Tài liệu Các thành tạo trầm tích tầng mặt và mối liên quan với địa hoá môi trường trên địa bàn tỉnh ninh binh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẶNG THỊ VINH CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH TẦNG MẶT VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT Đặng Thị Vinh CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH TẦNG MẶT VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH Ngành: Khoáng vật học và địa hóa học Mã số: 62440205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Nguyễn Khắc Giảng 2. TS Đỗ Văn Nhuận Hà Nội - 2014 i LỜI AM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Đặng Thị Vinh ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng cảm ơn và kính trọng đến P GS.TS Nguyễn Khắc Giảng, TS Đỗ Văn Nhuận - hai người thầy đã dìu dắt nghiên cứu sinh trên con đường nghiên cứu khoa học và trực tiếp hướng dẫn nghiên cứu sinh làm luận án tiến sĩ địa chấ t. Luận án không thể hoàn thành nếu như nghiên cứu sinh không nhận được sự cho phép và giúp đỡ của Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Phòng sau Đại học, khoa Địa Chất và bộ môn Khoáng Thạch. Các ý kiến góp ý của các nhà khoa học trong và ngoài trường , nhất là GS.TS Trần Nghi, PGS.TS Nguyễn Văn Phổ, PGS.TS Đỗ Đình Toát, PGS.TS Lê Tiến Dũng , PGS.TS Nguyễn Xuân Khiển, PGS.TSKH Nguyễn Địch Dỹ, PGS.TS Phạm Tích Xuân, PGS.TS Nguyễn Trọng Tín, PGS.TS Phạm Huy Tiến, PGS.TS Lê Thanh Mẽ, PGS.TS Nguyễn Văn Bình, TS Phạm Văn Thanh, TS Vũ Quang Lân , TS. Quách Đức Tín, TS Hoàng Văn Long, TS Phạm Trung Hiếu, TS Vũ Lê Tú ... Trong quá trình làm luận án, nghiên cứu sinh cũng đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ từ bạn bè, đồng nghiệp. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn sự giúp đỡ chân thành và nhiệt tình đó. Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Khoáng Thạch, Khoa Địa chấ t, Trường Đại Mỏ - Địa Chất, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong bộ môn, trong khoa, trong trường đã giúp đỡ và động viên nghiên cứu sinh trong quá trình hoàn thành luận án. Cuối cùng, nghiên cứu sinh muốn bày tỏ lòng cảm ơn đến những người thân trong gia đình: bố mẹ, chồng, các con và các anh chị em đã động viên, chia sẻ và giúp đỡ cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu của nghiên cứu sinh. iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ......................................................................... ......................................... LỜI CẢM ƠN ......................................................................... ................................................. MỤC LỤC ......................................................................... ...................................................... DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. DANH MỤC ẢNH ......................................................................... ...................................... DANH MỤC HÌNH ......................................................................... ..................................... MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÙNG .............................. ............................................... …………………..... 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1.1. Vị tr í địa lý..................................................................................................................... 1.1.2. Điều kiện tự nhiên ....................................................................................................... 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu địa hoá môi trường trầm tích tầng mặt .. 1.2.1. Trên thế giới .................................................................................................................. 1.2.2. Tại Việt Nam và vùng nghiên cứu ......................................................................... 1.3. Đặc điểm địa chất và khoáng sản .............................................................................. 1.3.1. Địa tầng .......................................................................................................................... 1.3.2. Đặc điểm kiến tạo ....................................................................................................... i ii iii vi vii x xiii 1 6 6 6 6 11 11 12 16 16 25 1.3.3. Đặc điểm khoáng sản ................................................................................................. 26 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 28 2.1. Cơ sở lý luận ................................................................................................................... 28 2.1.1. Tiếp cận hệ thống ...................................................................................................... 28 2.1.2. Tiếp cận nhân quả ................................................. ................................................... 2.2. Khái quát lịch sử hình thành trầm tích Đệ tứ tại vùng nghiên cứu và cơ sở xây dựng hệ phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 2.2.1. Khái quát lịch sử hình thành trầm tích Đệ tứ tại vùng nghiên cứu 29 29 2.2.2. Một số khái niệm, thuật ngữ liên quan ................................... ..................................... 29 31 2.3. Các phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2.3.1. Lộ trình khảo sát địa chấ t .......................................................................................... 2.3.2. Nhóm các phương pháp nghiên c ứu trong phòng thí nghiệm ……………… 43 43 45 iv CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM TƯỚNG ĐÁ CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH TẦNG MẶT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH .................................................... 3.1. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Pleistocen muộn .......................................... 55 3.2. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen sớm - giữa ....................... …........ 3.2.1. Tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn ....................................................... 3.2.2. Tướng sét xám xanh vũng vịnh .............................................................................. 57 3.3. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen muộn ............................................. 