Luận án Đặc điểm các đá phun trào Basalt đệ tứ miền Đông Nam Bộ và định hướng sử dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT THIỀM QUỐC TUẤN ĐẶC ĐIỂM CÁC ĐÁ PHUN TRÀO BASALT ĐỆ TỨ MIỀN ĐÔNG NAM BỘ VÀ ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT THIỀM QUỐC TUẤN ĐẶC ĐIỂM CÁC ĐÁ PHUN TRÀO BASALT ĐỆ TỨ MIỀN ĐÔNG NAM BỘ VÀ ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 9520501 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. TS. Đỗ Văn Nhuận 2. PGS.TS. Trần Bỉnh Chƣ Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận án tiến sĩ ngành kỹ thuật địa chất, với đề tài “Đặc điểm các đá phun trào basalt Đệ tứ miền Đông Nam Bộ và định hướng sử dụng là c ng tr nh khoa học của riêng t i, đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Đỗ Văn Nhuận và PGS.TS. Trần Bỉnh Chƣ. Những kết quả nghiên cứu của luận án hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác hoặc đƣợc ghi đầy đủ nguồn trích dẫn. Tác giả Thiềm Quốc Tuấn i MỤC LỤC MỤC LỤC ........................................................................................................................ i DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... v DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................................... ix MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................. 9 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN ............................................................................ 9 1.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................................ 9 1.1.2. Điều kiện tự nhiên ................................................................................................. 9 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CÁC THÀNH TẠO BASALT .................................... 10 1.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC ..................................................................... 12 1.3.1. Địa tầng ............................................................................................................... 12 1.3.2. Magma ................................................................................................................. 16 1.3.3. Kiến tạo ............................................................................................................... 17 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 21 2.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN .................................................................................................. 21 2.1.1. Khái niệm ............................................................................................................ 21 2.1.2. Nguồn magma ..................................................................................................... 25 2.1.3. Phân loại đá phun trào ......................................................................................... 26 2.1.3.1. Phân loại theo thành phần thạch học - khoáng vật .................................... 27 2.1.3.2. Phân loại theo thành phần hóa học ............................................................ 27 2.1.4. Phân chia các loạt (series) magma basalt ............................................................ 28 2.1.5. Phân chia các kiểu (types) magma basalt ............................................................ 30 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................... 33 2.2.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu ............................................................................. 33 2.2.2. Phƣơng pháp phân tích ảnh viễn thám ................................................................ 33 2.2.3. Phƣơng pháp khảo sát thực địa ........................................................................... 33 ii 2.2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu trong phòng ................................................................ 34 2.2.4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu thạch học ........................................................... 34 2.2.4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thạch địa hóa ..................................................... 34 2.2.4.3. Phƣơng pháp nghiên cứu địa hóa đồng vị ................................................. 35 2.2.4.4. Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên .................................... 36 2.2.4.5. Phƣơng pháp nghiên cứu tính chất cơ lý ................................................... 37 2.2.4.6. Phƣơng pháp xử lý thống kê kết quả phân tích ......................................... 37 2.2.4.7. Phƣơng pháp phân tích SWOT .................................................................. 39 2.2.4.8. Phƣơng pháp ứng dụng phần mềm chuyên dụng ...................................... 41 CHƢƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM BASALT ĐỆ TỨ ĐÔNG NAM BỘ .................................. 43 3.