1. Mỏ trầm tích cơ học (mỏ vụ) bao gồm cuội, sỏi, cát và sét
Mỏ sỏi (cuội, sỏi. Tuỳ theo nguồn gốc sinh thành và vị trí phân bố có thể chia mỏ cuội, sỏi ra: proluvi, aluvi hay ven hồ, ven biển. Trong số các loại hình trên thì cuội, sỏi aluvi được sử dụng nhiều trong các công trình xây dựng. Cuội, sỏi được thành tạo có tuổi từ cổ đến trẻ nhưng cuội sỏi thành tạo tuổi trẻ có giá trị hơn.
Mỏ cát – cát có nhiều loại: aluvi, cát biển, cát hồ, cát băng thành, cát phong thành. Trong đó giá trị nhất là cát aluvi, cát biển và hồ. Cát được dùng chủ yếu trong ngành xây dựng, ngoài ra còn dùng trong công nghệ thủy tinh, gạch silicat, khuôn đúc.
Mỏ sét gồm sét aluvi, sét hồ, sét biển, sét băng thành, sét phong thành (hoàng thổ). Sét aluvi được dùng nhiều để sản xuất gạch ngói. Sét vùng hạ lưu các cong sông có chất lượng tốt hơn vùng thượng lưu vì nó được chọn lọc tốt. Sét hồ tốt nhất, ít lẫn tạp chất, khả năng chịu nhiệt cao nhưng quy mô nhỏ. Sét biển có quy mô lớn nhưng chứa nhiều sắt, độ chọn lọc kém (lắng đọng nhanh do điện phân của muối) nên khả năng chịu lửa không cao.
2. Mỏ sa khoáng
Mỏ sa khoáng được thành tạo do các khoáng vật nặng có ích tập trung trong các trầm tích vụn bở rời hoặc gắn kết.
Các khoáng vật nặng sa khoáng thường gặp là vàng, bạch kim, kim cương, casiterit, cromit, zircon, ilmenit, rutin. Chúng thường có tỷ trọng lớn, bền vững về tính chất hoá học và cơ lý trong quá trình phong hoá.
3. Mỏ trầm tích hoá học
Mỏ trầm tích hoá học được thành tạo bằng phương thức kết đọng vật chất từ dung dịch thật và dung dịch keo hoà tan trong nước các mỏ này có giá trị đối với muối mỏ, quặng sắt, nhôm, mangan và chúng được phân bố ở biển, hồ, đầm lầy.
Mỏ muối được thành tạo từ dung dịch thật.
Ngày nay người ta đã biết trong nước biển có chứa 50 nguyên tố trong bảng tuần hoàn Mendeleev. Trong số 50 nguyên tố có 9 nguyên tố quan trọng nhất kết hợp với nhau tạo thành các khoáng sản không kim loại trọng (bảng 3).
Độ mặn trung bình của nước biển là 3.5% (tức là 35 gam muối trong 1lít nước biển. Tuy vậy ở mỗi vùng biển khác nhau trong vỏ trái đất có nồng độ muối khác nhau:
- Biển Hồng Hải: 4.2% - Địa Trung Hải: 3.9%
- Caspiên: 1.5% - Biển Ban Tích: 0.35%
Bảng 3: Độ mặn trung bình của các loại muối trong nước biển hiện đại.
SST Tên muối % so với toàn bộ muối % so với toàn bộ nước biển 1 NaCl 77.8 2.72 2 MgCl2 10.9 0.38 3 MgSO4 4.7 0.17 4 CaSO4 3.6 0.12 5 K2SO4 2.5 0.09 6 CaCO3 0.3 0.01 7 MgBi2 0.2 0.01 Tổng cộng 100.0 3.50
Các muối trong nước biển được kết đọng là do hiện tượng bay hơi của nước, khi có nồng độ muối tăng tới mức quá bão hoà (khoảng 5 lần so với mức bình thường) thì các muối khó hoà tan lắng đọng trước, tiếp sau đó nồng độ muối tăng dần thì các muối dễ tan sẽ lắng đọng. Ngoài ra áp suất, nhiệt độ, độ pH, Eh đều có vai trò quan trọng trong việc hình thành mỏ muối.
