Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Hệ tầng Tiêu Giao (N11-2tg)

Hệ tầng Tiêu Giao (N11-2tg)

Tải bản đầy đủ - 0trang

1.3. Đặc điểm thạch học, địa tầng các đá hệ tầng Đồng Ho

Thành phần thạch học của hệ tầng Đồng Ho khá đơn giản, chủ yếu gồm các

đá trầm tích cơ học như cuội sạn kết, cát kết hạt thô đến trung bình,bột kết, sét kết,

sét than (Hình 1.3).



Hình 1.3. Cột địa tầng mô tả thành phần thạch học của khu vực Đồng Ho



16



Cát kết phong hóa mềm bở, dễ vỡ, có màu nâu đỏ do nhiễm oxit sắt. Phần trên

cùng có chứa mùn thực vật dày khoảng 20 – 50 cm. Tập cát kết này có chiều dày

dao động trong khoảng từ 0,8 – 3,2 m.

Cát kết có màu trắng đến trắng sữa, đơi chỗ ngấm hydroxit sắt có màu nâu

vàng. Thành phần chủ yếu là thạch anh và feldspat, có độ chọn lọc khá tốt quan sát

bằng mắt thường. Các khống vật feldspat bị phong hóa tạo thành sét kaolin màu

trắng sữa. Tầng cát này có chiều dày dao động từ 3,4m – 13,5m. Một số nơi ở dưới

đáy của tầng cát có quan sát được một bề mặt bào mòn là dấu vết của lòng sơng cổ.

Sét kết có chứa vật chất than màu xám đến xám đen. Đơi chỗ còn chứa các

mảnh vụn thực vật chưa bị biến đổi thành than. Đá có cấu tạo phân lớp mỏng đến

trung bình. Tầng sét này có chiều dày dao động từ 1,2 – 6,5 m.

Sét bột kết có màu vàng chanh hoặc xám vàng. Trong đá có phát triển các mạch

laterit có thành phần chủ yếu là các hydroxit sắt, mạch laterit thường phân bố song

song với mặt lớp. Các lớp đá có chiều dày khá ổn định, có chỗ có màu loang lổ.

Cát – bột – sét kết chứa vật chất than có màu xám đậm đến xám đen. Đá có cấu

tạo phân lớp trung bình đến mỏng, đơi chỗ còn bảo tồn được các mảnh thực vật

chưa bị biến thành than. Tầng này có chiều dày bằng 8,4 m.

Đới chuyển tiếp từ sét kết màu xám đen sang tầng bột sét kết màu nâu vàng.

Màu sắc của tầng này thường không ổn định mà thường loang lổ. chiều dày của đới

chuyển tiếp này là 2,5 m.

Sét bột kết chứa vật chất than có màu xám đậm đến xám đen, phân lớp mỏng

đến rất mỏng. Chiều dày tối thiểu dao động từ 4,6 – 6,5 m, chiều dày thực chưa

khống chế được do đáy của tập đá này không lộ ra trên mặt.

Cát kết hạt thô đến rất thơ, phân lớp dày đến rất dày, đáy có chứa nhiều cuội

sạn. Thành phần chủ yếu là thạch anh, ít chứa mảnh vụn đá.



17



Tập cuội, sạn, cát kết hạt rất thơ, có cấu tạo phân lớp rất dày (lớn hơn hai mét ).

Trong đá có cấu tạo hạt chuyển tiếp từ thơ đến mịn dần lên phía trên. Tầng đá này

có chiều dày dao động từ 1,8 – 4,45 mét.

Tầng cát kết màu xám, xám sáng. Đá có thành phần chủ yếu là thạch anh,

feldspat, chiều dày của lớp đá rất lớn ( xấp xỉ 2 – 3 mét ). Chiều dày của tập đá này

chưa được khống chế do đá chìm sâu xuống bên dưới.

