kết quả áp dụng địa vật lý phục vụ nghiên cứu đánh giá...
TRANSCRIPT
Kết quả áp dụng địa vật lý phục vụ nghiên cứu
đánh giá nguyên nhân, cơ chế nứt sụt đất ở
khu vực huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề
xuất giải pháp phòng tránh
Đặng Ngọc Thùy
Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Địa vật lý; Mã số: 60 44 61
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Đoàn Văn Tuyến
Năm bảo vệ: 2012
Abstract: Tìm hiểu bản chất, nguyên nhân, cơ chế hình thành và xuất hiện các tai biến
địa chất gây sụt đất. Nghiên cứu sử dụng tổ hợp các phƣơng pháp để khảo sát đánh giá
các điều kiện địa chất gây ra hiện tƣợng sụt đất ở tại khu vực Thanh Ba – tỉnh Phú
Thọ. Đánh giá điều kiện tự nhiên và các yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến quá
trình phát triển, phân bố và xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở khu vực Thanh Ba. Trình
bày các phƣơng pháp địa vật lý thích hợp nhằm xác định đặc điểm các yếu tố cấu trúc
nứt sụt đất, phát hiện và dự báo các hang hốc và cấu trúc ẩn có nguy cơ gây sụt đất. Đề
xuất các giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất ở tại khu vực Thanh Ba –
tỉnh Phú Thọ.
Keywords: Địa vật lý; Sụt đất; Phú Thọ
Content
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận văn
Tai biến địa chất là một dạng thiên tai xảy ra rất phổ biến trên thế giới. Các tai biến
lớn liên quan đến hoạt động động đất thƣờng gây thiệt hại nghiêm trọng nên đƣợc chú trọng
đầu tƣ và nghiên cứu một cách thƣờng xuyên bằng một hệ thống trạm quan trắc.
Tham khảo các văn liệu khoa học cũng nhƣ truyền thông cho thấy, dạng tai biến địa
chất gây sụt đất có tính phá hủy cũng xuất hiện thƣờng xuyên ở nhiều nƣớc trên thế giới và là
đối tƣợng nghiên cứu của nhiều bộ môn khoa học và nhiệm vụ nghiên cứu cơ chế, xác định
vùng tiềm ẩn nguy cơ, quy luật xuất hiện các dạng tai biến khác nhau và từ đó có thể dự báo,
đề xuất các giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do chúng gây nên cũng là một nhu cầu
thực tiễn cấp thiết.
2
Xuất phát từ yêu cầu khoa học và kinh nghiệm trong quá trình tham gia giải quyết
nhiệm vụ thực tiễn, học viên đã lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Kêt qua ap dung đia vât ly
phục vụ nghiên cứu đánh giá nguyên nhân , cơ chê nƣt sut đât ơ khu vƣc huyên Thanh Ba , tỉnh
Phú Thọ; đề xuất các giải pháp phòng tránh” .
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu bản chất, nguyên nhân, cơ chế hình thành và xuất hiện các tai biến địa chất
gây sụt đất.
- Nghiên cứu sử dụng tổ hợp các phƣơng pháp để khảo sát đánh giá các điều kiện địa
chất gây ra hiện tƣợng sụt đất ở vùng nghiên cứu.
- Nghiên cứu lựa chọn các phƣơng pháp địa vật lý thích hợp nhằm xác định đặc điểm
các yếu tố cấu trúc nứt sụt đất, phát hiện và dự báo các hang hốc và cấu trúc ẩn có nguy cơ
gây sụt đất.
- Đề xuất các giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất ở vùng nghiên cứu.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu là các cấu trúc đá vôi có điều kiện phát triển karst.
- Phạm vi nghiên cứu: các khu vực phân bố đá vôi ở các xã Đồng Xuân, Ninh Dân,
Yên Nội, thị trấn Thanh Ba – Tỉnh Phú Thọ.
4. Các phƣơng pháp nghiên cứu
1) Các phƣơng pháp nghiên cứu, điều tra khái quát.
2) Các phƣơng pháp địa vật lý .
5. Nội dung nghiên cứu
- Cơ sở khoa học về bản chất, nguyên nhân, điều kiện và cơ chế quá trình lún, nứt sụt
đất.
- Đánh giá điều kiện tự nhiên và các yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến quá trình
phát triển, phân bố và xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở vùng nghiên cứu.
- Nghiên cứu, lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích hợp, triển khai áp dụng để xác
định đặc điểm và quy mô phân bố, phát hiện, dự báo các cấu trúc tiềm ẩn nguy cơ nứt sụt đất
ở vùng nghiên cứu.
6. Tài liệu sử dụng
Luận văn dựa trên các tài liệu, báo cáo địa chất, địa vật lý khu vực nhƣ sau:
Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cƣu khoanh vung dƣ bao sut đât ơ huyên
Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ ; đề xuất các giải pháp phòng tránh và quy hoạch phục vụ phát triển
bên vƣng” , 2009. Lƣu trữ Viện địa chất – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.
3
Báo cáo: “Điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng điều kiện địa chất và dự báo tai biến
địa chất vùng Ninh Dân và khu vực lân cận trên địa bàn huyện Thanh Ba”, 2012. Lƣu trữ Liên
đoàn Quy Hoạch và Điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc.
Báo cáo: “Đo ve ban đô đia chât va điêu tra khoang san nhom tơ Thanh Ba – Phú Thọ,
ty lệ 1/50.000”, năm 2000. Lƣu trữ Liên đoan Đia chât Tây Băc , Cục Địa Chất và Khoáng
sản.
7. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận văn
- Luận giải cơ sở khoa học về bản chất, nguyên nhân, cơ chế gây nứt sụt đất tại khu
vực Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ nhƣ một ví dụ điển hình về tai biến nứt sụt đất ở Việt Nam.
- Lựa chọn một tổ hợp phƣơng pháp hợp lý để khảo sát đánh giá hiện trạng và phân
vùng dự báo các khu vực tiềm ẩn có nguy cơ sụt lún cao, đề xuất các giải pháp phòng tránh,
giảm thiểu thiệt hại do tai biến gây ra ở vùng nghiên cứu.
8. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, Luận văn đƣợc trình bày thành ba chƣơng:
Chương 1: Tai biến địa chất và nguyên nhân, cơ chế hình thành tai biến nứt sụt đất.
Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu tai biến nứt sụt đất.
Chương 3: Đặc điểm nứt sụt đất ở huyện Thanh Ba trên cơ sở giải đoán địa vật lý và
các giải pháp phòng tránh.
Luận văn đƣợc hoàn thành trong chƣơng trình thực hiện khóa cao học 2009-2011 của
học viên tại khoa Địa chất - trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội
dƣới sự hƣớng dẫn của TS-NCVCC Đoàn Văn Tuyến (Phòng Địa Vật lý – Viện Địa chất –
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Tác giả xin chân thành cảm ơn khoa Địa chất -
trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, Phòng Địa Vật lý – Viện
Địa chất – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Liên đoàn Quy hoạch và điều tra tài
nguyên nƣớc Miền Bắc đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện để học viên hoàn thành luận văn này.
4
CHƢƠNG 1
TAI BIẾN ĐỊA CHẤT VÀ NGUYÊN NHÂN, CƠ CHẾ HÌNH THÀNH
TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT
1.1. Tai biến địa chất liên quan đến vận động lớn của Trái đất [Nguồn:Cục địa chất Hoa
Kỳ]
Các tai biến địa chất có cƣờng độ phá hủy lớn và phạm vi ảnh hƣởng rộng thƣờng liên
quan đến các cấu trúc địa chất và vận động kiến tạo sâu trong vỏ Trái đất: động đất , sóng
thần, núi lửa.
Phân lơn đông đât co quan hê nguôn gôc vơi cac ranh giơi mang (dọc đới hút chìm ,
các sống núi đại dƣơng , các đứt gãy chuyển dạng) và dọc các đứt gãy sâu phân chia nội mảng.
Núi lửa tập trung chủ yếu ở rìa các mảng thạch quyển, ở chỗ các mảng đang tách ra
dọc sống núi giữa đại dƣơng, ở chỗ các mảng đang hội tụ.
Sóng thần sinh ra do một số nguyên nhân sau: do động đất với cƣờng độ lớn (thông
thƣờng >7,5 độ richter); do hoạt động của núi lửa; do trƣợt lở đất với khối lƣợng lớn dƣới đáy
biển.
1.2. Tai biến địa chất liên quan với các tai biến khí hậu và môi trƣờng [Nguồn: Cục địa
chất Hoa Kỳ]
Lũ lụt là một dạng tai biến do các hiện tƣợng khí hậu gây ra, nhƣng quá trình vận động
và tác hại của nó trên mặt đất lại dẫn đến những biến đổi lớn về môi trƣờng địa chất ở gần bề
mặt nên có thể coi nhƣ một tai biến địa chất.
