BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ ĐỖ TRÍ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHOÁNG SẢN KAOLIN VÙNG BẮC BỘ VIỆT NAM VÀ ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 62.52.05.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT Hà Nội - Năm 2016 Công trình đƣợc hoàn thành tại: Bộ môn Tìm kiếm – Thăm dò Khoa Địa chất, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Lâm TS Trần Ngọc Thái Phản biện 1: PGS.TS Đỗ Đình Toát Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Phương Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Văn Phổ Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá Luận án Tiến sĩ cấp trường họp vào hồi … giờ, ngày… tháng……năm 2016 Trường Địa học Mỏ - Địa chất Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Kaolin loại khoáng chất công nghiệp sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Chúng dùng làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ, gạch chịu lửa, xi măng; làm chất độn sản xuất giấy, sơn, phân bón, cao su, chất dẻo v.v Có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến kaolin, chưa có công trình nghiên cứu chuyên sâu đánh giá tiềm tài nguyên kaolin tài nguyên hạng kaolin công nghiệp trạng thái nguyên khai với nguồn gốc thành tạo khác làm sở đề xuất định hướng sử dụng hợp lý, tiết kiệm tài nguyên khoáng kết hợp với bảo vệ môi trường Đề tài “Đánh giá tiềm khoáng sản kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam định hướng sử dụng” đặt nhằm giải yêu cầu cấp bách thực tiễn đòi hỏi Mục tiêu luận án - Nghiên cứu làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, thành phần vật chất mối quan hệ hạng kaolin công nghiệp trạng thái nguyên khai với kiểu nguồn gốc thành tạo kaolin Bắc Bộ Việt Nam - Đánh giá tiềm tài nguyên tài nguyên hạng kaolin công nghiệp trạng thái nguyên khai, từ đề xuất định hướng sử dụng hợp lý, hiệu nguồn tài nguyên kaolin vùng nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu luận án - Nghiên cứu làm rõ mối quan hệ khoáng sản kaolin với thành tạo địa chất đặc điểm phân bố kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam - Nghiên cứu làm sáng tỏ thành phần vật chất, tính chất kỹ thuật công nghệ kaolin làm sở dự báo tài nguyên kaolin tài nguyên hạng kaolin công nghiệp trạng thái nguyên khai - Đánh giá tài nguyên kaolin tài nguyên hạng kaolin công nghiệp trạng thái nguyên khai sở sử dụng tổng hợp nguồn liệu địa chất - khoáng sản kết tìm kiếm, thăm dò - Định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên kaolin phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt chiến lược phát triển công nghiệp sản xuất gốm sứ xây dựng đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 - Nghiên cứu phân vùng sử dụng kaolin bảo đảm nguyên tắc sử dụng hiệu quả, tiết kiệm, kết hợp với bảo vệ môi trường Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Là mỏ, điểm khoáng sản kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam (phần đất liền) giới hạn từ biên giới Việt - Trung, Việt - Lào đến hết địa phận tỉnh Ninh Bình Các phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp tiệm cận có hệ thống kết hợp với phương pháp nghiên cứu địa chất truyền thống - Phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất - Phương pháp mô hình hóa - Phương pháp đối sánh kết hợp với ý kiến chuyên gia Những điểm luận án 6.1 Góp phần làm rõ đặc điểm phân bố cấu trúc kiểu vỏ phong hóa (VPH) chứa kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam; xác định có mặt khoáng vật haloysit trong pegmatit phong hóa mạnh trung bình phức hệ Tân Phương 6.2 Kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam có kiểu nguồn gốc thể rõ tính không đồng với có mặt hạng kaolin công nghiệp Trong đó, hạng I, II, III chủ yếu thuộc kiểu mỏ phong hóa từ pegmatit kiểu mỏ nhiệt dịch biến chất trao đổi; hạng IV không phân hạng (KPH) chủ yếu thuộc kiểu mỏ phong hóa từ granit, aplit, ryolit, felsit, gabro bị felspat hóa, đá trầm tích, đá biến chất kiểu mỏ tái trầm tích 6.3 Làm rõ mối quan hệ phụ thuộc hàm lượng oxyt sắt (Fe2O3) với thông số địa chất thân khoáng cho phép dự báo tài nguyên hạng kaolin công nghiệp trạng thái nguyên khai theo tiêu hàm lượng oxyt sắt 6.4 Đề xuất nguyên tắc định hướng sử dụng hợp lý nguyên liệu kaolin theo hạng quặng công nghiệp phục vụ chiến lược phát triển ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ, VLCL ngành công nghiệp khác có sử dụng kaolin 6.5 Dựa vào tiềm tài nguyên, điều kiện kinh tế - địa lý, sở hạ tầng nhu cầu thị trường tiêu thụ, vùng nghiên cứu phân thành khu vực nguyên liệu kaolin; khu vực 1, khu vực khu vực có vị trí vai trò quan trọng phát triển công nghiệp gạch ốp lát, gốm sứ, VLCL Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam phân bố tập trung cấu trúc: địa khu biến chất cao Hoàng Liên Sơn, đai tạo núi nội lục Paleozoi sớm Đông Bắc Bộ rift nội lục Paleozoi muộn - Mesozoi An Châu có tiềm lớn; kaolin phong hoá từ pegmatit thuộc phức hệ Tân Phương phức hệ Tân Hương thuộc địa khu biến chất cao Hoàng Liên Sơn chiếm 50% tổng tiềm tài nguyên kaolin vùng nghiên cứu Luận điểm 2: thành phần, chất lượng khả sử dụng kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam phụ thuộc vào nguồn gốc điều kiện thành tạo; đó: + Kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi với khoáng vật đặc trưng dickit, nacrit, thạch anh, pyrophylit, alunit, chủ yếu thuộc hạng I, II, III, giàu Al 2O3, nghèo Fe2O3 độ chịu lửa cao cần ưu tiên sử dụng làm nguyên liệu sản xuất gạch granit, sứ vệ sinh VLCL + Kaolin phong hóa từ pegmatit với khoáng vật đặc trưng kaolinit, ilit, haloysit, goethit, chủ yếu thuộc hạng I, II, III có tính khả tuyển cao, Fe 2O3 thấp, độ chịu lửa trung bình đến thấp cần ưu tiên sử dụng làm nguyên liệu sản xuất sứ vệ sinh, gạch granit, gạch ceramic, men gốm sứ chất độn sản xuất giấy + Kaolin tái trầm tích kaolin phong hóa từ đá đá granit, aplit, ryolit, felsit, gabro bị felspat hóa, đá trầm tích, đá biến chất chủ yếu thuộc hạng IV KPH, Fe2O3 cao cần sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xương gạch ceramic, gốm sứ dân dụng, chất độn sản xuất thuốc trừ sâu, xà phòng Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn luận án 8.1 Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu luận án góp phần nhận thức đầy đủ toàn diện diện phân bố, đặc điểm chất lượng, tiềm tài nguyên lĩnh vực sử dụng kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam; đồng thời góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá tài nguyên hạng kaolin công nghiệp trạng thái nguyên khai vùng nghiên cứu nói riêng khoáng sản kaolin nước nói chung 8.