Tập đá phiến sét màu đen có hàm lượng tổng carbon hữu cơ cao. Phân bố dọc

khu vực suối Đồng Ho có chiều dày tại mặt cắt chuẩn (Theo suối Đồng Ho và

đường Trới - Bàng Bê) thay đổi từ 18m – 70m. Lộ ra trên mặt đất dài khoảng 840m,

cấu tạo đơn nghiêng với góc dốc 15o - 20o.

1.4. Giới thiệu về đồng vị bền các nguyên tố Carbon, Oxy và Nitơ

1.4.1. Giới thiệu về đồng vị bền các nguyên tố Carbon, Oxy và Nitơ

Nguyên tử được cấu tạo bởi ba hạt cơ bản là nơtron (n), proton (p), và

electron(e). Trong đó p mang điện tích dương, e mang điện tích âm còn n là hạt

khơng mang điện tích. Bởi vì khối lượng của n xấp xỉ bằng p, và khối lượng của elà

rất nhỏ và coi như không đáng kể (Bảng 1.1), nên khối lượng nguyên tử của một

nguyên tốđược tập trung chủ yếu trong hạt nhân và được tính bằng tổng khối

lượngn + p. Một nguyên tử được xác định bằng số p trong hạt nhân, còn tổng số

điện tích p của hạt nhân thì cân bằng với số e ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử

(ngoại trừ đồng vị 1H của hydro, chỉ có 1 p khơng có n). Các nơtron trong hạt nhân

ngun tử đóng vai trò quan trọng cho sự ổn định cấu trúc của hạt nhân nguyên tử,

chúng giữ cho hạt nhân nguyên tử có mức điện tích dương cao và giữ cho khoảng

cách giữa các hạt p không quá gần nhau. Tuy vậy, nếu các hạt nhân có quá nhiều

nơtron, sẽ làm cho hạt nhân không bền vững. Lý thuyết quang phổ lượng tử chỉ ra

rằng số n nên bằng hoặc lớn hơn chút ít so với số p để giữ cho hạt nhân bền



18



vững.Trong bảng hệ thống tuần hồn, chỉ có hạt nhân ngun tử của nguyên tố

hydro (H) và heli (He) có số n ít hơn số p.

Vào năm 1919, nhà khoa học Francis W. Aston xây dựng một máy phân tích

quang phổ khối lượng tại trường Cambridge, Vương Quốc Anh (Fry, 2006). Với

máy phân tích này ơng đã chỉ ra rằng ngun tử của neon (Ne) thực ra là có 3 cấu

trúc nguyên tử khác nhau, bởi chúng có số e và p giống nhau là 8, nhưng số n là

khác nhau lần lượt là 12, 13, và 14. Sự khác nhau về số n đã tạo ra 3 đồng vị Ne có

số khối lần lượt là 20, 21, và 22.Sau kết quả thí nghiệm với nguyên tố Ne, Aston đã

phát hiện ra nhiều nguyên tố cũng có đặc điểm tương tự, và sau đó ơng đã được trao

giải Nobel hóa học cho các phát hiện này (http://www.nobelprize.org).

Trong một nguyên tử, lớp vỏ electron thể hiện tính chất hóa học của ngun tố.

Đối với một nguyên tử của một nguyên tố thì số p ln khơng đổi để cân bằng điện

tích với số e ở lớp ngồi cùng, nhưng số n có thể thay đổi. Do vậy, số khối (hay

khối lượng) của các nguyên tử của một nguyên tố có thể khác nhau (mặc dù là rất

nhỏ),do khối lượng của nơtron là rất nhỏ (Bảng 1.1). Sự thay đổi số n trong nguyên

tử nguyên tố không gây ra các sự khác biệt về tính chất hóa học giữa các ngun tử

của cùng một nguyên tố và các hợp chất của nó. Tuy vậy, sự khác nhau về khối

lượng giữa các nguyên tử của một nguyên tố gây ra bởi sự khác nhau về số n là

nguyên nhân gây ra sự khác nhau rất nhỏ về tính chất hóa lý giữa các ngun tử

hoặc hợp chất chứa chúng.

