Các kiểu nguồn gốc và các kiểu mỏ công nghiệp khoáng sản Thiếc trên thế giới

1. Đặc điểm địa chất các mỏ thiếc

Khoáng sàng thiếc phát triển ở vùng uốn nếp địa vồng, các địa khối trung tâm và cả trong các đới hoạt hóa của khiên và của nền. Những công trình nghiên cứu cho rằng vị trí các đai khoáng hóa thiếc trùng với các nơi dát mỏng của vỏ Trái Đất với bề dày các trầm tích lớn, nghĩa là phân bố ở những nơi hoạt động mạnh của vỏ Trái Đất, gồm:

             - Đới thành tạo võng lâu dài và được lấp đầy bởi các đá phiến – cát kết

             - Những đai uốn nếp quanh các địa khối trung tâm (vi lục địa)

Khoáng vật Cassiterit

             - Những nơi nứt tách sâu và những nơi giao nhau của các đứt gãy phá hủy sâu trên miền nền mà nơi đó xuất hiện các thành tạo xâm nhập.

            Các thể granit chứa thiếc và những vùng mỏ quặng thiếc được khống chế bởi các yếu tố kiến trúc như sau:

              - Vùng bản lề của các cấu trúc nếp uốn vồng và những nơi uốn cong của cấu trúc nếp uốn bị chia cắt nhiều đứt gãy phá hủy có tuổi khác nhau

              - Đứt gãy sâu, đặc biệt nơi giao nhau giữa chúng và nếp uốn.

            Đôi khi trong những vùng rộng lớn quặng hóa thiếc phân bố ở ven rìa các thể xâm nhập, và phổ biến là ở vòm các khối xâm nhập. Ngoài ra thành phần thạch học của các đá vây quanh cũng đóng vai trò quan trọng – nghĩa là quặng hóa (thể quặng) phân bố ở các tầng trầm tích xen kẽ của đá cát kết và phiến, tại những nơi với các lớp đá dòn, dễ vỡ như cát kết, quartzit, plagiogneiss amphibol.

            Về mặt phân bố, mỏ thạch anh – cassiterit được thành tạo theo hai nhóm chính:

             - Trên các thân xâm nhập, phân bố trong các tầng đá phiến – cát kết vây quanh

             - Trong các thể xâm nhập granitoit (nơi phần lồi, phần nhô) với khoảng cách quặng hóa từ 1,5 – 2km

            Phụ thuộc vào hình dạng các thể xâm nhập, sự có mặt các đứt gãy phá hủy trước quặng mà các thể mạch quặng có thể có nhiều dạng khác nhau: hình vòng, kéo dài hoặc là mạng mạch quặng phức tạp. Các yếu tố kiến tạo địa phương khống chế sự phân bố        quặng hóa:

             - Quặng hóa dạng mạng mạch:

·    Tại những nơi tiếp giáp của các đứt gãy có nhiều phương khác nhau;

·    Tại ven rìa các khối xâm nhập nơi mà phổ biến nhiều khe nứt được thành tạo trong các quá trình kết tinh;

·    Trong các vùng họng núi lửa;

 - Các thân quặng trong các khe nứt vỡ vụn;

             - Các thân quặng trong các hệ thống khe nứt liên hợp và các nứt tách;

            Tuy nhiên các cấu trúc thuận lợi hơn có giá trị công nghiệp là kiểu quặng hóa mạng mạch và một phần liên quan với các thành tạo núi lửa. Các mỏ phân bố trong các thành tạo núi lửa đặc trưng là thường có kích thước lớn và lịch sử phát triển phức tạp, bắt đầu từ lúc xâm nhập các đai mạch có nhiều tuổi, thành phần khoáng vật các mạch (từ giai đoạn nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp) rất khác nhau và cuối cùng là các dịch chuyển kiến tạo sau quặng.

