Các mỏ dạng lớp phủ chủ yếu liên quan với vỏ phong hóa đá gốc theo diện tích hoặc theo tuyến. Trong kiểu mỏ này, phổ biến nhất là mỏ sắt, bauxit, caolanh, niken silicat. Mặt cắt đặc trưng của kiểu mỏ phong hóa dạng lớp phủ hoặc tương tự dạng lớp phủ thường thể hiện 3 đới: trên cùng là lớp phủ bở rời, tiếp đến là thân khoáng và dưới cùng là đá gốc. Sự không duy trì tiếp xúc dưới và tính biến đổi ranh giới của chúng trên bình đồ quyết định hình dạng phức tạp của các vỉa dạng lớp phủ so với những vỉa loại vỉa và và tương tự loại vỉa. Cấu trúc của các vỉa dạng lớp phủ chủ yếu thuộc loại đơn giản, nhưng không ít trong số chúng thể hiện tính phân đới thẳng đứng rõ ràng.
Ở nước ta, mỏ dạng lớp phủ khá phổ biến, song tiêu biểu là bauxit laterit phong hóa từ đá bazan hệ tầng Đại Nga (βN2-Q1đn) và hệ tầng Túc Trưng (βN2-Q1tt). Theo Trần Văn Trị và những người khác (2000), các tích tụ bauxit laterit có giá trị đều được phát hiện trong vỏ phong hóa bazan tholeit tuổi Pliocen - Pleistocen, chủ yếu tập trung ở ba mức địa hình 2500 ÷ 2950m, 1000 ÷ 1100m, 600 ÷ 900m. Chiều dày vỏ phong hóa đạt đến 60m, trong đó đới bauxit laterit có chiều dày từ 1 ÷ 15m (hình 11.3). Thân quặng có dạng lớp phủ, bở rời.
Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm (%): gibsit = 59 ÷ 60; alumogethit = 19,4; hematit = 8,6;
kaolinit = 8; ilmenit = 3; anatas = 1,4. Hàm lượng thành phần hóa học (%): Al2O3 = 36 ÷ 39;
SiO2 = 5 ÷ 10; Fe2O3 = 25 ÷ 29; TiO2 = 4 ÷ 5; MKN = 21 ÷ 23.
252 Hình 11.3. Bản đồ vùng mỏ bauxit Đak Nông (theo tài liệu của Nguyễn Anh Tuấn, 1981;
Đoàn Sinh Huy, 1986; I.U. Lưxov và Trịnh Văn Hồng, 1998 và nnk)
Theo điều kiện thành tạo có thể chia các mỏ sa khoáng thành mỏ sa khoáng eluvi, deluvi, proluvi, aluvi, sa khoáng bờ biển. Các mỏ sa khoáng có ý nghĩa nhất là sa khoáng aluvi và sa khoáng bờ biển của ilmenit, zircon, monazit, vàng, casiterit và kim cương. Theo điều kiện tồn tại người ta chia ra sa khoáng hiện đại và sa khoáng chôn vùi. Sa khoáng hiện đại là những thành tạo bề mặt được giới hạn phía dưới là đá gốc, phía trên là trầm tích bở rời có chiều dày nhỏ. Sa khoáng chôn vùi thường bị phủ bởi trầm tích Đệ tứ có chiều dày lớn hoặc trầm tích cổ hơn. Thực tế thăm dò cho thấy, ranh giới dưới của sa khoáng thường dao động mạnh, còn chiều dày và chiều rộng của nó được xác định có tính chất quy ước do phụ thuộc vào hàm lượng khoáng vật có ích. Vì vậy, khái niệm về hình dạng thân quặng phụ thuộc không chỉ vào tính chất tự nhiên của sa khoáng, mà còn phụ thuộc vào các chỉ tiêu sử dụng để khoanh nối thân khoáng.
253 Trong thực tế, phần lớn sa khoáng có dạng kéo dài trên bình đồ; còn cấu trúc của chúng thường không đồng nhất do biểu hiện những mức cấu trúc khác nhau. Trong thăm dò sa khoáng thường chia ra ba nhóm:
- Nhóm thứ nhất: sa khoáng rất lớn, duy trì trên diện tích phân bố, hàm lượng khoáng vật có ích phân bố tương đối đồng đều, chiều dày khá ổn định. Tiêu biểu cho nhóm này là sa khoáng ven bờ biển của ilmenit, zircon, monazit và các sa khoáng thung lũng lớn của vàng …
- Nhóm thứ hai: sa khoáng lớn, duy trì theo chiều rộng, nhưng hàm lượng phân bố không đồng đều. Điển hình là sa khoáng bãi bồi của monazit, titan, vàng và sa khoáng thung lũng của kim cương, casiterit …
- Nhóm thứ ba: sa khoáng kích thước nhỏ, không duy trì theo chiều rộng, chiều dày và hàm lượng khoáng vật có ích phân bố không đồng đều. Thuộc về nhóm này có các sa khoáng deluvi của vàng, casiterit, kim cương và khoáng vật khác.
