Đỏnh giỏ phạm vi, mức độ nhiễm mặn nước ngầm

3. í nghĩa khoa học và thực tiễn

3.2.2. Đỏnh giỏ phạm vi, mức độ nhiễm mặn nước ngầm

Nước ngầm tồn tại trong cỏc tầng nước trong long đất. Người ta phõn loại ra hai loại tầng nước: tầng giới hạn và tầng khụng giới hạn. Tầng khụng giới hạn là tầng đỏ xốp khụng bị phủ trờn nú lớp đất đỏ khụng thấp nước. Trong tầng khụng giới hạn cú hai vựng: vựng bóo hũa nước và vựng khụng bóo hũa được phõn chia ranh giới bởi mực nước trong đú. Lớp khụng bóo hũa chứa nhiều oxy. Tầng nước giới hạn là tầng bị phủ trờn nú một lớp đất hoặc đỏ khụng cú khả năng thấm nước. Nước tớch tụ trong đú là do cỏc dũng chảy ngang chậm từ cỏc tầng khụng giới hạn đến, nú khụng cú lớp khụng bóo hũa, cú cấu trỳc kiểu banh kẹp giữa cỏc lớp khụng thấm nước.

Khu vực đồng muối Quỏn Thẻ nằm chủ yếu trong địa phận xó Phước Minh, huyện Thuận Nam, tỉnh Ninh Thuận là dải đất phẳng được phủ bởi trầm tớch Đệ Tứ trờn đỏ gốc granit cú tuổi J-K, nằm kẹp giữa hai dóy nỳi, dọc theo quốc lộ 1A từ phớa Biển Đụng vào trong đất liền. Khu vực cỏnh đồng muối là ranh giới giữa nước mặn và nước nhạt thay đổi phức tạp do tỡnh hỡnh khai thỏc và sử dụng nước cho sinh hoạt và sản xuất. Phụ thuộc vào chế độ thuỷ địa hoỏ của vựng, nhất là quỏ trỡnh sản xuất muối trờn cỏnh đồng này cú thể gõy ra quỏ trỡnh dịch chuyển ranh giới nước mặn và nước nhạt. Quỏ trỡnh dịch chuyển ranh giới của nước ngầm phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn cũng như cỏc hoạt động trờn mặt.

Để đỏnh giỏ phạm vi và mức độ nhiễm mặn thỡ nhiệm vụ đặt ra là phải xỏc định được cỏc ranh giới này, kết hợp với cỏc tài liệu điều tra địa chất thuỷ văn khỏc để đề ra cỏc biện phỏp khai thỏc, quản lý cú hiệu quả tài nguyờn nước dưới đất. Một

trong những phương phỏp được ỏp dụng cú hiệu quả trong việc xỏc định cỏc danh giới này là phương phỏp địa vật lý.

Trong mụi trường địa chất cỏc loại đất đỏ khỏc nhau cú giỏ trị điện trở suất khỏc nhau, thụng thường đất đỏ của lớp phủ Đệ Tứ cú giỏ trị điện trở suất nhỏ, ngược lại đỏ magma hoặc trầm tớch cổ hơn cú giỏ trị điện trở suất cao. Ngoài ra, giỏ trị điện trở suất cũn phụ thuộc vào nước chứa trong lỗ hổng của đất đỏ. Đõy là cơ sở để ỏp dụng phương phỏp thăm dũ điện trở suất xỏc định cỏc danh giới giữa cỏc loại đất đỏ, xỏc định đới dập vỡ đứt góy, ranh giới nước mặn - nhạt.

Điện trở suất của đất đỏ phụ thuộc vào độ lỗ hổng của đất đỏ, đất đỏ cú độ lỗ hổng lớn chứa nước sẽ cú điện trở suất thấp ngược lại đất đỏ cú độ lỗ hổng nhỏ sẽ cú điện trở suất cao. Cỏc đứt góy địa chất tạo thành đới dập vỡ, cú độ lỗ hổng lớn, chứa nước ngầm sẽ tạo ra đới dị thường điện trở suất nhỏ.

Ngoài ra, giỏ trị điện trở suất của cỏc loại đất đỏ phụ thuộc rất lớn vào độ muối khoỏng của nước trong lỗ hổng. Nước cú nồng độ muối khoỏng cao (nước mặn) sẽ dẫn điện tốt hơn nước cú nồng độ muối khoỏng thấp (nước ngọt). Do vậy, khi khảo sỏt bằng phương phỏp thăm dũ điện trở suất trờn mụi trường cú cựng điều kiện địa chất, qua vựng nước ngầm bị nhiễm mặn sẽ cho giỏ trị điện trở suất thấp, ngược lại vựng nước ngầm là nước nhạt sẽ cú giỏ trị điện trở suất cao hơn.

Để xỏc định ranh giới nhiễm mặn thỡ nhiệm vụ đặt ra cho cụng tỏc khảo sỏt địa vật lý là:

Xỏc định chiều dày tầng phủ trờn nền đỏ gốc

Xỏc định ranh giới nhiễm mặn theo diện tớch của khu vực khảo sỏt Đỏnh giỏ sự phỏt triển của cỏc ranh giới theo chiều sõu

3.2.2.1. Đối tượng và phương phỏp tớnh toỏn

Để khoanh định được cỏc ranh giới tỏc giả sử dụng hai phương phỏp đo mặt cắt và đo sõu điện trở suất trờn cỏc tuyến. Vị trớ cỏc tuyến đo được xỏc định dựa vào mục đớch của cụng tỏc khảo sỏt, cỏc thụng tin thu thập từ cỏc kết quả nghiờn cứu, khảo sỏt trước đõy cũng như địa hỡnh khu vực khảo sỏt. Quỏ trỡnh khảo sỏt địa vật lý được chia làm hai giai đoạn:

Sử dụng phương phỏp mặt cắt điện xỏc định sơ bộ ranh giới theo tuyến.

Sử dụng phương phỏp đo sõu điện để xỏc định ranh giới theo cả diện tớch và chiều sõu.

Cơ sở của phương phỏp thăm dũ điện trở suất là phỏt dũng điện một chiều cú cường độ I vào trong mụi trường địa chất cú điện trở suất  qua hai điện cực A và B sau đú thu được hiệu điện thế ∆UMN giữa hai điện cực thu M và N, từ đú tớnh được giỏ trị điện trở suất biểu kiến theo cụng thức sau:

I U K MN k    (1) Trong đú

k (Ωm) :điện trở suất biểu kiến

∆UMN (mV) : hiệu điện thế thu giữa hai cực thu M và N

I (mA) : cường độ dũng phỏt xuống đất qua hai cực A và B.

K : là hệ số thiết bị của hệ điện cực được tớnh theo biểu thức tổng quỏt BN 1 AN 1 BM 1 AM 1 2 K      (2) A M N B

Hỡnh 3.2. Trường điện do hai điện cực tạo ra

+I -I

 P

Trong trường hợp sử dụng hệ thiết bị đối xứng Schlumberger (AM=BN; AN=BM) thỡ hệ số này được tớnh theo cụng thức:

MN AN . AM K (3) Phương phỏp mặt cắt điện:

Mặt cắt điện trở suất là một phương phỏp thăm dũ điện trở suất, nghiờn cứu sự thay đổi của điện trở suất biểu kiến k dọc theo tuyến đo ở một khoảng chiều sõu nào đú bằng cỏch giữ nguyờn kớch thước của hệ cực, dịch chuyển toàn bộ hệ điện cực trờn tuyến đo nhằm xỏc định vị trớ cỏc bất đồng nhất trờn tuyến.

Tại mỗi điểm đo, đo được giỏ trị hiệu điện thế UMN, cường độ dũng điện I từ đú tớnh được giỏ trị điện trở suất biểu kiến k theo cụng thức (1). Tập hợp cỏc giỏ trị đo tại cỏc điểm trờn tuyến cú thể vẽ được đồ thị điện trở suất biểu kiến trờn tuyến khảo sỏt thể hiện sự thay đổi giỏ trị điện trở suất biểu kiến theo tuyến đo, tại vị trớ cú sự thay đổi giỏ trị điện trở thể hiện ranh giới bờn dưới.

Phương phỏp này tiến hành đơn giản, nhanh và giỏ thành thấp, tuy nhiờn kết quả khảo sỏt chỉ cho biết được một cỏch sơ bộ sự thay đổi giỏ trị điện trở suất biểu kiến theo tuyến đo và trờn diện tớch khi đo trờn nhiều tuyến nờn thường được ỏp

Hỡnh 3.3. Phương phỏp mặt cắt 4 cực đối xứng

Tầng phủ

Nhạt Mặn

A M N B

Chiều dài tuyến (m)

k (Ωm)

dụng trong giai đoạn đầu khi cần biết một cỏch tổng quỏt sự biến đổi điện trở suất biểu kiến liờn quan đến cỏc ranh giới của vựng khảo sỏt.

Phương phỏp đo sõu điện trở suất:

Đo sõu điện trở suất là phương phỏp nghiờn cứu sự thay đổi của điện trở suất biểu kiến k theo chiều sõu ở tại mỗi điểm, bằng cỏch mở rộng dần khoảng cỏch giữa cỏc cực phỏt và giữ nguyờn điểm đo.

Qua 2 điện cực phỏt A và B dũng điện một chiều cú cường độ I được phỏt vào mụi trưũng đất đỏ. Chiều sõu thấm của dũng điện phụ thuộc vào khoảng cỏch giữa hai điện cực phỏt A và B, và đặc điểm dẫn điện của mụi trường. Do vậy, càng tăng khoảng cỏch giữa hai điện cực AB thỡ chiều sõu thấm dũng càng lớn nờn càng khảo sỏt được sõu. Như vậy, giỏ trị điện trở suất biểu kiến đo được tại từng điểm thay đổi theo khoảng cỏch AB, muốn chuyển sang giỏ trị điện trở suất phản ỏnh mụi trường địa chất theo chiều sõu thỡ cần qua cỏc bước xử lý.

Phương phỏp đo sõu điện trở suất cho phộp xỏc định cỏc lớp điện trở suất khỏc nhau theo chiều sõu, từ đú cú thể đỏnh giỏ sơ bộ về chất lượng nước thụng qua việc phõn tớch và giải đoỏn thụng số bề dày và trị số điện trở suất của cỏc lớp đất đỏ tại cỏc điểm đo bằng cỏc chương trỡnh xử lý 1 chiều (1D) hay xỏc định được sự phõn bố của tham số điện trở suất trờn cỏc mặt cắt nhờ cỏc chương trỡnh xử lý 2 chiều (2D). Đõy chớnh là cơ sở địa chấ t- địa vật lý cho việc ỏp dụng phương phỏp đo sõu điện để nghiờn cứu qui luật phõn bố chất lượng tàng trữ trong cỏc tầng đất đỏ.

A2 A1 B1

1

2

3

Cỏc giỏ trị của cỏc điểm đo sõu điện trờn tuyến được xử lý 2D theo chương trỡnh RES2DINV của A.H.LOKE. Đõy là chương trỡnh xử lý đó được quốc tế hoỏ, kết quả xử lý theo phương phỏp này cho bức tranh phõn bố điện trở suất của lỏt cắt địa điện, từ đõy cho phộp khoanh định cỏc ranh giới.

Dựa vào sự thay đổi giỏ trị điện trở suất trờn lỏt cỏt sau khi xử lý phõn chia lỏt cắt thành hai phần, phần trờn là lớp phủ cú độ lỗ hổng cao chứa nước ngầm cú điện trở suất thấp, phần dưới cú điện trở suất cao phản ảnh đỏ gốc. Cỏc đứt góy tạo thành đới dập vỡ chứa nước phản ảnh qua cỏc đới điện trở suất thấp.

Tổng hợp kết quả khảo sỏt của cỏc tuyến trờn diện tớch khảo sỏt cú thể vẽ được cỏc bản đồ đẳng giỏ trị điện trở suất ở cỏc mức chiều sõu khỏc nhau, cỏc bản đồ này phản ỏnh sự phõn bố giỏ trị điện trở suất theo diện tớch. Giỏ trị điện trở suất thấp thể hiện vựng nhiễm mặn.

Tổng hợp chiều sõu của mặt ranh giới phõn chia lớp phủ và đỏ gốc trờn cỏc tuyến của vựng khảo sỏt cú thể vẽ được bản đồ đẳng giỏ trị chiều sõu đến mặt ranh giới này, hay bản đồ này sẽ phản ảnh địa hỡnh của mặt đỏ gốc.

3.2.2.2. Kỹ thuật thi cụng

Vị trớ cỏc điểm đo mặt cắt điện và đo sõu điện được định vị bằng mỏy định vị toàn cầu cầm tay GPS và chấm lờn bản đồ theo vị trớ tuyến đo. Cả hai phương phỏp đều dựng mỏy điện trở suất đất.

Phương phỏp mặt cắt điện trở suất: sử dụng hệ điện cực với kớch thước AB/2 bằng 45m, và MN/2 bằng 5m.

Phương phỏp đo sõu điện trở suất:

Chiều dài nửa hệ cực phỏt dũng cực đại: AB/2 max = 165m-195m. Chiều dài nửa hệ cực thu thế cực đại: MN/2 max = 5m-15m.

Hỡnh 3.5. Sơ đồ đo mặt cắt điện trở suất, cỏc điểm đo từ tuyến M0 đến M7 được đỏnh dấu bằng hỡnh tam giỏc

Hỡnh 3.6. Sơ đồ đo mặt cắt điện trở suất, cỏc điểm đo từ tuyến T0 đến T7 được đỏnh dấu bằng hỡnh trũn

3.2.2.3. Kết quả đo mặt cắt điện

Với phương phỏp mặt cắt điện trở suất, cỏc giỏ trị điện trở suất biểu kiến đo được tại cỏc điểm trờn tuyến liờn hệ với cỏc ranh giới địa chất theo tuyến đo. Đặc biệt khi qua phần đỏ gốc granit sang đỏ phủ trầm tớch giỏ trị điện trở suất sẽ giảm từ cao xuống thấp, ngược lại khi qua miền nước nhiễm mặn sang miền nước nhạt sẽ thấy cú sự tăng lờn của giỏ trị này. Cỏc kết quả khảo sỏt đo mặt cắt điện trở suất được vẽ trờn đồ thị theo cỏc tuyến được biểu diễn như sau:

Tuyến M0: Tuyến này đo dọc đường quốc lộ, dài gần 19000 m. Giỏ trị điện trở suất biểu kiến chủ yếu nằm trong khoảng 50 Ωm, hai đầu tuyến giỏ trị này lớn hơn, đặc biệt từ điểm 60 trở về cuối tuyến giỏ trị điện trở suất tăng mạnh cú thể đõy là ảnh hưởng của việc chuyển từ khu vực nước mặn sang nước nhạt.

Hỡnh 3.7. Kết quả đo mặt cắt điện trờn cỏc tuyến M0, trục đứng biểu diễn giỏ trị điện trở suất biểu kiến (Ωm), trục ngang khoảng cỏch trờn tuyến (m)

Tuyến M1: Giỏ trị điện trở suất biểu kiến cao ở hai đầu tuyến do ảnh hưởng của đỏ gốc nằm nụng hai bờn sườn nỳi và thấp ở giữa, chủ yếu nhỏ hơn 20 Ωm thể hiện ảnh hưởng của vựng nước ngầm mặn.

Hỡnh 3.8. Kết quả đo mặt cắt điện trờn cỏc tuyến M1

Tuyến M2: Giỏ trị điện trở suất của tuyến M2 thay đổi phức tạp hơn tuyến M1 nhưng quy luật chung vẫn cao ở hai đầu tuyến và thấp ở phần giữa. Nguyờn nhõn gõy ra hiện tượng này cũng giống như trờn tuyến M1.

Hỡnh 3.9. Kết quả đo mặt cắt điện trờn cỏc tuyến M2

Tuyến M3: Nhỡn chung giỏ trị điện trở suất biểu kiến trờn tuyến M3 lớn hơn trờn tuyến M2, chủ yếu nằm trong khoảng 40-100 Ωm, cú thể do ảnh hưởng của vựng nước mặn giảm dần. Phần đầu tuyến cho đến điểm thứ 7 (0-2000 m) hay khoảng giữa tuyến điểm 15-20 (5000 – 6000 m) giỏ trị điện trở suất biểu kiến nhỏ thể hiện vựng mặn.

Hỡnh 3.10. Kết quả đo mặt cắt điện trờn cỏc tuyến M3

Tuyến M4: Giỏ trị điện trở suất biểu kiến trờn tuyến này cũng giống tuyến M3, giỏ trị thay đổi thể hiện ảnh hưởng của vựng nhiễm mặn và ngọt xen kẽ.

Hỡnh 3.11. Kết quả đo mặt cắt điện trờn cỏc tuyến M4

Tuyến M5: Giỏ trị điện trở suất biểu kiến trờn tuyến này nhỡn chung cao hơn trờn tuyến M4, chủ yếu nằm trong khoảng 60-80 Ωm. 15 điểm đầu tiờn trờn tuyến M5 (0-4000m) do ảnh hưởng của đỏ gốc lộ trờn bề mặt hoặc điểm 45-50 (11000 – 12500 m), giỏ trị điện trở suất biểu kiến cao hơn hẳn phần cũn lại. Tại một số điểm giỏ trị điện trở suất biểu kiến thấp hơn 30 Ωm cú thể ảnh hưởng của nước ngầm mặn.

Hỡnh 3.12. Kết quả đo mặt cắt điện trờn cỏc tuyến M5

Tuyến M6 và M7: Hai tuyến cú giỏ trị điện trở suất biểu kiến khỏ giống nhau phần đầu tuyến (0-3000m) giỏ trị lớn sau đú giảm dần biểu hiện sự thay đổi từ vựng nước ngọt sang nước mặn.

Hỡnh 3.14. Kết quả đo mặt cắt điện trờn cỏc tuyến M7

3.2.2.4. Kết quả đo sõu điện trở suất

Giỏ trị điện trở suất biểu kiến đo được tại cỏc điểm trờn từng tuyến được xử lý 2D bằng phần mền RES2DINV để chuyển từ lỏt cắt điện trở suất biểu kiến phản ỏnh giỏ trị điện trở suất biểu kiến thay đổi theo khoảng cỏch hệ điện cực AB sang lỏt cắt điện trở theo chiều sõu.

Kết quả đo sõu điện cho thấy, lớp phủ tương ứng với giỏ trị điện trở suất thấp hơn do phần trờn đất đỏ cú độ rỗng cao chứa nhiều nước ngầm, phớa dưới điện trở suất cao tương ứng với đỏ gốc. Trờn cỏc tuyến ranh giới giữa đỏ gốc và lớp phủ được vạch trờn cơ sở sự thay đổi điện trở suất từ thấp đến cao, giỏ trị điện trở suất ở khoảng nhỏ hơn 100 Ωm liờn hệ với phần lớp phủ, ngược lại lớn hơn khoảng 100 Ωm liờn hệ với phần đỏ gốc. Giỏ trị này được lấy dựa vào đặc điểm chung về độ dẫn điện của đất đỏ. Kết quả này sẽ chớnh xỏc hơn nếu cú lỗ khoan để đối sỏnh.

Cỏc đứt góy cũng thấy biểu hiện trờn cỏc tuyến, tại cỏc vị trớ cắt qua cỏc đứt góy biểu hiện sự thay đổi giỏ trị điện trở suất hoặc đới điện trở suất thấp do đới dập vỡ của đứt góy chứa nhiều nước ngầm gõy ra. Ngoài ra, cỏc lỏt cắt cũng phản ảnh cỏc đối tượng trờn mặt như cỏc khối đỏ gốc lộ trờn mặt (vựng điện trở suất cao), khu vực tuyến cắt qua cỏc sụng tạo ra vựng điện trở suất thấp trờn mặt.

Trong khu vực này chiều dày tầng phủ (hay chiều sõu đỏ gốc) giảm dần theo hướng Nam – Bắc. Kết quả xử lý tài liệu trờn tuyến được biểu diễnnhư sau:

Tuyến T0: Tuyến này chạy dọc theo đường quốc lộ 1A, kết quả xử lý tài liệu đo sõu điện trờn tuyến này cho thấy chiều sõu đến đỏ gốc thay đổi từ khoảng 5 – 25m, phần đầu tuyến từ điểm 1 – 5, chiều sõu này nhỏ, ở khoảng 5m, sau đú tăng dần đạt chiều sõu lớn nhất ở khoảng giữa cỏc điểm 13-15; 20-22; 26-29, chiều sõu cú thể đạt đến 25. Qua điểm 29-30 thấy cú sự thay đổi mạnh về điện trở suất cũng