Đặc điểm khoáng vật học, nguồn gốc và điều kiện thành tạo mỏ thiếc suối bắc,khu vực quỳ hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------------

Trần Thị Mận

Đ C ĐI M KHO NG V T HỌC NGU N G C
V ĐI U KI N TH NH TẠO MỎ THI C SU I
KHU VỰC QÙY HỢP

LU N VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

C


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------------

Trần Thị Mận

Đ C ĐI M KHO NG V T HỌC NGU N G C
V ĐI U KI N TH NH TẠO MỎ THI C SU I

C

KHU VỰC QÙY HỢP
Chuyên ngành: Kh n
Mã số:

ật họ

à ị h

họ

60440205

LU N VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
N ười hướn dẫn kh

họ :

TS. PHAN LƯU ANH
TS. NGUYỄN THÙY DƯƠNG
XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn
thạc sĩ khoa học

TS. Phan Lưu Anh

PGS.TS. Hoàng Thị Minh Thảo

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện luận văn này, học viên đã nhận đƣợc sự hỗ trợ và cho phép sử
dụng tài liệu của đề tài KHCN cấp Nhà nƣớc: “Nghiên cứu đánh giá triển vọng và
khả năng thu hồi Inđi trong các tụ khoáng thiếc ở Việt Nam nhằm xác lập một
nguồn nguyên liệu ứng dụng trong công nghệ nano” mã số ĐTĐL.2011 - T/22. Học
viên xin gửi lời cám ơn trân trọng đến Chủ nhiệm và tập thể tác giả đề tài đã tạo
điều kiện để học viên thực hiện luận văn tốt nghiệp một cách tốt nhất.
Học viên xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Phan Lƣu Anh ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ để học viên thực hiện và hoàn thành
luận văn.
Học viên xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thùy Dƣơng, cán bộ trƣờng
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và đƣa ra những góp ý
quý báu giúp học viên nhìn nhận vấn đề tốt hơn trong quá trình thực hiện luận văn.
Học viên xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, cán bộ trong khoa Địa Chất,
trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ học viên
trong quá trình học tập tại trƣờng.
Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo Viện địa chất và các
đồng nghiệp tại Viện Địa Chất - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam,
đã giúp đỡ và tạo điều kiện để học viên thực hiện nghiên cứu luận văn tốt nghiệp.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên học
viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, học
viên rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và các bạn để học viên có
thể hoàn thiện luận văn của mình tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên
Trần Thị Mận


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1

Chƣơng I. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................................ 3
1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu .............................................................................. 3
1.2. Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu .......................................................... 4
1.2.1.

a t ng ................................................................................................... 4

1 2 2 C u t o .................................................................................................... 4
Chƣơng II. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU.......................................................................................................... 7
2.1. Khái quát về thiếc ........................................................................................... 7
2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu .................................................................... 8
2 2 1 Các nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 8
2.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam ..................................................................... 8
2.2.3. Tình hình nghiên cứu mỏ thiếc gốc suối Bắc .......................................... 10
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 11
2.3.1. Nghiên cứu thực đ a ................................................................................ 12
2.3 2 Phương pháp phân tích mẫu trọng sa ..................................................... 13
2.3.3 Phương pháp khoáng tướng .................................................................... 14
2.3.4. Phương pháp phân tích EPMA ................................................................ 15
Chƣơng III. ĐẶC ĐIỂM KHOÁNG VẬT QUẶNG TRONG MỎ THIẾC
SUỐI BẮC KHU VỰC QUỲ HỢP .......................................................................... 16
3.1. Thành phần và đặc điểm khoáng vật .............................................................. 16
3.1.1. Cassiterit .................................................................................................. 17
3.1.2. Pyrit ......................................................................................................... 24
3.1.3. Arsenopyrit .............................................................................................. 30
3.1.4. Chalcopyrit .............................................................................................. 35
3.2. Cấu tạo và kiến trúc quặng ............................................................................. 37
3 2 1 C u t o quặng ......................................................................................... 37
3 2 2 Kiến trúc quặng ....................................................................................... 38

Chƣơng IV. NGUỒN GỐC, ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO CỦA MỎ THIẾC
SUỐI BẮC KHU VỰC QUỲ HỢP .......................................................................... 39
4.1. Xác định điều kiện thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc, khu vực Quỳ Hợp ............ 39
4 1 1 Cơ sở lý thuyết đ a nhiệt kế arsenopyrit ................................................. 39
4.1.2 Xác đ nh nhiệt độ thành t o mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp ........ 42
4.2. Luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc ........................................................ 43
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 48


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................ 3
Hình 1.2. Sơ đồ địa chất khu vực mỏ Suối Bắc (thu nhỏ từ tỷ lệ 1:50.000)............. 6
Hình 2.1 . Lò khai thác và quặng gốc Mỏ Cty KLM Nghệ Tĩnh.............................. 12
Hình 2.2. Phân tích trọng sa ...................................................................................... 14
Hình 3.1. Đơn khoáng cassiterit. Mẫu T.22 - 41 - 2 ................................................. 18
Hình 3.2. Song tinh cassiterit. Mẫu T22.46.2.2d ...................................................... 19
Hình 3.3. Cassiterit dạng vân gỗ. Mẫu T22 - 41 - 2d .............................................. 19
Hình 3.4. Cassiterit hạt nhỏ, tha hình xâm tán trong nền phi quặng.
Mẫu T22 - 43 - 2 - 1b ................................................................................................ 19
Hình 3.5. Cassiterit hạt nhỏ nằm trong arsenopyrit. Mẫu T.22 - 43 - 2 - 2b ............ 19
Hình 3.6. Tƣơng quan hàm lƣợng giữa các nguyên tố tạp chất với Sn trong
cassiterit mỏ Suối Bắc ............................................................................................... 23
Hình 3.7. Đơn khoáng pyrit. Mẫu T.22 - 42 - 3........................................................ 24
Hình 3.8. Hạt pyrit tự hình trong nền phi quặng. Mẫu T22 - 41 - 1a ....................... 25
Hình 3.9. Pyrit có chứa các hạt nhỏ arsenopyrit (b). Mẫu T.22 - 42 - 3 ................... 25
Hình 3.10. Tinh thể cassiterit, pyrit tự hình tạo thành đám, ổ xâm tán trong nền
phi quặng. Mẫu T22 - 46 - 2 - 2b .............................................................................. 25

