Luận án Các thành tạo trầm tích tầng mặt và mối liên quan với địa hóa môi trường trên địa bàn tỉnh Ninh Bình

gian và theo thời gian được gọi là cộng sinh tướng. 2.1.2. Tiếp cận nhân quả Quá trình dao động mực nước biển, trầm tích, chuyển động kiến tạocó mối quan hệ nhân quả, trong đó trầm tích là kết quả còn các yếu tố còn lại đượ c xem là nguyên nhân. Trong vùng nghiên cứu nguyên nhân chủ yếu quyết định nên sự hình thành các tướng trầm tích khác nhau là do sự thay đổi của mực nước biển. Khi mực nước biển thay đổi, kéo theo môi trường trầm tích sẽ thay đổi, khi đó chế độ thủy thạch động lực đều bị thay đổi dẫn đến thành phần vật chất của trầm tích cũng thay đổi theo. Do đó, mỗi nhóm tướng trầm tích đều phản ánh nên hoàn cảnh lắng đọng trầm tích cho một gian đoạn nào đó, mà cụ thể thì đã được thể hiện ở trong mỗi tướng trầm tích. Như vậy, mỗi tướng trầm tích sẽ có các đặc điểm đặc trưng cho môi trường lắng đọng. Các tướng trầm tích do có sự khác nhau về môi trường thành tạo nên thành phần độ hạt, thành phần khoáng vật, thành phần hóa học cũng sẽ khác nhau, dẫn đến đặc điểm địa hóa các kim loại nặng trong mỗi tướng trầm tích sẽ khác nhau. 2.2. Khái quát lịch sử hình thành trầm tích Đệ tứ tại vùng nghiên cứu và cơ sở xây dựng hệ phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Khái quát lịch sử hình thành trầm tích Đệ tứ tại vùng nghiên cứu Trầm tích Pleistocen muộn - Holocen trong vùng nghiên cứu được hình thành trong bối cảnh liên quan đến sự dao động của mực nước biển trên thế giới. Vào nửa cuối Pleistocen muộn (Q13) trên thế giới xảy ra đợt băng hà cuối cùng (chu kỳ băng hà Wurm), vào thời kỳ này ở Việt Nam mực nước biển lùi xa đến độ sâu thấp hơn mực nước biển hiện đại -100 m đến -120 m. Quá trình hạ mực nước biển làm cho mực xâm thực cơ sở cũng hạ theo, kết quả làm cho quá trình bóc mòn xảy ra mạnh mẽ trên toàn đồng bằng, làm xuất hiện màu loang lổ do quá trình phong hoá trên bề mặt trầm tích Pleistocen muộn (Q13) trên toàn lãnh thổ và lãnh hải nước ta, mà trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc ở trong vùng nghiên cứu là một ví dụ điển hình cho quá trình này. Trong Holocen có giai đoạn biển tiến Flandrian (khoảng 10.000 năm), đã làm mực nước biển thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng 9được dâng lên. Vào giai đoạn đầu Holocen (thời điểm trước biển tiến cực đại Flandrian), trầm tích biển - đầm lầy của hệ tầng Hải Hưng được thành tạo. Trong Holocen giữa tại thời điểm khoảng 6.000 năm (biển tiến Flandrian), thành tạo lớp sét màu xám xanh của hệ tầng Hải Hưng. Sau pha biển tiến cực đại Flandrian trong Holocen giữa thì vào đầu Holocen muộn xảy ra pha biển lùi làm mực nước biển hạ thấp theo nguyên lý con lắc đơn tắ t dần, lúc này tốc độ bồi tụ vùng cửa sông lớn hơn tốc độ lún chìm, châu thổ bắt đầu được hình thành và phát triển Trong gian đoạn này, ở đồng bằng sông Hồng nói chung và vùng nghiên cứu nói riêng đã hình thành các thành tạo trầm tích hệ tầng Thái Bình. Như vậy các trầm tích Pleistocen muộn - Holocen đã được sinh ra trong bối cảnh địa chất khác nhau. Do vậy, trầm tích tầng mặt của các thành tạo này là đối tượng khá đa dạng, phức tạp. Bởi lẽ, chúng vừa mang các tính chất của