Tài liệu CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH TẦNG MẶTVÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNGTRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH

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 T RƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH Ngành: Khoáng vật học và Địa hóa học Mã số : 62440205 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2014 Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Khoáng Thạch, Khoa Địa Chất, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội. Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Khắc Giảng, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội 2. TS. Đỗ Văn Nhuận, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội Phản biện 1: PGS.TSKH Nguyễn Địch Dỹ, Hội Trầm tích Việt Nam Phản biện 2: TS Phạm Văn Thanh, Hội Địa hóa Việt Nam Phản biện 3: TS Quách Đức Tín , Tổng cục Địa chất và Khoáng sản - Bộ Tài nguyên và Môi trường Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa Chất vào hồi .… giờ… ngày…. tháng .... năm 2014. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia Hà Nội hoặc Thư vi ện Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. 1 Tính cấp thiết của đề tài Chất lượng môi trường nói chung, môi trường nước mặt và trầm tích nói riêng có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người và sinh vật. Đối với trầm tích thì sự hấp phụ, lưu giữ các chất gây ô nhiễm lại phụ thuộc đáng kể vào thành phần vật chất (như độ hạt, thành phần khoáng vật...) và môi trường hóa lý của chúng. Do đó việc nghiên cứu làm sáng tỏ đặc điểm thành phần vật chất, môi trường thành tạo của trầm tích tầng mặt là rất cần thiết. M ặt khác, trong những năm gần đây, chất lượng môi trường bị ảnh hưởng bởi các nguồn gây ô nhiễm như chất thải từ các khu công nghiệp, các nhà máy, xí nghiệp, các xưởng sản xuất...Trên thế giới đã có nhiều quốc gia phải gánh chịu hậu quả của việc ô nhiễm môi trường như sự kiện ngộ độc thủy ngân ở vịnh Manimata (Nhật Bản) năm 1953. Năm 1803 ở Italia, do hoả hoạn hơi thuỷ ngân bốc lên lan toả nhiều cây số là nhiễm độc 900 người … Trước thực trạng đó thì Việt Nam trong đó có tỉnh Ninh Bình cũng có thể đứng trước nguy cơ tương tự. Xuất phát từ ý nghĩa và tầm quan trọng của việc nghiên cứu môi trường, đề tài luận án “Các thành tạo trầm tích tầng mặt và mối liên quan với địa hoá môi trường trên địa bàn tỉnh Ninh Bình” đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo phê duyệt. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần làm sáng tỏ đặc điểm địa hóa môi trường trầm tích tầng mặt cũng như môi trường nước mặt, các nguyên nhân gây ô nhiễm, các đề xuất nhằm hạn chế và khắc phục ô nhiễm. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận á n là các thành tạo trầm tích tầng mặt lộ ra trên mặt có tuổi từ Pleistocen muộn đến nay phân bố trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. Phạm vi nghiên cứu : Phạm vi nghiên cứu trên toàn tỉnh Ninh Bình. Mục tiêu của luận án - Làm sáng tỏ thành phần vật chất (đặc điểm độ hạt, thành phần khoáng vật, thành phần hoá học), quy luật phân bố độ hạt của trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. - Làm sáng tỏ đặc điểm địa hoá môi trường của các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình, kết quả ng hiên cứu làm cơ sở khoa học cho việc định hướng, quy hoạch, sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên. 2 Nhiệm vụ của luận án 1- Nghiên cứu các điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội…tác động ến địa hoá môi trường trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. đ 2- Nghiên cứu sự ph ân bố các tướng trầm tích tầng mặt và đặc điểm thành phần vật chất: nghiên cứu đặc điểm độ hạt, đặc điểm thành phần khoáng vật, đặc điểm thành phần hoá học của trầm tích tầng mặt phân bố trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. 3- Nghiên cứu môi trường hoá lý của trầm tích tầng mặt và nước ên địa bàn tỉnh Ninh Bình. tr mặt 4- Nghiên cứu đặc điểm địa hoá các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt và nước mặt, đánh giá mức độ ô nhiễm của chúng, tìm hiểu nguyên nhân gây ô nhiễm, đưa ra một số biện pháp nhằm hạn chế ô nhiễm. Cơ sở tài liệu xây dựng luận án Luận án được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu trực tiếp của NCS từ năm 2009 - 2012 (khi thực hiện đề tài cấp bộ, mã số B2010 -02-99 mà NCS làm chủ nhiệm). Trong quá trình khảo sát thực địa tại 145 điểm, NCS đã thu thậ p được 161 mẫu trầm tích tầng mặt trong đó có 53 mẫu bùn đáy và 108 mẫu trầm tích bở rời), lấy nước tại 52 điểm khảo sát. Thêm vào đó, NCS có sử dụng kết quả phân tích về kim loại nặng và độ hạt của 50 mẫu trầm tích, kết quả phân tích kim loại nặng của 20 mẫu nước mặt từ đề tài khoa học công nghệ cấp tỉnh “Điều tra đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất tự nhiên, môi trường khu vực Cồn Nổi và vùng đất ngập nước ven biển trên địa bàn tỉnh Ninh Bình phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòn g” do PGS.TS Lê Tiến Dũng chủ trì. Ngoài ra, NCS đã tham khảo các báo cáo tổng kết đề tài và các bài báo công bố kết quả nghiên cứu về vấn đề địa chất của tỉnh Ninh Bình, các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu và vùng nghiên cứu … Những luận điểm bảo vệ 1. Các trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình bao gồm các thành tạo lộ ra trên mặt có tuổi từ Pleistocen muộn đến nay. Trong đó các trầm tích Pleistocen muộn thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13avp) bao gồm tướng bùn châu thổ - biển ven bờ bị phong hoá loang lổ; Các trầm tích Holocen sớm - giữa thuộc hệ tầng Hải Hưng (Q 21-2hh) bao gồm tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn và tướng sét xám xanh vũng vịnh ; các trầm tích Holocen muộn thuộc hệ tầng Thái Bình (Q 23tb) bao gồm các 3 tướng tiêu biểu: tướng bột cát bãi bồi sông, tướng bột cát đồng bằng châu thổ, tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa, tướng cát cồn chắn cửa sông tàn dư và tướng bùn cát bãi triều hiện đại, phân bố đan xen có quy luật. 2. Hàm lượng trung bình của các kim loại nặn g điển hình như Hg, Cr, Ni, Cd có xu thế giảm dần theo hướng từ đất liền ra biển (trừ trong tướng cát cồn cát chắn cửa sông), phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm trầm tích. Trong đó các tướng trầm tích bùn châu thổ - biển ven bờ bị phong hoá loang lổ, tướng b ùn đầm lầy ven biển chứa than bùn, tướng bột cát bãi bồi sông, tướng bột cát đồng bằng châu thổ đã có biểu hiện ô nhiễm cục bộ Hg và As với mức độ nhẹ, còn ở tướng trầm tích bùn cát bãi triều hiện đại có hàm lượng As tăng cao rất đột ngột. Những điểm mới của luận án - Kết quả nghiên cứu của luận án đã xác định chi tiết, có hệ thống về thành phần vật chất và chỉ số địa hoá môi trường trong trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. - Xác định được các kiểu trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình dựa trên cơ sở bảng phân loại trầm tích của Cục địa chất Hoàng Gia Anh (sử dụng phần mềm IGPETWIN). - Kết quả nghiên cứu của luận án đã chỉ ra được quy luật phân bố độ hạt của trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình, góp phần làm cơ sở khoa học để luận giải nguồn vật liệu trầm tích và điều kiện lắng đọng trầm tích cho vùng nghiên cứu. - Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng cho môi trường trầm tích tầng mặt và môi trường nước mặt của khu vực nghiên cứu, để từ đó làm cơ sở khoa học cho định hướng quy hoạch, phát triển bền vững và sử dụng tài nguyên thiên nhiên một cách hợp lý. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm sáng tỏ đặc điểm đặc điểm tướng đá của trầm tích tầng mặt và địa hoá môi trường các kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. - Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm sáng tỏ sự phụ thuộc về hàm lượng của một số kim kim loại nặng như As, Cd, Hg ... vào tỷ lệ cấp hạt mịn và tổng hàm lượng của các nhóm khoáng vật có khả năng hấp phụ kim loại nặng của các tướng trầm tích tầng mặt cho vùng nghiên cứu. 4 - Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung thêm cơ sở dữ liệu khoa học về thành phần vật chất và địa hoá môi trường của trầm tích tầng mặt ở Việt Nam và làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo. Ý nghĩa thực tiễn - Các kết quả nghiên cứu của luận án không những làm cơ sở khoa học cho chính quyền địa phương có biện pháp kiểm soát, quy hoạch, sử dụng tài nguyên đất đai và nước mặt một cách hợp lý mà còn là cơ sở khoa học cho việc dự báo xu thế bồi tụ vùng cửa sông ven biển của tỉnh. - Kết quả nghiên cứu của luận án còn làm tài liệu trong giảng dạy chuyên môn và hướng dẫn nghiên cứu khoa học cho sinh viên ở các trường đại học. Lời cảm ơn Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Khoáng Thạch, Khoa Địa chấ t, Trường Đại Mỏ - Địa Chất , dưới sự hướng dẫn khoa học của P GS.TS Nguyễn Khắc Giảng, TS Đỗ Văn Nhuận. Trong quá trình nghiên cứu và viết luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ, góp ý của tiểu ban hướng dẫn, của các thầy cô trong bộ môn Khoáng Thạch, các nhà khoa học trong và ngoài trường như: 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, TS Quách Đức Tín, TS Vũ Quang Lân, TS Phạm Trung Hiếu, TS Hoàng Văn Long…cũng như nhiều cán bộ chuyên môn trong và ngoài trường, sự động viên của gia đình, anh em bạn bè đồng nghiệp. Đặc biệt, NC S xin cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu, khoa Địa chất và phòng Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để NCS hoàn thành luận án. Một lần nữa NCS xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tất cả những giúp đỡ quý báu đó. 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 trí địa lý Ninh Bình có vị trí nằm ở phía nam của miền Bắc, có trung tâm là thành phố Ninh Bình cách thủ đô Hà Nội khoảng 93 km về phía nam, với phía Bắc giáp với Hoà Bình và Hà Nam, phía Đông được ngăn cách với 5 Nam Định bởi con sông Đáy, phía Tây tiếp giáp với Thanh Hoá, phía Đông Nam tiếp giáp với Vịnh Bắc Bộ . 1.1.2. Điều kiện tự nhiên 1.1.2.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo Ninh Bình mặc dù nằm ở đồng bằng Bắc Bộ nhưng có địa hình khá phức tạp. Địa hình của tỉnh có cả núi, đồi , đồng bằng và bờ biển. 1.1.2.2. Đặc điểm thuỷ văn, hải văn Đặc điểm mạng lưới sông suối trong vùng khá dày, bao gồm các sông lớn nhỏ, các kênh đào và các hồ chứa nhân tạo. Hoạt động thuỷ triều của vùng nghiên cứu thuộc chế độ nhật triều không đều. 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu địa hoá môi trường trầm tích tầng mặt 1.2.1. Trên thế giới Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về ô nhiễm môi trường nước và trầm tích. Các công trình đã nghiên cứu toàn diện nguồn gốc các chất gây ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm các kim loại nặng. Công tác nghiên cứu địa hóa của các nước Hoa Kỳ, Australia, CHLB Đức, Pháp, Nhật... đã phục vụ đắc lực cho việc hoạch định các dự án và các chiến lược bảo vệ môi trường, giảm thiểu các tác hại của sự phát triển kinh tế đến môi trường. Các ví dụ như việc nghiên cứu địa hoá môi trường bùn đáy tại vịnh Mexico City , nghiên cứu địa hoá môi trường bùn đáy của vịnh Texas và vịnh Neward (Mỹ), bang New Jersey. Công trình nghiên cứu trầm tích vịnh Manila, Philippin, Xiamen, Trung Quốc, bùn đáy vịnh Thổ Nhĩ Kỳ, vịnh Taranto (Italy)… đã đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường các địa phương này. 1.2.2. Tại Việt Nam và vùng nghiên cứu Tại Việt Nam, địa hóa môi trường là một ngành khoa học mới bắt ược p hát triển trong những năm gần đây. Tuy vậy, c ác kết quả của ầu đ đ các công trình nghiên cứu địa hóa môi trư ờng nước, trầm tích, thổ nhưỡng… bước đầu đã góp phần quan trọng cho việc quy hoạch, sử dụng, bảo vệ nguồn tài nguyên đất và nước. Đối với đồng bằng châu t hổ sông Hồng nói chung và trên địa bàn tỉnh Ninh Bình nói riêng cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực địa chất của các tác giả tiêu biểu như là: Trần Nghi, Vũ Nhật Thắng, Doãn Đình Lâm, Vũ Quang Lân, Lê Tiến Dũng … Tại cửa Đáy 6 cũng đã có các công trình khoa học của Nguyễn Ngọc Trường, Chu Văn Ngợi, ... Nhưng chưa có một công trình nào ngh iên cứu chuyên sâu, chi tiết, có hệ thống về thành phần vật chất và đặc điểm địa hóa môi trường trầm tích tầng mặt (nhất là đối với các kim loại nặng) trên t oàn tỉnh Ninh Bình. Kết quả nghiên cứu của luận án n hằm giải quyết vấn đề này . 1.3. Đặc điểm địa chất và khoáng sản 1.3.1. Địa tầng * Giới Mesozoi, hệ Trias, thống dưới - Hệ tầng Cò Nòi (T1cn) phân bố ở phía Tây của vùng nghiên cứu, với thành phần thạch học là các đá sét bột kết, sét kết, sét vôi, bột kết xen cát kết phân lớp mỏng đến vừa. * Giới Mesozoi, hệ Trias, thống giữa, bậc Anisi - Hệ tầng Đồng Giao (T2ađg) phân bố ở phía tây - tây nam trùng với dãy núi Tam Điệp kéo dài xuống khu hồ Đồng Thái, với thành phần gồm đá vôi. * Giới Mesozoi, hệ Trias, bậc Ladini - Hệ tầng Nậm Thẩm (T 2lnt) phân bố hẹp với thành phần thạch học gồm đá sét kết, sét vôi, bột kết vôi màu xám, xám đen, xám vàng, cấu tạo phân dải mỏng xen các lớp cát kết hạt nhỏ. * GIỚI KAINOZOI (KZ) HỆ NEOGEN (N) Trên diện tích tỉnh Ninh Bình, các trầm tích Neoge n chỉ lộ trên một diện tích nhỏ. Neogen không phân chia, hệ tầng Hang Mon (Nhm) lộ ra với diện nhỏ khoảng 1km2 ở Hồ Than, xã Quang Sơn, thị xã Tam Điệp. Hệ tầng có 2 phần, phần dưới gồm các trầm tích hạt thô, còn phần trên chủ yếu là hạt mịn chứa than nâu thành tạo trong điều kiện hồ - đầm lầy. Thống Pliocen Hệ tầng Vĩnh Bảo (N2vb): Trên diện tích Ninh Bình, hệ tầng Vĩnh Bảo không lộ trên mặt mà phân bố trong khối sụt tân kiến tạo dạng địa hào, với thành phần gồm sét kết, bột kết xen kẻ cát kết, cát sạn kết, cuội kết. HỆ ĐỆ TỨ (Q) Thống Pleistocen Phụ thống hạ, hệ tầng Lệ Chi (Q 11lc) không lộ trên mặt, có diện phân bố hẹp, với thành phần chủ yếu sét bột. 7 Phụ thống trung - thượng, Hệ tầng Hà Nội (Q 12-3hn) không lộ ra ở vùng nghiên cứu, thành phần hạt mịn (bột sét) chiếm chủ yếu. Phụ thống thượng , Hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13 vp) lộ ra với diện tích nhỏ theo ven rìa đồng bằng xen giữa núi như ở Nho quan, Gia Viễn, Yên Mô và thị xã Tam Điệp. Thành phần thạch học là sét bột, bột sét pha ít cát hạt mịn màu xám, xám nâu, loang lổ mạnh. Thống Holocen, Phụ thống hạ - trung, Hệ tầng Hải Hưng (Q 21-2hh) lộ ra ở các huyện Hoa Lư và Yên Mô. Trầm tích hệ tầng Hải Hưng được xác định gồm 3 kiểu nguồn gốc: sông - biển, biển - đầm lầy và biển. Đặc điểm thạch học chủ yếu có độ hạt mịn, gồm sét bột có lẫn cát hạt mịn. Phụ thống thượng , Hệ tầng Thái Bình (Q 23tb) phân bố rộng rãi trong vùng nghiên cứu. Thành phần thạch học của trầm tích phụ thuộc vào nguồn gốc thành tạo của trầm tích. Giới Kainozoi, hệ Đệ tứ không phân chia (Q), tàn tích - sườn tích (edQ): phân bố trong các trũng kars ở thị xã Tam Điệp. Thành phần chủ yếu gồm sét bột màu xám vàng, vàng nâu. 1.3.2. Đặc điểm kiến tạo Có thể xem cấu trúc địa chất của vùng nghiên cứu là một bộ phận của đới Sông Đà chạy theo phương Tây bắc - Đông nam, kéo dài suốt từ biên giới Việt Trung qua Sơn La, Hoà Bình và kéo xuống Ninh Bình và chìm ngập một phần dưới biển Đông. 1.3.3. Đặc điểm khoáng sản Các điểm mỏ khai thác khoáng sản vật liệu xây dựng là cát xây dựng, sét gạch ngói, laterit và đá vôi… Các mỏ khoáng sản như vàng, thuỷ ngân, pyrit, antimonit, than đá, than bùn…và nước khoáng. CHƯƠNG 2 CƠ S Ở LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở lý luận 2.1.1. Tiếp cận h ệ thống Khu vực nghiên cứu là một phần nhỏ thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng, do đó lịch sử hình thành trầm tích ở vùng nghiên cứu cũng mang quy luật chung của đồng bằng châu thổ sông Hồng, mà cụ thể đó là quá trình thành tạo trầm tích có quan hệ chặt chẽ với sự dao động mực nước biển trên thế giới. Kết quả của quá trình dao động mực nước biển đã hình thành nên những nhóm tướng khác nhau, trong đó các kiểu trầm 8 tích và tướng trầm tích quan hệ với nhau một cách có hệ thống . Ngoài ra, tính hệ thống có quan h ệ nguồn gốc với nhau theo không gian và theo thời gian được gọi là cộng sinh tướng. 2.1.2. Tiếp cận nhân quả Quá trình dao động mực nước biển, trầm tích, chuyển động kiến tạo…có mối quan hệ nhân quả, trong đó trầm tích là kết quả còn các yếu tố còn lại đượ c xem là nguyên nhân. Trong vùng nghiên cứu nguyên nhân chủ yếu quyết định nên sự hình thành các tướng trầm tích khác nhau là do sự thay đổi của mực nước biển. Khi mực nước biển thay đổi, kéo theo môi trường trầm tích sẽ thay đổi, khi đó chế độ thủy thạch động lực đều bị thay đổi dẫn đến thành phần vật chất của trầm tích cũng thay đổi theo. Do đó, mỗi nhóm tướng trầm tích đều phản ánh nên hoàn cảnh lắng đọng trầm tích cho một gian đoạn nào đó, mà cụ thể thì đã được thể hiện ở trong mỗi tướng trầm tích. Như vậy, mỗi tướng trầm tích sẽ có các đặc điểm đặc trưng cho môi trường lắng đọng. Các tướng trầm tích do có sự khác nhau về môi trường thành tạo nên thành phần độ hạt, thành phần khoáng vật, thành phần hóa học cũng sẽ khác nhau, dẫn đến đặc điểm địa hóa các kim loại nặng trong mỗi tướng trầm tích sẽ khác nhau. 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 Trầm tích Pleistocen muộn - Holocen trong vùng nghiên cứu được hình thành trong bối cảnh liên quan đến sự dao động của mực nước biển trên thế giới. Vào nửa cuối Pleistocen muộn (Q13) trên thế giới xảy ra đợt băng hà cuối cùng (chu kỳ băng hà Wurm ), vào thời kỳ này ở Việ t Nam mực nước biển lùi xa đến độ sâu thấp hơn mực nước biển hiện đại -100 m đến -120 m. Quá trình hạ mực nước biển làm cho mực xâm thực cơ sở cũng hạ theo, kết quả làm cho quá trình bóc mòn xảy ra mạnh mẽ trên toàn đồng bằng, làm xuất hiện màu loang lổ do quá trình phong hoá trên bề mặt trầm tích Pleistocen muộn (Q 13) trên toàn lãnh thổ và lãnh hải nước ta, mà trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc ở trong vùng nghiên cứu là một ví dụ điển hình cho quá trình này. Trong Holocen có giai đoạn biển tiến Flandrian (khoảng 10.000 năm), đã làm mực nước biển thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng 9 được dâng lên. Vào giai đoạn đầu Holocen (thời điểm trước biển tiến cực đại Flandrian), trầm tích biển - đầm lầy của hệ tầng Hải Hưng được thành tạo. Trong Holocen giữa tại th ời điểm khoảng 6.000 năm (biển tiến Flandrian), thành tạo lớp sét màu xám xanh của hệ tầng Hải Hưng. Sau pha biển tiến cực đại Flandrian trong Holocen giữa thì vào đầu Holocen muộn xảy ra pha biển lùi làm mực nước biển hạ thấp theo nguyên lý con lắc đơn tắ t dần, lúc này tốc độ bồi tụ vùng cửa sông lớn hơn tốc độ lún chìm, châu thổ bắt đầu được hình thành và phát triển… Trong gian đoạn này, ở đồng bằng sông Hồng nói chung và vùng nghiên cứu nói riêng đã hình thành các thành tạo trầm tích hệ tầng Thái Bình. Như vậy các trầm tích Pleistocen muộn - Holocen đã được sinh ra trong bối cảnh địa chất khác nhau. Do vậy, trầm tích tầng mặt của các thành tạo này là đối tượng khá đa dạng, phức tạp . Bởi lẽ, chúng vừa mang các tính chất của điều kiện môi trường thành tạo, lại vừa chịu tác động của các yếu tố tự nhiên, nhân sinh , nên rất cần thiết phải có hệ phương pháp nghiên cứu, áp dụng một cách hợp lý mới bảo đảm được tính chính xác cho các kết quả phân tích. 2.2.2. Một số khái niệm, thuật ngữ liên quan * Trầm tích tầng mặt Cho đến nay khái niệm về trầm tích tầng mặt còn được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau và chưa thống nhất. Trong luận án này, trầm tích tầng mặt được quan niệm rằng: trầm tích tầng mặt là tầng trầm tích bở rời hoặc gắn kết yếu, có bề dầy phụ thuộc vào địa hình. Đặc biệt là chúng phân bố ngay trên bề mặt của vỏ Trái Đất và có sự tương tác trực tiếp với môi trường bên ngoài (như nước, không khí, sinh vật và kể cả con người). Khái niệm trầm tích tầng mặt như trên cho thấy chúng là một tổ phần cực kỳ quan trọng trong hệ thống địa chất môi trường; việc nghiên cứu trầm tích tầng mặt nhất là các trầm tích hạt mịn đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa môi trường. Tùy theo đặc điểm phân bố của các thành phần bở rời tại từng khu vực cụ thể, chiều dầy trầm tích tầng mặt có thể dao động từ vài cm đến vài mét. Tuy nhiên xét dưới tiêu chí tác động qua lại trực tiếp đến các hoạt động và các nhân tố trên mặt (nước, không khí, sinh vật...) thì đa số các quá trình sinh hóa và trao đổi chất của sin h vật xảy ra trong độ sâu từ 0,5m trở lên bề mặt. Ngoài ra, với mục đích nghiên cứu trầm tích phục vụ cho lĩnh vực địa hóa môi trường, NCS đã 10 vận dụng khái niệm về trầm tích trong QCVN 43-2012/BTNMT: “Trầm tích là các hạt vật chất, nằm ở độ sâu không quá 1 5 cm tính từ bề mặt đáy của vực nước, các hạt có kích thước nhỏ hơn 2 mm hoặc lọt qua rây có đường kính lỗ 2 mm”. Kết hợp tất cả các khía cạnh trên, trong luận án này chỉ giới hạn nghiên cứu trầm tích tầng mặt ở phần trên của các vật liệu bở rời đến độ sâu 0,5m. * Định nghĩa tướng: Trong luận án này, các tướng trầm tích trong vùng nghiên cứu xác định trên cơ sở quan niệm về tướng của Rukhin L.B (1969): được “tướng là những trầm tích được thành tạo trong một vị trí nhất định có cùng điều kiện khác với những vùng lân cận”. Cơ sở phân chia cấp hạt NCS đã sử dụng Bảng phân cấp độ hạt của Cụ c địa chất Hoàng Gia Anh để làm cơ sở phân chia các cấp hạt và đã sử dụng biểu đồ phụ cát - bột - sét bao gồm 10 trường theo phân loại của Cục địa chất Hoàng Gia Anh để phâ n loại trầm tích tầng mặt cho vùng nghiên cứu. - Kim loại nặng (Heavy Metal) là khái niệm được dùng trong lĩnh vực môi trường để chỉ các kim loại và á kim có tỷ trọng cao (D ≥ 5 g/cm3) và thường có độc tính đối với thế giới sinh vật. Các kim loại nặng điển hình là Cr, Ni, Co, Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, As, Se... 2.3. Các phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Lộ trình khảo sát địa chất Kết quả của quá trình khảo sát ngoài thực địa đã tiến hành được 18 tuyến (10 tuyến dọc, 8 tuyến ngang) với 145 điểm được khảo sát nghiên cứu. NCS đã thực hiện: Phương pháp mô tả, ghi nhật ký ở từng điểm khảo sát ; Phương pháp đo trực tiếp các thông số hóa lý môi trường cơ bản của nước mặt và trầm tích tầng mặt ngoài thực địa . - Phương pháp lấy mẫu trầm tích tầng mặt và nước mặt : Mẫu trầm tích tầng mặt và nước mặt của vùng nghiên cứu được lấy mang tính đại diện, mẫu trầm tích được lấy theo TCVN 6663 - 3:2000 và bảo quản mẫu theo TCVN 6663 - 15:2004. Mẫu nước mặt được lấy theo TCVN 5992:1995 (ISO 5667 - 2:1991); bảo quản và xử lý mẫu nước theo TCVN 5993:1995 (ISO 5667 - 3:1985). Kết quả của các đợt khảo sát thực địa đã thu thập được 161 mẫu trầm tích. Các mẫu trầm tích được đưa về phòng thí nghiệm gia công và phân tích. 11 2.3.2. Nhóm các phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm * Các phương pháp phân tích độ hạt và xử lý số liệu Phương pháp rây nước kết hợp với phương pháp lắng gạn A.N. Sabanhin, phương pháp rây nước kết hợp với pipet, phương pháp xác định độ hạt bằng máy chiếu tia laser. Kết quả đã phân tích được 152 mẫu. Từ kết quả phân tích độ hạt, xây dựng đường con g tích lũy độ hạt, tính các thông số trầm tích và lập được biểu đồ phân loại trầm tích tầng mặt. * Nghiên cứu hình dạng hạt vụn Các phương pháp đã áp dụng: kính hiển vi soi nổi (52 mẫu), kính hiển vi phân cực (35 mẫu), kính hiển vi điện tử quét (SEM) (21 mẫu). * Các phương pháp phân tích thành phần khoáng vật: Phân tích lát mỏng thạch học (35 mẫu), kính hiển vi soi nổi (52 mẫu), phân tích Rơnghen (35 mẫu), nhiệt vi sai (35 mẫu), kính hiển vi điện tử quét (21 mẫu). * Các phương pháp phân tích thành phần hóa học: Phương pháp phân tích hóa silicat (30 mẫu ); Phương pháp phân tích hóa nước cơ bản (28 mẫu); Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử (ASS) với 78 mẫu trầm tích và 42 mẫu nước mặt; Phương pháp quang phổ phát xạ pl asma (ICP-ASE) (50 mẫu). * Phương pháp địa hóa môi trường trầm tích Trong luận án, việc nghiên cứu địa hóa môi trường trầm tích trên cơ sở phân tích sắt hóa trị 2 trong pyrit (FeS 2) và tổng carbon hữu cơ (Fe+2S/Corg); hệ số cation trao đổi (Kt), độ pH của môi trường và thế năng oxy hóa (Eh). 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 Trong vùng nghiên cứu, trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Pleistocen muộn chủ yếu là tướng bùn cát châu thổ - biển ven bờ bị phong hoá loang lổ, phân bố ở Nho Quan và Gia Viễn. Trầm tích thuộc kiểu bùn cát và có nét khác biệt so với các thành tạo khác là chúng có màu sắc loang lổ và có chứa kết vón laterit (goethit 11 30%). Trầm tích có độ chọn lọc và mài tròn kém. Các đường cong tích lũy độ của trầm tích chủ yếu có dạng T + S cho thấy trầm tích được thành tạo trong môi trường biển ven bờ. Trong trầm tích vật chất hữu cơ không 12 nhiều , các chỉ số môi trường pH: 6,8-7,30; Kt: 1,04-1,5; Fe+2s/corg: 0,1960,528; Eh: 58 - 65 mV, có BTPH: Polypodium sp., Pinus sp., Larix sp.,... 3.2. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen sớm - giữa 3.2.1. Tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn Tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn lộ thành diện không lớn ở hai bên sông Hoàng Long, thuộc huyện Gia Viễn, Hoa Lư. Trầm tích thuộc kiểu trầm tích bùn, chứa than bùn và các di tích thực vật màu đen, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế . Các đường cong tích lũy độ hạt của trầm tích tích chủ yếu có dạng T 2, T3 đã phản ánh môi trường thành tạo trầm tích là môi trường yên tĩnh. Trong trầm tích có mặt pyrit, giàu vật chất hữu cơ, các chỉ số môi trường : pH = 4,5-6,0, Kt = 1,05-1,25. Chỉ số Fe2+S/Corg = 0,45-0,63; Eh từ -40 đến -25mV, trầ m tích có chứa tập hợp BTPH: Polypodium sp., Gleichenia sp.,... đồng thời còn có nhiều tảo mặn, lợ xen ít tảo nước ngọt: Cyclotella sp.,...tất cả đã chứng tỏ môi trường trầm tích là môi trường đầm lầy. 3.2.2. Tướng sét xám xanh vũng vịnh Trên diện tích Ninh Bình, trầm tích tướng sét xám xanh vũng vịnh lộ rải rác ở ven hồ Yên Thắng, Yên Mô và thị xã Tam Điệp . Trầm tích thuộc kiểu trầm tích sét có màu xám xanh. Sét dẻo mịn, trong sét có lẫn nhiều rễ cây, có độ chọn lọc kém, độ mài tròn khá, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Trong trầm tích có tập hợp BTPH: Osmunda sp., Pteris sp., Pinus sp.,… 3.3. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen muộn 3.3.1. Tướng bột cát bãi bồi sông Tướng bột cát bãi bồi sông phân bố không liên tục dọc theo sông Đáy, sông Hoàng Long, sông Chanh, sông Bôi... Trầm tích thuộc kiểu bột cát, màu xám nâu, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu có dạng T, một số ở dạng R và S đặc trưng cho trầm tích bãi bồi. Các chỉ số môi trường: pH = 6-7; Eh = 100 - 140mV; Kt = 0,05 - 0,07; Fe2+S/Corg = 0,02 - 0,05. Trầm tích nghèo di tích động thực vật, chỉ có BTPH: Cyathea sp., Osmunda sp.,… 3.3.2. Tướng bùn đầm lầy trên bãi bồi Trong vùng nghiên cứu, tướng trầm tích bùn cát đầm lầy trên bãi bồi phân bố chủ yếu ở Gia Viễn và Nho Quan, ít hơn nữa là ở Hoa Lư, Yên Mô và Tam Điệp. Trầm tích thuộc kiểu trầm tích bùn, chứa than bùn và các di tích thực vật màu đen, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, có 13 giá trị Md = 0,0095 mm đã biểu thị cho trầm tích hạt nhỏ chiếm ưu thế và môi trường hồ, đầm lầy. Mặt khác, c ác đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu có dạng T và S cũng thể hiện môi trường trầm tích khá yên tĩnh. Trong trầm tích có pyrit, trầm tích giàu vật chất hữu cơ, các chỉ số môi trường: pH = 4,5-6, Kt = 0,5-0,7; Fe2+S/Corg = 0,03-0,06; Eh từ -40 đến +20mV, trầm tích có chứa di tích BTPH và phức hệ tảo nước ngọt đặc trưng cho môi trường đầm lầy. 3.3.3. Tướng bột cát đồng bằng châu thổ (amQ 23) Trầm tích phân bố khá rộng rãi và tập trung chủ yếu ở các ở các huyện Hoa L ư, Yên Khánh, Yên Mô, TP Ninh Bình. Trầm tích thuộc kiểu bột cát, có màu nâu vàng, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu ở dạng S+T đã cho thấy môi trường thành tạo trầm tích là môi trường cửa sông ven biển. Trầm tích có vật chất hữu cơ nhiều, c ác chỉ số môi trường pH: 7,35; Kt: 0,933; Fe+2s/corg: 0,14. Trong trầm tích chứa vi cổ sinh: Spiroloculina, Quinqueloculina… và BTPH: Polypodium sp., Taxodium sp., ... 3.3.4. Tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa (ambQ23) Tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa phân bố rộng rãi ở khu vực huyện Kim Sơn. Trầm tích thuộc kiểu trầm tích bùn, có màu nâu đen chứa di tích động thực vật nước lợ, có độ chọn lọc vừa, độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế, Md trong khoảng (0,001-0,05mm) thể hiện trầm tích thuộc phức hệ đầm lầy với tính phân dị cấp hạt yếu và môi trường trường trầm tích khá yên tĩnh. Các đường cong tích lũy độ hạt của trầm tích chủ yếu ở dạng T cũng thể hiện môi trường trầm tích khá yên tĩnh. Trong trầm tích còn gặp khoáng vật pyrit, trầm tích giàu vật chất hữu cơ, trầm tích chứa BTPH : Taxus sp., Sequoia sp., Laris sp.,… hệ số địa hoá môi trường: pH = 5 - 6; Kt = 0,75 - 0,98, Fe2+S/Corg = 0,2 - 0,3, Eh: 20mV đến 50 mV… chỉ thị cho môi trường t rầm tích bị đầm lầy hóa. 3.3.5. Tướng cát cồn cát chắn cửa sông tàn dư Trầm tích thuộc kiểu cát, cát bột màu xám vàng, xám tr o có lẫn vảy muscovit và vỏ hến, có độ chọn lọc kém, độ mài tròn trung bình đến khá, hạt lớn chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu ở dạng S+T đặc trưng cho môi trường thành tạo cồn cát cửa sông. Các chỉ số môi trường: pH = 7 -8; Kt = 0,86-1,07; Fe2+S/Corg = 0,275. Trong trầm 14 tích nghèo di tích động thực vật, chỉ có các loài mollusca chịu sóng thuộc đới ven bờ có mặt như : Anadara subcrenata, Barbatia sp.,… 3.3.6. Tướng bùn cát bãi triều hiện đại Tướng bùn cát bãi triều hiện đại tạo thành những bãi triều nằm ven ển ở khu vực cửa Đáy, cửa sông Càn. Trầm tích thuộc kiểu bùn cát với bi thành phần chủ yếu là bột sét lẫn ít cát hạt mị n, có màu xám nâu, xám đen nhạt . Trầm tích có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu ở dạng T, một số ở dạng S thể hiện môi trường trầm tích bãi triều. Các chỉ số môi trường: pH = 6 -7,5, Kt = 1,02 - 1,12; Fe2+S/Corg từ 0,15 - 0,2. Do bãi triều là nơi có sự hoạt động của các dòng triều và lạch triều nên độ bảo tồn các vi cổ sinh tương đối kém. Các sinh vật hai mảnh, sò ốc, sinh vật bám đáy như: Ostrea rivularis, Cyclina sinensis,... BTPH ngập mặn như: Rhizophora sp., Acanthus sp.,... Các loài tảo silic nước mặn lợ chiếm ưu thế: Actinocyclus ehrenbegii, … 3.3.7. Tướng cát bột lạch triều (tcQ 23) Trong vùng nghiên cứu tướng cát bột lạch triều có diện phân bố hẹp, chúng được thành tạo dọc theo các lạch triều và nhánh triều ở khu vực ven biển. Trầm tích có cát bột có màu xám vàng, xám tối và có đặc điểm là mịn dần từ dưới lên trên. Từ kết quả nghiên cứu về độ hạt của các tướng trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình cho thấy chúng có độ hạt phân b ố theo quy luật đan xen (thô - mịn - thô) theo cả hướng tây bắc - đông nam và đông bắc - tây nam ở trong vùng nghiên cứu. Sở dĩ chúng có các đặc điểm đan xen giữa các cấp hạt là vì quá trình hình thành trầm tích trẻ tại vùng nghiên cứu gắn liền với sự hình thành và phát triển các cồn cát cửa sông ven biển, tương tự quy luật thành tạo và phát triển các bar cát cửa sông của một số cửa sông lớn có bãi triều rộng trên thế giới. Trong vùng nghiên cứu trầm tích Holocen muộn được phát triển trong điều kiện cửa sông có đáy nông, lực ma sát đáy lớn và xếp vào loại cửa sông có lực cản mạnh. Chính do sức cản mạnh mà hình thành các cồn cát chắn cửa sông. Các cồn cát này có nguồn cung cấp vật liệu trầm tích là từ lục địa nhưng đã chịu tác động của sóng. Vì khi vật liệu t rầm tích được đưa đến bồn tích tụ thì nó được tái tạo và chọn lọc bởi sóng biển, trong đó thành phần hạt mịn được mang đi, còn thành phần hạt thô sẽ được lắng đọng lại hình thành nên các cồn cát, kéo theo đó là xuất hiện các lagoon nhỏ. Trong 15 các lagoon này do môi trường nước yên tĩnh nên trầm tích hạt mịn được lắng đọng. Do đó mới có hiện tượng đan xen cấ p hạt thô mịn ở vùng nghiên cứu. 3.4. Tiến hoá trầm tích Pleistocen muộn - Holocen của vùng nghiên cứu 3.4.1. Theo thời gian 3.4.1.1. Thời kỳ Pleistocen m uộn Vào thời gian này, do ảnh hưởng của băng hà Wurm 2 nên đồng bằng sông Hồng nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng có phần trên của thành tạo hệ thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc bị phởi ra và phong hóa mạnh mẽ, dẫn đến phần lớn bề mặt của trầm tích thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc có màu loang lổ với những kết vón sắt rất đặc trưng. 3.4.1.2. Thời kỳ Holocen * Giai đoạn Estuary - vũng vịnh - Thời điểm trước biển tiến cực đại ( giai đoạn đầu Holocen): tốc độ ngập chìm của bồn trầm tích lớn hơn tốc độ lắng đọng trầm tích trong bồn, kết hợp với tốc độ dâng của mực nước biển đã làm cho đồng bằng châu thổ sông Hồng nói chung và vùng nghiên cứu nói riêng bị ngập chìm nhanh chóng, trở thành vùng đầm lầy rộng lớn và hình thành trầm tích biển đầm lầy của hệ tầng Hải Hưng. - Thời điểm biển tiến cực đại đạt mức cao nhất trong Holocen giữa. Giai đoạn này vùng nghiên cứu bị ngập chìm trong nước biển. Các thung lũng sông trở thành vùng bãi triều cửa sông. Trong điều kiện bãi triều cửa sông - vũng vịnh này đã thành tạo lớp sét xám xanh thuộc hệ tầng Hải Hưng ở trong vùng nghiên cứu. * Giai đoạn châu thổ Vào đầu Holocen muộn xảy ra pha biển lùi làm mực nước biển hạ thấp. Đây là giai đoạn có tốc độ lún chìm nhỏ hơn tốc độ lắng đọng trầm tích. Tại thời điểm này các thành tạo Holocen muộn đ ược hình thành với cơ chế dịch chuyển. * Giai đoạn aluvi Giai đoạn aluvi được bắt đầu kể từ khi đồng bằng châu thổ đã được hình thành và kéo dài ra biển. Trong điều kiện này thì hoạt động của các con sông đã tạo nên tầng trầm tích aluvi phủ lên trên các t hành tạo châu thổ trước đó. 16 3.4.2. Theo không gian Trong vùng nghiên cứu phổ biến các tướng trầm tích của đồng bằng châu thổ nên quá trình tiến hoá theo không gian ở đây được xem xét qua sự tiến hoá của châu thổ theo không gian. Châu thổ bắt đầu được hình thành và phát triển khi tốc độ lắng đọng trầm tích lớn hơn tốc độ ngập chìm của bồn trũng. Qúa trình hình thành châu thổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nhưng trong quá trình phát triển châu thổ thì yếu tố sông, sóng, thuỷ triều đóng vai trò chủ đạo. Vùng nghiên cứu phổ biến đồng bằng châu thổ do sóng thống trị. Các đê cát cửa sông có dạng hình cong lưỡi liềm phía cung lồi quay ra biển nằm chắn hướng chảy các dòng phù sa của sông, nằm đa n xen với các trầm tích hạt mịn . Đây là những thành tạo cơ bản để hình th ành nên đồng bằng châu thổ với tổ hợp cộng sinh tướng đặc trưng cho dạng đồng bằng châu thổ do sóng thống trị mà vùng nghiên cứu đã gặp… 3.5. Nguồn cung cấp vật liệu trầm tích Căn cứ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy vật liệu trầm tích ở trong vùng nghiên cứu là từ lục địa và nó không chỉ được cung cấp từ khu vực lân cận mà còn ở nơi xa hơn nữa đưa đến. Trong đó có nguồn từ dòng chảy sông Đáy (sông Đáy có nhận một lượng phù sa của sông Hồng qua dòng chảy của sông Nam Định). Đặc biệt là dòng bồi tích từ cửa Ba Lạt được đưa xuống cửa Đáy bởi dòng chảy ven bờ có hướng ĐB -TN. 