Hình 3.11. Limonit giả hình theo pyrit trong nền phi quặng. Mẫu T22 - 41 - 1c..... 25
Hình 3.12. Tƣơng quan hàm lƣợng giữa các nguyên tố chính và tạp chất với Fe
trong pyrit mỏ Suối Bắc ............................................................................................ 29
Hình 3.13. Đơn khoáng arsenopyrit. Mẫu T.22 - 46 - 2 - 2 ...................................... 30
Hình 3.14. Scorodit giả hình theo arsenopyrit trong nền phi quặng.
Mẫu T22 - 41 - 2d ..................................................................................................... 31
Hình 3.15. Arsenopyrit tự hình xâm tán trong nền phi quặng.
Mẫu T.22 - 46 - 2 - 2 ................................................................................................. 31
Hình 3.16. Arsenopyrit biến đổi thứ sinh thành riềm covelin bao quanh.
Mẫu T22 - 46 - 2 - 2e ................................................................................................ 31


Hình 3.17. Tƣơng quan hàm lƣợng giữa các nguyên tố chính và tạp chất với As
trong arsenopyrit mỏ Suối Bắc ................................................................................. 34
Hình 3.18. Đơn khoáng chalcopyrit. Mẫu T.22 - 41 - 1 ........................................... 35
Hình 3.19. Chalcopyrit dạng hạt hình thù không xác định dƣới kính phản quang.
Mẫu T.22 - 41 - 1 ...................................................................................................... 36
Hình 3.20. Chalcopyrit bị biến đổi thành covelin. Mẫu T22 - 43 - 2 - 2b ................ 36
Hình 4.1. Biến đổi nhiệt độ dựa trên hàm lƣợng As trong arsenopyrit theo
Kretschmar và Scott 1976 ......................................................................................... 41
Hình 4.2. Biến đổi nhiệt độ dựa trên hàm lƣợng As trong arsenopyrit mỏ
Suối Bắc - Quỳ Hợp ................................................................................................. 43


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Vị trí lấy mẫu quặng gốc mỏ Suối Bắc .................................................... 13
Bảng 3.1. % khoáng vật quặng trong mẫu theo kết quả phân tích một số mẫu
khoáng tƣớng ............................................................................................................ 16
Bảng 3.2. Kết quả phân tích mẫu trọng sa nhân tạo (%) .......................................... 17
Bảng 3.3. Thành phần hóa học đại diện của cassiterit ở mỏ thiếc Suối Bắc

khu vực Quỳ Hợp - Nghệ An .................................................................................... 20
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của cassiterit mỏ thiếc Suối Bắc quy đổi ra
kim loại ..................................................................................................................... 22
Bảng 3.5. Thành phần hóa học của pyrit trong quặng thiếc ..................................... 27
Bảng 3.6. Thành phần hóa học của arsenopyrit trong quặng.................................... 32
Bảng 3.7. Thành phần hóa học của khoáng vật chalcopyrrit .................................... 37
Bảng 4.1. Thành phần hóa học của arsenopyrit trong quặng.................................... 42


MỞ ĐẦU
Quặng thiếc là một trong những nguồn tài nguyên có giá trị lớn về kinh tế và
có ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, đặc biệt là đối với các ngành công nghiệp
(công nghiệp điện tử, que hàn, mạ, chế tạo hợp kim làm nam châm siêu dẫn, lớp
phụ cho nhiên liệu hạt nhân, trong công nghiệp gia dụng, trong nha khoa

). Theo

báo cáo của Cục Địa chất Mỹ năm 2008, nhu cầu thị trƣờng đối với quặng thiếc
ngày càng gia tăng. Ở Việt Nam, theo báo cáo của Liên hiệp các Hội Khoa học và
Kỹ thuật Việt Nam - 2016, tài nguyên thiếc sa khoáng đã cạn, song tài nguyên thiếc
gốc đƣợc cho là có triển vọng nhƣng chƣa đƣợc đầu tƣ thăm dò đúng mức [15].
Theo kết quả điều tra về khoáng sản đến nay, ở Quỳ Hợp có nhiều mỏ và
điểm quặng có triển vọng, trong đó mỏ thiếc gốc Suối Bắc đã đƣợc tìm kiếm đánh
giá, thăm dò đi cùng với công tác thành lập bản đồ địa chất ở nhiều cấp độ khác
nhau, hoặc các chuyên đề nghiên cứu các điểm khoáng hoá. Thực trạng trên cho
thấy cần có nghiên cứu tổng hợp và chi tiết đặc điểm khoáng vật quặng trong mỏ
thiếc gốc Suối Bắc cũng nhƣ tổ hợp khoáng vật cộng sinh, điều kiện thành tạo và
nguồn gốc của mỏ thiếc nói trên. Việc nghiên cứu thành phần khoáng vật, thành
phần hóa học, cấu tạo - kiến trúc quặng đặc trƣng cũng nhƣ nguồn gốc thành tạo của
khoáng sản nói chung và mỏ thiếc nói riêng không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn

có ý nghĩa thiết thực trong công tác thăm dò, khai thác mỏ, tinh chế khoáng sản
phục vụ trực tiếp cho nền kinh tế nƣớc nhà.
Chính vì vậy, học viên lựa chọn đề tài “
cv

u

t

t

t

c u

c,

c

v t

c

u

u vực Quỳ Hợp” nhằm góp phần

làm sáng tỏ đặc điểm khoáng vật quặng cũng nhƣ nguồn gốc, điều kiện thành tạo
mỏ thiếc gốc Suối Bắc.
a. Mục t êu

ê cứu

+ Xác định đặc điểm các khoáng vật quặng.
+ Tập trung xác định nhiệt độ thành tạo và luận giải nguồn gốc của mỏ thiếc
Suối Bắc

1


b. Nộ du

ê cứu

1 - Nghiên cứu thành phần khoáng vật quặng (cassiterit, stanit và các khoáng
vật quặng khác) trong mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp.
2 - Nghiên cứu đặc điểm các khoáng vật quặng mỏ thiếc Suối Bắc.
3 - Xác định nhiệt độ thành tạo các khoáng vật quặng mỏ thiếc Suối Bắc.
4 - Luận giải nguồn gốc mỏ thiếc Suối Bắc

2


Chƣơng I.
ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu
Mỏ thiếc gốc Suối Bắc nằm trong huyện Quỳ Hợp - huyện miền núi phía tây
bắc của tỉnh Nghệ An. (Hình 1.1)

Hình 1.1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu

(Nguồn - do - huyen - quy - hop/)[16]

3


1.2. Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu
1.2.1.

at

Vùng Quỳ Hợp lộ ra các thành tạo địa chất thuộc: hệ tầng Bù Khạng (PR3 - 1
bk), hệ tầng Sông Cả (O3 - S1 sc), hệ tầng Đồng Trầu (T2a đt), các thành tạo Đệ Tứ
và thành tạo magma (phức hệ Đại Lộc (γD1 đl) (Hình 1.2).
Mỏ thiếc Suối Bắc nằm trọn vẹn trong hệ tầng Sông Cả có tuổi Ordovic
muộn - Silur sớm (O3 - S1 sc). Hệ tầng Sông Cả đƣợc chia ra: phụ hệ tầng dƣới (O3 S1 sc1) và phụ hệ tầng trên (O3 - S1 sc2). Mỏ thiếc gốc Suối Bắc phân bố trong các đá
của phụ hệ tầng dƣới và thƣờng phân bố gần ranh giới giữa hai tập đá có tính chất
cơ lý khác nhau. Tập dƣới có thành phần thạch học gồm đá phiến thạch anh 2 mica
xen lớp mỏng cát kết dạng quaczit đôi chỗ có chứa granat; đá phiến thạch anh biotit. Tập trên có thành phần thạch học gồm đá phiến thạch anh - sericit, đá phiến
phillit.
Nằm chỉnh hợp bên dƣới của hệ tầng Sông Cả là hệ tầng Bù Khạng (PR3 - 1
bk). Các đá thuộc hệ tầng này bao gồm đá phiến kết tinh thạch anh - felspat - biotit
chứa silimanit, gneis chứa silimanit xem quarzit và các thấu kính amphibol. Các đá
này bị migmatit hóa mạnh mẽ.
Nằm bất chỉnh hợp phía trên của hệ tầng Sông Cả là hệ tầng Đồng Trầu (T2a
đt). Các đá của hệ tầng này có thành phần thạch học bao gồm cát kết tuf, cát kết, bột
kết, phiến sét xen lớp mỏng đá vôi.
1.2.2.

ut

ứt ãy
Trong khu vực mỏ Suối Bắc, hoạt động uốn nếp, đứt gãy, khe nứt phát triển
phong phú, có hai hệ thống chính: Hệ thống đứt gãy theo phƣơng đông bắc - tây
nam và hệ thống đứt gãy, khe nứt, đới dập vỡ theo phƣơng á kinh tuyến và tây bắc đông nam.

4


+ Hệ thống đứt gãy, khe nứt theo phương á kinh tuyến: các đứt gãy, khe nứt
thuộc hệ thống này nằm gần trục với trục nếp lõm, chạy từ Tây Bắc qua trung tâm,
xuống Đông Nam. Chúng đóng vai trò các kênh dẫn dung dịch tạo quặng, phân phối
và chứa các dung dịch tạo quặng, để hình thành các thân quặng thiếc dạng giả tầng
trong vùng.
+ Hệ thống đứt gãy theo phương Tây Bắc -

ông Nam là đứt gãy Bù Đan

Toong có thể là một đứt gãy thuận, mặt đứt gãy cắm về phía Tây Bắc góc dốc
80 - 85o
+