3.3.1. Tướng bột cát bãi bồi sông......... ............................................................................ 3.3.2. Tướng bùn đầm lầy trên bãi bồi .............................................................................. 3 3.3.3. Tướng bột cát đồng bằng châu thổ (amQ 2 ) ........................................................ 3.3.4. Tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa (ambQ 23) ................................................... 3.3.5. Tướng cát cồn cát chắn cửa sông tàn dư .............................................................. 3.3.6 Tướng bùn cát bãi triều hiện đ ại (tfQ23) ................................................................ 55 57 59 60 60 62 63 65 67 3.3.7. Tướng cát bột lạch triều (tcQ 23) .............................................................................. 3.4. Tiến hoá trầm tích Pleistocen muộn - Holocen của vùng nghiên cứu. ............ 3.4.1. Theo thời gian .............................................................................................................. 68 70 73 73 3.4.2. Theo không gian .......................................................................................................... 3.5. Nguồn cung cấp vật liệu trầm tích ............................................................................. 76 79 CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HOÁ MÔI TRƯỜNG CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH TẦNG MẶT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH ….. 4.1. Đặc điểm môi trường hóa lý của trầm tích tầng mặt và nước mặt trên địa 82 bàn tỉnh Ninh Bình …............................................................................................ 4.1.1. Đặc điểm hóa lý của nước mặt khu vực nghiên cứu ................................... 4.1.2. Đặc điểm hóa lý của trầm tích tầng mặt khu vực nghiên cứu ..................... 4.1.3. Mối quan hệ của các kim loại nặng trong môi trường nước mặt và trầm tích 4.2. Hành vi các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình ... 4.2.1. Nguyên tố Arsen (As)................................................................................................. 4.2.2. Thủy ngân (Hg) ........................................................................................................... 4.2.3. Nguyên tố Crom (Cr) ................................................................................................. 4.2.4. Nguyên tố Niken (Ni) ................................................................................................ 4.2.5. Nguyên tố Cadimi (Cd) ................................................................................................ 4.2.6. Nguyên tố Đồng (Cu) ................................................................................................ 4.2.7. Nguyên tố Chì (Pb) .................................................................................................... 82 82 85 87 89 91 94 98 99 100 101 103 v 4.2.8. Nguyên tố Kẽm (Zn) .................................................................................................. 4.2.9. Nguyên tố Molipden (Mo) ...................................................................................... 4.3. Đặc điểm địa hoá môi trường c ác kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt 104 105 trên địa bàn tỉnh Ninh Bình ................................................................................................. 4.3.1. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Pleistocen .................................................. 4.3.2. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen sớm - giữa ................................ 106 4.3.3. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen muộn .......................................... 4.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt và nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. ............................................................................. 4.4.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt và nước mặt khu vực trong đê .................................................................................................. 4.4.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm trầm tích tầng mặt và môi trường nước mặt khu vực ngoài đê ..................................................................................................................... 4.5. Một số nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường trầm tích tầng mặt trong vùng nghiên cứu ..................................................................................................................... 4.5.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm cho trầm tích tầng mặt khu vực trong đê ........... 4.5.2. Nguyên nhân gây ô nhiễm cho trầm tích tầng mặt khu vực ngoài đê (khu vực bãi triều, cửa sông ven biển) ....................................................................................... 106 107 109 116 116 120 122 122 124 4.6. Các đề xuất khắc phục và giảm thiểu ô nhiễm môi trường khu vực nghiên cứu 4.6.1. Một số đề xuất xử lý ô nhiễm ............................................................................................. 4.6.2. Các đề xuất chung nhằm bảo vệ môi trường khu vực ……………...................... 127 127 128 KÊT LUẬN ............................................................................................................................................. KIẾN NGHỊ.............................................................................................................................. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................. ...................................................................... 130 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... PHỤ LỤC: CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ VÀ ẢNH MINH HỌA ... ............................ 