Nghiên cứu đặc điểm dị thường khí phóng xạ phục vụ tìm kiếm quặng ẩn và đánh giá ô nhiễm môi trường trên vùng quặng đất hiếm lai châu và đới sa khoáng ven biển miền trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THÁI SƠN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM DỊ THƯỜNG KHÍ PHĨNG XẠ PHỤC VỤ TÌM KIẾM QUẶNG ẨN VÀ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG TRÊN VÙNG QUẶNG ĐẤT HIẾM – LAI CHÂU VÀ ĐỚI SA KHOÁNG VEN BIỂN MIỀN TRUNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội – 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THÁI SƠN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM DỊ THƯỜNG KHÍ PHĨNG XẠ PHỤC VỤ TÌM KIẾM QUẶNG ẨN VÀ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG TRÊN VÙNG QUẶNG ĐẤT HIẾM – LAI CHÂU VÀ ĐỚI SA KHOÁNG VEN BIỂN MIỀN TRUNG Chuyên ngành: Địa vật lý Mã số: 62.44.61 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Lê Khánh Phồn TS Trần Bình Trọng Hà Nội - 2010 Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân Các số liệu kết mà tác giả trình bày luận văn hoàn toàn trung thực, khách quan chưa có tác giả cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả luận văn Nguyễn Thái Sơn MỤC LỤC Trang bìa………………………………………………………………………… Lời cam đoan ……………………………………………………………………… Mục lục………………………………………………………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN VÙNG NGHIÊN CỨU 11 1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng quặng đất – Lai Châu 11 1.2 Đặc điểm tự nhiên đới quặng sa khoáng ven biển miền Trung 16 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KHÍ PHĨNG XẠ TRONG KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ MƠI TRƯỜNG 28 2.1 Tổng quan phương pháp đo khí phóng xạ 28 2.2 Các phương pháp đo khí phóng xạ 29 2.3 Hiện trạng phương pháp đo khí phóng xạ nghiên cứu địa chất môi trường nước ta 42 2.4 Lựa chọn thiết bị đo khí phóng xạ 43 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DỊ THƯỜNG KHÍ PHĨNG XẠ PHỤC VỤ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ MÔI TRƯỜNG 45 3.1 Đặc điểm địa chất khoáng sản thân quặng chứa chất phóng xạ 45 3.2.Tính tốn phân bố nồng độ khí phóng xạ mơ hình lớp quặng: 47 3.3 Khảo sát thực tế số mỏ quặng chứa phóng xạ 52 CHƯƠNG 4: HIỆU QUẢ XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG KHÍ PHĨNG XẠ TRÊN MỘT SỐ MỎ QUẶNG CHỨA PHÓNG XẠ 63 4.1 Hiệu xác định đặc điểm dị thường khí phóng xạ tích tụ sa khống ven biển miền Trung 63 4.2 Hiệu xác định đặc điểm dị thường khí phóng xạ phục vụ điều tra địa chất môi trường quặng đất Phong Thổ - Tam Đường, Lai Châu 75 KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 102 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.2 Chế độ tẩm thực số loại detector vết alpha thường dùng [7]] 35 Bảng 3.1 Đặc điểm địa chất mỏ sa khoáng titan ven biển miền Trung [5] 47 Bảng 3.2 Nồng độ Rn, Tn vị trí khác mơi trường khơng khí [16]51 Bảng 4.1: Đặc trưng thống kê thành phần mơi trường phóng xạ khu vực bị nhiễm phóng xạ 95 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ vị trí giao thơng vùng Phong Thổ - Tam Đường – Lai Châu 14 Hình 1.2: Sơ đồ vị trí giao thơng ven biển từ Đà Nẵng đến Phú Yên [5] 