cỏc mẫu nước lấy ở độ sõu khỏc nhau theo mặt cắt CD
TT khoan Lỗ Độ sõu (m) (pMAr) 39a δ(‰) 18O (‰) δ2H Ne/He 3He/4He δ(%) 3He 3H (TU)
1 GV01 70,0 103 ± 7 -8,42 -62,3 3,93 1,29E-06 -6,6 2,03 ± 0,24 2 Q108b 80,0 27 ± 7 -8,13 -57,3 0,52 1,92E-07 -86,1 0,07 ± 0,14 3 Q109a 135,8 25 ± 5 -7,68 -54,4 0,75 3,29E-07 -76,2 0,24 ± 0,24 4 Q110a 93,6 13 ± 5 -7,74 -54,6 0,89 5,00E-07 -63,9 0,58 ± 0,26 5 ND01 132,0 9 ± 5 -7,22 -50,6 0,04 2,43E-07 -82,4 1,06 ± 0,25 6 ND02 139,0 43 ± 6 -6,35 -45,7 0,58 2,38E-07 -82,8 0,71 ± 0,22 7 Q92a 100,0 - -8,17 -57,2 0,25 3,07E-07 -77,8 0,70 ± 0,32 8 Q92 43,0 - -8,36 -59,7 0,34 3,03E-07 -78,1 0,37 ± 0,23
2.5.3. Phõn tớch và thảo luận kết quả
2.5.3.1. Nguồn bổ cập và nguồn gốc NDĐ trong vựng nghiờn cứu
Mối tương quan giữa cỏc thành phần đồng vị bền (δ2H và δ18O) của cỏc mẫu
NDĐ đó được thiết lập từ kết quả bảng 2.1 và 2.2 cựng với đường nước khớ tượng địa phương và trỡnh bày trờn hỡnh 2.18, qua đõy một số nhận định và đỏnh giỏ được rỳt ra như sau:
- Đối với nước mưa vựng Nam Định: đường nước khớ tượng địa phương khu
vực Nam Định cú tương quan δ2H = 8,4218O + 15,23. Mối tương quan của thành
phần đồng vị bền trong nước khớ tượng là cơ sở thảo luận khả năng bổ cập nước khớ tượng cho nước trong cỏc TCN khi biểu diễn cỏc kết quả trờn cựng một đồ thị (hỡnh 2.18).
- Thành phần đồng vị bền của nước trong tầng Holocen nằm trờn đường nước bị bốc hơi và cú thành phần hũa trộn giữa nước biển và nước khớ tượng. Thành phần đồng vị nặng trung bỡnh của nước là tương đối giàu, đặc biệt nước trong lỗ khoan
Q111 cú δ18O = -0,86‰ so với VSMOW, ngang bằng nước biển. Hơn nữa, khoảng
biến động cũng lớn, từ -2,5 đến -8,3‰ (Hỡnh 2.19). Cú thể thấy, nước tầng Holocen cú nguồn gốc từ nước biển và nước khớ tượng. Tuy nhiờn, do sự phõn bố của của TCN Holocen, cũng như cấu trỳc địa chất của khu vực khụng đồng đều nờn nguồn gốc và chất lượng nước của tầng Holocen phụ thuộc vào vị trớ lỗ khoan và mạng lưới sụng ngũi trong vựng.
Hỡnh 2.18: Kết quả phõn tớch thành phần
đồng vị bền của nước trong vựng nghiờn cứu Hỡnh 2.19: Sự biến đổi của δ18O trong NDĐ theo chiều sõu
- Thành phần đồng vị bền của nước trong TCN Pleistocen ở một số lỗ khoan được bổ cập từ tầng Neogen và Triat (Q92, Q109a, Q221a, Q223a và Q228a), nhưng ở một số lỗ khoan, thành phần đồng vị bền của NDĐ nằm sỏt đường nước khớ tượng địa phương (Q225b, Q226a và Q227a) chứng tỏ nước trong TCN qp ở cỏc vị trớ này cú nguồn gốc từ nước khớ tượng. Đa phần nước trong TCN qp được bổ cập từ tầng Neogen và Triat. Mối quan hệ thủy lực giữa tầng qp với nước đại dương là rất yếu, do vậy độ mặn của nước trong tầng Pleistocen khụng cao. Bờn cạnh đú, kết quả quan trắc từ năm 1994 đến năm 2011 cũng minh chứng cho khả năng cung cấp cho TCN
qp từ t2 và n2 như sau:
• Tại cụm quan trắc Q92: Mực ỏp lực của tầng Triat luụn lớn hơn mực ỏp lực
tầng Pleistocen, trung bỡnh 0,05m (hỡnh 2.20) và TDS của tầng Triat nhỏ hơn TDS của tầng Pleistocen trung bỡnh 6,62 mg/l.
• Tại cụm quan trắc Q109: Mực ỏp lực của tầng Neogen luụn lớn hơn mực ỏp
lực tầng Pleistocen, trung bỡnh 0,91m (hỡnh 2.21) và TDS của tầng Neogen nhỏ hơn TDS của tầng Pleistocen trung bỡnh 200,9 mg/l.
- Tầng Neogen và Triat là cỏc TCN khe nứt, karst cú tuổi trước Đệ tứ, cú thời gian
vận động trong TCN lõu. Mối tương quan giữa δ18O với δ2H và δ18O theo chiều sõu
nước trong cỏc TCN này cú cựng nguồn gốc và cú quan hệ thủy lực với nhau. Tầng chứa nước Pleistocen được bổ cập từ tầng chứa nước Neogen và Triat là hiện thực.
Hỡnh 2.20: Diễn biến mực nước TCN Pleistocen và Triat tại cụm quan trắc Q92
Hỡnh 2.21: Diễn biến mực nước trong TCN Pleistocen và Neogen tại cụm quan trắc Q109
2.3.3.2. Xỏc định hướng dũng chảy NDĐ trờn cơ sở kết quả xỏc định thời gian lưu của nước trong TCN
Kết quả phõn tớch thành phần đồng vị phúng xạ 14C và tuổi của nước tại cỏc lỗ
khoan trong cỏc TCN Neogen, Triat và Pleistocen trờn trong vựng nghiờn cứu (bảng 2.4, hỡnh 2.22 và hỡnh 2.23) cho thấy: Thời gian lưu của nước trong TCN Pleistocen lớn nhất đạt 12.900 năm (lỗ khoan Q227a) và thời gian ngắn nhất là 1.100 năm (lỗ khoan Q92) và phụ thuộc vào mức độ bổ cập từ cỏc tầng Neogen và Triat (hỡnh 2.23).
Nước nhạt trong TCN Pleistocen ở vựng trung tõm của phễu hạ thấp cú thời gian lưu rất lớn (hỡnh 2.22). Điều này cho thấy hướng vận động của NDĐ trong tầng Pleistocen cú hướng từ rỡa vào trung tõm thấu kớnh nước nhạt (phần trờn đất liền). Nước trong TCN khe nứt, karst cú hướng vận động theo hướng TB-ĐN và từ hướng tõy, tõy - bắc ra biển.
20 60 100 269. .180 karst karst .389 200 h. giao thủy h. kiến x−ơng biển đơn g h. xn tr−ờng h. vũ th− tp.thái bình h. hải hậu tp.Nam định h. nam trực Tỉnh Nam định H. nghĩa h−ng h.kim sơn h. bình lục h. vụ bản tp.ninh bình h. nga sơn h. thanh liêm tx.bỉm sơn tx.tam điệp h. hà trung gia viễn Lỗ khoan tầng Pleistocen Đ−ờng đẳng tuổi (năm) Sông Hồng 28 66 58 68 56 48 38 46 36 36 86 96 86 0 5 Km 10 chú giải 16 16 26 26 68 06 28 96 06 38 48 58 08 18 Q108b Q109a Q110a Q221a Q222b Q224a Q225a Q226a Q227a Q228a Q229a Q92 20 6 0 100 269. .180 karst karst .389 200 h. giao thủy h. kiến x−ơng biển đôn g h. xuân tr−ờng h. vũ th− tp.thái bình h. hải hậu tp.Nam định h. nam trực Tỉnh Nam định H. nghĩa h−ng h.kim sơn h. bình lục h. vụ bản tp.ninh bình h. nga sơn h. thanh liêm tx.bỉm sơn tx.tam điệp h. hà trung gia viễn Đ−ờng đẳng tuổi (năm) Lỗ khoan tầng Neogen Sông Hồng 28 66 58 68 56 48 38 46 36 36 86 96 86 0 5 Km 10 chú giải 16 16 26 26 68 06 28 96 06 38 48 58 08 18 Q109b Q220T Q221N Q223N Q226N Q229N Q92a
Hỡnh 2.22: Sơ đồ đẳng tuổi TCN Pleistocen Hỡnh 2.23: Sơ đồ đẳng tuổi TCN Neogen
Trong nghiờn cứu này, với việc kết hợp giữa đặc điểm địa chất, địa hỡnh địa mạo, ĐCTV và cỏc kết quả xỏc định thành phần đồng vị bền, hoạt độ đồng vị phúng
xạ (14C, 3H) và thành phần đồng vị khớ trơ (39Ar/40Ar, δ3He) trong cỏc lỗ khoan theo
tuyến mặt cắt CD, tỏc giả đó thiết lập mụ hỡnh khỏi niệm về hướng và nguồn bổ cập nước cho thấu kớnh nước nhạt trong vựng nghiờn cứu (hỡnh 2.24). Từ đú giải thớch xu hướng nước càng sõu tuổi càng trẻ như kết quả phõn tớch trỡnh bày ở trờn.
Hỡnh 2.24: Mụ hỡnh khỏi niệm về hướng vận động của NDĐ từ kết quả phõn tớch thành phần đồng vị theo mặt cắt CD (trờn hỡnh 2.17) phần đồng vị theo mặt cắt CD (trờn hỡnh 2.17) 6.000 11.300 7.400 3.300 3H = 0,7 TU 850 1.100 3H = 0,37 TU n−ớc hiện tại (3H = 2,03 TU) -150 -200 -250 -300 0m D 50 93,6m 12m 100 -100
- Tuổi của n−ớc d−ới đất (năm) qp PR PR qp -50 nÔ nÔ 850 Q108 LK35 Q109 LK54 Q110 Q111 170,6m 80m 150m 248m
Đới dập vỡ kiến tạo
Tầng chứa n−ớc lỗ hổng Đất đá thấm n−ớc kém hoặc không thấm n−ớc; H−ớng dịch chuyển n−ớc d−ới đất 100m nÔ tÔ tÔ GV01 Q92 LK14
Tầng chứa n−ớc khe nứt, karst;
C -100 -150 -200 -300 -250 100 50 0m -50 67m 70m
Hướng vận động của nước trong thành tạo Triat (khe nứt karst) là hướng TB- ĐN và cung cấp cho TCN Pleistocen dưới 3 hỡnh thức (hỡnh 2.25): 1) nước trong
thành tạo Triat cung cấp trực tiếp cho TCN qp tại những nơi mà cỏc thành tạo này
tiếp xỳc trực tiếp với nhau; 2) nước di chuyển từ cỏc thành tạo chứa nước khe nứt karst tới cỏc thành tạo chứa nước Neogen (khe nứt-lỗ hổng) cung cấp cho TCN Pleistocen; 3) nước di chuyển từ cỏc thành tạo chứa nước khe nứt karst tới cỏc đứt góy trong thành tạo Proterozoi, cung cấp cho cỏc thành tạo chứa nước Neogen tới TCN Pleistocen. Điều này giải thớch tại sao NDĐ trong TCN khe nứt-lỗ hổng Neogen và khe nứt karst Triat ở một số lỗ khoan cú tuổi trẻ hơn nước trong TCN Pleistocen.
Hỡnh 2.25: Sơ đồ vận động của NDĐ cung cấp cho thấu kớnh nước nhạt vựng Nam Định
Tuy nhiờn, do mức độ nứt nẻ, khe nứt karst khụng đồng đều của tầng Neogen và Triat, kết hợp với tớnh thấm của tầng Pleistocen khụng đồng nhất và dị hướng nờn khả năng và mức độ cung cấp nước từ tầng Neogen và Triat cho tầng Pleistocen khụng đồng đều theo chiều sõu cũng như theo diện. Điều này khỏ phự hợp với kết quả phõn tớch thành phần đồng vị bền của NDĐ trong TCN Pleistocen. Mặt khỏc, việc khai thỏc nước khụng đồng đều cũng chi phối hướng dũng chảy.
Nước trong cỏc thành
tạo Triat (T2ađg) Cỏc thành
tạo Neogen
Tầng chứa nước qp
Cỏc đứt góy Proterozoi
Chương 3 - NGHIấN CỨU HIỆN TRẠNG PHÂN BỐ MẶN NHẠT NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Cỏc đặc điểm, tớnh chất của NDĐ bóo hũa trong TCN sẽ làm ảnh hưởng một phần hay chi phối toàn bộ đặc điểm, tớnh chất nào đú của TCN. Nghiờn cứu xỏc định hiện trạng phõn bố mặn nhạt của NDĐ trờn cơ sở xỏc định độ dẫn điện (hay ĐTS) của TCN qua tổng hàm lượng chất rắn hũa tan trong nước làm ảnh hưởng đến tớnh chất vật lý này của nước.
3.1. Cơ sở lựa chọn phương phỏp ỏp dụng
Để nghiờn cứu hiện trạng phõn bố mặn nhạt NDĐ vựng Nam Định, tỏc giả ỏp dụng hai nhúm phương phỏp nghiờn cứu, bao gồm nhúm cỏc phương phỏp nghiờn cứu trực tiếp và nhúm cỏc phương phỏp nghiờn cứu giỏn tiếp. Nhúm cỏc phương phỏp nghiờn cứu trực tiếp đối tượng bao gồm phương phỏp thủy địa húa, phương phỏp khoan ĐCTV, phõn tớch trực tiếp đối tượng - đõy là cỏc nghiờn cứu cơ bản đó được cụng nhận và trở thành quy trỡnh quy phạm. Cỏc phương phỏp nghiờn cứu giỏn tiếp đối tượng thụng qua một tham số khỏc, bao gồm phương phỏp trường chuyển (đo ĐTS) và phương phỏp đo cảm ứng (đo độ dẫn). Cơ sở lý thuyết của hai phương phỏp giỏn tiếp này là căn cứ cho khả năng ỏp dụng của phương phỏp đối với mục đớch nghiờn cứu của luận ỏn.
Tớnh chất mặn nhạt của nước núi chung và NDĐ núi riờng phụ thuộc vào tổng hàm lượng cỏc muối hũa tan trong nước. Xột về phương diện vật lý thỡ nước mặn cú mật độ ion lớn, độ linh động và tốc độ dịch chuyển của cỏc ion cao. Điều này thể hiện qua khả năng dẫn điện hay ĐTS của nước. Do vậy, xỏc định độ dẫn điện (ĐTS) của nước cú thể đỏnh giỏ được tớnh chất, mức độ mặn nhạt của nước.
3.1.1. Điện trở suất của tầng chứa nước
Đất đỏ cú thể xem như một tập hợp gồm ba pha: pha cứng (đất đỏ hay khoỏng vật); pha lỏng (nước trong khe nứt, lỗ hổng của đất đỏ bóo hũa nước) và pha khớ (khớ trong khe nứt, lỗ hổng của đất đỏ khụng bóo hũa nước). Độ dẫn điện của pha lỏng
thường cú giỏ trị lớn nhất. Vỡ vậy, độ dẫn điện của đất đỏ chứa nước (bao gồm cả khung đất đỏ và nước bóo hũa trong đú) chủ yếu do nước quyết định (trừ trường hợp tầng chứa nước cú xen kẹp cỏc lớp sột).
Nước tự nhiờn là cỏc chất điện phõn chứa cỏc loại ion khỏc nhau. Khi ta tạo ra điện trường thỡ cỏc ion đú sẽ chuyển dịch và xuất hiện dũng điện. Mật độ dũng điện phụ thuộc vào mật độ, loại ion và tốc độ di chuyển của chỳng [74].
Điện trở suất của chất điện phõn (nước) ρw được xỏc định theo cụng thức sau: ( ) ∑ + = c c c a a av f c v f c w 10 ρ (3.1) nếu ca = cc = C thỡ ( ) C A f v f v C w c c a a = ∑ + = 10 ρ vớiA= ∑(vafa+vcfc) 10
Trong đú: ca - mật độ của anion;
cc - mật độ của cation;
va - tốc độ di chuyển của anion;
vc - tốc độ di chuyển của cation;
fa - độ linh động của anion;
fc - độ linh động của cation.
Độ linh động của anion và cation phụ thuộc vào hàm lượng muối hoà tan và thành phần húa học của chỳng.
Về bản chất dẫn điện của đất đỏ cú thể chia ra hai loại dẫn điện điện tử và dẫn điện ion, loại dẫn điện điện tử xảy ra ở phần khung của khoỏng vật tạo đỏ, hay núi cỏch khỏc phần tử tải điện là cỏc electron [74]. Loại dẫn điện này chỉ phổ biến trong cỏc thõn quặng chứa cỏc nguyờn tố kim loại như quặng sunfua, đa kim, grafit,.. Loại dẫn điện ion, phần tử tải điện là cỏc ion, do chất lỏng hoà tan muối khoỏng trong lỗ hổng, khe nứt của đất đỏ. Khi cú tỏc động của trường điện bờn ngoài, cỏc ion dịch chuyển định hướng tạo nờn dũng điện. Loại dẫn điện ion thường gặp trong đất đỏ trầm tớch.
Archie, năm 1942 [35], khi nghiờn cứu độ dẫn điện của cỏc TCN, đó chỉ ra rằng ĐTS của một tầng chứa tỷ lệ thuận với ĐTS của chất lỏng bóo hũa trong cỏc lỗ hổng và tỷ lệ nghịch với độ lỗ hổng của TCN. Mối quan hệ này được biểu diễn dưới dạng định luật Archie như sau:
w k a w F buk ρ n ρ ρ = = ; với: n k a F = , a ≈ 1 (3.2) Trong đú:
ρbuk - điện trở suất của TCN; F - hệ số thành hệ;
ρw - điện trở suất của nước trong TCN;
a - hệ số, phụ thuộc vào loại đất đỏ (a = 0,4 ữ 1,4); k - độ lỗ hổng của đất đỏ;
n - hệ số cấu trỳc (n = 1,3 ữ 2,2).
Đối với TCN xỏc định hệ số thành hệ (F) khụng thay đổi. Như vậy, ĐTS của cỏc TCN chỉ biến đổi do thay đổi tớnh chất của nước trong TCN (do nhiễm mặn, nhiễm bẩn, ...) [74]. Giỏ trị về điện trở suất và độ dẫn điện của cỏc vật liệu khỏc nhau được thể hiện ở hỡnh 3.1 như sau:
Sét than Sét kết Cát kết, sạn cuội kết Cát pha, bột Sét Cát, sạn, sỏi, cuội Dolomit, Đá vơi Trầm tích bởi rời Các đá trầm tích N−ớc, tầng chứa n−ớc 10.000 1.000 100 10 1 0,1 0,01 100.000 10.000 1.000 100 10 1 0,1 Độ dẫn điện (mS/m) Điện trở suất (Ohm.m)
N−ớc mặn N−ớc lợ, n−ớc nhạt Trầm tích băng
N−ớc biển đóng băng
Hỡnh 3.1: Khoảng biến đổi giỏ trị điện trở suất và độ dẫn điện của đất đỏ (Palacky, 1988)
3.1.2. Cơ sở phương phỏp trường chuyển
Trong cỏc phương phỏp điện xoay chiều, ngoài những phương phỏp cảm ứng trong miền tần số phỏt trường điện điều hũa cũn cú phương phỏp cảm ứng xung trong miền thời gian, đo trường điện từ sau khi ngắt cỏc xung dũng phỏt - đú là phương phỏp trường chuyển. Phương phỏp trường chuyển nghiờn cứu trường thứ sinh do cỏc dũng xoỏy cảm ứng xuất hiện trong cỏc đối tượng dẫn điện ở khoảng thời gian nghỉ của xung dũng (hỡnh 3.2). Việc nghiờn cứu quỏ trỡnh chuyển tiếp và hỡnh thành
phương phỏp trường chuyển là một bước phỏt triển quan trọng của cỏc phương phỏp cảm ứng đang được quan tõm và sử dụng rất cú hiệu quả [58], [74], [75], [81], [94].
Hỡnh 3.2: Đường đặc tớnh và nguyờn tắc của phương phỏp trường chuyển. (a) Dũng điện chạy trong vũng dõy phỏt, (b) lực điện động cảm ứng sinh ra trong cỏc lớp đất đỏ và (c) chạy trong vũng dõy phỏt, (b) lực điện động cảm ứng sinh ra trong cỏc lớp đất đỏ và (c)
trường thứ cấp được đo đạc trong vũng dõy thu
Cơ sở của phương phỏp này dựa trờn cỏc phương trỡnh của Maxwell. Trong đú, mối quan hệ giữa trường điện và trường từ được xỏc định bởi định luật Faraday, đú là từ trường biến thiờn theo thời gian sẽ sinh ra một điện trường biến đổi và ngược lại khi cú dũng điện chạy trong vũng dõy khộp kớn sẽ sinh ra trường từ.
Dũng điện được phỏt vào trong cuộn dõy khụng nối đất dưới dạng cỏc xung, trong thời gian phỏt, trường từ được thiết lập trong mụi trường đất đỏ (trường nguyờn sinh), khi ngắt dũng phỏt, lực điện từ cảm ứng sinh ra cỏc dũng xoỏy cảm ứng (sinh ra trường từ thứ sinh trờn mặt đất). Do tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt nờn cỏc dũng