132 133 141 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BN: bắc nam BTPH: Bào tử phấn hoa BTNMT: Bộ tài nguyên và môi trường Cmax: Giá trị lớn nhất Cmin: Giá trị nhỏ nhất Ctb: Giá trị trung bình Cd: coastal dune ĐB - TN: đông bắc - tây nam Đ - ĐB: đông - đông bắc ĐT: đông tây Estuary: Cửa sông hình phễu thiếu hụt trầm tích HNKH: Hội nghị khoa học ICP - MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer): khối phổ plasma cảm ứng. ISQG (Interim marine sediment quality guidenlines): Hướng dẫn tạm thời Đánh giá chất lượng trầm tích của Canada. KHCN: Khoa học công nghệ KHKT: Khoa học kỹ thuật KLN: Kim loại nặng Kt: hệ số cation trao đổi MKN: Mất khi nung N - TN: nam - tây nam NCS: Nghiên cứu sinh NXB: Nhà xuất bản nnk: Những người khác QL: Quốc lộ R0: Độ mài tròn S0: Hệ số chọn lọc Sk: Hệ số bất đối xứng TB - ĐN: tây bắc - đông nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam Tc: tidal channel Tf: tidal flat TTLT: Thông tin lưu trữ TNDB: Tài nguyên dự báo VCHC: Vật chất hữu cơ vii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1: Bảng phân cấp độ hạt của Crumben (1936) ................................................. Bảng 2.2: Phân loại trầm tích vụn cơ học theo kích thước hạt ................................... Bảng 2.3: Bảng phân cấp độ hạt theo thang (Ø) đối với trầm tích bở rời (theo Cục Địa chất Hoàng Gia Anh) ............................... ............................... ............................. Bảng 2.4. Quan hệ khái quát giữa Eh, pH và độ linh động của một số nguyên tố trong môi trường trầm tích (Jane Plant và nnk, 1996). ............................... ................. Bảng 2.5: Các nguồn phát thải chủ yếu của các kim loại nặng [59] ..................................... Bảng 2.6: Thời gian lắng trong của th ể vẩn khi làm lắng các cấp hạt có đường kính nhỏ hơn 0,05 mm theo phương pháp A.N. Sabanhin. ......................................... Bảng 4.1: Các chỉ số hóa lý môi trường nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. ............ Bảng 4.2 . Kết quả phân tích hàm lượng các anion và một số chỉ tiêu khác của các mẫu nước mặt thuộc khu vực nghiên cứu . ………………………........................... Bảng 4.3: Bảng thống kê hàm lượng các kim loại nặng trong nước mặt khu vực trong đê trên địa bàn tỉnh Ninh Bình với QCVN 10:2008 (đơn vị µg/l). ................... Bảng 4.4: Bảng thống kê hàm lượng các kim loại nặng trong nước mặt khu vực ngoài đê trên địa bàn tỉnh Ninh Bình với QCVN 10:2008 (đơn vị µg/l). ................... Bảng 4.5: Kết quả đo các chỉ tiêu hóa lý môi trường cơ bản của trầm tích tầng mặt phân bố trên địa bàn tỉnh Ninh Bình . ……………………......................................... Bảng 4.6: Bảng thống kê hàm lượng trung bình các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt khu vực trong đê trên địa bà n tỉnh Ninh Bình (đơn vị mg/kg) …… Bảng 4.7: Bảng thống kê hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt khu vực ngoài đê trên địa bàn tỉnh Ninh Bình (đơn vị mg/kg). ……………………... 33 34 35 40 43 48 83 84 85 85 86 87 87 Bảng 4.8: Bảng tổng hợp hàm lượng trung bình của các kim loại n ặng trong trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình . …………………………….……....................... Bảng 4.9: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt tướng bùn châu thổ - biển ven bờ bị phong hóa loang lổ với QCVN 43:2012/BTNMT (đơn vị mg/kg)...…................................................................. 106 Bảng 4.10: Ma trận tương quan cặp nguyên tố kim loại nặng và tỷ lệ cấp hạt mịn của trầm tích tầng mặt tướng bùn châu thổ - biển ven bờ bị phong hóa loang lổ trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. ……………….……............................................... 107 90 viii Bảng 4.11: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng (mg/kg) các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn với QCVN 43:2012/BTNMT. ………….……........................................................................................... Bảng 4.12: Ma trận tương quan cặp nguyên tố kim loại nặng và tỷ lệ cấp hạt mịn của trầm tích tầng mặt tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn t rên địa 107 bàn tỉnh Ninh Bình. …….……............................................................................................... Bảng 4.13: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng (mg/kg) các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn với QCVN 43:2012/BTNMT. ..................................................................................................................... 108 108 Bảng 4.14: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng trung bình các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt tướng bột cát bãi bồi sông với QCVN 43:2012/BTNMT (đơn vị mg/kg-10 mẫu)……………………………………….. Bảng 4.15: Ma trận tương quan cặp nguyên tố kim loại nặng và tỷ lệ cấp hạt mịn của trầm tích tầng mặt thuộc tướng bột cát bãi bồi sông (n = 10).......................... Bảng 4.16: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng trung bình các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt của tướng bùn đầm lầy trên bãi bồi với QCVN 43:2012/BTNMT (đơn vị mg/kg). …………………………………………………...…… Bảng 4.17: Ma trận tương quan cặp nguyên tố kim loại nặng và tỷ lệ cấp hạt mịn của trầm tích tầng mặt tướng bùn đầm lầy trên bãi bồi……………. ................ Bảng 4.18: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng (mg/kg) các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt tướng bột cát đồng bằng châu thổ với QCVN 43:2012/BTNMT . Bảng 4.19: Ma trận tương quan cặp nguyên tố kim loại nặng và tỷ lệ cấp hạt mịn của trầm tích tầng mặt tướng bột cát đồng bằng châu thổ (n = 16) ……............ 109 109 110 111 111 111 Bảng 4.20: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng (mg/kg) các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa với QCVN 43:2012/BTNMT (11mẫu) …….......................................................................................... 112 Bảng 4.21: Ma trận tương quan cặp nguyên tố kim loại nặng và tỷ lệ cấp hạt mịn của trầm tích tầng mặt tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa.. ................. ............ 113 Bảng 4.22: Bảng thống kê và đối sánh hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt tướng bùn cát bãi triều với QCVN 43:2012/BTNMT (đơn vị mg/kg - 6 mẫu) ................. ....................................................................................................... 113 Bảng 4.23: Ma trận tương quan cặp nguyên tố kim loại nặng và t ỷ lệ cấp hạt mịn của trầm tích tầng mặt tướng bùn cát bãi triều ……………….................... ....... 113 VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ !