9. Cấu trúc đề tài luận án
1.2. Tình hình nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dị, khai thác và sử dụng vật liệu khoáng
1.2.1. Trên thế giới
Trong bối cảnh tiến bộ nhanh về khoa học công nghệ, cơng tác nghiên cứu, điều tra, tìm kiếm - thăm dị, khai thác, sử dụng vật liệu khoáng xây dựng đã phát triển từ thô sơ đến tinh vi, từ giản đơn đến phức tạp. Công nghệ điều tra, khai thác, chế biến vật liệu khoáng xây dựng ngày càng hiện đại; loại hình vật liệu ngày mỗi đa dạng và chất lượng chúng cũng được nâng cao hơn [5, 26, 51…].
Vào buổi bình minh của nhân loại, con người chỉ mới biết dùng đất, đá để xây cất nhà ở, nhà thờ, cung điện, đường sá, cầu cống… Những nơi xa núi đá, người xưa đã biết đúc gạch mộc thay đá, rồi dần dần sản xuất gạch ngói bằng đất nung. Để gắn các viên đá, viên gạch với nhau, con người cũng sớm biết sản xuất, sử dụng đất sét, thạch cao, vôi và gudrong. Khoảng 2000 năm trước Công nguyên, người Ba Tư đã biết dùng asphalt thiên nhiên làm chất kết dính. Tiếp đó, người La Mã còn mở
mang, xây dựng nhiều đường xá lớn. Tuy vậy, ngồi các cơng trình “đơn sơ” vừa đề cập, người cổ xưa cũng đã sớm sáng tạo, xây cất được khơng ít cơng trình kiến trúc nổi tiếng và đồ sộ ở Ai Cập, Ba Tư, Trung Cận Đông, Ấn Độ, Trung Hoa Cổ đại… đó là Kim Tự Tháp Ai Cập, Vạn Lý Trường Thành và nhiều đền đài, lăng mộ lần lượt được xây dựng trong suốt thời gian dài từ trước, sau Công nguyên đến thế kỷ 16, 17. Đến đầu thế kỷ 18, con người đã biết chọn vật liệu khống (đá vơi, thạch cao, puzolan) để chế biến chất kết dính xây cất trên cạn cũng như dưới nước. Sang thế kỷ 19, bắt đầu sản xuất xi măng pooclăng. Đến thời kỳ thịnh hành tư bản chủ nghĩa, do nhu cầu công nghiệp xây dựng phát triển ồ ạt và đa dạng, con người đã khám phá, sản xuất nhiều vật liệu xây dựng mới chịu lực cao (bê tông, cốt thép, bê tông cốt thép ứng lực trước…) cũng như phát triển vật liệu đá nhân tạo (gạch silicat, fibro xi măng, bê tơng xỉ lị cao, vật liệu cách nhiệt…). Ngày nay, hàng năm ở các nước công nghiệp phát triển đã khai thác, sử dụng từ hàng nghìn đến chục nghìn triệu tấn khống sản, kể cả vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên trầm tích Đệ Tứ.
Để thỏa mãn nhu cầu ngun liệu khống cho cơng nghiệp và đời sống nói chung, chế biến, sản xuất vật liệu xây dựng mới đa dạng nói riêng, địi hỏi cơng tác nghiên cứu, điều tra, tìm kiếm - thăm dị ngun liệu khống cũng như từng bước phát triển tương ứng. Văn bản đầu tiên đề cập khai thác, chế biến khống sản là cơng trình nghiên cứu của tu sĩ Agricola (George Boer) với tên gọi “Về khai thác mỏ và luyện kim” (1553). Từ nửa sau thế kỷ 18 sang thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20, đã xuất hiện một số cơng trình nghiên cứu tìm kiếm - thăm dị khống sản có giá trị của các nhà khoa học Nga và thế giới như: In.A. Bilidin, V.M. Vernatski, V.I. Smirnov, V.M. Kreiter, D. Krigel, J. Materon, H. Derwyise…[54]. Nhờ đó, khoa học tìm kiếm - thăm dị khống sản đã chính thức trở thành chuyên ngành khoa học địa chất ứng dụng độc lập vào thập niên 30 thế kỷ trước [26]. Cũng kể từ đây, đã có đủ khả
năng, điều kiện xây dựng hệ thống cơ sở khoa học, phương pháp luận và hệ phương pháp nghiên cứu, phát hiện, đánh giá các mỏ khống sản có hiệu quả nhất ở nhiều nước có nền kinh tế phát triển và khoa học địa chất hùng mạnh của thế giới.
- Các khái niệm: khoáng sản, khống sản cơng nghiệp và vật liệu khống xây dựng tự nhiên, mỏ, điểm và biểu hiện khoáng sản được đề xuất:
+ Khoáng sản - Tập hợp đá hoặc các khoáng vật thành tạo từ những q trình địa chất
và có thể khai thác, sử dụng trực tiếp hoặc từ đó lấy ra các hợp chất, khống vật, kim loại… sử dụng trong nền kinh tế.
