Tài nguyên thiên nhiên và tài nguyên năng lượng

CHƯƠNG 17

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN &
TÀI NGUYÊN NĂNG LƯỢNG
1. Tài nguyên thiên nhiên
 Nguồn gốc các tụ khoáng
 Tích tụ khoáng sản và kiến tạo mảng
2. Tài nguyên năng lượng
 Năng lượng MT
 Năng lượng hạt nhân
 Nhiên liệu hóa thạch
1


Hầu hết vật liệu Trái đất được sử dụng







Kim loại để chế tạo máy
Cát cuội xây dựng
Đá vôi và thạch cao cho bê tông
Sét làm gốm sứ
Vàng, bạc, đồng và nhôm làm dây dẫn điện
Kim cương và đá quý làm đồ trang sức

2

3








Tích tụ khoáng sản – tụ khoáng là một thể đá
giàu một hay nhiều vật liệu hữu ích cho con
người – bất kỳ loại vật chất nào từ Trái đất.
Một số KS được tìm thấy dưới đất; không phải
qua chế biến hay chế biến rất ít (muối, đá quý,
cát, cuội).
Nhiều loại phải chế biến trước khi sử dụng:
Sắt là thành phần cơ bản của nhiều KV, qui trình
trích xuất sắt khác nhau cho các KV khác nhau.
Ít tốn kém nhất là các KV oxid như Hematit
(Fe2O3), magnetit (Fe3O4), hay limonit [Fe(OH)].

4


Nhôm là nguyên tố phong phú thứ ba trong Vỏ
Trái đất, trong các KV tạo đá như feldspars
(NaAlSi3O8, KalSi3O8, & CaAl2Si2O8, nhưng chi phí
trích xuất nhôm cao) → các tích tụ chứa KV
gibbsite [Al(OH)3] thường được tìm kiếm.

→ chế biến nhôm cao vì nhôm ở dạng hydroxid
chứ không phải oxy hay silic.
Chi phí chiết xuất cao, giá công nhân và giá năng
lượng thay đổi từ nước này sang nước khác và
theo thời gian.
Hàm lượng càng cao, giá trị kinh tế càng lớn.
 Quặng là tích tụ khoáng vật từ đó có thể trích
xuất một hay nhiều hợp chất có giá trị kinh tế.
Một tích tụ quặng bao gồm các KV quặng chứa
5
hợp chất có giá trị.


Lợi nhuận quyết định cấp hay hàm lượng của hợp
chất trong tích tụ.
 Các hợp chất khác nhau yêu cầu hàm lượng công
nghiệp khác nhau.
 Hàm lượng thay đổi tùy theo điều kiện kinh tế như nhu
cầu và chi phí trích xuất.
Td:
 Hàm lượng Cu trong mỏ đồng thay đổi theo lịch sử. Từ
1880- 1960 cấp quặng cho thấy giảm dần khoảng từ
3% đến 1%, chủ yếu do hiệu quả khai thác tăng. Từ
1960 – 1980 cấp tăng hơn 1% do giá năng lượng tăng
và nhân công rẻ hơn.


6

Vàng thay đổi giá hàng ngày. Khi giá vàng cao, các mỏ
ngưng khai thác sẽ được khai thác lại. Khi giá vàng hạ,
đóng cửa mỏ vàng.
 Ở Mỹ giá nhân công cao nên chỉ khai thác một số ít mỏ
vàng. Nhưng ở các nước đang phát triển giá công nhân rẻ
nên các mỏ vàng có hàm lượng thấp hơn so với Mỹ vẫn
được khai thác có lãi.
 Hàm lượng đạt giá trị công nghiệp sẽ khác nhau đối với
các KS khác nhau. Hàm lượng đạt giá trị kinh tế được
phân chia dựa vào hàm lượng trung bình của khoáng sản
đó trong vỏ Trái đất → xác định hệ số tập trung.
Vd: Al, có hàm lượng trung bình trong vỏ TĐ là 8%, có hệ số
tập trung 3- 5 (mỏ chỉ có giá trị kinh tế khi hàm lượng Al đạt
từ 3- 4 lần so với hàm lượng trung bình trong VTĐ) nghĩa
là hàm lượng Al khoảng 24-32% khai thác có lãi.
7


Substance

Average Crustal
Abundance, %

Concentration
Factor

Al (Aluminum)

8.0

3-4

Fe (Iron)

5.8

6-7

Ti (Titanium)

0.86

Cr (Chromium)

0.0096

4,000 - 5,000

Zn (Zinc)

0.0082

300

Cu (Copper)

0.0058

100 - 200

Ag (Silver)

0.000008

1000

Pt (Platinum)

0.0000005

600

Au (Gold)

0.0000002

4,000 - 5,000

U (Uranium)

0.00016

25 - 100

500 - 1000
8


Nguồn gốc các tụ khoáng


Tụ khoáng nội sinh






Tụ khoáng nhiệt dịch Tập trung do dung dịch giàu
nước nóng đi vào qua các khe nứt và lỗ hỗng trong đá.
Tích tụ nhiệt dịch hình thành khi nước dưới đất tuần
hoàn xuống sâu và nóng lên do đi đến thể đá núi lửa
nóng dưới sâu hay do địa nhiệt dưới sâu. Nước nóng
có thể hòa tan các vật chất có giá trị kinh tế của các thể
đá lớn.
Do nước nóng di chuyển vào nơi nguội hơn của vỏ T
Đ, các vật chất hòa tan ngưng tụ. Nếu nguội lạnh
nhanh chóng ở trong các khe nứt mở hay gặp nước
nguội hơn trên bề mặt, ngưng tụ và hàm lượng cao
hơn hàm lượng của đá bị hòa tan.
9




Các tụ khoáng quặng sulfur ở trung tâm tách giãn đại
dương. Dung dịch nóng bên trên lò magma ở SNGĐD có thể
lấy Sulfur, Cu, Zn từ các đá trên đường đi. Khi dung dịch trở
lại đáy biển, chúng tiếp xúc với NDĐ nguội hơn và đột ngột
hình thành sphalerite (ZnS), chalcopyrite (CuFeS2).

Tụ khoáng dạng mạch quanh các khối xâm nhập. Nước
nóng tuần hoàn quanh các khối xâm nhập thải kim loại và
silic từ đá vây quanh và khối xâm nhập. Khi dung dịch này
tiêm nhập vào các khe nứt mở nguội nhanh chóng và hình
thành thạch anh và các khoáng vật sulfur hoặc vàng, bạc.
 Tụ khoáng trầm tích trong hồ hoặc trầm tích biển:
Khi NDĐ nóng chứa các kim loại quý theo dòng chảy đi vào
các trầm tích bở rời đáy hồ hay biển, chúng kết tủa thành các
KV quặng trong lỗ hổng giữa các hạt vụn, có hàm lượng cao
như galena (PbS), sphalerite và chalcopyrite. Vì chúng nằm
trong trầm tích nên gọi là tích tụ khoáng sản trầm tích.


10


Tụ khoáng magma – khoáng sản tập trung trong các thể
xâm nhập của quá trình kết tinh phân đoạn và kết tinh.
Quá trình magma như nóng chảy bộ phận, phân dị kết tinh
hay kết tinh trong lò magma có thể tập trung KV quặng có
giá trị
Pegmatites – magma tàn dư chứa nhiều silic và khí cùng
với các nguyên tố như đất hiếm như Lithium, Tantalum,
Niobium, Boron, Beryllium, Gold, và Uranium. Các tàn tư
này thường tiêm nhập vào khe nứt quanh khối xâm nhập
và kết tinh thành đá pegmatit có tinh thể lớn.
Phân dị kết tinh: Trong quá trình kết tinh từ magma, các
KV nặng chìm xuống đáy lò magma như chromit, olivin, và
Ilmenit chứa nhiều Chromium, Titanium, Platinum, Nickel

và Iron. Các nguyên tố này chiếm hàm lượng cao hơn
trong những lớp nằm ở đáy lò magma.


11




Tụ khoáng ngoại sinh
 Tụ khoáng trầm tích: vật chất được tập trung do kết tủa
hóa học từ hồ hay biển- là các KV chứa các chất có giá trị
kết tủa trực tiếp trong nước.
 Tích tụ bay hơi: sự bốc hơi của nước hồ hay biển sẽ làm
vật chất hòa tan bão hòa kết tủa như muối, thạch cao,
borax và sylvite.
 Thành hệ sắt: các thành tạo này là chert giàu sắt. Một số
KV chứa sắt khác được thành tạo trong bồn ở LĐ trong
Proterozoic (cách nay 2 tỉ năm) được xem là các KV bay
hơi.

12


Tụ khoáng sa khoáng – khoáng sản được tập trung do
dòng chảy mặt hay dọc bờ biển. Khi vận tốc dòng chảy
giảm, các KV có kích thước lớn hay có tỉ trọng lớn sẽ lắng
đọng. Các KV nặng như vàng, kim cương và magnetit có
kích thước tương tự như thạch anh (có tỉ trọng nhỏ hơn)
sẽ lắng đọng ở vận tốc lớn hơn  KV nặng sẽ tập trung ở

những vùng nước chảy có vận tốc thấp → tích tụ sa
khoáng.
Cơn sốt vàng ở California năm 1849 bắt đầu khi người ta
tìm thấy vàng sa khoáng trong dòng chảy ở núi Sierra
Nevada Mountains. Vàng gốc được hình thành trong các
mạch nhiệt dịch, sau đó bị xâm thực được dòng chảy
mang đi hình thành tích tụ sa khoáng.


13


Tụ khoáng tàn dư – vật chất được tập trung do quá
trình phong hóa hóa học.
Trong quá trình phong hóa hóa học, các thể đá nguyên thủy
bị giảm khối lượng do thấm lọc mang các ion ra khỏi đá
gốc.
Các nguyên tố thấm lọc từ đá gốc có hàm lượng cao hơn
hàm lượng trong tàn tích. Quan trọng nhất là NhômBauxite hình thành trong vùng nhiệt đới nhiệt độ cao,
nhiều nước, qua quá trình phong hóa hóa học sẽ hình
thành đất giàu sắt và nhôm. Các mỏ bauxite có tuổi trẻ vì
được hình thành gần mặt đất và dễ dàng bị mang đi do
hoạt động xâm thực trong thời gian dài.


14


Tụ khoáng và kiến tạo mảng


Các tích tụ KS được hình thành ở những môi
trường khác nhau  kiến tạo mảng giữ vai trò
quan trọng trong việc xác định môi trường địa
chất khác nhau.

15


2. Tài nguyên năng lượng
Năng lượng TĐ đến từ 2 ng̀n:
• Năng lượng Mặt trời: dưới dạng bức xạ điện từ.
• Năng lượng hạt nhân: trong TĐ từ các đờng vị
phóng xạ.


16


Năng lượng Mặt trời
 Năng lượng lấy trực tiếp từ MT

 Năng lượng MT dùng để làm nóng nước và sưởi ấm- có thể
được dùng để sản xuất điện bằng các tế bào quang điện.
 Năng lượng gió: Năng lượng MT đốt nóng không khí tạo
dòng đối lưu hình thành gió.
 Năng lượng nước: MT làm bay hơi các đại dương. Dòng đối
lưu của không khí làm nước từ nơi cao xuống thấp để sản
xuất ra điện.



Năng lượng lấy gián tiếp từ MT

 Năng

lượng sinh khối: l/q đến việc đốt cháy gỗ và các vật
chất hữu cơ khác hình thành từ quá trình quang hợp- quá
trình hóa học lấy năng lượng từ MT và lưu trữ năng lượng
trong vật liệu cho đến khi bị đốt cháy.
 Nhiên liệu hóa thạch: Năng lượng sinh khối bị chôn vùi trong
lòng đất, con người trích xuất và đốt cháy tạo năng lượng
(Dầu, khí, đá phiến chứa dầu, cát chứa dầu, than đá)
17


Năng lượng hạt nhân
 Năng lượng địa nhiệt: do sự phân hủy phóng xạ
sinh nhiệt, làm nhiệt độ gia tăng khi xuống sâu
và làm nóng chảy đá manti thành magma.
Magma mang nhiệt lên trên trong VTĐ. Sự tuần
hoàn nước dưới đất trong phạm vi của khối xâm
nhập mang nhiệt trở lại bề mặt .
Nếu nguồn nhiệt được giữ lại có thể dùng đ ể sưởi
ấm hay được bẫy lại ở dưới sâu trở thành hơi
nước chạy máy phát điện.

18

Năng lượng hạt nhân trực tiếp: Nhiệt từ sự
phân hủy đồng vị Uranium được sử dụng để tạo
hơi nước. Sự giãn nở của hơi nước được dùng
để chạy máy sản xuất điện. Trước đây được
xem là rẻ, sạch và an toàn. Nhưng hiện nay chất
thải phóng xạ - nỗi lo không an toàn cho con
người.
Các nguồn năng lượng cần kiến thức các nhà địa
chất, khoa học (Năng lượng gió, năng lượng
nước, nhiên liệu hóa thạch, năng lượng địa
nhiệt, năng lượng hạt nhân trực tiếp).


19


Nhiên liệu hóa thạch








Có nguồn gốc từ năng lượng sinh khối - quá trình
quang hợp - là phản ứng kết hợp của nước và CO2 từ
TĐ và khí quyển dưới ánh sáng để hình thành các
phân tử hữu cơ → thực vật và oxy.
 Quang hợp là quá trình cơ bản của sự sống.

Để hình thành nhiên liệu hóa thạch, vật chất hữu cơ
phải được chôn vùi nhanh chóng  không có sự oxy
hóa  các phản ứng h/h xảy ra để chuyển các phân
tử hữu cơ thành hydro carbon.
Dầu khí gồm các hydro carbon khác nhau, quan trọng
nhất là paraffin CnH2n+2
20


n

Formula

Compound

1 CH4

methane

2 C2H6

ethane

3 C3H8

propane

4 C4H10

butane

5 C5H12

pentane

6 C6H14

hexane

7 C7H16

heptane

8 C8H18

octane

9 C9H20

nonane

>9 various

various

Use

Natural Gas

Gasoline

Lubricating Oils, Plastics
21













Sự hình thành dầu khí
Vật chất hữu cơ (phiêu sinh, vi khuẩn) trầm tích cùng với
sét ở đại dương → dầu khí → thường là phiến sét.
Hầu hết dầu khí tích tụ trong các đá thấm như cát kết, đá
vôi hay đá có độ nứt nẻ cao → dầu sẽ dịch chuyển (như
nước dưới đất) vào các đá có tính thấm tốt hơn.
Phải dồi dào vật chất hữu cơ → bị chôn vùi nhanh chóng
→ các phản ứng h/h xảy ra chậm để biến đổi chất hữu cơ
thành các hydro carbon → trầm tích bị nén ép làm dầu di
chuyển đến các tầng thấm tốt hơn.
Dầu phải di chuyển vào bẫy dầu (đá không thấm) để dầu
không rò rỉ lên mặt đất.
Các quá trình phải xảy ra trong giới hạn nhiệt đợ và áp

śt thích hợp, nếu áp śt và nhiệt độ cao (biến chất hay
hoạt động magma), dầu sẽ bị phá hủy thành các chất vô
22
dụng chứa H và C




Bẫy dầu
 Vì dầu khí có tỉ trọng nhẹ nên sẽ di chuyển lên
gần mặt đất và tích tụ trong các bồn chứa có
cấu trúc địa chất có thể giữ dầu – các đá
không thấm nằm trên các đá thấm. Bẫy dầu
được chia ra làm 2 loại tùy theo cấu trúc địa
chất:
 Bẫy kiến trúc và bẫy địa tầng. Khí tự nhiên sẽ
nằm trên dầu, dầu trên nước trong các lỗ hỗng
của đá do sự khác biệt về tỉ trọng.

23


• Bẫy kiến trúc
Nếp lồi – Nếu đá thấm như cát kết hay đá vôi xen
kẽ với đá không thấm như phiến sét hay đá bùn,
và các đá bị uốn nếp thành nếp lồi, dầu di trú lên
trên vào trong các đá thấm của bồn chứa – bản
lề của nếp lồi.

24

Đứt gãy: Nếu đứt gãy đi qua đá thấm và không
thấm, đá không thấm sẽ nằm trên và bẫy dầu lại.
Đứt gãy thuận và nghịch đều có thể hình thành
loại bẫy này.

25