Tổ hợp khoáng vật là tập hợp các khoáng vật xuất hiện trong một loại đá hoặc quặng phản ánh (các) điều kiện môi trường thành tạo của đá đó. Tập hợp các khoáng vật trong một loại đá được kết tinh đồng thời trong cùng điều kiện được gọi là “Tổ hợp cộng sinh khoáng vật”. Thuật ngữ này được nhà khoa học người Đức, J. Breithaupt (1791-1873), đề xuất năm 1894 và được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu khoáng vật học cuối thế kỷ XIX. Tuy nhiên, từ nửa sau thế kỷ XX, thuật ngữ “Tổ hợp cộng sinh khoáng vật” được sử dụng đồng nhất với thuật ngữ “Tổ hợp khoáng vật” cho tập hợp các khoáng vật này.

Trong tự nhiên, các khoáng vật có thể xuất hiện ở nhiều hơn một tổ hợp khoáng vật, nhưng cũng có những khoáng vật có tính chất đặc biệt chỉ xuất hiện trong một tổ hợp khoáng vật nhất định và trở thành đặc điểm chỉ thị của quá trình địa chất hình thành đá chứa. Khoáng vật đó được gọi là khoáng vật tiêu hình. Ví dụ: sphalerit thường có màu nâu sẫm, nhưng sphalerit hình thành ở nhiệt độ cao và trong môi trường giàu Fe có màu đen, còn sphalerit có màu vàng nhạt do có chứa Cd, không chứa Fe đặc trưng cho sphalerit kết tinh ở nhiệt độ thấp; hoặc pyrop (garnet giàu Mg và Al) có màu đỏ chói đặc trưng cho thành tạo kimberlit, uvarovite (garnet chứa Cr) có màu xanh lục tươi chỉ xuất hiện cùng với chromit trong các đá siêu mafic. Ngoài ra, một khoáng vật cũng có thể xuất hiện trong nhiều giai đoạn của quá trình tạo khoáng (có nhiều thế hệ). Khoáng vật của các thế hệ khác nhau thường được phân biệt theo thành phần hoá học và dấu hiệu bên ngoài (màu, kích thước hạt, hình dạng,…).

Các khoáng vật trong tổ hợp khoáng vật được thành tạo trong cùng điều kiện môi trường (nhiệt độ và áp suất), và đạt trạng thái cân bằng về thành phần hoá học. Do đó, có thể quan sát thấy các khoáng vật của cùng một tổ hợp được sắp xếp liền kề với nhau trong đá và có tiếp xúc rõ ràng với nhau (nói cách khác là chúng đạt trạng thái bền vững). Đặc điểm quan trọng để xác định trạng thái cân bằng của các khoáng vật là sự có mặt hay vắng mặt riềm phản ứng ở vị trí các khoáng vật tiếp xúc với nhau. Các khoáng vật trong một tổ hợp khoáng vật đạt trạng thái cân bằng nếu không có riềm phản ứng, và ngược lại, chúng không cân bằng nếu tồn tại tập hợp các khoáng vật thứ sinh ở vị trí tiếp xúc (riềm phản ứng). Ví dụ, garnet có thể phản ứng với biotit để tạo thành riềm chlorit giữa chúng, điều đó chứng tỏ rằng garnet và biotit không cân bằng khi tiếp xúc với nhau, do vậy garnet và biotit không cùng tổ hợp khoáng vật.

Các đá (magma, trầm tích, biến chất) và quặng đều có tổ hợp khoáng vật đặc trưng. Trong quá trình magma, các khoáng vật được kết tinh trực tiếp từ dung thể magma, tạo nên các loại đá magma. Các khoáng vật được thành tạo lần lượt từ các khoáng vật giàu Fe, Mg (như olivin, pyroxen,…) có đặc điểm sẫm màu đến các khoáng giàu Si, Al và Na, K (như K-feldspar, muscovit, thạch anh,…) có đặc điểm sáng màu trong quá trình phân dị magma, hình thành các tổ hợp khoáng vật đặc trưng cho các loại đá. Một số tổ hợp khoáng vật điển hình của đá magma như:

1. tổ hợp olivin - pyroxen - magnetit (chromit)… đặc trưng cho đá magma siêu mafic
2. tổ hợp plagioclas - pyroxen - olivin - hornblend - biotit,… đặc trưng cho đá magma mafic
3. tổ hợp plagioclas - horblend - biotit - pyroxen - thạch anh - K-feldspar… đặc trưng cho đá magma trung tính
4. tổ hợp thạch anh - K-feldspar - plagioclas - biotit - muscovite,… đặc trưng cho đá magma acid

Các đá trầm tích hình thành ngay trên bề mặt vỏ Trái đất trong quá trình tạo khoáng ngoại sinh, dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất thấp và sự tác động của các tham số môi trường (như Eh, pH). Các khoáng vật thành tạo đá trầm tích là các khoáng vật bền vững trong quá trình phong hoá các đá trên bề mặt Trái đất. Ví dụ: thạch anh bền vững nhất và olivin dễ bị phân huỷ nhất trong các khoáng vật tạo đá magma; các khoáng vật oxid như spinel, rutil, anatas, corundum,… hoặc một số khoáng vật silicat như tourmaline, zircon, topaz,… hoặc kim cương, platin,… rất bền vững trong quá trình phong hoá. Các khoáng vật được hình thành trong quá trình biến chất như garnet, disten, sillimanit, titanit,… cũng là những khoáng vật bền vững.

Đá biến chất thành tạo từ quá trình biến đổi hoặc tái kết tinh các đá trên bề mặt Trái đất dưới tác động của nhiệt độ (T), áp suất (P) và có thể cả các dung dịch khí - lỏng. Thành phần khoáng vật của đá biến chất phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và thành phần của đá ban đầu. Trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định, các khoáng vật biến đổi/phản ứng để đạt được trạng thái cân bằng và hình thành nên loại đá biến chất tương ứng. Ví dụ, các biến thể của Al2SiO5 là silimanit, kyanit, và andalusit đều là các khoáng vật đặc trưng cho các đá phiến sét, giàu nhôm. Nhưng mỗi khoáng vật có cấu trúc tinh thể khác nhau tồn tại bền vững ở mỗi điều kiện P-T khác nhau. Thành phần khoáng vật của đá biến chất rất khác nhau, chúng có thể hoàn toàn được thành tạo từ một khoáng vật duy nhất (thạch anh hình thành đá quartzit, calcit hình thành đá hoa) hoặc từ nhiều khoáng vật. Các khoáng vật chủ yếu tạo đá biến chất gồm thạch anh, feldspar, mica, pyroxen, amphibol và một số khoáng vật đặc trưng (garnet, andalusit, disten, sillimanit, cordierit, scapolit, talc, chlorit, epidot,…).

Tài liệu tham khảo

1. Đỗ Thị Vân Thanh, Khoáng vật học, Nxb. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010.
2. Cornelis Klein, Barbara Dutrow (Eds), Manual of Mineral Science, Wiley, 23rd edition, 2007.
3. William D. Nesse (Ed), Introduction to Mineralogy, Oxford University Press; 3rd edition, 2016.