Nghiên cứu sự hình thành và định hướng khai thác hợp lý nước nhạt dưới đất vùng Nam Định : Luận văn Thạc sĩ Địa chất: 60 44 02 05

Thuyết ngấm là học thuyết đầu tiên về quá trình hình thành NDĐ, với bản chất đáng tin cậy của nó khi khẳng định sự cung cấp của NDĐ bằng con đường ngấm sâu vào lòng đất của nước mưa, nướ

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

1

Mục lục……… ……….1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6

MỞ ĐẦU 7

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 7

1.2 Mục tiêu 7

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

1.4 Phương pháp nghiên cứu 8

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 8

1.6 Cơ sở tài liệu 8

1.7 Cấu trúc luận văn 9

1.8 Lời cảm ơn 9

CHƯƠNG 1 11

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 11

1.1 Tổng quan về nghiên cứu về sự hình thành nước nhạt dưới đất 11

1.1.1 Trên thế giới 11

1.1.2 Ở Việt Nam 14

1.2 Phương pháp nghiên cứu 17

1.2.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 17

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học NDĐ 17

1.2.3 Phương pháp đồng vị 17

1.2.4 Phương pháp mô hình số 18

CHƯƠNG 2 20

KHÁI QUÁT VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU 20

2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 20

2.1.1 Vị trí địa lý 20

2.1.2 Đặc điểm địa hình 20

2.1.3 Đặc điểm khí hậu 21

2.1.4 Đặc điểm thuỷ văn 21

2.1.5 Biển với các hiện tượng thuỷ triều 21

2.2 Đặc điểm dân cư và kinh tế 25

2.2.1 Dân số 25

2.2.2 Kinh tế 25

2.3 Đặc điểm địa chất 27

2.3.1 Địa tầng 27

2.3.2 Đặc điểm kiến tạo 32

2.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 34

2.4.1 Tầng chứa nước các trầm tích Holocen trên (qh2) 35

2.4.2 Tầng chứa nước các trầm tích Holocen dưới (qh1) 37

2

2.4.3 Tầng chứa nước Pleistocen (qp) 38

2.4.4 Tầng chứa nước Pliocen (n2) 42

2.4.5 Tầng chứa nước các trầm tích cacbonat trias giữa (t2) 43

2.4.6 Các thành tạo địa chất rất nghèo nước 44

CHƯƠNG 3 45

NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT DƯỚI ĐẤT 45

3.1 Cơ sở lý thuyết xác định nguồn gốc của nước bằng phương pháp đồng vị 45

3.1.1 Cơ sở lý thuyết 45

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu nguồn gốc nước dưới đất dựa trên mối tương quan giữa thành phần đồng vị bền của nước (2H,18O) 46

3.1.3 Nghiên cứu nguồn gốc của nước dựa trên việc xác định tuổi của nước dưới đất 48

3.2 Các kết quả nghiên cứu đã đạt được 51

3.2.1 Thành phần đồng vị bền của các mẫu nước nghiên cứu 51

3.2.2 Thành phần đồng vị phóng xạ của các mẫu nước nghiên cứu 58

CHƯƠNG 4 64

ĐỊNH HƯỚNG KHAI THÁC SỬ DỤNG HỢP LÝ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 64

VÙNG NAM ĐỊNH 64

4.1 Hiện trạng khai thác và sử dụng nước dưới đất vùng Nam Định 64

4.1.1 Khai thác công nghiệp 64

4.1.2 Khai thác cung cấp nước vùng nông thôn 64

4.2 Kết quả xây dựng mô hình nước dưới đất vùng Nam Định 66

4.2.1 Xây dựng mô hình dự báo 66

4.2.2 Kết quả dự báo 71

4.3 Định hướng khai thác và sử dụng hợp lý 75

Kết luận 78

Kiến nghi ̣ 78

Tài liệu tham khảo……… 78

3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TT Từ viết tắt Nghĩa đầy đủ

1 ĐCTV : Địa chất thủy văn

4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

2 Hình 2.2 Đồ thị dao động ngày và nửa tháng của thủy triều Q109a (Hải

3 Hình 2,3 Đồ thị dao động mực nước tại công trình Q109a tầng chứa nước

4 Hình 2.4 Đồ thị dao động mực nước tại công trình quan trắc Q108a tầng

8 Hình 3.2: Mối tương quan thành phần đồng vị bền của nước lấy từ các tầng

9 Hình 3.3: Mức độ biển đổi của δ 18 O theo chiều sâu các tầng chứa nước

10 Hình 3.4: Sự thay đổi theo mùa thành phần đồng vị bền trong các mẫu nước

11 Hình 3.5: Sự biến đổi theo mùa của các tầng chứa nước 58

12 Hình 3.6: Sơ đồ đẳng tuổi tầng chứa nước Pleistocen vùng nghiên cứu 60

13 Hình 3.7: Sơ đồ đẳng tuổi tầng chứa nước Neogen và Trias vùng nghiên cứu 61

14 Hình 3.8: Mô hình khái niệm hướng dòng vận động của nước dưới đất theo 61

5

mặt cắt địa chất thủy văn

15 Hình 4.1 Quá trình biến đổi của ranh giới mặn nhạt tại Nam Định 66

17 Hình 4.3 Cầu trúc các lớp trong mô khu vực Nam Định 67

19 Hình 4.5 Độ cao mực nước tại công trình Q.109 tầng Holocene 69

21 Hình 4.7 Đồ thị mực nước tại công trình Q.109a tầng chứa nước qp năm

22 Hình 4.8: Diện tích phễu hạ thấp mực nước tầng chứa nước qp tỉnh Nam

23 Hình 4.9 Kết quả tính cân bằng nước năm 2020 theo kịch bản 1 72

25 Hình 4.11 Đường đẳng mực nước trên mô hình theo 2 phương án 74-75

26 Hình 4.12 Đồ thị độ sâu mực nước Q.109a và Dân số tỉnh Nam Định 76

6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1 Bảng 2.1: Giao động biên độ triều ở các cửa sông vùng Nam Định 24

2 Bảng 3.1: Thành phần đồng vị bền (δ 2 H và δ 18 O) của nước trong các tầng

chứa nước và nước mặt trong vùng nghiên cứu (tháng 5/2010)

52

3 Bảng 3.2: Thành phần đồng vị bền (δ 2 H và δ 18 O) của các mẫu nước lấy

từ các tầng chứa nước khác nhau vào mưa (tháng 8/2011) và mùa khô

5 Bảng 3.4: Tỷ số hoạt độ phóng xạ của 14 C trong DIC của các mẫu nước

lấy từ các tầng chứa nước khác nhau

7

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có hơn 3260 km bờ biển với điều kiện địa chất, địa chất thủy văn khác nhau đã hình thành và tồn tại nhiều khối nước nhạt đa dạng về cấu trúc cũng như nguồn bổ cập Tại Nam Định, tồn tại một thấu kính nước nhạt lớn trong tầng chứa nước Pleistocen và Neogen dọc dải ven biển từ Giao Thủy đến Nghĩa Hưng Đới thấu kính nước nhạt này được đánh giá có trữ lượng khai thác tiềm năng lớn lên tới 203.445 m3/ng.đ Tuy có nhiều nghiên cứu về sự hình thành đới thấu kính nước nhạt này phục vụ khai thác bền vững nhưng chưa có nghiên cứu nào sử dụng tổ hợp các phương pháp trong đó có áp dụng phương pháp đồng vị để nghiên cứu sự hình thành về thấu kính nước nhạt này

Chính vì vậy, đề tài ”Nghiên cứu sự hình thành và định hướng khai thác

hợp lý thấu kính nước nhạt dưới đất vùng Nam Định” mang tính cấp thiết và có ý

nghĩa khoa học và thực tiễn

1.2 Mục tiêu

Làm sáng tỏ nguồn gốc hình thành thấu kính nước nhạt trên cơ sở ứng dụng phương pháp thủy văn đồng vị bền và phóng xạ, từ đó định hướng khai thác hợp lý thấu kính nước nhạt dưới đất, có xét đến ảnh hưởng của hiện tượng nhiễm mặn và mực nước hạ thấp

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu sự tương tác giữa các tầng chứa nước chính Holocen và Pleistoce, Neogen với nước mưa và sông Hồng đoạn chảy qua vùng bằng phương pháp đồng vị Khu vực nghiên cứu tập trung là vùng ven biển tỉnh Nam Định gồm các huyện Xuân Trường, Giao Thủy, Nghĩa Hưng, Hải Hậu

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là khu vực tỉnh Nam Định

8

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Thu thập các tài liệu liện quan

đến vùng nghiên cứu, sau đó phân tích, tổng hợp, đánh giá

- Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học nước dưới đất: phân tích thành phần hóa học các mẫu nước để đánh giá được chất lượng nước khu vực nghiên cứu

- Phương pháp đồng vị: phân tích các mẫu đồng vị từ đó làm cơ sở nghiên cứu nguồn gốc của các tầng chứa nước

