Untitled SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K1 2016 Trang 98 Phương pháp thủy văn đồng vị trong nghiên cứu nguồn gốc nước dưới đất Đồng Bằng Nam Bộ Lâm Hoàng Quốc Việt Nguyễn Việt Kỳ Kho[.]
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No.K1- 2016 Phương pháp thủy văn đồng vị nghiên cứu nguồn gốc nước đất Đồng Bằng Nam Bộ Lâm Hoàng Quốc Việt Nguyễn Việt Kỳ Khoa Kỹ thuật Địa Chất Dầu khí – Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 10 tháng năm 2015; hoàn chỉnh sửa chữa ngày 15 tháng 10 năm 2015) TÓM TẮT thời kỳ khác nhau, đồng thời xác định Đối với Nước đất đồng Nam nguồn bổ cấp đại số tầng đến tồn hai quan điểm chính, chứa nước nơng Qua cho thấy Kỹ thuật nước chơn vùi nước đất hình Thuỷ văn đồng vị phương pháp nghiên thành từ nước khí tượng, có bổ cấp đại cứu địa chất thuỷ văn tiên tiến Các kết nghiên cứu nước đất kỹ tiếp tục sử dụng để tìm hiểu khả có bổ thuật thủy văn đồng vị dựa đồng vị cấp đại tầng chứa nước sâu khu Oxy-18, Deteri số đồng vị phóng xạ tự vực Đồng Nam để tìm hiểu nhiên Trung tâm Hạt nhân TP.HCM tiến biến đổi nhiệt độ môi trường khứ hành thời gian qua cho thấy nước đất phục vụ nghiên cứu biến đổi khí hậu tầng chứa Đồng Nam hình thành từ nước khí tượng Từ khố: Thủy văn đồng vị, Nguồn gốc Nước đất, Oxy-18 Deteri GIỚI THIỆU Đồng Nam vùng cực nam Việt Nam, giới hạn toạ độ địa lý: từ 10030’ đến 12000’ vĩ độ bắc từ 103045’ đến 107000’ kinh độ đơng với diện tích 54 225 km2gồm có 18 đơn vị hành Theo đồ địa chất thuỷ văn tỷ lệ 1/200.000 Nam (1992), vùng Đồng Nam chia thành miền địa chất thuỷ văn cấp gồm: miền địa chất thuỷ văn Nam trung bộ, miền địa chất thuỷ văn trũng Cửu Long miền địa chất thuỷ văn Hà Tiên dựa nguyên tắc Cấu trúc địa chất thuỷ văn sở đơn vị kiến tạo Trang 98 Dựa nguyên tắc địa tầng – địa chất thuỷ văn, vùng Đồng Nam có phân vị địa tầng – địa chất thuỷ văn gồm tầng chứa nước sau[7]: Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holocen (qh) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen – (qp2-3) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen (qp1) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pliocen (n2) TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SOÁ K1- 2016 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Miocen (n13) Tầng chứa nước khe nứt - lỗ hổng thành tạo Bazan đệ tứ Tầng chứa nước khe nứt đá móng trước Kainozoi Hình Sự phân bố tầng chứa nước Đồng Nam Nguồn: Tài nguyên nước đất Đồng Nam bộ, tạp chí khoa học công nghệ thuỷ lợi số 14-2013 Nghiên cứu nguồn gốc nước đất Đồng Nam vấn đề phức tạp mà đến tồn hai quan điểm nước cónguồn gốc chơn vùi nước có nguồn gốc khí tượng Bằng phương pháp nghiên cứu thành phần hoá học nước đồ thị Piper tỷ số đặc trưng, tỷ số dự đoán, cho số kết luận: Thành phần hoá học nước đất thành tạo Holocen kết tác động nhiều yếu tố, yếu tố khí hậu, thuỷ văn, địa hình, thành phần thạch học, mức độ trao đổi nước đóng vai trò quan trọng Nước đất thành tạo Pleitocen thành tạo nước nhạt thấm cổ thay nước mặn bị ngăn cách theo phương ngang nước mặn trẻ Nước đất thành tạo Neogen có nguồn gốc nước nhạt thấm cổ thay nước mặn không bị ngăn cách nước mặn trẻ tầng Pleistocen che chắn tốt từ phía trên[4] Đồng thời kết hợp với phương pháp thuỷ văn đồng vị làm sáng tỏ vấn đề trình hình thành nguồn gốc nước đất (bổ cập nước khí tượng, bốc hơi, hồ tan, hỗn hợp) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân ứng dụng ngày rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học khác Địa chất thuỷ văn đồng vị ứng dụng quan trọng kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu Địa chất thuỷ văn Các kết nghiên cứu Địa chất thuỷ văn phương pháp đồng vị nhiều nước giới khẳng định tính chất ưu việt phương pháp độ tin cậy hiệu kinh tế cao Việc dùng đồng vị mơi trường (O-18, H-3, C-14, …) nghiên cứu Địa chất thuỷ văn vùng đồng Nam thực từ năm 1982[5] Để có sơ tranh đồng vị mơi trường nước đất đồng Nam bộ, tổng cộng 208 mẫu lấy từ tất tầng chứa nước hữu 83 mẫu lấy giai đoạn 1982 – 1983 TS J.F Arranyossy GS Trần Kim Thạch thực số mẫu lại thu thập phòng Thuỷ văn đồng vị, Trung tâm Hạt nhân TPHCM Sơ đồ vị trí điểm lấy mẫu trình bày Hình 2.1 Một số khái niệm đồng vị Đồng vị nguyên tử nguyên tố, có số proton giống khác số notoron hạt nhân (khác khối lượng) Đồng vị có hạt nhân ổn định gọi đồng vị bền, đồng vị có hạt nhân khơng ổn định có khả tự phân rã, phát tia phóng xạ, tạo thành đồng vị gọi đồng vị phóng xạ Các đồng vị xuất môi trường tự nhiên, có thành phần thay đổi khơng phụ thuộc vào tác động người gọi đồng vị môi trường Các đồng vị môi trường sử dụng nhiều nghiên cứu Địa chất thuỷ văn Trang 99 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No.K1- 2016 đồng vị bền Oxy (O-18), hydro (H-2), Cacbon (C-13) đồng vị phóng xạ Triti (H-3), Cacbon (C-14) (Hình 3) Nguồn: Environmental isotopes in the hydrological cycle, Technical documents in hydrology No.39 Vol.1 UNESCO, Paris, 2000 2.2 Các đồng vị bền Oxy 18 Deteri Đại dương bể chứa đồng vị bền lớn hành tinh, hàm lượng đồng vị bền nước đại dương chọn làm tiêu chuẩn gọi SMOW (Standard Mean Ocean Water)[2] Hàm lượng đồng vị bền loại nước đo giá trị tương đối so với SMOW, ký hiệu δ, đơn vị ‰ SMOW δ(‰) = (Rx/ Rs – 1) x 1000 (1) Trong Rx Rs biểu thị tỷ số đồng vị nặng đồng vị nhẹ (18O/16O D/H)[6] Có thể tóm tắt quy luật phân bố đồng vị bền nước thiên nhiên sau: Hình Sơ đồ vị trí lấy mẫu Vùng đồng Nam Nguồn: Báo cáo “Một số kết ứng dụng kỹ thuật hạt nhân kỹ thuật đồng vị nghiên cứu bảo vệ tài nguyên nước”, Trung tâm Hạt nhân TPHCM, 2003 Trong khí quyển, đồng vị bền phân bố theo quy luật giảm dần từ thấp lên cao (hiệu ứng độ cao), từ xích đạo hai cực (hiệu ứng vĩ độ), từ biển vào lục địa (hiệu ứng lục địa), theo tăng cường độ mưa (hiệu ứng lượng mưa) Ngoài ra, thành phần đồng vị thay đổi theo mùa, nước mưa mùa hè giàu đồng vị nặng mùa đông[2] Kết nghiên cứu từ dự án IAEA/WMO (International Atomic Energy Agency – World Meteorological Organization) cho phép lập đồ phân bố hàm lượng Oxy18 nước mưa giới đồ thị quan hệ tuyến tính δ18O δD, đường thẳng có phương trình: δD = (8,167 ± 0,079)δ18O + (10,55 ± 0,64) (2) Hình Các đồng vị mơi trường chu trình thuỷ văn Trang 100 Đường thẳng có tên GMWL (Global Meteorical Water Line) GMWL dùng làm đường chuẩn để so sánh thành phần đồng vị loại nước thành tạo điều kiện khí hậu khác nhau[1] Nước thành tạo khí hậu khơ, trình bay mạnh điểm giá trị hàm lượng đồng vị bền nước nằm lệch phía bên phải GMWL; điều kiện ngưng tụ, điểm giá trị hàm lượng đồng vị bền nước TAÏP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K1- 2016 nằm bên trái GMWL Trên sở xác định nguồn gốc nước hợp hai hay nhiều loại nước có nguồn gốc khác nhau, pha trộn nước trẻ với nước chôn vùi nước nguyên sinh Dựa vào thành phần đồng vị, xác định nguồn gốc chủ yếu loại nước nghiên cứu KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Xử lý thống kê số liệu phân tích cho “đặc trưng đồng vị bền” nước đất cáctầng chứa, nước mưa (2011) nước mặtở Đồng Nam Bảng sau: Bảng Đặc trưng đồng vị bền tầng chứa nước Đồng Nam Hàm lượng O18 (‰) Hình Đồ thị đường nước khí tượng giới Global Meteorical Water Line Nguồn: Lecture National training Course on Isotope hydrology for Enhancement of capacity in application of Isotope techniques in Assessment and management of water resource, Ho Chi Minh city, April 2014 Nước sông phản ánh thành phần đồng vị nước khí tượng Tuy nhiên, sơng lớn thể pha trộn đồng vị nước mưa qua nhiều vùng có điều kiện khí hậu khác nhau, cịn nước sơng nhỏ phản ánh rõ thành phần đồng vị nước mưa địa phương Sự thay đổi thành phần đồng vị nước sông so với quy luật chung chúng cho phép phát cung cấp nước đất cho nước sông khu vực thời gian quan sát cụ thể ngược lại Trong vòng tuần hồn chung nước thiên nhiên, khí nước đất có liên hệ trực tiếp với Nước thổ nhưỡng nước tầng chứa nông cung cấp trực tiếp nước mưa nước mặt, chúng phản ánh thành phần đồng vị đặc trưng loại nước Nếu có thay đổi nghĩa có pha trộn chúng với loại nước khác Nước đất thường hỗn Nhóm nước Hàm lượng D (‰) Trung bình Độ lệch chuẩn Trung bình Độ lệch chuẩn Nước mặt -6,35 0,37 -41,30 2,50 Nước mưa -7,14 1,71 -38,15 14,12 qp3 -6,35 0,77 -46,90 5,90 qp23 -6,37 0,78 -46,10 5,80 qp1 -6,50 0,63 -45,05 3,70 n22 -7,02 1,39 -47,10 9,30 n21 -7,01 0,42 -50,15 3,50 n13 -6,66 1,48 -46,85 10,20 Mz - - - - Trang 101 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No.K1- 2016 Trong đó: Bảng Số lượng mẫu lấy tầng chứa nước Đồng Nam Tầng chứa qp3 qp23 qp1 n22 n21 n13 Mz Tổng Số mẫu 52 57 24 34 21 20 208 Theo kết báo cáo kỳ chương trình quan trắc thành phần đồng vị nước mưa vùng Đồng Nam giai đoạn 2007 – 2015, đồ thị quan hệ tuyến tính , đường thẳng có phương trình: δD = 6,55δ18O + 4,6 Hình Đồ thị quan hệ Oxy-18 Deteri tầng chứa nước khu vực Bắc sông Tiền (3) Quan hệ hàm lượng Oxy-18 Deteri mẫu thu thập biểu diễn Hình Hình Đồ thị quan hệ Oxy-18 Deteri tầng chứa nước khu vực Đồng Bằng Nam Đồ thị quan hệ hàm lượng Oxy-18 Deteri mẫu thu thập chia thành khu vực Bắc sông Tiền, Nam sông Hậu khu vực sơng sau: Trang 102 Hình Đồ thị quan hệ Oxy-18 Deteri tầng chứa nước khu vực sông Tiền sơng Hậu TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K1- 2016 Hình Đồ thị quan hệ Oxy-18 Detericủa tầng chứa nướckhu vực Nam sông Hậu Nguồn gốc nước đất Đồng Nam đánh giá sở nghiên cứu thành phần đồng vị bền nước qua quan hệ hàm lượng Oxy-18 Deteri (Hình 5), hầu hết điểm quan hệ hàm lượng Oxy-18 Deteri Nước đất Đồng Nam bộphân bố dọc theo đường nước khí tượng ĐBNB nằm lệch bên phải so với đường nước khí tượng ĐBNB (Hình 5) cho thấy nguồn gốc điều kiện thành tạo Nước đất Đồng Nam nước có nguồn gốc khí tượng thành tạo điều kiện bị bay hơi, cụ thể tầng sau: Các điểm giá trị nước tầng Pleistocen (qp3), Pleistocen - (qp23), Pleistocen (qp1)có vùng phân bố quanh điểm giá trị nước mưa nước mặt(Hình 5) cho thấy nước tầng Pleistocen Đồng Nam có quan hệ thuỷ lực với nước mặt bổ cấp từ nước mưa đạithông qua vùng lộ nằm phạm vi đồng vùng lân cận Nước đất nằm tầng Pliocen (n22), Pliocen (n21) tầng Miocen (n13) có nguồn gốc khí tượng.Các điểm giá trị nước tầng có xu hướng phân bố đường hoà trộn với nước biển (Estuarine mixing line (Hình 5)) cho thấy nước tầng có hồ trộn với nước biển.Đặc biệt tầng nước sâu Pliocen (n21) tầng Miocen (n13) với điểm giá trị phân bố gần gốc toạ độ cho thấy trao đổi với nước biển có tuổi trẻ Miền bổ cấp cho tầng chứa ước lượng độ cao tương ứng 130m – 190m cao miền bổ cấp tầng chứa Pleistocene Các miền bổ cấp tương ứng với vùng kéo dài đồng phía đơng bắc vùng cao nằm lãnh thổ Campuchia Ngoài ra, số điểm giá trị phân bố quanh điểm giá trị nước mặt cho thấy có khả có quan hệ thuỷ lực tầng chứa với nước mặt khu vực phía đơng ĐBNB Nước tầng đá gốc (Mz) chưa nghiên cứu cụ thể Ở khu vực phía Bắc sơng Tiền, điểm giá trị Oxy-18 Deteri phân bố tập trung xa điểm nước mặt so với khu vực sơng khu vực Nam sơng Hậu (Hình 6) Ở khu vực sông Tiền sông Hậu điểm giá trị Oxy-18 Deteri phân bố gần điểm giá trị nước mặt trừ điểm tầng Miocen (n13) số điểm tầng Pliocen (n21) (Hình 7) Ở khu vực nam sơng Hậu, điểm giá trị Oxy-18 Deteri phân bố tập trung xung quanh điểm nước mặt (Hình 8) Qua cho thấy khu vực phía Bắc sơng Tiền khơng có bổ cập nước mặt tầng nước sâu Pliocen (n21), tầng Miocen (n13) quan hệ thuỷ lực với tầng nước nông rõ Đối với khu vực sơng có quan hệ thuỷ lực nước mặt với tầng chứa trừ tầng Pliocen (n21) tầng Miocen (n13) Đối với khu vực phía Nam sông Hậu cách tầng không tốt nên có khả có trao đổi nước tầng chứa làm cho điểm giá trị Oxy-18 Deteri phân bố tập trung xung quanh điểm nước mặt Trang 103 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No.K1- 2016 KẾT LUẬN Các số liệu đồng vị chưa đầy đủ phần cho thấy nguồn gốc điều kiện thành tạo Nước đất Đồng Nam nước có nguồn gốc khí tượng thành tạo điều kiện bị bay mà phương pháp địa chất thuỷ văn truyền thống khó cho kết minh bạch Nước tầng Pleistocen (qp3), Pleistocen - (qp23), Pleistocen (qp1) bổ cấp từ nước mưa đại thông qua vùng lộ nằm phạm vi đồng vùng lân cận Nước đất nằm tầng Pliocen (n22), Pliocen (n21) tầng Miocen (n13)có miền bổ cấp vùng kéo dài đồng phía đơng bắc vùng cao nằm lãnh thổ Campuchia, dự báo khả có quan hệ thuỷ lực nước mặt với nước đất tầng chứa NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 125 mẫu đồng vị bền thu thập bổ sung đặc biệt tầng chứa nước sâu Pliocen (n22), Pliocen (n21) tầng Miocen (n13) khu vực Đồng Nam so với kết nghiên cứu giai đoạn 1982 – 1983 83 mẫu Qua việc giải đốn số Trang 104 liệu đồng vị bền đồng vị phóng xạ theo nguyên tắc địa tầng – địa chất thuỷ văn, vùng Đồng Nam có phân vị địa tầng – địa chất thuỷ văn cho kết cụ thể rõ ràng so với kết nghiên cứu giai đoạn 1982 – 1983 có tầng chứa nước.Và miền bổ cấp cho tầng chứa nước khu vực Đồng Nam dự báo khả có quan hệ thuỷ lực nước đất với nước mặt khu vực Các số liệu tầng nước sâu hạn chế, đặc biệt tầng đá gốc Mz (chưa có số liệu) cần thu thập bổ sung nghiên cứu đầy đủ Mật độ lấy mẫu nghiên cứu thưa, chưa xác định quy luật phân bố loại nước có nguồn gốc khác khu vực Đồng Nam Số liệu đồng vị bền khu vực sơng Tiền sơng Hậu cịn hạn chế Đặc biệt tầng Pleistocen (qp1) tầng Pliocen (n22) chưa có số liệu Cần kết hợp với số liệu nghiên cứu tuổi Cacbon 14 Triti để minh giải rõ ràng hiệu nguồn bổ cập, mối liên hệ nước đại với nước cổ, hướng vận động,… TAÏP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K1- 2016 Applicationisotope hydrology method research aboutoriginal groundwater of Nam Bo Plain Lam Hoang Quoc Viet Nguyen Viet Ky Faculty of Geology and Petroleum Engineering, Ho Chi Minh city University of Technology, VNU-HCMC ABSTRACT There are two main points of view about ofNam Bo Plainis formed from meteorological underground water in Nam Bo Plain These are: water in different periods They also reveal the fossil water and groundwater formed from water recharge sources of some shallow aquifers meteorology The research results about Therefore, Isotope hydrology technique is a underground water using isotope hydrology good method for studying about recharging of techniques based on the isotope oxygen-18, the deep aquifers at Nam Bo Plain as well as to Deterium and some natural radioisotopes learn the environmental temperature change in the past for research climate change now conducted by Center for Nuclear techniques show that underground water in the aquifer Key words: Isotope hydrology, Original Groundwater, Oxygen 18, Deterium TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W.G Mook, Environmental isotopes in the hydrological cycle, Technical documents in hydrology No.39 Vol.1 UNESCO, Paris, 2000 dò khai thác nước đất trầm tích Kainozoi Đồng Nam bộ”, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, 1996 [2] V.K Tuyến, Luận án tiến sĩ “Phương pháp đồng vị nghiên cứu tuổi nguồn gốc nước đất trầm tích đệ tứ Đồng Bắc bộ”, Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội, 1995 [5] N.K Chính, Báo cáo “Một số kết ứng dụng kỹ thuật hạt nhân kỹ thuật đồng vị nghiên cứu bảo vệ tài nguyên nước”, Phòng thuỷ văn đồng vị - Trung tâm Hạt nhân TPHCM, 2003 [3] Đ.V Cánh, Tài nguyên nước đất Đồng Nam bộ, tạp chí khoa học cơng nghệ thuỷ lợi số 14, 2013 [4] Đ.T Hùng, Luận án tiến sĩ “Sự hình thành thành phần hố học nước đất ý nghĩa tiền đề tìm kiếm thăm [6] S.K Gupta, Modern Hydrology and Sustainable water development, A Jonh Wiley & Sons, Ltd, 2011 [7] Nước đất Đồng Nam Bộ, Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, 1998 Trang 105 ... thuỷ văn đồng vị ứng dụng quan trọng kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu Địa chất thuỷ văn Các kết nghiên cứu Địa chất thuỷ văn phương pháp đồng vị nhiều nước giới khẳng định tính chất ưu việt phương pháp. .. kinh tế cao Việc dùng đồng vị môi trường (O-18, H-3, C-14, …) nghiên cứu Địa chất thuỷ văn vùng đồng Nam thực từ năm 1982[5] Để có sơ tranh đồng vị môi trường nước đất đồng Nam bộ, tổng cộng 208... phân bố đồng vị bền nước thiên nhiên sau: Hình Sơ đồ vị trí lấy mẫu Vùng đồng Nam Nguồn: Báo cáo “Một số kết ứng dụng kỹ thuật hạt nhân kỹ thuật đồng vị nghiên cứu bảo vệ tài nguyên nước? ??, Trung