Nghiên cứu sự biến động hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích sông hồng đoạn chảy qua tỉnh lào cai

LỜI CẢM ƠN Luận văn cao học thực hoàn thành khoa Địa chất, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trong khoảng thời gian học tập nghiên cứu khoa, học viên nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy Hồn thành đề tài nghiên cứu này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Vượng tận tình bảo, hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới thầy, cô giáo thuộc khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện, giúp đỡ truyền đạt cho kiến thức quý báu suốt thời gian học tập nghiên cứu luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người tạo cho tơi điều kiện tốt để hồn thành đề tài nghiên cứu Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Thu Hiền MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG vi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình 1.1.3 Đặc điểm địa mạo 1.2 Đặc điểm địa chất 1.2.1 Địa tầng 1.2.2 Magma xâm nhập 14 1.3 Đặc điểm khí hậu 18 1.4 Đặc điểm thủy văn Sông Hồng 20 1.5 Đặc điểm kinh tế - xã hội 21 1.5.1 Hoạt động công nghiệp 21 1.5.2 Hoạt động nông nghiệp 24 1.5.3 Hoạt động nhân sinh 26 CHƯƠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 27 2.1.1 Một số khái niệm 27 2.1.2 Bản chất trình hấp phụ - lưu giữ kim loại nặng môi trường trầm tích 28 2.2.3 Các nghiên cứu tích lũy, hàm lượng kim loại nặng trầm tích giới 29 2.2.4 Các nghiên cứu tích lũy, hàm lượng kim loại nặng trầm tích Việt Nam khu vực nghiên cứu 31 2.2 Vấn đề nghiên cứu 33 2.3 Nội dung nghiên cứu 35 i 2.4 Phương pháp nghiên cứu 35 2.4.1 Phương pháp khảo sát thực địa 35 2.4.2 Phương pháp phân tích độ hạt 38 2.4.3 Phương pháp phân tích quang phổ huỳnh quang tia X – XRF .41 2.4.4 Phương pháp phân tích nhiễu xạ Ronghen (XRD) 44 2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 45 CHƯƠNG BIẾN ĐỘNG HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH SƠNG HỒNG ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH LÀO CAI 47 3.1 Biến động hàm lượng sét trầm tích sơng Hồng theo khơng gian .47 3.1.1 Biến động hàm lượng sét trầm tích sơng Hồng năm 2014 48 3.1.2 Biến động hàm lượng sét trầm tích sơng Hồng năm 2015 49 3.1.3 Biến động hàm lượng sét trầm tích sơng Hồng năm 2016 49 3.2 Biến động hàm lượng kim loại nặng theo không gian 50 3.2.1 Biến động hàm lượng kim loại nặng theo không gian năm 2014 50 3.2.2 Biến động hàm lượng kim loại nặng theo không gian năm 2015 53 3.2.3 Biến động hàm lượng kim loại nặng theo không gian năm 2016 57 3.3 Biến động hàm lượng kim loại nặng theo thời gian 60 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại nặng trầm tích 63 3.4.1 Ảnh hưởng thành phần độ hạt với hàm lượng KLN trầm tích 63 3.4.2 Ảnh hưởng thành phần khoáng vật sét đến hàm lượng KLN trầm tích 66 3.4.3 Ảnh hưởng nguồn phát tán đến hàm lượng KLN trầm tích 68 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Phụ lục 78 Phụ lục Kết phân tích nhiễu xạ Rơnghen 79 Phụ lục Kết phân tích quang phổ huỳnh quang tia X – XRF .83 Phụ lục Kết phân tích thành phần độ hạt 89 ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt BTNMT KCN KLN QCVN TTCN X-Rays XRD XRF iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ khu vực nghiên cứu Hình 1.2 Sơ đồ ảnh DEM tỉnh Lào Cai Hình 1.3 Sơ đồ địa chất tỉnh Lào Cai Hình 2.1 Sơ đồ hệ phương pháp nghiên cứu Hình 2.2 Sơng Hồng – Lào Cai (Ảnh tác giả) Hình 2.3 Vị trí lấy mẫu trầm tích năm 2014 – 2015 – 2016 Hình 3.1 Đồ thị biến động hàm lượng cấp độ hạt trầm tích sơng Hồng 2014 Hình 3.2 Đồ thị biến động hàm lượng cấp độ hạt trầm tích sông Hồng 2015 Hình 3.3 Đồ thị biến động hàm lượng cấp độ hạt trầm tích sơng Hồng 2016 Hình 3.4 Hàm lượng Cr mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2014 Hình 3.5 Hàm lượng Ni mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2014 Hình 3.6 Hàm lượng Cu mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2014 Hình 3.7 Hàm lượng Zn mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2014 Hình 3.8 Hàm lượng Pb mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2014 Hình 3.9 Hàm lượng Cr mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2015 Hình 3.10 Hàm lượng Ni mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2015 Hình 3.11 Hàm lượng Cu mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2015 Hình 3.12 Hàm lượng Zn mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2015 Hình 3.13 Hàm lượng Pb mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2015 Hình 3.14 Hàm lượng Cd mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2015 Hình 3.15 Hàm lượng As mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2015 Hình 3.16 Hàm lượng Cu mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2016 Hình 3.17 Hàm lượng Zn mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2016 Hình 3.18 Hàm lượng Cr mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2016 Hình 3.19 Hàm lượng Ni mẫu trầm tích sơng Hồng năm 2016 iv Hình 3.20 Biểu đồ so sánh hàm lượng Cr theo nhóm điểm 61 Hình 3.21 Biểu đồ so sánh hàm lượng Ni theo nhóm điểm 61 Hình 3.22 Biểu đồ so sánh hàm lượng Cu theo nhóm điểm 62 Hình 3.23 Biểu đồ so sánh hàm lượng Zn theo nhóm điểm 63 Hình 3.24 Đồ thị so sánh hàm lượng KLN thực tế hàm lượng tính tốn 65 Hình 3.25 Kết phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen - XRD 68 Hình 3.26 Đồ thị thể thay đổi hàm lượng KLN qua vị trí sản xuất Cơng nghiệp 70 Hình 3.27 Bản đồ phân bố tài nguyên khoáng sản tỉnh Lào Cai 71 Hình 3.28 Bản đồ trạng Kinh tế - Xã hội tỉnh Lào Cai 2015 72 v DANH MỤC BẢNG Bảng Mực nước lưu lượng Sông Hồng địa bàn tỉnh Lào Cai 21 Bảng Vị trí kí hiệu mẫu trầm tích thu thập giai đoạn 2014 – 2016 .38 Bảng Kết phân tích hàm lượng tổng kim loại trầm tích số cơng trình giới sử dụng phương pháp phân tích quang phổ huỳnh quang tia X 42 Bảng Kết phân tích độ hạt mẫu trầm tích năm 2014 - 2016 47 Bảng Hàm lượng kim loại nặng mẫu trầm tích năm 2014 50 Bảng Hàm lượng kim loại nặng mẫu trầm tích năm 2015 53 Bảng Hàm lượng kim loại nặng mẫu trầm tích năm 2016 57 Bảng So sánh hàm lượng kim loại nặng nhóm điểm 60 Bảng Hàm lượng KLN thực tế hàm lượng KLN tính tốn mẫu trầm tích Sơng Hồng - 2016 64 Bảng 10 Bảng phân cấp độ hạt quốc tế - ISO 14688-1:2002[13] 78 Bảng 11 Kết phân tích XRF mẫu trầm tích 2014 83 Bảng 12 Kết phân tích XRF mẫu trầm tích 2015 84 Bảng 13 Kết phân tích XRF mẫu trầm tích 2016 88 vi LỜI MỞ ĐẦU Sông Hồng với chiều dài 1149 km sông xuyên biên giới bắt nguồn từ cao nguyên Vân Nam, Trung Quốc, chảy qua địa phận tỉnh Lào Cai đổ Biển Đông cửa Ba Lạt Đoạn chảy lãnh thổ Việt Nam từ A Mú Sung, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai đóng vai trị đường biên giới Việt Nam Trung Quốc dài khoảng 80 km Chính sơng điểm phân chia biên giới, bờ phía nam thuộc Việt Nam, bờ phía bắc thuộc lãnh thổ Trung Quốc Đến thành phố Lào Cai, sơng Hồng chảy hồn tồn lãnh thổ Việt Nam Dịng sơng Hồng với phụ lưu Sơng Đà Sơng Lơ tạo thành hệ thống sơng Hồng, sơng Thái Bình đóng vai trị quan trọng tồn hoạt động sản xuất, sinh hoạt tỉnh đồng sông Hồng Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ kinh tế, xã hội, văn hóa…, chất lượng mơi trường bị nhiễm nghiêm trọng Trong đó, có mặt kim loại nặng mơi trường đất, nước vấn đề quan tâm Sự tích tụ kim loại nặng mơi trường ảnh hưởng đến đời sống sinh vật người thơng qua chuỗi thức ăn Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu, báo khoa học tích lũy kim loại nặng mơi trường trầm tích khu vực sông, hồ, cửa biển… (Sông Nhuệ, lưu vực Sông Đáy, vùng ven biển Cà Mau, vịnh Đà Nẵng…) ảnh hưởng chúng sinh vật, môi trường Trên địa bàn tỉnh Lào Cai có báo nói lên trạng mơi trường khu công nghiệp suy giảm, ô nhiễm Tuy nhiên, nghiên cứu chất lượng môi trường trầm tích tập trung số khu vực mỏ, chưa có nhiều nghiên cứu sâu kim loại nặng trầm tích dọc theo lưu vực sơng Hồng địa bàn tỉnh Lào Cai Dựa nghiên cứu ảnh hưởng xấu kim loại nặng môi trường sức khỏe người sinh vật; trạng công nghệ khai thác chế biến khoáng sản lạc hậu khu vực nghiên cứu, trạng xả thải, dấu hiệu ban đầu ô nhiễm môi trường cho thấy, việc nghiên cứu, đánh giá tai biến ô nhiễm môi trường vấn đề thiết chung, liên quan đến phát triển kinh tế - xã hội khu vực Xuất phát từ thực tiễn trên, học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu biến động hàm lượng kim loại nặng trầm tích sơng Hồng đoạn chảy qua tỉnh Lào Cai” với mục tiêu nghiên cứu chất lượng trầm tích sơng Hồng đoạn chảy qua tỉnh Lào Cai thông qua nghiên cứu biến động hàm lượng kim loại nặng có trầm tích dọc theo chiều dài sông từ A Mú Sung đến hết địa phận tỉnh tỉnh Lào Cai theo thời gian, mục tiêu cụ thể là:  Đánh giá biến động hàm lượng kim loại nặng trầm tích sơng Hồng khu vực Lào Cai theo không gian thời gian;  Ảnh hưởng yếu tố tự nhiên, hoạt động kinh tế - xã hội hàm lượng kim loại nặng trầm tích Nhiệm vụ đề tài: để thực mục tiêu nghiên cứu đề tài, luận văn cần thực nhiệm vụ sau:  Thu thập tài liệu địa chất, môi trường, kinh tế - xã hội có liên quan đến đối tượng nghiên cứu  Nghiên cứu khảo sát thực địa, thu thập mẫu khu vực nghiên cứu  Nghiên cứu, xác định hàm lượng kim loại nặng mẫu trầm tích thay đổi chúng theo thời gian không gian  Xác định yếu tố tự nhiên, hoạt động nhân sinh gây biến động hàm lượng kim loại nặng trầm tích [26] Viia Lepane , Mart Varvas , Anu Viitak , Tiiu Alliksaarc , and Atko Heinsalu (2001), Sedimentary record of heavy metals in Lake Rõuge Liinjärv, southern Estonia, Estonian Journal of Earth Science, 56, 4, pp 221 – 232 *Các trang web [27] http://vksnd.vnptweb.vn/ [28] http://www.baolaocai.vn/ [29] http://www.laocai.gov.vn/ 77 Phụ lục Bảng 10 Bảng phân cấp độ hạt quốc tế - ISO 14688-1:2002[13] Very coarse soil G Coarse soil S Fine soil S C 78 Phụ lục Kết phân tích nhiễu xạ Rơnghen VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau LCT - 16 - 07A Lin(Cps) 300 d=7.151 d=9.993 100 File: Vuong-DiaChat-LCT-16-07A-1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/04/17 19:45:48 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 27.71 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 47-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 25.18 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 01-0527 (D) - Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 19.08 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 15-0603 (D) - Illite - K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2·H2O - Y: 15.67 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau LCT - 16 - 10E 001 Lin(Cps) 300 d=10 d=7.306 100 10 File: Vuong-DiaChat-LCT-16-10E.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/28/17 10:02:49 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 44.56 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 47-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 46.04 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 01-0527 (D) - Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 17.30 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 15-0603 (D) - Illite - K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2·H2O - Y: 14.87 % - d x by: 1.000 - WL: 79 VNU-HN Lin(Cps) 300 200 d=7.266 100 2-Theta - Scale File: Vuong-DiaChat-LCT-16-15A.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/27/17 17:40:31 70 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 20.97 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 47-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 18.42 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 01-0527 (D) - Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 17.30 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau LCT - 16 - 22A 982 200 d=7.174 d=9 Lin(Cps) 300 100 10 70 File: Vuong-DiaChat-LCT-16-22A.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 80 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 47.27 % - d x by: 1.000 01-0527 (D) - Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 19.50 % - d x b 15-0603 (D) - Illite - K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2·H2O - Y: 20.72 % VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau LCT - 16 - 27E Lin(Cps) 300 200 100 70 10 File: Vuong-DiaChat-LCT-16-27E.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 21.07 % - d x by: 1.000 - 47-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 18.82 % - d x by: 1.000 - 01-0527 (D) - Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 21.73 % - d x b 15-0603 (D) - Illite - K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2·H2O - Y: 17.70 VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau LCT - 16 - 31E 200 70 100 d=10.054 Lin(Cps) 300 2-Theta - Scale File: Vuong-DiaChat-LCT-16-31E.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/27/17 18:17:12 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 29.11 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 47-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 15.74 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 01-0527 (D) - Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 24.50 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 15-0603 (D) - Illite - K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2·H2O - Y: 21.24 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 81 VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau LCT - 16 - 34A Lin(Cps) 300 d=7.149 d=9.989 100 2-Theta - Scale File: Vuong-DiaChat-LCT-16-34A.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/27/17 19:07:57 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 21.17 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 47-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 12.59 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 01-0527 (D) - Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 16.93 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 15-0603 (D) - Illite - K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2·H2O - Y: 13.90 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 82 Phụ lục Kết phân tích quang phổ huỳnh quang tia X – XRF Bảng 11 Kết phân tích XRF mẫu trầm tích 2014 Sample SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 V Cr Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Ba % % % % % % % % % % ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm Sample Pb Gd ppm ppm LCT15-02-1 LCT15-02-2 Bảng 12 Kết phân tích XRF mẫu trầm tích 2015 Sample SiO2 % 48.07 TiO2 % 1.34 Al2O3 % 19.86 Fe2O3 % 9.04 MnO % 0.28 MgO % 5.14 CaO % 3.67 Na2O % 1.99 K2O % 2.07 P2O5 % 0.40 LOI % 7.90 Sum % 99.76 V ppm 213 Cr ppm 168 84 LCT15-02-2 LCT15-02-1 Sample Ni ppm 120 Cu ppm 900 Zn ppm 262 Nb ppm 34 Rb ppm 52 Sr ppm 106 Y ppm 50 Zr ppm 244 Ba ppm n.dt Pb ppm 18 La ppm 43 Ce ppm 123 Nd ppm 17 Cd ppm 44 As Sum: tổng hàm lượng nguyên tố LOI: hàm lượng nung, n.dt: khơng xác định ppm n.dt 85 LCT15-02-2 LCT15-02-1 Sample SiO2 % 48.07 TiO2 % 1.34 Al2O3 % 19.86 Fe2O3 % 9.04 MnO % 0.28 MgO % 5.14 CaO % 3.67 Na2O % 1.99 K2O % 2.07 P2O5 % 0.40 LOI % 7.90 Sum % 99.76 V ppm 213 Cr ppm 168 Ni ppm 120 Cu ppm 900 Zn ppm 262 Nb ppm 34 Rb ppm 52 Sr ppm 106 86 LCT15-02-2 LCT15-02-1 Sample Y ppm 50 Zr ppm 244 Ba ppm n.dt Pb ppm 18 La ppm 43 Ce ppm 123 Nd ppm 17 Cd ppm 44 As Sum: tổng hàm lượng nguyên tố LOI: hàm lượng nung, n.dt: không xác định ppm n.dt 87 Bảng 13 Kết phân tích XRF mẫu trầm tích 2016 LCTSố hiệu LCT-161615A.G mẫu 10E.G SiO2 % 61.45 59.37 TiO2 % 0.91 Al2O3 T- % 13.19 16.26 7.29 6.96 Fe2O3 % MnO % 0.15 0.17 MgO % 3.35 2.66 CaO % 3.07 1.31 Na2O % 1.43 2.26 K 2O % 2.86 4.42 P2O5 % 0.15 0.14 MKN % 5.77 5.17 As ppm