Ở nước ta, khoáng sản sa khoáng có ý nghĩa hơn cả là sa khoáng casiterit, vàng, đá quý, titan (sa khoáng tổng hợp)….
Sa khoáng casiterit có các kiểu nguồn gốc: eluvi (mỏ Bản Chiềng - Nghệ An, Phục Linh), eluvi - deluvi (mỏ Bản Lũng); nguồn gốc aluvi trong thung lũng xói mòn (mỏ Khuôn Phầy - Tuyên Quang, Bản Hang, Tử Trầm); aluvi trong thung lũng karst (mỏ Châu Cường - Nghệ An và Nguyên Bình - Cao Bằng).
Sa khoáng vàng có các kiểu nguồn gốc: eluvi (Thanh Hoá, Phú Thọ, Bắc Kạn, Thái Nguyên); deluvi (Bắc Kạn, Thái Nguyên); proluvi (vùng Việt Bắc); aluvi (mỏ Mai Sơn - Hoà Bình, Bồ Cu - Thái Nguyên…); sa khoáng karst (Bắc Kạn, Hoà Bình, Thanh Hoá).
Titan sa khoáng gồm nguồn gốc: sa khoáng trong lục địa (aluvi, eluvi - deluvi) có các mỏ và điểm quặng như Quảng Đàm, Khao Quế, Sơn Đầu, Cổ Lãm, Hữu Sào, Nà Hoe…; sa khoáng ven biển phân bố chủ yếu từ Thanh Hóa đến Bình Thuận, thường phân bố trong các bãi cát nguồn gốc biển - gió tuổi Pleistocen, Holocen muộn (mvQiv3
), ít hơn là tuổi Holocen giữa (mvQiv2
), Holocen giữa - muộn (mvQiv2-3
) và phân bố sát bờ biển. Trong mặt cắt địa tầng, các lớp được làm giàu bởi tập hợp khoáng vật quặng tập trung chủ yếu ở phần cao và phân bố song song với nhau, đồng thời trùng với đường phương chung của sa khoáng. Trên kiểu bờ tích tụ tương đối bằng phẳng, sa khoáng titan chủ yếu tập trung trong các bãi và cồn cát phân bố ở phía nam của cửa sông đổ ra biển, nơi mà đoạn bờ nối liền trực tiếp với các châu thổ của những con sông có vai trò vận chuyển khối lượng lớn vật liệu mảnh vụn và khoáng vật hữu ích ra phía bờ một cách nhanh chóng. Ngược lại, trên kiểu bờ tích tụ - mài mòn với đặc trưng có nhiều bán đảo và mũi đá nhô ra biển, quặng titan sa khoáng chủ yếu tích tụ trong các bãi hoặc cồn cát phân bố sát bờ biển ở phía trong các vũng, vịnh hay trên những cung bờ kéo dài theo phương tây bắc - đông nam có phía lõm hướng ra biển và nằm ở phía nam các cửa sông lớn hay mũi đá nhô (hình 11.4). Quặng có thành phần khoáng vật chủ yếu là ilmenit, rutin, zircon, leucocen, monazit, xenotim.
Các mỏ sa khoáng và dạng lớp phủ có những nét chung sau: nằm ngang và gần bề mặt địa hình hiện tại; ranh giới trên của thân khoáng thường duy trì; ranh giới dưới của thân khoáng thường phụ thuộc vào bề mặt đá gốc.
Thăm dò các mỏ sa khoáng và mỏ dạng lớp phủ được tiến hành chủ yếu bằng công trình giếng, lỗ khoan hoặc hào. Ngoài ra, khi thăm dò các mỏ dạng lớp phủ và mỏ sa khoáng còn sử dụng bổ sung các phương pháp địa vật lý để xác định bề mặt đáy và chiều dày tầng sản phẩm.
