BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HOÀNG VĂN HOAN NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRẦM
TÍCH ĐỆ TỨ VÙNG NAM ĐỊNH
Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã
số: 62.52.05.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Vào hồi … giờ … ngày … tháng… năm …
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc
Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất
1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3.260km, khu vực ven biển là nơi tập
trung dân cư, kinh tế, giao thông quan trọng của đất nước. Nằm ở phía đông
nam đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB), trên địa bàn một số huyện thuộc tỉnh Nam
Định và Ninh Bình tồn tại thấu kính nước dưới đất (NDĐ) nhạt trong trầm tích
Kainozoi. Nguồn NDĐ này đang được khai thác để phục vụ cho ăn uống, sinh
hoạt và sản xuất của nhân dân trong vùng. Trữ lượng khai thác tiềm năng
không lớn nhưng nhu cầu khai thác lớn, mực nước có xu hướng hạ thấp đáng
kể (0,5÷0,7m/năm). Nguy cơ xâm nhập mặn (XNM) đã và đang diễn ra do các
hoạt động khai thác NDĐ. Do vậy, cần phải nghiên cứu sự phân bố, hình thành,
biến đổi chất và lượng của thấu kính nước nhạt này nhằm phục vụ khai thác
bền vững, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế của địa phương.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Mục
đích:
- Nghiên cứu quá trình hình thành thấu kính nước nhạt;
- Xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ;

- Cách tiếp cận các phương pháp nghiên cứu, đánh giá hiện đại.
Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực: nghiên cứu, đánh giá mức độ
nhiễm mặn và các thông số địa chất thủy văn;
- Phương pháp địa vật lý: xác định khả năng dẫn điện của đất đá;
- Phương pháp đồng vị: xác định tuổi, quan hệ thủy lực giữa các TCN và
nguồn gốc của NDĐ;
- Phương pháp mô hình số: dự báo xâm nhập mặn NDĐ; - Phương pháp
chuyên gia: trao đổi, học tập từ các chuyên gia.
3

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học: Luận án đã góp phần làm sáng tỏ quá trình hình thành,
nguồn gốc và nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt. Xác định cơ chế XNM
và vai trò của các cơ chế trong quá trình XNM. Tác giả đã thiết lập được các
phương trình tương quan giữa các thông số ĐCTV với thông số ĐVL và đồng
vị, là cơ sở áp dụng cho vùng nghiên cứu và các vùng có điều kiện ĐCTV
tương tự.
Ý nghĩa thực tiễn: Luận án đã xác định được hiện trạng phân bố mặn-nhạt
NDĐ, đánh giá và dự báo diễn biến XNM ở vùng nghiên cứu. Kết quả nghiên
cứu của luận án có thể là tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý, quy hoạch tài
nguyên nước, các nhà hoạch định chính sách và các nhà khoa học nhằm phục
vụ khai thác và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên NDĐ quý giá này.
7. Luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Nước nhạt trong TCN Pleistocen vùng Nam Định được hình
thành trong suốt lịch sử phát triển ĐC, ĐCTV của vùng và có sự bổ cập liên
tục bởi nước nhạt trong các thành tạo chứa nước bên dưới; nguồn bổ cập cho
thấu kính nước nhạt này từ phía tây và tây bắc.
Luận điểm 2: Thấu kính nước nhạt trong TCN Pleistocen vùng Nam Định
bị xâm nhập mặn do chênh lệch áp lực giữa vùng nước nhạt với vùng nước

(61 điểm) và các lỗ khoan nông (22 lỗ khoan);
Các tài liệu đo ĐVL lỗ khoan của 16 lỗ khoan;
Tài liệu xác định thông số ĐCTV của TCN qp từ kết quả khoan 02 chùm
và hút nước thí nghiệm tại 03 chùm lỗ khoan;
Các kết quả phân tích TPHH của (59 mẫu TCN, 27 nước lỗ rỗng);
Các kết quả phân tích thành phần đồng vị bền của nước trong TCN, nước
lỗ rỗng, nước mưa, nước mặt và nước biển (87 mẫu), đồng vị phóng xạ
(32 mẫu) và đồng vị khí trơ (8 mẫu) của NDĐ; Kết
quả quan trắc động thái NDĐ.
10. Cấu trúc luận án
Luận án gồm 160 trang với 20 biểu bảng, 94 hình vẽ và 122 tài liệu tham
khảo. Cấu trúc luận án như sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu xâm nhập NDĐ
Chương 2: Sự hình thành thấu kính nước nhạt
5

Chương 3: Nghiên cứu hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ
Chương 4: Cơ chế XNM thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen
Chương 5: Diễn biến XNM thấu kính nước nhạt TCN Pleistocen Kết
luận và kiến nghị
11. Lời cảm ơn
Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất Thuỷ văn, Khoa Địa
chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.
Phạm Quý Nhân và PGS.TS. Flemming Larsen. Trong suốt thời gian nghiên
cứu, viết luận án, tác giả cũng luôn nhận được sự giúp đỡ, góp ý, của các thầy
cô giáo Bộ môn Địa chất Thuỷ văn và các nhà khoa học: PGS.TS. Nguyễn
Văn Lâm, PGS.TS. Nguyễn Kim Ngọc, PGS.TS. Đoàn Văn Cánh, PGS.TS.
Phan Ngọc Cừ, TS. Đặng Đình Phúc, TS. Đặng Đức Nhận, PGS.TS. Nguyễn
Văn Đản, PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng, TS. Vũ Kim Tuyến, TS. Nguyễn Thị

Xâm nhập mặn NDĐ đã và đang được các nhà khoa học Việt Nam quan
tâm, hiện tượng này xảy ra ở các vùng đồng bằng ven biển, dải cồn cát ven
biển và các hải đảo… do tác động của con người và các yếu tố biến đổi tự
nhiên của môi trường gây ra.
Nhận xét chung:
Các nghiên cứu XNM thường được kết hợp trong các báo cáo đánh giá tài
nguyên NDĐ, chủ yếu là điều tra, khảo sát xác định ranh giới mặn-nhạt với
ranh giới TDS=1g/l, tính toán thời gian và tốc độ dịch chuyển ranh giới trên
cơ sở điều kiện địa chất thủy văn của vùng nghiên cứu và lưu lượng khai thác
yêu cầu. Các nghiên cứu trong nước thường áp dụng 3 nhóm phương pháp
chính bao gồm:
Nhóm phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực;
Nhóm phương pháp địa vật lý;
Nhóm phương pháp mô hình số.
1.3. Lịch sử nghiên cứu địa chất, ĐCTV vùng Nam Định
Các nghiên cứu địa chất, địa chất thủy văn của vùng Nam Định luôn gắn
liền với lịch sử nghiên cứu của cả ĐBBB, bên cạnh đó đã có gần 20 đề tài dự
án đã được thực hiện tại vùng Nam Định. Các đề tài, dự án đã cho thấy bức
tranh tổng thể về điều kiện địa chất, địa chất thủy văn vùng Nam Định.
7 Chương 2 - SỰ HÌNH THÀNH THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT
2.1. Vị trí vùng nghiên cứu
Vùng nghiên cứu nằm ở phía đông nam ĐBBB, gồm khu vực tỉnh Nam
Định và các huyện Kim Sơn, Yên Mô, Yên Khánh, Gia Viễn tỉnh Ninh Bình.
Phía bắc giáp tỉnh Hà Nam, phía đông bắc giáp tỉnh Thái Bình, phía đông nam
giáp biển Đông.
2.2. Đặc điểm địa chất
2.2.1. Đặc điểm địa tầng

1
3
vp)
Trong vùng nghiên cứu, các trầm tích Pleistocen trên thuộc hệ tầng Vĩnh
Phúc. Thành phần thạch học là cát, cát pha và sét, sét bột.
Thống Holocen, phụ thống dưới-giữa, hệ tầng Hải Hưng (mQ
2
1-2
hh) Các trầm
tích của hệ tầng Hải Hưng được chia làm 3 kiểu nguồn gốc. Thành phần thạch
học là cát, cát pha, bột, sét màu tím thẫm, xám xanh nhạt xen lớp tàn tích thực
vật.
Thống Holocen, phụ thống trên, hệ tầng Thái Bình (Q
2
3
tb)
Hệ tầng Thái Bình được phân chia chi tiết thành hai phụ hệ tầng. Thành
phần trầm tích chủ yếu là sét bột lẫn cát hạt mịn.
2.2.1.2. Đặc điểm địa tầng vùng thềm lục địa khu vực nghiên cứu
Trầm tích biển khu vực nghiên cứu theo kiểu trầm tích bãi triều cửa sông
châu thổ do thủy triều, có thành phần chủ yếu là cát, sạn, bột, sét, hạt mịn dần
theo hướng từ đất liền ra biển.
2.2.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng nghiên cứu
2.2.2.1. Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng Nam Định
Trong vùng nghiên cứu tồn tại hai hệ thống đứt gãy chính, vuông góc nhau
là hệ thống đứt gãy hướng tây bắc - đông nam (TB-ĐN) và hệ thống đứt gãy
hướng đông bắc - tây nam (ĐB-TN).
2.2.2.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất phía tây vùng Nam Định
Vùng nghiên cứu nằm ở rìa phía đông nam ĐBBB, nơi giáp ranh giữa các
thành tạo Đệ tứ và các thành tạo tuổi Triat, chủ yếu thuộc hệ tầng Đồng Giao

Phân bố rất rộng rãi khắp vùng nghiên cứu. Thành phần thạch học gồm cát
kết hạt nhỏ, hạt trung lẫn sạn kết, bột kết, sét kết. Mức độ gắn kết của đất đá
yếu. Nước tồn tại dưới dạng khe nứt-lỗ hổng.
2.3.1.5. TCN các trầm tích cacbonat, triat giữa (t
2
)
Các thành tạo chứa nước này phân bố ở phía tây vùng nghiên cứu, đất đá
chứa nước là đá vôi khe nứt karst.
2.3.2. Các thành tạo địa chất nghèo nước, cách nước
2.3.2.1. Các thành tạo địa chất rất nghèo nước hệ tầng Hải Hưng
Phân bố rộng khắp vùng nghiên cứu, thành phần là sét, sét bột, sét cát có
nguồn gốc biển có chiều dày từ 3m đến 40m, trung bình 13m.
2.3.2.2. Các thành tạo rất nghèo nước hệ tầng Vĩnh Phúc
Phân bố rộng rãi trong vùng, thành phần thạch học chủ yếu là sét, sét bột
nguồn gốc biển, sông biển, chiều dày từ 7m đến 34m.
2.3.2.3. Các thành tạo địa chất nghèo nước đá biến chất
Các thành tạo đá biến chất phức hệ sông Hồng, phân bố ở hầu khắp vùng
nghiên cứu, lộ trên mặt dưới dạng các đồi bát úp nằm rải rác khu vực núi Gôi,
núi Hổ, núi Xá… và phân bố sâu dần theo hướng ra biển.
2.3.3. Đặc điểm thuỷ địa hoá
2.3.3.1. Đặc điểm thuỷ hoá TCN qh
1
và qh
2

10

Phần lớn nước trong TCN qh
2
có TDS>1g/l. Toàn bộ các điểm khảo sát

Vùng nghiên cứu nằm ở nơi tiếp giáp giữa đồng bằng và biển. Do tác dụng
tương hỗ giữa sông và biển, tại đây vùng tiền tam giác châu được hình thành.
11

2.4.2. Giả thiết về quá trình hình thành thấu kính nước nhạt
- Vào thời kỳ Pliocen muộn, khoảng 1,8 triệu năm trước đây (BP), nước
biển rút ra, vùng nghiên cứu tồn tại môi trường lục địa, thành tạo chứa nước
hệ tầng Vĩnh Bảo, TCN này được cung cấp bởi nước mưa và các TCN bên
dưới cung cấp theo các đứt gãy, khe nứt karst.
- Sang đầu Pleistocen sớm, nước biển tiến vào thành tạo hệ tầng Lệ Chi,
vùng nghiên cứu thuộc vùng cửa sông, nước có tổng khoáng hóa cao hơn có
thể xâm nhập vào TCN Neogen.
- Thời kỳ Pleistocen giữa-muộn, biển lùi ra xa dần khỏi vùng nghiên
cứu, mực nước biển thấp hơn mực nước biển hiện nay lớn nhất khoảng 120m,
thành tạo hệ tầng Hà Nội. Quá trình xâm thực diễn ra mạnh mẽ, đồng thời quá
trình lắng đọng trầm tích sông, quá trình thấm của nước mưa, nước mặt và
nước cấp từ đá gốc.
- Vào cuối Pleistocen, khoảng 15.000 đến 14.000 năm BP, mực nước
biển bắt đầu dâng cao, bắt đầu thời kỳ biển tiến Flandrian, trầm tích Pleistocen
vùng Nam Định bắt đầu bị chìm trong nước biển.
- Thời kỳ biển tiến Holocen, vào khoảng thời gian 6.000 năm BP, thời
kỳ này mực nước biển lên cao nhất. Khi nước biển tràn lên, các trầm tích hạt
mịn được lắng đọng, ngăn cách nước biển với nước trong TCN Pleistocen
trước đó và biến TCN Pleistocen thành TCN có áp.
- Thời kỳ biển thoái trong Holocen, khoảng 4.000 năm BP, mực nước
biển bắt đầu hạ dần, gradien thủy lực trong các TCN giữa nguồn cấp từ các
thành tạo đá gốc phía tây bắc và các trầm tích Đệ tứ tăng lên; dòng nước nhạt
thắng thế và thay thế nước mặn trong các TCN.
2.5. Nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt
2.5.1. Phương pháp nghiên cứu

13
C
Tỷ số hoạt độ phóng xạ (
14
a) của đồng vị
14
C trong hợp chất Cacbon vô cơ
(DIC) của các mẫu nước ở độ sâu khác nhau cho thấy thời gian lưu của nước
trong TCN khác nhau. Đồng vị bền
13
C đóng vai trò chất chỉ thị trong việc xác
định nồng độ ban đầu của mẫu nghiên cứu.
2.5.2.3. Kết quả nghiên cứu đồng vị khí trơ và Triti
Các đồng vị khí trơ và Triti cho phép xác định thời gian lưu của nước
trong TCN đến 1.500 năm. Các mẫu tại các lỗ khoan trên tuyến mặt cắt CD
(hình 4.4) có giá trị giảm dần theo hướng từ tây-bắc xuống đông-nam, điều
này cho thấy thời gian lưu của NDĐ tăng theo hướng từ tây-bắc xuống
đôngnam.
2.5.3. Phân tích và thảo luận kết quả
2.5.3.1. Nguồn bổ cập và nguồn gốc NDĐ trong vùng nghiên cứu
Thành phần đồng vị bền của nước trong TCN qp ở một số cụm quan trắc
được bổ cập từ tầng Neogen và Triat. Đồng vị bền của nước trong TCN qp
nằm sát đường nước khí tượng địa phương, cho thấy nước trong TCN qp ở các
vị trí này được bổ cập từ nước khí tượng.
2.5.3.2. Xác định hướng dòng chảy NDĐ trên cơ sở kết quả xác định
thời gian lưu của nước trong TCN
13

Kết quả phân tích thành phần đồng vị phóng xạ
14

14

Do vậy, xác định độ dẫn điện (hay ĐTS) của nước có thể đánh giá được tính
chất, mức độ mặn-nhạt của nước.
3.1.1. Điện trở suất của TCN
Loại dẫn điện trong đất đá trầm tích là loại dẫn điện điện tử và dẫn điện
ion, xảy ra ở phần khung của khoáng vật tạo đá, hay nói cách khác phần tử tải
điện là các electron.
3.1.2. Cơ sở phương pháp trường chuyển
Phương pháp trường chuyển nghiên cứu trường thứ sinh do các dòng cảm
ứng xuất hiện trong đất đá nghiên cứu.
3.1.3. Cơ sở phương pháp đo cảm ứng (đo độ dẫn điện)
Phương pháp đo độ dẫn điện (induction) đo khả năng dẫn điện của đất đá
nghiên cứu. Bản chất của phương pháp là nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện
từ của đất đá (thành hệ) xung quanh thành lỗ khoan.
3.2. Kết quả áp dụng phương pháp trường chuyển
3.2.1. Vị trí khu vực khảo sát
Do điều kiện vùng nghiên cứu tương đối rộng, việc áp dụng các dạng công
tác, phương pháp nghiên cứu khác nhau không cho phép thực hiện trên toàn
bộ vùng. Vị trí lựa chọn áp dụng các phương pháp cho nơi có biến đổi lớn
nhất thuộc huyện Giao Thủy và Xuân Trường.
3.2.2. Kết quả khảo sát
Sử dụng các phần mềm SiTEM/SEMDI phân tích định lượng các điểm đo,
kết hợp các kết quả phân tích TPHH của NDĐ, thiết lập phương trình hồi qui
và kiểm chứng xác định giới hạn mặn-nhạt khu vực nghiên cứu. Ranh giới của
miền giá trị mặn-nhạt là 12,2ohm.m.
3.2.3. Phân tích kết quả khảo sát
Lớp thứ nhất: có giá trị điện trở suất tương đối cao;
Lớp thứ hai: phân bố, đóng vai trò như lớp chuyển tiếp; Lớp thứ
ba: có giá trị ĐTS rất nhỏ, từ 0,6ohm.m đến 2,2ohm.m;

3.6. Tổng hợp kết quả xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt Kết
quả tổng hợp các tài liệu nghiên cứu vùng Nam Định (hình 3.2):
- Nước trong TCN Holocen trên (qh
2
), đa số mẫu có TDS>1g/L.
- TCN Holocen dưới (qh
1
) đã bị nhiễm mặn hoàn toàn.
- TCN Pleistocen có ranh giới mặn-nhạt nằm về phía bắc và đông
bắc và phía tây nam của thấu kính (hình 4.4).
- Các kết quả khảo sát đều cho thấy các trầm tích hạt mịn (sét,
sét pha) có hàm lượng TDS rất lớn, phân bố trên toàn bộ diện tích vùng
nghiên cứu, hàm Chương 4 - CƠ CHẾ XÂM NHẬP MẶN THẤU KÍNH
NƯỚC NHẠT
TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN
phía mặt lớp và đáy lớp. Hình 3.1: Mặt cắt thủy địa hóa GH - phân bố hàm lượ
ng TDS của nước lỗ rỗng
G

H


18
- Nước mặn nằm trong cùng TCN Pleistocen với nước nhạt; -
Nước mặn trong lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển. 20
4.2.2. Xâm nhập mặn TCN Pleistocen do ảnh hưởng của lớp thấm nước

H (‰)
-60 -50
-40
-30
-20
-10
0
EC (µS/cm)
0 20000
40000
60000

-12 -11 -10 -9
-8 -7 -6
-5 -4 -3
-2 -1 0
0
0

100

0

100
(EC)
0
10

20
30
40
50
60
70
80
90
(
δ
18
O
)

10
20
30
40
50
60
70
80
90
(
δ
2
H)
δ
18
O (‰)

gian với các hệ số thấm khác nhau của lớp thấm nước yếu, đánh giá ảnh hưởng
của hệ số thấm tới phân bố và vận động của muối do khuếch tán phân tử cũng
như phân dị trọng lực.
4.2.2.6. Cơ chế XNM TCN Pleistocen do ảnh hưởng của lớp thấm nước
yếu nguồn gốc biển
Từ kết quả đo ĐVL lỗ khoan và kết quả phân tích TPHH của nước lỗ rỗng
(hình 4.3), cũng như các đồ thị tương quan cho thấy độ dẫn điện của khung
đất đá bị chi phối bởi nước lỗ rỗng; kết quả đo địa vật lý lỗ khoan hoàn toàn
có thể sử dụng để xác định dịch chuyển mặn của nước lỗ rỗng trong lớp trầm
tích biển xuống TCN qp.