ứt gãy Suối Bắc: đứt gãy này chạy dọc theo Suối Bắc, có phƣơng Đông

Bắc - Tây Nam. Biểu hiện nham thạch cắm ngƣợc nhau và bị cà nát mạnh mẽ, dƣới
chân vết lộ phát triển đới dăm kết rắn chắc, thành phần dăm là thạch anh, mảnh vụn
đá phiến, xi măng là oxit sắt. Đứt gãy Suối Bắc là đứt gãy nghịch, mặt đứt gãy cắm
về phía tây bắc với góc dốc 70 - 80o, cánh tây bắc nâng tƣơng đối so với cánh đông
nam và có biên độ dịch chuyển ngay ngắn (30 - 35m).
cc ut

pu

Cấu trúc của mỏ Suối Bắc có dạng một nếp lõm có trục phát triển theo
phƣơng TB - ĐN, phần nhân nếp lõm là các thành tạo của phân hệ tầng Sông Cả
giữa, hai cánh là các thành tạo của phân hệ tầng Sông Cả dƣới.
Những nếp uốn nhỏ bậc 3 có phƣơng gần trùng với phƣơng nếp uốn chính.
Phần trung tâm vùng quặng là nếp lõm rộng dần ra hai cánh nối tiếp với hai nếp lồi.
Uốn nếp nhỏ này nằm kẹp giữa hai hệ thống đứt gãy khu vực Bản Cô và Bản Hy.
Hoạt động uốn nếp làm cho đá của tập trên vốn đã có tính phân lớp bị tách ra ở
những nơi xung yếu nhất tạo thành khoảng trống thuận lợi cho việc hình thành thân
quặng dạng lớp.
Phần trung tâm vùng mỏ là nếp lõm, nên phía dƣới sâu hình thành nhiều khe
nứt tách. Chính những khe nứt tách này là đƣờng dẫn dung dịch quặng để tạo nên
thân quặng dạng lớp, đồng thời cũng là đƣờng khống chế quặng hóa.

5


Hình 1.2. Sơ đồ địa chất khu vực mỏ Suối Bắc (thu nhỏ từ tỷ lệ 1:50.000) [1]
6


Chƣơng II.
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Khái quát về thiếc và các khoáng vật quặng thiếc
Thiếc là một nguyên tố hóa học có tên Latinh là Stannum, ký hiệu là Sn và
số nguyên tử là 50 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có màu trắng bạc,
dễ uốn cong và dát mỏng. Trong vỏ Trái đất, thiếc có hàm lƣợng trung bình rất nhỏ,
là kim loại phổ biến đứng thứ 50 với hàm lƣợng khoảng 2,5 ppm [20].

Thiếc tồn tại trong khoáng vật thuộc các nhóm oxyt, sulfostanat, sulfua,
silicat, borat và niobat. Khoáng vật quan trọng nhất của thiếc là cassiterit (SnO2)
chứa 69 - 78% Sn, stannit (Cu2FeSnS4) chứa 19 - 24% Sn, tilit (PbSnS2) chứa
30,4% Sn, cylindrite (Pb3Sn4Sb2S14) chứa khoảng 25,12% Sn, franckeite
(Pb3Sn4Sb2S14) chứa từ 9,5 - 17,1% Sn. Tuy nhiên, chỉ có cassiterit và stannit là hay
gặp và tạo thành tụ khoáng. Cassiterit là khoáng vật bền vững trong điều kiện phong
hóa, do vậy có thể tạo nên những mỏ sa khoáng lớn. Stanite rất dễ bị phá hủy, cho
nên chỉ tồn tại trong quặng gốc. Còn các khoáng vật khác rất ít gặp.
Cassiterit (SnO2) với thành phần: Sn = 78,8%; tỷ trọng 6, 8 - 7,1; độ cứng
6,5 - 7. Trong thực tế cassiterit thƣờng có Fe, Ta, Nb, Ti,... Tinh thể thƣờng thấy
dạng lƣỡng tháp, lăng trụ tháp hoặc hình trụ, đôi khi hình kim. Ngoài dạng kết tinh,
còn có dạng khác của cassiterit, đó là dạng thiếc thớ gỗ. Thiếc thớ gỗ thƣờng có
dạng nhũ hình quả lê, hình giọt nƣớc với cấu tạo tỏa tia [9].
Stannit (Cu2FeSnS4) với thành phần lý thuyết: Cu = 29,58%, Sn = 27,61%,
tỷ trọng 4,3 - 4,5; độ cứng 3 - 4. Ngoài ra còn có các tạp chất Zn, Sb, Cd, Pb và Ag.
Tinh thể hiếm, các hạt không đều thƣờng có tập hợp dạng hạt và khối đặc sít. Màu
xám thép, vết vạch đen, ánh kim [9].
Ngoài ra, ngƣời ta còn tìm thấy gần 40 khoáng vật khác nhau có chứa thiếc,
tuy nhiên các khoáng vật này ít phố biến, và nếu có thì cũng không đủ hàm lƣợng

7


để khai thác công nghiệp. Hàm lƣợng thiếc tùy thuộc vào thành phần hóa học của
khoáng vật.
2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu
2.2.1.

