Tóm tắt Luận án Cơ chế rửa mặn nước lỗ rỗng trong các tướng trầm tích biển tuổi Đệ Tứ vùng Châu thổ sông Hồng

ợc đặc trưng bởi một hệ số thành hệ F (formation factor) nhất định và được tính F=n/t hoặc F=t/n (Với σt, σn là độ dẫn điện của tầng và của NLR; t, n là điện trở suất của tầng và của NLR) Trên cơ sở số liệu đo ĐVLLK và số liệu phân tích TPHH của NLR, mối quan hệ quy đổi giữa độ dẫn điện và TDS của NLR như sau: TDS (mg/l) = 0.5 σ n + 201 (µS/cm) Từ đó có thể phân chia các loại hình NLR khác nhau như sau: Bảng 3.1. Các loại hình NLR và trầm tích tương ứng theo số liệu ĐVLLK oại rầm tích của tầng ρt (Ω.m) ộ dẫn điện của tầng σt (mS/m ~10 -1 µ /cm) Nước nhạt Sét 15-25 40-67 Bột/cát 25-100 10-40 Cát/sạn 100-200 5-10 Nước lợ Sét 3-15 67-333 Cát/sạn 15-150 6.7-67 Nước mặn Sét 0.5-3 333-2000 Cát/sạn 50 Bản đồ phân vùng mặn nhạt của NLR trong các tầng trầm tích biển Holocen tại các vị trí LK được thành lập (hình 3.1). 6 25km N g . . g B iÓ n § «n g Lç khoan co NLR lî Lç khoan co NLR nh¹t Chó gi¶i Lç khoan co NLR mÆn §iÓm ®o truêng chuyÓn Tuyªn nghiªn cøu 1 S«n g H ån g 1 4 2 1 3 Hình 3.1. Phân bố mặn nhạt NLR trong trầm tích hạt mịn theo tài liệu ĐVLLK 3.2.2. ết quả đo trường chuyển ( E ) Kết quả đo là sự biển đổi điện trở suất của tầng theo chiều sâu. Tổng hợp các kết quả đo trên mỗi tuyến sẽ xây dựng được mặt cắt điện trở suất tương ứng. Kết hợp tài liệu khoan địa chất trên tuyến tương ứng và số liệu tính toán trong bảng 3.2 sẽ phân chia được các vị trí chứa các loại hình NLR và NDĐ khác nhau. 3.2.2.1. Tuyến nghiên cứu 1 Mặt cắt ĐTS cho thấy nước lỗ rỗng chứa trong các tầng sét cũng như NDĐ trong các tầng chứa nước đều nước nhạt. Hình 3.2. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 1 Điện trở suất (Ω.m) Khoảng cách (km) Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) 7 3.2.2.2. Tuyến nghiên cứu 2 Tuyến nghiên cứu kéo dài từ Phủ Lý- Hà Nam tới Hải Dương. Hình 3.3. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 2 - Ở khu vực Phủ Lý NDĐ trong tầng qh là nước nhạt, NDĐ trong tầng qp biến đổi từ nhạt đến lợ còn NLR trong tầng sét Holocen bên dưới biến đổi từ nhạt đến lợ. - Ở khu vực trung tâm (giữa mặt cắt), NDĐ trong tầng qh biến đổi từ nhạt đến lợ, NDĐ trong tầng qp là nước nhạt còn NLR chứa trong tầng sét là nước lợ. - Ở khu vực Hải Dương, NDĐ trong TCN qh biến đổi từ nhạt tới lợ, NDĐ trong tầng qp là nước lợ đến mặn. NLR trong tầng sét là nước mặn, khu vực ven rìa đồng bằng NLR là nước nhạt. 3.2.2.3. Tuyến nghiên cứu 3 Có thể phân chia mặt cắt ĐTS thành 3 đoạn như sau: - Đoạn 1 (0-23km): Nước dưới đất và NLR đều là nước nhạt - Đoạn 2 (23-75km): NDĐ trong tầng qh là nước nhạt, NLR trong tầng sét Holocen là nước lợ, NDĐ trong tầng qp biến đổi từ nhạt đến lợ. - Đoạn 3 (75-128km): Nước lỗ rỗng trong tầng sét Holocen là nước lợ đến mặn theo chiều hướng từ lục địa tới biển. NLR trong tầng sét bên dưới biến đổi từ nhạt đến lợ. Hình 3.4. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 3 Điện trở suất (Ω.m) Khoảng cách (m) Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) Đoạn 1 Đoạn 2 Đoạn 3 Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) Điện trở suất (Ω.m) Khoảng cách (m) 8 3.2.2.4. Tuyến nghiên cứu 4 Hình 3.5. Mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 3 Dựa trên sự biến đổi ĐTS của tầng, tuyến nghiên cứu 4 cũng được chia làm 3 đoạn: - Đoạn 1: Nước dưới đất và NLR đều là nước nhạt - Đoạn 2: NLR trong trầm sét là nước lợ còn NDĐ trong TCN qp là nước nhạt. - Đoạn 3: NDĐ trong tầng qp là nước nhạt đến mặn, NLR trong tầng sét là nước mặn. g . . g B iÓ n § «n g 25km Chó gi¶i S«n g H å n g Tuyªn nghiªn cøu 4 Tuyªn nghiªn cøu 1 Tuyªn nghiªn cøu 2 Tuyªn nghiªn cøu 3 1 2 4 3 N 1 Vïng ph©n bè NLR mÆn Tuyªn nghiªn cøu 1 Chó gi¶i Vïng ph©n bè NLR n ¹t Vïng ph©n bè NLR lî §iÓm ®o TEM 4 2 1 3 Hình 3.6. Bản đồ phân vùng mặn nhạt nước lỗ rỗng trong lớp sét biển Holocen Từ tài liệu ĐVLLK và tài liệu TEM, bản đồ phân vùng mặn nhạt NLR trong tầng sét biển Holocen được thành lập (hình 3.6). Khoảng cách (km) Điện trở suất (Ω.m) Đoạn 1 Đoạn 2 Đoạn 3 Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) 9 3.3. ơ chế rửa mặn của nước lỗ rỗng 3.3.1. ục đích xây dựng mô hình rửa mặn trong các trầm tích biển Mục đích của việc xây dựng mô hình là mô phỏng lại lịch sử phát triển trầm tích và quá trình rửa mặn NLR chứa trong trầm tích biển thời kỳ từ 11.000 năm cho tới hiện tại cũng như ảnh hưởng của các quá trình đó tới TCN qp. 3.3.2 Xây dựng mô hình 2 chiều mô phỏng quá trình rửa mặn nước lỗ rỗng 3.3.2.1. Cơ sở chọn tuyến mô hình Tuyến mô hình dài 190km kéo dài từ Hà Nội tới Nam Định dọc theo phương TB-ĐN (hình ...). Mặt cắt mô hình được chọn có thể được gọi là mặt cắt tiêu biểu bao hàm nhiều yếu tố đại diện cho lịch sử phát triển địa chất Đệ tứ của toàn vùng CTSH, đồng thời có hướng mặt cắt trùng với hướng vận động chính của NDĐ. 3.3.2.2. Sơ đồ hoá điều kiện địa chất-địa chất thủy văn Trên cơ sở đặc điểm địa chất- địa chất thủy văn vùng nghiên cứu, có thể sơ đồ hóa mặt cắt nghiên cứu thành mô hình 5 lớp như sau: Lớp 1: Đây là tầng cách nước thứ nhất, còn gọi là tầng cách nước bề mặt. Lớp 2: Là TCN Holocen Lớp 3: Là tầng thấm nước yếu tuổi Holocen Lớp 4: Là tầng thấm nước yếu tuổi Pleistocen Lớp 5: Là TCN Pleistocen Bảng 3.2. Các thông số ĐCTV đầu vào mô hình Kx (m/s) Ky (m/s) Kz (m/s) ne (%) nt (%) ớp 1 3,4. 10 -5 3,4. 10-5 3,4. 10-6 0,20 0,30 ớp 2 1,1. 10 -4 1,1. 10-4 1,1. 10-5 0,25 0,35 ớp 3 10 -11-10-7 10-11-10-7 10-12-10-8 0,05 0,45 ớp 4 10 -11-10-7 10-11-10-7 10-12-10-8 0,05 0,45 ớp 5 3,4. 10 -4 3,4. 10-4 3,4. 