Đặc điểm và quy luật phân bố các thành tạo trầm tích holocen khu vực ven biển thành phố hải phòng phục vụ phát triển cơ sở hạ tầng tt

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VŨ VĂN LỢI ĐẶC ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VŨ VĂN LỢI

ĐẶC ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ

CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN CƠ SỞ HẠ TẦNG

Chuyên ngành: Địa chất học

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI – 2017

Luận án đƣợc hoàn thành tại: Khoa Các khoa học về Trái đất, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Đỗ Minh Đức

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Viện Địa chất

Những công trình khoa học đã công bố của tác giả

có liên quan đến luận án

1 Vũ Văn Lợi (2012), “Đặc điểm các lớp đất yếu khu vực ven biển

huyện Tiên Lãng thành phố Hải Phòng” Tạp chí Địa kỹ thuật,

4 Vũ Văn Lợi, Doãn Đình Lâm (2016) “Đặc điểm tướng trầm tích

và địa chất công trình các thành tạo Holocen vùng ven biển quận

Hải An, thành phố Hải Phòng” Tạp chí địa chất, loạt A, số 360,

10/2016, tr 108 – 120

5 Vũ Văn Lợi, Phạm Nguyễn Hà Vũ, Phạm Văn Quân (2016)

“Kết quả áp dụng phương pháp địa chấn nông phân giải cao trong công tác khảo sát địa chất xây dựng tuyến ống cấp nước ra

đảo Hòn Dấu (Hải Phòng)” Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia

Hà Nội: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, tập 32, số 2S (2016), tr 258 – 266

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hải Phòng những năm gần đây có sự phát triển mạnh và hiện đại hóa cơ sở hạ tầng (CSHT) phục vụ phát triển kinh tế xã hội Tuy nhiên, khu vực ven biển thành phố Hải Phòng (TP HP) tồn tại nhiều tầng đất yếu, các sự cố lún, lún lệch các công trình xây dựng (CTXD) xảy ra phổ biến với các mức độ khác nhau, có liên quan trực tiếp đến nền đất yếu trầm tích Holocen, gây ảnh hưởng nghiêm trọng cơ sở hạ tầng, thiệt hại lớn về kinh tế, bức xúc trong xã hội Hiện nay, công tác khắc phục hậu quả đã và đang được thực hiện, hiệu quả chưa cao, các giải pháp xử lý nền đất yếu chưa phù hợp với đặc điểm các kiểu nền đất trong khu vực, do đó, các sự cố lún, lún lệch các CTXD diễn biến ngày càng phức tạp và có chiều hướng gia tăng

Các nghiên cứu về trầm tích Holocen, địa chất công trình (ĐCCT) khu vực HP từ trước đến nay con rời rạc, thiếu chi tiết; chưa

có công trình nghiên cứu tích hợp giữa trầm tích với ĐCCT phục vụ luận giải các sự cố công trình liên quan đến nền đất yếu trầm tích Holocen Do đó, để nhận dạng được quy luật lún, thì cần phải nhận diện được đặc điểm và quy luật phân bố các thành tạo trầm tích Holocen khu vực ven biển TP HP, nhằm giảm thiểu tối đa những sự

cố công trinh xây dựng, cũng như phục vụ một cách có hiệu quả công tác quy hoạch phát triển bền vững CSHT là một nhu cầu khách quan

2 Mục tiêu của đề tài

- Làm sáng tỏ đặc điểm và quy luật phân bố các thành tạo trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng

- Xác định mối liên quan giữa đặc điểm trầm tích Holocen với

sự cố công trình xây dựng, từ đó đề xuất các giải pháp phát triển CSHT trên nền đất yếu

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: Các thành tạo trầm tích Holocen khu

vực ven biển thành phố Hải Phòng

3.2 Phạm vi nghiên cứu: Khu vực ven biển quận Hải An, Dương

Kinh, Đồ Sơn, huyện Tiên Lãng, Kiến Thụy, nằm trong khung tọa độ địa lý: Kinh độ 106o34’ ÷ 106o56’; Vĩ độ 20o34’ ÷ 20o53’

4 Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu đặc điểm và quy luật phân bố các trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng

2 Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình các trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng

3 Nghiên cứu mối liên quan giữa đặc điểm trầm tích Holocen với các sự cố công trình xây dựng và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững cơ sở hạ tầng trên nền đất yếu của trầm tích Holocen

