Nghiên cứu sự hình thành vỏ phong hóa của đá macma, đá biến chất và tính chất cơ lý của chúng ở khu vực tây nguyên

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BK TP HCM ĐỊ A CHẤ T & DẦ U KHÍ NGUYỄN THANH QUANG NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VỎ PHONG HÓA CỦA ĐÁ MACMA, ĐÁ BIẾN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CHÚNG Ở KHU VỰC TÂY NGUYÊN Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT Mã số ngành: 60.44.68 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 01 tháng 11 năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THANH QUANG Ngày, tháng, năm sinh : Chuyên ngành: 21/02/1981 KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT Phái: Nam Nơi sinh: Tiền Giang MSHV: 01604582 I- TÊN ĐỀ TÀI: « NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VỎ PHONG HÓA CỦA ĐÁ MACMA, ĐÁ BIẾN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CHÚNG Ở KHU VỰC TÂY NGUYÊN » II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nghiên cứu hình thành vỏ phong hóa đá macma đá biến chất khu vực Tây Nguyên tác động yếu tố địa chất, địa mạo, khí hậu Phân tích, thống kê đưa tính chất lý đặc trưng vỏ phong hóa loại đá khu vực Tây Nguyên Nguyên nhân phát triển, tính toán dự báo tai biến địa chất liên quan đến vỏ phong hóa khu vực Tây Nguyên III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN VIỆT KỲ VI CÁN BỘ NHẬN XÉT : TS NGUYỄN MẠNH THỦY VII CÁN BỘ NHẬN XÉT : TS ĐẬU VĂN NGỌ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô thuộc Khoa Kỹ Thuật Địa Chất & Dầu Khí trực tiếp giảng dạy hướng dẫn hoàn thành khóa học Tôi xin cảm ơn Liên Đoàn Bản Đồ Địa Chất Miền Nam, Liên Đoàn Địa Chất Thủy Văn – Địa Chất Công Trình Miền Trung, Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Điện 2, Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Điện giúp đỡ nguồn tài liệu nghiên cứu, học tập để hoàn thành tốt luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS TS Nguyễn Việt Kỳ, tận tình đóng góp, hướng dẫn, giảng dạy hoàn thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Anh Chị bạn khóa góp ý giúp đỡ suốt trình học tập làm luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, xin cảm ơn Cha Mẹ gia đình động viên giúp đỡ suốt thời gian học tập HVTH: NGUYỄN THANH QUANG TÓM TẮT LUẬN VĂN Tây Nguyên vùng đất hầu hết bao phủ lớp vỏ phong hóa dày đồng thời vùng trọng điểm phát triển mạnh công Công nghiệp hóa Hiện đại hóa nước Nhiều công trình mọc lên vỏ phong hóa Vỏ phong hóa nguyên nhân để hình thành phát triển dạng tai biến địa chất Vì thế, với phát triển mạnh khu vực Tây Nguyên nhằm hạn chế thiệt hại nghiêm trọng tai biến địa chất gây cần phải nắm thật vững đặc tính qui luật hình thành lớp vỏ phong hóa khu vực Trong luận văn này, tác giả cố gắng trình bày sở lý luận hình thành vỏ phong hóa, từ giải thích đưa cấu trúc vỏ phong hóa đặc trưng vài khu vực Tây Nguyên Qua đó, tác giả thống kê đưa nét đặc trưng lý vỏ phong hóa số loại đá phổ biến đồng thời kết hợp với phần mềm địa kỹ thuật lập mô hình mô dự báo khả xảy hoạt động động lực công trình liên quan tới cấu trúc vỏ phong hóa ABSTRACT Tay Nguyen highland is covered by a thick weathering crust and is a developing area in the process of industrialization and modernization of the country Many of the constructions here have been built on this area As well – known, the weathering crust is one of the major reasons which cause goelogic catastrophes Thus, to decrease the serious damages in this area, we not only have to know thoroughly the characteristics but also the formations of this weathering crust In this thesis, the author attempts to present the basic of formation and the structures of weathering crust in some areas in Tay Nguyen Then, the author HVTH: NGUYEÃN THANH QUANG analysics and brings out the statistics about physico – mechanical characteristics of the weathering crust on some common rocks And finally, the author uses geotechnical softwares (Geoslope) to evaluate and forecast ability of appearance of geodynamical processes concerned the weathering crust in these areas in Tay Nguyen HVTH: NGUYỄN THANH QUANG MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý 1.2 Đặc điểm địa hình – địa mạo .7 1.3 Đặc điểm khí hậu .10 1.4 Mạng lưới thủy văn 13 1.5 Thổ nhưỡnng sinh vật 14 1.6 Lịch sử nghiên cứu vỏ phong hóa Tây Nguyên 15 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN KHU VỰC TÂY NGUYÊN 20 2.1 Địa tầng 21 2.2 Các thành tạo xâm nhập 27 2.3 Đặc điểm kiến tạo 29 2.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 33 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN SỰ HÌNH THÀNH VỎ PHONG HÓA 37 3.1 Quá trình phong hóa 38 3.1.1 Định nghóa 38 3.1.2 Phân loại 38 3.1.3 Phong hóa hóa học số khoáng vật đá phổ biến 46 3.1.4 Phân đới vỏ phong hoùa 51 3.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phong hóa 53 3.2 Vỏ phong hóa 60 HVTH: NGUYỄN THANH QUANG 3.2.1 Định nghóa 60 3.2.2 Các giai đoạn phong hóa .60 3.2.3 Các loại vỏ phong hóa 61 CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC VỎ PHONG HÓA TRÊN CÁC ĐÁ Ở KHU VỰC TÂY NGUYÊN 63 4.1 Sự hình thành vỏ phong hóa loại đá khu vực Tây Nguyên 64 4.1.1 Giai đoạn 64 4.1.2 Giai đoạn 65 4.1.3 Giai đoạn 68 4.2 Cấu trúc tính chất vỏ phong hóa khu vực Tây Nguyên 70 4.2.1 Vỏ phong hóa đá macma phun trào bazơ (bazan) 70 4.2.1.1 Vỏ phong hóa đá bazan Gia Nghóa tỉnh Đắc Nông 70 4.2.1.2 Vỏ phong hóa đá bazan tỉnh Lâm Đồng 75 4.2.1.3 Kết luận .77 4.2.2 Voû phong hóa đá xâm nhập axit (granit) .80 4.2.2.1 Vỏ phong hóa đá granit Gia Nghóa tỉnh Đắc Nông 80 4.2.2.2 Vỏ phong hóa đá granit tỉnh Lâm Đồng 85 4.2.2.3 Kết luận .87 4.2.3 Vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc 88 CHƯƠNG 5: VAI TRÒ CỦA VỎ PHONG HÓA ĐỐI VỚI CÁC HOẠT ĐỘNG ĐỘNG LỰC CÔNG TRÌNH 92 5.1 Hiện tượng xói ngầm 93 5.1.1 Định nghóa nguyên nhân gây xói ngầm 93 5.1.2 Vai trò phong hóa tượng xói ngầm .94 HVTH: NGUYỄN THANH QUANG 5.1.3 Đánh giá khả xói ngầm đới vỏ phong hóa Tây Nguyên .94 5.1.4 Kết luận 97 5.2 Hiện tượng trượt lở đất .98 5.2.1 Định nghóa nguyên nhân gây trượt lở đất 98 5.2.2 Vai trò phong hóa trượt lở đất…………………………………………… 99 5.2.3 Tính toán ổn định trượt cho kiểu vỏ phong hóa Tây Nguyên 99 5.2.3.1 Mô hình mặt trượt vỏ phong hóa đá bazan 100 5.2.3.2 Mô hình mặt trượt vỏ phong hóa đá granit 107 5.2.3.3 Mô hình mặt trượt vỏ phong hóa đá sừng 114 KẾT LUẬN 119 TÀI LIỆU THAM KHAÛO 121 HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -1 - MỞ ĐẦU HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -2 - Tính cấp thiết đề tài Tây Nguyên vùng đất hầu hết bao phủ lớp vỏ phong hóa dày Trong năm gần đây, Tây Nguyên vùng trọng điểm phát triển mạnh công Công nghiệp hóa Hiện đại hóa nước Nhiều công trình mọc lên vỏ phong hóa Trong tương lai, vùng đất trù phú mọc lên nhiều thành phố trẻ đại bên cạnh khu công nghiệp rộng lớn, đồng thời mạng lưới giao thông vươn tới buôn làng xa xôi, với nhà máy điện Tây Nguyên xây dựng nhằm hòa vào nguồn lượng chung nước, … Với phát triển mạnh mẽ thế, vấn đề đất vỏ phong hóa trở thành đối tượng nghiên cứu nhà địa chất công trình Như biết, giải nhiệm vụ địa chất công trình, việc đánh giá mức độ phong hóa đá có ý nghóa to lớn, mức độ phong hóa cao mức độ bị phá hủy đá cao Nên ý là, trường hợp phá hủy đá hiểu theo nghóa thay đổi trạng thái vật lý chúng, thực tế phong hóa trình phức tạp, phá hủy đá thay đổi thành phần khoáng vật hóa học chúng mà hình thành nên khoáng vật thứ sinh, ổn định đới phong hóa Theo báo cáo Điều tra tai biến địa chất vùng Tây Nguyên Liên đoàn Địa chất thủy văn – Địa chất công trình Miền Trung, hầu hết tai biến địa chất xảy khu vực Tây Nguyên như: nứt đất, sạt – trượt lở đất, … gây thiệt hại không cải vật chất người có nguyên nhân chủ yếu liên quan đến lớp vỏ phong hóa; tượng sạt lở gây ổn định công trình đường Hồ Chí Minh diễn với thiệt hại đe dọa tính kinh tế hiệu đường HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -110 - ™ Tỷ lệ: 1:2 (góc dốc ~ 300) Mô hình: Kết quả: b Vỏ phong hóa granit tỉnh Lâm Đồng Kích thước mặt cắt vỏ phong hóa granit Lâm Đồng thể bảng sau: Bảng 5.8: Kích thước mặt cắt vỏ phong hóa granit Lâm Đồng Góc dốc Chiều cao Chiều dài Chiều dài đỉnh Chiều dài đáy (độ) (m) (m) (m) (m) 1:0,5 60 30 50 15 24 1:1 45 30 50 15 15 1:2 30 30 60 10 10 Tỉ lệ HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -111 - Ta tiến hành lập mô hình mô tính toán dự báo khả trượt với góc dốc thay đổi (gồm: 600, 450, 300) sau: ™ Tỷ lệ: 1:0,5 (góc dốc ~ 600) Mô hình: Kết quả: HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -112 - ™ Tỷ lệ: 1:1 (góc dốc ~ 450) Mô hình: Kết quả: HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -113 - ™ Tỷ lệ: 1:2 (góc dốc ~ 300) Mô hình: Kết quả: Kết luận Qua mô hình ta rút kết luận: Khả xảy tượng trượt lở đất đá vỏ phong hóa granit Tây Nguyên tóm tắt bảng 5.9: Bảng 5.9: Khả xảy tượng trượt lở đất đá vỏ phong hóa granit Tây Nguyên Vỏ phong hóa đá Granit Vị trí Gia Nghóa tỉnh Đắc HVTH: NGUYỄN THANH QUANG Độ dốc Đới có khả Hệ số an toàn (độ) xảy trượt K 60 Đới laterit & sialit kiềm 0,897 -114 - Nông Tỉnh Lâm Đồng 45 Đới laterit & sialit kiềm 1,147 30 Đới laterit & sialit kiềm 1,451 60 Đới laterit 0,689 45 Đới laterit 0,797 30 Đới laterit 1,304 5.2.3.3 Mô hình mặt trượt vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc Các tiêu lý cần thiết để chạy mô hình Geoslope vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc tóm tắt bảng sau: Bảng 5.10: Các tiêu lý vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc Bề dày γ ϕ C (m) (kN/m3) (độ) (kN/m3) Đới laterit 19 22 25 Đới sialit axit 10 19 22 25 Đới sialit kiềm 21 27 14 Đới vỡ vụn 27 37 150 Đới phong hóa Kích thước mặt cắt vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc thể bảng sau: Bảng 5.11: Kích thước mặt cắt vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc Góc dốc Chiều cao Chiều dài Chiều dài đỉnh Chiều dài đáy (độ) (m) (m) (m) (m) 1:0,5 60 30 50 15 24 1:1 45 30 50 15 15 1:2 30 30 60 10 10 Tỉ lệ HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -115 - Ta tiến hành lập mô hình mô tính toán dự báo khả trượt với góc dốc thay đổi (gồm: 600, 450, 300) sau: ™ Tỷ lệ: 1:0,5 (góc dốc ~ 600) Mô hình: Kết quả: HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -116 - ™ Tỷ lệ: 1:1 (góc dốc ~ 450) Mô hình: Kết quả: HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -117 - ™ Tỷ lệ: 1:2 (góc dốc ~ 300) Mô hình: Kết quả: HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -118 - Kết luận Qua mô hình ta rút kết luận: Khả xảy tượng trượt lở đất đá vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc tóm tắt bảng sau: Bảng 5.12: Khả xảy tượng trượt lở đất đá vỏ phong hóa đá sừng tỉnh Đắc Lắc Vỏ phong hóa đá Đá sừng Vị trí Eawy tỉnh Đắc Lắc HVTH: NGUYỄN THANH QUANG Hệ số an Độ dốc Đới có khả (độ) xảy trượt 60 Đới laterit & sialit axit 0,881 45 Đới laterit & sialit axit 1,112 30 Đới laterit & sialit axit 1,806 toàn K -119 - KẾT LUẬN HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -120 - Vỏ phong hóa nguyên nhân để hình thành phát triển dạng tai biến địa chất Một giải pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại tai biến gây thiếu phải bảo vệ hạn chế đến mức thấp việc xâm hại tới trạng thái cảnh quan tự nhiên vỏ phong hóa Do đó, nhằm hạn chế thiệt hại nghiêm trọng tai biến địa chất gây cần phải nắm thật vững đặc tính qui luật hình thành phát triển lớp vỏ phong hóa Đề tài “Nghiên cứu hình thành vỏ phong hóa đá macma, đá biến chất tính chất lý chúng khu vực Tây Nguyên” thực nhằm giải vấn đề Đề tài hoàn thành dựa sở nghiên cứu, thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu có liên quan Đề tài giải nhiệm vụ đặt đạt kết sau: - Trình bày cách đầy đủ sở lý luận hình thành vỏ phong hóa Nêu mối quan hệ yếu tố địa hình địa mạo, đặc điểm khí hậu, … tính chất đá mẹ có ảnh hưởng lớn đến hình thành đới vỏ phong hóa - Giải thích giai đoạn hình thành, đưa cấu trúc mặt cắt vỏ phong hóa loại đá đặc trưng tính chất lý chúng vài tỉnh điển hình thuộc khu vực Tây Nguyên - Nêu lên vai trò vỏ phong hóa hoạt động động lực công trình (như: tượng trượt lở đất, xói ngầm) - Ứng dụng phần mềm địa kỹ thuật, lập mô hình mô tính toán dự báo khả trượt lở đất xói ngầm đới phong hóa mặt cắt HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -121 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Đình Bắc, Địa mạo đại cương, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [2] Những vấn đề Địa chất công trình Tập [3] PTS Đỗ Minh Toàn, Bài giảng Sự hình thành đặc tính địa chất công trình đất, Hà Nội, 1998 [4] TS Huỳnh Thị Minh Hằng, Địa Chất Cơ Sở, trường Đại Học Kỹ Thuật TPHCM [5] TS Phan Thị San Hà, Bài giảng Địa Kỹ Thuật 1, trường Đại Học Kỹ Thuật TPHCM [6] V.Đ Lômtze, Địa chất động lực công trình, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội [7] V.Đ Lômtze, Thạch luận công trình, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội [8] Nguyễn Hữu Sơn, Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học, 1996 [9] Vũ Nhật Tiến, Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Só , 2006 [10] Các tài liệu trình phong hóa mạng Internet Tài Liệu công trình [11] Công ty tư vấn xây dựng Điện 2, Báo Cáo thiết kế chi tiết công trình thủy điện Đại Ninh, 1998 [12] Công ty tư vấn xây dựng Điện 2, Báo Cáo thiết kế kỹ thuật công trình thủy điện Buônkuôp tỉnh Đắc Lắc, 2003 [13] Công ty tư vấn xây dựng Điện 3, Báo Cáo nghiên cứu tiền khả thi công trình thủy điện Đamri tỉnh Lâm Đồng [14] Liên đoàn Địa chất thủy văn – Địa chất công trình Miền Trung, Báo cáo Điều tra Tai Biến Địa Chất vùng Tây Nguyên, 2002 HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -122 - [15] Liên đoàn ĐCTV Miền Nam, Báo cáo Lập đồ ĐCTV – ĐCCT tỷ lệ 1:200.000 vùng Gia Nghóa – Di Linh [16] Liên đoàn ĐCTV Miền Nam, Báo cáo Lập đồ ĐCTV – ĐCCT tỷ lệ 1:200.000 khu vực Pleiku – Buôn Mê Thuộc, 1981 [17] Tạ Văn Tụy, Báo cáo kết khảo sát địa chất công trình vùng khu qui hoạch vị trí đất co quan hành Thị xã Gia Nghóa, Trung tâm khảo sát thiết kế xây dựng Tây Nguyên, 2004 [18] Thủy điện Eawy tỉnh Đắc Lắc, Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi, 2004 HVTH: NGUYỄN THANH QUANG LÍ LỊCH KHOA HỌC Họ Tên: NGUYỄN THANH QUANG Sinh ngày :21 / 02 / 1981 , Nam Ngành học: Kỹ Thuật Địa Chất Chuyên môn: Kỹ Thuật Địa Chất Chức vụ, đơn vị công tác: Học viên cao học khoa Kỹ Thuật Địa Chất Đầu Khí, trường Đại Học Bách Khoa TPHCM I LÍ LỊCH SƠ LUỢC : Nguyên quán: TP.Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang Nơi sinh: tỉnh Tiền Giang Chỗ riêng địa liên lạc: số 389 đường p Bắc phường 5, TP Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang Dân tộc : Kinh _ Tôn giáo: không Ngày vào Đoàn TNCS HCM: 26/03/1996 Ngày vào Đảng CSVN: _ Ngày thức vào Đảng: Sức khỏe : tốt II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC : Chế đđộ học: Chính Quy Thời gian học: Từ 09 /1999 đến 04/2004 Nơi học: trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Ngành học: Kỹ Thuật Địa Chất Dầu Khí Tên đề tài luận văn tốt nghiệp Đại Học: « NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KHOAN NHẰM NÂNG CAO HỆ SỐ THU HỒI DẦU » Ngày nơi bảo vệ tốt nghiệp: tháng 01/2003 Khoa Kỹ Thuật Địa Chất Dầu Khí trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Người hướng dẫn: TS HOÀNG QUỐC KHÁNH KS THÁI VÕ TRANG TRÊN ĐẠI HỌC: Cao học từ: 09/2004 đến 12/2006 tại: trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, nước Việt Nam Tên đề tài luận văn Thạc Só: « NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VỎ PHONG HÓA CỦA ĐÁ MACMA, ĐÁ BIẾN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CHÚNG Ở KHU VỰC TÂY NGUYÊN » Ngày nơi bảo vệ: tháng 12/2006 Khoa Kỹ Thuật Địa Chất Dầu Khí trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, nước Việt Nam Người hướng dẫn: PGS TS NGUYỄN VIỆT KỲ Trình đđộ ngoại ngữ: Anh Văn _ trình ñoä B ... ĐỊA CHẤT Phái: Nam Nơi sinh: Tieàn Giang MSHV: 01604582 I- TÊN ĐỀ TÀI: « NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VỎ PHONG HÓA CỦA ĐÁ MACMA, ĐÁ BIẾN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CHÚNG Ở KHU VỰC TÂY NGUYÊN... hạn vỏ phong hóa loại đá khu vực Tây Nguyên HVTH: NGUYỄN THANH QUANG -4 - ¾ Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu hình thành tính chất lý vỏ phong hóa đá macma đá biến chất Phương pháp nghiên cứu Phương... nghiên cứu ¾ Nghiên cứu hình thành vỏ phong hóa đá macma đá biến chất khu vực Tây Nguyên tác động yếu tố địa chất, địa mạo, khí hậu ¾ Phân tích, thống kê đưa tính chất lý đặc trưng vỏ phong hóa