Nghiên cứu đặc điểm địa hóa môi trường phục vụ sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên khu vực vịnh Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trần Đăng Quy

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HOÁ MÔI TRƯỜNG PHỤC
VỤ SỬ DỤNG BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
KHU VỰC VỊNH TIÊN YÊN, TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

Hà Nội - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trần Đăng Quy

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HOÁ MÔI TRƯỜNG PHỤC
VỤ SỬ DỤNG BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
KHU VỰC VỊNH TIÊN YÊN, TỈNH QUẢNG NINH
Chuyên ngành: Địa hóa học
Mã số: 62 44 57 10
LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. Mai Trọng Nhuận
2. TS. Đào Mạnh Tiến

Hà Nội - 2012

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả
nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.

Nghiên cứu sinh

Trần Đăng Quy


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng tri ân và kính trọng đến GS.TS.
Mai Trọng Nhuận, TS. Đào Mạnh Tiến - hai người thầy đã dìu dắt
nghiên cứu sinh từ những bước đầu tiên trên con đường nghiên cứu
khoa học và trực tiếp hướng dẫn nghiên cứu sinh làm luận án tiến
sĩ địa chất.
Luận án không thể hoàn thành nếu như nghiên cứu sinh không
nhận được sự cho phép và giúp đỡ của GS.TS. Shinsuke Tanabe,
PGS.TS. Koji Omori - Trung tâm Nghiên cứu Môi trường Biển
(CMES) - Trường Đại học Ehime, Nhật Bản trong quá trình phân
tích giá trị đồng vị bền δ13C và hàm lượng TOC, TN; PGS.TSKH.
Lưu Văn Bôi và các cán bộ Phòng thí nghiệm Hóa vật liệu - Khoa
Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia
Hà Nội trong quá trình phân tích hàm lượng các nguyên tố vi
lượng, nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu
và sự hợp tác tốt đẹp đó.
Trong quá trình thực hiện luận án, nghiên cứu sinh cũng nhận được
rất nhiều sự động viên, giúp đỡ từ bạn bè, đặc biệt là NCS. Nguyễn
Tài Tuệ - người đã giúp đỡ nghiên cứu sinh tiến hành các phân tích

giá trị đồng vị bền C13, hàm lượng TOC, TN, nghiên cứu sinh xin
cảm ơn sự giúp đỡ chân thành và nhiệt tình đó.
Luận án được hoàn thành tại Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, nghiên cứu sinh xin bày
tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô và đồng nghiệp trong Khoa
đã giúp đỡ và động viên nghiên cứu sinh trong quá trình hoàn
thành luận án.
Cuối cùng, nghiên cứu sinh muốn bày tỏ lòng tri ân và kính trọng
đến những người thân trong gia đình: bố mẹ, vợ và các anh chị em
đã động viên, chia sẻ và giúp đỡ cả về vật chất lẫn tinh thần trong
suốt quá trình thực hiện nghiên cứu của nghiên cứu sinh.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....6
1.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG VŨNG VỊNH........6
1.1.1. Trên thế giới ..............................................................................................6
1.1.2. Ở Việt Nam và trong khu vực vịnh Tiên Yên ...........................................7
1.2. KHU VỰC NGHIÊN CỨU..........................................................................10
1.3. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..............11
1.3.1. Cách tiếp cận ...........................................................................................11
1.3.2. Các phương pháp nghiên cứu..................................................................17
CHƯƠNG 2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỊA HÓA MÔI
TRƯỜNG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH KHU VỰC VỊNH TIÊN YÊN ......................31
2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN ..............................................................................31
2.1.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo ....................................................................31
2.1.2. Đặc điểm khí hậu ....................................................................................32
2.1.3. Đặc điểm thủy văn - hải văn ...................................................................33
2.1.4. Đặc điểm địa chất....................................................................................36

2.1.5. Đặc điểm trầm tích tầng mặt ...................................................................42
2.1.6. Đặc điểm các tập trầm tích bãi triều .......................................................46
2.2. ĐẶC ĐIỂM TÀI NGUYÊN.........................................................................53
2.2.1. Tài nguyên khoáng sản............................................................................53
2.2.2. Tài nguyên đất ngập nước .......................................................................54
2.2.3. Tài nguyên sinh vật .................................................................................55
2.3. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI ...............................................................57
2.3.1. Dân cư và lao động .................................................................................57
2.3.2. Khai thác, nuôi trồng thủy sản ................................................................58
2.3.3. Hoạt động cảng biển và giao thông thủy.................................................59
CHƯƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG CÁC NGUYÊN TỐ VI
LƯỢNG TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH KHU VỰC VỊNH TIÊN YÊN ..........60
3.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG CÁC NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG
TRONG NƯỚC BIỂN ........................................................................................60
3.1.1. Nguyên tố Cu ..........................................................................................60
3.1.2. Nguyên tố Sb...........................................................................................64
3.1.3. Nguyên tố Mn .........................................................................................65
3.1.4. Nguyên tố As...........................................................................................66
3.1.5. Nguyên tố Zn...........................................................................................67
3.1.6. Nguyên tố Cd ..........................................................................................69
i


3.1.7. Nguyên tố Hg ..........................................................................................70
3.1.8. Nguyên tố Pb...........................................................................................71
3.1.9. Nhận xét chung .......................................................................................72
3.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG CÁC NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG
TRONG TRẦM TÍCH TẦNG MẶT .................................................................75
3.2.1. Nguyên tố Ni ...........................................................................................75
3.2.2. Nguyên tố Co ..........................................................................................77

3.2.3. Nguyên tố V ............................................................................................78
3.2.4. Nguyên tố Cu ..........................................................................................80
3.2.5. Nguyên tố Cd ..........................................................................................81
3.2.6. Nguyên tố Mn .........................................................................................81
3.2.7. Nguyên tố Mo .........................................................................................82
3.2.8. Nguyên tố Cr ...........................................................................................83
3.2.9. Nguyên tố Pb...........................................................................................84
3.2.10. Nguyên tố Zn.........................................................................................85
3.2.11. Nguyên tố As.........................................................................................86
3.2.12. Nguyên tố Hg ........................................................................................87
3.2.13. Nguyên tố Sb.........................................................................................88
3.2.14. Nhận xét chung .....................................................................................88
3.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG CÁC NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG
TRONG CÁC TẬP TRẦM TÍCH BÃI TRIỀU................................................91
3.3.1. Bãi triều Đồng Rui ..................................................................................91
3.3.2. Bãi triều cửa sông Đầm Hà .....................................................................96
3.3.3. Bãi triều cửa sông Đường Hoa..............................................................102
3.4. ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM CÁC NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG ....107
3.4.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm các nguyên tố vi lượng trong nước biển.....107
3.4.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm các nguyên tố vi lượng trong trầm tích ......108
CHƯƠNG 4. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA HỮU CƠ TRẦM TÍCH KHU VỰC VỊNH
TIÊN YÊN ..............................................................................................................118
4.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA HỮU CƠ TRẦM TÍCH TẦNG MẶT...............118
4.1.1. Phân bố tổng carbon hữu cơ và tổng nitơ .............................................118
4.1.2. Nguồn gốc vật chất hữu cơ và vai trò cung cấp của rừng ngập mặn ....121
4.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA HỮU CƠ CÁC TẬP TRẦM TÍCH BÃI TRIỀU
.............................................................................................................................129
4.2.1. Phân bố tổng carbon hữu cơ và tổng nitơ .............................................130
4.2.2. Biến đổi vật chất hữu cơ trong mối liên hệ với sự dao động mực nước
biển tương đối .................................................................................................136

