Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết nghiên cứu địa chất thủy văn thông qua các nội dung như: các lĩnh vực nghiên cứu của địa chất thủy văn, địa chất thủy văn chung, sự vận động của nước dưới đất, nghiên cứu về động tháo và cân bằng nước dưới đất, địa chất thủy văn mỏ, địa chất thủy văn cải tạo đất...
404 BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHÁT ĐỊA CHẤT THƯỶ VẢN • Các mục từ: Địa chất thủy vản; Thủy quyển; Bản đồ Địa chất thủy văn; Bổ sung nhân tạo nước đẳt; Bơm hút nước thí nghiệm; Địa chất thủy văn mỏ; Địa chất thủy văn môi trường; Nghiên cứu động thái cân nước đất; Mạch nước; 10 Nước khống, nước cơng nghiệp, bùn khống; 11 Phân tầng địa chất thùy vân; 12 Tài nguyên trữ lượng nước đất; 13 Thủy địa động lực; 14 Thủy văn đồng vị; 15 Việt Nam nghiên cứu Địa chất thủy văn Địa chất thuỷ văn Đoàn Văn Cánh Trường Đại học M ỏ - Địa chất Giới thiệu Địa chất thủy văn (ĐCTV) khoa học nghiên cứu vê' nước đất - nghiên cứu phân bố, nguồn gốc, vận động, hình thành, m ối quan hệ với đât đá chứa nước m ôi trường xung quanh ĐCTV có m ối liên hệ hừu với khoa học khác Khí tượng, Thủy văn, Đ ịa chất, Địa hóa, Đ ịa vật lý nhiều khoa học khác v ề Trái Đất ĐCTV hình thành từ thời cổ đại; sụ tích lũy kiến thức thực t ế v ề nước đất đẩy m ạnh nhu cẩu câp nước thành p h ố tưới n ông n ghiệp xuất Các kỹ xây dự ng nhừng giếng đ đ ộ sâu vài chục m ét đư ợc biết đến thiên niên kỷ thứ hai thứ ba trước C ông n guyên Ai Cập, Trung A, An Độ, Trung Q uốc nước khác N h n g thông tin v ể việc sử d ụn g nước khống cho m ục đích điểu trị bệnh xuất thời gian Trong thiên niên kỷ đẩu tiên trước C ông n gu yên xuất khái niệm khoa học liên quan đến tính chất nước tự nhiên, n guồn gốc nước, điểu kiện tổn vòn g tuần hồn của nước Trái Đât (ví dụ, H y Lạp cổ đại Thales, th ế ký thứ bảy thứ sáu trước Công n guyên, Aristotle, th ế ký thứ tư trước C ông n guyên, La Mã cô đại có Lucretius V itruvius, th ế kỷ thứ trước C ông nguyên) N ghiên cứu v ể nước đất phát triển việc m rộng cấp nước thành phố, xây d ụ n g đ ờng ống dẫn nước vù n g Kavkaz (Caucasus) Trung Á, khai thác m uối phương pháp đ giếng, khoan, bơm hút nước m uối cho bốc đ ể lấy m uối (trên lãnh thố N ga, th ế ký 12-17) Các khái niệm v ề nước không áp, có áp, m iền cấp, m iền củng hình thành từ Trong th ế kỷ 12, hình thành khái niệm giếng phun hay artesi (xuât tinh A rtois Pháp) Trong thời kỳ Phục hưng sau đó, nước đât vai trò n ó q trình tự nhiên đối tượng nhiều cơng trình nghiên cứu nhà khoa học Tây Âu, A griscola, Palissy, Steno Tại N ga, ý tưởng khoa học liên quan đ ến n ớc d ới đất h ìn h thành n c d i đất d o n gấm từ n ớc m ưa k h í q u y ến , hoạt đ ộ n g địa chất n c d i đ ất đ ợc M v L o m o n o so v đ ề cập đ ến (1763) Vào cuối th ế kỷ 19 đầu th ế kỷ 20, quy luật phân b ố nước đất phát (V.V Doknchaev p v Ototskii) đổ nước đât thành lập phần Châu Âu N ga Đến th ế kỷ 19, nghiên cứu v ề nước đât đ ợc phát triển m ột phẩn nghiên cứu địa chất Sau đ ó trở thành m ột khoa học riêng biệt - Địa chât thủy văn Trong hình thành khoa học ĐCTV kỹ sư người Pháp, Đức, Mỹ đ óng vai trò rát quan trọng Đ ó nhà khoa học Pháp - A Darcy, J D upuis, Chézy; nhà khoa học Đ ứ c - E Prinz, K Keilhack H Hofer; nhà khoa học M ỹ A H azen, c Slichter, o M einzer A Lane; nhà địa chất N ga s.p Nikitin, Kamenski, v v Các lĩnh vực nghiên cứu cùa ĐCTV Địa chắt thủy văn chung N g u n gốc nước đ ấ t, tính chất vật lý hóa học chúng, m ối tương quan ch ú ng với đât đá chứa nước, v v đôi tư ợng n gh iên cửu ĐCTV nói chung N ghiên cử u n ớc d ới đât có liên quan đến lịch sử chuyển đ ộ n g kiến tạo, trình tích tụ nước m ưa q trình tạo đá Đ iều tạo cho ĐCTV có th ế tiếp cận với giái thích v ể lịch sử hình thành nư ớc d i đất tạo m ột nhánh m ới ĐCTV ch u ng g ọ i C ô ĐCTV năm 1930 1940 Sự vận động nước đắt N gh iên cứu v ề vận đ ộ n g nư ớc đất ảnh h ờng y ếu tô tự nhiên nhân tạo tạo thành m ột lĩnh vực n gh iên u ĐCTV; lĩnh vự c phát triển p h n g pháp định lượng xác định lưu lư ợng giếng khoan, xác đ ịnh khả câp nước nước dư ới đất Các nhà khoa học, nhà ĐCTV sau đ ón g vai trò quan trọng Đ ỊA CHẤT T H U Ỷ V Ă N 405 việc phát triến lý th u yết v ề vận đ ộn g nước đât n hư N.E Z h uk ovsk ii, N N Pavlovskii, G.N K am enskii (N ga); J D u p u is A Darcy (Pháp); A Thiel (Đức); p F orchheim er (Áo) c Slichter, cv Theis, M M uskat R D ew iest (Mỹ) khoáng (chủ yếu cho m ục đích đ iểu trị khu nghi d n g sứ c khỏe nhà an d ờng) N g h iên cứu sử d ụ n g nư ớc khoáng đ ợc đ ể cập m ột cách xuất sắc tác phấm A N O gilV i, N N S lavianov, N.I T olstikhin, A.M O vchin n ikov, v.v Ivanov Nghiên cứu đất Có nhừ ng hình thái nước khống đư ợc ý nghiên cứu riêng nước cơng nghiệp nước nóng N ớc có hàm lư ợng n gu yên tố cao (chẳng hạn iod, brom, bor, stronti, lithi, radi) xếp vào loại nư ớc công nghiệp, nghiên cứu đ ế trích xuất n gu yên tố từ nước V iệc nghiên cứu, thăm d ò đánh giá trữ lượng nước n óng nước n óng tiến hành đ ể sử d ụ n g sư ởi âm thành p h ố khu vực dân cư động thái cân nước Lĩnh vự c ĐCTV n ghiên cứu nhừng thay đối nước d ới đất (m ực nước, nhiệt độ, thành phẩn hóa học, đ iểu k iện cu n g cấp vận động) diễn ảnh h n g yếu tố tự nhiên khác (chăng hạn n h m ưa, bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm k hơng khí; lớp thơ nhường; tác đ ộn g nước mặt) n h h oạt đ ộ n g người (xây dự ng đập, h ổ chứa, b ổn thu gom nước, cơng trình thủy lợi) Các nhà khoa h ọc N ga làm việc lĩnh vự c n ày gổm A v L ebedev, A.A K onopliantsev, M.M Krylov; nhà khoa học M ỹ o M einzer n h ũ n g n gư òi khác cũ n g gó p phẩn vào lĩnh vực Trong nửa sau th ế kỷ 20, n ghiên cứu đ ộng thái cân b ằn g n ớc d ới đâ't bắt đẩu phát triến ch o m ục đích d ự b áo đ ộn g thái nước đâ't; d ự b áo n ày có tẩm quan trọng thiết thực việc sử d ụ n g n ớc d ới đ ấ t, xây d ự n g công trình thúy lợi, n ơn g n g h iệp n h iều g trình khác Thủy địa hóa Các q trình h ình thành thành phẩn hóa học nước d i đâ't, truyền chất d òn g ngẩm đ ối tư ợ n g n gh iên cứu thủy địa hóa Cơ sớ lý thu yết n ó đ ợ c xây d ự n g quan niệm n ay v ể câu trúc n ớc tự nhiên; v ề khuếch tán rộng rãi n g u y ê n tố hóa học v ò Trái Đất; dựa khái n iệm v ề Clarkes, yếu tố dịch chuyến, tích đ ọ n g , lư ợ n g m ưa, phân tán y ếu tố khác n hau đ ổn g vị nước tự n hiên thành phẩn khí nước đât Các tác p hẩm V.I V ernadsky nhữ ng năm 1930 đặt n ền m ó n g cho xây d ự n g sở thủy địa hóa h ọc - m ột lĩnh vự c ĐCTV thức h ình thành nhửng năm 1940 Đ óng gó p lớn vào phát triển thủy địa hóa học nhà khoa h ọc N g a n h A N Buneev, O.A Alekin V.A Sulin Trong n h ữ n g năm 1950, ĐCTV p hón g xạ n gh iên u v ề d ịch ch u yên n gu n tơ' p hóng xạ n ớc d i đ ấ t trở nên quan trọng phát triển n h m ột khoa h ọ c đ ộ c lập v ể sau phát triển râ't m ạnh m ẽ n ớc p hư ơn g Tây Nghiên cứu nư ớc khống, nước cơng nghiệp nước nóng N g h iê n u v ề n c k hoán g - kiểm tra thành phần h óa học n g u n g ố c nước khoáng, phân loại n g u ổ n g ố c n c k hoáng, vận đ ộn g trừ lư ợ n g n c k h o n g , khai thác sử d ụ n g nước Nghiên cứu, thăm dò đánh giá nước đất Lĩnh vự c phát triển p h n g pháp địa chất thủy văn đ ể tìm kiếm thăm d ò nư ớc dư ới đất phụ c vụ cho nhiều nhu cầu khác cấp nư ớc sinh hoạt, tưới cây, v v Đ ánh giá m ột cách định tính đ ịn h lư ợn g v ề lư ợ n g chất nước dư ới đất giải q uyết n hữ n g vấn đ ể phát sinh trình xây d ự n g lắp đặt kỹ thuật, biện pháp thoát nư ớc thủy lợi Phư ơng pháp đ iều tra ĐCTV đ ợc phát triển n hờ kết n ghiên u n hiều nhà địa chất thủ y văn n hư A.I SilinBekchurin, S.K A bram ov, M.E A rtovsk ii, N I P lotnikov, N N Bindem an, F.M Bochever (Nga); G Castany, Jean Magard (Pháp), v.v Địa chắt thủy văn cải tạo đất Địa chất thủy văn cải tạo đất phát triển p h n g pháp đ ể cải thiện đ iều kiện địa chất th ủ y văn v ù n g lãnh thô nhằm p hụ c vụ cho việc tưới tiêu làm cho nước d ới đất có thê đ ợc sừ d ụ n g h iệu nhâ't cho n ôn g nghiệp N h ữ n g vân đ ề địa chât thủy văn cải tạo đất (như xác định chi tiêu tưới, cu n g cấp nư ớc cho trổng n ông nghiệp, dự báo đ ộ n g thái nư ớc d ới đâ't, ch ốn g nhiêm m ặn đất) có tẩm quan trọng lớn đ với n h ữ n g khu vự c khô cằn Trái Đất (M.M Krylov, N N K h odzhibaev, v v ) Đ ịa chất thủy văn mỏ N g h iên cứu nư ớc dư ới đâ't p hụ c vụ cho việc đánh giá địa chất cơng n gh iệp m ò khống sản, khai thác phát triển khoán g sản nội d u n g n gh iên cứu địa chất thủy văn m ỏ H lĩn h vực ĐCTV m ỏ ĐCTV m ỏ khoán g sản rắn ĐCTV m ò dầu khí Sự phân chia khác biệt p hư ơn g pháp thăm dò, khai thác loại khoán g sản M ột nội d u n g khác biệt ĐCTV m ỏ n gh iên cứu biện pháp đê ch ốn g lại tác hại nước d ới đâ't khai thác khoán g sản 406 BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHAT Địa chắt thủy văn khu vực Các n gu yên tắc v ề phân b ố nước dư ới đất điểu kiện tự nhiên khác tủy thuộc vào câu trúc địa chất đổi tượng n gh iên cứu v ề địa chât thủy văn khu vực ĐCTV khu vự c phát triển từ đô' địa chất thủy văn quy m ô khác dựa khảo sát địa chất (từ tỳ lệ 1:500.000 đến 1:10.000) H iện nhiều đ ổ ĐCTV tỳ lệ khác thành lập m ỗi quốc gia, châu lục Đ ón g góp vào thành công phải kê đ ến tiểu ban Bản đ o ĐCTV H ội ĐCTV Q uốc tế(IA H ) Nước đát N ớc đất gồm toàn nước bên dư ới b ề mặt đất, đặc biệt nước phân b ố mặt thoáng tự do, lâp đầy lỗ hống, khe nứt đất đá N ớc đât xuất lộ tự nhiên mặt đâ't dư ới dạng m ạch lộ, thấm rỉ trực tiếp biển Loại nước có th ể vận đ ộn g đến cơng trình thu nước nhân tạo giếng khoan, hành lang thu nước hay dạng cơng trình khác N h b ổ câp tự nhiên nước đâ't có th ể tái tạo (hổi phục) N g u n b ổ cấp d o ngấm từ nước mưa, b ố cấp từ nước mặt, hay từ tầng chứa nước khác N ớc đất vận đ ộn g chậm chạp qua tầng chứa nước Vận tốc thấm thay đối từ vài phần m ét đến hàng trăm m ét m ôi năm; nhữ ng hang đ ộn g karst nước đất vận đ ộn g với vận tốc d òn g chảy mặt Ví dụ, m ột giọt nước m ưa roi m iền thu nước chi cẩn vài ngày có th ế tới đư ợc cửa sôn g ven biển cách m iền thu nước 200km N ếu giọt nước đ ó vận đ ộn g d òn g chảy đất phải mât hàng trăm chí hàng nghìn năm m ới tới biển Sự vận đ ộn g chậm chạp đ ó giú p cho khả quản lý, khai thác bảo v ệ nước đất Vì th ế ý nghĩa việc bảo vệ nước dư ới đất có th ể xử lý trước chât bẩn lan truyền toàn tầng chứa nước M ột phần đ k ể nước mặt hình thành từ n gu ồn nước ngầm Đ ới khơng bão hòa nước đới có lỗ h ổn g chứa khí nước, nước vận đ ộn g dư ới tác đ ộn g sức căng m ao dẫn có áp suất nhò h on Tầng chứa nước lỗ hổng áp suất khí q u yển Đ i b ão hòa đ i tron g đ ó lỗ h ổn g đ ợ c lấp đ ầ y nư ớc Á p su ất n c cao h ơn áp suất khí q u y ển tăng theo ch iều sâu N c đ ói vận đ ộ n g m ột cách tự n h iên sô n g , h ổ, biển hay xuâ't lộ thành m ạch lộ Tầng chứa nước Tầng a n c đ ợ c h iểu m ột th ể địa chất chứa n c đ ủ có th ể khai thác sử d ụ n g đ ợc Tầng chứa n c có q u y m ô p hân b ố từ vài hecta đ ến hàng nghìn km 2, đ ộ sâu cách m ặt đâ't từ vài m ét đ ến hàng nghìn m ét M ột th ể địa chât có đ ộ lỗ rỗng nhỏ, đ ộ d ẫn nước hạn c h ế k hó có th ế lây n c đ ợ c b ằng cơng trình n h ân tạo đ ợ c gọi lớ p chứa n c M ột th ể địa chất có đ ộ lỗ rỗng n h ỏ có chứa nước n hư ng hầu n h n c k h ôn g vận đ ộ n g k h ô n g th ể lây n ớc đ ợ c g ọ i lớp cách nước Hình Các dạng tầng chứa nước theo áp lực thủy tĩnh Tầng chứa nước phân làm m ột s ố loại [H.l] a)Theo áp lự c th ủ y tình, p hân tầng a nước k hông áp tầng chứa n ớc có áp - T ầng chứa n c k h ôn g áp tầng đâ't đá bão hòa n c n c có m ặt thốn g tự d o (áp suâ't b ề m ặt n c b ằn g áp su ất khí q uyển) - T ầng a n c có áp tầng a n c th ể địa châ't n ằm giử a hai lớ p cách nư ớc, áp suất b ề m ặt n c lớ n áp su ất khí q u yển Khi khoan th ủ n g m tầng chứa n ớc, m ự c n c tầng chứa n c d â n g lên cao h a n đ y m cách nước; nhiều nơi tủ y th u ộ c v o độ cao m iền cấp, nư ớc có th ể d ân g cao m ặt đâ't v ị trí g iế n g khoan Tầng chứa nước khe nứt Tầng chứa nước khe nửt-karst Hình Các dạng tầng chứa nước theo điều kiện tồn Đ ỊA CHẤT T H U Ỷ V Ă N 407 Tầng bán áp trường h ợ p đ ặc biệt tầng có Fetter c w., 2001 Applied Hydrogeology 4th Edition Prentice áp, m đ y tầng chứa n ớc lớp thấm Haỉỉ 598 pgs Nevv York, USA nước yêu ch o p h ép vận đ ộ n g thăn g đ ứ ng Freeze R A., Cherry J A., 1979 Groundvvater Prentice Haỉỉ 604 a) Tùy thu ộc v o thành p hần đất đá chứa nước, pgs N ew jersey/ USA tủy thuộc v o đ ộ h ổ n g hốc, có th ể p h ân biệt loại López-Geta Juan Antonio, Fomés Juan Maria, Ramos Gerardo, tầng chứa nước: tầng chứa n c lỗ h ổng, tầng chứa Villarroya Fermin, 2006 Groundwater A natural undernư ớc khe n ứ t tầng chứa n ớc khe nứt-karst [H.2] ground resource Authors: Legal deposit: M-8122-2006; NI- Tài liệu tham khảo Davis S.N., D e YViest R.J.M, 1966 H ydrogeoỉogy 2™* Edition John W iley & Sons 463 pgs N ew York, USA, Dom enico p A., Schw arz F YV., 1997 Physical and Chemical PO: 657-06-011-4 ISBN: 84-7840-618-2 Hiscock K.# 2005 Hydrogeology Principles and practice Blackivell Publishing 389 pgs Oxíord UK Price, Mv 1996 Introducing Groundvvater 2nd Editìon Chapman & Hall 278 pgs London, ƯK H ydrogeology 2nd Edition Ịohn W iley Sons 528 pgs N ew York, USA Thuỷ V õ Công Nghiệp Hội Địa chất Thủy văn Việt Nam Giới thiệu Tồn b ộ k h n g gian chứa n c thiên nhiên hành tinh trạng thái lòn g, rắn, - tạo thành thủy q uyến Trái Đât C h ú n g chủ y ế u chứa đại d n g , p h ẩn lại - thạch quyến, k hối b ăn g tu yết hai địa cực núi cao, sôn g h ổ lụ c địa, tron g khí q u y ến thê sin h vật Ranh g ió i th ủ y q u y ể n b ể m ặt tiếp xúc giữ a tầng đ ố i lưu tầng b ìn h lưu khí quyển, đ ộ cao từ 8-1 Okm (ở v ù n g cực) đ ến 16-18km (ở xích đạo) bên m ặt đất R anh giớ i d i (đ ộ sâu tổn n c th ế lỏ n g tron g thạch q u yển ) chưa có ý kiến th ố n g nhất, p hần lớn nhà k hoa h ọc q uy ước khoản g 12-16km (riêng n h ữ n g v ù n g hoạt đ ộn g núi lửa đ ộ sâu đ ó vài trăm m ét d i m ặt đất, chí n n g hơn) M ột s ố ý k iến khác lại cho ranh g iớ i củ a th ủ y q u y ến p hải đ ến đ ộ sâu 30-40km n o i nhiệt đ ộ tới h ạn đ ạt ,2 °c áp suâ't 218,5atm, n a i toàn b ộ n c b iến thàn h Tổng lượng nước phân bố chúng thủy T lư ợ n g n c tron g th ủ y q u yển theo tính toán khác n h au d a o đ ộ n g k hoản g 1.300-1.500 triệu km T h eo s ố liệ u cô n g b ố ch ín h thứ c ƯNEP n ăm 2002 1.368 triệu k m 3, th n g đ ợ c làm tròn 1,4 tỷ km 3, b ằn g k hoản g 0,023% khối lư ợ n g Trái Đất, p h ân b ố khác n h au theo từ n g đ ố i tư ợ n g [Bảng 1] Tổng lượng nước nêu không bao hàm nước manti trạng thái siêu tới hạn Theo Derpgols V.F (,4epnro;ibij B.0., 1979) lượng nước chứa m an ti có th ể đạt tới 20 tỷ km 3, tức gâ'p 14 lần lượng nước thủy theo s ố liệu UNEP Bảng Phân bố nước Trái Đất Thành phần Thẻ tích (1.000 km3) % trữ lưọng giói Thời gian lưu giữ trung bình Tổng số 1.386.000 100 2.800 năm Đại dương 1.338.000 96,5 3.000 đến 30.000 năm Băng tuyết 24.364 1,76 đến 100.000 năm Nước mặn đất 12.870 0,93 Vài ngày đến hàng nghìn năm Nước nhạt đất 10.530 0,76 Vài ngày đến hàng nghìn năm Hồ nước nhạt 91 0,007 đến 500 năm Hồ nước mặn 85 0,006 đến 1.000 năm Hơi ẩm thổ nhưỡng 16,5 0,001 tuần đến năm Nước khí 12,9 0,001 tuần Nước đầm lầy 11,5 0,001 Vài tháng đến năm Nước sơng ngòi 2,12 0,0002 Nước thể sinh vật 1,12 0,0001 tuần đến tháng tuần ... Castany, Jean Magard (Pháp), v.v Địa chắt thủy văn cải tạo đất Địa chất thủy văn cải tạo đất phát triển p h n g pháp đ ể cải thiện đ iều kiện địa chất th ủ y văn v ù n g lãnh thô nhằm p hụ c... ịa chất thủy văn mỏ N g h iên cứu nư ớc dư ới đâ't p hụ c vụ cho việc đánh giá địa chất công n gh iệp m ò khống sản, khai thác phát triển khoán g sản nội d u n g n gh iên cứu địa chất thủy văn. .. THƯ Đ ỊA CHAT Địa chắt thủy văn khu vực Các n gu yên tắc v ề phân b ố nước dư ới đất điểu kiện tự nhiên khác tủy thuộc vào câu trúc địa chất đổi tượng n gh iên cứu v ề địa chât thủy văn khu vực