มณฑลแร่ (metallogenic province) หมายถึงบริเวณที่มีแหล่งแร่ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่สัมพันธ์กันอย่างกว้างๆ ในด้านส่วนประกอบของแบบและอายุของการเกิดแร่(Petrascheck, 1965) มณฑลแร่ดังกล่าวอาจเป็นบริเวณที่มีแร่เพียงชนิดเดียว หรือกลุ่มแร่ซึ่งมีลักษณะที่มีความสัมพันธ์ด้านการกำเนิด
แหล่งแร่ที่เกิดขึ้น ณ ที่ใดก็ตามในชั้นเปลือกโลก มักเกิดภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกบริเวณนั้นๆในอดีต ซึ่งการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกดังกล่าวเกิดจากปัจจัยทางด้านภูมิศาสตร์ ธรณีวิทยา ธรณีวิทยาแปรสัณฐาน (tectonics) และธรณีกาลของการเกิดแร่หรือกลุ่มแร่ในพื้นที่ ดังนั้นความรู้ความเข้าใจในเหตุผลของการเกิดกลุ่มของแหล่งแร่ จึงเป็นสิ่งสำคัญมากทั้งในด้านการสำรวจและศึกษาวิจัยในการจัดแบ่งมณฑลแร่
Sitthithaworn and Wasuwanich (1992) ได้จัดทำแผนที่มณฑลแร่ของประเทศไทย โดยทำการศึกษาและรวบรวมข้อมูลทางธรณีวิทยาแปรสัณฐานของประเทศไทยที่ศึกษาโดย Bunopas (1981) และ Bunopas and Vella (1983) เป็นโครงร่าง จากนั้นได้ใช้ข้อมูลแหล่งแร่และข้อมูลธรณีวิทยาต่างๆ มาช่วยในการกำหนดขอบเขตมณฑลแร่ของประเทศ นอกจากนี้ยังมีข้อมูลที่เกี่ยวกับแนวความคิด ทฤษฎี และรายงานที่เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิด วิวัฒนาการทางธรณีวิทยาแปรสัณฐานของประเทศไทย และบริเวณใกล้เคียง รวมทั้งการใช้ข้อมูลธรณีฟิสิกส์ทางอากาศ
ข้อมูลที่นำมากล่าวในเรื่องมณฑลแร่นี้ ส่วนใหญ่ได้จากรายงานของ Sitthithaworn and Wasuwanich (1992) เป็นหลัก โดยได้มีการปรับเปลี่ยนการจัดแบ่งขอบเขตมณฑลแร่ในรายละเอียดไปบ้าง ทั้งนี้เพื่อให้สอดคล้องกับผลการศึกษาวิจัยในช่วงหลัง โดยเฉพาะแนวคิดเกี่ยวกับธรณีวิทยาแปรสัณฐานของประเทศไทยและการแปลความหมายข้อมูลธรณีฟิสิกส์ทางอากาศเพิ่มเติม โดยเฉพาะข้อมูลความเข้มสนามแม่เหล็ก เข้ามาช่วยในการศึกษา
จากหลักฐานและข้อมูลทางด้านแหล่งแร่ ธรณีวิทยาพื้นฐาน ธรณีวิทยาโครงสร้าง ธรณีวิทยาสัณฐาน ธรณีวิทยาแปรสัณฐาน และธรณีฟิสิกส์ทางอากาศ สามารถแบ่งมณฑลแร่ของประเทศไทยออกได้เป็น 3 ส่วน คือ มณฑลแร่ตะวันออกเฉียงเหนือ มณฑลแร่ตอนกลาง และมณฑลแร่ตะวันตก
มณฑลนี้เป็นบริเวณที่มีสภาพธรณีวิทยาแปรสัณฐานแบบแอ่งสะสมตะกอนที่เกิดในแผ่นทวีป (continental interior basin หรือ intercratonic basin) ครอบคลุมบริเวณที่ราบสูงโคราชทั้งหมด ประกอบด้วยแอ่งสกลนคร และแอ่งโคราช ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแผ่นเปลือกโลกอินโดจีน มีหินที่รองรับเป็นหินยุคพรีแคมเบรียนที่โผล่อยู่ในตอนกลางของประเทศเวียดนามและทางตะวันออกของประเทศลาว ลักษณะของหินตะกอนภาคพื้นทวีปของมหายุคมีโซโซอิกในพื้นที่ แสดงการถูกรบกวนน้อย บ่งบอกถึงความเสถียร(stable) ของบริเวณที่ราบสูงโคราช จากภาพรวมของความเข้มสนามแม่เหล็กที่ปรากฎได้สะท้อนถึงลักษณะหินดานในระดับลึก และแสดงถึงความแตกต่างระหว่างที่ราบสูงโคราชกับมณฑลอย่างชัดเจน แหล่งแร่ที่พบในบริเวณมณฑลแร่ตะวันออกเฉียงเหนือได้แก่ ยูเรเนียม ทองแดง โพแทช (ซิลไวต์ และคาร์นัลไลต์) และเกลือหิน (เฮไลต์)
มณฑลแร่ตอนกลางวางตัวอยู่ระหว่างมณฑลแร่ตะวันตกและมณฑลแร่ตะวันออกเฉียงเหนือ มีขอบเขตทางด้านตะวันตกตั้งแต่บริเวณจังหวัดเชียงรายตอนเหนือสุดของประเทศ ตามขอบเทือกหินแกรนิตด้านตะวันออกลงมาทางตอนใต้ จนถึงจังหวัดตาก ถูกเฉือนโดยรอยเลื่อนแม่ปิง ทำให้แนวการวางตัวเยื้องไปทางทิศตะวันออกเล็กน้อย แล้วต่อเนื่องลงไปทางใต้ตามแนวรอยเลื่อนสาขาที่เชื่อมต่อระหว่างรอยเลื่อนแม่ปิงกับรอยเลื่อนเจ้าพระยาซึ่งทำให้ทิศทางการวางตัว ของมณฑลแร่นี้ เปลี่ยนทิศทาง ไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ เข้าไปสู่ภาคตะวันออกของประเทศ ส่วนขอบเขตทางด้านตะวันออกจรดขอบที่ราบสูงโคราช
ในการแบ่งขอบเขตมณฑลแร่นั้น นอกจากจะใช้ชนิดของแร่และลักษณะทางธรณีวิทยาในการแบ่งเขตแล้ว ยังสามารถใช้ข้อมูลความเข้มสนามแม่เหล็กจากการบินสำรวจในการแสดงความแตกต่างระหว่างมณฑลแร่ตอนกลาง กับมณฑลแร่ตะวันตกและมณฑลแร่ตะวันออกเฉียงเหนือ โดยข้อมูลความเข้มสนามแม่เหล็กของมณฑลแร่ตอนกลางแสดงให้เห็นถึงแนวหินภูเขาไฟอย่างชัดเจน โดยเฉพาะในกลุ่มหินภูเขาไฟบริเวณจังหวัดน่าน-อุตรดิตถ์ จังหวัดพิษณุโลก-พิจิตร(-เพชรบูรณ์)-ลพบุรี-ปราจีนบุรี-สระแก้ว และบริเวณจังหวัดเลย ตลอดจนแนวจันทบุรี-ตราด-เกาะช้าง และ แพร่-ลำปาง-ตาก
จากลักษณะทางธรณีวิทยาแปรสัณฐานและหลักฐานทางข้อมูลความเข้มสนามแม่เหล็กทางอากาศ สามารถแบ่งมณฑลแร่ตอนกลางออกได้เป็นสองด้าน คือด้านตะวันตกและด้านตะวันออก ในส่วนของด้านตะวันตกสามารถแบ่งออกเป็น 4 มณฑลแร่ย่อย ได้แก่มณฑลแร่ย่อย แพร่ สุโขทัย อุทัยธานี และจันทบุรี ส่วนทางด้านตะวันออกแบ่งออกเป็น 3 มณฑลแร่ย่อย คือมณฑลแร่ย่อยอุตรดิตถ์-น่าน (หรือ “ผาซ่อม ใน Sitthithaworn and Wasuwanich, 1992) พิจิตร-ลพบุรี-สระแก้วและเลย
ลักษณะธรณีวิทยาที่เด่นของมณฑลแร่ตอนกลางด้านตะวันตกคือแนวหินภูเขาไฟทางตะวันตก ส่วนใหญ่มีอายุอยู่ในช่วงยุคเพอร์เมียนตอนปลาย ถึงยุคไทรแอสซิกตอนต้น และหินภูเขาไฟที่ถูกแปรสภาพ (metavolcanics) ยุคไซลูเรียนดีโวเนียน และคาร์บอนิเฟอรัส ซึ่งชี้ให้เห็นว่าเกิดอยู่ในสภาพแวดล้อมเป็นแบบหมู่เกาะรูปโค้งและร่องลึกก้นสมุทร หินอัคนีแทรกซอนที่สำคัญได้แก่หินแกรนิต ควอตซ์-ไดออไรต์ และหินอัคนีพุพวกบะซอลต์ ที่เกิดจากการประทุในแนวเหนือ-ใต้ หินบะซอลต์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงยุคเทอร์เชียรี กลุ่มของแหล่งแร่ที่เกิดได้แก่ ทองแดง พลวง แบไรต์ และ ฟลูออไรต์ ซึ่งพบกระจายตัวอยู่เป็นจำนวนมากในบริเวณหมู่เกาะรูปโค้งยุคเพอร์เมียนไทรแอสซิก นอกจากนี้ ยังพบแหล่งแร่ทองคำ แมงกานีสและทังสเตน อย่างไรก็ดี จากการศึกษาเปรียบเทียบกับการเกิดแร่ในบริเวณที่มีสภาพแวดล้อมเป็นแบบระบบหมู่เกาะรูปโค้งจนถึงขอบทวีป พบว่าบริเวณดังกล่าวมีศักยภาพที่จะให้แร่อื่น ๆ อีก เช่นแร่โลหะพื้นฐาน (ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี) โมลิบดีนัมและโลหะมีค่า (เช่น ทองคำ เงิน ทองคำขาว) และโลหะชนิดอื่นๆ ได้แก่ปรอท เป็นต้น
ทางด้านตะวันออกของมณฑลแร่ตอนกลาง ประกอบด้วย มณฑลแร่ย่อยอุตรดิตถ์-น่าน พิจิตร-ลพบุรี-สระแก้วและเลย เชื่อว่าเป็นบริเวณตามแนวตะเข็บ
ระหว่างแผ่นเปลือกโลกชาน-ไทย (นครไทย) และ อินโดจีน มณฑลแร่ย่อยอุตรดิตถ์-น่าน พิจิตร-ลพบุรี-สระแก้ว และเลย มีความแตกต่างกันในด้านอายุและประวัติความเป็นมา ตลอดจนวิวัฒนาการที่เกิดขึ้น ซึ่งแต่ละแห่งก็แตกต่างกันไป
มณฑลแร่ย่อยอุตรดิตถ์-น่าน มีลักษณะเป็นแนวเรียวยาว วางตัวต่อเนื่องเข้ามาจากประเทศลาวที่เขตจังหวัดน่านและอุตรดิตถ์ เลยต่อมาทางทิศตะวันตกเฉียงใต้จนถึงจังหวัดอุตรดิตถ์ และมีแนวต่อเนื่องไปทางจังหวัดตาก นับเป็นระยะทางประมาณ 200 250 กิโลเมตร โดยมีส่วนที่กว้างที่สุดประมาณ 10 กิโลเมตร (จากหินอัลตราเมฟิกที่โผล่ที่ระดับผิวดิน) หินเมฟิกและอัลตราเมฟิกในพื้นที่ น่าจะเป็นกลุ่มหินโอฟิโอไลต์ (ophiolite suite) ที่ถูกบีบอัดยกตัวขึ้นมาในช่วงยุคเพอร์เมียน ไทรแอสซิก แหล่งแร่ที่พบในมณฑลแร่ย่อยอุตรดิตถ์-น่านได้แก่ แร่โครไมต์ แมกนีไซต์ ใยหินและแร่ทัลก์ ในหินเซอร์เพนทิไนต์
มณฑลแร่ย่อยพิจิตร-ลพบุรี-สระแก้ว เป็นส่วนต่อจากด้านใต้ของมณฑลแร่ย่อยอุตรดิตถ์-น่านที่ถูกตัดโดยรอยเลื่อนอุตรดิตถ์และแม่ปิง ขยายตัวครอบคลุมเป็นบริเวณกว้างขึ้นตั้งแต่บริเวณจังหวัดพิษณุโลก พิจิตร (เพชรบูรณ์) ขยายตัวต่อเนื่องลงไปทางทิศใต้ ขอบทางทิศตะวันตกถูกควบคุมโดยกลุ่มรอยเลื่อนแม่ปิงและเจ้าพระยา ยังผลให้มีการเปลี่ยนทิศทางการวางตัวจากเกือบ เหนือ-ใต้ไปเป็นตะวันออกเฉียงใต้ผ่านจังหวัดปราจีนบุรี สระแก้วและมีแนวต่อเนื่องเข้าไปในประเทศกัมพูชา มีขอบเขตทางทิศตะวันออกตามขอบตะวันตกของที่ราบสูงโคราช
จากข้อมูลความเข้มสนามแม่เหล็กทางอากาศที่ปรากฏ มณฑลนี้มีส่วนกว้างที่สุดประมาณ 110 กิโลเมตร เดิม Sitthithaworn and Wasuwanich (1992) จัดให้มณฑลแร่ย่อยพิจิตร-ลพบุรี-สระแก้วนี้เป็นส่วนหนึ่งของมณฑลแร่ย่อยเลย แต่เนื่องจากมีตำแหน่งที่ตั้งและวิวัฒนาการที่แตกต่างกัน อีกทั้งข้อมูลความเข้มสนามแม่เหล็กทางอากาศแสดงให้เห็นว่าความต่อเนื่องระหว่างแนวหินภูเขาไฟ จากมณฑลแร่ย่อยพิจิตร-ลพบุรี-สระแก้ว และเลย ไม่เด่นชัด หินอัคนีของมณฑลแร่ย่อยพิจิตร-ลพบุรี-สระแก้วประกอบด้วยหินที่มีส่วนประกอบตั้งแต่ชนิดกรดถึงเบส ได้แก่หินแอนดีไซต์ ไดออไรต์ ไรโอไลต์ มอนโซไนต์ และแกรนิต แหล่งแร่ที่เกิดในบริเวณนี้ ได้แก่แร่ทองแดงที่เกิดในเขตที่มีการแตกหักของหิน (copper-bearing brecciated zone) ที่วางตัวขนานกับหินแกรนิต (สุวิชช์ สัมปัตตะวนิช และงามพิศ อังทะวานิช, 2518) ซึ่งอาจเป็นส่วนที่อยู่ในช่วงใกล้ๆกับแหล่งแร่แบบน้ำร้อนอุณหภูมิต่ำ (50-200 องศาเซลเซียส) (epithermal deposit) ในลำดับชั้นแหล่งแร่ในแนวดิ่งของรูปแบบการกำเนิดแร่ในระบบหมู่เกาะรูปโค้ง นอกจากนี้ ยังพบแร่โครไมต์ในหินเซอร์เพนทิไนต์ และร่องรอยของแร่นิกเกิลในจังหวัดปราจีนบุรี
มณฑลแร่ย่อยเลย มีลักษณะที่เด่นชัดคือมีหินภูเขาไฟและหินอัคนีแทรกซอนโผล่ ได้แก่หินไรโอไลต์ บะซอลต์ แอนดีไซต์ แกรโนไดออไรต์ และแกรนิต คาดว่าเคยเป็นบริเวณหมู่เกาะรูปโค้งและรอยตะเข็บระหว่างแผ่นเปลือกโลกอินโดจีนกับนครไทย (Charusiri et al., 1997) หรือ บริเวณไซเหมา (Simao Terrain, Wu et al., 1995) แหล่งแร่ที่พบได้แก่แหล่งแร่เหล็กและ ทองแดง (มาลาไคต์ คาลโคไพไรต์) แบบสการ์น ที่พบทองคำ เงิน และโมลิบดีไนต์ เกิดร่วมอยู่ด้วย แร่ทองแดงพบเกิดประอยู่ในหินแกรนิตเนื้อดอกที่ผุพังแสดงถึงการเกิดแบบทองแดงพอฟีรี แร่ทองคำส่วนใหญ่เกิดเป็นสายแร่พลัดไม่ไกลจากหินอัคนีแทรกซอนที่พบเป็นแหล่งแบบสาย
โดยสรุปแล้ว มณฑลแร่ตอนกลาง มักให้แหล่งแร่ที่เกิดในพื้นที่ที่เป็นหินภูเขาไฟและหินอัคนีแทรกซอนที่มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับบริเวณรอยตะเข็บระหว่าง แผ่นเปลือกโลก หมู่เกาะรูปโค้ง และกลุ่มภูเขาไฟรูปโค้ง
มณฑลแร่ตะวันตกครอบคลุมบริเวณตั้งแต่ด้านตะวันตกของภาคเหนือ ภาคตะวันตกตอนกลางและภาคใต้ทั้งหมด หินในมณฑลนี้ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยหินแปรและหินชั้นของมหายุคพาลีโอโซอิกซึ่งมักพบร่วมกับหินแกรนิต ยกเว้นบางบริเวณในภาคใต้ตอนบนที่ประกอบหินโคลนปนกรวด (pebbly mudstone) ยุคคาร์เพอร์เมียน บอนิเฟอรัส เป็นลักษณะเด่น
ในด้านธรณีวิทยาแปรสัณฐาน มณฑลแร่ตะวันตกเป็นส่วนหนึ่งของแผ่นเปลือกโลกชาน-ไทย (Bunopas, 1981) ในบริเวณนี้ มีรูปแบบการกำเนิดแร่เป็นแบบที่เกิดบนพื้นทวีป ซึ่งมีแหล่งแร่ชนิดต่างๆมากมาย แต่ชนิดของแหล่งแร่ที่มีลักษณะสำคัญ ที่เป็นตัวบ่งชี้ถึงสภาพแวดล้อมภาคพื้นทวีปคือ แหล่งแร่ดีบุกและทังสเตน แหล่งแร่ที่เกิดแบบสายแร่น้ำร้อน (hydrothermal vein) ได้แก่ พลวง แบไรต์ ตะกั่ว และ ฟลูออไรต์ ซึ่งมักเกิดในช่วงท้ายของกระบวนการแทรกซอนของหินอัคนี นอกจากนี้ ยังมีโอกาสที่จะพบแร่โมลิบดีไนต์ที่มักเกิดร่วมกับหินแกรนิต มณฑลแร่ตะวันตกยังแบ่งออกได้เป็น 4 มณฑลแร่ย่อย คือ เชียงใหม่ กาญจนบุรี ชุมพร และนครศรีธรรมราช ตามลำดับจากเหนือลงใต้
มณฑลแร่ย่อยเชียงใหม่ มีแหล่งแร่ดีบุก ทังสเตน พลวง แบไรต์ สังกะสี ฟลูออไรต์ เหล็ก และตะกั่ว ลักษณะของแหล่งแร่ดีบุก-ทังสแตน เป็นแหล่งแบบฝังประ สายแร่น้ำร้อนตัดผ่านในหินแกรนิตหรือหินข้างเคียง สายเพกมาไทต์ และการแปรสภาพโดยการแทนที่ มณฑลแร่ย่อยกาญจนบุรีมีลักษณะธรณีวิทยาคล้ายกับของมณฑลแร่ย่อยเชียงใหม่แต่มีการแทรกซอนของหินอัคนีน้อยกว่า แหล่งแร่ที่พบได้แก่ ตะกั่ว ดีบุก ทังสเตน พลวง สังกะสีและฟลูออไรต์ มณฑลแร่ย่อยชุมพร มีหินที่แตกต่างไปจากมณฑลแร่ย่อยข้างต้นคือหินโคลนปนกรวดยุคเพอร์เมียน คาร์บอนิเฟอรัส มีแร่เด่นคือ ดีบุกและทองคำ มักเกิดแบบฝังประในหินแกรนิตและแบบลานแร่ มณฑลแร่ย่อยนครศรีธรรมราช มีแหล่งแร่เด่นคือ ดีบุก ทังสเตน พลวง แบไรต์ ฟลูออไรต์ สังกะสี และ เหล็ก แม้ว่าจะคล้ายคลึงกับมณฑลแร่ย่อยเชียงใหม่และกาญจนบุรี แต่ในมณฑลแร่ย่อยนี้ พบแหล่งแร่เหล็ก แมกนีไทต์และฮีมาไทต์ชนิดสเปคูลาไรต์ แบบสายแร่น้ำร้อน