- Phương pháp mô hình số: để sơ đồ hóa dòng chảy nước dưới đất và tính cân bằng nước

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Khái quát lại đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn vùng từ

những tài liệu nghiên cứu riêng lẻ, góp phần làm sáng tỏ đặc điểm địa chất, cấu trúc

và tiềm năng khai thác các nguồn tài nguyên trong khu vực nghiên cứu

Giá trị thực tiễn: Là cơ sở để các cơ quan quản lý tài nguyên nước và đưa ra

các chính sách sử dụng hợp lý Là cơ sở khoa học định hướng cho các dự án nghiên

cứu và thăm dò chi tiết sau này

1.6 Cơ sở tài liệu

Luận văn được hoàn thiện trên cơ sở các tài liệu chính sau:

- Các kết quả nghiên cứu về NDĐ vùng Nam Định của Trung tâm nghiên cứu Asen trong nước ngầm (VietAs – Danida) từ năm 2005 đến năm 2012

- Báo cáo “Assessment of Groundwater Resources in Nam Dinh Province” của dự án Tăng cường năng lực bảo vệ Tài nguyên nước dưới đất ở Việt Nam (IGPVN) do Chính phủ Cộng hòa Liên bang Đức tài trợ

- Báo cáo đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng tổ hợp các phương pháp địa chất

thuỷ văn, địa vật lý, mô hình số đề tài điều tra, đánh giá nhiễm mặn và tìm kiếm

9

các thấu kính hoặc tầng chứa nước nhạt dải ven biển Nam Định”, do PGS.TS

Nguyễn Văn Đản chủ trì

- Báo cáo đề tài “Tổng kết nghiên cứu tổng hợp tài nguyên nước dưới đất

tỉnh Nam Định Đề xuất một số phương pháp quy hoạch khai thác sử dụng hợp lý và bền vững”, do GS.TSKH Bùi Học chủ trì

- Cột địa tầng và tài liệu quan trắc mực nước dưới đất mạng quan trắc Quốc gia vùng đồng bằng Bắc Bộ từ năm 1995 đến nay do Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước Quốc gia quản lý

1.7 Cấu trúc luận văn

Luận văn được phân chia bố cục gồm 4 chương không kể phần mở đầu và kết luận

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về nghiên cứu sự hình thành nước dưới đất

Chương 2 Khái quát về vùng nghiên cứu

Chương 3 Nghiên cứu sự hình thành thấu kính nước nhạt dưới đất

Chương 4 Định hướng khai thác sử dụng hợp lý nước dưới đất vùng Nam Định

10

Trong suốt quá trình học tập, trao đổi và làm luận văn, học viên luôn được sự động viên giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa Địa chất trường Đại học Khoa học Tự nhiên - nơi học viên học tập từ sinh viên đến nay, Ban quản lý Dự án Vietas nơi học viên học tập và nghiên cứu

Qua đây, học viên xin chân thành cảm ơn đến Trường đại học Khoa hoc Tự nhiên, Khoa Sau đại học, Dự án Vietas

Đặc biệt, học viên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Quý Nhân, PGS.TS Flemming Larsen, NCS Hoàng Văn Hoan đã tạo điều kiện, giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này

Luận văn được hoàn thành chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý, trao đổi và thảo luận của các nhà chuyên môn, các bạn đồng nghiệp để đạt được mục đích và ý tưởng của đề tài đặt ra

11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 1.1 Tổng quan về nghiên cứu về sự hình thành nước nhạt dưới đất

1.1.1 Trên thế giới

NDĐ được biết đến và khai thác, sử dụng từ thời cổ xưa (cách đây khoảng 3.000 năm), ở châu Âu, Bắc Phi và kéo dài từ Afghanistan đến Moroco, người ta đã đào các giếng nằm ngang để lấy nước ở những vùng có địa hình cao cấp nước cho các nông trại [2]

Song song với quá trình sử dụng nước đã xuất hiện những giả thiết và những

ý niệm đầu tiên về NDĐ, đó là: NDĐ bắt nguồn từ nước đại dương đi lên theo các khe nứt của đá dưới áp lực bề mặt (Thales ở Mile, 650-548TrCN) hay người ta cho rằng nước trong các con sông, trong các mạch nước hơi nước xuất hiện có liên quan đến hoạt động núi lửa và từ sâu trong lòng đất đi lên (Platon, 427 – 347 TrCN), hoặc NDĐ hình thành do sự ngưng đọng của hơi nước từ khí quyển (Aristotel, 384 – 322 TrCN) Muộn hơn nữa, Lucrexius Carus (98 – 53 TCN lại chỉ ra rằng NDĐ

do nước biển đi lên và nhạt hóa hay do nước mưa ngấm xuống mà thành (Mareus Vitrucius Pollio, thế kỷ I, TrCN)

Thuyết ngấm là học thuyết đầu tiên về quá trình hình thành NDĐ, với bản chất đáng tin cậy của nó khi khẳng định sự cung cấp của NDĐ bằng con đường ngấm sâu vào lòng đất của nước mưa, nước tuyết tan và các loại nước trên mặt đất (Mark Vitruvi Polio, Perrp P.V., Mariolt E., Lomonoxov M.V.)[2]

Tiếp đến, thuyết ngưng tụ ra đời với nội dung cơ bản khi coi NDĐ được hình thành do bề mặt các vật liệ dạng hạt lạnh hơn đã hút hết hơi ấm từ không khí và ngưng tụ hơi nước trong trong nhiều lỗ hổng nguội lạnh của lớp thổ nhưỡng và đất

đá nằm phía dưới (Aristot, thế kỷ IV, TrCN) [2]

Từ những năm đầu của thế kỷ 17, khoa học nghiên cứu NDĐ đã có chiều hướng phát triển nhiều hơn Các nước đi đầu nghiên cứu và đặt nền móng cho

Yêu tố thủy văn với đặc trưng là chế độ triều ảnh hưởng rất lớn đến động thái NDĐ, đó là tác động của sóng làm thay đổi mực NDĐ trong các tầng chứa nước Để nghiên cứu các tác động của thủy văn đối với NDĐ, người ta đã sử dụng phương pháp giải tích, địa hình có các công trình của Jacob (1950), Nielsen (1990),

Li và Chen (1991), Sun (1997), Jiao và Tang (1999) và Li, Jiao (2001),…

Một phương pháp nhằm đánh giá lượng cung cấp thấm từ nước mưa đã được Bindeman N.N (1963), Stamm (1967) tính toán dưới dạng giá trị phần trăm lượng nước mưa thấm theo chiều sâu của lớp chứa nước thông qua chuỗi số liệu quan trắc thủy văn trong các lỗ khoan thí nghiệm [13]

Những kết quả nghiên cứu có tính ưu việt và được sử dụng nhiều nhất là tính thực nghiệm khi tính toán khối lượng cung cấp của nước mưa cho NDĐ dựa trên đặc tính trơ của nguyên tố clorua (Cl-) giữa hàm lượng Cl- có trong NDĐ và nước mưa và gọi là phương pháp cân bằng clorua Phương pháp này được đề xuất bởi Allison và Hughes (1978), sau đó nó được ứng dụng nhiều trong các công trình của Allison và Hughes (1978), Edmunds và Walton (1980), Kitching (1980), Sharma và Hughes (1987), Edmunds và nnk (1988), Sukhija và nnk (1988), Cook và nnk (1989), Scanlon 91991), Edmunds và Gaye (1994), Kennet – Smith và nnk (1994),

de Silva (1996), Sukhija và nnk (1996), và de Silva (1998), Martin (2000)

Việc xác định cấu trúc chứa nước nguồn gốc hình thành, tuổi và sự cung cấp hay tiêu thoát của NDĐ cũng như bảo vệ chúng dựa trên quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ như 13

C, 14C, D, T, 18O, 36Cl, 226Ra và 222Rn,… và được gọi là phương pháp đồng vị trong địa chất thủy văn Phương pháp này đã được áp dụng phổ biến từ những năm 70 (thế kỷ XX) đến nay trong nhiều công trình của Hebert

Nghiên cứu sự vận động của nước nhạt ven biển đã được Girinxki N.N (1948) xác lập nhiều phương trình tính toán lưu lượng dòng nước ngầm trên bờ biển

và trong các đảo cát ở biển khi giả thuyết rằng giữa nước nhạt và nước mặn được ngăn cách bởi đường cong thoải (không tính đến đới hỗn hợp do khuếch tán tạo thành) và coi dòng NDĐ là dòng phẳng một chiều trong tầng chứa nước đồng nhất.Đến nay các nước tiên tiến trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu và đạt được nhiều kết quả quan trọng về sự tác động của việc thay đổi khí hậu đến tài nguyên nước nói chung Trong yếu tố khí hậu được chú trọng nhiều nhất là lượng mưa bổ cập cho nước ngầm và quá trình tăng nhiệt độ kèm theo sự dâng cao mực nước biển xâm nhập và đất liền Các dự án điều tra đánh giá tài nguyên nước được kết hợp với nhiều lĩnh vực khác và được đánh giá một cách tổng thể về giá trị tiềm năng và độ ô nhiễm [16]

