Địa chất các mỏ khoáng sản ppt

Mỏ khoáng – Là một bộ phận của vỏ trái đất, nơi tập trung tự nhiên các khoáng sản do những quá trình địa chất nhất định tạo nên, về mặt số lượng, chất lượng và điều kiện kinh tế -kỹ thuậ

Theo tính chất và công dụng có thể chia khoáng sản ra làm 4 nhóm:

•Khoáng sản kim loại

•Khoáng sản không kim loại

•Khoáng sản cháy

•Các khoáng sản khác (nước, các loại khí trơ…)

Mỏ khoáng –

Là một bộ phận của vỏ trái đất, nơi tập trung tự nhiên các khoáng sản do những quá trình địa chất nhất định tạo nên, về mặt số lượng, chất lượng và điều kiện kinh tế -kỹ thuật đáp ứng yêu cầu khai thác và sử dụng trong công nghiệp.

Giá trị công nghiệp của một mỏ khoáng:

•Các nhân tố kinh tế đặc biệt của khu mỏ (đặc điểm địa lý tự nhiên, đk giao thông, nguồn năng lực, nguồn năng lượng, …).

•Nhân tố kinh tế quốc dân: Mức độ cấp bách đối với loại khoáng sản nào đó trước yêu cầu của nền kinh tế, củng cố quốc phòng ,… đôi khi đòi hỏi người ta phải khắc phục khó khăn, tập trung nghiên cứu tìm biên pháp để khai thác những mỏ mà 4 tiêu chuẩn trên có 1 số chưa đạt Chẳng hạn trữ lượng mỏ chưa đạt mức tối thiểu, hàm lượng tổ phần có ích thấp, qui trình công nghệ làm giàu phức tạp, khai thác không thuận lợi, giao thông không thuận lợi, khó khăn về cung cấp nhân công, năng lượng… Trong trường hợp này nhà nước sẽ tạo mọi điều kiện thuận như cung cấp vốn, phát triển giao thong, tập trung cán bộ, thiết bị,…để mỏ trở thành có giá trị công nghiệp Như vậy mỏ

có giá trị công nghiệp chỉ là 1 khái niệm tương đối.

 Tiêu chuẩn xác định giá trị công nghiệp của mỏ:

 Trữ lượng: là khối lượng khoáng sản (đá hoặc khoáng vật)

theo tính toán có thể thu được, lấy được từ 1 mỏ khoáng sản

 Chất lượng khoáng sản: thành phần hóa học, thành phần

khoáng vật, cấu tạo va kiến trúc khoáng sản, tính chất lý học, tính chất khả tuyển và các đặc điểm công nghệ của khoáng sản quyết định phẩm chất của chúng.

Tổ phần có ích

Tổ phần có hại

Tính chất công nghệ

◦ Hàm lượng: là tỷ lệ phần trăm của 1 tổ phần trong 1 tồ hợp.

Nói đến chất lượng của khoáng sản trước hết phải nói đến hàm lượng tối thiểu của tổ phần có ích, đồng thời hàm lượng của những chất có hại không được vượt quá giới hạn cho

phép.

Ví dụ: quặng sắt phải có hàm lượng sắt từ 20-25% trở lên; S

< 0,3%; P < 0,3%; As < 0,07%; Sn < 0,08%; Pb+Zn < 0,1%;

Cu < 0,2%.

 Điều kiện khai thác.

 Các nhân tố kinh tế đặc biệt.

 Nhân tố kinh tế quốc dân.

Cấu trúc và thành phần vỏ trái đất

 Khối lượng trái đất vào khoảng 5,98 x 1024

Thành phần Mantle (theo % khối lượng)

Thành phần vỏ trái đất

 1- Theo số liệu của

Trị số Clark của vỏ trái đất

 Magma –

 Là khối dung thể nóng lỏng có thành phần không đồng nhất, là hổn hợp của các silicate, acide silic, oxide kim loại, các chất bốc…, nhiệt độ từ 600-700 o C (magma

felsic) đến 1000-1200 o C (magma mafic), xuất hiện trong

vỏ trái đất hoặc phần trên của lớp mantle Các dung thể

ấy khi nguội lạnh sẽ tạo nên các loại đá magma khác

nhau.

