CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH DỰ BÁO HỆ ĐỊA NHIỆT HƯNG HÀ – QUỲNH PHỤ
3.2 Mô hình dự báo hệ địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ
3.2.4 Mô hình dự báo hệ địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ
Đặc điểm chung cho thấy vùng Hưng Hà-Quỳnh Phụ hoàn toàn là vùng đồng bằng, bề mặt địa hình gần như bằng phẳng. Toàn bộ diện tích đất ở khu vực này là đất ruộng, đất ở, đất ao hồ và kênh mương.
Kết quả nghiên cứu cho thấy trầm tích Đệ tứ trong vùng dày đến hơn một trăm mét. Tầng trên cùng là tầng cách nước dày đến vài mét, tiếp theo là tầng chứa nước Holocen (qh) dày tới độ sâu 25m. Dưới tầng chứa nước qh là tầng cách nước ở độ sâu khoảng 50m ngăn cách với tầng chứa nước Pleistocen (qp)
104
với chiều dày đến hơn 100m (Hình 2.18).
Nằm dưới tầng chứa nước qp là các trầm tích Neogen có bề dày đến 4km
và tiếp đến là tầng Paleogen (E) đến độ sâu khoảng 7-8 km và cuối cùng là tầng đá móng kết tinh là các đá phun trào và trầm tích lục nguyên tuổi Mesozoi (Hình 3.7 và 3.8).
Kết quả khảo sát mặt cắt địa chất (Hình 3.7 và 3.8) cũng như nghiên cứu thời gian thành tạo của đứt gãy Vĩnh Ninh có thể cho rằng đứt gãy chỉ cắt đến
hết tầng Neogen. Điều này phù hợp với kết luận ở trên rằng đứt gãy Vĩnh Ninh được hình thành trong thời kỳ Miocen giữa - đầu Miocen muộn. Do đó có thể cho rằng nước nóng được đưa từ dưới sâu đi lên theo đứt gãy Vĩnh Ninh rồi chảy ra ở tầng chứa nước qp sau đó lan tỏa trong tầng chứa nước này.
Trên bản đồ địa chất cho thấy đứt gãy Vĩnh Ninh đã bị đứt gãy F2 cắt thành 2 đoạn đứt gãy, giao nhau ở vị trí sông Luộc làm cho phần phía Tây Bắc của đứt gãy Vĩnh Ninh dịch chuyển về hướng Tây Nam khoảng 700m (Hình 3.10). Điều này hoàn toàn trùng hợp với sự dịch chuyển của trường địa nhiệt qua biểu hiện xuất lộ nước nóng trong giếng khoan ở thôn Trà Dương xã Tống
Trân của huyện Phủ Cừ cũng có biểu hiện liên quan đến đứt gãy Vĩnh Ninh.
Như vậy càng khẳng định rằng nước nóng được đưa từ dưới sâu lên theo đứt gãy Vĩnh Ninh.
Như đã trình bày ở phần đặc điểm hóa học dung dịch địa nhiệt, nước nóng Hưng Hà - Quỳnh Phụ hoàn toàn là nước bicarbonat mặc dù cùng tầng chứa nước ở các giếng khoan quan trắc nước dưới đất ở các vùng lân cận, hầu
hết là nước clorua do nhiệm nước biển (Bảng 3.3, Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước Quốc gia, 2016). Điều này cũng thêm khẳng định nước nóng là do nước ở dưới sâu đi lên theo đứt gãy Vĩnh Ninh, trong khi các nước địa nhiệt này là nước khí tượng mà không liên quan gì đến nước magma.
Trường địa nhiệt Hưng Hà-Quỳnh Phụ phát triển theo hướng TB-ĐN, dọc theo đứt gãy Vĩnh Ninh và nằm gần như hoàn toàn về phía Tây Nam, phía
105
góc cắm của đứt gãy (Hình 3.7, 3.8 và 3.9). Đứt gãy Vĩnh Ninh có góc cắm 70
- 80o với biên độ dịch chuyển 100 - 1.000 m, đới phá huỷ đến trên 100 m.
Cách đứt gãy Vĩnh Ninh khoảng 10 km về phí Tây Nam là đứt gãy Thái
Bình (Hình 3.7, 3.8, 3.9 và 3.10) có hướng cắm ngược lại với đứt gãy Vĩnh Ninh và cũng có góc cắm, biên độ dịch chuyển và đới phá hủy tương tự đứt gãy Vĩnh Ninh,
Nằm giữa đứt gãy Vĩnh Ninh và đứt gãy Thái Bình ở khu vực bên dưới trường địa nhiệt Hưng Hà - Quỳnh Phụ là trục nâng nghịch đảo (Hình 3.10), nằm trong dải nghịch đảo Miocen. Chiều dày trầm tích Cenozoi ở đới này rất lớn, chỗ sâu nhất đạt đến 7-8.000 m gồm các thành tạo từ Eocen cho đến Đệ tứ
và bị nén ép mạnh do pha hoạt động kiến tạo xảy ra ở cuối Miocen giữa cho đến tận cuối Miocen muộn. Tác động của pha nén ép này đã gây ra uốn nếp mạnh, tạo hàng loạt đứt gãy nghịch, trong đó điển hình là đứt gãy Vĩnh Ninh (tái hoạt động và trở thành đứt gãy nghịch), đồng thời hình thành hàng loạt cấu
tạo hình hoa (flower structures) như các cấu tạo: Khoái Châu, Phù Cừ, Tiên Hưng, Kiến Xương và Tiền Hải.
Theo kết quả phân tích cặp đồng vị bền 18O (Oxygen 18) và 2H (Deuterium), nước nóng Hưng Hà – Quỳnh Phụ là nước bicarbonat có nguồn gốc là khí tượng không liên quan đến nguồn gốc magma hay nước ngầm gian vỉa v.v… Nước cung cấp cho bồn chứa địa nhiệt là nước mưa từ các ao hồ hay
các tầng trầm tích cận bề mặt chảy xuống sâu theo đứt gãy sau đó di chuyển đến gần vùng đá nóng. Trong trường hợp này, đứt gãy Thái Bình được coi là kênh dẫn nước mặt, nước mưa xuống dưới sâu (Hình 3.7, 3.8, 3.9, 3.10).
Trên hình 3.10 cho thấy, ở trên mặt đất, đứt gãy Thái Bình nằm cách xa đứt gãy Vĩnh Ninh khoảng 10 km. Với khoảng cách này và dịch về phía Tây Bắc, ngược hướng dòng chảy Sông Hồng, là vùng xa bờ biển và nước nằm trong tầng trầm tích Pleistocen và Holocen không bị nhiễm mặn. Đây là lý do nước nóng Hưng Hà – Quỳnh Phụ thuộc loại nước bicarbonat.
106
Theo sách Địa tầng Việt Nam (Tống Duy Thanh, 2005), trong các hệ tầng Đệ Tam ở vùng trũng Sông Hồng, hai hệ tầng Vĩnh Bảo và Tiên Hưng đều có lớp trầm tích có độ rỗng từ 14-16% và độ thấm khoảng vài chục đến vài trăm mD là môi trường chứa nước tốt (tầng chứa nước Pleistocen ở bên trên có độ
rỗng khoảng 30% (Bảng 4.1). Do đó khi nước bicarbonate chảy từ trên xuống đến tầng thấm nước dưới sâu có thể tồn tại ở hai hệ tầng này.
Các lớp chứa nước thuộc hệ tầng Phủ Cừ hay Tiên Hưng nằm ở độ sâu khoảng 2,5 – 3,5 km. Theo tính toán gradient địa nhiệt, các lớp đá thuộc tầng này có nhiệt độ là khoảng 1500C, như vậy đương nhiên nước mưa, nước ao hồ
hay nước từ tầng chứa nước cận bề mặt khi được chảy xuống theo đứt gãy Thái Bình đến đây sẽ được làm nóng lên, nước nóng này chính là nước địa nhiệt tiếp tục theo đứt gãy Vĩnh Ninh cung cấp liên tục cho tầng chứa nước qp tại khu
vực nghiên cứu (Hình 2.17 và 2.18). Chính vì thế mà ở khu vực nghiên cứu, khi khoan đến tầng chứa nước qp, nước thường có áp lực lớn duy trì trong một
thời gian dài và dần trở về trạng thái bình thưởng. Để có thể sử dụng nguồn nước này sau đó người dân phải dùng máy bơm để bơm nước lên.
Việc xuất hiện nước nóng ở dưới sâu đến vài kilomet hoàn toàn đã được thực tế chứng minh như ở giếng khoan dầu khí từ những năm 1960, như tại
giếng khoan sâu 3.300m (tại xã Phong Châu, Đông Hưng, Thái Bình) gặp nước nóng đến 115oC hay ở giếng khoan sâu 3.100m (tại xã Quang Bình, Kiến Xương, Thái Bình) gặp nước nóng 1370C (xem bảng 2.1). Kết quả phân tích
mẫu nước cho thấy các nước nóng tại các giếng khoan này đều là giàu clorua.
Điều đó có thể cho thấy rằng chúng được cung cấp nhờ các kênh dẫn là các đứt
gãy trong khu vực phân bố khá gần bờ biển, mà không có cơ chế tuần hoàn đối lưu như nước nóng ở trường địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ, Thái Bình.
Trên mặt cắt địa chấn vuông góc với đứt gãy Thái Bình và đứt gãy Vĩnh Ninh tại khu vực cách trung tâm trường địa nhiệt Hưng Hà - Quỳnh Phụ khoảng 5 km (Hình 2.6 và 4.6) đã thể hiện phần cấu trúc các tầng đất đá ở khu vực
107
nghiên cứu. Tuy nhiên mặt cắt này lại không thể hiện được phần độ sâu dưới 3.300m ở khoảng giữa 2 đứt gãy. Trong “Các phân vị địa tầng Việt Nam”
(Tống Duy Thanh và nnk, 2005), cho rằng đất đá thuộc hệ tầng Phủ Cừ và
hệ tầng Tiên Hưng có độ rỗng 14-16% và độ thấm khoảng vài trục đến vài trăm mD”. Độ sâu của 2 hệ tầng này khoảng 2,5 đến 3,5 km khá phù hợp với đánh giá về độ sâu của bồn địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ. Tầng đá mái của bồn địa nhiệt này đương nhiên là các lớp trầm tích có độ rỗng và độ
thấm thấu nước rất thấp, không có khả năng chứa nước như hầu hết các lớp đá trong bồn trầm tích vũng trũng Sông Hồng, và nằm ở trên và dưới tầng chứa nước này. Trên cơ sở đó có thể nhận định rằng bồn địa nhiệt nằm ở các hệ tầng này và quá trình nước đi từ phía đứt gãy Thái Bình qua đứt gãy Vĩnh
Ninh bị nung nóng lên sau đó do áp lực lớn cộng với kênh đi lên thuận lợi là đứt gãy Vĩnh Ninh nước nóng được đi lên tầng chứa nước qp.
Từ những trình bày ở trên có thể đi đến khái quát một mô hình khái niệm
về hệ địa nhiệt Hưng Hà-Quỳnh Phụ được thể hiện qua hình 3.12 được giải thích như sau:
Nước mưa hay nước hồ ao ngấm xuống sâu dưới đất rồi chảy xuống theo đứt gãy Thái Bình đến độ sâu khoảng 2.500 m - 3.500 m gặp các thành tạo trầm tích có độ rỗng cao, ở sâu bên dưới của các thành tạo này là các đá của tầng đá móng có thể là các đá biến chất không loại trừ là các thể magma có nhiệt độ cao đang nguội dần tỏa nhiệt lên trên làm cho nhiệt độ của các thành tạo trầm
tích này nóng lên.
Nước được làm nóng lên ở đây sau đó được di chuyển lên theo đứt gãy Vĩnh Ninh và xuất lộ trên bề mặt trên của tầng Neogen, cung cấp nước địa nhiệt cho tầng chứa nước qp ở vùng Hưng Hà - Quỳnh Phụ tại một số điểm nằm dọc theo đứt gãy Vĩnh Ninh (Hình 3.9).
Nguồn nhiệt độ cung cấp cho bồn địa nhiệt ở đây là do gradient địa nhiệt.
Như đã trích dẫn và phân tích từ các công trình nghiên cứu trước đây, đới đứt
108
gãy Sông Hồng có thời gian hoạt động kéo dài và mạnh mẽ trong Cenozoi (32- 22 tr.n) cho đến hiện nay, sự hoạt động của đứt gãy Sông Hồng tạo điều kiện thuận lợi tạo nên các các đá biến chất được hình thành ở nhiệt độ rất cao và không loại trừ kèm theo hoạt động này cón có các thể liên quan magma xâm nhập ẩn sâu trong khu vực nghiên cứu. Sự tỏa nhiệt và nguội dần của các thành tạo địa chất này cùng với các đứt gãy trong vùng như Vĩnh Ninh là kênh dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho dòng nhiệt từ dưới sâu đi lên và đó được cho là nguyên nhân chính cung cấp nhiệt cho bồn địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ (Hình 3.11).
TN – ĐB (70 km)
Hình 3.7: Mặt cắt địa chất theo đường I-I (Hình 2.6) qua vùng địa nhiệt Hưng
Hà – Quỳnh Phụ (nguồn tài liệu: Liên đoàn INTERGEO, 2019).
TN – ĐB (90 km)
Hình 3.8: Mặt cắt địa chất theo đường II-II (Hình 2.6) qua vùng địa nhiệt
Hưng Hà – Quỳnh Phụ (nguồn tài liệu: Liên đoàn INTERGEO, 2019).
109
Hình 3.9: Mặt cắt địa chấn 2D qua vùng địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ
(nguồn tài liệu: Liên đoàn INTERGEO, 2019).
Hình 3.10: Sơ đồ mối liên quan của trường dị thường địa nhiệt Hưng Hà -
Quỳnh Phụ với các điều kiện địa chất trong vùng nghiên cứu (Bản đồ nền được thành lập theo tài liệu các tờ bản đồ địa chất khoáng sản tỉ lệ 1:200.000,
nguồn tài liệu: Liên đoàn INTERGEO, 2019).
110
Hình 3.11: Cơ chế hình thành bồn địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh phụ trong bối
cảnh địa chất và kiến tạo.
TN - ĐB
Hình 3.12: Mô hình dự báo hệ địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ dựa theo mặt
cắt địa chấn 2D (nguồn tài liệu: Liên đoàn INTERGEO, 2019).
111
Tóm tắt
Nước địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ thuộc loại bicarbonat xuất phát từ nước trên mặt hay cận bề mặt từ vùng nằm sâu trong đất liền bởi nước nằm ở
xung quanh khu vực nghiên cứu hoàn toàn là nước clo do bị nhiễm mặn của nước biển. Nhiệt độ của bồn địa nhiệt thứ sinh nằm trong tầng chứa nước Pleistocen khoảng 500C. Nhiệt độ bồn địa nhiệt ở dưới sâu có thể gọi là bồn địa nhiệt nguyên sinh khoảng 148,60C.
Bồn địa nhiệt nguyên sinh ở độ sâu khoảng 2,5 – 3,5 km thuộc lớp đá
trầm tích có độ rỗng và độ dẫn nước cao, quá trình giao nhau của lớp đá này và đứt gãy Vĩnh Ninh làm cho đá tại vị trí giao nhau có độ dập vỡ cao tạo thành bồn chứa địa nhiệt. Bên trên và bên dưới bồn chứa địa nhiệt nguyên sinh đương
nhiên là các lớp đá trầm tích không thấm nước thuộc hệ tầng Phủ Cừ và/hoặc Tiên Hưng tạo ra các tầng chắn nước cho bồn địa nhiệt nguyên sinh.
Nguồn cung cấp nhiệt độ cho bồn địa nhiệt nguyên sinh không phải do phóng xạ hoặc do ảnh hưởng trực tiếp của các hoạt động magma, núi lửa mà do gradient địa nhiệt cao. Đứt gãy Vĩnh Ninh là kênh dẫn nhiệt từ sự tỏa nhiệt của đá biến chất do sự hoạt động của đới đứt gãy Sông Hồng (không loại trừ có các magma ẩn sâu?).
Quá trình di chuyển của dòng nước từ trên bề mặt hoặc cận bề mặt đất
theo đứt gãy Thái Bình xuống các tầng đất đá có khả năng chứa nước. Ở tầng đá này, nước tiếp tục di chuyển theo lớp nằm ngang đến vùng có áp lực thấp hơn. Quá trình di chuyển cũng như thời gian đọng lại ở bồn chứa tại chỗ giao nhau với đứt gãy Vĩnh Ninh, nước được nung nóng nhờ có gradient địa nhiệt dị thường cao. Sự kết hợp của quá trình này đã tạo nên hệ địa nhiệt Hưng Hà – Quỳnh Phụ.
112