Luận án Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thăm dò và đánh giá tài nguyên Urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ---------------------- TRẦN LÊ CHÂU NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ VÀ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN URANI TRONG CÁT KẾT BỒN TRŨNG NÔNG SƠN, TỈNH QUẢNG NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ---------------------- TRẦN LÊ CHÂU NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ VÀ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN URANI TRONG CÁT KẾT BỒN TRŨNG NÔNG SƠN, TỈNH QUẢNG NAM Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 9520501 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS Nguyễn Văn Lâm 2. TS Bùi Tất Hợp Hà Nội - 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trong các bài báo của NCS đăng trong các Tạp chí Khoa học, phần còn lại chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án Trần Lê Châu ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... V DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... VI DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ .................................................................. VIII DANH MỤC CÁC ẢNH ........................................................................................... X MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – KHOÁNG SẢN BỒN TRŨNG NÔNG SƠN ................................................................................................. 7 1.1. Tổng quan vùng nghiên cứu ..................................................................... 7 1.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................................... 7 1.1.2. Vị trí địa chất bồn trũng Nông Sơn trên bình đồ cấu trúc khu vực ............... 7 1.2. Khái quát lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản ................................ 9 1.2.1. Các công trình nghiên cứu địa chất khu vực, đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản .......................................................................................................... 9 1.2.2. Các công trình nghiên cứu chuyên đề ......................................................... 10 1.2.3. Các công trình điều tra, đánh giá và thăm dò urani đã tiến hành .................. 11 1.3. Đặc điểm địa chất bồn trũng Nông Sơn ................................................... 13 1.3.1. Địa tầng ....................................................................................................... 13 1.3.2. Magma xâm nhập ........................................................................................ 20 1.3.3. Đặc điểm cấu trúc, kiến tạo ......................................................................... 22 1.3.4. Đặc điểm tướng đá - cổ địa lý và quy luật phân bố của cát kết Triat muộn bồn trũng Nông Sơn .............................................................................................. 26 1.3.5. Khoáng sản .................................................................................................. 30 1.3.6. Một số tồn tại nghiên cứu trước đây ............................................................ 31 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 33 2.1. Cơ sở lý luận .......................................................................................... 33 2.1.1. Các khái niệm cơ bản sử dụng trong luận án .............................................. 33 2.1.2. Khái quát về urani ....................................................................................... 35 2.1.3. Phân loại các kiểu mỏ urani trên thế giới và Việt Nam .............................. 41 2.1.4. Cơ sở lý luận về đặc điểm biến hóa quặng hóa ........................................... 49 2.2. Phương pháp pháp luận và phương pháp nghiên cứu ............................... 52 iii 2.2.1. Cách tiếp cận ............................................................................................... 52 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 53 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM QUẶNG HÓA URANI TRONG CÁT KẾT BỒN TRŨNG NÔNG SƠN ............................................................................................... 66 3.1. Đặc điểm cấu trúc địa chất các khu vực mỏ và điểm quặng urani bồn trũng Nông Sơn ...................................................................................................... 66 3.1.1. Địa tầng ....................................................................................................... 67 3.1.2. Các thành tạo magma xâm nhập .................................................................. 70 3.1.3. Đặc điểm kiến tạo ........................................................................................ 71 3.2. Đặc điểm quặng hóa urani ...................................................................... 72 3.2.1. Đặc điểm phân bố và hình thái - cấu trúc thân quặng ................................. 72 3.2.2. Đặc điểm thành phần khoáng vật ................................................................ 80 3.2.3. Thành phần hóa học..................................................................................... 85 3.3. Vai trò của các yếu tố đối với tạo quặng urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn ...................................................................................................... 92 3.3.1. Yếu tố cấu trúc - kiến tạo ............................................................................ 92 3.3.2. Yếu tố thủy văn ........................................................................................... 94 3.3.3. Yếu tố khí hậu ............................................................................................. 94 3.3.4. Yếu tố thạch học .......................................................................................... 95 3.3.5. Yếu tố địa hóa .............................................................................................. 96 3.4. Khái quát cơ chế tạo quặng urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn ........ 98 3.4.1. Nguồn cung cấp urani .................................................................................. 98 3.4.2. Cơ chế tạo quặng ....................................................................................... 101 CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ VÀ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN URANI TRONG CÁT KẾT BỒN TRŨNG NÔNG SƠN .................... 105 4.1. Đặc điểm biến đổi của các thông số địa chất thân quặng urani .............. 105 4.1.1. Quy luật và cấu trúc sự biến hóa quặng hóa urani .................................... 105 4.1.2. Đặc điểm biến hóa về chiều dày và hàm lượng trong các thân quặng ...... 107 4.1.3. Đặc tính dị hướng của khoáng sản urani ................................................... 112 4.2. Lựa chọn phương pháp thăm dò ............................................................ 118 4.2.1. Nhóm mỏ thăm dò ..................................................................................... 119 iv 4.2.2. Công trình và hệ thống công trình thăm dò ............................................... 121 4.2.3. Mạng lưới công trình thăm dò ................................................................... 121 4.3. Lựa chọn phương pháp đánh giá tài nguyên .......................................... 123 4.3.1. Tài nguyên xác định .................................................................................. 123 4.3.2. Tài nguyên chưa xác định .......................................................................... 130 4.3.3. Yêu cầu đối với công tác thăm dò ............................................................. 132 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 135 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .................................................... 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 138 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Viết đầy đủ ĐCKS: Địa chất khoáng sản IAEA: Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế NCS: Nghiên cứu sinh Tr. Năm: Triệu năm THTKT Tổ hợp thạch kiến tạo vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Tập hợp các khoáng vật đặc trưng ở bồn trũng Nông Sơn.............................. 85 Bảng 3.2: Bảng thống kê thành phần hoá học quặng urani theo kiểu quặng tự nhiên.......... 86 Bảng 3.3: Bảng kết quả phân tích mẫu hoá nhóm trong các thân quặng urani khu vực Pà Lừa - Pà Rồng ............................................................................................................. 86 Bảng 3.4: Bảng kết quả tính tương quan cặp urani và các nguyên tố khu vực Pà Lừa - Pà Rồng ........................................................................................................ 86 Bảng 3.5: Kết quả tính toán các tham số đặc trưng thống kê hàm lượng các thân quặng urani khu mỏ Khe Hoa - Khe Cao ..................................................................... 87 Bảng 3.6: Thành phần hoá học theo mẫu nhóm trong các thân quặng quặng urani khu vực Đông Nam Bến Giằng................................................................................................. 87 Bảng 3.7: Thành phần hoá học quặng urani khu Cà Liêng - Sườn Giữa .................... 88 Bảng 3.8: Đối sánh các đặc điểm địa chất các khu vực mỏ và điểm mỏ urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn ................................................................................................ 89 Bảng 3.9: Hàm lượng U308 của một số loại đá trong phức hệ Khâm Đức - Núi Vú theo kết quả phân tích kích hoạt notron ................................................................................ 