CHƯƠNG 5. ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN THIÊN
NHIÊN KHU VỰC VỊNH TIÊN YÊN TRÊN CƠ SỞ NGHIÊN CỨU ĐỊA HÓA
MÔI TRƯỜNG .......................................................................................................147
ii


5.1. BỐI CẢNH VẤN ĐỀ .................................................................................147
5.2. ĐỊNH HƯỚNG PHÂN VÙNG CHỨC NĂNG MÔI TRƯỜNG ............149
5.3. CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG BỀN VỮNG
TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN .......................................................................162
5.3.1. Tăng cường luật pháp, chính sách.........................................................162
5.3.2. Quản lý tài nguyên môi trường dựa vào cộng đồng..............................162
5.3.3. Quản lý tổng hợp đới bờ .......................................................................163
5.3.4. Giải pháp khoa học và công nghệ .........................................................163
5.3.5. Giải pháp tuyên truyền, giáo dục và nâng cao năng lực của cộng đồng
.........................................................................................................................164
KẾT LUẬN .............................................................................................................165
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN......................................................................................................167
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................168
PHỤ LỤC: CÁC SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ MINH HỌA................................................182

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
C1: Tập trầm tích bãi triều Đồng Rui.
C2: Tập trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà.
C3: Tập trầm tích bãi triều cửa sông Đường Hoa.
Thực vật C3: Thực vật quang hợp theo chu trình Calvin.

Thực vật C4: Thực vật quang hợp theo chu trình Hatch-Slack.
CF (Contamination Factor): Hệ số nhiễm bẩn.
Cmax: Giá trị lớn nhất.
Cmin: Giá trị nhỏ nhất.
Ctb: Giá trị trung bình.
EF (Enrichment Factor): Hệ số làm giàu.
HLTBTG: Hàm lượng trung bình các nguyên tố vi lượng trong trầm tích biển nông
thế giới.
ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer): Khối phổ plasma cảm
ứng.
Igeo: Hệ số địa tích lũy.
ISQGs - Interim Sediment Quality Guidelines: Hướng dẫn tạm thời Đánh giá Chất
lượng Trầm tích của Canada.
Md (Median dimentions): Kích thước hạt trung bình của trầm tích.
NBTG: Hàm lượng trung bình các nguyên tố vi lượng trong nước biển thế giới.
Nhc: Nitơ hữu cơ.
Nvc: Nitơ vô cơ.
PEL (Probable Effect Levels): Mức hiệu ứng có thể.
iv


PLI (Pollution Load Index): Hệ số tải ô nhiễm.
POM (Particulate Organic Matters): Vật chất hữu cơ lơ lửng.
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
R: Hệ số tương quan
RSD (Relative Standard Deviation): Độ lệch chuẩn tương đối.
SD (Standard Deviation): Độ lệch chuẩn.
Sk: Hệ số bất đối xứng của trầm tích.
So: Hệ số chọn lọc của trầm tích.
SQGs (Sediment Quality Guidelines): Các hướng dẫn đánh giá chất lượng trầm tích.

Ta: Hệ số Talasofil của các nguyên tố vi lượng trong nước biển.
Td: Hệ số tập trung của các nguyên tố vi lượng trong trầm tích.
TN (Total Nitrogen): Tổng nitơ.
TOC (Total Organic Carbon): Tổng carbon hữu cơ.
TOC/TN: Tỉ số khối lượng tổng carbon hữu cơ với tổng nitơ.
Ttc: Hệ số ô nhiễm.
V: Hệ số biến phân hàm lượng.
δ13C: Giá trị tỉ số đồng vị bền carbon.

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng (mg/kg) các nguyên tố vi lượng trong trầm tích biển nông thế
giới, trong đá phiến sét, và ISQGs ............................................................................24
Bảng 1.2. Phân loại ô nhiễm các nguyên tố vi lượng trong trầm tích bằng hệ số địa
tích lũy.......................................................................................................................25
Bảng 2.1. Đặc trưng hình thái của các sông chính đổ vào vịnh Tiên Yên ................33
Bảng 2.2. Tham số thống kê độ muối, pH và Eh trong nước khu vực vịnh Tiên Yên
(n = 86)......................................................................................................................35
Bảng 2.3. So sánh giá trị trung bình độ muối, pH, Eh trong nước tầng mặt một số
vịnh ven bờ Việt Nam ...............................................................................................36
Bảng 2.4. Thống kê các thông số của trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên ...44
Bảng 2.5. Tham số thống kê Eh và pH trong trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên
Yên (n = 36) ..............................................................................................................46
Bảng 2.6. So sánh giá trị trung bình Eh, pH trong trầm tích tầng mặt một số vịnh
ven bờ Việt Nam........................................................................................................46
Bảng 2.7. Đặc điểm tập trầm tích bãi triều Đồng Rui...............................................48
Bảng 2.8. Đặc điểm tập trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà..................................50
Bảng 2.9. Đặc điểm tập trầm tích bãi triều cửa sông Đường Hoa ............................52

Bảng 2.10. Dân số và mật độ dân số của các huyện ven vịnh Tiên Yên đến 2009...58
Bảng 2.11. Sản lượng nuôi trồng (tấn) và khai thác thuỷ, hải sản của các huyện ven
vịnh Tiên Yên giai đoạn 2005 - 2009........................................................................58
Bảng 3.1. Tham số thống kê hàm lượng (10-3 mg/l) các nguyên tố vi lượng trong
nước (n = 80).............................................................................................................61
Bảng 3.2. Hàm lượng trung bình (10-3 mg/l) và hệ số Talasofil của Cu, Sb, Mn và
As trong nước theo tầng/đới......................................................................................62
Bảng 3.3. So sánh hàm lượng trung bình (10-3 mg/l) các nguyên tố vi lượng trong
nước tầng mặt các vịnh ven bờ Việt Nam .................................................................62
Bảng 3.4. Ma trận hệ số tương quan cặp của độ muối và các nguyên tố vi lượng
trong nước tầng mặt (n = 80) ....................................................................................63
Bảng 3.5. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là Eh của các
nguyên tố vi lượng trong nước tầng mặt (n = 80).....................................................63
Bảng 3.6. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là pH của các
nguyên tố vi lượng trong nước tầng mặt (n = 80).....................................................64
Bảng 3.7. Hàm lượng trung bình (10-3 mg/l) và hệ số Talasofil của Zn, Cd, Hg và Pb
trong nước theo tầng/đới ...........................................................................................68
Bảng 3.8. Tham số thống kê hàm lượng (mg/kg) và hệ số Td của các nguyên tố Ni,
Co, V, Cd, Cu, Mn, và Mo trong trầm tích tầng mặt (n = 36)...................................75
Bảng 3.9. So sánh hàm lượng (mg/kg) các nguyên tố vi lượng giữa các vùng khác
nhau trong khu vực vịnh Tiên Yên............................................................................77
vi


Bảng 3.10. Ma trận hệ số tương quan cặp của các nguyên tố vi lượng, TOC, tỉ lệ cấp
hạt mịn (bùn < 0,063 mm) trong trầm tích tầng mặt (n = 36)...................................78
Bảng 3.11. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là TOC của các
nguyên tố vi lượng trong trầm tích tầng mặt (n = 36)...............................................79
Bảng 3.12. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là tỉ lệ cấp hạt
mịn của các nguyên tố vi lượng trong trầm tích tầng mặt (n = 36) ..........................79

Bảng 3.13. Tham số thống kê hàm lượng (mg/kg) và hệ số Td của các nguyên tố Cr,
Pb, Zn, As, Hg, và Sb trong trầm tích tầng mặt (n = 36) ..........................................85
Bảng 3.14. Kết quả phân tích phương sai đa nhân tố đánh giá ảnh hưởng của hàm
lượng TOC và tỉ lệ cấp hạt mịn tới sự phân bố và hàm lượng các nguyên tố vi lượng
trong trầm tích tầng mặt ............................................................................................90
Bảng 3.15. Tham số thống kê hàm lượng (mg/kg) các nguyên tố vi lượng trong tập
trầm tích bãi triều Đồng Rui (C1) .............................................................................92
Bảng 3.16. Ma trận hệ số tương quan cặp của các nguyên tố vi lượng, hàm lượng
TOC và tỉ lệ cấp hạt mịn trong tập trầm tích Đồng Rui (n = 29)..............................94
Bảng 3.17. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là TOC của các
nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích Đồng Rui (n = 29) .......................................95
Bảng 3.18. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là tỉ lệ cấp hạt
mịn của các nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích bãi triều Đồng Rui (n = 29).....95
Bảng 3.19. Kết quả phân tích phương sai đa nhân tố đánh giá ảnh hưởng của hàm
lượng TOC và tỉ lệ cấp hạt mịn tới sự phân bố và hàm lượng các nguyên tố vi lượng
trong tập trầm tích bãi triều Đồng Rui (n = 29) ........................................................96
Bảng 3.20. Tham số thống kê hàm lượng (mg/kg) các nguyên tố vi lượng trong tập
trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà (C2) ................................................................97
Bảng 3.21. Ma trận hệ số tương quan cặp của các nguyên tố vi lượng, hàm lượng
TOC và tỉ lệ cấp hạt mịn trong tập trầm tích Đầm Hà (n = 41) ..............................100
Bảng 3.22. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là TOC của các
nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích cửa sông Đầm Hà (n = 41)........................100
Bảng 3.23. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là tỉ lệ cấp hạt mịn
của các nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích cửa sông Đầm Hà (n = 41) ...............101
Bảng 3.24. Kết quả phân tích phương sai đa nhân tố đánh giá ảnh hưởng của hàm
lượng TOC và tỉ lệ cấp hạt mịn tới sự phân bố và hàm lượng các nguyên tố vi lượng
trong tập trầm tích cửa sông Đầm Hà (n = 41) .......................................................102
Bảng 3.25. Tham số thống kê hàm lượng (mg/kg) các nguyên tố vi lượng trong cột
mẫu trầm tích rừng ngập mặn cửa sông Đường Hoa (C3)......................................103
Bảng 3.26. Ma trận hệ số tương quan cặp của các nguyên tố vi lượng, hàm lượng

TOC và tỉ lệ cấp hạt mịn trong tập trầm tích Đường Hoa (n = 22).........................105
Bảng 3.27. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là TOC của các
nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích cửa sông Đường Hoa (n = 22) ..................106
Bảng 3.28. Ma trận hệ số tương quan riêng phần với biến điều khiển là tỉ lệ cấp hạt mịn
của các nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích cửa sông Đường Hoa (n = 22) ..........106
vii


Bảng 3.29. Kết quả phân tích phương sai đa nhân tố đánh giá ảnh hưởng của hàm
lượng TOC và tỉ lệ cấp hạt mịn tới sự phân bố và hàm lượng các nguyên tố vi lượng
trong tập trầm tích cửa sông Đường Hoa (n = 22) ..................................................107
Bảng 3.30. Đánh giá ô nhiễm nguyên tố vi lượng trong nước vịnh Tiên Yên........108
Bảng 3.31. Đối sánh hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong trầm tích tầng mặt với
ISQGs (đơn vị mg/kg).............................................................................................109
Bảng 3.32. Ô nhiễm các nguyên tố vi lượng trong trầm tích tầng mặt theo ISQG.110
Bảng 3.33. Kết quả tính toán hệ sộ địa tích lũy (Igeo) thể hiện mức độ ô nhiễm trầm
tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên ......................................................................111
Bảng 3.34. Kết quả tính toán hệ sộ địa tích lũy (Igeo) thể hiện mức độ ô nhiễm trong
tập trầm tích bãi triều Đồng Rui..............................................................................112
Bảng 3.35. Kết quả tính toán hệ sộ địa tích lũy (Igeo) thể hiện mức độ ô nhiễm trong
tập trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà.................................................................113
Bảng 3.36. Kết quả tính toán hệ sộ địa tích lũy (Igeo) thể hiện mức độ ô nhiễm trong
tập trầm tích bãi triều cửa sông Đường Hoa ...........................................................113
Bảng 3.37. Hệ số nhiễm bẩn (CF) và hệ số tải ô nhiễm (PLI) của các nguyên tố vi
lượng trong trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên (n = 36)............................114
Bảng 3.38. Hệ số nhiễm bẩn (CF) và hệ số tải ô nhiễm (PLI) của nguyên tố vi lượng
trong tập trầm tích các bãi triều...............................................................................115
Bảng 4.1. Tham số thống kê TOC, TN, tỉ số TOC/TN, và δ13C trong trầm tích tầng
mặt khu vực vịnh Tiên Yên (n = 36) .......................................................................118
Bảng 4.2. Giá trị δ13C (‰) trong lá Sú biển và vật chất hữu cơ lơ lửng tại vịnh Tiên

Yên ..........................................................................................................................126
Bảng 4.3. Tỉ lệ vật chất hữu cơ từ rừng ngập mặn và từ thực vật phù du ở biển trong
trầm tích tầng mặt (n = 36)......................................................................................128
Bảng 4.4. Tham số thống kê TOC, TN, TOC/TN và δ13C trong các tập trầm tích bãi
triều..........................................................................................................................131
Bảng 4.5. Kết quả phân tích phương sai một nhân tố so sánh giá trị trung bình của
TOC, TN, và δ13C trong các tập trầm tích bãi triều ................................................134
Bảng 4.6. Kết quả kiểm định độc lập các thông số TOC, TN, và δ13C trong các tập
mẫu trầm tích bãi triều ............................................................................................135
Bảng 5.1. Đặc điểm các vùng chức năng môi trường khu vực vịnh Tiên Yên .......155

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu................................................................11
Hình 1.2. Vai trò nghiên cứu địa hóa môi trường trong sử dụng bền vững tài nguyên
thiên nhiên vịnh Tiên Yên .........................................................................................15
Hình 1.3. Khung giải quyết vấn đề của luận án ........................................................16
Hình 1.4. Sơ đồ vị trí lấy mẫu khu vực vịnh Tiên Yên .............................................18
Hình 1.5. Biến đổi giá trị δ13C và tỉ số TOC/TN của các nguồn cung cấp vật chất
hữu cơ cho môi trường đới bờ (A.L. Lamb và G.P. Wilson, 2006) [109] .................28
Hình 2.1. Sơ đồ địa chất và khoáng sản khu vực vịnh Tiên Yên ..............................37
Hình 2.2. Biểu đồ phân loại trầm tích của Cục Địa chất Hoàng gia Anh .................42
Hình 2.3. Sơ đồ trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên .....................................43
Hình 2.4. Đặc điểm tập trầm tích bãi triều Đồng Rui ...............................................47
Hình 2.5. Đặc điểm tập trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà ..................................49
Hình 2.6. Đặc điểm tập trầm tích bãi triều cửa sông Đường Hoa.............................51
Hình 2.7. Phân bố tài nguyên và các hoạt động nhân sinh trên vịnh Tiên Yên ........56
Hình 3.1. Biến thiên hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong nước quan trắc theo

thủy triều tại cửa sông Đầm Hà.................................................................................63
Hình 3.2. Hàm lượng trung bình các nguyên tố vi lượng trong nước phân chia theo
đới/tầng......................................................................................................................73
Hình 3.3. Phân bố hàm lượng TOC, tỉ lệ cấp hạt mịn (bùn), các nguyên tố vi lượng
theo chiều sâu tập trầm tích bãi triều Đồng Rui (C1) ...............................................93
Hình 3.4. Phân bố hàm lượng TOC, tỉ lệ cấp hạt mịn (bùn), các nguyên tố vi lượng
theo chiều sâu tập trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà (C2) ..................................98
Hình 3.5. Phân bố hàm lượng TOC, tỉ lệ cấp hạt mịn (bùn), các nguyên tố vi lượng
theo chiều sâu tập trầm tích bãi triều cửa sông Đường Hoa (C3)...........................104
Hình 3.6. Ô nhiễm nguyên tố vi lượng trong các tập trầm tích bãi triều ................110
Hình 3.7. Phân bố hệ số địa tích lũy (Igeo) của các nguyên tố vi lượng trong các tập
trầm tích bãi triều ....................................................................................................112
Hình 3.8. Sơ đồ khái quát nghiên cứu địa hóa môi trường các nguyên tố vi lượng
trong nước và trầm tích vịnh Tiên Yên và chứng minh luận điểm 1 ......................117
Hình 4.1. Sơ đồ phân bố TOC trong trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên ...119
Hình 4.2. Sơ đồ phân bố TN trong trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên......120
Hình 4.3. Sơ đồ phân bố tỉ lệ cấp hạt mịn (< 0,063 mm) trong trầm tích tầng mặt
khu vực vịnh Tiên Yên ............................................................................................121
Hình 4.4. Biểu đồ tương quan giữa TN với TOC (a), TOC và TN với tỉ lệ cấp hạt
mịn (b) trong trầm tích tầng mặt .............................................................................122
Hình 4.5. Sơ đồ phân bố tỉ số TOC/TN trong trầm tích tầng mặt...........................123
Hình 4.6. Sơ đồ phân bố δ13C trong trầm tích tầng mặt..........................................125
ix


Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ số TOC/TN với δ13C trong trầm tích
tầng mặt và phân nhóm trầm tích theo nguồn gốc vật chất hữu cơ ........................125
Hình 4.8. Sơ đồ phân bố tỉ lệ vật chất hữu cơ từ rừng ngập mặn trong trầm tích tầng
mặt...........................................................................................................................129
Hình 4.9. Đặc điểm thạch học và vật chất hữu cơ các tập trầm tích bãi triều Đồng

Rui ...........................................................................................................................131
Hình 4.10. Đặc điểm thạch học và vật chất hữu cơ tập trầm tích bãi triều cửa sông
Đầm Hà ...................................................................................................................132
Hình 4.11. Đặc điểm thạch học và vật chất hữu cơ tập trầm tích bãi triều cửa sông
Đường Hoa ..............................................................................................................133
Hình 4.12. Tương quan giữa TOC với TN trong các tập trầm tích bãi triều ..........133
Hình 4.13. Tương quan giữa TOC và TN với tỉ lệ cấp hạt mịn trong các tập trầm
tích bãi triều.............................................................................................................134
Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình các thông số TOC, TN, và δ13C trong
các tập trầm tích bãi triều ........................................................................................135
Hình 4.15. Đặc điểm trầm tích, δ13C, tỉ số TOC/TN, và nguồn gốc vật chất hữu cơ
trong tập trầm tích bãi triều Đồng Rui ....................................................................137
Hình 4.16. Đặc điểm trầm tích, δ13C, tỉ số TOC/TN, và nguồn gốc vật chất hữu cơ
trong tập trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà .......................................................138
Hình 4.17. Đặc điểm trầm tích, δ13C, tỉ số TOC/TN, và nguồn gốc vật chất hữu cơ
trong tập trầm tích bãi triều cửa sông Đường Hoa..................................................139
Hình 4.18. Đồ thị phân bố tỉ số TOC/TN với δ13C (‰) của các tập trầm tích bãi
triều..........................................................................................................................141
Hình 4.19. Sơ đồ liên kết/đối sánh ba tập trầm tích bãi triều Đồng Rui (C1), cửa
sông Đầm Hà (C2), cửa sông Đường Hoa (C3) dựa trên dấu hiệu gia tăng và hạ thấp
mực nước biển trong quá khứ qua nghiên cứu δ13C ...............................................145
Hình 4.20. Sơ đồ khái quát vai trò cung cấp vật chất hữu cơ của rừng ngập mặn và
chứng minh luận điểm 2..........................................................................................146
Hình 5.1. Sơ đồ cấu trúc phân vùng chức năng môi trường khu vực vịnh Tiên Yên ..152
Các hình trong phụ lục
Hình phụ lục 1. Sơ đồ đặc điểm lý hóa trong nước mặt khu vực vịnh Tiên Yên....182
Hình phụ lục 2. Sơ đồ đặc điểm lý hóa trong trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên
Yên ..........................................................................................................................183
Hình phụ lục 3. Sơ đồ phân bố các nguyên tố vi lượng trong nước tầng mặt khu vực
vịnh Tiên Yên ..........................................................................................................184

Hình phụ lục 4. Sơ đồ thể hiện kết quả phân tích chùm có thứ bậc phân loại các
trạm khảo sát dựa trên hàm lượng của 8 nguyên tố vi lượng..................................185
Hình phụ lục 5. Sơ đồ phân bố hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong trầm tích
tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên .............................................................................186
x


Hình phụ lục 6. Biểu đồ trọng số thể hiện kết quả phân tích thành phần chính các
nguyên tố vi lượng trong trầm tích tầng mặt...........................................................188
Hình phụ lục 7. Biểu đồ trọng số thể hiện kết quả phân tích thành phần chính các
nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích bãi triều Đồng Rui (C1) ............................188
Hình phụ lục 8. Biểu đồ trọng số thể hiện kết quả phân tích thành phần chính các
nguyên tố vi lượng trong tập trầm tích bãi triều cửa sông Đầm Hà (C2) ...............189
Hình phụ lục 9. Biểu đồ trọng số thể hiện kết quả phân tích thành phần chính các nguyên
tố vi lượng trong tập mẫu trầm tích bãi triều cửa sông Đường Hoa (C3) .....................189

xi


MỞ ĐẦU
Với lịch sử phát triển khoảng 40 năm (kể từ khi Kothny lần đầu tiên đưa ra
danh từ Địa hóa môi trường - Environmental Geochemistry tại Hội nghị của Hội
hoá học Mỹ ngày 15/9/1971), địa hóa môi trường đã có rất nhiều đóng góp vào việc
định hướng sử dụng bền vững tài nguyên, bảo vệ sức khỏe con người, đặc biệt là
tìm ra được mối liên hệ giữa sự phân bố của một số các nguyên tố và hợp chất hóa
học trong môi trường với sức khỏe con người. Tuy nhiên, các nghiên cứu về địa hóa
môi trường biển và biển ven bờ vẫn còn rất nhiều hạn chế. Đặc biệt là trong bối cảnh
hiện nay, khi các nguồn tài nguyên biển và biển ven bờ đang được đẩy mạnh khai
thác để phục vụ phát triển kinh tế và Việt Nam cũng đang phát triển theo hướng
chung đó. Chính vì vậy, cần thiết phải tăng cường nghiên cứu địa hóa môi trường

biển nhằm hướng tới việc sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên biển ở Việt Nam.
Vịnh Tiên Yên là một vịnh biển lớn thuộc tỉnh Quảng Ninh. Khu vực vịnh
Tiên Yên (bao gồm phần lớn vịnh Tiên Yên và phần biển bên ngoài các đảo chắn)
có sự đa dạng về địa chất, địa mạo; tài nguyên phong phú như đất ngập nước ven
biển; các hệ sinh thái đặc thù như rừng ngập mặn, thảm cỏ biển; sự đa dạng về
thành phần loài cao, đặc biệt là các loài đặc sản như Sá sùng, Bông thùa, Sò huyết,
ngao, ngán. Chính vì vậy, các nguồn tài nguyên của khu vực đang được đẩy mạnh
khai thác phục vụ phát triển kinh tế như nuôi trồng và đánh bắt thủy sản, cảng biển,
du lịch và khai thác khoáng sản. Một số công trình nghiên cứu cho thấy mặc dù khu
vực giàu có về các nguồn tài nguyên nhưng hiệu quả khai thác kinh tế thấp, nhu cầu
khai thác tiếp tục gia tăng trong khi tài nguyên đã suy giảm, các hoạt động phát
triển đã gây nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Các nghiên cứu trước đây về
khu vực vịnh Tiên Yên và các hợp phần của nó đã mô tả sơ lược được đặc điểm môi
trường địa hóa, các yếu tố ảnh hưởng đến địa hóa môi trường, sự phân bố của các
nguyên tố và hợp chất hữu cơ [1, 8, 27, 39, 45, 56, 58]. Tuy nhiên, một số vấn đề
của địa hóa môi trường khu vực vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết và thấu đáo như
đặc trưng địa hóa môi trường, nguồn gốc và vai trò của vật chất hữu cơ trong trầm
1


tích, sự tiến hóa của bãi triều, sự phân bố, mức độ ô nhiễm và tích lũy các nguyên tố
vi lượng trong nước và trầm tích. Trong khi các vấn đề này là cơ sở khoa học quan
trọng cho việc định hướng khai thác, sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên và
bảo vệ môi trường. Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn trên, nghiên cứu sinh đã
lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu đặc điểm địa hoá môi trường phục vụ sử
dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên khu vực vịnh Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh” để
làm luận án với mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể được trình bày sau đây.
Mục tiêu của luận án
Làm sáng tỏ các vấn đề địa hóa môi trường bao gồm sự phân bố của các
nguyên tố vi lượng và vật chất hữu cơ trong nước và trầm tích khu vực vịnh Tiên

Yên, góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc định hướng sử dụng bền vững tài
nguyên thiên nhiên.
Nhiệm vụ của luận án
1.Nghiên cứu các điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội tác động đến địa hóa môi
trường khu vực vịnh Tiên Yên, đặc biệt là yếu tố địa hình và thủy - hải văn
khống chế sự phân bố trầm tích, vật chất hữu cơ và nguyên tố vi lượng.
2.Đánh giá các đặc điểm trầm tích tầng mặt trong mối liên quan với khả năng lưu
giữ các nguyên tố vi lượng, đặc trưng trầm tích tầng sâu bãi triều, đặc điểm
pH, Eh trong nước và trầm tích.
3.Nghiên cứu sự phân bố của các nguyên tố vi lượng trong môi trường nước và
trầm tích tầng mặt, tầng sâu bãi triều, đánh giá mức độ tích lũy và mức độ ô
nhiễm các nguyên tố vi lượng trong nước và trầm tích.
4.Nghiên cứu sự phân bố và nguồn gốc của vật chất hữu cơ trong trầm tích tầng
mặt và tầng sâu bãi triều, vai trò của rừng ngập mặn trong việc cung cấp vật
chất hữu cơ và xây dựng lại điều kiện cổ môi trường lắng đọng trầm tích.
5.Trên cơ sở nghiên cứu địa hóa môi trường, đề xuất định hướng sử dụng bền
vững tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường khu vực vịnh Tiên Yên.
2


Cơ sở tài liệu xây dựng luận án
Luận án được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu trực tiếp của nghiên
cứu sinh trong thời gian từ năm 2007 đến năm 2011. Nghiên cứu sinh là người trực
tiếp tiến hành khảo sát thực địa, thu thập và phân tích mẫu vật. Khối lượng mẫu
nghiên cứu sinh thu thập và phân tích bao gồm: các nguyên tố vi lượng trong 118
mẫu trầm tích; TOC, TN, và δ13C trong 117 mẫu trầm tích; độ hạt trong 121 mẫu
trầm tích. Riêng kết quả của 120 mẫu nước được kế thừa từ Đề tài KC.09.05/06-10
[45, 56] mà nghiên cứu sinh là thành viên nghiên cứu chính. Thêm vào đó, nghiên
cứu sinh còn tham khảo các tài liệu từ các đề tài, dự án nghiên cứu khoa học khác
mà nghiên cứu sinh trực tiếp tham gia [32, 34, 38-40, 44, 45, 56, 58, 63]. Ngoài ra,

nghiên cứu sinh còn tham khảo các báo cáo địa chất, các công trình nghiên cứu, các
bài báo trong nước và quốc tế có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu và khu vực
nghiên cứu (xem tài liệu tham khảo) đã công bố.
Những luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong trầm tích tầng mặt
khu vực vịnh Tiên Yên có xu thế giảm dần từ trong vịnh ra phía biển, tăng dần
từ phía đông bắc xuống phía tây nam và phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm trầm tích,
địa hình và chế độ thủy động lực của vịnh, môi trường nước chưa bị ô nhiễm nhưng
trầm tích tầng mặt và tầng sâu bãi triều đã bị ô nhiễm một số nguyên tố vi lượng
chủ yếu do sự chi phối của các yếu tố tự nhiên.
Luận điểm 2: Vật chất hữu cơ từ rừng ngập mặn có xu thế giảm dần từ bãi
triều ra giữa vịnh và ít bị vận chuyển ra khỏi vịnh tương ứng với sự phân bố của các
nguyên tố vi lượng do sự chi phối của địa hình và chế độ thủy động lực, sự biến đổi
tỉ số TOC/TN và giá trị δ13C theo chiều sâu các tập trầm tích bãi triều là chỉ thị phân
biệt môi trường bãi trên triều và bãi gian triều, đồng thời phản ánh sự biến động
mực nước biển tương đối theo thời gian lắng đọng trầm tích ở vịnh Tiên Yên.
Những điểm mới của luận án
3


1. Lần đầu tiên xác định được quy luật và các yếu tố chi phối đến phân bố hàm
lượng các nguyên tố vi lượng, tỉ số TOC/TN và giá trị δ13C trong trầm tích
vịnh Tiên Yên; đánh giá mức độ ô nhiễm một số nguyên tố vi lượng trong
trầm tích cả tầng mặt lẫn tầng sâu bãi triều và nguồn gốc ô nhiễm.
2. Lần đầu tiên áp dụng phương pháp δ13C trong nghiên cứu địa hóa hữu cơ ở
vịnh Tiên Yên để đánh giá vai trò cung cấp vật chất hữu cơ của rừng ngập
mặn cho trầm tích vịnh Tiên Yên nói chung và các hệ sinh thái khác trong
vịnh nói riêng; sự biến động nguồn gốc vật chất hữu cơ chôn vùi trong trầm
tích bãi triều liên quan đến sự thay đổi mức nước biển tương đối theo thời
gian lắng đọng trầm tích.

Ý nghĩa của luận án
Ý nghĩa khoa học
+ Làm sáng tỏ đặc điểm địa hóa môi trường khu vực vịnh Tiên Yên: các yếu tố
tác động; nguồn gốc vật chất hữu cơ; quy luật phân bố các nguyên tố vi
lượng, tỉ số TOC/TN và giá trị δ13C.
+ Đánh giá được mối quan hệ giữa biến đổi nguồn gốc vật chất hữu cơ chôn
vùi với sự biến đổi mực nước biển tương đối theo thời gian lắng đọng trầm
tích bãi triều.
+ Thúc đẩy việc áp dụng phương pháp δ13C nói riêng và phương pháp đồng vị
bền nói chung trong nghiên cứu địa hóa môi trường (sinh địa hóa, cổ khí hậu,
cổ môi trường…) ở Việt Nam.
Ý nghĩa thực tiễn
+ Trên cơ sở địa hóa môi trường, đánh giá tầm quan trọng của hệ sinh thái rừng
ngập mặn ven vịnh đối với sự bền vững của các hệ sinh thái trong vịnh, mức
độ ô nhiễm nguyên tố vi lượng trong nước và trầm tích vịnh.
+ Xây dựng cơ sở khoa học địa hóa môi trường và định hướng cho việc sử dụng
4


bền vững tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường khu vực vịnh Tiên Yên.
Bố cục của luận án
Bố cục của luận án gồm 5 chương không kể mở đầu, kết luận và phụ lục hình ảnh.
Chương 1. Lịch sử nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu.
Chương 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng địa hóa môi trường nước và trầm
tích khu vực vịnh Tiên Yên.
Chương 3. Đặc điểm địa hóa môi trường các nguyên tố vi lượng trong nước và trầm
tích khu vực vịnh Tiên Yên.
Chương 4. Đặc điểm địa hóa hữu cơ trầm tích khu vực vịnh Tiên Yên.
Chương 5. Định hướng sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên khu vực vịnh Tiên
Yên trên cơ sở nghiên cứu địa hóa môi trường.

5


CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG VŨNG VỊNH
1.1.1. Trên thế giới
Các vũng vịnh có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội và
an ninh quốc phòng, là đối tượng nghiên cứu, điều tra, đánh giá về điều kiện tự nhiên,
tài nguyên, môi trường, trong đó có địa hóa môi trường. Các nghiên cứu này mang lại
hiệu quả cao trong việc đánh giá hiện trạng, giám sát biến động tài nguyên - môi
trường, giảm thiểu tai biến thiên nhiên tại các vũng vịnh và vùng phụ cận, đóng góp
không nhỏ vào quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội. Mỹ đã có những nghiên cứu rất
chi tiết về địa hóa môi trường các vịnh Texas, San Fransico... [96]. Mexico đặc biệt
quan tâm đến địa hóa môi trường trầm tích đáy vịnh Mexico City sau sự kiện cá
trong vịnh chết hàng loạt vào năm 2004.
Các nghiên cứu chuyên về phân bố các nguyên tố vi lượng trong trầm tích
các vịnh trên thế giới đã thu hút được sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Kết quả
nghiên cứu địa hóa vịnh Neward, bang New Jersey của Mỹ cho thấy hàm lượng các
nguyên tố vi lượng trong trầm tích đáy vịnh biến đổi rất mạnh, nhưng đặc biệt cao
tại các khu vực có tốc độ lắng đọng trầm tích cao và trầm tích đáy vịnh đã bị ô
nhiễm bởi As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn [84]. Kết quả nghiên cứu trầm tích vịnh
Manila, Philippin cho thấy do tác động nhân sinh dẫn đến tập trung cao Pb, Cd, Zn
và Cu nhưng hàm lượng không ổn định [124]. Đánh giá ảnh hưởng của quá trình đô
thị hóa và phát triển kinh tế đến chất lượng môi trường trầm tích vịnh Xiamen,
Trung Quốc cho thấy sự tập trung hàm lượng của Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Ni và Fe phụ
thuộc vào nguồn ô nhiễm, trong đó có hai nguồn chính là nước thải đô thị và nước
thải từ các cảng thương mại [147]. Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra đặc điểm tích
tụ của các nguyên tố vi lượng trong trầm tích các vịnh và hoạt động nhân sinh làm
gia tăng tình trạng ô nhiễm nguyên tố vi lượng như ở vịnh Taranto của Italy [89],

vịnh Izmit [123] và vịnh Saros, Thổ Nhĩ Kỳ [130].
6


Môi trường địa hóa và hàm lượng các nguyên tố vi lượng thường có mối liên
hệ mật thiết với hàm lượng các chất hữu cơ trong trầm tích (TOC, TN, và tổng
photpho). Một trong những phương pháp hiện đại để nghiên cứu chu trình sinh địa
hóa của C, N và xác định nguồn gốc của các chất hữu cơ trong môi trường biển là
sử dụng δ13C và δ15N, đặc biệt là tại các cửa sông và vũng vịnh ven bờ. Hơn nữa, sử
dụng phương pháp δ13C kết hợp với nghiên cứu TOC, TN có thể giúp xây dựng lại
được điều kiện cổ khí hậu, cổ địa lí của môi trường, cũng như thiết lập lại mực nước
biển tương đối trong quá khứ. Kết quả nghiên cứu đối với vịnh Lingding của Trung
Quốc cho thấy vật chất hữu cơ trong trầm tích của vịnh chủ yếu có nguồn gốc từ đất
liền và chế độ thủy động lực đóng vai trò quan trọng trong việc phân bố vật chất
hữu cơ [104]. Nghiên cứu trầm tích vịnh Trieste (Italy) cho thấy nguồn vật chất hữu cơ
từ đất liền chiếm đến 90 % ở cửa sông Isonzo và giảm xuống còn 10 % ở trung tâm của
vịnh, trong khi đó ở phần phía nam của vịnh nguồn vật chất hữu cơ do các sông nhỏ
mang đến chiếm từ 32 - 44 % [122]. Kết quả nghiên cứu δ13C trong trầm tích của vịnh
Papua (Papua New Guinea) cho thấy rằng có đến 70 % lượng vật chất hữu cơ và hơn
40 % lượng trầm tích tầng mặt trong vịnh là có nguồn gốc từ đất liền [83].
1.1.2. Ở Việt Nam và trong khu vực vịnh Tiên Yên
Từ năm 1922, các nghiên cứu địa chất biển Việt Nam, trong đó có địa hóa về
cơ bản mới được tiến hành. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu về địa hóa biển trong
thời gian này cho đến năm 1975 vẫn còn rất sơ lược. Nghiên cứu địa hóa biển bắt
đầu được tiến hành với quy mô lớn và đồng bộ trong các chương trình nghiên cứu
tổng hợp biển vào những năm 1976 - 1980, 1981 - 1985, 1986 - 1990 [61, 62]. Tuy
nhiên, các nghiên cứu về địa hóa biển Việt Nam mới chỉ thực sự được chú ý từ năm
1990 trở lại đây [29, 36, 63, 71]. Sau đó, các nghiên cứu tập trung vào đặc điểm địa
hoá môi trường nước và trầm tích biển nông, đánh giá chất lượng, tiềm năng, mức ô
nhiễm nước và trầm tích cũng như các giải pháp quản lý sử dụng đới ven biển trên

cơ sở nghiên cứu địa hóa môi trường [8, 17, 18].
Từ năm 1990 đến năm 2001, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên kết hợp với
7


Trung tâm Địa chất và Khoáng sản Biển đã thực hiện đề án “Điều tra địa chất - khoáng
sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất biển ven bờ Việt Nam (0 - 30 m nước),
tỉ lệ 1:500.000”. Kết quả đã đánh giá sơ lược đặc điểm địa hóa môi trường biển ven
bờ Việt Nam bao gồm toàn bộ các vũng vịnh ven bờ của Việt Nam, trong đó vịnh
Tiên Yên được tiến hành nghiên cứu năm 1997, tuy nhiên do tỉ lệ điều tra nhỏ nên
kết quả còn nhiều hạn chế [29]. Đặc điểm địa hóa môi trường các vũng vịnh vùng
biển Nam Trung Bộ cũng đã được điều tra và đánh giá sơ bộ trong công trình “Điều
tra địa chất, khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất vùng biển Nam
Trung Bộ từ 0 - 30 m nước tỉ lệ 1:100.000 và một số vùng trọng điểm tỉ lệ
1:50.000” [70]. Năm 2007, đề tài “Lập bản đồ hiện trạng địa chất môi trường vùng
biển Hải Phòng - Quảng Ninh từ 0-30m nước, tỉ lệ 1:100.000 và vùng biển trọng
điểm Bạch Long Vỹ, tỉ lệ 1:50.000”, lần đầu tiên đã đưa ra được bức tranh địa hóa
môi trường nước và trầm tích vịnh Tiên Yên ở tỉ lệ 1:100.000 [39].
Trong những năm gần đây, các nghiên cứu, điều tra tổng hợp về vũng vịnh
Việt Nam, trong đó có địa hóa môi trường đã được chú trọng và đạt được nhiều
thành tựu. Công trình “Đánh giá hiện trạng, dự báo biến động và đề xuất giải pháp
sử dụng hợp lý tài nguyên một số vũng vịnh chủ yếu ven bờ biển Việt Nam” [64] đã
đánh giá tổng quan về địa hóa môi trường các vịnh Bái Tử Long và Chân Mây, từ
đó đề xuất các giải pháp sử dụng bền vững tài nguyên vũng vịnh. Công trình nghiên
cứu “Điều tra đánh giá tài nguyên môi trường các vũng vịnh trọng điểm ven bờ
phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường” [45] đã đánh giá đặc điểm
địa hóa môi trường vịnh Tiên Yên và vịnh Cam Ranh ở tỉ lệ 1:50.000. Kết quả của
nghiên cứu này đã chỉ ra rằng nước vịnh Tiên Yên đã bị ô nhiễm dầu và có nguy cơ
ô nhiễm nguyên tố vi lượng Pb, Sb, trầm tích đã bị ô nhiễm hợp chất hữu cơ
polychlorinated byphenyls. Tuy nhiên, nghiên cứu này mới chỉ tập trung vào trầm

tích tầng mặt và chưa có kết quả nghiên cứu trầm tích bãi triều ở sâu hơn. Đặc biệt,
nghiên cứu này còn chưa có đánh giá về vật chất hữu cơ trong trầm tích và xác định
nguồn gốc của chúng.
Các nghiên cứu chuyên biệt về nguyên tố vi lượng trong các vũng vịnh ven
8


bờ Việt Nam cho thấy có mối liên hệ giữa sự gia tăng hàm lượng nguyên tố vi lượng
trong trầm tích biển với sự gia tăng phát triển kinh tế trên đới bờ gây suy thoái môi
trường, suy giảm đa dạng sinh học [65, 66, 73, 74] và gia tăng sự tích lũy trong sinh
vật [3, 16, 19, 20, 73].
Ngoài các nghiên cứu địa chất môi trường và địa hóa môi trường như trên
còn phải kể đến các công trình nghiên cứu liên quan đến địa hóa môi trường của
khu vực vịnh Tiên Yên và vùng phụ cận như đánh giá môi trường phục vụ quy
hoạch nuôi trồng thủy sản huyện Tiên Yên [30], huyện Hải Hà [32], xây dựng mô
hình sinh thái cho phát triển bền vững Sá sùng và Bông thùa [34]. Kết quả của các
đề tài này đã đánh giá chất lượng trầm tích các bãi triều nhằm phục vụ cho công tác
nuôi trồng thủy sản. Gần đây, khi thực hiện luận án tiến sĩ địa chất, Nguyễn Thị
Thục Anh (2006) [1] đã đánh giá đặc điểm trầm tích, sự phân bố các nguyên tố vi
lượng và hiện trạng ô nhiễm trong trầm tích bãi triều cửa sông ven biển đến độ sâu
khoảng 0,6 m khu vực Quảng Ninh và Hải Phòng. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra
rằng trầm tích bãi triều khu vực cửa sông Ba Chẽ và Hà Cối đã bị ô nhiễm các
nguyên tố vi lượng Cu, Pb, As, Zn, Cr so với ISQGs của Canada [2]. Tuy nhiên,
công trình này mới chỉ nghiên cứu trên phạm vi hẹp ở các cửa sông Tiên Yên và
Đầm Hà, thiếu hẳn các nghiên cứu về trầm tích tầng mặt trong toàn vịnh.
Mặc dù các tỉ số đồng vị bền δ13C và δ15N đã và đang được sử dụng rộng rãi
trong nghiên cứu địa hóa, địa chất, môi trường biển trên thế giới, nhưng ở Việt
Nam, các phương pháp này vẫn còn khá mới, các công trình nghiên cứu liên quan
còn ít và kết quả rất hạn chế như nghiên cứu về chuỗi thức ăn [101], nguồn gốc vật
chất hữu cơ trong đới bờ [106], hiện tượng nước trồi [114]. Gần đây và đáng chú ý

nhất là công trình ứng dụng δ13C trong việc xác định nguồn gốc vật chất hữu cơ
trong trầm tích và xây dựng lại môi trường lắng đọng vật chất hữu cơ trong hệ sinh
thái rừng ngập mặn tại cửa Ba Lạt [134-138, 140, 139].
Như vậy, có thể thấy vịnh Tiên Yên đã thu hút được sự chú ý của nhiều nhà
khoa học. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu địa hóa môi trường mới chỉ tập trung ở
9


phần trầm tích bãi triều, chưa có kết quả nghiên cứu chi tiết về địa hóa trầm tích
tầng mặt trong toàn vịnh và địa hóa trầm tích theo chiều sâu. Đặc biệt, các nghiên
cứu này chưa chú trọng vào việc đánh giá nguồn gốc vật chất hữu cơ, mức độ tích
lũy các nguyên tố vi lượng trong trầm tích. Sự thiếu hụt thông tin về địa hóa môi
trường, về sự phân bố vật chất hữu cơ và nguyên tố vi lượng trong nước và trầm
tích đã gây khó khăn cho công tác hoạch định chính sách, xây dựng cơ sở cho việc
sử dụng bền vững tài nguyên vịnh Tiên Yên.
1.2. KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Vịnh là phần biển ăn sâu vào lục địa hay các đảo, có cửa mở rộng ra phía
ngoài khơi với chiều rộng đáng kể hoặc là phần biển có đảo che chắn tạo thành một
vùng nước khép kín mà trong đó động lực biển thống trị [45]. Vịnh Tiên Yên (còn
gọi là vịnh Tiên Yên - Hà Cối) ở phía đông bắc của tỉnh Quảng Ninh, có chiều rộng
khoảng 9 km, chiều dài khoảng 57 km, diện tích phần ngập nước thường xuyên
khoảng 400 km2, và độ sâu trung bình khoảng 2,0 m, độ sâu lớn nhất khoảng 30 m
tại các cửa vịnh [64]. Vịnh được che chắn phía ngoài bởi các đảo Cái Bầu, Vạn
Vược, Vạn Nước, Cái Chiên, và Vĩnh Thực. Vịnh trao đổi nước với biển thông qua
Cửa Mô, Cửa Tiểu, Cửa Đại, cửa Bò Vàng và cửa Đầu Tán.
Về mặt cấu trúc tự nhiên, vịnh Tiên Yên kéo dài từ cửa sông Tiên Yên lên
đến Móng Cái và không bao gồm phần biển phía ngoài các đảo chắn. Tuy nhiên,
trong phạm vi nghiên cứu của luận án, khái niệm “khu vực vịnh Tiên Yên” là khu
vực có tọa độ 21o07’24’’- 21o27’27’’ vĩ độ Bắc; 107o23’58” - 107o52’57’’ kinh độ
đông bao gồm phần lớn diện tích vịnh Tiên Yên và cả vùng biển bên ngoài các đảo

chắn (Hình 1.1). Khu vực nghiên cứu có ranh giới về phía bắc từ cửa sông Hà Cối
đến Cửa Đại kéo dài ra vùng biển bên ngoài, về phía tây đến hết phần bãi triều thuộc
các huyện Hải Hà, Đầm Hà, Tiên Yên, về phía đông ra đến khoảng độ sâu 30 m nước
phía ngoài các đảo Cái Chiên, Vạn Vược, về phía nam kéo dài từ cửa sông Tiên Yên
qua đảo Cái Bầu đến đảo Sậu Nam. Khái niệm “vùng biển phía ngoài” để chỉ vùng
biển từ các đảo chắn Cái Bầu - Vĩnh Thực ra đến ranh giới đông nam của diện tích
10