21 Hình 2.1 Một số dụng cụ lấy mẫu khí phóng xạ [3] 30 Hình 2.2 Sơ đồ cơng tác đo khí phóng xạ [3] 30 Hình 2.3 Hình dạng phận máy RAD-7 32 Hình 2.4 Một số mẫu hình đặt Detector vết nghiên cứu địa chất [7] 36 Hình 2.5 Một số ống đo detector vết alpha dùng địa chất [3] 36 Hình 2.6 Sơ đồ phân rã Radon-222 [7] 39 Hình 3.1 Mơ hình tính phân bố nồng độ khí phóng xạ lớp eman hóa vơ hạn (lớp quặng phóng xạ) trầm tích phủ [2] 48 Hình 3.2 Sự phân bố nồng độ Rn thân quặng hình dạng khác [3] 50 Hình 3.3 Đồ thị suy giảm nồng độ Ra Tn khơng khí [16] 51 Hình 4.1 Mặt cắt địa chất – phóng xạ tuyến BN65 khu mỏ Bàn Nham, Phú Yên 64 Hình 4.2 Mặt cắt địa chất – phóng xạ tuyến PMC25 vùng Phù Mỹ - Bình Định 66 Hình 4.3 Mặt cắt địa chất – phóng xạ tuyến BN68 khu mỏ Bàn Nham, Phú Yên 67 Hình 4.4 Mặt cắt địa chất – phóng xạ tuyến HN26 khu mỏ Hồi Nhơn – Bình Định68 Hình 4.5: Mặt cắt địa chất – phóng xạ tuyến thân quặng F3 mỏ đất Đơng Pao77 Hình 4.6: Mặt cắt địa chất – phóng xạ tuyến thân quặng F3 mỏ đất Đơng Pao79 Hình 4.7 Sơ đồ đồng lượng nồng độ radon, toron khu mỏ đất Đông Pao – Lai Châu 80 Hình 4.8: Sơ đồ đồng lượng nồng độ radon khơng khí mỏ đất ĐôngPao – Lai Châu 85 Hình 4.9: Sơ đồ đồng lượng nồng độ khí phóng xạ khơng khí mỏ đất ĐơngPao – Lai Châu 86 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn thay đổi nồng độ radon theo ngày đêm, theo mùa vùng Đông Pao, Lai Châu 87 Hình 4.11: Bản đồ tổng liều tương đương xạ vùng Tam Đường, Phong Thổ, Lai Châu 90 Hình 4.12: Sơ đồ trạng phân vùng mơi trường phóng xạ vùng Tam Đường, Phong Thổ, Lai Châu 93 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Diễn giải AB – PΓA RAD-7 RAD – 200 An Các chất khí phóng xạ actinon Rn Các chất khí phóng xạ radon Tn Các chất khí phóng xạ toron NRn Nồng độ khí phóng xạ radon NTn Nồng độ khí phóng xạ toron 10 U Chất phóng xạ urani 11 Th Chất phóng xạ thori 12 qU Hàm lượng chất phóng xạ urani 13 qTh Hàm lượng chất phóng xạ thori 14 Bq/m3 Đơn vị đo nồng độ khí phóng xạ (Becquerel/m3) 15 µR/h Đơn vị đo cường độ xạ gamma (micrơ rơnghen/giờ) 16 µSv/h Đơn vị đo suất liều tương đương xạ (micrôsinvơ/giờ) 17 mSv/năm 18 Ig, Iγ 19 α alpha 20 β alpha 21 Bq/l 22 Bq/kg 23 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 24 IAEA Cơ quan lượng ngun tử quốc tế Máy đo khí phóng xạ AB-5 Canada Máy đo khí phóng xạ PΓA CHLB Nga Máy đo khí phóng xạ RAD-7 Máy đo khí phóng xạ RAD – 200 Canada Đơn vị liều tương đương xạ (milisinvơ/năm) Ký hiệu cường độ xạ gamma Đơn vị đo nồng độ chất phóng xạ nước (Becquerel/lit) Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ mẫu rắn (lương thực thực phẩm, đất đá, vật liệu…) MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước ta thuộc miền nhiệt đới khí hậu nóng ẩm mưa nhiều, lớp đất đá bề mặt chịu tác dụng phong hóa xâm thực mạnh mẽ Bởi vậy, đa phần mỏ quặng nói chung mỏ phóng xạ nói riêng thuộc dạng quặng “ẩn”, thân quặng thường bị chôn vùi tầng đất phủ bở rời Do khí phóng xạ đặc biệt khí radon có khả lan truyền xa khỏi đối tượng nghiên cứu nên phương pháp khí phóng xạ phương pháp phóng xạ có chiều sâu nghiên cứu (chiều sâu phát quặng tầng đất phủ) lớn Các đới đứt gãy, dập vỡ địa chất tạo