2. Các kiểu mỏ khoáng

2.1. Mỏ pegmatit

Thiếc gặp trong các kiểu khác nhau của pegmatit, nhưng chỉ có loại natri liti thì hàm lượng cassiterit cao và có giá trị công nghiệp. Đối với pegmatit chứa thiếc, thường greizen hóa và albit hóa. Quá trình đó cũng thường xảy ra ở đới nội, ngoại tiếp xúc của các khối granit chứa thiếc và có khi xa ranh giới tiếp xúc đến 1 – 2 km hoặc hơn.

            Nhiều  nhà nghiên cứu phân ra thành 2 loại là:

             - Pegmatit thạch anh - microlin

             - Thạch anh – microlin – spodumen pegmatit chứa thiếc

            Phổ biến nhất là pegmatit thạch anh – microlin và chúng bị albit hóa, muscovit hóa mạnh mẽ. Thành phần khoáng vật là albit và các khoáng vật khác đi kèm có các loại photphat, tourmalin crom và columbit phát triển nhiều trong mạch. Các thành tạo có greizen cùng với cassiterit có dạng ổ, thấu kính và các thể méo mó khác ở ven rìa. Đôi khi còn gặp sulfur cùng với thạch anh được thành tạo ở giai đoạn sớm. Các khoáng vật thành tạo ở giai đoạn sau (chồng gối) của pegmatit thạch anh – microlin – spodumen làm cho spodumen bị biến đổi thành tạo tập hợp albit – mica. Các thể pegmatit chứa thiếc có dạng tấm ổ, thấu kính và hiếm hơn là dạng ống.

            Cassiterit đặc trưng cho thành hệ pegmatit có dạng tinh thể tháp đôi 4 phương rất ngắn (K = 1), tỷ trọng 6,83, màu đen nâu, nâu đen, đa sắc mạnh, chứa nhiều Ta, Nb (khoảng      0,5 – 1%).

Kiểu mỏ pegmatit có quy mô nhỏ, hàm lượng Sn trong quặng nghèo dưới 0,1% nên không có ý nghĩa công nghiệp

2.2. Mỏ Skarn

Kiểu mỏ này đặc trưng bởi sự thành tạo cassiterit trong đới skarn rất giàu magnetit và sulfur. Thể quặng dạng lớp có thế nằm dốc hoặc thoải tại nơi tiếp xúc của granitoit với đá vôi, hoặc dạng ống nơi giao nhau của các đứt gãy, liền kề nhau hoặc nơi uốn võng hoặc dạng lớp. Thiếc chủ yếu phân bố trong skarn dưới dạng cassiterit và đi kèm mật thiết với các khoáng vật magnetit và các khoáng sulfur khác, trong đó phổ biến là arsenopyrit, pyrotin …

            Các nhà nghiên cứu phân chia skarn cassiterit thành hai kiểu khoáng sàng magnetit và sulfur. Kiểu đầu trong thành phần của quặng rất giàu magnetit, kiểu này thường gặp nhưng ý nghĩa công nghiệp lại hạn chế, không lớn. Sự thành tạo khoáng vật của kiểu mỏ này thường có nhiều giai đoạn, trong đó magnetit thành tạo muộn hơn các khoáng vật skarn nhưng đôi nơi vẫn thấy có sự xen kẽ giữa magnetit và granat, như vậy có lẽ chúng thành tạo đồng thời với các khoáng vật alumosilicat. Cassiterit là những hạt rất nhỏ và về cơ bản kết tinh muộn cùng các sulfur sắt, kẽm và các kim loại khác. Tuy nhiên trong một vài mỏ thấy có sự chuyển tiếp từ kiểu cassiterit – magnetit sang kiểu cassiterit – sulfur. Trong kiểu mỏ skarn – cassiterit giàu sulfur thì thường phổ biến các dạng borat, trong đó có danburit (CaB₂Si₂O₈), datolit {CaB(SiO₄)(OH)}… hoặc ở một vài mỏ lại có stanoborat. Cassiterit thường đi cùng với clorit và các loại sulfur như pyrotin, chalcopyrit, sphalerit, Stannit, bornit, kubanit, ngoài ra còn gặp bismut trong một vài mỏ.

Kiểu mỏ skarn ít phổ biến và có ý nghĩa thứ yếu đối với Sn.