10-5 0,25 0,35 ĐN Khoảng cách (km) Hình 3.7: Mô phỏng mô hình 5 lớp Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) TB ĐN 1. Tầng cách nước bề mặt 2. Tầng chứa nước Holocen 3. Tầng thấm nước yếu tuổi Holocen 4. Tầng thấm nước yếu tuổi Pleistocen 5. Tầng chứa nước Pleistocen 6. Đá gốc trước Đệ tứ 1 2 3 4 5 6 Vị trí bờ biển hiện tại 0 30 60 90 120 150 190 - 1 5 0 -1 2 0 - 9 0 -6 0 - 3 0 0 3 0 10 3.3.3. ết quả mô hình rửa mặn Vào thời kỳ biến tiến Flandrian, các trầm tích Holocen sớm với nguồn gốc khác nhau được hình thành phủ lên trên các trầm tích Pleistocen. Hai quá trình diễn ra đồng thời là quá trình XNM do biển tiến vào CTSH và quá trình rửa mặn diễn ra do quá trình bổ cập từ các nguồn nước nhạt khác nhau. Chính vì vậy, trải qua mỗi một khoảng thời gian nhất định, phân bố mặn nhạt của NDĐ và NLR trong các tầng trầm tích lại có sự thay đổi (Hình 3.8 đến hình 3.11). Từ kết quả mô hình khái niệm ở thời điểm hiện tại (Hình 3.11) kết hợp với các kết quả ĐVL lỗ khoan (LK Q109-Hình 3.31), kết quả đo TEM (Hình 3.32) và TPHH của NDĐ và NLR có thể thấy có sự phù hợp giữa kết quả đo ĐVL thực tế, kết quả phân tích TPHH của NDĐ, NLR và kết quả mô hình số. Hình 3.8. Thời kỳ 11-10 nghìn năm BP Hình 3.9. Thời kỳ 7-6 nghìn năm BP TDS (g/l) 0 2 4 6 10 15 30 35 -1 5 0 -1 2 0 - 9 0 -6 0 - 3 0 0 3 0 10,000 năm P Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i ( m ) ĐN Bờ biển hiện tại 6,000 năm P Bờ biển hiện tại Bờ biển hiện tại Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) -1 5 0 -1 2 0 - 9 0 -6 0 - 3 0 0 3 0 0 30 60 90 120 150 190 11 Hình 3.10. Thời kỳ 6-5 nghìn năm BP TDS (g/l) 0 2 4 6 10 15 30 35 Khoảng cách (km) Hình 3.11. Bức tranh hiện tại và mặt cắt ĐTS tuyến nghiên cứu 3 3.3.4. ơ chế rửa mặn của từ các trầm tích biển tuổi olocen Ảnh hưởng của thành phần độ hạt trầm tích Holocen tới cơ chế rửa mặn Bờ biển hiện tại 5,000 năm P ĐN Bờ biển hiện tại Đoạn 1 Đoạn 2 Đoạn 3 LK Q109 Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) 0 30 60 90 120 150 190 - 1 5 0 -1 2 0 - 9 0 -6 0 - 3 0 0 3 0 iện tại - 1 5 0 -1 2 0 - 9 0 -6 0 - 3 0 0 3 0 0 30 60 90 120 150 190 Đ ộ c ao t u y ệt đ ố i (m ) Lç khoan: Q109a; H¶i HËu, Nam §Þnh Ngµy ®o: 24/4/2005 Ng-êi ®o:Clausen, Hoµng V¨n Hoan Ng-êi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan c. s© u (m ) M« t¶ khoan Minh gi¶i log CÊ u t róc LK Gamma tù nhiªn (API)0 150 §é dÉn cña tÇng (mS/m)0 2000 §é dÉn cña n-íc (mS/m)0 4000 NhiÖt ®é (°C)20 40 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -10 0 -11 0 -12 0 -13 0 -14 0 -15 0 -16 0 -17 0 sÐt, c¸t-pha sÐt mµu x¸m, x¸m ®en sÐt mµu x¸m tr¾ng , n©u ®á loang læ lÉn vËt chÊt h÷u c¬ sÐt mµu x¸m lÉn vËt chÊt h÷u c¬ c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n, cuéi, sái chän läc tèt sÐt mµu x¸m c¸t h¹t mÞn ®Õn trung sÐt lÉn c¸t-pha c¸t h¹t mÞn mµu x¸m xanh c¸t, sÐt, bét-kÕt c¸t-pha bét- sÐt-pha sÐt, sÐt-pha sÐt bét- sÐt c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n, cuéi, sái 12 Mô hình 1 chiều đã được xây dựng với các kịch bản khác nhau thông qua sự thay đổi giá trị hệ số thấm K của tầng trầm tích Holocen sớm từ K=10-6m/s tới K=10-11m/s. Từ đó phản ánh được ảnh hưởng của thành phần trầm tích (nghèo sét, giàu sét...) tới cơ chế rửa mặn. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [C l] g /L Thời gian (nghìn năm) K=1e-8 m/s K=1e-7 m/s K=1e-6 m/s Hình 3.12. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số thấm K tới tốc độ rửa mặn NLR Kết quả thí nghiệm cột thấm cũng cho thấy, hệ số thấm K của các mẫu sét tại lỗ khoan Q88 <10 -9m/s, trong khi các mẫu sét pha từ lỗ khoan Q87 có hệ số thấm ≥10-7m/s. Kết quả thí nghiệm và mô hình số trên giải thích cho các quá trình rửa mặn khác nhau đã xảy ra ở 2 vị trí dẫn đến phân bố mặn nhạt của NLR khác nhau như thấy hiện nay. Hệ số Rayleigh Như đã trình bày ở trên, trong các lớp trầm tích hạt mịn có 2 quá trình dịch chuyển vật chất chính xảy ra là quá trình khuếch tán và quá trình dịch chuyển vật chất do chênh lệch tỉ trọng của nước chứa trong các tầng trầm tích liền kề. Hệ số Rayleigh là hệ số được sử dụng để xác định quá trình nào đóng vai trò chính trong quá trình dịch chuyển vật chất. e fs a Dµ Hkg R . ..).(    µ là hệ số nhớt của nước 10-3 N*s/m2 g là gia tốc trọng trường 10m/s2 Hệ số Rayleigh cho mẫu sét lấy từ LK Q88 được tính như sau: 003.0~ 10.3.2.10 30.10.10).10001025( . ..).( 93 18      e fs a Dµ Hkg R  Hệ số Rayleigh cho vị trí Q87 được tính toán như sau: 221~ 10.03.2.10 30.10.6.10).10001025( . ..).( 93 14      e fs a Dµ Hkg R  13 Hệ số Ra cho mẫu từ LK Q88 là 0.003 (<40) chứng tỏ cơ chế rửa mặn là quá trình khuếch tán. Hệ số Rayleigh cho vị trí LK Q87 lớn hơn 40 do đó quá trình dịch chuyển vật chất ở đây xảy ra chủ yếu là do phân dị trọng lực. Ở LK Q87-VietAS, hàm lượng muối của NLR thấp, phù hợp với kết quả đo độ dẫn điện từ kết quả ĐVLLK. Phân bố độ tổng khoáng hóa cũng như độ dẫn điện của NLR cho thấy rằng nước ở đây là nước nhạt (TDS<1g/l, EC<1600 µS/cm). Tầng sét Holocen chứa NLR mặn - Tỉ trọng s =1025 kg/m 3 -Hệ số thấm g K k . .    =10 -18 (m2) - Bề dày tầng trầm tích H (m) - Hệ số khuếch tán De Tầng chứa nước Pleistocen chứa nước dưới đất nhạt (f =1000kg/m3) Hình 3.13. Tài liệu ĐVLLK Q88 và hàm lượng TDS NLR LK Q88-VietAS Lç khoan: Q88b; Phñ Lý, Hµ Nam Ngµy ®o: 23/4/2005 Ng-êi ®o: Clausen, Hoµng V¨n Hoan Ng-êi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan c. s ©u (m ) M« t¶ khoan Minh gi¶i log C Êu tr óc L K Gamma tù nhiªn (API)20 100 §é dÉn cña tÇng (mS/m)0 300 §é dÉn cña n-íc (mS/m)0 500 NhiÖt ®é (°C)20 30 -1 0 -2 0 -3 0 -4 0 -5 0 -6 0 -7 0 sÐt mµu n©u ®á c¸t-pha mµu x¸m ®en sÐt-pha mµu x¸m n©u c¸t h¹t mÞn mµu x¸m ®en, x¸m n©u sÐt-pha mµu x¸m ®en lÉn vËt chÊt h÷u c¬ c¸t h¹t trung ®Õn th« mµu x¸m ®en sÐt mµu x¸m n©u c¸t h¹t th«, cuéi, sái sÐt-pha c¸t h¹t trung ®Õn th« sÐt-pha lÉn vËt chÊt h÷u c¬ c¸t h¹t mÞn c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn s¹n sái c¸t h¹t th«, cuéi, sái 14 Hình 3.14. Tài liệu ĐVLLK Q87 và hàm lượng TDS NLR LK Q87-VietAS Cơ chế rửa mặn khác nhau, tương ứng với tốc độ rửa mặn khác nhau, đã quyết định sự phân bố mặn nhạt của cả NLR và nước dưới đất trong các TCN. Khi K10-8m/s quá trình rửa mặn NLR là quá trình khuếch tán xảy ra chậm, chính vì thế ta vẫn còn thấy NLR mặn như ngày nay. Khi K≥10-7m/s quá trình rửa mặn do dịch chuyển vật chất do chênh lệch tỉ trọng đóng vai trò chủ đạo, quá trình này diễn ra nhanh làm NLR trong các tầng trầm tích nhanh chóng bị rửa mặn. Do đó hệ số K=10-7m/s được xem là ngưỡng để phân chia 2 cơ chế rửa mặn xảy ra trong các lớp trầm tích hạt mịn là quá trình khuếch tán và quá trình dịch chuyển vật chất do phân dị trọng lực. Hệ số thấm này cũng được Wooding &nnk đưa ra năm 1997. 4: Ả Ở Q Ì P E E 4.1. Phân bố mặn nhạt D trong tầng chứa nước Pleistocen (qp) Số liệu quan trắc TPHH của NDĐ năm 2011 được sử dụng để thành lập bản đồ phân vùng mặn nhạt cho NDĐ tầng qp. Ngoài ra số liệu nghiên cứu của nhóm tác giả Winkel &nnk (2011) cũng được sử dụng như là nguồn tài liệu bổ sung. Lç khoan: Q87b; Lý Nh©n, Hµ Nam Ngµy ®o: 23/4/2005 Ng-êi ®o:Clausen, Hoµng V¨n Hoan Ng-êi minh gi¶i: Hoµng V¨n Hoan c. s© u (m ) M« t¶ khoan Minh gi¶i log CÊ u tró c L K Gamma tù nhiªn (API)0 150 §é dÉn cña tÇng (mS/m)0 200 §é dÉn cña n-íc (mS/m)0 200 NhiÖt ®é (°C)20 30 -1 0 -2 0 -3 0 -4 0 -5 0 -6 0 -7 0 -8 0 sÐt, sÐt-pha c¸t h¹t mÞn sÐt-pha c¸t h¹t mÞn mµu x¸m ®en sÐt-pha mµu x¸m ®en c¸t h¹t mÞn mµu x¸m ®en sÐt lÉn nhiÒu vËt chÊt h÷u c¬ c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn cuéi, sái sÐt-pha c¸t h¹t mÞn ®Õn trung sÐt-pha c¸t h¹t mÞn ®Õn trung sÐt lÉn nhiÒu vËt chÊt h÷u c¬ c¸t h¹t trung ®Õn th« lÉn cuéi, sái 15 Trong TCN qp, vùng nước lợ phân bố thành 2 dải dọc theo 2 thung lũng cắt xẻ với khoảng cách xâm nhập mặn tính từ bờ biển hiện tại vào trong đất liền lên tới 70km. Giữa hai thung lũng cắt xẻ này, vùng phân bố nước nhạt kéo dài suốt từ đỉnh đồng bằng cho tới vùng ven biển Thái Bình, ngoài ra nước nhạt còn phân bố ở vùng biển Nam Định. Vùng nước mặn chỉ tồn tại thành một dải hẹp vùng ven biển (Hình 4.1). Hµ Néi N S « n g H å n g B iÓ n § «n g 25km Vïng ph©n bè nuíc mÆn (TDS >3 g/l) Vïng ph©n bè nuíc lî (TDS: 1-3 g/l) Chó gi¶i C¸c giªng khoan tÇng qp Vïng ph©n bè nuíc nh¹t (TDS<1g/l) VA1 Q.110a Q.109a Q.108b Q.156a Q.159b Q.158a Q.145a Q.148a Q.87b Q.88b Hình 4.1. Phân bố mặn nhạt nước dưới đất trong tầng chứa nước Pleistocen 4.2. Ảnh hưởng của các quá trình X tới tầng chứa nước Pleistocen Trong Đệ tứ trải qua nhiều thời kỳ biển tiến biển thoái xen kẽ nhau hình thành nên các tầng trầm tích sông và biển xen kẽ. Song song với đó là quá trình XNM, rửa mặn trong các TCN chịu sự chi phối của sự thay đổi mực nước biển đó. Nước mặn có nguồn gốc từ các thời kỳ biển tiến trong Pleistocen được chứng minh đã bị rửa mặn hoàn toàn trước khi biển tiến Flandrian diễn ra thông qua kết quả mô hình rửa mặn 1 chiều. Như vậy, chỉ còn XNP diễn ra trong thời kỳ biển tiến Flandrian và biển tiến hiện đại có thể làm ảnh hưởng đến phân bố mặn nhạt của NDĐ trong TCN qp. 4.2.1. Xâm nhập mặn từ thời kỳ biển tiến landrian Để xác định được khả năng tồn tại nước mặn tàn dư do XNM từ khi biển tiến Flandrian diễn ra, phải tính toán được thời gian lưu của NDĐ trong TCN dựa trên vận động của NDĐ từ miền cấp tới miền thoát (biển) dọc theo tuyến nghiên cứu 3. Tại thời điểm khoảng 11.000 năm BP, mực nước biển ở vị trí -40m so với mực nước biển hiện tại. Độ cao địa hình tại miền cấp là +15m. Khi đó vận tốc dòng thấm được tính theo định luật Darcy: v =K .I/n =5.10-7(m/s) Với 410.3~ I (chiều dài đường thấm 200km) 16 K là hệ số thấm của TCN qp = 5.10-4 m/s và n là độ lỗ hổng hữu hiệu 30% (Phạm Quý Nhân & nnk, 2008) Thời gian vận động của NDĐ từ miền cấp đến miền thoát là:  )(10.4 11 sT 12682 năm Kết quả cho thấy thời gian vận động của NDĐ từ miền cấp đến miền thoát là 12682 năm, thời gian đó được tính cho thời kỳ khi mà mực chênh áp lực I lên tới 3.10- 4, tuy nhiên, khi MNB tăng dần lên khi biển tiến Flandrian diễn ra, gradient thủy lực giảm xuống còn 7,5.10-5, khi đó thời gian vận động của NDĐ từ miền cấp đến miền thoát sẽ lên tới ~50.000 năm. Như vậy có thể kết luận rằng, nước biển bị XNM vào TCN Pleistocen thời kỳ biển tiến Flandrian vẫn còn bị lưu giữ trong TCN và là nguyên nhân gây nhiễm mặn cho NDĐ ở vùng CTSH. Thành phần đồng vị bền của nước lỗ rỗng Mỗi một nguồn nước có một thành phần đồng vị (TPĐV) 18O và 2H nhất định. Thành phần đồng vị bền của nước biển xấp xỉ khoảng 0%o trong khi nước mưa và nước nhạt lục địa dao động trong khoảng -8-11%o đối với đồng vị 18O và -55-60%o đối với đồng vị 2H. Tỉ lệ pha trộn giữa các nguồn nước khác nhau sẽ dẫn đến TPĐV khác nhau trong NDĐ. Hình 4.2: Thành phần đồng vị δ18O và độ dẫn điện của NLR trong trầm tích tại lỗ khoan Q88-VietAS Tài liệu đồng vị bền của NLR trong các trầm tích biển Holocen (Hình 4.4) cho thấy NLR có TPĐV bền xấp xỉ với TPĐV của nước nhạt (~ -9%o) dù NLR ở vị trí này là nước mặn với độ dẫn điện của NLR lên tới ~8000 S/cm. Như vậy, TPĐV của NLR ở đây thấp hơn so với TPĐV của NDĐ trong TCN qp. Hay nói khác đi với TPĐV như vậy sẽ không thể làm thay đổi được TPĐV của NDĐ trong TCN qp ở vị trí lỗ khoan Q88 17 (Bảng 4.2). Đây là một minh chứng cho sự pha trộn của nước nhạt lục địa với nước biển khi biển tiến Flandrian diễn ra. Quá trình bổ cập hiện đại dần làm thay đổi TPĐV của NDĐ. Bảng 4.1. Độ tổng khoáng hóa và TP đồng vị NDĐ ở một số LK (mùa khô năm 2011) ên hành phần đồng vị (‰) TDS (mg/l) δO18 δD d-excess (‰) Q87-qp 630.7 -6.284 -42.761 7.498 Q88-qp 2143.5 -4.874 -45.477 -6.718 4.2.2. Xâm nhập mặn hiện đại Nghiên cứu các mặt cắt địa chất tuyến TB-ĐN và tuyến ĐB-TN cũng như tài liệu ĐVLLK cho thấy ở vùng ven biển châu thổ sông Hồng, tầng sét Holocen sớm giữa và tầng sét Pleistocen muộn nằm trực tiếp lên nhau tạo nên tầng sét dày lên tới 100m (LK Q109). Tầng sét này có vai trò bảo vệ TCN qp trước XNM hiện đại từ biển. Chính vì vậy, nhiều khu vực ven biển CTSH tồn tại những khoảnh phân bố nước nhạt trong TCN qp (Nguyễn Thị Hạ, 2005; Luu Thi Tran & nnk, 2012, Hoàng Văn Hoan, 2014). Kết quả quan trắc TPHH của NDĐ ở những khu vực phân bố nước lợ ở vùng ven biển cũng cho thấy không có sự dao động theo mùa. Điều này được lý giải là NDĐ ở đây không chịu tác động trực tiếp từ biển. Kết quả quan trắc cũng cho thấy, nước mặn chỉ tồn tại ở một số khu vực ven biển như tại LK Q145a, Q148a, Q156a. Trên đồ thị Piper, các điểm biểu thị cho các vị trí nước mặn này nằm về cánh bên phải của hình thoi cho thấy NDĐ ở các vị trí này bị nhiễm mặn do chịu ảnh hưởng của quá trình XNM (Apello & Postma, 2005). Điều này còn được minh chứng bởi số liệu quan trắc thay đổi theo 2 mùa. Về mùa khô, độ tổng khoáng hóa cao hơn rất nhiều so với mùa mưa. Điều này được lý giải là do về mùa khô, nước biển lấn sâu vào lục địa gây nên hiện tượng nhiễm mặn cho các vị trí sâu trong lục địa. Trong khi vào mùa mưa, do được bổ cập từ thượng nguồn, mực nước sông tăng cao nên chiều sâu XNM giảm, đồng thời nồng độ muối tại các cửa sông cũng giảm do được pha trộn từ nước lục địa. 4.3. Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn từ tầng sét biển Holocen tới tầng chứa nước Pleistocen. Nước lỗ rỗng mặn trong tầng sét Holocen có ảnh hưởng tới TCN qp nếu xảy ra đồng thời 2 điều kiện: NLR trong tầng trầm tích biển Holocen có nồng độ muối lớn và bề dày tầng sét Pleistocen muộn nhỏ. Cơ sở để đưa ra giả thiết này được xuất phát từ việc nghiên cứu các bản đồ phân bố mặn nhạt NLR trong tầng sét Holocen và của NDĐ trong TCN qp. 1 Sự trùng hợp về sự phân bố theo không gian của tầng sét biển Holocen với sự phân bố của vùng mặn/lợ của nước trong TCN Pleistocen, đồng thời sự phân bố của tầng sét Pleistocen muộn với sự phân bố của vùng nước nhạt. 4.3.1. Ảnh hưởng của nước mặn tàn dư trong trầm tích biển Holocen tới TCN qp Để đánh giá ảnh hưởng của nước mặn tàn dư trong tầng sét biển Holocen tới TCN qp, khối lượng muối của NLR trong một đơn vị thể tích trầm tích được xác định. Trong thí nghiệm ép chiết nước thí nghiệm, mẫu trầm tích đem ép NLR được bảo vệ trong ống thép. Đường kính mẫu trầm tích là 3,8 cm chiều dài mẫu đem ép thí nghiệm là 40cm. Theo kết quả ép nước thu được, thể tích NLR thu được từ các mẫu sét đạt 40ml khi áp suất 8 bar được sử dụng để ép mẫu. Thể tích mẫu sét nguyên dạng được tính như sau: V= . r2 .L = 3,14 . (1,9.)2 . 40 = 453 ml Thể tích NLR thu được là 40ml tức chiếm 9% thể tích mẫu sét trong thí nghiệm ép nước. Tính toán lượng muối dịch chuyển từ tầng sét ở giữa xuống TCN qp bên dưới được thực hiện thông qua số liệu thu được từ lỗ khoan Q88-VietAs. Tầng trầm tích trên cùng chứa nước nhạt có bề dày 27m, tầng sét ở giữa có bề dày 30m, và tầng chứa nước qp có bề dày 43m. Kết quả ĐVLLK cho thấy muối từ tầng sét ở giữa dịch chuyển về cả 2 phía trên và phía dưới. Giả sử muối từ ½ sét bên trên sẽ dịch chuyển lên phía TCN qh, còn muối trong ½ lớp sét bên dưới sẽ dịch chuyển xuống TCN qp. Ta sẽ tính lượng muối dịch chuyển từ 15m lớp sét bên dưới. - Giả sử xét một cột trầm tích thẳng đứng có tiết diện ngang là 1m2. Vậy thể tích của 15m dài của cột trầm tích đó là 15m3. Thể tích NLR chứa trong cột sét dày 15m là 15 x 9% = 1,35 m 3 . Thể tích của 43m dài TCN qp là 43m3. Độ lỗ hổng ne = 30% (Phạm Quý Nhân, 2008). Như vậy thể tích NDĐ chứa trong cột trầm tích 43m dài của TCN qp là: 43 x 30% = 12,9 m3. Có thể thấy trên 1 đơn vị diện tích mặt cắt ngang, thể tích NDĐ chứa trong TCN qp lớn gấp xấp xỉ 10 lần thể tích NLR chứa trong tầng sét bên trên. 2 Nếu điều kiện lý tưởng xảy ra, NLR chứa trong tầng sét là nước mặn với hàm lượng muối tương đương với nước biển (35g/l) và toàn bộ lượng muối chứa trong NLR của tầng sét dịch chuyển hết xuống TCN qp bên dưới. Sau khi pha trộn 2 loại nước này thì nước trong TCN qp khi đó là: (1,35x35g/l + 12,9 x0,5g/l)/(1,35 + 12,9) =3,3g/l Hiện tại, NLR trong tầng sét tại vị trí lỗ khoan Q88-VietAs có TDS khoảng 4g/l và NDĐ có hàm lượng 2g/l. Vậy nếu toàn bộ lượng muối trong lớp sét cung cấp đồng thời cho TCN thì nồng độ muối của NDĐ là (1,35x4g/l + 12,9 x 2g/l)/(1,35 + 12,9) = 2,16 g/l Tuy nhiên, nếu độ tổng khoáng hóa của NLR đạt mức 8g/l thì độ tổng khoáng hóa của NDĐ đạt 2,5g/l và đạt khoảng 3,6g/l nếu NLR có độ tổng khoáng hóa là 20g/l. Có thể thấy nồng độ muối của NLR cao sẽ làm tăng cường hàm lượng muối của NDĐ. Muối chứa trong NLR có vai trò làm tăng cao hàm lượng muối trong NDĐ chứ không giữ vai trò quyết định. Kết quả cho thấy, lượng muối dịch chuyển từ tầng sét xuống TCN bên dưới là rất thấp. 4.3.2. Ảnh hưởng của quá trình rửa mặn trong tầng sét olocen tới qp Trong phần này, mô hình 2 chiều được xây dựng với các kịch bản khác nhau thông qua sự thay đổi hệ số thấm nước K của tầng sét Holocen, hệ số thấm nước của tầng sét Pleistocen muộn giữ không đổi là 10-11m/s giống với thực tế. Qua đó, có thể đánh giá về mức độ ảnh hưởng của quá trình rửa mặn NLR trong tầng sét Holocen tới TCN qp. * Kịch bản 1: Các trầm tích Holocen có thành phần sét pha (K=10-7m/s) Hình 4.3. Trường hợp các trầm tích Holocen có thành phần sét pha TDS (g/l) 0 2 4 6 10 15 30 35 3 * Kịch bản 2: Các trầm tích Holocen có thành phần sét (K=10-11m/s) Kết quả của 2 kịch bản trên cho thấy, trong trường hợp các trầm tích Holocen có thành phần là sét pha hay thuần sét bão hòa nước biển nằm bên trên tầng sét Pleistocen (K=10 -11m/s), quá trình rửa mặn NLR trong tầng trầm tích Holocen diễn ra nhưng không ảnh hưởng nhiều tới TCN qp bên dưới. Kết quả này cũng tương tự với kết quả mô hình khái niệm được trình bày trong phần 3.3.3. Hay nói khác đi, nếu được bảo vệ bởi tầng sét Pleistocen muộn thì thành phần độ hạt trầm tích Holocen (phản ánh cơ chế rửa mặn NLR) có ảnh hưởng không lớn tới phân bố mặn nhạt của NDĐ trong TCN qp. Hình 4.4. Trường hợp các trầm tích Holocen có thành phần thuần sét 4.4. Vai trò bảo vệ TCN Pleistocen của tầng sét Pleistocen muộn 4.4.1. Ảnh hưởng của bề dày trầm tích biển Pleistocen muộn Ở vùng ven biển Nam Định, đồ thị biến đổi độ dẫn điện theo độ sâu cũng có sự khác biệt tùy thuộc vào vị trí khác nhau. Hai lỗ khoan ND1 và Q109 đều có cùng xu thế biến đổi độ dẫn điện của tầng cho thấy nồng độ muối trong NLR trong tầng sét trên cùng là tương đương nhau và có xu hướng giảm dần theo chiều sâu. Theo Tanabe & nnk (2006) các trầm tích này có tuổi tăng dần từ 500 năm tới 6000, bao gồm các trầm tích thuộc hệ thống biển tiến và biển cao. Hình dạng của đường biến đổi độ dẫn điện minh chứng rằng đã xảy ra quá trình rửa mặn của NLR từ tầng sét biển bên trên xuống tầng trầm tích bên dưới. Sự khác bi