Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu biến đổi sét núi Nưa, Thanh Hóa và khả năng cô lập chất thải phóng xạ

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn của sét núi nưa thanh hóa nhằm đánh giá khả năng cô lập chất, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Lý Thùy Dương
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Thị Minh Thảo
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoáng vật học và địa hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu biến đổi sét núi Nưa và khả năng cô lập phóng xạ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI VÀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NÚI NƢA, THANH HÓA
• 1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội
• 1.2. Đặc điểm địa chất
• 1.3. Các thể magma xâm nhập
• 1.4. Kiến tạo
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI KHOÁNG VẬT SÉT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan tài liệu nghiên cứu về sét và khoáng vật sét
• 2.2. Kaolinit
• 2.3. Smectit
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu biến đổi sét núi Nưa và phóng xạ

Nghiên cứu biến đổi sét núi Nưa, Thanh Hóa, là một lĩnh vực quan trọng trong việc đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ. Sét núi Nưa không chỉ có giá trị về mặt địa chất mà còn có tiềm năng ứng dụng trong việc xử lý chất thải phóng xạ. Việc hiểu rõ về quá trình biến đổi của sét sẽ giúp xác định khả năng cô lập phóng xạ hiệu quả.

1.1. Đặc điểm địa chất và môi trường núi Nưa

Khu vực núi Nưa có địa chất đa dạng với các thành tạo trầm tích từ Neoproterozoi đến Mezozoi. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phong hóa, ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của sét.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu biến đổi sét

Nghiên cứu biến đổi sét không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất vật lý và hóa học của sét mà còn đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ, từ đó đưa ra các giải pháp bảo vệ môi trường hiệu quả.

II. Vấn đề ô nhiễm phóng xạ và thách thức trong cô lập

Ô nhiễm phóng xạ từ các hoạt động khai thác và sử dụng nguyên liệu có chứa phóng xạ đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Việc cô lập chất thải phóng xạ là một thách thức lớn, đòi hỏi các giải pháp hiệu quả và bền vững.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm phóng xạ

Các hoạt động khai thác uranium và radium là nguyên nhân chính gây ô nhiễm phóng xạ. Chất thải từ các hoạt động này có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con người nếu không được xử lý đúng cách.

2.2. Thách thức trong việc cô lập chất thải phóng xạ

Việc cô lập chất thải phóng xạ gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của các chất này. Cần có các vật liệu tự nhiên như sét để đảm bảo khả năng cô lập lâu dài và hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu biến đổi sét núi Nưa

Nghiên cứu biến đổi sét núi Nưa được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khoa học hiện đại. Các phương pháp này giúp phân tích thành phần hóa học và cấu trúc khoáng vật của sét, từ đó đánh giá khả năng cô lập phóng xạ.

3.1. Phương pháp phân tích hóa học

Sử dụng các phương pháp như huỳnh quang tia X (XRF) và phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định thành phần hóa học và cấu trúc của sét. Những phương pháp này cung cấp thông tin chi tiết về tính chất của sét núi Nưa.

3.2. Phương pháp nghiên cứu khoáng vật

Nghiên cứu khoáng vật sét thông qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) giúp xác định cấu trúc tinh thể và các đặc điểm vi mô của sét, từ đó đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy sét núi Nưa có khả năng cô lập chất thải phóng xạ hiệu quả. Các đặc tính tự nhiên của sét như khả năng hấp thụ và khả năng tự hàn gắn là những yếu tố quan trọng trong việc ứng dụng sét vào xây dựng vách ngăn cô lập chất thải phóng xạ.

4.1. Đặc điểm hóa học và khoáng vật của sét

Thành phần hóa học của sét núi Nưa cho thấy sự hiện diện của các khoáng vật như smectit và kaolinit, có khả năng hấp thụ tốt. Những đặc điểm này làm tăng khả năng cô lập chất thải phóng xạ.

