Luận án tiến sĩ Địa chất: Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng theo tài liệu địa vật lý để phục vụ điều tra tài nguyên than

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:136

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là chính xác hóa đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng trên cơ sở xử lý, phân tích, luận giải địa chất tài liệu trọng lực, địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan, mẫu lõi khoan, từ đó phân chia đới cấu trúc địa chất khu vực và địa phương, có cấu trúc khống chế tài nguyên than và tập chứa than; khoanh định diện tích triển vọng cho thăm dò than trong giai đoạn tiếp theo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Địa chất: Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng theo tài liệu địa vật lý để phục vụ điều tra tài nguyên than

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LẠI MẠNH GIÀU NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT TRŨNG SÔNG HỒNG THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ PHỤC VỤ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN THAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LẠI MẠNH GIÀU NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT TRŨNG SÔNG HỒNG THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ PHỤC VỤ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN THAN Ngành: Kỹ thuật địa vật lý Mã số: 62.52.05.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS. VS. TSKH Phạm Khoản 2. PGS. TS. NGƯT Nguyễn Trọng Nga Hà Nội - 2017
iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Lại Mạnh Giàu
iv MỤC LỤC DANH MỤC BẢN VẼ CỦA LUẬN ÁN.............................................................. VII DANH MỤC BẢNG BIỂU CỦA LUẬN ÁN ....................................................... IX MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT TRŨNG SÔNG HỒNG .... 7 THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT, ĐỊA VẬT LÝ ........................................................ 7 1.1. KHÁI QUÁT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT, ĐỊA VẬT LÝ TRŨNG SÔNG HỒNG ................................................................................. 7 1.1.1. Giai đoạn trước năm 1954 ........................................................................ 7 1.1.2. Giai đoạn sau năm 1954 ........................................................................... 8 1.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT ................................................................................ 13 1.2.1. Địa tầng .................................................................................................. 13 1.2.2. Kiến tạo .................................................................................................. 24 1.2.3. Khoáng sản ............................................................................................. 30 1.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA VẬT LÝ ............................................................................ 34 1.3.1. Đặc điểm địa điện, tellur và từ tellur ...................................................... 34 1.3.2. Đặc điểm trường trọng lực ..................................................................... 35 1.3.3. Đặc điểm trường sóng địa chấn và vận tốc truyền sóng ........................ 38 1.3.4. Đặc điểm một số trường địa vật lý theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan ...... 41 1.3.5. Đặc điểm tham số vật lý một số đá và than ............................................ 42 1.4. ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ TÀI NGUYÊN THAN THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT ........................................................................................................... 45 1.4.1. Vùng tài nguyên 1 Khoái Châu - Tiền Hải............................................. 45 1.4.2. Vùng tài nguyên 2 Quỳnh Phụ - Thái Thuỵ ........................................... 45 1.4.3. Vùng tài nguyên 3 Xuân Trường - Vũ Tiên ........................................... 45 1.5. MỘT SỐ TỒN TẠI........................................................................................ 46 1.5.1. Về nghiên cứu cấu trúc địa chất ............................................................. 47 1.5.2. Về nghiên cứu điều tra tài nguyên than .................................................. 47
v CHƯƠNG 2: HỆ PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT TRŨNG SÔNG HỒNG PHỤC VỤ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN THAN .................................................................. 48 2.1. HỆ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ .................................................... 48 2.1.1. Hệ phương pháp địa vật lý đã sử dụng thăm dò dầu khí ........................ 48 2.1.2. Hệ phương pháp địa vật lý lựa chọn điều tra tài nguyên than ................ 49 2.2. PHƯƠNG PHÁP TRỌNG LỰC ................................................................... 51 2.2.1. Dị thường trọng lực ................................................................................ 51 2.2.2. Phương pháp xử lý trường dị thường trọng lực ...................................... 52 2.3. PHƯƠNG PHÁP TUYẾN ĐỊA CHẤN THẲNG ĐỨNG (VSP) ................. 53 2.3.2. Phương pháp xử lý tài liệu tuyến địa chấn thẳng đứng (VSP) ............... 54 2.4. PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ LỖ KHOAN .............................................. 55 2.4.1. Phương pháp điện trở ............................................................................. 