Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất trũng sông hồng theo tài liệu địa vật lý phục vụ điều tra tài nguyên than

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

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

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

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

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

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

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

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

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 42Bảng 2.1 Bảng tham số thu nổ địa chấn phản xạ 2D 62Bảng 3.1 Bảng thống kê đứt gãy địa chất theo tài liệu trọng lực 91Bảng 3.2 Chiều sâu các vỉa than theo tài liệu địa vật lý tại lỗ khoan LK.90.SH 108

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”

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 thểđặc 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

- 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

- 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:

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

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

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

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

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:

- 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

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

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

chôn vùi phân bố ở rìa đông bắc miền võng Hà Nội; đới cấu tạo nghịch đảo Miocen phân

bố ở trung tâm và đông nam miền võng Hà Nội (dải nâng Khoái Châu- Tiền Hải- Kiến Xương trước đây) và đã tiến hành khoan ở đây 8 lỗ khoan

- Tiếp đó Công ty dầu khí Maurel & Prom (Pháp) thay thế Anzoil tiếp tục nghiên cứu tìm dầu khí ở miền võng Hà Nội và khoan 2 lỗ khoan ở Phù Cừ (sâu 2.000 m) Kết quả ngoài việc phát hiện chính là dầu và khí còn chỉ ra rằng trầm tích Neogen đồng bằng Sông Hồng chứa nhiều vỉa than có giá trị công nghiệp rất đáng được quan tâm đầu tư đánh giá Trên đất liền phần hoàn trả của Công ty trên, Công ty Đầu tư và Phát triển dầu khí (PIDC) thực hiện tiếp thăm dò và đã khoan 3 lỗ khoan

- Sau đó Công ty Dầu khí Sông Hồng (Tập đoàn PVN) cùng Arrow Energy thực hiện hợp đồng thăm dò khai thác khí than lô MVHN- 01KT vùng Thái Bình đã thi công giai đoạn I với 8 lỗ khoan với chiều sâu từ 405- 950 m Các lỗ khoan đều gặp vỉa than ở

độ sâu -300 m trở xuống và gặp 4 vỉa than chất lượng tốt với bề dày từ 2 - 8m

- Hiện nay, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam đang thực hiện đề án

"Điều tra, đánh giá tổng thể tài nguyên than phần đất liền, bể Sông Hồng" với mục

tiêu điều tra, đánh giá tổng thể tài nguyên than bể than Sông Hồng và vùng phụ cận đến đáy tầng chứa than làm cơ sở để lựa chọn các diện tích thăm dò tiếp theo Dự báo tổng tài nguyên cấp 333, 334a, 334b đạt 200 tỷ tấn, trong đó cấp 333 đạt 10 tỷ tấn

Như vậy, các công trình điều tra địa chất- khoáng sản hiện cho thấy:

- Đã xác định được các cấu trúc lớn của móng trước Kainozoi, bước đầu đã

phân chia các hệ tầng trầm tích Kainozoi; khẳng định sự tồn tại của các vỉa than có tài nguyên lớn, phân bố trong trầm tích Neogen ở độ sâu đến 4.000m

- Ngoại trừ ở khu vực Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên (diện tích 85 km2 đã được đầu tư tương đối để làm rõ đặc điểm địa chất vùng mỏ than, chất lượng than và mức

độ đánh giá cũng chỉ ở mức tài nguyên), thì trên diện tích rộng lớn thuộc bể than trũng Sông Hồng các số liệu về than mới ở bước phát hiện các tầng chứa than, tập chứa than, chưa khoanh nối được bất cứ một vỉa than cụ thể nào Những điều nêu trên khẳng định rằng cho đến thời điểm hiện nay trên diện tích trũng Sông Hồng, nơi được

dự báo có chứa một tiềm năng lớn về than chưa có một công trình nghiên cứu địa

chất nào được triển khai với mục đích điều tra đánh giá tổng thể tài nguyên than với

hệ các phương pháp kỹ thuật được thiết kế khoa học và hợp lý

ổn định dao động từ vài chục mét đến vài trăm mét, có nơi đến hơn ba ngàn mét

Các trầm tích Neogen là đối tượng chứa than nâu chủ yếu trong diện tích khu vực nghiên cứu Bởi vậy trong nội dung nghiên cứu sẽ đặc biệt chú trọng đến việc phân chia chi tiết các thành tạo Neogen chứa than

Trầm tích Kainozoi nằm không chỉnh hợp lên các thành tạo cổ hơn Các thành tạo trầm tích cổ chỉ lộ ra ở ven rìa võng Hà Nội: rìa tây, tây nam lộ đá biến chất trước Cambri đới Sông Hồng, ít đá Carbonat tuổi Trias đới Ninh Bình; Rìa bắc, đông bắc lộ

đá tuổi Silur hệ tầng Tấn Mài trầm tích lục nguyên carbonat tuổi Devon, trầm tích lục nguyên Mesozoi hệ tầng Hòn Gai, hệ tầng Hà Cối thuộc đới An Châu và Duyên Hải

Việc phân chia địa tầng trầm tích Kainozoi ở đồng bằng Sông Hồng vẫn còn

có nhiều ý kiến khác nhau Trong luận án, NCS dựa vào cách phân chia địa tầng của

Vũ Xuân Doanh [5] với góc độ nghiêng về địa tầng chứa than

GIỚI KAINOZOI (KZ)

Hệ Paleogen (E)

Trong vùng nghiên cứu trầm tích Paleogen phát hiện được ở một số lỗ khoan:

lỗ khoan 104 tại xã Đình Cao- Phù Cừ- Hưng Yên, chiều sâu 2.544 - 3.860m nằm không chỉnh hợp lên đá phun trào ryolit; lỗ khoan 81 tại thị trấn Thái Thụy- Thái Bình cũng phát hiện được các trầm tích Paleogen nằm không chỉnh hợp lên đá vôi Devon trung bậc Efenni- Giveti

Dựa vào các mẫu bào tử Phấn hoa và thành phần thạch học tướng đá Phan Huy Quynh đã xếp các trầm tích này vào Eocen- Oligocen thuộc hệ Paleogen Các trầm tích Paleogen phân bố hạn chế trong địa hào sâu và phủ bất chỉnh hợp lên trên đá cổ hơn