Các giả thuyết thành tạo muối:
Hiện nay có 3 giả thuyết thành tạo muối: giả thuyết ’’đập chắn’’, giả thuyết ’’lục địa’’, giả thuyết phong thành. Trong đó giả thuyết ’’đập chắn’’ được nhiều người tin dùng.
* Giả thuyết ’’đập chắn’’:
Năm 1877 nhà bác học người Đức Orseniur đưa ra lý thuyết´ “đập chắn“ để giải thích sự thành tạo của các mỏ muối.
Theo giả thuyết này thì các (doi cát) “đập chắn“ giữ vai trò quyết định đối với sự thành tạo mỏ muối, nó có nhiệm vụ ngăn cách giữa biển và vịnh. Yếu tố thứ hai là khí hậu nóng, khô ráo (lượng nước bốc hơi lớn hơn trọng lượng nước mưa).
Có thể chia quá trình kết tinh của muối trong nước ra 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Do hiện tượng bốc hơi mà nước trong vịnh hạ thấp xuống nồng độ muối trong vịnh tăng gấp 5 lần sẽ cho carbonat lắng đọng, tiếp đó là thạch cao.
- Giai đoạn 2: Khi nồng độ muối tăng xấp xỉ 11 lần, bắt đầu xuất hiện halit lẫn ít thạch cao. Khi nồng độ muối tăng gấp 22 lần, trên mặt lớp muối halit vừa kết đọng bắt đều hình thành dung dịch nước ót chứa hàm lượng muối kali và magie dễ hoà tan khá cao.
- Giai đoạn 3: Mực nước ót dâng ngang “ đập chắn“ sẽ xảy ra sự xáo trộn giữa nước ót và nước biển chảy vào vịnh. Do dung dịch bão hoà sulfat magie, còn sulfat canci không hoà tan được nên thạch cao lại xuất hiện. Các tinh thể thạch cao rơi lọt qua nước ót bị khự mất nước lắng xuống đáy, phủ lên lớp halit dưới dạng anhydrit. Sự xáo trộn trên xảy ra mang tính chu kỳ nên giữa các lớp muối halit có thể gặp các vỉa mỏng anhydrit.
- Giai đoạn 4: Khối lượng nước giảm xuống, lúc này dường như vịnh được ngăn cách với biển bởi “đập chắn“. Nồng độ muối trong nước tăng lên tới 60 lần bắt đầu xuất hiện muối kali và magie lắng đọng.
Muốn các vỉa muối kali được tồn tại phải có lớp sét phủ lên trên, bảo vệ chúng không bị xâm thực.
Mỏ trầm tích được thành tạo từ dung dịch keo
Sự lắng đọng các hợp chất của sắt, mangan, nhôm, phát sinh ở đới gần bờ dưới tác động của các chất điện giải hoà tan trong nước làm keo tụ các hợp chất keo của kim loại. Theo thứ tự lắng đọng từ bờ ra xa, thì gần bờ nhất là quặng nhôm sau đó là
quặng sắt và tiếp đến
là quặng mangan (hình
1. 6).
Hình 1. 6: Sơ đồ lắng đọng quặng nhôm, sắt, mangan trong đới gần bờ. a/ Mỏ trầm tích nhôm (Bauxit):
Được thành tạo từ các đá giàu felspat như đá granit, đá kiềm, đá phiến kết tinh và gnei, khi bị phong hoá là nguồn cung cấp nhôm quan trọng thể thành tạo mỏ trầm tích nhôm là bauxit. Quá trình phong hoá sản phẩm nhôm tồn tại dưới dạng keo nhôm với môi trường có độ pH < 4 và có sự bảo tồn của axit humic, keo nhôm sẽ được nước vận chuyển ra biển trong môi trường có độ pH = 4.0 – 7.5, lúc này keo nhôm lắng đọng tạo thành các thân quặng có dạng vỉa, thấu kính, ổ, dải. Keo nhôm có thể lắng đọng ở cả miền nền và miền uốn nếp. Thành phần khoáng vật quặng là bơmit, gipxit (hydracgilit), diaspo. Ngoài ra còn có hematit, gơtit, kaolinit, clorit.
Quặng bauxit thường có cấu tạo hạt đậu, trứng cá, dăm kết, dải, khối đặt sít. Kiến trúc quặng hay gặp psamit, pelit và mảnh vụn. Kích thước các thân quặng có chiều dài và chiều rộng có khi đạt tới vài, ba kilomet, với chiều dày vài chục mét và thường nằm trên tầng lót đáy là đá carbonat bị skarsto hoá.
Việt Nam có trầm tích bauxit ở vùng Đồng Đăng - Lạng Sơn nằm trên mặt bào mòn của đá vôi có tuổi carbon – permi, Đà Lạt, kontum, Phú Yên.
b/ Mỏ trầm tích sắt:
Các mỏ trầm tích sắt đóng vai trò quan trọng cho công nghiệp thế giới hiện nay. Chủ yếu là các mỏ trầm tích biển. Nguồn cung cấp sắt cho các mỏ trầm tích là do sự phong hoá các mỏ laterit, các mũ sắt ở trên lục địa. Hợp chất sắt được tồn tại dưới dạng dung dịch keo Fe(OH)3 và có sự bảo trợ của axit humic, keo sắt được vận chuyển đến các hồ, đầm lầy và ra biển. Khi lượng axit humic tăng hoặc giảm đột ngột, keo sắt được lắng đọng. Do đó mỏ sắt trầm tích được thành tạo ở cả lục địa và biển.
- Ở lục địa: Khi keo sắt được đưa đến các hồ và đầm lầy, ở hồ lượng axit sẽ giảm độ ngột, còn ở đầm lầy lượng axit lại tăng làm cho keo sắt lắng đọng và tập
trungtạo thành các thân quặng trầm tích lục địa. Thành phần khoáng vật là limonit, geotit.
- Ở biển: Khi keo sắt được vận chuyển ra biển, có sự xáo trộn giữa nước trên mặt với nước biển xảy ra sự lắng đọng keo sắt. Gồm các pha sau:
+ Ở gần bờ: Độ pH = 2 - 4 oxit sắt được lắng đọng dưới dạng khoáng vật limonit.
+ Xa bờ hơn: Độ pH > 3 đến < 7 sắt lắng đọng dưới dạng silicat tạo thành khoáng vật turingit và samozit.
+ Xa bờ hơn nửa: pH = 7 carbonat sắt lắng đọng dưới dạng khoáng vật siderit. + Cuối cùng pH > 7 sulfur sắt lắng đọng dưới dạng khoáng av65t pyrit FeS2, marcazit FeS2.
Quặng có cấu tạo trứng cá đặc trưng. Kiểu mỏ này còn được thành tạo do phun khí đáy biển có liên quan mật thiết với hoạt động phun trào.
c/ Mỏ trầm tích mangan:
Mỏ trầm tích mangan đóng vai trò rất lớn là nguồn cung cấp mangan chủ yếu. Hiện nay trên thế giới nguồn cung cấp mangan cho các mỏ là từ các khoáng vật sẫm màu trong đá magma bazơ. Khi phong hoá mangan được giải phóng và tồn tại dưới dạng keo, được nước vận chuyển ra biển. Quá trình trầm tích mangan giống như trầm tích sắt nhưng do mangan có tính linh động hơn nên thân quặng mangan thường nằm xa bờ hơn. Ở gần bờ môi trường mang tính axit lắng đọng quặng oxit mangan Mn4+
(pyrozit và psilomelan). Xa bờ hơn oxit mangan Mn2+ lắng đọng dưới dạng mangannit. Xa bờ hơn nửa carbonat mangan lắng đọng dưới dạng rodocrozit, manganocanci. Ngoài ra còn gặp opal, limonit và pyrit với số lượng ít.
Ví dụ: Hiện nay trên các đáy biển lớn như Thái Bình Dương, Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương người ta phát hiện những kết hạch sắt và mangan có kích thước từ 1mm – 25 cm với hàm lượng Mn = 8 – 50%, Fe = 2.5 – 27%.
4. Mỏ trầm tích sinh hoá
Các đá magnan chứa apatit và một số khác chứa hàm lượng P2O5 cao bị hoà tan, được động thực vật hấp phụ photpho và được dòng nước mặt mang ra biển. Các sinh vật hấp phụ P để tạo nên các khung, mô cơ, vỏ và mai của chúng. Khi chúng chết hàng loạt thì lượng P được giải phóng ra để thành tạo photphorit.
Hàng loạt các khoáng vật bị hủy diệt là do điều kiện sống của chúng thay đổi đột ngột như nhiệt độ, độ mặn của các dòng nước biển, hiện tượng biển tiến, biển thoái. Khi các sinh vật chết, xác của chúng lắng xuống đáy, dần dần bị phân hủy tạo thành carbonat và photphat caci. Sau đó 2 chất này hoá hợp với nhau cho photphat amôn. Từ photphat amôn gây ra phản ứng với vỏ vôi của sinh vật để tạo photphorit theo phản ứng sau:
2(NH4)3 + 3CaCO3 = Ca3(PO4)2 + (NH4)2CO3.
Quá trình thành tạo photphorit được A. V Kazacov chia ra 4 đới (Hình. 8). - Đới I: Độ sâu từ 0 – 60 mét sinh vật trôi nổi hấp phụ photpho mạnh nhất vì vậy hàm lượng P2O5 ở đây không cao, chỉ đạt 10 – 50 mg/m3 nước, PCO2 < 3.10-4atm.
- Đới II: Phân bố ở độ sâu 60 – 350 mét, xác thực vật có xu hướng lắng xuống phía dưới. Đới này sinh vật chưa kịp phân hủy nên hàm lượng P2O5 chỉ đạt 100 mg/m3
- Đới III: Phân bố ở độ sâu 350 – 1000 mét, xác sinh vật phân hủy mạnh, lượng CO2 và P2O5 đạt giá trị cựa đại (P2O5: 300 – 600 mg/m3, PCO2 = 12.10-4 atm
- Đới IV: Phân bố ở độ sâu 1000 – 2000 mét. Lượng CO2 và P2O5 rất thấp.
Hình 1. 8: Sơ đồ thành tạo photphorit
1- Tướng bờ: sỏi, cát; 2- Tướng photphorit; 3- Tướng carbonat 4- Hướng rơi lắng các xác sinh vật trôi nổi chết; 5- Hướng dòng chảy.
Chương 10: MỎ NGUỒN GỐC BIẾN CHẤT 10. 1. Khái quát về mỏ nguồn gốc biến chất.
Các quá trình biến chất có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành các mỏ nguồn gốc biến chất. Do tác dụng của nhiệt độ và áp suất tăng cao làm biến đổi tính chất vật lý, hoá học, thành phần khoáng vật, cấu tạo kiến trúc quặng cũng như hình dạng, kích thước thế nằm ban đầu của đá và quặng.
Mỏ biến chất phân bố rộng rãi trên thế giới chiếm 50% diện tích các mỏ. Mỏ biến chất rất có giá trị đối với mỏ sắt, mangan, vàng, uran, chì, kẽm, đồng, apatit.
Mỏ biến chất được thành tạo từ tiền Cambri đến Kainozoi, trong đó chủ yếu là tuổi tiền Cambri và Paleozoi.
Dựa vào cơ chế thành tạo có thể chia ra các kiểu biến chất sau:
- Biến chất nhiệt (biến chất nhiệt tiếp xúc) xảy ra trong phạm vi rộng, các đá và quặng bị nhấn chìm sâu, khi đó nhiệt độ, áp suất và các chất khoáng, chất lưu đồng thời tham gia gây tác dụng biến chất.
- Biến chất động lực thường xảy ra ở các đới phá hủy kiến tạo và uốn nếp mạnh mẽ.
- Biến chất nhiệt động (biến chất khu vực) xảy ra trong phạm vi rộng, các đá và quặng bị nhấn chìm sâu, khi đó nhiệt độ, áp suất và các chất khoáng, chất lưu đồng thời tham gia gây tác dụng biến chất.
Căn cứ vào nguồn gốc phát sinh có thể chia ra: Mỏ bị biến chất, mỏ biến chất sinh và mỏ siêu biến chất.
- Mỏ bị biến chất được thành tạo do bị biến đổi cùng với đá vây quanh dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất như nhau.
- Mỏ biến chất sinh thành tạo trong quá trình biến chất có liên quan với sự tái tập hợp khoáng vật của đá bị biến chất.
- Mỏ siêu biến chất liên quan với quá trình biến chất sâu do dòng nhiệt dưới sâu cung cấp. Quá trình biến chất sâu kèm theo hiện tượng tái kết tinh và trao đổi thay thế, tái nóng chảy từng phần hoặc toàn bô.
10. 2. Quá trình biến chất và các yếu tố gây biến chất.
1. Quá trình biến chất
Quá trình biến chất là những sự thay đổi của đá và quặng dưới tác dụng của các yếu tố nhiệt động. Sự thay đổi trong qúa trình biến chất được thể hiện về hình dạng, thế nằm, tính chất vật lý, hoá học, thành phần khoáng vật, cấu tạo, kiến trúc của đá và quặng
Quá trình biến chất các khoáng vật limonit và hydroxit sắt thành hematit, manhetit; psilomelan, manganit thành braunit, hosmanit; opan thành thạch anh; macazit thành pyrit; vuazit thành sphalerit; photphorit thành apatit; vật chất hữu cơ thành graphit; cát kết thành quarzit.
Quá trình biến chất không có sự tham gia của hoạt động phong hoá và trầm tích.
2. Các yếu tố gây biến chất
Các yếu tố gây biến chất gồm nhiệt độ, áp suất, nước, khí carbonic, thời gian và thành phần nguyên thủy của các đá và quặng.
- Nhiệt độ và cơ chế độ nhiệt đô: Nhiệt độ là cơ sở động lực chủ yếu của biến chất. Do nhiệt độ khác nhau dẫn đến quá trình biến chất khác nhau, được phản ánh bởi những tổ hợp cộng sinh khoáng vật khác nhau.
Kết quả thực nghiệm cho biết giới hạn dưới của nhiệt độ gây biến chất nhiệt động là 450 – 5000C, giới hạn trên là 900 – 9500C.
Nguồn nhiệt gây biến chất nhiệt động chủ yếu là građien địa nhiệt (xuống sâu 33m tăng 10C). Ngoài ra, còn có các nguồn nhiệt khác từ magma, do phân hủy các chất phóng xạ, nhiệt do ma sát xiết ép kiến tạo, nhiệt tỏa ra từ các phản ứng hoá học và dòng nhiệt siêu sâu đưa từ manti lên.
- Áp suất thành tạo:
+ Áp suất thủy tĩnh (áp suất mọi chiều) tăng 200 – 300 atm cho mỗi km chiều sâu và đạt mức độ cực đại khoảng 10.000atm. Áp suất thủy tĩnh làm giảm thể tích và tăng tỷ trọng của vật chất.
+ Áp suất định hướng (áp suất một chiều) thường xảy ra do hoạt động kiến tạo ở nông (7 – 10 km) không vượt quá 200 – 300 atm. Áp suất này làm vật chất di chuyển định hướng, giúp các phản ứng hoá học các tổ phần trong đá và quặng xúc tiến nhanh hơn.
+ Áp suất hơi: Trong điều kiện nhiệt độ cao một số khoáng vật bị thoát nước và phân giải t5ao nên áp suất hơi. Áp suất có tác dụng khống chế quá trình tái kết tinh của khoáng vật khi xảy ra biến chất nhất là biến chất nhiệt động.
- Vai trò của nước: Nước tham gia vào quá trình biến chất, gồm nước tronh lỗ