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu luận án góp phần cung cấp cho nhà quản lý quan số liệu tổng hợp chung chất lượng, tài nguyên hạng kaolin công nghiệp khả khai thác, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên phục vụ nhu cầu cho lĩnh vực công nghiệp khác - Định hướng, phân chia khu vực sử dụng sử dụng hợp lý kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu kinh tế quản lý Nhà nước tài nguyên khoáng sản Cơ sở tài liệu luận án Luận án hoàn thành sở tài liệu thực tế NCS thu thập, khảo sát thực địa phân tích mẫu từ năm 2009 đến NCS thu thập xử lý phần mềm máy tính hàng nghìn mẫu hóa kaolin, phân tích bổ sung gần 100 mẫu kaolin, gồm phân tích thành phần hóa, độ hạt (34 mẫu); thạch học (10 mẫu); nhiệt rơnghen (24 mẫu), hiển vi điện tử quét, hiển vi điện tử truyền qua (30 mẫu) thuộc kiểu nguồn gốc khác Ngoài ra, NCS thu thập thông tin, số liệu từ báo cáo đo vẽ đồ địa chất khoáng sản khu vực tỷ lệ 1/200.000 1/50.000, báo cáo tìm kiếm, thăm dò, trạng sản xuất, chế biến, tiêu thụ kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam, tài liệu kaolin công bố nước tạp chí chuyên ngành, sách xuất mạng internet 10 Kết cấu luận án: Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án gồm chương: Chương 1: Đặc điểm địa chất - khoáng sản vùng Bắc Bộ Việt Nam Chương 2: Cơ sở lý luận phương pháp nghiên cứu Chương 3: Đặc điểm kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam Chương 4: Tài nguyên kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam Chương 5: Định hướng sử dụng phân chia khu vực sử dụng kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam 11 Nơi thực luận án Luận án hoàn thành Bộ môn Tìm kiếm - Thăm dò, Khoa Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Lâm TS Trần Ngọc Thái Trong trình hoàn thành luận án, NCS nhận quan tâm, giúp đỡ Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo sau Đại học, Khoa Địa chất, Bộ môn Tìm kiếm thăm dò, giúp đỡ Tổng cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, Cục Kiểm soát hoạt động khoáng sản miền Bắc, Cục Kiểm soát hoạt động khoáng sản miền Nam, Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh, Viện Thông tin lưu trữ địa chất, Viện khoa học Địa chất Khoáng sản, Văn phòng Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản quốc gia, Viện Khoa học công nghệ Vật liệu xây dựng, Liên đoàn địa chất Đông Bắc, Tây Bắc, bạn đồng nghiệp NCS nhận động viên, giúp đỡ tận tình GS.TS Đồng Văn Nhì, PGS.TS Đặng Xuân Phong, PGS.TS Đỗ Đình Toát, PGS.TS Nguyễn Quang Luật, PGS.TS Nguyễn Khắc Giảng, PGS.TS Nguyễn Phương, TS Đỗ Văn Nhuận, PGS.TS Lương Quang Khang, TS Nguyễn Tiến Dũng, PGS.TS Kiều Quý Nam, PGS.TS Bùi Hoàng Bắc, TS Khương Thế Hùng nhiều nhà khoa học khác NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cán hướng dẫn, lãnh đạo quan nhà khoa học có công trình nghiên cứu trước cho phép NCS tham khảo, kế thừa sử dụng luận án NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT - KHOÁNG SẢN VÙNG BẮC BỘ VN 1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên lịch sử nghiên cứu địa chất 1.1.1 Điều kiện tự nhiên - Vị trí vùng nghiên cứu: có ranh giới phía nam từ Ninh Bình trở ra, phía bắc giáp Trung Quốc, phía tây giáp Lào phía đông giáp biển Đông; với diện tích116.334 km2 - Đặc điểm địa hình: đa dạng phức tạp, đan xen kiểu địa hình núi cao, núi trung bình, đồi núi thấp địa hình đồng hình thành khu vực có điều kiện địa chất - kiến tạo với lịch sử phát triển riêng - Sông suối: vùng nghiên cứu có mạng lưới sông suối dày đặc, trung bình 1km có gần 1km sông suối với 03 hệ thống sông gồm: Hệ thống sông Bằng Giang - Kỳ Cùng, Hệ thống sông Thái Bình Hệ thống sông Hồng - Cơ sở hạ tầng: có mạng lưới giao thông tương đối phát triển, tỉnh đồng sông Hồng, bao gồm đường bộ, đường thuỷ, đường sắt, đường hàng không; có mức độ phát triển kinh tế, mật độ dân cư không đồng 1.1.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất kaolin vùng Bắc Bộ Việt Nam - Giai đoạn trước năm 1954: chủ yếu công trình nhà địa chất Pháp nghiên cứu địa chất khu vực kết hợp với tìm kiếm khoáng sản mức độ sơ lược - Giai đoạn sau năm 1954: công tác điều tra địa chất khu vực, tìm kiếm thăm dò khoáng sản, có kaolin tiến hành cách có hệ thống, tiêu biểu công trình nghiên cứu sau: loạt tờ đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1/200.000 1/50.000 đề tài nghiên cứu liên quan đến kaolin như: "Quaczit thứ sinh vùng Tấn Mài số khoáng sản liên quan với chúng" Trần Xuân Toản (1983); "Thành phần khoáng vật số kiểu kaolin VPH Việt Nam phương pháp tính định lượng khoáng vật thành tạo kaolin phong hóa" Trần Ngọc Thái, Trương Quang Di nnk, (1991); "Nghiên cứu nguồn kaolin Hoàng Liên Sơn Vĩnh Phú phục vụ sản xuất giấy xuất khẩu" Lý Bá Tiến nnk, (1993); "Báo cáo xác lập luận khoa học, đánh giá định lượng, định hướng phát triển việc sử dụng hợp lý tài nguyên khoáng sản Việt Nam đến năm 2020" Nguyễn Linh Ngọc nnk, (2001) Tóm lại: công trình nghiên cứu nêu làm sáng tỏ địa tầng, magma khoáng sản liên quan nói chung, kaolin nói riêng, chưa có đề cập nghiên cứu chuyên sâu đánh giá tiềm tài nguyên kaolin tài nguyên hạng kaolin công nghiệp điều kiện tự nhiên với nguồn gốc thành tạo khác làm sở đề xuất định hướng sử dụng hợp lý, tiết kiệm tài nguyên khoáng kết hợp với bảo vệ môi trường 1.2 Đặc điểm địa chất - khoáng sản 1.2.1 Vị trí vùng nghiên cứu bình đồ cấu trúc Việt Nam - Các địa khu lục địa tiền Cambri tái cải biến Phanerozoi đặc trưng địa khu biến chất cao Hoàng Liên Sơn Phu Hoạt - Nậm Sư Lư - Hệ tạo núi đa kỳ Neoproterozoi - Mesozoi sớm gồm phân hệ tạo núi đa kỳ Neoproterozoi - Mesozoi sớm Việt - Trung phân hệ tạo núi đa kỳ Paleozoi Mesozoi sớm Đông Dương - Các trũng nội lục Paleozoi muộn - Kainozoi gồm hệ rift nội lục Permi muộn Mesozoi, hệ rift nội lục sau va chạm Mesozoi trũng nội lục Kainozoi - Địa tầng: tham gia vào cấu trúc địa chất vùng Bắc Bộ Việt Nam gồm thành tạo biến chất, trầm tích lục nguyên xen phun trào, trầm tích lục nguyên, trầm tích lục nguyên - carbonat có tuổi từ Tiền Cambri đến Đệ Tứ, với 123 hệ tầng hệ Đệ tứ không phân chia, địa tầng có liên quan đến kaolin + Thành tạo Tiền Cambri (PR): Hệ tầng Núi Con Voi (PR1 nv), Hệ tầng Ngòi Chi (PR1-2 nc), Hệ tầng Suối Chiềng (PR1 sc), Hệ tầng