VỀ SỰ PHÂN LOẠI CÁC TỤ KHOÁNG THIẾC VÀ PHƯƠNG HƯỚNG TÌM KIẾM CHÚNG THEO QUAN ĐIỂM KIẾN TẠO MẢNG

LÊ NHƯ LAI

Tổng hội Địa chất Việt Nam, 6 Phạm Ngũ Lão, Hà Nội

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu bảng phân loại của các nhà địa chất nổi tiếng như X.X. Smirnov và K.F.G. Hosking cho thấy rằng dù có những sự khác biệt, nhưng về cơ bản các tác giả của chúng đã nêu ra được các thành hệ và kiểu tụ khoáng cơ bản của quặng thiếc. Tuy nhiên, tác giả bài báo này cho rằng các nhà địa chất nói trên mới chú ý đến quặng thiếc liên quan với đá xâm nhập magma axit, mà chưa chú ý đến mối liên quan của chúng với các thể phun trào của magma này với các kiểu tụ khoáng điển hình là xâm tán, dạng tầng, thấu kính; đồng thời cho rằng việc xếp cassiterit tàn dư vào nhóm tụ khoáng sa khoáng có thể là không hợp lý. Bài báo cũng nêu lên những cấu trúc cơ bản theo kiến tạo mảng và bước đầu chỉ ra phương hương tìm kiếm quặng thiếc theo thuyết này.

I. VỀ VIỆC PHÂN LOẠI TỤ KHOÁNG THIẾC

Việc phân loại các tụ khoáng thiếc cũng như các tụ khoáng nhiệt dịch khác đã được nhiều tác giả bàn đến. Trong số những tác giả đó, X.X. Smirnov [6] và K.F.G. Hosking [2] đã đưa ra những bảng phân loại có thể xem là kinh điển.

1. Bảng phân loại của X.X. Smirnov

Bảng phân loại các tụ khoáng thiếc nói riêng, và các tụ khoáng khoáng nói chung, của Smirnov [6] đã được nhiều nhà địa chất đánh giá rất cao và được nhiều người sử dụng như là tài liệu giáo khoa giảng dạy đại học. Với quan niệm "thành hệ tụ khoáng" là một tập hợp các tụ khoáng gần gũi về thành phần khoáng vật, cấu trúc quặng, hình thái và nguồn gốc, Smirnov và đồng nghiệp của ông đã đưa ra các thành hệ tụ khoáng thiếc sau đây:

a. Thành hệ pegmatit: Thành hệ pegmatit với 3 kiểu tụ khoáng điển hình là: kiểu tụ khoáng thạch anh-microclin, kiểu tụ khoáng spođumen và kiểu tụ khoáng greisen. Chúng được thành tạo ở nhiệt độ cao nhất của quặng hoá thiếc, chiếm vị trí không gian tiếp xúc trong hoặc tiếp xúc ngoài của thể xâm nhập axit (granitoiđ), nằm ở độ sâu trung bình với những ổ quặng hoá giàu thiếc. Kích thước lớn nhất của các thể mang quặng này khoảng 3-4 m, nhưng hàm lượng thân quặng không vượt quá 0,1 % Sn. Các thân pegmatit chứa thiếc có hình dạng rất khác nhau, thường là dạng mạch, mạng mạch, dạng ống, dạng dị ly thể, dạng tường, nằm dọc theo các đới phá huỷ, đặc biệt ở đới tiếp xúc ngoài với thể xâm nhập axit. Các thân pegmatit chứa nhiều quặng nằm ở độ sâu dưới 40 m thường bị dập vỡ và khi lộ ra trên mặt trở thành nguồn cung cấp vật liệu quan trọng cho các tụ khoáng thiếc sa khoáng.

b. Thành hệ tụ khoáng thiếc cassiterit-thạch anh với các kiểu tụ khoáng quan trọng là topaz - thạch anh, felspat - thạch anh và thạch anh: Thành hệ tụ khoáng này đặc trưng bởi các mạch thạch anh nhiệt dịch có nguồn gốc liên quan với các thể magma xâm nhập axit hoặc magma có độ axit cao. Chúng có thể nằm xa khối đá mẹ, hàm lượng trung bình của các mạch quặng công nghiệp chỉ khoảng 0,4-1 % Sn. Đáng lưu ý là mạch quặng thuộc các kiểu này càng mỏng, càng ngắn thì lại càng giàu thiếc.