56 2.4.2. Các phương pháp phóng xạ .................................................................... 57 2.4.3. Phương pháp xác định trạng thái kỹ thuật lỗ khoan ............................... 58 2.5. PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ .................................................... 59 2.5.1. Phương pháp kỹ thuật thu nổ địa chấn phản xạ ..................................... 59 2.5.2. Phương pháp xử lý tài liệu địa chấn phản xạ ......................................... 63 2.5.3. Minh giải địa chất tài liệu địa chấn phản xạ ........................................... 64 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC, YẾU TỐ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHỐNG CHẾ TÀI NGUYÊN THAN VÀ KHOANH ĐỊNH CÁC TẬP ĐÁ CHỨA THAN TRŨNG SÔNG HỒNG THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ .......................................................................................... 74 3.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT TRŨNG SÔNG HỒNG THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ ..................................................................................... 74 3.1.1. Đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng theo tài liệu trọng lực ..... 74 3.1.2. Sơ đồ đẳng sâu đáy trầm tích hệ tầng Tiên Hưng trũng Sông Hồng theo tài liệu địa chấn phản xạ ................................................................ 99 3.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT PHẦN ĐÔNG NAM DẢI NÂNG KHOÁI CHÂU - TIỀN HẢI THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ, VSP VÀ ĐỊA VẬT LÝ LỖ KHOAN ........................................................ 102
vi 3.2.1. Xử lý phân tích tài liệu địa chấn phản xạ ............................................. 102 3.2.2. Xác định ranh giới phản xạ .................................................................. 102 3.2.3. Khoanh định các tập địa chấn phản xạ ................................................. 105 3.2.4. Xác định tính liên tục của các ranh giới phản xạ ................................. 105 3.2.5. Xác định đứt gãy kiến tạo, đới dập vỡ ................................................. 106 3.2.6. Khoanh định các tập chứa than ............................................................ 107 3.3. CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT PHẦN ĐÔNG NAM DẢI NÂNG KHOÁI CHÂU - TIỀN HẢI THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN PHẢN XẠ ............... 108 3.3.1. Cấu trúc địa chất phần đông nam dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải theo tài liệu địa chấn phản xạ 2D trên tuyến khảo sát ......................... 108 3.3.2. Cấu trúc địa chất phần đông nam dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải theo tài liệu địa chấn phản xạ 2D trên diện tích khảo sát .................... 112 3.4. KHOANH ĐỊNH CÁC TẬP ĐÁ CHỨA THAN VÀ KHÔNG CHỨA THAN......................................................................................................... 114 3.4.1. Khoanh định tập đá chứa than .............................................................. 114 3.4.2. Phân chia tập đá ít chứa than và không chứa than ............................... 115 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 118 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .................................................................. 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 122
vii DANH MỤC BẢN VẼ CỦA LUẬN ÁN Hình 1.1. Vị trí vùng nghiên cứu ...............................................................................8 Hình 1.2. Cột địa tầng tổng hợp khu vực trung tâm trũng Sông Hồng ...................19 Hình 1.3. Bản đồ địa chất và cấu trúc trũng Sông Hồng .........................................29 Hình 1.4. Mặt cắt địa điện tuyến 3. Mô hình nghịch đảo 1D. Mỗi lớp có hai thành phần điện trở suất: thành phần EW (số viết lớn hơn), thành phần NS (số viết nhỏ hơn) ................................................................................35 Hình 1.5. Mặt cắt điện trở suất tuyến 3. Nghịch đảo 2D cả hai thành phần EW và NS 35 Hình 1.6. Bản đồ dị thường trọng lực Bughê trũng Sông Hồng theo Epstein N.N .38 Hình 1.7. Sơ đồ vị trí tuyến địa chấn đã thực hiện trước năm 2012 ........................39 Hình 1.8. Một băng địa chấn thực địa thu được tại vùng trũng Sông Hồng............40 Hình 1.9. Biểu đồ tổng hợp tham số mật độ ............................................................44 Hình 2.1. Kết quả xử lý tài liệu VSP lỗ khoan LK.90.SH .......................................55 Hình 2.2. Kết quả đo địa vật lý lỗ khoan .................................................................56 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí nguồn nổ trong hố khoan .....................................................60 Hình 2.4. Hệ thống quan sát đuổi nhau ...................................................................60 Hình 2.5. Thí dụ về sử dụng thuộc tính: hiển thị vận tốc lớp theo màu (Theo Seiscom Limited 1971, 1972) ..................................................................65 Hình 2.6. Một số thuộc tính địa chấn.......................................................................66 Hình 2.7. Các thuộc tính về biên độ ........................................................................69 Hình 2.8. Mô hình xây dựng băng địa chấn tổng hợp .............................................72 Hình 2.9. Ví dụ băng địa chấn tổng hợp của lỗ khoan LK.90-SH ..........................73 Hình 3.1. Mặt cắt trọng lực - địa chất tuyến 1 .........................................................77 Hình 3.2. Mặt cắt trọng lực - địa chất tuyến 8 .........................................................80 Hình 3.3. Sơ đồ hệ thống đứt gãy và dư Trend trường trọng lực ............................82 Hình 3.4. Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 1000m và hệ thống đứt gãy ............83 Hình 3.5. Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 3000m và hệ thống đứt gãy ............84 Hình 3.6. Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 5000m và hệ thống đứt gãy ............85 Hình 3.7. Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 7000m và hệ thống đứt gãy ............86 Hình 3.8. Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 10.000m và hệ thống đứt gãy .........87 Hình 3.9. Sơ đồ đạo hàm đứng trường trọng lực .....................................................88
