Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đện tứ vùng nam định ( Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đện tứ vùng nam định ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đện tứ vùng nam định ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đện tứ vùng nam định ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đện tứ vùng nam định ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đện tứ vùng nam định ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đện tứ vùng nam định ( Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

HOÀNG VĂN HOAN

NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC DƯỚI ĐẤT

TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÙNG NAM ĐỊNH

Ngành: Kỹ thuật địa chất

Mã số: 62.52.05.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS Phạm Quý Nhân 2: PGS.TS Flemming Larsen

Hà Nội - 2014

ii

LỜI CAM ĐOAN

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

Tác giả luận án

Hoàng Văn Hoan

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 - TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC DƯỚI ĐẤT 10

1.1 Tổng quan về nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ trên thế giới 11

1.1.1 Nhóm đánh giá hiện trạng và xác định nguyên nhân 11

1.1.2 Nhóm nghiên cứu cơ chế dịch chuyển vật chất, ảnh hưởng tỷ trọng 14

1.1.3 Nhóm nghiên cứu xâm nhập mặn cổ, ứng dụng kỹ thuật đồng vị 15

1.1.4 Nhóm dự báo và đánh giá xâm nhập mặn bằng mô hình số 16

1.1.5 Nhóm nghiên cứu các giải pháp hạn chế xâm nhập mặn 17

1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ ở Việt Nam 18

1.3 Lịch sử nghiên cứu địa chất, ĐCTV vùng Nam Định 22

Chương 2 - SỰ HÌNH THÀNH THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT 29

2.1 Vị trí vùng nghiên cứu 29

2.2 Đặc điểm địa chất 30

2.2.1 Đặc điểm địa tầng 30

2.2.2 Đặc điểm cấu trúc vùng nghiên cứu 34

2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 40

2.3.1 Các tầng chứa nước 40

2.3.2 Các thành tạo địa chất nghèo nước, cách nước 44

2.3.3 Đặc điểm thuỷ địa hoá 45

2.3.4 Cấu trúc ĐCTV vùng nghiên cứu 46

2.4 Quá trình hình thành thấu kính nước nhạt 47

2.4.1 Quá trình tiến hóa trầm tích trong Kainozoi 47

2.4.2 Giả thiết về quá trình hình thành thấu kính nước nhạt 53

2.5 Nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt 60

iv

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu 60

2.5.2 Kết quả nghiên cứu 63

2.5.3 Phân tích và thảo luận kết quả 67

Chương 3 - NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG PHÂN BỐ MẶN NHẠT NDĐ 72

3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp áp dụng 72

3.1.1 Điện trở suất của tầng chứa nước 72

3.1.2 Cơ sở phương pháp trường chuyển 74

3.1.3 Cơ sở phương pháp đo cảm ứng (đo độ dẫn) 76

3.2 Kết quả áp dụng phương pháp trường chuyển 77

3.2.1 Vị trí khu vực khảo sát 77

3.2.2 Kết quả khảo sát 78

3.2.3 Phân tích kết quả khảo sát 82

3.3 Kết quả xác định phân bố mặn-nhạt nước dưới đất bằng phương pháp địa vật lý lỗ khoan 84

3.3.1 Vị trí khảo sát và khối lượng thực hiện 84

3.3.2 Kết quả xác định hiện trạng phân bố mặm-nhạt theo chiều sâu 84

3.4 Kết quả khoan khảo sát ĐCTV 86

3.5 Kết quả phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng 86

3.6 Tổng hợp kết quả xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ vùng NĐ 91

Chương 4 - CƠ CHẾ XÂM NHẬP MẶN THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN 96

4.1 Cơ sở lý thuyết về dịch chuyển chất hòa tan trong NDĐ 96

4.1.1 Các quá trình dịch chuyển chất hòa tan 96

4.1.2 Đặc trưng của dịch chuyển mặn trong NDĐ 100

4.2 Cơ chế xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN qp vùng Nam Định 104

4.2.1 Khái niệm chung và định hướng nghiên cứu cơ chế xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen 104

4.2.2 Xâm nhập mặn TCN Pleistocen từ lớp thấm nước yếu 106

4.2.3 Xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen do ảnh hưởng của chênh lệch mực nước 117

Chương 5 - DIỄN BIẾN XÂM NHẬP MẶN THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN 123

5.1 Xâm nhập mặn TCN Pleistocen do ảnh hưởng lớp thấm nước yếu 123

5.1.1 Xâm nhập mặn do ảnh hưởng của quá trình khuếch tán phân tử và phân

dị trọng lực 123

5.1.2 Giới hạn xảy ra quá trình khuếch tán phân tử và phân dị trọng lực 126

5.2 Diễn biến xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen do ảnh hưởng của khai thác 127

5.2.1 Kết quả tính toán dịch chuyển biên mặn theo tài liệu quan trắc NDĐ 127 5.2.2 Kết quả dự báo xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen bằng phương pháp mô hình số 129

5.3 Giải pháp khắc phục, hạn chế xâm nhập mặn vùng Nam Định 139

5.3.1 Giải pháp khắc phục, hạn chế xâm nhập mặn 139

5.3.2 Giải pháp khai thác, sử dụng nước dưới đất 140

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ 145

TÀI LIỆU THAM KHẢO 148

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BP Trước thời điểm hiện tại

DIC Hợp chất Cacbon vô cơ

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần đồng vị bền của NDĐ và nước mặt (tháng 5/2010) 64

Bảng 2.2: Thành phần đồng vị bền của NDĐ tháng 8/2011 và tháng 3/2012 64

Bảng 2.3: Thành phần đồng vị bền trong nước biển và nước mưa năm 2011 65

Bảng 2.4: Tuổi của NDĐ xác định qua hoạt độ phóng xạ của 14C trong DIC của NDĐ 66

Bảng 2.5: Thành phần đồng vị bền 13C trong NDĐ 66

Bảng 2.6: Kết quả phân tích thành phần đồng vị bền và các đồng vị khí trơ và Triti 67

Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả đo trường chuyển khu vực nghiên cứu 81

Bảng 3.2: Kết quả phân tích thành phần hóa học NDĐ vùng nghiên cứu 87

Bảng 3.3: Kết quả phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng, lỗ khoan VietAS_ND 01 88 Bảng 3.4: Kết quả phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng lỗ khoan VietAS_ND 02 89 Bảng 3.5: Bảng tổng hợp các dạng công tác đã thực hiện phục vụ cho nghiên cứu 92

