ธรณีวิทยาแหล-งแรGeology of Mineral Deposits ผศ.ดร. วิมลทิพย.สิงห.เถื่อน สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยขอนแก9น พ.ศ. ๒๕๖๖
ธรณีวิทยาแหล-งแร- (Geology of Mineral Deposits) พิมพ$ครั้งที่ 1 เรียบเรียงและออกแบบโดย ผู:ช<วยศาสตราจารย$ดร. วิมลทิพย$สิงห$เถื่อน สงวนลิขสิทธิ์ ขFอมูลทางบรรณานุกรม วิมลทิพย$สิงห$เถื่อน ธรณีวิทยาแหล<งแร< (Geology of Mineral Deposits).— พิมพ$ครั้งที่ 1.— ขอนแก<น : สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณีคณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก<น, 2566. 115 หน:า. จัดพิมพQโดย สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณีคณะเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยขอนแก<น 123 หมู< 16 ถนนมิตรภาพ ตำบลในเมือง อำเภอเมืองขอนแก<น จังหวัดขอนแก<น 40002
ธรณีวิทยาแหล<งแร< หรือ GEOLOGY OF MINERAL DEPOSITS (TE043402) เปwนวิชาเลือกของหลักสูตร วิทยาศาสตรบัณฑิต เทคโนโลยีธรณี หลักสูตรปy พ.ศ. 2561 และหลักสูตรปรับปรุงปy พ.ศ. 2566 ซึ่งเปwนวิชา บรรยายจำนวน 3 หน<วยกิต ที่ศึกษาเกี่ยวกับลักษณะทางธรณีวิทยาของแหล<งแร<ประเภทต<าง ๆ ที่มีคุณค<า ทางเศรษฐกิจ โดยอาศัยหลักการ ทฤษฎี และรูปแบบการเกิดของแร<บนพื้นฐานของธรณีวิทยาทั่วไป วิทยาแร< ธรณีเคมี โครงสร:างทางธรณีวิทยา และธรณีวิทยาแปรสัณฐานแบบแผ<นหรือเทคโทนิกส$นอกจากนี้ยังศึกษา สายแร<น้ำร:อน การเคลื่อนย:ายสารละลายน้ำแร< การสะสมตัวของสินแร< การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของหิน ข:างเคียงลำดับการเกิดของสินแร<และโซนแหล<งแร< สมดุลย$สภาวะทางกายภาพ-เคมี ของน้ำแร< มลทินของ ไหล การจำแนกประเภทแหล<งแร< กำเนิดแหล<งแร<ระดับภูมิภาคและระดับโลกที่สัมพันธ$กับเทคโทนิกส$ที่ สำคัญเพื่ออธิบายการกระจายตัวของแหล<งแร< คำนำ
บทที่ 1 บทนำเรื่องแหล<งแร< บทที่ 2 แหล<งแร<ที่สัมพันธ$กับหินอัคนีสีเข:มถึงอัลตราเมฟÜก บทที่ 3 แหล<งแร<มวลซัลไฟด$ภูเขาไฟ บทที่ 4 แหล<งแร<คาร$บอเนไทต$ บทที่ 5 แหล<งแร<คิมเบอร$ไลต$ให:เพชร บทที่ 6 แหล<งแร<ทองแดงเนื้อดอก บทที่ 7 แหล<งแร<แบบสายแร<น้ำร:อน บทที่ 8 แหล<งแร<ดีบุก-ทังสะเตน-แกรโนไฟลด$ในแนวคดโค:งแปรสัณฐาน บทที่ 9 แหล<งแร<สายคราหรือเพกมาไทต$ บทที่ 10 แหล<งแร<สการ$น บทที่ 11 แหล<งแร<ดีบุกในพนังหินวงแหวน บทที่ 12 แหล<งแร<ศิลาแลง บทที่ 13 แหล<งแร<เกรอะกรังและแหล<งสมบูรณ$ยิ่งยวด บทที่ 14 แหล<งแร<แบบลานแร< บทที่ 15 แหล<งแร<ตะกั่ว-สังกะสีตะกอนพ<น บทที่ 16 แหล<งแร<ที่เกิดร<วมกับตะกอนเคมี สารบัญ หน:า 1 7 21 29 33 39 49 55 63 67 75 79 85 89 93 97
ทรัพยากรธรณี หมายถึง ทรัพยากรธรรมชาติที่สิ้นเปลืองใช=แล=วหมดไปไมBสามารถเกิดขึ้นทดแทนได= (nonrenewable resources) มนุษยTได=มีการนำทรัพยากรธรณีมาใช=ประโยชนTในด=านตBาง ๆ มากมาย การที่มีการนำ ทรัพยากรไปใช=มากทำให=เกิดปZญหาตามมา การใช=ทรัพยากรอยBางผิดวิธี และการใช=อยBางสิ้นเปลือง อาจทำให= ทรัพยากรที่มีคุณคBาลดน=อยลงไปอยBางรวดเร็ว เราจึงควรรู=จักประโยชนTของทรัพยากรธรรมชาติ รวมไปถึง วิธีอนุรักษT ทรัพยากรธรรมชาติ ทรัพยากรธรณีทางธรณีวิทยาแบBงออกได=เปbน 2 ชนิด คือ ทรัพยากรพลังงาน (energy resource) และ ทรัพยากรแรB (mineral resource) แหลBงแรB หมายถึง วัตถุธรรมชาติที่มีมูลคBาเชิงเศรษฐกิจที่ได=มีการรวมตัวกันมากเพียงพอและคุ=มคBาในการขุด ขึ้นมาใช=ประโยชนT และในปZจจุบันยังต=องคำนึงถึงความสูญเสียด=านผลกระทบทางสิ่งแวดล=อมอีกด=วย แหลBงแรBหนึ่ง ๆ เปbนผลมาจากกระบวนการทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นอยBางมีประสิทธิภาพและคBอนข=างเฉพาะตัว โดยมีการเคลื่อนย=าย วัตถุธาตุที่ไมBต=องการออกไป หรือมีการเคลื่อนย=ายวัตถุธาตุที่ต=องการไปสะสมตัวในบริเวณใดหรือที่ใดที่หนึ่ง ซึ่งแหลBง แรBจะประกอบไปด=วยแรBโลหะและที่ไมBใชBโลหะหรืออโลหะ การแปรสัณฐานของแผBนธรณีภาค (plate tectonics) มีอิทธิพลตBออัตราเรBงของการเกิดแหลBงแรBชนิดตBาง ๆ กระบวนการดังกลBาวทำให=มีการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขและสภาพแวดล=อมที่เกิดขึ้นในพื้นมหาสมุทรและบริเวณที่เปbน ภาคพื้นทวีป หากเราสามารถกำหนดตำแหนBง (plot) อายุของแหลBงแรBชนิดตBาง ๆ บนเปลือกโลกของเราจะเห็นลักษณะ รูปแบบ (pattern) ที่คล=ายกับวBา การกระจายตัวของแหลBงแรBเหลBานั้นมีความสัมพันธTกับการเคลื่อนที่แยกออกจากกัน หรือการเคลื่อนที่เข=าหากันของแผBนธรณีภาคในยุคสมัยตBางๆ ซึ่งเราเรียกวBา วัฏจักรการเกิดมหาทวีป (supra continental cycles) ซึ่งเหมือนวBาคาบของการเกิดเหตุการณTดังกลBาวได=เกิดขึ้นทุก ๆ รอบ 400 ล=านปr ทฤษฎีข=างต=น อธิบายวBา เมื่อเกิดมหาทวีปขึ้นแล=ว ความร=อนได=ถูกสะสมตัวในชั้นแมนเทิลเพิ่มมากขึ้น เกิดหยBอมความร=อนสูง (hot spots) ขึ้นเปbนบริเวณ ๆ หยBอมความร=อนสูงมากเหลBานี้เอง ที่เปbนสาเหตุให=เกิดการปริแตกและแยกออกจากกันของ แผBนธรณีภาค (divergent plate boundary) การเกิดแหลBงแรBจำแนกได= 2 กลุBมใหญB ได=แกB กลุBมแหลBงแรBที่เกิดจากการสะสมตัวของวัตถุธาตุที่ค=าง เหลืออยูB (residual deposits) และกลุBมแหลBงแรBที่เกิดจากการพัดพาวัตถุธาตุที่มีมูลคBาทางเศรษฐกิจไปสะสมตัวใน บริเวณอื่น (non-residual deposits) บทนำเรื่องแหล.งแร. Introduction to Mineral Deposits บทที่ 1 Geology of Mineral Deposits 1
2 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen 1/16 Introduction 1. กลุ0มแหล0งแร0ที่เกิดจากการสะสมตัวของวัตถุธาตุที่คBางเหลืออยู0 (residual deposits) ในกรณีนี้ สารละลายที่ ไม2มีคุณค2าเชิงเศรษฐกิจถูกเคลื่อนยAายออกไป ทำใหAเหลือวัตถุธาตุที่มีคุณค2าเชิงเศรฐกิจในที่เดิม ตัวอย2างเช2น แหล2งแร2ที่ เกิดจากการระเหย (evaporate) กล2าวคือ เมื่อน้ำระเหยออกไปทำใหAเหลือเฉพาะสารเกลือ แหล2งแร2ประเภทนี้ส2วน ใหญ2มีความสัมพันธXกับทะเล ประกอบดAวย แหล2งแร2โพแทส เกลือหิน ยิปซัม แอนไฮไดรตXและกำมะถัน ตัวอย2างเช2น แหล2งแร2เกลือหิน และแหล2งแร2โพแทสในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย และแหล2งเกลือที่ lake eyre ที่ ทวีปออสเตรเลียตอนกลาง 2. กลุ0มแหล0งแร0ที่เกิดจากการพัดพาวัตถุธาตุที่มีมูลค0าทางเศรษฐกิจไปสะสมตัวในบริเวณอื่น (non-residual deposits) เกิดจากการพัดพาวัตถุธาตุที่มีมูลค2าทางเศรษฐกิจจากบริเวณที่เปaนแหล2งใหญ2ไปสะสมตัวในบริเวณที่เปaน พื้นที่เฉพาะ โดยมีของเหลว/สารไหลที่มีอุณหภูมิสูงกว2า 100 องศาเซลเซียส เปaนตัวกลางนำพา คือสารละลายสีดำ หรือที่เรียกว2า black smokers ที่เกิดขึ้นบริเวณที่เปaนรอยปริแตก และแยกออกจากกันของแผ2นธรณี แหล2งแร2เกิดโดย การไหลเวียนของสารเหลวรAอนดังกล2าวที่ไหลเคลื่อนผ2านชั้นหิน และเคลื่อนยAายแร2ธาตุไปสะสมไวAตามเสAนทางและ บริเวณที่มันไหลผ2านเกิดการสะสมตัวของแหล2งแร2หลายประเภท และหลายรูปแบบที่แตกต2างกันตามสภาพแวดลAอม ทางธรณีวิทยาและส2วนประกอบของน้ำแร2รAอน ทฤษฎีว2าดAวยการเคลื่อนที่ของแผ2นธรณีภาค (plate tectonics) ไดAเปลี่ยนความคิดของนักธรณีวิทยาที่เดิม เชื่อกันว2า แอ2งที่เปaนมหาสมุทรนั้นมีการจมตัวลงไปเฉยๆ และเปaนแอ2งที่เปaนแหล2งใหAกำเนิดแร2ที่มีการสะสมตัวของแร2 ต2าง ๆ ตลอดเวลา ความรAอนจากแมกมาที่สัมพันธXกับการเพิ่มพื้นที่ผิวมหาสมุทร หรือ การลด หรือกลืนไปกับพื้นผิวมหาสมุทรที่ เปaนรอยต2อระหว2างแผ2นธรณีภาค เปaนพลังงานขับเคลื่อนทำใหAเกิดระบบการไหลเวียนของแร2รAอน (hydrothermal convection system) ระบบเหล2านี้ทำใหAกลุ2มแร2ซัลไฟดX (sulfides) ประเภท Cu Pb Zn Ag Fe และ Au เกิดการ สะสมตัวเพิ่มมากขึ้นในเปลือกโลกส2วนมหาสมุทร กระบวนการดังกล2าวทำใหAชั้นเนื้อโลกส2วนบน (upper mantle) แร2 ธาตุต2าง ๆ เช2น Cr Ni Cu และ Pt นี้เพิ่มมากขึ้น การสึกกร2อนโดยกระบวนการทางเคมีของพื้นทวีปร2วมกับระบบสารละลายในน้ำแร2รAอนใตAพื้นมหาสมุทร ทำใหA แร2โลหะชนิดต2างๆ รวมถึงมวลสารพอก (concretion) แมงกานีส (Mn) มาสะสมบริเวณที่ราบใตAทAองมหาสมุทรหรือ ทะเลลึก รวมถึงกAอนเหล็ก แมงกานีสที่ห2อหุAมดAวยธาตุโคบอลตXบริเวณที่เปaนส2วนฐานของภูเขาไฟใตAทะเลลึก น้ำแร2รAอนใตAมหาสมุทรยังเปaนแหล2งพลังงานทางเคมีใหAกับสิ่งมีชีวิตและจุลินทรียXขนาดเล็กๆ สำหรับสรAาง อาหารในระบบนิเวศที่มีแหล2งแร2สะสมตัวนับเปaนการเชื่อมกระบวนการอินทรียXเขAาดAวยกัน ที่สำคัญจุลชีพเล็กๆ เหล2านี้ อาจมีส2วนช2วยในการเพิ่มพูนความสมบูรณXของแหล2งแร2ดAวย อิทธิพลของการเคลื่อนที่ของแผ0นธรณีภาคต0อการกระจายตัวของแหล0งแร0 สภาพทางธรณีวิทยาจะเปaนตัวกำหนดขนาด และชนิดของแหล2งแร2 บ2อยครั้งที่สามารถระบุไดAว2าพื้นที่หนึ่งๆ หรือภูมิภาคหนึ่งๆ เปaนพื้นที่แหล2งแร2ชนิดใด หรือกลุ2มแร2ชนิดไหนไดAอย2างถูกตAอง พื้นที่หรือภูมิภาคเหล2านี้จะมีลักษณะ หรือสภาพการกำเนิดทางธรณีวิทยา (tectonic setting) ที่แตกต2างกันดังไดAกล2าวไปแลAว โดยอาจจะเกี่ยวขAองกับยุค ธรณีกาลยุคใดยุคหนึ่งโดยเฉพาะ ซึ่งจะเห็นว2าสถานที่และเวลาเปaนตัวแปรสำคัญในการสะสมตัวของแหล2งแร2