viii Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng theo tài liệu địa vật lý............95 Hình 3.11. Sơ đồ đẳng sâu đáy trầm tích hệ tầng Tiên Hưng trũng Sông Hồng theo tài liệu địa chấn ..............................................................................101 Hình 3.12. Hình A, C là mặt cắt địa chấn 2D, hình B (chèn giữa) là kết quả đo VSP. Các đường màu ký hiệu H1 đến H5 là các ranh giới phản xạ đã được định danh ...............................................................................................104 Hình 3.13. (a) Mặt cắt địa chấn bình thường với dấu hiệu đới dập vỡ và đứt gãy không rõ ràng. (b) Mặt cắt địa chấn thuộc tính Envelope dấu hiệu đới dập vỡ và đứt gãy rõ ràng hơn so với tài liệu bình thường....................107 Hình 3.14 (a) Mặt cắt địa chấn bình thường với biên độ sóng không đồng đều. (b) Mặt cắt địa chấn thuộc tính pha tức thời thể hiện phân lớp liên tục hơn so với mặt cắt địa chân bình thường ......................................................105 Hình 3.15. (a) Mặt cắt địa chấn bình thường. (b) Mặt cắt địa chấn trở kháng âm tương đối thể hiện tốt hơn tính liên tục của ranh giới. ..........................106 Hình 3.16. (a) Mặt cắt địa chấn bình thường với biên độ sóng tương đối mạnh nhưng không liên tục ở tập không chứa than. (b) Mặt cắt địa chấn thuộc tính năng lượng trung bình làm nổi bật các tập không chứa than với biên độ thấp, hình ảnh mờ nhạt, các tập có chứa than biên độ cao hơn hẳn và tương đối liên tục. .............................................................................107 Hình 3.17. Sơ đồ bố trí các tuyến địa chấn phản xạ 2D thuộc phần Đông nam dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải ..................................................................109 Hình 3.18: Kết quả đo Carota tại lỗ khoan LK07.SH và lỗ khoan LK98.SH trên tuyến T16, vùng Kiến Xương, tỉnh Thái Bình.......................................111 Hình 3.19. Kết quả xử lý minh giải tuyến T.12, vùng Kiến Xương, tỉnh Thái Bình ....110 Hình 3.20. Sơ đồ cấu trúc địa chất phần Đông Nam đới nâng Khoái Châu-Tiền Hải theo tài liệu địa chấn phản xạ..........................................................113 Hình 3.21. Kết quả xử lý minh giải tuyến T.16, vùng Tiền Hải, tỉnh Thái Bình ....116 Hình 3.22. Kết quả xử lý minh giải tuyến TT-2-2, tuyến cắt qua các huyện Tiền Hải, Kiến Xương và Đông Hưng, tỉnh Thái Bình .................................117
ix DANH MỤC BẢNG BIỂU CỦA LUẬN ÁN Bảng 1.1 Đặc trưng vật lý của than và một số loại đá ở trũng Sông Hồng...............42 Bảng 2.1. Bảng tham số thu nổ địa chấn phản xạ 2D ...............................................62 Bảng 3.1. Bảng thống kê đứt gãy địa chất theo tài liệu trọng lực .............................91 Bảng 3.2. Chiều sâu các vỉa than theo tài liệu địa vật lý tại lỗ khoan LK.90.SH ...108
1 MỞ ĐẦU Theo Quyết định số 1268/QĐ-MĐC ngày 28 tháng 10 năm 2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học Mỏ - Địa chất, NCS Lại Mạnh Giàu được giao đề tài luận án “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng theo tài liệu địa vật lý phục vụ điều tra tài nguyên than”. Ngành: Kỹ thuật địa vật lý; mã số: 62520502. Tiểu ban hướng dẫn: GS. TSKH Phạm Khoản - Hội khoa học kỹ thuật Địa vật lý - HDC; PGS. TS Nguyễn Trọng Nga - Trường Đại học Mỏ - Địa chất - HDP. 1. Tính cấp thiết của đề tài Thực hiện nghị quyết số 18 - NQ/TW ngày 25 tháng 10 năm 2007 của Bộ Chính trị về “Định hướng chiến lược phát triển năng lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2050”, ngày 27 tháng 12 năm 2007 Thủ tướng Chính phủ ra quyết định số 1855/QĐ- TTg về việc phê duyệt “Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2050”, trong đó nêu rõ “tranh thủ các nguồn vốn để thăm dò đánh giá trữ lượng và nghiên cứu khả năng khai thác vùng than đồng bằng sông Hồng”. Theo đó, tại quyết định số 89/2008/QĐ- TTg ngày 07 tháng 7 năm 2008 về việc phê duyệt “Chiến lược của ngành Than Việt Nam đến năm 2015, định hướng đến năm 2025” Thủ tướng Chính phủ đã chỉ đạo cụ thể “Đẩy mạnh các hoạt động điều tra, thăm dò, đánh giá trữ lượng than nhằm chuẩn bị cơ sở tài nguyên vững chắc cho sự phát triển ổn định, lâu dài của ngành” và “Phấn đấu đến năm 2010... thăm dò tỷ mỉ một phần tài nguyên của bể than đồng bằng sông Hồng; đến năm 2015 thăm dò đánh giá xong phần tài nguyên bể than đồng bằng sông Hồng”. Nhu cầu than ở Việt Nam từ nay đến năm 2025 tăng liên tục từ 93,8 ÷ 122,4 triệu tấn đến 337,7 ÷ 429,5 triệu tấn trong khi tổng sản lượng khai thác của các mỏ vùng Đông Bắc chỉ đạt 70 ÷ 75 triệu tấn vào năm 2020, trên 80 triệu tấn vào năm 2025. Để khắc phục sự thiếu hụt này, năm 2010 Chính phủ và Bộ Tài nguyên Môi trường đã chỉ đạo Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam lập đề án “Điều tra, đánh giá tổng thể tài nguyên than phần đất liền bể Sông Hồng”.