Thạch Khoán (PR2 -ϵ1 tk) + Thành tạo Cambri () : Hệ tầng Thần Sa (ε2-3 ts) + Thành tạo Devon (D): Hệ tầng Bản Nguồn (D1 bn) + Các thành tạo Pecmi - Trias (P - T): Hệ tầng Viên Nam (P3c vn), Hệ tầng Nà Khuất (T2l nk), Hệ tầng Khôn Làng (T2a kl), Hệ tầng Sông Bôi (T2l-T3c sb), Hệ tầng Văn Lãng (T3n-r vl), Hệ tầng Hòn Gai (T3n-r hg) + Thành tạo Jura - Creta (J - K): Hệ tầng Tú Lệ (J3 - K1 tl) + Thành tạo Neogen (N): Hệ tầng Đồng Ho (N13 đh) 1.2.3 Magma xâm nhập: thành tạo magma xâm nhập phong hóa thành kaolin chủ yếu magma thành phần axit, đá magma xâm nhập thành phần bazơ + Magma xâm nhập thành phần axit: Phức hệ Tân Phương (1PZ1 tp), Phức hệ Sông Chảy (PZ1-2 sc), Phức hệ Ngân Sơn (aD3 ns), Phức hệ Tân Hương (γE3-n1 th), Phức hệ Yê Yên Sun (γE2 ys) + Magma xâm nhập thành phần bazơ: Phức hệ Núi Chúa (ν P3 - T1 nc) 1.2.4 Khái quát đặc điểm cấu trúc kiến tạo vùng BB Việt Nam - Các đơn vị kiến tạo THTKT + Hệ rift nội lục Permi - Mesozoi Sông Hiến - An Châu gồm THTKT: * THTKT rift nội lục trầm tích núi lửa - pluton Permi muộn - Trias * Tổ hợp trầm tích lục nguyên lục địa, lục địa Trias - muộn + Hệ rift nội lục Permi muộn - Mesozoi Sông Đà - Tú Lệ gồm THTKT: * Các THTKT rift nội lục Permi muộn - Trias muộn, Carni * THTKT trầm tích lục nguyên lục địa, lục địa Trias muộn, Nori - Creta + Hệ rift nội lục sau va chạm Mesozoi Sầm Nưa - Hoành Sơn gồm THTKT: tổ hợp thạch - kiến tạo rift nội lục Trias giữa, tổ hợp thạch - kiến tạo chứa than lục địa màu đỏ Trias muộn, Nori - Jura tổ hợp thạch - kiến tạo trầm tích - núi lửa sau cung Jura muộn - Các hệ thống đứt gãy chính: hệ thống đứt gãy vùng Bắc Bộ Việt Nam, gồm: đới đứt gãy Cao Bằng - Tiên Yên; đới đứt gãy Yên Minh - Ngân Sơn; đới đứt gãy Sông Lô; đới đứt gãy Yên Tử - Tấn Mài; đứt gãy sông Chảy; đới đứt gãy sông Hồng 1.2.5 Khoáng sản: vùng Bắc Bộ Việt Nam phong phú đa dạng khoáng sản, có loại khoáng sản có tiềm lớn than, sắt, đồng, chì - kẽm, đất hiếm, kaolin, felspat, talc, đá ốp lát v.v phân bố thành tạo địa chất khác CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý luận 2.1.1 Khái niệm kaolin nguồn gốc thành tạo 2.1.1.1 Khái niệm chung a) Kaolin: hay khoáng sản kaolin thuật ngữ dùng để loại khoáng chất công nghiệp có thành phần khoáng vật chủ yếu kaolinit số khoáng vật khác ilit, montmorilonit, thạch anh v.v b) Kaolinit: nằm nhóm khoáng vật sét, nay, giới nhiều quan điểm việc phân loại khoáng vật sét nên có nhiều kiểu phân loại, xếp nhóm kaolinit khác Theo phân loại Hiệp hội nghiên cứu sét quốc tế AIPEA (theo Robert M nnk, 2013), nhóm kaolinit gồm khoáng vật: kaolinit, dickit, nacrit có chung công thức lý thuyết Al2(OH)4[Si2O5]; haloysit 7Ao có công thức lý thuyết Al2(OH)4[Si2O5], haloysit 10Ao có công thức lý thuyết Al2(OH)4[Si2O5].2H2O hisingerit có công thức lý thuyết (Fe3+)2(OH)4[Si2O5].2H2O 2.1.1.2 Nguồn gốc thành tạo: kết nghiên cứu xác nhận có ba loại nguồn gốc thành tạo kaolin phong hóa, nhiệt dịch biến chất trao đổi tái trầm tích - Nguồn gốc phong hóa: hình thành phong hóa đá magma thành phần từ axit đến bazơ, đá biến chất đá trầm tích giàu khoáng vật felspat - Nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi: hình thành phản ứng thay trao đổi dung dịch nhiệt dịch có độ pH