Lats 2016 cơ chế rửa mặn của nước trong các tướng trầm tích biển tuổi đệ tứ khu vực châu thổ sông hồng

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---*--- </b>

<b>TRẦN THI ̣ LỰU </b>

<b>CƠ CHẾ RỬA MẶN CỦA NƯỚC </b>

<b>TRONG CÁC TƯỚNG TRẦM TÍCH BIỂN TUỔI ĐỆ TỨ KHU VỰC CHÂU THỔ SÔNG HỒNG </b>

<b>LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐI ̣A CHẤT </b>

<b>Hà Nô ̣i-2016 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN </b>

<b>---*--- </b>

<b>TRẦN THI ̣ LỰU </b>

<b>CƠ CHẾ RỬA MẶN CỦA NƯỚC </b>

<b> TRONG CÁC TƯỚNG TRẦM TÍCH BIỂN TUỔI ĐỆ TỨ KHU VỰC CHÂU THỔ SÔNG HỒNG</b>

<b>Chuyên ngành: Đi ̣a Chất ho ̣c Mã số: 62440201 </b>

<b>DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐI ̣A CHẤT </b>

<b>Người hướng dẫn khoa ho ̣c: GS.TS. Trần Nghi </b>

<b>PGS.TS. Phạm Quý Nhân </b>

<b>Hà Nội-2016 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>Lời cam đoan </b>

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi . Các số liệu, kết quả nêu trong luâ ̣n án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Địa Kỹ thuật, Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. TS Trần Nghi, PGS.TS Phạm Quý Nhân. Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới tập thể các thầy hướng dẫn đã luôn đồng hành cùng NCS trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới GS. Flemming Larsen, PGS.TSKH Nguyễn Địch Dỹ, PGS.TS. Nguyễn Xuân Khiển, PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng, PGS.TS. Nguyễn Văn Lâm, PGS.TS. Nguyễn Văn Đản, PGS.TS. Dỗn Đình Lâm, PGS. TS. Chu Văn Ngợi, ThS. Đặng Văn Luyến, PGS.TS. Đoàn Văn Cánh, TS. Hoàng Anh Khiển, TS. Đinh Xuân Thành, PGS.TSKH. Phan Văn Quýnh và các nhà khoa học trong và ngồi ngành đã đọc và góp ý cho NCS hoàn thiện luận án. Nghiên cứu sinh cũng xin được cảm ơn các thầy cô trong Khoa Địa Chất- Trường ĐHKH Tự nhiên, các cán bộ dự án VietAs- Trường Đại học Mỏ-Địa chất và bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ NCS trong các công tác thực địa cũng như thực hiện luận án.

<i> Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí của dự án “Nghiên cứu các nguồn nước ở Việt Nam” do Chính phủ Đan Mạch tài trợ. Dự án đã tạo </i>

điều kiện cho NCS có cơ hội được học hỏi, tiếp cận với các phương pháp nghiên cứu cũng như được sử dụng các máy móc thiết bị để phục vụ công tác thu thập số liệu thực hiện luận án. Nhân đây, nghiên cứu sinh xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể cán bộ thuộc Cục Địa chất Đan Mạch đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian nghiên cứu sinh học tập và làm thí nghiệm ở đây.

<b> </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ RỬA MẶN NƯỚC LỖ RỖNG ... 17

<b>1.1.</b><small> </small><b> Tổng quan các cơng trình nghiên cứu ... 17</b>

1.1.1. Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới về rửa mặn nước lỗ rỗng ... 17

1.1.2. Các cơng trình nghiên cứu trong nước liên quan ... 20

1.1.3.<small> </small>Những tồn tại cần giải quyết ... 22

<b>1.2. Các phương pháp nghiên cứu ... 23</b>

1.2.1. Địa vật lý lỗ khoan ... 23

1.2.2. Phương pháp trường chuyển (TEM) ... 25

1.2.3. Phương pháp khoan thăm dị lấy mẫu trầm tích ngun dạng ... 26

1.2.4. Phương pháp chiết nước lỗ rỗng ... 27

1.2.5. Phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng ... 28

1.2.6. Phân tích thành phần độ hạt trầm tích và thành phần khoáng vật sét ... 29

1.2.7. Thí nghiệm cột thấm xác định hệ số thấm của trầm tích ... 30

1.2.8. Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán phân tử ... 31

1.2.9. Tổng hợp số liệu quan trắc thành phần hóa học nước dưới đất... 34

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾNQUÁ TRÌNH RỬA MẶN NƯỚC LỖ RỖNG ... 35

<b>2.1. Địa hình địa mạo ... 35</b>

<b>2.2. Khí hậu ... 36</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

2

<b>2.3. Điều kiện thủy văn, hải văn ... 36</b>

<b>2.4. Đặc điểm địa chất Đệ tứ ... 38</b>

2.4.1. Địa tầng ... 38

2.4.2. Lịch sử tiến hóa trầm tích Đệ Tứ trong mối quan hệ với dao động mực nước biển39 2.4.3. Các tướng trầm tích biển tuổi Holocen vùng châu thổ Sông Hồng ... 48

<b>2.5. Điều kiện địa chất thuỷ văn ... 54</b>

2.5.1. Các tầng chứa nước lỗ hổng ... 55

2.5.2. Các trầm tích thấm nước yếu ... 57

2.5.3. Mối liên hệ giữa tầng chứa nước Pleistocen với tầng trầm tích biển Holocen ... 58

CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG PHÂN BỐ MẶN NHẠTCỦA NƯỚC LỖ RỖNG TRONG CÁC TRẦM TÍCH BIỂN HOLOCEN ... 59

<b>3.1. Thành phần hóa học của nước lỗ rỗng ... 59</b>

<b>3.3. Kết quả đo trường chuyển (TEM)... 75</b>

3.3.1. Tuyến nghiên cứu 1 ... 76

3.3.2. Tuyến nghiên cứu 2 ... 77

3.3.3. Tuyến nghiên cứu 3 ... 79

3.3.4. Tuyến nghiên cứu 4 ... 81

CHƯƠNG 4: CƠ CHẾ RỬA MẶN CỦA NƯỚC LỖ RỖNGTRONG TRẦM TÍCH BIỂN HOLOCEN ... 85

<b>4.1. Cơ sở lý thuyết về dịch chuyển vật chất trong môi trường lỗ hổng ... 85</b>

4.1.1. Dịch chuyển đối lưu (Advection) ... 85

4.1.2. Phân tán (Dispersion) ... 86

4.1.3. Khuếch tán phân tử (Diffusion) ... 89

4.1.4. Phân dị trọng lực (Density flow) ... 91

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

3

4.1.5. Mô hình dịch chuyển vật chất có tính đến khối lượng riêng chất lỏng thay đổi ... 92

<b>4.2. Tính toán hệ số Rayleigh (R<small>a</small>) xác định cơ chế rửa mặn của nước lỗ rỗng ... 94</b>

<b>4.3. Ảnh hưởng của thành phần thạch học trầm tích tới cơ chế rửa mặn ... 99</b>

<b>4.4. Xây dựng mơ hình cơ chế rửa mặn nước lỗ rỗng vùng CTSH ... 102</b>

4.4.1. Mục đích xây dựng mơ hình ... 102

4.4.2. Mơ hình khái niệm ... 103

4.4.3. Xây dựng mơ hình số ... 105

4.4.4. Xác định một số thơng số đầu vào của mơ hình ... 108

4.4.5. Kết quả mơ hình rửa mặn ... 114

4.4.6. Đánh giá kết quả mơ hình số ... 121

CHƯƠNG 5: ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH RỬA MẶN CỦA NƯỚC LỖ RỖNG TỚI TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN ... 123

<b>5.1. Phân bố mặn nhạt NDĐ trong tầng chứa nước Pleistocen ... 123</b>

<b>5.2. Ảnh hưởng của các quá trình xâm nhập mặn tới TCN Pleistocen ... 125</b>

5.2.1. Ảnh hưởng của xâm nhập mặn thời kỳ biển tiến Flandrian ... 126

5.2.2. Ảnh hưởng của xâm nhập mặn hiện đại tới tầng chứa nước Pleistocen ... 127

<b>5.3. Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR từ tầng sét biển Holocen tới tầng chứa nước Pleistocen ... 132</b>

5.3.1. Ảnh hưởng của NLR mặn trong trầm tích biển Holocen tới TCN qp ... 132

5.3.2. Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR từ tầng sét biển Holocen tới tầng chứa nước Pleistocen ... 134

<b>5.4. Vai trò bảo vệ TCN Pleistocen của tầng sét biển tuổi Pleistocen muộn ... 136</b>

5.4.1. Ảnh hưởng của bề dày tầng sét biển tuổi Pleistocen muộn ... 136

5.4.2. Ảnh hưởng của thành phần thạch học của tầng sét tuổi Pleistocen muộn ... 139

KẾT LUẬN ... 143

KIẾN NGHỊ ... 145

CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN . 146TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 148

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

4

<b>DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT </b>

BP: Trước hiện tại (Before Present) CTSH: Châu thổ Sông Hồng

ĐCTV: Địa chất thủy văn ĐVL: Đi ̣a vâ ̣t lý

ĐVLLK: Địa vật lý lỗ khoan (Carota) LK: Lỗ khoan

MNB: Mực nước biển NCS: Nghiên cứu sinh NDĐ: Nước dưới đất

NLR: Nước lỗ rỗng (chứa trong các tầng trầm tích hạt mịn) qh: Tầng chứa nước Holocen

qp: Tầng chứa nước Pleistocen TB-ĐN: Tây Bắc- Đông Nam ĐB-TN: Đông Bắc-Tây Nam TCN: Tầng chứa nước

TDS: Tổng hàm lượng chất rắn hoà tan (Total Dissolved Solids)

TEM: Phương pháp trường chuyển (Transient Electromagnetic Soundings) TPHH: Thành phần hóa học

XNM: Xâm nhập mặn

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

5

<b>DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ </b>

Hình 1. Giới hạn vùng nghiên cứu và vị trí các điểm khảo sát ... 9

Hình 1.1. Sơ đồ nghiên cứu ... 23

Hình 1.2. Thiết bị đo TEM và sơ đồ bố trí 1 điểm đo TEM ... 25

Hình 1.3. Mơ hình dịng xoáy cảm ứng thứ cấp. ... 26

Hình 1.4. Cơng tác khoan lấy mẫu trầm tích ngun dạng ... 27

Hình 1.5. Thí nghiệm chiết nước lỗ rỗng ... 28

Hình 1.6. Thí nghiệm xác định hệ số thấm K của trầm tích ... 30

Hình 1.7. Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán và công tác chuẩn bị mẫu ... 32

Hình 2.1. Sơ đồ xâm nhập mặn hệ thống cửa sơng ven biển vùng CTSH ... 37

Hình 2.2. Dao động mực nước biển trong Pleistocen muộn ... 41

Hình 2.3. Dao động mực nước biển trong Pleistocen muộn-Holocen ... 41

Hình 2.4. Dao động mực nước biển trong Holocen ... 41

Hình 2.5. Bản đồ tướng đá cổ địa lý thời kỳ Pleistocen muộn, phần muộn ... 44

Hình 2.6. Biến đổi vị trí đường bờ biển trong Holocen ở vùng CTSH ... 46

Hình 2.7. Bản đồ tướng đá cổ địa lý vùng CTSH thời kỳ biển tiến cực đại ... 47

Hình 2.8. Mặt cắt đẳng tuổi trầm tích Holocen trên tuyến nghiên cứu 3 ... 50

Hình 2.9. Thiết đồ LK Q87-VA, Q88-VA và vị trí các mẫu thí nghiệm ... 51

Hình 2.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X cho mẫu sét Q88-33.8m ở các điều kiện đo... 53

Hình 2.11. Cột địa tầng tổng hợp trầm tích Đệ Tứ và các đơn vị ĐCTV ... 55

Hình 3.1. Biểu đờ Piper của các mẫu nước lỗ rỗng tại LK Q88-VA ... 60

Hình 3.2. Biến đổi độ dẫn điện của tầng và TDS của NLR tại LK Q88-VA... 61

Hình 3.3. Biểu đờ Piper của các mẫu nước lỗ rỗng tại LK Q87-VA ... 63

Hình 3.4. Biến đổi độ dẫn điện của tầng và TDS của NLR tại LK Q87-VA... 64

Hình 3.5. Đồ thị tương quan giữa TDS và độ dẫn điện của nước lỗ rỗng ... 67

Hình 3.6. Tài liệu địa vật lý lỗ khoan tại Q119b ... 69

Hình 3.7. Phân bớ mă ̣n nha ̣t nước lỡ rỡng trong trầm tích biển Holocen theo ... 70

Hình 3.8. Tài liệu địa vật lý lỗ khoan tại Q87 và Q88 ... 72

Hình 3.9. Tài liệu địa vật lý lỗ khoan Q109a ... 74

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

6

Hình 3.10. Sơ đồ các tuyến nghiên cứu và vị trí đo TEM ... 76

Hình 3.11. Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu 1 ... 77

Hình 3.12. Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu 2 và mặt cắt ĐCTV tương ứng . 78 Hình 3.13. Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu 3 và mặt cắt ĐCTV tương ứng . 80 Hình 3.14. Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu 4 và mặt cắt ĐCTV tương ứng . 82 Hình 3.15. Bản đồ phân vùng mặn nhạt nước lỗ rỗng trong trầm tích biển Holocen ... 83

Hình 4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến phân tán dọc ... 86

Hình 4.2. Nguyên nhân gây nên phân tán ngang ... 87

Hình 4.3. Biến đổi nồng độ vật chất trong mơi trường NDĐ ... 88

Hình 4.4. Hướng vận động của NDĐ trong các trầm tích bở rời ... 90

Hình 4.5. Sơ đồ mơ phỏng tầng sét Holocen và tầng chứa nước Pleistocen ... 95

Hình 4.6. Ảnh hưởng của sự dịch chuyển lịng sơng tới sự phân bố các tướng trầm tích .. 97

Hình 4.7. Các thơng số đầu vào mơ hình 1 chiều khảo sát tốc độ rửa mặn của NLR . 100 Hình 4.8. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số thấm K tới tốc độ rửa mặn nước lỗ rỗng .. 100

Hình 4.9. Phân chia ơ lưới mơ hình 2 chiều ... 106

Hình 4.10. Mơ phỏng mơ hình 5 lớp ... 106

Hình 4.11. Biến đổi nồng độ Cl^- của NLR trong tầng sét biển tuổi Pleistocen muộn theo thời gian ... 110

Hình 4.12. Đồ thị biến đổi độ dẫn điện theo thời gian của mẫu Q87-VA-33,9m ... 111

Hình 4.13. Đồ thị biến đổi độ dẫn điện ở bình nhận theo thời gian ... 114

Hình 4.14. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 11-10 nghìn năm BP ... 115

Hình 4.15. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 10-9 nghìn năm BP ... 116

Hình 4.16. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 9-8 nghìn năm BP ... 116

Hình 4.17. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 8-7 nghìn năm BP ... 117

Hình 4.18. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 7-6 nghìn năm BP ... 117

Hình 4.19. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 6-5 nghìn năm BP ... 119

Hình 4.20. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 5-4 nghìn năm BP ... 119

Hình 4.21. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 4-3 nghìn năm BP ... 119

Hình 4.22. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 3-2 nghìn năm BP ... 120

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

7

Hình 4.23. Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 2-1 nghìn năm BP ... 120 Hình 4.24. Đối sánh kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ hiện tại với các kết quả quan trắc ... 122 Hình 5.1. Bản đồ phân bố mặn nhạt của NDĐ tầng chứa nước Pleistocen………123 Hình 5.2. Tài liệu địa vật lý lỗ khoan Q131………124 Hình 5.3. Biểu đờ Piper của các mẫu nước dưới đất tầng Pleistocen năm 2011… 131 Hình 5.4. Biến đổi độ tổng khoáng hóa của NLR và độ dẫn điện của tầng... 133 Hình 5.5. Kết quả mơ hình rửa mặn trương hợp trầm tích Holocen có thành phần sét pha... 135 Hình 5.6. Kết quả mơ hình 2D trường hợp trầm tích Holocen có thành phần sét.. 136 Hình 5.7. Kết quả đo ĐVLLK tại lỗ khoan VA1 và Q109a……….. 137 Hình 5.8. Bản đồ đẳng dày các trầm tích biển tuổi Pleistocen muộn ……….138 Hình 5.9. Khảo sát ảnh hưởng của bề dày tầng sét Pleistocene tới tốc độ rửa mặn….139 Hình 5.10. Kết quả mơ hình 2D trường hợp trầm tích biển tuổi Pleistocen muộn 140 Hình 5.11. Mơ hình 2 chiều khảo sát ảnh hưởng của thành phần thạch học 2 tầng sét tới TCN Pleistocen... 141

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

8

<b>DANH MỤC CÁC BẢNG </b>

Bảng 1.1. Độ sâu các mẫu được xác định thành phần độ hạt ... 29

Bảng 1.2. Vị trí các peak xác định khoáng vật sét ... 30

Bảng 2.1. Phần trăm tích lũy theo các cỡ hạt trầm tích ... 52

Bảng 3.1. Phân bố các loại hình NLR theo độ sâu ở LK Q88-VA…..………....59

Bảng 3.2. Phân bố các loại hình NLR theo độ sâu ở LK Q87-VA……… 62

Bảng 3.3. Độ phát xạ gamma tự nhiên của một số loại trầm tích ... 65

Bảng 3.4. Khoảng phân chia các loại hình NLR theo giá trị điện trở suất và độ dẫn điện của tầng tương ứng theo kết quả ĐVLLK……… 68

Bảng 3.5. Đặc điểm các tầng trầm tích tuyến nghiên cứu 2... 79

Bảng 3.6. Điện trở suất của các lớp trầm tích dọc tuyến nghiên cứu 4……… 83

Bảng 4.1. Hệ số khuếch tán của các ion trong nước ở nhiệt độ 25^oC... 90

Bảng 4.2. Thông số sử dụng xác định hệ số Rayleigh của các mẫu trầm tích... 95

Bảng 4.3. Hệ số Rayleigh của các mẫu trầm tích ……….96

Bảng 4.4. Hệ số thấm K của một số loại trầm tích... 99

Bảng 4.5. Biến đổi mực nước biển theo thời gian ... 104

Bảng 4.6. So sánh điều kiện khí hậu qua các thời kỳ so với điều kiện khí hậu hiện tại… 105 Bảng 4.7. Lượng bổ cập NDĐ giai đoạn từ 11 nghìn năm BP đến nay... 105

Bảng 4.8. Thông số ĐCTV của các lớp trầm tích ………...107

Bảng 4.9: Bảng tổng hợp các thơng số của mơ hình 2 chiều ………107

Bảng 4.10. Các thơng số thiết bị và mẫu thí nghiệm thấm ………112 Bảng 4.11. Các thông số của mẫu và thiết bị thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán 113 Bảng 5.1. Độ tổng khoáng hóa của nước dưới đất tầng Pleistocen năm 2011 129 Bảng 5.2: Độ tổng khoáng hóa của NDĐ một số LK tầng Pleistocen năm 2011 132

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

9

<b>MỞ ĐẦU 1. Vị trí vùng nghiên cứu </b>

lưu sơng Hồng ở miền Bắc Việt Nam. Đây là vùng tương đối bằng phẳng bao phủ bởi các trầm tích Đệ tứ, bao quanh vùng là các gốc có tuổi cổ hơn. Giới hạn vùng nghiên cứu cùng sơ đồ bố trí các điểm khảo sát và tuyến đo được th hin trờn hỡnh 1.

<small>Điểm đo truờng chuyển (TEM)Các LK quan trắc Quốc gia</small>

Hỡnh 1. Gii hn vựng nghiên cứu và vị trí các điểm khảo sát

<b>2. Tính cấp thiết của đề tài </b>

Vùng CTSH là nơi tập trung dân cư với mật độ dân số tính đến 2014 lên tới 983 người/km²[32]. Mật độ dân cư lớn kết hợp với các hoạt động kinh tế như nông

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

10

nghiệp, công nghiệp, dịch vụ và du lịch nên nhu cầu sử dụng nước của toàn vùng rất lớn. Bên cạnh nguồn nước mặt chủ yếu để cung cấp cho hoạt động nơng nghiệp thì nước dưới đất (NDĐ) đóng một vai trị thiết yếu khi nguồn nước mặt ngày càng bị nhiễm bẩn và trữ lượng biến động mạnh theo thời gian. Các nghiên cứu gần đây cho thấy, tài nguyên NDĐ đang đứng trước thực trạng suy thoái cả về chất lượng và trữ lượng [8, 27, 53, 54, 94]. Kết quả phân tích thành phần hóa học NDĐ của cơng trình quan trắc quốc gia cũng như của một số nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng NDĐ bị 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 [8, 66, 94]. Nhiễm mặn 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 Pleistocen – tầng chứa nước được hình thành trong thời kỳ biển thoái, thì ngun nhân XNM khơng thể giải thích được là do quá trình XNM hiện đại. Theo tài liệu quan trắc mặn nhạt trên các cửa sơng, vị trí của lưỡi mặn ăn sâu vào lục địa biến đổi từ 20km đến 40 km [93, 17, 25, 79] do vậy không thể là nguyên nhân gây nên XNM cho NDĐ ở vị trí cách bờ biển lên tới 70km. Nghiên cứu tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong nước cho thấy XNM hiện đại trong các TCN đã được một số nhà khoa học đề cập đến, tuy nhiên nguồn gốc nhiễm mặn của các TCN đặc biệt là ở các vị trí sâu trong lục địa địi hỏi cần có các nghiên cứu sâu, đầy đủ và toàn diện hơn.

Trên cơ sở nghiên cứu lịch sử phát triển địa chất Đệ tứ các vùng châu thổ tương tự trên thế giới cho thấy NDĐ bị nhiễm mặn có nguồn gốc từ các tầng sét biển hình thành trong các đợt biển tiến, khi biển rút đi nước mặn từ tầng trầm tích biển này di chuyển vào các TCN liền kề và làm nhiễm mặn cho các TCN đó. Ở vùng CTSH, quá trình hình thành nên các tầng trầm tích cũng chịu sự chi phối của dao động mực nước biển. Các thời kỳ biển tiến làm đường bờ dịch chuyển sâu vào trong lục địa hình thành nên các tầng trầm tích biển, phủ lên trên các trầm tích hạt thơ chứa nước hình thành vào các thời kỳ biển thoái. Có lẽ đó chính là ngun nhân gây nên hiện tượng nhiễm mặn cho NDĐ ở các vị trí sâu trong lục địa ở CTSH tương tự như ở các châu thổ khác trên thế giới. Nghiên cứu này ở vùng CTSH hiện chưa có

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

11

<i>cơng trình nghiên cứu nào đề cập tới. Chính vì vậy, luận án đi vào nghiên cứu “Cơ chế rửa mặn của nước trong các tướng trầm tích biển tuổi Đệ Tứ khu vực CTSH” </i>

để làm sáng tỏ phân bố mặn nhạt của NLR chứa trong tầng sét biển, cơ chế rửa mặn

<b>của NLR và ảnh hưởng của chúng tới NDĐ trong tầng chứa nước Pleistocen. </b>

<b>3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu </b>

<i>Đối tượng nghiên cứu là nước lỗ rỗng chứa trong trầm tích biển tuổi Holocen vùng châu thổ Sông Hồng. </i>

Theo tiêu đề của luận án đưa ra, đối tượng nghiên cứu là nước lỗ rỗng chứa trong các trầm tích biển tuổi Đệ tứ ở khu vực CTSH. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện luận án, trên cơ sở các tài liệu tổng hợp được từ các cơng trình nghiên cứu trước đây và các số liệu nghiên cứu của luận án đã chỉ ra rằng, các trầm tích biển hình thành trong các thời kỳ biển tiến trong Pleistocen đã trải qua thời gian dài rửa mặn (từ 60 nghìn năm tới hàng triệu năm) dẫn đến nước lỗ rỗng trong các trầm tích biển này đã bị rửa mặn. Kết quả mơ hình 1 chiều kết hợp với các kết quả đo ĐVL cho thấy NLR chứa trong các trầm tích biển tuổi Pleistocen muộn là nước nhạt. Trong khi đó, kết quả mơ hình 1 chiều, các kết quả đo ĐVL, kết quả phân tích TPHH của NLR cho thấy các trầm tích biển hình thành vào thời kỳ biển tiến Holocen vẫn cịn chứa nước mặn tàn dư. Điều đó có thể được lý giải là do NLR chứa trong các trầm tích biển Holocen mới trải qua thời gian rửa mặn ngắn (<11 nghìn năm) nên nước mặn chưa bị rửa mặn hồn tồn. Chính vì vậy, để các số liệu đo đạc và phân tích có tính xác thực cũng như các kết quả nghiên cứu có ý nghĩa, luận án chỉ tập trung vào đối tượng nghiên cứu là các trầm tích biển Holocen ở khu vực CTSH.

<b>4. Mục tiêu nghiên cứu </b>

- Làm sáng tỏ đặc điểm phân bố mặn nhạt của NLR trong trầm tích biển Holocen. - Làm sáng tỏ các cơ chế rửa mặn của NLR trong trầm tích biển Holocen.

- Đánh giá ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR trong trầm tích biển Holocen tới TCN Pleistocen.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

12

<b>5. Nhiệm vụ thực hiện </b>

- Tổng quan các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước và đưa ra hệ phương pháp nghiên cứu phù hợp.

- Nghiên cứu lịch sử tiến hóa các trầm tích Đệ tứ trong mối tương quan với dao động MNB, đặc điểm phân bố mặn nhạt của NDĐ trong tầng chứa nước Pleistocen để định hướng các tuyến và điểm nghiên cứu thích hợp.

- Đo trường chuyển (TEM) dọc theo 4 tuyến nghiên cứu và đo địa vật lý lỗ khoan (ĐVLLK) trong 38 lỗ khoan thuộc mạng quan trắc Quốc gia để thành lập bản đồ phân vùng mặn nhạt NLR trong tầng trầm tích biển Holocen.

- Tiến hành khoan 2 LK gần các LK Q87 và Q88 (2 LK thuộc mạng quan trắc Quốc gia) tới hết tầng trầm tích hạt mịn để lấy mẫu trầm tích nguyên dạng. Các mẫu trầm tích nguyên dạng được tiến hành chiết NLR, phân tích độ hạt, xác định thành phần khoáng vật sét, xác định hệ số khuếch tán, xác định hệ số thấm của trầm tích để làm thơng số đầu vào của mơ hình dịch chuyển vật chất.

- Các mẫu NLR được chiết từ các mẫu trầm tích nguyên dạng được tiến hành đo độ dẫn điện, phân tích hàm lượng các ion chính và độ tổng khoáng hóa. Kết quả đo độ dẫn điện dùng để xác định mức độ mặn nhạt của NLR, đối sánh với kết quả của các phương pháp ĐVLLK đồng thời xây dựng mối tương quan giữa độ dẫn điện và độ tổng khoáng hóa của NLR cũng như mối tương quan giữa độ dẫn điện của tầng và độ tổng khoáng hóa của NLR.

- Xây dựng mơ hình 1 chiều mơ phỏng quá trình rửa mặn của NLR trong tầng sét biển theo thời gian. Kết quả của mơ hình 1 chiều đã làm sáng tỏ ảnh hưởng của thời gian rửa mặn NLR tới phân bố mặn nhạt của NLR trong các tầng sét biển: NLR trong các trầm tích biển được hình thành từ thời kỳ Pleistocen muộn trở về trước đã bị rửa mặn hoàn toàn, trong khi NLR trong tầng sét biển Holocen vẫn còn chứa nước mặn tàn dư.

- Xây dựng mô hình 2 chiều mơ phỏng lịch sử tiến hóa các trầm tích Holocen trong mối quan hệ với dao động MNB và quá trình rửa mặn NLR trong các tầng trầm tích đó theo thời gian. Mơ hình 2 chiều sẽ được xây dựng cho tuyến nghiên

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

13

cứu 3 kéo dài theo phương từ Hà Nội tới Nam Định (dọc theo thung lũng cắt xẻ phía nam sơng Hồng). Trên cơ sở kết quả mơ hình 1 chiều, mơ hình 2 chiều, kết quả tính toán hệ số Rayleigh để xác định các cơ chế rửa mặn NLR trong các trầm tích biển Holocen.

- Xây dựng các bản đồ phân vùng mặn nhạt NLR trong trầm tích biển Holocen, bản đồ phân vùng mặn nhạt của NDĐ trong TCN Pleistocen, bản đồ đẳng dày các trầm tích biển tuổi Pleistocen muộn, bản đồ đẳng dày các trầm tích biển Holocen, chỉnh lý mơ hình số 2 chiều để đánh giá ảnh hưởng của các tầng sét biển tuổi Holocen và Pleistocen muộn tới TCN Pleistocen.

<b>6. Các phương pháp nghiên cứu </b>

- Phương pháp kế thừa kết quả của các cơng trình nghiên cứu trước đây.

- Tổng hợp các tài liệu liên quan gồm các tài liệu địa chất, ĐCTV, ĐVL, các số liệu phân tích thành phần hóa học NDĐ, các báo cáo của các cơng trình nghiên cứu ở các khu vực khác nhau.

- Các phương pháp ĐVL gồm phương pháp TEM và phương pháp ĐVLLK để đánh giá mức độ mặn nhạt của NLR trong các tầng trầm tích.

- Phương pháp cột thấm xác định hệ số thấm của trầm tích và phương pháp xác định hệ số khuếch tán để làm thơng số đầu vào cho mơ hình dịch chuyển vật chất.

- Xác định thành phần độ hạt, thành phần khoáng vật của trầm tích nhằm luận giải mơi trường thành tạo trầm tích.

- Phân tích thành phần hóa học của NDĐ và NLR gồm các đại nguyên tố, độ tổng khoáng hóa, độ dẫn điện.

- Phương pháp mơ hình : Mơ hình SEAWAT mơ phỏng sự d ịch chuyển vật chất có tính đến khối lượng riêng chất lỏng thay đổi mà cụ thể ở đây là sự di chuyển của ion Cl^- từ tầng trầm tích biển Holocen cũng như sự dịch chuyển vâ ̣t chất trong các tầng chứa nước.

<b>7. Cơ sở tài liệu của luận án </b>

Luận án được hoàn thành dựa trên các nguồn tài liệu như sau:

<i>* Các tài liệu thu thập </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

14

- Các báo cáo thành lập bản đồ địa chất, địa chất thủy văn; báo cáo thăm dò tỉ mỉ NDĐ của nhiều tác giả cho các vùng khác nhau trên toàn CTSH [2, 3, 5, 6, 7, 8, 11, 16, 28].

- Các luận án tiến sĩ có hướng nghiên cứu liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án [8, 17, 25, 27, 30].

- Các bài báo và báo cáo của các cơng trình nghiên cứu đã cơng bố trong và ngồi nước liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án.

<i>* Các tài liệu nghiên cứu của luận án </i>

Các tài liệu nghiên cứu của luận án được thống kê trong bảng dưới đây:

<i>(Ghi chú: GEUS- Cục Địa chất Đan Mạch) </i>

<b>8. Luận điểm bảo vệ </b>

1. Các trầm tích biển Holocen hình thành trong thời kỳ biển tiến Flandrian ở vùng CTSH vẫn còn chứa nước mặn tàn dư với độ tổng khoáng hóa TDS tăng dần theo

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

15

hướng từ lục địa ra biển. Vùng nước mặn (TDS > 3g/l) chiếm phần lớn diện tích, phân bố tập trung ở khu vực 2 thung lũng cắt xẻ và ở vùng ven biển CTSH. Vùng nước lợ (1TDS 3g/l) phân bố với diện tích nhỏ, nối tiếp với vùng nước mặn về phía lục địa. Vùng nước nhạt (TDS<1g/l) chỉ tập trung thành khoảnh nhỏ ở khu vực phía nam Hà Nội.

2. Nước lỗ rỗng chứa trong tầng sét biển Holocen (với hệ số Rayleigh Ra40) bị rửa mặn theo cơ chế khuếch tán phân tử, nước lỗ rỗng chứa trong các trầm tích cát mịn pha sét hoặc sét pha cát (với hệ số Rayleigh Ra >40) bị rửa mặn theo cơ chế dịch chuyển vật chất do phân dị trọng lực.

<b>9. Những điểm mới của luận án </b>

- Luận án đã đi sâu vào đánh giá ảnh hưởng của các thời kỳ biển tiến và biển thoái trong Đệ tứ xảy ra từ 80 nghìn năm BP tới sự phân bố mặn nhạt của nước dưới đất cũng như nước lỗ rỗng ở vùng CTSH.

- Tổ hợp các phương pháp nghiên cứu đã được sử dụng để đánh giá hiện trạng mặn nhạt cũng như cơ chế rửa mặn của nước lỗ rỗng chứa trong các trầm tích biển có thành phần chủ yếu là sét, sét pha bột cát.

<b>- Đã đánh giá được những ảnh hưởng của thời kỳ biển tiến Flandrian cũng như của </b>

tầng sét biển Holocen tới tầng chứa nước Pleistocen.

<b>10. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn </b>

<i> Ý nghĩa khoa học </i>

1. Kết quả nghiên cứu phân bố mặn nhạt của NLR trong các trầm tích biển Holocen góp phần giải thích sự ảnh hưởng của thời kỳ biển tiến Flandrian tới quy luật phân bố các trầm tích biển Holocen ở khu vực CTSH.

2. Nghiên cứu cơ chế rửa mặn của NLR và những ảnh hưởng của chúng tới tầng chứa nước Pleistocen lý giải cho nguồn gốc nhiễm mặn của NDĐ và quy luật phân bố mặn nhạt của NDĐ trong TCN Pleistocen.

<i> Ý nghĩa thực tiễn </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

16

Giải quyết được những mục đích đặt ra của luận án làm cơ sở định hướng cho việc tìm kiếm thăm dị, khai thác sử dụng nước dưới đất một cách hiệu quả góp phần bảo vệ nguồn tài nguyên nước dưới đất ở khu vực CTSH.

<b>11. Cấu trúc luận án </b>

Luận án gồm 155 trang đánh máy, 69 hình vẽ và 23 bảng biểu. Cấu trúc của luận án gồm 5 chương không kể phần mở đầu, kết luận và kiến nghị.

Chương 1. Tổng quan về các cơng trình và các phương pháp nghiên cứu cơ chế rửa mặn nước lỗ rỗng.

Chương 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa mặn nước lỗ rỗng

Chương 3. Hiện trạng phân bố mặn nhạt của nước lỗ rỗng trong trầm tích biển tuổi Holocen.

Chương 4. Cơ chế rửa mặn của nước lỗ rỗng trong trầm tích biển tuổi Holocen. Chương 5. Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn nước lỗ rỗng tới tầng chứa nước Pleistocen.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

17

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ RỬA MẶN NƯỚC LỖ RỖNG </b>

Chương 1 trình bày tổng quan về các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước có nội dung liên quan đến cơ chế rửa mặn NLR. Từ kết quả nghiên cứu tổng quan, tác giả sẽ rút ra những vấn đề còn tồn tại để từ đó đưa ra nội dung và hệ

<i>phương pháp nghiên cứu phù hợp. Khái niệm ”nước lỗ rỗng” với thuật ngữ tiếng Anh là porewater được các nhà khoa học định nghĩa là ” nước chứa trong các lỗ rỗng giữa các hạt trầm tích”. Trong luận án này, khái niệm nước lỗ rỗng được sử </i>

dụng để chỉ nước chứa trong các trầm tích hạt mịn như sét, sét pha. Thuật ngữ nước lỗ rỗng luôn được sử dụng kết hợp với các thuật ngữ chỉ thành phần trầm tích tương ứng chứa chúng như nước lỗ rỗng trong tầng sét, nước lỗ rỗng trong sét pha cát…

<i> Trong khi đó, khái niệm ”nước dưới đất” được đề cập trong luận án này là để </i>

chỉ nước chứa trong tầng chứa nước Holocen và Pleistocen.

<b>1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu </b>

Nghiên cứu về XNM nước dưới đất nói chung và XNM cổ nói riêng đã được các nhà khoa học khảo sát và nghiên cứu nhiều nơi trên thế giới [40, 41, 44, 48, 47, 52, 55, 58, 59, 62, 68, 70, 81, 82, 83, 97, 98...]. Trong giới hạn nội dung nghiên cứu, luận án đi sâu vào nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu về nước mặn tàn dư nói chung và rửa mặn nước mặn tàn dư nói riêng trên thế giới và các cơng trình nghiên cứu có nội dung liên quan ở Việt Nam.

<b>1.1.1. Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới về rửa mặn nước lỗ rỗng </b>

Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới liên quan đến XNM cho thấy rằng, việc khai thác nước ở các khu vực ven biển thường kéo theo nguy cơ XNM cho NDĐ trong các TCN. Bên cạnh đó, cũng có nhiều cơng trình cịn chỉ ra rằng nước mặn tàn dư (nước mặn cổ) được tìm thấy trong các tầng trầm tích biển được hình thành vào các thời kỳ biển tiến trước đây cũng là nguồn gây nhiễm mặn cho các TCN

<i>xung quanh. Nước mặn tàn dư ở đây là phần nước biển còn lại chứa trong các lỗ rỗng sau khi đã trải qua q trình rửa mặn theo thời gian. Chính vì vậy, NDĐ ở rất </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

18

nhiều khu vực sâu trong lục địa vẫn bị nhiễm mặn, các nhà nghiên cứu gọi đó là xâm nhậm mặn cổ (Paleo- saltwater intrusion).

Các cơng trình nghiên cứu tiêu biểu về rửa mặn nước mặn tàn dư trên thế giới phải kể đến gồm các cơng trình nghiên cứu ở Ixaren [37], Hà Lan [47], Úc [84], Ai Cập (Geirnaert & Laeven 1992), Pakistan (Qadir 1998), Suriname [60], Hy Lạp [70], Tây Ba Nha [73], Nhật Bản [62], Ý [43], Hàn Quốc (Lee 2008), Togo [33], Đức (Magri 2009), Trung Quốc [52, 97], Bỉ [34], Châu Âu [55]...

Theo tác giả Arie Issar (1981), tốc độ rửa mặn NLR đóng vai trị quan trọng tới phân bố nước mặn tàn dư trong các TCN ở Ixraen. Tài liệu phân tích TPHH của NDĐ ở đây minh chứng rằng NDĐ có nguồn gốc tàn dư từ nước biển, tuy nhiên quá trình rửa mặn do nước mưa đã làm nhạt hóa TCN. Trong cơng trình này, tác giả kết hợp sử dụng tài liệu hóa học NDĐ, đồng vị bền và nghiên cứu cấu trúc địa chất TCN để minh chứng cho sự có mặt của nước mặn tàn dư trong các TCN. Groen & nnk (2000) đã sử dụng phương pháp đồng vị ³⁷Cl và mơ hình khuếch tán để chứng minh nguồn gốc XNM của NDĐ ở vùng ven biển Suriname là do các tầng trầm tích chứa nước mặn tàn dư. Kết quả cho thấy rằng XNM NDĐ trong các trầm tích Đệ Tam xảy ra không phải là do XNM hiện đại mà là do quá trình rửa mặn từ tầng sét biển tuổi Holocen bên trên và tầng trầm tích tuổi Kreta bên dưới gây ra. Trong cơng trình này, các tác giả đã xây dựng mơ hình 1 chiều trong khoảng thời gian 6000-4000 năm và 500-10000 năm cho khu vực cách bờ biển tương ứng 20km và 3km - là thời kỳ chịu ảnh hưởng của biển tiến tồn cầu. Kết quả mơ hình, tài liệu hóa học NDĐ và tài liệu đồng vị clo cho thấy TCN ở giữa chịu ảnh hưởng của quá trình khuếch tán muối từ cả 2 tầng trầm tích bên trên và bên dưới.

Lambrakis & Kallergis (2001) đã nghiên cứu về quá trình trao đổi ion và thời gian rửa mặn dưới điều kiện tự nhiên cho 3 TCN khu vực ven biển ở Hy Lạp. Mơ hình rửa mặn cho các TCN sử dụng chương trình PHREEQE và PHREEQM có tính đến ảnh hưởng của quá trình khai thác nước. Kết quả cho thấy rằng tốc độ rửa mặn TCN phụ thuộc vào khả năng trao đổi ion của trầm tích chứa nước và tốc độ khai thác nước. Khai thác nước làm suy giảm mực nước kéo theo quá trình XNM từ biển vào dẫn đến làm chậm quá trình rửa mặn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

19

Hiroshiro & nnk (2006) đã đưa ra lý giải cho nguồn gốc của nước mặn trong các TCN ở vùng biển Motooka (Nhật Bản) dựa trên kết quả nghiên cứu thủy địa hóa. Số liệu về độ dẫn điện của nước, thế oxy hóa khử, đồng vị bền ²H, ¹⁸O, đồng vị phóng xạ ³H và tài liệu định tuổi ¹⁴C cho mẫu vỏ sinh vật thu được ở độ sâu 2m cho thấy rằng tuổi của tầng trầm tích này vào khoảng 2000 năm. Nghiên cứu cho thấy TCN này nằm dưới mực đáy biển hiện tại và tầng nước mặn ở bên dưới chưa pha trộn với tầng nước nhạt bên trên. Tầng nước mặn bên dưới này được xác định là nước mặn tàn dư chứ không phải là do quá trình XNM hiện đại gây nên mặc dù NDĐ được khai thác với lưu lượng rất lớn.

Bruno Capaccioni & nnk (2005) đã nghiên cứu cả 2 quá trình XNM hiện đại và quá trình rửa mặn xảy ra cho các TCN ở đồng bằng Catania (Ý). Các kết quả phân tích TPHH của NDĐ cho thấy rằng sự thay đổi MNB địa phương xảy ra trong vài thế kỷ trước đã ảnh hưởng đến quá trình đạt trạng thái cân bằng của các ion có khả năng trao đổi ion trong cả TCN sâu và nông. Ngồi ra, quá trình rửa mặn đang xảy ra ở TCN sâu cách bờ biển >500m với diện hẹp hơn so với tầng nông bởi khả năng tiếp cận nguồn nước nhạt là thấp hơn so với tầng nơng. Ở tầng nơng, loại hình nước biến đổi từ NaCl thành NaHCO<small>3</small> và hàm lượng muối giảm trong khi ở TCN sâu hàm lượng muối giảm rất chậm. Tác giả cũng nhấn mạnh vai trò của nguồn nước mưa được cấp từ bề mặt có vai trị quan trọng thúc đẩy quá trình rửa mặn xảy ra nhanh hơn.

Gossel & nnk (2010) đã sử dụng phương pháp mơ hình để nghiên cứu quá trình rửa mặn nước biển cổ chứa trong các tầng trầm tích ở vùng Nubian. Trong cơng trình này tác giả sử dụng phần mềm FEFLOW để xây dựng mơ hình dịng chảy kết hợp dịch chuyển vật chất trong khoảng thời gian 140 nghìn năm. Trong mơ hình dịch chuyển vật chất tác giả có tính đến quá trình phân tán, khuếch tán đồng thời cũng đề cập đến sự khác biệt về khối lượng riêng giữa nước mặn và nước nhạt.

Beekman & nnk (2011) đã xây dựng mơ hình 1 chiều cho mẫu nguyên dạng lấy từ lõi khoan bên dưới hồ nước ngọt Marken ở Hà Lan. Mơ hình mơ phỏng quá

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

20

trình dịch chuyển của ion ³⁵Cl^- và ³⁷Cl^- của NLR chứa trong các tầng trầm tích. Kết quả cho thấy quá trình khuếch tán Cl^- từ NLR đã xảy ra trong tầng trầm tích với tốc độ khuếch tán của ion ³⁵Cl^- gấp 1,0017 lần so với ion ³⁷Cl^-.

Mollema & nnk (2013) nghiên cứu về các quá trình thủy địa hóa và vật lý ảnh hưởng tới quá trình XNM và rửa mặn của NDĐ TCN ở Ravenna (Ý).

Tổng hợp các cơng trình nghiên cứu cho thấy có thể phân thành các nhóm phương pháp nghiên cứu chủ đạo 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 mơ hình

- Phương pháp cấu trúc địa chất/ĐCTV

Rõ ràng, 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 nghiên cứu khác nhau. Các phương pháp được liệt kê trên đây là tổ hợp phương pháp phù hợp được sử dụng trong nghiên cứu XNM nói chung và trong nghiên cứu nước mặn tàn dư nói riêng.

<b>1.1.2. Các cơng trình nghiên cứu trong nước liên quan </b>

Vũ Kim Tuyến (1994) đã sử dụng phương pháp đồng vị nghiên cứu tuổi và nguồn gốc NDĐ trầm tích Đệ Tứ đồng bằng Bắc Bộ. Trong luận án này, tác giả đã sử dụng tài liệu đồng vị bền ¹⁸O, ²H kết hợp với đồng vị phóng xạ ³H và số liệu định tuổi ¹⁴C để xác định nguồn gốc của NDĐ trong TCN Holocen và Pleistocen và bước đầu đưa ra nhận định về nguồn gốc của nước mặn trong các trầm tích Đệ Tứ. Đặng Hữu Ơn (1996) có dự báo khả năng nhiễm mặn đối với NDĐ ở Bà Rịa - Vũng Tàu thông qua việc xác định hệ số rỗng hữu hiệu và dựa trên sơ đồ phễu hạ thấp mực nước khi cơng trình đưa vào hoạt động tác giả đã xác định vận tốc dòng thấm trung bình theo hướng từ biển vào cơng trình và từ đó tính thời gian nước mặn xâm nhập vào cơng trình khai thác.

Nguyễn Văn Hoàng (2001) đã xác định lưu lượng thoát nước từ tầng Pleistocen ở vùng đồng bằng Bắc Bộ ra biển bằng việc áp dụng mối tương quan giữa lưu lượng NDĐ thoát ra biển và chiều sâu XNM của nước biển vào TCN.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

21

Nguyễn Như Trung & nnk (2004) đã dự báo XNM nước ngầm ở vùng Hải Phòng bằng việc sử dụng tổ hợp phương pháp mơ hình hóa điện trở và ĐCTV. Các kết quả thăm dò điện đã cho phép xây dựng lại bức tranh phân bố độ tổng khoáng hóa của TCN Pleistocen và chỉ ra rằng TCN Pleistocen đang bị suy thoái nghiêm trọng. Từ kết quả về phân bố độ tổng khoáng hóa năm 1988 và 2004, áp dụng phương pháp mơ hình số đã cho phép tác giả tính toán, dự báo được mức độ nhiễm mặn và lưu lượng khai thác của vùng nghiên cứu. Năm 2007, nhóm tác giả đã chỉnh lý mơ hình và đưa ra các thơng số dự báo cho NDĐ của vùng đến 2030. Nguyễn Thị Hạ (2005) đã nghiên cứu sự hình thành của các nguyên tố trong NDĐ vùng đồng bằng Bắc Bộ. Trong luận án này, tác giả cũng đã phân vùng thủy địa hóa kết hợp với phân vùng mặn nhạt cho NDĐ trong các TCN trên toàn đồng bằng.

Đoàn Văn Cánh, Lê Thị Lài & nnk (2005) trong các nghiên cứu về tài nguyên NDĐ tỉnh Nam Định cũng đã điều tra, đánh giá, xác định ranh giới mặn nhạt TCN Pleistocen và Holocen; các tác giả đã đưa ra định hướng khai thác cũng như dự báo XNM trong khu vực nghiên cứu.

Phạm Quý Nhân (2000) đã nghiên cứu XNM do khai thác NDĐ ở CTSH bằng mơ hình dịng chảy và mơ hình dịch chuyển chất hịa tan chưa tính đến sự thay đổi khối lượng riêng chất lỏng.

Phạm Quý Nhân (2008) đã điều tra, khảo sát, nghiên cứu xác định ranh giới mặn nhạt và tính toán sự dịch chuyển của ranh giới này tại khu vực Phố Nối - Hưng Yên và các vùng ven biển khác như Quảng Trị, đảo Cồn Cỏ...

Nguyễn Văn Đản & nnk (2009) sử dụng tổ hợp các phương pháp địa chất thuỷ văn, địa vật lý, mơ hình số để điều tra, đánh giá nhiễm mặn và tìm kiếm các thấu kính hoặc TCN nhạt dải ven biển Nam Định.

Frank & nnk (2011) cùng nhóm nghiên cứu đã sử dụng tổ hợp các phương pháp để đánh giá phân bố mặn nhạt và diễn biến XNM của NDĐ ở vùng Nam Định. Hoàng Văn Hoan (2014) đã nghiên cứu về các cơ chế XNM nước dưới đất ở vùng Nam Định. Trong cơng trình này, tác giả tập trung đi vào nghiên cứu các cơ chế gây XNM cho NDĐ vùng nghiên cứu cũng như nguồn gốc hình thành nên thấu kính nước nhạt phía Tây vùng Nam Định.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

22

Trịnh Hoài Thu (2015) đã đánh giá ảnh hưởng của việc khai thác nước ngầm tới XNM trong TCN Pleistocen ở 4 tỉnh ven biển CTSH. Trong cơng trình này tác giả đã đưa ra các kịch bản khai thác NDĐ và xây dựng các mơ hình XNM khác nhau để từ đó đưa ra những đề xuất khai thác phù hợp.

Có thể thấy, các cơng trình trên đều đề cập nghiên cứu về XNM hiện đại do quá trình tự nhiên và quá trình khai thác nước quá mức gây nên ở các khu vực ven biển. Có thể nói, hiện nay trong nước chưa có cơng trình nào đi sâu vào nghiên cứu về XNM cổ đặc biệt là nghiên cứu về quá trình rửa mặn của NLR chứa trong các tầng trầm tích biển ở tồn vùng CTSH.

<b>1.1.3. Những tồn tại cần giải quyết </b>

Kết quả nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu trên thế giới cho thấy các nhà khoa học đã sử dụng tổ hợp nhiều phương pháp để nghiên cứu về rửa mặn NLR và ảnh hưởng của chúng tới các TCN cũng như XNM nước dưới đất. Tuy nhiên, số lượng cơng trình nghiên cứu về rửa mặn NLR trong các tầng trầm tích biển vẫn còn hạn chế.

Trong nước, đến nay chưa có cơng trình nào tập trung vào nghiên cứu các quá trình rửa mặn NLR trong các tầng trầm tích biển và ảnh hưởng của chúng tới phân bố mặn nhạt trong các TCN. Có thể đưa ra một số tồn tại của các cơng trình nghiên cứu ở Việt Nam như sau:

- Chưa ứng dụng đồng thời các phương pháp nghiên cứu

- Chưa nghiên cứu dòng thấm hoặc xây dựng mơ hình dịng thấm với khối lượng riêng chất lỏng thay đổi để nghiên cứu XNM hoặc rửa mặn NLR. - Chưa nghiên cứu hoặc quan tâm nghiên cứu về phân bố và cơ chế rửa mặn

nước mặn tàn dư cũng như ảnh hưởng của chúng tới các TCN.

Chính vì vậy, nội dung cốt lõi của luận án là đi vào nghiên cứu phân bố mặn nhạt của NLR trong tầng trầm tích biển được hình thành vào các thời kỳ biển tiến, nghiên cứu các cơ chế rửa mặn của NLR chứa trong các trầm tích biển đó và ảnh hưởng của chúng tới tầng chứa nước Pleistocen.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

23

<b>1.2. Các phương pháp nghiên cứu </b>

Nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngồi nước đã đưa ra được những tồn tại, từ đó luận án đặt ra các mục tiêu, nội dung cần giải quyết. Để giải quyết các mục tiêu nghiên cứu, tổ hợp các phương pháp nghiên cứu được áp dụng gồm các cơng tác ngồi trời và trong phịng. Nội dung nghiên cứu được tóm tắt trên sơ đồ dưới đây (Hình 1.1).

Hình 1.1. Sơ đồ nghiên cứu

<b>1.2.1. Địa vật lý lỗ khoan </b>

Phương pháp ĐVLLK được sử dụng với mục đích nghiên cứu đặc điểm phân bố mặn nhạt của NLR chứa trong các tầng trầm tích. Các thơng số được đo gồm độ phát xạ gamma tự nhiên, độ dẫn điện của tầng (phản ánh độ dẫn điện của trầm tích và NLR chứa trong trầm tích đó). Phương pháp gamma tự nhiên nghiên cứu trường

<b>VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU </b>

- Mơ hình rửa mặn 1 chiều

- Mơ hình rửa mặn 2 chiều

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

24

phóng xạ do các bức xạ gamma của bản thân đất đá xung quanh thành lỗ khoan gây ra. Kết quả đo được thể hiện qua đường cong biểu diễn sự thay đổi cường độ bức xạ gamma theo chiều sâu lỗ khoan.

Giá trị cường độ phát xạ gamma tự nhiên GR đo được trong lỗ khoan tỉ lệ với

<i>A<small>i</small></i> - hệ số tỷ lệ của khoáng vật phóng xạ

Cường độ phóng xạ gamma tự nhiên trong đất đá trầm tích tăng/giảm theo mức độ biến đổi các thông số trong phương trình trên. Trên thực tế, cường độ phát xạ gamma tự nhiên ở vùng CTSH biến đổi do sự biến đổi của thành phần độ hạt trầm tích: các trầm tích hạt thơ chọn lọc tốt có cường độ phát xạ tự nhiên thấp hơn các trầm tích giàu sét. Nguyên nhân là bởi trong các trầm tích sét chứa các khoáng vật giàu các nguyên tố phóng xạ hơn so với các trầm tích hạt thơ. Do đó, tài liệu đo độ phát xạ gamma tự nhiên được sử dụng rộng rãi để phân chia các tầng sét, sét bột, cát, cuội sỏi...cho trầm tích bở rời tuổi Đệ tứ.

Phương pháp đo độ dẫn của tầng được sử dụng để cung cấp thông tin gián tiếp về độ dẫn của tầng trầm tích và NLR chứa trong nó tức là thơng tin tổng hợp của cả 2 đối tượng trầm tích và NLR.

<i>Độ dẫn điện lớn: Các trầm tích hạt mịn, nước có độ muối lớn Độ dẫn điện nhỏ: Các trầm tích hạt thơ, nước nhạt </i>

Trên diện tích tồn đồng bằng, thành phần hóa học của NLR cũng như thành phần trầm tích thay đổi rất phức tạp. Sự thay đổi đó sẽ được phản ánh qua sự thay đổi về thông số độ dẫn điện của tầng và độ dẫn điện của NLR cũng như tài liệu

<i>gamma tự nhiên. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

25

<b>1.2.2. Phương pháp trường chuyển (TEM) </b>

Phương pháp trường chuyển hay còn gọi là phương pháp miền thời gian (TEM) là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu XNM của NDĐ ở nhiều nơi trên thế giới [38, 39, 78, 81]. Trong phương pháp này, biên độ của tín hiệu điện là một hàm của thời gian.

Hình 1.2. Thiết bị đo TEM và sơ đồ bố trí 1 điểm đo TEM

Dùng một máy phát truyền một xung (là 1 dạng dịng điện 1 chiều được đóng ngắt rất nhanh), và phép đo sẽ được thực hiện sau khi trường sơ cấp được triệt tiêu, nghĩa là chỉ đo đạc các trường thứ cấp. Bản chất của phương pháp này dựa

<i>vào mối quan hệ giữa điện trường và từ trường theo định luật Maxwell: Từ trường biến thiên sinh ra điện trường và ngược lại điện trường biến thiên sinh ra từ trường. </i>

Để tạo trường điện từ sơ cấp cần phát các dịng kích thích vào cuộn dây phát (không nối đất). Dưới tác dụng của từ trường sơ cấp này các đối tượng dẫn điện nằm trong môi trường đất đá xuất hiện dòng xoáy cảm ứng thứ cấp. Các dòng xoáy này tạo ra trường thứ cấp, khi ngắt phát dịng, trường thứ cấp khơng mất ngay mà

<small>Vịng dây thu </small>

<small>Máy thu </small>

<small>Máy phát </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

26

giảm dần, thời gian tồn tại của trường thứ cấp phụ thuộc vào khả năng dẫn điện của mơi trường đất đá.

Hình 1.3. Mơ hình dịng xoáy cảm ứng thứ cấp. A. Khi mới ngừng phát dòng. B. Tại thời điểm muộn hơn.

Có thể phân chia quá trình chuyển tiếp thành 3 giai đoạn: Ở giai đoạn sớm, dòng xoáy xuất hiện ở phần trên lát cắt, ở giai đoạn giữa dòng xoáy đi xuống sâu hơn đến các đối tượng dẫn điện tốt, đến giai đoạn muộn dòng xoáy còn lưu lại các vật dẫn, các thể địa chất bất đồng nhất.

Nếu đo trường chuyển ở các vị trí khác nhau theo các tuyến nghiên cứu có thể xây dựng được mặt cắt thể hiện sự biến đổi điện trở suất của tầng theo chiều sâu. Từ mặt cắt điện trở suất đó có thể xác định được mức độ mặn nhạt của NLR/NDĐ trong các tầng trầm tích thơng qua mối tương quan giữa điện trở suất/độ dẫn điện và TDS của NLR (xem phần 3.2).

<b>1.2.3. Phương pháp khoan thăm dị lấy mẫu trầm tích ngun dạng </b>

Nghiên cứu tài liệu phân vùng mặn nhạt NDĐ cũng như tài liệu ĐVLLK ở vùng CTSH cho thấy, NDĐ và NLR ở nhiều nơi sâu trong lục địa như vùng Phú Xuyên, Phủ Lý [8, 20] có hàm lượng muối cao. Ở khu vực Hà Nam, 2 lỗ khoan Q87 và Q88 thuộc mạng quan trắc Quốc gia được bố trí cách nhau khoảng 2km. Tuy nhiên, phân bố mặn nhạt của NLR và NDĐ ở 2 vị trí này có sự tương phản rõ rệt: Tại vị trí LK Q88, NLR và NDĐ đều là nước lợ và mặn trong khi ở vị trí LK Q87, NLR và NDĐ đều là nước nhạt. Trên cơ sở đó, 2 vị trí khoan lấy mẫu trầm tích nguyên dạng được chọn cạnh 2 vị trí lỗ khoan Q88 và Q87 nhằm nghiên cứu nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt trong sự phân bố mặn nhạt của NLR và NDĐ tại 2 vị trí. Hai

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

27

LK được đặt tên là Q87-VA và Q88-VA để thuận tiện cho việc đối chiếu giữa các kết quả quan trắc TPHH của NDĐ và các kết quả nghiên cứu mới của luận án.

Hình 1.4. Cơng tác khoan lấy mẫu trầm tích nguyên dạng

Phương pháp khoan được sử dụng là phương pháp khoan đập (máy khoan XJ 100A) và lấy mẫu liên tục theo chiều sâu lỗ khoan. Các mẫu trầm tích nguyên dạng được đóng bằng ống mẫu inox với chiều dài ống đóng mẫu là 3m. Các mẫu được bịt kín bằng các nút nhựa để tránh sự ảnh hưởng của môi trường tới mẫu. Tỉ lệ mẫu lấy được từ 60-95% tùy vào trạng thái mẫu. Hai LK được khoan tới mái của TCN Pleistocen. Chiều sâu các lỗ khoan là 55-57m.

<b>1.2.4. Phương pháp chiết nước lỗ rỗng </b>

Mục đích của việc sử dụng phương pháp chiết nước là tách được NLR (porewater) từ các mẫu sét để tiến hành các phân tích một số chỉ tiêu như TDS, độ dẫn điện của NLR, pH, hàm lượng các ion chính và thành phần đồng vị bền.

Các mẫu NLR được chiết với mật độ 2 mét khoan/1 mẫu NLR. Thiết bị chiết nước được kết nối với bộ phận tạo áp suất cao. Tùy thuộc vào tình trạng mẫu như độ bão hòa, độ hạt trầm tích cũng như trạng thái của mẫu mà áp suất và thời gian ép

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

28

được lựa chọn cho phù hợp. Áp suất được sử dụng trong quá trình ép biến đổi từ 2atm (đối với cát hạt mịn) tới 8atm (đối với sét ở trạng thái rắn).

Hình 1.5. Thí nghiệm chiết nước lỗ rỗng a. Cắt ống mẫu nguyên dạng

b. Chuyển mẫu vào thiết bị chiết

c. Tiến hành chiết nước và lấy mẫu NLR d. Đo độ dẫn điện của NLR

<b>1.2.5. Phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng </b>

Quy trình lấy mẫu và phân tích các mẫu NLR chiết từ các mẫu trầm tích của 2 LK Q88-VA và Q87-VA giống với quy trình lấy mẫu và phân tích mẫu NDĐ. Các chỉ tiêu được đo ngay sau khi nước được chiết ra bao gồm độ dẫn điện EC, hàm lượng bicacbonat HCO<small>3</small>^-, hàm lượng Fe²⁺, pH nhằm đảm bảo tính chính xác đối với các chỉ tiêu dễ bị biến đổi khi tiếp xúc với mơi trường khơng khí. Các chỉ tiêu phân

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

29

tích trong phịng thí nghiệm gồm các ion chính, độ tổng khoáng hóa và thành phần đồng vị bền ¹⁸O và ²H. Mẫu nước dùng để phân tích các cation được axit hóa tới pH<2 và được bảo quản lạnh cho đến khi tiến hành phân tích. Các phân tích được tiến hành tại Cục Địa chất Đan Mạch vào năm 2012.

<b>1.2.6. Phân tích thành phần độ hạt trầm tích và thành phần khoáng vật sét </b>

Thành phần độ hạt là một thông số quan trọng bởi nó phản ánh năng lượng, cơ chế cũng như mơi trường lắng đọng trầm tích. Thành phần độ hạt được xác định bằng phương pháp rây cho các mẫu cát và phương pháp tỷ trọng cho mẫu bột sét. Tổng số 16 mẫu trầm tích lấy từ 2 lỗ khoan Q88-VA và Q87-VA được tiến hành xác định

Kết quả được phân chia theo phần trăm khối lượng của từng nhóm độ hạt như sét (<2µm), bột mịn (2-20µm), bột thơ (20-63µm), cát mịn (63-200µm), cát trung (200-630µm), cát thơ (630-1000µm) (Dựa theo cách phân chia của Cục Địa chất Mỹ USGS). Thành phần bột sét được tính bằng phần trăm tích lũy cỡ hạt <63 µm. Đối với các mẫu sét sẽ được tiến hành xác định thành phần khoáng vật sét có trong mẫu. Đầu tiên mẫu sét được nghiền nhỏ để tất cả mẫu có kích thước hạt nhỏ hơn 250m. Phương pháp nhiễu xạ tia X cho mẫu định hướng ngẫu nhiên (randomly oriented sample) sẽ được thực hiện cho mẫu có kích thước độ hạt <250m.

Mẫu định hướng cũng được thực hiện cho cỡ hạt <2m. Các mẫu định hướng được chuẩn bị theo phương pháp pipet như sau:

- Mẫu bão hòa Mg và làm khô nhiệt độ thường - Mẫu bão hòa Mg và thêm Glycerol

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

30

- Mẫu bão hịa K làm khơ ở nhiệt độ thường và nung 1 giờ ở nhiệt độ 300^oC Các khoáng vật sẽ được xác định dựa trên vị trí các peak như sau:

Bảng 1.2. Vị trí các peak xác định khoáng vật sét

<b>1.2.7. Thí nghiệm cột thấm xác định hệ số thấm của trầm tích </b>

Mục đích của phương pháp cột thấm là để xác định hệ số thấm của trầm tích, kết quả này sẽ là tham số đầu vào của mơ hình số xác định cơ chế rửa mặn NLR được trình bày trong chương 4. Vị trí các mẫu được thực hiện thí nghiệm cột thấm được thể hiện trên hình 2.9.

Hình 1.6. Thí nghiệm xác định hệ số thấm K của trầm tích a. Sơ đờ hoá các thiết bị thí nghiệm b. Sơ đồ bố trí thiêt bi ̣

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

31

Thiết bị gồm 1 ống nhựa có khả năng chịu áp lực cao, hai đầu ống có 2 khóa có thể tháo rời để đưa mẫu vào. Trên đầu hai khóa có 2 van để đưa nước cấp vào và để nước thoát ra. Van đầu vào là nước có kết nối với bộ phận tạo áp, sau đó nước sẽ dịch chuyển qua mẫu và thoát ra ngoài qua van bên dưới. Nước ở đầu vào và đầu ra được quan trắc độ dẫn điện theo thời gian, từ đó xác định được tổng thời gian dịch chuyển của nước qua mẫu. Mẫu trầm tích được đưa vào ống thiết bị có chiều dài 7 cm, đường kính ngang 3cm. Để đảm bảo mẫu khơng bị phá hủy trong quá trình thí nghiệm, mẫu được bao quanh bởi 1 ống cao su. Áp suất thành được duy trì nhằm đảm bảo nước chỉ chảy theo phương thẳng đứng.

Tính toán hệ số thấm K dựa vào định luật Darcy:

Trong phương trình trên, Q là thông số đầu vào đã được xác định trước, tiết diện ngang A được tính thơng qua đường kính ngang mẫu d (A = π (d/2)²), gradient thủy lực được xác định thông qua giá trị chênh lệch áp suất ΔP (bar) giữa 2 đầu ống mẫu.

Trong đó L là chiều dài mẫu được đo trong quá trình chuẩn bị thí nghiệm. Các thơng số trong phương trình đều được xác định, từ đó tính được hệ số thấm K.

<b>1.2.8. Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán phân tử </b>

Thiết bị thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán bao gồm 2 bình thủy tinh được kết nối với nhau thơng qua một tấm kính bề dày 1cm trên đó có thiết kết một lỗ trịn để đặt mẫu trầm tích cần thí nghiệm. Bình thủy tinh có thể tích khoảng 600ml trên đó có bố trí các van để lấy mẫu quan trắc (Hình 1.7).

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

32

Hình 1.7. Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán và cơng tác chuẩn bị mẫu a. Đưa mẫu vào khay

b. Kết nối khay mẫu với các bình

c. Lấy mẫu nước ở bình nhận

d. Đo đô ̣ dẫn điê ̣n của mẫu nước ở bình nhận

Đầu tiên, mẫu nguyên dạng được gia công và đặt vào khay để mẫu trên tấm kính nối giữa 2 bình (Hình 1.7a). Đường kính mẫu được xác định để tính tiết diện mẫu phục vụ tính toán. Kích thước mẫu ln để nhỏ hơn khay đựng mẫu để đảm bảo mẫu không bị xáo trộn, khe hở giữa mẫu và khay được phết silicon để đảm bảo độ phủ kín của mẫu trên khay. Tấm kính được đặt ở giữa 2 bình thủy tinh và kết nối thành hệ thống như hình vẽ 1.7.

Để xác định hệ số khuếch tán của mẫu sét người ta tiến hành đưa các dung dịch có nồng độ khác nhau vào hai bình và quan trắc tốc độ dịch chuyển của muối từ bình có nồng độ cao tới bình có nồng độ thấp. Để đơn giản trong quá trình tính

b

<small> b </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

33

<i>toán, 1 bình thủy tinh được đổ đầy nước deion, cịn gọi là ‘ bình nhận’, (có độ dẫn </i>

điện EC~4-10S/cm) và bình cịn lại được đổ đầy nước muối NaCl có độ dẫn điện tương đương với độ dẫn điện của nước biển (EC~51000S/cm).

Để loại trừ quá trình dịch chuyển vật chất do chênh lệch khối lượng riêng xảy ra, bình nước deion (bình nhận) được đặt ở bên trên, mẫu ở giữa và bình nước muối (bình cho) được đặt ở dưới. Như vậy ở đây chỉ có quá trình khuếch tán xảy ra. Độ dẫn điện ở bình nhận được quan trắc hằng ngày trong khoảng thời gian 50 ngày. Mẫu được lấy đo độ dẫn điện ở bình nhận sau đó được bơm trả lại để khơng ảnh hưởng đến nồng độ của dung dịch ở bình nhận trong các lần đo tiếp theo. Thiết bị đo độ dẫn điện này do hãng HACH LANGE sản xuất có model CDM230.

Trong tất cả các thí nghiệm cho thấy độ biến đổi độ dẫn điện tăng tuyến tính theo thời gian. Với kết quả thu được đủ điều kiện để áp dụng định luật thứ nhất của Fick để xác định hệ số khuếch tán [41]. Theo định luật Fick thứ nhất, lượng muối được chuyển từ bình cho sang bình nhận qua mẫu có thể xác định như sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

<b>1.2.9. Tổng hợp số liệu quan trắc thành phần hóa học nước dưới đất </b>

Các mẫu NDĐ của các lỗ khoan thuộc mạng lưới quan trắc Quốc gia được tiến hành lấy mẫu và phân tích thành phần hóa học 2 lần 1 năm. Trong luận án này, số liệu quan trắc TPHH năm 2011 được sử dụng để thành lập các bản đồ và để phân tích, đánh giá. Độ tổng khoáng hóa (mg/l) là chỉ tiêu được sử dụng để phân chia thành 3 loại hình nước bao gồm: nước nhạt (<1000mg/l), nước lợ (1000-3000mg/l) và nước mặn (>=3000mg/l). Bên cạnh đó, các chỉ tiêu khác cũng được sử dụng để giải thích nguồn gốc của NDĐ là 6 ion chính (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, CO<small>3</small>^2-, HCO<small>3</small>^-). Ngồi ra, các số liệu phân tích TPHH NDĐ của các cơng trình nghiên cứu khác [3, 5, 6, 7, 8, 11, 16, 28] cũng được sử dụng để đối chiếu cũng như bổ sung để lập bản đồ phân vùng mặn nhạt NDĐ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

35

<b>CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH RỬA MẶN NƯỚC LỖ RỖNG </b>

Quá trình rửa mặn nước lỗ rỗng xảy ra theo phương thức nào, nhanh hay chậm phụ thuộc vào các yếu tố tác động như điều kiện địa hình địa mạo, khí hậu, thủy văn, hải văn, điều kiện địa chất, điều kiện địa chất thủy văn... Mỗi yếu tố đóng một vài trò nhất định và tổng hợp tất cả các yếu tố đó sẽ ảnh hưởng tới tốc độ của quá trình rửa mặn nước lỗ rỗng.

<b>2.1. Địa hình địa mạo </b>

Điều kiện địa hình quyết định điều kiện vận động, trao đổi nước dẫn đến biến đổi độ tổng khoáng hóa, thành phần hóa học của NDĐ. Địa hình phân cắt càng mạnh, độ dốc lớn là điều kiện thuận lợi để hình thành nước nhạt, ngược lại địa hình bằng phẳng là điều kiện thuận lợi để quá trình xâm nhập mặn NDĐ xảy ra.

Vùng châu thổ Sơng Hồng có địa hình tương đối bằng phẳng và có xu hướng thấp dần từ Tây Bắc về phía Đơng và Đơng Nam. Ở phía Bắc, vùng châu thổ được giới hạn bởi dãy núi Tam Đảo-Yên Tử, phía Nam bởi dãy núi Ba Vì-Viên Nam, theo đường tiếp xúc giữa trầm tích Đệ Tứ và đá gốc, ở phía Đơng giới hạn bởi đường bờ biển. Giữa đồng bằng nổi lên những đồi sót đỉnh trịn với sườn thoải cao từ 25-45 đến 100m và lớn hơn. Với vị trí đặc biệt như vậy vùng CTSH có cả địa hình đồi núi sót, đồng bằng và ven biển tạo nên miền cấp, miền phân bố, miền thoát cũng như miền ảnh của biển ở phía Đông cho các tầng chứa nước Holocen, Pleistocen. Với đặc điểm đó, điều kiện địa hình tạo điều kiện thuận lợi cho nước mưa có xu hướng chảy vào trung tâm, các mạng xâm thực và thoát ra biển.

Ở các vùng đồi núi sót, các khu vực ven rìa đồng bằng nơi tiếp xúc giữa đá gốc và trầm tích Đệ Tứ là miền bổ cập cho nước dưới đất, điển hình là khu vực An Hải-Kiến An-Hải Phòng quanh dãy núi Con Voi, thấu kính nước nhạt nằm ở giữa khối nước mặn. Nước dưới đất được thành tạo chủ yếu từ nước mưa, nước thường nhạt. Ở vùng trung tâm đồng bằng có độ cao địa hình từ 8-10m, địa hình bằng phẳng là

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

36

nơi phân bố của tầng chứa nước Pleistocen, thành phần hóa học của nước dưới đất trong tầng này ít chịu ảnh hưởng của các tác nhân như khí tượng, thủy văn…

Ở các dải ven sông vùng ven biển Thái Bình, Nam Định, Hải Phòng, NDĐ trong các thành tạo Holocen hiện đại (Q<small>2</small>³) thường nhạt (chiều sâu <10m). Ngoài ra ở địa hình cồn cát ven biển, NDĐ được hình thành chủ yếu là tích tụ từ nước mưa. Độ khoáng hóa của NDĐ tăng dần theo độ sâu.

<b>2.2. Khí hậu </b>

Vùng châu thổ Sơng Hồng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa với 2 mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Đặc điểm về lượng mưa, lượng bốc hơi, giờ nắng…có thay đổi rõ rệt theo các mùa trong năm và cho các khu vực khác nhau trong toàn vùng.

Lượng mưa trung bình năm cho tồn vùng châu thổ từ 1033,1mm đến 2338,7mm và lượng bốc hơi từ 828,2 mm đến 1057,1 mm. Lượng mưa của mùa mưa chiếm từ 81.8% (Nam Định) đến 86.8% ( Phủ Liễn) tổng lượng mưa hàng năm, còn lượng bốc hơi chiếm 67.8% (Phủ liễn) đến 70.6% (Láng) tổng lượng bốc hơi. Ở phần Đông, Đông Nam đồng bằng từ Hà Nội ra biển, lượng mưa tăng dần. Từ đỉnh đồng bằng (Việt Trì) đến trung tâm (Hà Nội) lượng mưa gần như nhau. Từ trung tâm ra phía rìa Tây, Tây Nam và Bắc và Đơng Bắc lượng mưa có xu hướng tăng lên.

Nhiệt độ khơng khí cao nhất 35^oC - 39 ^oC, trung bình 23^oC-23,5 ^oC. Nhiệt độ trong ngày chênh lệch tương đối lớn 8^oC-15 ^oC về mùa hè và 4^oC-13^oC về mùa đông.

Trong kỷ Đệ tứ, điều kiện khí hậu cũng thay đổi theo thời gian với biểu hiện là sự thay đổi về nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm. Sự thay đổi của điều kiện khí hậu làm ảnh hưởng tới nguồn bổ cập do đó ảnh hưởng tới tốc độ rửa mặn của NLR và NDĐ trong

<i>các tầng trầm tích. Chi tiết về điều kiện cổ khí hậu được trình bày trong phần 4.4.2.4. </i>

<b>2.3. Điều kiện thủy văn, hải văn </b>

<i> Hệ thống sơng </i>

Vùng CTSH có mạng lưới sơng ngịi dày đặc với mật độ trung bình từ 0,7 đến 1 km/km2. Tồn vùng có hai hệ thống sơng chính là hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình. Các tài liệu nghiên cứu cũng như bản đồ vệ tinh cho thấy lịng sơng

</div>