Nhân dịp Năm Mới 2019, xin kính tặng độc giả trang website Công ty Địa chất mỏ-TKV bài viết về Bể than Đồng bằng Sông Hồng (tham dự GEOSEA XV), nơi nhiều thế hệ địa chất của công ty đã tham gia tìm kiếm thăm dò. Chúc mọi người nhiều sức khỏe, niềm vui; chúc Công ty ổn định, phát triển. 

                                        Phí Chí Thiện - Nguyên kĩ sư địa chất VMG

MỘT SỐ THÔNG TIN, NHẬN ĐỊNH MỚI VỀ BỂ THAN

Bể than Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) được phát hiện vào năm 1960 nhờ công trình tìm kiếm và thăm dò dầu khí (LK1 xã Phùng Hưng- Khoái Châu). Từ năm 1960 đến nay, tại bể than ĐBSH  ngoài các công trình địa chất dầu khí, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dò, điều tra, đánh giá địa chất than. Công trình địa chất than bao trùm và hệ thống hơn cả là “Đề án điều tra, đánh giá tổng thể tài nguyên than phần đất liền bể than ĐBSH” được Tổng cục Địa chất và Khoáng sản thực hiện từ năm 2012.

Trên cơ sở kết quả các công trình địa chất dầu khí và địa chất than đã thi công ở ĐBSH, bài viết này muốn gửi tới người đọc một số thông tin và nhận định mới về địa chất bể than ĐBSH.

               Hình 1: Sơ đồ các vùng đã và đang điều tra, đánh giá

I.)   VỀ ĐỊA TẦNG BỂ THAN VÀ ĐỊA TẦNG CHỨA THAN

Cột địa tầng tổng thể của bể than đã được các nhà địa chất Dầu khí xác lập  đến nay không thay đổi. Các công trình khoan điều tra gần đây có chiều sâu hầu hết tới mức -1100m (chưa khống chế hết địa tầng chứa than) , các tuyến đo địa chấn 2D mới đây mới đến mức -2500m. Do vậy phần địa tầng phía dưới như hệ tầng Phù Tiên (E₂pt), hệ tầng Đình Cao (E_2-3đc), hệ tầng Phong Châu (N₁¹pch), hệ tầng Phù Cừ (N₁²pc) không có thông tin mới; Các hệ tầng như Vĩnh Bảo(N₂vb) , Hải Dương (Q₁hd) , Kiến Xương (Q₂kx)  nằm phía trên hệ tầng chứa than Tiên Hưng  thay đổi không nhiều so với kết quả nghiên cứu trước đây. Dưới đâychúng tôi nói về việc phân chia hệ tầng Tiên Hưng có chứa than ra các phụ hệ tầng; phân chia và đồng danh các tập vỉa than có trong phụ hệ tầng- là vấn đề mới so với các kết quả nghiên cứu, điều tra trước đây.

Kết quả khoan điều tra từ năm 2012- 2017, cho thấy các trầm tích lục địa hệ tầng Tiên Hưng (N₁³th) có bề dày thay đổi từ 960 - 1950m, bao gồm các trầm tích có tính phân nhịp rõ ràng, phần thô thường dày hơn phần mịn, với các nhịp bắt đầu bằng sạn kết, cát kết chuyển lên bột kết, sét kết, sét than xen nhiều vỉa than nâu (khoảng trên 70 vỉa- gọi là vỉa khi chúng phân bố độc lập và có chiều dày ≥ 0,3m). Hệ tầng Tiên Hưng nằm không chỉnh hợp trên hệ tầng Phù Cừ (N₁²pc) và dưới hệ tầng Vĩnh Bảo (N₂vb).

Dựa trên cơ sở tài liệu khoan và đo địa chấn 2D, chúng tôi chia hệ tầng Tiên Hưng ra ba phụ hệ tầng (tương tự của PVN đã phân chia). Mỗi phụ hệ tầng có chứa từ 1 đến 3 tập vỉa than. Nằm giữa hai tập vỉa là tập đá hạt thô chủ yếu là cát kết hạt lớn có xen kẹp ít bột kết và lớp than mỏng hoặc thấu kính than.  Ranh giới các tập vỉa than thường tương đồng với ranh giới các mặt phân tập địa chấn và chiều dày tập vỉa tương đồng với chiều dày tập địa chấn chứa than.Tập vỉa là tập hợp gồm các lớp đá và các vỉa than nằm đan xen;  tỉ lệ các lớp đá hạt mịn cao, tính phân nhịp rõ, mật độ chứa than cao, số lượng các lớp và vỉa than trong tập nhiều hơn và thường có một vài vỉa có chiều dày >2m và duy trì khá liên tục trên diện rộng. Tập địa chấn chứa than thường có trường sóng phản xạ phân lớp song song, có độ liên tục tốt, biên độ cao,tần số trung bình- cao. Các tập địa chấn không chứa than tương ứng với tập đá hạt thô nằm xen giữa hai tập vỉa than và đặc trưng bởi trường sóng phản xạ có độ liên tục kém, ít phân lớp, biên độ, tần số thấp. Các tập vỉa than đã liên kết tương đối tin cậy từ Giao Thủy- Tiền Hải lên đến Đông Hưng.

+  Phụ hệ tầng Tiên Hưng dưới chứa 2 tập vỉa là Tập vỉa 1­­a và tập vỉa1 với trên 20 vỉa than. Chiều dày phụ hệ tầng > 500m.

+ Phụ hệ tầng Tiên Hưng giữa chứa tập vỉa 2 với khoảng 22 vỉa than. Chiều dày phụ hệ tầng ≈ 560m

+ Phụ hệ tầng Tiên Hưng trên chứa khoảng 34 vỉa than với 3 tập vỉa gồm tập vỉa 3, tập vỉa 4 và tập vỉa 5; chiều dày phụ hệ tầng khoảng 500m.

Các vỉa than hầu hết thuộc loại có chiều dày rất mỏng (<0,7m), mỏng (0,7-1,2m) đến trung bình (1,2-3,5m); số vỉa dày (>3,5m)  chỉ khoảng 2-5 vỉa. Đa số các vỉa có chiều dày không ổn định và duy trì không liên tục. Các tập vỉa cũng không duy trì liên tục cả về số lượng vỉa, chiều dày từng vỉa cũng như diện phân bố của tập vỉa.

II.)   VỀ CẤU TRÚC, CẤU TẠO BỂ THAN

Nền cấu trúc, cấu tạo bể than kế thừa toàn bộ các kết quả xác lập trước đây của PVN. Kết quả đo địa chấn 2D mới đây đã làm rõ và chính xác hơn một số vị trí các đứt gãy, xác lập mới một số đứt gãy nhỏ . Cụ thể:

-  Đứt gãy Vĩnh Ninh dịch chuyển về phía đông bắc (so với xác lập cũ của PVN) với khoảng cách từ 200-700m.

- Đứt gãy Thái Bình dịch chuyển về phía đông nam (so với xác lập cũ của PVN) với khoảng cách từ 1000-1500m và duy trì liên tục về phía tây bắc.

- Đứt gãy Tiền Hải dịch chuyển về phía đông nam so với xác lập cũ với khoảng cách từ 1200-1500m và tắt dần về phía tây bắc (tuyến 16)

- Đứt gãy Kiến Xương dịch chuyển về phía đông bắc với khoảng cách từ 1500-2500m và tắt dần về phía tây bắc (tuyến 8)

- Từ kết quả đo địa chấn 2D tuyến 8 và 12, xác lập mới đứt gãy nhỏ (đặt tên là đứt gãy Trà Lí - F.TL); đây là đứt gãy nghịch cắm tây nam chạy song song với F.VN và phân bố từ tuyến 8 (xã Đông Á) đến tuyến 12 (xã Hồng Thái) dài khoảng 8km; đây có thể là đứt gãy kéo theo của F.VN. Đứt gãy Trà Lí có thể thành tạo đồng thời với quá trình tạo than (?) và cả sau tạo than (địa tầng chứa than trong diện kẹp giữa F.TL với F.VN có số lượng vỉa ít hơn phần địa tầng ở phía tây nam F.TL – Hình 2).

-  Xác lập mới đứt gãy nhỏ (đặt tên là đứt gãy Giao Thủy - F.GT); đây là đứt gãy thuận cắm  nam , biên độ dịch chuyển nhỏ, chiều dài phân bố khoảng 5km. F.GT được phát hiện dựa theo kết quả đo địa chấn 2D tuyến 24 và 26.

  H.2 - Mặt cắt địa chất- địa chấn tuyến 12 (căt qua Kiến Xương- Thái Thụy)

Các kết quả phân tích mẫu, nghiên cứu chất lượng than cuả đề án điều tra, đánh giá tài nguyên than ĐBSH mới đây tương ứng với các kết quả phân tích, nghiên cứu trước đây. Nhận xét chung là than ĐBSH có mức độ biến chất thấp, nhãn than lignit đến subbituminous; than có độ tro thấp, nhiệt lượng tương đối cao, hàm lượng lưu huỳnh thấp, chất bốc cao; nhiệt độ nóng chảy của tro than cao. Do vậy than rất thích hợp sử dụng làm than năng lượng. Theo các tiêu chí chọn vùng khai thác than bằng công nghệ khí hóa than ngầm (UCG)  của một số đối tác nước ngoài như của Linc Energy (Úc), Ergo Exergy và Swan Hills (Canada) thì loại than này thích hợp với công nghệ UCG.