Bảng 4.1: Kết quả xác định chiều dày lớp trầm tích biển qua kết quả đo ĐVL lỗ khoan 107 Bảng 4.2: Kết quả phân tích TPHH và đồng vị bền nước lỗ rỗng tại LK VietAS_ND01 113 Bảng 4.3: Kết quả phân tích TPHH và đồng vị bền nước lỗ rỗng tại LK VietAS_ND02 114 Bảng 4.4: Kết quả phân tích thành phần thạch học TCN Pleistocen 118

Bảng 4.5: Thống kê kết quả xác định hệ số dẫn nước TCN Pleistocen 119

Bảng 5.1: Kết quả xác định dòng mặn ảnh hưởng tại các vị trí nghiên cứu 125

Bảng 5.2: Thống kê các công trình khai thác nước tập trung 133

Bảng 5.3: Thống kê các công trình khai thác lẻ 133

Bảng 5.4: Thống kê các lỗ khoan khai thác nước UNICEF 133

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1: Vị trí vùng nghiên cứu 29

Hình 2.2: Địa tầng lỗ khoan TB-DK-1X 31

Hình 2.3: Kiểu trầm tích biển vùng nghiên cứu 34

Hình 2.4: Cấu trúc địa chất phía tây, tây bắc vùng nghiên cứu 36

Hình 2.5: Vị trí vùng nghiên cứu và cấu trúc bể trầm tích Sông Hồng 38

Hình 2.6: Sơ đồ vị trí tuyến thăm dò địa chấn 2D 38

Hình 2.7: Các tuyến mặt cắt địa chấn song song với đường bờ biển 39

Hình 2.8: Dao động mực nước tại lỗ khoan VietAS_ND02, TCN Pleistocen 42

Hình 2.9: Dao động mực nước biển và TCN qp tại lỗ khoan Q225b 42

Hình 2.10:Diễn biến mực nước các TCN trong khu vực từ 1994 đến 2014 43

Hình 2.11:Mực nước biển từ thời kỳ Pleistocen muộn đến nay 51

Hình 2.12:Sơ đồ minh họa quá trình tiến hóa trầm tích trong 9.000 năm trở lại đây 54

Hình 2.13:Sơ đồ tiến hóa trầm tích trong kỷ Đệ tứ 55

Hình 2.14:Sơ đồ đẳng áp TCN Pleistocen và vị trí tuyến mặt cắt 57

Hình 2.15:Mô hình khái niệm về lịch sử phát triển ĐCTV trong Kainozoi 58

Hình 2.16:Mô hình 2D mô phỏng quá trình hình thành thấu kính nước nhạt 59

Hình 2.17:Sơ đồ vị trí lấy mẫu đồng vị và tuyến mặt cắt 63

Hình 2.18:Kết quả phân tích thành phần đồng vị bền của các loại nước 68

Hình 2.19:Sự biến đổi của δ18O trong NDĐ theo chiều sâu 68

Hình 2.20:Diễn biến mực nước TCN Pleistocen và Triat tại cụm quan trắc Q92 69

Hình 2.21:Diễn biến mực nước TCN Pleistocen và Neogen tại cụm quan trắc Q109 69

Hình 2.22:Sơ đồ đẳng tuổi TCN Pleistocen 70

Hình 2.23:Sơ đồ đẳng tuổi TCN Neogen 70

Hình 2.24:Mô hình khái niệm về hướng vận động của NDĐ 70

Hình 2.25:Sơ đồ vận động của NDĐ cung cấp cho thấu kính nước nhạt vùng Nam Định 71 Hình 3.1: Khoảng biến đổi giá trị điện trở suất và độ dẫn điện của đất đá 74

Hình 3.2: Đường đặc tính và nguyên tắc của phương pháp trường chuyển 75

Hình 3.3: Mô hình dòng xoáy cảm ứng thay đổi theo thời gian 76

ix

Hình 3.4: Nguyên lý tổng hợp của Zond đo độ dẫn điện 77

Hình 3.5: Vị trí các điểm đo trường chuyển 78

Hình 3.6: Kết quả đo dòng cảm ứng và mức độ nhiễu tại điểm đo 79

Hình 3.7: Kết quả giải đoán tài liệu trường chuyển 79

Hình 3.8: Vị trí các cặp số liệu tương quan 80

Hình 3.9: Tương quan hồi qui giữa TDS và điện trở suất trong vùng nghiên cứu 80

Hình 3.10:Kết quả đo trường chuyển theo tuyến mặt cắt 81

Hình 3.11:Phân bố điện trở suất tại độ sâu 25÷30m (hệ tầng Hải Hưng) 83

Hình 3.12:Phân bố điện trở suất tại độ sâu 55÷60m (hệ tầng Vĩnh Phúc) 83

Hình 3.13:Sơ đồ vị trí lỗ khoan đo ĐVL, lỗ khoan lấy mẫu trầm tích ép nước lỗ rỗng 84

Hình 3.14:Sự phân bố độ dẫn điện của tầng theo chiều sâu 85

Hình 3.15:Sự biến đổi độ dẫn điện của tầng và của nước lỗ rỗng theo chiều sâu 90

Hình 3.16:Tương quan giữa độ dẫn điện của tầng và độ dẫn điện của nước lỗ rỗng 90

Hình 3.17:Đồ thị tương quan giữa hàm lượng Cl- với độ dẫn điện của nước lỗ rỗng 90

Hình 3.18:Đồ thị tương quan giữa hàm lượng Na+ với độ dẫn điện của nước lỗ rỗng 90

Hình 3.19:Đồ thị tương quan giữa hàm lượng Cl- với độ dẫn điện của tầng 91

Hình 3.20:Đồ thị tương quan giữa hàm lượng Na+ với độ dẫn điện của tầng 91

Hình 3.21:Mặt cắt thủy địa hóa - phân bố hàm lượng TDS của nước lỗ rỗng 91

Hình 3.22:Sơ đồ phân bố hàm lượng TDS trong TCN Holocen 93

Hình 3.23:Sơ đồ phân bố hàm lượng TDS trong TCN Pleistocen 93

Hình 3.24:Kết quả xác định ranh giới mặn-nhạt TCN Pleistocen vùng nghiên cứu 94

Hình 3.25:Mô hình khái niệm phân bố mặn nhạt theo tuyến mặt cắt 94

Hình 4.1: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tán cơ học trong các điều kiện 97

Hình 4.2: Đường dòng trong môi trường lỗ hổng dưới tác dụng của QT phân tán TĐL 98

Hình 4.3: Mô phỏng quãng đường DCVC trong MT chất lỏng và MT trầm tích 100

Hình 4.4: Cân bằng thủy tĩnh giữa nước mặn và nhạt 102

Hình 4.5: Phân bố mặn nhạt NDĐ trong cồn cát ven biển 102

Hình 4.6: Dòng chảy mặn do ảnh hưởng của tỷ trọng 103

Hình 4.7: Sơ đồ vị trí khảo sát sự phân bố của lớp thấm nước yếu 108

Hình 4.8: Phân bố của lớp thấm nước yếu theo chiều sâu 108

Hình 4.9: Sơ đồ đẳng chiều dày lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển vùng Nam Định 109

Hình 4.10:Phân bố theo chiều sâu của đồng vị bền và EC tại LK VietAS_ND01 111

Hình 4.11:Thành phần đồng vị bền của nước lỗ rỗng, nước biển và nước TCN qp 111

Hình 4.12:Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán 112

Hình 4.13:Kết quả xác định hệ số khuếch tán 112

Hình 4.14:Kết quả mô hình 1D, mô phỏng diễn biến nồng độ muối theo thời gian, 113

Hình 4.15:Phân bố độ dẫn điện, hàm lượng Cl-, δ18O trên cơ sở phân tích nước lỗ rỗng và kết quả đo karota tại lỗ khoan VietAS_ND01 115

Hình 4.16:Phân bố độ dẫn điện, hàm lượng Cl-, δ18O trên cơ sở phân tích nước lỗ rỗng và kết quả đo karota tại lỗ khoan VietAS_ND02 115

Hình 4.17:Tương quan giữa độ mặn (Cl-) và nguồn gốc của NDĐ (δ18O) 116

Hình 4.18:Xâm nhập mặn TCN từ lớp sét nguồn gốc biển 116

Hình 4.19:Diễn biến mực nước TCN Pleistocen từ năm 1994 đến năm 2014 120

Hình 4.20:Sơ đồ đẳng áp và hướng dòng chảy NDĐ, TCN qp (năm 2012) 121

Hình 4.21:Mặt cắt mô phỏng cơ chế xâm nhập mặn vùng Nam Định 122

Hình 5.1: Dòng mặn ảnh hưởng tới TCN Pleistocen từ lớp thấm nước yếu 125

Hình 5.2: Diễn biến mặn nhạt TCN Pleistocen trên cơ sở kết quả khảo sát 128

Hình 5.3: Số liệu quan trắc thành phần hóa học NDĐ tầng qp tại ranh giới mặn-nhạt 128

Hình 5.4: Cấu trúc các lớp trong mô hình khu vực Nam Định 130

Hình 5.5: Diễn biến mực nước tại công trình quan trắc Q109, TCN Holocen 131

Hình 5.6: Xây dựng ô lưới trên mô hình GMS 131

Hình 5.7: Kết quả mực nước tính toán và mực nước quan trắc thực tế tại Q108a 133

Hình 5.8: Kết quả mực nước tính toán và mực nước quan trắc thực tế tại Q109a 134

Hình 5.9: Kết quả mực nước tính toán và mực nước quan trắc thực tế tại Q110a 134

Hình 5.10:Phân bố hàm lượng TDS ban đầu 135

Hình 5.11:Diễn biến mực nước và dân số theo thời gian 135

Hình 5.12:Tương quan giữa dân số và độ sâu mực nước tại LK quan trắc Q109a 135

Hình 5.13:Đồ thị gia tăng dân số theo thời gian 136

Hình 5.14:Kết quả dự báo xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN qp, kịch bản 1 136

xi

Hình 5.15:Kết quả dự báo xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN qp, kịch bản 2 137

Hình 5.16:Vị trí các điểm quan trắc diễn biến hàm lượng TDS trên mô hình 138

Hình 5.17:Biến đổi hàm lượng TDS tại vị trí OB01 (kịch bản 1) 138

Hình 5.18:Biến đổi hàm lượng TDS tại vị trí OB01 (kịch bản 2) 138

Hình 5.19:Biến đổi hàm lượng TDS tại vị trí OB02 (kịch bản 1) 138

Hình 5.20:Biến đổi hàm lượng TDS tại vị trí OB02 (kịch bản 2) 138

Hình 5.21:Biến đổi hàm lượng TDS tại vị trí OB03 (kịch bản 1) 139

Hình 5.22:Biến đổi hàm lượng TDS tại vị trí OB03 (kịch bản 2) 139

Hình 5.23:Sơ đồ phân bố dân cư trong vùng nghiên cứu 141

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3.260km, khu vực ven biển là nơi tập trung dân cư, trung tâm kinh tế, giao thông quan trọng của đất nước Ở đó, nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt, sản xuất không ngừng tăng lên cùng với sự phát triển kinh tế-xã hội Do vậy, khả năng xâm nhập của nước mặn vào các tầng chứa nước (TCN), thấu kính nước nhạt đang có nguy cơ ngày càng gia tăng, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng hiện nay, mà nước ta là một trong các quốc gia chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nhất

Nằm ở phía đông nam đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB), trên địa bàn các huyện Hải Hậu, Nghĩa Hưng, một phần các huyện Giao Thủy, Xuân Trường, Nam Trực, Trực Ninh, tỉnh Nam Định và một phần các huyện Kim Sơn, Yên Khánh, Hoa Lư, TP Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình tồn tại thấu kính nước dưới đất (NDĐ) nhạt trong các trầm tích Kainozoi, thấu kính này phân bố ở các độ sâu từ 60÷70m đến trên 120m Hiện nay, nguồn NDĐ này đang được khai thác để phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất của nhân dân trong vùng với số lượng lỗ khoan khai thác cũng như lưu lượng khai thác tăng nhanh do nhu cầu sử dụng lớn

Với trữ lượng khai thác tiềm năng của thấu kính chỉ khoảng 203.445 m3/ngđ [50], mà nhu cầu khai thác lớn, trong khi đó mực nước có xu hướng hạ thấp đáng kể (0,5m đến 0,7m/năm) Chính vì vậy, nguy cơ xâm nhập mặn đã và đang diễn ra do các hoạt động khai thác NDĐ và trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nước biển dâng trên toàn cầu

Để giải quyết vấn đề phát triển bền vững của vùng, cần thiết phải nghiên cứu sự phân bố, hình thành, biến đổi chất và lượng của thấu kính nước nhạt này nhằm phục

vụ cho việc khai thác bền vững, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế của địa phương

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích: Đề tài “Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích Đệ tứ vùng

Nam Định” với các mục đích:

- Nghiên cứu quá trình hình thành thấu kính nước nhạt;

- Xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ trong vùng nghiên cứu;

- Xác định cơ chế xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen;

- Đánh giá vai trò của các cơ chế trong quá trình xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt

Nhiệm vụ: Để thực hiện được mục đích nghiên cứu trên, nhiệm vụ cơ bản của luận

Nghiên cứu sự phân bố độ mặn trong lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển

và ảnh hưởng của nó tới TCN Pleistocen;

Nghiên cứu, xác định cơ chế xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt trong TCN Pleistocen, trầm tích Đệ tứ;

Thiết lập mô hình dòng chảy NDĐ trong TCN Pleistocen, mô phỏng sự phân bố, dịch chuyển ranh giới mặn-nhạt trong vùng nghiên cứu và dự báo diễn biến xâm nhập mặn theo thời gian và theo tình hình khai thác nước trong vùng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nước dưới đất, TCN Pleistocen vùng Nam Định;

Phạm vi nghiên cứu: Diện phân bố thấu kính nước nhạt trong TCN Pleistocen

vùng Nam Định và các khu vực liên quan

4 Nội dung nghiên cứu

Xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ trong trầm tích Đệ tứ vùng Nam Định bằng các phương pháp ĐVL: phương pháp trường chuyển (TEM) và phương pháp ĐVL lỗ khoan;

Lấy mẫu, phân tích thành phần hóa, đồng vị phóng xạ, đồng vị bền của các mẫu nước tại các lỗ khoan đang khai thác và quan trắc trong vùng nghiên cứu để đánh giá chất lượng, tuổi, nguồn gốc, của NDĐ trong vùng nghiên cứu;

Xác định cơ chế xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen; Giải đoán tài liệu ĐVL lỗ khoan, phân chia và liên kết địa tầng, lập mặt cắt địa chất, địa chất thuỷ văn, tài liệu ĐVL điện, vẽ mặt cắt điện, phân chia địa tầng;

Khoan, lấy mẫu đất nguyên dạng trong lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển, ép nước lỗ rỗng, phân tích thành phần hóa học, thành phần đồng vị bền và đánh giá sự phân bố độ mặn theo chiều sâu;

Khoan các lỗ khoan ĐCTV (chùm lỗ khoan thí nghiệm) xác định địa tầng, các thông số ĐCTV, lấy mẫu nước phân tích chất lượng, bơm hút nước thí nghiệm xác định quan hệ thuỷ lực giữa nước mặt với NDĐ và các TCN với nhau;

Xây dựng mô hình dòng chảy TCN Pleistocen, mô phỏng sự phân bố, dịch chuyển ranh giới mặn-nhạt và dự báo diễn biến xâm nhập mặn theo thời gian với điều kiện khai thác trong vùng nghiên cứu;

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận: Nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ nói chung và xâm nhập mặn TCN

trầm tích Đệ tứ nói riêng đã được các nhà khoa học đề cập đến và nghiên cứu từ lâu

Do vậy, tiếp thu, kế thừa và áp dụng các giải pháp công nghệ mới trên cơ sở các cách

tiếp cận chính sau:

- Cách tiếp cận thực tế: khảo sát thực địa chi tiết càng nắm bắt rõ hơn, chính

xác hơn đặc điểm địa hình, địa mạo, ĐC, ĐCTV, từ đó xác định phạm vi phân bố, hiện trạng và diễn biến của chất lượng cũng như các quy luật thay đổi của các dấu hiệu chuyên môn, nhằm đánh giá và xác định đối tượng chính cho hướng nghiên cứu của đề tài phù hợp và giải quyết mục tiêu nghiên cứu Đây là cách tiếp cận kinh điển

trong điều tra ĐCTV nói chung và nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ nói riêng Từ đó đưa ra các giải pháp, cũng như hướng nghiên cứu hợp lý và khả thi

- Tiếp cận các kết quả nghiên cứu trước đó: trong hơn 30 năm qua, ở vùng

Nam Định đã có hàng chục phương án tìm kiếm thăm dò, đánh giá trữ lượng và điều tra hiện trạng khai thác, xâm nhập mặn… được thực hiện và đã có hơn 60 lỗ khoan tìm kiếm, thăm dò, quan trắc NDĐ trên toàn vùng và rất nhiều lỗ khoan lớn nhỏ đang khai thác Việc thu thập, khai thác, sử dụng và kế thừa tối đa các tài liệu, công trình

đã có sẽ giúp hạn chế (giảm) khối lượng khảo sát, đo đạc, đồng thời định hướng đánh giá, xác định nguồn hình thành, phân bố, bổ cập, hiện trạng mặn-nhạt cũng như diễn

biến xâm nhập mặn

- Tiếp cận các phương pháp điều tra đánh giá hiện đại, tiên tiến: việc nghiên

cứu và đánh giá tài nguyên NDĐ, quy luật biến đổi chất lượng, trữ lượng và đặc biệt

là khả năng biến đổi và phân bố tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (TDS), độ dẫn điện, thành phần đồng vị trong NDĐ theo diện và theo chiều sâu đã được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước dày công nghiên cứu, áp dụng và đã đem lại hiệu quả cao Do vậy, việc tiếp cận và áp dụng các phương pháp nghiên cứu hợp lý sẽ có tính

khả thi cao và đem lại hiệu quả tốt đối với vùng nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu: Ngoài các phương pháp nghiên cứu truyền thống như:

tiếp thu, kế thừa, điều tra, khảo sát…, tác giả luận án đã sử dụng kết hợp các phương

pháp sau:

- Phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực: nghiên cứu, đánh giá mức độ, khả

năng nhiễm mặn, các thông số ĐCTV có liên quan tới khả năng dịch chuyển vật chất trong môi trường NDĐ;

- Phương pháp ĐVL: với mục tiêu nghiên cứu, xác định hiện trạng phân bố

mặn nhạt, phương pháp áp dụng có thể thực hiện tốt mục tiêu này trong vùng nghiên cứu là phương pháp trường chuyển và các phương pháp ĐVL lỗ khoan, qua việc xác

định khả năng dẫn điện của đất đá

- Phương pháp đồng vị: xác định tuổi, quan hệ thủy lực giữa các TCN và nguồn

gốc, nguồn bổ cập của NDĐ;

- Phương pháp mô hình hóa: mô phỏng điều kiện, quá trình diễn biến và dự báo

xâm nhập mặn, dịch chuyển vật chất trong NDĐ như GMS, Modflows, SEAWAT ;

- Phương pháp chuyên gia: trao đổi, học tập từ các chuyên gia và các nhà khoa

học thông qua việc tổ chức hội thảo xin ý kiến góp ý, hướng dẫn, bổ sung kiến thức

từ các nhà khoa học, chuyên gia trong và ngoài nước

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học:

Luận án đã góp phần làm sáng tỏ quá trình hình thành, nguồn gốc và nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt trong TCN Pleistocen qua việc phân tích và đánh giá ảnh hưởng của cấu trúc địa chất, ĐCTV và lịch sử phát triển địa chất Xác định cơ chế xâm nhập mặn và vai trò của các cơ chế trong quá trình xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt trong trầm tích Đệ tứ ở vùng nghiên cứu Tác giả đã thiết lập được các phương trình tương quan giữa các thông số ĐCTV với thông số ĐVL và đồng vị với

hệ số tương quan cao Đây là cơ sở áp dụng cho vùng nghiên cứu và các vùng có điều kiện địa chất, ĐCTV tương tự trong việc giải đoán, tính toán và nghiên cứu ĐCTV, ĐVL và ĐCTV đồng vị

Ý nghĩa thực tiễn:

Luận án đã xác định được hiện trạng phân bố mặn nhạt NDĐ, đánh giá và dự báo diễn biến xâm nhập mặn ở vùng nghiên cứu Kết quả nghiên cứu của luận án có thể là tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý, quy hoạch tài nguyên nước, các nhà hoạch định chính sách và các nhà khoa học nhằm phục vụ khai thác và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên NDĐ quý giá này

7 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Nước nhạt trong TCN Pleistocen vùng Nam Định được hình

thành trong suốt lịch sử phát triển địa chất, ĐCTV của vùng và có sự bổ cập liên tục bởi nước nhạt trong các thành tạo chứa nước bên dưới; nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt này từ phía tây và tây bắc

Luận điểm 2: Thấu kính nước nhạt trong TCN Pleistocen vùng Nam Định bị

xâm nhập mặn do chênh lệch áp lực giữa vùng nước nhạt với vùng nước mặn phía bắc và đông bắc của thấu kính và do lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển phủ bên trên thông qua nhiều quá trình hóa lý phức tạp, trong đó quá trình khuếch tán và phân dị trọng lực đóng vai trò chính

8 Những điểm mới của luận án

- Tác giả sử dụng các kết quả phân tích thành phần hóa học, thành phần đồng vị của nước lỗ rỗng được ép ra từ lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển, kết hợp các kết quả đo ĐVL lỗ khoan, xác định sự biến đổi độ dẫn điện, nghiên cứu sự biến đổi tổng hàm lượng chất rắn hòa tan của nước lỗ rỗng theo chiều sâu và phân tích các quá trình ảnh hưởng của chúng tới TCN Pleistocen trong vùng nghiên cứu

- Luận án đã áp dụng phương pháp ĐVL lỗ khoan, phương pháp trường chuyển kết hợp với các phương pháp ĐCTV để xác định hiện trạng phân bố mặn nhạt của các nguồn mặn phân bố trong các TCN và lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển trong trầm tích Đệ tứ

- Tác giả đã thiết lập được tương quan giữa các kết quả phân tích thành phần hóa học của NDĐ (Cl-, TDS) với các thông số ĐVL như: độ dẫn điện, điện trở suất (ĐTS) của đất đá trong vùng nghiên cứu; qua đó có thể xác định, đánh giá chất lượng NDĐ qua các thông số ĐVL trên cơ sở các phương trình có hệ số tương quan cao

9 Cơ sở tài liệu

9.1 Tài liệu thu thập:

Các tài liệu và thông tin thu thập được từ các đề tài, dự án khác nhau Đó là các báo cáo khoa học, báo cáo tổng kết đề tài đã công bố:

Các tài liệu về đặc điểm và cấu trúc địa chất, ĐCTV vùng Nam Định, Ninh Bình và thềm lục địa vùng nghiên cứu;

Các tài liệu điều tra, khảo sát chất lượng nguồn nước, hiện trạng khai thác, sử dụng NDĐ;

Các kết quả phân tích thành phần hóa học NDĐ;

Các tài liệu về địa tầng, phân tầng ĐCTV;

Tài liệu quan trắc chất lượng và mực NDĐ tại các lỗ khoan trong mạng lưới quan trắc quốc gia từ năm 1994 đến 2014

9.2 Kết quả thí nghiệm, nghiên cứu hiện trường và trong phòng thực hiện

riêng phục vụ cho đề tài luận án:

Luận án đã sử dụng các nguồn số liệu, kết quả thí nghiệm hiện trường và trong phòng do chính tác giả và các cộng tác viên trực tiếp tiến hành trong vùng nghiên cứu, phục vụ riêng cho đề tài luận án bao gồm:

Tài liệu xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ trong vùng nghiên cứu bằng phương pháp trường chuyển (61 điểm) và 22 lỗ khoan nông; Các tài liệu ĐVL lỗ khoan của 16 lỗ khoan;

Tài liệu xác định thông số ĐCTV của TCN Pleistocen từ kết quả khoan

02 chùm lỗ khoan và hút nước thí nghiệm tại 03 chùm lỗ khoan;

Kết quả phân tích thành phần hóa học NDĐ (59 mẫu) và nước lỗ rỗng (27 mẫu) theo chiều sâu tại 02 vị trí;

Các kết quả phân tích thành phần đồng vị bền (87 mẫu), đồng vị phóng

xạ (32 mẫu) và đồng vị khí trơ (8 mẫu) của NDĐ, nước lỗ rỗng, nước mặt, nước mưa trong 2 năm và nước biển;

Kết quả quan trắc chất lượng nước và mực NDĐ

10 Cấu trúc luận án

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất

1.1 Tổng quan về nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trên thế giới; 1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất ở Việt Nam; 1.3 Lịch sử nghiên cứu địa chất, địa chất thủy văn vùng Nam Định Chương 2: Sự hình thành thấu kính nước nhạt

2.1 Vị trí vùng nghiên cứu;

2.2 Đặc điểm địa chất;

2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn;

2.4 Quá trình hình thành thấu kính nước nhạt;

2.5 Nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt

Chương 3: Nghiên cứu hiện trạng phân bố mặn-nhạt nước dưới đất

3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp áp dụng;

3.2 Kết quả áp dụng phương pháp trường chuyển;

3.3 Kết quả xác định phân bố mặn-nhạt nước dưới đất bằng phương pháp địa vật lý lỗ khoan;

3.4 Kết quả khoan khảo sát địa chất thủy văn;

3.5 Kết quả phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng;

3.6 Tổng hợp kết quả xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt của nước dưới đất vùng Nam Định

Chương 4: Cơ chế xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt tầng chứa nước

Pleistocen

4.1 Cơ sở lý thuyết về dịch chuyển chất hòa tan trong nước dưới đất; 4.2 Cơ chế xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt, tầng chứa nước Pleistocen vùng Nam Định;

Chương 5: Diễn biến xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt tầng chứa nước

Trong suốt thời gian nghiên cứu, viết luận án, tác giả đã nhận được động viên, hướng dẫn tận tình của Tiểu ban hướng dẫn Tác giả cũng luôn nhận được sự giúp đỡ, góp ý và động viên của các thầy cô giáo Bộ môn Địa chất Thuỷ văn, tập thể cán bộ và đội ngũ khoa học Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước miền Bắc, Hội Địa chất thuỷ văn Việt Nam… Các nhà khoa học và chuyên môn: PGS.TS Nguyễn Văn Lâm, PGS.TS Nguyễn Kim Ngọc, PGS.TS Đoàn Văn Cánh, PGS.TS Phan Ngọc Cừ, TS Đặng Đình Phúc, TS Đặng Đức Nhận, PGS.TS Nguyễn Văn Đản, PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng, TS Vũ Kim Tuyến, TS Nguyễn Thị Thanh Thủy, TS Dương Thị Thanh Thủy, ThS Kiều Thị Vân Anh, GS.TS Dieke Postma, TS Frank Wagner, PGS.TS Christiansen V Anders, ThS Trần Vũ Long, ThS Đặng Trần Trung, ThS Nguyễn Thế Chuyên, ThS Trần Thành

Lê và các đồng nghiệp trong dự án VietAS cũng như nhiều cán bộ khoa học, chuyên môn trong và ngoài trường

Tác giả cũng xin cảm ơn dự án nghiên cứu Asen trong nước ngầm (VietAS) pha II, được tài trợ bởi Cơ quan phát triển quốc tế Đan Mạch (DANIDA), đã cho tác giả cơ hội được học tập, nghiên cứu và tự thực hiện các công tác thực địa, phân tích

và thí nghiệm theo hướng nghiên cứu của đề tài luận án Qua đây tác giả cũng xin

chân thành cảm ơn sự hợp tác và giúp đỡ của dự án Tăng cường bảo vệ NDĐ ở Việt Nam (IGPVN), do chính phủ CHLB Đức tài trợ; Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ

Môi trường và Phát triển bền vững (CETASD), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Hà Nội đã tạo điều kiện cho tác giả tiến hành thí nghiệm ép nước lỗ rỗng cũng như hỗ trợ tác giả trong công tác lấy mẫu và phân tích mẫu; Cục Địa chất Đan Mạch (GEUS)

đã tạo điều kiện cho tác giả tiến hành các thí nghiệm và hỗ trợ thiết bị đo trường chuyển và ĐVL lỗ khoan

Đặc biệt, tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường ĐH Mỏ - Địa chất, lãnh đạo Khoa Địa chất và Phòng Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành bản luận án của mình

Một lần nữa tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tất cả những giúp đỡ quý báu đó!

Với khái niệm nêu trên, nghiên cứu sự xâm nhập mặn NDĐ các thể nước nhạt cần phải giải quyết hàng loạt vấn đề:

- Sự phân bố của các thể chứa nước nhạt và mối quan hệ của nó với các nguồn mặn Thực tế hiện nay, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn quy định độ tổng khoáng hóa (M) hay TDS của nước là 1g/l làm ranh giới khoanh định nước mặn và nước nhạt: Các vùng nước nhạt có M hoặc TDS <1g/l, nước mặn có M hoặc TDS ≥1g/l;

- Nghiên cứu về quá trình hình thành các thấu kính nước nhạt, xác định các nguồn mặn, các cơ chế xâm nhập của nước mặn trong cùng hệ thống thủy lực; do vận động của nước mặn từ các TCN mặn khác đến thông qua các cửa sổ ĐCTV; xâm nhập từ nước mặn chứa trong các lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển nằm trên hoặc dưới TCN nhạt

- Nghiên cứu các quá trình lý, hóa sinh gây nhiễm mặn như quá trình hỗn hợp (nước trong cùng tầng chứa, hay hỗn hợp do nước trầm nén từ các lớp thấm nước yếu), quá trình khuếch tán, phân dị trọng lực, quá trình trầm nén, quá trình hòa tan

- Xác định và dự báo xu thế biến đổi của các TCN, thấu kính nước nhạt do biến đổi của các yếu tố tự nhiên (thủy văn, khí hậu, nước biển dâng ) và yếu tố nhân tạo (khai thác nước, khai thác khoáng sản, xây dựng các công trình thủy lợi v.v.)

Để giải quyết được các vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu xâm nhập mặn cần phân tích đánh giá các yếu tố địa chất (địa tầng, địa chất cấu tạo, thạch học, vận động kiến tạo, lịch sử địa chất, đặc biệt là các hoạt động tân kiến tạo, quá trình biển tiến, biển thoái); các tính chất thủy động lực của đất đá chứa nước, các yếu tố liên quan đến vận động của nước, không chỉ ở hiện tại mà cả các thời kỳ trước đây trong kỷ Đệ

tứ, các yếu tố liên quan như khí hậu, thủy văn, đặc biệt là hải văn và kể cả cổ khí hậu,

cổ địa lý, các hoạt động kinh tế xã hội của con người Đồng thời cần sử dụng các phương pháp phân tích địa chất, phương pháp ĐVL, các phương pháp phân tích hóa

lý, phương pháp phân tích đồng vị, phương pháp mô hình số để nghiên cứu

Chính sự phức tạp, đa dạng đó mà nghiên cứu xâm nhập mặn đã có sức hấp hẫn

và lôi cuốn các nhà khoa học không chỉ trong chuyên ngành địa chất, ĐCTV mà cả các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực khác như ĐVL, Vật lý, Hóa học, Toán học

1.1 Tổng quan về nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ trên thế giới

Trên cơ sở tổng hợp và phân tích các công trình khoa học đã công bố về nghiên cứu xâm nhập mặn trên thế giới cho thấy, tất cả các công trình nghiên cứu đều sử dụng kết hợp các phương pháp khác nhau để giải quyết một vấn đề cụ thể nào đó, từ đánh giá hiện trạng, xác định nguyên nhân, cho đến đưa ra giải pháp khắc phục, hạn chế xâm nhập mặn NDĐ Do đó, có thể trình bày theo nhóm các kết quả đã công bố trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu như sau:

1.1.1 Nhóm đánh giá hiện trạng và xác định nguyên nhân

Trong công trình nghiên cứu của J.J De Vries, 1981 [47] đã kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đó (từ năm 1918 đến năm 1981) của rất nhiều các tác giả nghiên cứu về xâm nhập mặn NDĐ ở Hà Lan Tác giả đã kết hợp nghiên cứu cấu trúc địa chất và lịch sử phát triển địa chất, địa mạo để giải thích cho sự phân bố của các thể chứa nước mặn, nhạt ở các vùng ven biển Tác giả W K Zubari, 1999 [122] đã phân

ra một số kiểu nhiễm mặn TCN và đề xuất các khả năng quản lý chất lượng nước

được xem xét và xếp thứ tự ưu tiên Cũng trên cơ sở phân tích, đánh giá, các tác giả

H Kooi và J Groen, 2000 [80], ở Trường Đại học Vrije, Hà Lan đã nghiên cứu về các cơ chế xâm nhập mặn liên quan tới quá trình biển tiến, bằng cách phương pháp

mô hình hóa điều kiện thủy địa hóa, ĐCTV qua thí nghiệm máng thấm hai lớp với các trường hợp tính thấm khác nhau, quan trắc sự biến đổi độ mặn theo thời gian trên

cơ sở thay đổi mực áp lực Từ kết quả chỉnh lý mô hình trên cơ sở kết quả quan trắc

từ thí nghiệm, các tác giả đã đưa ra 4 cơ chế xâm nhập mặn của nước biển vào TCN trong thời kỳ biển tiến:

Xâm nhập mặn theo phương ngang do quá trình biển tiến chậm vào tầng trầm tích chứa nước có hệ số thấm cao;

Xâm nhập mặn theo phương thẳng đứng do quá trình biển tiến nhanh vào tầng trầm tích có hệ số thấm cao;

Xâm nhập mặn xảy ra do quá trình khuếch tán trong thời kỳ biển tiến nhanh vào các trầm tích có hệ số thấm nhỏ (sét, sét pha);

Kết hợp cả xâm nhập mặn theo phương thẳng đứng do quá trình khuếch tán từ các trầm tích biển hạt mịn và quá trình đối lưu trong thời kỳ biển tiến nhanh cho TCN có tầng sét nguồn gốc biển nằm trên

Vào năm 2001, A.E Edet [52], đã sử dụng phương pháp đo sâu điện kết hợp với số liệu phân tích thành phần hoá học NDĐ để nghiên cứu sự phân bố mặn nhạt TCN ở vùng ven biển Nigeria Theo S.K Isuka và S.B Gingerich, 1998 [73], thì đới chuyển tiếp mặn-nhạt xác định theo công thức của Ghyben-Herzberg không áp dụng được trong trường hợp áp lực nước tại các độ sâu khác nhau trên mặt cắt thẳng đứng

và đề xuất công thức xác định đới chuyển tiếp mặn-nhạt dựa vào số liệu phân bố áp lực nước theo phương thẳng đứng

Việc xác định ảnh hưởng của khai thác NDĐ đến xâm nhập mặn ở đồng bằng Burdekin, Australia, đã được K A Narayan, 2004 [88] nghiên cứu và xác định nguyên nhân chính là do khai thác nước quá mức với 1.800 máy bơm hút nước phục

vụ tưới Tại Hàn Quốc, Sung Ho Song, 2007 [106] đã sử dụng phương pháp đo sâu điện để xác định xâm nhập mặn ở vùng Byunsan Ngoài số liệu về ĐTS, tác giả còn

sử dụng kết hợp với các số liệu phân tích thành phần hóa học của mẫu nước và tài liệu đo độ dẫn của các mẫu nguyên dạng theo chiều sâu (mẫu lõi) để kiểm chứng và thiết lập tương quan giữa ĐTS và TDS

Lars Nielsen, 2007 [81] đã sử dụng phương pháp TEM kết hợp với tài liệu địa chất và kết quả phân tích thành phần hóa học NDĐ để phân chia ra các ranh giới mặn-nhạt cho các TCN ở vùng đồng bằng Keta (Ghana) Trong nghiên cứu xác định hiện trạng nhiễm mặn vùng đông nam đảo Sicily, tác giả Evgeny A Kontar, 2006 [55] đã sử dụng kết quả phương pháp TEM kết hợp các kết quả đo độ dẫn điện và thành phần hóa học của nước lỗ rỗng với các tính chất vật lý khác của đất đá như độ

lỗ rỗng, tính thấm và xác định trực tiếp độ dẫn điện của đất đá chứa nước trong phòng thí nghiệm, từ đó xác định ảnh hưởng của môi trường cho từng loại đất đá khác nhau, đánh giá hiện trạng nhiễm mặn cho các lớp đất đá phân bố theo diện cũng như theo chiều sâu Ngoài ra, Peter Bauer Gottwein, 2009 [94] cũng áp dụng phương pháp TEM kết hợp kết quả phân tích thành phần hóa học của nước và mô hình SEAWAT

để xác định dị thường mặn tại phía bắc đồng bằng Okavango, Botswana Tác giả này

đã đánh giá, phương pháp TEM là phương pháp không chỉ hữu ích để tìm kiếm khoáng sản mà còn là công cụ rất tốt để nghiên cứu hiện trạng mặn-nhạt các TCN, đặc biệt là đối với TCN trầm tích bở rời ở các vùng ven biển

Trong luận án Tiến sĩ của Desirée S A Craig, 2008 [46], tác giả đã nghiên cứu xác định ranh giới nước mặn TCN nông, không áp đồng bằng châu thổ Rangitikei Tác giả sử dụng các phương pháp ĐVL (phương pháp đo đa cực và phương pháp TEM) kết hợp phương pháp thủy địa hóa, nghiên cứu xác định ranh giới mặn-nhạt Trên cơ sở xác định thành phần thạch học và các chỉ tiêu phân tích thành phần hóa học của NDĐ tác giả xác định được các ion Ca2+, Na+, HCO3- và Cl- là các ion chính ảnh hưởng tới độ dẫn điện và hệ số thành hệ của TCN khu vực đồng bằng Rangitikei Trong nghiên cứu của Eloisa Di Sipio, 2011 [54], đã sử dụng tổ hợp phương pháp nghiên cứu hiện trạng nhiễm mặn NDĐ ở Italia, đưa ra đánh giá về tác động của quá trình xâm nhập mặn đến cơ sở hạ tầng đô thị và đưa ra dự báo về sự biến đổi hiện

trạng nhiễm mặn trong vùng Để đánh giá về hiện trạng xâm nhập mặn tác giả đã sử dụng các tài liệu ĐVL lỗ khoan như độ dẫn của TCN và nhiệt độ

1.1.2 Nhóm nghiên cứu cơ chế dịch chuyển vật chất, ảnh hưởng của tỷ trọng

Paschke và Hoopes, 1984 [92] đã làm thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của tỷ trọng đến sự dịch chuyển của chất gây ô nhiễm Trong nghiên cứu này, các tác giả đã phát hiện dị thường nồng độ NaCl cao trong lớp thấm nước yếu xuống lớp cát hạt mịn từ mô hình bể thấm Các tác giả đã phân tích và kết luận: sự dịch chuyển này là

do cơ chế khuếch tán và phân dị trọng lực gây ra, do ảnh hưởng của chênh lệch nồng

độ và tỷ trọng Schincariol và Schwartz, 1990 [99] cũng đã tìm hiểu quá trình hòa tan của các dòng chất lỏng có tỷ trọng khác nhau trong môi trường lỗ rỗng

Koch và Zhang, 1992 [78] đã chỉ ra rằng, sự dịch chuyển của dung dịch hỗn hợp không chỉ do chênh mực áp lực hay quá trình phân tán mà còn do quá trình đối lưu gây ra bởi sự chênh lệch về tỷ trọng ảnh hưởng đến sự dịch chuyển vật chất Trong luận án Tiến sĩ của Vincent E.A Post, 2004 [113] đề cập đến quá trình xâm nhập mặn NDĐ ở vùng ven biển của Hà Lan do quá trình biển tiến trong Holocen, tác giả phân tích mối quan hệ giữa quá trình xâm nhập mặn NDĐ và lịch sử phát triển địa chất trong vùng nghiên cứu, xác định mức độ ảnh hưởng của tuổi và nguồn gốc của NDĐ (lợ và mặn) trên cơ sở đồng vị bền và đồng vị phóng xạ Trong nghiên cứu của George D Wardlaw và David L Valentine, 2005 [60] tại vùng Salton, bang California, Mỹ về ảnh hưởng của khuếch tán độ mặn trong trầm tích, góp phần làm tăng độ mặn trong nước hồ Salton Sea Với diện tích bề mặt khoảng 980km2, Salton Sea là hồ nước mặn lớn nhất bang California, theo số liệu quan trắc cho thấy, độ mặn của nước trong hồ đang tăng lên Nhóm tác giả đã tiến hành khoan lấy mẫu nguyên dạng trong lớp sét ở đáy hồ tới độ sâu 35m từ đáy hồ Kết quả phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng cho thấy sự phân bố độ mặn tăng dần theo chiều sâu Tại hai vị trí lấy mẫu cho thấy: tại vị trí phía nam của hồ, hàm lượng muối cao nhất đạt 91g/l (ở độ sâu 35m) và tại vị trí phía bắc đạt 105g/l (ở độ sâu 27m) Từ kết quả phân tích độ mặn theo các chiều sâu xác định, kết quả xác định độ lỗ rỗng của lớp sét, tác giả đã áp dụng định luật khuếch tán phân tử Fick, tính toán và so sánh với

kết quả thực tế, sau đó đi đến kết luận về sự phân bố độ mặn theo chiều sâu là do cơ chế khuếch tán Ảnh hưởng của khuếch tán độ mặn trong lớp trầm tích ở đáy hồ góp phần làm tăng độ mặn của nước hồ Salton Sea Kết quả tính toán cho hai vị trí lần lượt là 0,613 và 0,422g/cm2/năm

D W Bridger & D M Allen, 2006 [38] đã nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình khuếch tán đến sự phân bố độ mặn đồng bằng sông Fraser, Canada Tác giả sử dụng phương pháp ĐVL xác định sự phân bố độ dẫn điện của TCN, với việc phân tích môi trường thành tạo và điều kiện ĐCTV, tác giả đã đưa ra mô hình khái niệm về quá trình hình thành và phân bố độ mặn theo chiều thẳng đứng khu vực cửa sông: nước mặn từ cửa sông xâm nhập vào TCN và từ TCN khuếch tán xuống lớp thấm nước yếu bên dưới Năm 2011, H.F Abd-Elhamid và A.A Javadi [32] đã sử dụng

mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ trọng và phân tích quá trình xâm nhập mặn trong TCN ven biển

1.1.3 Nhóm nghiên cứu xâm nhập mặn cổ, ứng dụng kỹ thuật đồng vị

J Groen, J Velstra, A G C A Meesters, 2000 [64] xác định quá trình muối hóa TCN ven biển qua việc phân tích thành phần đồng vị và mô hình khuếch tán, các tác giả này cũng đưa ra nghiên cứu quá trình xâm nhập mặn bởi nước biển cổ phân bố trong trầm tích ven biển ở Suriname bằng việc sử dụng phương pháp đồng vị 37Cl và

mô hình khuếch tán Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng xâm nhập mặn ở đây xảy ra không phải là do nước mặn ở thời kỳ hiện tại mà là do quá trình vận chuyển vật chất xảy ra trong bản thân các tầng trầm tích, dẫn đến NDĐ bị nhiễm mặn do quá trình khuếch tán xảy ra từ lớp sét biển tuổi Holocen ở bên trên và tầng trầm tích tuổi Kreta bên dưới gây ra cho TCN có nguồn gốc khí tượng Mặt cắt phân bố hàm lượng Clo trong NDĐ cho thấy đã xảy ra quá trình khuếch tán, dẫn đến sự phân bố không đồng nhất của Clo Theo kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình khuếch tán đóng vai trò chính trong các trầm tích có hệ số thấm nhỏ

Các tác giả Serigne Faye và Piotr Maloszewski, 2005 [101] đã nghiên cứu xâm nhập mặn cho NDĐ ở Senegan, các tác giả đã sử dụng kết hợp các đồng vị môi trường như 18O, 2H với kết quả phân tích thành phần hóa học để xác định nguồn gốc

Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full