Geology of Mineral Deposits 3 Geology บริเวณที่พบว0ามีการกระจายตัวของแหล0งแร0 1. บริเวณกลางรอยแยกแผ0นธรณีภาคพื้นทวีป และบริเวณหลังอาร`ค (mid-ocean ridges and back-arc spreading centres) แหล2งแร2ซัลไฟดXขนาดใหญ2มักเกิดในสภาพแวดลAอมที่มีภูเขาไฟใตAสมุทร บางทีเรียกว2าแหล2ง แร2ที่เกิดจากภูเขาไฟ (volcanogenic) และเปaนแหล2งแร2 Cu Pb Zn ที่สำคัญ โดยมีการแบ2งกลุ2มของแหล2งแร2นี้ ออกเปaน 3 ประเภทตามสภาพธรณีวิทยาและลักษณะภูเขาไฟที่เกิดร2วมกัน ประมาณ 80% ของแหล2งแร2ซัลไฟดX ใหญ2ของโลกเกิดสัมพันธXกับชั้นหินที่เกิดบริเวณอารXค (arc related strata) และที่เหลือ 20 % เกิดสัมพันธXกับ บริเวณรอยแยกแผ2นธรณีภาคพื้นมหาสมุทร และแหล2งแร2กลุ2มแรกมักมีขนาดใหญ2กว2า 2. บริเวณไหล0ทวีป (passive continental margin) กลุ2มหินปูนที่เกิดในบริเวณไหล2ทวีปโบราณ มักเปaนแหล2ง สะสมแร2 Cu Pb Zn โดยอาจจะเกิดพรAอม ๆ กับการสะสมตัวของหินปูน (syngenetic) หรือเกิดขึ้นภายหลังการ กำเนิดหินปูนแลAว (epigenetic) แหล2งแร2แมงกานีส (Mn) ขนาดใหญ2มักเกิดขึ้นในบริเวณไหล2ทวีปในทะเลตื้น มักมีลักษณะเปaนผืนและแผ2กวAาง อาจมีความหนาถึง 3 เมตร เช2นแหล2งแร2แมงกานีส Groote Eylandt ที่รัฐ Queensland ประเทศออสเตรเลีย ซึ่งเกิด จากการตกตะกอนบริเวณตะพักริมฝÜáงทะเลสมัยเมื่อ 95 ลAานปäที่แลAว ในช2วงที่น้ำทะเลถดถอย และในทางตรงกันขAาม พื้นที่เคยเกิดน้ำทะเลท2วมขังในอดีต มีโอกาสเกิดการสะสมตัวของฟอสฟอรัสทำใหAเกิดแหล2งแร2ฟอสเฟตไดA แหล2งแร2เหล็ก (Fe) ชั้นบาง (banded iron formation) ที่พบบริเวณเทือกเขาในภาคตะวันตกของ ออสเตรเลีย ซึ่งเชื่อว2าเกิดบริเวณที่เปaนไหล2ทวีปโบราณ ส2วนใหญ2มีอายุมากกว2า 2,500 ลAานปä มีลักษณะเปaนชั้น สลับกันระหว2างแร2แม2เหล็กกับหินเชิรXตมีขนาดชั้นบางมากเปaนมิลลิเมตร ถึงหลายเซนติเมตร การกำเนิดแหล2งแร2เหล็ก มีการอธิบายว2า บรรยากาศในช2วง 2,500 ลAานปä ก2อนคงมีออกซิเจนต่ำ เหล็กที่เกิดจากการผุพังสลายตัวในรูปไอออน ถูกพัดพาไหลลงไปจับตัวกับออกซิเจนที่เกิดจากการสังเคราะหXแสงของสาหร2ายในทะเล ทำใหAเกิดการสะสมตัวของแร2 แม2เหล็ก (Fe3O4) เกิดเปaนชั้นแร2แมกเนไทตXเมื่อมีออกซิเจนในน้ำมากเกินไปและไม2มีไอออนของเหล็กเหลืออยู2ทำใหA สาหร2ายตายลง และสะสมตัวเปaนชั้นหินเชิรXตสลับกันไปกับชั้นแร2เหล็ก ตัวอย0างแหล0งแร0ทองคำ (Au) การเกิดของทองคำมีความสัมพันธXใกลAชิดกับการเกิดของภูเขาไฟ สภาพแวดลAอมของการเกิดแหล2งแร2ทองคำ ทั่วโลกแบ2งไดAกวAางๆ เปaน 3 กลุ2ม ไดAแก2 1.กลุ2มแร2ทองคำที่เกิดในหินยุคอารXเคียน (Archean greenstone belt) เปaนแหล2งแร2ที่เกิดร2วมกับกลุ2มหิน ภูเขาไฟสลับกับหินตะกอนที่มีอายุเก2าแก2กว2า 2,500 ลAานปä 2.กลุ2มแร2ทองคำและทองแดงที่เกิดร2วมกับหินพอรXไพรี (หินอัคนีภูเขาไฟที่มีเนื้อสองขนาด) แหล2งแร2มักเกิดใตA หินภูเขาไฟที่มีลักษณะเปaนชั้น ๆ (stratovolcanoes) เปaนแหล2งแร2ที่มีเกรดค2อนขAางต่ำ อาจมีขนาดกวAาง 3-8 กิโลเมตร การทำเหมืองจึงตAองใชAปริมาณหินปèอนจำนวนมาก 3.กลุ2มแร2ทองคำที่เกิดกับน้ำแร2รAอน (epithermal gold deposits) แหล2งแร2ทองคำนี้มักเปaนแหล2งแร2ที่เกิด สะสมตัวในระดับตื้น น้ำแร2รAอนจากใตAโลกมีอุณหภูมิระหว2าง 50 ถึง 200 องศาเซลเซียลถูกแมกมาดันขึ้นมา พรAอมกัน ซึ่งแหล2งน้ำรAอนใตAโลกนี้ห2างจากผิวโลกประมาณ 100 กิโลเมตรโดยทั่วไปน้ำรAอนจะเดือดที่ความ ลึกประมาณ 300 เมตร ใตAพื้นโลก ซึ่งมีแกêสไดไฮโดรเจนซัลไฟดX (H2S) ปะปนอยู2 แต2เนื่องจากแกêสนี้ไดA ระเหยไปทำใหAทองคำเริ่มตกตะกอนและสะสมตัวเพิ่มขึ้น น้ำรAอนดังกล2าวนี้จึงไดAพาแร2ธาตุต2างๆ รวมทั้ง ทองคำขึ้นมาดAวย
4 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen 1/16 Introduction
Geology of Mineral Deposits 5 Geology
แหล.งแร.ที่สัมพันธ5กับหินอัคนีสีเข:มถึงอัลตราเมฟ@ก Deposits Associated with Mafic & Ultramafic Rocks หินอัคนีสีเขAมถึงอัลตราเมฟìกมักมีผูAทำการศึกษาและไดAรับความสนใจมาก ทั้งนี้เพราะหินอัคนีดังกล2าวนี้ผุดใหAเราเห็น จากใตAโลกที่ลึกมาก ซึ่งอาจเปaนชุดหินที่มาจากส2วนบน ๆ ของชั้นเนื้อโลก ดังนั้นการศึกษาหินจำพวกนี้ทำใหAเราไดA เขAาใจธรรมชาติ และกำเนิดของโลกเราในช2วงเริ่มตAน ว2าการเกิดเปลือกโลกเรามีวิวัฒนาการมาอย2างไรในขณะที่โลกเรา เริ่มเย็นตัวลง มีการตกผลึกและการแยกลำดับส2วนอย2างไร ตลอดจนมีการผุพังของหินจนในที่สุดจึงไดAตะกอนรุ2นแรก ๆ ไดAอย2างไร เหล2านี้เปaนตAน หินอัคนีสีเขAมถึงอัลตราเมฟìกนี้มักมีความสัมพันธXลึกซึ้งโดยตรงกับแหล2งแร2ต2าง ๆ เช2น แร2โครเมียมและนิเกิล ซึ่งหินเหล2านี้มักประกอบดAวยแร2ที่เกิด ณ อุณหภูมิสูง ซึ่งไดAแก2จำพวกเหล็กซิลิเกต หรือแมกนิเซียมซิลิเกต (Fesilicates or Mg-silicates) และอาจพบแร2จำพวกอลูมินัมซิลิเกต (Al-silicates) เช2น แพลจิโอเคลสชนิดแคลเซียมหรือ การXเนตชนิดไพโรบ และแร2ออกไซตXบางประเภท เช2น สปìเนลไดAบAาง สำหรับนักสำรวจแร2มักใชAคำว2า หิน basic กับหิน mafic แทนที่กันไดA แต2ในปÜจจุบันคำว2า basic และ mafic อาจไม2ใช2คำที่เหมือนกันทีเดียวนัก คำแรกใชAเรียกหินอัคนีชนิดนี้มีปริมาณซิลิกา (SiO2) ค2อนขAางต่ำอยู2ในช2วง 45-50% ส2วนคำหลังใชAเรียกหินอัคนีชนิดนี้มีปริมาณแร2สีเขAม (mafic minerals)อยู2 มาก โดยจัดใหAมีดัชนีสี (colour index) อยู2 ในช2วงประมาณ 60-90% ถAามีคำ prefix เติมหนAา เช2น Ultrabasic และ Ultramafic หมายถึงหินอัคนีที่มีปริมาณซิลิ กานAอยกว2า 45% และมีปริมาณแร2สีเขAมหรือดัชนีสีมากกว2า 90% ดAวยเหตุนี้เราจึงนิยมไม2จัดหินอะนอโทไซดXไวAเปaนหิน อัคนีจำพวกสีเขAมหรืออัลตราเมฟìกในแง2ของนักสำรวจทั่วไป ลักษณะสำคัญของหินอัคนีสีเขAมหรืออัลตราเมฟìกอีกอย2างหนึ่ง คือ มักประกอบดAวยเนื้อหินสำคัญ 2 ชนิด คือ เนื้อผลึกสะสม (cumulate texture) ซึ่งหมายถึงเนื้อหินที่เกิดจากการสะสมตัวของแร2ที่ตกผลึกโดยตรงจากหินหนืด โดยไม2มีการเปลี่ยนแปลงการตกผลึกในภายหลัง ซึ่งทำใหAเราไดAผลึกที่มีลักษณะสมบูรณX (panidiomorphic) จนถึง ผลึกหนAากึ่งสมบูรณX (hypidiomorphic) ส2วนเนื้อหินอีกชนิดที่มักพบบ2อยก็คือ เนื้อผลึกรอยเทAาไก2 (spinifex หรือ chicken-tract texture) ซึ่งมักเปaนเนื้อหินที่มีการสานเกี่ยวกันของผลึกแร2โอลิวีนที่ยาวผิดปกติ โดยมักพบในหิน ละลายชนิดมี แมกนีเซียม (Mg) สูง ที่เรียก "โคมาติไอตX(Komatiite)” อันเปaนผลมาจากการเย็นตัวอย2างรวดเร็วของ แร2สีเขAมดังกล2าวในหินหนืด จนบางครั้งพบว2าอาจมีความยาวถึง 3 เซนติเมตร (คำว2า spinifex ไดAชื่อมาจากหญAาชนิด หนึ่งที่พบในประเทศออสเตรเลีย) หินอัคนีสีเขAมถึงอัลตราเมฟìกนี้มักพบไดAในหลายสภาพแวดลAอมทางธรณีวิทยาที่แตกต2างกันแต2โดยทั่วไป แหล2งแร2ประเภทนี้อาจแบ2งอย2างง2ายออกเปaน 3 พวก ตามลักษณะธรณีเคมี ไดAแก2 (1) แร2จำพวกออกไซตXเช2น แหล2งแร2โครไมตXและแหล2งแร2พลาตินัม (2) แร2จำพวกซัลไฟดX เช2น แหล2งแร2นิเกิล และแหล2งแร2ทองแดง (3) แร2จำพวกแพลจิโอเคลส เช2น แหล2งแร2ไทแทเนียม บทที่ 2 Geology of Mineral Deposits 7