IV.) VỀ ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC MỎ

Trong quá trình thực hiện đề án điều tra-đánh giá than ĐBSH, đã lấy mẫu , nghiên cứu, thí nghiệm một số thông số kĩ thuật phục vụ xác định khả năng khai thác mỏ bể than ĐBSH. Công ty Địa chất mỏ-Vinacomin trong khi thăm dò phục vụ khai thác thử nghiệm than khu Nam Thịnh (Tiền Hải) cũng đã chú trọng lấy và phân tích mẫu, thí nghiệm ĐCCT, ĐCTV ( mẫu cơ lí đất đá, bơm nước thí nghiệm…), độ chứa khí mỏ của than. Các nghiên cứu, thí nghiệm trên đã làm sáng tỏ các thông tin về điều kiện khai thác than ĐBSH nói chung. Khái quát như sau:

* Về Địa chất công trình (ĐCCT):

- Đất các hệ tầng trên than gồm Kiến Xương, Hải Dương, Vĩnh Bảo chủ yếu là cat, cuội. sỏi xen sét mềm dẻo, chưa gắn kết, chứa nước tốt.

- Địa tầng chứa than Tiên Hưng các đá bột kết, sét kết gắn kết yếu, đá cát kết, sạn kết gắn kết rất yếu. Đá cát chiếm 70% chiều dàyđịa tầng trong đó có đến một nửa số lớp đá cát chưa gắn kết, bóp nhẹ là vỡ vụn bở rời. Cường độ kháng nén, kháng kéo của các mẫu cơ lí đá ( mẫu chỉ lấy được ở đá gắn kết yếu trở lên) thuộc loại thấp.Ví dụ : Giá trị cường độ kháng nén tự nhiên của đá vách các vỉa than khu Nam Thịnh như sau:

+ Cát kết: 32,40-784,17kg/cm², trung bình 332,68kg/cm²;

+ Bột kết: 49,23-253,72kg/cm², trung bình 129,11kg/cm²;

+ Sét kết: 26,32-308,12kg/cm², trung bình 114,34kg/cm².

Khả năng chịu áp lực của đá set kết vách trụ vỉa than và vỉa than cũng thấp (thí nghiệm xác định áp lực vỉa ở chiều sâu 396-397m lỗ khoan KH 01, khi nén tới áp suất 5at đá vách và vỉa than bị sập hoàn toàn).

Do mức độ biến chất tăng dần theo chiều sâu. Theo đó, từ mức cao -300 đến -700m các đá gắn kết rất yếu (đá cát thường chưa gắn kết) tương ứng than có nhãn linit là chính. Từ mức cao -700m trở xuống các đá gắn kết khá chắc, than chủ yếu là nhãn subbituminous đến bitumminous.

* Về Địa chất thủy văn (ĐCTV):

- Địa tầng trên than: chủ yếu là đá hạt thô, chưá nước tốt. Các lớp đá sét, bột không chứa nước thường phân bố ở dạng thấu kính nên vai trò cách nước kém. Địa tầng trên than được xem như một tầng chứa nước, lưu lượng trung bình tới 4,98 l/s (kết quả bơm LK SH2 xã Nam Thịnh).

- Địa tầng chứa than: các lớp đá cát, cát kết, sạn, sạn kết đều là lớp đá chứa nước; các lớp sét kết, bột kết và vỉa than là lớp cách nước hoặc nghèo nước thường  phân bố không liên tục và tạo ra các cửa sổ liên thông giữa các lớp, các tầng chứa nước với nhau. Nước ngầm trong địa tầng chứa than có lưu lượng khoảng  2,24 l/s ( kết quả bơm LK SH2- xã Nam Thịnh) và là nước có áp (LK KH01 xã Giao Thiện ở chiều sâu 752-758m chứa nước tự phun với lưu lượng Q = 0,04 l/s).

Nhìn chung điều kiện ĐCTV-ĐCCT bể than ĐBSH rất phức tạp và rất không thuận lợi cho khai thác mỏ bằng công nghệ hầm lò cũng như UCG

* Các yếu tố địa kĩ thuật khác liên quan đến khai thác mỏ:

+ Về độ chứa khí mỏ trong than thuộc loại thấp. Hàm lương và độ chứa khí cháy-nổ (CH_­4 + H₂) hầu hết đều thấp. Ví dụ độ chứa khí mỏ của than khu Nam Thịnh như sau:

- H₂: 0,00-0,02cm³/gkc, trung bình 0,01%cm³/gkc.

- CH₄: 0,01-0,30% cm³/gkc, trung bình 0,06% cm³/gkc.

- H₂+CH₄: 0,01-0,31% cm³/gkc, trung bình 0,06% cm³/gkc.

Độ chứa khí này it ảnh hưởng đến khai thác than bằng công nghệ hầm lò

+ Về địa nhiệt:Từ kết quả đo địa nhiệt ở 3 lỗ khoan của Đề án điều tra (SH102, SH104, SH105) có thể rút ra phông địa nhiệt chung của khu ven biển huyện Tiền Hải như sau:

- Từ trên mặt đến 300m nhiệt độ tối đa đến 30^oC;

- Từ 300- 500m từ 30⁰ đến 50⁰C;

- Từ 500- 800m từ 50⁰ đến 60⁰C;

- Từ 800- 1000m từ 55⁰ đến 75⁰C.

Phông địa nhiệt này tương đối cao và cũng tương ứng với các kết quả đo của PVN. Thông số này chỉ ảnh hưởng khi khai thác than bằng công nghệ hầm lò.

Số lượng vỉa, số tập vỉa than xác nhận có mặt trên cột địa tầng khá nhiều. Tuy vậy số lượng vỉa có chiều dày có thể khai thác được (là vỉa duy trì khá ổn định và có chiều dày >1m (nếu là khai thác hầm lò) chỉ khoảng <50%, vỉa có chiều dày > 3m (nếu là khai thác bằng công nghệ UCG) chỉ có khoảng 3-5 vỉa. Mặt khác các vỉa và tập vỉa không duy trì trải rộng cả bể than (mỗi vùng có số lượng tập vỉa và số vỉa khác nhau); do vậy số tài nguyên than thực tế của bể than ĐBSH có thể không đạt như một số nhận định trước đây (Báo cáo tổng kết địa chất và độ chứa than miền võng Hà Nội của Vũ Xuân Doanh năm 1986 dự tính tổng tài nguyên than miền võng Hà Nội là 210 tỉ tấn). Trên diện tích đã điều tra, đánh giá khoảng 230 km2 (vùng có tiềm năng nhất), tài nguyên tính được khoảng 13 tỉ tấn (tính với các vỉa dày ≥ 0,3m trở lên) trong này có khoảng 5 tỉ tấn nếu tính chỉ với các vỉa dày ≥ 1m.

Với các kết quả điều tra, đánh giá, thăm dò nhiều vùng của bể than ĐBSH, kết hợp với tài liệu địa chất dầu khí, chúng ta đã có bức tranh tổng quat và khá rõ về bể than. Bể than ĐBSH có cấu trúc địa chất thuộc loại đơn giản đến trung bình. Địa tầng chứa than dày, phân bố ở độ sâu từ -120m đến -2000m, chứa khoảng 6 tập vỉa than với trên 70 vỉa và có khoảng 40% số vỉa có chiều dày có thể khai thác được (vỉa dày ≥ 1m). Than thuộc loại than biến chất thấp, chất lượng than tốt, thích hợp dùng làm than năng lượng, phù hợp với công nghệ khai thác UCG. Số lượng tài nguyên than thuộc loại lớn.

Tại hội thảo khoa học “Đánh giá tiềm năng khai thác và sử dụng bể than ĐBSH” ( Liên hiệp các hội khoa học và kĩ thuật Việt Nam ngày 4/12/2018) các chuyên gia chuyên ngành đã có nhiều ý kiến về khả năng khai thác than ĐBSH. Nhận định tổng quát là: Bể than có đặc điểm địa kĩ thuật rất không thuận lợi cho khai thác than theo các công nghệ hiện có; khi khai thác sẽ chịu nhiều tác động tiêu cực về môi trường, xã hội...(bể than nằm ở vùng đồng bằng đông dân cư, vùng trọng điểm kinh tế, có nhiều công trình văn hóa lịch sử...) Hiện tại chưa xác định được công nghệ khai thác phù hợp, chưa tính toán được hiệu quả kinh tế do vậy khả năng đưa tài nguyên than ĐBSH vào khai thác trong thời gian tới là chưa khả thi. Việc khai thác than bể than ĐBSH là bài toán khó giải với tất cả mọi người (nhà khai thác, khoa học liên quan, nhà quản lí). Nhiều chuyên gia cho rằng: Chỉ sau khi có kết quả khai thác thử nghiệm mới tiếp tục xem xét có nên thăm dò tiếp và khai thác than bể than ĐBSH hay không. Và nên chọn khu thích hợp để mời đối tác nước ngoài có năng lực, kinh nghiệm cùng hợp tác đầu tư khai thác thử nghiệm.