2 Bể Sông Hồng hay vùng trũng Sông Hồng bao phủ diện tích 6 tỉnh phần đất liền Nam Định, Hà Nam, Thái Bình, Hưng Yên, Hải Dương, Hải Phòng. Dưới chúng là bể than nâu có triển vọng lớn nên việc điều tra tài nguyên than ở đây là cần thiết. Ở trũng Sông Hồng than nằm sâu dưới lớp phủ dầy, vùng lại có cấu trúc địa chất phức tạp nên để nâng cao chất lượng, hiệu quả, độ tin cậy việc điều tra đánh giá tài nguyên than, ngoài các phương pháp địa chất cần thiết phải áp dụng hệ phương pháp địa vật lý hợp lý nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất, yếu tố cấu trúc khống chế tài nguyên than và dự báo các tập chứa than ở dưới sâu. 2. Mục tiêu của luận án Mục tiêu của luận án là chính xác hóa đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng trên cơ sở xử lý, phân tích, luận giải địa chất tài liệu trọng lực, địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan, mẫu lõi khoan, từ đó phân chia đới cấu trúc địa chất khu vực và địa phương, có cấu trúc khống chế tài nguyên than và tập chứa than; khoanh định diện tích triển vọng cho thăm dò than trong giai đoạn tiếp theo. 3. Nội dung nghiên cứu của luận án - Lựa chọn hệ phương pháp nghiên cứu địa vật lý hợp lý với kỹ thuật đo và xử lý hiện đại phục vụ hiệu quả mục tiêu của luận án. - Điều tra tổng thể đặc điểm cấu trúc địa chất và cấu trúc chứa than trũng Sông Hồng đến đáy tầng chứa than trên cơ sở tổng hợp thu thập, xử lý, phân tích và minh giải địa chất các tài liệu trọng lực, địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan đã có để nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực phục vụ điều tra tài nguyên than trũng Sông Hồng. - Thành lập sơ đồ đẳng sâu đáy hệ tầng Tiên Hưng trũng Sông Hồng theo tài liệu trọng lực, địa chấn phản xạ 2D tỷ lệ 1:100.000 và hai mặt cắt địa chấn - địa chất. - Trên cơ sở thu thập, xử ly, minh giải tài liệu địa chất phản xạ 2D, VSP và địa vật lý lỗ khoan mới trên diện tích 782 km2 có triển vọng nhất thuộc tỉnh Thái Bình và Hưng Yên và được giới hạn bởi đứt gãy Thái Bình, Vĩnh Ninh phục vụ đánh giá tiềm năng tài nguyên than phần đông nam dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải.
3 - Thành lập sơ đồ cấu trúc địa chất, gồm các yếu tố cấu trúc địa chất địa phương, khoanh định các tập chứa than và không chứa than, mặt cắt địa chấn - địa chất tỷ lệ 1: 10.000 theo tài liệu địa chấn phản xạ và địa vật lý lỗ khoan phần Đông nam dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải để chuyển cho thăm dò thử nghiệm. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của luận án là các cấu trúc địa chất đới sụt trung tâm vùng trũng Sông Hồng theo các tài liệu dị thường trọng lực, trường sóng địa chấn phản xạ và địa vật lý lỗ khoan (địa chấn, điện, phóng xạ) và mối quan hệ giữa chúng với đặc điểm cấu trúc địa chất có chứa than. - Phạm vi nghiên cứu bao trùm trũng Sông Hồng được khống chế bởi hai đứt gẫy phương Tây Bắc - Đông Nam là đứt gãy Sông Chảy và Sông Thái Bình và có diện tích khoảng 2.765 km2 thuộc các tỉnh Hưng Yên, Nam Định, Hà Nam, Hải Dương, Thái Bình và Hải Phòng (hình 1.1). 5. Cơ sở tài liệu của luận án Luận án được thực hiện trên cơ sở tổng hợp các tài liệu địa chất, địa vật lý đã có ở trũng Sông Hồng của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam và các tài liệu do NCS trực tiếp tham gia thu thập, xử lý phân tích và minh giải: - Tài liệu trọng lực, địa chấn phản xạ và địa vật lý lỗ khoan đo vẽ từ những năm 1960 đến nay ở tỷ lệ 1/50.000 đến 1/200.000. - Tài liệu đo địa chấn phản xạ của Liên đoàn Vật lý Địa chất - Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam với tổng số tuyến 200km, địa vật lý lỗ khoan (đo điện, gamma tự nhiên, gamma mật độ ...) với tổng khối lượng 16.000m. - Tài liệu địa chất và khoáng sản ở trũng Sông Hồng của Trung tâm Lưu trữ Địa chất, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp địa chất: Thu thập, tổng hợp tài liệu địa chất làm cơ sở minh giải tài liệu địa vật lý.
4 - Phương pháp mô hình tham số vật lý - địa chất nghiên cứu đặc điểm tham số vật lý trầm tích và than, đặc điểm địa chất và trường địa vật lý để làm tiền đề cho xử lý, phân tích và luận giải địa chất tài liệu địa vật lý phục vụ điều tra tài nguyên than trũng Sông Hồng. - Phương pháp địa vật lý: Lựa chọn hệ phương pháp địa vật lý trọng lực, địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan hợp lý để nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất phục vụ điều tra tài nguyên than. - Phương pháp toán lý gồm: lựa chọn và sử dụng các chương trình phân tích, xử lý, luận giải địa chất tài liệu địa vật lý là những phương pháp hiện đại đang được áp dụng trong điều tra cơ bản địa chất về khoáng sản của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam. 7. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1. Hệ phương pháp nghiên cứu địa vật lý được lựa chọn là hợp lý và hiệu quả trong nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất phục vụ điều tra tài nguyên than trũng Sông Hồng: Phương pháp trọng lực nghiên cứu đứt gãy và cấu trúc địa chất khu vực trũng Sông Hồng. Phương pháp địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan và lỗ khoan nghiên cứu đứt gãy, cấu trúc địa chất địa phương theo thuộc tính địa chấn, đặc điểm ranh giới phản xạ và khoanh định tầng chứa than dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải. Luận điểm 2. Chính xác hóa vị trí đứt gãy, phân chia đới và dải cấu trúc địa chất khu vực trũng Sông Hồng theo dấu hiệu trường dị thường trọng lực: Đã khoanh định được 7 đứt gãy chính: đứt gãy Hưng Yên, Sông Chảy, Thái Bình, Vĩnh Ninh, Sông Lô, Sông Thái Bình, Kiến Thụy, phân chia 3 đới cấu trúc đới là cấu trúc nâng Đông Bắc, đới sụt Trung tâm, đới nâng Tây Nam và trong đới sụt trung tâm chia thành 3 dải cấu trúc Khoái Châu - Tiền Hải, Quỳnh Phụ - Thái Thụy, Xuân Thủy - Hưng Hà nằm giữa đứt gãy Sông Chảy, Sông Thái Bình khống chế tài nguyên than. Luận điểm 3. Định vị, chính xác hóa các đứt gãy, cấu trúc địa chất địa phương trong dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải:
5 Các yêu tố cấu trúc vừa nêu được khoanh định theo thuộc tính biên độ tức thời, đặc điểm VSP, địa chấn phản xạ, địa vật lý lỗ khoan, lỗ khoan và tập đá chứa than theo tần số trung bình đến cao, biên độ lớn, độ liên tục cao và phản xạ song song của trường sóng. Hai đứt gãy Vĩnh Ninh, Thái Bình và các cấu trúc địa chất nếp lồi Tiền Hải, nếp lõm Kiến Xương - Tiền Hải, sụt Phượng Ngãi, nếp lồi Kiến Xương đều có chứa tài nguyên than. 8. Những điểm mới có ý nghĩa khoa học - Đã lựa chọn được hệ phương pháp địa vật lý hợp lý có hiệu quả trong nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất phục vụ điều tra tài nguyên than gồm: trọng lực, địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan cho trũng Sông Hồng; địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan cho nghiên cứu chi tiết tập chứa than ở dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải. - Nghiên cứu, áp dụng có hiệu quả các phương pháp thu thập, xử lý và minh giải tài liệu địa chấn phản xạ 2D phục vụ nghiên cứu chi tiết đối tượng than. - Lần đầu tiên khoanh định chi tiết các yếu tố cấu trúc địa chất khống chế tài nguyên than; xác định, phân chia và liên kết các tập chứa than dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải theo tài liệu địa chấn, địa vật lý lỗ khoan và khoan. 9. Ý nghĩa thực tiễn của luận án - Chính xác hóa cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng và giải nâng Khoái Châu - Tiền Hải. - Dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải được xác định là dải triển vọng nhất về than trong trũng Sông Hồng và có khả năng thăm dò khai thác ngay. - Theo hướng ra phía biển đã xác định được 2 tập chứa than mới có giá trị công nghiệp và làm tăng trữ lượng than trũng Sông Hồng. - Hệ phương pháp địa vật lý nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất phục vụ điều tra tài nguyên than ở dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải có hiệu quả, gồm: địa chấn phản xạ, VSP, địa vật lý lỗ khoan. Hệ phương pháp nghiên cứu, phương pháp xử lý, phân tích, luận giải địa chất có thể áp dụng cho vùng với bối cảnh địa chất địa vật lý tương tự. - Đã khoanh định được các cấu trúc khống chế tài nguyên than và các tập chứa than trong hệ tầng Tiên Hưng thuộc đới sụt trung tâm trũng Sông Hồng.
6 10. Bố cục của luận án Luận án được trình bày trong 110 trang khổ A4 không kể mở đầu kết luận, gồm 3 chương: Chương 1: Đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng theo tài liệu địa chất, địa vật lý. Chương 2: Hệ phương pháp địa vật lý nghiên cứu cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng phục vụ điều tra tài nguyên than. Chương 3: Đặc điểm cấu trúc, yếu tố cấu trúc địa chất khống chế tài nguyên than và phân chia các tập đá chứa than trũng Sông Hồng theo tài liệu địa vật lý. 11. Nơi thực hiện luận án và lời cảm ơn Luận án được thực hiện và hoàn thành tại bộ môn Địa vật lý, khoa Dầu khí, trường Đại học Mỏ - Địa chất, Bộ Giáo dục và Đào tạo và Liên đoàn Vật lý Địa chất - Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam - Bộ Tài nguyên và Môi trường dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.VS. TSKH Phạm Khoản và PGS.TS.NGƯT Nguyễn Trọng Nga. NCS xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến GS.VS.TSKH Phạm Khoản và PGS.TS Nguyễn Trọng Nga đã tận tình giúp đỡ để NCS hoàn thành luận án của mình, ngoài ra NCS còn nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Bộ môn Địa vật lý, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Liên đoàn Vật lý Địa chất, Liên đoàn Intergeo, Viện Dầu khí Việt Nam - Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, các nhà khoa học, PGS. TS Phan Thiên Hương, GS.TS Tôn Thích Ái, PGS.TS Trần Ngọc Toản, KS Lê Thanh Hải, TS Nguyễn Thế Hùng, ThS Nguyễn Duy Bình, ThS Nguyễn Vân Sang, ThS Kiều Huỳnh Phương, ThS Nguyễn Thị Thu Hằng, CN Phạm Trung Kiên, ThS. Nguyễn Văn Bình.
7 CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT TRŨNG SÔNG HỒNG THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT, ĐỊA VẬT LÝ 1.1. KHÁI QUÁT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT, ĐỊA VẬT LÝ TRŨNG SÔNG HỒNG Lịch sử nghiên cứu địa chất trũng Sông Hồng được chia làm hai giai đoạn. 1.1.1. Giai đoạn trước năm 1954 Giai đoạn này nghiên cứu địa chất ở Việt Nam nói riêng và Đông Dương nói chung gắn liền với hoạt động của các nhà địa chất Pháp. Fromaget J; Jacob Ch; Dussanlt L. trong công trình tổng hợp địa chất của mình đã nhận xét: ở các hố lõm địa phương vùng châu thổ Sông Hồng Bắc Kỳ Việt Nam có thể có trầm tích lục địa và lục nguyên biển, chứa tàn tích thực vật hoặc những lớp than nâu mỏng, tuổi tương ứng Neogen (?). Năm 1889 các nhà địa chất Pháp đã tìm thấy vỉa than đầu tiên ở thị xã Yên Bái, rồi dần phát hiện nhiều điểm than dọc Sông Hồng từ Lào Cai đến Phú Thọ. Colani M (1917- 1920) khi nghiên cứu về thực vật đã xác định các phức hệ hoá đá thực vật tìm thấy ở phía nam Việt Trì đến Phú Thọ có tuổi Miocen- Pliocen. Năm 1922, tại Hội nghị địa chất Quốc tế lần thứ 17 trong báo cáo về địa chất Đông Dương Fromaget J đã viết: trầm tích kỷ Thứ ba ở Bắc Việt Nam là những thành phần hồ, sông và các phần lún chìm kiểu tam giác châu, có thể có tích tụ kiểu xen lẫn, chu kỳ đầu tiên là sự thành tạo các trầm tích trẻ ở châu thổ Sông Hồng. Khi phát hiện được các trầm tích Neogen ở Bạch Long Vĩ Saurin E (1942) cho rằng: đây là phần tiếp tục của dải Neogen Yên Bái- Việt Trì chìm xuống qua miền võng châu thổ Sông Hồng. Tóm lại: Công tác nghiên cứu địa chất trước năm 1954 về vùng trũng Sông Hồng còn rất ít ỏi, song những kết luận khi phân chia địa tầng xếp tuổi đất đá và các phát hiện về các điểm lộ than nâu biến chất thấp trong Neogen cũng phần nào phản ánh đặc điểm địa tầng vùng châu thổ Sông Hồng làm cơ sở cho các nghiên cứu sau này, đặc biệt về tìm kiếm thăm dò than.
8 Hình 1.1.Vị trí vùng nghiên cứu 1.1.2. Giai đoạn sau năm 1954 Để phục vụ công cuộc xây dựng đất nước, ngành Địa chất Việt Nam được chú ý đầu tư phát triển, công tác điều tra, thăm dò địa chất ở nhiều tỉ lệ được triển khai nhằm đánh giá lại và phát hiện thêm các loại khoáng sản như: apatit, than, chì - kẽm, thiếc…. Đồng bằng Sông Hồng cũng là đối tượng được quan tâm đầu tư sớm để nghiên cứu tìm kiếm khoáng sản nhiên liệu. Kitovani S.K (1959 - 1965) trong công trình “Địa chất và triển vọng dầu khí ở Việt Nam” đã hệ thống lại toàn bộ các hệ tầng của vùng trũng Hà Nội và nhấn mạnh đến khả năng chứa khoáng sản cháy ở vùng này. Dovjicop A.E và nnk (1965) trong báo cáo lập bản đồ địa chất miền Bắc Việt Nam 1/500.000 trên cơ sở cấu trúc riêng biệt của châu thổ Sông Hồng đã tách riêng thành một cấu trúc gọi là đới Hà Nội. Đới Hà Nội chứa các trầm tích Neogen - Đệ tứ, có chiều dày từ 1.000 - 1.500 m, gồm vật liệu lục nguyên chứa dầu mỏ và than biến chất thấp.
9 Về phát hiện các tầng than Năm 1961 Đoàn địa chất 36 khoan lỗ khoan số 1 ở xã Phùng Hưng- Khoái Châu sâu 1.200 m đã phát hiện trong trầm tích Miocen có chứa 12 vỉa than nâu biến chất thấp đạt giá trị công nghiệp. Từ đó đến nay, nhiều công trình nghiên cứu về đặc điểm địa chất và khả năng chứa khoáng sản của miền võng Hà Nội tiếp tục được triển khai. Về nghiên cứu cấu trúc Năm 1965- 1969 Macsiutova V.N, Vedrisev V.A, Hồ Đắc Hoài, Tăng Mười, Phan Thế Cầu (1965- 1969) bằng các phương pháp địa vật lý (điện, trọng lực, địa chấn) đã vẽ được bản đồ cấu trúc địa chất các trầm tích Kainozoi ở miền võng Hà Nội đến chiều sâu 3.000 m tỷ lệ 1: 200.000 với các đới cấu tạo được chia như sau: + Đới đông bắc gồm: Thuận Thành, Gia Lương, Thanh Miện, Hải Phòng. + Đới tây nam gồm: Nam Định, Phủ Lý, Sơn Tây. + Đới trung tâm gồm: Hà Nội, Khoái Châu, Tiền Hải, Đông Quan. Từ năm 1969 đến năm 1978 Phan Thế Cầu, Vedrisev V.A, Toletov S.K (1969) và đoàn địa vật lý 36D dùng tổ hợp các phương pháp thăm dò điện gồm: VES, thiết lập trường Telua, từ Telua, điện trường nhân tạo (ĐNT) đã xác định bề dày đất phủ Kainozoi miền võng Hà Nội dày tới 4.500 m. Công tác khoan cấu tạo được bắt đầu từ năm 1962 chủ yếu tập trung ở vùng trũng Hà Nội với chiều sâu các lỗ khoan từ 150- 1.200 m và khoan sâu bắt đầu từ năm 1970 với lỗ khoan sâu nhất đạt 3.303 m (LK.100- Tiên Hưng) trong đó có những lỗ khoan đã phát hiện được khí và than (LK.61- Tiền Hải C). Kết quả khảo sát địa chất, địa vật lý, khoan trong giai đoạn này đã góp phần làm rõ hơn bức tranh cấu trúc dưới lớp phủ Đệ tứ ở miền trũng Hà Nội, phát hiện được các hệ thống đứt gãy sông Chảy, sông Lô, Vĩnh Ninh... Và các dải nâng, các vùng sụt có bề dày trầm tích Đệ tam lớn hơn 3.000 m có triển vọng về khí và than nâu... Góp phần định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo. Về nghiên cứu địa tầng Glovenok V.K, Lê Văn Chân (1965- 1969) đã nghiên cứu tỉ mỉ đặc điểm thạch học, tướng đá ở 14 lỗ khoan sâu và đã phân chia trầm tích Kainozoi thành 6 đơn vị địa tầng theo thang địa phương là:
10 - Hệ Neogen- Thống Miocen (N1): hệ tầng Phan Lương (tương ứng Miocen hạ- tích tụ lục địa); hệ tầng Phù Cừ (tương ứng Miocen trung- tích tụ biển nông); hệ tầng Tiên Hưng (tương ứng Miocen thượng- tích tụ lục địa chứa than). - Hệ Neogen- Thống Pliocen (N2): hệ tầng Vĩnh Bảo (tương ứng Pliocen- tích tụ biển nông). - Hệ Đệ tứ (Q): hệ tầng Hải Dương (tương ứng Pleitocen- tích tụ lục địa); hệ tầng Kiến Xương (tương ứng Holocen- tích tụ biển nông). Vũ Nhi, Phan Huy Quynh, Trịnh Dánh (1975) trên cơ sở nghiên cứu hoá đá thực vật cho rằng hệ tầng Phan Lương có tuổi tương ứng với hệ tầng Tiên Hưng (Miocen muộn). Nguyễn Ngọc Cừ khi nghiên cứu lỗ khoan số 100 ở Tiên Hưng (sâu 3.303 m) đã phát hiện phân vị địa tầng chuyển tiếp dưới hệ tầng Phù Cừ, tích tụ lục nguyên và đặt tên là hệ tầng Phong Châu tương ứng Miocen hạ (N1). Trên cơ sở nghiên cứu LK.104 (xã Đình Cao- Phù Cừ- Hưng Yên) tại chiều sâu 3.500- 4.000 m gặp tầng sét kết màu đỏ bị ép nén mạnh (dày 100 m) nằm trên mặt tầng cuội rắn chắc sáng màu (dày hơn 400 m) nằm không chỉnh hợp trên mặt bào mòn của đá phun trào ryolit (T2l), Lê Văn Cự xếp tầng này vào điệp Đình Cao tuổi Paleocen và sau đó khi nghiên cứu bào tử phấn hoa Nguyễn Địch Dỹ (1982) đã xếp trầm tích này vào Oligocen và Eocen. Đề án “Điều tra, đánh giá tổng thể tài nguyên than phần đất liền bể Sông Hồng” chỉ có 20 mẫu đồng vị, trong đó 10 mẫu để xác định tuổi tuyệt đối cho than và 10 mẫu cho các đối tượng khác [36]. Về tìm kiếm, thăm dò than Năm 1977, Tổng cục Địa chất đã giao nhiệm vụ cho Liên đoàn Địa chất 9 và Đoàn 904 tiến hành tìm kiếm thăm dò than nâu khu Khoái Châu. - Ngô Tất Chính [25] trong báo cáo “Kết quả thăm dò sơ bộ than khu Bình Minh- Châu Giang- Hải Hưng” đã tính trữ lượng than ở đây đến cấp C1 với mạng lưới công trình khoan 1.000x500 m. Tiếp sau đó năm 1987 trong báo cáo “Kết quả tìm kiếm tỷ mỉ than khu Khoái Châu - Châu Giang - Hải Hưng”, ông đã tính trữ lượng
11 cấp C2 (với mạng lưới công trình khoan 2.000x2.000 m), riêng từ tuyến III đến tuyến IV (mạng lưới 1.000x1.000 m) tính trữ lượng tính cấp C1 và trữ lượng toàn khu Khoái Châu đến mức -1.100 m là: 1.651.951,3 ngàn tấn. - Vũ Xuân Doanh [5], trong báo cáo thông tin triển vọng than miền võng Hà Hội và “Báo cáo triển vọng chất lượng và trữ lượng than miền võng Hà Nội” cho rằng miền võng Hà Nội: có diện tích chứa than đến 2.500 km2, với bề dày trầm tích trung bình 2.100 m và chứa từ 30- 100 vỉa than; than được thành tạo và bảo tồn trong trầm tích Miocen thượng, điệp Tiên Hưng. - Vũ Xuân Doanh [5], tiếp đó trong báo cáo “Độ chứa than miền võng Hà Nội” sau khi nghiên cứu chi tiết về trầm tích điệp Tiên Hưng đã phân chia thành 3 phụ điệp chứa than và đánh giá về triển vọng than. Ông dự báo trong trầm tích điệp Tiên Hưng chứa khoảng 210 tỷ tấn than biến chất thấp. - Năm 1998, Tập đoàn Công nghiệp Than- Khoáng sản Việt Nam (TKV) đã hợp tác với Tổ chức phát triển Công nghệ và Năng lượng mới Nhật Bản (NEDO) tiến hành thăm dò tại khu vực đồng bằng Sông Hồng (1998- 2003) trên diện tích khoảng 932 km2. Công việc tiến hành chủ yếu là: lấy mẫu lõi lỗ khoan, quan trắc lỗ khoan bằng phương pháp ĐVL (địa chấn phản xạ và địa chấn VSP); khoan 19 lỗ khoan chủ yếu ở khu Bình Minh- Khoái Châu (11 lỗ). Theo kết quả khoan, tập thể tác giả đã xác nhận trong các trầm tích Neogen vùng đồng bằng Sông Hồng, các vỉa than tồn tại từ Khoái Châu kéo dài ra thềm lục địa Neogen vịnh Bắc Bộ và tầng Neogen từ bắc Khoái Châu qua Hà Nội đến Đan Phượng không có than. - Từ năm 1994 - 1997, Công ty Anzoil đã tiến hành: 3 đợt thu nổ địa chấn 2D với 2.214 km tuyến; xử lý lại 3.400 km tuyến địa chấn 2D được thu nổ ở giai đoạn trước (1976- 1983) bằng việc xử lý công nghệ mới như dịch chuyển địa chấn và hiệu chỉnh động nên kết quả thu được tốt hơn nhiều so với tài liệu cũ; minh giải toàn bộ tài liệu địa chấn (kể cả thu nổ mới và xử lý lại), phân tích lại các lỗ khoan cũ (tài liệu ĐVL lỗ khoan và mẫu). Kết quả đã chính xác hoá được cấu trúc miền võng Hà Nội đồng thời phân chia được 3 đới triển vọng gắn liền với bẫy dầu khí cần tìm kiếm, thăm dò là: đới cấu tạo vòm kèm đứt gãy xoay kéo Oligocen phân bố chủ yếu ở trũng Đông Quan; đới các cấu tạo