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, THẠCH HỌC ............................................................... 43 3.1.1. Đặc điểm địa chất, thạch học basalt Phƣớc Tân ................................................. 45 3.1.1.1. Tƣớng phun trào ........................................................................................ 47 3.1.1.2. Tƣớng phun nổ và họng ............................................................................. 48 3.1.2. Đặc điểm địa chất, thạch học basalt Xuân Lộc ................................................... 50 3.1.2.1. Tƣớng phun trào ........................................................................................ 52 3.1.2.2. Tƣớng phun nổ và họng ............................................................................. 53 3.1.3. Đặc điểm địa chất, thạch học basalt SokLu ........................................................ 57 3.2. ĐẶC ĐIỂM THẠCH ĐỊA HÓA ........................................................................... 59 3.2.1. Đặc điểm thạch địa hóa basalt Phƣớc Tân .......................................................... 61 3.2.2. Đặc điểm thạch địa hóa basalt Xuân Lộc ............................................................ 63 3.2.3. Đặc điểm thạch địa hóa basalt SokLu ................................................................. 65 3.2.4. So sánh đặc điểm thạch địa hóa basalt Đệ tứ ĐNB ............................................ 76 3.3. NGUỒN GỐC, TUỔI THÀNH TẠO .................................................................... 79 3.3.1. Tuổi thành tạo ..................................................................................................... 79 3.3.2. Nguồn gốc thành tạo ........................................................................................... 83 CHƢƠNG 4. ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƢỢNG BASALT ĐỆ TỨ ĐÔNG NAM BỘ VÀ ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG .......................................................................................... 87 4.1. HIỆN TRẠNG QUY HOẠCH, KHAI THÁC, SỬ DỤNG ................................... 87 iii 4.1.1. Hiện trạng quy hoạch về TNKS basalt Đệ tứ ĐNB ............................................ 87 4.1.2. Hiện trạng khai thác ............................................................................................ 88 4.1.1.1. Các mỏ/cụm mỏ basalt Phƣớc Tân ............................................................ 89 4.1.1.2. Các mỏ/cụm mỏ basalt Xuân Lộc ............................................................. 90 4.1.1.3. Các mỏ/cụm mỏ basalt SokLu ................................................................... 93 4.1.3. Các lĩnh vực sử dụng chính và yêu cầu chất lƣợng ............................................ 94 4.1.3.1. Đá xây dựng ............................................................................................... 94 4.1.3.2. Phụ gia hoạt tính puzolan .......................................................................... 98 4.1.3.3. Nguyên liệu sản xuất sợi basalt ................................................................. 99 4.2. ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƢỢNG ............................................................................... 100 4.2.1. Thành phần vật chất .......................................................................................... 100 4.2.2. Tính chất cơ lý - công nghệ ............................................................................... 102 4.2.3. Đặc tính nguyên liệu sản xuất sợi basalt ........................................................... 108 4.3. ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG ................................................................................. 109 4.3.1. Nguyên tắc phân vùng và định hƣớng sử dụng ................................................. 109 4.3.2. Định hƣớng sử dụng tài nguyên hợp lý, bền vững ............................................ 111 4.3.2.1. Đá xây dựng ............................................................................................. 111 4.3.2.2. Phụ gia hoạt tính puzolan ........................................................................ 117 4.3.2.3. Vật liệu xây dựng không nung ................................................................ 119 4.3.2.4. Nguyên liệu sản xuất sợi basalt ............................................................... 120 4.3.2.5. Vật liệu san lấp (VLSL)........................................................................... 121 4.3.2.6. Bảo tồn và phát triển di sản địa chất ........................................................ 123 4.3.3. Phân vùng sử dụng tài nguyên .......................................................................... 133 4.3.4. Các giải pháp phát triển bền vững..................................................................... 137 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................... 140 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ......................................................................... 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 143 PHỤ LỤC .................................................................................................................... 151 iv Phụ lục 3.1. Kết quả phân tích thành phần nguyên tố chính (wt%) và tính toán các chỉ số thạch hóa basalt Đệ tứ ĐNB ............................................................................. 152 Phụ lục 3.2. Kết quả tính toán thành phần khoáng vật quy chuẩn CIPW (%) của basalt Đệ tứ ĐNB ........................................................................................................ 154 Phụ lục 3.3. Kết quả phân tích thành phần nguyên tố vết (ppm) và tính toán các chỉ số địa hóa basalt Đệ tứ ĐNB ....................................................................................... 156 Phụ lục 3.4. Dữ liệu đồng vị Ar của các mẫu và tuổi tính toán .................................. 161 Phụ lục 4.1. Hiện trạng quy hoạch, khai thác, sử dụng TNKS basalt Đệ tứ ĐNB ..... 163 Phụ lục 4.2. Yêu cầu chất lƣợng basalt sử dụng sản xuất đá lát ................................. 169 Phụ lục 4.3. Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý - công nghệ của basalt Đệ tứ ĐNB .. 170 Phụ lục 4.4. Các yếu tố điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội, thách thức (SWOT) .............. 174 Phụ lục 4.5. Phân tích SWOT về phân vùng sử dụng tài nguyên ............................... 175 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tổng hợp khối lƣợng thực hiện nghiên cứu ...................................................... 6 Bảng 2.1. Phân loại đá phun trào .................................................................................. 28 Bảng 2.2. Phân chia các loạt (series) magma basalt theo đặc điểm thạch địa hóa ....... 29 Bảng 2.3. Phân chia các kiểu (types) magma basalt theo bối cảnh kiến tạo ................. 31 Bảng 2.4. Tổng hợp các biểu đồ phân chia các kiểu magma basalt .............................. 32 Bảng 2.5. Các giá trị  với xác suất tin cậy hai phía  = 0,95 ...................................... 38 Bảng 2.6. Ý nghĩa của các yếu tố SWOT ..................................................................... 41 Bảng 3.1. Phân loại đá theo thành phần thạch học - khoáng vật .................................. 44 Bảng 3.2. Phân loại đá theo thành phần thạch hóa ....................................................... 60 Bảng 3.3. Thành phần nguyên tố chính (wt%) và các chỉ số thạch hóa ....................... 71 Bảng 3.4. Thành phần khoáng vật quy chuẩn CIPW (%) của basalt Đệ tứ ĐNB ......... 72 Bảng 3.5. Thành phần nguyên tố vết (ppm) và các chỉ địa hóa basalt Đệ tứ ĐNB ...... 73 Bảng 3.6. Hàm lƣợng trung bình các nguyên tố vết và hệ số tập trung của basalt Đệ tứ ĐNB .......................................................................................................................... 74 Bảng 3.7. Tuổi tuyệt đối của basalt ĐNB ..................................................................... 82 Bảng 3.8. Thành phần đồng vị Sr, Nd và Pb của basalt ĐNB ...................................... 84 Bảng 4.1. Các khoáng sản liên quan ............................................................................. 88 Bảng 4.2. Yêu cầu về thành phần hạt của cát nghiền.................................................... 96 Bảng 4.3. Quy định về mác đá dăm theo độ nén dập trong xi lanh .............................. 96 Bảng 4.4. Quy định về độ nén dập trong xi lanh đối với sỏi dăm ................................ 97 Bảng 4.5. Yêu cầu đặc tính kỹ thuật của CPĐD ........................................................... 97 Bảng 4.6. Độ hút v i theo độ hoạt tính của puzolan ..................................................... 98 Bảng 4.7. Yêu cầu về thành phần hóa học của đá basalt .............................................. 99 Bảng 4.8. M đun độ nhớt, m đun acid và thạch anh tự do của basalt Đệ tứ ĐNB .... 100 Bảng 4.9. Kết quả xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên của basalt Đệ tứ ĐNB .......... 102 Bảng 4.10. Đặc trƣng thống kê tính chất cơ lý và đặc tính kỹ thuật của basalt Đệ tứ ĐNB ............................................................................................................................ 103 Bảng 4.11. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ kết tinh, khoảng nhiệt độ kéo sợi .............. 108 vi Bảng 4.12. Yêu cầu chất lƣợng basalt ĐXD ............................................................... 112 Bảng 4.13. Yêu cầu chất lƣợng basalt puzolan ........................................................... 119 Bảng 4.14. Yêu cầu chất lƣợng nguyên liệu sản xuất sợi basalt ................................. 121 Bảng 4.15. Tính chất cơ lý và đặc tính kỹ thuật của basalt phong hóa ....................... 122 Bảng PL4.1.1. Tổng hợp các mỏ/biểu hiện khoáng sản ĐXD .................................... 