+ Khống sản cơng nghiệp - Khống sản hình thành trong điều kiện địa chất nào đó, đáp ứng chất lượng, trữ lượng của khống sản cơng nghiệp (V.I. Crasnhicov) [5, 26].
+ Vật liệu khoáng xây dựng tự nhiên là khoáng sản khơng kim loại hoặc khống sản công nghiệp (theo P.Beits) tự nhiên được sử dụng trực tiếp trong xây dựng hoặc qua chế biến thành vật liệu xây dựng [5, 59…].
- Mỏ, điểm và biểu hiện khoáng sản
+ Mỏ khống sản - Tích tụ khống sản trong tự nhiên có thể khai thác, sử dụng trong hiện tại có lãi về kinh tế và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật (A.E. Kuriakun).
+ Điểm khống sản - Nơi có khống sản, nhưng quy mơ rất bé, chất lượng thấp (sau điều tra).
+ Biểu hiện khống sản - Tích tụ khống sản tự nhiên chưa được đánh giá quy mơ, chất lượng, do đó, khơng thể là đối tượng khai thác hiện tại [51].
- Trình tự tìm kiếm - thăm dị vật liệu khống xây dựng
Khối lượng tìm kiếm - thăm dị khơng lớn, thời gian tiến hành điều tra khoáng sản vật liệu xây dựng khơng dài, nhưng ở nước ngồi, nhất là Liên Xơ cũ, trình tự, phương pháp tìm kiếm thăm dị vật liệu khống xây dựng về tổng thể khơng khác biệt nhiều về trình tự, phương pháp tìm kiếm - thăm dị mỏ khống sản rắn khác nói chung. Cụ thể là cơng tác tìm kiếm - thăm dị vật liệu xây dựng ở nước ngồi cũng thường tiến hành theo các giai đoạn nối tiếp nhau như sau [5, 59]:
+ Đo vẽ bản đồ địa chất, thăm dò địa vật lý với tỷ lệ từ 1:200.000 đến 1:50.000 nhằm phát hiện cấu trúc địa chất chung và triển vọng tìm kiếm khống sản trên địa bàn đo vẽ bản đồ;
+ Tìm kiếm khống sản trong 3 giai đoạn phụ: tìm kiếm sơ bộ trên tồn khu vực; tìm kiếm chi tiết ở địa bàn triển vọng và tìm kiếm đánh giá địa bàn triển vọng khống sản cùng với việc lập hồ sơ để tiến hành giai đoạn thăm dò sơ bộ;
khác nhau và điều kiện kỹ thuật khác nhau bằng mạng lưới thăm dị và thí nghiệm mẫu thích hợp;
+ Thăm dị chi tiết được tiến hành trên khu mỏ triển vọng nhất đã chọn sau giai đoạn thăm dò sơ bộ nhằm thu thập đầy đủ số liệu về hình dạng, cấu tạo thân khống sản, tính chất cơ lý, tính chất cơng nghệ, điều kiện địa chất thủy văn, điều kiện khai thác mỏ để lập dự án khai thác tiền khả thi;
+ Thăm dò mở rộng trên khu vực có hàm lượng khống sản thấp hơn kế cận, vùng khống sản có quặng đi…;
+ Thăm dị khai thác là giai đoạn thăm dò bổ sung số liệu để chỉnh sửa dự án khai thác hoặc khai thác thử ở những mỏ khống sản có cấu tạo phức tạp.
- Phương pháp tìm kiếm - thăm dị vật liệu khống xây dựng
Cơng tác nghiên cứu, tìm kiếm thăm dị khống sản có thể tiến hành trên mặt đất, trong khơng trung (bằng vệ tinh nhân tạo, máy bay, tàu vũ trụ) và dưới biển (tàu thủy, tàu lặn).
Tùy theo đối tượng khoáng sản hoặc vật liệu khoáng xây dựng, tiền đề và dấu hiệu tìm kiếm mà chọn tổ hợp phương pháp tìm kiếm - thăm dị [26, 52, 60]. Trên thế giới trong cơng tác tìm kiếm - thăm dị khống sản thường sử dụng các phương pháp khác nhau như sau:
+ Đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 đến 1:2.000;
+ Phương pháp khoáng vật (vết lộ quặng, vành phân tán, quặng gốc);
+ Phương pháp địa hóa (thạch địa hóa, thủy địa hóa, khí địa hóa, sinh địa hóa); + Phương pháp địa vật lý (từ, trọng lực, địa chấn, điện, phóng xạ…);
+ Khoan đào thăm dị (khoan, hố đào, rãnh, dọn vết lộ, hầm, giếng thăm dò; + Cơng tác lấy mẫu thí nghiệm;
+ Thí nghiệm ngồi trời: Trong trường hợp gặp mỏ khống sản có điều kiện địa chất thủy văn, địa chất cơng trình phức tạp thì có thể tiến hành quan trắc dài hạn, chẳng hạn quan trắc trượt lở bờ mỏ, nước ngầm…;
+ Cơng tác phân tích thí nghiệm mẫu trong phòng (thạch học, vi cổ sinh, tuổi đồng vị, khống vật, địa hóa, hóa học, tính chất cơng nghệ…).