4 Đề xuất các giải pháp xử lý nền đất yếu, phát triển bền vững

cơ sở hạ tầng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng

5 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Trầm tích Holocen khu vực ven biển Hải Phòng

cộng sinh tướng theo thời gian trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển Giai đoạn biển tiến Flandrian Holocen sớm - giữa có

4 tướng (bùn đầm lầy ven biển, cát lẫn sạn bãi triều, cát sạn lạch triều

và bùn estuary - vũng vịnh); Giai đoạn biển thoái Holocen giữa - muộn có 4 tướng (bùn chân châu thổ, bùn cát tiền châu thổ, cát cồn cát cửa sông và bùn cát đồng bằng châu thổ); Thời kỳ biển dâng hiện đại có 6 tướng (cát, cát bùn và bùn bãi triều, cát sạn lạch triều, bùn cát đầm lầy cửa sông và bùn cửa sông hình phễu)

Luận điểm 2: Khu vực ven biển Hải Phòng được phân chia

thành 3 vùng, 7 phụ vùng, 18 khu, tương ứng với 18 kiểu mặt cắt trầm tích - địa chất công trình đặc trưng Hiện tượng lún, lún lệch ảnh hưởng nghiêm trọng đến ổn định các công trình xây dựng, xảy ra mạnh nhất ở vùng 3 (vùng estuary), tiếp đến là vùng 1 (vùng châu thổ điển hình) và cuối cùng là vùng 2 (vùng châu thổ nhô cao)

6 Những điểm mới của luận án

1 Xác định được tổ hợp cộng sinh tướng trầm tích trong thời

kỳ biển dâng hiện đại, đặc biệt là sự xuất hiện tướng trầm tích bùn cửa sông hình phễu (meQ2

2-3) phân bố khu vực cửa sông Bạch Đằng

2 Xác định mối tương quan giữa các đặc điểm tướng trầm tích Holocen với các tính chất cơ lý của đất yếu khu vực ven biển Hải Phòng Phân chia chi tiết các loại đất yếu theo các cấp độ khác nhau, trong đó, một số loại đất yếu bao gồm nhiều tướng trầm tích

3 Phân chia chi tiết các vùng, phụ vùng và khu phân bố các kiểu mặt cắt trầm tích - địa chất công trình Holocen, phục vụ phát triển CSHT khu vực ven biển thành phố Hải Phòng

4 Đánh giá ảnh hưởng của lún nền đất yếu phục vụ công tác thiết kế cao độ nền trong quy hoạch xây dựng CSHT và khả năng ứng phó của các công trình ven biển Hải Phòng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của luận án

- Ý nghĩa khoa học: Làm sáng tỏ đặc điểm và quy luật phân bố trầm tích Holocen khu vực ven biển Hải Phòng, xác định nguyên nhân và mối liên quan đến tai biến lún, lún lệch gây mất ổn định công trình trong hoạt động phát triển xây dựng CSHT

- Ý nghĩa thực tiễn: Làm cơ sở khoa học giải thích nguyên nhân lún của nền đất yếu, dự báo các khu vực có nguy cơ xảy ra tai biến địa chất, phục vụ phát triển CSHT một cách hợp lý và bền vững

8 Bố cục của Luận án

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và đặc điểm khu vực ven

biển thành phố Hải Phòng

Chương 2 Cở sở tài liệu và các phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Đặc điểm và quy luật phân bố trầm tích Holocen khu vực

ven biển thành phố Hải Phòng

Chương 4 Mối liên quan giữa đặc điểm trầm tích Holocen và các sự

cố công trình xây dựng

Kết luận và kiến nghị

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Từ sau năm 1975 đến nay, có các công trình nghiên cứu địa chất, trầm tích chủ yếu được nghiên cứu ở vùng ven biển vịnh Bác bộ

và châu thổ Sông Hồng, các công trình tiêu biểu của các tác giả: Đo

vẽ bản đồ tỷ lệ 1/200.000 Hoàng Ngọc Kỷ (1978), tỷ lệ 1/50.000 Ngô Quang Toàn Kèm theo là các chuyên đề nghiên cứu chuyên sâu về

TT luận như: Nguyễn Địch Dỹ (1979), Trần Nghi (1993-1995), Doãn Đình Lâm (2001-2003), Trần Đức Thạnh (1993, 2005, 2010),

Bên cạnh đó, các nghiên cứu ĐCCT được thực hiện phân tán

và muộn hơn so với những NC chung về ĐC, tiêu biểu: Nguyễn Đức Đại và nnk (1996), Trần Đình Kiên (2015)

Kết quả nghiên cứu trên đạt được những giá trị lớn về khoa học và thực tiễn và là nguồn tài liệu có giá trị

1.1.2 Những tồn tại cần được giải quyết

- Các nghiên cứu trầm tích chưa chi tiết, chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển CSHT khu vực ven biển Các nghiên cứu địa chất công trình, mật độ các điểm khảo sát còn thưa, chưa làm rõ được đặc tính biến đổi tính chất cơ lý của đất, khó áp dụng trong thực tiễn

- Chưa nghiên cứu tích hợp giữa trầm tích Holocen và địa chất công trình, chưa xác lập mối tương quan giữa đặc điểm tướng trầm tích và tính chất cơ lý của đất phục vụ phát triển bền vững CSHT

- Việc nghiên cứu phân vùng, phân loại đất yếu chưa được thực hiện Chưa quan tâm đến việc luận giải tìm ra nguyên nhân gây tai biến địa chất trong xây dựng Các giải pháp phòng chống tai biến địa chất chưa được quan tâm nghiên cứu

1.2 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG 1.2.1 Khái niệm khu vực ven biển

Trong luận án này, khu vực ven biển được hiểu là nơi diễn ra

sự chuyển tiếp và tương tác giữa biển và lục địa, bao gồm phần đất liền ven biển và biển ven bờ Quy mô, cường độ của sự tương tác quy định độ rộng của khu vực và ranh giới thường được xác định tùy theo mục đích sử dụng và chương trình quản lý

1.2.2 Vị trí khu vực nghiên cứu

- Về phía đất liền ven biển: Bao gồm các quận Hải An, Dương Kinh, Đồ Sơn và các huyện Kiến Thụy, Tiên Lãng Bỏ qua phần chồng lấn khu vực nghiên cứu và đảo Cát Hải

- Về phía biển ven bờ: Dọc theo cửa sông Cấm đến cửa sông Thái Bình hướng ra biển đến độ sâu 5,0 ÷ 10,0 m nước hoặc đến lân cận cao độ 0,0 m Hải đồ trở vào

Hình 1.1 Phạm vi khu vực nghiên cứu

1.2.3 Đặc điểm địa tầng khu vực nghiên cứu

a Giới Paleozoi - Hệ Devon thống trên: 3 phụ hệ tầng: Phụ hệ tầng

dưới (D3 đs1), phụ hệ tầng giữa (D3 đs2), phụ hệ tầng trên (D3 đs3)

b Giới Kainozoi - Hệ Đệ tứ: Gồm 5 phân vị địa tầng: Hệ tầng Lệ

1

, Q1 2-3, Q1 3)

1.2.5 Đặc điểm kiến tạo: Chịu ảnh hưởng của các hệ thống đứt gãy

á vĩ tuyến hoặc á kinh tuyến

Chương 2 CƠ SỞ TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 CƠ SỞ TÀI LIỆU

2.1.1 Nhóm tài liệu địa chất và trầm tích

a Tài liệu lỗ khoan: Lỗ khoan phục vụ nghiên cứu trầm tích

Holocen là 69 lỗ Trong đó, lỗ khoan có độ sâu 30,0 ÷ 45,0 m: 17 lỗ;

lỗ khoan có độ sâu < 30,0 m: 52 lỗ

b Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm: 700 mẫu độ hạt;

100 mẫu khoáng vật tạo đá; 30 mẫu khoáng vật sét 50 mẫu Eh; 50

mẫu pH; 50 mẫu Kt; 30 mẫu Fe2+

S/Corg 80 mẫu bào tử phấn hoa; 60 mẫu Deatomeae; 100 mẫu Foraminifera 10 mẫu tuổi tuyệt đối 14

C

c Đo địa chấn nông phân giải cao: Gồm 15 tuyến Trong đó,

12 tuyến từ cửa Nam Triệu đến bán đảo Đồ Sơn (288,6 km) và 03 tuyến ở vùng biển Tiên Lãng (348,0 km)

d Các tài liệu khác: “Bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ

1/200.000 – Tờ Hải Phòng” - Hoàng Ngọc Kỷ (1973 ÷ 1978); “Bản

đồ địa chất thành phố Hải Phòng tỷ lệ 1/50.000” - Ngô Quang Toàn (1993 ÷ 1995); “Bản đồ trầm tích tầng mặt vùng biển Hải Phòng – Quảng Ninh (0 ÷ 30 m nước), tỷ lệ 1/100.000” của Trung tâm địa chất và khoáng sản (2007 ÷ 2011) và một số tài liệu khác

2.1.2 Nhóm tài liệu nghiên cứu địa chất công trình

a Tài liệu lỗ khoan: 505 lỗ khoan phục vụ nghiên cứu địa chất

công trình, trong đó: 102 lỗ khoan có độ sâu 45,0 ÷ 80,0 m; 187 lỗ khoan có độ sâu 30,0 ÷ 45,0 m; 230 lỗ khoan có độ sâu < 30,0 m

b Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm: 2600 mẫu thí

nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý 200 điểm cắt cánh; 30 hố xuyên CPT: 30 hố xuyên; 550 điểm thí nghiệm SPT

d Các tài liệu khác: Báo cáo khảo sát địa chất công trình của

các dự án đầu tư xây dựng trong khu vực nghiên cứu

2.2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN

Để đạt được mục đích nghiên cứu, luận án sử dụng cách tiếp cận hệ thống và cách tiếp cận nhân quả Quan điểm này là tư tưởng chỉ đạo việc xây dựng hệ thống các phương pháp nghiên cứu

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong luận án này nghiên cứu sinh đã sử dụng các phương pháp (PP) chủ yếu sau: Phân tích độ hạt, phân loại trầm tích của Folk 1954; Phân tích thành phần trầm tích vụn dưới kính hiểm vi phân cực; Xác định hàm lượng khoáng vật sét bằng phân tích Ronghen và nhiệt vi sai; Địa hoá môi trường; Phân tích Cổ sinh, Phân tích tuổi tuyệt đối C14; Địa chấn nông phân giải cao; PP khoan lấy mẫu và thí nghiệm hiện trường; Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT; Thí nghiệm cắt cánh hiện trường; Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn; PP thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý mẫu đất và xử lý số liệu; PP địa tin học; PP tính lún nền đất

CHƯƠNG 3 ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG 3.1 KHÁI NIỆM TƯỚNG TRẦM TÍCH VÀ ĐỊA TẦNG HOLOCEN 3.1.1 Khái niệm tướng trầm tích

Trong luận án, khái niệm tướng theo quan điểm của Rukhin

L.B (1962, tr 93) “Tướng là những trầm tích hình thành trên một

diện tích nhất định, trong những điều kiện như nhau, khác với những điều kiện thống trị trong các vùng xung quanh”

3.1.2 Địa tầng Holocen

Ranh giới giữa các phân vị trong Holocen được xác định theo thang địa tầng quốc tế và theo Doãn Đình Lâm “Lịch sử tiến hoá trầm tích Holocen châu thổ Sông Hồng (2003)” như sau: Q2

1: từ 11.700 năm BP đến 6.000 năm BP; Q2

2: từ 6.000 năm BP đến 3.000 năm BP; Q2

3: từ 3.000 năm BP đến nay

3.1.3 Độ sâu và bề dày trầm tích Holocen khu vực ven biển Hải Phòng

Độ sâu đáy, bề dày tương đương 9,60 ÷ 39,08 m, TB 20,15 m Đáy nhô cao nhất ở khu vực xung quanh bán đảo Đồ Sơn và trung tâm huyện Kiến Thụy Độ sâu đáy Holocen giữa – muộn 7,70 ÷ 22,08 m, trung bình là 14,04 m Độ sâu đáy Holocen giữa - muộn phân bố theo quy luật tương tự độ sâu đáy Holocen

3.2 ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG

3.2.1 Các tướng trầm tích Holocen sớm – giữa (Q 2

1-2

)

Phân bố thấp nhất của các mặt cắt, trên các trũng sâu tương đối

và nằm rải rác trong khu vực nghiên cứu Chiều sâu gặp trầm tích: (-) 17,02 ÷ (-) 34,47 m Bề dày lớn nhất: 7,10 m (HD25), nhỏ nhất: 1,50

m (HD22), TB: 4,0m Thành phần hạt mịn, xám đen, xám tối chứa nhiều vật chất hữu cơ và ít mảnh vỏ sò, ốc Phân lớp không liên tục ở phần dưới, phân lớp ngang song song không liên tục ở phần trên

Gặp ở khu vực biển ven bờ huyện Tiên Lãng (HD8, HD18) Phân bố ở đáy mặt cắt Độ sâu gặp trầm tích: 18,50 ÷ 21,0 m Bề dày nhỏ nhất: 2,50 m (HD8), lớn nhất: 2,70 m (HD8), TB: 2,60 m Thành phần cát hạt trung lẫn sạn, xám xanh, cấu tạo phân lớp xiên chéo dạng dòng chảy hai chiều

Phân bố rải rác biển ven bờ huyện Tiên Lãng, nằm ở đáy mặt cắt Bề dày lớn nhất: 0,70 m (HD51), nhỏ nhất: 0,40 m (HB19, HD6),

TB: 0,66 m Thành phần cát mịn, hạt trung, màu xám xanh lẫn sạn và vụn vỏ sinh vật, có cấu tạo phân lớp lượn sóng và thấu kính hạt đậu đặc trưng cho môi trường bãi triều

Hình 3.1 Sơ đồ tướng trầm tích khu vực ven biển

3.2.2 Các tướng trầm tích Holocen giữa - muộn (Q 2

Phân bố dọc theo đường bờ từ quận Hải An đến quận Đồ Sơn

Bề dày lớn nhất 10,2 m (HB37), nhỏ nhất 1,5 m (DE17), trung bình

5,01 m Gặp ở tất cả các mặt cắt địa chấn nông phân giải cao Thành phần màu xám, xám nâu ở phía trên, chuyển dần sang xám, xám nhạt phía dưới Tuổi 14C được xác định trong các lỗ khoan: Từ 5740  40 năm Bp (HK9) đến 3420  40 năm Bp (HK139)

3.2.2.2 Tướng bùn cát tiền châu thổ (amdfQ2

2-3

)

Gặp trong hầu hết các lỗ khoan và trong tất cả các mặt cắt địa chấn nông phân giải Bề dày lớn nhất: 11,3 m (SG01), bề dày nhỏ nhất: 2,5 m (ONG03, HK9), trung bình: 5,32 m Thành phần bùn cát xám, xám nâu đôi chỗ xám đen, xen kẹp nhiều dải cát hạt mịn phân lớp mỏng Có cấu trúc phân lớp xiên thoải Tuổi 14C được xác định từ

3440  40 năm BP đến 3990  40 năm BP

2-3

)

Phân bố lộ ra trên bề mặt tại các bãi triều hiện đại và trong các

lỗ khoan Có xu hướng phát triển mạnh về phía Đông Nam khu vực nghiên cứu, bề dày: 0,5 ÷ 6,7 m, trung bình: 2,62 m Thành phần cát hạt mịn xám, xám nâu đến xám nhạt, xen kẹp nhiều dải cát bùn mỏng với các mảnh vỏ sò và vảy mica Có cấu tạo lượn sóng

2-3

)

Phân bố lộ ngay trên bề mặt với phạm vi nhỏ (KT03, TTG01), nằm dọc theo đường 353 từ Cụm công nghiệp Đồ Sơn đi trung tâm quận theo hướng tây bắc - đông nam Bề dày có xu hướng giảm dần

và bị khuyết từ trung tâm quận ra biển, trung bình là 2,25 m Thành phần cát bùn xám, xám nâu, cấu tạo hat đậu

2-3

)

Phân bố phần lớn diện tích trong khu vực nghiên cứu Độ sâu gặp trầm tích: 0,00 ÷ 6,0 m, độ sâu đáy: 1,8 ÷ 10,7 m, bề dày lớn nhất: 7,5 m (HD6), nhỏ nhất: 1,4 m (HB31), trung bình: 3,92 m

2-3

)

Chỉ gặp ở vùng biển ven bờ huyện Tiên Lãng Bề dày lớn nhất: 5,0 m (HD25), nhỏ nhất: 1,0 m (HD18), trung bình: 1,92 m Thành phần cát hạt trung lẫn sạn, màu xám, cấu tạo xiên chéo

2-3

)

Phân bố chủ yếu dọc theo hai bờ sông Văn Úc thuộc ranh giới