CHƢƠNG 12 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA NƢỚC DƢỚI ĐẤT • Nước đất tồn khe hở đất đá tạo lên đới bão hòa nước bên bề mặt trái đất • Trạng thái tồn nước đất ba thể: rắn, lỏng khí, tùy theo vị trí địa lý, điều kiện khí hậu mà tỉ lệ ba trạng thái nước đất thay đổi Trong phần lớn trường hợp nước đất trạng thái lỏng chiếm tỉ lệ cao • Độ sâu tồn nước đất thay đổi từ m đến vài km bên bề mặt trái đất • Khả tàng trữ lưu thông nước đất phụ thuộc vào hai yếu tố chính: CÁC THUỘC TÍNH CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT • Độ rỗng: Ở độ sâu khoảng vài km bên bề mặt trái đất, đá thường chứa khe nứt hay lỗ hổng lấp đầy nước khơng khí Tỉ lệ % thể tích lỗ hổng+khe nứt/tổng thể tích khối đá gọi độ rỗng Các tầng cát, sỏi có độ rỗng ~40% tầng bùn có độ rỗng đạt ~90% Thơng thường đá bở rời có độ rỗng lớn đá gắn kết • Độ thấm: khả đất, đá có khả cho nước lưu thơng qua Thơng thường đất/đá có độ rỗng cao có độ thấm cao độ thấm phụ thuộc mạnh vào kích thước liên thơng lỗ hổng (vd: sét có độ rỗng cao độ thấm lại thấp) • Một phần nước mặt (nước mưa, nước sông/hồ, nước băng tan) thấm xuống khe nứt/lỗ hổng bên bề mặt trái đất tác dụng trọng lực • Các khe nứt/lỗ hổng tồn đến độ sâu định (vài km) nên nước thấm đến độ sâu định bị khống chế tầng đá không nứt nẻ bên (tầng chắn nước) • Theo thứ tự từ lên trên, nước đất chia thành hai đới: Đới nước bão hòa: đới chứa nước nằm trực tiếp bề mặt cách nước, lỗ hổng đá lấp đầy bão hòa nước, nước di chuyển theo phương ngang 2 Đới chưa bão hịa (đới thơng khí): có phân tử khí phân tán nước; nằm bên đới bão hòa Trong đới nước di chuyển theo chiều thẳng đứng chủ đạo Bề mặt ngăn cách hai đới nước gọi mặt tự (water table) • Ở số nơi tầng chắn nước nằm bên mặt tự (nằm đới thơng khí) tạo lên tầng chứa nước bão hịa cục gọi nước thượng tầng (perched water) • Hoặc nước di chuyển ngược lên phía tác dụng lực hút tĩnh điện gọi nước mao dẫn • Tầng chứa nước tầng đá có chứa lượng nước có giá trị kinh tế khai thác phục vụ cho người Tầng chứa nước phải có độ rỗng độ thấm để tàng trữ lưu thơng nước Thành phần hóa học nƣớc dƣới đất: • Nước đất thường có phân tán số loại khí: O2, N2, CO2, H2S,… • Khoảng 62 nguyên tố vi lượng hòa tan nước: Na+, K+, Mg2+, Ca2+, SO42-, HCO3-,… • Hàm lượng muối khống hịa tan nước gọi tổng lượng khống hóa (mg/l) • Nước (nhạt): Hàm lượng khống hóa = 0.2 – 1g/l • Nước lợ: Hàm lượng khống hóa = – 35 g/l • Nước mặn: Hàm lượng khống hóa = 35 – 50 g/l • Nước muối: Hàm lượng khống hóa = 50 – 400 g/l • Nước sinh hoạt: Hàm lượng khống hóa ≤ g/l • Nước có tính kiềm: chứa Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, NaHCO3 • Nước cứng: – mol/l Ca, Mg • Nước cứng: – mol/l Ca, Mg • Nước mềm: 1,25 – mol/l Ca, Mg • Nước mềm: Ca, Mg ≤ 1,25 mol/l ĐỘNG THÁI CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT • Tầng chứa nước giống miếng bọt xốp chứa lưu thơng nước • Nước đất di chuyển với tốc độ chậm: ~4 cm/ngày phụ thuộc vào độ rỗng, độ thấm độ chênh cao mặt tự • Có nơi đá nứt nẻ mạnh có hang động karst, nước đất di chuyển với tốc độ nhanh • Nưới đất di chuyển từ nơi có mặt tự cao nơi có mặt tự thấp Thơng thường mặt tự địa hình núi đồi phân bố cao so với mặt tự địa hình thấp • Về mùa khơ mặt tự có xu thoải dần nằng ngang • Ở vùng nhiều mưa (a), dịng chảy mặt nằm thấp mặt tự do, trình xâm thực dọc cắt qua mặt tự do, nước đất chảy bổ sung nguồn nước cho dòng chảy mặt – lý dòng chảy mặt có nước chảy thời gian khơng có mưa • Ở vùng sa mạc (b), dịng chảy mặt nằm cao mặt tự nên nước mặt thấm xuống bổ sung cho nước đất – lý nhiều sông chảy qua sa mạc bị khơ kiệt (khơng tính đến yếu tố bốc hơi) • Nếu mặt tự giao cắt với mặt địa hình, nước đất chảy bề mặt địa hình Nơi nước chảy gọi điểm lộ thủy văn (spring) • Khi tầng chứa nước nằm nghiêng Điểm lộ thủy văn bao hai tầng chắn nước gọi tầng chứa nước artesian • Nước phần thấp tầng chứa nước artesian chịp áp lực trọng lực bên nên ta đào giếng khoan vào vị trí thấp nước tự dâng lên giếng lỗ khoan mà không cần bơm – tượng artersian HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA NƯỚC NGẦM Tác dụng bào mịn: • Do nước đất di chuyển chậm nên tác dụng bào mịn học khơng đáng kể Chỉ có hang động ngầm, hệ thống khe nứt phát triển mạnh ghi nhận bào mòn học đáng kể • Tác dụng bào mịn chủ yếu nước ngầm diễn theo phương thức hòa tan hóa học vd: CaCO3(kết tủa) + CO2 + H2O ↔ Ca2+ (HCO3)- (hoạt động karst) Tác dụng vận chuyển trầm tích: • Tương tự trên, tác dụng vận chuyển hóa học chiếm ưu vận chuyển co học khơng đáng kể • Trong đới thơng khí trầm tích vận chuyển theo phương thẳng đứng từ xuống đới bão hòa trầm tích vận chuyển theo phương nằm ngang chủ yếu Tác dụng trầm tích: Chủ yếu lắng đọng trầm tích hóa học, vật liệu cịn sót hang động ngầm,… 10 MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT ĐẶC BIỆT LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT • Hang ngầm: Nếu nước đất có tính acid chảy qua khe nứt đá carbonate (đá vôi) xảy tượng hòa tan, vật liệu hòa tan nước mang làm cho khe nứt mở rộng dần tạo thành hang karst • Hang karst thường phân bố độ cao mặt tự nằm bên Khi mặt tự hạ thấp, hang trở thành hang khô, nước tiếp tục từ đới thơng khí xuống lắng đọng cho ta măng, nhũ, cột đá,… • Nếu mái hang ngầm không đủ bền đề chống lại sức nặng tầng đá nằm bị sập tạo thành hố sụt • Địa hình phát triển thành tạo đá vơi đá dễ hịa tan khác có đặc trưng riêng gọi địa hình karst 11 • Nước nóng (hot spring) họng phun (Geyser): Nước di chuyển xuống bề mặt trái đất hấp thụ nhiệt, đốt nóng lên mặt đất tạo thành điểm lộ nước nóng chênh lệch tỉ trọng nước nóng (nhẹ) với nước lạnh (nặng) Q trình cấp nhiệt diễn theo ba cách: Địa nhiệt (gradient địa nhiệt Hố sụt karst ~30oC/km): để nước đạt đến nhiệt độ ~100oC nước phải di chuyển đến độ sâu ~ 3km – điều xảy Trong vỏ trái đất tồn số lị magma có nhiệt độ cao phân bố độ sâu khơng lớn nên cung cấp nhiệt cho nước đất Trong thành phần nước đất có số khống vật sunfua bị phong hóa hóa học giải phóng lượng nhiệt đáng kể 12 • Phần lớn điểm lộ nước nóng chảy từ từ • Một số chỗ có cấu trúc đặc biệt, nước lạnh xuống, bị đốt nóng di chuyển lên phía trên, họng dẫn nước bị khóa lại (?) làm tăng áp suất buồng chứa nước nóng • Đến thời điểm thích hợp áp suất buồng chứa đủ lớn để khai thông họng dẫn nước làm cho nước nóng phun lên mặt đất theo đợt tạo lên họng phun (geyser) 13 KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Nƣớc dƣới đất nguồn tài nguyên có giá trị vì: • Nguồn cung cấp nước phong phú: ~60 lần so với bồn chứa nước mặt • Lưu trữ đất nên cung câp cho mùa khơ • Nước đất di chuyển từ địa hình ẩm đến vùng khơ hạn nên cung cấp nước cho vùng hạn hán • Sử dụng khai thác địa nhiệt • Tuy nhiên việc khai thác thái không quy hoạch cẩn thận dẫn đến vấn đề liên quan đến ô nhiễm môi trường thảm họa thiên nhiên 14 • Một số khu vực sử dụng nước đất làm môi trường vận tải địa nhiệt cung cấp cho nhà máy nhiệt điện lị sưởi • Tuy nhiên có số nơi có phân bố nơng lị magma có nguồn nước đất để phục vụ cho việc khai thác địa nhiệt tự nhiên Ở nơi có vịm magma nơng khơng có nước đất người ta bơm cấp nước nhân 15 tạo, nhiên giá thành khai thác cao Sự suy kiệt nƣớc dƣới đất: • Nếu tốc độ khai thác cao tốc độ bổ sung, nước đất bị suy giảm trữ lượng • Nón suy kiệt tập trung vị trí lỗ khoan khai thác (b) Nếu đá có độ rỗng, độ thấm tốt, nguồn cung cấp dồi nước phục hồi nhanh chóng • Nếu tiếp tục khai thác với sản lượng vượt mức cung cấp, mặt tự bị hạ thấp (c), hệ tạo sụt lún địa hình 16 Sự nhiễm mặn: • Có hai loại nước tồn đới ven biển: nước nước mặn • Nước bề mặt nước mặn có tỉ trọng nhỏ • Nếu nước bị khai thác thái quá, nước mặn xâm nhập vào tầng nước gây lên tượng nhiễm mặn 17 Sự ô nhiễm nƣớc dƣới đất: • nhiễm bẩn từ chất gây ô nhiễm mặt đất thấm xuống phân rã khoáng vật gây hại cho người xảy lịng đất (phóng xạ) • Nguồn nhiễm có hai loại: nhiễm điểm (ở nơi cố định, quy mô nhỏ) ô nhiễm phi điểm (ở diện rộng: cánh đồng, sông nước thải,…) 18 Chất gây ô nhiễm nhẹ nƣớc Chất gây ô nhiễm Nặng nƣớc 19