View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------*---------
TRẦN THỊ LỰU
Chuyên ngành: Địa chất học
Mã số: 62440201
DỰ THẢO
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT
Hà Nội, 2015
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. GS. TS. Trần Nghi
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội
2. PGS.TS. Phạm Quý Nhân,
Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp ĐHQG chấm luận án tiến sĩ họp
tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vào hồi giờ …….. ngày ……. tháng ….. năm …..
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
1
Ở U
1. ính cấp thiết của luận án
Nước dưới đất (NDĐ) đặc biệt là NDĐ trong tầng chứa nước Pleistocen (TCN qp)
là nguồn cung cấp nước quan trọng ở vùng CTSH. Các kết quả quan trắc thành phần
hóa học NDĐ của công trình quốc gia cũng như của một số nghiên cứu gần đây chỉ ra
rằng NDĐ bị nhiễm mặn ở nhiều nơi không những ở khu vực ven biển mà còn xảy ra ở
các khu vực cách bờ biển hiện tại lên tới 70km. Nhiễm mặn cho NDĐ trong các TCN ở
các khu vực ven biển có thể được giải thích là do XNM từ biển, tuy nhiên ở các khu
vực xa bờ biển hiện tại đặc biệt là trong TCN qp – tầng chứa nước đươc hình thành
trong thời kỳ biển thoái, thì nguyên nhân XNM không thể giải thích được là do quá
trình XNM hiện đại.
Trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc địa chất vùng CTSH cũng như các vùng châu thổ
tương tự trên thế giới cho thấy các thời kỳ biển tiến làm hình thành nên các tầng trầm
tích biển còn chứa nước mặn tàn dư tới tận ngày nay. Nghiên cứu phân bố các trầm tích
biển trong lục địa đã được nhiều công trình đề cập đến, tuy nhiên nghiên cứu ảnh hưởng
của chúng tới NDĐ thì chưa có công trình nghiên cứu cụ thể. Chính vì vậy, luận án đi
vào nghiên cứu “Cơ chế rửa mặn NLR trong các tướng trầm tích biển tuổi Đệ Tứ vùng
CTSH” để làm sáng tỏ các cơ chế rửa mặn NLR từ các tầng trầm tích biển cũng như
ảnh hưởng của chúng tới NDĐ trong TCN qp.
2. ục đích nghiên cứu
- Xác định ranh giới mặn nhạt của NLR trong các tầng trầm tích biển.
- Nghiên cứu các cơ chế rửa mặn của NLR trong các trầm tích biển.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR trong trầm tích biển Holocen tới
TCN Pleistocen.
3. ối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là tầng trầm tích biển tuổi Holocen
- Phạm vi nghiên cứu là vùng CTSH
4. ơ sở số liệu
Luận án được hoàn thành dựa trên 2 nguồn số liệu gồm số liệu kế thừa từ các công trình
nghiên cứu liên quan và các số liệu nghiên cứu của luận án. Dưới đây là bảng liệt kê số liệu
nghiên cứu của luận án với số lượng tương ứng.
Số liệu ơn vị Số lượng Vị trí thực hiện
Địa vật lý lỗ khoan Lỗ khoan 38 Lỗ khoan QTQG
TEM Điểm đo 210 4 tuyến nghiên cứu
Khoan địa tầng Lỗ khoan 2 LK Q87, Q88
Thành phần độ hạt Mẫu 16 Mẫu trầm tích nguyên dạng lấy
từ 2 LK trên Xác định TP khoáng vật sét Mẫu 8
2
Thành phần hóa học NLR Mẫu 40
Đồng vị bền 18O và 2H Mẫu 50 Mẫu NLR và NDĐ
Thí nghiệm cột thấm Mẫu 6 Mẫu trầm tích nguyên dạng lấy
từ 2 LK trên Thí nghiệm khuếch tán Mẫu 6
TPHH của NDĐ tầng qp Mẫu 10 Mạng QTQG và LK nghiên cứu
5. uận điểm bảo vệ - Nước lỗ rỗng trong tầng trầm tích biển giàu sét bị rửa mặn theo cơ chế khuếch tán.
Nước lỗ rỗng chứa trong các trầm tích cát mịn pha sét bị rửa mặn theo cơ chế dịch
chuyển vật chất do phân dị trọng lực.
- Quá trình rửa mặn NLR trong các trầm tích biển Holocen làm tăng cao hàm lượng
muối của NDĐ trong tầng chứa nước Pleistocen bên dưới.
- Tầng sét Pleistocen muộn có vai trò bảo vệ TCN qp khỏi XNM từ tầng sét biển bên
trên
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
- Làm sáng tỏ sự phân bố mặn nhạt của NLR trong các trầm tích biển Holocen
- Làm sáng tỏ cơ chế rửa mặn của NLR trong các tầng trầm tích biển
- Làm sáng tỏ ảnh hưởng của các tầng trầm tích biển tới XNM nước dưới đất trong
TCN Pleistocen
Ý nghĩa thực tiễn
- Chính xác hóa sự phân bố mặn nhạt của TCN theo không gian sẽ giúp ích cho việc
bố trí các công trình khai thác nước một cách hợp lý. Trên cơ sở bản đồ phân bố mặn
nhạt của NLR trong các tướng trầm tích biển Holocen và bản đồ đẳng dày các trầm
tích biển Pleistocen muộn và kết quả mô hình có thể đưa ra các vị trí khai thác an toàn.
7. ấu trúc luận án
Cấu trúc của luận án gồm 4 chương không kể phần mở đầu và kết luận.
Chương 1: Tổng quan và các phương pháp nghiên cứu
Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng rửa mặn NLR vùng CTSH
Chương 3: Cơ chế rửa mặn của nước lỗ rỗng trong các trầm tích biển tuổi Holocen
Chương 4: Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR tới tầng chứa nước Pleistocen.
1. Q À P P P Ê
1.1. ổng quan
1.1.1 ác công trình nghiên cứu trên thế giới về rửa mặn nước lỗ rỗng
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng bài toán XNM cho NDĐ nói chung và nước mặn
tàn dư nói riêng không thể giải quyết bằng một phương pháp đơn lẻ mà phải sử dụng
tổ hợp các phương pháp khác nhau.
1.1.2. ác công trình nghiên cứu trong nước liên quan
Trong nước, các công trình nghiên cứu chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu về XNM hiện
đại do quá trình tự nhiên và quá trình khai thác nước quá mức gây nên nhất là đối với
các tỉnh ven biển.
3
1.1.3. hững tồn tại cần giải quyết
Có thể đưa ra một số tồn tại của các công trình nghiên cứu ở Việt Nam:
- Chưa ứng dụng đồng thời các phương pháp nghiên cứu
- Chưa nghiên cứu hoặc quan tâm nghiên cứu về phân bố mặn nhạt của NLR trong các
trầm tích biển, cơ chế rửa mặn của NLR cũng như ảnh hưởng của chúng tới TCN qp.
Chính vì vậy, nội dung chính của luận án đi vào nghiên cứu các cơ chế rửa mặn của
NLR trong các tướng trầm tích biển tuổi Đệ Tứ và ảnh hưởng của chúng tới TCN qp.
1.2. ác phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa và tổng hợp tài liệu liên quan.
- Các phương pháp ĐVL: Gồm phương pháp trường chuyển (TEM) và địa vật lý lỗ
khoan (ĐVLLK) để tiến hành phân vùng mặn nhạt NLR chứa trong các tầng sét.
- Phương pháp mô hình: Mô hình SEAWAT mô phỏng sự di chuyển vật chất có tính
đến mật độ chất lỏng.
- Phương pháp đồng vị bền 18
O/16
O, 2H/
1H xác định nguồn gốc của NDĐ
- Phương pháp cột thấm xác định hệ số thấm của trầm tích và phương pháp xác định hệ
số khuếch tán để làm thông số đầu vào cho mô hình dịch chuyển vật chất.
- Xác định thành phần độ hạt, thành phần khoáng vật của trầm tích nhằm luận giải môi
trường thành tạo trầm tích.
- Phân tích thành phần hóa học của NDĐ và NLR.