c. Thành hệ tụ khoáng cassiterit-sulfur: Thành hệ này liên quan đến các đá granit hoặc granođiorit, thường đi kèm với các khoáng vật giàu sắt và các sulfur chì-kẽm. Thân quặng chủ yếu dạng ổ, bướu hoặc mạng mạch. Hàm lượng thiếc trung bình của thành hệ này tương đối cao, có khi tới 1 %. Các mạch quặng hoá thiếc thuộc thành hệ tụ khoáng cassiterit-sulfur là đối tượng chính trong khai thác thiếc gốc ở nhiều nước trên thế giới. Chúng có trữ lượng lớn, có khi đến hàng triệu tấn quặng, hàng trăm ngàn tấn kim loại thiếc.

Ngoài các loại thành hệ tụ khoáng thiếc nguyên sinh nói trên Smirnov cũng rất quan tâm đến thiếc sa khoáng. Bởi vì theo ông, có tới 65 % sản lượng thiếc trên thế giới được khai thác từ sa khoáng (eluvi, đeluvi, aluvi, ...).

2. Bảng phân loại của K.F.G. Hosking

K.F.G. Hosking năm 1984 đã trình bày bảng phân loại các tụ khoáng thiếc với 13 nhóm chính sau đây [2]:

Nhóm 1. Quặng thiếc xâm tán: Thuộc về nhóm này là cassiterit đồng sinh liên quan với đá vây quanh và ở trong một số đá granitoiđ nhất định. Khi magma granitoiđ nguội lạnh, đông cứng, nếu không xuất hiện các hệ thống khe nứt, khoáng hoá cassiterit sẽ xâm tán vào trong các thể đá mẹ và đá vây quanh. Quặng cassiterit xâm tán trong đá granit ở Odegi (Nigeria) là một ví dụ của loại này. Ở đây, cassiterit đi với thạch anh lưỡng tháp và thorit, thường xen với columbit trong granitoiđ porphyr. Thuộc về loại này có thể kể đến các tụ khoáng thiếc trong khối Bobbejaankop thuộc trường quặng thiếc ở Potgeitersrus (Nam Phi) hoặc trong nhiều khối granit hạt mịn ở Malaysia.

Nhóm 2. Pegmatit/aplit: Tụ khoáng thiếc thuộc nhóm này liên quan với đá mạch (pegmatit hoặc aplit) có thành phần granitoiđ, đặc biệt là loại hạt nhỏ hoặc hạt mịn có giá trị kinh tế rất cao. Các pegmatit chứa thiếc thuộc nhóm này có thể có hoặc không có tính phân đới.

Nhóm 3. Skarn: Thuộc nhóm skarn hoặc biến chất trao đổi là các thân khoáng chứa cassiterit nằm ở phạm vi tiếp xúc giữa đá giàu calci-magnesi với granitoiđ, đặc biệt là giữa đá vôi và granitoiđ. Thân khoáng thường có tính phân đới.

Nhóm 4. Dăm kết chứa cassiterit: Đây là loại khoáng hoá thiếc nằm trong dăm kết nhiệt dịch, gồm 2 kiểu phun nổ và dăm kết sụp đổ, liên quan với hiện tượng propylit hoá, sericit hoá, argilit hoá và silic hoá.

Nhóm 5. Nhóm tụ khoáng greisen hoá hay albit hoá: Tụ khoáng greisen thường được phân làm 2 loại, dựa vào sự xuất hiện của hiện tượng greisen hoá là nội greisen (xảy ra bên trong khối granitoiđ) và ngoại greisen (xảy ra ở đá vây quanh thể granitoiđ liên quan). Sản phẩm chính của greisen là sericit, chúng là sản phẩm biến đổi của felspat và biotit. Đến nay đã có rất nhiều tài liệu nói về khoáng hoá thiếc thuộc nhóm này.