Magma (định nghĩa)

 Thành phần nguyên tố của magma –

 Chủ yếu Si, O, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K, H, S, Cl, F, Br,… Nhiều tổ phần có ít chỉ chứa trong magma với 1 lượng rất nhỏ, nhưng nếu gặp điều kiện thuận lợi chúng

có thể tập trung lại tạo thành những mỏ có giá trị.

Magma (thành phần nguyên tố)

 Phân loại magma theo thành phần –

 Siêu mafic ( SiO2 < 45%).

◦ Magma felsic là do sự nóng chảy từng phần, nóng

chảy sâu hoặc do tái nóng chảy của vỏ trái đất (tuy nhiên gần đây người ta cũng nói đến nguồn gốc

mantle của magma felsic).

Người ta còn phân chia magma nguyên sinh (thành tạo

ở mantle), thứ sinh (tái nóng chảy), và đồng dung (đồng hóa các đá vây quanh trên đường đi).

Magma (nguồn gốc)

nhất, từ đó phân dị ra các loại magma mafic,

felsic.

độc lập : mafic và felsic.

Magma (nguyên nhân hình thành)

 Có thể là do nhiệt phóng xạ, do sự giảm đột ngột áp suất trong lòng đất khi hình thành các đứt gãy sâu; cũng có thể là do chế độ địa nhiệt tạo nhiệt độ lớn ở những tầng sâu.

 Có giả thiết cho rằng magma xuất hiện có tính nhất thời trong vỏ trái đất, tạo nên những bồn, những lò

có kích thước thay đổi và nằm ở độ sâu hàng nghìn mét Những lò, bồn magma đó có tính chất địa

phương không tạo thành 1 lớp (quyển) liên tục dưới

vỏ cứng Tại những độ sâu đó nhiệt độ lớn hơn

nhiệt độ nóng chảy của đá nhưng do áp suất cao nên

sự nóng chảy của đá bị cản trở Nếu như áp suất

giảm do các chuyển động kiến tạo thì dung thể

magma được hình thành.

Magma (nguyên nhân hình thành)

Magma (nguyên nhân hình thành)

Magma (khoáng vật đá magma)

silicate (tectosilicates) Các khoáng vật chính trong nhóm này bao gồm:

Magma (khoáng vật đá magma)

 Amphibole

 Amphibole minerals là inosilicates có công thức chung

XY 2 Z 5 (Si, Al, Ti) 8 O 22 (OH, F) 2

 X = ions sodium, potassium

 Y = sodium, calcium, iron (+2), lithium, manganese

(+2), aluminum, magnesium đôi khi zinc, nickel, cobalt

 Z = Iron (+3), manganese (+3), chromium (+3),

aluminum, titanium (+4), iron (+2), lithium , manganese (+2).

Magma (khoáng vật đá magma)

 Pyroxene XY(Si,Al)2O6

 X = calcium, sodium, iron +2 , magnesium đôi khi là zinc, manganese, lithium

 Y = chromium, aluminium, iron +3 , magnesium,

manganese, scandium, titanium, vanadium và iron +2

 Pyroxene được hình thành ở nhiệt độ cao và không có

sự hiện diện của nước (ít nước).

 Amphibole được hình thành ở nhiệt độ thấp hơn và có

sự hiện diện của nước.

Magma (khoáng vật đá magma)

 Olivine - (Mg, Fe)2SiO4, Magnesium Iron Silicate.

1900°C, còn fayalite có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, khoảng

1200°C Nhiệt độ nóng chảy thay đổi liên tục đối với các khoáng vật nằm giữa hai khoáng vật trên vì vậy chúng cũng có tính chất khác nhau Olivine chỉ bao gồm các nguyên tố ôxy, silic, magiê và sắt Mangan và niken thường là các nguyên tố có nhiều trong đá chứa olivine.

 Olivine còn là tên đại diện cho nhóm khoáng vật có cấu trúc tương

tự Nhóm olivine bao gồm tephroite (Mn2SiO4), monticellite

(CaMgSiO4), và kirschsteinite (CaFeSiO4).