4.2. Ứng dụng sét trong xây dựng vách ngăn

Sét núi Nưa có thể được sử dụng để xây dựng các vách ngăn cô lập chất thải phóng xạ, đảm bảo an toàn cho môi trường và sức khỏe con người. Việc ứng dụng này cần được nghiên cứu và triển khai một cách nghiêm túc.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu biến đổi sét núi Nưa và khả năng cô lập phóng xạ mở ra nhiều triển vọng cho việc xử lý chất thải phóng xạ. Cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện các phương pháp và ứng dụng sét trong thực tiễn.

5.1. Kết luận về khả năng cô lập phóng xạ

Kết quả nghiên cứu cho thấy sét núi Nưa có khả năng cô lập phóng xạ tốt, mở ra hướng đi mới trong việc xử lý chất thải phóng xạ.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các đặc tính của sét và khả năng ứng dụng của nó trong việc cô lập chất thải phóng xạ, từ đó phát triển các giải pháp bền vững cho môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Núi Nưa, Thanh Hóa, với diện tích khoảng 50 km², là một khối núi siêu mafic lớn nhất Việt Nam, nằm trong vùng địa chất phức tạp chịu ảnh hưởng của đới đứt gãy Sông Mã. Khu vực này có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, mưa nhiều, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phong hóa khoáng vật sét diễn ra mạnh mẽ. Sét và khoáng vật sét được biết đến như vật liệu tự nhiên có khả năng cô lập chất thải phóng xạ nhờ tính hấp thụ, trao đổi ion và khả năng tự hàn gắn. Trong đó, bentonit (smectit) là loại khoáng vật sét phổ biến nhất được ứng dụng trong xây dựng bồn chứa chất thải phóng xạ.

Luận văn tập trung nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa nhằm đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ. Mục tiêu cụ thể là phân tích thành phần hóa học, khoáng vật học và đặc điểm biến đổi của các khoáng vật sét trong tự nhiên, đồng thời dự đoán sự tương tác của sét với các yếu tố môi trường như nhiệt độ, nước ngầm và thành phần hóa học khi ứng dụng làm vật liệu chứa chất thải phóng xạ. Nghiên cứu được thực hiện trên 7 mẫu sét và đá serpentinit lấy từ các lớp saprolit khác nhau tại khu vực Bãi Áng, Núi Nưa, trong phạm vi thời gian nghiên cứu năm 2018.

Việc đánh giá chi tiết quá trình biến đổi khoáng vật sét tại Núi Nưa không chỉ góp phần nâng cao hiểu biết về đặc tính vật liệu tự nhiên mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp an toàn, bền vững cho công tác xử lý và cô lập chất thải phóng xạ, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về khoáng vật sét lớp silicat, tập trung vào các nhóm khoáng vật sét phổ biến như kaolinit, smectit, vermiculit, chlorit và khoáng vật sét lớp xen (mixed-layered minerals). Các khái niệm chính bao gồm:

• Cấu trúc lớp khoáng vật sét: Phân loại theo kiểu lớp 1:1, 2:1 và 2:1:1, với các đặc điểm về lớp tứ diện và bát diện, cùng các lớp xen giữa chứa cation trao đổi.
• Quá trình biến đổi khoáng vật sét: Bao gồm kế thừa từ đá gốc, thay thế biến đổi khoáng vật sét hiện có và tạo khoáng vật mới từ dung dịch keo, chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố khí hậu, đá gốc, sinh học, thời gian và địa hình.
• Khả năng cô lập chất thải phóng xạ: Dựa trên tính chất hấp thụ, trao đổi ion, độ dẻo, độ thấm thấp và khả năng tự hàn gắn của khoáng vật sét, đặc biệt là bentonit.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm 7 mẫu vật liệu (5 mẫu tại Bãi Áng và 2 mẫu tại các vị trí khác trong Núi Nưa), được lấy từ các lớp saprolit với độ sâu từ 1 đến 4,5 m. Các mẫu được phân tích thành phần hóa học và khoáng vật học bằng các phương pháp:

• Phân tích huỳnh quang tia X (XRF): Xác định hàm lượng các nguyên tố chính và vết trong mẫu, với mẫu nghiền nhỏ dưới 40 µm, trộn với lithium tetraborate và lithium metaborate, phân tích trên máy Phillips PW 2404.
• Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD): Xác định các pha khoáng vật trong mẫu, sử dụng mẫu bột định hướng và không định hướng, phân tích trên máy Siemens D5000 với bước đo 0,02°2θ, so sánh với cơ sở dữ liệu ICDD/JCPDS.
• Phân tích quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FTIR): Nghiên cứu các dao động phân tử đặc trưng của khoáng vật, phân tích phổ trong miền 400-4000 cm⁻¹ trên máy Nicolet 6700.
• Kính hiển vi điện tử truyền qua kết hợp phân tích tán xạ tia X (TEM-EDX): Phân tích hình thái, thành phần hóa học và tỷ lệ các pha khoáng vật sét trong mẫu, với khoảng 80-100 hạt được kiểm tra mỗi mẫu.

Phương pháp chọn mẫu và phân tích được thiết kế nhằm đảm bảo độ chính xác và tính đại diện cho quá trình biến đổi khoáng vật sét trong tự nhiên, phục vụ mục tiêu đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thành phần hóa học của sét Núi Nưa: Ba mẫu sét Bãi Áng giàu sắt với hàm lượng Fe₂O₃ > 18%. Theo chiều giảm độ sâu, hàm lượng MgO, Fe₂O₃ và SiO₂ giảm nhẹ khoảng 5%, trong khi các oxit kiềm Na₂O và K₂O tăng mạnh, từ 0,04% lên 1,18% (Na₂O) và từ 0,02% lên 0,27% (K₂O). So với đá serpentinit chưa phong hóa, sét có hàm lượng Fe cao hơn và Mg thấp hơn.

2. Thành phần khoáng vật chính: Phân tích XRD xác định smectit (24-29%) và chlorit (20-24%) là hai pha khoáng vật chính trong cả ba mẫu sét Bãi Áng. Các pha thứ yếu gồm kaolinit, talc, actinolit, antigorit, plagiocla, thạch anh và magnetit. Magnetit chỉ xuất hiện ở mẫu tầng trên.

3. Đặc điểm phổ FTIR: Các dao động chính trong phổ FTIR thuộc về liên kết Si-O và nhóm OH, với sự hiện diện của Fe, Al và Mg trong lớp bát diện. Các dao động Fe-OH-Fe và Al-OH-Mg được phát hiện rõ, chứng minh sự phong phú của Fe và Al trong khoáng vật sét. Sự biến đổi bước sóng dao động Fe3+ giảm dần theo độ sâu, phù hợp với xu hướng giảm hàm lượng Fe trong phân tích XRF.

4. Phân bố pha khoáng vật theo TEM-EDX: Khoáng vật lớp xen smectit-di-vermiculit (diVS-ml) chiếm ưu thế với tỷ lệ 74-92% trong các mẫu, tiếp theo là khoáng vật lớp xen illit-di-smectit (IS-ml) chiếm 3-8%. Các pha khác như kaolinit, talc, chlorit, vermiculit bát diện ba, berthierin và beidelit/nontronit chiếm tỷ lệ nhỏ hơn 5%.

5. Công thức hóa học trung bình của khoáng vật sét: Lượng Al³⁺ và Fe³⁺ trong lớp bát diện giảm theo độ sâu, trong khi Mg²⁺ tăng gần gấp đôi ở mẫu tầng dưới so với tầng trên. Điều này cho thấy sự biến đổi thành phần cation trong khoáng vật sét theo chiều sâu, ảnh hưởng đến tính chất vật lý và khả năng cô lập chất thải phóng xạ.

Thảo luận kết quả

Sự biến đổi thành phần hóa học và khoáng vật học của sét Núi Nưa phản ánh quá trình phong hóa mạnh mẽ trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, với sự tương tác phức tạp giữa đá gốc serpentinit và các yếu tố môi trường. Việc tăng hàm lượng các oxit kiềm và giảm Mg, Fe theo chiều sâu cho thấy sự thay thế và biến đổi khoáng vật sét diễn ra liên tục, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về biến đổi smectit và chlorit trong môi trường tự nhiên.

Phân tích FTIR và TEM-EDX cung cấp bằng chứng chi tiết về cấu trúc và thành phần khoáng vật sét, đặc biệt là sự phong phú của các khoáng vật lớp xen diVS-ml và IS-ml, có vai trò quan trọng trong khả năng hấp thụ và trao đổi ion, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả cô lập chất thải phóng xạ. Sự biến đổi thành phần cation trong lớp bát diện cũng ảnh hưởng đến tính ổn định và độ bền của vật liệu sét khi ứng dụng trong bồn chứa phóng xạ.

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo ngành và các nghiên cứu quốc tế về khoáng vật sét trong môi trường phong hóa, đồng thời cung cấp dữ liệu cụ thể cho khu vực Núi Nưa, góp phần nâng cao hiểu biết về khả năng ứng dụng sét tự nhiên trong công tác xử lý chất thải phóng xạ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu biến đổi khoáng vật sét theo thời gian dài: Thực hiện các nghiên cứu theo dõi biến đổi khoáng vật sét Núi Nưa trong vòng 5-10 năm để đánh giá sự ổn định và khả năng duy trì tính chất cô lập chất thải phóng xạ, do các biến đổi ngắn hạn có thể chưa phản ánh đầy đủ quá trình tự nhiên.

2. Phát triển vật liệu composite từ sét Núi Nưa và vật liệu nhân tạo: Kết hợp sét Núi Nưa với các vật liệu nhân tạo có tính năng bổ trợ nhằm nâng cao khả năng hấp thụ, độ bền cơ học và khả năng tự hàn gắn của bồn chứa chất thải phóng xạ trong vòng 2-3 năm, do các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp vật liệu xây dựng thực hiện.

3. Xây dựng mô hình mô phỏng tương tác môi trường với vật liệu sét: Áp dụng mô hình hóa số để dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ, nước ngầm và thành phần hóa học đến quá trình biến đổi khoáng vật sét trong bồn chứa phóng xạ, nhằm tối ưu thiết kế và lựa chọn vật liệu trong vòng 1-2 năm, do các viện nghiên cứu địa chất và môi trường thực hiện.

4. Triển khai thử nghiệm thực địa tại khu vực Núi Nưa: Thiết lập các bồn chứa mẫu sử dụng sét Núi Nưa để đánh giá trực tiếp khả năng cô lập chất thải phóng xạ trong điều kiện tự nhiên, theo dõi các chỉ số vật lý và hóa học trong vòng 3-5 năm, do các cơ quan quản lý môi trường và các trường đại học phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu địa chất và khoáng vật học: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về thành phần hóa học, khoáng vật học và quá trình biến đổi khoáng vật sét trong môi trường tự nhiên, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu về khoáng vật sét và ứng dụng trong công nghiệp.

2. Chuyên gia môi trường và xử lý chất thải phóng xạ: Thông tin về khả năng cô lập chất thải phóng xạ của sét Núi Nưa giúp thiết kế các giải pháp an toàn, bền vững trong quản lý và xử lý chất thải phóng xạ.

3. Doanh nghiệp vật liệu xây dựng và công nghiệp: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển vật liệu composite từ sét tự nhiên, nâng cao hiệu quả và tính thân thiện môi trường của sản phẩm.

4. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và an toàn bức xạ: Luận văn hỗ trợ xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật liên quan đến việc sử dụng vật liệu tự nhiên trong công tác cô lập và xử lý chất thải phóng xạ, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

1. Sét Núi Nưa có đặc điểm gì nổi bật so với các loại sét khác?
   Sét Núi Nưa giàu sắt với hàm lượng Fe₂O₃ trên 18%, chứa chủ yếu các pha smectit và chlorit, có khả năng biến đổi thành phần cation theo chiều sâu, đặc biệt là sự tăng Mg và giảm Fe, Al trong lớp bát diện. Điều này tạo nên tính chất hấp thụ và trao đổi ion tốt, phù hợp cho việc cô lập chất thải phóng xạ.

2. Phương pháp nào được sử dụng để xác định thành phần khoáng vật sét?
   Luận văn sử dụng kết hợp bốn phương pháp chính: phân tích huỳnh quang tia X (XRF) để xác định thành phần hóa học, nhiễu xạ tia X (XRD) để nhận diện pha khoáng vật, quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FTIR) để phân tích các dao động phân tử đặc trưng, và kính hiển vi điện tử truyền qua kết hợp phân tích tán xạ tia X (TEM-EDX) để quan sát hình thái và thành phần chi tiết của các hạt khoáng vật.

3. Quá trình biến đổi khoáng vật sét ảnh hưởng thế nào đến khả năng cô lập chất thải phóng xạ?
   Quá trình biến đổi làm thay đổi thành phần cation và cấu trúc khoáng vật, ảnh hưởng đến tính chất vật lý như độ dẻo, độ thấm và khả năng hấp thụ ion. Sự biến đổi này có thể làm giảm hoặc tăng hiệu quả cô lập, do đó cần được nghiên cứu kỹ để đảm bảo vật liệu sử dụng trong bồn chứa phóng xạ có độ bền và tính ổn định cao.

4. Tại sao bentonit (smectit) được ưu tiên sử dụng trong cô lập chất thải phóng xạ?
   Bentonit có khả năng hấp thụ nước và các ion phóng xạ cao, tính dẻo và khả năng tự hàn gắn khi bị nứt, giúp ngăn chặn sự rò rỉ chất thải. Ngoài ra, bentonit có độ thấm rất thấp, làm giảm sự di chuyển của các chất phóng xạ ra môi trường xung quanh.

5. Luận văn có đề xuất gì cho việc ứng dụng sét Núi Nưa trong thực tế?
   Luận văn đề xuất phát triển vật liệu composite kết hợp sét Núi Nưa với vật liệu nhân tạo, xây dựng mô hình mô phỏng tương tác môi trường, và triển khai thử nghiệm thực địa để đánh giá hiệu quả cô lập chất thải phóng xạ, nhằm đảm bảo an toàn và bền vững trong công tác xử lý chất thải.

Kết luận

• Sét Núi Nưa là loại sét giàu sắt, chứa chủ yếu các pha smectit và chlorit, có đặc điểm biến đổi thành phần cation theo chiều sâu, ảnh hưởng đến tính chất vật liệu.
• Quá trình biến đổi khoáng vật sét trong tự nhiên chịu tác động của khí hậu, đá gốc và các yếu tố môi trường, làm thay đổi khả năng hấp thụ và trao đổi ion của sét.
• Phương pháp phân tích đa dạng (XRF, XRD, FTIR, TEM-EDX) cung cấp cái nhìn toàn diện về thành phần và cấu trúc khoáng vật sét, hỗ trợ đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ.
• Luận văn đề xuất các giải pháp nghiên cứu và ứng dụng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng sét Núi Nưa trong bồn chứa chất thải phóng xạ, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.
• Các bước tiếp theo bao gồm nghiên cứu biến đổi dài hạn, phát triển vật liệu composite, mô phỏng tương tác môi trường và thử nghiệm thực địa để hoàn thiện giải pháp ứng dụng.

Để tiếp cận sâu hơn về khả năng ứng dụng sét Núi Nưa trong công tác xử lý chất thải phóng xạ, các nhà nghiên cứu và chuyên gia có thể liên hệ với Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội để trao đổi và hợp tác nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hình 1: Sơ Ďồ Ďịa chất khối Núi Nưa (Lê Duy Bách và Đ ng Trần Quân, 1995) 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. 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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 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.