Nghiên cứu tương quan tỷ số các đồng vị phóng xạ môi trường và ứng dụng trong bài toán đánh giá nguồn gốc trầm tích

4.1. Nghiên cứu nguồn gốc trầm tích từ lưu vực hồ Xuân Hương

111
4.1.1. Vị trí nghiên cứu và thu góp mẫu	111
4.1.2. Xử lý mẫu và phân tích	112
4.1.3. Kết quả và thảo luận	112
4.1.3.1. Sự cân bằng phóng xạ	113
4.1.3.2. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, giữa 230Th và 232Th	113
4.1.3.3. Đánh giá nguồn gốc trầm tích tại hồ lắng	116
4.2. Nghiên cứu nguồn gốc trầm tích hồ Thác Mơ	118
4.2.1. Vị trí nghiên cứu	118
4.2.2. Thu góp mẫu	119
4.2.2.1. Thu góp mẫu đất lưu vực	119
4.2.2.2. Thu góp mẫu trầm tích hồ	121
4.2.3. Phân tích mẫu	122
4.2.4. Kết quả và thảo luận	122
4.2.4.1. Kết quả phân tích	122
4.2.4.2. Sự cân bằng phóng xạ	122
4.2.4.3. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, giữa 230Th và 232Th	123
4.2.4.4. Tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th đối với các vùng	126
4.2.4.5. Đánh giá nguồn gốc không gian của trầm tích hồ	130
4.2.4.6. Thông tin về nguồn gốc trầm tích từ các nguyên tố vết	134
4.2.4.7. Nhận biết nguồn gốc trầm tích dựa vào 137Cs	135
Kết luận	137
Khuyến nghị	139
Tài liệu tham khảo	141
Phụ lục A: Hàm lượng các nuclit phóng xạ trong các lớp đất theo profin Phụ lục B: Hàm lượng 137Cs trong các lớp đất đối với một số dạng	A-1 A-3
sử dụng đất khác nhau	B-1 B-2

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 194 trang tài liệu này.

C-1 C-7

Phụ lục C: Hàm lượng các nuclit phóng xạ quan tâm trong đất bề mặt tại 11 vị trí nghiên cứu

Phụ lục D: Hàm lượng các nuclit phóng xạ quan tâm trong trầm tích

tại các vị trí nghiên cứu D-1 D-3

Phụ lục E: Thành phần cấp hạt của các mẫu đất và trầm tích E-1

Phụ lục F: Hàm lượng các nuclit phóng xạ theo cấp hạt F-1 F-3 Phụ lục G: Hàm lượng các nuclit phóng xạ trong mẫu trầm tích

lưu vực hồ Xuân Hương G-1 G-2

H-1 H-5

I-1 I-2

Phụ lục H: Hàm lượng các nuclít phóng xạ trong đất lưu vực và trầm tích hồ Thác Mơ

Phụ lục I: Hàm lượng một số nguyên tố trong trầm tích hồ Thác Mơ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Dãi hàm lượng trung bình của urani, thori và tỷ số Th/U

trong các loại đá khác nhau 10

Bảng 1.2. Các nhóm chính trong dãy urani, thori và các vạch gamma

quan tâm 19

Bảng 2.1. Đặc trưng phông của hệ phổ kế gamma HPGe30/19 27

Bảng 2.2. Phông gamma khi đo mẫu nhựa Reversol P-9509 NW 28

Bảng 2.3. Số liệu phân rã alpha của các đồng vị thori 34

Bảng 2.4. Khái quát về vị trí nghiên cứu và số mẫu thu góp 46

Bảng 3.1. Thay đổi số đếm theo bề dày mẫu đối với vạch 46 keV 50

Bảng 3.2. Thay đổi số đếm theo bề dày mẫu đối với vạch 63 keV 50

Bảng 3.3. Thay đổi tốc độ đếm theo thời gian nhốt radon đối với

mẫu chuẩn đất IAEA-312 52

Bảng 3.4. Giới hạn phát hiện với độ tin cậy 95% đối với các đồng vị

phóng xạ trong mẫu đất và trầm tích, thời gian đo 24 giờ 56

Bảng 3.5. Kết quả phân tích các mẫu chuẩn so sánh 57

Bảng 3.6. Kết quả phân tích so sánh quốc tế do IAEA tổ chức 57

Bảng 3.7. Đặc trưng thống kê của δ230(%) và δ232(%) 62

Bảng 3.8. Đặc trưng thống kê của δ232(%) với số mẫu n = 97 64

Bảng 3.9. Đặc trưng thống kê của hoạt độ 137Cs trong các lớp đất 66

Bảng 3.10a. Các thông số thống kê về đồng vị phóng xạ của profin ESP1 70

Bảng 3.10b. Các thông số thống kê về đồng vị phóng xạ của profin ESP2 70

Bảng 3.10c. Các thông số thống kê về đồng vị phóng xạ của profin ESP3 71

Bảng 3.10d. Các thông số thống kê về đồng vị phóng xạ của profin FSP1 72

Bảng 3.10e. Các thông số thống kê về đồng vị phóng xạ của profin FSP2 72

Bảng 3.11. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí A 74

Bảng 3.12. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí B 75

Bảng 3.13. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí C 76

Bảng 3.14. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí D 78

Bảng 3.15. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí E 79

Bảng 3.16a. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí F1 81

Bảng 3.16b. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí F2 82

Bảng 3.17a. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí G1 83

Bảng 3.17b. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí G2 84

Bảng 3.18. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí H 85

Bảng 3.19. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí I 87

Bảng 3.20. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí K 88

Bảng 3.21. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại vị trí L 89

Bảng 3.22. Giá trị trung bình tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th

tại các vùng khảo sát 91

Bảng 3.23. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại C 93

Bảng 3.24. Đặc trưng thống kê của tỷ số 226Ra/232Th, 230Th/232Th

trong đất và trầm tích 94

Bảng 3.25. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ tại E 95

Bảng 3.26. Đặc trưng thống kê của tỷ số 226Ra/232Th, 230Th/232Th

trong đất và trầm tích 95

Bảng 3.27. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ trong các

lớp trầm tích của profin FTP1 96

Bảng 3.28a. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ

trong các lớp trầm tích của profin GTP1 98

Bảng 3.28b. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ

trong các lớp trầm tích của profin GTP2 98

Bảng 3.28c. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ

trong các lớp trầm tích của profin GTP3 99

Bảng 3.29. Các thông số thống kê chính về đồng vị phóng xạ

trong các lớp trầm tích của profin HTP1 100

Bảng 3.30. Thống kê về hàm lượng đồng vị phóng xạ trong các

cấp hạt và trong mẫu tổng của ES11 103

Bảng 3.31. Thống kê về hàm lượng đồng vị phóng xạ trong các

cấp hạt và trong mẫu tổng của ES12 105

Bảng 3.32. Thống kê về hàm lượng đồng vị phóng xạ trong các

cấp hạt và trong mẫu tổng của ET7 107

Bảng 3.33. Thống kê về hàm lượng đồng vị phóng xạ trong các

cấp hạt và trong mẫu tổng của MT1 108

Bảng 4.1. Các đồng vị và tỷ số đồng vị quan tâm trong mẫu trầm tích 114

Bảng 4.2. Các tham số sử dụng trong đánh giá giả thiết thống kê H0: μ1 = μ2116

i10

Bảng 4.3 Phần trầm tích đến hồ lắng từ tiểu lưu vực X-1 và X-2

theo 226Ra/232Th 117

Bảng 4.4 Phần trầm tích đến hồ lắng từ tiểu lưu vực X-1 và X-2

theo 230Th/232Th 117

Bảng 4.5. Các vùng lấy mẫu và số mẫu trầm tích tương ứng 121

Bảng 4.6. Đặc trưng thống kê của tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/ 232Th

đối với các vùng lấy mẫu 126

Bảng 4.7. Các tham số sử dụng trong đánh giá giả thiết thống kê H0: μ1 = μ2130

Bảng 4.8 Phần trầm tích đóng góp của vùng A và B vào vùng C

theo 230Th/232Th 131

Bảng 4.9. Các tham số sử dụng trong đánh giá giả thiết thống kê H0: μ1 = μ2132

Bảng 4.10. Các tham số sử dụng trong đánh giá giả thiết thống kê H0: μ1 = μ2133

Bảng 4.11 Phần trầm tích đóng góp của vùng C và E vào vùng K

theo 230Th/232Th 134

Bảng 4.12. Đặc trưng thống kê hàm lượng 137Cs (Bq/kg)

trong đất bề mặt lưu vực hồ 135

Bảng 4.13 Phần đóng góp của các loại đất canh tác đến trầm tích hồ 136

i11

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Dãy phóng xạ urani 8

Hình 1.2. Dãy phóng xạ thori 8

Hình 1.3. Sơ đồ biểu diễn sự liên kết giữa đá, đất và trầm tích

trong chu trình xói mòn 18

Hình 2.1. Hình học đo và các đại lượng được dùng trong tích phân 29

Hình 2.2. Phổ α của thori với đồng vị đánh dấu 229Th và không có 229Th 36

Hình 2.3. Các vùng lấy mẫu nghiên cứu 42

Hình 2.4. Mô hình nghiên cứu và sơ đồ lấy mẫu tại vị trí C 44

Hình 2.5. Mô hình nghiên cứu và sơ đồ lấy mẫu đất tại vị trí E 44

Hình 2.6. Điểm lấy mẫu đất tại vị trí G 45

Hình 3.1. Sự thay đổi tỷ số hiệu suất đếm theo bề dày mẫu đối với

các vạch gamma 46 keV và 63 keV 49

Hình 3.2. Thay đổi hiệu suất ghi tương đối theo bề dày mẫu đối

với vạch 46 keV và 63 keV 51

Hình 3.3. Mẫu được gia công theo dạng đĩa mỏng (a) và hình giếng (b) 51

Hình 3.4. Tỷ số số đếm đo được và số đếm kỳ vọng tại các đỉnh gamma

đặc trưng của 214Pb và 214Bi đối với mẫu IAEA 312 52

Hình 3.5. Thay đổi tốc độ đếm tương đối tại các đỉnh gamma đặc trưng

của 214Pb và 214Bi theo thời gian nhốt radon của mẫu đất 53

Hình 3.6. Thay đổi tốc độ đếm tại các đỉnh gamma đặc trưng của 214Pb

và 214Bi theo thời gian của 2 kỹ thuật nhốt radon khác nhau 54

Hình 3.7. Mật độ của 565 mẫu trầm tích gia công theo dạng đĩa

và 208 mẫu hình giếng 54

Hình 3.8. Mật độ của 406 mẫu đất gia công theo cách truyền thống 55

Hình 3.9. Phông gamma của hệ đo theo thời gian 58

Hình 3.10. Phông gamma của hệ đo theo thời gian 59

Hình 3.11. Kết quả phân tích định kỳ mẫu chuẩn uran, thori, 137Cs và 40K 60

Hình 3.12. Quan hệ hàm lượng phóng xạ 230Th và 232Th được xác định

theo 2 đồng vị chuẩn 229Th và 228Th 61

Hình 3.13. Thăng giáng của các độ lệch δ230(%) và δ232(%) theo

giá trị trung bình 62

Hình 3.14. Quan hệ hàm lượng 232Th xác định theo phương pháp γ và α 63

Hình 3.15. Thăng giáng của độ lệch δ232(%) theo giá trị trung bình 63

Hình 3.16. Phân bố của 137Cs theo độ sâu đất tại vị trí không xáo trộn 65

i12

Hình 3.17. Hoạt độ 137Cs trong 2 lớp đất tại các vị trí nghiên cứu 66

Hình 3.18. Hàm lượng trung bình của 137Cs theo độ sâu đối

với 3 dạng sử dụng đất 67

Hình 3.19. Phân bố 137Cs tại các vị trí lấy mẫu trên lưu vực phải và trái 67

Hình 3.20. Phân bố 137Cs theo độ sâu trầm tích 68

Hình 3.21. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại A 75

Hình 3.22. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại B 76

Hình 3.23. Quan hệ giữa các cặp đồng vị phóng xạ theo vị trí mẫu tại C 77

Hình 3.24. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại D 79

Hình 3.25. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại E 80

Hình 3.26. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại F 83

Hình 3.27. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại G 85

Hình 3.28. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại H 86

Hình 3.29. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại I 87

Hình 3.30. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại K 89

Hình 3.31. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo vị trí mẫu tại L 90

Hình 3.32. Phân bố hàm lượng phóng xạ theo độ sâu trầm tích 96

Hình 3.33. Quan hệ 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th, 238U và 232Th

theo độ sâu trầm tích 97

Hình 3.34. Quan hệ 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th theo độ sâu trầm tích 99

Hình 3.35. Quan hệ 226Ra và 238U, 226Ra và 232Th, 228Ra và 228Th

theo độ sâu trầm tích 101

Hình 3.36. Thay đổi hàm lượng một số đồng vị theo các cấp hạt đất 102

Hình 3.37. Quan hệ 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th

theo kích thước hạt 104

Hình 3.38. Quan hệ 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th

theo kích thước hạt 105

i13

Hình 3.39. Thay đổi hàm lượng một số đồng vị phóng xạ theo các

cấp hạt trầm tích 106

Hình 3.40. Quan hệ 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th

theo kích thước hạt 107

Hình 3.41. Quan hệ 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th

theo kích thước hạt 109

Hình 4.1 Sơ đồ lấy mẫu trầm tích trên lưu vực hồ Xuân Hương 112

Hình 4.2 Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị mẹ và các đồng vị con tương

ứng đối với 24 mẫu trầm tích trong lưu vực hồ Xuân Hương 113

Hình 4.3. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th theo

vị trí mẫu trong lưu vực 114

Hình 4.4. Tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th trong mẫu trầm tích

vùng X-1 và X-2 115

Hình 4.5. Các vị trí lấy mẫu trầm tích hồ Thác Mơ (TM1 ÷ TM105)

và vị trí lấy mẫu đất trong lưu vực (TMD1 ÷ TMD8) 120

Hình 4.6. Sơ đồ dòng chảy các nhánh sông và các vùng lấy mẫu trầm tích 121

Hình 4.7 Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị mẹ và các đồng vị con

tương ứng đối với 105 mẫu trầm tích hồ Thác Mơ 123

Hình 4.8. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th theo vị trí mẫu tại các vùng khảo sát 124

Hình 4.9. Quan hệ giữa 230Th và 232Th theo vị trí mẫu tại các vùng khảo sát 125

Hình 4.10. Tỷ số 226Ra/232Th tại các vị trí lấy mẫu trầm tích 128

Hình 4.11. Tỷ số 230Th/232Th tại các vị trí lấy mẫu trầm tích 129

Hình 4.12. Quan hệ giữa các cặp nguyên tố vết trong trầm tích

tại A, B, C và D 134

Hình 4.13. Quan hệ giữa các cặp nguyên tố vết trong trầm tích

tại vùng G, H, và F 135

MỞ ĐẦU

Nguồn gốc trầm tích là một thông số quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu địa chất và môi trường. Thông tin này giúp chúng ta hiểu biết về diễn biến các quá trình trong quá khứ, trên cơ sở đó có thể dự báo xu thế trong tương lai. Do đó, bài toán nhận biết nguồn gốc trầm tích luôn được quan tâm từ nhiều góc độ khác nhau. Đối với nước ta, nhu cầu nhận biết nguồn gốc trầm tích tại các hồ chứa nước, vùng cửa sông và vùng ven biển đang ngày càng bức thiết.

Đối với các hồ chứa mà đặc biệt là hồ thuỷ điện, ngoài thông số tốc độ bồi lắng trầm tích cần phải được xác định sau từng khoảng thời gian để đánh giá tuổi thọ hồ và an toàn đập, nguồn gốc trầm tích gây bồi lấp hồ là một thông tin quan trọng cần có trong kế hoạch xây dựng giải pháp công trình và phi công trình nhằm giảm thiểu bồi lắng, duy trì tuổi thọ thiết kế của nhà máy.

Đối với các vùng cửa sông - nơi đang tồn tại các kênh dẫn tàu, cơ chế và nguồn gốc trầm tích gây bồi lấp luồng tàu là một đề tài đang được quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như các nhà quản lý. Luồng tàu vào cảng Hải Phòng trên cửa Nam Triệu và luồng tàu cảng Cần Thơ trên cửa Định An là những ví dụ điển hình về mức độ bồi lấp nghiêm trọng của trầm tích. Tại các vùng này, độ sâu của luồng tàu thường không duy trì được lâu sau nạo vét, trung bình chỉ sau khoảng hai đến ba tháng là bị trả về độ sâu tự nhiên. Nguồn gốc trầm tích là một cơ sở khoa học quan trọng để có thể lý giải về tính hợp lý của luồng tàu hiện tại, cũng như về các biện pháp công trình bảo vệ luồng.

Đối với vùng ven biển nước ta, sự biến đổi khí hậu toàn cầu đang làm thay đổi quy luật bồi/ xói đã được hình thành trong quá khứ. Nhiều vùng ngập mặn đang bị xói lở nghiêm trọng trong thời gian gần đây (Cửa Sông Dinh - Bình Thuận, Gành Hào - Bạc Liêu, v.v...). Để dự báo được xu thế biến đổi của đường bờ biển trong tương lai, rất cần nhiều thông tin phải được thu thập, trong đó nguồn gốc trầm tích là một thông tin không thể thiếu được.

Trên thế giới, các đặc trưng của trầm tích như khoáng vật học, màu sắc, từ tính, thành phần nguyên tố hoá học đã được nghiên cứu khá sớm và áp dụng thành công tại nhiều vùng để nhận biết nguồn gốc trầm tích [24,25,28,34,36,89 92]. Tuy thế, người ta nhận thấy không có bất kỳ một đặc trưng nào có thể chỉ thị nguồn gốc trầm