2.3. Mỏ thạch anh - cassiterit

Mỏ thiếc kiểu này liên quan với các thành tạo granit axit và siêu axit bị biến đổi hậu magma cùng với sự thành tạo các khoáng vật như topaz, tourmalin, fluorit, mica fluor và liti. Các thành tạo xâm nhập đó chủ yếu thành tạo ở dưới sâu, đôi khi độ sâu trung bình. Tuổi của chúng từ Arkeiozoi, Proterozoi sớm đến Mesozoi muộn và Đệ tam. Leviski O.D chia ra làm các thành hệ sau:

             - Thành hệ greizen chứa thiếc

             - Thành hệ cassiterit – topaz – thạch anh

             - Thành hệ cassiterit – felspat – thạch anh

             - Thành hệ cassiterit – thạch anh

Khoáng vật Cassiterit

            Các mỏ thuộc các kiểu thành hệ này có nhiều đặc điểm chung, chỉ khác ở tỷ lệ giữa các khoáng vật, trong đó chủ yếu là thạch anh, topaz, muscovit và giữa chúng có sự chuyển tiếp. Các mỏ kiểu thạch anh – cassiterit liên quan với khối granit lớn thành tạo ở độ sâu lớn và vừa. Các thành tạo granit đó thường bị biến đổi sau magma xảy ra tại các đới ngoại tiếp xúc và ngay trong chính bản thân khối granit. Những granit chứa quặng đó rất gần gũi với granit liên quan với các thành tạo pegmatit chứa thiếc.

Quặng hóa phân bố ngay trong khối granit và ngay cả trong đới ngoại tiếp xúc. Trong một vài trường hợp ở ven rìa các trường quặng thường xuất hiện các mạch quặng sulfur đồng và chì – kẽm được thành tạo ở giai đoạn khoáng hóa muộn. Đa số các mạch quặng cassiterit – thạch anh lấp đầy khe nứt  tách và phân đoạn. Mỏ kiểu mạng mạch đóng vai trò thứ yếu. Các mạch kéo dài từ vài chục mét đến hàng trăm mét với bề dày thay đổi từ 0,1 – 1m và dần dần thay đổi độ dày. Các mạch quặng thường tách rời các thể bướu. Ven rìa mạch (ranh giới) rõ, chứng tỏ chúng được thành tạo do lấp đầy

            Thành phần khoáng vật quặng phổ biến là thạch anh, ít hơn có muscovit và tourmalin. Đôi khi tourmalin ít phổ biến hoặc không có. Các khoáng vật đóng vai trò phụ gồm có felspat kali, albit, beryl, topaz, fluorit, ambligonit {LiAl(F,OH)PO₄}… Khoáng vật quặng phổ biến là cassiterit, wolframit và arsenopyrit. Hàm lượng các khoáng vật sulfur không đáng kể. Khoáng hóa xảy ra ở nhiều giai đoạn, trong đó thạch anh và một vài khoáng vật khác có nhiều thế hệ. Đôi khi trong một vài mỏ phát hiện canxedoan thành tạo giai đoạn muộn và cả sulfur thường cộng sinh với cacbonat sắt. Đá vây quanh bị biến đổi muscovit hóa, topaz – muscovit và các loại greizen hóa.

            Kiểu mỏ thạch anh – cassiterit là nguồn cung cấp thiếc quan trọng có ý nghĩa          công nghiệp.

2.4. Mỏ cassiterit – sulfur

            Mỏ kiểu này có trị công nghiệp và cassiterit luôn đi cùng với các khoáng vật sulfur của sắt, đồng, chì, kẽm và các kim loại khác. Các mỏ cassiterit – sulfur được thành tạo liên quan với các đá xâm nhập axit – granitoit có tính bazơ cao hơn như granodiorit và cả diorit thạch anh. Về đặc điểm địa chất phân bố thì các mỏ này tương tự như các mỏ sulfur và mỏ quặng vàng. Các mỏ sulfur – cassiterit thành tạo ở độ sâu không lớn so với mặt đất; trong các miền uốn nếp thì độ sâu khoảng 1000 m theo chiều đứng. Dung dịch quặng tạo mỏ thường có hàm lượng lưu huỳnh ít. Vì vậy mà khoáng sulfur sắt trong quặng chủ yếu là pegmatitirotin và phổ biến nhiều clorit sắt. Biến đổi cạnh quặng thường là clorit, tourmalin hóa, sericit hóa và propylit hóa.

