Khóa luận Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan ở thành phố Cà Mau

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 1 MỤC LỤC  DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................. 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... 5 DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG ............................................................................... 6 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 7 Chương 1..................................................................................................................... 8 KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN CỦA KHU VỰC .................................................................................. 8 1.1. Khái quát khu vực nghiên cứu thành phố Cà Mau .............................................. 9 1.1.1. Giới thiệu tổng quan ................................................................................... 9 1.1.2. Vị trí địa lý, địa hình thành phố Cà Mau ..................................................... 9 1.1.2.1. Vị trí địa lý .......................................................................................... 9 1.1.2.2. Đặc điểm địa hình ............................................................................. 11 1.2. Đặc điểm khí hậu, thủy văn .............................................................................. 11 1.2.1. Đặc điểm khí hậu ..................................................................................... 11 1.2.2. Đặc điểm thủy văn.................................................................................... 12 1.2.2.1. Hệ thống sông rạch............................................................................ 12 1.2.2.2. Chế độ thủy văn ................................................................................ 12 1.3. Đặc điểm địa tầng địa chất ............................................................................... 13 1.4. Đặc điểm địa chất thủy văn .............................................................................. 14 1.4.1.Các tầng chứa nước lỗ hổng ...................................................................... 14 1.4.2. Các thành tạo địa chất rất nghèo nước ...................................................... 17 1.4.3. Kết luận .................................................................................................... 18 Chương 2................................................................................................................... 20 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN ........................................ 20 2.1. Các phương pháp phóng xạ .............................................................................. 21 2.1.1. Cơ sở vật lý - địa chất ............................................................................... 21 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 2 2.1.1.1.Các nguyên tố đồng vị phóng xạ tự nhiên ........................................... 21 2.1.1.2. Hoạt tính phóng tự nhiên của đá ........................................................ 22 2.1.1.3. Đơn vị đo độ phóng xạ ...................................................................... 23 2.1.2. Phương pháp đo bức xạ tự nhiên gamma (GR) ........................................ 25 2.1.2.1.Sơ đồ bức xạ gamma tự nhiên ............................................................ 25 2.1.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả đo GR ............................................ 26 2.1.2.3. Phạm vi ứng dụng ............................................................................. 27 2.1.3. Phương pháp phóng xạ nhân tạo ............................................................... 28 2.1.3.1. Phương pháp Gamma mật độ (Gamma – Gamma) ............................ 29 2.1.3.2. Phương pháp carota nơtron ................................................................ 32 2.1.3.3. Phạm vi ứng dụng ............................................................................. 34 2.2 Các phương pháp điện ...................................................................................... 35 2.2.1 .Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực không hội tụ.................... 37 2.2.2. Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực có hội tụ dòng ................. 43 2.2.3. Ứng dụng của phương pháp điện trở ......................................................... 44 2.2.4. Phương pháp thế điện tự phân cực – SP (Spotaneous Potential)................ 44 2.2.4.1. Sơ đồ đo thế điện tự phân cực ........................................................... 47 2.2.4.2. Đường cong SP trong giếng khoan .................................................... 48 2.2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị SP .................................................. 49 2.2.4.4. Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP ............................................ 52 2.3. Phương pháp đo đường kính giếng khoan ........................................................ 52 2.3.1.Sơ đồ nguyên tắc của phép đo ................................................................... 53 2.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng ................................................................................ 54 2.3.3. Áp dụng ................................................................................................... 54 2.4. Phương pháp đo nhiệt độ trong giếng khoan .................................................... 55 2.4.1. Cơ sở vật lý – địa chất .............................................................................. 55 2.4.2. Sơ đồ đo nhiệt độ trong lỗ khoan .............................................................. 56 2.4.3. Các phương pháp Carota nhiệt.................................................................. 57 2.4.3.1. Phương pháp trường nhiệt tự nhiên ................................................... 57 2.4.3.2. Phương pháp trường nhiệt nhân tạo ................................................... 58 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 3 2.4.3.3 Phương pháp nghiên cứu các trường nhiệt cục bộ............................... 59 2.4.4. Ứng dụng của phương pháp carota nhiệt................................................... 60 CHƯƠNG 3 .............................................................................................................. 61 CƠ SỞ XÁC ĐỊNH TỔNG ĐỘ KHOÁNG HÓA CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ......... 61 3.1 Các phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa của nước dưới đất theo tài liệu địa vật lý lỗ khoan. ................................................................................................. 62 3.1.1. Cơ sở phương pháp xác định độ tổng khoáng hóa. .................................... 62 3.1.2 Các công thức tính toán ............................................................................. 64 3.1.2.1.Tính độ tổng khoáng hóa M theo các công thức ................................. 64 3.1.2.2. Tính tổng độ khoáng hóa theo bảng hệ thống tiêu chuẩn địa vật lý – địa chất thủy văn ................................................................................................. 65 CHƯƠNG 4 .............................................................................................................. 67 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................................. 67 4.1. Công tác chuẩn bị tài liệu: ............................................................................... 68 4.2. Tính tổng độ khoáng hóa M của nước dưới đất ................................................ 76 4.3. Kết quả xác định ranh giới mặn nhạt các tầng chứa nước khu vực thị xã Cà Mau và các tuyến mặt cắt................................................................................................ 77 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 84 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT  1. Dh Đường kính lỗ khoan Cm hoặc inch 2. GR Giá trị gamma đo được CPS 3. CPS Đơn vị đo gamma 4. K Độ thấm ( hệ số thấm) m/ ngày 5. Ra Điện trở suất biểu kiến Ω.m 6. Rmf Điện trở dung dịch Ω.m 7. Rxo Điện trở đới rửa Ω.m 8. Rt Điện trở tầng chứa nước Ω.m 9. Rw Điện trở nước vỉa Ω.m 10. SP Thế điện tự phân cực mV 11. ĐCTV Địa chất thủy văn 12. ĐVLGK Địa vật lý giếng khoan 13. ĐVL Địa vật lý Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ  1. Hình 1.1: Vị trí địa vùng nghiên cứu thành phố Cà Mau. 2. Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý đo GR. 3. Hình 2.2: Mô phỏng lượng tử photon va chạm không đàn hồi với nguyên tử. 4. Hình 2.3: Lượng tử photon va cham đàn hồi với nguyên tử. 5. Hình 2.4: Sơ đồ biểu diễn bức xạ gamma tán xạ. 6. Hình 2.5: Sơ đồ mô phỏng quá trình thấm và sự hình thành các đới thấm quanh thành giếng khoan. 7. Hình 2.6: Nguyên lý phép đo điện trở suất. 8. Hình 2.7: Hệ điện cực thế. 9. Hình 2.8: Hệ điện cực gradient. 10. Hình 2.9: Sự khuếch tán muối từ nước vỉa ra dung dịch khoan và từ dung dịch khoan vào vỉa. 11. Hình 2.10: Sự hình thành các thế trong lỗ khoan.EA thế hấp thụ. ED thế khuyếch tán 12. Hình 2.11: Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan. 13. Hình 2.12: Ví dụ về độ lệch SP từ đường cong sét đặc trưng. 14. Hình 2.13: Sơ đồ nguyên tắc đo đường kính giếng. 15. Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của phép đo nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở. 16. Hình 2.15: Sự phụ thuộc của điện trở R của đất đá chứa nước vào tổng độ khoáng hóa M của nước. 17. Hình 2.16: Sơ đồ vị trí các lỗ khoan nghiên cứu. 18. Hình 2.17: Mặt cắt ĐVL – ĐCTV tuyến 1. 19. Hình 2.18: Mặt cắt ĐVL – ĐCTV tuyến 2. 20. Hình 2.19: Ranh giới mặn nhạt tầng chứa nước thị xã Cà Mau n21. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 6 DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG  1. Bảng 2.1: Các đơn vị đo phóng xạ thường dùng trong ĐVLGK 2. Bảng 2.2: Hệ số hấp thụ các tia gamma trong các môi trường khác nhau 3. Bảng 2.3: Tỷ số giữa mật độ electron và mật độ khối của một số nguyên tố 4. Bảng 3.1. Bảng hệ thống tiêu chuẩn địa vật lý – địa chất thủy văn 5. Bảng 4.1: Tổng hợp độ sâu đo carota lỗ khoan 6. Bảng 4.2: Kết quả tính toán tổng độ khoáng hóa theo tài liệu ĐVLGK Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 7 MỞ ĐẦU  Nước dưới đất có quan hệ chặt chẽ với đời sống con người, có trường hợp nước dưới đất đem lại lợi ích cho con người trong sinh hoạt và trong sản xuất, ngược lại nó cũng có thể gây ảnh hưởng có hại với mức độ khác nhau mà con người phải khắc phục. Do đó, để giải quyết có hiệu quả những vấn đề về nước dưới đất người ta phải tiến hành điều tra địa chất thủy văn nhằm phát hiện, xác định tổng độ khoáng hóa, độ nhiễm mặn, nghiên cứu những quy luật chung của nước dưới đất. Nó là những tài liệu, số liệu cụ thể để làm căn cứ cho những biện pháp khai thác, sử dụng mặt có lợi, khắc phục có hiệu quả mặt có hại của nước dưới đất. Độ tổng khoáng hóa là đại lượng đặc trưng cho tính chất mặn ngọt của nước dưới đất, và là một trong những thông số quan trọng thể hiện chất lượng nước và làm cơ sở cho việc xác định ranh giới mặn nhạt trong các tầng chứa nước. Khóa luận này tác giả đã đề cập cơ sở lý thuyết các phương pháp địa vật lý giếng khoan và áp dụng xác định tổng độ khoáng hóa của nước dưới đất và ranh giới mặn nhạt của tầng Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý giếng khoan ở thành phố Cà Mau. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 8 Chương 1 KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN CỦA KHU VỰC Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 9 1.1. Khái quát khu vực nghiên cứu thành phố Cà Mau 1.1.1. Giới thiệu tổng quan Cà Mau là tỉnh cực nam Việt Nam thuộc vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, có diện tích 5211 km2 với 8 huyện, 1 thành phố, 99 xã phường, huyện, thị trấn. Dân số trung bình hiện nay của tỉnh là 1 triệu 2, mật độ dân là 232 người/km2. Riêng thành phố Cà Mau mật độ dân là 818 nguời/km2. Tiềm năng và thế mạnh của tỉnh là nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản, phát triển du lịch sinh thái, các ngành công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tổ hợp công nghiệp khí - điện - đạm. Mặc dù có nhiều tiềm năng và lợi thế nhưng Cà Mau vẫn là một tỉnh nghèo, do chưa biết cách khai thác triệt để những thế mạnh nên cuộc sống của người dân vẫn còn gặp nhiều khó khăn. 1.1.2. Vị trí địa lý, địa hình thành phố Cà Mau 1.1.2.1. Vị trí địa lý Cà Mau là tỉnh tận cùng phía Nam của nước Việt Nam, được tách ra từ tỉnh Minh Hải tháng 1/ 1997. Vị trí lãnh thổ điểm cực Nam 8o30’ vĩ độ Bắc ( thuộc xã Viên An huyện Ngọc Hiển ), điểm cực Bắc 9o33’ vĩ Bắc ( thuộc xã Biển Bạch huyện Thới Bình ), điểm cực Đông 105o24’ kinh Đông ( thuộc xã Tân Thuận huyện Đầm Dơi ), điểm cực Tây 104o43’ kinh Đông ( thuộc đất mũi huyện Ngọc Hiển ). Hình dạng tỉnh Cà Mau giống chữ V, có 3 mặt tiếp giáp với biển. Phía Bắc giáp tỉnh Kiên Giang (63km), Đông Bắc giáp Bạc Liêu (75km), Đông và Đông Nam giáp biển đông, Tây giáp tỉnh Thái Lan. Diện tích 5211 km2 . Vùng nghiên cứu bao gồm một phần của tỉnh Cà Mau và một phần của tỉnh Bạc Liêu (thành phố Cà Mau, các huyện Thới Bình, Trần Văn Thời, Cái Nước, U Minh thuộc tỉnh Cà Mau và một phần huyện Giá Rai thuộc tỉnh Bạc Liêu); phía Bắc giáp huyện Thới Bình, phía Đông giáp huyện Giá Rai, phía Nam giáp các huyện Cái Nước và Đầm Dơi, phía Tây giáp các huyện U Minh và Trần Văn Thời. Diện tích nghiên cứu: 578 km2, được giới hạn bởi các tọa độ địa lý sau: Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 10  Từ 9o6’49’’ đến 9o16’55’’ vĩ độ Bắc  Từ 105o03’08’’ đến 105o20’05’’ kinh độ Đông Hình 1.1: Vị trí địa vùng nghiên cứu thành phố Cà Mau. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 11 1.1.2.2. Đặc điểm địa hình Địa hình toàn tỉnh thuần nhất là đồng bằng, có nhiều sông rạch, độ cao bình quân 0,5m so với mặt nước biển. 1.2. Đặc điểm khí hậu, thủy văn 1.2.1. Đặc điểm khí hậu Khí hậu tỉnh Cà Mau mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo. Nhiệt độ trung bình 26.5oC, có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Thời gian nắng trung bình 2.200 giờ/năm, bằng 52% giờ chiếu sáng thiên văn. Từ tháng 12 đến tháng 4, số giờ nắng trung bình 7,6 giờ/ ngày; từ tháng 5 đến tháng 11, trung bình 5,1 giờ/ ngày. Lượng mưa trung bình ở Cà Mau có 165 ngày mưa/năm, với 2.360 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa, chiếm trên 90% tổng lượng mưa cả năm. Tháng có lượng mưa cao nhất trong năm thường từ tháng 8 đến 10. Cà Mau nằm ngoài vùng ảnh hưởng của lũ lụt ở hệ thống sông Cửu Long. Chế độ gió thịnh hành theo mùa. Mùa khô gió thịnh hành theo hướng Đông Bắc và Đông, với vận tốc trung bình khoảng 1,6 - 2,8m/s. Mùa mưa gió thịnh hành theo hướng Tây - Nam hoặc Tây, với tốc độ trung bình 1,8 - 4,5m/s. Vào mùa mưa, thỉnh thoảng có giông hay lốc xoáy lên đến cấp 7 - cấp 8. Cà Mau ít bị ảnh hưởng của bão. Theo tài liệu thu thập tại trạm khí hậu Cà Mau từ năm 2001 đến năm 2007:  Nhiệt độ trung bình năm 27,7 oC  Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình 33,9o C  Nhiệt độ không khí thấp nhất trung bình 22,4o C  Lượng mưa trong vùng năm 2360mm  Độ ẩm trung bình các tháng dao động từ 80-85,6%  Lượng bốc hơi trung bình 1022mm /năm Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 12  Vùng nghiên cứu có 2 hướng gió chính: gió Tây Nam, và gió Đông Nam. Tốc độ gió từ 2m/s- 5m/s. 1.2.2. Đặc điểm thủy văn 1.2.2.1. Hệ thống sông rạch Vùng nghiên cứu có mạng lưới sông ngòi dày đặc gồm sông Gành Hào, sông Đốc, kinh xáng Cà Mau – Bạc Liêu, trong số này chỉ có sông Gành Hào, kinh Phụng Hiệp, Kinh Xáng Cà Mau và sông Đốc là có ý nghĩa quyết định đến chế độ thủy văn của vùng nghiên cứu. Các hệ thống dòng chảy nối liền biển đông qua sông Gành Hào và Kinh Xáng Cà Mau –Bạc Liêu, nối liền với vịnh Thái Lan qua sông Đốc và nối liền với sông Hậu qua Kinh Xáng Phụng Hiệp. 1.2.2.2. Chế độ thủy văn Chế độ thủy triều ở khu vực tỉnh Cà Mau chịu tác động trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều biển Đông và chế độ nhật triều không đều biển Tây (Vịnh Thái Lan). Biên độ triều biển Đông tương đối lớn, khoảng 3,0 – 3,5 m vào các ngày triều cường, và từ 1,80 – 2,20 m vào các ngày triều kém; tại cửa sông Gành Hào, biên độ từ 1,8 - 2,0 m. Triều biển Tây yếu hơn, biên độ triều lớn nhất 1,0 m. Tại cửa sông Ông Đốc mực nước cao nhất + 0,85 m đến + 0,95 m, xuất hiện vào tháng 10, tháng 11; mực nước thấp nhất – 0,4 đến 0,5 m, xuất hiện vào tháng 4, tháng 5. Do đó chế độ thủy văn của hệ thống sông rạch ở Cà Mau chịu ảnh hưởng trực tiếp của triều quanh năm, với nhiều cửa sông rộng thông ra biển. Phía ngoài cửa sông, ảnh hưởng của thủy triều mạnh; càng vào sâu trong nội địa biên độ triều càng giảm, vận tốc lan triều trên sông rạch nhỏ dần. Thông qua hệ thống sông ngòi, kênh rạch nối liền nhau tạo thành những dòng chảy đan xen trong nội địa, hình thành nên những vùng đất ngập nước và môi sinh rất đặc trưng, phù hợp cho phát triển nuôi trồng thuỷ sản. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 13 1.2.2.3. Tình hình nhiễm mặn Trong vùng nghiên cứu nguồn nước mặt về mùa khô bị nhiễm mặn hoàn toàn do chịu ảnh hưởng trực tiếp chế độ thủy triều của biển nhưng khi đến mùa mưa do nước từ thượng nguồn và nước mưa đổ ra biển nên nguồn nước mặt chuyển thành nhạt đến lợ. Bên cạnh đó các hoạt đông thiếu ý thức của con người thải rác bừa bãi cũng như các loại chất thải của các khu công nghiệp đã vô tình làm cho nguồn nước càng bị ô nhiễm nặng nề. Đó chính là nguyên nhân chính của việc thiếu nguồn nước sinh hoạt trầm trọng. 1.3. Đặc điểm địa tầng địa chất Trong khu vực nghiên cứu của khóa luận, các nhà địa chất đã xác lập các phân vị địa tầng địa chất sau đây:  Hệ Neogen (N) gồm:  Thống Miocen (N1) được chia ra:  Phụ thống trung-thượng (N12-3)  Phụ thống thượng (N13)  Thống Pliocen (N2) được chia ra:  Phụ thống hạ (N21)  Phụ thống trung (N22)  Hệ Đệ tứ (Q) gồm:  Thống Pleistocen (Q1) được chia ra:  Phụ thống hạ (Q11)  Phụ thống trung-thượng (Q12-3)  Phụ thống thượng (Q13)  Thống Holocen (Q2) Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 14 1.4. Đặc điểm địa chất thủy văn Vùng thị xã Cà Mau tồn tại các đơn vị chứa nước như sau:  Các tầng chứa nước lỗ hổng  Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pleistocen giữa – trên (qp2-3)  Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pleistocen dưới (qp1)  Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pliocen trên (n22)  Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pliocen dưới (n21)  Các thể địa chất rất nghèo nước hoặc không chứa nước  Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pleistocen giữa – trên và Holocen (Q12-3 và Q2)  Thể địa chất rất nghèo nước tuổi Pleistocen giữa – trên và Holocen (Q12-3 và Q2)  Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Pleistocen dưới (Q11)  Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Pliocen trên (N22)  Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Pliocen dưới (N21)  Thể địa chất rất nghèo nước trong các trầm tích Miocen trên (N13) 1.4.1.Các tầng chứa nước lỗ hổng  Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen giữa – trên (qp2-3) Phân bố rộng rãi trên toàn bộ vùng nghiên cứu, không lộ ra trên bề mặt mà bị thể địa chất rất nghèo nước Pleistocen giữa – trên và Holocen (Q12-3 và Q2) phủ trực tiếp lên trên. Chiều sâu mái từ 60,0 - 117,5m. Chiều sâu đáy tầng từ 80,0 - 146m. Chiều dày tầng biến đổi từ 2,0m (LK81) đến 31,0m (LK 83). Thành phần trầm tích của lớp bao gồm các lớp cát mịn đến trung lẫn sạn sỏi, màu xám tro, xám xanh, xám vàng, đôi chỗ xen kẹp lớp cát bột, bột, bột pha sét