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 bàn tỉnh Ninh Bình 4.1.1. Đặc điểm hóa lý của nước mặt khu vực nghiên cứu Môi trường nước mặt có độ pH : 6,55 - 8,44; Eh: 0,50 - 0,65 (V). Độ dẫn (Ec): 0,192 - 0,950 (ms/cm). Hàm lượng trung bình của hầu hết các kim loại nặng (trừ Pb) trong nước mặt khu vự c trong đê (nước ngọt) đều cao hơn khu vực ngoài đê, có thể do nước mặt khu vực ngoài đê đã bị pha loãng bởi nước biển, vốn có hàm lượng rất thấp các kim loại đó. 4.1.2. Đặc điểm hóa lý của trầm tích tầng mặt khu vực nghiên cứu Trong vùng nghiên cứu, trầm tích tầng mặt có thế oxy hóa - khử (Eh): -33 mv đến 35 mv; độ pH: 4,82 đến 7,88, thể hiện môi trường trầm 17 tích là môi trường khử yếu đến oxy hóa yếu và axit yếu đến kiềm yếu . Điều này phù hợp với sự có mặt của khoáng vật pyrit và siderit. Mặt khác, nó cũng thể hiện trầm tích có nguồn gốc lục địa là chủ yếu. So với trầm tích tầng mặt ở khu vực trong đê thì hàm lượng trung bình của tất cả các kim loại nặng (trừ Hg) trong trầm tích tầng mặt khu vực ngoài đê đều cao hơn. Vì nơi đây là vùng cửa sông ven biển nê n nó đóng vai trò là bể chứa vật chất từ nhiều nơi đưa đến. 4.1.3. Mối quan hệ của các kim loại nặng trong môi trường nước mặt và trầm tích tầng mặt Nước mặt và trầm tích tầng mặt có mối tương tác qua lại với nhau. Trong vùng nghiên cứu, nhìn chung hàm lượ ng trung bình của các kim loại nặng trong môi trường nước mặt và trầm tích tầng mặt khu vực trong đê tỷ lệ thuận với nhau (trừ Cd). Còn ở khu vực ngoài đê, quan hệ giữa hàm lượng trung bình của các kim loại nặng trong môi trường nước mặt và trầm tích tầng mặt không được rõ ràng. Nguyên nhân có thể do đây là khu vực bãi triều cửa sông ven biển nên nước ngọt đã bị pha loãng bởi nước biển và nước mặt cũng như trầm tích tầng mặt luôn bị xáo trộn bởi các yếu tố như hoạt động của thủy triều, dòng chảy ven bờ, sóng biển… 4.2. Hành vi các kim loại nặng trong nước mặt và trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình Trong nước mặt và trong trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu, các kim loại nặng có hành vi địa hóa và hàm lượng trung bình biến đổi theo loại nước (ng ọt/lợ) và theo các tướng trầm tích. Cụ thể, hàm lượng của hầu hết các kim loại nặng (trừ Cd và Pb) trong nước mặt ven bờ (nước lợ) đều thấp hơn trong nước ngọt ở trong đê. Còn trong trầm tích tầng mặt, có sự khác biệt rõ rệt về hàm lượng các kim loại nặng trong các tướng trầm tích khác nhau. Ngoại trừ tướng cát cồn cát chắn cửa sông tàn dư, nhìn chung theo hướng từ đất liền ra biển, các nguyên tố như Cu, Pb, Zn có hàm lượng trung bình dao động dạng hình sin theo hàm lượng của cấp hạt mịn , còn các nguyên tố Hg, Cr, Cd và Ni có hàm lượng giảm dần (trừ tướng cát cồn cát chắn cửa sông). 4.2.1. Nguyên tố Arsen (As) Trong trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu As luôn thể h iện mối tương quan thuận với Cd, duy chỉ có As và Cd có sự chuyển, tích luỹ hàm 18 lượng phụ thuộc đáng kể vào thành phần vật chất của trầm tích so với các kim loại nặng khác. Trong môi trường nước mặt của vùng nghiên cứu As tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất [HAsO 4]2-. Còn trong trầm tích tầng mặt, dạng tồn tại của As phụ thuộc nhiều vào độ pH và Eh. Trong đa số các tướng trầm tích, As tồn tại ở các hợp chất ([HAsO 4]-, mà khi As tồn tại ở dạng các hợp chất này thì được coi là trạng thái chưa nguy hại cho môi trường. Do đó, tuy trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu có hàm lượng trung bình của As đại giá trị cao ở tướng bùn cát bãi triều hiện đại, nhưng chưa đến mức gây nguy hại cho môi trường sinh thái. 4.2.2. Thủy ngân (Hg) Khác với nhiều kim loại nặng khác, nguyên tố Hg có hàm lượng trung bình có xu hướng giảm dần theo hướng từ đất liền ra biể n. Có lẽ do sự tích luỹ hàm lượng Hg không phụ thuộc vào tỷ lệ cấp hạt mịn ở tất cả các tướng mà hàm lượng trung bình của thuỷ ngân có sự biến đổi phụ thuộc vào nguồn gây ô nhiễm, những tướng trầm tích phân bố ở gần các mỏ khoáng sản Au - Hg, cụm mỏ antimon, Hg… đều có hàm lượng trung bình Hg cao hơn. Trong vùng nghiên cứu, dạng tồn tại của Hg trong môi trường nước mặt là Hg (OH) 2aq. Đối với trầm tích tầng mặt, các tướng tr ầm tích có hàm lượng trung bình Hg cao thì Hg đều tồn tại ở dạng Hg0 aq và dạng hợp chất Hg(HS) 20 aq. Các dạng tồn tại này đều ở dạng hòa tan nhưng chúng đều có khả năng hòa tan thấp (LOW SOLUBILITY). Trong khi đó, các tướng trầm tích có dạng tồn tại của Hg ở dạng hợp chất Hg(OH)2 aq (HIGH SOLUBILITY) thì đều có hàm lượng trung bình của Hg thấp . 4.2.3. Nguyên tố Crom (Cr) Tương tự Hg thì Cr cũng có hàm lượng trung bình giảm dần theo hướng từ đất liền ra biển. Trong nước mặt Cr chủ yếu ở dạng các hợp chất [CrO4]2-, còn trong trầm tích tầng mặt Cr tồn tại ở dạng hợp chất Cr2O3 (s). 4.2.4. Nguyên tố Niken (Ni) Trong hầu hết các tướng trầm tích Ni có mối tương quan thuận với Cu, Pb, Zn, Cr và Hg. Trong môi trường nư ớc mặt và trầm tích tầng mặt, Ni đều tồn tại ở dạng Ni+2. Đối với tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn và tướng bùn đầm lầy trê n bãi bồi, Ni tồn tại chủ yếu ở hợp chất NiS2. Nhìn chung trong trầm tích tầng mặt Cr và Ni không thể hiện rõ mối tương quan về hàm lượng với các nhóm khoáng vật có khả năng hấp phụ kim