thành đường dẫn khí nên gây dị thường khí phóng xạ Các mỏ sa khống ven biển mỏ đất có đặc điểm chung có cộng sinh chặt chẽ với khống vật thori urani Các họ phóng xạ thori urani q trình phân sinh chất phóng xạ toron radon, chúng lan truyền môi trường xung quanh có xu hướng bốc lên phia tạo thành dị thường khí phóng xạ tầng đất phủ nằm tương đối gần mặt đất Tuy nhiên đới ven biển, mùa mưa thường xuyên bị ngập lụt, nhiều sơng có lượng phù sa tương đối lớn, dẫn đến đới đứt gãy, dập vỡ, khe nứt bị bồi tích bùn cát lấp nhét, bịt kín đường dẫn khí có khí phóng xạ lan truyền lên mặt đất Bởi đặc điểm hình thành phân bố dị thường khí phóng xạ quặng sa khống ven biển khác với quặng đất vùng đồi núi cao địa hình phân cắt nước ta Để nâng cao hiệu áp dụng phương pháp khí phóng xạ nghiên cứu địa chất tìm kiếm quặng phóng xạ cần thiết phải làm sáng tỏ đặc điểm dị thường khí phóng xạ đối tượng địa chất khác nhau, lựa chọn thiết bị kỹ thuật đo có độ nhạy, độ tin cậy cao, đưa tiêu chuẩn địa chất - địa hóa – phóng xạ phân biệt dị thường quặng (liên quan với mỏ quặng chứa chất phóng xạ) dị thường phi quặng (liên quan với đá có hoạt độ phóng xạ cao, với đứt gãy dập vỡ địa chất) Trong điều tra môi trường cần làm sáng tỏ đặc điểm phát tán tích tụ khí radon lớp khí sát mặt đất từ đối tượng địa chất khác (phụ thuộc vào loại mỏ quặng, vào cấu trúc địa chất) đặc điểm biến thiên nồng độ khí phóng xạ theo thời gian, theo biến đổi thời tiết Từ đưa quy trình quan trắc mơi trường gồm lựa chọn thiết bị, mạng lưới, thời gian quan trắc, xử lý tài liệu nhằm xác định xác giá trị nồng độ khí phóng xạ khơng khí phục vụ việc tính liều chiếu qua đường hít thở đánh giá mức độ nhiễm khí phóng xạ, dạng nhiễm phóng xạ vơ nguy hiểm Bởi khí phóng xạ vượt q giới hạn an toàn cho phép trở thành tác nhân số gây ung thư phổi, ô nhiễm khí phóng xạ nhiễm khó phịng tránh người khơng thể ngừng thở dù phút Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu đề tài nghiên cứu đặc điểm dị thường khí phóng xạ phục vụ tìm kiếm quặng ẩn đánh giá ô nhiễm môi trường vùng mỏ đất - Lai Châu quặng sa khoáng ven biển miền Trung Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài dị thường khí phóng xạ quặng đất sa khoáng ven biển chứa U, Th Phạm vi nghiên cứu: Quặng đất - Lai Châu sa khoáng ven biển miền Trung Nội dung nghiên cứu đề tài Để đạt mục tiêu trên, luận văn thực nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu đặc điểm địa chất, khoáng sản thân quặng chứa chất phóng xạ điển hình nước ta quặng đất sa khoáng ven biển - Tính tốn lý thuyết dị thường nồng độ khí phóng xạ lớp đất bở rời sát mặt đất (phục vụ tìm kiếm quặng) lớp khí sát mặt đất (phục vụ điều tra mơi trường) mơ hình lát cắt địa chất – phóng xạ điển hình vùng nghiên cứu - Trong điều tra môi trường cần làm sáng tỏ đặc điểm phát tán tích tụ radon lớp khí sát mặt đất từ đối tượng địa chất khác (phụ thuộc vào loại mỏ quặng, cấu trúc địa chất) đặc điểm biến thiên nồng độ khí phóng xạ theo thời gian, theo biến đổi thời tiết 90 Hình 4.11: Bản đồ tổng liều tương đương xạ vùng Tam Đường, Phong Thổ, Lai Châu 91 Vùng nhiễm phóng xạ loại I: Có giá trị liều tương đương xạ 3,0mSV/năm