ลักษณะธรณีเคมีของแร2เหล2านี้อาจเกิดซAอนกันอยู2ในแหล2งแร2ที่มักพบในหินอัคนีในหลาย ๆ ลักษณะ (ตารางที่ 2.1) และอาจกล2าวไดAว2า แหล2งแร2จำพวกนี้มักสัมพันธXใกลAชิดกับหินอัคนีแทรกซอน (เช2นหินอัคนีอัลคาไลนX) ในปล2องระเบิด หรือพนังหินรูปวงแหวน และมีอยู2นAอยจำพวกที่เกิดกับหินละลายอัลตราเมฟìก (เช2น แหล2งนิเกิล) หรือสัมพันธXกับหิน ละลายอัลตราเมฟìกที่มีสารระเหิด (volatiles) อยู2ดAวยมาก (เช2น หินคิมเบอรXไลตXหรือหินคารXบอเนไตตX) หลายคนเชื่อว2าเปลือกโลกในสมัยแรก ๆ ตอนที่โลกเริ่มเย็นตัวใหม2ๆ (premoidal earth) นั้น มีลักษณะที่ ค2อนขAางบางและมีหินหนืดพ2นแกêส (degassing) ออกมาไดAมากทางปล2องของภูเขาไฟเกือบตลอดเวลา จนถึงช2วงอายุ กลางมหายุคโปรติโรโซอิค จึงเกิดการระเบิดอย2างรุนแรงของภูเขาไฟเกือบทั่วทั้งโลก จนเกิดเปaนปล2อยไดอะทรีมใหญ2 นAอยทั่วไปที่มีจุดกำเนิดในชั้นเนื้อโลกตอนบน ซึ่งมักเกิดในพื้นที่ที่บรรพตรังสรรคX (orogeny) สิ้นสุดลง จนกลายเปaน พื้นที่สงบนิ่ง (cratonic areas) โดยที่ปล2องไดอะทรีมเหล2านี้มักสัมพันธXกับแนวรอยเลื่อนฝÜงลึก (deeply extending faults) หรือบริเวณที่มีแนวรอยเลื่อนอย2างนAอยสองแนวตัดกัน จนทำใหAเกิดช2องทางที่หินหนืดลึก ๆ ใตAโลกผุดขึ้นมาสู2 ผิวโลกในสมัยนั้นไดA เปaนที่น2าสังเกตว2าแหล2งแร2ดังกล2าวมักเกิดร2วมกับหินหนืด กระบวนการสะสมตัวจึงเกิดขึ้นมาก2อน การระเบิดหรือช2วงขณะนี้มีการระเบิด หลักฐานธรณีวิทยาในสนามทำใหAเราเชื่อว2าแหล2งแร2ตามช2องระเบิดเหล2านี้เปaน ผลมาจากการระเบิดภายในตัวหินอัคนีแทรกซอนเอง โดยมีการแปรสภาพแทนที่ (metasomatisan) กับหินขAางเคียง เขAามาเกี่ยวขAองดAวย 1.1 แหล0งแร0โครไมต`(Chromite Deposits) โดยทั่วไปแหล2งแร2โครไมตXเกิดไดAใน 2 แบบเด2น ๆ ไดAแก2 แบบชั้น (layered deposits) และแบบกะเปาะ (podiform deposits) แสดงในรูปที่ 2.1 ซึ่งทั้งสองแบบมีลักษณะทางเคมีของแร2โครไมตXที่ต2างกัน ตำแหน2งที่ตั้งของ แหล2งแร2โครไมตXสำคัญ ๆ ของโลกแสดงในรูปที่ 2.2 8 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen 2/16 Deposits Associated with Mafic & Ultramafic Rocks รูปที่ 2.1 รูปแบบการเกิดแร2โครไมตX(a) แบบชั้น (b) แบบกะเปาะ (Shoji Arai, 2021) (c) และ (d) แสดงตัวอย2าง แหล2งแร2โครไมตXแบบชั้นและแบบกะเปาะบริเวณตอนใตAของประเทศตุรกี (Dongyang Lian et al., 2017) a b
9 Geology ตารางที่ 2.1 การจำแนกลักษณะรูปร2างหินอัคนีสีเขAมถึงอัลตราเมฟìก (Naldret & Cabri, 1976) Geology of Mineral Deposits
10 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen 1) แหล0งแร0โครไมต`เปmนชั้น (Stratiform layered deposits) ซึ่งมักมีลักษณะใหญ2 และเกิดในบริเวณที่สงบ ตัว (craton) ซึ่งรายละเอียดของแต2ละแหล2งที่สำคัญไดAแสดงไวAใน ตารางที่ 2.2 เช2น บริเวณ Bushveld Complex ในแอฟริกาใตA (รูปที่ 2.3) บริเวณ Great Dyke ในประเทศซิมบับเวยXแหล2ง Stillwater ในรัฐ มอนทานา (อเมริกา) แหล2ง Muskox ในรัฐนอทเวสเทอริทอรี (คำนำดำ) หรือแหล2ง Kemi ในฟìนแลนดX 2) แหล0งแร0โครไมต`กะเปาะ (Podiform Deposits) ซึ่งมักพบในบริเวณบรรพตรังสังคXแอลป£ (Alpine Orogeny) หรือพูดอย2างง2าย ๆ คือ ตามแนวโอฟìโอไลตXนั่นเอง ซึ่งก็คือบริเวณแผ2นเปลือกโลกสองแผ2นเกิด การชนกัน ดังนั้นจึงมักพบร2องรอยของแผ2นสมุทรหลงเหลือและโผล2ใหAเห็นไดAบAาง เช2น แถบเทือกเขายูราล แอลบาเนีย เตอรXกีฟìลิปปìนสX กรีซ คิวบา นิวคาลีโดเนีย และยูโกสลาเวีย ซึ่งโดยมากมักมีอายุที่อ2อนกว2า ตั้งแต2มหายุคพาลิโอโซอิค จนถึงยุคเทอรXเชียรี แต2ก็มีบAาบางแหล2งที่มีสภาพก้ำกึ่งกัน (transitional type) ลักษณะเฉพาะของแหล2งแร2โครไมตXแบบที่ 2 พบสรุปไดAดังนี้ รูปที่ 2.2 แผนที่แสดงการกระตัวของแหล2งแร2โครไมตXทั่วโลก (Papp, John F., 2007) ตารางที่ 2.2 อายุของแหล2งหินอัคนีสีเขAมในแหน2งแร2โครไมตXที่สำคัญ 2/16 Deposits Associated with Mafic & Ultramafic Rocks
11 Geology รูปที่ 2.3 แผนที่ธรณีวิทยาบริเวณฝÜáงตะวันออกของพื้นที่ Bushveld Complex ในแอฟริกาใตA และการเทียบลำดับชั้นหิน ในพื้นที่ (Sisir K. Mondal & Edmond A. Mathez, 2007) ลักษณะเฉพาะของแหล2งแร2โครไมตXแบบที่ 2 พบสรุปไดAดังนี้ • แหล2งแร2มักเกิดในหินอัคนีสีเขAมถึงอัลตราเมฟìกที่มีการเปลี่ยนลักษณะอย2างรุนแรงโดยแรงเคAน (strongly sheared) จนกลายเปaนหินเทคโทไนตX(tectonites) ที่ถูกปะกบดAวยหินขAางเคียง ทั้งดAานบนและดAานล2างใน ลักษณะแนวสัมผัสรอยเลื่อน (fault contacts) หรืออาจเรียกรอยสัมผัสแปรสัณฐาน (tectonic contact) ไดA การเปลี่ยนลักษณะอาจรุนแรงจนหินอัคนีมีสภาพคลAายเลนสX และมีโครงสรAางแบบโคAงดันเลื่อนตัว (nappe stracture) • แหล2งแร2มักมีรูปร2างที่ไม2แน2นอนและมีขนาดไม2ใหญ2เลย • การกระจายตัวของกะเปาะแร2อาจเปaนแบบเหลื่อมซAอน (en echclon) หรือคลAายขบวนรถไฟ มีทั้งที่มีการ ตัดขวางหินขAางเคียงหรือตัดตามการวางตัวมากกว2าที่จะเปaนลักษณะชั้นหินหนืดที่ติดกับผนังดAานขAางของ หินเพอริโตไตตX Geology of Mineral Deposits
ü ลักษณะแร2โครไมตXมักมีลักษณะเปaนเม็ดใหญ2 ๆ (xenocrystic หรือ xenomorphic) ซึ่งบางครั้ง อาจมีความยาวถึง 1 เซนติเมตร ก็มี ü เม็ดแร2มักเปaนกAอนกลมเปaนวง ๆ (orbicular หรือ nodular) ที่แสดงเนื้อแร2ที่เปลี่ยนลักษณะ เช2น เนื้อแรงดึง (pull-apart textures) หรือแนวเสAน (lineations) ชัดเจน ü ส2วนประกอบของโครไมตXมักมีเหล็ก อะลูมินัม ไทเทเนียม ตลอดจนอัลคาไลตXผสมอยู2นAอย และมี ลักษณะสัดส2วน Cr ต2อ Al ค2อนขAางกวAาง 12 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen แนวสุดทAายเปaนพวกที่แสดงลักษณะกะเปาะจริง เช2นที่แหล2ง Shurugwe (หรือที่เรียก Selukwe ในอดีต) ของประเทศซิมบับเว (Zimbabwe) อันเปaนส2วนของแนวหินภูเขาไฟที่เรียกแนวหินเขียว (Greenstone Belt) ซึ่งแสดง ลักษณะหลายอย2างที่คลAายกับแหล2งแร2แบบเปaนชั้น ๆ แต2แสดงลักษณะแนวสัมผัสแปรนสัณฐาน โดยรอยเลื่อนจนทำ ใหAทั้งมวลหินและกะเปาะแร2เกิดการเคลื่อนยAายตัวเองไปจากเดิม ส2วนแหล2ง Vourinos และ Tiebaghi แสดงลักษณะ ของกะเปาะแหล2งแร2โครไมตXมากขึ้น ส2วนที่ประเทศตุรกีอาจจัดว2าเปaนพวกที่แสดงกะเปาะไดAดีที่สุด โดยแหล2งแร2มี หลายขนาดนับตั้งแต2ขนาด 100 ตันไปจนถึง 10,000 ตัน ในบางครั้งนักธรณีวิทยา เช2น Gassard และคณะ (1981) ไดA จำแนกแหล2งแร2โครไมตXแบบกะเปาะออกเปaน 3 รูปแบบ โครงสรAาง ไดAแก2 พวกตัดตามระนาบ (concordant) พวกกึ่ง ตัดตาม (subconcordant) และพวกตัดขวางระนาบ (discordant) 1.2 แหล0งแร0กลุ0มแพลตินัม (PGM Deposits) PGM ย2อมาจากคำว2า Platinum Group Metals ซึ่งไดAแก2แร2จำพวก rutenium (Ru) rhodium (Rh) palladium (Pd) osmium (Os) iridium (Ir) และ platinum (Pt) แหล2งแร2กลุ2มแพลตินัมนี้ไม2ค2อยพบบ2อยนัก และ มักประกอบดAวยวิทยาแร2ซับซAอน โดยที่มักอยู2ในรูปสารละลายสภาพของแข็ง (solid solution) ในสภาพซัลไฟดXโลหะ หนัก เช2น แร2ไพโรไทตX(pyrrhotite) เพนแลนดXไดตX(pentlandite) และไพไรตX(pyrite) หรืออาจจอยู2ในรูปโลหะ ซัลไฟดXจำพวกแพลตินัมโดยตรง หรือเปaนโลหะผสมของแพลตินัมกับเหล็กในสภาพผลึกเจริญร2วม (intergrowth) ใน บางครั้งพบว2าแหล2งแร2ดังกล2าวมักมีทองเกิดปะปนดAวยในปริมาณไม2มากนัก (traces of gold) แหล2งแร2กลุ2มแพลตินัม มักพบเห็นไดAในหินอัคนีอัลตราเมฟìกเกือบทุกชนิด และโดยเฉพาะหินที่เกิดร2วมกับแหล2งแร2โครไมตXซัลไฟดXของนิเกิล และทองแดง แหล2งแร2ที่สำคัญ ไดAแก2 แหล2งแร2เมอรXเรนสกี้รีฟ (Merensky Reef) ซึ่งเปaนชั้นแร2โครไมตXอันมีชื่อเสียงของ แหล2งบุชเวลดX (Bushveld Complex) ของแอฟริกาใตA นอกจากนั้นยังไดAแก2ที่ Sudbury, Stillwater และ Great Dyke (รูปที่ 2.4) ส2วนแหล2งแร2กลุ2มนี้เชื่อกันว2าน2าจะเกิดเปaนลานแร2 (placers) ไดAถAาอยู2ในแนวชุดหินโอฟìโอไลตXอย2าง ใดก็ตามแมAจะเปaนแหล2งเปèาหมายที่น2าสนใจ แต2ปÜจจุบันก็ยังไม2มีผูAใดสำรวจจริงจัง (underexplored target) 1.3 แหล0งแร0นิเกิล (Nickle Deposits) สำหรับแหล2งแร2นิเกิลที่สัมพันธXกับหินอัคนีสีเขAมถึงอัลตราเมฟìกนั้น สามารถจัดแบ2งไวAออกเปaน 2 จำพวก ตาม ลักษณะการเกิดที่แตกต2างกันและกระจายตัวอยู2ทั่วโลก (รูปที่ 2.5) ก. พวกที่เกิดร2วมกับหินอัคนีแทรกซอน เช2น แหล2ง Sudbury ที่มีชื่อเสียงมากที่สุดในรัฐ Ontario ของ แคนาดา และแหล2ง Noril'sk I แถบเทือกเขายูราล ประเทศรัสเซีย ซึ่งชนิดหลังนี้เกิดอยู2ในหินแกบโบรที่มี ความยาวถึง 12 กิโลเมตร และมีความกวAาง 30 ถึง 35 เมตร และจากการสำรวจพบว2าแหล2งมีสภาพเปaน รูปเลนสXใหญ2มาก 2/16 Deposits Associated with Mafic & Ultramafic Rocks
รูปที่ 2.4 แผนที่แสดงการกระจายตัวของหินอัคนีแทรกซอนแสดงชั้นทั่วโลกและตำแหน2งของแหล2งบุชเวลดXใน แอฟริกาใตAและเหมือง PGE ทั่วโลก (Chistyakova, S., et al., 2019) 13 Geology Geology of Mineral Deposits
2/16 Deposits Associated with Mafic & Ultramafic Rocks 14 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen รูปที่ 2.5 อัตราการผลิตและปริมาณสำรองนิกเกิลทั่วโลก (USGS, 2019, 2021)
15 Geology ข. พวกที่เกิดร2วมกับหินภูเขาไฟ โดยเฉพาะกับหินละลายโคมาติไอตX(komatiite lava) โดยเกิดในหินดัน ไนตX-โคมาติไอตXในรัฐ Ontario ของแคนาดา หรือบริเวณแถบแหล2งแร2ทองที่เรียก Eastern Goldfields ทางภาคตะวันตกของออสเตเรีย นอกจากนั้นยังพบบAางแถบแอฟริกาใตA อีกดAวย แหล2งแร2นิเกิลของประเทศผูAผลิตรายใหญ2ตัวแหล2งแร2อยู2ขAางใตAหินอัคนีอัลตราเมฟìกเปaนเพอริโดไทตXอายุพรี แคมเบรียน อาจกล2าวไดAว2าแหล2งแร2 ซัสเบอรี่ (Sudbury) อายุพรีแคมเบรียนของแคนาดานี้จัดว2ามีความเปaน เอกลักษณXมากที่สุดแมAว2าจะมีการทำเหมืองมามากกว2า 100 ปä แต2กำเนิดของแหล2งแร2ก็ยังคลุมเครือจนถึงปÜจจุบัน นักธรณีวิทยาจากทวีปอเมริกาเหนือส2วนใหญ2เชื่อว2าแหล2งแร2นิเกิลที่นี่ถือกำเนิดมาจากการตกกระทบของอุกาบาต (meteorite impact) ซึ่งเรียกว2า "มหันตภัยดาวหาง (astrobleme)" ส2วนแหล2งแร2โนริล (Noril’sk) มีลักษณะโครงสรAางหินอัคนีแทรกซอนเปaนชั้น (layer plutonics) เปaนรูป จานยักษX (lopolith) โดยมีแร2นิเกิลซัลไฟดXเกิดเปaนชั้นในส2วนล2าง ๆ ของหินอัคนีแทรกซอนนั้น โดยที่รอยสัมผัสกับ ผนังดAานล2างของสินแร2 (footwall) เปaนหินภูเขาไฟอายุเพอรXโมไทรแอสซิกและหินตะกอนอายุเฟอรXโม-คารXบอนิ เฟอรัส หลายคนเชื่อว2าโอกาสที่จะพบแหล2งขนาดและประเภทเดียวกับซัดเบอรี่ (Sudbury) นั้นคงมีไม2มากนัก ดAวย เหตุนี้แหล2งแร2นิเกิลชนิดที่สัมพันธXกับหินภูเขาไฟจึงดูเปaนที่จดจAองของบรรดานักสำรวจมากกว2า โดยเฉพาะในบริเวณ แถบแนวหินเขียวอารXเคียน (Archaen Greenstone Belt) ที่สำคัญของโลก (รูปที่ 2.6) แหล2งแร2นิเกิลซัลไฟดXอายุอารXเคียน โดยเฉพาะที่เกิดที่ออสเตรเลีย อาจจำแนกออกเปaน 2 แบบต2างกัน คือ ก) พวกที่เกิดร2วมกับหินละลายโคมาติไอตXซึ่งมักเรียกแหล2งลักษณะนี้ว2าแหล2งแบบ คัมบาลดา (Kambalda-type) ข) พวกที่เกิดร2วมกับหินดันไนตXผลึกพอก (adcumulate dunite) ซึ่งมักเรียกแหล2งลักษณะนี้ว2าแหล2งแบบ เมาตXคีท (Mount Keith-type) Geology of Mineral Deposits รูปที่ 2.6 แผนที่แสดงการกระจายตัวแนวหินเขียวอารXเคียน ที่สำคัญของโลก (Harald Furnes, 2013)
2/16 Deposits Associated with Mafic & Ultramafic Rocks เปaนที่น2าสังเกตว2าชนิดแรกมักมีลักษณะเปaนแหล2งเล็ก ๆ มีปริมาณสำรองนAอยกว2า 5 ลAานตัน แต2มีความ สมบูรณXของแร2สูง (2-4% Ni) ส2วนแหล2งที่สองเปaนแหล2งใหญ2 มีปริมาณสำรองมากกว2า 40 ลAานตัน แต2มีความ สมบูรณXต่ำกว2าแหล2งชนิดแรก เช2น แหล2ง Mount Keith ซึ่งมีขนาด 290 ลAานตัน ณ ที่ความสมบูรณX 0.6% Ni และ แหล2งแอกนิว (Agnew) ที่มีความสมบูรณXแร2 2.05% Ni และมีปริมาณถึง 45 ลAานตัน แหล2งทั้งสองชนิดมักเกิดในแนวโคAงไปมาเหมือนกระดูกงู (keel-shaped) ในชั้นหินตะกอน-ภูเขาไฟยุคอารX เคียนของแนวหินเขียว ของออสเตรเรีย โดยที่หินอัคนีมีทั้งที่เปaนสีเขAมถึงอัลตราเมฟìก ณ บริเวณชั้นหินแบบฉบับ มี ความหนา 10 ถึง 12 กิโลเมตร และประกอบดAวย 3 หน2วยหินใหญ2 ๆ คือ ก) หน2วยล2างสุด ประกอบดAวยหินบะซอลตXโทลิไอตXอ(tholeiite) ข) หน2วยหินบะซอลตXโคมาติไอตXและหินบะซอลตXที่มี Mg สูง วางตัวถัดมา ค) หน2วยหินตะกอนและหินภูเขาไฟสีจางวางตัวอยู2ดAานบน นอกจากนั้นยังมีแหล2งที่น2าศึกษาสำหรับนัก สำรวจอีกแหล2งคือ แหล2งพาลาโบลในแอฟริกาใตA ซึ่งปÜจจุบันผลิตทองแดงความสมบูรณXต่ำที่มีปริมาณ สำรองถึง 558 ลAานตัน ดังที่ไดAกล2าวมาแลAวขAางตAน บางแหล2งก็เกิดอยู2ร2วมกับหินดันไนตXแปรสภาพผลึกใหญ2เปaนชั้นหนา ๆ แต2ส2วน ใหญ2มักเกิดกับหินละลายโคมาติไอตXแต2การศึกษาในปÜจจุบันกลับพบว2าแหล2งทั้งสองชนิดนี้อาจมีกำเนิดคลAาย ๆ กัน และมีความเกี่ยวเนื่องกัน กล2าวคือ ความแตกต2างของทั้งสองแหล2งอาจเปaนเพียงที่อัตราในการเย็นตัวและตกผลึก เท2านั้นที่ต2างกัน หลายคนจึงเชื่อว2าน2าจะมีกำเนิดมาจากหินหนืดตัวเดียวกันก็ไดA (comagmatic) และมักเรียกแหล2ง ชนิดแรกว2า "komatiitc-hosted deposit" และชนิดหลังว2า "komatiitic dunite-hosted deposit" แทนที่ชื่อเดิม ที่เคยใชAเรียกคือ "volcanic peridotite-associated deposit" และ "intrusive dunite-associated deposit" ตามลำดับ การสะสมตัวของนิเกิลในหินสีเขAมถึงอัลตราเมฟìกนี้มักเกิดในสภาพที่มีปริมาณซัลเฟอรXหรือ (กัมมะถัน) พอเพียงในหินหนืด ดังนั้นเมื่อถึงสภาพที่เหมาะสมทั้งทางเคมีและกายภาพ ก็จะเกิดการแยกตัวเอาแร2ซัลไฟดXออกมา จากหินหนืด ก2อนที่แร2โอลิวีนจะดึงเอาธาตุ Ni ออกมาจากหินหนืด หรือหินหลอดละลาย (melt) ไดA จากการศึกษา ทำงศิลาวิทยาอย2างละเอียด โดยอาศัยเครื่องมือจำพวก Scanning Eleetron Microscope (หรือ SEM) ในแร2ที่ตก ผลึกก2อนคือ แร2สปìเนล (spinels) แสดงว2าการสกัดแร2จำพวกซัลไฟดXที่ไม2ผสมกับหินหนืดนี้สามารถเกิดไดAในหิน อัคนีอัลตราเมฟìก แมAว2าจะไม2พบแร2จำพวกซัลไฟดXดังกล2าวในหินเลยก็ตาม การสะสมตัวของ Ni มักปรากฏที่ผนัง ดAานล2าง (footwall) ของรอยเลื่อนหรือรอยสัมผัสเสมอ ดังนั้นนักสำรวจจึงควรใหAความสำคัญต2อการวางตัวของหิน อัคนีอัลตราเมฟìก โดยการศึกษาลักษณะโครงสรAางเนื้อหิน ตลอดจนลำดับชั้นแปรสัณฐานของหินดAวย 1.4 แหล0งแร0ไทเทเนียม (Titanium Deposits) หินอะนอโทไซตX(Anorthosite) อาจเรียกไดAว2าเปaนหินอัคนีอัลตราเมฟìก (ultramafic) ประเภทหนึ่ง ที่มี โทนสีขาว (leucocratic) มากที่สุดในบรรดาหินอัคนีที่เกิด ณ ช2วงอุณหภูมิสูงเหมือนกัน ซึ่งบางคนอาจเรียก หินลิว โคแกบโบร (leuco-gabbro) หรือหินลิวโคนอไรตX(leuco-norite) ซึ่งมักประกอบดAวยแร2เฟลสปารXจำพวกแคลเซียม แพลจิโอเคลส (An35-100) เปaนแร2หลักส2วนใหญ2 โดยมีแร2รอง (accessories) เช2น โอลิวีน และแร2แม2เหล็กที่มี ไทเทเนียมเปaนองคXประกอบ นอกจากนั้นก็อาจมีแร2เหล็กแดง (hematite) อยู2ดAวยไดA ในปÜจจุบันเชื่อกันว2าอาจเกิด สภาพที่ต2างกัน 2 สภาพคือ 16 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen
17 Geology Geology of Mineral Deposits ก) เกิดอยู2ร2วมกับหินอัคนีแทรกซอนแสดงชั้น (layered intrusives) สีเขAมถึงอัลตราเมฟìก ซึ่งมักปรากฏใน ส2วนบนของชั้นหิน ข) เกิดในบริเวณที่เรียก "anorthosite massif" หรือมวลอะนอโทไซตXแผ2กวAาง ในชนิดแรกหินอะนอโทไซตXมักเกิดจากการแยกตัวออกมาโดยตรงจากหินหนืด แร2แพลจิโอเคลส ซึ่งเบากว2า หินหนืดจึงลอยตัวขึ้น และในที่สุดก็แข็งตัวปรากฏอยู2ชั้นบนของหินอัคนีสีอัลตราเมฟìกไดA เนื่องจากความถ2วงจำเพาะ ของแร2นAอยกว2าหินหนืดโดยรวม สำหรับชนิดที่สองส2วนใหญ2ประกอบดAวย แร2เฟลสปารXจำพวกแพลจิโอเคลส ตั้งแต2แอนดีซีน (andesine) ไปถึงแลบราโดไลตX(labradolite) (An 35-65) และเกิดร2วมกับหินนอไรตXและหินอิลมิโน-นอไรตXโดยทั่วไปแหล2งแร2 ดังกล2าวมักพบในบริเวณซีกโลกเหนือ ซึ่งมักเกิดอยู2รวมกันเปaนกระจุก (clusters) ไปตามแนวยาวของหินอัคนีอัล ตราเมฟìกในช2วงปลายมหายุคพรีแคมเบรียน (1.3+0.2 พันลAานปä) ดังนั้นจึงเชื่อกันว2ากำเนิดของแหล2งแร2น2าจะเปaน ผลมาจากการแยกตัวออกไปของแผ2นทวีป (intracratonic rifting) โดยไม2มีกระบวนการบรรพตรังสรรคX (anorogenic) เขAามาเกี่ยวขAอง ซึ่งอาจโดยการหลอมละลายบางส2วนของหินโทลิไอดX(tholeite) ในชั้นเนื้อโลก ตอนบน โดยมากแหล2งแร2ไทเทเนียมขนาดใหญ2แทบทุกแห2ง มักเกิดในบริเวณมวลหินอะนอโทไซดX(anorthosite massif) ดูเหมือนแหล2งใหญ2ที่สุดในปÜจจุบันคือที่ Lac Tio ประเทศแคนาดา ในแง2ธรณีฟìสิกสXแหล2งแร2ไทเทเนียมมัก ใหAค2าความเขAมสนามแม2เหล็กทางอากาศสูงเช2นที่ ผ2านแหล2ง Lac Tio หินอะนอโทไซดXที่มีแร2ไทเทเนียมมากนี้ มีอายุ ประมาณ 1.4 พันลAานปä ครอบคลุมขนาด 145x40 กิโลเมตร โดยที่ทางส2วนดAานตะวันออกเฉียงเหนือประกอบดAวย แหล2งสะสมของแร2เหล็กแดงอิลมิไน (ilmeno-hematite) แหล2งที่ใหญ2ที่สุดก็ไดAแก2ที่แลคตีโอ (Lac Tio) ซึ่งมีขนาด 1.10x1.04 เมตร บนผิว และมีปริมาณสำรองถึง 115 ลAานตัน ณ ความสมบูรณX 32% TiO2 และ 30% Fe สินแร2ที่ สำคัญคือ แร2อิลมิไนตXซึ่งมักเกิดเปaนรูปผลึกยาว เนื้อหยาบ และมีรอยแสAแยกตัว (exsolution blades) ของแร2 เหล็กแดงดAวย สินแร2หลักมักมีความสมบูรณXของแร2อิลมิไนตX(75%) และฮีมาไทดX(20%) สูงและมีแร2รองที่สำคัญ เช2น pyrrhotite pyrite chalcopyrite pyroxene และ feldspar แนวทางการสำรวจ การคAนพบแหล2งแร2นิเกิลซัลไฟดXโดยเฉพาะอย2างยิ่งในภาคตะวันตกของออสเตรเลียหลายแห2งทำไดAโดยการ ตรวจพบเปลือกแร2แข็งหรือแหล2งแร2เกรอะกรัง (gossan) ที่ปìดทับแหล2งแร2โดยตรง ดังนั้นถAาทราบถึงกำเนิดของ แหล2งดังกล2าว และธรณีเคมีของพวกมัน ก็จะเปaนประโยชนXต2อกระบวนการแยกแยะแหล2งแร2ต2าง ๆ ดังกล2าวไดA ในกรณีที่ตAองการหาแหล2งแร2ซัลไฟดXดังกล2าวในระดับลึกนั้น นักสำรวจแร2ควรมีความรูAเกี่ยวกับกำเนิดของ ธาตุ Ni ในหินอัคนีอัลตราเมฟìกเปaนอย2างดี ซึ่งโดยทั่วไปในหินอัลตราเมฟìกนั้น แร2โอลีวีนมักประกอบดAวยปริมาณ Ni อยู2เพียงเล็กนAอย (ประมาณ 0.05 ถึง 0.2%) ซึ่งทำใหAเราไม2สามารถสกัดเอา Ni ออกมาใชAไดAคุAมทุน แต2เมื่อหินไดAรับ อิทธิพลต2อกระบวนการพื้นผิว (surface process) ที่เกิดในสภาพที่ไม2แตกต2างไปจากกระบวนการเกิดศิลาแลง (lateritization) ซึ่งสามารถทำใหAเกิดการสะสมตัวของแร2ธาตุจำพวก Ni ไดAในปริมาณที่มากถึง 3% หรือบางแห2ง อาจถึง 7%
2/16 Deposits Associated with Mafic & Ultramafic Rocks 18 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen NOTE!