c

ê cứu trê t

ớ

Quặng thiếc đã đƣợc nghiên cứu theo nhiều góc độ khác nhau, nhƣ đặc điểm
khoáng vật quặng. Theo kết quả nghiên cứu về địa chất và thăm dò sinh khoáng, các
thành tạo thiếc tại dãy Himalaya (Nepal) đƣợc hình thành theo ba kiểu sinh khoáng
chính: 1) thành hệ cassiterit - pyrit và các khoáng vật sulfua bao gồm chalcopyrit,
pyrotin và arsenopyrit; 2) thành hệ cassiterit - molypdent nằm trong thạch anh và
tourmalin; 3) thành hệ cassiterit trong pegmatit [21]. Các khoáng vật quặng xuất
hiện cùng với cassiterit trong quặng thiếc gồm có kesterit, varlamoffit, tapiolit,
fersmit, sterryit, tantalit, chalcopyrit, sphalerit [17]. Khoáng vật thiếc, cassiterit, còn
xuất hiện cùng wolframit trong các đá granit hạt trung bình đến mịn, các mạch
thạch anh và đá greizens, với thành phần hóa học gồm nhiều các nguyên tố quặng
và đất hiếm (Ta, W, Fe, Mn, Ti, Zr, V, Sc, Si, Al, In, Ga, Ge, Be, Bi, Ag, Sb, As,
Cu, Pb, Zn, Co và REEs) [19]
Bên cạnh các thành hệ quặng thiếc, khoáng vật quặng, các nguyên tố hiếm đi
kèm thì vấn đề nghiên cứu nguồn gốc, điều kiện thành tạo của các mỏ thiếc cũng đã
đƣợc chú ý nghiên cứu từ khá lâu. Nghiên cứu bao thể của khoáng hoá thiếc trong
đá skarn tại khu vực Redaven (Anh) cho thấy trong khu vực đã xảy ra hai quá trình
nhiệt dịch thành tạo khoáng hoá thiếc trong đá skarn. Nhiệt độ thành tạo của đá
skarn trong quá trình đầu tiên là 600oC, trong quá trình sau là 350 - 460oC [23].
Bằng phƣơng pháp nhiệt áp kế arsenopyrit, cho thấy các bao thể sphalerit trong
arsenopyrit mỏ thiếc Rauhala (Phần Lan) có chứa 18,6% mol FeS chỉ ra arsenopyrit
đƣợc thành tạo với áp suất khoảng 1,5 kb và nhiệt độ 350°C [25].
2.2.2.

c

ê cứu ở V t Na

Việt Nam nằm trong vành đai sinh khoáng thiếc Thái Bình Dƣơng và là một
trong các quốc gia của dải quặng thiếc Thái Lan - Malaysia - Indonesia. Quặng

8


thiếc ở Việt Nam phân bố khá rải rác ở nhiều địa phƣơng trong cả nƣớc. Tuy nhiên,
các nghiên cứu về quặng thiếc ở Việt Nam chủ yếu là sau năm 1945 và chủ yếu là
công tác điều tra, thăm dò, đánh giá trữ lƣợng.
Khoáng vật chứa thiếc, cassiterit, cộng sinh cùng với một số khoáng vật nhƣ
wolframit, tourmaline, topaz, và pyrit trong các mạch greisen, gồm các khoáng vật
chính là thạch anh, muscovit [6]. Các mạch này xuất hiện xen kẽ với các đá
granitoit bị biến đổi tại các khối Bà Nà, Trà Mi thuộc phức hệ Bản Chiềng ( γKZbc)
[15]. Các mạch có tổ hợp khoáng vật chứa cassiterit đƣợc xác định thành tạo trong
khoảng nhiệt độ 200 - 330oC, thuộc giai đoạn đầu của quá trình greisen (300 540oC) [4].
Quặng thiếc vùng Quỳ Hợp - Nghệ An thuộc loại giàu sulfur liên quan đến
granit phức hệ Bản Chiềng. Quặng hóa ở trong đá biến chất có dạng hệ mạch, đới
mạch. Hàm lƣợng thiếc trung hình 0.45% Sn. Các khoáng vật quặng xuất hiện chủ
yếu là cassiterit, pyrit, arsenopyrit, thứ yếu có ilmenit, rutin, scorodit, limonit,
khoáng vật không quặng có thạch anh, xerixit, biotit, tuamalin [1]. Khoáng vật
quặng, ngoài cassiterit còn xuất hiện cùng với arsenoyrit, pyrit, pyrrhotit, thạch anh,
turmalin và một ít rutil [6]. Các kiểu cassiterit dạng keo trong đá riolit vùng Tam
Đảo, các khoáng vật quặng xuất hiện chủ yếu là cassiterit, pyrit, arsenopyrit, với
thành phần hóc học bao gồm các nguyên tố chính là Sn, Fe, Mn, Ti, Sb, Zn, Cu, Ag,
Si, Al, Ca, Mg [10], một số nguyên tố đi kèm có hàm lƣợng tƣơng đối cao là As, Bi,
Ce, La, Nb, Sr, V và Y [1].
Nhiệt độ thành tạo quặng thiếc cũng đƣợc đề cập ở rất nhiều mỏ thiếc. Khi
nghiên cứu đặc điểm khoáng hóa và nhiệt độ thành tạo quặng thiếc - wolfram ở
các mỏ Thiện Kế, Suối Bắc, Bù Me, Trúc Khê, Hoàng Sao đã sử dụng phƣơng

pháp đồng hóa bao thể đặc trƣng cho hai giai đoạn tạo quặng thiếc - wolfram để
đƣa ra khoảng nhiệt độ thành tạo của mỗi giai đoạn. Ở mỏ thiếc Suối Bắc,
giai đoạn tạo quặng đầu thuộc kiểu nguồn gốc thạch anh - cassiterit, có
nhiệt độ thành tạo: 500o - 315oC. Giai đoạn tạo quặng sau thuộc kiểu sulfur -

9


cassiterit, có nhiệt độ thành tạo: 390o - 180oC, đặc trƣng cho giai đoạn tạo quặng
nhiệt dịch, nhiệt độ cao - trung bình. [8].
2.2.3. Tì

