Nghiên cứu đặc điểm cơ bản nguồn vật liệu xây dựng tự nhiên trong trầm tích đệ tứ vùng quảng trị thừa thiên huế và giải pháp quản lý, sử dụng TT

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐẶNG QUỐC TIẾN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN NGUỒN VẬT LIỆU XÂY DỰNG TỰ NHIÊN TRONG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÙNG QUẢNG TRỊ - THỪA THIÊN HUẾVÀ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, SỬ DỤNG Ngành: Địa chất học Mã ngành: 9440201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Thanh PGS.TS Đỗ Quang Thiên HUẾ, NĂM 2021 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Thanh PGS.TS Đỗ Quang Thiên Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Việt Kỳ Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thám Phản biện 3: PGS.TS Đinh Xuân Thành Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế họp tại: Vào lúc :……….giờ ngày……….tháng …….năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án thư viện:……………….……………… …………………………………….………………………………… MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế đo vẽ đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:200.000 - 1:50.000, thành tạo Đệ tứ nhiều nhà khoa học nghiên cứu Tuy nhiên, quan tâm mức tới nguồn vật liệu xây dựng bở rời Đệ tứ nhu cầu nguồn vật liệu xây dựng ngày tăng cao, khối lượng vật liệu khai thác không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng Từ dẫn đến thiếu sở khoa học cho cơng tác quy hoạch tìm kiếm, thăm dị vật liệu xây dựng bở rời sử dụng lãng phí nguồn tài ngun khống sản Đệ tứ khu vực Bản chất trình hình thành vật liệu xây dựng tự nhiên trầm tích Đệ tứ gắn liền với đặc điểm trình hình thành lịch sử phát triển thành tạo trầm tích Đệ tứ Vì vậy, vấn đề nghiên cứu có tính thời sự, cấp thiết có ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao góp phần hồn thiện sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu trầm tích Đệ tứ gắn với định hướng điều tra, tìm kiếm thăm dị vật liệu khoáng xây dựng; Cung cấp sở khoa học tin cậy cho nhằm định hướng cơng tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác quản lý, sử dụng hợp lý vật liệu xây tự nhiên Đệ tứ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Mục tiêu nghiên cứu đề tài luận án - Làm sáng tỏ loại vật liệu khống xây dựng tự nhiên có thành tạo Đệ Tứ thuộc vùng ven biển Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, khả khai thác sử dụng chúng xây dựng; - Đề xuất giải pháp quản lý, sử dụng hợp lý nguồn vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên, phục vụ phát triển bền vững kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài luận án - Đối tượng nghiên cứu: nguồn vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên (cát, sỏi xây dựng, sét gạch ngói) liên quan trầm tích Đệ Tứ thuộc đồng ven biển vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế - Phạm vi nghiên cứu: vùng đồng ven biển gò đồi kế cận (đến độ cao+50m) thuộc tỉnh Quảng Trị Thừa Thiên Huế Phương pháp luận nghiên cứu đề tài luận án - Tổng hợp phân tích tài liệu - Phân tích hệ thống - Tương tự địa chất - Tốn xác suất - thống kê, cơng nghệ thơng tin GIS - Lộ trình địa chất truyền thống: nghiên cứu sinh tổ chức đợt khảo sát thực địa vùng nghiên cứu; gửi phân tích 31 mẫu trầm tích mặt 10 mẫu lỗ khoan - Thực nghiệm: đơn vị phân tích mẫu sau: thành phần hóa học bản, bào tử phấn hoa Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; mẫu khống vật phân tích Trung tâm Phân tích thí nghiệm địa chất mẫu lý Công ty TNHH Tư vấn khảo sát xây dựng Quang Đạt Luận điểm bảo vệcủa đề tài luận án - Luận điểm 1: thành tạo Đệ Tứvùng nghiên cứu có phạm vi phân bố rộng, chủ yếu thành tạo trầm tích nước Mặt cắt trầm tích Đệ Tứ đa nhịp, nhịp cấu tạo trầm tích hạt thơ bên dưới, hạt mịn bên với chiều dày thành tạo không giống nhau, với phân bố đan xen trầm tích hạt thô với hạt mịn theo hướng từ Tây sang Đơng Đây hậu tương tác q trình biển thối biển tiến ln phiên đến mơi trường địa chất, có liên quan với chu kỳ băng hà, gian băng hà, kể chi phối vận động tân kiến tạo kèm theo phun trào bazan, sở khoa học tiền đề cho công tác tìm kiếm - thăm dị vật liệu khống xây dựng tự nhiên vùng nghiên cứu - Luận điểm 2: vùng nghiên cứu có nguồn vật liệu khống xây dựng tự nhiên phong phú, có chất lượng đạt yêu cầu để sử dụng làm vật liệu xây dựng bao gồm cát cuội sỏi sử dụng cho bê tông vữa tô trát, sét sản xuất gạch ngói nung, chúng thường phân bố đan xen thành tạo Trong điều kiện khai thác vật liệu sét trầm tíchamQ13(2), amQ22, edQ; cát sỏi xây dựng trầm tíchmQ13(2), mQ22, a,apQ23, mvQ23 Đây thành tạo có vật liệu khoángđạt chất lượng chiều sâuphân bốthuận lợi cho khai thác, sử dụng Những điểm đề tài luận án Làm rõ đặc điểm nguồn gốc số thành tạo trầm tích Đệ Tứ, mối quan hệ chúng, xác định tài nguyên dự báo số loại vật liệu xây dựng tự nhiên đề xuất giải pháp quản lý, sử dụng Đánh giá chất lượng vật liệu khống xây dựng tự nhiên có vùng nghiên cứu dựa vào tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam, định hướng cho cơng tác nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dị nguồn vật liệu khống xây dựng tự nhiên phục vụ lĩnh vực xây dựng khác Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Góp phần hồn thiện phương pháp nghiên cứu trầm tích Đệ Tứ gắn với định hướng điều tra, tìm kiếm thăm dị vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên; - Kết nghiên cứu nguồn tài liệu dùng tham khảo, sử dụng cơng tác tìm kiếm, thăm dị, khai thác vật liệu xây dựng tự nhiên thành tạo Đệ Tứ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU, TÌM KIẾM, THĂM DỊ,KHAI THÁC VẬT LIỆU KHOÁNG XÂY DỰNG TỰ NHIÊN 1.1 Vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên Vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên loại vật liệu tồn tự nhiên có nguồn gốc địa chất xem loại tài nguyên khoáng sản phi kim loại, sử dụng làm vật liệu xây dựng Đất dính (đất sét, sét): sét sử dụng làm vật liệu sản xuất gạch ngói, ngồi ra, dùng san lấp, đất đắp bao Đất sét (mỏ đất sét) dùng làm phụ gia sản xuất xi măng Cát xây dựng tự nhiên việc dùng sản xuất cấu kiện bê tơng cịn sử dụng làm vữa xây, vữa tơ trát 1.2 Tình hình nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dị, khai thác sử dụng vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên Phần trình bày tình hình nghiên cứu giới, Việt Nam quy chuẩn, tiêu chuẩn sử dụng Đối với vật liệu sét: NCS sử dụng TCVN 4353:1986 đất sét để sản xuất gạch ngói nung - Yêu cầu kỹ thuật để đánh giá chất lượng sét Đối với vật liệu rời (cát xây dựng), sử dụng TCVN 10796:2015 cát mịn cho bê tông vữa xây dựng; QCVN 16:2019/BXD quy chuẩn kỹ thuật quốc gia sản phẩm, hàng hóa vật liệu xây dựng; TCVN 7572:2006 TCVN 7570:2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM ĐỊA TẦNG ĐỆ TỨ VÙNG NGHIÊN CỨU 2.1 Vị trí địa lý vùng nghiên cứu trầm tích Đệ Tứ Lãnh thổ vùng nghiên cứu có diện tích khoảng 9.000 km2, phía Nam giáp thành phố Đà Nẵng, phía Tây giáp biên giới Việt Nam - Lào, phía Đơng giáp biển phía Bắc giáp tỉnh Quảng Bình Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu Ảnh viễn thám vùng nghiên cứu 2.2 Đặc điểm địa tầng Đệ Tứ vùng nghiên cứu 2.2.1 Lịch sử nghiên cứu: Trình bày trước năm 1975 từ 1975 đến 2.2.2 Thang địa tầng Đệ Tứ vùng nghiên cứu Cơ sở lý luận Theo nhiều liệu quốc tế Pliocen - Đệ Tứ xảy chu kỳ băng hà gian băng hà có tính chất hành tinh, ảnh hưởng trực tiếp đến Châu Âu, Châu Mỹ, mà Châu Á khu vực khơng có băng hà khác Đó băng hà, gian băng có tên gọi: Băng hà Đunai (trong N2); gian băng Đunai - Gunz (Q11); băng hà Gunz (cuối Q11); gian băng Gunz - Mindel (đầu Q12); băng hà Mindel (cuối Q12); gian băng Mindel - Riss (đầu Q13(1)); băng hà Riss (gần cuối Q13(1)); gian băng Riss - Wurm (đầu Q13(2)); băng hà Wurm (cuối Q13(2)) gian băng kèm biển tiến Flanđrian (cuối Q13(2) - đầu Q21) Ở vùngnghiên cứu cho thấy, ứng với pha băng hà kèm theo biển thoái cột địa tầng lắng đọng trầm tích hạt thơ nguồn gốc lục địa (sơng, sơng - lũ), đồng thời xảy q trình xâm thực, bóc mịn, phong hóa laterit thành tạo địa chất hình thành trước Ngược lại, vào ian băng với biển tiến gặp trầm tích hạt mịn tướng biển, vũng vịnh, châu thổ mặt cắt địa chất Quan hệ chu kỳ băng hà, gian băng với trình hình hành, biến Kainozoi Giới đổi trầm tích Đệ Tứ vùng nghiên cứu Hệ Thống Phụ Ký Niên đại tuyệt thống hiệu đối (năm) Thượng Q23 4000 Holocen Trung Q2 6000 Đệ Tứ Hạ Q21 10.000 Thượng Q13 125.000 Pleistocen Trung Q12 700.000 Hạ Q11 1.600.000 Neogen Pliocen N2 Thang địa tầng Đệ Tứ vùng nghiên cứu - Thang địa tầng: luận án sử dụng thang địa tầng Đệ Tứ Ngơ Quang Tồn nnk (2000) sử dụng thuyết minh "Vỏ phong hố trầm tích Đệ Tứ Việt Nam" 2.2.3 Đặc điểm địa tầng Đệ Tứ Phun trào bazan Pliocen - Pleistocen hạ (βN2-Q11) Địa tầng Pleistocen (Q1) a)Trầm tích Pleistocen hạ (Q11) - Trầm tích sơng, sơng - lũ (a, apQ11): phát độ sâu từ 134,1m (LK3QT) đến 120m (LK423) 114m (LKHu7) Thành tạo trầm tích hạt thơ cấu tạo từ cát cuội sỏi, có đá tảng Sơ đồ khái quát địa chất Đệ Tứ vùng nghiên cứu, tỉ lệ 1/200.000 b)Trầm tích Pleistocen trung (Q12) - Trầm tích sơng, sơng - lũ (a, apQ12): thành phần thạch học gồm sỏi, cuội tảng = 32%, cát = 65%, bụi sét = 3% - Trầm tích sơng - biển (amQ12):thành phần thạch học chủ yếu bao gồm: sét pha, sau sét, cát pha Bề dày trầm tích đạt 15-43m Mặt cắt địa chất Đệ Tứ tuyến I-I’ Mặt cắt địa chất Đệ Tứ tuyến II-II’ Mặt cắt địa chất Đệ Tứ tuyến III-III’ - Trầm tích sơng - biển có yếu tố đầm lầy (amQ11): phân bố từ độ sâu 81,5m (LK424) tới độ sâu 106,1m (LK3QT) gồm sét pha, cát pha, có sét, than bùn Bề dày 4-49m Mặt cắt địa chất Đệ Tứ tuyến IV-IV’ Mặt cắt địa chất Đệ Tứ tuyến V-V’ Mặt cắt địa chất Đệ Tứ tuyến VI-VI’ 10 Cột địa tầng tổng hợp N-Q đồng ven biểnvùng nghiên cứu c)Trầm tích Pleistocen thượng, phần (Q13(1)): - Trầm tích sơng, sơng lũ (a, apQ13(1)): tham gia cấu tạo thành tạo này, ngồi cát, bụi sét, cịn có cuội tảng - Trầm tích sơng - biển - đầm lầy (ambQ13(1)):gồm sét, sét pha xám 11 tro, xám xanh chứa hữu cơ, thường có bề dày tương đối lớn đến 5-10m - Trầm tích sơng biển (amQ13(1)): thành phần hạt qua phân tích 200 mẫu cho thấy trầm tích loại sét bao gồm: Sỏi = 2%, cát = 50%, bụi (bột) = 25%, sét = 23% Bề dày thành tạo trầm tích 4-42m d)Trầm tích Pleistocen thượng, phần (Q13(2)) - Trầm tích sơng, sơng lũ (a, apQ13(2)): kết phân tích 150 mẫu thành phần hạt cho thấy: cuội tảng = 17%, sỏi = 20%, cát = 60%, bụi - sét = 3% - Trầm tích sơng - biển - đầm lầy (ambQ13(2)): gồm: sét, sét pha xám xanh xám tro chứa tàn tích thực vật, có thành phần sau: thành phần hạt: sỏi 2mm chiếm 3,27-22,61%, hàm lượng nhóm hạt >10mm chiếm 2,54-14,06% Thành phần hóa học: SiO2 = 45,03-82,75%; Al2O3 = 3,5-20,73%; Fe2O3 = 3,6811,66% MgCO3+CaCO3 = 3,9% Đối chiếu TCVN 4353:1986: hàm lượng nhóm hạt >10mm vượt chuẩn 12% chiếm đến 75% số mẫu, oxit SiO2 nằm giới hạn chuẩn (58-72%) khoảng 70%, oxit Al2O3 - 75%, oxit Fe2O3 80% nằm giới hạn chuẩn tương ứng Như vậy, chất lượng đất không đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu sản xuất ngói, đáp ứng yêu cầu sản xuất gạch - Sét sản xuất gạch ngói nguồn gốc trầm tích nước Đệ Tứ 14 Nghiên cứu sinh lấy gửi phân tích bổ sung 09 mẫu sét trầm tích nước để phân tích thành phần hạt, khống vật, hạt cho kết quả: hầu hết mẫu có tiêu SiO2 đạt yêu cầu sản xuất gạch ngói (riêng mẫu ĐC8 cao hơn), tiêu khác cịn lại đáp ứng u cầu sản xuất gạch ngói Sét làm nguyên liệu sản xuất gạch ngói khai thác từ trầm tích amQ22và amQ13(2) Sét thuộc đơn vị địa tầng nói có hàm lượng nhóm hạt > 2-10mm nằm chuẩn 12%; thành phần hóa học: SiO2=60,34-71,60%, Al2O2=14,55-26,08%, Fe2O3=3,227,15%, MgCO3+CaCO3=4,97% Theo TCVN4353:1986: sét đáp ứng chất lượng nguyên liệu sản xuất gạch, đồng thời sử dụng nguyên liệu phụ gia trộn với sét phong hóa tàn - sườn tích nhằm cải thiện chất lượng gạch nung từ sét phong hóa Để sản xuất ngói đảm bảo chất lượng, cần chọn 20% đất sét trầm tích có hàm lượng nhóm hạt >2-10mm 2% hàm lượng hạt 32% làm ngun liệu ngói nung Ngồi ra, theo kết phân tích thành phần hóa học bảng 3.6 cho thấy Na2O+K2O nằm khoảng từ 2-3% (một số mẫu ĐC9, ĐC10, ĐC20 gần đạt 3%) nên không sử dụng để làm nguyên liệu xi măng gạch ceramit b) Đất sét nguyên liệu sản xuất clinke xi măng pooclăng Tương tự sét sản xuất gạch ngói, sét nguyên liệu phụ gia xi măng bao gồm sét nguồn gốc phong hóa nguồn gốc trầm tích nước thuộc thành tạo Đệ Tứ xuất lộ mặt đất - Sét nguyên liệu sản xuất clinker xi măng nguồn gốc edQ Sét nguyên liệu sản xuất clinke xi măng nguồn gốc edQ Ngơ Quang Tồn nnk đề cập có liên quan với trầm tích D1tl, D23cb Long Thọ, tỉnh Thừa Thiên Huế 15 Đất sét phong hóa từ đá bazan βN2-Q11 βQ12 (Puzolan) Mỏ puzolan phát triển vỏ phong hóa bazan βN2-Q11 βQ12 Gio Linh (Dốc Miếu) Ngô Quang Toàn đồng nghiệp phát Mặt cắt vỏ phong hóa chứa sét puzolan bao gồm đới từ xuống sau: - Đới thổ nhưỡng: sét màu nâu đỏ, dày 0,3-1m - Đới sét - puzolan nâu vàng, đỏ vàng, dày 10-25m - Đới Saprolit đá bazan Thành phần hóa học trung bình sét puzolan phát triển đá bazan không khác đáng kể bao gồm oxitSiO2=3944%, Al2O2=16,35-20,4%, Fe2O3=9,8-14% Độ hút vôi nguyên khai = 40-78 mgCaO/1 gram phụ gia puzolan Sét puzolan Dốc Miếu nguyên liệu khoáng có tiềm khai thác cung cấp cho nhà máy xi măng khu vực Đất sét edQ vùng nghiên cứu phát triển hệ tầng Long Đại Tân Lâm, nghiên cứu có khoảng 60-70% số mẫu thí nghiệm xếp vào đất sét sản xuất clinker xi măng pooclăng, 30-40% số mẫu cịn lại khơng đạt chất lượng ngun liệu hàm lượng oxit kim loại kiềm cao 4%; SiO2, Al2O3 nằm tiêu chuẩn quy định (TCVN 6971:2013) - Sét dùng sản xuất clinker xi măng nguồn gốc trầm tích nước Đệ Tứ: Ngơ Quang Tồn, Vũ Quang Lân phát từ trầm tích sơng - biển - đầm lầy (ambQ22-3) đồng ven biển Thừa Thiên Huế Qua tìm hiểu, sét xi măng nguồn gốc trầm tích khơng liên quan với trầm tích sơng - biển - đầm lầy Holocen trung thượng mà thành tạo trầm tích sơng biển Pleistocen thượng (amQ13(2)) Holocen trung (amQ22) Thành phần hóa học sét thuộc loại thành tạo trầm tích sau: SiO2=60,34-71,60%, 16 Al2O2=14,55-26,08%, Na2O+0,658K2O=2,91% (