Bảng 1.1.Điện tích và khối lượng của các hạt proton, nơtron và electron của một

nguyên tử

Loại hạt



Điện tích



Khối lượng



Proton



+1



1,6726×10-24



Nơtron



0



1,6749543×10-24



Electron



−1



9,109534×10-28



19



Đồng vị là những ngun tử của cùng một nguyên tố có cùng số proton và

electron nhưng khác nhau về số nơtron. Thuật ngữ đồng vị (isotope) bắt nguồn từ

tiếng Latin, nghĩa là các đồng vị của một ngun tố thì giống nhau (iso) về vị trí

(topos) trong bảng hệ thống tuần hoàn (Sharp, 2007). Đồng vị của một nguyên tố

m

p



thường được ký hiệu là



E



, trong đó m là số khối (hay khối lượng) của nguyên tử, p



là số protron của nguyên tử, và E là ký hiệu nguyên tố. Trong bảng hệ thống tuần

hoàn, các nguyên tố thường được biểu thị bằng một đồng vị phổ biến nhất với số



khối và số proton, ví dụ đồng vị phổ biến của nguyên tố carbon (C) là



12

6



C



, trong đó



12 là khối lượng nguyên tử hay là tổng số nơtron và proton, và 6 là số protron có

trong hạt nhân nguyên tử carbon.

Hầu hết các nguyên tố đều có số đồng vị nhiều hơn 2, trong bảng hệ thống

tuần hoàn chỉ có 21 nguyên tố có duy nhất một đồng vị, trong đó bao gồm các

nguyên tố phổ biến là Flo(F), Nhôm (Al), Natri (Na), và Phospho (P). Đồng vị của

các nguyên tố có thể chia thành 2 loại đồng vị là đồng vị phóng xạ và đồng vị bền.

Trong đó, đồng vị phóng xạ là đồng vị của các nguyên tố mà hạt nhân nguyên tử có

thể phân rã và phát ra các tia phóng xạ để chuyển thành các hạt nhân nguyên tử của

nguyên tố khác. Đồng vị bền là đồng vị của các nguyên tố có mức năng lượng

nguyên tử ổn định và cân bằng, chúng không có tính chất phân rã do vậy chúng

khơng có khả năng phóng xạ. Trên thực tế, hầu hết các đồng vị của các nguyên tố

đều có khả năng phóng xạ, tuy nhiên xác suất xảy ra phân rã của các đồng vị bền là

rất nhỏ, nên có thể bỏ qua. Do vậy, thuật ngữ đồng vị bền chỉ là tương đối nó phụ

thuộc vào khả năng phân tích và xác định các mức độ phóng xạ và thời gian phân rã

của các nguyên tố (Sharp, 2007). Theo các phép thống kê quang phổ lượng tử, các

nguyên tử của các nguyên tố có tính chất bền vững nếu số nơtron bằng hoặc gần

bằng với số proton (N/Z ≤ 1,5).

Các đồng vị bền của các nguyên tố C, O, và N được lựa chọn giới thiệu bởi

vì chúng có một số đặc điểm quan trọng như sau:



20



-



Các đồng vị của các nguyên tố C, O, và N đã tồn tại hàng tỷ năm kể từ khi chúng được

hình thành trên trái đất từ các vụ nổ vũ trụ và tồn tại trên trái đất cho đến ngày nay.



-



Các đồng vị của các nguyên tố C, O, và N tham gia vào hầu hết các q trình sinh địa

hóa quan trọng trong các quyển của trái đất như khí quyển, thủy quyển, sinh quyển,

và thạch quyển. Các đồng vị của các nguyên tố N và O là thành phần chính cấu tạo nên

khí quyển trái đất; các đồng vị của các nguyên tố O là thành phần chính của các loại

nước có trong thủy quyển; các đồng vị của các nguyên tố C, O, và N là phổ biến trong

các hợp chất hữu cơ cấu tạo nên cơ thể sống của cả động vật và thực vật trong sinh

quyển… Nghiên cứu đặc điểm phân bố và biến đổi thành phần đồng vị của các nguyên

tố này trong các quyển của trái đất và mối quan hệ giữa các hợp chất (vật chất) mà

chúng cấu tạo nên sẽ cung cấp cho chúng ta những thơng tin về đặc điểm của các chu

trình sinh địa hóa và các q trình xảy ra trên trái đất mà các đồng vị của các nguyên

tố này đã tham gia. Đồng thời các đặc điểm về khí hậu, mơi trường, và sinh thái trên

trái đất sẽ được làm sáng tỏ cả trong quá khứ, hiện tại và có thể dự báo các quá trình

xảy ra trong tương lai.



-



Trong bảng hệ thống tuần hồn có khoảng 300 đồng vị bền và hơn 1200 đồng vị

phóng xạ. Độ phổ biến tương đối của các đồng vị của các nguyên tố khác nhau thì

khác nhau. Độ phổ biến tương đối của một đồng vị được xác định bằng thành phần

phần trăm của các đồng vị của cùng một nguyên tố trong tự nhiên. Đối với các nguyên

tố C, O, và N thì chỉ một đồng vị bền là phổ biến, các đồng vị còn lại chiếm một tỷ lệ

rất nhỏ.



-



Ví dụ, đồng vị phổ biến của nguyên tố carbon là12C và các đồng vị khác có thành phần

rất nhỏ là13C, và 14C; đồng vị phổ biến của nguyên tố ôxy là16O và các đồng vị khác có

thành phần rất nhỏ là17O và 18O. Các đồng vị có độ phổ biến tương đối cao thường có

khối lượng nguyên tử nhỏ nên được gọi là các đồng vị nhẹ. Còn các đồng vị có khối

lượng ngun tử lớn hơn thì thường có độ phổ biến tương đối nhỏ và thường được

gọi là các đồng vị nặng. Cần chú ý rằng khái niệm đồng vị nặng hay nhẹ là khác với

khái niệm nguyên tố nặng hay nhẹ. Khái niệm đồng vị nặng và đồng vị nhẹ được sử

dụng phổ biến trong phân tích và nghiên cứu đặc điểm phân bố của các đồng vị bền

trong các quyển của trái đất.



Bảng 1.2. Độ phổ biến tương đối của các đồng vị bền của nguyên tố nhẹ C, N, O



21



Nguyên

tố



Đồng

vị

bền

12



C



Carbon



13

15



Nitơ



1,108



N

N



99,635

0,365



14



O



Tỷ số của

đồng vị

nặng/nhẹ

(%)



98,982



C



16



Ôxy



Độ phổ

biến

(%)



Vienna Pee

Dee Belemnite

(VPDB)

Nitơ trong khí

quyển



8,3

7,1



Giá trị trung

bình nước đại

dương, hoặc

sử dụng

VPDB trong

khí CO2, hoặc

carbonate



99,759



17



12,5

(18O:16O)



O

0,037

O

0,204

33

S

0,76

34

S

4,29

36

S

0,02

Nguồn: Sulzman và cộng sự (2007)

18



Chất chuẩn

quốc tế



Giá trị tỷ số tuyệt đối

giữa tỷ số đồng vị

nặng/nhẹ trong chất

chuẩn quốc tế

13



C:12C=0,0112372



15



N:14N=0,0036765



VSMOW=0,0020052

VPDB=0,020672

(18O:16O)



1.4.2. Một số nghiên cứu về các đồng vị bền Carbon, Oxy và Nitơ trong mơi

trường và cổ khí hậu

Nghiên cứu tái sinh hậu cảnh quan cổ đại và môi trường cổ sinh vật học nhằm

đánh giá và làm rõ những đặc điểm của khí hậu và mơi trường trong q khứ

(Kilian and Lamy, 2012; Leng and Marshall, 2004). Các nghiên cứu này cung cấp

thông tin quan trọng để mô phỏng sự thay đổi khí hậu và mơi trường trong tương lai

(Stocker và cộng sự, 2014). Các tầng trầm tích đã đạt được các tiêu chuẩn về mơi

trường và khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa trong quá khứ (Leng and

Marshall, 2004). Phân tích những chỉ thị như vậy trong các trầm tích (các đồng vị

bền, các vi chất hóa học, phấn hoa, các chế phẩm chất hữu cơ và các chế phẩm trầm

tích) đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều vùng trên thế giới (Wanner và cộng sự,

2008. Villalba et al., 2009 Berger et al., 2012; Kilian và Lamy, 2012).

Mơi trường cổ khí hậu ở Việt Nam đã được tái tạo lại bằng các đặc tính trầm

tích, phấn hoa và tảo cát trong lõi trầm tích (ví dụ Li và cộng sự, 2006, Tanabe và

cộng sự, 2006, Nguyễn và Dương, 2011). Phân tích 14C trong trầm tích ở Đồng bằng



22



sơng Hồng cho thấy phạm vi xảy ra trong giai đoạn từ 9-6 ka BP, dẫn đến mực nước

biển tăng lên bởi một biên độ cao hơn 2-3 m so với mực nước biển hiện tại. Mực

nước biển này ổn định trong giai đoạn từ 6-4 ka BP, sau đó giảm dần xuống mức

hiện tại 1 ka BP (Funabiki và cộng sự, 2007; Hori và cộng sự, 2004, Tanabe và cộng

sự, 2003). Các phương pháp tương tự cũng được áp dụng để giải thích sự tiến hóa

của mơi trường trầm tích trong Holocene ở đồng bằng sơng Cửu Long (Ta và cộng

sự, 2002, Tanabe và cộng sự, 2010). Phân tích 14C trong lõi trầm tích ở đồng bằng

Sơng Hồng bị Khí hậu lạnh và ướt giai đoạn từ 4530-3340 năm BP, 2100-1540 BP

và BP 620-130 năm, các thời kỳ nóng và ẩm từ 3340- 2100 năm BP, 1540-620 năm

BP và hiện tại (Li và cộng sự, 2006). Các kết quả cũng cho thấy các hoạt động của

con người ở đồng bằng sông Hồng bắt đầu từ 3340 năm BP. Các đặc điểm của các

chỉ số liên quan đến trầm tích của Hà Nội khi khí hậu nóng ẩm từ 10.5 ka BP đến

nay, nhưng trong khoảng thời gian 8,2 đến 8,4 ka BP, khí hậu chuyển lạnh đột ngột

(Nguyễn và Dương, 2011).

Tỷ lệ đồng vị bền của các nguyên tố nhẹ C, N, O trong các trầm tích đã được

ứng dụng rộng rãi để tái tạo lại mơi trường cổ đại và cổ khí hậu ở Mỹ, Anh, Nhật,

Pháp, Tây Ban Nha và Trung Quốc (Kilian và Lamy, 2012, Wanner và cộng sự,

2008). Các tỷ lệ đồng vị bền được kết hợp với các chỉ tiêu khác như đặc điểm địa

tầng (Schwalb và cộng sự, 1999), tảo cát (Caissie và cộng sự, 2010), khoáng chất

(Bradley và cộng sự, 1996) và phấn hoa (Pendall et al., 2001 ) để tái tạo lại khí hậu

Holocene. Nền tảng của các ứng dụng đồng vị bền để tái tạo lại cổ khí hậu được dựa

trên sự tương quan giữa các thành phần đồng vị bền với các thơng số khí hậu như

nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, đặc tính theo mùa và gió mùa (Leng và Marshall,

2004). Các loại trầm tích như các khoáng chất (Eastwood và cộng sự, 2007), các

mảnh vỏ (Colman et al., 1990), chất hữu cơ (Janbu và cộng sự, 2011) và tảo cát

(Aksu et al., 1995) thường được sử dụng để phân tích thành phần đồng vị bền. Các

báo cáo cho thấy rằng phương pháp sử dụng các đồng vị bền để tái tạo lại môi

trường và cổ khí hậu đáng tin cậy hơn các phương pháp khác (Berger và cộng sự,

2012; Stocker và cộng sự, 2014). Tuy nhiên, các nghiên cứu về mơi trường và cổ



23



khí hậu dựa trên phân tích đồng vị bền vẫn chưa được thực hiện rộng rãi ở Việt

Nam.

1.5. Các phương pháp phân tích đồng vị bền Carbon, Oxy, Nitơ trong trầm

tích và ứng dụng trong nghiên cứu điều kiện cổ khí hậu

1.5.1. Phương pháp phân tích đồng vị bền C và N trong các trầm tích

Để phân tích đồng vị bền của nguyên tố C và N trong trầm tích hữu cơ dùng

hệ thống phân tích nguyên tố EA (Element Analyzer) kết hợp với khối phổ đồng vị

IRMS (Isotope ratio mass spectrometry).

Mẫu được cho vào các khay tự động và mẫu sẽ được đốt cháy trong buồng

đốt của máy phân tích ngun tố EA; sau đó khí CO 2 và N2 được tạo ra sẽ chuyển

qua các bộ phận của hệ thống sắc ký khí (GC – Gas Chromatograph) để phân tách

thành các khí đơn chất. Trong q trình các khí CO 2 và N2 được di chuyển đến GC,

một lượng khí chuẩn CO2 và N2 cũng được bơm tự động vào hệ thống. Các khí này

sẽ được đưa đến khối phổ để phân tích các đồng vị bền.



Hìn

h 1.4. Sơ đồ mơ tả hệ thống phân tích EA-IRMS

1.5.2. Phương pháp phân tích đồng vị bền O trong trầm tích

Để phân tích đồng vị bền của nguyên tố O trong trầm tích hữu cơ dùng hệ

thống nhiệt phân nhiệt độ cao HT (High Temperature pyrolysis) kết hợp với khối



24



phổ đồng vị IRMS (Isotope ratio mass spectrometry).

Mẫu được cho vào các khay tự động và mẫu sẽ được đốt cháy ở nhiệt độ cao

từ 1350 – 1450°C; sau đó khí CO và H2 được tạo ra sẽ chuyển qua các bộ phận của

hệ thống sắc ký khí (GC – Gas Chromatograph) để phân tách thành các khí đơn

chất. Trong q trình các khí CO và H 2 được di chuyển đến GC, một lượng khí

chuẩn CO và H2 cũng được bơm tự động vào hệ thống. Các khí này sẽ được đưa đến

khối phổ để phân tích các đồng vị bền.



Hình 1.5. Sơ đồ mơ tả hệ thống phân tích HT - IRMS



25



CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

Với mục tiêu nghiên cứu đồng vị bền của các nguyên tố Carbon, Oxy, Nitơ

cho các đối tượng là các trầm tích tướng hồ, đầm lầy tuổi Đệ Tam, học viên đã tiến

hành nghiên cứu, khảo sát mặt cắt địa chất dọc theo suối Đồng Ho từ đầu nguồn nơi

lộ các đá cuội kết rắn chắc của hệ tầng Hà Cối đến chân cầu Trới để tiến hành lựa

chọn mẫu. Ngoài ra, việc nghiên cứu, khảo sát thực địa khu vực lộ các đá trầm tích

sinh dầu ở khu vực Đồng Ho, Hoành Bồ, Quảng Ninh được triển khai nhằm xác

định trình tự địa tầng, xác định mối quan hệ địa tầng giữa các lớp trầm tích hạt thơ,

hạt mịn, lớp chứa các thấu kính than, lớp giàu vật liệu hữu cơ và lớp chứa dầu.



Hình 2.6.Sơ đồ vị trí lấy mẫu thực địa và ký hiệu mẫu

Khoảng 40 mẫu đá chứa dầu được lấy dọc theo con suối Đồng Ho, tại các vị

trí lộ ra của các tập khác nhau của hệ tầng Đồng Ho (hình 2.1). Các mẫu trầm tích



26



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Hệ tầng Tiêu Giao (N11-2tg)

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×