MỞ ĐẦU Một thực trạng Ďáng báo Ďộng hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng từ việc sử dụng không kiểm soát các loại vật liệu tiềm ẩn khả năng sinh ra các chất Ďộc hại gây nguy hại tới môi trường và sức khỏe con người. Các chất gây ô nhiễm phát sinh từ các loại chất thải như chất thải sinh hoạt, chất thải y tế, chất thải công nghiệp. Đ c biệt là các chất phóng xạ sinh ra trong quá trình khai thác radi, urani. Do Ďó, việc nghiên cứu Ďể tìm ra một loại vật liệu tự nhiên có khăng năng cô lập chất thải phóng xạ, có thể kết hợp với các loại vật liệu nhân tạo khác, thân thiện với môi trường và con người là rất cấp thiết.
Sét và khoáng vật sét Ďược biết là một loại vật liệu Ďáp ứng Ďược những yêu cầu trên. Loại vật liệu này Ďược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất thuốc chữa bệnh, mỹ phẩm, Ďồ gốm và cả việc xây dựng vách ngăn cô lập chất thải phóng xạ. Trong số các loại sét và khoáng vật sét thông dụng thì bentonit (smectit) là Ďối tượng Ďược nghiên cứu và ứng dụng phổ biến nhất trong việc cô lập chất thải phóng xạ bởi vì những Ď c tính tự nhiên như khả năng hấp thụ và khả năng tự hàn gắn. Từ những Ďiểm nêu trên, luận văn này hướng tới nghiên cứu những Ď c Ďiểm của sét và khoáng vật sét Ďể kiểm nghiệm những ưu Ďiểm của vật liệu này trước khi ứng dụng vào xây dựng vách ngăn cô lập chất thải phóng xạ.
Thành phần hóa học, khoáng vật học của sét cũng như các Ď c tính tự nhiên của khoáng vật sét sẽ Ďược nghiên cứu trong luận văn này. Không chỉ vậy, luận văn còn hướng tới luận giải quá trình biến Ďổi của các khoáng vật sét trong tự nhiên và xem xét sự tương tác giữa các yếu tố môi trường với sét Ďể khai thác thêm thông tin về khả năng cô lập chất thải phóng xạ. Từ Ďó, Ďưa ra những dự Ďoán về quá trình biến Ďổi của Ďối tượng này cùng sự tương tác với các loại vật liệu khác khi làm vách ngăn chứa chất thải phóng xạ. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1.
ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI VÀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NÚI NƢA, THANH HÓA 1. Đ c điểm tự nhiên, kinh tế xã hội Về m t Ďịa hình, khối Núi Nưa nằm trong khoảng tọa Ďộ 105o32’-105o40’ kinh Ďộ Đông, 19o40’-19o45’ vỹ Ďộ Bắc thuộc phẩn tây nam của Ďới Ďứt gãy sâu Sông Mã. Khốí có chiều rộng 1-7 km và kéo dài khoảng 17 km theo hướng tây bắc - Ďông nam, nằm trong Ďịa phận của ba huyện: huyện Triệu Sơn (ở phía Ďông bắc), huyện Nông Cống (ở phía Ďông nam), và huyện Như Thanh (ở phía tây) của tỉnh Thanh Hóa. Đây là một dãy núi Ďộc lập có các ngọn núi cao khoảng 300 Ďến trên 500 m, Ďược cho là bắt nguồn từ dải Trường Sơn chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam và thấp dần về phía Ďông nam.
Về m t khí hậu, khu vực này có khí hậu nhiệt Ďới gió mùa ẩm, mưa nhiều tạo Ďiều kiện thuận lợi cho quá trình phong hóa diễn ra mạnh mẽ. Núi Nưa hay Ďược gọi là núi ngàn Nưa, thuộc khu quần thể khu di tích bao gồm "Núi Nưa - Đền Nưa - Am Tiên" (Thanh Tuấn, 2017). Những năm gần Ďây khu vực này Ďã Ďầu tư tôn tạo, chỉnh trang các di tích, làm Ďường giao thông, tạo Ďiều kiện thuận lợi cho du khách thập phương Ďến tham quan và thực hiện tín ngưỡng. Đ c điểm địa chất Khu vực nghiên cứu Ďược bao phủ bởi các thành tạo trầm tích có tuổi từ Neoproterozoi Ďến Mezozoi với diện lộ thường hẹp kéo dài theo phương Ďông bắc – tây nam.
Cho Ďến ngày nay, phần lớn chúng bị phủ bởi trầm tích Đệ tứ (hình 1). 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1: Sơ Ďồ Ďịa chất khối Núi Nưa (Lê Duy Bách và Đ ng Trần Quân, 1995) 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Địa tầng Hệ tầng cổ nhất xuất hiện ở khu vực Núi Nưa là hệ tầng Sông Mã (Ԑ2 sm) phân bố ở phía tây nam Núi Nưa. Hệ tầng này gồm trầm tích lục nguyên xen ít carbonat với trật tự Ďịa tầng và bề dày khá ổn Ďịnh, lộ ra thành 2 dải hướng tây bắc- Ďông nam.
Hệ tầng này nằm chỉnh hợp dưới với hệ tầng Hàm Rồng (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Hệ tầng Hàm Rồng (Ԑ3 – O1 hr) phân bố ở phía tây nam Núi Nưa với thành phần chủ yếu là Ďá vôi hạt nhỏ Ďến vừa bị hoa hoá, Ďá vôi phân dải, Ďá vôi dolomit, Ďá phân lớp mỏng Ďến trung bình xen Ďá phiến thạch anh mica, Ďá phiến chlorit- calcit (Lê Văn Hựu, 2008). Hệ tầng Bản Cải (D3 bc) có tuổi trẻ hơn, xuất hiện ở khu vực phía Ďông khối Núi Nưa. Hệ tầng Ďược Ď c trưng bởi các Ďá phiến sét silic, Ďá vôi sét, Ďá vôi silic và Ďá vôi, bột kết (Nguyễn Xuân Bao, 1970).
Tiếp theo là hệ tầng Bắc Sơn (C1v-P2 bs). Hệ tầng này phân bố ở phía Ďông khối Núi Nưa gồm trầm tích carbonat (chủ yếu là Ďá vôi dolomit màu xám trắng và Ďá vôi màu xám). Trong hệ Permi là sự hiện diện của hệ tầng Yên Duyệt (P3c yd) gồm Ďá phiến sét, Ďá phiến silic Ďen chuyển lên cát kết, Ďá phiến sét-silic, Ďá vôi, Ďá vôi silic Ďen (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Trong hệ Trias, có hệ tầng Đồng Trầu (T2a đt) và hệ tầng Đồng Đỏ (T3n-r đđ).
Trong Ďó, hệ tầng Đồng Trầu phân bố rộng rãi ở phía tây nam của Ďứt gãy Sông Mã, chiếm hầu hết diện tích Ďới Sầm Nưa. Hệ tầng này là hệ tầng trầm tích - nguồn núi lửa thành phần felsic (gồm cuội kết thạch anh chuyển lên cát kết tuf, bột kết, ryolit, ryodacit xen các lớp kẹp cát kết, Ďá phiến sét, cát kết thạch anh, Ďá phiến silic Ďen phân dải và ít tuf). Hệ tầng Đồng Trầu nằm không chỉnh hợp trên Ďá móng Paleozoi. Đối với hệ tầng Đồng Đỏ, hệ tầng này lộ ra ở khu vực Tĩnh Gia (nam Thanh Hóa), gồm chủ yếu trầm tích hạt thô xếp sắp dạng nhịp, mỗi nhịp gồm sạn 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com kết chứa cuội, sạn kết chuyển lên cát kết, bột kết, không thấy rõ biểu hiện chứa than.
Bề dầy trầm tích trung bình từ 1500-2400m (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Hệ tầng Yên Châu (K2 yc) gồm chủ yếu là các trầm tích tuổi Kreta (như cuội kết Ďa khoáng, sạn kết phân lớp dày, cát kết nâu hồng, bột kết và sét kết). Hệ tầng Yên Châu nằm không chỉnh hợp dưới dạng phủ chồng trên nhiều loại Ďá cổ và bị trầm tích Oligocen phủ không chỉnh hợp lên trên (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Trong hệ Ďệ tứ, hệ tầng Hà Nội (Q2-3 hn) xuất hiện Ďầu tiên ở khu vực Núi Nưa.
Hệ tầng này chứa chủ yếu là các trầm tích gồm cuội, sỏi, dăm-sỏi-thạch anh- silic (Hoàng Ngọc Kỷ, 1976). Tiếp Ďến là hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13 vp) - là hệ tầng có tuổi trẻ nhất. Thành phần thạch học gồm sét bột màu xám lẫn dăm, sét bột chứa di tích thực vật, bột và sét bị laterit hóa (Hoàng Ngọc Kỷ, 1976) phân bố hạn chế ở phía Nam Tĩnh Gia. Các trầm tích Đệ tứ không phân chia (Q) phân bố dọc các suối, ven chân Núi Nưa, tạo nên những bậc thềm, bãi bồi, những bãi Ďá sườn tích, lũ tích, không xác Ďịnh Ďược tuổi.
Các thể magma xâm nhập Khu vực Núi Nưa nằm trọn trong phức hệ siêu mafic Núi Nưa (σNP-PZ1 nn). Các thể xâm nhập phân bố rộng rãi dọc theo Ďứt gãy sông Mã, bao gồm các thể nhỏ mà thành phần chủ yếu là harzburgit, dunit bị serpentinit hóa mạnh (hình 1). Khối có kích thước lớn nhất trong phức hệ này là khối Núi Nưa nằm ở phía tây nam của Ďứt gãy sông Mã. Khối Núi Nưa có dạng hình elipxoit kéo dài theo hướng tây bắc- Ďông nam với tổng diện tích khoảng 50km2 và bị chia cắt bởi các Ďứt gãy phương á kinh tuyến.
Đây Ďược coi là khối núi siêu mafic lớn nhất Việt Nam. Ngoài ra, trong khối g p các mạch gabbro-dolerit và dolerit tuyến (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Các thể siêu mafic khu vực Núi Nưa nằm trong Ďới cấu trúc Sông Mã và chạy dọc theo Ďứt gãy Sông Mã. Do Ďo, Ďá ở khu vực này có mối liên hệ ch t chẽ tới Ďá siêu mafic của hệ tầng Sông Mã (Ԑ2 sm).
Ngoài ra, các Ďá trong phức hệ Núi Nưa nằm chỉnh hợp với Ďá bazan bị biến chất thành tướng Ďá phiến lục của hệ tầng Huổi Hào (NP hh) với thành phần chủ yếu gồm các Ďá metabazan màu xanh lục xen 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ít Ďá phiến thạch anh - mica, Ďá phiến thạch anh - mica - felspat (Lê Văn Hựu, 2008). Kiến tạo Khu vực Núi Nưa là một phần trong Ďới khâu sông Mã kéo dài từ Tuần Giáo-Lai Châu tới Núi Nưa-Thanh Hóa. Vì vậy, khu vực này chịu tác Ďộng mạnh mẽ của Ďới khâu Sông Mã cũng như Ďứt gãy Sông Mã. Ngoài ra, khu vực này cũng xuất hiện các Ďứt gãy theo phương á kinh tuyến.
M t khác, khu vực này cũng trải qua các hoạt Ďộng Ďịa chất nội sinh (như hoạt Ďộng tạo núi, uốn nếp, nâng lên, …) và hoạt Ďộng ngoại sinh (như phong hóa Ďá) làm biến Ďổi Ďịa hình và tạo ra trầm tích. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ QÚA TRÌNH BIẾN ĐỔI KHOÁNG VẬT SÉT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Tổng quan tài liệu nghiên cứu về sét và khoáng vật sét Khoáng vật sét là các khoáng vật hạt mịn có tính dẻo khi chứa nước và trở nên cứng dưới tác dụng của nhiệt Ďộ cao (Guggenheim and Martin, 1995; Guggenheim et al., 2006; Bergaya and Lagaly, 2006).
Từ năm 2006 Ďến thời Ďiểm hiện nay, sét Ďược coi là các khoáng vật silicat lớp (Guggenheim et al., 2006; Bergaya and Lagaly, 2006; Hoàng Thị Minh Thảo, 2016). Có nhiều công trình nghiên cứu Ďề cập tới việc phân loại các khoáng vật sét. Trong Ďó tiêu biểu là công trình của Guggenheim et al. Theo Ďó, các tiêu chí phân loại khoáng vật sét lần lượt là: Tiêu chí 1: kiểu lớp (quy luật sắp xếp giữa lớp bát diện và tứ diện).
Cấu trúc khoáng vật sét gồm kiểu 2:1, 1:1 và 2:1:1 Tiêu chí 2: Tổng Ďiện tích lớp cùng với Ď c Ďiểm thành phần của lớp xen giữa.