Ph©n chia nhãm má th¨m dß vµ phng ph¸p th¨m dß quÆng urani b¾c

I. TỔNG QUAN VỀ URANI, THỰC TRẠNG VÀ NHU CẦU

Urani (U) có số thứ tự 92 trong Bảng tuần hoàn Mendeleev, nguyên tử lượng 238. Urani thiên nhiên có 3 đồng vị: U₂₃₈ chiếm 99,28 %; U₂₃₅ chiếm 0,71 % và U₂₃₄ 0,0051 % [6]. Urani ít tạo thành tụ khoáng, mặc dù trị số Clarke khá cao (2,6.10^-4%), cao hơn so với một số nguyên tố khác như As, Mo, Au, Br, Sb… Trong tự nhiên, đá càng giàu SiO₂ có hàm lượng urani càng cao. Trong tự nhiên có 155 khoáng vật mang urani, trong đó có 25-30 khoáng vật hiện đang được dùng để lấy U sử dụng trong ngành công nghiệp điện nguyên tử.

Có rất nhiều điều kiện để urani tích tụ trong quá trình hoạt động magma, hoạt động trầm tích, biến chất v.v... Theo điều kiện thành tạo, người ta tạm thời chia các tụ khoáng urani thành 3 nhóm nguồn gốc: nội sinh, ngoại sinh và biến chất.

Trên thế giới hiện biết có khoảng trên một chục tụ khoáng urani có quy mô lớn. Hiện nay có 21 quốc gia sản xuất urani và thori, trong đó có 10 quốc gia sản suất chiếm khoảng 90 % sản lượng của thế giới là Australia, Canada, Kazakstan, Namibia, Nigieria, Nga, Nam Phi, Ukraina, Mỹ và Uzbekistan. Hai nước hàng đầu sản xuất gần 50 % urani là Australia và Canada.

Sự biến đổi về cán cân năng lượng thế giới cùng với các biến động chính trị, kinh tế, quân sự đã thúc đẩy ngành công nghiệp khai thác và chế biến urani tăng nhanh vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX. Sản lượng khai thác vào những năm này đạt tới 45.000 tấn U/năm với giá thương phẩm khoảng 100 USD/kg.

Dự tính từ năm 2000 đến 2050, nhu cầu là 3.390 nghìn tấn U theo kịch bản nhu cầu thấp, 5394,1 nghìn tấn U theo kịch bản nhu cầu trung bình và 7577,3 nghìn tấn U theo kịch bản nhu cầu cao [3]. Hiện nay khai thác quặng urani bằng phương pháp lộ thiên chiếm khoảng 30 % đối với quặng trầm tích, phong hoá và 10 % từ quặng đi kèm, khoảng 12 % quặng biến chất và magma.

Dự kiến đến năm 2030 phương pháp khai thác hầm lò sẽ chiếm tới 60 %.

Công tác điều tra, thăm dò quặng urani ở Việt Nam được bắt đầu quan tâm từ sau năm 1975. Kết quả điều tra địa chất đã giúp phát hiện được một số tụ khoáng và điểm quặng urani tập trung ở Tây Bắc Bộ và Trung Trung Bộ. Tuy nhiên, mức độ điều tra địa chất còn sơ lược; hiện tại, chỉ có tụ khoáng Bình Đường được thăm dò sơ bộ, các điểm, tụ khoáng còn lại chỉ dừng ở mức độ điều tra, đánh giá ở tỷ lệ bản đồ 1:5000 và 1:2.000 [3].

Theo kế hoạch phát triển năng lượng đã được Chính phủ phê duyệt (Quyết định số 95/2000-QĐ-TTg ngày 22/6/2001) về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001-2010, có xét đến 2020, nếu các điều kiện cho phép, Nhà máy điện nguyên tử đầu tiên của nước ta có thể được xây dựng và đi vào hoạt động vào những năm 2015-2017. Để việc ra đời nhà máy điện nguyên tử đầu tiên ở nước ta thành hiện thực, cần thiết phải đẩy mạnh hơn nữa công tác điều tra, thăm dò địa chất các điểm quặng và tụ khoáng urani.

II. CÁC LOẠI HÌNH NGUỒN GỐC CỦA QUẶNG URANI

1. Nguồn gốc nội sinh

a. Pegmatit mang urani: Có liên quan với các thể xâm nhập granit nằm trong khối granit hoặc trong đá vây quanh tạo ra những thân có hình thái khác nhau (mạch, tường, thấu kính, ổ) có chiều dài vài mét đến ngàn mét, dày vài cm đến chục mét. Urani cùng thori, đôi khi đất hiếm, tồn tại ở dạng uraninit hoặc thế chỗ đồng hình trong tantal-niobat và titan-tantalat.

b. Quặng urani nguồn gốc nhiệt dịch: Liên quan với đá magma axit, có khi với đá xâm nhập bazơ nằm trong những hệ tầng trầm tích và núi lửa bị biến chất mạnh. Quặng urani phân bố trong các đứt gãy lông chim, khe nứt tách, thớ chẻ hoặc đới vỡ vụn. Thân quặng có dạng mạch hoặc dạng vỉa dày vài mm đến hàng mét, dài vài đến trăm mét. Urani tồn tại ở dạng nasturan, muối urani hoặc uraninit (không chứa Th và TR). Đi với chúng có các sulfur của Fe, Pb, Zn, Ag, Ni, Co, Bi, hematit và magnetit.

2. Nguồn gốc ngoại sinh

a. Trầm tích: Các tích tụ urani nguồn gốc hoá học nằm trong cặn của bể trầm tích và của vỏ phong hoá, đặc trưng là các thành tạo sau:

- Đá phiến chứa urani: Thường không có carbonat, nhưng giàu sulfur và chất hữu cơ. Diện phân bố thường rộng.

- Phosphorit chứa urani: Diện phân bố rộng. Urani chủ yếu đi với fluor-apatit, một phần với sét. Hàm lượng urani có khi tới 1 %.

- Cuội kết chứa urani: Chỉ có mặt trong cuội gắn kết bởi sericit - thạch anh và urani nằm ngay trong chất gắn kết ở dạng uraninit-tucholit, nasturan và banerit hay hợp chất với pyrit, sulfur Pb, Zn, Cu, Au tự sinh. Hàm lượng urani thường chiếm 0,1 %.

- Than chứa urani: Urani tồn tại ở dạng nasturan và muội urani, riêng ở đới oxy hoá gặp schroeckingerit, carnotit và carbonat urani ngậm nước.

- Cát kết chứa bitum rắn mang urani: Urani tồn tại ở dạng coffinit gắn kết chặt chẽ với bitum rắn.

- Cát kết chứa U-V (carnotit): Phân bố trong những bồn thuộc tướng hồ và vụng. Chất gắn kết là carbonat và sét.

- Sét vôi chứa urani: Phân bố trong trầm tích hồ.

- Urani ở vỏ phong hóa: Nằm ở đới oxy hoá của tụ khoáng nội sinh hoặc ở đới thấm lọc, cũng như trong hang động.

b. Quặng nguồn gốc biến chất: Phân bố trong các hệ tầng cát kết, cuội kết và carbonat, gồm những thân dạng vỉa kéo dài, đôi khi là các thân dạng mạch chứa tổ hợp khoáng vật đặc trưng cho tụ khoáng nhiệt dịch. Theo phân loại của Trung Quốc, có 3 loại quặng urani: quặng giàu có hàm lượng >0,3 % U₃O₈, quặng trung bình chứa 0,1-0,3 % U₃O₈ và quặng nghèo chứa dưới 0,1 % U₃O₈. Dựa vào kết cấu của khoáng vật, thành phần hoá học, đá chứa và đặc tính công nghệ v.v…, Trung Quốc [5] chia quặng urani thành 10 loại sau:

- Khoáng vật có đặc điểm vỡ vụn thấp nhất và đá chứa urani có muối axit silic cao;

- Khoáng vật urani có độ muối axit cao và hàm lượng fluorit nhiều;

- Quặng urani chứa đất hiếm hàm lượng cao;

- Quặng urani có độ muối axit silic thấp và hàm lượng muối axit carbon và sulfur cao;

- Quặng urani giàu hàm lượng hữu cơ, chứa đất hiếm hoặc hàm lượng phosphor cao;

- Quặng urani có hàm lượng muối axit thấp hoặc đá chứa vỡ vụn có hàm lượng muối axit carbon cao;

- Quặng urani chứa phosphor, fluorit, muối carbon axit cao;

- Quặng urani trong đá màu lục, đá chứa bị silic hoá sáng màu;

- Quặng urani phức hợp có nhiều đặc tính và chứa nhiều kim loại đi kèm;

- Quặng urani trong than.

III. CÁC LOẠI HÌNH QUẶNG URANI Ở VIỆT NAM

Theo cách phân loại của Uỷ ban Năng lượng Nguyên tử Quốc tế, các tụ khoáng urani của Việt Nam ứng với các kiểu dưới đây:

- Urani trong cát kết;

- Urani dạng mạch hoặc gần dạng mạch;

- Urani trong đá phun trào;

- Urani trong đá biến chất;

- Urani trong than;

- Urani trong trầm tích Đệ tứ.

IV. PHÂN CHIA NHÓM TỤ KHOÁNG THĂM DÒ URANI VIỆT NAM

Như đã đề cập bên trên, cho đến thời điểm hiện nay mức độ điều tra địa chất, tìm kiếm và thăm dò quặng urani ở Việt Nam còn sơ lược và nhiều hạn chế. Cơ sở tài liệu địa chất, kinh nghiệm điều tra, tìm kiếm và thăm dò quặng urani của các nhà địa chất Việt Nam nói chung, các nhà địa chất thăm dò nói riêng, còn nhiều hạn chế, gây cản trở không nhỏ cho việc đề xuất phân chia nhóm tụ khoáng thăm dò quặng urani có tính hợp lý và phù hợp với thực tiễn các tụ khoáng urani ở Việt Nam.

Để giải quyết vấn đề phân chia nhóm tụ khoáng thăm dò quặng urani trong điều kiện hiện tại và mức độ tài liệu ban đầu còn nhiều hạn chế, chúng tôi chủ yếu sử dụng phương pháp phân tích đối sánh với tài liệu nghiên cứu của nước ngoài, nhất là của Trung Quốc [4]. Trên cơ sở đối sánh với đặc điểm địa chất của các điểm quặng và tụ khoáng urani của Việt Nam với các tụ khoáng urani của Trung Quốc, ta thấy các điều kiện địa chất thành tạo quặng urani ở Trung Quốc có nhiều điểm tương đồng với Việt Nam.

1. Cơ sở phân chia nhóm tụ khoáng thăm dò

Theo "Quy định về phân cấp trữ lượng và tài nguyên khoáng sản rắn” ban hành theo Quyết định số 06/2006/QĐ-BTNMT ngày 7/6/2006 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường [1], các tụ khoáng khoáng sản rắn được phân thành 4 nhóm. Cơ sở chính để phân chia nhóm tụ khoáng thăm dò là các yếu tố: cấu trúc địa chất và hình thái thân quặng, quy mô tụ khoáng hoặc kích thước thân quặng và mức độ ổn định về chiều dày, hàm lượng các thành phần có ích và có hại chính trong thân quặng.

a. Về yếu tố cấu trúc địa chất và hình thái thân quặng, người ta thường chia làm 3 mức:

- Đơn giản: cấu trúc địa chất đơn giản, các thân quặng dạng lớp, vỉa, các mạch lớn duy trì liên tục, không bị đứt đoạn và không bị phá huỷ bởi các đứt gãy.

- Tương đối phức tạp (trung bình): cấu trúc địa chất tương đối phức tạp, các thân quặng dạng lớp, dạng vỉa, mạch lớn, thấu kính lớn, hình ống duy trì tương đối liên tục, phần chính của thân quặng ổn định, phần còn lại có thể không ổn định, bị phá huỷ bởi đứt gãy nhưng không đáng kể.

- Phức tạp: cấu trúc địa chất phức tạp đến rất phức tạp, các thân quặng có thể là mạch đơn lẻ hoặc hệ mạch phân bố không theo quy luật, các mạch dạng lưới, thấu kính, ổ, hình ống phân bố không liên tục và bị đứt gãy phá huỷ.

b. Yếu tố quy mô tụ khoáng hoặc kích thước thân quặng được phân thành các mức:

- Lớn: dài >500 m và độ sâu (hoặc rộng) >250 m, hoặc trữ lượng >3000 tấn U₃O₈.

- Trung bình: dài 200-500 m và độ sâu (hoặc rộng) 100-250 m, hoặc trữ lượng 1000-3000 tấn U₃O₈.

- Nhỏ: dài <200 m và độ sâu (hoặc rộng) <100 m, hoặc trữ lượng 100-1000 tấn U₃O₈.

c. Yếu tố về mức độ biến đổi chiều dày và hàm lượng được chia như sau:

Đối với chiều dày, dựa vào hệ só biến thiên V_m, người ta chia thành 4 mức:

- Ổn định: V_m < 60 %.

- Không ổn định: V_mtừ 60 đến 100 %.

- Rất không ổn định: V_mtừ 100 đến 150 %.

- Đặc biệt không ổn định: V_m > 150 %

d. Về hàm lượng các thành phần có ích và có hại chính, dựa vào hệ số biến thiên (V_c) chia ra 4 mức sau:

- Đồng đều: V_C < 60%.

- Không đồng đều: V_C từ 60 đến 100%.

- Rất không đồng đều: V_C từ > 100 đến 150%.

- Đặc biệt không đồng đều: V_C > 150 %.

2. Đề xuất phân chia nhóm tụ khoáng thăm dò quặng urani Việt Nam

Trên cơ sở các cách phân chia nhóm tụ khoáng thăm dò trình bày trên, có thể tạm thời chia quặng urani ở Việt Nam thành 3 nhóm tụ khoáng thăm dò (Nhóm I, II và III).

- Nhóm tụ khoáng I: Bao gồm các tụ khoáng hoặc phần tụ khoáng (gọi chung là tụ khoáng) có cấu trúc địa chất đơn giản với các thân khoáng là các lớp, vỉa, mạch lớn duy trì liên tục, không đứt đoạn và không bị đứt gãy phá huỷ; kích thước lớn đến trung bình (dài > 200 m, sâu hoặc rộng >100 m), bề dày ổn định (V_m< 60 %), các thành phần có ích và có hại chính phân bố đồng đều trong toàn thân khoáng (V_c < 60 %).

- Nhóm tụ khoáng II: Gồm các tụ khoáng có cấu trúc địa chất phức tạp trung bình và các thân khoáng dạng lớp, dạng vỉa, dạng mạch lớn, thấu kính lớn, hình ống duy trì tương đối liên tục, phần chính của thân khoáng ổn định, bị phá huỷ không đáng kể bởi đứt gãy; kích thước lớn đến trung bình (dài >200 m; sâu (hoặc rộng) >100 m); bề dày không ổn định (V_m: 60-100 %); các thành phần có ích và có hại chính phân bố không đồng đều trong toàn thân khoáng (V_c: 60-100 %).

- Nhóm tụ khoáng III: Là những tụ khoáng có cấu trúc địa chất phức tạp với các thân khoáng là những mạch phân bố không theo quy luật, các mạch dạng lưới, thấu kính, ổ, dạng ống phân bố không liên tục và bị đứt gãy phá huỷ; kích thước trung bình đến nhỏ (dài < 200 m; rộng (hoặc sâu) < 100 m); bề dày rất không ổn định (V_m > 100 %); các thành phần có ích và có hại chính phân bố rất không đồng đều trong toàn thân khoáng (V_c >100 %).

Với dẫn liệu và các tiêu chuẩn phân chia nhóm tụ khoáng thăm dò nêu trên, chúng tôi cho rằng hầu hết các điểm, tụ khoáng urani đã xác nhận ở Việt Nam chủ yếu thuộc nhóm tụ khoáng III, không loại trừ khả năng phát hiện một số khu vực thuộc nhóm tụ khoáng II.

V. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ

1. Lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò

Cho đến nay, ở Việt Nam kinh nghiệm thăm dò quặng urani còn rất hạn chế. Trên cơ sở tổng hợp tài liệu tìm kiếm và thăm dò ở một vài tụ khoáng trong nước và các văn liệu nước ngoài, chúng tôi tạm thời đề xuất phương pháp thăm dò áp dụng cho công tác thăm dò quặng urani độc lập, đó là:

- Tiến hành đo vẽ bản đồ địa chất - thạch học: Tuỳ thuộc vào độ phức tạp và quy mô của diện tích đo vẽ để lựa chọn tỷ lệ 1:1000 - 1: 5000. Mạng lưới điểm quan sát 50 × 20 m.

- Sử dụng các phương pháp địa vật lý xạ: Đo gamma có màn chắn, đo phổ gamma, đo khí phóng xạ, gamma lỗ choòng, đo địa vật lý lỗ khoan và lấy các loại mẫu….

- Thi công các công trình: khoan, khai đào (hào, giếng, lò), kết hợp lấy các loại mẫu để đánh giá chất lượng và tính toán tài nguyên, trữ lượng.

Trong quá trình thăm dò phải đồng thời tiến hành công tác nghiên cứu về đặc điểm địa chất thuỷ văn, địa chất công trình, điều kiện khai thác tụ khoáng và công tác nghiên cứu môi trường, đặc biệt môi trường phóng xạ.

2. Về mạng lưới bố trí công trình thăm dò

Trên cơ sở phân tích đặc điểm địa chất, đặc điểm phân bố các thân quặng chính, đặc điểm địa hình - địa mạo và kiểu quặng urani mà quyết định sử dụng công trình khoan hay công trình khai đào hoặc phối hợp cả hai trong thăm dò. Tổng hợp kết quả nghiên cứu trong các công trình [2-4] và tham khảo tài liệu nước ngoài [4, 5], các tác giả đề xuất mạng lưới thăm dò định hướng bố trí công trình thăm dò các tụ khoáng urani Việt Nam. Như đã đề cập, các tụ khoáng urani ở Việt Nam đã xác nhận chủ yếu thuộc nhóm tụ khoáng thăm dò loại III. Song, trong phần này các tác giả đề xuất mạng lưới có tính định hướng chung cho từng nhóm tụ khoáng thăm dò. Đề xuất này cần được nghiên cứu bổ sung và từng bước hoàn thiện nhằm đáp ứng yêu cầu trước mắt và lâu dài nhằm của công tác thăm dò quặng urani phục vụ chương trình phát triển nguồn năng lượng điện nguyên tử, góp phần phát triển kinh tế xã hội.

Bảng 1. Mạng lưới định hướng các công trình thăm dò quặng urani Việt Nam.

Nhóm mỏ thăm dò	Loại hình công trình thăm dò	Cấp trữ lượng
		121		122
		Theo đường phương (m)	Theo hướng cắm (m)	Theo đường phương (m)	Theo hướng cắm (m)
II	Khoan	50	50	50 - 100	50 - 100
II	Khai đào theo hình lưới	10 - 25	10 - 25	25 - 50	25 - 50
III	Khoan			25 - 50	25 - 50
III	Khai đào theo hình lưới			10 - 25	10 - 25