ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN NƢỚC DƢỚI ĐẤT VÙNG CÁT
VEN BIỂN QUẢNG BÌNH 2.1 Vị trí địa lý và tính đặc thù vùng nghiên cứu
Trên cơ sở ranh giới phân bố địa chất các thành tạo Đệ tứ và đặc điểm địa hình của vùng đồng bằng ven biển Quảng Bình, đồng thời đáp ứng mục tiêu quản lý, khai thác, sử dụng tài nguyên, phạm vi nghiên cứu của đề tài đƣợc giới hạn từ 17010’ đến 17043’ vĩ độ bắc và 106030’ đến 106050’ kinh độ đơng. Phía bắc chắn bởi Đèo Ngang - một nhánh Hoành Sơn của dãy Trƣờng Sơn, phía đơng tiếp giáp với biển Đơng có đƣờng bờ biển dài khoảng 116km, phía tây là phần diện tích vùng trung du đến
mức địa hình 25 mét và phía nam giới hạn bởi ranh giới hành chính với tỉnh Quảng Trị.
Việc lựa chọn giới hạn phần lục địa của vùng nghiên cứu dựa trên sự thành tạo địa chất và địa hình qua mối tƣơng tác lục địa - biển trong suốt thời
kỳ Đệ tứ, mặt khác, các thành tạo cát ven biển có chiều dày nhất định để nghiên cứu đánh giá tiềm năng NDĐ phân bố đến độ cao tƣơng đối trùng với mức địa hình 25 mét.
Do yếu tố địa lý đã tạo cho vùng nghiên cứu có những đặc thù so với các vùng khác trong dải ven biển miền Trung. Trƣớc hết, có thể nhận thấy, với diện tự nhiên khoảng 1.100km2, phân bố trải dài từ bắc vào nam trên 4 đơn vị hành chính cấp huyện là Quảng Trạch, Bố Trạch, Quảng Ninh, Lệ Thủy và thành phố Đồng Hới (hình 2.6).
Phần lớn diện tích đất cát phân bố thành dạng dải kéo dài song song theo bờ biển, hẹp về chiều ngang, bề mặt địa hình khơng bằng phẳng, đặc trƣng nhất là dạng đụn (cồn) cát ven biển chiếm 30% diện tích của vùng và bị chia cắt bởi các cửa sơng ven biển nhƣ sơng Rn, sơng Gianh, sơng Lý Hịa, sơng Dinh và sông Nhật Lệ. Từ bắc vào nam, sự mở rộng các đụn cát có chiều hƣớng tăng dần, từ Đèo Ngang đến bắc sông Rn có chiều rộng trung bình 200m, độ cao 5 - 6m và tăng lên 1.200 - 2.000m đến bắc sơng Gianh với độ cao trung bình 10 - 11m; từ nam sông Gianh đến bắc sông Nhật Lệ các đụn cát mở rộng chiều ngang đến 3.000 - 3.500m dƣới dạng các lƣỡi liềm, độ cao khoảng 10m; khu vực phía nam sơng Nhật Lệ nối liền với đồng bằng ven biển Quảng Trị, các đụn cát phát triển chiều rộng lớn nhất đạt đến 6.000m và kéo dài trên 50km, độ cao có nơi đạt 45m, độ dốc sƣờn khoảng 50 - 600, bao gồm các đụn cát di động, bán di động và cố định, giữa chúng là các trảng cát bằng phẳng [6,9,16,20,33,36].
Dƣới tác động của nhiều yếu tố tự nhiên khắc nghiệt, trong đó phải kể đến sự phân hóa rõ rệt của chế độ mƣa khơng đồng đều trong năm, nền nhiệt độ cao thƣờng tập trung vào mùa hè. Ngoài ra, lƣợng bốc hơi lớn chiếm đến 39% tổng lƣợng mƣa trong năm, chế độ bão, lốc và các hiện tƣợng xâm nhập mặn, cát bay, cát nhảy, thảm thực vật kém phát triển v.v...tạo nên một đơn vị lãnh thổ địa lý có nhiều nét đặc thù của miền Trung [38,47,62,76,77].
Vùng nghiên cứu còn là nơi tập hợp của nhiều hệ sinh thái rất nhạy cảm với điều kiện môi trƣờng tự nhiên, đặc biệt, phân bố dân cƣ cũng tuân theo sự phân hóa tự nhiên. Mật độ dân cƣ trong vùng khá lớn đạt 478ngƣời/km2
, thƣờng tập trung ở những vùng cửa sông và dọc theo các đụn cát ven biển. Bên cạnh đó, vùng cát còn là nơi tập trung nhiều khu kinh tế trọng điểm.
NDĐ cùng với một số dạng tài nguyên khác nhƣ đất, khí hậu, địa hình, khống sản,…là những yếu tố có tác động mang tính quyết định đến sự phát triển về KT - XH vùng nghiên cứu.
Chính vì những nét đặc thù nêu trên, “Vùng cát ven biển Quảng Bình”
đã trở thành tên gọi đặc trƣng cho vùng đồng bằng ven biển Quảng Bình.
2.2. Điều kiện hình thành nƣớc dƣới đất
2.2.1. Cơ chế hình thành nước nhạt ven biển
Nƣớc nhạt dƣới đất trong trầm tích Đệ tứ trong vùng nghiên cứu đƣợc hình thành chủ yếu bằng con đƣờng thấm của nƣớc mƣa, nƣớc mặt qua lớp cát cung cấp cho tầng chứa nƣớc. Thật vậy, bản thân nƣớc ban đầu trong tầng chứa nƣớc là nƣớc mặn đƣợc hình thành cùng thời gian với sự hình thành trầm tích, sau đó, nƣớc mƣa và nƣớc mặt ngấm qua lớp cát và dƣới tác động của trọng lực và tỷ trọng của nƣớc, theo thời gian, nƣớc nhạt sẽ chèn ép nƣớc mặn (nƣớc nguyên sinh) ra khỏi tầng chứa nƣớc.
Khái niệm của Baydon W. - Giben (1091) mơ phỏng điều kiện hình thành nƣớc nhạt dƣới đất vùng ven biển và xác định giữa khối nƣớc nhạt trong đất liền ln có sự cân bằng thủy tĩnh với nƣớc biển, ranh giới tiếp xúc giữa nƣớc nhạt lục địa và nƣớc biển là đƣờng cong thoải, hƣớng từ biển vào lục địa, dọc theo đƣờng tiếp xúc tồn tại sự cân bằng thủy tĩnh (hình 2.2) [85].
Nguồn: theo Fetter C.W. (1993)[85]
Hình 2.2: Cơ chế hình thành nước nhạt vùng cát ven biển
Mực NDĐ
Nƣớc mặn dƣới đất Nƣớc nhạt dƣới đất
Hƣớng thoát nƣớc dƣới đất
Đới chuyển tiếp
Biển Bốc hơi
Mƣa Bốc hơi
2.2.2. Tính tốn độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “mặn - nhạt”
Độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “mặn - nhạt” khu vực nghiên cứu đƣợc tính tốn nhƣ sau:
Gọi độ cao mực NDĐ so với mực nƣớc biển là z; độ sâu của nƣớc nhạt đến nƣớc mặn tại một điểm A bất kỳ nào đó dƣới mực nƣớc biển là h, thì áp lực thủy tĩnh tại điểm này sẽ bằng:
pA = (h - z)m.g (2.1)
Tại điểm B trong lục địa trên đƣờng ranh giới giữa nƣớc mặn và nƣớc nhạt ở cùng độ sâu h - z, áp lực thủy tĩnh do nƣớc nhạt gây ra sẽ là:
pB = (h - z)n.g + z.n.g (2.2) Theo nguyên tắc Giben thì pA = pB, do đó:
(h - z)m.g = z.n.g (2.3)
Ở đây: m, n là khối lƣợng riêng của nƣớc biển (≈1,025g/cm3) và nƣớc nhạt (≈1,000g/cm3 ), g - gia tốc trọng trƣờng. Từ các phƣơng trình trên, chúng ta nhận đƣợc: n m m z h (2.4) n m n z z h (2.5) h=42z (2.6)
Nhƣ vậy, đối với một tầng chứa nƣớc đồng nhất về tính thấm, khi biết z chúng ta có thể xác định đƣợc một cách tƣơng đối ranh giới mặn - nhạt NDĐ vùng cát ven biển.
Tuy nhiên, trong trong trƣờng hợp ngƣợc lại, tầng chứa nƣớc khơng đồng nhất, có nhiều lớp chứa nƣớc và cách nƣớc nằm xen kẽ nhau hoặc xuất hiện các “cửa sổ ĐCTV” nhƣ một số nơi thuộc vùng nghiên cứu thì kết quả tính tốn khơng tn theo cơng thức (2.6). Khi đó, để xác định đƣợc ranh giới mặn nhạt phải cần đến nhiều thông số kỹ thuật hơn nữa từ nhiều phƣơng pháp khác.
2
B
1
3 z
Hình 2.3: Sơ đồ quan hệ giữa nước nhạt dưới đất và nước mặn vùng ven biển
1. Mực nƣớc biển; 2. Bề mặt tự do của nƣớc nhạt dƣới đất; 3. Ranh giới mặn - nhạt
h-z
h h-z
A
2
2.3. Các yếu tố quyết định đến sự hình thành nước dưới đất
2.3.1. Địa chất
1) Cấu trúc - kiến tạo
Sự thay đổi của cấu trúc địa chất đƣợc tính bằng chu kỳ địa chất và những tác động đến NDĐ rất khó có thể ghi lại. Tuy nhiên, những tính chất về cấu trúc địa chất và các hoạt động kiến tạo là điều kiện hình thành nên NDĐ.
Vùng nghiên cứu nằm trên hai đới cấu trúc Long Đại và Hoành Sơn, thuộc miền uốn nếp Lào Việt, chúng đƣợc cấu thành bởi đầy đủ các phức hệ thạch kiến tạo Paleozoi, Mesozoi và Kainozoi, trong đó, phức hệ Kainozoi có mặt trong khu vực nghiên cứu, diện phân bố hầu khắp vùng cát ven biển, gồm thành tạo Neogen và Đệ tứ, chúng phản ảnh các hoạt động tân kiến tạo khá mạnh [11,29-32]. Các
đới cấu trúc trong khu vực đƣợc phân chia và mơ tả nhƣ sau:
Đới Hồnh Sơn: Nằm về phía bắc tỉnh Quảng Bình và cịn tiếp tục mở rộng về
phía bắc trên diện tích tỉnh Hà Tĩnh theo phƣơng kéo dài Tây bắc - Đông nam. Đới Hồnh Sơn ngăn cách với đới Long Đại ở phía nam bởi đứt gẫy Rào Nậy (sông Gianh). Chúng đƣợc cấu tạo nên bởi các đá magma phun trào và xâm nhập có tuổi Mesozoi sớm. Phần phía đơng nam của đới là trũng sụt Kainozoi đồng bằng Ba Đồn, đƣợc lấp đầy các thành tạo trầm tích lục nguyên và lục địa gắn kết yếu và bở rời tạo thành các tập trầm tích hạt thơ và mịn xen kẽ nhau, dạng bở rời. Các thành tạo Neogen có tổng chiều dày từ 70 - 160m tăng dần về phía biển, cấu tạo dạng lớp thoải, uốn làn sóng nhẹ. Các trầm tích Đệ tứ đa nguồn gốc, chiều dày từ 30 - 70m và cũng tăng dần từ rìa đồng bằng về phía biển [11,23].
Đới Long Đại: Phân bố về phía nam đứt gẫy sơng Rào Nậy, chiếm diện tích chủ yếu trong tỉnh Quảng Bình, gồm các phức hệ đá phức tạp có tuổi từ Paleozoi đến Kainozoi. Có thể phân chia sơ bộ thành các tổ hợp đá thuộc phần móng kết tinh Paleozoi sớm giữa và tổ hợp các đá thuộc các phức hệ chồng gối liên quan với các hoạt động muộn sau Paleozoi. Trong tầng cấu tạo, các đất đá hệ Neogen gồm có cuội sỏi hỗn tạp, các lớp cát sét, sét là những lớp kẹp hoặc thấu kính trong cuội sỏi, đơi nơi bị phong hóa mềm bở, còn các đất đá hệ Đệ tứ gồm sạn sỏi, cát sét cấu tạo rời rạc (Trần Văn Trị, 1993) [11].
- Khối cấu trúc Hải Trạch - Trƣờng Sơn và Ngân Thuỷ - Kim Thuỷ, cấu thành bởi các trầm tích Paleozoi hạ hệ tầng Long Đại và Đại Giang, tạo điều kiện hình thành nên bể trầm tích lớn, trong đó có mặt các trầm tích Đệ tứ đặc trƣng bởi tầng chứa nƣớc Đệ tứ Pleistocen (qp) và Holocen (qh), diện phân bố rộng rãi trong khu vực Quảng Bình và Quảng Trị.
- Khối cấu trúc Paleozoi Minh Hố - Hải Trạch có dạng các khối uốn nếp lớn với thành phần lục nguyên và cacbonat tƣớng biển thuộc các trầm tích Devon, tạo nên bề mặt lót đáy của các tầng chứa nƣớc Đệ tứ.
- Khối cấu trúc Paleozoi Lệ Ninh gồm các trầm tích Devon hệ tầng Tân Lâm và hệ tầng Cò Bai tạo nên những máng thu nƣớc cung cấp cho các tầng chứa nƣớc vùng nghiên cứu.
- Khối cấu trúc Paleozoi giữa Phong Nha - Kẻ Bàng có thành phần gồm các lục nguyên và carbonat tƣớng biển Paleozoi thƣợng (các hệ tầng La Khê, Bắc Sơn và Khe Giữa) với bề dày trầm tích 880 - 1.080m, đá ít biến vị và hầu nhƣ khơng bị biến chất.
- Khối batolit Đồng Hới gồm các đá trầm tích biến chất phân đới đồng tâm hệ tầng Long Đại và Đại Giang làm tƣờng chắn hình thành nên các lớp trầm tích Đệ tứ.
Nhìn chung, cấu trúc địa chất và hoạt động tân kiến tạo trong khu vực tạo nên hình thái đồng bằng ven biển, có hƣớng nghiêng thoải từ tây sang đơng tạo điều kiện hình thành nên các tầng chứa nƣớc.
2) Địa tầng
Thành phần thạch học quyết định đến dạng tồn tại, mức độ chứa nƣớc cũng nhƣ quá trình hình thành trữ lƣợng và thành phần hóa học của NDĐ. Mức độ tàng trữ nƣớc của các trầm tích phụ thuộc vào loại và kích thƣớc hạt của chúng. NDĐ vận động trong mơi trƣờng lỗ hổng của các trầm tích Đệ tứ mang đặc điểm của nƣớc chảy tầng và phần lớn hình thành những tầng chứa nƣớc khơng có áp lực (tầng trên) và có áp lực cục bộ (tầng dƣới) tạo nên một hệ thống thủy lực ngầm liên tục trong tồn vùng. Đó là một thực thể bất đồng nhất, đôi nơi vật liệu thấm và cách nƣớc xen kẽ nhau.
những hệ tầng sau:
Hệ Đệ tứ
- Trầm tích Holocen nguồn gốc sông (aQ23): phân bố thành dải hẹp dọc thung lũng các sông suối dƣới dạng các bãi bồi ven bờ hoặc cù lao giữa sơng. Những khu vực có địa hình thấp nhƣ các cửa sông, bãi bồi gồm cát, bột, sét; các vùng cao hơn thì có cát, cuội, sạn. Chiều dày thay đổi từ 2 - 8m.
- Trầm tích Holocen nguồn gốc biển - gió (mvQ23): phân bố dƣới dạng các dải cát trải dài dọc theo bờ biển, chiều rộng trung bình khoảng 2,7km, diện tích trên 320 km2. Thành phần thạch học chủ yếu là cát: phần dƣới là cát màu trắng hạt nhỏ, phần giữa là cát hạt vừa, màu vàng lẫn cát xám đen, phần trên cùng là cát thạch anh hạt mịn màu xám trắng, có nhiều vảy muscovit, mảnh vỏ sị, ốc biển. Có thể xếp các thành tạo cát bề mặt và cận kề thuộc nhóm cát biển - gió (mv): cát nâu nhạt, cát trắng thuộc tƣớng cát ven bờ; cát vàng hệ cồn - tƣớng cát cồn, đụn ngầm; cát nâu đen, cát vàng đụn sát biển - tƣớng đê cát ven bờ; cát xám trắng - tƣớng cát bãi biển. Chúng phát triển trong môi trƣờng lục địa, chịu sự tác động của gió và mƣa (trong đó cát vàng bị biến động mạnh nhất - chúng bị tái phân dị vật liệu và thay đổi địa hình phân bố). Chiều dày tăng dần từ phía tây sang đơng, trung bình khoảng 15m.
- Trầm tích Holocen nguồn gốc sơng - biển (amQ22): phân bố rộng khắp vùng nghiên cứu, trong đó phần giáp biển phía đơng bị phủ bởi trầm tích trẻ hơn. Phía tây - ven Quốc lộ 1A, hệ tầng lộ ra và kéo dài tận vào vùng đồi núi. Độ cao tuyệt đối thƣờng từ 4 - 5 m. Thành phần trầm tích gồm bột sét, ít cát màu vàng, xanh xám, xám đen xen lẫn mùn thực vật và vỏ Trùng lỗ. Chiều dày trung bình khoảng 25 - 40m.
- Trầm tích Holocen nguồn gốc biển (mQ2): phân bố thành dải cát lớn Ba
Đồn - Quảng Phƣơng nằm giữa đồng bằng với diện tích khoảng 27km2 . Thành phần thạch học khá đồng nhất chiếm trên 94% là cát thạch anh hạt mịn đến trung rời rạc, độ mài trịn và chọn lọc trung bình, phần đáy chứa một lớp mỏng sạn hạt nhỏ, khả năng chứa nƣớc tốt. Chiều dày trung bình 8m.
- Trầm tích Pleistocen nguồn gốc biển, sơng - biển (m,amQ1): các trầm tích biển phân bố rộng trên phân phía bắc sơng Nhật Lệ, bị phủ bởi các trầm
tích Holocen. Mặt cắt tại Tú Loan - huyện Quảng Trạch cho thấy, thành phần thạch học gồm bột, cát màu xám vàng, bị laterit hóa, lớp laterit có chỗ dày tới 1m. Phần lộ trên mặt phân bố ở ven rìa phía tây đơng bằng, nơi tiếp giáp với vùng đồi, trên độ cao tuyệt đối 15 - 25 m, thành phần chủ yếu là cát, sét lẫn sạn sỏi, có nhiều kết vón laterit. Chiều dày trung bình của hệ tầng khoảng 12 - 13m; phần nam sơng Nhật Lệ là các trầm tích sơng - biển, phân bố thành dải và lộ ra phía tây của vùng dƣới dạng các đồi thoải với thành phần chủ yếu là cát, sét, sỏi, sạn laterit, chiều dày trung bình khoảng 11m.
- Trầm tích Pleistocen nguồn gốc tàn tích, sườn tích (edQ1): phân bố thành dải ven rìa đồng bằng ven biển dƣới dạng các đồi thoải kéo dài theo phƣơng tây bắc - đơng nam, chúng lộ ra trên diện tích khoảng 198 km2
ở Lệ Thủy. Là sản phẩm phong hóa của đá gốc, có thành phần thạch học gồm cát, sét, sỏi, tảng lăn và sạn laterit. Chiều dày khoảng 11m.
Mức độ chứa nƣớc của một số đất đá trong thành tạo Đệ tứ đƣợc thể hiện trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Thành phần độ hạt của đất đá và mức độ chứa nước
Thành tạo địa chất Nguồn gốc thành tạo Đất đá chứa nƣớc Kích thƣớc hạt (mm) Độ lỗ hổng (%) Tính chất chứa nƣớc Đệ tứ khơng phân chia Sƣờn tích, tàn tích Dăm, sạn,