            Theo Smirnov S.S và Rakevits E.A thì kiểu này có thể chia thành các thành hệ     quặng sau:

- Thành hệ cassiterit – tourmalin – sulfur

- Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến sulfur sắt

- Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến sulfur chì, kẽm

- Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến muối sulfur (sulfursol) của bạc

Ø  Thành hệ cassiterit – tourmalin – sulfur

            Các thành tạo xâm nhập granit có mặt trong các vùng mỏ cassiterit – tourmalin – sulfur thường có hàm lượng B (bor) cao. Trong hàng loạt các vùng mỏ, quá trình trao đổi biến chất sau magma đã làm cho B thải ra và thành tạo đá greizen giàu tourmalin, sừng tourmalin trong các đá phiến vây quanh (ngoại tiếp xúc), cũng như skarn tourmalin – corundum và cuối cùng là các mạch thạch anh – tourmalin có cassiterit và sulfur. Trong các mỏ kiểu này, các đới khoáng hóa thường phân bố tại nơi dập vỡ và các mạch trong granit chỉ ở trong các đá của mái.

            Các khoáng vật điển hình của mỏ: tourmalin, thạch anh và cassiterit. Cùng với chúng có muscovit, clorit, wolframit, arsenopyrit, pyrit và một vài khoáng vật khoáng vật khác như trong các mỏ thạch anh – cassiterit. Tourmalin được thành tạo thay thế các khoáng vật tạo đá của đá vây quanh và thường đi kèm thạch anh. Ngoài ra đôi khi còn gặp tourmalin cộng sinh với topaz là khoáng vật luôn thành tạo trước tourmalin. Tourmalin được thành tạo trong nhiều giai đoạn khoáng hóa, tourmalin thành tạo ở giai đoạn muộn đi cùng với cassiterit và thường có arsenopyrit. Các khoáng sulfur khác thành tạo sau chồng gối so với cassiterit.

Ø  Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến sulfur sắt

            Kiểu thành hệ này khá phổ biến và là kiểu chuyển tiếp, liên quan với kiểu thành hệ cassiterit – tourmalin nhiệt độ cao. Đặc điểm chung của kiểu này là phân bố khá xa các thành tạo xâm nhập quặng hóa. Trong thành phần của quặng, các sulfur sắt mà trước hết là pyrotin phát triển khá rộng rãi clorit sắt. Phụ thuộc vào sự vượt trội của clorit hoặc sulfur sắt mà có thể thành tạo mạch clorit và đới sulfur với hàm lượng thấp, phụ hoặc các thành tạo cassiterit – sulfur đi kèm với quá trình clorit hóa đá vây quanh như ở các mỏ thiếc đảo Tasmania, Úc, Nga và các vùng khác.

            Mỏ kiểu này thường phổ biến các thể quặng dạng mạch phân bố theo các khe nứt có dăm cũng như đới mạng mạch, thường kéo dài theo hàng loạt các đứt gãy phức tạp, hoặc ở  những vùng phân nhánh từ những đới khâu khoáng hóa kiến tạo với nhiều khe nứt kéo theo. Với những điều kiện như vậy mà các mạch có thể chuyển sang đới mạng mạch. Thành phần khoáng vật chủ yếu: pyrotin, đôi khi có pyrit hoặc chalcopyrit, arsenopyrit, clorit sắt và cassiterit. Các khoáng vật thứ yếu là sphalerit, Stannit. Ở một vài mỏ có hàm lượng không đáng kể còn có galenit, đôi khi có muối sulfur hoặc bismutin và bimutin tự sinh. Do thiếu lượng lưu huỳnh trong dung dịch mà thành tạo tổ hợp (đá) đặc biệt magnetit – clorit chứa thiếc. Quá trình tạo quặng xảy ra trong 4 – 5 giai đoạn.

Ø  Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến sulfur chì, kẽm

            Mỏ kiểu thành hệ này với thành phần sulfur vuợt trội là sulfur chì và kẽm như các mỏ ở viễn đông của Nga – mỏ Khrustalbit. Mỏ phân bố ở cánh phía tây của phức nếp lõm lớn với thành phần trầm tích phiến và cát kết tuổi Trias muộn và Jura. Các mạch quặng phân bố trong đới kiến tạo có phương á kinh tuyến và tại đây có nhiều đai mạch porphyrit. Những đai mạch porphyrit horblend có phương đông bắc và kinh tuyến và có tuổi cổ hơn các mạch quặng. Những đai mạch diabaz porphyrit được thành tạo sau khi thành tạo các mạch thạch anh – cassiterit – sulfur, nhưng trước các thành tạo thạch anh màu trắng sữa, fluorit và canXt (giai đoạn 4, 5). Cuối cùng muộn nhất là các đá bazan, có khi tạo thành mạch và đôi nơi lấp đầy trong các tinh đám thạch anh.

            Các mạch quặng có phương chủ yếu là vĩ tuyến và tây bắc. Các mạch quặng có phương vĩ tuyến phân bố theo các khe nứt dăm (đoạn tầng nghịch). Chúng kéo dài 1 – 3 km, có khi kèm theo các thể nhánh. Khi chuyển từ các đá bột sang cát kết dòn, các mạch quặng thường phân nhánh tạo thành đới xâm tán vi mạch. Các mạch quặng có phương tây bắc lấp đầy trong các khe nứt cắt, phân bố dưới dạng cánh gà và không liên tục.

            Quá trình tạo quặng xảy ra trong 5 giai đoạn với nhiệt độ từ  45 – 80⁰C: 1/ thạch anh – cassiterit; 2/ arsenopyrit – pyrit – pyrotin có chalcopyrit, sphalerit và Stannit; 3/ galenit – sphalerit; 4/ thạch anh (muộn); 5/ fluorit – cacbonat. Tuổi của mỏ 88 – 89 triệu năm.

Ø  Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến các muối sulfur (sulfosol) của bạc

            Mỏ đặc trưng cho kiểu thành hệ này là mỏ Potosi ở Bolivi, và phân bố ở phần phía nam giải Bolivi xuyên dọc theo dãy phía đông Andes. Vùng mỏ liên quan với thể porphyr thạch anh có dạng phễu (etmolit) xuyên trong các thành tạo trầm tích Paleozoi và Đệ tam. Ở dưới sâu, thể xâm nhập hình phễu chuyển sang dạng đai mạch porphyr thạch anh bị biến đổi nhiệt dịch mạnh mẽ đến nổi không thể nhận biết thành phần ban đầu của đá. Trên diện lộ ghi nhận trên 30 thể quặng phân bố trong porphyr thạch anh và cả trong đá vây quanh. Mạch quặng cassiterit – sulfur có phương kinh tuyến với bề dày thay đổi 0,1 – 0,3 m, có nơi pegmatithình ra đạt đến 1 – 1,5 m. Ở phần trên mặt đôi khi tạo thành đới mạng mạch có kích thước 4,5 – 10 m. Ở dưới sâu, các mạch nhỏ lại và số lượng các thể quặng giảm đi

            Các mạch quặng thường kèm theo đới biến đổi nhiệt dịch – propylit hóa đá vây quanh và sau đó là thạch anh hóa, sericit hóa.

            Những khoáng vật chủ yếu của mạch quặng: pyrit và thạch anh. Ít hơn là cassiterit, tetraedrit, Stannit, matildit, chalcopyrit, burnoit, arsenopyrit, pyrargirit, prustit; tetraedrit chứa bạc thành tạo xen kẽ tạo nên các giải khoáng vật chứa bạc và giải giàu cassiterit. Cassiterit thành tạo những khối đặc sít với tập hợp hạt nhỏ và tinh thể hình kim, đôi khi là thể dạng keo. Các sulfo muối của bạc gặp chủ yếu trong các mạch độc lập thạch anh – barit – canXt có chứa ít oxyt thiếc. Mỏ đã khai thác tới độ sâu 800 m.