Hầu hết những nghiên cứu về tác động tiềm tàng của sự thay đổi khí hậu tới chu trình thủy văn được dự báo trực tiếp đối với nước mặt, có liên hệ giữa dòng chảy ngầm và thoát của sông (Whitfield và Taylor, 11998; Leith và Whitfield, 1998) Một số ít những nghiên cứu đã chính xác hóa độ nhạy cảm của các tầng chứa nước khi có sự thay đổi của lượng mưa và nhiệt độ Trên bình diện quốc tế, chỉ một vài nghiên cứu thể hiện dưới dạng các báo cáo thường năm về tác động của sự thay đổi khí hậu (cơ bản là dự báo) tới tài nguyên NDĐ (Vaccaro, 1992; McLaren, Sudicky 1993 và Rosenberg, 1999) Một trong những nghiên cứu quan trọng nữa là

Trên Thế giới, ngày càng có nhiều công trình có nhiều công trình khoa học được thực hiện trên nhiều khu vực ven biển nhằm nghiên cứu nguồn gốc hình thành NDĐ, xác định diện thay đổi mực nước, xác định nguồn gốc và đánh giá mức độ nhiễm mặn NDĐ, xác định mối quan hệ tuổi của NDĐ và khảo sát về mặt thời gian của quá trình biển đổi trữ lượng và nguồn gốc của chúng

1.1.2 Ở Việt Nam

NDĐ là đối tượng đã được các tổ chức, cơ quan chuyên ngành trong nước nghiên cứu và đạt được những kết quả nhất định Các công trình được triển khai trên hầu khắp lãnh thổ Việt Nam với nhiều vấn đề khác nhau, gồm có ĐCTV khu vực; thủy địa hóa, đồng vị NDĐ

Giai đoạn 1976-1980 có nhiều chương trình cấp Nhà nước và đề tài nghiên

cứu tổng hợp ĐCTV lãnh thổ ra đời Đề tài “NDĐ Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt

Nam”, mã số 44-04-01-01 do Vũ Ngọc Kỷ chủ biên tổng hợp được hầu hết các tài

liệu ĐCTV và NDĐ từ trước đến những năm đầu của thấp kỷ 80 Đây là công trình

đã phản ánh khách quan điều kiện ĐCTV của đất nước và đã đánh giá đầy đủ các khía cạnh của lĩnh vực ĐCTV và NDĐ trong mấy chục năm qua

Đề tài “Những nghiên cứu đầu tiên về các đồng vị trong nước ở miền Bắc

Việt Nam” đã được Bùi Học, Nguyễn Thượng Hùng, Vũ Ngọc Kỷ công bố năm

1981 đã nêu các vấn đề tuổi, nguồn gốc của nước dưới đất ở đồng bằng Bắc Bộ

15

Năm 1985-1986 Bùi Học, và nnk lấy mẫu xác định tuổi, nguồn gốc NDĐ và các vấn đề liên quan đến nước nóng, nước khoáng.Năm 1992, Bùi Học, trong luận

án tiến sĩ khoa học ở Cộng Hòa Liên bang Đức với đề tài “Địa chất thủy văn đồng

vị lãnh thổ Việt Nam” đã đưa ra những kết quả nghiên cứu về nguồn gốc, thời gian

lưu, tốc độ vân động và mức độ bảo vệ của NDĐ ở 2 đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ: (1) nước ngầm ở đồng bằng Bắc Bộ có tuổi từ hàng trăm đến hàng nghìn năm nguồn gốc ngấm,(2) tốc độ vận động theo hướng Tây Bắc- Đông Nam là 9-10m/năm, (3) nước ngầm ở đồng bằng Nam Bộ có tuổi từ hàng nghìn đến hàng vạn năm, nguồn gốc chôn vùi, (4) tốc độ vận động từ 1-2 m/năm [8]

Năm 1995 Vũ Kim Tuyến đã bảo vệ luận án tiến sĩ với đề tài “Phương pháp

đồng vị nghiên cứu tuổi và nguồn gốc nước dưới đất trầm tích Đệ tứ đồng bằng Bắc Bộ” đã nêu lên phương pháp nghiên cứu nguồn gốc nước dưới đất bằng phương

pháp đồng vị Kết quả nghiên cứu này đã mở ra một phương pháp mới cho việc nghiên cứu NDĐ [8]

Năm 2004, Trịnh Văn Giáp, Hoàng Đắc Lực đã triển khai đề tài nghiên cứu đồng vị C-14 nước ngầm khu vực Hà Nội đã kết luận: vùng Tây Nam thành phố, nước ngầm có tuổi cao hơn vùn phía Đông Bắc do đó gợi ý nước ngầm ở Hà Nội được bổ cấp theo hướng Đông Bắc - Tây Nam [6]

Ở Nam Định cũng có những nghiên cứu bước đầu về nguồn gốc thành tạo NDĐ ở trong khu vực tạo điều kiện để quy hoạch và phát triển kinh tế xã hội

Năm 2004, Bùi Học đã đưa ra kết quả nghiên cứu thành phần đồng vị trong nước ngầm vùng Nam Định trong báo cáo tổng hợp nghiên cứu điều tra tài nguyên nước dưới đất tỉnh Nam Định Báo cáo đã có những nghiên cứu sơ bộ về sự hình thành các thấu kính nước dưới đất vùng ven biển Nam Định và đã đưa ra được một

số phương pháp quy hoạch khai thác sử dụng hợp lý và bền vững [9]

Năm 2005, Đoàn Văn Cánh, Lê Thị Lài, Hoàng Văn Hưng, Nguyễn Đức Rỡi, Nguyễn Văn Nghĩa đã nêu ra lại vấn đề nguồn gốc hình thành nước dưới đất ở

Năm 2011, Frank Wagner, Falk Lindenmaier đã có những bước nghiên cứu

cụ thể hơn về tuổi, thành phần hóa học và mối tương quan giữa chúng từ đó có những bước đầu nhận định có cơ sở khoa học về nguồn gốc hình thành nước dưới đất của tầng chứa nước Pleistocen và Neogen ở Nam Định Kết quả của quá trình

nghiên cứu được đề cập đến trong báo cáo “Assessment of Groundwater Resources

in Nam Dinh Province” [15]

Từ năm 2005 đến nay, được sự tài trợ kinh phí từ Cơ quan Hỗ trợ phát triển của Đan Mạch (DANIDA), một đề tài phối hợp giữa các nhà khoa học Đan Mạch từ Đại học Tổng hợp Công nghệ (DTU) và Việt Nam từ Đại học Mỏ-Địa chất, Đại học Khoa học tự nhiên, Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân đã được triển khai nghiên cứu cơ chế di chuyển As từ trầm tích Holocen vào nước ngầm và quá trình xâm nhập mặn từ sông, biển vào các tầng chứa nước vùng châu thổ sông Hồng Địa điểm nghiên cứu xâm nhập mặn được lựa chọn là khu vực cửa sông Hồng thuộc tỉnh Nam Định, một phần của Thái Bình Dự án VietAs đã tiến hành lấy mẫu 3H, D, 18O, 4

He, 14C, các khí trơ trong các lỗ khoan của dự án, quan trắc thành phần đồng vị bền trong nước mưa khu vựcvà lấy mẫu đồng vị nước mặt của Sông Hồng Các kết quả này được sử dụng làm cơ sở để tác giả nghiên cứu sự hình thành nước nhạt dưới đất khu vực tỉnh Nam Định [1]

Nghiên cứu NDĐ trong khu vực đóng vai trò hết sức quan trọng nhằm góp phần nâng cao tính hiệu quả trong khai thác sử dụng tài nguyên phục vụ phát triển

1.2 Phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

Tác giả đã thu thập các tài liệu nghiên cứu về nguồn gốc nước dưới đất trên thế giới cũng như ở Việt Nam để làm các tài liệu nghiên cứu Bên cạnh đó còn thu thập thêm các tài liệu về địa chất, địa chất thủy văn, đồng vị….trong khu vực nghiên cứu để phân tích, đánh giá và luận giải các kết quả đạt được

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học NDĐ

Nước là một dung môi đặc biệt chúng có khối lượng phân tử nhỏ lại phân cực manh do đó có khả năng xâm nhập hòa tan rất nhiều các chất vô cơ, hữu cơ trong dung dịch Do đó nghiên cứu thành phần hóa học NDĐ là một phương pháp nghiên cứu được tính chất, nguồn gốc của các chất trong nước, chất lượng nguồn nước…Từ đó để có những biện pháp và mục đích sử dụng nguồn tài nguyên nước một cách hợp lý va bền vững

