NGHIÊN CỨU DỰ BÁO TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CÁC ĐỚI SA KHOÁNG VEN BIỂN MIỀN TRUNG THEO ĐẶC ĐIỂM DỊ THƯỜNG PHÓNG XẠ

LÊ KHÁNH PHỒN¹, VÕ NGỌC ANH², NGUYỄN VIỆT HÙNG³

     ¹Trường Đại học Mỏ Địa chất, Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội
²Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Bình Định,
 ³Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Lý Thường Kiệt, Hà Nội

 

Tóm tắt: Quặng sa khoáng ven biển được xác định theo dị thường phổ gamma hàng không có bản chất thori. Giá trị cường độ gamma mặt đất hoặc cường độ gamma hàng không tính chuyển về mức mặt đất sau khi đă có các hiệu chỉnh cần thiết là căn cứ để khoanh nối các thân quặng sa khoáng và vạch ra các diện tích bị ô nhiễm phóng xạ ở các mức độ khác nhau.

 

Các kết quả điều tra địa chất - khoáng sản đã khẳng định ven biển miền Trung nước ta có tiềm năng lớn về các loại sa khoáng ilmenit, zircon, monazit có chứa các chất phóng xạ. Sa khoáng biển có lợi ích kinh tế lớn, đồng thời cũng có thể gây ra sự ô nhiễm phóng xạ. Bài báo này thảo luận vấn đề nghiên cứu dự báo tài nguyên và môi trường các đới sa khoáng ven biển miền Trung theo đặc điểm các dị thường phóng xạ lấy ví dụ trên vùng ven biển Bình Định.

I. NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CÁC DỊ THƯỜNG PHÓNG XẠ TRÊN CÁC ĐỚI SA KHOÁNG VEN BIỂN

Để làm sáng tỏ đặc điểm các dị thường phóng xạ trên các đới sa khoáng ven biển miền Trung, đă tiến hành xây dựng mô hình các mỏ sa khoáng; trên cơ sở các mô hình này đã tiến hành tính toán nhằm làm sáng tỏ các đặc điểm dị thường phóng xạ liên quan với quặng sa khoáng ven biển miền Trung.

1. Mô hình địa chất - địa vật lý quặng sa khoáng ven biển miền Trung

Sa khoáng biển Việt Nam nói chung và sa khoáng ven biển miền Trung nói riêng rất đa dạng về thành phần vật chất, hàm lượng quặng, quy mô phân bố và kích thước các thân quặng. Nhưng chúng có các đặc điểm chung là tập hợp các khoáng vật quặng chủ yếu trong các mỏ đều gồm ilmenit, rutil, zircon, monazit, thường phân bố trong các cồn cát nằm gần bờ biển và có quan hệ tương đối chặt chẽ với các chất phóng xạ.

Trên cơ sở phân tích tổng hợp tài liệu hiện có [Nguyễn Kim Hoàn và nnk, 1985; Nguyễn Tiến Thuận và nnk, 1998. Lưu trữ Địa chất], các thân quặng sa khoáng ven biển miền Trung đã được mô hình hoá như sau: các mỏ quặng gồm các thân quặng hầu hết không bị phủ, quặng có chiều dày từ 1,25 đến 9,5 m, bão hoà theo tia gamma (chiều dày bão hoà theo tia gamma h >1 m), bề rộng 50-1000 m bão hoà theo tia gamma (bề rộng vỉa bão hoà theo tia gamma khi l >125 g/cm² là l >40 cm), chiều dài hàng nghì́n mét, có thể coi như kéo dài vô hạn.

Các kết quả nghiên cứu chỉ rõ hàm lượng quặng sa khoáng ven biển có mối tương quan tỉ lệ thuận với hàm lượng chất phóng xạ thori, dị thường phóng xạ trên các đới sa khoáng là dị thường bản chất thori và do đó hàm lượng ilmenit cũng tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ gamma [3].

Người ta đã xác định được trong các đới quặng sa khoáng, hàm lượng thori biến thiên trong khoảng 0,0009-0,018%. Quặng sa khoáng với giá trị hàm lượng biên của ilmenit là 10 kg/m³ có hàm lượng thori qTh là 0,0027%, tương ứng với cường độ gamma Ig là 11mR/h; quặng đạt hàm lượng công nghiệp (³50 kg/m³) có qTh ³ 0,009%, tương ứng với Ig ³ 35 mR/h [3].

2. Tính dị thường phóng xạ

Sau khi đã mô hình hoá, chúng tôi đã tiến hành tính giá trị cường độ gamma ở mức mặt đất và ở độ cao bay đối với mô hình thân quặng điển hình của các đới sa khoáng ven biển miền Trung với các tham số sau: thân quặng kéo dài vô hạn l ® ¥. Chiều rộng d = từ 40 đến 1000 m; bề dày h >1 m.

Cường độ bức xạ gamma mặt đất được tính theo công thức bức xạ của vỉa thẳng đứng vô hạn dạng:

 

 

trong đó: K - hằng số gamma (k = 1,35.10³ mR/h. cm²/g);m - hệ số làm yếu tia g trong đất đá và quặng (giả thiết m_đá = m_quặng);  d - bề rộng thân quặng; Q - hàm lượng thori g/g; r -  mật độ g/cm³; F - hàm Kin, giá trị cho sẵn trong bảng.

Cường độ bức xạ gamma ở độ cao bay H của nửa không gian bức xạ vô hạn (thân quặng có chiều dài, chiều rộng và chiều dày vô hạn) được tính theo công thức sau:

trong đó: m_k - hệ số làm yếu tia g  trong không khí

Đối với thân quặng có chiều rộng hữu hạn d, công thức (2) có dạng:

                                                                                                                                                                                           

trong đó: j(a) - hệ số hiệu chỉnh đối với sự hữu hạn của bề rộng thân quặng, có giá trị phụ thuộc vào góc nhìn  của detector, tức là phụ thuộc vào vị trí quan sát, bề rộng thân quặng d và độ cao bay H.

                                       

 

với a - góc nhìn từ độ cao bay đối với bề rộng thân quặng.

Đối với nửa không gian bức xạ vô hạn, việc tính chuyển cường độ gamma từ độ cao bay I_¥(H) về mức mặt đất I_¥(0) được thực hiện theo công thức sau:

 

Khi thân quặng có chiều rộng d hữu hạn, công thức (5) có dạng:

là hệ số tính chuyển cho trường nửa không gian bức xạ vô hạn hay còn gọi là hệ số tính chuyển cho trường hợp bình thường, P_dt là hệ số hiệu chỉnh đối với trường hợp thân quặng có bề rộng d hữu hạn hay còn gọi là hệ số hiệu chỉnh khi tính chuyển đối với các dị thường địa phương.

Hình 1 minh hoạ cho các công thức (3), (4), (5), (6).

Hình 1 cho thấy, khi nguồn bức xạ là nửa không gian vô hạn thì góc nhìn từ độ cao bay luôn luôn là 2P. Do đó, cường độ bức xạ chỉ giảm theo độ cao bay mà không thay đổi theo vị trí của điểm quan sát trên tuyến đo. Khi nguồn bức xạ có bề rộng d hữu hạn, góc nhìn từ độ cao bay tới bề rộng thân quặng là a < 2P. Điểm quan sát càng cách xa thân quặng thì góc nhìn a càng nhỏ. Do đó cường độ gamma ở độ bay cao của nguồn hữu hạn sẽ giảm nhanh theo độ cao và theo độ lớn khoảng cách đối với nguồn. Khi tính chuyển giá trị cường độ gamma của nguồn hữu hạn từ độ bay cao xuống mức mặt đất, không những phải tiến hành hiệu chỉnh độ cao (với hệ số nhân P_H) mà còn phải hiệu chỉnh bề rộng hữu hạn d của nguồn [hệ số nhân P_dt trong công thức (6)].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hình 1. Cường độ bức xạ gamma ở các độ bay cao khác nhau trên nửa không gian
bức xạ vô hạn và trên thân quặng có bề rộng d hữu hạn (a) và mặt cắt thẳng đứng
trường bức xạ gamma (b)

Chỉ dẫn:

- Hình 1a: bề rộng thân quặng d: 1- 100 m; 2- 300 m; 3- d® ¥ (nửa không gian bức xạ vô hạn )

- Hình 1b: đường đứt nét - IH/ I_(0)¥ nửa không gian bức xạ vô hạn; đường liền nét - IH_(d)/ I_(0)¥ ; thân quặng có d = 100 m, chỉ số của đường là tỉ số IH/ I₍₀₎; a: góc nh́n từ điểm quan sát tới bề rộng thân quặng.

 

Hình 2 đưa ra ví dụ về kết quả đo gamma hàng không và gamma mặt đất vùng mỏ sa khoáng titan Tân Thành ven biển Bình Định.

Hình 2a đưa ra giá trị các đường đẳng trị gamma đã được tính chuyển một cách tự động bằng máy từ độ cao bay về mức mặt đất chưa có hiệu chỉnh đối với bề rộng hữu hạn (d = 200 - 300 m) của thân quặng; trên hình 2b biểu diễn các đường đẳng trị gamma do các tác giả bài báo tiến hành tính chuyển đă có hiệu chỉnh đối với kích thước hữu hạn của nguồn, hoặc còn gọi là đối với tính địa phương của dị thường phóng xạ.

Từ ví dụ đã nêu có thể thấy rõ, nếu không hiệu chỉnh tính địa phương của dị thường phóng xạ thì kết quả tính chuyển cường độ gamma từ độ cao bay về mức mặt đất sẽ có sai số lớn. Cụ thể tại vùng Tân Thành, giá trị cường độ tính chuyển tự động nhỏ hơn giá trị thực tới 3-4 lần. Kết quả tính chuyển của các tác giả với việc đưa vào hệ số hiệu chỉnh Pdt cho trường hợp bề rộng thân quặng d = 200- 300 m (Pdt được xác định bằng phương pháp lý thuyết lập trình tính toán, sau đó kiểm tra bằng thực nghiệm) tương đối phù hợp với thực tế: giá trị cường độ gamma tính chuyển từ độ cao bay về mức mặt đất (xem hình 2b) tương đương với cường độ gamma theo đo vẽ gamma mặt đất (các đường đẳng trị g ở hình 2c).

II. DỰ BÁO TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG SA KHOÁNG VEN BIỂN THEO ĐẶC ĐIỂM DỊ THƯỜNG PHÓNG XẠ

Các kết quả phân tích, tổng hợp, mô hình hoá và tính toán lý thuyết nêu trên đã chỉ ra khả năng sử dụng tài liệu đo phổ gamma hàng không không chỉ cho phép tính chuyển cường độ gamma từ độ cao bay về mức mặt đất sau khi đă hiệu chỉnh tính địa phương của dị thường, mà còn có thể sử dụng các số liệu đo gamma hàng không trong phân tích định lượng.

Tại vùng Tân Thành có thể dự báo tài nguyên môi trường theo kết quả đo phổ gamma hàng không (đã hiệu chỉnh tính địa phương của dị thường phóng xạ) hoặc theo kết quả đo phổ gamma mặt đất. Đường biên của thân quặng sa khoáng titan được xác định theo đường đẳng trị gamma Ig = 11 mR/h, còn thân quặng titan công nghiệp (hàm lượng ilmenit ³ 50 kg/m³) là dải dị thường gamma Ig ³ 35 mR/h.

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Theo nghị định Chính phủ số 50/1998/NĐ-CP [4] thì diện tích dị thường phóng xạ Ig >30 mR/h ứng với giá trị liều tương đương bức xạ H > 1 mSv/năm, vượt quá tiêu chuẩn an toàn bức xạ đối với dân thường. Tại Tân Thành và tại các vùng khác ven biển có điều kiện tương tự, không được để cho nhân dân làm nhà sinh sống trên các diện tích dị thường phóng xạ vừa nêu.

KẾT LUẬN

1. Dị thường phóng xạ trên các đới sa khoáng ven biển miền Trung nói riêng và Bình Định nói chung có các đặc điểm sau: bản chất thori, có dạng kéo dài (chiều dài đới quặng từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn mét có thể coi là kéo dài vô hạn), nhưng bề rộng d từ vài chục mét đến hàng trăm mét được coi là hữu hạn khi nhìn từ độ cao bay xuống mức mặt đất, tạo ra các dị thường địa phương trong phép đo phổ gamma hàng không.

2. Bằng phương pháp tổng hợp tài liệu, mô hình hoá và tính toán lý thuyết có thể đưa ra phương pháp hiệu chỉnh đối với tính địa phương của dị thường phóng xạ khi tính chuyển giá trị cường độ gamma từ độ cao bay về mức mặt đất.

3. Có thể dự báo tài nguyên và môi trường các đới quặng sa khoáng ven biển theo đặc điểm dị thường phóng xạ. Quặng sa khoáng được xác định theo các dị thường phổ gamma hàng không có bản chất thori, có giá trị hàm lượng thori cao nhưng hàm lượng kali thấp [3]. Đường biên của thân quặng được xác định theo giá trị các đường đẳng trị gamma mặt đất hoặc các đường đẳng trị gamma tính chuyển về mức mặt đất của đo vẽ hàng không sau khi đă có các hiệu chỉnh cần thiết.

Bài báo được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu và sự hỗ trợ kinh phí của đề tài Nghiên cứu cơ bản Nhà nước mã số 730303. Nguồn tư liệu là kết quả nghiên cứu của đề tài và thu thập từ Lưu trữ Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam.

VĂN LIỆU

1. Lê Khánh Phồn, 1997. Nghiên cứu ô nhiễm môi trường trong khai thác và chế biến các mỏ quặng có chứa chất phóng xạ. TC Địa chất, A /240 : 28-32. Hà Nội.

2. Lê Khánh Phồn, Võ Ngọc Anh, 1999. Bàn về bản chất và nội dung hệ phương pháp xử lý tài liệu phóng xạ trong nghiên cứu địa chất và môi trường. TC Địa chất A/251 : 30- 34. Hà Nội.

3. Lê Khánh Phồn, Võ Ngọc Anh, 2003. Nghiên cứu bản chất, đặc điểm dị thường phóng xạ các đới sa khoáng ven biển miền Trung. TC KHKT Mỏ - Địa chất, 3 : 3-8. Hà Nội.

4. Nghị định Chính phủ “Quy định chi tiết việc thi hành pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ”, số 50/1998 NĐ-CP.