163 Bảng PL4.1.2. Tổng hợp các mỏ/biểu hiện khoáng sản puzolan ................................ 165 Bảng PL4.1.3. Tổng hợp các biểu hiện khoáng sản VLSL ......................................... 166 Bảng PL4.1.4. Hiện trạng khai thác, sử dụng basalt Đệ tứ ĐNB ............................... 167 Bảng PL4.2.1. Quy định về độ nguyên khối theo thể tích .......................................... 169 Bảng PL4.2.2. Quy định về kích thƣớc cơ bản của tấm đá ......................................... 169 Bảng PL4.2.3. Quy định về sai lệch kích thƣớc và khuyết tật trên bề mặt đá ............ 169 Bảng PL4.2.4. Quy định về đặc tính kỹ thuật và tính chất cơ lý của tấm đá .............. 169 Bảng PL4.3.1. Tính chất cơ lý của basalt Đệ tứ ĐNB ................................................ 170 Bảng PL4.3.2. Đặc tính kỹ thuật của basalt Đệ tứ ĐNB ............................................. 172 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH H nh 1.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu Đ ng Nam Bộ............................................ 10 H nh 1.2. Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu Đ ng Nam Bộ ....................................... 20 Hình 2.1. Biểu đồ QAPF phân loại đá phun trào (IUGS, 1997) ................................... 27 H nh 2.2. Lƣợc đồ phƣơng pháp phân tích SWOT ....................................................... 39 H nh 3.1. Sơ đồ phân bố, tuổi thành tạo basalt Đệ tứ ĐNB .......................................... 42 Hình 3.2. Các mẫu thạch học basalt Đệ tứ ĐNB .......................................................... 44 Hình 3.3. Quang cảnh khu vực nghiên cứu và các vết lộ basalt Phƣớc Tân ................. 46 Hình 3.4. Kiến trúc của các đá basalt Phƣớc Tân dƣới kính hiển vi phân cực ............. 50 Hình 3.5. Quang cảnh khu vực nghiên cứu và các vết lộ basalt Xuân Lộc .................. 51 Hình 3.6. Kiến trúc của các tù đá siêu mafic và basalt Xuân Lộc dƣới kính hiển vi phân cực ........................................................................................................................ 57 Hình 3.7. Quang cảnh khu vực nghiên cứu và các vết lộ basalt SokLu ....................... 58 Hình 3.8. Kiến trúc của các đá basalt SokLu dƣới kính hiển vi phân cực .................... 59 Hình 3.9. Biểu đồ hàm lƣợng trung bình các nguyên tố chính ..................................... 67 Hình 3.10. Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 (TAS) theo Le Bas, 1986 .............................. 68 Hình 3.11. Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 (A) và AFM (B) theo Irvine & Baragar, 1971 ............................................................................................................................... 68 Hình 3.12. Biểu đồ K2O - SiO2 theo Peccerillo&Taylor, 1976 (A) và Le Maitre, 2002 (B)......................................................................................................................... 68 Hình 3.13. Biểu đồ thành phần khoáng vật quy chuẩn CIPW ...................................... 69 Hình 3.14. Biểu đồ Ne-Di-Ol-Hy-Q theo Thompson, 1984 ......................................... 70 Hình 3.15. Biểu đồ hệ số tập trung các nguyên tố vết của các đá basalt ...................... 70 Hình 3.16. Biểu đồ phân bố đất hiếm (REE) chuẩn theo chondrit (A) và biểu đồ chân nhện chuẩn theo manti nguyên thủy theo Sun&McDon, 1989 (B) ...................... 70 Hình 3.17. Biểu đồ Haker tƣơng quan giữa SiO2 và các oxit tạo đá ............................ 79 Hình 3.18. Kết quả tuổi Ar-Ar của basalt ĐNB ............................................................ 83 Hình 3.19. Biểu đồ MgO-Fe2O3t-Al2O3 (A) theo Pearce T.H., 1977 và MnO-TiO2- P2O5 (B) theo Mullen E.D., 1983 .................................................................................. 85 viii Hình 3.20. Biểu đồ La-La/Nb (A) theo Li S.G., 1993 và F1-F2 (B) theo Pearce J.A., 1976 ............................................................................................................................... 85 Hình 3.21. Biểu đồ Zr-Ti-Y (A) theo Pearce J.A. và Cann J.R., 1973 và Zr-Nb-Y (B) theo Meschede M., 1986 ......................................................................................... 85 Hình 3.22. Biểu đồ Th-Hf/3-Ta (A), Th-Zr/117-Nb/16 (B) theoWood D., 1980 ......... 86 Hình 4.1. Biểu đồ hàm lƣợng trung bình các nguyên tố chính ................................... 100 Hình 4.2. Biểu đồ giá trị trung bình của Alk, MB, Mk và Q tự do .............................. 101 Hình 4.3. Biểu đồ độ nén dập trong xi lanh của basalt ............................................... 106 Hình 4.4. Biểu đồ độ mài mòn tang quay của basalt .................................................. 106 Hình 4.5. Biểu đồ hàm lƣợng hạt thoi dẹt của basalt .................................................. 107 Hình 4.6. Biểu đồ giá trị trung b nh các đặc tính kỹ thuật của basalt đá xây dựng .... 107 Hình 4.7. Biểu đồ giá trị trung b nh các đặc tính kỹ thuật của b