19 Geology Geology of Mineral Deposits NOTE!
แหล$งแร$มวลซัลไฟด.ภูเขาไฟ (Volcanogenic Massive Sulphide Deposits) แหล2งแร2มวลซัลไฟดXภูเขาไฟ หรือเปaนที่รูAจักกันในบรรดานักสำรวจแร2ว2า แหล2งแร2 VMS (Volcanogenic Massive Sulphide) สำหรับนักธรณีวิทยาและนักสำรวจแร2โลหะส2วนใหญ2 ไดAใหAความสนใจแหล2งแร2ชนิดนี้มาตั้งแต2อดีตจนถึง ปÜจจุบัน ทั้งนี้อาจเปaนเพราะแหล2งแร2ดังกล2าวประกอบดAวยมวลแร2ซัลไฟดXมีปริมาณแร2มากกว2า 60% ในตัวสินแร2 (ore body) และปราศจากเนื้อหินที่มีความเด2นชัด โดยส2วนใหญ2ลักษณะของสินแร2มักเปaนชั้นเล็ก ๆ ซึ่งโดยมากวางตัว ตัดขวางชั้นหิน (stratabound) แต2ก็มีบAางที่ตัดเขAามาและขนานชั้นหิน (stratiform) โดยที่ชั้นแร2หรือแหล2งแร2มักถูก หAอมลAอมดAวยชั้นหินภูเขาไฟที่หนา รูปร2างแหล2งแร2ดังกล2าวมักปรากฏเปaนรูปเลนสX และตัวสายแร2อาจสานเกี่ยวกันคลAายหางเปäย (stringers) ขAาง ใตAส2วนที่เปaนเลนสX และมักปรากฏการแปลงเปลี่ยนดAวยสารละลายน้ำรAอน (hydrothermal alteration) โดยทั่วไป แหล2งแร2มักถูกปìดทับดAวยชั้นตะกอนซิลิกาบาง ๆ ซึ่งมักมีเหล็กและแมงกานีสอยู2ดAวย นอกจากนั้นอาจมีสายแร2แบไรตX ปรากฏเปaนรูปเลนสXเกิดร2วมอยู2ดAวย ในบริเวณขอบหรือดAานบนของสายแร2ซัลไฟดX เลนสXสายแร2ซัลไฟดXมักแสดงการ ลำดับชั้นหินทางเคมี (chemical stratigraphy) ที่ชัดเจนดAวย โดยที่สายแร2มักมีทองแดงอยู2มากในบริเวณส2วนล2าง แต2 ส2วนบนและขอบรอบ ๆ ขึ้นไปพบว2าปริมาณทองแดงลดลง และกลับมีปริมาณสังกะสี (และ/หรือตะกั่ว) เพิ่มขึ้น ในแหล2ง VMS มักเกิดโดยการพ2นจากใตAทะเล (submarine exhalative) ซึ่งโดยมากมักเกิดบนพื้นทะเล เมื่อ สารละลายน้ำแร2รAอนถูกดันพุ2ง (discharge) ออกมา แมAแหล2งแร2 VMS จะเกิดขึ้นมาในสภาพทางธรณีวิทยาที่ต2างกัน แต2ก็มีกลไกการเกิดคลAายกันคือการพุ2งจากใตAทะเลคลAายกัน (รูปที่ 3.1 และรูปที่ 3.2) โดยทั่วไปแหล2งแร2 VMS ใหญ2 ๆ ของโลก มักใหAสินแร2 Pb และ Zn เปaนส2วนใหญ2 นอกจากนั้นยังมี Cu และ Ag เปaนแร2รองดAวย แหล2งแร2ที่เกิดโดยการพ2นจากใตAทะเลนี้ มักมีหินขAางเคียงเปaนตะกอนภูเขาไฟหนา ซึ่งบAางก็มีหน2วยหินตะกอน เด2น บAางก็มีหน2วยหินภูเขาไฟเด2น ดังนั้น Hutchison (1973) จึงสรุปว2าลักษณะหินในแหล2งแร2 สภาพการแปรสัณฐาน (tectonic setting) และลักษณะการเกิดแหล2งแร2จึงมีความเกี่ยวพันกันอย2างมาก ตามการจำแนกในตารางที่ 3.1 บทที่ 3 21 ตารางที่ 3.1 การจำแนกชนิดแหล2งแร2ที่เกิดจากการพ2นจากใตAทะเล (Klau & Large, 1980) Geology of Mineral Deposits
22 3/16 Volcanogenic Massive Sulphide Deposits Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen รูปที่ 3.1 ปล2องสารละลายน้ำรAอนบริวเณทะเลลึกที่ทำใหAเกิดวัฏจักรชีวเคมีอันส2งผลใหAเกิดแหล2งแร2 รูปที่ 3.2 ภาคตัดขวางแหล2งแร2มวลซัลไฟดXภูเขาไฟบริเวณพื้นมหาสมุทร (Hannington, M.D., 2014)
ตารางที่3.2 หินภูเขาไฟชนิดที่เกิดร<วมกับแหล<งแร<มวลซัลไฟด$ กลุ2มที่ใหญ2ที่สุด คือ แหล2งแร2ซัลไฟดXแบบมวล ซึ่งมักเกิดร2วมกับหินภูเขาไฟและตะกอนภูเขาไฟ (รูปที่ 3.3) ส2วนแหล2งแร2ที่สะสมตัวอยู2กับตะกอนชั้นหนา อาจจัดแยกออกไปเปaนอีกพวกหนึ่งต2างหาก เรียกแหล2งแร2พ2นเขAาตะกอน (sedimentary exhalative) สำหรับแหล2ง VMS นี้ ชั้นหินภูเขาไฟที่ปìดลAอมแหล2ง (Volcanic host rocks) นี้อาจ เปaนหินภูเขาไฟสีเขAมหรือสีจางก็ไดA (ตารางที่ 3.2) แต2ในส2วนนี้เราอธิบายเฉพาะแหล2งที่เกิดอยู2กับหินภูเขาไฟสีเขAม ซึ่ง เราจัดใหAมี 2 ประเภท ไดAแก2 ก) แบบไซปรัส (Cyprus-type) ที่เกิดในชุดหินโอฟìโอไลตX(Ophiolite) ซึ่งเกิดขึ้นในบริเวณขอบแผ2นทวีป ตะกอนมาสะสม (accretionary margins) หรือในบริเวณส2วนหลังเกาะโคAง (back-arc) ที่แผ2นสมุทรดัน เลื่อนขึ้นมา ข) แบบเบชชี่ (Besshi-type) ที่เกิดอยู2ในหินบะซอลตXชนิดโทลิไอตX (Tholeiite basalts) โดยมีหินภูเขาไฟสี จาง เช2น หินไรไอไลตXพบรองลงมา ซึ่งหินทั้งสองเกิดอยู2ในแนวเกาะโคAงที่ไม2สมบูรณX 23 Geology Geology of Mineral Deposits รูปที่ 3.3 แบบจำลองแหล<งแร<มวลซัลไฟด$แบบเลนส$ร<วมกับ stockwork vein และบริเวณการแปรเปลี่ยน (Hannington et al., 1996)
24 3/16 Volcanogenic Massive Sulphide Deposits Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen ในบางแห2ง หลักฐานที่ชัดเจนซึ่งแสดงถึงลักษณะการสะสมตัวเปaนแหล2งแร2ที่เกิดพรAอมกับการปะทุของภูเขาไฟ (synvolcanic origin) ของมวลแร2ซัลไฟดX ไดAแก2 ตะกอนถล2ม โครงสรAางการเปลี่ยนลักษณะ การตกตะกอนเรียงเม็ดใน สายเลนสXไฟไรดX(ที่แสดงการสะสมตัวใหม2) การแตกหักเปaนชั้นภายในหินละลายรูปหมอน การเกิดพนังหินอัคนีที่แสดง ขอบแข็ง (chilled margin) ภายในมวลแร2ซัลไฟดX และช2องแทรกหินละลายภายในตัวแหล2งแร2 ก. แหล0งแร0มวลซัลไฟด`ไซปรัส (Cyprus-type VMS Deposit) ไซปรัสซึ่งเปaนชื่อเกาะแหล2งหนึ่งในทะเลเมดิเตอรXเรเนียนไดAถูกกำหนดใหAเปaนชื่อแหล2งแร2มวลซัลไฟดXแบบนี้ เพราะมีการศึกษากันมากและเปaนที่รูAจักกันดี นอกจากนั้นแหล2งแร2แบบดังกล2าวยังพบเห็นที่เกาะนิวฟÜนแลนดX (New Foundland) ของแคนาดา ฟìลิปปìนสX โอมาน และสเปน ฯลฯ โดยมากมักพบในบริเวณแนวรอยแยกที่ทำใหAทAองทะเล แผ2กวAาง และในที่สุดก็ถูกดันเลื่อนขึ้นมา (obducted) อันเปaนผลมาจากแรงดันเขAาหากัน (convergent plate movement) ซึ่งโดยส2วนใหญ2มักพบในบริเวณที่เปaนรอยตะเข็บธรณี (suture) ระหว2างแผ2นเปลือกโลกที่เชื่อมติดกัน มวลสินแร2ซัลไฟดXมักถูกหAอมลAอมหรือเกิดอยู2ภายในหินอัคนีสีเขAมถึงอัลตราเมฟìกที่มักกลายสภาพเปaนหินสีเขียว (spilitized) ของหินภูเขาไฟที่มี โครงสรAางรูปหมอน (pillow structures) ซึ่งถูกพ2นออกมาจากเปลือกสมุทรแบบ เงียบๆ ในทะเลลึก (quiet deep marine extrusions) หินอัคนีสีจางจำพวกไรโอไลดXแทบไม2พบเลย เช2นเดียวกับหิน ตะกอน แต2ถAาพบหินตะกอนก็อาจเปaนพวกตะกอนน้ำลึก (pelagic) เช2น หินเชิรXต (ที่มีซากเรดิโอลาเรีย) หิน (สินแร2) เหล็ก และหิน (สินแร2) แมงกำนีส โดยที่บริเวณที่สินแร2สายสานเกี่ยวกัน มักถูกปìดลAอมดAวยหินภูเขาไฟที่แสดงลักษณะ การแปลงเปลี่ยนแบบโปรไพลิติก (propylitic) สำหรับแนวชุดหินโอฟìโอไลตXที่สมบูรณXมักแสดงการลำดับชั้นเฉพาะ ซึ่งไดAแก2 (จากชั้นบนสุดลงล2าง) (1) ส2วนบนสุดของหินบะซอลตXรูปหมอน (pillow basalts) ซึ่งสลับกันหรือสอดแทรกดAวยหินตะกอนภูเขา ไฟชิ้นเหลี่ยม และตะกอนทะเล (ลึก) โดยอาจแสดงการแปรสภาพหินน้ำหนักกดขั้นต่ำ (zeolite facies) (2) ชั้นที่ประกอบดAวย พนังหินสีเขAมที่เกือบวางตัวในแนวดิ่ง และพบลักษณะการร2วมอยู2ดAวยกัน ซึ่งแสดงถึง ชุดแร2หินแปรขั้นปานกลาง (green schist, จนถึง amphibolite facies ตำมลำดับ) (3) การลำดับชั้นที่แสดงกลุ2มหินอัคนีแทรกซอน (เช2น หิน trondhjemites) ที่มีการเกาะยึดของผลึกแร2ไดAดี และต2อลึกลงไปขAางล2าง มักแสดงลักษณะหินอัคนีอัลตราเมฟìกแบบมีริ้วลาย เช2น hartzburgite นอกจากนั้นก็มี dunite และ lherzolite ซึ่งพวกริ้วลายนี้เปaนผลเนื่องจากการตอบสนองต2อแรงที่มา กระทำ ซึ่งการลำดับชั้นเช2นนี้ หลายท2านเรียกว2า "Steimann Trinity” และมักเปaนการลำดับชั้นที่ไม2สมบูรณX แต2มัก พบเห็นไดAบ2อยครั้ง สำหรับนักสำรวจการกำหนดที่ตั้งที่เปaนบริเวณแหล2งแร2โครไมตXชนิดกระเปาะ ก็คือตAองหำรอยต2อ ระหว2างทวีปที่สำคัญใหAไดA ซึ่งมักพบเห็นไดAตรงส2วนบนของหินเทคโทไนตX(tectonite) จากการวินิจฉัย พบว2าแหล2ง VMS มีลักษณะคลAายกันหลายแหล2ง แมAจะไม2เหมือนทีเดียวนัก แต2ก็มีลักษณะ การสะสมตัวของแร2โลหะเหมือนกับพวกที่เกิดตามพื้นทAองทะเลในแถบสันกลางสมุทรในลักษณะที่เรียกว2า "back smokers" (รูปที่ 3.1 และรูปที่ 3.2) ข. แหล0งแร0มวลซัลไฟด`ภูเขาไฟ (แบบเบชชี/ไคซแลงเจอร`(Besshi หรือ Kieslager-typer) คำว2า "Besshi” ถูกตั้งโดย Kato (1937) นักธรณีวิทยาชาวญี่ปุ°น ใหAใชAเปaนชื่อเฉพาะสำหรับแหล2งแร2มวล ทองแดงซัลไฟดXแสดงชั้นทองแดงขนาดเล็ก ๆ มากกว2า 100 แห2ง ปรากฏภายในแนวหินแปร Sanbagkawa ทางตอน ใตAของญี่ปุ°น ส2วนแนว Kieslager ในยุโรปก็มีลักษณะคลAายกับที่เกิดในญี่ปุ°น
25 Geology Geology of Mineral Deposits แหล2งแร2 VMS ทั้งสองแหล2งพบอยู2ภายในชั้นหินตะกอน/ภูเขาไฟ ซึ่งหินภูเขาไฟส2วนใหญ2เปaนหินบะซอลตXแอนดิไซตXและมีตะกอนภูเขาไฟบAาง ซึ่งต2อมาถูกการแปรสภาพหินใหAกลายเปaนหินกรีนชิสตX ภายในตัวแหล2งแร2 มักเกิดขนานกับชั้นหิน (stratiform) และมีลักษณะเปaนแผ2นคลAายหนังสือปกอ2อน หนา ไม2เกิน 7-8 เมตร แต2มีการแผ2กวAางออกไป เปaนรAอยเปaนพันเมตร แร0ไพโรต`จัดว2าเปaนแร2หลักที่เชื่อกันว2าเปaนตัวพำ (carrier) เอาธาตุโคบอลตX (Co) ซึ่งอาจมีปริมาณถึง 5,000 ppm และธาตุนิเกิล (Ni) ในปริมาณถึง 500 ppm ไดA แร2พิโรไทตX(pyrrhotite) อาจมีมากเปaนบางแห2ง โดยเฉพาะแถบผนังดAานล2างสายแร2 ทองแดงนับว2าเปaนธาตุผลผลิต ที่สำคัญของแหล2งแร2 VMS แบบนี้ แต2ในบางแห2งธาตุที่สำคัญรองลงมาคือสังกะสี ซึ่งอาจมีความสมบูรณXแค2 0.3 ถึง 2.0% ที่แตกต2างไปจากแหล2งแร2 VMS แบบไซปรัส ไม2พบสายแร2แบบถักเปäย (stringer-type) อาจกล2าวไดAว2า แหล2งแร2 VMS แบบนี้เปaนผลมาจากการสะสมตัวของแร2แบบน้ำลึก ที่เกิดขึ้นพรAอม ๆ กับ การระเบิดของภูเขาไฟใตAทะเล ซึ่งเปaนช2วงต2อ (transition) ระหว2างแหล2ง VMS แบบไซปรัสที่มีการสะสมบนพื้น มหาสมุทรที่ประกอบดAวยดAวยหินบะซอลตXเปaนหลัก กับแหล2งแร2 VMS แบบคุโรโกะที่อยู2ติดชายฝÜáง ซึ่งอาจเปaนพวก ปะทุบนบกหรือและในทะเลก็ไดA ซึ่งโดยมากมักเปaนเกาะโคAงไม2สมบูรณX ซึ่งปล2องสารละลายน้ำแร2รAอนมักพบกระจาย ตัวอยู2ทั่วโลกดังแสดงในรูปที่ 3.4 รูปที่ 3.4 แผนที่การกระจายตัวของปล2องสารละลายน้ำแร2รAอนที่สัมพันธXกับเทคโทนิกสXทั่วโลก http://vents-data.interridge.org InterRidge ver.3.3 database.
26 3/16 Volcanogenic Massive Sulphide Deposits Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen แนวทางการสำรวจแหล0งแร0 ก. แบบไซปรัส 1) แหล2งแร2เกิดภายในหินภูเขาไฟ ซึ่งเปaนสายบนของชุดหินโอฟìโอไลตXโดยมากมักเปaนหินละลายบะซอลตXที่ เกิดอยู2ร2วมกับหินกรวดเหลี่ยมภูเขาไฟ 2) แหล2งแร2มักถูกวางปìดทับดAวยหินละลายที่ปราศจากสินแร2 3) การกระจายตัวของแหล2งแร2 มักเกิดสัมพันธXกับแนวรอยเลื่อน 4) ในพื้นที่ที่แหล2งแร2ไม2แสดงความสัมพันธXกับแนวรอยเลื่อน (เช2น ที่ไซปรัส) กับมักมีการกระจายตัวที่ค2อนขAาง เปaนระบบ เช2น ระยะระหว2างตัวแหล2งแร2แต2ละแหล2ง มักห2างประมาณ 5 กิโลเมตร (Spooner;1977) 5) ในสภาพภูมิอากาศถึงแหAงแลAงแบบทะเลทราย เช2น แถบตะวันออกกลาง แหล2งแร2 VMS บริเวณใกลAกับผิว ดินแหล2งแร2ซัลไฟดXสามารถตรวจสอบไดAจากกAอนแร2ออกไซดXที่เรียก gossan (กอสแซน) 6) ในพื้นที่ที่เคยมีประวัติการทำเหมืองมานาน เช2น แถบตะวันออกกลาง กAอนแร2เกรอะกรัง (gossan) ที่เกิด อยู2บนสินแร2เปaนแนวทางที่สำคัญ 7) จากการศึกษาของ Pantazis & Govett (1973) พบว2า ขAอมูลทางสถิติบางอย2างเกี่ยวกับ Cu, Zn, Ni และ Co ในลักษณะ discriminant functions และ determinative functions ในหินละลายสีเขAมรูปหมอน ที่ลAอมรอบแหล2งแร2มาเตียติ (Mathiati deposit) ในไซปรัสใหAค2าผิดปกติเปaนรัศมีกวAางถึง 1 กิโลเมตร รอบ เหมือง ทำใหAอาจใชAเปaนตัวช2วยหาแหล2งแร2ในแถบใกลAเคียงไดA ข. แบบเบชชี/ไคซแลงเจอร` 1) หินที่เกิดก2อนโดยรอบ (host rocks) มักเปaนหินตะกอนภูเขาไฟเปaนส2วนใหญ2 ซึ่งหินภูเขาไฟส2วนใหญ2เปaน หินบะซอลตXถึงแอนดีไซตXและอาจมีหินตะกอนจำพวกหินเพลลิติก (pelitics) หรือตะกอนเนื้อละเอียดและ หินทรายสกปรกปนควอตซXบAาง 2) ลักษณะแหล2งแร2 (ore body) โดยทั่วไป แสดงชั้นชัดเจน และแผ2กวAางเปaนผืนหรือแผ2นเปaนพื้นที่เปaนรAอย เปaนพันเมตร ทำใหAไดAขนาดของพื้นที่สำรวจกวAางกว2าแหล2งชนิดอื่น 3) แหล2งแร2มักมีปริมาณโคบอลตX (Co) มาก ซึ่งอาจสูงถึง 5000 ppn และนิเกิล (Ni) (ซึ่งสูงถึง 500 ppm) ไดA ทำใหAนักสำรวจส2วนใหญ2ใชAธาตุ 2 ตัวนี้เปaนธาตุแม2สื่อ (path finders) สำหรับหาแหล2งแร2 VMS แบบนี้ 4) อายุของแหล2งและชุดหินเหล2านี้อยู2ในช2วงมหายุคพาลิโอโซอิก และอาจถึงปลายมหายุคโปรติโรโซอิกไดA
แหล$งแร$คาร.บอเนไทต. (Carbonatite Deposits) แมAว2าแหล2งแร2คารXบอเนไทตX(Carbonatite) จะไม2เคยมีใครคAนพบเลยในประเทศไทย แต2เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญ แลAว ก็น2าศึกษาอยู2บAาง คำว2า "คารXบอเนไทตX" อาจมีความหมายว2าหินจำพวกคารXบอเนตที่มีกำเนิดมาจากหินหนืด และ เกิดร2วมอยู2กับชุดหินคิมเบอรXไรตX(Kimberlite) และหินแอลคาไลตXสีเขAมและจาง หินคารXบอเนไทตXอาจแบ2งอย2างง2าย ออกเปaน 2 พวก ไดAแก2 1) โซไวตX(sovite) ซึ่งหมายถึงหินคารXบอเนไทตXที่มีแร2แคลไซตXเปaนแร2หลัก 2) เราเฮาไกตX(rauhaugite) ซึ่งไดAแก2หินคารXบอเนไตดXที่มีแร2โดโลไมตXเปaนแร2หลัก หินคารXบอเนไทตXซึ่งมักมีโครงสรAางเปaนรูปแตรหรือกรวยที่มีดAามยาว ๆ เท2านั้นที่ประกอบดAวยคารXบอเนตที่มา จากหินหนืด (รูปที่ 4.1) นอกนั้นส2วนใหญ2เปaนผลเนื่องจากการสลับเปลี่ยนกับหินขAางเคียง (metasomatism) ดAวย เหตุที่มีลักษณะคลAายแตร จึงเรียกกระบวนการแบบนี้ว2า "การเกิดแตร (fenitization)” ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาการสลับ เปลี่ยน CO2และ F จากปล2องไปยังหินขAางเคียง ผลที่ไดAจึงทำใหAเกิดหินผสม ซึ่งทั้งนี้ขึ้นอยู2กับหินขAางเคียงเปaนหลัก ดังนั้นในส2วนของหินหนืดที่เปaนแกรนิตและไนสXซิก จึงเกิดการแปรเปลี่ยน (altered) ไปเปaนหินที่ประกอบดAวยแร2 เฟลสปารXจำพวก criptoperthite แร2ไพรอกซีนมี Na แร2แอลไบตX และแร2แอมพิโบลมีNa แต2ถAาเปaนหินที่ค2อนไปทางสี เขAม (more mafic rocks) มักใหAแร2จำพวกไพรอกซีน (ชนิด aegirine augite และ aegirine) แร2เฟลสปารXแอลคาไลดX และแร2เนพิลีน เปaนตAน รูปที่ 4.1 ลักษณะสัณฐานของแหล2งแร2คารXบอเนไทตXที่ซับซAอน (a) Garson and Smith (1958); (b) Le Bas (1987); and (c) Slightly modified from Sage and Wat-kinson (1991) แสดง convex และ concave ตามธรรมชาติ ของ ring dike และ cone sheet แร2ทางเศรษฐกิจที่สำคัญ ไดAแก2 แร2อะพาไทตX(แร2จำพวกฟอสเฟตตัวหนึ่ง) แร2ไพโรคลอรX(CaNaNb2O6F หรือ A2 B2 X7 ซึ่ง A = Na, Ca, Ba, Sr, U; ส2วน B = Na, Ta, Ti และ X = O, F) แร2แม2เหล็ก (magnetite) และแร2ธาตุหา ยาก (เช2น Ln) แร2สตรอวนเทียไนตXแร2โมนาไซตXธาตุที่สำคัญ เช2น Mo, Cu, Th และ U เปaนตAน บทที่ 4 Geology of Mineral Deposits 29
30 4/16 Carbonatite Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen หินคารXบอเนไทตXมักถูกนักธรณีวิทยาจัดว2าเปaนหินยกเวAน ซึ่งพบมากในทวีปอเมริกาและทวีปแอฟริกา โดยเฉพาะแถบแคนาดา บราซิล แอฟริกาตะวันออกและใตA ดังแสดงในรูปที่ 4.2 เชื่อกันว2าแหล2งแร2ดังกล2าวเกิดเฉพาะ ในบางช2วงอายุเท2านั้น เช2น ในแคนาดา พบว2ามักเกิดในช2วง o 1,700 ลAานปä แถบทะเลสาปซุปพีเรีย o 1,050 ลAานปä แถบทะเลสาปซุปพีเรีย o 570 ลAานปä หุบเขาขนาบรอยเลื่อนออตตาวา (Ottawa Graben) o 120 ลAานปä หุบเขาขนาบรอยเลื่อนออตตาวา เอท โอกา (Ottawa Graben et Oka) โดยที่ 2 ช2วงหลังนี้ จากหลักฐานทางธรณีสัณฐานเชื่อว2า ช2วง 570 ลAานปä เปaนช2วงที่เกิดการเปลี่ยนลักษณะ การแปรสัณฐานที่เรียก Pan African ส2วนช2วง 120 ลAานปä เปaนช2วงที่เกิดการเปลี่ยนลักษณะการแปรสัณฐานตอน แยกตัวจากแผ2นดินกอนวานา (Gondwana Brcaking) อนึ่งสำหรับแหล2งคารXบอเนไทตXที่สำคัญของโลกมี 2 แห2งคือ 1) Bayan Obo คาร`บอเนไทต`ในมองโกเลียและประเทศจีน เปaนแหล2งแร2เหล็ก-โลหะหายาก-ไนโอเบียม มี ปริมาณสำรองธาตุเหล็ก ประมาณ 1,500 ลAานตัน (ความสมบูรณXเฉลี่ย 35 %) ปริมาณสำรอง REO อย2างนAอย 8 ลAาน ตัน (ความสมบูรณXเฉลี่ย 6 %) และปริมาณสำรองไนโอเบียมประมาณ 1 ลAานตัน (ความสมบูรณXเฉลี่ย 0.13 %) นับว2า เปaนแหล2งแร2โลหะหายากที่ใหญ2ที่สุดในโลก มีปริมาณสำรอง REO ถึง 3/4 ของปริมาณสำรองของโลก (Drew et al., 1991) เชื่อว2าแหล2งแร2นี้เกิดจาก Hydrothermal Replacement ในหน2วยหินโดโลไมตXซึ่งมีหินชนวนหรือหินดินดาน ปìดทับ แหล2งแร2จะอยู2บนส2วนบนของหน2วยหินโดโลไมตXซึ่งทั้งหมดอยู2ในไบยุนโอโบกรุป วางตัวแบบไม2ต2อเนื่องอยู2บน Archean Migmatic Basement (Drew et al., 1991) แหล2งนี้เริ่มแรกทำเหมืองแร2เหล็กในปä 1940 จนกระทั่งปä 1965 เริ่มมีการผลิตแบสตXนีไซตXและโมนาไซตXจาก ส2วนที่ทิ้งจากเหมือง มวลสินแร2มีมากกว2า 20 มวล มีเหมือง มากกว2า 20 เหมือง ที่ประกอบดAวยแร2เหล็ก คือ แมกนี ไทตXฮีมาไทตX โมนาไซตXแบสตXนีไซตXแร2ที่มีไนโอเบียม ฟลูออไรตXแบไรตXที่ฝÜงตัวอยู2ใน หินคารXบอเนไทตXพวกโดโลไมตX และแคลไซตXของไบยุนโอโบกรุป ซึ่งมีอายุ Proterozoic มวลสินแร2 Main และ East มีขนาดใหญ2ที่สุดวางตัวอยู2ใน แนวตะวันออก-ตะวันตก ยาวประมาณ 1 และ 2 กิโลเมตรตามลำดับ และเอียงเทไปทางใตA แร2หายาก ไดAแก2 แบสตXนี ไซตXและ โมนาไซตXกระจายอยู2ในหินคารXบอเนต และมีความสัมพันธXกับ แมกนีไทตXฮีมาไทตX และฟลูออไรตXรูปร2าง ของ Main Orebody พบว2า Massive Rare-Earth Iron Ore และ Fluorite Rare-Earth Iron Ore คือสินแร2ที่มีแร2 หายากและเหล็กมากที่สุด ความสมบูรณXเฉลี่ย 6 % REO 2) Mountain Pass คาร`บอเนไทต`แคลิฟอร`เนีย สหรัฐอเมริกา (Kamitami,1989) เปaนแหล2งแร2คารXบอเน ไทตXที่มีปริมาณสำรองใหญ2เปaนที่สองของโลก ที่เกิดอยู2ในหินแปรยุค Precambrian โดยมวลของคารXบอเนไทตXชื่อ Sulfide Queen มีความยาว 720 เมตร และกวAาง 210 เมตร ประกอบขึ้นดAวยแร2หลัก พวก แบสตXนีไซตXแบไรตXและ คารXบอเนต ปริมาณสำรองวัดไดAของ REO ประมาณ 5 ลAานตัน ความสมบูรณXเฉลี่ย 7 % REO ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาที่ พบในหินคารXบอเนไทตX
31 Geology Geology of Mineral Deposits รูปที่ 4.2 แผนที่แสดงการกระจายตัวของคารXบอเนไทตXและแหล2งแร2หายากที่เกิดในคารXบอเนไทตXr (Woolley and Kjarsgaard, 2008; Liu and Hou, 2017; Verplanck et al., 2016).
