ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA VÀ NGUỒN GỐC DUNG DỊCH NƯỚC KHOÁNG NÓNG Ở KHU VỰC BỒN TRŨNG ĐIỆN BIÊN VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM XUÂN ÁNH ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA VÀ NGUỒN GỐC DUNG DỊCH NƯỚC KHỐNG NĨNG Ở KHU VỰC BỒN TRŨNG ĐIỆN BIÊN VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 9440201.01 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội - 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1: PGS.TS Vũ Văn Tích Đại học Quốc gia Hà Nội 2: TS Trần Mạnh Cường Tập đồn Dầu khí Việt Nam Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi … … ngày … tháng… năm 20… Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội Thư viện Trường đại học Khoa học Tự nhiên MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nước khoáng tỉnh Điện Biên phong phú tập trung chủ yếu phía tây nam thung lũng Mường Thanh, huyện Điện Biên Đơng, huyện Tuần Giáo, gồm: Nước khống nóng có nhiệt độ >30oC, tổng khống hố (M) khoảng 1g/l, Brom >5 mg/l, Cacbonic tự từ 500 mg/l, Silic từ 50mg/l trở lên Các nghiên cứu trước nguồn nước khống nóng khu vực Điện Biên, đặc biệt nguồn Uva thuộc xã Noong Luống, huyện Điện Biên chưa làm sáng tỏ số đặc điểm quan trọng điều kiện nguồn gốc thành tạo, nhiệt độ nguồn cấp sâu Việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa nguồn gốc nước khống nóng khu Uva, với xu hướng nghiên cứu phát triển lượng tái tạo tương lai, góp phần định hướng cho phát triển kinh tế - xã hội khu vực Khi phân tích mẫu nước đồng sinh vỉa dầu khí đánh giá đặc điểm địa hóa nguồn gốc để đánh giá nguồn gốc hình thành hydrocarbon giai đoạn tìm kiếm thăm dị, đánh giá tính liên thơng vỉa sản phẩm hydrocarbon giai đoạn thẩm lượng phát triển khai thác dầu khí Ngồi ra, nghiên cứu nhiệt độ nước vỉa dầu đánh giá trình trưởng thành hydrocarbon, bắn vỉa dầu khí Việc nghiên cứu chuyên sâu đầy đủ yếu tố cấu thành nguồn nhiệt khu vực phục vụ cho công tác khai thác nguồn lượng quan trọng việc cần thiết, NCS lựa chọn đề tài luận án tiến sĩ là: “Đặc điểm địa hóa nguồn gốc dung dịch nước khống nóng khu vực bồn trũng Điện Biên định hướng ứng dụng” Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm địa hóa nước khống nóng bồn trũng Điện Biên sở phân tích đối sánh mẫu thu khu vực Uva; - Làm sáng tỏ nguồn gốc nước khống nóng, qua định hướng ứng dụng phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực Nhiệm vụ: - Phân tích, đánh giá mẫu thu thập để so sánh đánh giá đặc điểm địa hóa nước khống nóng; - Kết hợp tài liệu địa chất - địa vật lý, địa chất thủy văn để luận giải nguồn gốc xuất lộ nước khống nóng Uva; - Định hướng ứng dụng theo điều kiện kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu xuất lộ nước khống nóng khu vực trũng Điện Biên, nghiên cứu tập trung vào điểm xuất lộ Uva - Nghiên cứu đặc điểm địa hóa nguồn gốc dung dịch nhiệt nước khống khu vực Uva Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Đặc điểm địa hóa nước khống nóng khu vực Uva, bồn trũng Điện Biên thuộc loại nước khống nóng có thành phần silic giàu Bicarbonat Natri, nhiệt độ trung bình xuất lộ bề mặt 74oC Dung dịch có hàm lượng HCO3- chiếm ưu với hàm lượng trung bình 0,45 mg/l, thuộc loại có độ khống hóa thấp Luận điểm 2: Nước khống nóng Uva bồn trũng Điện