Magma (khoáng vật đá magma)

 Muscovite KAl2AlSi3O10(OH)2

 Biotite K(Mg,Fe 2+ )3AlSi3O10(OH,F)2

Magma (nhiệt độ kết tinh)

Mỏ dung ly

 Vật chất quặng chủ yếu do quá trình phân dị dung

ly tạo nên Đó là sự tách ra của 1 bộ phận magma giàu sulfur kim loại khỏi dung thể silicate, ngay trong trạng thái lỏng Ở nhiệt độ cao dung thể

silicate có thể trộn lẫn với dung thể sulfur, khi

nhiệt độ giảm, do nguội lạnh không đồng đều, do trọng lực… hai bộ phận này mất khả năng trộn lẫn và tách khỏi nhau Do phân dị trọng lực các sulfur tập trung ở đáy khối xâm nhập Vật chất quặng có thể ít nhiều bị cải tạo, tái lắng hoặc bổ sung do

quá trình tự biến chất của magma và dung dịch

nhiệt dịch tác động về sau.

Mỏ dung ly

 Ở dưới sâu quá trình dung ly xảy ra chậm chạp, còn ở gần mặt đất quá trình dung ly xảy ra nhanh hơn Song ở dưới sâu quá trình phân dị trọng lực lại xảy ra hoàn chỉnh hơn so với điều kiện gần

mặt đất.

 Dung ly bắt đầu bằng sự tách ra các giọt sulfur

nhỏ khỏi dung thể silicate Các giọt lỏng này có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của dung thể silicate nên có

xu hướng lắng xuống Trường hợp ở gần mặt đất khối magma nguội lạnh và kết tinh nhanh, các

giọt lỏng bị giữ ở lại lưng chừng khối magma

Khi bị sức ép kiến tạo, các dung thể sulfur có thể tạo thành các thấu kính, các mạch quặng trong các khe nứt, các đới xung yếu.

Mỏ magma sớm

 Là kết quả của quá trình phân dị kết tinh của các magma siêu mafic Các khoáng vật quặng được tách ra khá sớm trong quá trình nguội lạnh của magma, tạo nên các

dị ly thể xâm tán trong đá, cộng sinh với các khoáng vật tạo đá – olivine, pyroxene

 Mỏ kim cương, mỏ chromite

Mỏ magma muộn

 Là những mỏ được thành tạo từ dung thể quặng tàn dư tách ra khỏi magma và do kết quả kết tinh của xâm nhập vào cuối giai đoạn nguội lạnh và thường tạo thành những thân quặng magma muộn lớn

 Mỏ chromite, mỏ chromite chứa platine, mỏ titan

Mỏ pegmatite

 Mỏ pegmatite là những thành tạo magma muộn có kiến trúc hạt lớn, khác với các loại đá mạch và đá xâm nhập thông

thường

 Chúng được hình thành trong giai đoạn hoàn toàn kết thúc quá trình đông cứng của các khối xâm nhập

Mỏ pegmatite

 Những thân pegmatite mang thành phần cơ bản của khối đá mẹ nhưng có kích thước nhỏ hơn và thường có cấu trúc phân đới Trong pegmatite có thể tìm thấy những khoáng vật phát triển hoàn mỹ với kích thước rất lớn.

 Các thân pegmatite có quan hệ không gian khăng khít với khối magma mẹ và thường

phân bố ở vòm các thể xâm nhập hoặc trong các lớp đá mái nằm trên và nằm rìa khối.

Mỏ pegmatite (quá trình thành tạo)

1. Dung thể magma tàn dư nhiều chất bốc

làm giảm độ quánh và hạ thấp nhiệt độ kết tinh của dung thể Dung thể kết tinh trong hệ hóa lý đóng kín

2. Dung thể tàn dư và dung dịch gây biến

chất trao đổi Gồm 2 gđ:

mẹ hoặc đá vây quanh kết tinh phân dị trong

hệ hóa lý nữa kín.

