Cơ chế rửa mặn của nước trong các tướng trầm tích biển tuổi đệ tứ khu vực châu thổ sông hồng

́ ĐAỊ HOCC̣ QUÔC GIA HÀNÔỊ TRƯỜNG ĐAỊ HOCC̣ KHOA HOCC̣ TƢC̣NHIÊN * ̀ TRÂN THI C̣LƯU ́́ CƠ CHÊ RƢƢ̉A MĂṆ CỦA NƯỚC ́̀ ́Ƣ̉ ́Ƣ̉ TRONG CAC TƯỚNG TRÂM TICH́ BIÊN TUÔI ĐỆTƢ́ ́Ƣ̉ ́̀ KHU VỰC CHÂU THÔ SÔNG HÔNG ́ ́ LUÂṆ ÁN TIÊN SĨĐIẠ CHÂT Hà Nôị-2016 ́ ĐAỊ HOCC̣ QUÔC GIA HÀNÔỊ TRƯỜNG ĐAỊ HOCC̣ KHOA HOCC̣ TƢC̣NHIÊN * ̀ TRÂN THI C̣LƯU ́́ CƠ CHÊ RƢƢ̉A MĂṆ CỦA NƯỚC ́̀ ́Ƣ̉ ́Ƣ̉ TRONG CAC TƯỚNG TRÂM TICH́ BIÊN TUÔI ĐỆTƢ́ ́Ƣ̉ ́̀ KHU VỰC CHÂU THÔ SÔNG HÔNG Chuyên ngành: Điạ Chất hocC̣ Mã số: 62440201 ́ ́ DỰ THẢO LUÂṆ ÁN TIÊN SĨĐIẠ CHÂT Người hướng dẫn khoa hocC̣: GS.TS Trần Nghi PGS.TS Phạm Quý Nhân Hà Nội-2016 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan làcông trinh̀ nghiên cƣƣ́u của riêng Các số liệu, kết quả nêu luâṇ án làtrung thưcc̣ vàchưa tƣ̀ng đươcc̣ công bố bất kìcông trinh̀ nào khác Tác giả luận án Trần Thi LƣC̣u LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành Bộ môn Địa Kỹ thuật, Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội hướng dẫn khoa học của GS TS Trần Nghi, PGS.TS Phạm Quý Nhân Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới tập thể các thầy hướng dẫn đồng hành NCS suốt quá trình học tập và thực luận án Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS Flemming Larsen, PGS.TSKH Nguyễn Địch Dỹ, PGS.TS Nguyễn Xuân Khiển, PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng, PGS.TS Nguyễn Văn Lâm, PGS.TS Nguyễn Văn Đản, PGS.TS Doãn Đình Lâm, PGS TS Chu Văn Ngợi, ThS Đặng Văn Luyến, PGS.TS Đoàn Văn Cánh, TS Hoàng Anh Khiển, TS Đinh Xuân Thành, PGS.TSKH Phan Văn Quýnh và các nhà khoa học và ngoài ngành đọc và góp ý cho NCS hoàn thiện luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các thầy cô Khoa Địa Chất- Trường ĐHKH Tự nhiên, các cán dự án VietAs- Trường Đại học Mỏ-Địa chất và bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ NCS các công tác thực địa thực luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn hỗ trợ kinh phí của dự án “Nghiên cứu nguồn nước Việt Nam” Chính phủ Đan Mạch tài trợ Dự án tạo điều kiện cho NCS có hội học hỏi, tiếp cận với các phương pháp nghiên cứu sử dụng các máy móc thiết bị để phục vụ công tác thu thập số liệu thực luận án Nhân đây, nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể cán thuộc Cục Địa chất Đan Mạch tận tình giúp đỡ suốt thời gian nghiên cứu sinh học tập và làm thí nghiệm MUC LUC ́ƣ́ ́ƣ́ DANH MUCc̣ CÁC KÝHIÊỤ, CHƢƢ̃VIÊT TĂT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG ́ƣ́ ́ƣ́ DANH MUCc̣ CÁC KÝHIÊỤ, CHƢƢ̃VIÊT TĂT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ RỬA MẶN NƯỚC LỖ RỖNG 17 1.1 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu 17 1.1.1 Các công trình nghiên cứu thế giới rửa mặn nước lỗ rỗng 17 1.1.2 Các công trình nghiên cứu nước liên quan 20 1.1.3 Những tồn cần giải quyết 22 1.2 Các phương pháp nghiên cứu 23 1.2.1 Địa vật lý lỗ khoan 23 1.2.2 Phương pháp trường chuyển (TEM) 25 1.2.3 Phương pháp khoan thăm dị lấy mẫu trầm tích ngun dạng 26 1.2.4 Phương pháp chiết nước lỗ rỗng 27 1.2.5 Phân tích thành phần hóa học nước lỗ rỗng 28 1.2.6 Phân tích thành phần độ hạt trầm tích và thành phần khoáng vật sét 29 1.2.7 Thí nghiệm cột thấm xác định hệ số thấm của trầm tích 30 1.2.8 Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán phân tử 31 1.2.9 Tổng hợp số liệu quan trắc thành phần hóa học nước đất 34 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH RỬA MẶN NƯỚC LỖ RỖNG 35 2.1 Địa hình địa mạo 35 2.2 Khí hậu 36 2.3 Điều kiện thủy văn, hải văn 36 2.4 Đặc điểm địa chất Đệ tứ 38 2.4.1 Địa tầng 38 2.4.2 Lịch sử tiến hóa trầm tích Đệ Tứ mối quan hệ với dao động mực nước biển39 2.4.3 Các tướng trầm tích biển tuổi Holocen vùng châu thổ Sông Hồng 48 2.5 Điều kiện địa chất thuỷ văn 54 2.5.1 Các tầng chứa nước lỗ hổng 55 2.5.2 Các trầm tích thấm nước yếu 57 2.5.3 Mối liên hệ tầng chứa nước Pleistocen với tầng trầm tích biển Holocen 58 CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG PHÂN BỐ MẶN NHẠT CỦA NƯỚC LỖ RỖNG TRONG CÁC TRẦM TÍCH BIỂN HOLOCEN 59 3.1 Thành phần hóa học nước lỗ rỗng 59 3.1.1 Thành phần hóa học nước lỗ rỗng vị trí LK Q88-VA 59 3.1.2 Thành phần hóa học nước lỗ rỗng vị trí LK Q87-VA 62 3.2 Kết quả đo địa vật lý lỗ khoan 64 3.2.1 Vùng phân bố nước lỗ rỗng nhạt 68 3.2.2 Vùng phân bố nước lỗ rỗng lợ 71 3.2.3 Vùng phân bố nước lỗ rỗng mặn 73 3.3 Kết quả đo trường chuyển (TEM) 75 3.3.1 Tuyến nghiên cứu 76 3.3.2 Tuyến nghiên cứu 77 3.3.3 Tuyến nghiên cứu 79 3.3.4 Tuyến nghiên cứu 81 CHƯƠNG 4: CƠ CHẾ RỬA MẶN CỦA NƯỚC LỖ RỖNG TRONG TRẦM TÍCH BIỂN HOLOCEN 85 4.1 Cơ sở lý thuyết dịch chuyển vật chất môi trường lỗ hổng 85 4.1.1 Dịch chuyển đối lưu (Advection) 85 4.1.2 Phân tán (Dispersion) 86 4.1.3 Khuếch tán phân tử (Diffusion) 89 4.1.4 Phân dị trọng lực (Density flow) 91 4.1.5 Mơ hình dịch chuyển vật chất có tính đến khối lượng riêng chất lỏng thay đổi 92 4.2 Tính toán hệ số Rayleigh (Ra) xác định chế rửa mặn nước lỗ rỗng 94 4.3 Ảnh hưởng thành phần thạch học trầm tích tới chế rửa mặn .99 4.4 Xây dựng mơ hình chế rửa mặn nước lỗ rỗng vùng CTSH 102 4.4.1 Mục đích xây dựng mơ hình 102 4.4.2 Mơ hình khái niệm 103 4.4.3 Xây dựng mơ hình số 105 4.4.4 Xác định số thơng số đầu vào của mơ hình 108 4.4.5 Kết quả mơ hình rửa mặn 114 4.4.6 Đánh giá kết quả mơ hình số 121 CHƯƠNG 5: ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH RỬA MẶN CỦA NƯỚC LỖ RỖNG TỚI TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN 123 5.1 Phân bố mặn nhạt NDĐ tầng chứa nước Pleistocen 123 5.2 Ảnh hưởng các quá trình xâm nhập mặn tới TCN Pleistocen 125 5.2.1 Ảnh hưởng của xâm nhập mặn thời kỳ biển tiến Flandrian 126 5.2.2 Ảnh hưởng của xâm nhập mặn đại tới tầng chứa nước Pleistocen .127 5.3 Ảnh hưởng quá trình rửa mặn NLR từ tầng sét biển Holocen tới tầng chứa nước Pleistocen 132 5.3.1 Ảnh hưởng của NLR mặn trầm tích biển Holocen tới TCN qp 132 5.3.2 Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR từ tầng sét biển Holocen tới tầng chứa nước Pleistocen 134 5.4 Vai trò bảo vệ TCN Pleistocen tầng sét biển tuổi Pleistocen muộn 136 5.4.1 Ảnh hưởng của bề dày tầng sét biển tuổi Pleistocen muộn 136 5.4.2 Ảnh hưởng của thành phần thạch học của tầng sét tuổi Pleistocen muộn 139 KẾT LUẬN 143 KIẾN NGHỊ 145 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 ́ ́ DANH MUCC̣ CÁC KÝHIÊU, CHƢƢ̃VIÊT TĂT BP: Trước (Before Present) CTSH: Châu thổ Sông Hồng ĐCTV: Địa chất thủy văn ĐVL: Điạ vâṭlý ĐVLLK: Địa vật lý lỗ khoan (Carota) LK: Lỗ khoan MNB: Mực nước biển NCS: Nghiên cứu sinh NDĐ: Nước đất NLR: Nước lỗ rỗng (chứa các tầng trầm tích hạt mịn) qh: Tầng chƣƣ́a nước Holocen qp: Tầng chƣƣ́a nước Pleistocen TB-ĐN: Tây Bắc- Đông Nam ĐB-TN: Đông Bắc-Tây Nam TCN: Tầng chƣƣ́a nước TDS: Tổng hàm lươngc̣ chất rắn hoàtan (Total Dissolved Solids) TEM: Phương pháp trường chuyển (Transient Electromagnetic Soundings) TPHH: Thành phần hóa học XNM: Xâm nhập mặn DANH MUC CÁC HÌNH VẼ Hình Giới hạn vùng nghiên cứu và vị trí các điểm khảo sát Hình 1.1 Sơ đồ nghiên cứu 23 Hình 1.2 Thiết bị đo TEM và sơ đồ bố trí điểm đo TEM 25 Hình 1.3 Mơ hình dòng xoáy cảm ứng thứ cấp 26 Hình 1.4 Cơng tác khoan lấy mẫu trầm tích nguyên dạng 27 Hình 1.5 Thí nghiệm chiết nước lỗ rỗng 28 Hình 1.6 Thí nghiệm xác định hệ số thấm K của trầm tích 30 Hình 1.7 Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán và công tác chuẩn bị mẫu 32 Hình 2.1 Sơ đồ xâm nhập mặn hệ thống cửa sông ven biển vùng CTSH 37 Hình 2.2 Dao động mực nước biển Pleistocen muộn 41 Hình 2.3 Dao động mực nước biển Pleistocen muộn-Holocen 41 Hình 2.4 Dao động mực nước biển Holocen 41 Hình 2.5 Bản đồ tướng đá cổ địa lý thời kỳ Pleistocen muộn, phần muộn 44 Hình 2.6 Biến đổi vị trí đường bờ biển Holocen vùng CTSH 46 Hình 2.7 Bản đồ tướng đá cổ địa lý vùng CTSH thời kỳ biển tiến cực đại 47 Hình 2.8 Mặt cắt đẳng tuổi trầm tích Holocen tuyến nghiên cứu 50 Hình 2.9 Thiết đồ LK Q87-VA, Q88-VA và vị trí các mẫu thí nghiệm 51 Hình 2.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X cho mẫu sét Q88-33.8m các điều kiện đo 53 Hình 2.11 Cột địa tầng tổng hợp trầm tích Đệ Tứ và các đơn vị ĐCTV 55 Hình 3.1 Biểu đồPiper của các mẫu nước lỗ rỗng LK Q88-VA 60 Hình 3.2 Biến đổi độ dẫn điện của tầng và TDS của NLR LK Q88-VA 61 Hình 3.3 Biểu đồPiper của các mẫu nươc lỗrỗng LK Q87-VA 63 ́ƣ́ Hình 3.4 Biến đổi độ dẫn điện của tầng và TDS của NLR LK Q87-VA 64 Hình 3.5 Đồ thị tương quan TDS và độ dẫn điện của nước lỗ rỗng 67 Hình 3.6 Tài liệu địa vật lý lỗ khoan Q119b 69 Hình 3.7 Phân bốmăṇ nhaṭnươc lỗrỗng trầm tích biển Holocen theo 70 ́ƣ́ Hình 3.8 Tài liệu địa vật lý lỗ khoan Q87 và Q88 72 Hình 3.9 Tài liệu địa vật lý lỗ khoan Q109a 74 Hình 3.10 Sơ đồ các tuyến nghiên cứu và vị trí đo TEM .76 Hình 3.11 Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu 77 Hình 3.12 Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu và mặt cắt ĐCTV tương ứng 78 Hình 3.13 Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu và mặt cắt ĐCTV tương ứng 80 Hình 3.14 Mặt cắt điện trở suất tuyến nghiên cứu và mặt cắt ĐCTV tương ứng 82 Hình 3.15 Bản đồ phân vùng mặn nhạt nước lỗ rỗng trongầmtr tích biển Holocen 83 Hình 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến phân tán dọc 86 Hình 4.2 Nguyên nhân gây nên phân tán ngang 87 Hình 4.3 Biến đổi nồng độ vật chất môi trường NDĐ 88 Hình 4.4 Hướng vận động của NDĐ các trầm tích bở rời 90 Hình 4.5 Sơ đồ mô tầng sét Holocen và tầng chứa nước Pleistocen .95 Hình 4.6 Ảnh hưởng của dịch chuyển lịng sơng tới phân bố các tướng trầm tích 97 Hình 4.7 Các thơng số đầu vào mơ hình chiều khảo sát tốc độ rửa mặn của NLR 100 Hình 4.8 Khảo sát ảnh hưởng của hệ số thấm K tới tốc độ rửa mặn nước lỗ rỗng 100 Hình 4.9 Phân chia lưới mơ hình chiều 106 Hình 4.10 Mơ mơ hình lớp 106 - Hình 4.11 Biến đổi nồng độ Cl của NLR tầng sét biển tuổi Pleistocen muộn theo thời gian 110 Hình 4.12 Đồ thị biến đổi độ dẫn điện theo thời gian của mẫu Q87-VA-33,9m 111 Hình 4.13 Đồ thị biến đổi độ dẫn điện bình nhận theo thời gian 114 Hình 4.14 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 11-10 nghìn năm BP 115 Hình 4.15 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 10-9 nghìn năm BP 116 Hình 4.16 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 9-8 nghìn năm BP 116 Hình 4.17 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 8-7 nghìn năm BP 117 Hình 4.18 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 7-6 nghìn năm BP 117 Hình 4.19 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 6-5 nghìn năm BP 119 Hình 4.20 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 5-4 nghìn năm BP 119 Hình 4.21 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 4-3 nghìn năm BP 119 Hình 4.22 Kết quả mơ hình rửa mặn NLR thời kỳ 3-2 nghìn năm BP 120 ... cứu nước lỗ rỗng chứa trầm tích biển tuổi Holocen vùng châu thổ Sông Hồng Theo tiêu đề của luận án đưa ra, đối tượng nghiên cứu là nước lỗ rỗng chứa các trầm tích biển tuổi Đệ tứ khu vực. .. các châu thổ khác thế giới Nghiên cứu này vùng CTSH chưa có 10 cơng trình nghiên cứu nào đề cập tới Chính vậy, luận án vào nghiên cứu ? ?Cơ chế rửa mặn nước tướng trầm tích biển tuổi Đệ Tứ khu. .. nước lỗ rỗng trầm tích biển tuổi Holocen Chương Cơ chế rửa mặn của nước lỗ rỗng trầm tích biển tuổi Holocen Chương Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn nước lỗ rỗng tới tầng chứa nước Pleistocen