Biên nước khí tượng làm nóng nguồn nhiệt sâu, lên theo đới đứt gãy trượt trái Lai Châu - Điện Biên (ĐĐG LC-ĐB) và đới đứt gãy trượt phải Sốp Cộp - Lang Chánh (ĐĐG SCLC), đứt gãy Điện Biên - Pắc Nưa (ĐĐG ĐB-PN) khe nứt tạo hoạt động kiến tạo trẻ thời gian từ Pliocene đến nay, nước nóng trộn lẫn với nước tầng trầm tích trước lên bề Những điểm Luận án - Xác định đặc điểm địa hóa nước khống nóng bồn trũng Điện Biên thơng qua kết phân tích cation, anion lượng vi nguyên tố, so sánh đánh giá với kết nghiên cứu trước - Xác định nguồn gốc nước khống nóng khu vực Uva quy mô bồn chứa trũng Điện Biên làm sở để định hướng ứng dụng việc sử dụng nguồn nước khống nóng khu vực Uva, định hướng cho việc sử dụng lượng nhiệt nước khống nóng cho địa phương Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Luận giải chất nguồn nước khống nóng khu vực Uva mối liên quan đến hoạt động kiến tạo trẻ khu vực - Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu sở áp dụng cho nguồn nước khống nóng khác lãnh thổ Việt Nam Cơ sở tài liệu - Thu thập trình tham gia dự án, 05 chuyến thực địa 30 điểm khảo sát, có 10 điểm khảo sát nguồn xuất lộ nước khống nóng; - Khoan khảo sát lỗ khoan loại, lấy mẫu 10 điểm khu vực Uva, kết hợp đo thông số vật lý nước khống nóng; - Phân tích 35 mẫu Viện Hóa Học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên bao gồm tiêu đo tính chất vật lý, phân tích hóa học, phần tích ngun tố hiếm, lượng SiO2, 05 mẫu đồng vị Delta Deuterium (δD) Delta Oxygen 18 (δ18O) Đại học Iceland - Lập 03 mặt cắt từ - trọng lực để xác định bề mặt móng từ khu vực nghiên cứu, 09 mặt cắt địa chất sở đồ địa chất 1:200.000 tài liệu từ cơng trình nghiên cứu địa chất - địa vật lý khu vực Tây Bắc Bộ để hỗ trợ cho việc xây dựng mơ hình địa chất 3D cho khu vực nghiên cứu - Kế thừa tài liệu nghiên cứu trước nước khống/ nước khống nóng, tài liệu địa chất thủy văn, đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:200.000, DEM (digital elevation model), kết đợt khảo sát thực địa năm 2013-2016 Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, cấu trúc luận án bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan nước khống nóng khu vực Điện Biên phương pháp nghiên cứu Chương 2: Tổng quan địa chất khu vực đặc điểm địa hóa nước khống nóng bồn trũng Điện Biên Chương 3: Đặc điểm nguồn gốc nước khống nóng khu vực Uva định hướng ứng dụng Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC KHỐNG NĨNG KHU VỰC ĐIỆN BIÊN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1.VỊ TRÍ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Vùng nghiên cứu bồn trũng Điện Biên thuộc khu vực Tây Bắc Bộ (Hình 1.1), có độ cao so với mặt nước biển khoảng 460÷500m, nằm gần giao điểm ĐĐG Lai Châu - Điện Biên (ĐĐG LC- ĐB), Sốp Cộp - Lang Chánh (ĐĐG SC-LC) Điện Biên - Pắc Nưa (ĐB-PN) Chiều rộng bồn trũng đạt 2,4-7km, dài khoảng 19km Hình 1.1 Sơ đồ vị trí phân bố bồn trũng Điện Biên bình đồ khu vực Tây Bắc 1.2 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU NƯỚC KHỐNG NĨNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU Việt Nam phát khoảng 400 điểm xuất lộ nước khống nóng với 287 nguồn điều tra tương đối kỹ, khu vực Tây Bắc có 119 nguồn xác định có tới 15 nguồn có tiềm khai thác để sử dụng cho nhiều mục đích khác quy mơ lớn Khu vực Điện