điều kiện môi trường thành tạo, lại vừa chịu tác động của các yếu tố tự nhiên, nhân sinh, nên rất cần thiết phải có hệ phương pháp nghiên cứu, áp dụng một cách hợp lý mới bảo đảm được tính chính xác cho các kết quả phân tích. 2.2.2. Một số khái niệm, thuật ngữ liên quan * Trầm tích tầng mặt Cho đến nay khái niệm về trầm tích tầng mặt còn được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau và chưa thống nhất. Trong luận án này, trầm tích tầng mặt được quan niệm rằng: trầm tích tầng mặt là tầng trầm tích bở rời hoặc gắn kết yếu, có bề dầy phụ thuộc vào địa hình. Đặc biệt là chúng phân bố ngay trên bề mặt của vỏ Trái Đất và có sự tương tác trực tiếp với môi trường bên ngoài (như nước, không khí, sinh vật và kể cả con người). Khái niệm trầm tích tầng mặt như trên cho thấy chúng là một tổ phần cực kỳ quan trọng trong hệ thống địa chất môi trường; việc nghiên cứu trầm tích tầng mặt nhất là các trầm tích hạt mịn đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu đặc điểm địa hóa môi trường. Tùy theo đặc điểm phân bố của các thành phần bở rời tại từng khu vực cụ thể, chiều dầy trầm tích tầng mặt có thể dao động từ vài cm đến vài mét. Tuy nhiên xét dưới tiêu chí tác động qua lại trực tiếp đến các hoạt động và các nhân tố trên mặt (nước, không khí, sinh vật...) thì đa số các quá trình sinh hóa và trao đổi chất của sin h vật xảy ra trong độ sâu từ 0,5m trở lên bề mặt. Ngoài ra, với mục đích nghiên cứu trầm tích phục vụ cho lĩnh vực địa hóa môi trường, NCS đã 10 vận dụng khái niệm về trầm tích trong QCVN 43-2012/BTNMT: “Trầm tích là các hạt vật chất, nằm ở độ sâu không quá 15 cm tính từ bề mặt đáy của vực nước, các hạt có kích thước nhỏ hơn 2 mm hoặc lọt qua rây có đường kính lỗ 2 mm”. Kết hợp tất cả các khía cạnh trên, trong luận án này chỉ giới hạn nghiên cứu trầm tích tầng mặt ở phần trên của các vật liệu bở rời đến độ sâu 0,5m. * Định nghĩa tướng: Trong luận án này, các tướng trầm tích trong vùng nghiên cứu được xác định trên cơ sở quan niệm về tướng của Rukhin L.B (1969): “tướng là những trầm tích được thành tạo trong một vị trí nhất định có cùng điều kiện khác với những vùng lân cận”. Cơ sở phân chia cấp hạt NCS đã sử dụng Bảng phân cấp độ hạt của Cụ c địa chất Hoàng Gia Anh để làm cơ sở phân chia các cấp hạt và đã sử dụng biểu đồ phụ cát - bột - sét bao gồm 10 trường theo phân loại của Cục địa chất Hoàng Gia Anh để phân loại trầm tích tầng mặt cho vùng nghiên cứu. - Kim loại nặng (Heavy Metal) là khái niệm được dùng trong lĩnh vực môi trường để chỉ các kim loại và á kim có tỷ trọng cao (D ≥ 5 g/cm3) và thường có độc tính đối với thế giới sinh vật. Các kim loại nặng điển hình là Cr, Ni, Co, Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, As, Se... 2.3. Các phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Lộ trình khảo sát địa chất Kết quả của quá trình khảo sát ngoài thực địa đã tiến hành được 18 tuyến (10 tuyến dọc, 8 tuyến ngang) với 145 điểm được khảo sát nghiên cứu. NCS đã thực hiện: Phương pháp mô tả, ghi nhật ký ở từng điểm khảo sát; Phương pháp đo trực tiếp các thông số hóa lý môi trường cơ bản của nước mặt và trầm tích tầng mặt ngoài thực địa. - Phương pháp lấy mẫu trầm tích tầng mặt và nước mặt: Mẫu trầm tích tầng mặt và nước mặt của vùng nghiên cứu được lấy mang tính đại diện, mẫu trầm tích được lấy theo TCVN 6663 - 3:2000 và bảo quản mẫu theo TCVN 6663 - 15:2004. Mẫu nước mặt được lấy theo TCVN 5992:1995 (ISO 5667 - 2:1991); bảo quản và xử lý mẫu nước theo TCVN 5993:1995 (ISO 5667 - 3:1985). Kết quả của các đợt khảo sát thực địa đã thu thập được 161 mẫu trầm tích. Các mẫu trầm tích được đưa về phòng thí nghiệm gia công và phân tích. 11 2.3.2. Nhóm các phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm * Các phương pháp phân tích độ hạt và xử lý số liệu Phương pháp rây nước kết hợp với phương pháp lắng gạn A.N. Sabanhin, phương pháp rây nước kết hợp với pipet, phương pháp xác định độ hạt bằng máy chiếu tia laser. Kết quả đã phân tích được 152 mẫu. Từ kết quả phân tích độ hạt, xây dựng đường con g tích lũy độ hạt, tính các thông số trầm tích và lập được biểu đồ phân loại trầm tích tầng mặt. * Nghiên cứu hình dạng hạt vụn Các phương pháp đã áp dụng: kính hiển vi soi nổi (52 mẫu), kính hiển vi phân cực (35 mẫu), kính hiển vi điện tử quét (SEM) (21 mẫu). * Các phương pháp phân tích thành phần khoáng vật: Phân tích lát mỏng thạch học (35 mẫu), kính hiển vi soi nổi (52 mẫu), phân tích Rơnghen (35 mẫu), nhiệt vi sai (35 mẫu), kính hiển vi điện tử quét (21 mẫu). * Các phương pháp phân tích thành phần hóa học: Phương pháp phân tích hóa silicat (30 mẫu); Phương pháp phân tích hóa nước cơ bản (28 mẫu); Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử (ASS) với 78 mẫu trầm tích và 42 mẫu nước mặt; Phương pháp quang phổ phát xạ plasma (ICP-ASE) (50 mẫu). * Phương pháp địa hóa môi trường trầm tích Trong luận án, việc nghiên cứu địa hóa môi trường trầm tích trên cơ sở phân tích sắt hóa trị 2 trong pyrit (FeS2) và tổng carbon hữu cơ (Fe+2S/Corg); hệ số cation trao đổi (Kt), độ pH của môi trường và thế năng oxy hóa (Eh). CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM TƯỚNG ĐÁ CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH TẦNG MẶT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH 3.1. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Pleistocen muộn Trong vùng nghiên cứu, trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Pleistocen muộn chủ yếu là tướng bùn cát châu thổ - biển ven bờ bị phong hoá loang lổ, phân bố ở Nho Quan và Gia Viễn. Trầm tích thuộc kiểu bùn cát và có nét khác biệt so với các thành tạo khác là chúng có màu sắc loang lổ và có chứa kết vón laterit (goethit 11 - 30%). Trầm tích có độ chọn lọc và mài tròn kém. Các đường cong tích lũy độ của trầm tích chủ yếu có dạng T + S cho thấy trầm tích được thành tạo trong môi trường biển ven bờ. Trong trầm tích vật chất hữu cơ không 12 nhiều, các chỉ số môi trường pH: 6,8-7,30; Kt: 1,04-1,5; Fe+2s/corg: 0,196- 0,528; Eh: 58 - 65 mV, có BTPH: Polypodium sp., Pinus sp., Larix sp.,... 3.2. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen sớm - giữa 3.2.1. Tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn Tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn lộ thành diện không lớn ở hai bên sông Hoàng Long, thuộc huyện Gia Viễn, Hoa Lư. Trầm tích thuộc kiểu trầm tích bùn, chứa than bùn và các di tích thực vật màu đen, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế . Các đường cong tích lũy độ hạt của trầm tích tích chủ yếu có dạng T2, T3 đã phản ánh môi trường thành tạo trầm tích là môi trường yên tĩnh. Trong trầm tích có mặt pyrit, giàu vật chất hữu cơ, các chỉ số môi trường : pH = 4,5-6,0, Kt = 1,05-1,25. Chỉ số Fe2+S/Corg = 0,45-0,63; Eh từ -40 đến -25mV, trầm tích có chứa tập hợp BTPH: Polypodium sp., Gleichenia sp.,... đồng thời còn có nhiều tảo mặn, lợ xen ít tảo nước ngọt: Cyclotella sp.,...tất cả đã chứng tỏ môi trường trầm tích là môi trường đầm lầy. 3.2.2. Tướng sét xám xanh vũng vịnh Trên diện tích Ninh Bình, trầm tích tướng sét xám xanh vũng vịnh lộ rải rác ở ven hồ Yên Thắng, Yên Mô và thị xã Tam Điệp . Trầm tích thuộc kiểu trầm tích sét có màu xám xanh. Sét dẻo mịn, trong sét có lẫn nhiều rễ cây, có độ chọn lọc kém, độ mài tròn khá, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Trong trầm tích có tập hợp BTPH: Osmunda sp., Pteris sp., Pinus sp., 3.3. Trầm tích tầng mặt thuộc thành tạo Holocen muộn 3.3.1. Tướng bột cát bãi bồi sông Tướng bột cát bãi bồi sông phân bố không liên tục dọc theo sông Đáy, sông Hoàng Long, sông Chanh, sông Bôi... Trầm tích thuộc kiểu bột cát, màu xám nâu, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu có dạng T, một số ở dạng R và S đặc trưng cho trầm tích bãi bồi. Các chỉ số môi trường: pH = 6-7; Eh = 100 - 140mV; Kt = 0,05 - 0,07; Fe2+S/Corg = 0,02 - 0,05. Trầm tích nghèo di tích động thực vật, chỉ có BTPH: Cyathea sp., Osmunda sp., 3.3.2. Tướng bùn đầm lầy trên bãi bồi Trong vùng nghiên cứu, tướng trầm tích bùn cát đầm lầy trên bãi bồi phân bố chủ yếu ở Gia Viễn và Nho Quan, ít hơn nữa là ở Hoa Lư, Yên Mô và Tam Điệp. Trầm tích thuộc kiểu trầm tích bùn, chứa than bùn và các di tích thực vật màu đen, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, có 13 giá trị Md = 0,0095 mm đã biểu thị cho trầm tích hạt nhỏ chiếm ưu thế và môi trường hồ, đầm lầy. Mặt khác, các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu có dạng T và S cũng thể hiện môi trường trầm tích khá yên tĩnh. Trong trầm tích có pyrit, trầm tích giàu vật chất hữu cơ, các chỉ số môi trường: pH = 4,5-6, Kt = 0,5-0,7; Fe2+S/Corg = 0,03-0,06; Eh từ -40 đến +20mV, trầm tích có chứa di tích BTPH và phức hệ tảo nước ngọt đặc trưng cho môi trường đầm lầy. 3.3.3. Tướng bột cát đồng bằng châu thổ (amQ23) Trầm tích phân bố khá rộng rãi và tập trung chủ yếu ở các ở các huyện Hoa Lư, Yên Khánh, Yên Mô, TP Ninh Bình. Trầm tích thuộc kiểu bột cát, có màu nâu vàng, có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu ở dạng S+T đã cho thấy môi trường thành tạo trầm tích là môi trường cửa sông ven biển. Trầm tích có vật chất hữu cơ nhiều, c ác chỉ số môi trường pH: 7,35; Kt: 0,933; Fe+2s/corg: 0,14. Trong trầm tích chứa vi cổ sinh: Spiroloculina, Quinqueloculina và BTPH: Polypodium sp., Taxodium sp., ... 3.3.4. Tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa (ambQ23) Tướng bùn châu thổ bị đầm lầy hóa phân bố rộng rãi ở khu vực huyện Kim Sơn. Trầm tích thuộc kiểu trầm tích bùn, có màu nâu đen chứa di tích động thực vật nước lợ, có độ chọn lọc vừa, độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế, Md trong khoảng (0,001-0,05mm) thể hiện trầm tích thuộc phức hệ đầm lầy với tính phân dị cấp hạt yếu và môi trường trường trầm tích khá yên tĩnh. Các đường cong tích lũy độ hạt của trầm tích chủ yếu ở dạng T cũng thể hiện môi trường trầm tích khá yên tĩnh. Trong trầm tích còn gặp khoáng vật pyrit, trầm tích giàu vật chất hữu cơ, trầm tích chứa BTPH : Taxus sp., Sequoia sp., Laris sp., hệ số địa hoá môi trường: pH = 5 - 6; Kt = 0,75 - 0,98, Fe2+S/Corg = 0,2 - 0,3, Eh: - 20mV đến 50 mV chỉ thị cho môi trường trầm tích bị đầm lầy hóa. 3.3.5. Tướng cát cồn cát chắn cửa sông tàn dư Trầm tích thuộc kiểu cát, cát bột màu xám vàng, xám tro có lẫn vảy muscovit và vỏ hến, có độ chọn lọc kém, độ mài tròn trung bình đến khá, hạt lớn chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu ở dạng S+T đặc trưng cho môi trường thành tạo cồn cát cửa sông. Các chỉ số môi trường: pH = 7-8; Kt = 0,86-1,07; Fe2+S/Corg = 0,275. Trong trầm 14 tích nghèo di tích động thực vật, chỉ có các loài mollusca chịu sóng thuộc đới ven bờ có mặt như: Anadara subcrenata, Barbatia sp., 3.3.6. Tướng bùn cát bãi triều hiện đại Tướng bùn cát bãi triều hiện đại tạo thành những bãi triều nằm ven biển ở khu vực cửa Đáy, cửa sông Càn. Trầm tích thuộc kiểu bùn cát với thành phần chủ yếu là bột sét lẫn ít cát hạt mịn, có màu xám nâu, xám đen nhạt. Trầm tích có độ chọn lọc và độ mài tròn kém, hạt nhỏ chiếm ưu thế. Các đường cong tích lũy độ hạt chủ yếu ở dạng T, một số ở dạng S thể hiện môi trường trầm tích bãi triều. Các chỉ số môi trường: pH = 6 -7,5, Kt = 1,02 - 1,12; Fe2+S/Corg từ 0,15 - 0,2. Do bãi triều là nơi có sự hoạt động của các dòng triều và lạch triều nên độ bảo tồn các vi cổ sinh tương đối kém. Các sinh vật hai mảnh, sò ốc, sinh vật bám đáy như: Ostrea rivularis, Cyclina sinensis,... BTPH ngập mặn như: Rhizophora sp., Acanthus sp.,... Các loài tảo silic nước mặn lợ chiếm ưu thế: Actinocyclus ehrenbegii, 3.3.7. Tướng cát bột lạch triều (tcQ23) Trong vùng nghiên cứu tướng cát bột lạch triều có diện phân bố hẹp, chúng được thành tạo dọc theo các lạch triều và nhánh triều ở khu vực ven biển. Trầm tích có cát bột có màu xám vàng, xám tối và có đặc điểm là mịn dần từ dưới lên trên. Từ kết quả nghiên cứu về độ hạt của các tướng trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình cho thấy chúng có độ hạt phân b ố theo quy luật đan xen (thô - mịn - thô) theo cả hướng tây bắc - đông nam và đông bắc - tây nam ở trong vùng nghiên cứu. Sở dĩ chúng có các đặc điểm đan xen giữa các cấp hạt là vì quá trình hình thành trầm tích trẻ tại vùng nghiên cứu gắn liền với sự hình thành và phát triển các cồn cát cửa sông ven biển, tương tự quy luật thành tạo và phát triển các bar cát cửa sông của một số cửa sông lớn có bãi triều rộng trên thế giới. Trong vùng nghiên cứu trầm tích Holocen muộn được phát triển trong điều kiện cửa sông có đáy nông, lực ma sát đáy lớn và xếp vào loại cửa sông có lực cản mạnh. Chính do sức cản mạnh mà hình thành các cồn cát chắn cửa sông. Các cồn cát này có nguồn cung cấp vật liệu trầm tích là từ lục địa nhưng đã chịu tác động của sóng. Vì khi vật liệu t rầm tích được đưa đến bồn tích tụ thì nó được tái tạo và chọn lọc bởi sóng biển, trong đó thành phần hạt mịn được mang đi, còn thành phần hạt thô sẽ được lắng đọng lại hình thành nên các cồn cát, kéo theo đó là xuất hiện các lagoon nhỏ. Trong 15 các lagoon này do môi trường nước yên tĩnh nên trầm tích hạt mịn được lắng đọng. Do đó mới có hiện tượng đan xen cấ p hạt thô mịn ở vùng nghiên cứu. 3.4. Tiến hoá trầm tích Pleistocen muộn - Holocen của vùng nghiên cứu 3.4.1. Theo thời gian 3.4.1.1. Thời kỳ Pleistocen muộn Vào thời gian này, do ảnh hưởng của băng hà Wurm 2 nên đồng bằng sông Hồng nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng có phần trên của thành tạo hệ thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc bị phởi ra và phong hóa mạnh mẽ, dẫn đến phần lớn bề mặt của trầm tích thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc có màu loang lổ với những kết vón sắt rất đặc trưng. 3.4.1.2. Thời kỳ Holocen * Giai đoạn Estuary - vũng vịnh - Thời điểm trước biển tiến cực đại (giai đoạn đầu Holocen): tốc độ ngập chìm của bồn trầm tích lớn hơn tốc độ lắng đọng trầm tích trong bồn, kết hợp với tốc độ dâng của mực nước biển đã làm cho đồng bằng châu thổ sông Hồng nói chung và vùng nghiên cứu nói riêng bị ngập chìm nhanh chóng, trở thành vùng đầm lầy rộng lớn và hình thành trầm tích biển đầm lầy của hệ tầng Hải Hưng. - Thời điểm biển tiến cực đại đạt mức cao nhất trong Holocen giữa. Giai đoạn này vùng nghiên cứu bị ngập chìm trong nước biển. Các thung lũng sông trở thành vùng bãi triều cửa sông. Trong điều kiện bãi triều cửa sông - vũng vịnh này đã thành tạo lớp sét xám xanh thuộc hệ tầng Hải Hưng ở trong vùng nghiên cứu. * Giai đoạn châu thổ Vào đầu Holocen muộn xảy ra pha biển lùi làm mực nước biển hạ thấp. Đây là giai đoạn có tốc độ lún chìm nhỏ hơn tốc độ lắng đọng trầm tích. Tại thời điểm này các thành tạo Holocen muộn được hình thành với cơ chế dịch chuyển. * Giai đoạn aluvi Giai đoạn aluvi được bắt đầu kể từ khi đồng bằng châu thổ đã được hình thành và kéo dài ra biển. Trong điều kiện này thì hoạt động của các con sông đã tạo nên tầng trầm tích aluvi phủ lên trên các t hành tạo châu thổ trước đó. 16 3.4.2. Theo không gian Trong vùng nghiên cứu phổ biến các tướng trầm tích của đồng bằng châu thổ nên quá trình tiến hoá theo không gian ở đây được xem xét qua sự tiến hoá của châu thổ theo không gian. Châu thổ bắt đầu được hình thành và phát triển khi tốc độ lắng đọng trầm tích lớn hơn tốc độ ngập chìm của bồn trũng. Qúa trình hình thành châu thổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nhưng trong quá trình phát triển châu thổ thì yếu tố sông, sóng, thuỷ triều đóng vai trò chủ đạo. Vùng nghiên cứu phổ biến đồng bằng châu thổ do sóng thống trị. Các đê cát cửa sông có dạng hình cong lưỡi liềm phía cung lồi quay ra biển nằm chắn hướng chảy các dòng phù sa của sông, nằm đa n xen với các trầm tích hạt mịn. Đây là những thành tạo cơ bản để hình th ành nên đồng bằng châu thổ với tổ hợp cộng sinh tướng đặc trưng cho dạng đồng bằng châu thổ do sóng thống trị mà vùng nghiên cứu đã gặp 3.5. Nguồn cung cấp vật liệu trầm tích Căn cứ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy vật liệu trầm tích ở trong vùng nghiên cứu là từ lục địa và nó không chỉ được cung cấp từ khu vực lân cận mà còn ở nơi xa hơn nữa đưa đến. Trong đó có nguồn từ dòng chảy sông Đáy (sông Đáy có nhận một lượng phù sa của sông Hồng qua dòng chảy của sông Nam Định). Đặc biệt là dòng bồi tích từ cửa Ba Lạt được đưa xuống cửa Đáy bởi dòng chảy ven bờ có hướng ĐB -TN. CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HOÁ MÔI TRƯỜNG CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH TẦNG MẶT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH 4.1. Đặc điểm môi trường hóa lý của trầm tích tầng mặt và nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình 4.1.1. Đặc điểm hóa lý của nước mặt khu vực nghiên cứu Môi trường nước mặt có độ pH: 6,55 - 8,44; Eh: 0,50 - 0,65 (V). Độ dẫn (Ec): 0,192 - 0,950 (ms/cm). Hàm lượng trung bình của hầu hết các kim loại nặng (trừ Pb) trong nước mặt khu vự c trong đê (nước ngọt) đều cao hơn khu vực ngoài đê, có thể do nước mặt khu vực ngoài đê đã bị pha loãng bởi nước biển, vốn có hàm lượng rất thấp các kim loại đó. 4.1.2. Đặc điểm hóa lý của trầm tích tầng mặt khu vực nghiên cứu Trong vùng nghiên cứu, trầm tích tầng mặt có thế oxy hóa - khử (Eh): -33 mv đến 35 mv; độ pH: 4,82 đến 7,88, thể hiện môi trường trầm 17 tích là môi trường khử yếu đến oxy hóa yếu và axit yếu đến kiềm yếu . Điều này phù hợp với sự có mặt của khoáng vật pyrit và siderit. Mặt khác, nó cũng thể hiện trầm tích có nguồn gốc lục địa là chủ yếu. So với trầm tích tầng mặt ở khu vực trong đê thì hàm lượng trung bình của tất cả các kim loại nặng (trừ Hg) trong trầm tích tầng mặt khu vực ngoài đê đều cao hơn. Vì nơi đây là vùng cửa sông ven biển nên nó đóng vai trò là bể chứa vật chất từ nhiều nơi đưa đến. 4.1.3. Mối quan hệ của các kim loại nặng trong môi trường nước mặt và trầm tích tầng mặt Nước mặt và trầm tích tầng mặt có mối tương tác qua lại với nhau. Trong vùng nghiên cứu, nhìn chung hàm lượ ng trung bình của các kim loại nặng trong môi trường nước mặt và trầm tích tầng mặt khu vực trong đê tỷ lệ thuận với nhau (trừ Cd). Còn ở khu vực ngoài đê, quan hệ giữa hàm lượng trung bình của các kim loại nặng trong môi trường nước mặt và trầm tích tầng mặt không được rõ ràng. Nguyên nhân có thể do đây là khu vực bãi triều cửa sông ven biển nên nước ngọt đã bị pha loãng bởi nước biển và nước mặt cũng như trầm tích tầng mặt luôn bị xáo trộn bởi các yếu tố như hoạt động của thủy triều, dòng chảy ven bờ, sóng biển 4.2. Hành vi các kim loại nặng trong nước mặt và trầm tích tầng mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Bình Trong nước mặt và trong trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu, các kim loại nặng có hành vi địa hóa và hàm lượng trung bình biến đổi theo loại nước (ng ọt/lợ) và theo các tướng trầm tích. Cụ thể, hàm lượng của hầu hết các kim loại nặng (trừ Cd và Pb) trong nước mặt ven bờ (nước lợ) đều thấp hơn trong nước ngọt ở trong đê. Còn trong trầm tích tầng mặt, có sự khác biệt rõ rệt về hàm lượng các kim loại nặng trong các tướng trầm tích khác nhau. Ngoại trừ tướng cát cồn cát chắn cửa sông tàn dư, nhìn chung theo hướng từ đất liền ra biển, các nguyên tố như Cu, Pb, Zn có hàm lượng trung bình dao động dạng hình sin theo hàm lượng của cấp hạt mịn , còn các nguyên tố Hg, Cr, Cd và Ni có hàm lượng giảm dần (trừ tướng cát cồn cát chắn cửa sông). 4.2.1. Nguyên tố Arsen (As) Trong trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu As luôn thể hiện mối tương quan thuận với Cd, duy chỉ có As và Cd có sự chuyển, tích luỹ hàm 18 lượng phụ thuộc đáng kể vào thành phần vật chất của trầm tích so với các kim loại nặng khác. Trong môi trường nước mặt của vùng nghiên cứu As tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất [HAsO4]2-. Còn trong trầm tích tầng mặt, dạng tồn tại của As phụ thuộc nhiều vào độ pH và Eh. Trong đa số các tướng trầm tích, As tồn tại ở các hợp chất ([HAsO 4]-, mà khi As tồn tại ở dạng các hợp chất này thì được coi là trạng thái chưa nguy hại cho môi trường. Do đó, tuy trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu có hàm lượng trung bình của As đại giá trị cao ở tướng bùn cát bãi triều hiện đại, nhưng chưa đến mức gây nguy hại cho môi trường sinh thái. 4.2.2. Thủy ngân (Hg) Khác với nhiều kim loại nặng khác, nguyên tố Hg có hàm lượng trung bình có xu hướng giảm dần theo hướng từ đất liền ra biể n. Có lẽ do sự tích luỹ hàm lượng Hg không phụ thuộc vào tỷ lệ cấp hạt mịn ở tất cả các tướng mà hàm lượng trung bình của thuỷ ngân có sự biến đổi phụ thuộc vào nguồn gây ô nhiễm, những tướng trầm tích phân bố ở gần các mỏ khoáng sản Au - Hg, cụm mỏ antimon, Hg đều có hàm lượng trung bình Hg cao hơn. Trong vùng nghiên cứu, dạng tồn tại của Hg trong môi trường nước mặt là Hg (OH) 2aq. Đối với trầm tích tầng mặt, các tướng tr ầm tích có hàm lượng trung bình Hg cao thì Hg đều tồn tại ở dạng Hg0 aq và dạng hợp chất Hg(HS)20 aq. Các dạng tồn tại này đều ở dạng hòa tan nhưng chúng đều có khả năng hòa tan thấp (LOW SOLUBILITY). Trong khi đó, các tướng trầm tích có dạng tồn tại của Hg ở dạng hợp chất Hg(OH)2 aq (HIGH SOLUBILITY) thì đều có hàm lượng trung bình của Hg thấp. 4.2.3. Nguyên tố Crom (Cr) Tương tự Hg thì Cr cũng có hàm lượng trung bình giảm dần theo hướng từ đất liền ra biển. Trong nước mặt Cr chủ yếu ở dạng các hợp chất [CrO4]2-, còn trong trầm tích tầng mặt Cr tồn tại ở dạng hợp chất Cr2O3 (s). 4.2.4. Nguyên tố Niken (Ni) Trong hầu hết các tướng trầm tích Ni có mối tương quan thuận với Cu, Pb, Zn, Cr và Hg. Trong môi trường nước mặt và trầm tích tầng mặt, Ni đều tồn tại ở dạng Ni+2. Đối với tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn và tướng bùn đầm lầy trê n bãi bồi, Ni tồn tại chủ yếu ở hợp chất NiS2. Nhìn chung trong trầm tích tầng mặt Cr và Ni không thể hiện rõ mối tương quan về hàm lượng với các nhóm khoáng vật có khả năng hấp phụ kim 19 loại nặng. Chứng tỏ Cr và Ni được tích lũy theo con đường khác, không phụ thuộc vào hàm lượng các khoáng vật sét. 4.2.5. Nguyên tố Cadimi (Cd) Trong vùng nghiên cứu, Cd có hàm lượng cao nhất trong tướng trầm tích cát cồn cát chắn cửa sông. Dạng tồn tại của Cd cũng phụ thuộc pH và Eh. Trong nước mặt cũng như trong trầm tích Cd tồn tại chủ yếu ở dạng Cd+2. Ngoại trừ trong tướng bùn đầm lầy ven biển chứa than bùn và tướng bùn đầm lầy trên bãi bồi (Cd tồn tại ở dạng hợp chất muối sulphur CdS). Trong trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu, trừ khu vực cửa sông ven biển ra thì As, Hg, Cd đã được hấp phụ bởi nhóm khoáng vật montmorillonit, g