Nhóm 6. Các mạch quặng thiếc không tinh khiết (stanit): Thường là các mạch thạch anh - tourmalin chứa thiếc xuất hiện ở rìa hoặc ở trong đới tiếp xúc với các mạch quặng chính.

Nhóm 7. Các mạch quặng kiểu Cornwall: Các mạch quặng thiếc ở vùng Cornwall (Anh) về không gian và nguồn gốc liên quan với xâm nhập batholit đa pha tuổi Carbon- Permi. Các mạch quặng thiếc thuộc nhóm này có nơi kéo dài vài trăm kilomét, khoáng hoá đạt đến độ sâu 1 km hoặc sâu hơn; bề rộng mạch có khi tới 15 m. Sự phát triển khoáng hoá liên quan với hiện tượng các dung dịch khoáng luôn biến đổi theo thời gian và xuyên vào các đứt gãy mở. Các thân quặng dạng ống, dạng tường của nhóm này thường có tính phân đới. Đới dưới là đới thâm sinh (hypogenic zone) hay đới có nguồn gốc sâu với các lớp (đới) lần lượt từ dưới lên là lớp cassiterit, lớp hỗn hợp Sn/Cu và lớp sulfur nguyên sinh. Đới trên là đới biểu sinh (supergene zone), từ dưới lên gồm các lớp (đới) sulfur thứ sinh, lớp kim loại, oxit, muối oxit đồng và trên cùng là lớp gozzan (thạch anh - cassiterit và oxit sắt).

Nhóm 8. Các tụ khoáng thay thế (biến chất trao đổi): Hosking cho rằng các tụ khoáng thuộc nhóm này không thể sắp xếp thoả đáng vào các nhóm khác. Thuộc nhóm này là các thân quặng thay thế quy mô nhỏ và vừa, thường được gọi theo từ địa phương vùng Cornwall là ''carbona''. Đó là những thể granit biến đổi mạnh, chứa thiếc, có hình dạng không đều đặn, lộ ra ở phần cuối bán đảo Cornwall.

Nhóm 9. Các tụ khoáng phức khoáng viễn nhiệt (nhiệt dịch hoặc á núi lửa) phân bố rộng: Các tụ khoáng á núi lửa chứa thiếc thuộc nhóm này, ví dụ như các tụ khoáng ở Trung và Nam Bolivia. Chúng có giá trị kinh tế rất lớn. Cassiterit nằm trong các mạch hoặc mạng mạch có nhiều nhánh ở trong hoặc bao quanh các đá phun trào trung tính có tuổi Đệ tam muộn.

Ở Malaysia gặp một số tụ khoáng thiếc viễn nhiệt, trong đó đáng chú ý là tụ khoáng thiếc dạng mạch ở Kelantan trong tập hợp các đá phiến, đá vôi, phyllit và đá phun trào axit bị biến chất, tuf và các thể tường porphyr thạch anh đều có tuổi Permi, nằm cách xa khối granit tới 9 km.

Nhóm 10. Các tụ khoáng kiểu Mexico (nhiệt dịch nhiệt độ thấp hoặc lỗ phun khí): Thuộc nhóm tụ khoáng này là các tụ khoáng ở Mexico, Bolivia, Argentina, Nevada, New Mexico (Mỹ) và miền Đông nước Nga. Nhiều nhà địa chất cho rằng, có lẽ thiếc dạng gỗ, một loại cassiterit dạng thận có cấu trúc đồng tâm với các sợi toả tia trông như gỗ khô, gặp trong sa khoáng vàng ở Alaska có lẽ có nguồn gốc từ kiểu tụ khoáng này.

Nhóm 11. Các tụ khoáng sulfur dạng khối và các tụ khoáng oxit sắt dạng khối chứa thiếc: Thuộc nhóm tụ khoáng này có thể kể đến các tụ khoáng thiếc của đai thiếc phía đông của Đông Nam Á, đặc biệt là tụ khoáng thiếc Trengganu và Belitreng (Thái Lan). Tại đây, có một số tụ khoáng oxit sắt chứa thiếc riêng biệt, tuy nhiên, đặc trưng khoáng vật học của một số tụ khoáng loại này cũng như về mặt hình thái và bối cảnh địa chất lại có thể nghĩ đến chúng thuộc loại tụ khoáng skarn hoặc tụ khoáng thay thế trao đổi.