แหล$งแร$คิมเบอร.ไลต.ใหKเพชร (Diamondiferous Kimberlites) แหล2งแร2คิมเบอรXไรตXเปaนหินอัคนีแทรกซอนอัลตราเมฟìก ซึ่งถูกแปรเปลี่ยนใหAเปaนกลุ2มแร2คารXบอเนต กลุ2มแร2เซอรX เพนทีน และกลุ2มแร2ไมกAา ซึ่งเกิดจากปล2องระเบิด (diatremes) และพนังหินแทรกชั้น (dykes) โดยอาจมีหินคารXบอ นาไทตXและแลมโพรไอตXเกิดร2วมอยู2ดAวย หินดังกล2าวนี้อาจเขAามาถึงชั้นเนื้อโลก และลำดับส2วนจากหินหนืดที่เกิด ณ ที่ ลึกมาก (รูปที่ 5.1) ซึ่งปÜจจุบันเชื่อว2าเปaนแหล2งกำเนิดของเพชร ปÜจจุบันเปaนที่เชื่อกันว2าเพชรเกิดในที่ลึกภายในโลก และถูกนำขึ้นมาสู2ผิวโลกโดย หินอัคนี (volcanic breccia) ชนิดหินคิมเบอรXไลตX(Kimberlite) และหินแลมโพรไอตX(Lamproite) ตามรอยแยกที่เรียกว2า Kimberlite หรือ Lamproite pipe ตามชนิดของหินนั้น ๆ จากระดับความลึกที่ไม2นAอยกว2า 150 กิโลเมตร หินคิมเบอรXไลตX (Kimberlite) ตามคําจํากัดความ การแบ2งแยกชนิดหินโดย Mitchell (1986) กล2าวว2าหินคิมเบอรXไลตXเปaนหินอัลตรา เมฟìกที่มีปริมาณ CO2สูง ผลึกขนาดไม2เท2ากัน มีเศษชิ้นแร2แปลกปลอมขนาดใหญ2กับเมทริกซXขนาดละเอียด โดยที่มีแร2 olivine เปaนแร2ที่โดดเด2น แหล2งแร2คิมเบอรXไลตXประกอบดAวยแร2เฉพาะบางตัว ซึ่งอาจใชAในการสำรวจไดAเปaนอย2างดี คือ แร2อิลมิไนตXชนิดแมกนิเซียมสูง ซึ่งแร2ดังกล2าวอาจมีธาตุ MgO สูงถึง 10% และมีสูตร (Fe, Mg, Mn) TiO3 และแร2การX เน็ต 3 ชนิดประกอบกัน ไดAแก2 แร2ไพโรบ (pyrope = Mg-Al-garnet) แร2แอลมานดีน (almandine = Fe2+-Algarnet) และแร2อูวาโรไวตX(uvarovite = Ca-Cr-garnet) สำหรับหินแลมโพรไอตX (Lamproite) นั้น Mitchell (1986) จัดใหAเปaนหิน potassic-rich mafic ถึง ultraumatic alkaline rock (ultrapotassic leucite-bearing rock) ที่มีปริมาณของ SiO2 ในช2วงที่กวAาง ตั้งแต2 40- 55% ส2วนลักษณะเนื้อหินของ Lamproite คังไม2มีการศึกษาอย2างละเอียด หินคิมเบอรXไลตXและแลมโพรไซตX (Kimberlite and Lamproite) นั้นเปaนหินพวก hybrid rock ซึ่งเปaนส2วนผสมระหว2างหินจากชั้นเนื้อโลกตอนบน (Upper mantle) แสดงผลึกขนาดใหญ2ของแร2พวกโอลิวีนและไมกา (phlogopite) หินคิมเบอรXไลตX(Kimberlite) เมื่อสดจะมีสีออกน้ำเงิน น้ำตาล หรือเขียวเขAมจนถึงดำ ส2วนหินแลมโพรไอตX (Lamproite) จะมีสีเทา เทาเขียว และจะเห็นเนื้อเปaน ๆ ในทั้งสองชนิดนี้จะมีค2า SiO2 ในปริมาณที่ต่ำ หินแลมโพรไซตX มีค2า MgO, FeO, K2O และพวกกêาซ CO2 H2O และ F ในปริมาณที่สูงเมื่อเปรียบเทียบกับหินภูเขาไฟทั่วไป และมีค2า MgO, Feo และ CaO ต่ำกว2า แต2มีค2า SiO2 และ AI2O3 สูงกว2าหินคิมเบอรXไลตXปริมาณของ K2O ในหินและโพรไอตX ประมาณ 6-8% แต2 ปริมาณ K2O ในหินคมเบอรXไลตXจะมีเพียง 0.6-2.0% เท2านั้น (ตารางที่ 1) กêาซ COA ในหิน แถม โพรไอตXจะต่ำราวๆ <1% แต2ค2า CO2 จะสูงกว2าในหินคิมเบอรXไลตXซึ่งเปaนปริมาณ โดย เฉลี่ย 8.6% ธาตุร2องรอยที่พบ มากในหินทั้งสอง แต2จะมีปริมาณนAอยกว2าในหินคมเบอรXไลตXคือธาตุ Zr, Nb, Sr, Ba และ Rb แร2ประกอบหินของหิน ทั้งสอง ส2วนใหญ2คือแร2โอลิวีน ไพรอกซีน (diopside) และไมกา (phlogopite) แร2ส2วนนAอยคือแร2อะพาไทตX(apatite) เพอรอฟสไกดX (perovskite) อิลเมนตX (ilmenite) และสปìเนล (Spinel) ส2วนแร2อื่นที่พบในหินแถมโพรไอตXแต2ไม2พบ ในหินคิมเบอรXไลตXคือแร2 leucite (KAISi2O6) Sanidine (KAISi3O8) wadeite (K2ZrSi3O9) และ priderite (K,Ba)(Ti,Fe) 8O16) บทที่ 5 Geology of Mineral Deposits 33
34 5/16 Diamondiferous Kimberlites Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen รูปที่ 5.1 แบบจำลองคิมเบอรXไลตXการแทรกซอนระดับตื้น และชุดลักษณXปากปล2องภูเขาไฟ (Mitchell, 1986) ปล2องคิมเบอรXไลตXแบ2งออกเปaน 3 ส2วน (รูปที่ 5.2) จากล2างไปบน ดังนี้ 1. Root Zone เปaนส2วนที่ลึกที่สุดของปล2อง อยู2ลึกลงไปประมาณ 2.3 กิโลเมตร จากระดับพื้นผิว โดยมีความยาว ของรากตามแนวตั้ง ประมาณ 0.5 กิโลเมตร ประกอบดAวยหิน อัคนีเย็นตัวภายใตAผิวโลก (Intrusive igneous rocks) และเศษชิ้นหินและแร2 ของหินที่มาจากชั้น mantle ในส2วนที่ลึกลงไปจะเปaนส2วนของ feeder dykes อาจพบเพชร ไดAบAางในส2วน root zone และ feeder dykes แต2ไม2มากนัก 2. Diatreme Zone ส2วนนี้จะอยู2เหนือส2วน root zone และมีขนาดกวAางกว2า ขนาดตาม แนวตั้งของ diatreme Zone นี้จะยาวราว 1-2 กิโลเมตร โดยจะวางตัวขึ้นไปจนถึงระดับตื้นจากพื้นผิวลงมาประมาณ 300-300 เมตร ในกรณีที่ส2วนบนยังไร2ถูกกัดกร2อนไป ส2วนของ dimere เปaนส2วนสำคัญของปล2องใหAเพชร เนื่องจากว2าเปaน บริเวณที่มีการแทรกดันตัวขึ้นมาของหินคมเบอรXไลตXเปaนปริมาณมาก ซึ่งส2วนใหญ2เปaนหินพวก Tuffisitic kimberlite breccia รวมทั้งเศษชิ้นของหินและแร2ที่มาจากชั้นเนื้อโลกและหินผนัง (wall rock) เศษหินต2าง ๆ เหล2า นี้จะเชื่อมประสานกันดAวยสารละลายที่ไดAมาจากหินคิมเบอรXไลตXที่มีไอระเหย (vapour) อยู2มาก
35 Geology Geology of Mineral Deposits รูปที่ 5.2 (ดAานบน) ปากปล2อง Igwisi Hills จาก The earth story (ดAานล2าง) แผนภาพแบบจำลองการพัฒนาของ diatreme คิมเบอรXไลตX(Clement, 1982) 3. Crater Zone ส2วนนี้เปaนส2วนที่อยู2บนสุด จะยาวประมาณ 300 เมตร จากระดับพื้น ผิวลงไปถึงชั้น diatreme หินในส2วนนี้ประกอบดAวยหิน pyroclastic rocks (tuff and lapili crater zone นี้จะถูกทำลายไดAง2าย โดย ขบวนการกัดกร2อน (erosion) เนื่องจากส2วนนี้ บริเวณ crater ประกอบดAวย หินที่เปaนเศษชิ้นที่เชื่อมติดกัน แบบไม2ถาวร (poorly consolidated tuff) ซึ่งทำใหAมีการคมนํ้าไ ขบวนคอกัดกร2อนในชั้น Cuer monet ที่ อยู2บนสุดมีมากลงมาจนถึงชั้น dimma Crater diatreme ก็จะทำใหAเพชรที่อยู2ในชั้น daitreme นี้ถูกพัดพามา ตามธารน้ำหรือธารน้ำแข็ง มาสะสม zone ตัวในที่ลุ2มเปaนแบบทุติยภูมิ(Secondary deposit)
36 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen 5/16 Diamondiferous Kimberlites หินคิมเบอรXไลตXที่อยู2ในปล2องอาจไม2แสดงเนื้อเดียวกันทั้งหมด และมักไดAรับอิทธิพลการแปลงเปลี่ยนอยู2เสมอ และหลายครั้งที่พบหินคิมเบอรXไลตXที่เกิดมาก2อนเปaนหินแปลกปลอม (autolith) นอกจากนั้นก็ยังพบหินเอโคลไจตX (eclogite) (ซึ่งมีแร2การXเน็ตและไพรอกซีน) แร2ไคยาไนตXและแร2เพชรรูปออคตาฮีดรอนที่ไม2แสดงแนวเจริญของผลึก (growth lines) และมีผิวที่เปaนรู หินคิมเบอรXไลตXที่อยู2ในปล2องมักเปลี่ยนรูปร2างและพื้นที่ภาคตัดขวางไดAจากแตรไปเปaนพนังหินแทรกชั้น (รูปที่ 5.1) ซึ่งอาจเห็นเพียงลำเดียวหรือสองลำก็ไดA แหล2งแร2คิมเบอรXไลตXเกิดไดAทั่วโลกดังรูปที่ 5.3 แสดงการกระจายตัวของ แหล2งแร2ที่ใหAเพชร เช2น ในแอฟริกาใตA ไซบีเรีย บราซิล และออสเตรเลีย เปaนตAน การเกิดก็คลAายกับของคารXบอเนไทตX คือ นิยมเกิดเปaนช2วง ๆ เช2น 2,300-2,100 ลAานปä 1,800-1,150 ลAานปä 700 ลAานปä และ 90 ลAานปä เปaนตAน เพชรในหินคิมเบอรXไลตXมักแสดงเปaนรูปลูกเต¸า โดยมีรูปผลึกเปaนแบบออตตาฮีดรอล ความแข็ง 10 ความ ถ2วงจำเพาะระหว2าง 3.50-3.53 ดัชนีหักเห 2.42 ความสามารถกระจายแสงไดAถึง 5 เท2าของแกAว ในทางพาณิชยX มัก นิยมขายเปaนแบบอัญมณีชนิดอื่น คือ ขายเปaนกะรัต (carat = 0.2 กรัม) คือถAาอัญมณีเสAนผ2านศูนยXกลาง 1 มิลลิเมตร มีค2า 10 กะรัตโดยน้ำหนัก และเมื่อนำมาตัดหรือเจียระไนจะไดAมุมสวยงาม ซึ่งเปaนส2วนสำคัญที่ใชAในการเลือกซื้อ-ขาย เพชรในตลาดอัญมณี (รูปที่ 5.3) แนวทางการสำรวจ จวบจนปÜจจุบันเปaนที่เชื่อกันว2าหินคิมเบอรXไลตXจัดเปaนหินตAนกำเนิดที่เปaนเอกลักษณXมากสำหรับเพชร แต2ยังมีการ คAนพบเพชรในหินแลมโพรไฟรX(lamprophyres) ในช2วงตAน ค.ศ. 1970 (พ.ศ.2513) กลับเปaนที่ยอมรับกันเพิ่มเติมว2า หินอัคนีที่มีตAนกำเนิดจากเนื้อโลกลึกลงไปที่มีการแทรกดันขึ้นมาบนผิวโลกมีศักยภาพในการใหAเพชรอย2างมาก (รูปที่ 5.4) รูปที่ 5.3 หลักการเลือกซื้อ-ขายเพชรในตลาดอัญมณีตามกฎ 4C