Lũ là hiện tƣợng dòng chảy với tốc độ lớn, mặt dòng chảy nâng cao nhanh thƣờng xảy
ra ở miền núi: do thung lũng hẹp, địa hình dốc, lƣợng nƣớc tập trung lớn.
Lũ quét xảy ra ở vùng miền núi, có địa hình dốc, thung lũng hẹp. Lƣợng nƣớc tập
trung tạo thành dòng lớn trong thời gian ngắn, chảy với tốc độ lớn cuốn theo các vật liệu cứng
với kích thƣớc khác nhau (từ mảnh cho đến tảng). Lũ quét có động năng lớn. Lƣợng vật chất
cứng trong dòng chảy chiếm 40 – 60%.
Lũ bùn đá: bản chất nhƣ lũ quét nhƣng chỉ khác là các vật liệu cứng trong dòng chảy
chiếm 80%, có sức tàn phá rất ghê gớm.
1.3. Tai biến địa chất có tính cục bộ, địa phƣơng [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ]
Các tai biến địa chất có tính cục bộ địa phƣơng thƣờng xuất hiện trong phạm vi hẹp,
độ sâu hoạt động không lớn liên quan đến các vận động và điều kiện địa chất gần mặt đất,
điển hình là các hiện tƣợng: trƣợt đất, xói ngầm, lún, nứt, sụt đất,…
5
Trƣợt đất là sự di chuyển đất đá xảy ra trên bề mặt địa hình ở những chỗ sƣờn dốc,
thung lũng sông, vách bờ các hồ và biển liên quan với vận động trọng lực. Trƣợt đất bao gồm
các hiện tƣợng: trƣợt, chảy và đổ lở. Trƣợt đất xảy ra khi lực gây trƣợt của trọng lực vƣợt quá
độ bền của đất đá nói chung hoặc vƣợt quá ở các bề mặt hoặc trong các đới yếu đang tồn tại.
Xói ngầm là quá trình moi chuyển những hạt nhỏ ra khỏi đất đá, ra khỏi chất nhét ở
khe nứt và hốc karst, là một dạng của quá trình rửa xói ngầm đất đá
1.4. Tai biến lún, nứt sụt đất [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ]
Nƣt sut đât la hiên tƣơng pha vơ bề măt đia hinh hiên tai băng nhƣng đƣơng nƣt , hô
sụt với quy mô , kích thƣớc khác nhau . Nứt sụt đất là một dạng tai biến địa chất đang xảy ra
khá phổ biến ở Việt Nam.
1.4.1. Nguyên nhân dẫn đến lún, nứt sụt đất
+ Nứt sụt đất do phá hủy kiến tạo.
+ Nứt sụt đất do phá hủy tại chỗ (phi kiến tạo).
+ Nứt sụt đất do ngoại sinh.
a. Nứt sụt đất do phá hủy kiến tạo: đối với nứt sụt đất có nguồn gốc kiến tạo thƣờng
phát triển thành đới và kéo dài theo tuyến, dọc theo các đứt gãy tái hoạt động. Nứt sụt đất có
nguồn gốc kiến tạo không bị các yếu tố tự nhiên (địa hình, tính cơ lý của đất đá…) khống chế,
chúng ổn định, hoạt động mạnh, phát triển đƣờng nứt, hố sụt có hệ thống, quy mô lớn, gây
nguy hại lớn.
b. Nứt sụt đất do phá hủy tại chỗ: Nứt sụt đất có nguồn gốc tại chỗ thƣờng phân bố có
tính địa phƣơng, gắn liền với các vị trí có tiềm năng trƣợt, sụt lún mặt đất và sập mặt đất. Nứt
sụt đất có nguồn gốc tại chỗ do một số nguyên nhân nhƣ:
- Tạo lỗ hổng trong đá cacbonat (karst).
- Tạo hố sụt trên mặt đất trong đá trầm tích gắn kết kém (giả karst).
- Quá trình kết hợp hai dạng trên.
c. Nứt sụt đất do các yếu tố ngoại sinh
Căn cứ vào những đặc điểm nêu trên, có thể thấy rằng khi có mƣa bão lớn, lƣợng nƣớc
ngầm dồi dào có khả năng phá hủy các chất dễ hòa tan, sẽ tạo nên các hố và hang ngầm. Khi
vòm của những hang ngầm sụt xuống, nó kéo theo cả phần đất phía trên khiến miệng hố hiện
ra.
Ngoài hai nguyên nhân chủ yếu nêu trên, nứt sụt đất còn do tác động nhân sinh của
con ngƣời: đó là quá trình khai thác nƣớc ngầm, đào hầm lò,… các quá trình này cũng góp
phần làm gia tăng hiện tƣợng nứt sụt đất trên bề mặt.
1.4.3. Các tác hại tai biến nưt sut đât
6
Ở vùng sản xuất nông nghiệp nƣt sut đât có thể gây ra thiệt hại đến vật nuôi , cây trồng,
ảnh hƣởng đến mùa màng, hủy hoại và làm mất đất canh tác, làm hƣ hỏng các công trình thủy
lợi nhƣ mƣơng máng, cống, hồ, đập nƣớc; ở khu vực dân cƣ sẽ gây thiệt hại về nhà cửa ,
đƣờng xá ảnh hƣởng đến sự ổn định đời sống . Ở đô thị và khu công nghiệp nƣt sut đât gây ra
sự phá hủy nhà cửa kiên cố, nhà xƣởng, đƣờng giao thông, làm giảm tuổi thọ các công trình
dân sinh, công nghiệp và quốc phòng gây thiệt hại lớn về kinh tế và an ninh xã hội.
7
CHƢƠNG 2
CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT
2.1. Khái quát
Nhiệm vụ chính trong nghiên cứu tai biến nứt sụt đất bao gồm: 1) Nghiên cứu có tính
bao quát các yếu tố tự nhiên, điều kiện địa chất, kiến tạo, phân vùng có điều kiện tồn tại và
xuất hiện các tai biến địa chất nói chung, trong đó có tai biến nứt sụt đất; 2) Nghiên cứu chi
tiết đặc điểm cấu trúc các vùng tiềm ẩn nguy cơ cao về tai biến nứt sụt đất để đánh giá, xác
định các yếu tố cấu trúc, diện phân bố, độ sâu phân bố, cơ chế tồn tại và tiềm ẩn tai biến nứt
sụt đất để đề xuất giải pháp phòng tránh.
Để giải quyết nhiệm vụ trên, tùy từng điều kiện cụ thể phải sử dụng các nhóm phƣơng
pháp:
Nhóm 1 là các phƣơng pháp điều tra, khảo sát gồm: địa chất, kiến tạo, viễn thám, thủy
văn, địa chất thủy văn và các tài liệu về điều kiện tự nhiên, các hoạt động dân sinh, kinh tế,
công nghiệp khác,…
Nhóm 2 là các phƣơng pháp nghiên cứu khảo sát chi tiết các vùng tiềm ẩn nguy cơ cao
xuất hiện tai biến gồm: địa vật lý, địa chất công trình, phân tích mẫu,…
2.2. Khả năng ứng dụng của các phƣơng pháp địa vật lý
Trong lĩnh vực địa vật lý có rất nhiều phƣơng pháp để giải quyết nhiệm vụ nghiên cứu
tai biến nứt sụt đất, mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu điểm và hạn chế riêng cho những đối
tƣợng địa chất cụ thể [Smith, D.L. and Randazzo, A.F., 2003].
Phƣơng pháp trọng lực: có hiệu quả để xác định ranh giới phân bố các thành hệ địa
chất có sự khác biệt về mật độ: đá vôi với các đá trầm tích khác. Trong đá vôi có thể phát hiện
hang karst rỗng, vì đá vôi có mật độ tƣơng đối lớn 2,7g/cm3 tạo nên sự chênh lệch đáng kể so
với phần rỗng có mật độ bằng 0. Vì vậy tại ví trí phát hiện hang karst sẽ quan sát thấy dị
thƣờng trọng lực âm.
Phƣơng pháp từ: cho khả năng xác định các thể địa chất có từ tính cao chứa khoáng
vật sắt từ hay phát hiện hang karst bị lấp đầy bởi các vật chất có từ tính mạnh. Đá vôi có từ
tính nói chung là thấp, chủ yếu phụ thuộc vào lƣợng siđerit bị ôxy hóa biến thành hydroxit sắt.
Độ từ cảm của đá vôi chỉ khoảng χ = (4÷70).10-6
CGS, so với hang karst rỗng có χ = 0, nhƣ
vậy giữa hang karst và môi trƣờng xung quanh có phân dị từ tính âm.
Phƣơng pháp địa chấn: Phƣơng pháp đƣợc áp dụng rất có hiệu quả để xác định ranh
giới các tầng cấu trúc địa chất có tốc độ truyền song khác biệt nhƣ lớp phủ Đệ Tứ và lớp đá
gốc rắn chắc phía dƣới, phân chia lớp đá gốc rắn chắc và lớp đá gốc nứt nẻ. Tuy nhiên
8
phƣơng pháp này cũng có một số hạn chế nhất định: các vùng sụt lún thƣờng xuất hiện ở các
khu dân cƣ, vì vậy khi phƣơng pháp này thi công sẽ gặp phải rất nhiều loại nhiễu, đặc biệt là
nhiễu giao thông. Khi sử dụng để tìm các hốc karst nhỏ, bị lấp nhét bởi các vật liệu xung
quanh thì nó có đặc điểm trƣờng sóng giống với môi trƣờng xung quanh, do vậy trƣờng sóng
thu đƣợc không có sự khác biệt so với môi trƣờng xung quanh.
2.3. Các phƣơng pháp điện và điện từ
Trong môi trƣờng địa chất tính chất điện từ (điện trở suất và các tham số điện từ khác
nhƣ tính phân cực kích thích, độ điện thẩm, từ thẩm,…) có mối quan hệ chặt chẽ không chỉ
với thành phần khoáng vật (độ chứa nƣớc, chứa muối khoáng, khoáng vật,…) mà còn có tính
phân dị cao với trạng thái, nguồn gốc của vật chất và thành hệ địa chất khác nhau (độ rắn
chắc, độ rỗng, mức độ chứa nƣớc,…).
Vì vậy, khảo sát các tính chất điện từ cho các thông tin phong phú để nghiên cứu về
trạng thái cấu trúc, phát hiện theo dõi sự phát triển tai biến lún, nứt sụt đất.
Do sự đa dạng về các tham số và thiết bị, quy trình áp dụng đo điện từ cho các yêu cầu
thực tế và đối tƣợng địa chất môi trƣờng khác nhau nên hiện nay có đến hàng chục phƣơng
pháp và thiết bị điện từ cho nghiên cứu các đối tƣợng địa chất khác nhau [Zhdanov,2009,…].
Các phƣơng pháp sau thích hợp cho nghiên cứu tai biến nứt sụt đất:
2.3.1. Phương pháp điện trở suất
Phƣơng pháp điện trở suất dựa trên bài toán vật lý về mối quan hệ giữa sự phân bố
mật độ dòng điện trong môi trƣờng từ một nguồn điện phát vào môi trƣờng đó với độ dẫn điện
của môi trƣờng. Đƣợc mô tả bằng phƣơng trình toán học nhƣ sau:
Trong đó: div, grad là các ký hiệu toán học (toán tử); - là hàm số mô tả sự phân bố
độ dẫn điện (trong thực tế thƣờng dùng tham số điện trở suất là giá trị ngƣợc của độ dẫn =
1/ đo bằng đơn vị ôm.mét –Om.m) trong môi trƣờng theo toạ độ x, y, z; U - là hàm điện thế
mô tả sự phân bố điện thế trong môi trƣờng theo toạ độ x, y, z; I -là cƣờng độ dòng điện phát
vào môi trƣờng; - là một hàm số toán học đƣợc gọi là hàm Đirac mô tả tính chất phân bố
nguồn điện trong môi trƣờng ở toạ độ xs, ys, zs; V- là thể tích cực phát của nguồn điện. Tuy
nhiên việc giải phƣơng trình nêu trên trong môi trƣờng địa chất phức tạp là cả một vấn đề lớn
có tính chuyên môn sâu, công việc đó đã đƣợc nghiên cứu hoàn thiện, đối với môi trƣờng
phức tạp chỉ thực hiện đƣợc bằng các chƣơng trình chuyên dụng trên máy tính điện tử. Quy
trình ứng dụng phƣơng pháp này gồm hai công đoạn: 1) Đo thực địa; 2) Xử lý phân tích số
liệu.
)()()(),,(),,( sss zzyyxxV
IzyxgradUzyxdiv
(2.1)
9
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp điện trở suất là đòi hỏi phải có điều kiện nối tiếp đất
các điện cực. Trong nghiên cứu tai biến nứt sụt đất thƣờng đòi hỏi mức độ khảo sát chi tiết
cao (khoảng cách giữa các điện cực chỉ 1-2m đến 5m), khi bề mặt là đá rắn, bê tông, trên diện
tích đo có nhiều địa vật cản trở nhƣ tƣờng nhà, tƣờng rào chắn ngang tuyến đo sẽ rất khó thực
hiện hoặc thực hiện không liên tục sẽ không đáp ứng đƣợc yêu cầu chi tiết cần thiết.
Hiện nay có các phƣơng pháp và thiết bị điện từ sử dụng kết hợp để khắc phục nhƣợc
điểm của phƣơng pháp điện trở suất nêu trên nhƣ ERA, EM, Ohmmeter, radar xuyên đất,...
(Wait, 1992, Zhdanov, 2009,...).
2.3.2. Phương pháp điện từ dùng thiết bị ERA
Thiết bị ERA đƣợc chế tạo dựa trên cơ sở lời giải bài toán đo tín hiệu điện và từ ở
không gian phía trên bề mặt đất (trong không khí) của một nguồn phát là lƣỡng cực điện tiếp
đất hoặc không tiếp đất.
Phƣơng pháp điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA dựa trên nguyên lý cảm ứng
điện từ nên phƣơng pháp có ƣu điểm là sử dụng thiết bị phát và thu tín hiệu có thể không cần
điện cực tiếp địa, độ phân giải cao về tính chất dẫn điện của môi trƣờng gần nhƣ phƣơng pháp
điện trở, thiết bị gọn nhẹ nên có thể thực hiện đƣợc ở trên mọi điều kiện bề mặt không cho
phép tiếp địa điện cực, có khả năng thực hiện mạng lƣới đo chi tiết trong không gian hạn
chế,... Đặc điểm này giúp cho việc đo đạc nhanh theo quy trình đo vẽ bản đồ, phủ kín đƣợc
các vùng cần quan tâm, có thể theo dõi đƣợc sự thay đổi tính chất điện từ trong lòng đất theo
diện ở những nơi bị cản trở bởi các công trình khó thực hiện đƣợc bằng phƣơng pháp điện trở.
Phƣơng pháp radar: là một phƣơng pháp điện từ sử dụng tần số từ đơn vị MHz đến
hang trăm MHz cho khả năng nhận thông tin tốt trực tiếp đối với các đối tƣợng có độ điện
thẩm khác biệt với môi trƣờng nhƣ các hang karst khô, các vật chất rắn trong đất,…Tuy nhiên
trong nhiều trƣờng hợp điều kiện địa hình phức tạp không thực hiện đƣợc bằng thiết bị radar
có màn chắn, còn thiết bị radar không có màn chắn chống nhiễu kém, phân giải thấp, mực
nƣớc ngầm gần mặt đất, điều kiện thời tiết xấu rất khó thu đƣợc tín hiệu hay không thực hiện
đƣợc.
10
CHƢƠNG 3
ĐẶC ĐIỂM NỨT SỤT ĐẤT Ở HUYỆN THANH BA TRÊN CƠ SỞ GIẢI ĐOÁN ĐỊA
VẬT LÝ VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH
3.1. Đặc điểm tự nhiên và điều kiện địa chất trong mối liên quan với hiện tƣợng nứt sụt
đất
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên
Thanh ba la huyên miên nui năm ơ tây băc tỉnh Phú Thọ với tổng diện tích tự nhiên
19.503,41 ha. Đia hinh thâp dân tƣ đông băc xuông tây nam , chủ yếu là núi thấp , gò đồi và
môt phân diên tich nho co đia hinh đông băng năm doc ven sông Hông .
Huyên Thanh Ba năm trong vung khi hâu nhiêt đơi gio mua . Nhiêt đô trung binh năm
là 23,20C. Lƣơng mƣa trung binh năm khoang 1.463mm. Độ ẩm trung bình năm khoảng 84%.
Huyên Thanh Ba co mang sông suôi va ao hô vơi diên tich la 1.106 ha, trong đo ao hô
chiêm 720,9ha.
3.1.2. Đặc điểm địa chất
Địa tầng: khu vực nghiên cứu lộ ra các phân vị địa tầng sau: hệ tầng Ngòi Chi (AR nc)
thuộc loạt Sông Hồng; hệ tầng Đồng Giao (T2 đg); hệ tầng Văn Lãng (T3 n-r vl); hệ tầng Văn
Yên (N12 vy); hệ tầng Cổ Phúc (N1
3 cp) và các thành tạo trầm tích Đệ Tứ bở rời.
3.1.3. Đặc điểm địa hinh – đia mao
Huyên Thanh Ba co đia hinh đôi la chu yêu chiêm gân 90% và xen kẽ chúng là các
dạng địa hình thung lũng sông , suôi đƣơc lâp đây bơi cac trâm tích Đệ Tứ. Độ cao địa hình có
xu thê nghiêng va thâp dân tƣ đông băc xuông tây nam . Đia hinh phân bô thanh nhƣng dai
dạng tuyến theo phƣơng TB – ĐN.
3.1.4. Đặc điểm cua các kiến truc đứt gay kiến tạo
11
Đứt gãy trong vùng phát triển theo 3 phƣơng chinh : chủ đạo là TB – ĐN; ĐB – TN va
á kinh tuyến mang tính địa phƣơng, đong vai tro lam ranh giơi cac tâng câu trúc tân kiên tao
khác nhau.
3.1.5. Đặc điểm địa chất thuy văn
Yêu tô ĐCTV la tac nhân co anh h ƣởng lớn đến việc hình thành và phát triển của tai
biên nứt sụt đất . Tác nhân này có thể đóng vai trò tiềm ẩn nguy cơ , đông thơi nhiêu khi vƣa
đong vai tro thuc đây qua trinh phat sinh cung nhƣ gia tăng cƣơng đô phat triê n tai biên .
3.1.5.1. Các tâng chứa nươc dươi đất
Trong khu vƣc nghiên cƣu tôn tai 5 tâng chƣa nƣơc chinh : tâng chƣa nƣơc lô hông
trong trâm tich bơ rơi Đê tƣ; tâng chƣa nƣơc khe nƣt trong đa trâm tich luc nguyên Neogen hê
tâng Văn Yên va Cô Phuc ; tầng chứa nƣớc khe nứt trong đá biến chất hệ tầng Ngòi Chi; tầng
chứa nƣớc khe nứt trong đá trầm tích lục nguyên Triat thƣợng hệ tầng Văn Lãng; tầng chứa
nƣớc khe nứt (dập vỡ) – karst trong đá vôi Triat trung hệ tầng Đồng Giao.
3.1.5.2. Động thái nươc dươi đất
a. Mối liên quan nươc mặt vơi nươc ngâm.
Vào mùa mƣa, nguồn nƣớc mặt lớn. Lƣu lƣợng nƣớc trên các sông, suối lớn. Các
giếng đào của cƣ dân địa phƣơng đầy nƣớc. Trong khi vào mùa khô hạn, lƣợng mƣa ít, dòng
chảy ở sông suối có lƣu lƣợng nhỏ, nhiều chỗ lòng suối cạn, các giếng đào của dân cƣ địa
phƣơng cũng bị cạn theo. Mực nƣớc ở các giếng đào, giếng khoan khai thác cũng bị xuống rất
thấp, hầu nhƣ chỉ có các giếng đào nằm ở tầng chứa nƣớc khe nứt, đới nứt nẻ - karst thì còn
đủ nƣớc để dùng sinh hoạt hàng ngày. Nhƣ vậy, nƣớc ngầm và nƣớc mặt có mối quan hệ chặt
chẽ, mật thiết với nhau. Nƣớc mặt từ các sông suối, ao hồ trực tiếp thấm qua tầng đất, qua
tầng chứa nƣớc lỗ hổng của trầm tích Đệ Tứ, theo các khe nứt, đới dập vỡ kiến tạo xuống
dƣới, bổ cập trực tiếp cho nƣớc ngầm cho các tầng chứa nƣớc bên dƣới.
b. Dao động mực nươc ngâm.
Nhìn chung, nƣớc ngầm biến động theo mùa ở các khu vực khác nhau, mức độ biến
động mực nƣớc ngầm cũng có sự khác nhau. Biên độ dao động chung của mực nƣớc ngầm
trên khu vực nghiên cứu thay đổi từ 3-4m đến 7-8m, đôi khi có nơi đạt xấp xỉ 10m.
3.1.6. Đặc điểm địa chất công trình
3.1.6.1. Điều kiện ĐCCT
Đã tiến hành khảo sát cac hố sụt và lấy mẫu nguyên dạng ở độ sâu từ 1-3m, phục vụ
cho công tác thí nghiệm trong phòng. Để làm sáng tỏ nguyên nhân nào dẫn đến nứt sụt đất,
tập trung vào 2 khu vực sụt đất nghiêm trọng chính: Ninh Dân và Đồng Xuân.
a. Khu vực mỏ khai thác đá vôi Ninh Dân
12
Trầm tích lớp phủ có bề dày mỏng từ 1,6 – 2,2m; thành phần hạt không đồng nhất bao
gồm: dăm, sỏi, sạn, cát, sét, bụi.
Thành phần của đất là sét pha, sét pha chứa nhiều sạn. Hàm lƣợng nhóm hạt sét dao
động từ 9,3-42,3%; hàm lƣợng nhóm hạt bụi từ 11,3-37,3%; hàm lƣợng nhóm hạt cát dao
động từ 52-100%; hàm lƣợng nhóm hạt sạn dao động từ 0,9-1,3% và dăm cuội dao động từ
13-16%. Chỉ số dẻo dao động từ 7,4 đến 20,3%.
Lƣợng co ngót thể tích của các mẫu đất thí nghiệm thấp , dao đông trong khoang 12,4-
17,3%; đăc tinh trƣơng nơ không đang kê tƣ 0,37 đến 2,59%. Tuy nhiên, tính tan ra cua cac
mâu nay kha manh , khả năng tan rã rất nhanh ngay khi bắt đầu thí nghiệm . Các mâu set pha
và sét pha chứa nhiều sạn cho khả năng tan rã trung bình từ 80 đến 100% (> 5 giơ) và 2 mâu
đât loai set chi tan ra trung binh 39% (> 5 giơ). Hê sô thâm tƣơng đôi cao , tƣ 8,05.10-6
cm/s
trong mâu đât loai set đên 5,55.10-4
cm/s trong mâu đât set pha chƣa nhiêu san .
Đa vôi xam trăng , xám xanh , nƣt ne phong hoa vƣa , cƣng chăc . Đá vôi thuộc loại
sạch, có chất lƣợng tƣơng đối đồng đều . Đa vôi co đăc điêm răn chăc nhƣng don dê vơ . Khôi
lƣơng thê tich trung binh 2,68g/cm3. Cƣơng đô khang nen ơ trang thai tƣ nhiên thay đôi tƣ
810 đến 1.130kG/cm3. Cƣơng đô khang keo tƣ 51 đến 86kG/cm
2. Lƣc dinh thay đôi tu 221
đến 361kG/cm2, hê sô kiên cô 8 đến 10.
b. Khu vưc xa Đông Xuân (xom Cây Dưa)
Các kết quả phân tích trƣớc đây cho thấy , đa vôi co tinh chât cơ ly tƣơng tƣ đa vôi ơ
mỏ đá Ninh Dân . Kêt qua phân tich thanh phân hat cat phân bô ơ đây la cat hat min chƣa
nhiêu bui dê co khả năng tự chảy khi có động lực dòng nƣớc hoặc trong quá trình triển khai
hô mong công trinh trên chung .
3.1.7. Hiện trạng nứt sụt đất
Nƣt sut đât trên đia ban nghiên cƣu đa đƣơc ghi nhân tƣ nhƣng năm 70 thê ky trƣơc .
Tuy nhiên, vào thời gian đó , tai biên nay xay ra đơn le trên pham vi đât canh tac ngoài khu
dân cƣ không anh hƣơng trƣc tiêp đên sinh hoat và đời sống cua ngƣơi dân , nên it đƣơc quan
tâm. Trong cac năm tƣ 2000 đến 2005 tại nhiều khu vực bao gồm các khu dân cƣ thuôc huyên
Thanh Ba đa xuât hiên hiên tƣơng nƣt sut đât , hai nơi xuất hiện nứt sụt manh và hậu quả
nghiêm trọng là : Xóm Cây Dừa (khu 3) xã Đồng Xuân và thôn Đồng Xa (khu 3, khu 6) xã
Ninh Dân.
3.1.7.1. Nứt sụt đất tại xa Ninh Dân
Nứt sụt đất tại xã Ninh Dân bắt đầu diễn ra mạnh mẽ và gây thiệt hại từ năm 2000.
Hiện tƣợng sụt đất làm toàn bộ khu ruộng trồng ngô ở khu 3 mất khả năng canh tác và nhiều
nhà cửa sân vƣờn của gần 70 hộ dân bị nứt, xé tƣờng, nứt thành giếng, lún nền nhà, hiện
13
tƣợng mất nƣớc tại các giếng khơi, sụt đất và nứt lún đất, từ cuối năm 2000 hiện tƣợng trên
xảy ra mạnh hơn khi ở đây tiến hành nổ mìn khu khai thác đá vôi cung cấp cho các nhà máy
sản xuất xi măng.
Khu vực thôn Đồng Xa bao gồm cả ruộng trồng ngô, vƣờn và khu nhà dân sụt lún đất,
tạo thành từng chuỗi hố sụt và phát triển theo các hƣớng nhất định. Sụt đất đã kéo theo tất cả
những gì có trên mặt đất nhƣ cây cối, hoa màu, đất đá.
3.1.7.2. Nưt sut đât tai xa Đông Xuân
Năm 2004 trên đia ban nay , nứt sụt đất manh đông loat xay ra trong môt khoang thơi
gian ngăn . Hàng loạt ngôi nhà (tƣơng, sân nha) bị rạn nứt . Trong đo, ngôi nha 4 tâng la tru sơ
chi nhanh Điên Thanh Ba bi nƣt manh nhât ơ trên tƣơng , nên, sân nha , tƣơng bao, góc sân bị
sụt lún sâu làm cho công trình này không sử dụng đƣợc .
Ngoài khu vực các xã Đồng Xuân và Ninh Dân , nứt sụt đất con phat hiên ơ pham vi xa
Yên Nôi , nơi có một mỏ khai thác đá vôi. Tại đây hiện tƣợn g nứt sụt đất xay ra năm 2004
cũng là thời gian có hoạt động nổ mìn khai thác đá lam cho khoang 10 nhà dân bị nứt mạnh
tƣơng, sân nha, và gây nứt mặt đƣờng giao thông.
3.1.7.3. Mối quan hệ giữa các yếu tố địa chất kiến tạo và sự xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở
khu vực nghiên cứu
Tai biến xuất hiện mạnh mẽ ở khu vực xã Ninh Dân, Đồng Xuân, Yên Nội là nơi có
những điều kiện địa chất, kiến tạo, địa chất thủy văn sau: về địa tầng là vùng phân bố đá vôi
hệ tầng Đồng Giao (T2 đg) lộ ra; về kiến tạo có các đứt gãy khu vực cắt qua; về địa chất thủy
văn có các dòng chảy bề mặt và có khả năng tồn tại các dòng chảy ngầm. Ngoài ra, ở đây có
các hoạt động công nghiệp và hoạt động dân sinh cao: nổ mìn khai thác trong mỏ đá vôi, mật
độ xây dựng và công trình dân sinh khác: giếng nƣớc, ao, móng và nền nhà bê tông,… Sự
xuất hiện tai biến sụt đất rõ ràng có nguyên nhân nội sinh và các tác động ngoại sinh.
Các phƣơng pháp điều tra, khảo sát địa chất chỉ có thể đánh giá đƣợc các biểu hiện sụt
đất ở những nơi đá vôi và hố sụt mới xuất hiện. Để đánh giá các hố sụt ẩn hay đã bị vùi lấp
cần tiến hành các khảo sát địa vật lý.
3.2. Kết quả khảo sát địa vật lý
3.2.1. Nhiệm vụ và phạm vi khảo sát:
1/ Lựa chọn các phƣơng pháp thích hợp, triển khai đo thực địa trên các khu vực có
biểu hiện và nguy cơ cao về các tai biến sụt đất, nứt đất tại hai khu vực: xã Ninh Dân và xã
Đồng Xuân.
14
2/ Xác định chi tiết đặc điểm cấu trúc địa chất, vùng phân bố các hệ tầng đá có tính
chất khác nhau, đặc biệt là tầng đá vôi, các bất đồng nhất liên quan đến các hang hốc, đới phá
hủy trong đá gốc ẩn dƣới mặt đất.
3/ Cung cấp thêm thông tin cùng với các yếu tố địa chất - kiến tạo và các quá trình
hoạt động địa chất khác để giải thích nguyên nhân, cơ chế xuất hiện tai biến sụt đất, nứt đất và
nứt nhà cửa ở khu vực khảo sát.
4/ Xác định quy mô, không gian phân bố cấu trúc tiềm ẩn nguy cơ cao gây sụt đất
trong phạm vi khảo sát làm cơ sở khuyến cáo, cảnh báo mức độ nguy hiểm và đề xuất biện
pháp phòng tránh phù hợp điều kiện thực tế.
3.2.2. Công tác đo thử nghiệm để lựa chọn phương pháp và quy trinh thích hợp
Để thực hiện các nhiệm vụ nêu trên đã tiến hành thử nghiệm phƣơng pháp địa chấn
công trình (Tuyến 2dc), phƣơng pháp đo sâu điện trở (Tuyến 8đ) ở khu vực xã Ninh Dân, nơi
có các hố sụt lộ chƣa bị lấp. So sánh kết quả thử nghiệm đo địa chấn và đo sâu điện trở trên
một tuyến đo cho thấy: mặt cắt điện trở suất có sự phân dị môi trƣờng cao hơn nhiều so với
mặt cắt tốc độ truyền sóng, trong đó các hố sụt trên tuyến đo đều thể hiện trên mặt cắt điện trở
suất, còn trên mặt cắt tốc độ truyền sóng chỉ thể hiện địa hình ranh giới các lớp phủ và mặt đá
gốc. Ranh giới tiếp xúc các tầng đá khác nhau ở cuối tuyến đo có thể liên quan đến đới phá
hủy kiến tạo đều thể hiện rõ trên tài liệu của cả hai phƣơng pháp.
Kết quả thử nghiệm cho phép lựa chọn phƣơng pháp điện trở suất với độ sâu khảo sát
30 m có thể giải quyết tốt nhiệm vụ đặt ra. Tuy nhiên, các cản trở về địa hình, địa vật (nhà
cửa, tƣờng rào, nền xi măng,…) ở hầu hết các địa điểm không thể thực hiện đo cắt lớp chi tiết
theo yêu cầu. Mặt khác, để đáp ứng yêu cầu đo chi tiết trên diện ở các địa điểm có nguy cơ
cao tai biến sụt đất, nếu tiến hành phƣơng pháp cắt lớp điện trở suất theo mạng lƣới tuyến và
điểm đo dày sẽ đòi hỏi chi phí rất lớn, vƣợt quá khả năng kinh phí của các đề án, nên đã lựa
chọn kết hợp hai phƣơng pháp: 1) Phƣơng pháp đo điện trở theo quy trình cắt lớp 2D để xác
định phân bố các yếu tố cấu trúc theo chiều sâu; 2) Phƣơng pháp điện từ bằng thiết bị ERA
theo quy trình đo bản đồ điện trƣờng (tƣơng đƣơng với điện trở suất) cho phép theo dõi phân
bố các cấu trúc trên diện khảo sát là giải pháp tốt nhất cho giải quyết nhiệm vụ.
3.2.3. Kết quả áp dụng phương pháp đo sâu cắt lớp điện trở và điện từ tần số thấp sử dụng
thiết bị ERA.
Đã thực hiện đo địa vật lý theo nguyên lý cắt lớp 2D trên các tuyến bằng hệ thiết bị
đối xứng AMNB với a(min) =5m, số lần mở cự ly thiết bị n=1÷8, khoảng cách điểm đo
d=10m, chiều dài tuyến trung bình 200-350m, một số tuyến đo có chiều dài đến 450m trên
15
các khu vực cần thiết để làm rõ đặc điểm cấu trúc và có dấu hiệu xuất hiện nứt, sụt đất và các
dự đoán địa chất tới độ sâu 30 m.
Các khu vực đo vẽ bản đồ đặc điểm phân bố đất đá và đối tƣợng hang hốc bằng thiết
bị ERA-MAX với tần số 625 Hz, AB là dây dẫn tiếp địa hai đầu độ dài 300 – 400m có dòng
phát ổn định định 200 mA đặt cố định tại rìa diện khảo sát, MN đo cƣờng độ điện trƣờng Ex
(mV) là ăng ten dài 2m theo mạng lƣới tuyến đo song song với đƣờng dây AB, khoảng cách
điểm đo 2m. Độ sâu khảo sát là thông tin về môi trƣờng từ mặt đất đến 5 -10 m.
Kết quả đo theo quy trình cắt lớp điện trở đƣợc phân tích bằng phần mềm RES2DINV
(Loke). Dựa vào mối quan hệ giữa tính chất phân bố điện trở suất nhận đƣợc và tính chất vật
lý, đặc điểm phân bố của đất đá của môi trƣờng khu vực khảo sát (từ tài liệu địa chất và quan
sát trên thực địa) sẽ luận giải và phân chia đƣợc các vùng phân bố các loại đất đá tƣơng ứng
với các cấu trúc có đặc trƣng điện trở suất và hình thái phân bố chúng:
- Các cấu trúc điện trở suất rất cao có tính cục bộ trên bề mặt đặc trƣng cho các loại
đất khô, xốp, bở rời phân bố trùng với các hố sụt lộ quan sát đƣợc trên tuyến đo, dễ dàng nhận
biết đƣợc đó là dấu hiệu của sự bất đồng nhất đất đá liên quan đến các hố sụt. Trên kết quả
phân tích tài liệu đo điện trở suất dễ dàng nhận biết đƣợc phân bố các hố sụt đã vùi lấp.
- Cấu trúc điện trở suất cao, phân bố rộng rãi theo tuyến cũng nhƣ chiều sâu có thể
quan sát đƣợc ở một số nơi có đá vôi lộ trên mặt cho phép nhận biết đó là vùng phân bố đá
vôi khối rắn chắc (đá cacbonat không chứa nƣớc).
- Cấu trúc điện trở suất trung bình phân bố bên trên hay liền kề với cấu trúc điện trở
suất cao cho phép nhận biết đó là phần đá vôi phong hóa, nứt nẻ chứa nƣớc hoặc sét ẩm.
Trong trƣờng hợp có các cấu trúc kích thƣớc nhỏ (thấu kính) điện trở suất cao hơn nhiều phân
bố trong nền đá vôi rắn chắc sẽ là thông tin về hang rỗng không chứa nƣớc, nhƣng chỉ xuất
hiện ở phần đá vôi nằm trên mực nƣớc ngầm.
- Cấu trúc điện trở suất thấp đến trung bình có diện phân bố rộng, kề với các cấu trúc
cấu trúc điện trở suất cao hay trung bình nêu trên cho phép dự báo hay nhận biết đó là các đá
có thành phần sét, sét pha có tính chất khác với đá cacbonat.
- Các cấu trúc dạng vỉa hay ranh giới cấu trúc có góc cắm độ dốc lớn theo chiều sâu là
chỉ thị về các đứt gãy kiến tạo hay ranh giới tiếp xúc các loại đá khác nhau kể trên. Trong điều
kiện tồn tại dƣới mực nƣớc ngầm các cấu trúc vỉa đó thƣờng có điện trở suất thấp do chứa
nƣớc và sét ẩm.
Đo vẽ bản đồ thành phần điện từ Ex không đòi hỏi các xử lý phân tích phức tạp, từ kết
quả đo thực địa sẽ thực hiện việc vẽ bản đồ cƣờng độ điện trƣờng Ex và phân chia các vùng
16
có các cƣờng độ khác nhau (tƣơng tự giá trị điện trở suất) để nhận biết về sự phân bố các yếu
tố cấu trúc môi trƣờng trong diện khảo sát.
Dựa vào tài liệu địa chất, các chỉ thị và luận giải nêu trên, kết quả phân tích tài liệu đo
điện trở trên mỗi tuyến đo đƣợc chuyển thành mặt cắt địa chất – địa điện, tài liệu đo điện
trƣờng đƣợc chuyển thành bản đồ địa chất – điện từ, cho phép nhận biết dễ dàng hiện trạng
cấu trúc môi trƣờng và các yếu tố gây tai biến nứt sụt đất cũng nhƣ sử dụng tài liệu kết quả
địa vật lý trong khu vực khảo sát
3.2.3.1. Khu vưc xa Ninh Dân
Thực hiện tại 3 địa điểm: 1) Khu vực Nhà thờ Ninh Dân nơi xuất hiện hệ thống hố sụt
nhiều và mạnh nhất, có mật độ dân cƣ đông nhất: ngoài các tuyến đo thí nghiệm địa chấn
(T2dc) và cắt lớp điện trở (T8đ) đã thực hiện 2 tuyến đo điện trở (T1đ và T5đ) và đo bản đồ
cƣờng độ điện trƣờng Ex; 2) Khu vực nhà văn hóa khu 2 và 3) Khu tái định cƣ Ninh Dân, mỗi
nơi 1 tuyến đo cắt lớp điện trở (T10đ và T3đ) và đo bản đồ cƣờng độ điện trƣờng.
A. Tại địa điểm nhà thờ Ninh Dân:
Kết quả đo điện trở suất:
Kết quả xử lý phân tích tài liệu đo điện trở suất ở đây (T1đ, T5đ, T8đ) phản ánh đặc
điểm cấu trúc các tầng đất đá đến độ sâu 35 m, cho phép luận giải các thông tin sau:
- Đá vôi khối rắn chắc phân bố chủ yếu ở phần dƣới hay từng phần mặt cắt có khi nhô
lên sát mặt đất.
- Đá vôi nứt nẻ chứa nƣớc phân bố không đều: có khi nằm trên đá vôi khối, lộ ra gần
mặt đất hoặc nằm kề hay có dạng thấu kính ở trong đá vôi khối. Cấu trúc đá vôi nứt nẻ dạng
thấu kính phân bố bên trong đá vôi khối có lớp phủ bở rời trên mặt là đối tƣợng có điều kiện
xảy ra tai biến sập, sụt karst (sụt đất), trên tài liệu địa vật lý quan sát đƣợc ở giữa tuyến T5đ,
đầu tuyến T1đ và nửa đầu tuyến T8đ. Độ sâu phân bố tầng đá vôi nứt nẻ từ 5 -10m đến 15 –
20m. Trên sơ đồ phân bố tuyến đo có thể nhận biết vùng phân bố của cấu trúc này trong phạm
vi khảo sát và là nơi quan sát đƣợc nhiều hố sụt hiện tại.
- Đá vôi hang hốc phân bố gần bề mặt tới độ sâu 5 -10m tạo ra địa hình lồi lõm kế tiếp
trên mặt đá vôi nứt nẻ thể hiện trên các tuyến đo. Trên mặt cắt địa chất - điện trở suất dễ dàng
nhận biết đƣợc các vị trí hố sụt hiện tại và cả quy mô các hố sụt trong quá khứ đã bị vùi lấp.
Đây cũng là nơi dự báo khả năng sẽ xảy ra tai biến sụt mạnh nhất.
Tại vị trí dự báo nơi có hang karst trong đá vôi trên mặt cắt lớp điện trở tuyến T8đ
Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT Miền Bắc đã tiến hành khoan kiểm tra lỗ khoan HK02 đã xác nhận
sự tồn tại hang hốc và các vật liệu sét lấp nhét khe nứt nẻ. Kết quả này khẳng định độ tin cậy
phƣơng pháp địa vật lý đã áp dụng.
17
Kết quả đo bản đô cường độ điện trường Ex:
Trên các tuyến đo cắt lớp đã theo dõi đƣợc thiết diện các cấu trúc đá và hang hốc theo
chiều sâu thì trên bản đồ này ta dễ dàng theo dõi đƣợc đặc điểm các cấu trúc đất đá và cấu
trúc phát triển hang hốc trên diện khảo sát. Bản đồ cƣờng độ điện trƣờng Ex cho phép phân
chia các vùng đất đá khác nhau (tƣơng tự phân chia đất đá theo điện trở suất): các vùng giá trị
cƣờng độ điện từ thấp là các đất đá ngậm nƣớc (sét, sét pha ẩm), vùng có cƣờng độ Ex trung
bình là đá vôi nứt nẻ, vùng giá trị Ex cao là đá vôi rắn chắc hay hang hốc khô, rỗng. Trong
diện tích khảo sát, các đới cƣờng độ Ex khác nhau cho phép nhận biết hình thái cấu trúc phân
bố các loại đá khác nhau, các lớp đá vôi có sự xen lấn rất rõ. Các lớp đá vôi bị cắt xẻ mạnh
theo phƣơng bắc nam là chủ đạo. Các cấu trúc thể hiện lớp đất sét dạng hố, rãnh xẻ là dấu vết
các hoạt động sụt karst trong quá khứ đã bị vùi lấp
Ở rìa các cấu trúc này, nơi tiếp giáp với đá vôi nứt nẻ mạnh vẫn thƣờng xuất hiện các
khe nứt sụt kích thƣớc nhỏ. Các hang karst, hố sụt mới xuất hiện phân bố trong các vỉa đá vôi
khối, đá vôi ít nứt nẻ lộ đều thể hiện rõ trên bản đồ này. Phƣơng chủ đạo của các hang rãnh
karst đồng thời là hƣớng dòng chảy trong đá vôi là từ nam lên bắc và tây bắc. Trên bản đồ này
nhận biết đƣợc vùng mật độ cao phân bố hố sụt trong quá khứ, hiện nay còn ẩn dƣới mặt đất
là thông tin quan trọng của tài liệu địa vật lý cần đƣợc quan tâm, để tiến hành khảo sát kiểm
tra trực tiếp, quan trắc, từ đó có biện pháp phòng tránh sớm, không để xảy ra những thiệt hại
có thể báo trƣớc.
B. Tại địa điểm nhà Văn hoa khu 2 Ninh Dân:
Kết quả đo điện trở suất:
Trên tuyến T10đ cho thấy bề mặt nền đá vôi rắn chắc lộ cao hơn, ít bị cắt xẻ hơn so
với các tuyến đo ở khu vực nhà thờ Ninh Dân. Ở nửa cuối tuyến T10đ thể hiện một dấu vết
phễu karst (hố sụt) có kích thƣớc lớn đã đƣợc lấp đầy sét. Ở rìa tiếp giáp cấu trúc phễu này và
đá vôi khối đã quan sát đƣợc trên thực địa một hố sụt đã bị lấp. Các dấu vết về tai biến sụt đất
thể hiện trên mặt cắt địa vật lý có dạng các hố sụt phân bố trong lớp phủ trên bề mặt đá vôi
rắn chắc cho biết ở đây chỉ có dạng lún carst. Tại khu vực dự báo phễu carst đã bị vùi lấp đã
khoan kiểm tra (HK4) cho thấy thông tin về hiện trạng phân bố các loại đá đƣợc luận giải trên
tài liệu địa vật lý là tin cậy.
Kết quả đo bản đô cường độ điện trường Ex:
Ở khu vực nhà văn hóa khu 2 các lớp đá vôi lộ ra ở phía đông bắc và bị phủ bởi sét ở
phần tây nam tạo ra ranh giới tiếp giáp giữa vùng đá vôi phía đông bắc và vùng sét phía tây
nam. Thực chất ở phần tây nam đá vôi đã bị bóc mòn trong quá khứ, sự bóc mòn đang tiếp tục
phát triển về phía đông bắc. Ở vùng tiếp giáp là đá vôi nứt nẻ mạnh thể hiện nhiều hang hốc
18
dạng rãnh xẻ, hố trũng đƣợc lấp sét. Một số ít dấu vết hang xuất hiện cả trong lớp đá vôi nứt
nẻ yếu. Có hai nơi thể hiện dấu hiệu hang rỗng trong đá vôi khối ở góc phía bắc và đông bắc
của khu vực đo vẽ. Điều đó chứng tỏ các cấu trúc đất đá và hang hốc ở khu vực này có sự
phát triển nối tiếp với khu vực nhà thờ Ninh Dân. Nơi có giếng đào lấy nƣớc là rìa một phễu
karst cổ đã vùi lấp sét, nguồn nƣớc xuất lộ ở đây chính là nƣớc từ trong đá vôi nứt nẻ mạnh
chảy ra. Dựa vào sự phân bố đá vôi nứt nẻ mạnh có thể dự báo đƣợc hƣớng dòng nƣớc chảy
trong tầng đá vôi này từ đông nam lên tây bắc.
C. Tại địa điểm khu tái định cư Ninh Dân:
Kết quả đo điện trở suất:
Tƣơng tự nhƣ khu vực nhà văn hóa Ninh Dân, trên kết quả phân tích tài liệu đo điện
trở tuyến đo T3đ cấu trúc đá vôi nứt nẻ có diện phân bố ở nửa đầu tuyến có dấu hiệu các cấu
trúc lún karst đã bị vùi lấp. Phần nửa cuối tuyến nền đá vôi khối rắn chắc lộ rất gần mặt đất,
lớp đá vôi nứt nẻ có chiều dày mỏng, có dấu hiệu các hốc karst độ sâu không lớn đã bị phủ lấp
đất sét ẩm.
Kết quả đo điện trường Ex:
Bản đồ phân bố các cấu trúc đất đá trong phạm vi khảo sát theo cƣờng độ điện trƣờng
Ex cho thấy các lớp sét xen kẹp trong đá vôi nứt nẻ có dạng rãnh xẻ là hình thái karst trong
khu vực này, tại rìa dƣới (phía nam) khu vực khảo sát còn quan sát đƣợc một phễu karst chƣa
bị vùi lấp, là nơi thu nƣớc mặt dẫn vào các rãnh karst ngầm. Theo kết quả quan sát địa chất
thủy văn ở một số giếng xung quanh khu vực khảo sát cho thấy động thái nƣớc ngầm ở đây
thay đổi mạnh theo mùa có hƣớng chảy về phía bắc, các rãnh karst trên kết quả địa vật lý là
thông tin chỉ thị yếu tố chính chi phối chuyển động nƣớc ngầm ở đây. Kết quả địa vật lý cho
phép dự báo các vùng có nguy cơ sụt, đồng thời cho thông tin về khả năng khai thác nƣớc
karst cho sinh hoạt quy mô nhỏ gia đình.
3.2.3.2. Khu vưc xa Đông Xuân
Tại góc sân nhà chi nhánh điện Thanh Ba – Nhà máy rƣợu Đồng Xuân đã xuất hiện
một hố sụt lớn làm sập một góc nhà xây kiên cố và một số vết nứt kéo dài cắt qua tƣờng rào
phía sau nhà chi nhánh điện. Đã thực hiện 2 tuyến cắt lớp điện trở: T6đ và T7đ. Các hố sụt và
nứt đất ở vào khoảng đầu của tuyến 7đ. Vì hố sụt nằm sát với đƣờng quốc lộ và có nhà ở kiên
cố xây kín nên không có điều kiện thực hiện đƣợc cắt lớp điện trở ngay tại hố sụt.
Kết quả phân tích tài liệu đo điện trở cho thấy địa chất ở đây có một cấu trúc xung
yếu, đó là sự sụt sâu mặt đá vôi ở khu vực nhà Chi nhánh điện (đầu tuyến T7đ). Bề mặt của
nền đá vôi nhô cao ở phía nhà Chi nhánh điện (5-7m dƣới tuyến T7đ) và chìm sâu về phía
Nhà máy rƣợu Đồng Xuân (12 -15m dƣới tuyến 6đ). Lớp phủ bên trên đá vôi này gồm 2 lớp:
19
1) lớp trên gần mặt đất thể hiện tính chất của sét bùn, cát chảy (điện trở suất tƣơng đối thấp).
Chiều dày lớp này không ổn định: đầu tuyến 7đ (phía nhà chi nhánh điện) chiều dày nhỏ hơn
rất nhiều so với tuyến 6đ (phía NM rƣợu Đồng Xuân); 2) lớp dƣới nằm kề đá vôi thể hiện tính
chất của sét, sét pha (điện trở suất tƣơng đối cao).
Phân tích các đặc trƣng đất đá theo tài liệu địa vật lý và các thông tin địa chất cho
phép đƣa ra một số nhận xét sau: Nền đá gốc – đá vôi ở đây bị sụt lún hay bị bóc mòn mạnh
đƣợc lấp đầy bởi các trầm tích trẻ bở rời Đệ Tứ có tính chất cơ lý rất yếu, đặc biệt là lớp cát
chảy. Trên thực địa dọc tuyến đo cũng gặp những vũng bùn lầy rất sâu nhƣ các hốc thể hiện
trên mặt cắt địa vật lý. Chính các vật chất gắn kết yếu này dễ bị lôi cuốn bởi các dòng chảy
ngầm cũng nhƣ trên mặt gây mất ổn định cho nền đất. Vì vậy, hiện tƣợng hố sụt và nứt nẻ ở
gần nhà Chi nhánh điện Thanh Ba là do sự sụt lún, phá hủy, lôi cuốn lớp sét pha, lớp cát chảy
xuống hang đá vôi bên dƣới. Diện phân bố của đới xung yếu này sẽ thể hiện trên kết quả đo
vẽ bằng thiết bị điện từ.
3.3. Luận giải cơ chế, nguyên nhân nứt sụt đất ở Thanh Ba và đề xuất giải pháp phòng
tránh
3.3.1. Nguyên nhân chính (yếu tố tự nhiên)
Nguyên nhân chính xuất hiện sụt đất ở những khu vực này là do địa hình thấp trùng
bằng phẳng ven đồi, nơi chịu tác động mạnh của các dòng chảy mặt và nƣớc mƣa, đặc biệt
vào mùa lũ, mặt khác địa chất khu vực này có nền đá vôi Cacbonat phân bố rộng, nằm chìm
dƣới mặt đất và chịu sự ảnh hƣởng trực tiếp bởi đứt gãy cấu tạo có phƣơng Tây Bắc – Đông
Nam. Hoạt động của các đứt gẫy đã tạo cho tầng đá vôi bị dập vỡ mạnh là điều kiện thuận lợi
cho quá trình phong hóa hóa học phát triển hình thành nhiều hang karst ngầm dƣới mặt đất.
Quá trình vận động của nƣớc do thấm từ trên xuống, do vận động theo phƣơng nằm ngang,
dẫn đến rửa trôi, xói mòn, bóc mòn vật liệu theo thời gian các khe nứt này mở rộng dần và đá
vôi bên vách các khe nứt vẫn tiếp tục bị hòa tan. Các khoảng rỗng trong các lớp đá tăng dần
về kích thƣớc và bắt đầu phát triển hệ thống thoát nƣớc ngầm, cho nhiều nƣớc hơn đi qua và
làm tăng tốc độ hình thành các khe nứt. Khi mực nƣớc dƣới đất bị hạ thấp, nƣớc mƣa ngấm
xuống các khe nứt mang theo các vật chất của lớp phủ Đệ tứ (chủ yếu là đất thuộc nhóm đất
loại sét, sét pha), hoặc nóc hang bị bào mòn đến mức độ không thể chống đỡ đƣợc trọng
lƣợng của lớp đất đá bở rời của hệ Đệ Tứ nằm bên trên thì hiện tƣợng sụt lún đất diễn ra.
Các yếu tố khác nhƣ sự vận động của nƣớc dƣới đất cũng thúc đẩy quá trình rửa lũa,
hòa tan đá vôi, các hiện tƣợng mƣa, lũ cũng có tác động nhất định đến việc sụt lún, nứt nền
đất tại các nơi có hang ngầm xung yếu.
20
Tài liệu địa vật lý tại các khu vực khảo sát cho phép nhận biết đặc điểm cấu trúc phân
bố các vùng đá vôi nứt nẻ, phát triển hang hốc karst. Phân tích hình thái cấu trúc đá nứt nẻ,
dấu vết hang hốc lộ và đã bị vùi lấp, diện phân bố chúng theo kết quả địa vật lý và các kết quả
khảo sát địa chất, địa chất thủy văn,… cho phép luận giải cơ sở khoa học, nguyên nhân, cơ
chế, dự báo các vùng nguy cơ tai biến: nơi có điều kiện phát triển lún, sụt, xập karst,... đáp
ứng yêu cầu thực tế.
3.3.2. Nguyên nhân ngoại sinh
+ Tác động do khai thác đá vôi
+ Các tác nhân khác:
Bên cạnh những nguyên nhân khác do khai thác mỏ gây ra và hoạt động tân kiến tạo
của trái đất, không thể phủ nhận sự ảnh hƣởng của một số hoạt động nhân sinh có liên quan
đến sụt lún đất là các tác động làm thay đổi tải trọng trên mặt đất ở nơi tồn tại các hang, phễu
karst ngầm; các tác động gây rung động nhƣ việc vận chuyển hàng hóa của các phƣơng tiện
giao thông, việc nổ mìn với các mục đích khác nhau; việc đào bới khai thác khoáng sản; việc
khai thác nƣớc dƣới đất với công suất lớn làm mực nƣớc dƣới đất bị hạ thấp đã làm tăng
gradien dòng ngầm, thúc đẩy quá trình xói ngầm, cát chảy, làm thay đổi cân bằng tĩnh tại các
hang karst có liên quan đến hiện tƣợng sụt lún đất.
3.3.3. Giải pháp phòng tránh nứt, sụt lun đất
+ Giải pháp công trình
1) Hạn chế và không nên xây dựng các công trình, nhà ở trên phạm vi phân bố các
hang phễu karst, các đới đá vôi dập vỡ, nứt nẻ mạnh. Khi triển khai xây dựng các công trình
giao thông, công trình công nghiệp, công trình dân dụng ở một khu vực cụ thể, bắt buộc phải
khảo sát Địa chất công trình theo các giai đoạn cụ thể để tính toán nền móng.
2) Không xây dựng các hồ chứa nƣớc trong khu vực phân bố đá vôi có các hang hốc
karst ngầm;
3) Không nên khai thác nƣớc dƣới đất với quy mô vừa và lớn, nếu cần thiết phải điều
tra, đánh giá chi tiết để có thiết kế hợp lý;
4) Xây dựng mốc giới cảnh báo các vùng có nguy cơ sụt, lún đất,...
+ Giải pháp quản lý
- Tổ chức giám sát, kiểm tra quy trình khai thác (độ sâu khai thác, biên khai trƣờng, nổ
bắn mìn phá đá,...) nhƣ giấy phép đã quy định để một mặt bảo đảm an toàn tuyệt đối trong
quá trình khai thác nguyên liệu đá vôi, mặt khác không gây tác động xấu đến môi trƣờng dân
sinh và xã hội.
21
- Tổ chức kiểm tra, giám sát hiện trạng khai thác sử dụng tài nguyên nƣớc dƣới đất và
xử lý vi phạm đối với những công trình khai thác nƣớc quy mô lớn chƣa có hồ sơ cấp phép
khai thác nhằm phòng tránh nguy cơ sụt lún đất do hạ thấp mực nƣớc ngầm,...
+ Giải pháp tuyên truyền giáo dục
- Chính quyền địa phƣơng cần có biện pháp tuyên truyền để mọi ngƣời dân hiểu rõ
đƣợc hiện tƣợng sụt lún đất, nguyên nhân, cơ chế sụt lún đất và tác hại của chúng, từ đó mọi
ngƣời tự giác tuân thủ các quy định đã đề ra để giảm thiểu các thiệt hại về ngƣời và tài sản
hoặc trong các trƣờng hợp cần thiết việc di dời định cƣ đến những nơi ít có nguy cơ sụt đất
theo quy hoạch,...
22
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đã lựa chọn và áp dụng một tổ hợp phƣơng pháp địa vật lý đó là đo cắt lớp điện trở và
đo điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA là các công cụ thích hợp cho phép nghiên cứu chi
tiết cấu trúc địa chất và theo dõi các đối tƣợng tai biến địa chất theo chiều sâu cũng nhƣ trên
diện ở các vùng trọng điểm của huyện Thanh Ba đã đáp ứng các yêu cầu và giải quyết tốt các
nhiệm vụ của đề án.
Tài liệu nhận đƣợc từ kết quả khảo sát địa vật lý đã cung cấp các dữ liệu về vị trí phân
bố, hình dạng các hang hốc karst ngầm đã vùi lấp cũng nhƣ dự báo các vị trí hang hốc chƣa
xuất lộ. Dựa trên kết quả địa vật lý nhận đƣợc có cơ sở giải thích nguyên nhân, cơ chế xuất
hiện các tai biến địa chất trong vùng nghiên cứu.
Hiện tƣợng nứt sụt đất xuất hiện là hệ quả của quá trình hoạt động karst trong các vỉa
đá vôi. Hiện tƣợng này đã xảy ra trong quá khứ, dấu vết của nó thể hiện các dạng hang hốc,
rãnh, phễu đã đƣợc lấp đầy đất sét. Mật độ hang hốc karst tập trung cao ở khu vực xã Ninh
Dân, đặc biệt là dọc đƣờng nhựa phía nhà thờ Ninh Dân, nơi có nhiều nhà ở cần đƣợc cảnh
báo và có biện pháp phòng tránh.
Nguyên nhân sụt đất gây phá hủy nhà kiên cố ở sát Chi nhánh điện Thanh Ba là do
một cấu trúc sụt sâu của mặt đá vôi làm cho lớp cát chảy trong lớp Đệ Tứ gây lún, sụt lớp sét
pha trên mặt. Tài liệu địa vật lý cũng đã xác định đƣợc vùng phân bố cấu trúc sét yếu này cần
đƣợc phổ biến đến nhân dân và địa phƣơng để có biện pháp kỹ thuật cần thiết khi xây dựng
các công trình.
Hiện tƣợng nứt sụt đất là quá trình hoạt động địa chất xảy ra thƣờng xuyên lâu dài.
Hiện nay chúng ta có đủ hiểu biết khoa học và các phƣơng tiện để theo dõi cảnh báo và đề
xuất những giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại do chúng gây ra.
Hạn chế xây dựng các công trình kiên cố, cao tầng trong vùng có nguy cơ sụt lún liên
quan đến hoạt động Karst.
References
Tiếng Việt
1. Trần Trọng Huệ, Đoàn Văn Tuyến, và nnk.,2006. Nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế xuất
hiện và dự báo vùng tiềm ẩn sụt đất tại thôn Tân Hiệp – Tỉnh Quảng Trị, Tuyển tập công trình
Khoa học ĐHQGHN, KHTN&CN, TXXII, Số 2A PT, trang 1-10.
23
2. Đoàn Văn Tuyến, Vũ cao Minh , 2008. Tai biến sụt lún karst và một số kết quả nghiên cứu
dự báo phân vùng nguy hiểm, Tuyển tập công trình hội nghị KH toàn quốc tai biến Địa chất
và giải pháp, Hà Nội 2008, trang 153-162.
3. Nguyễn Thị Toan, Vũ Cao Minh, Đoàn Văn Tuyến, 2010. Land subsidence hazard due to
karst in Vietnam and mitigation measures. (Tai biến sụt đất do karst ở Việt Nam và giải pháp
phòng tránh). Proceeding of the Inter. Simposium Hanoi Geoengineering 2010, Hanoi 22-23
Nov. 2010, p.267 -274.
4. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu khoanh vùng dự báo sụt đất ở huyện
Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất các giải pháp phòng tránh và quy hoạch phục vụ phát triển
bền vững”, Viện Địa Chất – Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, năm 2009.
5. Báo cáo “Điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng điều kiện địa chất và dự báo tai biến địa
chất vùng Ninh Dân và khu vực lân cận trên địa bàn huyện Thanh Ba”, Bộ tài nguyên và môi
trƣờng - Liên đoàn quy hoạch và điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc, năm 2012.
6. Báo cáo “Địa chất huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ (tỷ lệ 1/25000)”, Sở TN&MT Phú Thọ,
năm 2005.
7. Báo cáo “Điều tra, đánh giá tổng hợp tài nguyên nươc tỉnh Phú thọ”, Trung tâm điều tra
đánh giá tài nguyên nƣớc, năm 2000.
8. Báo cáo “Đo vẽ bản đô địa chất và điều tra khoáng sản nhom tờ Thanh ba-Phú Thọ”, Liên
đoàn địa chất tây bắc – Cục địa chất và khoáng sản, năm 2000.
Tiếng Anh
9. Osipov V. I., Choig S. K., 2002. Sự nguy hiểm từ các quá trình địa chất ngoại sinh. Nxb.
KRUG, 250tr.
10. Randazzo, A.F. and Smith, D.L., 2003, Subsidence-induced Foundation Failures in
Florida's Karst Terrain. Sinkholes and the Engineering and Environmental Impacts of Karst:
The Geo-Institute of the American Society of Civil Engineers, Geotechnical Special
Publication No. 122, p. 82-94.
11. Sandra Friend., 2003. Sinkholes. published by Pineapple Press, 2002, 98p.
12.Smith, D.L. and Randazzo, A.F., 2003, Application of electrical resistivity measurements
to an evaluation of a potential landfill site in a karstic terrain. Environmental Geology, v.43,
p. 743-751.