Nhóm 12. Các tụ khoáng trầm tích chứa thiếc ''cổ'': Nhóm tụ khoáng này gồm các tụ khoáng thiếc sa khoáng cổ, ví dụ như tụ khoáng thiếc sa khoáng cổ ở Nam Gvias (Brasil). Lớp chứa cassiterit là đá phiến dày từ 0,1 đến 1 m, xen trong tầng đá phiến muscovit giàu cát sáng màu. Cassiterit là những hạt nhỏ nằm ở dạng xâm tán trong đá phiến.

Nhóm 13. Các tụ khoáng sa khoáng hiện đại: Sa khoáng hiện đại là nguồn cung cấp thiếc quan trọng nhất hiện nay. Chúng có thể là tàn dư tại chỗ (residual), tàn tích, lở tích hoặc bồi tích, v.v...

II. VÀI Ý KIẾN VỀ VIỆC PHÂN LOẠI CÁC TỤ KHOÁNG THIẾC HIỆN NAY

X.X. Smirnov cũng như K.F.G. Hosking đã phân chia ra nhiều loại (kiểu) tụ khoáng thiếc khác nhau. Giữa các bảng phân loại của Smirnov và Hosking cũng có những nét tương đồng. Tất cả các tụ khoáng thiếc nội sinh đều được hai tác giả này, về cơ bản, phân chia theo các giai đoạn phát triển của magma axit, đó là: các loại tụ khoáng thiếc với khoáng hoá thiếc xâm tán trong granitoiđ hạt nhỏ; các loại tụ khoáng thiếc liên quan với giai đoạn khí hoá (pegmatit, aplit, skarn) và các loại tụ khoáng thiếc liên quan với giai đoạn nhiệt dịch. Ở đây, cần nhấn mạnh rằng, cả hai tác giả nói trên mới chỉ chú ý tới các tụ khoáng thiếc liên quan với magma axit ở thể xâm nhập (granitoiđ). Trong thực tế, nhiều công trình nghiên cứu gần đây cho thấy khoáng hoá cassiterit không chỉ có liên quan như vậy, mà còn liên quan mật thiết với các đá phun trào axit hoặc trung tính-axit. Những tụ khoáng như vậy đã được nhiều nhà địa chất trình bày, đặc biệt là ở Hội thảo quốc tế về Địa chất các tụ khoáng thiếc ở Nam Ninh (Trung Quốc, 1984) [3].

Theo nghiên cứu của tác giả bài báo này thì ở Trung Lào có những tụ khoáng thiếc lớn, phân bố rộng, hàm lượng tương đối cao, đang được một số công ty khai thác. Cassiterit ở đây xâm tán trong đá phun trào axit như ryolit, ryolit porphyr, có nơi tạo thành ổ, thấu kính, dạng tầng (stratiform), rất hiếm khi thấy ở dạng mạng mạch. Các đường đẳng trị hàm lượng Sn vẽ trong các mặt cắt địa chất cho thấy các thân quặng thiếc có thế nằm phù hợp với thế nằm của đá chứa chúng. Đáng chú ý là đá phun trào axit ở khu vực này phủ không chỉnh hợp trên các đá cổ hơn và nhiều nơi chúng bị phong hoá mạnh trở thành đới phong hoá tại chỗ, tạo nên kiểu tụ khoáng tàn dư. Bản chất của kiểu tụ khoáng thiếc ở đây là cassiterit xâm tán, hoặc ở dạng tầng, chủ yếu liên quan với đá phun trào axit, được tạo thành vào giai đoạn khí hoá - nhiệt dịch - phun trào, và sau đó nhiều vùng bị phong hoá tại chỗ, trở thành tụ khoáng phong hoá tàn dư. Hosking xếp tụ khoáng tàn dư vào kiểu tụ khoáng sa khoáng hiện đại [2]. Tuy nhiên, theo chúng tôi, quá trình thành tạo tụ khoáng phong hoá tàn dư (tại chỗ) khác hẳn với quá trình hình thành các tụ khoáng sa khoáng, vì vậy nên bổ sung kiểu này là kiểu tụ khoáng phong hóa tàn dư vào bảng phân loại các tụ khoáng thiếc và tách chúng ra khỏi nhóm tụ khoáng sa khoáng.