            Mỏ được khai thác từ năm 1645 và đã thu 30.000 tấn bạc. Khai thác lấy thiếc từ 1840. Hàm lượng thiếc trong quặng 1 – 1,2 %.

2.5. Sa khoáng

Cassiterit khá bền vững trong tự nhiên, nên trong quá trình tồn tại, mỏ gốc bị phân hủy – phong hóa như mỏ kiểu pegmatit, thạch anh – cassiterit, greizen, và một vài kiểu mỏ cassiterit như skarn chứa thiếc, thạch anh – cassiterit – tourmalin… hình thành nên các thung lũng chứa thiếc. Cassiterit sau khi bị phong hóa sẽ bị vận chuyển xuống chân sườn hoặc tích tụ ở những thung lũng giữa núi. Nhìn chung sa khoáng cassiterit thường thành tạo từ các mỏ cassiterit kết tinh hạt lớn.

Kiểu mỏ sa khoáng bao gồm sa khoáng eluvi, deluvi, aluvi. Loại này có ý nghĩa quan trọng về trữ lượng và sản lượng khai thác quặng cassiterit trên thế giới. Ngoài Sn còn khai thác kèm W, Au, Ta. Mỏ sa khoáng phổ biến ở nước Đông Nam Á: MalaiXa, IndoneXa, miền nam Trung Quốc, Phần Lan, Úc.

3. Các kiểu công nghiệp

3.1. Mỏ thạch anh – cassiterit

Kiểu mỏ này là một trong những nguồn khai thác quặng thiếc có giá trị công nghiệp, bao gồm các thành hệ sau:

 - Thành hệ greizen chứa thiếc

             - Thành hệ cassiterit – topaz – thạch anh

             - Thành hệ cassiterit – felspat – thạch anh

             - Thành hệ cassiterit – thạch anh

            Mỏ thạch anh – cassiterit phát triển ở nhiều quốc gia như Malaysia, Trung Phi, Tây Âu, Đông Úc và Sibiri (Nga).

3.2. Mỏ cassiterit – sulfur

            Mỏ kiểu này có trị công nghiệp và cassiterit luôn đi cùng với các khoáng vật sulfur của sắt, đồng, chì, kẽm và các kim loại khác. Chúng được chia ra các thành hệ quặng sau:

Ø  Thành hệ cassiterit – tourmalin – sulfur

            Mỏ kiểu thành hệ này tương đối khá phổ biến và đã phát hiện ở các nước Anh quốc, Úc, đảo Tasmania. Ở Nam Phi đã phát hiện hàng loạt mỏ kiểu này trong granit khối Butsveld, ở Nga phát hiện ở vùng Zabaical, Lacutia, vùng thượng Kolum, Tsukhot...

Ø  Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến sulfur sắt

            Mỏ kiểu thành hệ này phân bố ở đảo Tasmania (Úc), Nga và các vùng khác.

Ø  Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến sulfur chì, kẽm

            Điển hình như các mỏ viễn đông của Nga – mỏ Khrustal.

Ø  Thành hệ cassiterit – sulfur trong đó phổ biến muối sulfur (sulfursol) của bạc

            Mỏ đặc trưng cho kiểu thành hệ này là mỏ Potosi ở Bolivi, và phân bố ở phần phía nam giải Bolivi xuyên dọc theo dãy phía đông Andes.

3.3. Sa khoáng

            Loại này có ý nghĩa quan trọng về trữ lượng và sản lượng khai thác quặng cassiterit trên thế giới. Ngoài Sn còn khai thác kèm W, Au, Ta. Mỏ sa khoáng phổ biến ở nước Đông Nam Á: MalaiXa, IndoneXa, miền nam Trung Quốc, Phần Lan, Úc.