Luận án Tiến sĩ Địa chất: Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất trũng Sông Hồng theo tài liệu địa vật lý 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: GS VS TSKH Phạm Khoản PGS TS NGƯT Nguyễn Trọng Nga Hà Nội - 2017 iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng Lại Mạnh Giàu năm 2017 iv MỤC LỤC DANH MỤC BẢN VẼ CỦA LUẬN ÁN VII DANH MỤC BẢNG BIỂU CỦA LUẬN ÁN IX MỞ ĐẦU 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 1.1.1 Giai đoạn trước năm 1954 1.1.2 Giai đoạn sau năm 1954 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 từ tellur 34 1.3.2 Đặc điểm trường trọng lực 35 1.3.3 Đặc điểm trường sóng địa chấn vận tốc truyền sóng 38 1.3.4 Đặc điểm số trường địa vật lý theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan 41 1.3.5 Đặc điểm tham số vật lý số đá than 42 1.4 ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ TÀI NGUYÊN THAN THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT 45 1.4.1 Vùng tài nguyên Khoái Châu - Tiền Hải 45 1.4.2 Vùng tài nguyên Quỳnh Phụ - Thái Thuỵ 45 1.4.3 Vùng tài nguyên 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 sử dụng thăm dị 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 ĐƠNG NAM DẢI NÂNG KHỐI 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 tập địa chấn phản xạ 105 3.2.4 Xác định tính liên tục ranh giới phản xạ 105 3.2.5 Xác định đứt gãy kiến tạo, đới dập vỡ 106 3.2.6 Khoanh định tập chứa than 107 3.3 CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT PHẦN ĐƠNG NAM DẢI NÂNG KHỐI 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 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 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 chứa than không chứa than 115 KẾT LUẬN 118 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG 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 cấu trúc trũng Sơng Hồng 29 Hình 1.4 Mặt cắt địa điện tuyến Mơ 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 Nghịch đảo 2D hai thành phần EW 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 thực trước năm 2012 39 Hình 1.8 Một băng địa chấn thực địa thu vùng trũng Sơng Hồng 40 Hình 1.9 Biểu đồ tổng hợp tham số mật độ 44 Hình 2.1 Kết xử lý tài liệu VSP lỗ khoan LK.90.SH .55 Hình 2.2 Kết đo địa vật lý lỗ khoan 56 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí nguồn nổ hố khoan .60 Hình 2.4 Hệ thống quan sát đuổi 60 Hình 2.5 Thí dụ 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 biên độ 69 Hình 2.8 Mơ hình xây dựng băng địa chấn tổng hợp .72 Hình 2.9 Ví dụ băng địa chấn tổng hợp lỗ khoan LK.90-SH 73 Hình 3.1 Mặt cắt trọng lực - địa chất tuyến 77 Hình 3.2 Mặt cắt trọng lực - địa chất tuyến 80 Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống đứt gãy dư Trend trường trọng lực 82 Hình 3.4 Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 1000m hệ thống đứt gãy 83 Hình 3.5 Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 3000m hệ thống đứt gãy 84 Hình 3.6 Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 5000m hệ thống đứt gãy 85 Hình 3.7 Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 7000m hệ thống đứt gãy 86 Hình 3.8 Sơ đồ dị thường trọng lực nâng lên 10.000m 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 mặt cắt địa chấn 2D, hình B (chèn giữa) kết đo VSP Các đường màu ký hiệu H1 đến H5 ranh giới phản xạ định danh .104 Hình 3.13 (a) Mặt cắt địa chấn bình thường với dấu hiệu đới dập vỡ đứt gãy không rõ ràng (b) Mặt cắt địa chấn thuộc tính Envelope dấu hiệu đới dập vỡ đứt gãy rõ ràng so với tài liệu bình thường 107 Hình 3.14 (a) Mặt cắt địa chấn bình thường với biên độ sóng khơng đồng (b) Mặt cắt địa chấn thuộc tính pha tức thời thể phân lớp liên tục 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 tốt tính liên tục ranh giới 106 Hình 3.16 (a) Mặt cắt địa chấn bình thường với biên độ sóng tương đối mạnh khơng liên tục tập không chứa than (b) Mặt cắt địa chấn thuộc tính lượng trung bình làm bật tập khơng chứa than với biên độ thấp, hình ảnh mờ nhạt, tập có chứa than biên độ cao hẳn tương đối liên tục 107 Hình 3.17 Sơ đồ bố trí tuyến địa chấn phản xạ 2D thuộc phần Đơng nam dải nâng Khối Châu - Tiền Hải 109 Hình 3.18: Kết đo Carota lỗ khoan LK07.SH lỗ khoan LK98.SH tuyến T16, vùng Kiến Xương, tỉnh Thái Bình .111 Hình 3.19 Kết xử lý minh giải tuyến T.12, vùng Kiến Xương, tỉnh Thái Bình 110 Hình 3.20 Sơ đồ cấu trúc địa chất phần Đơng Nam đới nâng Khối Châu-Tiền Hải theo tài liệu địa chấn phản xạ 113 Hình 3.21 Kết xử lý minh giải tuyến T.16, vùng Tiền Hải, tỉnh Thái Bình 116 Hình 3.22 Kết xử lý minh giải tuyến TT-2-2, tuyến cắt qua huyện Tiền Hải, Kiến Xương Đơng Hưng, tỉnh Thái Bình 117 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU CỦA LUẬN ÁN Bảng 1.1 Đặc trưng vật lý than số loại đá 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 vỉa than theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan LK.90.SH 108 MỞ ĐẦU Theo Quyết định số 1268/QĐ-MĐC ngày 28 tháng 10 năm 2013 Hiệu trưởng Trường Đại học Mỏ - Địa chất, NCS Lại Mạnh Giàu 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 Tính cấp thiết đề tài Thực nghị số 18 - NQ/TW ngày 25 tháng 10 năm 2007 Bộ Chính trị “Định hướng chiến lược phát triển lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2050”, ngày 27 tháng 12 năm 2007 Thủ tướng Chính phủ định số 1855/QĐ- TTg việc phê duyệt “Chiến lược phát triển lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2050”, nêu rõ “tranh thủ nguồn vốn để thăm dò đánh giá trữ lượng nghiên cứu khả khai thác vùng than đồng sơng Hồng” Theo đó, định số 89/2008/QĐ- TTg ngày 07 tháng năm 2008 việc phê duyệt “Chiến lược ngành Than Việt Nam đến năm 2015, định hướng đến năm 2025” Thủ tướng Chính phủ đạo cụ thể “Đẩy mạnh hoạt động điều tra, thăm dò, đánh giá trữ lượng than nhằm chuẩn bị sở tài nguyên vững cho phát triển ổn định, lâu dài ngành” “Phấn đấu đến năm 2010 thăm dò tỷ mỉ phần tài nguyên bể than đồng sơng Hồng; đến năm 2015 thăm dị đánh giá xong phần tài nguyên bể than đồng sông Hồng” Nhu cầu than Việt Nam từ đến năm 2025 tăng liên tục từ 93,8 ÷ 122,4 triệu đến 337,7 ÷ 429,5 triệu tổng sản lượng khai thác mỏ vùng Đông Bắc đạt 70 ÷ 75 triệu vào năm 2020, 80 triệu vào năm 2025 Để khắc phục thiếu hụt này, năm 2010 Chính phủ Bộ Tài nguyên Môi trường đạo Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam lập đề án “Điều tra, đánh giá tổng thể tài nguyên than phần đất liền bể Sông Hồng”