III. SỰ PHÂN LOẠI TỤ KHOÁNG THIẾC THEO QUAN ĐIỂM KIẾN TẠO MẢNG

Có thể nhận xét rằng, các tác giả phân loại các tụ khoáng thiếc hiện nay mới chỉ dựa vào nguồn gốc của quặng (liên quan với magma axit) mà chưa chú ý đến bối cảnh địa chất kiến tạo liên quan với quá trình tạo thành chúng.

Trong những năm gần đây, kiến tạo mảng đã trở thành học thuyết giải thích được nhiều vấn đề địa chất một cách hợp lý hơn, nhưng việc vận dụng chúng để giải quyết vấn đề phân loại tụ khoáng, đặc biệt là các tụ khoáng nội sinh cũng chưa được nhiều nhà địa chất quan tâm. Quan hệ va chạm quan trọng nhất trong kiến tạo mảng là quan hệ KO [4].

Trường hợp cấu trúc KO là trường hợp va chạm giữa mảng có kiểu vỏ lục địa và mảng có kiểu vỏ đại dương, trong đó mảng có kiểu vỏ đại dương bị hút xuống dưới mảng có kiểu lục địa, hình thành đới hút chìm (đới Benioff). Ở mặt cắt kiến tạo mảng điển hình trong quan hệ KO, từ phía lục địa về phía đại dương có các cấu trúc lần lượt là lục địa: khe cung-vực (arc-trench gap) gồm vực biển (trench) với cấu trúc lăng trụ bồi kết (accretionary prism). Trũng hoặc bể trước cung (fore-arc basin); cung rìa lục địa (continental margin arc) gọi tắt là cung (arc) và vùng sau cung (arc-rear area). Cấu trúc điển hình ở vùng sau cung là bể cung lùi tiền duyên (retroarc foreland basin). Giữa cấu trúc cung và cấu trúc vùng sau cung thường gặp đai uốn nếp đứt gãy nghịch (fold-thrust belt) [1].

Trong quan hệ cấu trúc OIK [4] thì sau cấu trúc khe cung-vực là bể nội cung (intra-arc basin) tiếp theo là bể sau cung hoạt động (active back-arc basin), và cung tàn dư (remnant arc), rồi đến bể sau cung không hoạt động (inactive back-arc basin) [1].

Kết quả nghiên cứu sinh khoáng theo quan điểm kiến tạo mảng cho thấy khoáng hoá thiếc liên quan với các cấu trúc sau đây:

1. Cấu trúc điểm nóng nội lục (intra-continental hot spot)

Khoáng hoá Sn đi với F, Nb liên quan với các thể xâm nhập granit hoặc granit kiềm có nguồn gốc từ manti và thành tạo trong vỏ lục địa của các cấu trúc nội mảng.

2. Cấu trúc rift phôi thai (aborted rift zone)

Trong cấu trúc này khoáng hoá thiếc đi với F, Nb và có thể đi kèm với đới khoáng hoá Pb-Zn-Ag hoặc đới khoáng hoá carbonatit-Nb-P₂O₃-Ba-Fe và kim loại hiếm liên quan với magma granit, magma chưa (dưới) bão hoà kiềm.

3. Cấu trúc đai (cung) magma trong đới chờm mảng

Tại đây, khoáng hoá thiếc thường đi với wolfram tạo thành đới sinh khoáng Sn-W song hành với đới sinh khoáng Cu-Fe, đới sinh khoáng Cr dạng thấu kính dẹt (podiform), đới sinh khoáng Cu, Mo, Hg liên quan với đá phun trào porphyr.

4. Cấu trúc đới va chạm lục địa - lục địa (KK) [4]

Trong cấu trúc này khoáng hoá Sn đi với W và F liên quan với magma axit xuất hiện ở mảng chờm.