Mỏ pegmatite

dung dịch khoáng hóa khí-lỏng từ dưới sâu xuyên lên gây phản ứng trao đổi thay thế lên các sản phẩm của gđ 1 tạo thành pegmatite phức tạp

3. Dung dịch khí lỏng Khi dung dịch này

không thoát khỏi đá mẹ quá sớm thì có thể làm cho đá mẹ tái kết tinh, bị thay

thế trao đổi tạo thành pegmatite

Mỏ carbonatite

 Là những thành tạo nguồn gốc magma

gồm calcite, dolomite và các calcite khác

có liên quan về không gian và nguồn gốc với các xâm nhập phức tạp có thành

phần siêu mafic kiềm

Mỏ carbonatite (nguồn gốc)

 Giả thuyết magma: kết tinh từ dung thể

magma carbonate – do phân dị dung ly, phân dị kết tinh (thể tù đá vây quanh

thành phần siêu mafic-kiềm trong thân carbonatite)

 Giả thuyết nhiệt dịch Dung dịch nhiệt

dịch giàu H2CO3

Mỏ skarn

 Sinh thành do sự trao đổi tiếp xúc ở

nhiệt độ cao giữa đá carbonate (và ở

mức độ ít hơn, giữa đá silicate) với các xâm nhập

Mỏ nhiệt dịch

 Hình thành từ dung dịch khí – lỏng dưới

mặt đất Các khoáng chất kết đọng trong các khe nứt, các lổ hổng hoặc thay thế

các đá thuận lợi Do đó hình thái thân

quặng mỏ nhiệt dịch phụ thuộc vào hình dạng các khoảng trống trong đá vào hình dạng các đá bị thay thế

Mỏ nhiệt dịch

 Dung dịch khoáng hậu magma là dung

dịch khí, lỏng, khí – lỏng, có nhiệt độ

cao, liên quan về nguồn gốc với magma, xuất hiện sau khi magma đã kết tinh; có khả năng di chuyển trong vỏ trái đất và tham gia vào quá trình vận chuyển lắng đọng các chất khoáng

Mỏ nhiệt dịch

 Nguồn cung cấp nước:

◦ Nước magma

◦ Nước biến chất

◦ Nước chôn vùi

◦ Nước khí quyển

◦ Nước biển

 Nguồn cung cấp khoáng:

◦ Nguồn magma

◦ Nguồn ngoài từ đá vây quanh ( có thể nhầm với

vành phân tán nguyên sinh của thân khoáng

nhiệt dịch).

Phân loại địa hóa các nguyên tố

 Trong bảng tuần hoàn Mendeleev, các

nguyên tố được xếp gần nhau thường có những tính chất vật lý, hóa học và địa

hóa tương tự, thường di chuyển cùng với nhau trong vỏ trái đất và tạo thành

những tổ hợp những nguyên tố tự nhiên

 Washington chia bảng tuần hoàn ra làm

2 phần: gồm các nguyên tố tạo đá; và

gồm cac nguyên tố tạo quặng

Phân loại địa hóa các nguyên tố

Nguyên tố tạo đá Nguyên tố tạo quặng

1 Phân bố rộng rãi trong vỏ trái đất, chủ

yếu hợp thành các loại đấ và các mỏ

không kim loại.

2 Vòng điện tử ngoài của ion co 8e - (dạng

các khí hiếm).

3 Có khả năng tập trung trong điều kiện

ngoại sinh tạo thành những mỏ lớn:

bauxite, carbonate, muối thạch cao…

4 Tập trung với hàm lượng không cao

trong điều kiện nội sinh.

5 Thường thành tạo các oxide, silicate,

carbonate, sulfate, fotfate, ít khi tạo

thành sulfur, asenua, Chỉ có carbone ở

dạng tự sinh (grafit và kim cương).

6 Hệ tinh thể có tính đối xứng thấp, có mối

liên kết vững chắc Khoáng vật có độ

cứng lớn, tỷ trọng nhỏ.

1 Kém phổ biến hơn, chỉ số Clark thấp Chủ yếu hợp thành các loại quặng và mở khoáng kim loại.

2 Vòng điện tử ngoài của ion có 18e - đối với các nguyên tố kim loại điển hình.

3 Có khuynh hướng phân tán trong điều kiện ngoại sinh (riêng Fe, Mn, U,… có thể tạo thành những mỏ trầm tích lớn Trong đới oxy hóa có thể tích tụ 1 số kim loại.

