Chương 4 CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH
4.1 Nghiên cứu nguồn gốc trầm tích từ lưu vực hồ Xuân Hương
Hồ Xuân Hương nằm tại trung tâm thành phố Đà Lạt với tổng diện tích lưu vực là 26,5 km2. Nghiên cứu này được tiến hành trên vùng lưu vực rộng khoảng 9,5 km2 và được chia thành 2 tiểu lưu vực là X-1 và X-2. Tại lối ra của vùng lưu vực này người ta đào một hồ lắng để giữ trầm tích, hạn chế bồi lắng tại hồ chính (Hình 4.1).
Đa số diện tích trong vùng khảo sát được sử dụng để canh tác các loại rau và hoa từ rất lâu, chỉ còn lại một ít diện tích rừng thông. Địa hình nguyên thuỷ của vùng này là đồi thấp xen các thung lũng hẹp. Trong quá trình canh tác trên các thung lũng, người dân đã đào hạ độ dốc các sườn đồi để mở rộng đất canh tác. Vì thế lớp đất bề mặt nguyên thuỷ của các sườn đồi đã bị bóc bỏ và hiện tại lớp đất nằm sâu phía dưới (khoảng 1 3m) đang được sử dụng để canh tác.
Các mẫu trầm tích bề mặt (10 cm trên cùng) được lấy tại các đường thoát nước của lưu vực. Trong vùng tiểu lưu vực X-1 có 12 mẫu được lấy (ký hiệu XH1 XH12) và vùng tiểu lưu vực X-2 có 9 mẫu được lấy (ký hiệu XH13 XH21). Ngoài ra, có có 3 mẫu trầm tích bề mặt được lấy tại hồ lắng (ký hiệu XH22 XH24). Vị trí lấy mẫu trong vùng nghiên cứu được thể hiện trên Hình 4.1.
4.1.2 Xử lý mẫu và phân tích
Tại phòng thí nghiệm, các mẫu trầm tích được sấy khô, nghiền mịn và gia công theo hình giếng (dạng 3 ) để phân tích các đồng vị 137Cs, 238U, 226Ra, 228Ra và 228Th bằng phương pháp thu nhận phổ gamma. Các mẫu trầm tích cũng được xử lý hoá học để phân tích 230Th và 232Th bằng phương pháp phổ anpha.
4.1.3 Kết quả và thảo luận
Số liệu phân tích 24 mẫu trầm tích trong vùng nghiên cứu thuộc lưu vực hồ Xuân Hương được đưa ra trong Phụ lục G, trong đó đồng vị 230Th và 232Th được phân tích bằng phương pháp thu phổ anpha, các đồng vị còn lại được phân tích trên phổ kế gamma.
S1 S2 S3
S13 S17
S4 S14 S5 S6 S8
S7 S9
S10 S11
S15 S16
S19 S21
S20
S18
26.75 26.80 26.85 26.90 26.95 27.00 27.05 27.10 27.15
Kinh do Dong
57.28 57.33 57.38 57.43 57.48 57.53 57.58 57.63 57.68 57.73
Vi do Bac
M22
M24 M23
108- 11-
S12
Diem lay mau
Hình 4.1 Sơ đồ lấy mẫu trầm tích trên lưu vực hồ Xuân Hương
X-2 X-1
4.1.3.1 Sự cân bằng phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ của đồng vị mẹ và đồng vị con tương ứng đối với tất cả các mẫu trầm tích được biểu diễn trên Hình 4.2. Sự mất cân bằng phóng xạ giữa các đồng vị con 226Ra, 228Ra, 228Th với các đồng vị mẹ tương ứng 230Th, 232Th, 228Ra khá rõ, trong đó thể hiện sự vượt trội của các đồng vị radi so với các đồng vị thori. Kết quả này tương tự với kết quả thu được trong các nghiên cứu [53,70,93]. Sự vượt trội của các đồng vị radi so với các đồng vị thori được giải thích là do độ linh động vượt trội của radi và nó bị hấp phụ bởi đất và trầm tích trong quá trình thấm lọc; sự liên kết của radi với các hạt đất và trầm tích liên quan chủ yếu tới các oxýt thứ sinh như Fe2O3 và Mn3O4 [62,72].
0 50 100 150
0 50 100 150
Ra-226, Bq/kg
Th-230, Bq/kg
0 50 100 150 200
0 100 200
Ra-228, Bq/kg
Th-232, Bq/kg
0 50 100 150 200
0 100 200
Ra-228, Bq/kg
Th-228, Bq/kg
Hình 4.2 Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị mẹ và các đồng vị con tương ứng đối với tất cả 24 mẫu trầm tích trong vùng lưu vực hồ Xuân Hương
4.1.3.2 Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, giữa 230Th và 232Th
Hàm lượng các đồng vị 226Ra, 230Th, 232Th, tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/ 232Th đối với các mẫu trầm tích được đưa ra trong Bảng 4.1.
Tương quan giữa các đồng vị:
Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, giữa 230Th và 232Th đối với tiểu lưu vực X-1 và tiểu lưu vực X-2 được biểu diễn trên Hình 4.3 cùng với hệ số tương quan r. Đường thẳng đi qua các điểm thực nghiệm là đường hồi quy tuyến tính. Kết quả nhận được cho thấy 226Ra tương quan với 232Th theo vị trí mẫu với hệ số tương quan cao ở cả hai vùng lưu vực (r = 0,99 đối với vùng X-1 và r = 0,93 đối với vùng X-2). Đồng vị
230Th cũng tương quan với 232Th theo vị trí mẫu với hệ số tương quan cao (r = 0,997 đối với vùng X-1 và r = 0,96 đối với vùng X-2).
Bảng 4.1. Các đồng vị và tỷ số đồng vị quan tâm trong mẫu trầm tích Code
mẫu 226Ra 230Th 232Th 226Ra/232Th 230Th/232Th
X-1
XH1 45,4 0,8 31,5 0,9 44,7 1,3 1,017 0,035 0,704 0,030 XH2 96,7 1,8 87,4 2,3 113,2 2,9 0,854 0,027 0,772 0,029 XH3 49,8 0,9 38,0 1,4 50,8 1,5 0,981 0,034 0,748 0,035 XH4 79,3 1,4 71,0 2,1 93,8 2,3 0,845 0,025 0,757 0,029 XH5 68,0 1,2 55,3 1,5 76,7 2,1 0,886 0,029 0,721 0,028 XH6 103,8 1,7 90,3 2,5 118,7 2,9 0,874 0,026 0,761 0,028 XH7 67,6 1,2 51,4 1,4 65,6 2,0 1,032 0,036 0,783 0,032 XH8 77,7 1,3 59,1 1,6 82,9 2,1 0,937 0,028 0,713 0,026 XH9 82,1 1,4 64,0 1,6 86,5 2,1 0,949 0,028 0,740 0,026 XH10 29,6 0,6 21,0 0,8 31,8 1,1 0,932 0,037 0,661 0,035 XH11 81,5 1,4 65,8 1,7 83,8 2,1 0,973 0,030 0,785 0,029 XH12 97,6 1,6 89,5 2,7 115,2 2,8 0,848 0,025 0,777 0,030 Mean 73,3 1,4 60,3 1,9 80,3 2,3 0,927 0,032 0,743 0,031
Std, s 22,5 22,6 28,2 0,066 0,038
X-2
XH13 79,0 1,3 54,1 1,5 79,5 2,1 0,994 0,031 0,680 0,026 XH14 84,2 1,3 53,4 1,4 80,0 2,1 1,053 0,032 0,668 0,025 XH15 77,6 1,3 51,4 1,3 78,4 2,1 0,990 0,031 0,656 0,024 XH16 87,3 1,4 51,5 1,3 74,4 2,0 1,173 0,037 0,692 0,025 XH17 89,5 1,5 58,6 1,2 87,5 2,2 1,023 0,031 0,669 0,021 XH18 78,7 1,3 49,4 1,2 78,0 2,1 1,009 0,032 0,634 0,023 XH19 116,7 1,9 65,0 1,5 102,4 2,3 1,140 0,032 0,635 0,020 XH20 66,1 1,1 48,4 1,2 68,0 2,0 0,972 0,034 0,711 0,028 XH21 81,0 1,4 52,5 1,5 76,0 2,1 1,066 0,035 0,690 0,027 Mean 84,46 1,5 53,80 1,4 80,47 2,2 1,047 0,035 0,671 0,026
Std, s 13,83 5,13 9,71 0,069 0,026
Hồ
lắng
XH22 77,0 1,3 54,4 1,2 77,5 2,1 0,993 0,031 0,701 0,025 XH23 88,2 1,4 63,2 1,6 89,5 2,2 0,985 0,029 0,706 0,025 XH24 93,7 1,5 64,1 1,6 90,9 2,2 1,031 0,030 0,705 0,025
Tiểu lưu vực X-1
r = 0,99
0 50 100 150
0 50 100 150
Th-232, Bq/kg
Ra-226, Bq/kg
Tiểu lưu vực X-2 r = 0,93
0 50 100 150
0 50 100 150
Th-232, Bq/lkg
Ra-226, Bq/kg
Tiểu lưu vực X-1
r = 0,997
0 20 40 60 80 100
0 50 100 150
Th-232, Bq/kg
Th-230, Bq/kg
Tiểu lưu vực X-2
r = 0,96 0
20 40 60 80
0 50 100 150
Th-232, Bq/lkg
Th-230, Bq/kg
Hình 4.3. Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th theo vị trí mẫu trong lưu vực Tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/ 232Th đối với các mẫu trầm tích lấy tại tiểu lưu vực X-1 và tiểu lưu vực X-2 được biểu diễn trên đồ thị Hình 4.4. Kết quả cho thấy tỷ số
226Ra/232Th và 230Th/ 232Th của tất cả các mẫu trầm tích trên hai vùng đều nằm trong khoảng sai số phân tích của trung bình mẫu ở mức tin cậy 99,74%.
Tiểu lưu vực X-1
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
0 5 10 15
Thứ tự mẫu
226 Ra/232 Th
Tiểu lưu vực X-2
0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3
0 5 10
Thứ tự mẫu
226 Ra/232 Th
Tiểu lưu vực X-1
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0 5 10 15
Thứ tự mẫu
230 Th/232 Th
Tiểu lưu vực X-2
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0 5 10
Thứ tự mẫu
230 Th/232 Th
Hình 4.4. Tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th trong mẫu trầm tích vùng X-1 và X-2.
(Đường liền nét là giá trị trung bình và đường nét đứt là khoảng tin cậy 99,74%)
Vấn đề được xem xét tiếp theo là liệu các giá trị trung bình tỷ số 226Ra/232Th và
230Th/232Th trên lưu vực X-1 và lưu vực X-2 có khác biệt nhau hay không. Việc so sánh hai giá trị trung bình dựa trên giả thiết thống kê H0 : μ1 = μ2 đối với giả thiết H1: μ1 ≠ μ2. Độ lệch chuẩn chung s được tính theo công thức (3.6) và giá trị T được tính theo công thức (3.5) ở Chương 3. Các giá trị tính toán đối với trung bình tỷ số
226Ra/232Th và 230Th/232Th trên hai lưu vực được đưa ra trong Bảng 4.2.
Đối với cả hai tỷ số cần xem xét, vì T > C nên giả thiết H0 bị bác bỏ; tức là tỷ số
226Ra/232Th trung bình trong trầm tích vùng X-1 và vùng X-2 khác biệt nhau với độ tin cậy 95%. Tương tự, tỷ số 230Th/232Th trung bình trong trầm tích vùng X-1 và vùng X-2 khác biệt nhau với độ tin cậy 95%.
Bảng 4.2. Các tham số sử dụng trong đánh giá giả thiết thống kê H0: μ1 = μ2 Đại lƣợng 226Ra/232Th 230Th/232Th
Trung bình trên vùng X-1, μ1 0,927 0,743
Độ lệch chuẩn s1 0,066 0,038
Số lượng mẫu n 12 12
Trung bình trên vùng X-2, μ2 1,047 0,671
Độ lệch chuẩn s2 0,069 0,026
Số lượng mẫu m 9 9
Độ lệch chuẩn chung s 0,0045 0,0011
Giá trị T 4,022 4,963
C = t0.025 2,093 2,093
4.1.3.3 Đánh giá nguồn gốc trầm tích tại hồ lắng a) Nhận biết tầng đất xuất xứ của trầm tích
Hoạt độ 137Cs trong trầm tích vùng lưu vực X-1 khá thấp, dao động trong khoảng 0,24 0,68 Bq/kg (trung bình 0,43 Bq/kg). Tương tự như vùng X-1, hoạt độ
137Cs trong trầm tích vùng lưu vực X-2 cũng rất thấp, dao động trong khoảng 0,17 0,38 Bq/kg (trung bình 0,26 Bq/kg). Tại 6 vị trí lấy mẫu (4 vị trí trong lưu vực X-1, 2 vị trí trong lưu vực X-2) hoạt độ 137Cs trong trầm tích nhỏ hơn giới hạn phát hiện của thiết bị. Kết quả nhận được cho thấy đa số trầm tích trong vùng khảo sát có nguồn gốc từ lớp đất sâu bên dưới lớp mặt nguyên thủy. Kết quả khảo sát phản ánh đúng thực trạng canh tác và loại hình sử dụng đất trong vùng lưu vực nghiên cứu như đã đề cập đến trong phần mô tả vị trí nghiên cứu ở trên.
b) Nhận biết nguồn gốc không gian của trầm tích dựa vào tỷ số 226Ra/232Th
Như kết quả thu được ở trên, trầm tích trong mỗi vùng tiểu lưu vực có một giá trị tỷ số 226Ra/232Th đặc trưng (0,927 0,032 đối với vùng X-1; 1,047 0,035 đối với vùng X-2); đồng thời các tỷ số này là khác biệt nhau đối với 2 vùng lưu vực.
Để xác định phần đóng góp trầm tích vào hồ lắng từ vùng X-1 và X-2, mô hình trộn đơn giản 2 thành phần sau đây đã được sử dụng:
ax + by = c (4.1)
trong đó, x và y là sự đóng góp tương đối từ vùng X-1 và X-2 (ở đây x + y = 1) và a, b, c tương ứng là tỷ số 226Ra/232Th của 2 nguồn đầu vào và hồ lắng. Kết quả tính toán phần đóng góp trầm tích từ vùng X-1 và vùng X-2 vào các điểm lấy mẫu trong hồ lắng được đưa ra trong Bảng 4.3.
Bảng 4.3 Phần trầm tích đến hồ lắng từ tiểu lưu vực X-1 và X-2 theo 226Ra/232Th Vị trí lấy
mẫu tại hồ lắng
a (226Ra/232Th)
b (226Ra/232Th)
c (226Ra/232Th)
Phần trăm