37 Geology Geology of Mineral Deposits แต2ก็ไม2ใช2หินคิมเบอรXไลตXจากปล2องจะมีเพชรทั้งหมด เฉพำะส2วนบนๆ เท2านั้นที่ใหAเพชรในปริมาณมากกว2า ส2วนล2าง ๆ จากบริเวณหินคิมเบอรไลตX100 แห2ง พบว2าเพียง 20 แห2ง (คิดเปaนรAอยละ 5) เท2านั้น ที่จัดว2าเปaนแหล2งใหA เพชร สินแร2เพชรจัดว2าเปaนสินแร2ที่มีปริมาณนAอยที่สุดเท2าที่มีการทำเหมืองแร2มา ที่สำคัญก็คือหลังจากการสำรวจถAา พบว2าความสมบูรณXของเพชรมีเพียง 10 กะรัต ต2อสินแร2 100 ตัน (หรือคิดเปaน 0.02 ppm) ก็สามารถทำเหมืองแลAวคุAม ทุน ดAวยเหตุนี้ในการสำรวจและประเมินค2าดูจะเปaนเรื่องที่ทำไดAยากมาก (เพราะมีความเสี่ยงสูง) การเก็บตัวอย2างและ การตรวจหาเพชรจึงทำไดAยาก (ตAองอาศัยความชำนาญจริง ๆ) เพราะจากสถิติพบว2าเพียงหนึ่งในสิบของปล2องคิมเบอรX ไลตXเท2านั้นที่สำมารถทำเหมืองไดA เทคนิคการสำรวจแร2โดยอาศัยวิทยาแร2ดูจะเปaนเครื่องมือชิ้นสำคัญในการสำรวจหาแหล2งเพชร เนื่องจากเพชร จัดเปaนแร2ที่หาไดA (ยอด) ยาก จึงจำเปaนตAองหาแร2ชนิดอื่นมาเปaนเครื่องมือแทน เช2น แร2พริโคร-อิลมีไนตX(picroilmenite) และแร2ไพโรบ การขุดเจาะหลุมสำรวจ (pitting) บนพื้นที่สี่เหลี่ยมจตุรัสที่ค2อนขAางกวAาง โดยเก็บตัวอย2างแต2ละ พื้นที่ขนาดประมาณ 1/4 ถึง 1/100 ตารางเมตร เพื่อนำมาลAางและตรวจหาแร2เพื่อนบางตัว การเลือกพื้นที่สำรวจ จำเปaนตAองอาศัยการศึกษาอย2างจริงจังเกี่ยวกับการกระจายตัวของปล2อง การวิเคราะหXแผนที่ธรณีวิทยา ภาพจาก ดาวเทียม ภาพถ2ายทางอากาศ และแผนที่ธรณีฟìสิกสXทางอากาศ นอกจากนั้นยังตAองมีการตรวจสอบลักษณะรอยแตกที่ เปaนวงกลม (circular lineaments) และแนวรอยเลื่อนหลักอย2างต2อเนื่อง ในปÜจจุบันการศึกษาดAวยวิธีธรณีเคมีจัดว2าไม2 ประสบความสำเร็จเท2าที่ควร ในการศึกษาและสำรวจหาเพชรพบว2าปล2องที่อยู2รวมกันถAายิ่งใหญ2ก็ยิ่งใหAเพชรในปริมาณมาก และมีความ สมบูรณXมาก รูปที่ 5.4 แผนที่การกระจายตัวของแหล2งคิมเบอรXไลตXใหAเพชรทั่วโลก (appe et al., 2018)
แหล$งแร$ทองแดงเนื้อดอก Porphyry Copper Deposits โดยทั่วไป คำว2า "แหล2งทองแดงเนื้อดอก" ใชAกับแหล2งแร2ซึ่งมักใหAกำเนิดแร2ทองแดงที่อยู2ในหินอัคนีสีค2อนขAางจาง ใน ปÜจจุบันคำนี้กินความหมายกวAางขึ้นมากกว2าเดิมและมีความหมายครอบคลุมถึง "แหล2งแร2ทองแดง” ที่เกี่ยวขAองกับหิน อัคนีที่ใหAแร2ทองแดง ซึ่งมีความสมบูรณXต่ำ โดยที่สายแร2เกิดหลังหินที่มันอยู2 (epigenetic) โดยวิธีการทำเหมืองแบบ เปaนมวล โดยปกติแหล2งแร2มักปรากฏอยู2ในรอบมหาสมุทรแปซิฟìก (รูปที่ 7.1) บทที่ 6 Geology of Mineral Deposits 39 Lowell (1974) ไดAเสนอว2าแหล2งทองแดงเนื้อดอกที่สามารถทำเหมืองไดAคุAมทุน ควรเปaนแหล2งปริมาณ มากกว2า 20 ลAานตัน ณ ความสมบูรณXส2วนใหญ2มีปริมาณสำรองตั้งแต2มากกว2า 15 ลAาน จนถึง 3 พันลAานตัน และมี ความสมบูรณXของทองแดงระหว2าง 0.8 ถึง 2% Cu แหล2งทองแดงที่ใหญ2จริง ๆ เช2น ประมาณ 2 พันลAานตัน ณ ความ สมบูรณXของทองแดงที่ 1.5% Cu สามารถผลิตโลหะทองแดงไดAถึง 20 ลAานตัน นอกจากหินอัคนีดังกล2าวจะเปaนแหล2ง แร2ทองแดงแลAว ยังใหAสินแร2ตัวอื่นอีก เช2น Mo, Au, Ag และ W เปaนตAน จากรูปที่ 7.1 แสดงปริมณฑลแหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกที่พบในที่ต2าง ๆ ทั่วโลก ซึ่งจะเห็นไดAว2ามี ความสัมพันธXกับแนวมุดตัวของแผ2นเปลือกโลกทั้งในอดีตและปÜจจุบัน ซึ่งมีทั้งส2วนที่เปaนขอบทวีปดูดกลืน (consuming margins) และที่เปaนแนวเกาะโคAง (island arcs) แต2ที่ยกเวAนก็คือที่ญี่ปุ°นเพราะไม2มีแหล2งแร2ใหญ2 ๆ ดังกล2าวปรากฏชัด รูปที่ 7.1 แผนที่การกระจายตัวของแหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอก (Jung-Woo Park et al., 2021)
40 6/16 Porphyry Copper Deposits Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen ในแต2ละแนวปริมณฑลมักมีความแตกต2างในแง2ชนิดแร2เหมือนกัน เช2น แนวแหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกของทวีป อเมริกาเหนือมักพบปะปนกับแร2โมลิปดินัมและทังสะเตน (ถึงขนาดที่ในบางแห2งแร2สองตัวนี้กลับพบมากกว2าทองแดง เสียอีก) ส2วนในบริเวณแถบแปซิฟìกตะวันตกเฉียงใตA แหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกมักเกิดร2วมกับแร2ทองคำดAวย เช2น ฟìลิปปìนสX หรือแร2ซัลไฟดXบางตัว เช2น ไพไรตX แหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกนี้มักเกิดร2วมกับหินอัคนีสีจาง ซึ่งเกิดระดับตื้นถึงกึ่งภูเขาไฟ (ลึกปานกลาง) และอยู2 ร2วมกับพนังหินแกรกตัดและแทรกตาม หรือเกิด ณ บริเวณปºªนหินอัคนีมวลไพศาลไดA และในบริเวณนั้นมักพบมวลหิน อัคนีหลายชุด กลุ2มพนังหิน หินเศษเหลี่ยม และพนังหินกรวด (pebble dike) นอกจากนั้นยังพบว2าตัวหินอัคนีและหิน ขAางเคียงมักเกิดการแตกหักมากมาย อันเนื่องจากความจริงที่ว2าแหล2งแร2ทองแดงประเภทนี้มักเปaนพวกหินกึ่งภูเขาไฟ (subvolcanics) ดังนั้น แหล2งแร2ดังกล2าวจึงมักหนีไม2พAนถูกปรับราบ (peneplained) เกือบหมด โดยเฉพาะบริเวณที่มี สภาพภูมิอากาศรAอนชื้น เช2น ประเทศไทย และเอเชียตะวันออกเฉียงใตA ดAวยเหตุนี้เราจึงมักพบแหล2งแร2ทองแดงลาย ดอกในแนวคดโคAงใหญ2ของมหายุคมีโซโซอิก (Mesozoic) จนถึงซีโนโซอิก (Cenozoic) ส2วนพวกที่มีอายุพาลีโอโซอิก (Paleozoic) มักพบเห็นนAอยกว2า แต2ในประเทศไทยกลับพบเห็นช2วงปลายของพาลีโอโซอิกจนถึงช2วงตAนของมีโซโซอิก และยิ่งเปaนแหล2งในมหายุคพรีแคมเบรียนแทบยิ่งไม2มีโอกาสพบไดAเลย (และโดยเฉพาะประเทศไทย) แร2 0.1% Cu แต2 ที่จัดว2าเปaนเหมืองทองแดงเนื้อดอกระดับโลก แหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกมักถูกลAอมรอบดAวยวงการแปลงเปลี่ยน (alteration halos หรือ zoning) เนื่องจาก วิวัฒนาการโดยสารละลายน้ำแร2รAอนอย2างชัดเจน (รูปที่ 7.2) ทำใหAมีส2วนช2วยนักสำรวจต2อการตรวจคAน (และสำรวจ) แหล2งแร2ดังกล2าวไดAง2าย รูปที่ 7.2 แสดงวงการแปลงเปลี่ยน (เชิงแร2วิทยา) 4 วงดAวยกัน ซึ่งวงดังกล2าวมักจัดตัวเองเปaน วงซAอนกันคลAายกลีบหัวหอม แต2ที่พบส2วนใหญ2มักไม2สมบูรณXแบบ (เช2นที่เมืองเลย) เหมือนที่ปรากฏตามทฤษฎีจริง ๆ จากวงในไปสู2วงนอกไดAแก2 การเกิดเปaนแหล2งแร2มักปรากฏอยู2ในหินอัคนีแทรกซอนและส2วนของหินขAางเคียงโดยรอบ ดังนั้น แบบจำลองการเกิดแหล2งแร2ก็คือ แหล2งแร2กำเนิดจากน้ำหินหนืดลAวน (orthomagmatic water) หรือจากน้ำนอก หินหนืดพามา เช2น ตะกอนหรือน้ำใตAดิน (convective water) ซึ่งตAองการทิ้งช2วงเวลาภายหลังจากการแทรกดัน ขึ้นมาแข็งตัวของหินหนืดก2อนเกิดการพาของน้ำจากหินหนืดหรือจากน้ำใตAดิน ซึ่งในสภาวะต2อมาจึงเกิดการลด อุณหภูมิ จนเกิดการแปรเปลี่ยน (alteration) ทั้งทางแร2และเนื้อหิน ณ ระดับอุณหภูมิหนึ่ง (ซึ่งโดยมากสูงกว2า อุณหภูมิของการแข็งตัวกลายเปaนหินตะกอน) ซึ่งในตอนนั้นแร2ทองแดงซัลไฟดXที่เกิดมาก2อนแลAวจึงเกิดการจัดตัว เสียใหม2 (remobilization) และรวมตัวกันใหม2จนมีความเขAมขAนขึ้นหรือมากขึ้น ส2วนการแปลงเปลี่ยนโดยน้ำใตAดิน อาจมีส2วนทำใหAเกิดภาวะสมบูรณXยิ่งยวด (supergene enrichment) ดังนั้นทั้งสองกระบวนการจึงทำใหAการเกิด เปaนแหล2งแร2สัมฤทธิผลทั้งคู2 แมAจะตรงกันขAามกันก็ตาม
ดังที่ไดAกล2าวมาแลAว แหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกรวมทั้งแร2เกิดร2วม เช2น โมลิปตินั่ม มักเกิดสัมพันธXกับการมุด ตัวของแผ2นเปลือกโลก ซึ่งจากการศึกษาโดยละเอียด โดยเฉพาะแถบเทือกเขาแอนดีส (รูปที่ 7.1) การแทรกดัน ของหินหนืดสัมพันธXกับแนวเสAนโครงสรAาง (lineaments) ระดับลึก ทำใหAเชื่อว2าแหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกที่แสดง ลักษณะการกระจายตัวในแนวเสAนตรงอาจเปaนผลเนื่องมาจากแหล2งแร2ทองแดงดังกล2าวมักเกิด ณ ระดับความลึก หนึ่งในแผ2นเปลือกโลกเท2านั้น (เช2น การหลอมละลายบางส2วนของแผ2นเปลือกโลก) เปaนที่น2าสังเกตว2าแหล2งแร2เกิด จำกัดเฉพาะในแนวหนึ่ง ซึ่งถูกกัดเซาะลงไปไม2ลึกเหมือนที่เกิดกับที่มวลหินอัคนีที่เรียก "Coastal Range Batholith” ในรัฐแคลิฟอริเนีย แต2ก็ยังลึกมากกว2าแนวเทือกภูเขาไฟที่อยู2ถัดไปในทิศตะวันออกในประเทศชิลี ซึ่ง ทำใหAแหล2งชูคิคามาตา (Chuquicamata) ของชิลีเปaนแหล2งทองแดงเนื้อดอกที่ใหญ2ที่สุดของโลกในทศวรรษ ปÜจจุบัน ปริมณฑลแร2ทองแดงใหญ2อื่น ๆ เช2นบริเวณตั้งแต2แนวคอรXดิเลลราในรัฐบริติชโคลัมเนียของแคนาดา (Canadian Cordillera) ฝÜáงตะวันตกเฉียงใตAของอเมริกาและเม็กซิโก แนวบรรพตรังสรรคXแอปปาลาเชียน (Appalachian) เกาะโคAงอาณาบริเวณแปซิฟìกตะวันตกเฉียงใตA แนวเขาในยุโรปตะวันออก เช2น แหล2งบอรX(Bor) ของยูโกสลาเวีย และในรัสเซีย สำหรับประเทศไทย ไดAแก2 แนวภูเขาไฟเก2า เลย-เพชรบูรณX-เกาะชAาง นอกเหนือจากแหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอกแลAวยังมีแหล2งแร2โมลิปดินั่มเนื้อดอกอีกดAวย โดยเฉพาะในแถบ ตะวันตกของทวีปอเมริกาเหนือ โดยมีแหล2งที่มีชื่อเสียงคือแถบรัฐโคโลราโด (รูปที่ 7.3) ซึ่งแหล2งแร2หลายแหล2ง แสดงความสัมพันธXกับหินแกรนิตและหินภูเขาไฟดังตัวอย2างในรูปที่ 7.4 41 Geology Geology of Mineral Deposits รูปที่ 7.2 แผนภาพแสดงโซนปฏิกิริยาการแปรเปลี่ยนดAวยสายแร2น้ำรAอน (Lowell and Guilbert, 1970)
42 Assistant Professor Dr. Vimoltip Singtuen 6/16 Porphyry Copper Deposits รูปที่ 7.3 แผนที่การกระจายตัวของแหล2งแร2ทองแดงเนื้อดอก (R. Sillitoe, 2010)