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.