1.2.3 Phương pháp đồng vị

Khái niệm về đồng vị (Isotope): là hạt nhân của cùng một nguyên tố hóa học,

tức là có chỉ số p như nhau nhưng khác nhau về số khối A, hay nói cách khác là khác nhau về số nơtron n trong hạt nhân Như vậy, đồng vị là khái niệm để chỉ hạt

nhân của cùng một nguyên tố hóa học có số nơtron trong hạt nhân khác nhau

Hydro có ba đồng vị là proti với A= 1, Deuteri với A = 2 và Triti với A=3 Oxy có

17 đồng vị với số khối thay đổi từ 12 đến 28 Tuy nhiên, về mặt ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là trong địa chất thủy văn đồng vị thì chỉ có 16

O, 17O và 18O là có ý nghĩa và chúng luôn có mặt trong cấu trúc của phân tử nước Như vậy, trong một cốc nước, thực tế có 9 loại phân tử nước với những tổ hợp đồng vị của hydro và oxy khác

18

nhau (không tính đến tổ hợp 2

H2O và 3H2O) Tương quan thành phần giữa các tổ hợp đồng vị trong mẫu nước cũng khác nhau

Trong phạm vi của luận văn, tác giả sẽ sử dụng đồng thời 2 đồng vị bền gồm

D (2H), 18O và các đồng vị phóng xạ 3H, 14C, Ne/He để giải quyết các bài toán đặt

ra Do vậy, đặc điểm của các đồng vị này trong chu trình thủy sinh địa hóa, các quy luật đồng vị trong tự nhiên của chúng cũng như các quá trình làm thay đổi thành phần đồng vị sẽ được trình bày cụ thể ở chương 3

1.2.4 Phương pháp mô hình số

Sự biến đổi độ cao mực nước ngầm được mô tả bằng một phương trình đạo

hàm riêng duy nhất sau:

t

h S W z

h K z y

K y x

h K

)(

)(

Trong đó:

- Kxx, Kyy, Kzz: Các hệ số thấm theo phương x, y, z Chiều z là chiều thẳng đứng

- h: Cột cao mực nước tại ví trí (x, y, z) ở thời điểm t;

- W: Modul dòng ngầm, hay giá trị bổ cập, thoát đi của nước ngầm tính tại vị trí (x, y, z) ở thời điểm t W = W(x, y, z, t) là hàm số phụ thuộc thời gian và không gian (x, y, z)

- S: Hệ số nhả nước;

Các hàm: Ss = Ss(x, y, z), Kxx = Kxx (x, y, z), Kyy = Kyy (x, y, z), Kzz = Kzz (x,

y, z) phụ thuộc vào vị trí không gian x, y, z

Phương trình được giải với các điều kiện biên:

+ Điều kiện biên loại I: Là điều kiện biên mực nước được xác định trước (còn gọi là biên Dirichlet) H = h(t) Đó là ô mà mực nước được xác định trước và giá trị này không đổi trong suốt thời gian tính toán

19

+ Điều kiện biên loại II: Là điều kiện biên dòng chảy được xác định trước (còn gọi là biên lưu lượng Neuman) Q = q(t) Đó là các ô mà lưu lượng dòng chảy qua biên được xác định trước trong suốt bước thời gian tính toán Trường hợp không có dòng chảy thì lưu lượng được xác định bằng không

+ Điều kiện biên loại III: Là điều kiện biên mà lưu lượng trên biên phụ thuộc vào mực nước (còn gọi là biên hỗn hợp Cauchy) Q = f(H)

Mô hình dòng chảy khu vực Nam Định tác giả xây dựng trên trên phầm mềm Visual MODFLOW để tính toán sự hạ thấp mực nước và trữ lượng có thể khai thác thêm được ở trong khu vực nghiên cứu

20

CHƯƠNG 2 KHÁI QUÁT VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU 2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên

2.1.1 Vị trí địa lý

Tỉnh Nam Định có diện tích 1.637 km2

nằm ở phía nam châu thổ sông Hồng Phía bắc giáp tỉnh Hà Nam, phía đông giáp tỉnh Thái Bình, phía tây giáp tỉnh Ninh Bình, phía nam và đông nằm giáp với biển đông

Lượng mưa trung bình năm từ 1.750-1.800mm chia làm 2 mùa rõ rệt Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, với lượng mưa chiếm trên 70% lượng mưa cả năm, ở thời kỳ này lượng mưa lớn hơn bốc hơi nhiều Mùa khô hay mùa ít mưa từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau, ở thời kỳ này lượng bốc hơi đôi khi lớn hơn lượng mưa Mặt khác, do nằm trong vùng vịnh Bắc Bộ nên hàng năm Nam Định thường chịu ảnh hưởng của bão hoặc áp thấp nhiệt đới, bình quân 4-6 cơn/năm

2.1.4 Đặc điểm thuỷ văn

Là bộ phận ven biển đông nam của châu thổ sông Hồng có khí hậu gió mùa

ẩm, nguồn nước của tỉnh Nam Định rất phong phú nhưng biến đổi theo mùa và chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Từ khi con người đắp đê để khai thác tự nhiên từ sự giao lưu giữa 2 nguồn nước là: nguồn nước tại chỗ do mưa cung cấp và nguồn nước từ sông Hồng với các chi lưu bị xáo trộn Xử lý sự xáo trộn đó bằng 1 hệ thống kênh rạch rải khắp đồng ruộng với các trạm bơm tưới tiêu, các cống tưới tiêu dày đặc ven sông, điển hình là sông Sắt và sông Ninh Cơ Toàn tỉnh có 530km sông ngòi, trong

đó có 16 sông dài trên 10km, 4 con sông lớn là sông Hồng, sông Đáy, Nam Định, Ninh Cơ, sông Sò dài 251km Mật độ chung của sông ngòi đạt 0,33km/km2 Với địa hình bãi bồi châu thổ, dòng sông chuyển động liên tục thì hệ thống hồ móng ngựa-

di tích những khúc uốn cũ rất dày đặc

2.1.5.Biển với các hiện tượng thuỷ triều

Đặc điểm dao động thuỷ triều

22

Phía đông nam của tỉnh Nam Định là bờ biển thông ra vịnh Bắc Bộ Đường

bờ biển thuộc Nam Định dài 72km thẳng đang bị xói lở lấn dần vào lục địa Biển ở

Nam Định có đặc điểm chung với biển ở vịnh Bắc Bộ

Thuỷ triều vùng biển Nam Định có chế độ nhật triều đều Độ lớn chiều đạt đến gần 4m thuỷ triều biến thiên có quy luật theo thời gian: ngày, nửa tháng, mùa, nhiều năm

Quy luật biến thiên ngày: Trong 1 ngày có 1 lần nước lên và 1 lần nước

xuống thời gian xấp xỉ bằng nhau và bằng 12h24 Đường cong biểu diễn sự biến thiên thuỷ triều là một hình sin ( hình2.2) khá đều đặn Hầu hết số ngày trong tháng chỉ có 1 lần nước lớn và 1 lần nước ròng, trong thời kỳ nước kém quy luật đó có thể

bị phá vỡ khi đó trong 1 ngày có thể có 2 lần nước lớn 2 lần nước ròng gọi là những ngày nước sinh

- Quy luật biến thiên theo nửa tháng: Trong vòng nửa tháng thuỷ triều cũng biến

thiên tương tự trong 1 ngày nghĩa là có 1 lần nước lớn 1 lần nước ròng Thời kỳ nước lớn biên độ triều thường lớn gấp 5 -12 lần biên độ triều thời kỳ nước kém (xem hình 2.2)

- Quy luật biến thiên theo mùa: Trong vòng nửa năm thuỷ triều thực hiện 1

chu kỳ dao động ( hình 2.2) với độ lớn triều cực đại vào thời kỳ hạ chí (23-6) và đông chí (23-12) và cực điểm vào thời kỳ xuân phân (21-3) và thu phân (21-9)

- Quy luật biến thiên theo nhiều năm: Trong quy luật biến thiên nhiều năm

của thuỷ triều thì chỉ có các chu kỳ 9 năm và 19 năm là có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của thuỷ triều

23

-8.10 -7.90 -7.70 -7.50 -7.30 -7.10

Hình 2.2 Đồ thị dao động ngày và nửa tháng của thuỷ triều Q109a (Hải Hậu, Nam Định)

(Nguồn Trung tâm quy hoạch và điều tra tài nguyên nước quốc gia)

Đặc điểm độ mặn của nước biển

Nước biển ở Nam Định cũng như nước ở vịnh Bắc Bộ có độ muối tương đối cao thường trên 30g/kg nhưng phân bố không đều trong không gian và thời gian

Ở vùng Vịnh độ muối cao hơn vùng ven bờ, theo độ sâu độ muối tăng dần

Về thời gian, độ mặn của nước biển thường đạt giá trị lớn nhất về mùa đông,

vì mùa này lượng mưa nhỏ, không có dòng chảy lớn từ các sông

Ảnh hưởng của hiện tượng thuỷ triều ở vùng hạ lưu các sông

Các dao động thuỷ triều xảy ra ảnh hưởng lớn đến chế độ thuỷ văn các cửa sông Điều này xảy ra ở 2 mặt: Truyền triều theo các cửa sông và xâm nhập của nước mặn

Sự truyền triều theo các cửa sông phụ thuộc vào độ lớn của thuỷ triều và độ cao, độ dốc của dòng chảy trong sông Khoảng cách tối đa tính từ cửa biển mà triều đạt tới được gọi là giới hạn truyền triều Biên độ dao động triều giảm dần theo khoảng cách xa cửa biển Biên độ dao động mực nước sông do ảnh hưởng của thuỷ triều ở sông Hồng và sông Đáy được ghi ở bảng 2.1

24

Bảng 2.1: Giao động biên độ triều ở các cửa sông vùng Nam Định

ở sông Hồng là 23- 25km và sông Đáy là 22 km cách bờ biển

Hiện tượng nước biển dâng

Hiện nay trước nguy cơ biến đổi khí hậu toàn cầu, nhiệt độ trái đất có thể tăng lên do băng ở 2 cực tan ra làm cho nước biển dâng lên Theo dự báo của các nhà khoa học trong thế kỷ 21 mực nước biển sẽ dâng cao khoảng 1m Nam Định là

vùng có địa hình thấp, sẽ có nguy cơ lớn trước hiểm hoạ này Tại hội thảo “Biến đổi

khí hậu toàn cầu và giải pháp ứng phó của Việt Nam” tổ chức tại Hà Nội ngày 28

25

và 29/2 ông Nguyễn Văn Đồng phó Chủ tịch UBND huyện Giao Thuỷ -Nam Định cho biết, kể từ cơn bão số 5 năm 2005 tại khu vực Bạch Long- Giao Thuỷ và khu du lịch Quất Lâm mực nước biển dâng lên là 20cm Số liệu này được công ty Khai thác công trình thuỷ lợi của huyện và Trung tâm Khí tượng thuỷ văn đo đạc và ghi nhận Mỗi lần thuỷ triều lên, mực nước dâng cao tràn qua đường khu du lịch ở thị trấn Quất Lâm Do vậy chính quyền địa phương phải tổ chức tôn cao đường trong khu

du lịch 20-50cm, và xây dựng bờ chắn sóng

Hậu quả của mực nước dâng cao 20cm đã phá huỷ toàn bộ môi trường và cây cối trong khu vực, ảnh hưởng đến quá trình phát triển kinh tế, du lịch và môi trường của huyện Hiện nay Nhà nước cũng đã chú ý đầu tư nâng cấp kiên cố hoá đê biển song vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu

Với những đặc điểm dễ nhận biết được về nguy cơ nước biển dâng, Hội Bảo

vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam đã chọn xã Giao Xuân huyện Giao Thuỷ làm nơi chứng minh cho sự tác động có liên quan đến vấn đề biến đổi khí hậu

2.2 Đặc điểm dân cư và kinh tế

2.2.1 Dân số

Nam Định có gần 1,9 triệu người , là 1 trong 6 tỉnh có dân số đông nhất trong

cả nước, chỉ sau thành phố Hồ Chí Minh, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Nội, Hà Tây.Mật độ dân số gần 1.200người/km2 Thành phố Nam Định có mật độ đông nhất gần 5.000 người/km2, các huyện ven biển đều có mật độ trên 1.000 người/km2 Nam Định chủ yếu là người dân tộc kinh, phần lớn là dân cư nông thôn làm nông nghiệp (chiếm 87,6%) tạo ra sản phẩm kinh tế chiếm 40% GDP của toàn tỉnh

2.2.2 Kinh tế

a Nông nghiệp

Nam Định là tỉnh trọng điểm nông nghiệp của đồng bằng sông Hồng có diện tích đất nông nghiệp là 1.066.700ha chiếm 65% diện tích tự nhiên cả tỉnh Nằm giữa 2 con sông lớn là sông Hồng và sông Đáy có lợi thế về nước tưới và lượng phù

sa bồi đắp hàng năm nên đất đai rất màu mỡ tạo điều kiện tốt cho phát triển trồng

26

trọt, trong đó lúa là cây lương thực chủ đạo Sản lượng lương thực mỗi năm đạt xấp

xỉ 1 triệu tấn, năng suất bình quân đạt trên 12 tấn /ha, cá biệt đến 16 tấn /ha Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp bình quân trong những năm gần đây đạt 3,8%, cùng với việc thay đổi cơ cấu trong đó tỷ trọng trồng trọt giảm xuống, chăn nuôi tăng dần

Trong trồng trọt ngoài cây chủ đạo là cây lúa, gần đây đã phát triển rau màu, cây công nghiệp như: lạc, đậu tương, khoai tây, bí xanh, dưa chuột, ngô ngọt Việc trồng trọt

đã chú ý đẩy mạnh trồng rừng phòng hộ đê biển, lấn biển trồng rừng phủ xanh đồi trọc

Về chăn nuôi phát triển toàn diện theo hướng sản xuất hàng hoá với giá trị sản xuất tăng rất nhanh Sản phẩm chăn nuôi chủ yếu là lợn, các loại gia cầm Chăn nuôi đã chuyển từ chăn nuôi tận dụng, phân tán, sang chăn nuôi công nghiệp và bán công nghiệp, quy mô trang trại vừa và nhỏ

b Công nghiệp

Nam Định là tỉnh có ngành công nghiệp hình thành từ khá sớm, từ cuối thế

kỉ 19, khi đó các cơ sở sản xuất như: dệt, tơ, rượu…ra đời Các nhà máy ra đời trước đây chủ yếu tập trung thành phố Nam Định, hiện nay đang hình thành các khu công nghiệp dọc theo đường 10, đường 21 như: Hoà Xá, An Xá, Mỹ Trung Các sản phẩm công nghiệp chủ đạo là từ ngành dệt may, tiếp theo là công nghiệp thực phẩm, khai khoáng, cơ khí, giầy da, …

c Văn hoá, giáo dục, du lịch

Văn hoá truyền thống của Nam Định có các sự kiện đáng chú ý là Lễ khai ấn Đền Trần ở thành phố Nam Định vào đêm 14 tháng giêng âm lịch; hội chợ Viềng

Vụ Bản, Nam Trực vào ngày 8 tháng giêng âm lịch; chợ Viềng Hải Lọng, Nghĩa Thịnh, Nghĩa Hưng vào ngày 7 tháng 1 âm lịch Các di tích lịch sử có Đền Trần ở thành phố Nam Định thờ các vị vua đời Trần; chùa Cổ Lễ nơi thiền sư Nguyễn Minh Không chủ trì; Hội Phủ Giềng thờ thánh mẫu Liễu Hạnh; tháp chuông chùa Phổ Minh; mộ Tam nguyên Yên Đổ Nguyễn Khuyến ở núi Phương Như, xã Nghĩa Lợi-Ý Yên; mộ nhà thơ Tú Xương ở công viên Vị Xuyên thành phố Nam Định Về thể dục thể thao có sân vận động Thiên Trường, nhà thi đấu Trần Quốc Toản…

27

Các di tích văn hoá lịch sử, các khu vui chơi giải trí, thể dục thể thao kể trên hàng năm thu hút hàng vạn lượt khách tham quan du lịch làm cho ngành công nghiệp không khói phát triển mạnh mẽ, các dịch vụ hoạt động phát triển

2.3 Đặc điểm địa chất

2.3.1 Địa tầng

2.3.1.1.Giới Paroterzoi - loạt Sông Hồng - hệ tầng Ngòi Chi (PPnc)

Các thành tạo của hệ tầng Ngòi Chi không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp duy nhất tại lỗ khoan 54 [4] ở chiều sâu 278m Trong đó có 14m (234-248m) là các đá của hệ tầng bao gồm gnei biotit, đá phiến thạch anh - fenspat màu trắng vằn dải đen cấu tạo dạng mắt, dạng dải, cứng chắc Bề dày hệ tầng không quan sát được rừ ràng, ước đoán khoảng 300m Quan hệ địa tầng không rõ, dựa vào mức độ biến chất các

đá kể trên được xếp vào loạt Sông Hồng, hệ tầng Ngòi Chi

2.3.1.2 Giới Merozoi - hệ Triat - thống giữa - bậc Anizi - hệ tầng Đồng Giao (T 2 ađg)

Các thành tạo của hệ tầng Đồng Giao không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp tại

lỗ khoan 161 cách vùng nghiên cứu 1,3km về phía tây Tại lỗ khoan này các đá vôi phân lớp dày màu xám sáng, xám đen được bắt gặp ở độ sâu 83.9m Vỡ tài liệu thu thập được không nhiều do đó sau khi liên kết địa tầng với các vùng lân cận, các đá vôi ở đây được xếp vào hệ tầng Đồng Giao tuổi Triat thống giữa bậc Anizi Trong vùng chưa quan sát được quan hệ dưới của điệp, còn bên trên chúng bị các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi phủ bất chỉnh hợp

Chiều dày hệ tầng khoảng 500m

2.3.1.3 Giới Kaizozoi - hệ Neogen - thống Pliocen - hệ tầng Vĩnh Bảo

Các thành tạo của hệ tầng Vĩnh Bảo không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp tại các

lỗ khoan trong vùng nghiên cứu Chúng phân bố rộng khắp trong vựng, tuy nhiên hầu hết lỗ khoan trong vùng đều chưa khoan hết chiều dày của hệ tầng Vĩnh Bảo Duy nhất chỉ lỗ khoan 54 [4] tại xã Bích Sơn, Hải Hậu với chiều sâu 248m đó

28

khoan xuyên qua toàn bộ chiều dày của hệ tầng với chiều dày hệ tầng là 85m (từ

149 đến 234m) Các lỗ khoan khác bắt gặp hệ tầng Vĩnh Bảo ở chiều sâu 88 - 157m

Thành phần trầm tích chủ yếu gồm cát kết hạt nhỏ đến trung lẫn sạn sỏi xen các lớp bột kết, sột bột kết màu xám, xám sáng, xám phớt nhạt đến xám xi măng

Đá có cấu tạo phân nhịp không rõ ràng

Về quan hệ địa tầng các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Bảo phủ không chỉnh hợp lên trên các trầm tích có tuổi cổ hơn và phía trên bị các trầm tích của hệ Đệ Tứ phủ không chỉnh hợp

2.3.1.4 Hệ Đệ Tứ - phụ thống Pleistocen dưới - hệ tầng Lệ Chi (amQ 1 lc)

Các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp tại hầu hết các lỗ khoan trong vùng nghiên cứu

Chiều sâu phân bố của hệ tầng từ 79 – 132.8m Bề dày thay đổi từ 4- 26.2m Các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi phân bố trong các đới sụt kiến tạo kéo dài theo phương tây bắc - đông nam Các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi được mô tả chi tiết ở lỗ khoan 55: từ 148 – 120m: cát, bột, sét màu xám, xám tro

Về quan hệ địa tầng, các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi phủ lên mặt bào mòn của hệ tầng Vĩnh Bảo và phía trên bị các trầm tích của hệ tầng Hà Nội phủ không chỉnh hợp

2.3.1.5 Phụ thống Pleistocen giữa - trên - hệ tầng Hà Nội (a,am Q 1 2-3 hn)

Các trầm tích của hệ tầng Hà Nội không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp tại các lỗ khoan trong vùng nghiên cứu Chúng phân bố rộng khắp trong vùng nghiên cứu, ở

độ sâu 57-82.3m

Căn cứ vào đặc điểm trầm tích và các tài liệu về cổ sinh, bào tử phấn và các chỉ số hóa lý môi trường các trầm tích của hệ tầng Hà Nội được chia làm 2 kiểu nguồn gốc như sau:

29

- Trầm tích sông (a Q 1 2-3 hn): Các trầm tích này bắt gặp tại hầu hết các lỗ

khoan trong vùng nghiên cứu, ở độ sâu 57-105.7m Chiều dày lớn nhất của hệ tầng được ghi nhận ở lỗ khoan 55 [4] với bề dày 55m Theo hướng tây - đông bề dày trầm tích có xu hướng tăng dần từ ven rìa vào trung tâm

Tại lỗ khoan 55 từ dưới lên trên các trầm tích nguồn gốc sông của hệ tầng Hà Nội được mô tả như sau:

Từ 140 - 120m: cát hạt thô màu xám, xám trắng lẫn ít sạn sỏi, cuội Cuội tròn cạnh, kích thước 2,5-3cm

Từ 120 - 100m: cát hạt trung đến thô lẫn sạn sỏi màu xám, xám trắng Độ chọn lọc trung bình đến kém, kết cấu rời rạc Thành phần gồm cát: 90%, sạn sỏi: 7%, bột: 4%

Từ 100 - 85m: cát bột lẫn sạn sỏi thạch anh

Về quan hệ địa tầng, các trầm tích này phủ không chỉnh hợp lên hệ tầng Lệ Chi

- Trầm tích sông biển (am Q 1 2-3 hn): các trầm tích này được bắt gặp ở độ sâu từ

63 - 82,3m Bề dày trầm tích thay đổi từ 14,5 - 33,7m Tại lỗ khoan 110 và 108 là hai

lỗ khoan ven rìa của khối sụt, vắng mặt lớp trầm tích này Thành phần trầm tích bao gồm sét bột, bột sét màu xám, xám xanh đôi nơi xám đen, xám tro chứa tàn tích thực vật

Tại lỗ khoan 55 từ dưới lên trên các trầm tích nguồn gốc sông biển của hệ tầng Hà Nội được mô tả như sau:

Từ 85 – 69m: bột sét màu xám xanh, xám đen chứa tàn tích thực vật Đoạn 83m gặp thân gỗ mục

Về quan hệ địa tầng, các trầm tích này phủ chỉnh hợp lên trên các trầm tích nguồn gốc sông của cùng hệ tầng và phía trên bị các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc phủ không chỉnh hợp

30

2.3.1.6 Phụ thống Pleistocen trên - Hệ tầng Vĩnh Phúc (a, amQ 1 3 vp)

Trong vựng nghiên cứu, các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp trong các lỗ khoan ở độ sâu từ 15-60m

Các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc được chia làm 2 kiểu nguồn gốc làtrầm tích sông và trầm tích sông - biển

- Trầm tích sông (a Q 1 2-3 vp): các trầm tích này thường nằm lót đáy hệ tầng

Vĩnh Phúc và được thành tạo trong môi trường sông với tướng lòng sông vùng đồng bằng ven biển Trong vùng, chúng phân bố rộng rãi và bắt gặp tại tất cả các lỗ khoan với chiều dày từ 6 - 29m Thành phần trầm tích bao gồm cát hạt nhỏ đến thô chứa cuội sỏi Các trầm tích sông của hệ tầng Vĩnh Phúc được mô tả ở lỗ khoan 63 như sau:

Từ 80-74.9m: cát hạt nhỏ đến thô chứa cuội sỏi

Từ 74.9- 54.4m: cát hạt nhỏ đến trung màu xám

- Trầm tích sông - biển (am Q 1 2-3 vp): gặp ở hầu hết các lỗ khoan trong

vùng Thành phần trầm tích bao gồm: cát, bột, sét màu xám, xám xanh, xám đen lẫn tàn tích thực vật đôi nơi lẫn vỏ sò hến Các trầm tích này được mô tả ở lỗ khoan 63 như sau:

Từ 54.4 - 47.2m: sét màu xám xanh lẫn cát chứa vỏ sò ốc

Từ 47.2 - 44m: sét bột màu xám, xám xanh mềm dẻo

Về quan hệ địa tầng, các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc phủ không chỉnh hợp lên trên các trầm tích hạt mịn có nguồn gốc sông biển của hệ tầng Hà Nội Ở phía trên, việc bắt gặp bề mặt phong hóa của hệ tầng Vĩnh Phúc tại hầu hết các lỗ khoan đó thể hiện rõ ràng quan hệ không chỉnh hợp giữa hệ tầng Vĩnh Phúc và hệ tầng Hải Hưng ở phía trên

31

2.3.1.7 Thống Holocen - phụ thống dưới giữa - hệ tầng Hải Hưng (mQ 2

1-2 hh)

Trong vùng nghiên cứu các trầm tích của hệ tầng Hải Hưng không lộ trên mặt

mà chỉ bắt gặp trong các lỗ khoan Chúng phân bố rộng rãi với chiều dày từ 11,5 - 39,1m

Căn cứ vào đặc điểm trầm tích và các thông số hóa lý môi trường các trầm tích của hệ tầng Hải Hưng chỉ bao gồm một kiểu nguồn gốc là trầm tích biển Các trầm tích này được mô tả ở lỗ khoan 63 [4] như sau:

Từ 44 2 - 37m: bột cát

Từ 37-27m: sét bột màu xám xanh

Về quan hệ địa tầng các trầm tích của hệ tầng Hải Hưng phủ không chỉnh hợp lên trên các trầm tích hạt mịn có nguồn gốc sông biển của hệ tầng Vĩnh Phúc Còn ở phía trên chúng bị các trầm tích của hệ tầng Thái Bình phủ không chỉnh hợp

2.3.1.8 Thống Holocen - phụ thống trên - hệ tầng Thái Bình (Q 2 3 tb)

Các trầm tích của hệ tầng Thái Bình bao phủ toàn bộ diện tích vùng nghiên cứu Chúng được phân chia chi tiết thành 3 phụ hệ tầng như sau:

-Phụ hệ tầng Thái Bình dưới (Q23tb1): là khối lượng trầm tích được hình thành sau quá trình biển tiến Holocen trung có nguồn gốc sông biển (amQ23tb1) gồm cát hạt mịn, có chiều dày 3.5-15m và nguồn gốc biển đầm lầy (bmQ23tb1) gồm bột, bột sột lẫn tàn tích thực vật có chiều dày 4-4.5m

-Phụ hệ tầng Thái Bình giữa (Q23tb2): là khối lượng trầm tích được hình thành trong quá trình biển lấn có nguồn gốc biển (mQ23tb2) gồm sét, sét bột Dày 5-11m

-Phụ hệ tầng Thái Bình trên(Q23tb3): là khối lượng trầm tích hiện đại được hình thành sau quá trình biển lấn có nguồn gốc biển (mQ23tb3), biển gió(mvQ 2 3 tb 3,

32

biển đầm lầy (mbQ23tb3), sông biển (amQ23tb3), và sông (aQ23tb3) có chiều dày 7m gồm các bãi cát, cồn cát ven biển, sét bột cát ven sông

2-2.3.2 Đặc điểm kiến tạo

2.3.2.1 Các đới kiến tạo

Vùng nghiên cứu nằm ở rìa nam của của châu thổ sông Hồng Qua tổng hợp các tài liệu đó vùng nghiên cứu có thể được chia ra các đơn vị kiến tạo như sau:

- Đới nâng mạnh trong tân kiến tạo trên móng Mezozoi: đây là phần diện

tích nằm ở góc tây nam vùng nghiên cứu thuộc phụ đới chuyển tiếp Ninh Bình, chúng được phân cách với các đơn vị kiến tạo khác bởi đứt gãy Ninh Bình ở phía đông bắc Đới này bao gồm một phần diện tích của xã Nghĩa Hưng và các xã từ Nghĩa Lộc đến xã Nam Điền Đá gốc trước Kainozoi ở đây là các trầm tích cacbonat xen lục nguyên của hệ tầng Đồng Giao Phủ trên chúng là các trầm tích bở rời của hệ Đệ Tứ, có chiều dày tăng dần về phia biển, từ 95m đến 124m (LK57)

- Đới nâng mạnh trong tân kiến tạo trên móng Proterozoi: Đây là phần nâng

của đồng bằng sụt vùng là một phần khối nâng Nam Định Chúng chiếm diện tích nhỏ ở rìa phía bắc vùng nghiên cứu, bao gồm các xã Nam Dương, Nghĩa Đồng, Nghĩa Minh Chúng được ngăn cách với các đơn vị kiến tạo khác bởi đứt gãy Nam Định ở phía nam Đá gốc trước Kainozoi là các trầm tích biến chất của hệ tầng Sông Hồng chuyển lên trên là các trầm tích Pliocen và trên cùng bị phủ bởi các trầm tích

Đệ Tứ Chiểu dày lớp phủ Đệ Tứ ở đây không dày lắm, như tại lỗ khoan 108 là 88m Cách không xa vùng nghiên cứu các đá gốc của hệ tầng Sông Hồng còn lộ ra dưới dạng các đồi sót Đây là kết quả hoạt động mạnh mẽ trong thời gian dài của đứt gãy Sông Hồng và đứt gãy Sông Chảy làm khối này được nâng lên nhiều lần

-Đới sụt yếu tân kiến tạo trên móng Proterozoi: đới này chiếm phần lớn diện

tích nghiên cứu Chúng được giới hạn bởi các đứt gãy Sông Hồng, Sông Chảy, Nam Định và Văn Lý Đá gốc là các trầm tích biến chất của hệ tầng Ngòi Chi được bắt gặp tại lỗ khoan 54 ở chiều sâu 234m, chuyển lên trên là các trầm tích Pliocen có chiều dày khoảng 80- 100m Trên cùng là các trầm tích Đệ Tứ có chiều dày thay đổi

33

từ 92m (LK57) đến 159m (LK109) Trong đới tồn tại một khối sụt tương đối trong

Đệ Tứ nằm ở trung tâm của khối Khối sụt có dạng một nếp lõm thoải với trục theo hướng đông tây Tại đây các trầm tích Plestocen có bề dày lớn nhất, có nơi đạt tới 112m như tại lỗ khoan 109 Đây chính là các trầm tích cấu thành tầng chứa nước qp

quan trọng nhất trong vùng nghiên cứu

-Vùng sụt lún mạnh trong tân kiến tạo trên móng Mesozoi: vựng này chiếm

diện tích nhỏ nằm ở phía đông nam vùng nghiên cứu và được giới hạn với các đới kiến tạo khác bởi đứt gãy Sông Chảy ở phía tây Chúng bao gồm diện tích các xã từ Giao Hương đến Giao Lạc của huyện Giao Thủy Vùng này thuộc đới sụt lún mạnh trong giai đoạn đầu tân kiến tạo và hiện nay vẫn tiếp tục có xu hướng sụt lún trên móng Mesozoi

2.3.2.2 Các đứt gãy

Tổng hợp các tài liệu địa chất, địa mạo, địa vật lý cho đến nay đều ghi nhận

ở vùng nghiên cứu tồn tại hai hệ thống đứt gãy chính là hệ thống tây bắc - đông nam và hệ thống đông bắc - tây nam Hệ thống đứt gãy tây bắc - đông nam là hệ thống chính, bao gồm các đứt gãy sâu mang tính chất khu vực, đóng vai trò chính trong phân chia các đới cấu trúc trong suốt quá trình hình thành, phát triển địa chất

và kiến tạo trong vùng Ngoài ra hoạt động của các đứt gãy còn tạo ra các đới phá hủy và các hệ thống khe nứt trong các đá gốc, tạo điều kiện cho sự hình thành các tầng chứa nước

+ Đứt gãy Sông Chảy: kéo dài từ phía nam Trung Quốc ra tới biển Đông, đóng vai trò phân chia ranh giới giữa các đới kiến tạo Đứt gãy có phương tây bắc - đông nam, cắm về hướng đông bắc với góc dốc 70-72o, biên độ dịch chuyển đứng là 2km Đới phá hủy của đứt gãy ở vùng trũng có thể đạt 400-800m, hiện tại đứt gãy vẫn đang hoạt động

+ Đứt gãy Sông Hồng: có phương tây bắc - đông nam, là đứt gãy cổ có lẽ có

từ Proterozoi, tái hoạt động nhiều lần, kéo dài từ phía nam Trung Quốc ra tới biển Đông với chiều dài trên 1000km, sâu trên 30km, đóng vai trò phân chia giữa đới

Ngoài ra trong vùng còn tồn tại nhiều đứt gãy nhỏ có tính chất địa phương, hoạt động của chúng cũng góp phần làm phức tạp hóa cấu trúc địa chất trong vùng, Chúng đóng vai trò phá huỷ các cấu trúc nội đới, hình thành các đới dập vỡ và tạo

ra các hệ thống khe nứt, làm cơ sở cho sự tồn tại và lưu thông của nước dưới đất

Qúa trình hoạt động của các đứt gãy nêu trên đó phân chia móng cấu trúc thành những khối sụt lún không đều dạng bậc thang

2.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

Vùng ven biển Nam Định nằm ở góc tây nam đồng bằng châu thổ sông Hồng, một vùng sụt lún trong kainozoi với các tên gọi như: Trũng sông Hồng, miền vùng Đệ tứ, vùng chống gối kainozoi… có các trầm tích Neogen dày hàng trăm mét, các trầm tích Đệ tứ dày trên dưới 100m Trong kỉ Đệ tứ diễn ra một vài chu kì biển tiến, biển lùi xen kẽ nhau tạo nên tính phân nhịp trong trầm tích: Các tập đất đá vụn thô xen kẽ dính kết là cơ sở để phân chia mặt cắt địa chất ra các tầng chứa nước khác nhau luân phiên với các thành tạo chứa nước kém hoặc cách nước

Căn cứ vào các đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn và mức độ nghiên cứu của khu vực, có thể phân chia ra các đơn vị ĐCTV từ trên xuống dưới như sau:

-Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen trên (qh2)

-Các thành tạo nghèo nước Holocen dưới

35

-Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen dưới (qh1)

-Các thành tạo rất nghèo nước Pleistocen trên

-Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen (qp)

-Tầng chứa nước lỗ hổng –khe nứt vỉa các trầm tích Pliocen (n2)

Sau đây mô tả đặc điểm các đơn vị ĐCTV phân chia

Đây là tầng chứa nước thứ nhất kể từ mặt đất, chúng phân bố trên tất cả diện tích nghiên cứu Thành phần đất đá chứa nước gồm cát, cát pha, sét pha của hệ tầng Thái Bình phụ hệ tầng dưới (Q23tb1), giữa (Q23tb2) và trên (Q23tb3) gồm các nguồn gốc sông biển (am Q23tb1, amQ23tb2, am Q23 tb3), biển đầm lầy (mb Q23 tb1), biển (mQ23tb2, mQ23tb3), gió biển (mVQ23tb3), sông biển đầm lầy (ambQ23tb3), có chiều dày chung là từ 2 đến 28m, trung bình 15m Các thành tạo có nguồn gốc biển, gió biển phân bố ở dải ven biển, nguồn gốc sông biển (am Q23) phân bố ven sông Hồng, sông Đáy, do có thành phần hạt thô hơn nên chứa nước tốt hơn các thành tạo nguồn gốc khác

Đặc điểm của NDĐ tầng chứa nước mô tả là không có áp lực Chiều sâu phân bố mực nước rất nông thường từ sát mặt đất khoảng 3m ít khi sâu hơn Tầng chứa nước được khảo sát chủ yếu bởi các giếng đào của nhân dân và các lỗ khoan tay, thí nghiệm chủ yếu bằng mực nước thí nghiệm cho thấy lưu lượng dao động trong khoảng 0,1-1,45l/s, phần lớn các giếng có lưu lượng nhỏ 0,5 l/s, có thể đánh giá và xếp chung tầng chứa vào loại nghèo nước

Thành phần hóa học của nước được nghiên cứu qua 1 loạt mẫu phân tích cho thấy, độ tổng khoáng hóa và thành phần hóa học của nước biến đổi rất phức tạp

Độ tổng khoáng hóa NDĐ biến đổi trong khoảng 0,5-23g/l Đại bộ phận nước dưới đất có độ tổng khóang hóa của nước lớn hơn 1g/l

Tương ứng với độ tổng khoáng hóa, thành phần hóa học của nước thay đổi từ bicacbonat clorua sang clorua bicacbonat đến clorua

36

Giữa độ tổng khoáng hóa và hàm lượng clo trong nước dưới đất có mối quan

hệ được rút ra từ tổng hợp thực tế thành phần hóa học của NDĐ trong vùng nghiên cứu như sau:

Độ tổng khoáng hóa NDĐ 1g/l tương ứng hàm lượng clo 300mg/l

Độ tổng khoáng hóa NDĐ 3g/l tương ứng hàm lượng clo 1.300mg/l

Mối quan hệ trên được sử dụng để vẽ bản đồ độ tổng khoáng hóa NDĐ đối với những mẫu phân tích hàm lượng clorua

Kết quả tổng hợp các mẫu phân tích thành phần hóa học hoặc Ion clorua vẽ được ranh giới các vựng có độ tổng khoáng hóa khác nhau Kết quả cho thấy các vùng phân bố có quy luật như sau:

Vùng nước nhạt có độ tổng khoáng hóa < 1g/l phân bố rất hẹp, ở dạng thấu kính như ở vùng ven biển, ven sông Hồng và 1 vài nơi khác có sự trao đổi nước mạnh Do có địa hình cao hơn hoặc có thành phần hạt của đất đá chứa nước thô hơn Đại đa số diện tích tầng chứa nước qh2 có độ tổng khoáng hóa lớn hơn 1g/l

Theo chiều sâu độ tổng khoáng hóa cũng có xu hướng tăng lên Chứng minh cho vấn đề này ở hầu hết các giếng đào của nhân dân (do đào nông nên không hết chiều dày tầng chứa nước) nên độ tổng khoáng hóa thường thấp, cao nhất cũng không lớn hơn 3g/l Ở các lỗ khoan như LK55a; LK108; LK110 do khoan và thí nghiệm hết chiều dày tầng chứa nước (từ 10-20m) thường có độ tổng khoáng hóa cao, cao hơn 5g/l, cao nhất đạt đến 23g/l Điều này thể hiện tính chất thấu kính nước nhạt của tầng chứa nước

Nước trong tầng chứa nước qh2 đó bị nhiễm bẩn Hầu hết các mẫu nước phân tích đều bị nhiễm bẩn bởi vật chất hữu cơ, NO2, vi khuẩn

Kết quả quan trắc động thái NDĐ cho thấy biên độ dao động năm của mực nước là 0,5  1m Mực nước cao nhất về mùa mưa là 0-0,5m, thấp nhất vào mùa khô từ 1,0-1,5m cách mặt đất (xem đồ thị hình 10, 11,12 các LK Q110, Q109 và Q108) Vùng ven biển mực nước dưới đất còn có dao động ngày do ảnh hưởng của

37

thuỷ triều với biên độ 0,5m/ngày Độ tổng khoáng hoá và thành phần hóa học NDĐ cũng biến đổi theo mùa Ví dụ LK55a mùa mưa có độ tổng khoáng hóa 5,05g/l; mùa khô 5,93g/l

Tầng chứa nước qh2 là tầng nghèo nước hơn nữa hầu hết lại bị mặn nên không có ý nghĩa cung cấp nước, ảnh hưởng đến cây trồng

Tầng chứa nước mô tả phân bố đều khắp diện tích lựa chọn để nghiên cứu nhưng không lộ ra trên mặt mà chỉ có thể bắt gặp nhờ lỗ khoan Thành phần đất đá chứa nước gồm cát hạt mịn, cát bột sét, sét cát có nguồn gốc sông đầm lầy, đầm lầy biển, biển thuộc hệ tầng Hải Hưng dưới (amQ21-2hbh1; mbQ21-2hbh1) Chiều dày tầng chứa nước biến đổi trong khoảng từ 2 đến 25m, trung bình 12m

Nước phân bố trong tầng có áp lực yếu, cột áp lực khoảng 10-15m Mực nước cách mặt đất 0,5  3,5m, đại bộ phận diện tích phân bố của tầng mực nước cách mặt đất <2m Kết quả thí nghiệm ở các lỗ khoan nông cho thấy lưu lượng lỗ khoan biến đổi từ 0,5l/s đến 5l/s có thể xếp vào loại tương đối giàu nước song nước

bị lợ và mặn Tất cả các lỗ khoan nghiên cứu đều có độ tổng khoáng hóa lớn hơn 1g/l Vùng nước lợ chỉ có 1 ít ở phía bắc còn đại bộ phận diện tích nghiên cứu đều

có độ tổng khoáng lớn hơn 3g/l, các lỗ khoan ven biển như LK31; LK55b; LK 46

Tầng chứa nước qh1 tuy có độ phong phú nước nhất định song kém về chất lượng nên không có ý nghĩa sử dụng

38

2.4.3 Tầng chứa nước Pleistocen (qp)

Tầng chứa nước mô tả phân bố rộng khắp diện tích vùng nghiên cứu nhưng không lộ trên mặt mà chỉ có thể bắt gặp nhờ lỗ khoan Thành phần thạch học của đất đá chứa nước bao gồm cát sạn sỏi lẫn ít cuội đa khoáng thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc, Hà Nội và Lệ Chi (aQ13vp; Q11-2hn; Q11lc) Chiều dày biến đổi từ 10 đến 78m, trung bình 45m Nóc tầng chứa nước nằm tiếp dưới các thành tạo chứa nước kém hệ tầng Vĩnh Phúc (amQ13vp2) Đáy tiếp giáp với các trầm tích Neogen, 1 ít ở phía tây có thể nằm trực tiếp lên bề mặt đá vôi T2a đg

Nước trong tầng có áp lực, cột áp lực rất lớn từ 50 đến 70m Mực nước dưới đất nằm không sâu cách mặt đất từ 0,0 đến 2,5m, đôi nơi cao hơn mặt đất đến 0,7m (LK55; LK63: LK110a; LK16a) tức là nằm cao hơn mực nước của các tầng chứa nước nằm trên như qh1; qh2 Tuy nhiên hiện nay do khai thác nên mực nước của tầng này giảm xuống không còn nơi nào cao hơn mặt đất

Kết quả thí nghiệm các lỗ khoan vào tầng này đều cho lưu lượng lớn Các lỗ khoan có lưu lượng lớn hơn 5l/s chiếm 66%, số lỗ khoan có lưu lượng từ >0,5 đến < 5l/s chiếm 24%, số lỗ khoan có lưu lượng < 0,5l/s chiếm 13% Một số lỗ khoan có lưu lượng nhỏ thống kê kể trên là cỏc lỗ khoan quan trắc có đường kính nhỏ, ống lọc không, phù hợp để thí nghiệm nên có lưu lượng nhỏ Kết quả thí nghiệm như trên có thể xếp tầng này vào loại giàu nước

Độ tổng khoáng hóa của nước dưới đất biến đổi trong một khoảng rộng từ nhạt đến mặn Ranh giới mặn nhạt (M=1g/l) xác định được khá rõ ràng, nội suy từ kết quả thí nghiệm giữa 2 lỗ khoan và kết quả đo địa vật lý Vùng có độ tổng khoáng hóa lớn hơn 1g/l nằm ở phía bắc, phía đông nghiên cứu, trong đó lớn hơn 3g/l chiếm diện tích rất nhỏ ở phía đông bắc Vùng nước có độ tổng khoáng hoá< 1g/l nằm ở phía tây nam, trong đó vùng giáp biển thuộc các huyện Hải Hậu, Nghĩa Hưng vẫn là nước nhạt

Mối quan hệ giữa độ tổng khoáng và hàm lượng ion clo của tầng chứa nước như sau: