Mặt khác, tại khu vực nghiên cứu, các suối và mạchnước ngầm đều đi qua các thân quặng pegmatit, đó là điều kiện thuận lợi đểxói mòn, hòa tan, vận chuyển và phát tán các chất phóng xạ ra
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
**********
HOÀNG THỊ HÀ
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA PHÓNG XẠ CÁC NGUYÊN TỐ U, Th VÀ K KHU VỰC XÃ ĐÔNG CỬU,
HUYỆN THANH SƠN, TỈNH PHÚ THỌ
Chuyên ngành: Khoáng vật học và địa hóa học
Mã số: 60440205
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Trang 2Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Hoàng Hà
TS Nguyễn Tuấn Phong
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Văn Phổ
Phản biện 2: TS Nguyễn Thị Minh Thuyết
Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
Vào hồi 8 giờ 00 phút, ngày 30 tháng 12 năm 2015
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Môi trường phóng xạ là một phần không thể tách rời của môi trường tựnhiên trong đó nhân loại tồn tại và phát triển Ảnh hưởng của môi trườngphóng xạ tự nhiên đối với sự phát triển của con người đã được ghi nhận Cácthông tin về môi trường tự nhiên, trong đó có môi trường phóng xạ là các chỉtiêu rất quan trọng để đánh giá sự phát triển kinh tế xã hội bền vững của bất kỳmột quốc gia, vùng lãnh thổ nào Việc nghiên cứu môi trường phóng xạ tựnhiên nhằm các mục đích đánh giá ảnh hưởng của chúng lên sự sống của conngười và các sinh vật sống tại đó; xác định một cách có cơ sở khoa học, thựctiễn của những khu vực được nghiên cứu về khả năng tồn tại và phát triển dân
cư, kinh tế xã hội
Khu vực Thanh Sơn – Phú Thọ với các thân pegmatit có kích thước: rộng
từ vài mét đến vài chục mét, dài từ vài chục mét đến vài trăm mét nằm tại khuvực bản Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ, có cường độphóng xạ (502500)R/h Các thân pegmatit này nằm ngay trên bề mặt hoặcgần bề mặt, nên dễ dàng phát tán ra môi trường xung quanh nhờ quá trìnhphong hóa và bóc mòn Mặt khác, tại khu vực nghiên cứu, các suối và mạchnước ngầm đều đi qua các thân quặng pegmatit, đó là điều kiện thuận lợi đểxói mòn, hòa tan, vận chuyển và phát tán các chất phóng xạ ra môi trườngxung quanh
Trên cơ sở đó, luận văn “Nghiên cứu đặc điểm địa hóa phóng xạ các
nguyên tố U, Th và K khu vực xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ” được thực hiện với mục tiêu và nhiệm vụ sau:
Mục tiêu:
- Nghiên cứu đặc điểm địa hóa phóng xạ tự nhiên các nguyên tố U, Th, K;
Trang 4- Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng các nguyên tố U, Th, K đến môitrường xung quanh.
Nhiệm vụ:
- Thu thập các tài liệu địa hóa các nguyên tố phóng xạ; các yếu tố ảnhhưởng đến môi trường phóng xạ; các nghiên cứu đã có từ trước về môi trườngphóng xạ tại các khu vực;
- Nghiên cứu đặc điểm địa hóa phóng xạ các nguyên tố U, Th, K;
- Luận giải mối liên quan giữa giá trị các tham số phóng xạ (U, Th, K) đođược tại khu vực nghiên cứu và từ kết quả phân tích mẫu với sự tồn tại của cácthân quặng pegmatit và thành tạo địa chất tại khu vực nghiên cứu;
- Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng U, Th, K tới môi trường xungquanh
Từ kết quả nghiên cứu, luận văn được cấu trúc thành 3 chương như sau(không kể phần mở đầu và kết luận):
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 5CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu khái quát khu vực nghiên cứu
B ¬ng Sinh
Xãm Mu Nói Nh·n Xãm HÑ
Xãm Vâng
Xãm C¸y Xãm Chuèi
Xãm Võn
§ång C¹n Xãm QuyÕt Xãm Cèc
Xãm T¶ng
T©n Håi
Xãm S©n Xu©n QuyÒn
Khoanh lÒn Xãm SÆt
105ƒ 10'30'' 21ƒ 05'00''
Khí hậu vùng nghiên cứu có hai mùa phân biệt rõ rệt: Mùa mưa từ tháng
4 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau
1.1.1.3 Thủy văn
Trang 6Khu vực nghiên cứu có hệ thống suối khá phát triển Các suối tại đây đều
có hướng chảy từ tây nam sang đông bắc với lượng nước nhỏ
1.1.1.4 Địa hình
Địa hình khu vực nghiên cứu gồm hai phần khác biệt, ở phía bắc địa hìnhthấp, sườn thoải, phía nam địa hình đồi núi có độ cao hơn 500m, sườn dốc
1.1.1.5 Động, thực vật
+ Thực vật: trong khu vực, thực vật nhìn chung vẫn được duy trì và bảo
vệ nên mức độ che phủ đối với địa hình là tương đối tốt
+ Động vật: trong khu vực nghiên cứu động vật hoang dã còn rất ít
1.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội
1.1.2.1 Phân bố dân cư
Trong khu vực nghiên cứu dân cư phân bố không đồng đều, gồm các dântộc Mường, Kinh và người Dao Người dân trong vùng chủ yếu làm nôngnghiệp, trồng rừng Trình độ dân trí nói chung còn thấp, đặc biệt là người Dao
1.1.2.2 Đời sống văn hóa, xã hội
Trong khu vực nghiên cứu, sống văn hóa, xã hội của người dân đang trên
đà phát triển, mạng lưới y tế cũng đã được quan tâm đúng mức
Trang 71.1.3 Đặc điểm địa chất - khoáng sản
1.1.3.1 Địa tầng
Vùng nghiên cứu có các phân vị địa tầng như sau:
thành phần chủ yếu là gneis biotit, plagiogneis biotit, gneis biotit có horblen vàamphibolit chiếm nhiều hơn
phần chủ yếu là đá phiến biotit - granit, đá phiến hai mica, granit bị migmatithoá
phần chủ yếu là đá phiến hai mica
- Giới Kainozoi – Hệ Đệ tứ (Q): chủ yếu phân bố dọc theo suối Giàu vớidiện tích không đáng kể Thành phần chủ yếu là cát, bột, sỏi, sét
1.1.3.2 Magma
Trong khu vực nghiên cứu có một phức hệ xâm nhập là phức hệ Bảo Hà
1.1.3.3 Khoáng sản
Trong diện tích nghiên cứu có các dị thường phóng xạ thori - urani nằmtrong các thân pegmatit
1.2 Đặc điểm địa hóa phóng xạ tự nhiên các nguyên tố U, Th, K
Trang 8Hình 2 Sơ đồ dãy phân rã phóng xạ tự nhiên
Urani trong các đá có thể tồn tại dưới các dạng khác nhau: dưới dạng cáckhoáng vật urani, trong các tạp chất đồng hình Khi độ pH thấp (môi trườngaxit), urani dễ bị hòa tan di chuyển trong các đá tới chỗ tiếp xúc với các chấtkhử Tại các hàng rào địa hóa được thành tạo dọc theo đường vận chuyển củacác dung dịch chứa urani do các điều kiện lý hóa thay đổi làm cho urani từdung dịch nước bị kết tủa dưới dạng các hợp chất khó hòa tan Khi pH > 8(môi trường kiềm) urani cũng dễ bị hòa tan và di chuyển Trong vùng trunghòa, độ hòa tan của các phức chất bị giảm đi, các phức chất bị phá hủy, phátsinh tự tích lũy các khoáng vật urani
Các hợp chất của Thori là các hợp chất khó hòa tan, trên thực tế không cómặt trong nước dưới đất cũng như nước bề mặt Trong nước có chứa Urani,Radi và Radon với hàm lượng thấp, cá biệt cũng có chứa Thori và Kali Trongcác điều kiện khác nhau, hàm lượng của chúng thay đổi trong phạm vi rộng
Trang 9CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp tổng hợp, kế thừa tài liệu
2.2 Phương pháp đo phổ gamma
Tại khu vực nghiên cứu tiến hành đo 12 tuyến, khoảng cách 20m/điểmtrên mỗi tuyến (Hình 3) Tại mỗi điểm đo 3 giá trị, thời gian đo 100s
Máy đo phổ gamma sử dụng là GAD-6 Các kết quả đo được thực hiệnbởi Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm
Xãm B
330.5 336.0
207.3
Th«n H¹ Thµnh xãm
321.5 341.8 286.0
TuyÕn®ophægamma T55
Q
PP£Í½ ¤ PP£ÍÆ £ PP£Í½ ¤
PP£Í½ ¤
PP£ÍÆ £
PP£Í½ ¤
T55 T47 T13a
T8a T9a T5a T4 T12 T6a
T48 T56
21°
00'41"
25 800
25 200
25 400
25 600
25 000
105°04'20"21°
02'01"
24 000
24 200
24 400
24 600
24 800
23 600
23 800
Trang 10Hình 3 Sơ đồ tuyến đo phổ gamma
2.3 Phương pháp lấy, gia công và phân tích mẫu
2.3.1 Mẫu nước
a) Lấy mẫu
Mẫu nước được lấy ở các dòng suối, các điểm xuất lộ nước, các giếngđào, theo hướng phát tán các chất phóng xạ trong nguồn nước Số lượng mẫunước: 22 mẫu
b) Gia công: Các mẫu nước lấy về được tiến hành đo xác định nồng độ
Rn, Tn ngay trong vòng 48 giờ Các mẫu lấy về đo tổng hoạt độ α, β đã được
c) Phân tích: Phân tích tổng hoạt độ α, β bằng thiết bị UM - 2000 củaLiên Xô (USSR) theo tiêu chuẩn ISO-9696-1992 (E) và ISO 9697 - 1992 (E)
c) Phân tích: Mẫu đất được gửi phân tích 17 mẫu bằng phương pháp phổ
đa kênh, thiết bị đo: Hệ phổ kế gamma phân giải cao của hãng CANBERRA Canada tại Trung tâm Công nghệ Xử lý Môi trường - Bộ Tư lệnh Hoá học
-2.3.3 Mẫu thực vật
a) Lấy mẫu: Được lấy ở một số cây lương thực chủ yếu trồng trên thânpegmatit hoặc lân cận các thân pegmatit như lúa (hạt), sắn (củ), đây là lươngthực chủ yếu của dân cư trong bản đang sử dụng
Trang 11b) Gia công: Mẫu sắn được rửa sạch bằng nước tại địa phương rồi thái
giờ, cân trọng lượng khô, xác định độ ẩm Sau đó mẫu được nung ở nhiệt độ
tính hệ số tro hoá và phân tích
c) Phân tích: Phân tích 15 mẫu Phương pháp phân tích: phổ phông
Thiết bị đo phổ gamma đa kênh detector Ge siêu tinh khiết modelDigidart - 10, tại Trung tâm Công nghệ Xử lý Môi trường - Bộ Tư lệnh Hoáhọc
2.4 Phương pháp xử lý tài liệu
Phương pháp mô hình hóa: Thành lập các loại bản đồ, sơ đồ địa chất môi
trường, mặt cắt địa chất môi trường để có thể cụ thể hoá sự biến động của cácnguyên tố phóng xạ trên nền địa chất
Đối với các số liệu phân tích mẫu thu được, tiến hành tính toán các thànhphần môi trường phóng xạ để so sánh với các tiêu chuẩn an toàn bức xạ
Trang 12CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Mối quan hệ giữa các nguyên tố U, Th, K với môi trường địa chất khu vực nghiên cứu
3.1.1 Đặc trưng hàm lượng phổ gamma trên các thành tạo địa chất
Kết quả nghiên cứu hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trên các thành tạođịa chất được tổng hợp tại bảng 1 Kết quả nghiên cứu cho thấy:
+ Hàm lượng kali trung bình phân bố trong các đá thuộc phức hệ Bảo Hà
là lớn nhất và nhỏ nhất trong các đá thuộc hệ tầng Suối Làng
+ Hàm lượng urani trung bình lớn nhất trong các đá của hệ tầng SuốiChiềng và nhỏ nhất trong các đá của hệ tầng Suối Làng Như vậy, có thể thấytrong khu vực nghiên cứu hàm lượng urani tập trung chủ yếu trong các đá của
hệ tầng Suối Chiềng
+ Hàm lượng thori trung bình lớn nhất trong các đá của hệ tầng SuốiChiềng và nhỏ nhất trong các đá của hệ tầng Suối Làng Như vậy, có thể thấytrong khu vực nghiên cứu hàm lượng thori tập trung chủ yếu trong các đá của
Nhỏ nhất
Lớn nhất
Trung bình
Nhỏ nhất
Lớn nhất
Trung bình
Nhỏ nhất
Lớn nhất
1 Phức hệ Hảo Hà 1,895 0,029 4,031 22,167 5,50 44,147 72,45 12,44 135,32
2 Phân hệ tầng dưới –
Hệ tầng Suối Làng 1,202 0,023 3,54 18,822 9,308 36,075 61,01 32,21 146,72
Trang 13TT Thành tạo địa chất
Trung bình
Nhỏ nhất
Lớn nhất
Trung bình
Nhỏ nhất
Lớn nhất
Trung bình
Nhỏ nhất
Lớn nhất
3 Phân hệ tầng trên hệ
tầng Suối Chiềng 1,589 0,0019 5,389 22,643 2,841 93,294 77,126 11,306 315,48Bản chất phóng xạ chung của vùng nghiên cứu chủ yếu là thori (tỷ lệ Th/
U > 3)
3.1.2 Sự biến đổi hàm lượng các nguyên tố U, Th, K theo không gian
Để nghiên cứu sự biến đổi hàm lượng các nguyên tố urani, thori, kalitrên các loại đất đá theo không gian trong khu vực nghiên cứu (thôn HạThành), học viên tiến hành thành lập các sơ đồ hàm lượng các nguyên tố U,
Th, K trên các mặt cắt đặc trưng của khu vực nghiên cứu như sau:
3.1.2.1 Mặt cắt tuyến 55
240 280 320 360 400
800 (m) HÖtÇngSuèiLµng-Ph©nhÖtÇngd íi
Trang 143.1.2.2 Mặt cắt tuyến 51
360 400
240 280 320
200 800(m)
HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn
HÖtÇngSuèiLµng-Ph©nhÖtÇngd íi
Th©n pegmatit
Th©n pegmatit
Hµml îngUrani(ppm) Hµml îngThori(ppm)
Hµml îngUrani(ppm)
Th©n pegmatit
200
Th©n pegmatit
Hµml îngKali(%) HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn
Hµml îngThori(ppm) HÖtÇngSuèiLµng-Ph©nhÖtÇngd íi
1 2
5
800800(m)0600
Trang 153.1.2.4 Mặt cắt tuyến 13a
240
180 200 220 260
(m)
Hµml îngThori(ppm) Hµml îngUrani(ppm) HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn
Hµml îngKali(%)
Th©n pegmatit
150 240
4
1 2 3
200
200 150
HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn
250
Th©n pegmatit
Trang 163.1.2.6 Mặt cắt tuyến 5a
Hµml îngThori(ppm)
180 200 220
Th©n pegmatit
200 0
150 100
1.5 2 2.5
1
0 0.5
HÖtÇngSuèiLµng-Ph©nhÖtÇngd íi HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn
400
Hµml îngKali(%)
Hµml îngThori(ppm)
PP£ ͽ ¤ PP£ ÍÆ £
1 2
Trang 173.1.2.8 Mặt cắt tuyến 6a
220
180 200 240
350 (m)
Hµml îngThori(ppm) Hµml îngUrani(ppm) Hµml îngKali(%)
HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn 100
(m) 300
Hµml îngThori(ppm)
HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn Hµml îngKali(%)
Trang 183.1.2.10 Mặt cắt tuyến 12
220
180 200 240
5
3 4
250 250 200
(m) 240 280 300
800 0
Th©n pegmatit
HÖtÇngSuèiChiÒng-Ph©nhÖtÇngtrªn
Hµml îngThori(ppm) Hµml îngUrani(ppm) PhøchÖB¶oHµ
(m)
800
0 800
Trang 193.1.2.12 Mặt cắt tuyến 56
160 200 (m) 220 260
Hàmưlư ợngưKaliư(%)
800
Hàmưlư ợngưThoriư(ppm) HệưtầngưSuốiưLàngư-ưPhânưhệưtầngưdư ới
180 220 260
200
PPÊÍặ Ê
PPÊÍẵ Ô PPÊÍặ Ê
0
80 100
0
1
2
20 40 60
Q
HệưtầngưSuốiưLàng HệưtầngưSuốiưChiềng PhứcưhệưBảoưHà HệưĐệưTứ
1
CHỉ Dẫn
Sông,ưsuối Thânưpegmatit Khuưvựcưnghiênưcứu
4
M/PPÊơ Ôẳ Â Ranhưgiớiưđịaưchất
PPÊÍặ Ê PPÊÍẵ Ô
PPÊÍặ Ô
PPÊÍặ Ê PPÊÍẵ Ô PPÊÍặ Ê
PPÊÍẵ Ô
M/PPÊơ Ôẳ Â
Q
PPÊÍặ Ê PPÊÍẵ Ô
21°
00'41"
25 800
25 200
25 400
25 600
25 000
105°04'20"21°
02'01"
24 000
24 200
24 400
24 600
24 800
23 600
23 800
21°
00'41"
23 800
25 200
24 400
24 600
24 800
25 000
24 200
24 000
105° 03'00"
25 400
25 800
05 600
25 600
Hỡnh 16 Sơ đồ phõn vựng hàm lượng Thori
Trang 20Hàmưlư ợngưuraniưtừư20ư-ư30ppm Hàmưlư ợngưuraniư>ư30ppm Hàmưlư ợngưuraniưtừư0ư-ư10ppm Hàmưlư ợngưuraniưtừư10ư-ư20ppm HệưtầngưSuốiưLàng HệưtầngưSuốiưChiềng PhứcưhệưBảoưHà HệưĐệưTứ
4
Sông,ưsuối Khuưvựcưnghiênưcứu
3
Ranhưgiớiưđịaưchất
Q
PPÊÍặ Ê PPÊÍẵ Ô
M/PPÊơ Ôẳ Â Thânưpegmatit
CHỉ Dẫn
25 800
25 200
25 400
25 600
25 000
105°04'20"21°
02'01"
24 000
24 800
24 400
24 600
24 200
23 600
23 800
25 400
05 600 05 800
25 800
25 200 105° 03'00"
24 600
24 800
25 000
24 200
24 000
23 600
23 800
Hỡnh 17 Sơ đồ phõn vựng hàm lượng Urani
Từ cỏc mặt cắt và sơ đồ phõn vựng đó thành lập cho thấy hàm lượngcỏc chất phúng xạ (Uran, Thori) đều tăng cao tại cỏc khu vực cú cỏc thõnpegmatit hoặc tại cỏc nơi tớch tụ, lắng đọng cỏc nguyờn tố phúng xạ do rửa trụi
từ cỏc thõn pegmatit hoặc nguồn cung cấp khỏc
Theo bỏo cỏo Địa chất và Khoỏng sản nhúm tờ Thanh Sơn ThanhThủy, tập II – Khoỏng sản (Viện Địa chất và khoỏng sản, 1989), cường độphúng xạ ở cỏc thể mạch pegmatit ở khu vực này là rất cao, kết quả phõn tớch
pegmatit tại khu vực này thường gặp cỏc khoỏng vật xạ hiếm như uraninit,ziatholit, thorianit, thorit, zircon, manozit, xenotim Phõn tớch microson mộtmẫu thorianit tại khu vực này cho thấy hàm lượng thori là 11%
Trang 21Như vậy có thể thấy, sự tăng cao hàm lượng các nguyên tố phóng xạ(U, Th) tại khu vực này có liên quan mật thiết tới sự tồn tại của các thânpegmatit trong khu vực Theo kết quả đo phổ gamma, hàm lượng nguyên tốurani, thori có tương quan rất chặt chẽ với R = 0,86 Hàm lượng nguyên tố kalikhi tại hệ tầng Suối Chiềng luôn cao so với hệ tầng Suối Làng.
3.2 Đặc điểm địa hóa phóng xạ các nguyên tố U, Th, K
3.2.1 Hàm lượng các nguyên tố U, Th, K trong môi trường nước
Kết quả phân tích các thành phần môi trường phóng xạ trong nước đượctổng hợp trong bảng 2
Bảng 2 Bảng kết quả phân tích mẫu nước
Toạ độ VN-2000 (m)
Tổng hoạt độ
(10 -12 g/l)
Hàm lượng radon (Bq/m 3 )
Trang 22TT Số hiệu mẫu
Toạ độ VN-2000 (m)
Tổng hoạt độ
(10 -12 g/l)
Hàm lượng radon (Bq/m 3 )
Hàm lượng radon tự do trong nước: các chất khí phóng xạ bao gồm:
radon và thoron trong các thân pegmatit phát tán mạnh vào các nguồn nước,đặc biệt là nước ngầm
Kết quả phân tích mẫu nước giếng tại điểm cách trung tâm thôn Hạ Thành
MN10, chứng tỏ độ chênh lệch về nồng độ radon giữa các nguồn nước khácnhau rất lớn
Hoạt độ alpha và beta trong nước: Tổng hoạt độ alpha và beta trong các
loại nước dùng trong sinh hoạt của bản Dấu Cỏ dao động trong khoảng từ0,011Bq/l đến 0,187Bq/l đối với hoạt độ alpha; từ 0,012Bq/l đến 1,095Bq/l đốivới hoạt độ beta, trong khi tiêu chuẩn cho phép với hoạt độ alpha là 0,1Bq/l vàbeta là 1,0Bq/l, (TCVN 08:2008/BTNMT và TCVN 09:2008/BTNMT)
Hàm lượng radi trong nước: Từ kết quả phân tích hàm lượng radi
trong mẫu nước có 3 mẫu MN10, MN05 và MN26 là vượt tiêu chuẩn an toànbức xạ (NRB-96) So sánh giá trị phân tích các mẫu nước dọc theo suối Bầu cóthể thấy nồng độ radon, hàm lượng radi, tổng hoạt độ alpha và bêta tại vị tríthượng nguồn suối Bầu (MN07) có nồng độ radon thấp, tăng cao tại vị tríMN10 (gần thân pegmatit) và giảm dần đến cuối suối (MN32, MN06, MN08,)(Hình 18, 19)