Kết quả cuối cùng của cơng tác nghiên cứu, điều tra, tìm kiếm - thăm dị khống sản được các nhà địa chất ở các nước tiên tiến tính tốn, phân cấp trữ lượng và tài nguyên khoáng sản.
- Khái niệm về tài ngun, trữ lượng khống sản, tính tốn trữ lượng và phân cấp trữ lượng, tài nguyên khoáng sản hoặc vật liệu khống xây dựng:
Tài ngun khống sản - tích tụ tự nhiên của khống sản ở thể rắn, lỏng, khí ở trên hoặc trong vỏ Trái Đất có hình thái, số lượng, chất lượng đáp ứng yêu cầu tối thiểu cho phép khai thác, sử dụng có giá trị kinh tế hiện tại hoặc tương lai [40].
Trữ lượng khoáng sản là phần tài ngun có kích thước, số lượng, chất lượng đã thăm dị, xác định có giá trị kinh tế và khai thác có lãi trong hiện tại.
Tính trữ lượng khống sản hoặc vật liệu khoáng xây dựng là việc xác định trọng lượng của mỏ, thân khoáng sản hoặc vật liệu khoáng xây dựng bằng các phương pháp khác nhau khi đã có kết quả thăm dị, thí nghiệm xác định được hàm lượng trung bình của khống sản C, dung trọng khống sản d (T/m3) và thể tích của mỏ hay thân, khối khống sản hoặc vật liệu khống xây dựng tính trữ lượng V (m3). Phân cấp trữ lượng và tài nguyên khoáng sản hoặc vật liệu khoáng xây dựng được hiểu là việc xếp thứ tự cấp trữ lượng và tài nguyên khoáng sản dựa vào hiệu quả kinh tế, mức độ điều tra địa chất và mức độ nghiên cứu công nghệ khai thác.
Các hệ thống phân cấp trữ lượng, tài nguyên khoáng sản hoặc vật liệu khoáng xây dựng: hiện nay trên thế giới đã công bố nhiều hệ thống phân cấp tài nguyên và trữ lượng khoáng sản rắn khác nhau và được phân ra 3 nhóm hệ thống phân cấp trữ lượng, tài nguyên khoáng sản sau đây:
+ Hệ thống phân cấp trữ lượng, tài ngun khống sản Liên Xơ cũ và các nước áp dụng
[40].
+ Hệ thống phân cấp trữ lượng, tài nguyên khoáng sản rắn của Mỹ và các nước phương Tây [40].
+ Hệ thống phân cấp trữ lượng, tài nguyên khoáng sản của Liên hợp quốc năm 1996
[40].
Để thống nhất phân cấp tài nguyên, trữ lượng khoáng sản, Ủy ban tài nguyên thiên nhiên thuộc Hội đồng kinh tế - xã hội Liên hợp quốc đã lập hệ thống phân cấp
tài nguyên, trữ lượng khoáng sản năm 1979 và năm 1996. Trong đó, đáng quan tâm là hệ thống phân cấp trữ lượng, tài nguyên khoáng sản năm 1996 (Bảng 1.1).
Cơ sở của hệ thống phân cấp trữ lượng, tài ngun khống sản vừa nói bao gồm: hiệu quả kinh tế (có 3 mức 1, 2, 3, tức là có hiện quả kinh tế, có tiềm năng kinh tế và chưa rõ hiệu quả kinh tế); mức độ khả thi về kinh tế - cơng nghệ (có 3 mức 1-khả thi, 2- tiền khả thi và 3- nghiên cứu bước đầu và mức độ thăm dò địa chất (gồm 4 mức 1-thăm dò tỉ mỉ, 2- thăm dị sơ bộ, 3-tìm kiếm và 4- thị sát).
Bảng 1.1. Phân cấp trữ lượng, tài nguyên khoáng sản của Liên hợp quốc.
Hiệu quả kinh tế
Nghiên cứu kinh tế - cơng nghệ Thăm dị địa chất Mã số
Có hiệu quả kinh
tế
Đã lập báo cáo nghiên cứu khả thi, báo cáo kinh tế - cơng nghệ chi tiết
Thăm dị tỉ mỉ 111
Đã lập nghiên cứu khả thi, nghiên cứu sơ bộ kinh tế cơng nghệ
Thăm dị tỉ mỉ 121 Thăm dị sơ bộ 122 Có tiềm
năng kinh tế
Đã lập báo cáo nghiên cứu khả thi và báo cáo kinh tế - cơng nghệ
Thăm dị tỉ mỉ 211
Đã lập nghiên cứu khả thi, nghiên cứu sơ bộ kinh tế cơng nghệ
Thăm dị tỉ mỉ 221 Thăm dò sơ bộ 222 Chưa rõ
hiệu quả kinh tế
Nghiên cứu, đánh giá bước đầu qua các thông tin địa chất
Thăm dò tỉ mỉ 331 Thăm dò sơ bộ 332 Tìm kiếm 333 Thị sát 334