Biên có 20 nguồn xuất lộ, nguồn có tiềm chủ yếu tập trung khu vực trũng Điện Biên Nguồn Uva lựa chọn nguồn có đủ điều kiện tự nhiên - xã hội để định hướng cho ứng dụng quy mô lớn Các nghiên cứu đặc điểm địa hóa nguồn gốc điểm xuất lộ nước khống nóng Việt Nam chưa thực nhiều thiếu phương pháp số liệu đại, phân chia vùng địa chất quy mô lớn mà chưa rõ cụ thể liên quan tới hoạt động magma xâm nhập hay hoạt động đứt gãy 1.3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN Bản chất nước khống nóng cân hóa học bồn nhiệt Sự cân hóa học phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm nhiệt độ, pH, áp suất, nóng, pha lỗng pha trộn với dung dịch có nguồn gốc khác Nghiên cứu đặc điểm địa hóa xuất lộ nước khống nóng với ngun lý dung dịch bề mặt (ở dạng hỗn hợp khí hay dung dịch nước), qua phản ánh điều kiện hóa lý điều kiện nhiệt tầng chứa địa nhiệt sâu 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NCS dung phương pháp nghiên cứu bao gồm: i) Tổng hợp phân tích tài liệu địa chất - địa vật lý khu vực nghiên cứu; ii) Khảo sát thực địa, thu thập phân tích mẫu; iii) Phương pháp địa nhiệt kế; iv) Phương pháp địa hóa đồng vị; v) Phương pháp xác định nguồn gốc Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HĨA NƯỚC KHỐNG NĨNG BỒN TRŨNG ĐIỆN BIÊN 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC 2.1.1 Bối cảnh địa chất kiến tạo khu vực Khu vực Tây Bắc có vị vị trí địa chất khu vực theo sơ đồ Hình 1.1 Hình 1.6 Khu vực có đặc trưng miền vỏ lục địa với loại đá khác cấu kết vào thời kỳ tạo núi Indosini Bề dày vỏ lục địa khu vực thay đổi đổi từ 26 - 36km (Hình 2.1) Hình 2.1 Cột địa tầng khu vực Tây Bắc Bộ (Vũ Trụ nnk, 2012) Khu vực có đặc điểm hoạt động địa chất trẻ minh chứng hình thành bồn trầm tích Kainozoi liên quan đến hai hệ thống đứt gãy ĐB - LC SC - LC, hoạt động động đất, trượt lở, nứt đất quy mô lớn, hay biểu khí Radon, với xuất lộ hàng loạt đới nước khống nóng liên quan tới đới đứt gãy hoạt động 2.1.2 Đặc điểm Magma khu vực Tây Bắc Các hoạt động magma xảy khu vực Tây Bắc suốt thời kỳ Paleozoi đến Kainozoi, với nhiều kiểu granites, gabbro thành phần axit 2.1.3 Đặc điểm kiến tạo đại khu vực Đông Nam Á tiềm địa nhiệt Chu kỳ kiến tạo Himalaya chu kỳ kiến tạo trẻ có liên quan đến hình thành bồn trũng Kainozoi Một bối cảnh địa chất quan trọng khu vực Tây Bắc liên quan tới nội dung luận án hình thành bồn trũng nội lục lấp đầy trầm tích lục địa thời kỳ Kainoizoi (Hình 2.4) Hình 2.4 Đặc điểm kiến tạo Kainozoi khu vực Tây Bắc Bộ (Theo Tapponier & nnk, 1990; W Zuchiewicz & nnk, 2004; NV Hùng &nnk, 2016) 2.1.4 Đặc điểm cấu trúc địa chất địa chất thủy văn khu vực bồn trũng Điện Biên 2.1.4.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất bồn trũng Điện Biên Bồn trũng Điện Biên hình thành chuyển động đồng thời hệ đứt gãy kiến tạo trẻ khu vực ĐĐG LC-ĐB xếp vào đới sinh động đất mạnh vùng kết hợp với ĐĐG SC- 2.1.4.2 Địa chất thủy văn khu vực trũng Điện Biên Các nguồn nước khoáng Điện Biên phân loại gồm: Nước khoáng nóng có nhiệt độ >30oC, theo tổng khống hố M>1g/l, Theo hàm lượng Brom >5 mg/l, Cacbonic tự từ 500 mg/l, Silic từ 50mg/l trở lên Trên địa bàn bồn trũng Điện Biên gồm tầng chứa nước lỗ hổng 19 tầng chứa nước khe nứt; 03 tầng chứa nước khe nứt – karst gồm trầm tích Holocen (QH), trầm tích