NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN NGUỒN VLXD TỰ NHIÊN TRONG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÙNG QUẢNG TRỊ - TT HUẾVÀ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, SỬ DỤNG TT LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

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: ………………………… ………………………………………….…………………………… Phản biện 2: …………………… ………… ……………………………… ……………………………… Phản biện 3: ………………………………… …………………………………………………………………… 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 nguyên khoáng 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 khống xây dựng; Cung cấp sở khoa học tin cậy cho nhằm định hướng cơng tác tìm kiếm, thăm dị, 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 khoáng 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 Cơng 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 thô bên dưới, hạt mịn bên với chiều dày thành tạo khơng giống nhau, với phân bố đan xen trầm tích hạt thơ với hạt mịn theo hướng từ Tây sang Đông Đây hậu tương tác q trình biển thối biển tiến luân phiên đến môi 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 cơng 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 khoáng 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 khoáng 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 khống xây dựng tự nhiên; - Kết nghiên cứu nguồn tài liệu dùng tham khảo, sử dụng công 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 KHỐNG 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 khống 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, khơng ảnh hưởng trực tiếp đến Châu Âu, Châu Mỹ, mà Châu Á khu vực 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 q 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 Q1 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 hoá 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 Quaternary cross-section oriented to VI-VI’ route b) Middle Pleistocen(Q12) River, river - flood sediments (a,apQ12): lithological composition includes gravel and boulders = 32%, sand = 65%, silt and clay = 3% River - marine sediments (amQ12): main lithological composition mainly includes clayey soil, clay, silty sand The thickness of the sediment reaches 15-43m c) Lower late Pleistocen(Q13(1)): River and flood sediments (a, apQ13(1)): participate in this formation, include sand, clay, silt and boulders River - marine - swamp sediments (ambQ13(1)): include clay, ashgrayclay which contains much organic content, usually with a relatively large thickness up to 5-10m River – Marine sediments (amQ13(1)): the particle composition through laboratory analysis of over 200 samples showed that clayey sediments include percent of gravel = 2%, sand = 50%, silt = 25%, clay = 23% The thickness of the sedimentary formation is 4-42m d) Upper late Pleistocene(Q13(2)) River and flood sediments (a, apQ13(2)): the analysis results of more 11 than 150 samples of particle composition showed that: boulders = 17%, gravel = 20%, sand = 60%, dust - clay = % River - marine - swamp sediments (ambQ13(2)): include clay, gray clay containing plant remnants, following particle composition: gravel 2mm, accounting for 3.27% -22.61%, of which the content of particle group >10mm accounts for 2.54-14.06% Chemical composition: SiO2 = 45.03-82.75%; Al2O3 = 3.5-20.73%; Fe2O3 = 3.68-11.66% and MgCO3+CaCO3 = 3.9% Compared to Vietnam standard 4353:1986 the cumulation of particles >10mm exceeds the standard by 12% accounting for 75% of the samples, SiO2 oxide is within the 14 standard limit (58-72%) only about 70%, Al2O3 oxide = 75%, Fe2O3 = 80% oxide is within the corresponding standard limit Therefore, the soil quality did not meet the demands for burnt brick production Clay material for burnt brick production from Quaternary: PhD student took and sent additional analysis of 09 underwater clay samples to analyze the composition of particles, minerals, and particles and got the results: most of the samples with SiO2 criteria testing met the requirements for burnt brick production (only the model DC8 is higher), the rest of the criteria meets the requirements of burnt brick production Clay as a raw material for burnt brick production can be exploited from amQ22 and amQ13(2) sediments Clay belongs to the two stratigraphic units mentioned above has a particle group content of > 2-10mm below the 12% standard; chemical composition: SiO2 = 60.34-71.60%, Al2O2 = 14.55-26.08%, Fe2O3 = 3.22-7.15%, MgCO3+CaCO3 = 4.97% Compared to Vietnam standard 4353:1986, clay meets the quality of burnt brick production materials, and can be used as an additive material mixed with weathered deluvial - elluvial to improve the quality of fired bricks from weathered clay To produce good quality mortal, it is necessary to choose 20% of sedimentary clay with a particle content of >2-10mm below 2% and a particle content of 32% as the raw material for baked tiles In addition, according to the results of chemical composition analysis in Table 3.6, it shows that Na2O+K2O is in the range of 2-3% (some samples such as DC9, DC10, DC20 are close to 3%) so it should not be used as a raw material for making cement or ceramide/burnt brick b)Raw clay material for the producing Portland cement clinker Similar to clay for the production of bricks and mortar, clay for 15 cement additives also include clay of weathering origin and underwater sediment origin of Quaternary formations appearing on the ground Clay as a raw material for cement clinker production of edQ origin mentioned by Ngo Quang Toan et al is related to sediments D1tl, D2-3cb in Long Tho in Thua Thien Hue province Weathered clay from basalt βN2-Q11 and βQ12 (Puzzolan): The pozzolan mine developed in the weathered basalt crust βN2-Q11 and βQ12 in Gio Linh (Doc Mieu) was first discovered by Ngo Quang Toan and colleagues The section of weathered crust containing Puzzolan clay includes zones from top to bottom as follows: Soil zone: red-brown clay, 0.3-1.0 m thick Clay zone - Puzzolan yellowbrown, red yellow, 10-25m thick Saprolite zone of basalt The average chemical composition of Puzzolan clays grown on basalt does not differ significantly and consists of oxides SiO = 3944%, Al2O2 = 16.35-20.4%, Fe2O3 = 9.8-14% Primary lime absorption = 40-78 mgCaO/1 gram of puzzolan additive Doc Mieu Puzzolan clay is a potential mineral material that can be exploited to supply cement factories in the area The edQ clay in the research and development area on the Long Dai and Tan Lam geological formations, when studied, only about 60-70% of the experimental samples could be classified as Portland cement clinker clay, the remaining 30 – 40% of the remaining samples not meet this quality because the oxide content of alkali metals is higher than 4%; SiO2, Al2O3 is outside the prescribed standards (TCVN 6971: 2013) Clay used to produce cement clinker from Quaternary underwater sediments: discovered by Ngo Quang Toan, Vu Quang Lan from the river - marine - swamp (ambQ22-3) sediments in the coastal plain of Thua Thien Hue Through investigation, the sedimentary origin of 16 cementitious clay is not related to the Middle-Upper Holocene river marine - swamp sediments, but rather the Upper Pleistocene river and marine sedimentary formations (amQ13(2)) and the Middle Holocene (amQ22) The chemical composition of clay of the above sedimentary formation is as follows: SiO2 = 60.34-71.60%, Al2O2 = 14.55-26.08%, Na2O+0.658K2O = 2.91% (