99 Bảng 3.10: Hàm lượng U của các nhóm đá thuộc phức hệ Khâm Đức - Núi Vú theo kết quả phân tích ICP-MS ............................................................................................. 99 Bảng 3.11: Thành phần khoáng vật của các loại đá chính phức hệ Đại Lộc ........ 99 Bảng 3.12: Đặc điểm phân bố các nguyên tố phóng xạ trong các loại đá phức hệ Đại Lộc theo các kết quả phân tích kích hoạt nơtron .......................................... 100 Bảng 3.13: Hàm lượng U trong một số đá phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn theo kết quả phân tích kích hoạt nơtron ........................................................................................... 101 Bảng 3.14: Hàm lượng U trong một số đá phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn theo kết quả phân tích ICP-MS ........................................................................................................ 101 Bảng 4.1: Kết quả xử lý thống kê chiều dày các thân quặng urani trong cát kết trũng Nông Sơn ......................................................................................................... 107 Bảng 4.2: Kết quả xử lý thống kê hàm lượng U3O8 các khu vực nghiên cứu ........... 109 vii Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả khảo sát Variogram theo hàm lượng U3O8 các thân quặng TQ1 lô A khu Pà Lừa - Pà Rồng ...................................................................... 113 Bảng 4.4: Kết quả khảo sát Variogram theo chiều dày các thân quặng 1, 2, 2b lô G2 khu Pà Lừa - Pà Rồng, thân quặng 4 khu Khe Cao và thân quặng 1 khu Đông Nam Bến Giằng ................................................................................................................... 115 Bảng 4.5: Kết quả khảo sát Variogram theo hàm lượng các thân quặng 1, 2, 2b lô G2 khu Pà Lừa - Pà Rồng, thân quặng 4 khu Khe Cao và thân quặng 1 khu Đông Nam Bến Giằng .................................................................................................................... 117 Bảng 4.6: Tổng hợp kết quả xác định kích thước ảnh hưởng và hệ số dị hướng các thân quặng đặc trưng khu vực Pà Lừa - Pà Rồng, khu Khe Cao và khu Đông Nam Bến Giằng ..................................................................................... 118 Bảng 4.7: Thống kê các tiêu chuẩn chủ yếu sử dụng phân nhóm mỏ thăm dò urani trong cát kết bồn trũng Nông Sơn ............................................................................... 119 Bảng 4.8: Mạng lưới định hướng các công trình thăm dò ......................................... 123 Bảng 4.9: Phân nhóm các phương pháp dự báo định lượng tài nguyên khoáng sản ........................................................................................... 130 viii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1. Vị trí kiến tạo vùng nghiên cứu trên sơ đồ cấu trúc khu vực ............................ 8 Hình 1.2: Sơ đồ địa chất bồn trũng Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam .................................... 19 Hình 1.3. Sơ đồ tướng đá - cổ địa trầm tích Triat muộn bồn trũng Nông Sơn ............... 26 Hình 1.4. Mặt cắt tướng đá - cổ địa trầm tích Triat muộn khu vực Pà Lừa - Pà Rồng ..... 27 Hình 2.1: Sự hấp thụ của các chất hữu cơ khác nhau từ dung dịch carbonat natri ........ 37 Hình 2.2: Các đường đẳng nhiệt về sự hấp thụ ion UO22+ của axit humic ở pH = 5 ..... 38 Hình 2.3: Sơ đồ quan hệ của hằng số ô mạng (ao) và các oxyt urani đối với môi trường thành tạo chúng. .................................................................................................................. 40 Hình 2.4. Mô hình vị trí không gian và hình thái các thân quặng urani trong cát kết .... 43 Hình 2.5. Các phụ kiểu mỏ urani trong cát kết ................................................................. 45 Hình 2.6. Đường cong mật độ xác suất theo quy luật phân bố chuẩn............................. 55 Hình 2.7: Mô hình mức độ biến đổi một số thông số địa chất .................................. 60 Hình 2.8. Hình ảnh minh hoạ sử dụng Variogram để phân cấp tài nguyên, trữ lượng ....... 61 Hình 2.9. Các yếu tố phương vị, góc quét, bước khảo sát, góc giới hạn để khảo sát Variogram ........................................................................................................................... 62 Hình 3.1. Sơ đồ phân bố quặng urani bồn trũng Nông Sơn............................................. 67 Hình 3.2. Bản đồ địa chất và bố trí công trình thăm dò urani mỏ Pà Lừa - Pà Rồng thu từ tỷ lệ 1: 2000 ......................................................................................................................... 68 Hình 3.3: Bản đồ địa chất khoáng sản khu Khe Hoa - Khe Cao, tỉnh Quảng Nam thu từ tỷ lệ 1: 10.000 ..................................................................................................................... 69 Hình 3.4: Bản đồ địa chất khoáng sản khu Đông Nam Bến Giằng, tỉnh Quảng Nam thu từ tỷ lệ 1: 25.000 ................................................................................................................. 70 Hình 3.5. Mặt cắt địa chất tuyến 263 khu Pà Lừa - Pà Rồng thu từ tỷ lệ 1: 500 ............ 73 Hình 3.6: Mặt cắt địa chất khu Khe Hoa - Khe Cao, tỉnh Quảng Nam thu từ tỷ lệ 1:1000 ................................................................................................................... 75 Hình 3.7: Hình dạng thân quặng trong tầng đá có các kiểu địa hoá khác nhau ............. 97 Hình 3.8. Mô hình di chuyển và tích tụ urani trong đới phong hóa bồn trũng Nông Sơn ......................................................................................................................... 104 ix Hình 4 1: a) Mặt cắt ngang tuyến 20 khu A; b) Mặt cắt dọc tuyến trục khu A. ........ 106 Hình 4.2: Biểu đồ tần suất xuất hiện của chiều dày thân quặng urani khu vực Pà Lừa – Pà Rồng và Khe Hoa - Khe Cao ................................................................................................ 108 Hình 4.3: Biểu đồ tần suất xuất hiện của hàm lượng U3O8 toàn mỏ, trong các tập đá chứa quặng khu vực Pà Lừa - Pà Rồng ........................................................................... 110 Hình 4.4: Biểu đồ tần suất xuất hiện của hàm lượng U3O8 trong các thân quặng khu vực Pà Lừa - Pà Rồng, Khe Hoa - Khe Cao, Đông Nam Bến Giằng ........................... 110 Hình 4.5: Biểu đồ tần số phân bố Log(10) hàm lượng U3O8 thân quặng 1 và thân quặng 2 lô A, G khu vực Pà Lừa - Pà Rồng ............................................................................... 111 Hình 4.6: Biểu đồ hàm cấu trúc Variogram thân quặng 1, Lô A khu Pà Lừa - Pà Rồng ....... 112 Hình 4.7: Biểu đồ hàm cấu trúc Variogram chiều dày các thân quặng 1, 2, 2b lô G2, khu vực Pà Lừa - Pà Rồng ............................................................................................... 114 Hình 4.8: Biểu đồ hàm cấu trúc Variogram chiều dày thân quặng 4 khu Khe Cao, khu vực Khe Hoa - Khe Cao và thân quặng 1 khu vực Đông Nam Bến Giằng .................. 114 Hình 4.9. Biểu đồ hàm cấu trúc Variogram hàm lượng U3O8 các thân quặng 1, 2, 2b lô G2, khu vực Pà Lừa - Pà Rồng ........................................................................................ 116 Hình 4.10. Biểu đồ hàm cấu trúc Variogram hàm lượng U3O8 thân quặng 4 khu Khe Cao, khu vực Khe Hoa - Khe Cao và thân quặng 1 khu vực Đông Nam Bến Giằng .... 116 x DANH MỤC CÁC ẢNH Ảnh 1.1. Vết lộ cuội, sạn, cát trong thành tạo aluvi- proluvi và cuội, sạn, cát trong nón quạt cửa sông khu vực Pà Lừa .................................................................................. 28 Ảnh 1.2. Vết lộ và mẫu lõi khoan cát kết phức hệ tướng cát bùn biển nông vũng vịnh ..... 28 Ảnh 1.3. Cát kết arko hạt lớn, xi măng lấp đầy - tiếp xúc gồm: matrix sericit; xi măng hoá học silic, calcit thứ sinh (phân hệ tầng An Điềm trên - T3n ađ2, khu Pà Lừa). Đá giàu felspat: plaiocla axit song tinh đa hợp thanh nét bị sericit hoá (A) microclin song tinh bàn cờ. (B) orthocla bị pelit hoá, Thạch anh đơn tinh thể (Qm) và đa tinh thể (Qp) chiếm tỷ lệ nhỏ.....29 Ảnh 1.4. Cát kết arko hạt trung, xi măng lấp đầy gồm matrix vụn cơ học silic, sericit, calcit thứ sinh (phân hệ tầng An Điềm trên - T3n ađ2, khu Khe Cao). Đá giàu felspat: microclin song tinh bàn cờ, orthocla bị pelit hoá. Thạch anh đơn tinh thể (Qm) và đa tinh thể (Qp) chiếm tỷ lệ nhỏ.. ............................................................... 29 Ảnh 3.1: Cuội kết trong phần dưới của hệ tầng An Điềm ........................................ 68 Ảnh 3.2: cát kết arkos ................................................................................................ 69 Ảnh 3.3: Quặng urani chưa bị phong hoá....................................................................... 80 Ảnh 3.4: Quặng urani bị bán phong hoá ....................................................................... 80 Ảnh 3.5: Khoáng vật Nasturan ở thân quặng 1, lô A khu vực Pà Lừa- Pà Rồng ................. 81 Ảnh 3.6: Khoáng vật Nasturan đang bị uranophan thay thế ........................................ 81 Ảnh 3.7: Khoáng vật coffinit ở gương 13 tại 15m lò lô A ........................................ 81 Ảnh 3.8: Khoáng vật Uranophan ở gương 6 lò hướng chính, đoạn 30m, lô A ......... 82 Ảnh 3.9: Khoáng vật uranophan ............................................................................... 82 Ảnh 3.10: Các khoáng vật autunit ở gương lò 6 lò hướng cắm, lô A ....................... 83 Ảnh 3.11: Các khoáng vật metaautunit khu Pà Lừa ...................................................... 83 Ảnh 3.12: Các khoáng vật uranoxiaxit và metauranoxiaxit ở guơng lò 20, lò đường phương, lô A, khu Pà Lừa ......................................................................................... 83 Ảnh 3.13: Khoáng vật Photfuranilit khu Pà Lừa ...................................................... 83 Ảnh 3.14