Pleistocen (QP); thành tạo phun trào Neogen – Đệ Tứ β(N2- Q11) Trong khu vực nghiên cứu tồn tầng chứa nước Hệ tầng Nậm Cô (NP nc), hệ tầng Tây Trang (D1 – D2 tt), hệ tầng Suối Bàng (T3n-r sb), trầm tích sơng-lũ – Pleistocen thượng (apQ13), trầm tích sơng, sơng lũ -Holocen hạ-trung (a, apQ21-2), trầm tích sơng – Holocen thượng (aQ23) 2.1.5 Mức độ dập vỡ đất đá khu vực bồn trũng Điện Biên Mức độ dập vỡ đất đá khu vực bồn trũng Điện Biên thể Hình 2.9 Đặc điểm dập vỡ bắt nguồn từ hoạt động đứt gãy tân kiến tạo Dịch trượt ĐĐG hoạt động vùng Tây Bắc giai đoạn từ Pliocen đến chủ yếu trượt bằng, biên độ dịch trượt đa số đứt gãy dao động khoảng từ 600m đến 3.000m, tương ứng với tốc độ từ 0,112 - 0,6 mm/ năm Dịch trượt thẳng đứng thấy số đoạn Sông Hồng, Phong Thổ, Than Uyên, Mường La - Bắc Yên, Sông Đà, Sốp Cộp - Lang Chánh, Lai Châu Điện Biên với biên độ khoảng từ 100-200m đến 1.500m 11 Hình 2.9 Mối quan hệ xuất lộ nguồn nước khống nóng với đới dập vỡ kiến tạo 2.1.6 Kết đo lưu lượng bồn chứa 2.1.6.1 Khoan khảo sát nhiệt độ tầng nông Các lỗ khoan xác định: bố trí 04 lỗ khoan, sâu xấp xỉ 50m/lỗ 2.1.6.2 Kết quan trắc bơm hút thí nghiệm: Nhiệt độ cấp theo chiều sâu khu vực lỗ khoan Để thu nhiệt độ bồn 161oC khoảng 225-250m Chọn hạ thấp m, tức mực nước động khoảng m phù hợp cho cách dùng máy Trên đồ thị cho thấy ứng với hạ thấp m lưu lượng khai thác hợp lý khoảng 2.53 l/s 2.2 Đặc điểm địa hóa nước khống nóng bồn trũng Điện Biên 2.2.1 Đặc điểm lý hóa nước khống nóng Tại Điện Biên, xuất lộ nước khống nóng loại hình hóa học HCO3-Na chiếm ưu (11/20 nguồn); HCO3-Ca-Na chiếm 5/20 nguồn; loại hình hóa học khác chiếm tỷ trọng không đáng kể 12 2.2.2 Đặc điểm địa hố nước khống nóng Uva trũng Điện Biên 2.2.2.1 Hàm lượng anion nước khống nóng Dung dịch có hàm lượng chứa anion HCO3- chiếm ưu thế, độ tổng khoáng hoá (M) khu vực Uva nằm dải nằm khoảng từ 0,2g/l đến 0,9g/l khu vực Điện Biên chủ yếu tập trong khoảng từ 0,4 đến 0,7 g/l trung bình 0,54 g/l , thuộc loại có tổng khống hóa thấp Anion SO42- Uva có hàm lượng dao động khoảng từ 4,7 đến 8,9 mg/l thấp so với hàm lượng anion SO42- nước khống nóng khu vực tỉnh Điện Biên với giá trị trung bình 61,4 mg/l Thấp nhiều so với xuất lộ nước khống có anion SO42chiếm ưu khu vực Tây Bắc Bộ với tổng khống hóa từ 0,8g/l đến 3,8g/l Anion Cl- nước khống nóng khu vực Uva thay đối khoảng 25,5 đến 48,2 mg/l cao so với hàm lượng trung bình nguồn xuất lộ nước khống nóng tỉnh Điện Biên 17,57 mg/l, tổng khống hóa khu vực Uva thấp nhiều so với khu vực có hàm lượng anion Cl- chiếm ưu Hàm lượng Cl- khu vực Tây Bắc chủ yếu nằm khoảng 5-20mg/l 2.2.2.2 Hàm lượng cation nước khống nóng Độ pH nguồn xuất lộ nước khống nóng khu vực Uva dao động khoảng 8,1 đến 8,7, trung bình 8,35 Độ pH cao giá trịnh trung bình đo xuất lộ nước khống nóng khu vực tỉnh Điện Biên, nằm khoảng pH khu vực Tây Bắc Bộ ( 6,4 đến 8,5), cao mức tập trung chủ yếu khu vực Tây Bắc Bộ ( 7-7,5) Cation Ca2+ khu vực Uva thay đổi khoảng 28 đến 40,2 trung bình 37,1 mg/l nằm khoảng dao động khu vực Tây 13 Bắc Bộ 5-100mg/l Hàm lượng Ca2+ khu vực Tây Bắc Bộ thường dao động khoảng 250-550mg/l Cation Mg2+ dung dịch nước khống Uva có hàm lượng nhỏ, thay đổi khoảng từ 3,8 đến 7,1 mg/l, nhỏ nhiều lượng cation Mg2+ khu vực Điện Biên 47,3 mg/l khu vực Tây Bắc Bộ