớm của các đai uốn nếp. Chúng thường nằm ở phần trên của mặt cắt các thành hệ mang quặng đồng thời phân bố trong các đá trầm tích-phun trào, phun trào hoặc lục nguyên, chúng ấn định sự gián đoạn hoặc suy giảm của thời kỳ hoạt động phun trào mạnh mẽ kế tiếp nhau.
Sự phân bố các trường quặng và các mỏ quặng trong phậm vi các tỉnh chứa quặng konchedan đƣợc khống chế bởi vị trí các trung tâm phun trào, các thân quặng theo quy luật, thường nằm trùng với các cấu trúc phun trào địa phương.
Vị trí của các thân quặng trong tất cả các trường hợp được quyết định bỏi hoàn cảnh tướng thuận lợi cho sự lắng đọng quặng và bởi các điều kiện bảo tồn và chôn vùi sau đó các tích tụ quặng.
Hình dạng các thân quặng của các mỏ konchedan rất đa dạng. Trong đa số trường hợp chúng có dạng thấu kính, không hiếm trường hợp ở dạng vỉa, phân bố chỉnh hợp với đá vây quanh. Ở phía cánh nằm của thân quặng, trong các kênh và các đới dẫn quặng phát triển quặng stocverc vi mạch-xâm tán, đôi khi gặp các mạch và hệ thống mạch xuyên cắt có độ dốc lớn. Một số mỏ konchedan có đặc trung cấu trúc nhiều tầng, khi đó trên mặt cắt quan sát đƣợc 2, 3, hoặc nhiều hơn các vỉa quặng chỉnh hợp, song song nhau. Độ dài của các thân quặng đôi khi đạt 3-5 km, bề dày tới 100 m.
Theo quy luật, các vỉa chỉnh hợp dạng thấu kính và dạng vỉa đƣợc cấu thành bởi quặng cấu tạo dải và khối đặc xit, hình ảnh cấu tạo của chúng phản ánh bối cảnh thành tạo của chúng trong cấu trúc tích tụ quặng địa phương. Ở các bên sườn, tại cánh nằm và cánh treo của những thân quặng nhƣ thế còn quan sát đƣợc những phần xen kẹp của các sulíua với các đá trầm tích vây quanh.
Thành phần khoáng vật quặng của các mỏ konchedan đƣợc đặc trƣng bởi sự có mặt trội hơn rõ rệt các sulfua sắt (90-95%). Cùng với chúng, với tƣ cách là các khoáng vật chủ yếu, phụ thuộc vào kiểu quặng, có thể có mặt chalcopyrit, sphalerit, galenit, quặng đồng xám, tổng khối lƣợng của các khoáng vật này đạt (5-10%). Các sulfua khác có khối lƣợng nhỏ và không đáng kể. Các khoáng vật phi quặng gồm thạch anh, sericit, chlorit, barit, carbonat. Hàm lƣợng Cu trong quặng trung bình 1,4%, Zn - 2%.
Các vỉa quặng của các mỏ kochedan thường (mặc dù không phải lúc nào cũng gặp) kèm theo các đá gần quặng và chúng đƣợc chia thành 2 kiểu. Kiểu thứ nhất, các thành tạo gần quặng đƣợc biểu hiện bởi các vành có cấu trúc đới của biến đối nhiệt dịch các đá kiểu thạch anh-sericit, phát triển dọc theo các đới dẫn quặng; Kiểu thứ hai - nằm lót dưới các thân quặng là các vỉa chỉnh hợp nguồn gốc nhiệt dịch- trầm tích có cấu trúc đới: quarzit hạt nhỏ ở phần dưới, lên dần phía trên được thay thế bằng các đá chloritolit và sericitolit.
Các mỏ nổi tiếng nhất có thể nêu ở Nga là Gaiski, Sibaiski, Bliavinski,..ở Canada có các mỏ Kidd-Krik, Vaiz, Norbec, Phlin-Phlon, ở Tây ban Nha có mỏ Rio-Tingo, ở Nhật Bản có mỏ Bessi, ngoài ra còn có ở một số nước khác như Thổ Nhĩ Kỳ, Hungari, Thụy Điển, v.v.
2.2.1.5. Quặng sulfua ở đại dương
Đây là một trong những phát hiện lớn nhất thời gian gần đây và có ảnh hưởng quan trọng đến việc hình thành quan điểm về sự tạo quặng konchedan. Mọi người đều thừa nhận rằng các tích tụ sulfua đang được thành tạo ở đáy đại dương là do hoạt động của các hệ thống nhiệt dịch dưới nước, chúng là những tương đồng hiện đại của các mỏ kochedan cổ. Hiện đã biết 2 kiểu biểu hiện của các sulfua nhiệt dịch ở đáy đại dương - đó là các trầm tích chứa kim loại và các sulfua dạng khối.
Các trầm tích chứa kim loại gần gũi nhất về điều kiện thành tạo đối với một số kiểu quặng konchedan cổ, đƣợc phát hiện ở rift Hồng Hải. Ớ đây, tại phần trục của bồn trũng đã xác định đƣợc một loạt các trũng cục bộ đƣợc lấp đầy bởi các trầm tích chứa kim loại và nước muối chứa khoáng hóa nhiệt dịch. Tại một trong những trũng này - trũng Atlantic-II có kích thước 6 x 1 5 km, đã ghi nhận được hoạt động nhiệt
dịch mạnh mẽ và quá trình tích tụ các trầm tích chứa kim loại vẫn đang tiếp tục cho tới ngày nay. Các trầm tích chứa kim loại của trũng Atlantic-11 (theo tài liệu của D.Bisof, G.Bekker, G.Rikhter, G.Butuzova và nhiều người khác) được biểu hiện bằng một tập có sự xen kẽ các tướng và thành phần khác nhau, trong đó được chia thành một số đới: Đới mảnh vụn-oxyt-pyrit dưới cùne, đới quặng sulfila dưới, đới quặng oxyt trung tâm, đới quặng sulfila trên, đới silicat-vô định hình trên mặt. Các lớp thuộc tướng sulfila chứa những khoáng vật có độ kết tinh kém gồm: sphalerit và marmatit, hiếm hơn có pyrit, các tập hợp vi tinh của barit, cũng gặp nhƣng hiếm hơn là cubanit, kẽm-chalcopyrit và các khoáng vật khác. Cũng phát hiện đƣợc Fe, AI và Pb tự sinh. Trầm tích của các tướng khác là các loại bùn cấu thành bởi montmorillonit sắt, smectit, silic vô định hình, các hydroxyt sẳt, mangan và các sản phẩm biến đổi sau trầm tích của chúng. Bề dày trầm tích 30-100 m, thời gian hình thành chúng đƣợc đánh giá là trong 25 ngàn năm. Bê dày của các tâng sulfua trong trầm tích đạt 1 - 7 m, chúng đƣợc đặc trƣng bởi tốc độ tích tụ trầm tích 32 - 96 cm/
1000 năm. Hàm lƣợng trung bình của các kim loại ở tầng trên là (%): Fe - 23, Zn - 2,4, Cu - 0,8, Pb - 0,05.
Các sulfua dạng khối ở dạng cấu trúc hình nón trong basalt đã đƣợc phát hiện lần đầu tiên vào năm 1978. Đến nay đã biết đƣợc gần 50 vùng phân bố quặng sulfua nhiệt dịch ở đại dương Thế giới. Nhiều trong số chúng đang ở thời kỳ hoạt động : thông qua các nón dạng ống của các cấu trúc sulíua, các dung dịch nhiệt dịch (gần 350°C) đang tiếp tục đƣa lên. Các dung dịch này chứa bão hòa các chất vẩn lơ lửng các phần tử khoáng và phân tán trong môi trường nước tương tự như khói trong không khí.
Quặng sulfua ở đáy đại dương còn được gặp ở nhiều dạng khác - ở dạng các trường sulfila dạng khối và ở dạng các tảng quặng sụt lở. Sự sụt lở quặng thành các tảng có khả năng là do sự phá hủy các nón và các ống sulfila. Thành phần khoáng vật quặng sulfua của các cấu trúc nhiệt dịch rất đa dạng. Phát triển lớn nhất là pyrit.
và marcazit (gần 50%), các sulfila kẽm (gần 34%), các pha chứa đồng (gần 16%).
Pyrit, marcazit, pyrotin, sphalerit, vuoczit, chalcopyrit, và cubanit là những khoáng vật quặng chính. Hiếm gặp có galenit, arsenopyrit, nikelin, molibdenit, tennantit, các khoáng vật của bạc, đồng tự sinh, vàng và các khoáng vật khác. Ngoài các