4 Dễ tập trung cao độ trong điều kiện nội sinh.

5 Thường tạo thành sulfur, asenua, antimonua, có thể là oxide (Fe, Mn, Cr,

U, Sn…) Au, Ag, Pt, Ir, Pd, Cu, Bi, As,

S có thể ở dạng tự sinh.

6 Tính đối xưng cao, liên kết yếu Dộ cứng nhỏ, tỷ trọng lớn.

Phương thức lắng đọng vật chất tạo

quặng

 Kết tinh từ các chất khí.

 Kết tinh từ magma nóng chảy.

 Kết tinh từ dung dịch nước do sự bay hơi và quá bão hòa.

 Phân hủy dung dịch rắn.

 Tái kết tinh và tái tập hợp vật chất.

 Do các phản ứng hóa học:

◦ Khí với khí

◦ Khí với dung dịch lỏng.

◦ Khí với rắn.

◦ Lỏng với lỏng.

◦ Lỏng với rắn.

◦ Phản ứng oxy hóa khử giữa các chất tan trong dung dịch hay giữa dung dịch với chất rắn hoặc với các chất khí khác.

 Do điều kiện hóa lý thay đổi hoặc do đá vây quanh xúc tác.

 Kết tinh từ dung dịch keo.

 Sự hấp thụ kim loại của 1 số vật chất rắn.

 Hoạt động của vi khuẩn và sinh vật 44

Nguồn vật chất tạo quặng

 Sự kết đọng các khoáng vật tạo khoáng là kết quả của quá trình địa chất – địa hóa phức tạp, xảy ra trong những đới sâu khác nhau hoặc trên mặt đất Đó cũng là kết quả của quá

trình di chuyển và phân dị vật chất làm cho những hợp phần có ích được tập trung cao

hơn so với các đá vây quanh.

 Có thể chia các quá trình tạo khoáng ra làm 3 loại:

◦ Nguồn gốc magma.

◦ Nguồn gốc ngoại sinh.

◦ Nguồn gốc biến chất.

Mỏ ngoại sinh

 Các mỏ khoáng ngoại sinh hình thành trên mặt đất hoặc ở gần mặt đất dưới tác dụng của năng lượng mặt trời

Mỏ ngoại sinh

 Trên bề mặt vỏ quả đất do ảnh hưởng của các tác nhân như nước, oxy, khí carbonic,

… do hoạt động của các sinh vật (động

vật, thực vật)… xảy ra quá trình phân hủy

đá gốc và các khoáng vật đã từng bền

vững trong điều kiện cũ Người ta gọi quá trình này là quá trình phong hóa

Mỏ ngoại sinh

 Quá trình phong hóa gồm 2 dạng:

Mỏ ngoại sinh

 Phong hóa lý học:

 Làm đá vỡ vụn do sự giản nở không đồng nhất của các thành phần khoáng vật khác nhau trong đá.

Mỏ ngoại sinh

 Phong hóa lý học:

muối trong các khe nứt làm đá bị vỡ vụn.

 Khi lớp đất phủ trên đá xâm nhập bị bào mòn, đá xâm nhập sẽ lộ ra và áp suất lên đá xâm nhập sẽ

giảm Các lớp ngoài của đá xâm nhập sẽ có khuynh hướng trương nở và bóc lớp.

Mỏ ngoại sinh

 Phong hóa hóa học:

 Mg2SiO4 + 4H + + 4OH - 2Mg ⇌ 2+ + 4OH - + H4SiO4

 Mg2SiO4 + 4CO2 + 4H2O 2Mg ⇌ 2+ + 4HCO3- +

H4SiO4

 Oxide thành hydroxide

Mỏ ngoại sinh

 Phong hóa hóa học:

 Tái tạo oxy và carbonic

 Trao đổi ion H+ với các cation của các hợp chất tạo

đá, duy trì điều kiện acide cho đá phân giải.

 Có đặc tính tập trung 1 số nguyên tố do nhu cầu và được tích tụ lại sau khi sinh vật chết.