254 Hình 11.4. Sơ đồ phân bố titan sa khoáng vùng Ninh Thuận - Thuận Hải
(theo tài liệu của Đào Thanh Bình, 1988)
Để thăm dò các mỏ dạng lớp phủ thường áp dụng rộng rãi công trình khoan thẳng đứng lấy mẫu lõi liên tục, đôi khi cả công trình giếng. Trong phần lớn trường hợp, các công trình thăm dò được bố trí trên các tuyến song song, đôi khi không song song. Nhiều mỏ dạng lớp phủ được thăm dò bằng các công trình bố trí theo mạng lưới hình chữ nhật; trong đó kích thước ô mạng của mạng lưới phụ thuộc vào kiểu và đặc điểm địa chất của mỏ được thăm dò.
Ví dụ, ở Liên Xô cũ, mỏ dạng lớp phủ của bauxit có thân khoáng với chiều dày trung bình (vài mét) và chỉ số dị hướng 2 ÷ 4, được thăm dò với kích thước mạng lưới từ 200 x 100m đến 100 x 50m. Ở nước ta, bauxit laterit phong hóa từ đá bazan được thăm dò bằng công trình giếng hoặc lỗ khoan đường kính lớn (168mm) kết hợp với giếng kiểm tra. Mạng lưới thăm dò bauxit đã áp dụng là 100 x 100m (cấp 121) và 200 x 200m (cấp 122). Khi thăm dò các mỏ dạng lớp phủ cần chú ý làm sáng tỏ tính phân đới khoáng vật theo phương thẳng đứng và đặc trưng biến hóa hình dạng thân quặng. Trong các mỏ tàn dư của bauxit tính phân đới thẳng đứng và nằm ngang là yếu tố quan trọng quyết định sự tăng hàm lượng oxyt nhôm và giảm hàm lượng oxyt silic đến gần trung tâm của những vỉa dạng thấu kính. Đối với những thân khoáng dạng lớp phủ, chiều dày vỉa là thông số địa chất thăm dò biến đổi lớn nhất. Vì vậy, trong quá trình thăm dò cần làm sáng tỏ đặc điểm hình dạng đáy vỉa và mối quan hệ của những phần nhô (lồi lên) và những phần lõm xuống hoặc các đới dập vỡ kiến tạo có vai trò quan trọng với quá trình phong hóa dạng tuyến. Trong trường hợp hình dạng bề mặt tiếp xúc dưới của thân khoáng phức tạp thì việc đan dày tối ưu mạng lưới thăm dò được quyết định bởi đặc trưng biến hóa của chúng.
Đối với mỏ sa khoáng, phương pháp thăm dò, lấy mẫu và tính trữ lượng có nhiều điểm khác biệt so với các loại khoáng sản nguồn gốc khác. Tuỳ thuộc vào độ sâu thế nằm của tầng chứa quặng, trạng thái vật lý của trầm tích và mức độ phức tạp của cấu trúc sa khoáng mà áp dụng các phương tiện kỹ thuật thăm dò khác nhau như hào, giếng và khoan. Thực tế thăm dò cho thấy, sa khoáng không hoặc ít chứa nước chủ yếu được thăm dò bằng công trình giếng.
Một số sa khoáng được thăm dò bằng khoan đập - xoay đường kính lớn (121 ÷ 219mm). Cần lưu ý rằng, khi các hạt khoáng vật có ích càng lớn và hàm lượng thấp thì đường kính lỗ khoan
255 càng lớn. Để đánh giá độ tin cậy của tài liệu khoan cần kiểm tra bằng công trình khai đào (công trình giếng). Các công trình thăm dò được bố trí theo mạng lưới tuỳ thuộc vào tính dị hướng hoặc đẳng hướng hình học của thân quặng và mức độ biến đổi của các thông số địa chất thăm dò quan trọng. Trong thực tế thăm dò chủ yếu sử dụng phương thức bố trí công trình theo tuyến song song hoặc không song song thẳng đứng. Ở nước ta, mạng lưới định hướng công trình thăm dò sa khoáng vàng, thiếc, titan theo quyết định số 14/2008/QĐ- BTNMT ngày 30 tháng 12 năm 2008 của Bộ trưởng Bộ tài nguyên và Môi trường được trình bày trong bảng 11.2.
Bảng 11.2. Định hướng mật độ công trình thăm dò sa khoáng vàng, thiếc, titan Nhóm
mỏ Kiểu mỏ Dạng công trình thăm dò
Khoảng cách đối với các cấp trữ lượng (m)
Cấp 121 Cấp 122
Giữa các tuyến
Giữa các công trình
Giữa các tuyến
Giữa các công trình I Titan ven
biển
Hào, giếng,
khoan 200 ÷ 300 20 ÷ 40 400 ÷ 600 40 ÷ 80 II
Vàng, thiếc aluvi
Hào, lỗ khoan,
giếng 150 ÷ 200 10 ÷ 20 200 ÷ 300 20 ÷ 40 Titan ven
biển Lỗ khoan, giếng 150 ÷ 200 20 ÷ 40 200 ÷ 300 40 ÷ 80 III
Vàng, thiếc aluvi
Hào, lỗ khoan,
giếng - - 100 ÷ 150 20 ÷ 40
Titan ven
biển Lỗ khoan, giếng - - 200 ÷ 300 20 ÷ 40
IV Vàng, thiếc aluvi
Hào, lỗ khoan,
giếng - - 50 ÷ 100 10 ÷ 20
Khi lấy mẫu sa khoáng trong quá trình thăm dò cần chú ý xác định chính xác thể tích mẫu, bởi vì độ tập trung các khoáng vật có ích được đo bằng đơn vị trọng lượng trên 1m3 (gam/m3, kg/m3). Kích thước thùng để đo thể tích mẫu tuỳ thuộc vào mỗi quốc gia, song phổ biến nhất là thùng có tiết diện trên là 0,6 x 0,3m; tiết diện dưới 0,5 x 0,2m và cao 0,17m. Khi đó thể tích mẫu ở trạng thái bở rời là 0,02m3. Thể tích hợp lý của mẫu phụ thuộc vào hàm lượng và kích thước các hạt khoáng vật có ích, cũng như đặc trưng phân bố của chúng trong trầm tích bở rời. Hàm lượng khoáng vật có ích càng thấp, kích thước hạt càng lớn và phân bố không đồng đều thì trọng lượng mẫu ban đầu càng lớn. Trong lượng mẫu hợp lý có thể tính toán theo công thức:
q = k (d/c) (11.1) Trong đó: q - Thể tích mẫu (m3);
d - Trong lượng trung bình của một khoáng vật có ích (mg);
c - Hàm lượng trung bình của khoáng vật có ích trong quặng (mg/m3);
k - Hệ số tin cậy (k ≈ 1,5 ÷ 2).
Khi lấy mẫu giếng kiểm tra, tất cả vật liệu thu được theo từng khoảng của giếng đều được lấy để phân tích. Khoảng lấy mẫu ở giếng và lỗ khoan phụ thuộc và loại khoáng sản. Ví dụ, đối với sa khoáng platin, vàng là 0,2m; đối với sa khoáng thiếc, wolfram và monazit khoảng 0,5m; sa khoáng titan và zircon từ 1 ÷ 2m.
Phân tích mẫu được tiến hành bằng phương pháp khoáng vật hoặc hóa học (vật lý).
Trong đó phân tích khoáng vật phổ biến hơn do chủ yếu xác định đơn vị trọng lượng trên 1m3 (gam/m3, kg/m3). Ngoài ra, trong một số trường hợp có thể thay phân tích khoáng vật bằng phân tích hóa (vật lý) để xác định hàm lượng của các nguyên tố có ích.
256 Khoanh nối thân quặng và tính trữ lượng được tiến hành trên cơ sở các chỉ tiêu công nghiệp. Giá trị của các chỉ tiêu công nghiệp phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của sa khoáng và phương pháp, công nghệ khai thác. Khoanh nối thân quặng trong từng công trình được tiến hành theo hàm lượng mẫu kết hợp với chiều dày công nghiệp nhỏ nhất của thân quặng và chiều dày lớn nhất của lớp đá kẹp. Trên mặt cắt thăm dò, khoanh nối thân quặng được tiến hành trên cơ sở tính toán mối quan hệ không gian của khoáng vật có ích với các yếu tố tướng - thạch học của tầng chứa sa khoáng và cấu trúc địa chất của thung lũng hoặc bờ biển.
Đối với các mỏ sa khoáng, trữ lượng chủ yếu được tính bằng phương pháp khối địa chất. Nếu chiều dày thân quặng lớn có thể tính bằng phương pháp mặt cắt. Cần lưu ý rằng, hàm lượng trung bình được xác định bằng trọng lượng khoáng vật có ích trên 1m3.