ì

ê cứu

t

c

c su

c

Mỏ đƣợc phát hiện trong công tác lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 của Lê
Duy Bách (1969) [2]; sau đó, mỏ thiếc Suối Bắc đƣợc Đinh Minh Mộng tìm kiếm
chi tiết hơn khi lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 (1979). Đinh Minh Mộng đã mô tả
các phân vị địa tầng có mặt trong vùng, đặc biệt địa tầng chứa quặng đƣợc trình bày
chi tiết hơn. Quặng thiếc nằm trọn trong hệ tầng Sông Cả (O3 - S1 sc). Hệ tầng đƣợc
chia làm hai phụ hệ tầng với các đá lộ ra gồm đá phiến thạch anh - sericit - graphit,

đá phiến phillit, đá phiến thạch anh - biotit, đá phiến thạch anh 2 mica xen kẹp các
lớp mỏng cát kết dạng quaczit. Về kiến tạo, tác giả đã trình bày tóm tắt các đơn vị
kiến tạo và hoạt động đứt gãy có liên quan tới tạo quặng nội sinh trong vùng. Hệ
thống đứt gãy theo phƣơng đông bắc - tây nam và hệ thống đứt gãy, khe nứt, đới
dập vỡ theo phƣơng á kinh tuyến và tây bắc - đông nam [7].
Tiếp theo, mỏ thiếc Suối Bắc đƣợc Nguyễn Khắc Thứ tìm kiếm sơ bộ tỷ lệ
1:10.000 (1982) [11], Lê Minh Tiêu (1994) [12] và Trần Quang Hòa (2005) tìm
kiếm chi tiết. Trần Quang Hòa chỉ ra trữ lƣợng thiếc đạt 2065 tấn, các mỏ Suối Bắc
và Suối Mai đã đƣợc thăm dò cho thấy chúng có quy mô công nghiệp. Cấu trúc của
các mỏ Suối Bắc và Suối Mai là 2 nếp lõm khá hoàn chỉnh, cấu tạo từ đá phiến
thạch anh - sericit - graphit thuộc phần giữa của hệ tầng Sông Cả (O3 - S1 sc2), chứa
hai thân quặng thiếc gốc dạng giả tầng. Thân quặng dạng mạch, đới mạch, ổ và thấu
kính biến đổi phức tạp. Thành phần khoáng vật quặng gồm: cassiterit, pyrit,
arsenopyrit, ngoài ra còn có chalcopyrit, bismuth, rutil, vàng

, thuộc thành hệ

thạch anh - cassiterit, có nguồn gốc nhiệt dịch, nhiệt độ cao . Đặc điểm địa chất của
hai thân quặng cũng đƣợc miêu tả chi tiết:
- Thân quặng số 1: Thân quặng nằm trong đới khoáng hóa Bù Đan Toong,
đây là thân quặng chính của mỏ, có chiều dài khoảng 1800m. Chiều dày trung bình
2,17m, hàm lƣợng thiếc trung hình 0,45% Sn. Thân quặng có dạng hình vòng cung

10


ôm lấy dãy núi cao Bù Đan Toong, cắm thoải, cánh phía tây cắm 15 - 200, cánh phía
đông cắm 20 - 250 .Trữ lƣợng đạt cấp TL 111= 4634,24 tấn Sn, TN 334a= 11256,37
tấn, tổng cộng TL 111 + TN 334a= 15890,61 tấn Sn. Trữ lƣợng thân quặng I chiếm
tỷ lệ > 90% của khu mỏ.

- Thân quặng số 2: Thân quặng số 2 nằm trong đới khoáng hóa suối Mai.
Thân quặng lộ ra ở sƣờn phía đông dãy núi cao (kẹp giữa suối Bắc và suối Mai)
theo phƣơng á kinh tuyến cắm về phía tây với góc dốc 20 - 25°. Tính chung cho
toàn thân quặng thì chiều dày và hàm lƣợng trung bình đạt 1,3m và 0,44% [3].
Gần đây, khi nghiên cứu về đặc điểm khoáng vật và điều kiện thành tạo
quặng của mỏ thiếc gốc Suối Bắc, Nguyễn Văn Tơn cũng đã mô tả một số khoáng
vật quặng (cassiterit, pyrit, arsenopyrit, magnetit và chalcopyrit) bằng phƣơng pháp
khoáng tƣớng và sử dụng phƣơng pháp EPMA để phân tích thành phần hóa học của
các nguyên tố chính trong một số khoáng vật quặng. Đặc điểm tiêu hình của khoáng
vật quặng cũng nhƣ đặc điểm của nguyên tố tạp chất chƣa đƣợc đề cấp đến. Về
phần nhiệt độ thành tạo quặng, tác giả đã nêu lên nhiệt độ thành tạo quặng của mỏ
thiếc Suối Bắc dựa vào nghiên cứu bao thể của Hoàng Sao (2008) [13].
Có thể nói, việc nghiên cứu quặng thiếc ở mỏ thiếc gốc Suối Bắc mới chỉ
dừng lại ở công tác thăm dò, đánh giá trữ lƣợng và một số chuyên đề nghiên cứu
đặc điểm khoáng hóa. Chƣa có nghiên cứu chi tiết về đặc điểm tiêu hình của khoáng
vật quặng, nguyên tố tạp chất, từ đó có thể phát hiện các hợp phần có ích nhằm
nâng cao giá trị mỏ. Nhiệt độ thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc cũng đã đƣợc nghiên cứu
bằng phƣơng pháp bao thể. Trong khuôn khổ luận văn này, học viên sẽ sử dụng
phƣơng pháp địa nhiệt kế arsenopyrit để củng cố hơn về điều kiện thành tạo, nguồn
gốc mỏ. Góp phần định hƣớng cho việc tìm kiếm những mỏ tiếp theo.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Với mục tiêu nghiên cứu các đặc điểm của khoáng vật quặng, nguồn gốc và
điều kiện thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp các phƣơng pháp nghiên
cứu chủ đạo đƣợc sử dụng gồm:

11


2.3.1. N

ê cứu t ực

a

Học viên tiến hành nghiên cứu chi tiết một số khu vực đang khai thác của mỏ
hoặc biểu hiện khoáng hóa thiếc nhằm tận mắt quan sát cụ thể các điểm lộ, các dạng
địa hình, các dạng đá lộ ra, các biểu hiện khoáng hóa, biến đổi xung quanh thân
quặng, mạng lƣới thủy văn, lớp phủ thực vật,

. Quan sát đặc điểm phân bố của

khoáng vật quặng trong thân quặng, trong các đới biến đổi gần quặng. Sau đó lấy
mẫu quặng nguyên khai ở những moong khai thác hoặc ở điểm có biểu hiện khoáng
hóa, tinh quặng và đuôi thải của Công ty KLM Nghệ Tĩnh (Công ty đang khai thác
mỏ Suối Bắc) để tiến hành phân tích cụ thể trong phòng thí nghiệm. Chi tiết về số
hiệu và vị trí lấy mẫu đƣợc thể hiện trong bảng 2.1.

Hình 2.1. Lò khai thác (A) và quặng gốc (B) Mỏ Cty KLM Nghệ Tĩnh

12


Chƣơng IV.
NGUỒN GỐC ĐIỀU KI N THÀNH TẠO CỦA MỎ THIẾC SUỐI BẮC
KHU VỰC QUỲ HỢP
Nguồn gốc, điều kiện thành tạo của 1 thành tạo địa chất bao gồm điều kiện
hóa lý (nhiệt độ, áp suất,

) và điều kiện địa chất. Luận văn xác định 1 trong các

điều kiện thành tạo quan trọng là nhiệt độ nhằm góp phần làm sáng tỏ quá trình hình
thành mỏ thiếc Suối Bắc. Luận văn cũng dựa vào nhiệt độ thành tạo quặng ở mỏ
Suối Bắc, kết hợp với một số đặc điểm tiêu hình của cassiterit, đặc điểm về tổ hợp
cộng sinh khoáng vật, cấu trúc, kiến tạo quặng,... để luận giải nguồn gốc mỏ thiếc
Suối Bắc.
4.1. Xác định điều kiện thành tạo mỏ thiếc Suối Bắc khu vực Quỳ Hợp.
Việc nghiên cứu, xác định nhiệt độ thành tạo quặng hóa có nhiều phƣơng
pháp để xác định. Với những kết quả nghiên cứu ở chƣơng III, arsenopyrit ở mỏ
thiếc Suối Bắc cộng sinh cùng với cassiterit, pyrit và chalcopyrit hoàn toàn có đủ
điều kiện để sử dụng tính toán nhiệt độ thành tạo cho mỏ thiếc. Vì vậy, học viên
lựa chọn sử dụng nhiệt kế arsenopyrit để tính toán nhiệt độ cho đối tƣợng nghiên
cứu của mình.
4.1.1. ơ sở lý t uy t

a

t

arse

pyr t.

Arsenopyrit, FeAs1±xS1±x, là một khoáng vật thuộc nhóm sufur, có khả năng
chịu nhiệt độ cao nhất trong các sunfua thông thƣờng vàcó tỷ lệ As/S dao động
trong khoảng rộng. Với những đặc điểm này arsenopyrit đƣợc coi nhƣ làcông cụ địa
hóa tiềm năng hữu ích cho việc xác định điều kiện hình thành của nó. Clark (1960a)
nhận thức đƣợc sự hữu dụng của một địa nhiệt kế nhƣ vậy, ông đã xác định mối
quan hệ pha chi tiết trong hệ Fe - As - S ngƣng tụ giữa 400 và 750oC và áp suất 2,07
kbar. Các kết quả nghiên cứu của ông đƣợc áp dụng rộng rãi cho việc ƣớc tính nhiệt
độ hình thành hoặc biến chất quặng [18].

39


Nối tiếp nghiên cứu của Clark, năm 1976, Ulrich Kretschmar và S. D. Scott đã
làm các thí nghiệm để nghiên cứu về mối quan hệ pha của arsenopyrit trong hệ
thống Fe - As - S. Các thí nghiệm đƣợc chia là hai phần:
- Phần đầu là thí nghiệm tái kết tinh ở trạng thái cứng trong hệ Fe - As - S,
đƣợc thực hiện bằng cách sấy khô, eutectic, chất khử tạp chất halogen để tăng tốc
độ tốc độ phản ứng. Kết quả, tại 300oC phạm vi thành phần của arsenopyrit kéo dài
từ dƣới 30% nguyên tử AS trong trạng thái cân bằng với pyrit và asen đến khoảng
33.5% nguyên tử As ở trạng thái cân bằng với pyrrhotit và loellingit. Tại 700oC
arsenopyrit chứa khoảng 38,5% nguyên tử As không phân biệt các tập hợp mà trong
đó nó đƣợc tổng hợp. Khi phân tích EPMA cho thấy tinh thể arsenopyrit tổng hợp
đƣợc cùng tồn tại với pyrotin, pyrit hoặc pyrit + pyrotin thƣờng đƣợc khoanh vùng
với một trung tâm phong phú S và một vành giàu As. Điều này đƣợc giải thích là do
phản ánh sự mất cân bằng cục bộ trong quá trình tăng trƣởng, arsenopyrit không dễ
dàng tái cân bằng trong làm nguội và thành phần của nó phản ánh nhiệt độ hình
thành của nó.
- Phần thứ hai của nghiên cứu là kiểm tra chi tiết biến đổi thành phần của
arsenopyrit tự nhiên từ một số lƣợng lớn mẫu để kiểm tra xem biến đổi thành phần
này có phù hợp với kết quả thực nghiệm hay không bằng EPMA. Kết quả những
mẫu arsenopyrite không đồng nhất và % trọng lƣợng của tổng Co, Ni và Sb lớn hơn
1 là không phù hợp.
Cuối cùng, Ulrich Kretschmar và S. D. Scott đƣa ra kết luận arsenopyrit thỏa
mãn điều kiện đồng nhất và có tổng % trọng lƣợng của Co, Ni, Sb nhỏ hơn 1 có thể
sử dụng làm địa nhiệt kế, có thể ƣớc tính nhiệt độ hình thành hoặc biến chất mỏ
thông qua biểu đồ T - X [26] (Hình 4.1).
Kết quả nghiên cứu của Ulrich Kretschmar và S. D. Scott, đã đƣợc nhiều nhà
địa chất công nhận và áp dụng. Khi nghiên cứu khoáng hoá trong các mỏ thiếc volfram, Cordillera Real, Bolivia, Arsenopyrit hình thành trong giai đoạn đầu của

sự khoáng hóa, và đƣợc kết hợp với pyrotin trong tất cả các mẫu và loellingit trong

40


mẫu ARA - 107. Nhiệt độ thu đƣợc tƣơng ứng với áp suất 1,0 kbar là 450 - 530 oC
cho giai đoạn đầu của sự khoáng hóa [22].
Gần đây, năm 2013, một số nhà địa chất ngƣời Pháp đã nghiên cứu lắng
đọng skarn Trepca Pb - Zn - Ag (29 Mt quặng 3,45% Pb, 2,30% Zn và 80 g/t Ag)
nằm trong khối Kopaonik của vùng tây Vardar, Kosovo. Các tổ hợp khoáng vật ở
đây bao gồm ilvait, magnetit, arsenopyrit, pyrotin, marcasit, pyrit, thạch anh, và
cacbonat khác nhau. Các tác giả cũng áp dụng địa nhiệt kế arsenopyrit (arsenopyrit
có thành phần 33,1% at Fe; 30,9% at As; 36,0% at S và cùng tồn tại với pyrit) để
xác định khoảng nhiệt thành tạo quặng từ 350°C và 380°C và hệ số hoạt động lƣu
huỳnh giữa 10 - 8,8 và 10 - 7,2 bar [24].

Hình 4.1. Biến đổi nhiệt độ dựa trên hàm lƣợng As trong
Arsenopyrit theo Kretschmar và Scott 1976

41


4.1.2. X c

t ột

t

t

c u

c

u vực Quỳ Hợp

Với cơ sở lý thuyết nhƣ trên, học viên nhận thấy arsenopyrit của mỏ thiếc
Suối Bắc hoàn toàn có đủ tiêu chuẩn làm một địa nhiệt kế, giúp ƣớc tính nhiệt độ
thành tạo của mỏ thiếc. Từ bảng kết quả phân tích phần trăm trọng lƣợng của các
nguyên tố trong mẫu arsenopyrit đồng nhất (Wt%) (Bảng 3.6) chỉ ra arsenopyrit ở
khu mỏ không chứa Co, Ni và Sb .
Bảng 4.1. Thành phần hóa học các nguyên tố chính của khoáng vật arsenopyrit
(tính theo giá trị trung bình các điểm đo (N) cho 1 khoáng vật)
Wt%
STT

Số hiệu mẫu

N

Fe

As

At%
S

Tổng

Fe

As

S

1

T22 - 43 - 2 - 1

4

33,76 44,46 20,79 99,11

32,74

32,14 35,12

2

T22 - 43 - 2 - 2

9

33,56 44,62 20,36

98,6

32,81

32,52 34,67

3

T22 - 46 - 2 - 1(2)

1

33,58 44,13 21,06 98,77

32,55

31,89 35,56

4

T22 - 46 - 2 - 1 - 1(4)

1

33,93

20,79 99,83

32,7

32,4

5

T22 - 46 - 2 - 2

7

33,44 44,74 20,52 98,73

32,61

32,53 34,86

6

T22 - 46 - 2 - 2 - 1

6

33,9

44,62 20,98 99,55

32,69

32,07 35,24

7

T22 - 46 - 3

6

34,07 44,52 21,08 99,68

32,77

31,92 35,32

8

T22 - 46 - 2 - 4b

2

33,47 44,12 20,75 98,37

32,65

32,09 35,26

45,1

Trung bình

34,9

32,2

Từ % trọng lƣợng As, học viên tính toán ra % nguyên tử As (At%) trung
bình là 32,2 % (Bảng 4.1). Theo kết quả nghiên cứu chƣơng III, arsenopyrit cộng
sinh với pyrit. Áp dụng biểu đồ T - X của Kretschmar và Scott 1976, với hàm lƣợng
32,2% at trong trƣờng pyrit, xác định đƣợc nhiệt độ thành tạo quặng tại mỏ Suối
Bắc là khoảng 430oC (Hình 4.2).

42