5. Cấu trúc lục địa kế cận với biển rìa nằm sau cung ngoài và cung magma

Khoáng hoá thiếc đi với W, Bi, Mo, F liên quan với các thể magma axit.

IV. PHƯƠNG HƯỚNG TÌM KIẾM THIẾC THEO QUAN ĐIỂM KIẾN TẠO MẢNG

Như chúng ta đã biết, thiếc là kim loại mềm, màu trắng bạc, tỷ trọng 7,3, nóng chảy ở khoảng 232^oC, sôi ở 2430^oC. Thiếc tồn tại dưới dạng khoáng vật; có tới 17 khoáng vật chứa thiếc thuộc các nhóm oxit, sulfostanat, sulfur, silicat, borat và niobat. Khoáng vật quan trọng nhất của thiếc là cassiterit (SnO₂) chứa 69-78 % Sn, stanit (Cu₂FeSnS₄) chứa 19-24 % Sn, tilit (PbSnS₂) chứa 30,4 % Sn, cylinđrit (Pb₃Sn₄Sb₂S₁₄) chứa khoảng 25,12 % Sn, franckeit (Pb₃Sn₄Sb₂S₁₄) chứa từ 9,5 - 17,1 % Sn. Tuy nhiên, chỉ có cassiterit và stanit là tạo thành tụ khoáng, do thiếc là nguyên tố linh động, dễ di chuyển vì bản chất hai mặt, vừa là ion dương trong muối đơn và phức, vừa là ion âm trong stanat và sulfostanat, nên dung dịch chứa thiếc có thể di chuyển đi xa lên phần trên của vỏ Trái đất. Có lẽ vì thế mà khoáng hoá thiếc liên quan với magma axit có thể đi lên phần cao nhất của vỏ Trái đất, tồn tại trong vỏ sial, hoặc đến phần nóc của thể magma liên quan với chúng. Ở dưới sâu bên dưới vỏ sial, các đá magma nghèo hoặc không có thiếc (Sn-deficient magma). Chính vì vậy, theo thuyết kiến tạo mảng, tìm kiếm thiếc cần tập trung vào các thể magma xâm nhập axit hạt nhỏ hoặc các thể phun trào axit xuất hiện ở đới mảng chờm.

Cấu trúc rìa tây của Nam Mỹ với đai khoáng hoá Sn-W-Ag-Bi có dạng vòng cung từ Peru qua Bolivia đến Argentina [5] hoặc các tụ khoáng thiếc thuộc đới va chạm giữa Ấn Độ Dương và lục địa châu Á, điển hình là đới thiếc Myanmar-Malaysia [3], là những ví dụ minh hoạ cho việc tìm kiếm thiếc ở đới mảng chờm thuộc phạm vi va chạm hội tụ các mảng.

Phạm vi rìa lục địa kế cận với các bể sau cung là đối tượng cần chú ý khi tìm kiếm thiếc. Những tụ khoáng thiếc lớn nằm trong cấu trúc này có thể thấy ở Đông Nam Trung Quốc. Ngoài ra cũng cần tìm kiếm quặng thiếc liên quan với các thể magma axit ở các cấu trúc tách giãn rift hoặc tiền rift.

VĂN LIỆU

1. Frisch W., Loeschke J., 1993. Kiến tạo mảng. Darmstadt (tiếng Đức).

2. Hosking K.F.G., 1988. The world major types of tin deposits. Trong: Geology of tin deposits, Hutchison C.S .,1988.

3. Hutchison C.S. (Ed.), 1988. Geology of tin deposits. Springer Verlag.

4. Lê Như Lai, 1983. Các phương pháp kiến tạo hiện đại và vận dụng chúng để nghiên cứu kiến tạo rìa Tây và TN Thái Bình Dương. Luận án TSKH, Freiberg, CHLB Đức.

5. Sillitoe R.H., Halls C. and Grant J.N., 1975. Porphyry tin deposits of Bolivia. Econ. Geol., 70.

6. Smirnov X.X., 1951. Đới oxy hoá các tụ khoáng sulfur. Nxb Viện HLKH Liên Xô (tiếng Nga).