2: Y Ố Ả Ở Ả Ă
HOLOCEN
2.1. iều kiện thủy văn, hải văn
Vùng CTSH có mạng lưới sông ngòi dày đặc làm kênh dẫn thoát nước từ lục địa ra
biển đồng thời làm là kênh dẫn nước biển vào lục địa tại các cửa sông ven biển. XNM
hệ thống sông ngòi này không những ảnh hưởng đến hệ sinh thái ven biển, đến nguồn
cấp nước tưới tiêu... mà còn ảnh hưởng đến các tầng chứa nước nông khu vực lân cận.
2.2. ịa tầng trầm tích ệ ứ
Bề mặt CTSH được phủ bởi các trầm tích Đệ Tứ với bề dày có nơi đạt tới 200m.
Thành phần của trầm tích Đệ Tứ bao gồm chủ yếu là sét, bột, cát và sạn sỏi và được
phân chia thành 5 hệ tầng gồm Lệ Chi, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hải Hưng, Thái Bình. Quá
trình hình thành nên các trầm tích bở rời tuổi Đệ Tứ có liên quan chặt chẽ đến sự dao
động MNB: Thời kỳ biển thoái là thời kỳ tạo nên các tầng trầm tích hạt thô chứa nước
tốt, trái lại vào thời kỳ biển tiến thành tạo nên các trầm tích hạt mịn chứa nước kém.
4
2.3. iều kiện địa chất thuỷ văn
2.3.1. ác tầng chứa nước lỗ hổng
2.3.1.1. Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Holocen (qh)
Đây là TCN được cấu thành từ các trầm tích chứa nước của hệ tầng Thái Bình và Hải
Hưng có thành phần chủ yếu là bột cát, cát màu xám.
2.3.1.2. Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen (qp)
Tầng chứa nước qp được cấu thành bởi các trầm tích hạt thô của hệ tầng Hà Nội và
hệ tầng Vĩnh Phúc. Thành phần trầm tích chủ yếu là cát thô, sạn sỏi và cuội.
2.3.2. ác thành tạo địa chất rất nghèo nước hay cách nước
2.3.2.1. Các trầm tích thấm nước yếu tuổi Holocen sớm giữa
2.3.2.2. Các trầm tích cách nước Pleistocen muộn hệ tầng Vĩnh Phúc
3:
E
3.1. ơ sở lý thuyết về dịch chuyển vật chất trong môi trường lỗ hổng
Cơ chế rửa mặn NLR là cách thức mà quá trình rửa mặn NLR xảy ra.. Trong quá
trình rửa mặn, vật chất hòa tan sẽ dịch chuyển từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng
độ thấp và làm nhạt hóa phần nước mặn có chứa trong các lỗ rỗng của các tầng trầm
tích, tức là xảy ra quá trình rửa mặn. Ở đây, luận án chỉ đề cập đến sự dịch chuyển của
ion clo (Cl-) bởi đó là ion trơ về mặt hóa học. Các quá trình cơ bản làm dịch chuyển vật
chất trong môi trường NLR là quá trình khuếch tán phân tử và phân dị trọng lực, còn
quá trình dịch chuyển đối lưu (advection) chủ yếu xảy ra trong môi trường NDĐ khi có
dòng chảy.
3.1.1. Khuếch tán phân tử
Khuếch tán phân tử là quá trình vật chất hòa tan di chuyển từ nơi có nồng độ cao
đến nơi có nồng độ thấp hơn. Quá trình khuếch tán sẽ tiếp tục xảy ra nếu vẫn còn xảy ra
chênh lệch nồng độ ngay cả khi không có dòng chảy.
3.1.2. Dịch chuyển chất hòa tan do phân dị trọng lực (Density flow)
Hiện tượng này có thể xuất hiện khi một hệ thống chứa chất lỏng có tỷ trọng lớn
hơn (nước muối) nằm phủ lên trên một hệ thống chứa chất lỏng khác có tỷ trọng nhỏ
hơn (nước nhạt). Sự bất ổn định của một hệ thống được đánh giá thông qua hệ số
Rayleigh (Ra) (xem phần 3.3.6). Nếu Ra 4π2 ≈ 40 (Lapwood, 1984; Groen & nnk
2000; Holzbecher, 2005) thì quá trình khuếch tán đóng vai trò chủ đạo, còn nếu Ra > 40
thì quá trình dịch chuyển vật chất do phân dị trọng lực sẽ diễn ra. Nếu số Rayleigh đạt
tới 390, thì hệ thống sẽ bị ảnh hưởng bởi biến động đối lưu tự do (Diersch, 2005).
5
3.1.3. Quá trình dịch chuyển đối lưu
Trong điều kiện lý tưởng, các ion sẽ dịch chuyển cùng tốc độ của dòng ngầm. Trên
thực tế, yếu tố bất đồng nhất của môi trường trầm tích làm cho các ion vận động với tốc
độ khác nhau (quá trình phân tán). Ngoài ra, quá trình khuếch tán và phân tán luôn xảy
ra đồng thời và không thể tách rời, quá trình đó gọi chung là phân tán thủy động lực.
3.2. iện trạng phân bố mặn nhạt trong các trầm tích biển olocen
Đối với NLR chứa trong các lớp trầm tích hạt mịn (không thể lấy được mẫu nước
qua các ống lọc của các LK), số liệu ĐVL được sử dụng để xác định hiện trạng phân bố
mặn nhạt của NLR.
3.2.1. Kết quả đo địa vật lý lỗ khoan
Theo Archie (1942), mỗi một loại trầm tích được đặc trưng bởi một hệ số thành hệ F
(formation factor) nhất định và được tính F=n/t hoặc F=t/n (Với σt, σn là độ dẫn
điện của tầng và của NLR; t, n là điện trở suất của tầng và của NLR)
Trên cơ sở số liệu đo ĐVLLK và số liệu phân tích TPHH của NLR, mối quan hệ
quy đổi giữa độ dẫn điện và TDS của NLR như sau: TDS (mg/l) = 0.5 σ n + 201 (µS/cm)
Từ đó có thể phân chia các loại hình NLR khác nhau như sau:
Bảng 3.1. Các loại hình NLR và trầm tích tương ứng theo số liệu ĐVLLK
oại rầm tích của tầng ρt (Ω.m) ộ dẫn điện của
tầng σt (mS/m ~10-1 µ /cm)
Nước nhạt
Sét 15-25 40-67
Bột/cát 25-100 10-40
Cát/sạn 100-200 5-10
Nước lợ Sét 3-15 67-333
Cát/sạn 15-150 6.7-67
Nước mặn Sét 0.5-3 333-2000
Cát/sạn <20 >50
Bản đồ phân vùng mặn nhạt của NLR trong các tầng trầm tích biển Holocen tại các
vị trí LK được thành lập (hình 3.1).
6
25km
N
g.
.g
BiÓ
n §
«ng
Lç khoan co NLR lî
Lç khoan co NLR nh¹t
Chó gi¶i
Lç khoan co NLR mÆn
§iÓm ®o truêng chuyÓn
Tuyªn nghiªn cøu 1S«n
g Hån
g
1
4
2
11
3
Hình 3.1. Phân bố mặn nhạt NLR trong trầm tích hạt mịn theo tài liệu ĐVLLK
3.2.2. ết quả đo trường chuyển ( E )
Kết quả đo là sự biển đổi điện trở suất của tầng theo chiều sâu. Tổng hợp các kết
quả đo trên mỗi tuyến sẽ xây dựng được mặt cắt điện trở suất tương ứng. Kết hợp tài
liệu khoan địa chất trên tuyến tương ứng và số liệu tính toán trong bảng 3.2 sẽ phân
chia được các vị trí chứa các loại hình NLR và NDĐ khác nhau.
3.2.2.1. Tuyến nghiên cứu 1
Mặt cắt ĐTS cho thấy nước lỗ rỗng chứa trong các tầng sét cũng như NDĐ trong
các tầng chứa nước đều nước nhạt.
Hình 3.2. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 1
Điện trở suất (Ω.m)
Khoảng cách (km)
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
7
3.2.2.2. Tuyến nghiên cứu 2
Tuyến nghiên cứu kéo dài từ Phủ Lý- Hà Nam tới Hải Dương.
Hình 3.3. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 2
- Ở khu vực Phủ Lý NDĐ trong tầng qh là nước nhạt, NDĐ trong tầng qp biến đổi
từ nhạt đến lợ còn NLR trong tầng sét Holocen bên dưới biến đổi từ nhạt đến lợ.
- Ở khu vực trung tâm (giữa mặt cắt), NDĐ trong tầng qh biến đổi từ nhạt đến lợ,
NDĐ trong tầng qp là nước nhạt còn NLR chứa trong tầng sét là nước lợ.
- Ở khu vực Hải Dương, NDĐ trong TCN qh biến đổi từ nhạt tới lợ, NDĐ trong
tầng qp là nước lợ đến mặn. NLR trong tầng sét là nước mặn, khu vực ven rìa đồng
bằng NLR là nước nhạt.
3.2.2.3. Tuyến nghiên cứu 3
Có thể phân chia mặt cắt ĐTS thành 3 đoạn như sau:
- Đoạn 1 (0-23km): Nước dưới đất và NLR đều là nước nhạt
- Đoạn 2 (23-75km): NDĐ trong tầng qh là nước nhạt, NLR trong tầng sét Holocen là
nước lợ, NDĐ trong tầng qp biến đổi từ nhạt đến lợ.
- Đoạn 3 (75-128km): Nước lỗ rỗng trong tầng sét Holocen là nước lợ đến mặn theo
chiều hướng từ lục địa tới biển. NLR trong tầng sét bên dưới biến đổi từ nhạt đến lợ.
Hình 3.4. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 3
Điện trở suất (Ω.m)
Khoảng cách (m)
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
Đoạn 1 Đoạn 2 Đoạn 3
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
Điện trở suất (Ω.m)
Khoảng cách (m)
8
3.2.2.4. Tuyến nghiên cứu 4
Hình 3.5. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 3
Dựa trên sự biến đổi ĐTS của tầng, tuyến nghiên cứu 4 cũng được chia làm 3 đoạn:
- Đoạn 1: Nước dưới đất và NLR đều là nước nhạt
- Đoạn 2: NLR trong trầm sét là nước lợ còn NDĐ trong TCN qp là nước nhạt.
- Đoạn 3: NDĐ trong tầng qp là nước nhạt đến mặn, NLR trong tầng sét là nước mặn.
g.
.g
BiÓ
n §
«ng
25km
Chó gi¶i
S«ng H
ång
Tuyªn nghiªn cøu 4
Tuyªn nghiªn cøu 1
Tuyªn nghiªn cøu 2
Tuyªn nghiªn cøu 3
1
2
4
3
N
25km
BiÓ
n §
«ng
1
Vïng ph©n bè
NLR mÆn
Tuyªn nghiªn cøu 1
Chó gi¶i
Vïng ph©n bè
NLR nh¹t
Vïng ph©n bè
NLR lî
§iÓm ®o TEM
42
11
3
Hình 3.6. Bản đồ phân vùng mặn nhạt nước lỗ rỗng trong lớp sét biển Holocen
Từ tài liệu ĐVLLK và tài liệu TEM, bản đồ phân vùng mặn nhạt NLR trong tầng sét
biển Holocen được thành lập (hình 3.6).
Khoảng cách (km)
Điện trở suất (Ω.m)
Đoạn 1 Đoạn 2 Đoạn 3
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
9
3.3. ơ chế rửa mặn của nước lỗ rỗng
3.3.1. ục đích xây dựng mô hình rửa mặn trong các trầm tích biển
Mục đích của việc xây dựng mô hình là mô phỏng lại lịch sử phát triển trầm tích
và quá trình rửa mặn NLR chứa trong trầm tích biển thời kỳ từ 11.000 năm cho tới
hiện tại cũng như ảnh hưởng của các quá trình đó tới TCN qp.
3.3.2 Xây dựng mô hình 2 chiều mô phỏng quá trình rửa mặn nước lỗ rỗng
3.3.2.1. Cơ sở chọn tuyến mô hình
Tuyến mô hình dài 190km kéo dài từ Hà Nội tới Nam Định dọc theo phương TB-ĐN
(hình ...). Mặt cắt mô hình được chọn có thể được gọi là mặt cắt tiêu biểu bao hàm
nhiều yếu tố đại diện cho lịch sử phát triển địa chất Đệ tứ của toàn vùng CTSH, đồng
thời có hướng mặt cắt trùng với hướng vận động chính của NDĐ.
3.3.2.2. Sơ đồ hoá điều kiện địa chất-địa chất thủy văn
Trên cơ sở đặc điểm địa chất- địa chất thủy văn vùng nghiên cứu, có thể sơ đồ hóa
mặt cắt nghiên cứu thành mô hình 5 lớp như sau:
Lớp 1: Đây là tầng cách nước thứ nhất, còn gọi là tầng cách nước bề mặt.
Lớp 2: Là TCN Holocen
Lớp 3: Là tầng thấm nước yếu tuổi Holocen
Lớp 4: Là tầng thấm nước yếu tuổi Pleistocen
Lớp 5: Là TCN Pleistocen
Bảng 3.2. Các thông số ĐCTV đầu vào mô hình
Kx (m/s) Ky (m/s) Kz (m/s) ne (%) nt (%)
ớp 1 3,4. 10-5 3,4. 10-5 3,4. 10-6 0,20 0,30
ớp 2 1,1. 10-4 1,1. 10-4 1,1. 10-5 0,25 0,35
ớp 3 10-11-10-7 10-11-10-7 10-12-10-8 0,05 0,45
ớp 4 10-11-10-7 10-11-10-7 10-12-10-8 0,05 0,45
ớp 5 3,4. 10-4 3,4. 10-4 3,4. 10-5 0,25 0,35
ĐN
Khoảng cách (km)
Hình 3.7: Mô phỏng mô hình 5 lớp
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
TB ĐN
1. Tầng cách nước bề mặt
2. Tầng chứa nước Holocen 3. Tầng thấm nước yếu tuổi Holocen
4. Tầng thấm nước yếu tuổi Pleistocen
5. Tầng chứa nước Pleistocen 6. Đá gốc trước Đệ tứ
1
2
3
4
5
6
Vị trí bờ biển hiện tại
0 30 60 90 120 150 190
-1
50
-1
2 0
- 9
0
-60
-
30
0 3
0
10
3.3.3. ết quả mô hình rửa mặn
Vào thời kỳ biến tiến Flandrian, các trầm tích Holocen sớm với nguồn gốc khác
nhau được hình thành phủ lên trên các trầm tích Pleistocen. Hai quá trình diễn ra đồng
thời là quá trình XNM do biển tiến vào CTSH và quá trình rửa mặn diễn ra do quá
trình bổ cập từ các nguồn nước nhạt khác nhau. Chính vì vậy, trải qua mỗi một khoảng
thời gian nhất định, phân bố mặn nhạt của NDĐ và NLR trong các tầng trầm tích lại có
sự thay đổi (Hình 3.8 đến hình 3.11). Từ kết quả mô hình khái niệm ở thời điểm hiện
tại (Hình 3.11) kết hợp với các kết quả ĐVL lỗ khoan (LK Q109-Hình 3.31), kết quả
đo TEM (Hình 3.32) và TPHH của NDĐ và NLR có thể thấy có sự phù hợp giữa kết
quả đo ĐVL thực tế, kết quả phân tích TPHH của NDĐ, NLR và kết quả mô hình số.
Hình 3.8. Thời kỳ 11-10 nghìn năm BP
Hình 3.9. Thời kỳ 7-6 nghìn năm BP
TDS
(g/l)
0 2 4 6 10 15 30 35
-1
50
-1
2 0
- 9
0
-60
- 3
0
0
3
0
10,000 năm P Độ
cao
tu
yệt
đố
i (
m)
ĐN
Bờ biển hiện tại
6,000 năm P
Bờ biển hiện tại Bờ biển hiện tại
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
-1
50
-1
2 0
- 9
0
-60
- 3
0
0
3
0
0 30 60 90 120 150 190
11
Hình 3.10. Thời kỳ 6-5 nghìn năm BP
TDS
(g/l)
0 2 4 6 10 15 30 35
Khoảng cách (km)
Hình 3.11. Bức tranh hiện tại và mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 3
3.3.4. ơ chế rửa mặn của từ các trầm tích biển tuổi olocen
Ảnh hưởng của thành phần độ hạt trầm tích Holocen tới cơ chế rửa mặn
Bờ biển hiện tại
5,000 năm P
ĐN
Bờ biển hiện tại
Đoạn 1 Đoạn 2 Đoạn 3
LK Q109
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
0 30 60 90 120 150 190
-
15
0
-12
0 -
90
-6
0
- 3
0
0
3
0
iện tại
-
15
0
-12
0 -
90
-6
0
- 3
0
0
3
0
0 30 60 90 120 150 190
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
)
Lç khoan: Q109a; H¶i HËu, Nam §Þnh
Ngµy ®o: 24/4/2005
Ngêi ®o:Clausen, Hoµng V¨n Hoan
Ngêi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan
c. s©
u(m
) M« t¶ khoan Minh gi¶i log
CÊu t
róc LK Gamma tù nhiªn
(API)0 150
§é dÉn cña tÇng
(mS/m)0 2000
§é dÉn cña níc
(mS/m)0 4000
NhiÖt ®é
(°C)20 40
-10-20
-30-40
-50-60
-70-80
-90-10
0-11
0-12
0-13
0-14
0-15
0-16
0-17
0
sÐt, c¸t-pha
sÐt mµu x¸m, x¸m ®en
sÐt mµu x¸m tr¾ng , n©u ®á loang lælÉn vËt chÊt h÷u c¬
sÐt mµu x¸mlÉn vËt chÊt h÷u c¬
c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n, cuéi, sái chän läc tèt
sÐt mµu x¸m
c¸t h¹t mÞn ®Õn trung
sÐt lÉn c¸t-pha
c¸t h¹t mÞn mµu x¸m xanh
c¸t, sÐt, bét-kÕt
c¸t-pha
bét-
sÐt-pha
sÐt, sÐt-pha
sÐt
bét-
sÐt
c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n, cuéi, sái
12
Mô hình 1 chiều đã được xây dựng với các kịch bản khác nhau thông qua sự thay
đổi giá trị hệ số thấm K của tầng trầm tích Holocen sớm từ K=10-6
m/s tới K=10-11
m/s.
Từ đó phản ánh được ảnh hưởng của thành phần trầm tích (nghèo sét, giàu sét...) tới cơ
chế rửa mặn.
02468101214161820
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
[Cl]
g
/L
Thời gian (nghìn năm)
K=1e-8 m/s
K=1e-7 m/s
K=1e-6 m/s
Hình 3.12. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số thấm K tới tốc độ rửa mặn NLR
Kết quả thí nghiệm cột thấm cũng cho thấy, hệ số thấm K của các mẫu sét tại lỗ
khoan Q88 <10-9
m/s, trong khi các mẫu sét pha từ lỗ khoan Q87 có hệ số thấm ≥10-7
m/s.
Kết quả thí nghiệm và mô hình số trên giải thích cho các quá trình rửa mặn khác nhau đã
xảy ra ở 2 vị trí dẫn đến phân bố mặn nhạt của NLR khác nhau như thấy hiện nay.
Hệ số Rayleigh
Như đã trình bày ở trên, trong các lớp trầm tích hạt mịn có 2 quá trình dịch chuyển vật
chất chính xảy ra là quá trình khuếch tán và quá trình dịch chuyển vật chất do chênh
lệch tỉ trọng của nước chứa trong các tầng trầm tích liền kề. Hệ số Rayleigh là hệ số
được sử dụng để xác định quá trình nào đóng vai trò chính trong quá trình dịch chuyển
vật chất.
e
fs
aDµ
HkgR
.
..).(
µ là hệ số nhớt của nước 10-3
N*s/m2
g là gia tốc trọng trường 10m/s2
Hệ số Rayleigh cho mẫu sét lấy từ LK Q88 được tính như sau:
003.0~10.3.2.10
30.10.10).10001025(
.
..).(93
18
e
fs
aDµ
HkgR
Hệ số Rayleigh cho vị trí Q87 được tính toán như sau:
221~10.03.2.10
30.10.6.10).10001025(
.
..).(93
14
e
fs
aDµ
HkgR
13
Hệ số Ra cho mẫu từ LK Q88 là 0.003 (<40) chứng tỏ cơ chế rửa mặn là quá trình
khuếch tán. Hệ số Rayleigh cho vị trí LK Q87 lớn hơn 40 do đó quá trình dịch chuyển
vật chất ở đây xảy ra chủ yếu là do phân dị trọng lực. Ở LK Q87-VietAS, hàm lượng
muối của NLR thấp, phù hợp với kết quả đo độ dẫn điện từ kết quả ĐVLLK. Phân bố
độ tổng khoáng hóa cũng như độ dẫn điện của NLR cho thấy rằng nước ở đây là nước
nhạt (TDS<1g/l, EC<1600 µS/cm).
Tầng sét Holocen chứa NLR mặn
- Tỉ trọng s =1025 kg/m3
-Hệ số thấm
g
Kk
.
.
=10-18 (m2)
- Bề dày tầng trầm tích H (m)
- Hệ số khuếch tán De
Tầng chứa nước Pleistocen chứa nước dưới đất nhạt
(f =1000kg/m3)
Hình 3.13. Tài liệu ĐVLLK Q88 và hàm lượng TDS NLR LK Q88-VietAS
Lç khoan: Q88b; Phñ Lý, Hµ Nam
Ngµy ®o: 23/4/2005
Ngêi ®o: Clausen, Hoµng V¨n Hoan
Ngêi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan
c. s
©u(m
) M« t¶ khoan Minh gi¶i log
CÊu
tróc
LK
Gamma tù nhiªn
(API)20 100
§é dÉn cña tÇng
(mS/m)0 300
§é dÉn cña níc
(mS/m)0 500
NhiÖt ®é
(°C)20 30
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
sÐt mµu n©u ®á
c¸t-pha mµu x¸m ®en
sÐt-pha mµu x¸m n©u
c¸t h¹t mÞn mµu x¸m ®en, x¸m n©u
sÐt-pha mµu x¸m ®en lÉn
vËt chÊt h÷u c¬
c¸t h¹t trung ®Õn th« mµu x¸m ®en
sÐt mµu x¸m n©u
c¸t h¹t th«, cuéi, sái
sÐt-pha
c¸t h¹t trung ®Õn th«
sÐt-pha lÉnvËt chÊt h÷u c¬
c¸t h¹t mÞn
c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n sái
c¸t h¹t th«, cuéi, sái
14
Hình 3.14. Tài liệu ĐVLLK Q87 và hàm lượng TDS NLR LK Q87-VietAS
Cơ chế rửa mặn khác nhau, tương ứng với tốc độ rửa mặn khác nhau, đã quyết định sự
phân bố mặn nhạt của cả NLR và nước dưới đất trong các TCN. Khi K10-8
m/s quá
trình rửa mặn NLR là quá trình khuếch tán xảy ra chậm, chính vì thế ta vẫn còn thấy
NLR mặn như ngày nay. Khi K≥10-7
m/s quá trình rửa mặn do dịch chuyển vật chất do
chênh lệch tỉ trọng đóng vai trò chủ đạo, quá trình này diễn ra nhanh làm NLR trong
các tầng trầm tích nhanh chóng bị rửa mặn. Do đó hệ số K=10-7
m/s được xem là
ngưỡng để phân chia 2 cơ chế rửa mặn xảy ra trong các lớp trầm tích hạt mịn là quá
trình khuếch tán và quá trình dịch chuyển vật chất do phân dị trọng lực. Hệ số thấm
này cũng được Wooding &nnk đưa ra năm 1997.
4: Ả Ở Q Ì
P E E
4.1. Phân bố mặn nhạt D trong tầng chứa nước Pleistocen (qp)
Số liệu quan trắc TPHH của NDĐ năm 2011 được sử dụng để thành lập bản đồ
phân vùng mặn nhạt cho NDĐ tầng qp. Ngoài ra số liệu nghiên cứu của nhóm tác giả
Winkel &nnk (2011) cũng được sử dụng như là nguồn tài liệu bổ sung.
Lç khoan: Q87b; Lý Nh©n, Hµ Nam
Ngµy ®o: 23/4/2005
Ngêi ®o:Clausen, Hoµng V¨n Hoan
Ngêi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan
c. s©
u(m
) M« t¶ khoan Minh gi¶i log
CÊu
tróc L
K
Gamma tù nhiªn
(API)0 150
§é dÉn cña tÇng
(mS/m)0 200
§é dÉn cña níc
(mS/m)0 200
NhiÖt ®é
(°C)20 30
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
sÐt, sÐt-pha
c¸t h¹t mÞn
sÐt-pha
c¸t h¹t mÞn mµu x¸m ®en
sÐt-pha mµu x¸m ®en
c¸t h¹t mÞn mµu x¸m ®en
sÐt lÉn nhiÒu
vËt chÊt h÷u c¬
c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn cuéi, sái
sÐt-pha
c¸t h¹t mÞn ®Õn trung
sÐt-pha
c¸t h¹t mÞn ®Õn trung
sÐt lÉn nhiÒu
vËt chÊt h÷u c¬
c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn cuéi, sái
15
Trong TCN qp, vùng nước lợ phân bố thành 2 dải dọc theo 2 thung lũng cắt xẻ với
khoảng cách xâm nhập mặn tính từ bờ biển hiện tại vào trong đất liền lên tới 70km.
Giữa hai thung lũng cắt xẻ này, vùng phân bố nước nhạt kéo dài suốt từ đỉnh đồng
bằng cho tới vùng ven biển Thái Bình, ngoài ra nước nhạt còn phân bố ở vùng biển
Nam Định. Vùng nước mặn chỉ tồn tại thành một dải hẹp vùng ven biển (Hình 4.1).
Hµ Néi
N
S«ng H
ång
BiÓ
n §
«ng
25kmVïng ph©n bè nuíc mÆn
(TDS >3 g/l)
Vïng ph©n bè nuíc lî
(TDS: 1-3 g/l)
Chó gi¶i
C¸c giªng khoan tÇng qp
Vïng ph©n bè nuíc nh¹t
(TDS<1g/l) VA1
Q.110a
Q.109a
Q.108b
Q.156a
Q.159bQ.158a
Q.145a
Q.148a
Q.87b
Q.88b
Hình 4.1. Phân bố mặn nhạt nước dưới đất trong tầng chứa nước Pleistocen
4.2. Ảnh hưởng của các quá trình X tới tầng chứa nước Pleistocen
Trong Đệ tứ trải qua nhiều thời kỳ biển tiến biển thoái xen kẽ nhau hình thành
nên các tầng trầm tích sông và biển xen kẽ. Song song với đó là quá trình XNM, rửa
mặn trong các TCN chịu sự chi phối của sự thay đổi mực nước biển đó. Nước mặn có
nguồn gốc từ các thời kỳ biển tiến trong Pleistocen được chứng minh đã bị rửa mặn
hoàn toàn trước khi biển tiến Flandrian diễn ra thông qua kết quả mô hình rửa mặn 1
chiều. Như vậy, chỉ còn XNP diễn ra trong thời kỳ biển tiến Flandrian và biển tiến hiện
đại có thể làm ảnh hưởng đến phân bố mặn nhạt của NDĐ trong TCN qp.
4.2.1. Xâm nhập mặn từ thời kỳ biển tiến landrian
Để xác định được khả năng tồn tại nước mặn tàn dư do XNM từ khi biển tiến
Flandrian diễn ra, phải tính toán được thời gian lưu của NDĐ trong TCN dựa trên vận
động của NDĐ từ miền cấp tới miền thoát (biển) dọc theo tuyến nghiên cứu 3.
Tại thời điểm khoảng 11.000 năm BP, mực nước biển ở vị trí -40m so với mực
nước biển hiện tại. Độ cao địa hình tại miền cấp là +15m.
Khi đó vận tốc dòng thấm được tính theo định luật Darcy: v =K .I/n =5.10-7
(m/s)
Với 410.3~ I (chiều dài đường thấm 200km)
16
K là hệ số thấm của TCN qp = 5.10-4
m/s và
n là độ lỗ hổng hữu hiệu 30% (Phạm Quý Nhân & nnk, 2008)
Thời gian vận động của NDĐ từ miền cấp đến miền thoát là: )(10.4 11 sT 12682 năm
Kết quả cho thấy thời gian vận động của NDĐ từ miền cấp đến miền thoát là
12682 năm, thời gian đó được tính cho thời kỳ khi mà mực chênh áp lực I lên tới 3.10-
4, tuy nhiên, khi MNB tăng dần lên khi biển tiến Flandrian diễn ra, gradient thủy lực
giảm xuống còn 7,5.10-5
, khi đó thời gian vận động của NDĐ từ miền cấp đến miền
thoát sẽ lên tới ~50.000 năm. Như vậy có thể kết luận rằng, nước biển bị XNM vào
TCN Pleistocen thời kỳ biển tiến Flandrian vẫn còn bị lưu giữ trong TCN và là nguyên
nhân gây nhiễm mặn cho NDĐ ở vùng CTSH.
Thành phần đồng vị bền của nước lỗ rỗng
Mỗi một nguồn nước có một thành phần đồng vị (TPĐV) 18
O và 2H nhất định.
Thành phần đồng vị bền của nước biển xấp xỉ khoảng 0%o trong khi nước mưa và nước
nhạt lục địa dao động trong khoảng -8-11%o đối với đồng vị 18
O và -55-60%o đối
với đồng vị 2H. Tỉ lệ pha trộn giữa các nguồn nước khác nhau sẽ dẫn đến TPĐV khác
nhau trong NDĐ.
Hình 4.2: Thành phần đồng vị δ18
O và độ dẫn điện của NLR trong trầm tích
tại lỗ khoan Q88-VietAS
Tài liệu đồng vị bền của NLR trong các trầm tích biển Holocen (Hình 4.4) cho thấy
NLR có TPĐV bền xấp xỉ với TPĐV của nước nhạt (~ -9%o) dù NLR ở vị trí này là
nước mặn với độ dẫn điện của NLR lên tới ~8000 S/cm. Như vậy, TPĐV của NLR ở
đây thấp hơn so với TPĐV của NDĐ trong TCN qp. Hay nói khác đi với TPĐV như vậy
sẽ không thể làm thay đổi được TPĐV của NDĐ trong TCN qp ở vị trí lỗ khoan Q88
17
(Bảng 4.2). Đây là một minh chứng cho sự pha trộn của nước nhạt lục địa với nước
biển khi biển tiến Flandrian diễn ra. Quá trình bổ cập hiện đại dần làm thay đổi
TPĐV của NDĐ.
Bảng 4.1. Độ tổng khoáng hóa và TP đồng vị NDĐ ở một số LK (mùa khô năm 2011)
ên hành phần đồng vị (‰)
TDS (mg/l) δO18
δD d-excess (‰)
Q87-qp 630.7 -6.284 -42.761 7.498
Q88-qp 2143.5 -4.874 -45.477 -6.718
4.2.2. Xâm nhập mặn hiện đại
Nghiên cứu các mặt cắt địa chất tuyến TB-ĐN và tuyến ĐB-TN cũng như tài liệu
ĐVLLK cho thấy ở vùng ven biển châu thổ sông Hồng, tầng sét Holocen sớm giữa và
tầng sét Pleistocen muộn nằm trực tiếp lên nhau tạo nên tầng sét dày lên tới 100m (LK
Q109). Tầng sét này có vai trò bảo vệ TCN qp trước XNM hiện đại từ biển. Chính vì
vậy, nhiều khu vực ven biển CTSH tồn tại những khoảnh phân bố nước nhạt trong TCN
qp (Nguyễn Thị Hạ, 2005; Luu Thi Tran & nnk, 2012, Hoàng Văn Hoan, 2014). Kết quả
quan trắc TPHH của NDĐ ở những khu vực phân bố nước lợ ở vùng ven biển cũng cho
thấy không có sự dao động theo mùa. Điều này được lý giải là NDĐ ở đây không chịu
tác động trực tiếp từ biển.
Kết quả quan trắc cũng cho thấy, nước mặn chỉ tồn tại ở một số khu vực ven biển
như tại LK Q145a, Q148a, Q156a.
Trên đồ thị Piper, các điểm biểu thị cho các vị trí nước mặn này nằm về cánh bên
phải của hình thoi cho thấy NDĐ ở các vị trí này bị nhiễm mặn do chịu ảnh hưởng của
quá trình XNM (Apello & Postma, 2005). Điều này còn được minh chứng bởi số liệu
quan trắc thay đổi theo 2 mùa. Về mùa khô, độ tổng khoáng hóa cao hơn rất nhiều so
với mùa mưa. Điều này được lý giải là do về mùa khô, nước biển lấn sâu vào lục địa
gây nên hiện tượng nhiễm mặn cho các vị trí sâu trong lục địa. Trong khi vào mùa mưa,
do được bổ cập từ thượng nguồn, mực nước sông tăng cao nên chiều sâu XNM giảm,
đồng thời nồng độ muối tại các cửa sông cũng giảm do được pha trộn từ nước lục địa.
4.3. Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn từ tầng sét biển Holocen tới
tầng chứa nước Pleistocen.
Nước lỗ rỗng mặn trong tầng sét Holocen có ảnh hưởng tới TCN qp nếu xảy ra
đồng thời 2 điều kiện: NLR trong tầng trầm tích biển Holocen có nồng độ muối lớn và
bề dày tầng sét Pleistocen muộn nhỏ. Cơ sở để đưa ra giả thiết này được xuất phát từ
việc nghiên cứu các bản đồ phân bố mặn nhạt NLR trong tầng sét Holocen và của NDĐ
trong TCN qp.
1
Sự trùng hợp về sự phân bố theo không gian của tầng
sét biển Holocen với sự phân bố của vùng mặn/lợ của
nước trong TCN Pleistocen, đồng thời sự phân bố của
tầng sét Pleistocen muộn với sự phân bố của vùng
nước nhạt.
4.3.1. Ảnh hưởng của nước mặn tàn dư trong trầm
tích biển Holocen tới TCN qp
Để đánh giá ảnh hưởng của nước mặn tàn dư
trong tầng sét biển Holocen tới TCN qp, khối lượng
muối của NLR trong một đơn vị thể tích trầm tích
được xác định.
Trong thí nghiệm ép chiết nước thí nghiệm, mẫu
trầm tích đem ép NLR được bảo vệ trong ống thép.
Đường kính mẫu trầm tích là 3,8 cm chiều dài mẫu
đem ép thí nghiệm là 40cm. Theo kết quả ép nước thu
được, thể tích NLR thu được từ các mẫu sét đạt 40ml
khi áp suất 8 bar được sử dụng để ép mẫu.
Thể tích mẫu sét nguyên dạng được tính như sau:
V= . r2 .L = 3,14 . (1,9.)
2 . 40 = 453 ml
Thể tích NLR thu được là 40ml tức chiếm 9% thể
tích mẫu sét trong thí nghiệm ép nước. Tính toán
lượng muối dịch chuyển từ tầng sét ở giữa xuống
TCN qp bên dưới được thực hiện thông qua số liệu
thu được từ lỗ khoan Q88-VietAs. Tầng trầm tích trên
cùng chứa nước nhạt có bề dày 27m, tầng sét ở giữa
có bề dày 30m, và tầng chứa nước qp có bề dày 43m.
Kết quả ĐVLLK cho thấy muối từ tầng sét ở giữa dịch chuyển về cả 2 phía trên
và phía dưới. Giả sử muối từ ½ sét bên trên sẽ dịch chuyển lên phía TCN qh, còn
muối trong ½ lớp sét bên dưới sẽ dịch chuyển xuống TCN qp. Ta sẽ tính lượng muối
dịch chuyển từ 15m lớp sét bên dưới.
- Giả sử xét một cột trầm tích thẳng đứng có tiết diện ngang là 1m2. Vậy thể tích của
15m dài của cột trầm tích đó là 15m3. Thể tích NLR chứa trong cột sét dày 15m là
15 x 9% = 1,35 m3. Thể tích của 43m dài TCN qp là 43m
3. Độ lỗ hổng ne = 30%
(Phạm Quý Nhân, 2008). Như vậy thể tích NDĐ chứa trong cột trầm tích 43m dài
của TCN qp là: 43 x 30% = 12,9 m3. Có thể thấy trên 1 đơn vị diện tích mặt cắt
ngang, thể tích NDĐ chứa trong TCN qp lớn gấp xấp xỉ 10 lần thể tích NLR chứa trong
tầng sét bên trên.
2
Nếu điều kiện lý tưởng xảy ra, NLR chứa trong tầng sét là nước mặn với hàm
lượng muối tương đương với nước biển (35g/l) và toàn bộ lượng muối chứa trong
NLR của tầng sét dịch chuyển hết xuống TCN qp bên dưới. Sau khi pha trộn 2 loại
nước này thì nước trong TCN qp khi đó là:
(1,35x35g/l + 12,9 x0,5g/l)/(1,35 + 12,9) =3,3g/l
Hiện tại, NLR trong tầng sét tại vị trí lỗ khoan Q88-VietAs có TDS khoảng 4g/l
và NDĐ có hàm lượng 2g/l. Vậy nếu toàn bộ lượng muối trong lớp sét cung cấp đồng
thời cho TCN thì nồng độ muối của NDĐ là
(1,35x4g/l + 12,9 x 2g/l)/(1,35 + 12,9) = 2,16 g/l
Tuy nhiên, nếu độ tổng khoáng hóa của NLR đạt mức 8g/l thì độ tổng khoáng hóa
của NDĐ đạt 2,5g/l và đạt khoảng 3,6g/l nếu NLR có độ tổng khoáng hóa là 20g/l. Có
thể thấy nồng độ muối của NLR cao sẽ làm tăng cường hàm lượng muối của NDĐ.
Muối chứa trong NLR có vai trò làm tăng cao hàm lượng muối trong NDĐ chứ không
giữ vai trò quyết định. Kết quả cho thấy, lượng muối dịch chuyển từ tầng sét xuống
TCN bên dưới là rất thấp.
4.3.2. Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn trong tầng sét olocen tới qp
Trong phần này, mô hình 2 chiều được xây dựng với các kịch bản khác nhau thông
qua sự thay đổi hệ số thấm nước K của tầng sét Holocen, hệ số thấm nước của tầng sét
Pleistocen muộn giữ không đổi là 10-11
m/s giống với thực tế. Qua đó, có thể đánh giá về
mức độ ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR trong tầng sét Holocen tới TCN qp.
* Kịch bản 1: Các trầm tích Holocen có thành phần sét pha (K=10-7
m/s)
Hình 4.3. Trường hợp các trầm tích Holocen có thành phần sét pha
TDS
(g/l)
0 2 4 6 10 15 30 35
3
* Kịch bản 2: Các trầm tích Holocen có thành phần sét (K=10-11
m/s)
Kết quả của 2 kịch bản trên cho thấy, trong trường hợp các trầm tích Holocen có
thành phần là sét pha hay thuần sét bão hòa nước biển nằm bên trên tầng sét Pleistocen
(K=10-11
m/s), quá trình rửa mặn NLR trong tầng trầm tích Holocen diễn ra nhưng
không ảnh hưởng nhiều tới TCN qp bên dưới. Kết quả này cũng tương tự với kết quả
mô hình khái niệm được trình bày trong phần 3.3.3. Hay nói khác đi, nếu được bảo vệ
bởi tầng sét Pleistocen muộn thì thành phần độ hạt trầm tích Holocen (phản ánh cơ chế
rửa mặn NLR) có ảnh hưởng không lớn tới phân bố mặn nhạt của NDĐ trong TCN qp.
Hình 4.4. Trường hợp các trầm tích Holocen có thành phần thuần sét
4.4. Vai trò bảo vệ TCN Pleistocen của tầng sét Pleistocen muộn
4.4.1. Ảnh hưởng của bề dày trầm tích biển Pleistocen muộn
Ở vùng ven biển Nam Định, đồ thị biến đổi độ dẫn điện theo độ sâu cũng có sự
khác biệt tùy thuộc vào vị trí khác nhau. Hai lỗ khoan ND1 và Q109 đều có cùng xu
thế biến đổi độ dẫn điện của tầng cho thấy nồng độ muối trong NLR trong tầng sét trên
cùng là tương đương nhau và có xu hướng giảm dần theo chiều sâu. Theo Tanabe &
nnk (2006) các trầm tích này có tuổi tăng dần từ 500 năm tới 6000, bao gồm các trầm
tích thuộc hệ thống biển tiến và biển cao. Hình dạng của đường biến đổi độ dẫn điện
minh chứng rằng đã xảy ra quá trình rửa mặn của NLR từ tầng sét biển bên trên xuống
tầng trầm tích bên dưới. Sự khác biệt ở 2 vị trí này là: Tại vị trí lỗ khoan ND1, bên
dưới tầng sét biển là lớp sét mỏng tuổi Pleistocen muộn dẫn đến nước mặn từ tầng sét
bên trên dễ dàng xâm nhập xuống tầng bên dưới. Trong khi đó, tại vị trí LK Q109, lớp
sét dày tuổi Pleistocen muộn ngăn cách sự dịch chuyển muối từ tầng sét biển bên trên
xuống TCN qp bên dưới. Điều đó lý giải cho việc NDĐ trong TCN qp tại 2 vị trí khác
nhau có thành phần khác nhau (Hình 4.5).
iện tại
ĐN
K tầng sét Holocen : K=10-11
m/s
K tầng sét Pleistocen : K=10-11
m/s
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
) -1
50
-1
2 0
- 9
0
-60
-
30
0
3
0
4
Hình 4.5. Tài liệu địa vật lý lỗ khoan của 2 lỗ khoan vùng ven biển CTSH
N
V ïng ph©n bè ND§ nh¹t (TDS<1g/L)
25km
BiÓ
n §
«ng
V ïng ph©n bè ND§ lî (TDS:1-3/l)
V ïng ph©n bè ND§ mÆn (TDS>3g/l)
Chó gi¶i
Cöa Th i̧ B×nh
Cöa V ¨n óc
Cöa L¹ch Tray
Cöa nam Trieu
Cöa Trµ Ly
Cöa Bµ L¹t
Hµ Néi
Cöa §¸y
Cöa L¹ch Giang
6
0
Hình 4.6 :Bản đồ đẳng dày các trầm tích biển Pleistocen muộn phần muộn
Như vậy, qua số liệu trên có thể thấy, các tầng sét biển có ảnh hưởng tới TCN qp
tuy nhiên với mức độ tùy thuộc vào nồng độ muối của NLR và bề dày của tầng sét biển
ND1-VietAS Q109a
Lç khoan: VietAS_ND01, Xu©n Trêng, Nam §Þnh
Ngµy ®o: 13/12/2010;
Ngêi ®o: Hoµng V¨n Hoan, TrÇn Thµnh Lª;
Ngêi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan.
Metre Logging Description
Well
stru
cture Natural Gamma
(API)0 150
Conductivity
(mS/m)0 1000
Fluid Conductivity
(uScm0 10000
Fluid Temperature
(DegC)0 500
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
-120
-130
®Êt lÊp
sÐt
c¸t h¹t mÞn
c¸t-pha
c¸t h¹t trung ®Õn th«, lÉn s¹n
sÐt
c¸t h¹t trung ®Õn th«, lÉn s¹n sái
c¸t-kÕt
Lç khoan: Q109a; H¶i HËu, Nam §Þnh
Ngµy ®o: 24/4/2005
Ngêi ®o:Clausen, Hoµng V¨n Hoan
Ngêi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan
c. s©
u(m
) M« t¶ khoan Minh gi¶i log
CÊu t
róc L
K
Gamma tù nhiªn
(API)0 150
§é dÉn cña tÇng
(mS/m)0 2000
§é dÉn cña níc
(mS/m)0 4000
NhiÖt ®é
(°C)20 40
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
-120
-130
-140
-150
-160
-170
sÐt, c¸t-pha
sÐt mµu x¸m, x¸m ®en
sÐt mµu x¸m tr¾ng , n©u ®á loang lælÉn vËt chÊt h÷u c¬
sÐt mµu x¸mlÉn vËt chÊt h÷u c¬
c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n, cuéi, sái chän läc tèt
sÐt mµu x¸m
c¸t h¹t mÞn ®Õn trung
sÐt lÉn c¸t-pha
c¸t h¹t mÞn mµu x¸m xanh
c¸t, sÐt, bét-kÕt
c¸t-pha
bét-
sÐt-pha
sÐt, sÐt-pha
sÐt
bét-
sÐt
c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n, cuéi, sái
1745
mg/l
619
mg/l
5
Pleistocen muộn. Hay nói khác đi, bề dày của tầng sét biển Pleistocen muộn có vai trò
rất lớn trong việc bảo vệ TCN qp khỏi bị XNM từ bên trên. Trên cơ sở tài liệu khoan
địa chất, tài liệu ĐVLLK và tài liệu nghiên cứu địa chất Đệ Tứ vùng CTSH, bản đồ
đẳng dày các trầm tích biển Pleistocen muộn đã được xây dựng (Hình 4.6). Bằng việc
chồng chập 2 bản đồ phân vùng mặn nhạt NDĐ trong TCN qp và bản đồ đẳng dày các
trầm tích biển Pleistocen muộn cho thấy rằng có mối liên hệ giữa bề dày trầm tích biển
Pleistocen muộn và mức độ mặn nhạt của NDĐ trong TCN qp bên dưới.
4.4.2. Ảnh hưởng của thành phần thạch học trầm tích Pleistocen
* Kịch bản 1: Khi trầm tích Pleistocen muộn có thành phần sét pha (K=10-7
m/s)
TDS
(g/l)
0 2 4 6 10 15 30 35
Khoảng cách (km)
Hình 4.7. Phân bố mặn nhạt NLR và NDĐ khi trầm tích Pleistocen muộn là sét pha
* Kịch bản 2: Khi trầm tích Pleistocen và Holocen đều có thành phần sét pha (K=10-7
m/s)
6000 năm P
iệntại
SE
Tầng sét Holocene: K=10-9
m/s
Tầng sét Pleistocene: K=10-7
m/s
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
) Đ
ộ c
ao t
uy
ệt đ
ối
(m)
0 30 60 90 120 150 190
-
15
0
-12
0 -
90
-6
0
- 3
0
0
3
0
-
15
0
-12
0 -
90
-6
0
- 3
0
0
3
0
Tầng sét Holocene: K=10-9
m/s
Tầng sét Pleistocene: K=10-7
m/s
6
Khoảng cách (km)
Hình 4.11. Cả hai tầng trầm tích có thành phần sét pha với K=10-7
m/s
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hệ số thấm các tầng sét cho thấy, hệ số thấm
của tầng sét Pleistocen có ảnh hưởng lớn tới phân bố mặn nhạt cả trong các tầng sét
và TCN. Khi tầng sét Pleistocen có hệ số thấm cao nó trở thành kênh dẫn cho nước
biển XNM xuống TCN bên dưới làm cho TCN Pleistocen bị nhiễm mặn. Do vậy, mức
độ ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR tới TCN qp sẽ phụ thuộc vào các yếu tố
sau:
- Phụ thuộc bề dày, thành phần thạch học trầm tích (sẽ ảnh hưởng đến lượng muối
tàn dư hiện tại trong chính tầng sét Holocen) và độ mặn của tầng trầm tích biển
Holocen
- Phụ thuộc vào bề dày và thành phần thạch học trầm tích của tầng sét Pleitocen
- Phụ thuộc vào mực chênh áp lực giữa các tầng chứa nước
6000 năm P
iện tại
ĐN
Tầng sét Holocen: K=10-7
m/s
Tầng sét Pleistocen: K=10-7
m/s
Tầng sét Holocen: K=10-7
m/s
Tầng sét Pleistocen: K=10-7
m/s
Độ
cao
tu
yệt
đố
i (m
) Đ
ộ c
ao t
uy
ệt đ
ối
(m)
0 30 60 90 120 150 190
-
15
0
-12
0 -
90
-6
0
- 3
0
0
3
0
-
15
0
-12
0 -
90
-6
0
- 3
0
0
3
0
7
Ậ
1. Nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan
đến nội dung nghiên cứu của luận án đã góp phần xác định được cơ sở phương pháp
luận và đưa ra được hệ phương pháp nghiên cứu phù hợp được các nhà khoa học sử
dụng bao gồm: Phương pháp địa hóa/thủy địa hóa, phương pháp đồng vị, phương pháp
địa vật lý, phương pháp mô hình, phương pháp cấu trúc địa chất/địa chất thủy văn.
Việc sử dụng tổ hợp các phương pháp đã làm tăng độ tin cậy của các kết quả đo. Điều
đó đảm bảo các phân tích và kết luận trở nên có ý nghĩa.
2. Điều kiện địa hình địa mạo, khí hậu, thủy văn, hải văn đặc biệt điều kiện cổ khí
hậu và dao động MNB trong Đệ Tứ, điều kiện địa chất đã ảnh hưởng rất lớn đến điều
kiện ĐCTV, sự phân bố mặn nhạt của NLR, NDĐ và các cơ chế rửa mặn của NLR
trong các tướng trầm tích biển.
3. Sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu đã làm sáng tỏ phân bố mặn nhạt
của NLR trong các trầm tích biển Holocen.
4. Nước lỗ rỗng chứa trong các tầng sét bị rửa mặn theo cơ chế khuếch tán xảy ra chậm
và vẫn còn nước mặn tàn dư. Trong khi NLR chứa trong các trầm tích cát pha sét bị rửa
mặn theo cơ chế phân dị trọng lực, xảy ra nhanh hơn và không còn nước mặn tàn dư.
5. Nguồn gốc nhiễm mặn của NDĐ trong tầng qp là do 3 nguyên nhân: Do XNM cổ,
do XNM hiện đại và do quá ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR từ tầng sét bên trên.
6. Các tầng trầm tích biển tuổi Pleistocen muộn có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo vệ
TCN qp vùng CTSH. Ở những khu vực các trầm tích biển Pleistocen muộn có bề dày
lớn, nước dưới dất tầng qp là nước nhạt mặc dù tầng sét biển Holocen bên trên có
thành phần hóa học NLR mặn thậm chí gần tương đương với nước biển (vùng ven biển
Nam Định, vùng kẹp giữa 2 thung lũng cắt xẻ).
Ị
Trên cơ sở các kết quả thu được của luận án chúng tôi xin đưa ra một số kiến nghị như
sau:
1.Tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu về trầm tích như định tuổi, phân tích tướng trên
phạm vi rộng và mật độ lấy mẫu lớn hơn.
2. Xây dựng mô hình 3 chiều mô phỏng quá trình dịch chuyển vật chất trong các TCN
và tầng cách nước thay vì mô hình 2 chiều như hiện nay để loại bỏ được một số hạn chế
của mô hình 2 chiều gặp phải.
3. Bố trí công trình khai thác nước trong TCN qp phải dựa trên các bản đồ phân vùng
mặn nhạt NLR cũng như NDĐ.
Ì Ố Ê Q
1. Duong Thi Toan, Tran Thi Luu (2008). Seawater intrusion due to climate change and human
activities in the Red River Delta, Vietnam. Proceeding of the International workshop on “Climate
change and Sustainability”, Hanoi, Vietnam.
2. Larsen, F., Pham, Q.N., Dang, N.D., Postma, D., Jessen S., Pham, V. H., Nguyen, T., B., Trieu,
H. D., Tran T. L., Nguyen, H., Chambon, J., Nguyen, H.V. Ha, D., H., Nguyen T. H., Duc., H. and
Refsgaard, J.C., 2008. Controlling geological and hydrogeological processes in an arsenic
contaminated aquifer on the Red River flood plain, Vietnam. Applied Geochemistry, 23, 3099-3115.
3. Jessen, S., Larsen, F., Postma, D., Viet, P. H., Nguyen, T.H., Pham, Q. N., Dang, D. N., Mai, T. D.,
Nguyen, T. M., Hue, T. D., Huy, Tran, T., L., Dang, H., H., and Jakobsen, R. 2008. Palaeo-
hydrogeological control on groundwater As levels in Red River delta, Vietnam. Applied Geochemistry,
23, 3116-3126.
4. Hoang, V.H., Lassen, R., Tran, V.L., Vu, V.H., Tran, T.L., Pham, Q.N., Larsen, F. 2009, Mapping
of fresh and saline groundwater in coastal aquifers in the Nam Dinh Province (Vietnam) by electrical
and electromagnetic soundings. APCAMM, The First Asia-Pacific Coastal Aquifer Management
Meeting: mapping for synergy in the twenty-first century. Bangkok, Thailand 9-11 December 2009.
5. Luu T. Tran, Flemming Larsen, Nhan Q. Pham, Anders V. Christiansen, Nghi Tran, Hung V. Vu,
Long V. Tran, Hoan V. Hoang, and Klaus Hinsby, 2012: Origin and Extent of Fresh Groundwater,
Salty Paleowaters and recent Saltwater Intrusion in Red River Flood Plain Aquifers, Vietnam.
Hydrogeology Journal 20, 1295-1313.
6. Larsen Flemming, Pham, Q. Nhan, Tran V. Long, Tran T. Luu, Hoang V. Hoan, Hinsby Klaus, 2012.
Processes controlling the presence of salty groundwater in the Red River flood plain. 22nd. Salt Intrusion
Meeting.SWIM 2012. Armacao dos Buzios, Brazil, June 17-22, 2012.
7. Luu T. Tran, Flemming Larsen, Nhan Q. Pham, Anders V. Christiansen, Hung V. Van, Long T.
Vu, Hoan H. Van, Hinsby Klaus, 2012: Scenarios for distribution of different saline groundwater types
in the Red River floodplain, Vietnam. 2nd Asia-Pacific Coastal Aquifer Management Meeting October
18-21, 2011. Jeju Island, Korea.
8. Hoàng Văn Hoan, Phạm Quý Nhân, Flemming Larsen, Trần Vũ Long, Nguyễn Thế Chuyên, Trần
Thị Lựu, 2012: Ảnh hưởng của quá trình khuếch tán tới sự phân bố độ mặn của nước lỗ rỗng trong lớp
trầm tích biển tuổi Đệ tứ khu vực Nam Định. Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học lần thứ 20, Đại học
Mỏ-Địa chất, Hà Nội, tra 94-106.
9. Chris Christoph, Roland Purtschert, Flemming Larsen, Hoan V. Hoang, Long V. Tran, Luu T.
Tran, Nhan Q. Pham, Jürgen Sültenfuss, 2013. 39Ar groundwater dating of a coastal aquifer in the Nam
Dinh Province, Vietnam. Geophysical Research Abstracts. Vol. 15, EGU2013-10113.
10. Trần Thị Lựu, Phạm Quý Nhân, Trần Nghi, Flemming Larsen, 2015. Đặc điểm phân bố mặn nhạt
nước lỗ rỗng trong các trầm tích tuổi Holocen phía Tây Nam châu thổ Sông Hồng. Tạp chí địa chất,
Loạt A, số 349, 1-2/2015, trang 70-81.
11. Nhan Quy Pham, Luu Thi Tran , Flemming Larsen, Christoph Gerber, Roland Purtschert, Canh
Van Doan, 2015. Groundwater recharge for Pleistocene aquifer in the Southwest of Red River Delta,
Vietnam. The International Conference on Geology, Geotechnology, and Mineral Resources of
INDOCHINA, November 23-24, 2015, Thailand.
Recommended