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 ngun 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 mô 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 - Đơng 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, cịn 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 môi 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, đơi nơi vật liệu thấm và cách nƣớc xen kẽ nhau.
những hệ tầng sau:
Hệ Đệ tứ
- Trầm tích Holocen nguồn gốc sơng (aQ23): phân bố thành dải hẹp dọc thung lũng các sông suối dƣới dạng các bãi bồi ven bờ hoặc cù lao giữa sông. Những khu vực có địa hình thấp nhƣ các cửa sơng, 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 sò, 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, sỏi - 40 - 45 Chứa nƣớc kém Holocen
Biển gió Cát 0,32 25 - 35 Chứa nƣớc tốt Sông Cát, sét 0,24 20 - 35 Chứa nƣớc trung bình Sơng biển Cát, sét, bùn 0,25 20 - 35 Chứa nƣớc trung bình Pleistocen Biển Cát 0,30 25 - 35 Chứa nƣớc tốt Sông biển Cát, sét 0,24 20 - 35 Chứa nƣớc
trung bình
Nguồn tham khảo: [5,9,11-13,23,25,29-32,48,49,60,69,72]
Nhƣ vậy, chúng ta thấy rằng thành phần độ hạt của đất đá quyết định tính chứa nƣớc của chúng. Thành phần cát hạt trung đến thơ có khả năng chứa nƣớc tốt nhất, hay nói cách khác, các trầm tích cát vùng ven biển là môi trƣờng thuận lợi hình thành nên tầng chứa nƣớc có triển vọng khai thác.
Ngồi các trầm tích Đệ tứ, trong vùng cịn có các thành tạo điển hình khác nhƣ Neogen - hệ tầng Đồng Hới, trầm tích Devon - hệ tầng Đơng Thọ, Triat - hệ tầng Đồng Trầu, hệ tầng Mục Bài, hệ tầng Bản Giàng, hệ tầng Đại Giang và thành tạo magma xâm nhập Phức hệ Trƣờng Sơn có đặc điểm phân bố và thành phần thạch học nhƣ sau:
Hệ Neogen hệ tầng Đồng Hới (Nđh)
Hệ tầng này phân bố chủ yếu ở khu vực thành phố Đồng Hới và lấp đầy đáy của vùng đồng bằng sông Gianh. Thành phần thạch học có thể chia ra thành hai phần: phần dƣới chủ yếu là trầm tích hạt thô, thành phần gồm cuội tảng kết, sét chứa cuội, sỏi, cát, gắn kết yếu, caolin, cuội, sỏi. Tổng bề dày khoảng 212 m; phần trên là các trầm tích hạt mịn gồm có bột, cát kết, sạn kết, sét kết, cát bột kết, lẫn ít sạn sỏi, cuội, sỏi kết. Tổng chiều dày khoảng 71m.
Hệ tầng Đồng Trầu (T2adt)
Hệ tầng Đồng Trầu có diện tích phân bố khá rộng ở phía bắc của vùng thuộc khu vực Minh Sơn, Quảng Đông của huyện Quảng Trạch, hệ tầng phần lớn bị phủ bởi trầm tích Đệ tứ, chỉ xuất lộ dƣới dạng các khối núi ở Đèo Ngang và núi Thọ. Thành phần gồm cuội kết, cát kết, bột kết xen lớp mỏng đá phiến sét và cát kết dạng quăczit, ryolit porphyr, porphyr thạch anh bị ép. Tổng chiều dày của hệ tầng đạt 1.500 - 1.700m.
Hệ tầng Tân Lâm (D1tl), hệ tầng Rào Chan (D1rc)
Thành phần thạch học chủ yếu là các trầm tích lục nguyên tuổi Devon. Phân bố chủ yếu ở phía tây huyện Lệ Ninh thuộc tờ bản đồ Mỹ Đức và một ít ở phía Bắc tờ bản đồ Kiến Giang. Riêng hệ tầng Rào Chan phân bố thành dải ở phía Đơng Bắc tờ bản đồ Thơn 4 và phía tây tờ Quyết Thắng. Thành phần đất đá chủ yếu là bột kết, cát kết màu xám nâu. Đá cứng chắc phong hố nứt nẻ ít, khả năng thấm và lƣu thơng nƣớc kém.
Hệ tầng Đông Thọ (D3frdt)
Hệ tầng Đông Thọ phân bố ở khu vực Đông Trạch, Hải Trạch của huyện Bố Trạch, theo hƣớng Tây Đông và cắm ra biển tại điểm Đá Nhảy. Phần giáp biển của hệ tầng này bị phủ bởi các trầm tích Đệ tứ. Thành phần thạch học gồm cát kết thạch anh hạt vừa, sáng màu, phân lớp mỏng, xen kẹp lớp bột kết, đá phiến sét. Qua mặt cắt tại Lý Hịa cho thấy có cát kết hạt nhỏ phân lớp xiên chứa hóa thạch thực vật dạng vảy, hóa thạch cá,...Bề dày chung của hệ tầng đạt 220m.
Hệ tầng Mục Bài (D2gmb)
Phân bố ở khu vực sơng Gianh, lộ ra dƣới dạng khối núi phía nam của huyện Quảng Trạch, thành phần đặc trƣng là trầm tích lục nguyên gồm đá phiến sét, đá phiến sét vơi, bột kết ít khống phân lớp mỏng, xen đá vôi vi hạt, đá vơi sét, ít lớp cát kết thạch anh hoặc ít khống; đơi nơi có đá phiến sét than. Chiều dày 600 - 700m.
Hệ tầng Bản Giàng (D1-2bg)
Hệ tầng có thành phần chủ yếu các trầm tích lục nguyên, đƣợc chuyển tiếp từ hệ tầng Rào Chan, phía trên chuyển tiếp lên hệ tầng Mục Bài đƣợc quan sát ở nhiều nơi ở phía bắc huyện Bố Trạch. Thành phần thạch học gồm cát kết dạng quarzit, cát