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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  ĐẶNG NGỌC THÙY 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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Tài liệu sử dụng Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TAI BIẾN ĐỊA CHẤT VÀ NGUYÊN NHÂN, CƠ CHẾ HÌNH THÀNH 10 TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT 10 1.1 Tai biến địa chất liên quan đến vận động lớn Trái đất 10 1.2 Tai biến địa chất liên quan với tai biến khí hậu mơi trƣờng 12 1.3 Tai biến địa chất có tính cục bộ, địa phƣơng 13 1.4 Tai biến lún, nứt sụt đất 13 1.4.1 Nguyên nhân dẫn đến lún, nứt sụt đất 13 1.4.2 Cơ chế lún, nứt sụt đất karst 18 1.4.3 Các tác hại tai biến nứt su ̣t đấ t 19 CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT 20 2.1 Khái quát 20 2.2 Khả ứng dụng phƣơng pháp địa vật lý 20 2.3 Các phƣơng pháp điện điện từ 22 2.3.1 Phương pháp điện trở suất 23 2.3.2 Phương pháp điện từ dùng thiết bị ERA 26 CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM NỨT SỤT ĐẤT Ở HUYỆN THANH BA TRÊN CƠ SỞ GIẢI ĐỐN ĐỊA VẬT LÝ VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHỊNG TRÁNH 28 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy 3.1 Đặc điểm tự nhiên điều kiện địa chất mối liên quan với tượng nứt sụt đất 28 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 28 3.1.2 Đặc điểm địa chất 28 3.1.3 Đặc điểm địa hình – điạ ma ̣o 30 3.1.4 Đặc điểm của các kiến trúc đứt gãy kiến tạo 32 3.1.5 Đặc điểm địa chất thủy văn 32 3.1.5.1 Các tầng chứa nước dưới đất 32 3.1.5.2 Động thái nước dưới đất 32 3.1.6 Đặc điểm địa chất công trình 33 3.1.6.1 Điều kiện ĐCCT 33 3.1.7 Hiện trạng nứt sụt đất 34 3.1.7.1 Nứt sụt đất xã Ninh Dân 35 3.1.7.2 Nứt sụt đấ t tại xã Đồ ng Xuân 36 3.1.7.3 Mối quan hệ các yếu tố địa chất kiến tạo xuất tai biến nứt sụt đất khu vực nghiên cứu 37 3.2 Kết khảo sát địa vật lý 38 3.2.1 Nhiệm vụ phạm vi khảo sát: 38 3.2.2 Công tác đo thử nghiệm để lựa chọn phương pháp quy trình thích hợp: 38 3.2.3 Kết áp dụng phương pháp đo sâu cắt lớp điện trở điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA 40 3.2.3.1 Khu vực xã Ninh Dân 42 3.2.3.2 Khu vực xã Đồ ng Xuân 54 3.3 Luận giải chế, nguyên nhân nứt sụt đất Thanh Ba đề xuất giải pháp phòng tránh 59 3.3.1 Nguyên nhân (yếu tố tự nhiên) 59 3.3.2 Nguyên nhân ngoại sinh 60 3.3.3 Giải pháp phòng tránh nứt, sụt lún đất 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển lún karst Hình 1.2 Quá trình sụt karst Hình 1.3 Mơ hình lún, sập sụt đất vận động nước Hình 2.1 Tính chất dẫn điện (điện trở suất) số loại đá Hình 2.2 Sơ đồ mô tả nguyên lý thực kết áp dụng phương pháp thăm dị điện quy trình 2D để xác định cấu trúc địa chất Hình 2.3 Sơ đồ mô tả phương pháp thiết bị điện từ tần số thấp với điện cực nguồn thu khơng tiếp đất Hình 3.1 Bản đồ địa chất huyện Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ Hình 3.2 Đối sánh kết phương pháp đo địa chấn phương pháp đo sâu cắt lớp điện trở Hình 3.3 Sơ đồ bố trí tuyến diện tích khảo sát địa vật lý địa điểm khu vực xã Ninh Dân Hình 3.4 Kết xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T5đ Hình 3.5 Kết xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T1đ Hình 3.6 Kết xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T8đ Hình 3.7 Chú giải địa chất mặt cắt địa điện Hình 3.8 Bản đồ cấu trúc phân bố đất đá hang karst theo cường độ điện trường Ex thiết bị ERA khu vực nhà thờ Ninh Dân Hình 3.9 Kết xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T10đ Hình 3.10 Thiết đồ lỗ khoan kiểm tra hang karst tuyến T8đ Hình 3.11 Thiết đồ lỗ khoan tuyến T10đ Hình 3.12 Bản đồ phân chia cấu trúc đất đá theo cường độ Ex từ kết đo điện từ thiết bị ERA khu vực nhà văn hóa khu xã Ninh Dân Hình 3.13 Kết xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T3đ khu tái định cư Ninh Dân Hình 3.14 Bản đồ phân chia cấu trúc đất đá theo cường độ Ex từ kết đo điện từ thiết bị ERA khu vực quy hoạch định cư xã Ninh Dân Hình 3.15 Sơ đồ bố trí các tuyế n khảo sát điạ vâ ̣t lý khu vực xã Đờ ng Xn Hình 3.16 Kết xử lý đo sâu điện cắt lớp điện trở Tuyến T6đ Hình 3.17 Kết xử lý đo sâu điện cắt lớp điện trở Tuyến T7đ Hình 3.18 Bản đồ phân chia cấu trúc đất đá theo cường độ Ex từ kết đo điện từ thiết bị ERA khu vực chi nhánh điện Thanh Ba Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Tai biến địa chất dạng thiên tai xảy phổ biến giới Các tai biến lớn liên quan đến hoạt động động đất thƣờng gây thiệt hại nghiêm trọng nên đƣợc trọng đầu tƣ nghiên cứu cách thƣờng xuyên hệ thống trạm quan trắc Ngoài ra, cịn có hàng loạt tai biến quy mơ nhỏ hơn, diễn biến từ từ liên quan đến hoạt động địa chất nhƣng thƣờng diễn nhiều nơi gây thiệt hại không nhỏ, ảnh hƣởng đến đời sống kinh tế xã hội địa phƣơng Đó tƣợng trƣợt lở đất, sụt lún đất, nứt đất…, làm cho nhiều cơng trình nhƣ đƣờng giao thông, cầu cống, nhà cửa, nhà máy…, bị biến dạng hƣ hại, nhiều trƣờng hợp gây thiệt hại tính mạng ngƣời Lãnh thổ nƣớc ta vùng tiếp giáp nhiều đới kiến trúc lớn vỏ Trái đất có tính hoạt động địa chất – kiến tạo mạnh mẽ, thêm vào biến động thời tiết khí hậu phức tạp nên tai biến địa chất thƣờng đa dạng, xuất nhiều nơi từ đồng đến vùng trung du, miền núi Những tai biến địa chất gây thiệt hại đáng kể nhƣ sụt lún karst thôn Tân Hiệp - Quảng Trị (2006), Mỹ Đức – Hà Nội (2011), Thanh Ba - Phú Thọ (2011), lở mỏ quặng Yên Bái (2012), sụt lún đất gần hồ thủy lợi Đắk Long Thƣợng Quảng Nam (Thanh Niên Online 22-11-2012) Ảnh Hố sụt khu dân cƣ New Ziland, tháng 12-2001 (Nguồn: Báo Lao Động, 4-11-2010) Ảnh Hố sụt lún bất thƣờng xã Ninh Dân, Thanh Ba, Phú Thọ, tháng 10-2011 (Nguồn: VietnamNet 23 -10 -2011) Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Tham khảo văn liệu khoa học nhƣ truyền thông cho thấy, dạng tai biến địa chất gây sụt đất có tính phá hủy xuất thƣờng xun nhiều nƣớc giới (ảnh 2) đối tƣợng nghiên cứu nhiều môn khoa học nhiệm vụ nghiên cứu chế, xác định vùng tiềm ẩn nguy cơ, quy luật xuất dạng tai biến khác từ dự báo, đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại chúng gây nên nhu cầu thực tiễn cấp thiết Xuất phát từ yêu cầu khoa học kinh nghiệm trình tham gia giải nhiệm vụ thực tiễn, học viên lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Kế t quả áp dụng địa vật lý phục vụ nghiên cứu đánh giá nguyên nhân , chế nƣ́t su ̣t đấ t ở khu vƣ̣c huyê ̣n Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất giải pháp phòng tránh” Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu chất, ngun nhân, chế hình thành xuất tai biến địa chất gây sụt đất - Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phƣơng pháp để khảo sát đánh giá điều kiện địa chất gây tƣợng sụt đất vùng nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích hợp nhằm xác định đặc điểm yếu tố cấu trúc nứt sụt đất, phát dự báo hang hốc cấu trúc ẩn có nguy gây sụt đất - Đề xuất giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất vùng nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu cấu trúc đá vơi có điều kiện phát triển karst - Phạm vi nghiên cứu: khu vực phân bố đá vôi xã Đồng Xuân, Ninh Dân, Yên Nội, thị trấn Thanh Ba – Tỉnh Phú Thọ Các phƣơng pháp nghiên cứu 1) Các phƣơng pháp nghiên cứu, điều tra khái quát: - Phƣơng pháp điều tra lịch sử trạng nứt sụt đất Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy - Các phƣơng pháp địa chất – kiế n ta ̣o - Các phƣơng pháp điạ chấ t thủy văn – điạ chấ t công trin ̀ h 2) Các phƣơng pháp địa vật lý Nội dung nghiên cứu - Cơ sở khoa học chất, nguyên nhân, điều kiện chế trình lún, nứt sụt đất - Đánh giá điều kiện tự nhiên yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến trình phát triển, phân bố xuất tai biến nứt sụt đất vùng nghiên cứu - Nghiên cứu, lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích hợp, triển khai áp dụng để xác định đặc điểm quy mô phân bố, phát hiện, dự báo cấu trúc tiềm ẩn nguy nứt sụt đất vùng nghiên cứu Tài liệu sử dụng Luận văn dựa tài liệu, báo cáo địa chất, địa vật lý khu vực nhƣ sau: Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học : “Nghiên cƣ́u khoanh vùng dƣ̣ báo su ̣t đấ t ở huyê ̣n Thanh Ba , tỉnh Phú Tho ;̣ đề xuất giải pháp phòng tránh quy hoạch phục vụ phát triển bền vững” , 2009 Lƣu trữ Viện địa chất – Viện khoa học công nghệ Việt Nam Báo cáo: “Điề u tra điạ chấ t thủy văn huyê ̣n Thanh Ba , tỉnh Phú Thọ”, 1998 Lƣu trữ Trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Mỏ Điạ Chấ t Báo cáo: “Điề u tra đánh giá tổ ng hơ ̣p tài nguyên nƣớc tin ̉ h Phú Tho ̣” , 2000 Lƣu trữ Trung tâm điề u tra đánh giá tài nguyên nƣớc Báo cáo: “Điều tra, khảo sát đánh giá trạng điều kiện địa chất dự báo tai biến địa chất vùng Ninh Dân khu vực lân cận địa bàn huyện Thanh Ba”, 2012 Lƣu trữ Liên đoàn Quy Hoạch Điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc Báo cáo : “Đo vẽ bản đồ điạ chấ t và điề u tra khoáng sản nhóm tờ Thanh Ba – Phú Thọ, tỷ lệ 1/50.000”, năm 2000 Lƣu trữ Liên đoàn Điạ chấ t Tây Bắ c , Cục Địa Chấ t và Khoáng sản Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn - Luận giải sở khoa học chất, nguyên nhân, chế gây nứt sụt đất khu vực Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ nhƣ ví dụ điển hình tai biến nứt sụt đất Việt Nam - Lựa chọn tổ hợp phƣơng pháp hợp lý để khảo sát đánh giá trạng phân vùng dự báo khu vực tiềm ẩn có nguy sụt lún cao, đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại tai biến gây vùng nghiên cứu Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, Luận văn đƣợc trình bày thành ba chƣơng: Chương 1: Tai biến địa chất nguyên nhân, 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 huyện Thanh Ba sở giải đoán địa vật lý giải pháp phịng tránh Luận văn đƣợc hồn thành chƣơng trình thực khóa cao học 20092011 học viên khoa Địa chất - trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội dƣới hƣớng dẫn TS-NCVCC Đoàn Văn Tuyến (Phòng Địa Vật lý – Viện Địa chất – Viện Khoa học 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 Công nghệ Việt Nam, Liên đoàn Quy hoạch điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc giúp đỡ tạo điều kiện để học viên hoàn thành luận văn Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy CHƢƠNG TAI BIẾN ĐỊA CHẤT VÀ NGUYÊN NHÂN, CƠ CHẾ HÌNH THÀNH TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT Nứt sụt đất dạng tai biến địa chất xảy phổ biến giới nhiều vùng lãnh thổ nƣớc ta Quá trình hình thành xuất tai biến gắn liền với vận động địa chất, kiến tạo lòng đất (yếu tố nội sinh), thay đổi điều kiện khí hậu, khí tƣợng, thảm thực vật,…và nhiều trƣờng hợp tác động hoạt động sản xuất (yếu tố ngoại sinh) Để xác định đƣợc nguyên nhân, chế xuất hiện, đặc biệt phát dự báo vùng tiềm ẩn nguy tƣợng nứt sụt đất nhiệm vụ khó khăn địi hỏi phải có hiểu biết kiến thức nhiều lĩnh vực khoa học nhƣ tiến hành khảo sát công cụ thiết bị chuyên dụng 1.1 Tai biến địa chất liên quan đến vận động lớn Trái đất [Nguồn:Cục địa chất Hoa Kỳ] Các tai biến địa chất có cƣờng độ phá hủy lớn phạm vi ảnh hƣởng rộng thƣờng liên quan đến cấu trúc địa chất vận động kiến tạo sâu vỏ Trái đất: động đất, sóng thần, núi lửa Phầ n lớn đô ̣ng đấ t có quan ̣ nguồ n gố c với các ranh giới mảng (dọc đới hút chìm, sống núi đại dƣơng , đứt gãy chuyển dạng ) dọc đứt gãy sâu phân chia nô ̣i mảng Núi lửa tập trung chủ yếu rìa mảng thạch quyển, chỗ mảng tách dọc sống núi đại dƣơng, chỗ mảng hội tụ Sóng thần sinh số nguyên nhân sau: động đất với cƣờng độ lớn (thông thƣờng >7,5 độ richter); hoạt động núi lửa; trƣợt lở đất với khối lƣợng lớn dƣới đáy biển Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 10 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Sóng thần chứa lƣợng cực lớn, lan truyền với tốc độ cao vƣợt khoảng cách lớn qua đại dƣơng mà lƣợng Ảnh 3.Phá hủy động đất xảy Ảnh 4.Núi lửa Merapi phun trào ngày Haiti năm 2010 20/3/2011 Indonesia (Nguồn: Tuoitre.vn) (Nguồn: Vietnamplus.vn) Trận sóng thần ngày 26/12/2004 quốc gia Đơng nam Nam giết hại khoảng 230.000 ngƣời (gồm 168.000 ngƣời riêng Indonesia) Ảnh Sóng thần xảy phía đơng bắc Nhật Bản năm 2011 (Nguồn: Dantri.com.vn) Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 11 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Hình 3.13 Kết xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T3đ khu tái định cƣ Ninh Dân (Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam)  Kết đo điện trường Ex: Bản đồ phân bố cấu trúc đất đá phạm vi khảo sát theo cƣờng độ điện trƣờng Ex cho thấy lớp sét xen kẹp đá vơi nứt nẻ có dạng rãnh xẻ hình thái karst khu vực này, rìa dƣới (phía nam) khu vực khảo sát quan sát đƣợc phễu karst chƣa bị vùi lấp, nơi thu nƣớc mặt dẫn vào rãnh karst ngầm Theo kết quan sát địa chất thủy văn số giếng xung quanh khu vực khảo sát cho thấy động thái nƣớc ngầm thay đổi mạnh theo mùa có hƣớng chảy phía bắc, rãnh karst kết địa vật lý thông tin thị yếu tố chi phối chuyển động nƣớc ngầm Kết địa vật lý cho phép dự báo vùng có nguy sụt, đồng thời cho thơng tin khả khai thác nƣớc karst cho sinh hoạt quy mơ nhỏ gia đình Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 53 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Thùy Đặng Ngọc Hình 3.14 Bản đồ phân chia cấu trúc đất đá theo cƣờng độ Ex từ kết đo điện từ thiết bị ERA khu vực quy hoạch định cƣ xã Ninh Dân (Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam) 3.2.3.2 Khu vực xã Đồ ng Xuân 54 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Hình 3.15 Sơ đồ bố trí tuyế n khảo sát điạ vâ ̣t lý khu vƣ̣c xã Đồng Xuân (Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Cơng nghệ Việt Nam) Tại góc sân nhà chi nhánh điện Thanh Ba – Nhà máy rƣợu Đồng Xuân xuất hố sụt lớn làm sập góc nhà xây kiên cố (xem ảnh bên dƣới) số vết nứt kéo dài cắt qua tƣờng rào phía sau nhà chi nhánh điện Đã thực tuyến cắt lớp điện trở: T6đ T7đ Các hố sụt nứt đất vào khoảng đầu tuyến 7đ Vì hố sụt nằm sát với đƣờng quốc lộ có nhà kiên cố xây kín nên khơng có điều kiện thực đƣợc cắt lớp điện trở hố sụt Kết phân tích tài liệu đo điện trở (hình 3.16; hình 3.17)cho thấy địa chất có cấu trúc xung yếu, sụt sâu mặt đá vơi khu vực nhà Chi nhánh điện (đầu tuyến T7đ) Bề mặt đá vơi nhơ cao phía nhà Chi nhánh điện (5-7m dƣới tuyến T7đ) chìm sâu phía Nhà máy rƣợu Đồng Xuân (12 15m dƣới tuyến 6đ) Lớp phủ bên đá vôi gồm lớp: 1) lớp gần mặt đất thể tính chất sét bùn, cát chảy (điện trở suất tƣơng đối thấp) Chiều dày lớp không ổn định: đầu tuyến 7đ (phía nhà chi nhánh điện) chiều dày nhỏ nhiều so với tuyến 6đ (phía NM rƣợu Đồng Xuân); 2) lớp dƣới nằm kề đá vôi thể tính chất sét, sét pha (điện trở suất tƣơng đối cao) Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 55 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Thùy Đặng Ngọc Ảnh 15 Hiện tƣợng sụt đất phá hủy nhà xây kiên cố thị trấn Thanh Ba Cạnh chi nhánh điện Thanh Ba cũ (ảnh tác gi ghi thỏng 12 -2006) Chú giải mặt cắt địa chÊn ®Êt sÐt, sÐt pha, ®Êt trång bë rêi Tèc độ truyền sóng địa chấn km/s cát bột kết, đá phong hóa, đá nứt nẻ mạnh Các loại đá phong hóa: phần đá cổ Ar, T3, N, đá vôi khối T2 Chú giải mặt cắt địa điện đất trång bë rêi ®Êt sÐt, sÐt pha ®Ư Tø, Èm điện trở suất Ohm.m Các loại đá phong hóa: phần đá cổ Ar, T3, N, Cát bột kết N, T3, đất sét, sét pha, vật liệu khô lấp hang hốc karst hở đá phong hóa: phần đá cổ Ar đá vôi T2 nứt nẻ mạnh, hang hốc đá vôi khối T2 hang hốc ngầm đá vôi (dự báo) hang hốc hở đá vôi ch-a bÞ lÊp Hình 3.16 Kết xử lý đo sâu điện cắt lớp điện trở Tuyến T6đ (Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam) 56 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Hình 3.17 Kết xử lý đo sâu điện cắt lớp điện trở Tuyến T7đ (Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Cơng nghệ Việt Nam) Phân tích đặc trƣng đất đá theo tài liệu địa vật lý thông tin địa chất cho phép đƣa số nhận xét sau: Nền đá gốc – đá vơi bị sụt lún hay bị bóc mịn mạnh đƣợc lấp đầy trầm tích trẻ bở rời Đệ Tứ có tính chất lý yếu, đặc biệt lớp cát chảy Trên thực địa dọc tuyến đo gặp vũng bùn lầy sâu nhƣ hốc thể mặt cắt địa vật lý Chính vật chất gắn kết yếu dễ bị lơi dịng chảy ngầm nhƣ mặt gây ổn định cho đất Vì vậy, tƣợng hố sụt nứt nẻ gần nhà Chi nhánh điện Thanh Ba sụt lún, phá hủy, lôi lớp sét pha, lớp cát chảy xuống hang đá vôi bên dƣới Diện phân bố đới xung yếu thể kết đo vẽ thiết bị điện từ Đã tiến hành đo điện từ diện Ở tỷ lệ lớn kết điện từ (hình 3.18) cho thơng tin chi tiết lớp đất đá phạm vi nhà Chi nhánh điện Thanh Ba đất sụt gây phá hủy nặng nhà kiên cố Trong phạm vi đo vẽ, đất thể Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 57 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Thùy Đặng Ngọc vùng rõ rệt: Phía bắc phía nam khu nhà Chi nhánh điện Than Ba cũ thể lớp sét cứng vật liệu cứng có lẽ sét đá cục Phía bắc có bề mặt khối đá vơi phân bố nông, gần lộ mặt Vùng bao gồm diện tích nhà Chi nhánh điện Thanh Ba cũ nhà bị phá hủy đặc trƣng lớp sét bùn có tính lý yếu Diện phân bố lớp sét có xu hƣớng mở rộng phía đơng có địa hình trũng thấp mặt dƣới sâu hƣớng dịng chảy ngm sui CHú GIảI Ký hiệu đặc điểm cấu trúc đất đá Sét bùn, sét pha dẻo chảy Cát pha sét dẻo chảy Sét, sét pha dẻo cứng đất đá san lấp: Sét khô cứng lẫn đá cục đất đá san lấp: đá cục lẫn sét Chiều dòng chảy n-ớc d-ới đất Nhà sụt LK n-ớc Nhà Chi nhánh điện Thanh Ba Hỡnh 3.18 Bn phõn chia cấu trúc đất đá theo cƣờng độ Ex từ kết đo điện từ thiết bị ERA khu vực chi nhánh điện Thanh Ba (Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam) Bản thân cấu trúc có lẽ dịng chảy cổ bị vùi lấp Sự thay đổi mực nƣớc ngầm theo mùa hay khai thác tạo thiếu hụt tầng sét bùn, cát chảy làm biến dạng lớp sét cứng bề mặt Ở nơi lớp sét cứng mỏng xảy lún có tải trọng lớn mức gây sụt Ngôi nhà kiên cố bị nứt sụt nằm vị trí có yếu tố xung yếu Ở rìa phía đơng diện tích khảo sát, nơi tiếp giáp cấu trúc 58 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy sét bùn với cấu trúc sét, cát pha xuất vết nứt biểu sụt tƣờng rào gạch khu nhà Chi nhánh điện Thanh Ba cũ Cấu trúc sét bùn tiếp tục phát triển phía tây ngơi nhà sụt cần đƣợc quan tâm cảnh báo có biện pháp kỹ thuật cần thiết xây dựng cơng trình có tải trọng lớn 3.3 Luận giải chế, nguyên nhân nứt sụt đất Thanh Ba đề xuất giải pháp phòng tránh 3.3.1 Nguyên nhân (yếu tố tự nhiên) Phân tích kết hợp với kết khảo sát địa chất, địa chất thủy văn yếu tố tự nhiên khác thực địa giải thích ngun nhân chế xuất hố sụt nhƣ sau: Nguyên nhân xuất sụt đất khu vực địa hình thấp trùng phẳng ven đồi, nơi chịu tác động mạnh dòng chảy mặt nƣớc mƣa, đặc biệt vào mùa lũ, mặt khác địa chất khu vực có đá vơi Cacbonat phân bố rộng, nằm chìm dƣới mặt đất chịu ảnh hƣởng trực tiếp đứt gãy cấu tạo có phƣơng Tây Bắc – Đơng Nam Hoạt động đứt gẫy tạo cho tầng đá vôi bị dập vỡ mạnh điều kiện thuận lợi cho q trình phong hóa hóa học phát triển hình thành nhiều hang karst ngầm dƣới mặt đất Quá trình vận động nƣớc thấm từ xuống, vận động theo phƣơng nằm ngang, dẫn đến rửa trôi, xói mịn, bóc mịn vật liệu theo thời gian khe nứt mở rộng dần đá vôi bên vách khe nứt tiếp tục bị hòa tan Các khoảng rỗng lớp đá tăng dần kích thƣớc bắt đầu phát triển hệ thống nƣớc ngầm, cho nhiều nƣớc qua làm tăng tốc độ hình thành khe nứt Khi mực nƣớc dƣới đất bị hạ thấp, nƣớc mƣa ngấm xuống khe nứt mang theo vật chất lớp phủ Đệ tứ (chủ yếu đất thuộc nhóm đất loại sét, sét pha), hang bị bào mịn đến mức độ chống đỡ đƣợc trọng lƣợng lớp đất đá bở rời hệ Đệ Tứ nằm bên tƣợng sụt lún đất diễn Các yếu tố khác nhƣ vận động nƣớc dƣới đất thúc đẩy trình rửa lũa, hịa tan đá vơi, tƣợng mƣa, lũ có tác động định đến việc sụt lún, nứt đất nơi có hang ngầm xung yếu Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 59 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Thùy Đặng Ngọc Tài liệu địa vật lý khu vực khảo sát cho phép nhận biết đặc điểm cấu trúc phân bố vùng đá vôi nứt nẻ, phát triển hang hốc karst Phân tích hình thái cấu trúc đá nứt nẻ, dấu vết hang hốc lộ bị vùi lấp, diện phân bố chúng theo kết địa vật lý kết khảo sát địa chất, địa chất thủy văn,… cho phép luận giải sở khoa học, nguyên nhân, chế, dự báo vùng nguy 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 khai thác đá vôi Do mỏ đá vôi đƣợc mở rộng chiều ngang lẫn chiều sâu, độ sâu moong khai thác khoảng 20 – 25m so với mức xâm thực địa phƣơng nên phải bơm hút tháo khô nƣớc moong khai thác bơm công suất lớn làm phần hạ thấp mực nƣớc ngầm khu vực; việc khoan nổ mìn hàng ngày vận chuyển nguyên liệu đá hàng ngày gây chấn động nên phần gây ảnh hƣởng, đẩy nhanh trình sụt lún, nứt đất khu vực + Các tác nhân khác: Bên cạnh nguyên nhân khác khai thác mỏ gây hoạt động tân kiến tạo trái đất, phủ nhận ảnh hƣởng số hoạt động nhân sinh có liên quan đến sụt lún đất tác động làm thay đổi tải trọng mặt đất nơi tồn hang, phễu karst ngầm; tác động gây rung động nhƣ việc vận chuyển hàng hóa phƣơng tiện giao thơng, việc nổ mìn với mục đích khác nhau; việc đào bới khai thác khống sản; việc xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện hồ chứa làm tăng lƣợng nƣớc ngấm xuống dƣới, thúc đẩy q trình xói ngầm; việc khai thác nƣớc dƣới đất với công suất lớn làm mực nƣớc dƣới đất bị hạ thấp làm tăng gradien dịng ngầm, thúc đẩy q trình xói ngầm, cát chảy, làm thay đổi cân tĩnh hang karst có liên quan đến tƣợng sụt lún đất 3.3.3 Giải pháp phòng tránh nứt, sụt lún đất Trong phòng tránh tai biến nứt sụt đất, đề phòng tai biến giải pháp cần thiết để làm sở áp dụng biện pháp nhằm ngăn ngừa tai biến xuất 60 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Đề phòng tai biến bao gồm nhận biết dấu hiệu liên quan thời điểm có khả xuất tai biến Nhƣ nêu, nguyên nhân sụt lún đất khu vực nghiên cứu chủ yếu tiềm ẩn hang hốc karst, phễu karst ngầm đá vôi, tồn lớp đất loại cát (cát, sạn, sỏi, cuội) phân bố bề mặt đá vơi có vai trị quan trọng tƣợng sụt lún đất Khi có hang hốc, phễu karst ngầm, dƣới tác động vận động nƣớc dƣới đất, nƣớc mƣa thấm qua lớp phủ Đệ tứ, tác động hoạt động nhân sinh gây tƣợng sụt lún đất Sự tồn hang hốc karst, phễu karst ngầm đá vơi hồn tồn tự nhiên, cấu trúc địa chất, ảnh hƣởng hoạt động tân kiến tạo lóng đất Có thể nói, điều kiện nay, ngƣời chƣa thể làm thay đổi đƣợc tồn dƣới đất Nhƣ vậy, giải pháp để hạn chế, giảm thiểu tƣợng sụt lún đất cần tập trung phân tích nguyên nhân hoạt động ngƣời tác động vào tự nhiên, thúc đẩy trình liên quan đến sụt lún đất, để đề xuất giải pháp hữu hiệu, hạn chế tác nhân có tác động đến q trình sụt lún đất, giảm thiểu thiệt hại ngƣời tài sản Để phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại sụt lún đất gây nên cần nhận biết số dấu hiệu liên quan đến đến cố nứt sụt đất dƣới đây: - Mặt đất có dấu hiệu lún nứt tạo nên hố trịn hình van hở khơng hở hang hốc ngầm nằm phía dƣới - Lún nứt cơng trình xây dựng (xé tƣờng, sân nhà, vƣờn) - Xuất hiện tƣợng cối bị nghiêng, mảng thực vật cỏ nhiên bị héo nƣớc - Hồ ao, ruộng nƣớc bị nƣớc đột ngột từ từ mà trƣớc không xảy - Giếng khơi bị nƣớc tự nhiên xuất nƣớc đục - Phát tiếng dòng chảy dƣới lòng đất - Các hố sụt tái diễn sau đƣợc san lấp Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 61 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Thùy Đặng Ngọc Thời điểm xuất sụt lún đất khó xác định đƣợc xác, cần lƣu tâm khoảng thời gian liên quan đến số hoạt động tự nhiên thƣờng ngày ngƣời: - Sau thời gian hạn hán mƣa lớn kéo dài, biên độ dao động nƣớc ngầm có thay đổi lớn - Trong trình khai thác nƣớc ngầm gây hạ thấp đột ngột mực nƣớc ngầm khu vực - Trong q trình thi cơng sau đƣa vào sử dụng ao nuôi trồng thuỷ sản, kênh mƣơng dẫn nƣớc nơi có lớp phủ trầm tích mỏng dƣới đá vơi dập vỡ - Trong trình nổ mìn phá đá, vận chuyển nguyên liệu xe tải nặng làm chấn động áp lực lớn bề mặt đất + Giải pháp cơng trình 1) Hạn chế khơng nên xây dựng cơng trình, nhà phạm vi phân bố hang phễu karst, đới đá vôi dập vỡ, nứt nẻ mạnh Khi triển khai xây dựng cơng trình giao thơng, cơng trình cơng nghiệp, cơng trình dân dụng khu vực cụ thể, bắt buộc phải khảo sát Địa chất cơng trình theo giai đoạn cụ thể để tính tốn móng 2) Mở rộng khai thác mỏ đá Ninh Dân phía tây bắc song song với tỉnh lộ TL311, không tiếp giáp với đƣờng tỉnh lộ TL311 nơi dễ xảy nứt, sụt đất không phù hợp để quy hoạch dân cƣ cách xa nhà dân từ 500 trở lên Trên dải đất lƣu không nên trồng hàng xanh để hạn chế tác động tiến hành nổ mìn phá đá; 3) Mở rộng khai thác mỏ đá Thanh Ba phía tây bắc nơi có tiềm ẩn hang karst có nguy nứt, sụt lún đất không phù hợp để phát triển khu dân cƣ 4) Không xây dựng hồ chứa nƣớc khu vực phân bố đá vơi có hang hốc karst ngầm; 5) Không nên khai thác nƣớc dƣới đất với quy mô vừa lớn, cần thiết phải điều tra, đánh giá chi tiết để có thiết kế hợp lý; 62 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy 6) Hạn chế việc đào bới đất với mục đích khác nhau, việc đào bới sâu để khai thác khoáng sản, tƣợng phổ biến nay; 7) Hạn chế việc nổ mìn gây chấn động mạnh, tác động đến lòng đất; 8) Biện pháp khắc phục tốt bơm trám xi măng lấp đầy hang hốc karst, kẽ nứt đá vôi Tuy nhiên biện pháp khó thực tốn 9) Xây dựng mốc giới cảnh báo vùng có nguy sụt, lún đất + Giải pháp quản lý - Rà soát quy quy hoạch đƣợc phê duyệt vùng, đặc biệt cần rà soát, điều chỉnh quy hoạch thị trấn Thanh Ba đến năm 2020 cho phù hợp với điều kiện địa chất cơng trình - Các quan thẩm quyền cần xây dựng quy chế quản lý giám sát dự án phát triển thuộc lĩnh vực xây dựng, thiết không cấp phép cho dự án xây dựng cơng trình cơng nghiệp, phát triển khu dân cƣ khu vực đƣợc xác định có nguy nứt sụt đất cao đƣợc nghiên cứu xác định - 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 quy định để mặt bảo đảm an tồn tuyệt đối q trình khai thác nguyên liệu đá vôi, mặt khác không gây tác động xấu đến môi trƣờng dân sinh xã hội - Tổ chức kiểm tra, giám sát trạng khai thác sử dụng tài nguyên nƣớc dƣới đất xử lý vi phạm cơng trình khai thác nƣớc quy mơ lớn chƣa có hồ sơ cấp phép khai thác nhằm phòng tránh nguy sụt lún đất hạ thấp mực nƣớc ngầm + Giải pháp tuyên truyền giáo dục - Chính quyền địa phƣơng cần có biện pháp tuyên truyền để ngƣời dân hiểu rõ đƣợc tƣợng sụt lún đất, nguyên nhân, chế sụt lún đất tác hại chúng, từ ngƣời tự giác tuân thủ quy định đề để giảm thiểu thiệt hại ngƣời tài sản trƣờng hợp cần thiết việc di dời định cƣ đến nơi có nguy sụt đất theo quy hoạch Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 63 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Thùy Đặng Ngọc - Cảnh báo đến hộ dân khả xuất sụt đất bất ngờ để ngƣời dân cảnh giác; không xây dựng công trình nhà ở, khu vui chơi, khơng chăn thả gia súc khu vực nguy hiểm - Mặc dù làm việc khu vực có hang phễu karst ngầm, dễ xảy sụt đất mạo hiểm, nhƣng để tồn tại, ngƣời vùng sụt lún phải cấy trồng ruộng Tuy vậy, trƣớc sau ngày có mƣa to, có lũ cần cảnh báo ngƣời dân khơng nên làm việc khu vực - Cần cắm biển cảnh báo vùng có nguy nứt, sụt lún đất theo mức độ để khuyến cáo với nhân dân hạn chế làm việc khoảnh đó, sau trận mƣa khơng nên có mặt khoảnh 64 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đã lựa chọn áp dụng tổ hợp phƣơng pháp địa vật lý đo cắt lớp điện trở đo điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA cơng cụ thích hợp cho phép nghiên cứu chi tiết cấu trúc địa chất theo dõi đối tƣợng tai biến địa chất theo chiều sâu nhƣ diện vùng trọng điểm huyện Thanh Ba đáp ứng yêu cầu giải tốt nhiệm vụ đề án Tài liệu nhận đƣợc từ kết khảo sát địa vật lý cung cấp liệu vị trí phân bố, hình dạng hang hốc karst ngầm vùi lấp nhƣ dự báo vị trí hang hốc chƣa xuất lộ Dựa kết địa vật lý nhận đƣợc có sở giải thích ngun nhân, chế xuất tai biến địa chất vùng nghiên cứu Hiện tƣợng nứt sụt đất xuất hệ trình hoạt động karst vỉa đá vôi Hiện tƣợng xảy khứ, dấu vết thể dạng hang hốc, rãnh, phễu đƣợc lấp đầy đất sét Mật độ hang hốc karst tập trung cao khu vực xã Ninh Dân, đặc biệt dọc đƣờng nhựa phía nhà thờ Ninh Dân, nơi có nhiều nhà cần đƣợc cảnh báo có biện pháp phịng tránh Nguyên nhân sụt đất gây phá hủy nhà kiên cố sát Chi nhánh điện Thanh Ba cấu trúc sụt sâu mặt đá vôi làm cho lớp cát chảy lớp Đệ Tứ gây lún, sụt lớp sét pha mặt Tài liệu địa vật lý xác định đƣợc vùng phân bố cấu trúc sét yếu cần đƣợc phổ biến đến nhân dân địa phƣơng để có biện pháp kỹ thuật cần thiết xây dựng cơng trình Hiện tƣợng nứt sụt đất trình hoạt động địa chất xảy thƣờng xuyên lâu dài Hiện có đủ hiểu biết khoa học phƣơng tiện để theo dõi cảnh báo đề xuất giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại chúng gây Hạn chế xây dựng cơng trình kiên cố, cao tầng vùng có nguy sụt lún liên quan đến hoạt động Karst Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 65 Khoa Địa Chất Luận văn thạc sĩ khoa học Thùy Đặng Ngọc TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Trọng Huệ, Đoàn Văn Tuyến, nnk.,2006 Nghiên cứu nguyên nhân, chế xuất dự báo vùng tiềm ẩn sụt đất thôn Tân Hiệp – Tỉnh Quảng Trị, Tuyển tập cơng trình Khoa học ĐHQGHN, KHTN&CN, TXXII, Số 2A PT, trang 1-10 Đoàn Văn Tuyến, Vũ cao Minh , 2008 Tai biến sụt lún karst số kết nghiên cứu dự báo phân vùng nguy hiểm, Tuyển tập cơng trình hội nghị KH toàn quốc tai biến Địa chất giải pháp, Hà Nội 2008, trang 153-162 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 karst Việt Nam giải pháp phòng tránh) Proceeding of the Inter Simposium Hanoi Geoengineering 2010, Hanoi 22-23 Nov 2010, p.267 -274 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu khoanh vùng dự báo sụt đất huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất giải pháp phòng tránh quy hoạch phục vụ phát triển bền vững”, Viện Địa Chất – Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, năm 2009 Báo cáo “Điều tra, khảo sát đánh giá trạng điều kiện địa chất dự báo tai biến địa chất vùng Ninh Dân khu vực lân cận địa bàn huyện Thanh Ba”, Bộ tài nguyên môi trƣờng - Liên đoàn quy hoạch điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc, năm 2012 Báo cáo “Địa chất huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ (tỷ lệ 1/25000)”, Sở TN&MT Phú Thọ, năm 2005 Báo cáo “Điều tra, đánh giá tổng hợp tài nguyên nước tỉnh Phú thọ”, Trung tâm điều tra đánh giá tài nguyên nƣớc, năm 2000 Báo cáo “Đo vẽ đồ địa chất điều tra khoáng sản nhóm tờ Thanh ba-Phú Thọ”, Liên đoàn địa chất tây bắc – Cục địa chất khoáng sản, năm 2000 Tiếng Anh 66 Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Ngọc Thùy Osipov V I., Choig S K., 2002 Sự nguy hiểm từ 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 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 67 Khoa Địa Chất ... biến địa chất nguyên nhân, 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 huyện Thanh Ba sở giải đoán địa vật lý giải. .. điện trở suất 23 2.3.2 Phương pháp điện từ dùng thiết bị ERA 26 CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM NỨT SỤT ĐẤT Ở HUYỆN THANH BA TRÊN CƠ SỞ GIẢI ĐOÁN ĐỊA VẬT LÝ VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH... biến địa chất gây sụt đất - Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phƣơng pháp để khảo sát đánh giá điều kiện địa chất gây tƣợng sụt đất vùng nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích hợp