Các trầm tích của hệ tầng được thành tạo trong môi trường sườn tích- sông hồ

Đó là các trầm tích lấp đầy các địa hào sụt lún nhanh, có diện phân bố hẹp

Các trầm tích của hệ tầng nằm chỉnh hợp bên dưới với các trầm tích hệ tầng Đình Cao và bất chỉnh hợp trên đá phun trào ryolit và đá vôi Devon trung

Các thành tạo trầm tích của tầng gồm: chủ yếu là cát kết màu xám trắng, xám sẫm đôi chỗ phớt tím có chứa glauconit xen các lớp cuội kết dạng puding; sạn kết có độ lựa chọn trung bình đến tốt với xi măng là carbonat, sét và oxit sắt; sét, bột kết màu xám xanh, xám đen kẹp các lớp mỏng sét vôi, đôi chỗ có các thấu kính than chứa hóa thạch động vật Các lớp có bề dày từ vài chục centimet đến hàng chục mét, phân lớp nằm ngang

Trong các thành tạo của hệ tầng đã thấy vết lá thực vật, bào tử Phấn hoa và động vật nước ngọt Nhờ đó, tuổi của hệ tầng được xác định là Oligocen

Các trầm tích của hệ tầng thành tạo trong môi trường đầm hồ- aluvi có dòng chảy nhỏ và nằm không chỉnh hợp trên hệ tầng Phù Tiên

Tổng bề dày của hệ tầng từ 1.500 - 1.800 m

Hệ Neogen (N)

Tính đến thời điểm hiện nay các công trình khoan sâu đã xác định khá rõ đặc điểm trầm tích Neogen ở miền võng đồng bằng Sông Hồng nói chung và diện tích vùng nghiên cứu nói riêng, đó là trầm tích lục nguyên gồm cát kết, bột kết, sét kết và vỉa than nâu Đá gắn kết yếu, mềm bở chứa hoá đá thực vật bảo tồn tốt, ít hoá đá động vật Các thành tạo Neogen gồm trầm tích lục địa và biển kéo dài từ 12- 13 triệu năm

Trong diện tích nghiên cứu dựa vào đặc điểm thạch học và tập hợp hoá thạch trầm tích Neogen gồm 2 thống Miocen (N1) và Pliocen (N2) phân bố: ở khu vực tây

và tây nam là trầm tích thuộc thống Miocen phần dưới; ở đông và đông bắc là trầm tích Miocen phần cao; phía đông và đông nam ra đến vịnh Bắc Bộ chủ yếu là trầm tích Pliocen

Thống Miocen (N 1 ) Phụ thống Miocen dưới (N 1 )

Hệ tầng Phong Châu (N 1 pch)

Tên hệ tầng được lấy tên xã Phong Châu, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình nơi bố trí lỗ khoan 100 Mặt cắt của hệ tầng được Paluxtovich B.M xác lập, mô tả trên cơ sở các trầm tích ở độ sâu từ 1.820- 3.000 m trong lỗ khoan 100

Trong diện tích nghiên cứu trầm tích hệ tầng phân bố kéo dài từ lỗ khoan 100 theo hướng đông, đông nam ra vịnh Bắc Bộ và chúng được thành tạo trong điều kiện

biển nông Ở phía tây, tây nam vùng các trầm tích của hệ tầng lại thành tạo trong điều kiện lục địa với diện phân bố rất hạn chế (khu vực huyện Lý Nhân, tỉnh Hà Nam; Hải Hậu, tỉnh Nam Định)

Trầm tích biển nông gồm: cát kết độ hạt trung bình đến nhỏ, màu xám tro, lục nhạt cấu tạo lớp tương đối dày từ vài chục đến hàng trăm mét phân lớp nằm ngang hay sóng ngang liên tục Độ chọn lọc, mài tròn tốt Độ gắn kết trung bình đến chắc, xen với các lớp cát kết dày là lớp bột kết mịn bề dày từ vài mét đến hàng chục mét Một số mẫu vi cổ sinh đã gặp di tích trùng lỗ: Globigerina, ostrocacia

Trầm tích lục địa gồm: bột kết, sét kết, cát kết hạt từ nhỏ đến thô, các lớp mỏng cuội, sạn kết có màu xám sáng, xám tro nhạt, xám sẫm và ngậm nhiều oxit sắt màu nâu, độ chọn lọc, bào mòn và gắn kết kém Đá cáo cấu tạo phân lớp ngang hoặc xiên chéo không rõ ở bột kết, sét kết còn ở cát kết có phân lớp xiên chéo định hướng và không định hướng Các trầm tích trên thành tạo trong với sản phẩm là vật liệu của bồi tích và lũ tích sông và các dòng chảy tạm thời

Trên mặt phân lớp bột kết, sét kết bảo tồn phong phú di tích thực vật dưới dạng mảnh vụn bao gồm loại hai lá mầm, một số mảnh vỏ động vật nước ngọt viviparus, unio điển hình cho Miocen sớm

Các thành tạo của hệ tầng nằm chỉnh hợp dưới thành tạo hệ tầng Phù Cừ và nằm bất chỉnh hợp trên mặt bào mòn của tầng sét Oligocen (hệ tầng Đình Cao (E3đc))

Bề dày hệ tầng Phong Châu từ 400- 1.400 m

Phụ thống Miocen giữa (N 1 )

Hệ tầng Phù Cừ (N 1 pc)

Các thành tạo trầm tích hệ tầng Phù Cừ được Golovenok V.K và Lê Văn Chân xác lập và mô tả lần đầu tại lỗ khoan số 2 ở độ sâu 960- 1.180 m trên cấu tạo Phù Cừ miền võng Hà Nội Tuy nhiên ở lỗ khoan trên không bắt gặp được phần đáy của hệ tầng và chỉ khi nghiên cứu các lỗ khoan (LK) 100, LK.101, LK.102, LK.204 thì mặt cắt của hệ tầng mới được mô tả đầy đủ (Phan Huy Quynh, Đỗ Bạt, 1983 và

Lê Văn Cự, 1985)

Trong diện tích nghiên cứu các trầm tích của hệ tầng gặp hầu hết trong các lỗ khoan dầu khí ở độ sâu dưới 1.500 m với đầy đủ ranh giới trên và dưới Trên bản đồ địa chất trước Đệ tứ các trầm tích của hệ tầng phân bố hạn chế ở phía tây bắc vùng, khu vực thành phố Hưng Yên, tạo thành một dải hẹp nằm kẹp giữa đứt gãy sông Chảy

và đứt gãy Thái Bình

Trầm tích của hệ tầng có nguồn gốc lục nguyên biển nông là chủ yếu, đôi nơi

có tích tụ lục địa ven biển và thành phần chủ yếu gồm: cát kết hạt trung đến nhỏ chiếm hơn 80% xen kẹp bột kết Đá có màu xám tro phớt lục đến lục nhạt, bột kết có màu sẫm hơn Lớp trầm tích khá dày với cấu tạo phân lớp ngang là chủ yếu, có khi thấy phân lớp sóng phủ của đới sóng vỗ vịnh biển Vật liệu trầm tích có độ chọn lọc

và bào tròn khá tốt, gắn kết trung bình, nơi nào có xi măng carbonat đá gắn kết chắc hơn Xi măng dạng lấp đầy lỗ hổng Khoáng vật tạo đá chủ yếu là thạch anh, ít khoáng vật màu và khoáng vật phụ canxit, sét, carbonat, granat

Di tích cổ sinh thu được hầu hết thuộc loại nước mặn, nước lợ, một số bào tử Phấn hoa thuộc loại dương xỉ nước lợ, đặc trưng cho Miocen giữa và cuối Miocen sớm

Các thành tạo của hệ tầng thành tạo trong môi trường đồng bằng châu thổ xen các pha biển, châu thổ ngập nước- tiền châu thổ và chúng chuyển tiếp từ từ lên trên các thành tạo hệ tầng Tiên Hưng và nằm chỉnh hợp trên các thành tạo hệ tầng Phong Châu Bề dày của hệ tầng từ 1.500- 2.000 m

Các trầm tích của hệ tầng Tiên Hưng phân bố từ nam Việt Trì tới vịnh Bắc Bộ bao gồm diện tích khống chế bởi đứt gãy Thái Bình và đứt gãy Vĩnh Ninh và chúng được nâng lên do quá trình nghịch đảo kiến tạo vào Miocen giữa- muộn Hệ tầng Tiên

Hưng chứa nhiều vỉa than nâu có giá trị công nghiệp là đối tượng nghiên cứu điều tra đánh giá tài nguyên than của đồng bằng Sông Hồng

Trầm tích của hệ tầng gồm: cuội kết, cát kết, bột kết, sét kết và vỉa than có tính chu

kỳ chúng được thành tạo trong các sông, đầm, hồ lục địa dưới dạng lũ tích, bồi tích tại chỗ Phân biệt với các địa tầng trên với nó bằng các trầm tích lục địa và chuyển tiếp chứa than

Dựa vào đặc điểm thạch học, tướng đá và tập hoá thạch, hệ tầng Tiên Hưng được chia làm 3 tập đặc trưng cho các giai đoạn thành tạo than sau:

Hệ tầng Tiên Hưng tập 1 (N 1 th 1)

Nằm dưới cùng của hệ tầng chứa than Trên bản đồ địa chất trước Đệ tứ tỉ lệ 1:200.000 các trầm tích của tập phân bố ở phía tây bắc nằm kẹp giữa đứt gãy Vĩnh Ninh và Thái Bình và phía tây thị trấn Châu Giang huyện Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên Trên bản đồ đẳng chiều sâu đáy của tập 1, các trầm tích tập 1 hệ tầng Tiên Hưng phân bố ở độ sâu từ -400- 4.000 m, nông nhất ở khu vực huyện Khoái Châu và sâu nhất ở khu vực huyện Quỳnh Phụ, huyện Thái Thuỵ, tỉnh Thái Bình

Tập 1 được xác định chắc chắn theo nhiều lỗ khoan tìm kiếm thăm dò than và dầu

khí, trong đó xác định có chứa hơn 20 vỉa than với 5 vỉa có giá trị công nghiệp

Thành phần thạch học của tập 1 chủ yếu là các vật liệu vụn cơ học, sét than vật liệu tạo than của bồi tích hồ, sông, cửa sông, tam giác sông với vịnh biển và gồm: cát kết hạt trung đến nhỏ, bột kết, sét kết và than biến chất thấp Đá có màu xám tối, xám đen đến xám nhạt cấu tạo lớp rõ, phân lớp đa dạng ngang liên tục hoặc gián đoạn

ở cát kết, bột kết tích tụ hồ, sét kết, than ở tích tụ đầm lầy Tính phân lớp thể hiện phổ biến là do chuyển thành phần độ hạt giữa thô sang mịn và ngược lại Vật liệu trầm tích có độ chọn lọc mài tròn kém, gắn kết trung bình với xi măng chủ yếu ở dạng lấp đầy, ít dạng cơ sở Kết hạch phong phú gồm: pyrit dạng mắt, siderit dạng đơn lẻ Tỷ

lệ đá vụn so với đá sét và than từ 0.4- 0.9 (tb: > 0.6) Vật chất hữu cơ tồn tại dạng phân tán có hàm lượng biến đổi từ 0.4- 0.7% (tb: < 0.5%) Hàm lượng Brom, Clo, Natri, Magie trong nước vỉa từ 0.5- 21mg/l

Hình 1.2 Cột địa tầng tổng hợp khu vực trung tâm trũng Sông Hồng

Trầm tích tập 1 hệ tầng Tiên Hưng thành tạo trong môi trường đồng bằng hoá đầm lầy, đôi nơi là môi trường vũng vịnh nước ngọt Đầm lầy phát triển ở phần ven biển nước nông và bị ngập mặn

Theo Phan Văn Quynh và Đỗ Bạt (1985) lớp cát kết rắn chắc màu xám chứa các vết in lá thực vật gặp nhiều trong các lỗ khoan ở miền võng Hà Nội được coi là dấu hiệu chuyển sang giai đoạn trầm tích lục địa sau hệ tầng Phù Cừ và đáy của lớp cát này là ranh giới dưới của tập 1 hệ tầng Tiên Hưng

Bề dày tập 250- 650m

Hệ tầng Tiên Hưng tập 2 (N 1 th2 )

Trong khu vực nghiên cứu, các trầm tích của tập 2 gặp nhiều trong mặt cắt lỗ khoan tìm kiếm, thăm dò dầu khí ở khu vực huyện Phù Cừ, tỉnh Hưng Yên, khu vực Tiên Hưng, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình ra đến vịnh Bắc Bộ Theo bản đồ đẳng chiều sâu đáy của tập 2 thì các trầm tích của tập 2 phân bố ở Khoái Châu, Thái Thuỵ, Tiền Hải, Kiến Xương…Với độ sâu từ -200 m (khu vực Khoái Châu) đến -3.400 m (ở đông nam khu vực Thái Thuỵ)

Trầm tích của tập 2 là các trầm tích lục địa chứa than rất ít có yếu tố chuyển tiếp, không liên quan đến trầm tích biển với thành phần vật liệu tương đối phức tạp xen kẽ nhau tạo nhịp khá rõ ràng và gồm: cát kết hạt thô đến mịn, bột kết, sét kết và các vỉa than phân bố đồng đều trong cột địa tầng Đá có màu xám sáng, xám tối, xám đen phân lớp đa dạng, xiên thoải, song song định hướng, xiên chéo, phân lớp ngang, sóng ngang liên tục hoặc gián đoạn Độ chọn lọc trung bình đến kém, độ mài tròn kém, gắn kết yếu Xi măng chủ yếu là dạng lấp đầy ít gặp xi măng cơ sở Thành phần

xi măng chủ yếu là: kaolinit, hydromica, hydroxit sắt ít vật chất hữu cơ Kết hạch siderit và pyrit có kích thước từ 5- 10 mm

Trầm tích chứa than tập 2 hệ tầng Tiên Hưng được thành tạo trong điều kiện lục địa thuộc dạng đồng bằng hoá đầm lầy, môi trường khử mạnh

Tập 2 hệ tầng Tiên Hưng chứa nhiều vỉa than (15- 20 vỉa) và phân bố khá

đồng đều trong tập với hệ số chứa than khá cao từ 1- 10% Trong các lớp cát kết hạt thô của của tập 2 ở chiều sâu 1.000m ÷ hơn 2.000m có chứa dầu mỏ và khí cacbuahydro nặng (Kiến Xương, Tiền Hải, tỉnh Thái Bình)

Bề dày tập từ 590- 1.870 m

Hệ tầng Tiên Hưng tập 3 (N 1 th 3)

Trong diện tích nghiên cứu các thành tạo trầm tích của tập phân bố trong khu vực khống chế bởi đứt gãy sông Lô và đứt gãy Vĩnh Ninh kéo dài theo hướng nam ra vịnh Bắc Bộ

Mặt cắt của tập được xác định qua các lỗ khoan dầu khí Ranh giới trên của tập

ở khoảng -200 đến -400 m và ranh giới dưới ở độ sâu -800 đến -1000 m

Tập 3 hệ tầng Tiên Hưng gồm hai phần rõ rệt

Phần dưới: các tích tụ bồi tích hồ, sông đầm lầy và đầm lầy tạo than gồm các vật liệu cát kết từ thô đến mịn, bột kết, sét kết và than

Phần trên: trầm tích hạt thô của lũ tích sông và dòng chảy tạm thời gồm cuội kết, cát kết thô chứa cuội dạng lũ tích và thấu kính than

Các đá của tập có màu loang lổ, trắng đục, trắng xám, xám sẫm, xám đen Thành phần đa khoáng, độ chọn lọc bào tròn kém Đá có cấu tạo rõ ràng, phân lớp đa dạng từ rõ đến không rõ Độ gắn kết yếu đến bở rời Xi măng gắn kết chủ yếu sét lẫn vật chất hữu cơ thuộc kiểu lấp đầy và tiếp xúc, chiếm 30- 50% (trong cuội kết, sạn kết) và 25- 30% (trong cát kết, sét kết) Các mảnh vụn có kiến trúc hạt với thành phần chủ yếu là thạch anh, khoáng vật phụ gồm: granat, zircon, turmalin và epidot

Trầm tích của tập 3 được hình thành trong điều kiện lục địa, chế độ đầm lầy cục

bộ Vào cuối Miocen muộn bề mặt địa hình cổ trong phạm vi nghiên cứu diễn ra quá trình đồng bằng hoá đầm lầy, vùng ứ đọng, tù hãm trên lục địa, tiếp đó do hoạt động của sông, mưa lớn tạo lên dòng chảy mạnh làm thay đổi bề mặt đồng bằng hoá đầm lầy thành đồng bằng lũ tích, bồi tích của sông và dòng tạm thời Các trầm tích của tập 3 nằm bất chỉnh hợp dưới các trầm tích biển nông hệ tầng Vĩnh Bảo

Tập 3 được xác định chắc chắn theo nhiều lỗ khoan tìm kiếm thăm dò than và

dầu khí Tập 3 hệ tầng Tiên Hưng chứa 5 - 27 vỉa than có chiều dày thay đổi từ 0,1

Các thành tạo của hệ tầng chủ yếu là trầm tích vũng vịnh biển nông gồm: cát kết hạt nhỏ, bột kết mịn, xen những lớp mỏng sét kết màu xám tro, phớt lục có chỗ xám nhạt Cấu tạo lớp dày từ vài mét đến hàng chục mét Phân lớp đơn điệu hầu như nằm ngang hoặc sóng ngang

Đá có độ gắn kết yếu bở rời, độ lựa chọn tốt, độ bào tròn trung bình Xi măng gắn kết chủ yếu là sét, một ít khoáng vật silic và thạch anh Trầm tích của hệ tầng chủ yếu là mảnh vụn, sét chiếm ít (20- 30%)

Trong trầm tích phát hiện phong phú các dạng hoá thạch trùng lỗ, di tích thực vật dưới dạng bào tử phấn

Các thành tạo của hệ tầng có sự thay đổi tướng đá: từ LK.3 trở vào đất liền tính lục địa của trầm tích tăng lên và mang đặc điểm châu thổ chứa than (LK.2 Phù Cừ) Ngược lại từ LK.3 trở ra biển trầm tích mang tính thềm lục địa rõ: cát bở rời màu xám đến xám sẫm, hạt nhỏ đến vừa, đôi nơi hạt thô đến rất thô, độ chọn lọc trung bình đến tốt, xen sét màu xám, xám xanh chứa mica nhiều pyrit và glauconit…

Các thành tạo của hệ tầng nằm phủ bất chỉnh hợp trên các trầm tích hệ tầng Tiên Hưng và bị trầm tích Đệ tứ phủ bất chỉnh hợp lên trên

Bề dày hệ tầng 200- 500 m

Theo một số nhà địa chất thì than phân bố trong các hệ tầng Phù Cừ và Tiên Hưng Một số ý kiến khác cho rằng than chỉ có trong hệ tầng Tiên Hưng

Hệ Đệ tứ (Q) Thống Pleitocen (Q 1 ) Phụ thống hạ, hệ tầng Lệ Chi (Q 1 lc)

Các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi không lộ ra trên mặt chỉ bắt gặp ở các lỗ khoan (LK.1, LK.2, LK.3, LK.4, LK.5…) (bản vẽ số 1) Phân bố trong những hố sụt kiến tạo, chúng phát triển chủ yếu ở vùng Vĩnh Bảo, dọc theo sông Thái Bình, sông Văn Úc Thành phần gồm chủ yếu gồm cát hạt trung đến thô, cuội, sạn xen bột sét màu xám Các trầm tích của hệ tầng nằm không chỉnh hợp trên trầm tích Neogen Bề dày từ 13 - 70m

Phụ thống trung - thượng, hệ tầng Hà Nội (Q 1 2-3hn)

Các trầm tích của hệ tầng Hà Nội không lộ ra trên mặt, chỉ bắt gặp ở những lỗ khoan sâu (LK.1- HP; LK.2- HP; LK.3- HP…) bản vẽ số 1 Chúng phân bố trong những hố sụt thường ở độ sâu -70m đến -90m Thành phần thạch học của hệ tầng gồm: cuội, sạn, cát lẫn bột sét màu xám sẫm

Thành phần khoáng vật tạo đá chủ yếu là thạch anh, silic và sét

Hoá đá hầu hết gặp sinh vật biển ven hồ nước nông thuộc đới hoạt động nước triều mạnh, điển hình cho tích tụ biển nông Holocen Bề dày từ 27- 43m

Phụ thống thượng, hệ tầng Vĩnh Phúc (Q 1 vp)

Trong diện tích nghiên cứu, các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc không lộ ra trên mặt chỉ bắt gặp lỗ khoan LK.34-TB (bản vẽ số 1) Thành phần chủ yếu gồm sét bột, sét, bột cát màu sắc loang lổ Hóa thạch hầu hết là sinh vật biển ven hồ nước nông, điển hình cho tích tụ ven biển Pleistocen Bề dày 23 - 25m

Thống Holocen Phụ thống hạ - trung, hệ tầng Hải Hưng (Q 2 1-2hh)

Các trầm tích của hệ tầng phân bố ở phía tây bắc diện tích nghiên cứu Thành phần thạch học của hệ tầng gồm: sét, bột lẫn cát màu xám, bột sét màu vàng nhạt Hóa thạch hầu hết gặp sinh vật biển - đầm lầy, điển hình cho tích tụ biển - đầm lầy Holocen ở nước ta Bề dày 20- 25m

Phụ thống thượng, hệ tầng Thái Bình (Q 2 tb)

Các trầm tích của hệ tầng phân bố rộng trong diện tích nghiên cứu Đây là các thành tạo trẻ nhất, gồm các trầm tích biển, hỗn hợp sông - biển Thành phần gồm: bột, sét, cát hạt vừa đến nhỏ, than bùn Bề dày 1- 5m

Tóm lại: Về địa tầng, các thành tạo kainozoi thuộc trũng Sông Hồng đã được phân chia ra các phân vị địa tầng là có cở sở Tuy nhiên việc phân chia này mới chỉ tiến hành ở một số nơi nhất định chưa đại diện cho toàn diện tích nghiên cứu, chưa đưa ra được sự biến đổi về không gian và thời gian trong phạm vi trũng Sông Hồng nhất là theo hướng từ đất liền ra biển Đông

1.2.2 Kiến tạo

Vùng nghiên cứu là một phần tây bắc bể Đệ Tam Sông Hồng rộng lớn, được hình thành từ một địa hào dạng kéo toạc (pull-apart) có hướng tây bắc- đông nam và

bị khống chế hai cánh bằng các đứt gãy trượt bằng trái (hệ thống đứt gãy Sông Hồng

và đứt gãy Sông Lô) Trũng Sông Hồng được phát triển và bao gồm các thành tạo lớp phủ Kainozoi phát triển trên nền đá móng đã kết cứng trước Kainozoi vốn chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hoạt động tạo núi Indosini [37, 38, 16, 60] Khởi đầu hoạt động của đứt gãy này là do sự va chạm của mảng Ấn Độ và mảng Âu - Á vào thời kỳ Eocen

- Oligocen sớm [38, 50, 56, 57] Hoạt động trượt bằng trái và kéo toạc chính là yếu

tố động lực chủ yếu tạo bể Sông Hồng [41, 45, 46, 57] Trong giai đoạn Eocen - Oligocen, quá trình sụt võng xảy ra mạnh mẽ đồng thời cùng với hoạt động tách giãn (sync-rifting) phá hủy vỏ lục địa tạo thành cấu trúc địa hào nội lục được đặc trưng bởi các trầm tích nguồn gốc sông, hồ và đầm lầy Sau quá trình nghịch đảo kiến tạo khu vực vào Miocen giữa - muộn [44, 47, 49, 51, 52], bể trầm tích tiếp tục sụt lún cho đến ngày nay Tuy nhiên, hoạt động sụt lún sau Miocen muộn chủ yếu xảy ra một cách từ từ liên quan đến hoạt động hạ thấp dị thường địa nhiệt (thermal subsidence)

Có thể khái quát một số quan điểm kiến tạo khác nhau về quá trình hình thành trũng Sông Hồng như sau:

Vùng trũng Sông Hồng có vị trí kiến tạo đặc biệt, liên quan đến các hoạt động kiến tạo lớn diễn ra ở miền Bắc Việt Nam và các cấu trúc- kiến tạo trong nội bộ của vùng đều chịu ảnh hưởng trực tiếp của các hoạt động địa chất đã xảy ra trong khu vực

Trần Đức Lương [16], trên quan điểm tĩnh cho rằng lãnh thổ miền Bắc Việt Nam là phần vỏ quả đất thuộc công trình uốn nếp Mesozoi sớm (Indosini) Miền võng

Hà Nội phân bố ở miền giáp ranh giữa hệ địa máng uốn nếp Cathaysia và hệ địa máng uốn nếp Việt Nam với ranh giới phân chia là bể Sông Hồng

Trần Văn Trị (2009), theo quan điểm động dựa trên tuổi hình thành vỏ lục địa cho rằng miền trũng Hà Nội được phân bố trong địa khu liên hợp (Composite Terraine) Việt- Trung cố kết vào Paleozoi sớm- giữa

Bể Sông Hồng được các nhà địa chất Việt Nam nghiên cứu và nhất trí với quan điểm của Tapponnier (1982) và Rangin (1995) về sự thúc trồi từ mảng Ấn Độ dẫn đến chuyển động trượt bằng trái trong Đệ Tam của đứt gãy này và đến Miocen muộn tạo ra bể căng dãn Sông Hồng

Trần Tất Thắng và nnk (2000) đã phát triển quan điểm của Tapponnier R kết hợp với khái niệm về chuyển dịch theo thời gian làm cho khối Đông Dương có xu hướng xoay thuận chiều kim đồng hồ và bể Sông Hồng được hình thành dạng căng trượt

Mặc dù có nhiều ý kiến khác nhau về cơ chế và thời gian hinh thành trũng Sông Hồng nói riêng và toàn bộ bể Sông Hồng nói chung nhưng tất cả các nhà khoa học đều nhất trí rằng thuyết Địa Máng (thuyết Tĩnh) không còn phù hợp để giải thích cho cơ chế hình thành và tiến hóa kiến tạo khu vực khống chế sự hình thành bể Sông Hông Thay vào đó, thuyết kiến tạo Mảng (thuyết động) với sự va chạm giữa hai mảng thạch quyển Ấn Độ và Âu-Á là động lực chính hình thành nên đới trượt Sông Hồng và trũng Sông Hồng liên quan Trên cơ sở phân tích cấu trúc địa chất từ tài liệu khảo sát địa chất, tài liệu địa chấn 2D và tài liệu từ, trọng lực có thể thấy vùng nghiên cứu là một phần tây bắc bể Đệ Tam Sông Hồng, được hình thành từ một địa hào phát triển theo phương tây bắc- đông nam và bị khống chế hai cánh bằng các đứt căng thuận (transtensional) gồm hệ thống đứt gãy Sông Hồng và đứt gãy Sông Lô được thiết lập bởi ba tầng và đới cấu trúc chính sau:

1.2.2.1 Phân tầng cấu trúc

Trên cơ sở tổng hợp các tài liệu địa chất - địa vật lý, các bản đồ cấu tạo, đặc điểm địa tầng, magma và hoạt động kiến tạo, vùng nghiên cứu có thể được chia thành

ba tầng cấu trúc chính: tầng cấu trúc dưới, tầng cấu trúc giữa và tầng cấu trúc trên

- Tầng cấu trúc dưới: tầng cấu trúc dưới hay còn gọi tầng cấu trúc trước Kainozoi, bao gồm toàn bộ các thành tạo móng trước Kainozoi, gồm các đá trầm tích, biến chất và phun trào, tuổi Paleozoi, Carbon - Permi đến Mesozoi

- Tầng cấu trúc giữa: tầng cấu trúc giữa nằm phủ bất chỉnh hợp lên tầng cấu trúc dưới Tầng này gồm các tầng trầm tích tuổi Eocen, Oligocen và Miocen, với bề dầy trầm tích lên tới 4.000- 6.000 m, bao gồm các trầm tích hạt vụn, trầm tích có chứa

than Dựa vào đặc điểm thành phần vật chất, môi trường trầm tích, quan hệ địa tầng, tầng cấu trúc giữa được chia thành hai phụ tầng cấu trúc: phụ tầng cấu trúc dưới và phụ tầng cấu trúc trên:

+ Phụ tầng cấu trúc dưới: phụ tầng cấu trúc dưới bao gồm các thành tạo từ

Eocen hệ tầng Phù Tiên đến Oligocen hệ tầng Đình Cao, thành phần gồm chủ yếu các trầm tích vụn thô, tướng lũ tích, bồi tích ở phần dưới và chuyển tiếp lên trên là cát kết, bột kết và sét kết tướng châu thổ và có thể cả tướng trầm tích ven bờ Phụ tầng cấu trúc này được giới hạn bởi hai mặt bất chỉnh hợp khu vực là mặt móng trước Kainozoi và mặt nóc Oligocen, chúng phân bố chủ yếu ở các địa hào, bán địa hào, một số lỗ khoan

ở vùng rìa đã gặp móng mà không bắt gặp các trầm tích Eocen

+ Phụ tầng cấu trúc trên: bao gồm các thành tạo Miocen của hệ tầng Phong

Châu, hệ tầng Phù Cừ và hệ tầng Tiên Hưng, chủ yếu là các trầm tích hạt vụn, trầm tích chứa than Phụ tầng cấu trúc này nằm phủ bất chỉnh hợp lên phụ tầng cấu trúc dưới, được giới hạn bởi mặt bất chỉnh hợp nóc Oligocen và bất chỉnh hợp nóc Miocen

Chúng bị các đứt gẫy phân cắt, dịch chuyển, hình thành các khối cấu trúc khác nhau

- Tầng cấu trúc trên: phủ bất chỉnh hợp lên tầng cấu trúc dưới, gồm các thành tạo Pliocen- Đệ tứ Thành phần chủ yếu là trầm tích hạt vụn cát, bột, sét, có thế nằm tương đối thoải, độ gắn kết yếu, hình thành chủ yếu trong môi trường biển

1.2.2.2 Các dải cấu trúc

Tham gia vào cấu trúc vùng sụt trung tâm gồm các dải cấu trúc sau:

- Dải sụt Xuân Trường - Vũ Tiên: được giới hạn bởi đứt gãy Sông Chảy ở phía tây nam và đứt gãy Thái Bình ở phía đông bắc, hình thành trên một khu vực có móng trước Kainozoi bị phân dị mạnh và hết sức phức tạp về thành phần đá và tuổi địa chất

Bề dày trầm tích Kainozoi ở đây tương đối mỏng, thay đổi từ vài trăm mét đến nghìn mét, nhưng cũng có những hố sâu đạt 3.000- 4.000m Trong đới này bao gồm các đới nâng sụt khác nhau, nằm gần như xen kẽ và chúng được khống chế bởi các đứt gãy lớn với phương cấu trúc trùng với phương phát triển của đứt gãy

- Dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải: được giới hạn bởi hai đứt gãy chính là đứt Thái Bình ở phía tây nam và đứt gãy nghịch Vĩnh Ninh ở phía đông bắc Bề dày trầm tích Kainozoi ở đới này rất lớn, chỗ sâu nhất đạt trên 7.000m bao gồm các thành tạo

từ Eocen đến Đệ tứ Là khu vực bị nén mạnh do pha hoạt động kiến tạo xảy ra ở cuối Miocen giữa, đầu Miocen muộn và kéo dài cho đến tận cuối Miocen muộn Do tác động của pha hoạt động nén ép này nên đã gây ra sự uốn nếp mạnh, để giải toả năng lượng, hàng loạt đứt gãy nghịch được sinh ra, trong đó tiêu biểu nhất là đứt gãy Vĩnh Ninh (tái hoạt động và trở thành đứt gãy nghịch), đồng thời hình thành hàng loạt cấu tạo khối như: Bình Minh - Khoái Châu, Phù Cừ - Tiên Lữ, Kiến Xương - Tiền Hải; Xuân Thủy - Nam Định

- Dải sụt Quỳnh Phụ - Thái Thụy: được giới hạn bởi hai đứt gãy chính là đứt gãy nghịch Vĩnh Ninh ở phía tây nam và đứt gãy Sông Lô ở phía đông bắc Đây là đới sụt lún sâu của trũng Sông Hồng và có xu hướng giảm dần về phía đông bắc Bề dày trầm tích Kainozoi ở đây đạt trên 5.500m ở chỗ sâu nhất và 3.000m ở phía rìa kề đứt gãy Trầm tích Kainozoi ở đây có mặt đầy đủ các thành tạo từ Paleogen đến Đệ

tứ, chúng bị chia cắt thành các khối bởi các hệ thống đứt gãy có phương khác nhau như tây bắc- đông nam, đông bắc- tây nam và có cả các đứt gãy á vĩ tuyến Trong khu vực này đã phát hiện nhiều cấu tạo có triển vọng dầu khí

- Nếp lõm Phủ Cừ: phân bố trong dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải Đây là nếp lõm cân xứng có góc nếp uốn dao động từ 160 - 170o, trục theo phương tây bắc - đông nam, mặt trục cắm về phía tây nam

- Nếp lõm Đông Hưng: phân bố trong dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải Đây là nếp lõm cân xứng kích thước lớn có góc nếp uốn dao động từ 150 - 170o, trục theo phương tây bắc - đông nam, mặt trục cắm về phía tây nam

- Nếp lồi Tiền Hải: phân bố trong dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải Đây là nếp lồi cân xứng kích thước lớn có góc nếp uốn dao động từ 150 - 160o, trục theo phương tây bắc - đông nam, mặt trục cắm về phía tây nam

- Nếp lõm Kiến Xương - Tiền Hải: phân bố trong dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải Đây là nếp lõm tương đối cân xứng kích thước lớn có góc nếp uốn dao động từ

160 - 170o, trục theo phương tây bắc - đông nam, mặt trục cắm về phía tây nam

+ Nếp lồi Kiến Xương: phân bố trong dải nâng Khoái Châu - Tiền Hải Đây là nếp lồi tương đối cân xứng kích thước lớn có góc nếp uốn dao động từ 150 - 160o, trục theo phương tây bắc - đông nam, mặt trục cắm về phía tây nam

+ Nếp lõm Vũ Tiên: phân bố trong dải cấu tạo Xuân trường Đây là nếp lõm tương đối cân xứng kích thước lớn có góc nếp uốn dao động từ 150 - 160o, trục theo phương tây bắc - đông nam, mặt trục cắm về phía tây nam (hình 1.3)

1.2.2.4 Đứt gãy kiến tạo

Các đứt gãy trong vùng nghiên cứu khá phức tạp, sinh ra ở những giai đoạn khác nhau, dựa vào phương kéo dài của các đứt gãy chia chúng thành hai hệ thống sau (hình 1.3):

- Hệ thống đứt gãy có phương tây bắc- đông nam: đây là hệ thống đứt gãy chính khống chế bình đồ cấu trúc vùng trũng Sông Hồng gồm các đứt gãy thuận trượt bằng ngang Sông Hồng và sông Lô; đứt gãy nghịch Vĩnh Ninh, đứt gãy thuận Thái Bình, đứt gãy sông Chảy… Các đứt gãy có góc cắm 70- 80o với biên độ dịch chuyển 100- 1.000 m, đới huỷ hoại trên 100 m

- Hệ thống đứt gãy trên bắt đầu hoạt động sớm, sau đó tái hoạt động cho đến cuối Miocen muộn thì ngừng hoạt động, chúng ảnh hưởng lớn đến sự hình thành cấu trúc địa chất Kainozoi và tạo ra những khối nâng, khối sụt làm vùng trũng Sông Hồng trở thành một địa hào lớn lấp đầy trầm tích Neogen dày chứa than

- Hệ thống đứt gãy có phương đông bắc - tây nam: là các đứt gãy Đồng Văn -

Kẻ Sặt, Hưng Yên - Hải Dương… các đứt gãy này hoạt động tích cực trong giai đoạn đồng tạo rift và là những đứt gãy thuận thuộc các pha căng giãn Eocen muộn- Oligocen sớm và đầu Miocen sớm hoặc đứt gãy nghịch hay trượt bằng thuộc pha nén

ép Oligocen muộn và cuối Miocen sớm Hệ thống đứt gãy này phân chia các khối

kiến trúc thành những khối nhỏ có dạng bậc thang, tụt dần về phía biển, làm gián đoạn hoặc dịch chuyển hệ thống đứt gãy phương tây bắc- đông nam Biên độ dịch chuyển của các đứt gãy này không lớn: từ vài mét đến vài chục mét Trong phạm vi nghiên cứu thuộc hệ thống đứt gãy này điển hình

Hình 1.3 Bản đồ địa chất và cấu trúc trũng Sông Hồng

Ngoài ra còn gặp các đứt gãy phương á vĩ tuyến chúng có có quy mô không lớn và chỉ làm tăng thêm sự phức tạp của cấu trúc bể than đồng bằng Sông Hồng

Về kiến tạo, vùng nghiên cứu nói riêng và bể Sông Hồng nói chung có lịch sử phát triển địa chất phức tạp với nhiều pha căng giãn, nén ép, nghịch đảo kiến tạo nâng lên- hạ xuống, bào mòn- cắt xén, uốn võng, kèm theo sự thăng giáng của mực nước biển Vì vậy, theo không gian và thời gian, cấu trúc địa chất và môi trường trầm đọng không đồng nhất từ đất liền ra biển, từ móng trước Đệ tam đến trầm tích hiện đại

Cấu trúc- kiến tạo vùng trũng Sông Hồng đã được nhiều nhà địa chất trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu Việc phân chia cấu trúc - kiến tạo trong vùng ra các đới cấu trúc với ranh giới là các đứt gãy sâu dựa trên tài liệu khảo sát thực tế, đặc biệt

là các kết quả đo địa chấn, trọng lực và khoan thăm dò là có cơ sở và có sự tin cậy Tuy nhiên, với mục đích điều tra, đánh giá tài nguyên than, việc phân chia chi tiết trong nội bộ các đới, nghiên cứu các cấu trúc uốn nếp… vẫn cần được tiếp tục đầu tư nghiên cứu

1.2.3 Khoáng sản

Tính đến thời điểm hiện nay, từ kết quả của các công trình nghiên cứu địa chất, thăm dò dầu khí cho thấy trong cấu trúc vùng trũng Sông Hồng nói chung và diện tích nghiên cứu nói riêng có mặt các khoáng sản sau: khí đốt, than nâu, than bùn, nước khoáng- nước nóng và các loại khoáng sản VLXD như cát, sét… Trong đó khí đốt, than nâu, nước nóng- nước khoáng là loại hình khoáng sản có quy mô và giá trị lớn đã và đang được quan tâm đầu tư điều tra đánh giá, thăm dò khai thác sử dụng trong nền kinh tế quốc dân

1.2.3.1 Khoáng sản nhiên liệu

Khoáng sản chính có giá trị trong vùng là than nâu và khí đốt, trong đó than nâu có tiềm năng lớn nhất

1.2.3.1.1 Than nâu

Than nâu được phát hiện chủ yếu trong khi tìm kiếm, thăm dò dầu khí ở vùng trũng Hà Nội do Tổng cục Địa chất trước đây và Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam sau này tiến hành Nơi đầu tiên gặp than là lỗ khoan LK.1 (năm 1961), thuộc huyện Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên với 12 vỉa than

Than vùng trũng Sông Hồng tập trung ở 3 khu vực chính, kéo dài phương Tây bắc-Đông nam (còn gọi là vùng tài nguyên than), theo trình tự từ Tây nam lên Đông bắc như sau:

- Khu vực Xuân Trường - Vũ Tiên, 446 km2 Tài nguyên dự báo: 4,743 tỷ tấn (Vũ Xuân Doanh, 1986) Liên quan các thành tạo trầm tích chứa than hệ tầng Tiên Hưng tập 1 (N1 th1) và tập 2 (N1 th2)

Liên đoàn 36 đã khoan 2 lỗ khoan và đã gặp từ 20 đến 58 lớp than

- Khu vực Khoái Châu-Tiền Hải, diện tích 940 km2 (Khoái Châu; Phủ Tiên Lữ; Hưng Hà - Kiến Xương - Tiền Hải; Xuân Thủy) Tài nguyên dự báo 89,44

Cừ-tỷ tấn (Vũ Xuân Doanh, 1986) Liên quan các thành tạo trầm tích chứa than hệ tầng Tiên Hưng: tập 1 (N1 th1), tập 2 (N1 th2) và tập 3 (N1 th3)

Đã có hơn 30 lỗ khoan dầu khí tại đây gặp than và đã gặp từ 11 đến 75 lớp than

- Khu vực Quỳnh Phụ - Thái Thụy, diện tích 1379 km2 (Ân Thi; Quỳnh Phụ - Thái Thụy; Vĩnh Bảo) Tài nguyên dự báo 105,3 tỷ tấn (Vũ Xuân Doanh, 1986) [27] Liên quan các thành tạo trầm tích chứa than hệ tầng Tiên Hưng tập 1 (N1 th1), tập 2 (N1 th2) và tập 3 (N1 th3)

Tại đây có 6 lỗ khoan dầu khí gặp than và đã gặp từ 2 đến 79 lớp than

Kết quả phân tích hoá than cho thấy, than ở đây có độ tro thấp, chất bốc cao, nhiệt lượng cao, tỷ lệ lưu huỳnh thấp và nhiệt độ nóng chảy của tro từ trung bình đến cao Than có nguồn gốc thực vật là chủ yếu và được xếp vào loại than biến chất thấp (than nâu) Than có độ bền cao, khó nghiền mịn và khó bị oxi hoá, thuận lợi cho khai thác và bảo quản Than có thể sử dụng cho các ngành công nghiệp: xi măng, nhiên liệu năng lượng, công nghiệp hoá học…

Độ sâu tồn tại than nông nhất là 115,3 m (vùng tài nguyên Khoái Châu) và sâu nhất 3.504,5 m (khu vực Tiền Hải)

Chất lượng than

Chất lượng than ở miền võng Hà Nội được đánh giá (Trịnh Ích, 1977; Vũ Xuân Doanh [28]) như sau: