Nghiên cứu các yếu tố địa chất và một số tai biến địa chất trên tuyến đê hữu hồng từ k20 đến k36 thuộc địa bàn thị xã sơn tây và huyện phúc thọ hà tây

Xuất phát từ thực tế trên, việc đặt vấn đề nghiên cứu một cách toàn diện về các điều kiện địa chất, môi trường và những tác động của chính con người và các loài sinh vật khác đối với đê

đào văn h−ng

Nghiên cứu các yếu tố địa chất và một số tai biến địa chất trên tuyến đê hữu hồng từ k20 đến k36 thuộc địa bàn thị

x$ sơn tây và huyện phúc thọ x$ sơn tây và huyện phúc thọ –––– hà tây hà tây hà tây

Luận văn thạc sĩ địa chất

Hà Nội -2007

đào văn h−ng

Nghiên cứu các yếu tố địa chất và một số tai biến địa chất

trên tuyến đê hữu hồng từ k20 đến k36 thuộc địa

trên tuyến đê hữu hồng từ k20 đến k36 thuộc địa bàn thị bàn thị

x$ sơn tây và huyện phúc thọ x$ sơn tây và huyện phúc thọ –––– hà tây hà tây hà tây

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo

T¸c gi¶ luËn v¨n

§µo V¨n H−ng

Bảng 3.1 Kết quả phân tích mẫu cơ lý 64 Bảng 3.3 Kết quả phân tích mẫu thạch học 66 Bảng 3.4 Kết quả phân tích mẫu độ hạt 68

Hình 1.1 Khảo sát tại thực địa 14

Hình 2.1 Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu 33

Hình 2.2 Cột địa tầng tổng hợp tại xE Sen Chiểu 34

Hình 2.3 Cột địa tầng lỗ khoan tại Đoài Thôn 35

Hình 2.4 Cột địa tầng lỗ khoan tại Phương Độ 36

Hình 2.5 Sơ đồ phân bố đới đứt gEy sông Hồng 41

Hình 2.6 Sơ đồ dòng chảy sông Hồng và tai biến địa chất trên tuyến đê nghiên cứu 56

Hình 3.1 REnh sụt lún, sạt lở tại bờ sông K32 + 100 58

Hình 3.2 Các hố sụt trên cơ đê phía sông tại K33+150 63

Hình 3.3 Điểm sạt lở tại bến than Sen Chiểu 71

Hình 3.4 Thiết bị điện đa cực Super Sting 76

Hình 3.5 Tuyến khảo sát từ K33+100 đến K33+225 77

Hình 3.6 Tuyến khảo sát từ K32+200 đến K32+325 77

Hình 3.7 Tuyến khảo sát từ K26 + 200 đến K26+317 78

Hình 3.8 Kết quả khảo sát tuyến từ K33+100 đến K33+225 78

Hình 3.9 Kết quả khảo sát tuyến từ K32+200 đến K32+325 79

Hình 3.10 Kết quả khảo sát tuyến từ K26+200 đến K26+317 79

Hình 3.11 Thiết bị Ra đa đất SIR-10B 81

Hình 3.12 Tuyến khảo sát từ K33+450 đến K33+455 81

Hình 3.13 Tuyến khảo sát từ K31+200 đến K31+205 82

Hình 3.14 Kết quả khảo sát tuyến từ K33+450 đến K33+455 82

Hình 3.15 Kết quả khảo sát tuyến từ K31+200 đến K31+205 83

Hình 4.1 Vết sụt lún dọc thân đê tại K33 + 150 84

Hình 4.2 Các giếng giảm áp khắc phục sự cố tại thôn Linh Chiểu 87

Hình 4.3 Giải pháp giếng giảm áp vẫn cần duy trì 91

Mục lục

Danh mục bảng biểu

Danh mục các hình vẽ

Mở đầu 1

Chương 1- Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu địa chất, Tai biến địachất ở đê Hà Tây và các phương pháp nghiên cứu 6

1.1 Một số đặc điểm về vùng nghiên cứu 6

1.1.1 Điều kiện tự nhên 6

1.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 6

1.2 Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu địa chất, tai biến địa chất ở các tuyến đê tỉnh Hà Tây 8

1.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 11

1.3.1 Phương pháp luận 11

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 13

Chương 2- Đặc điểm địa chất của khu vực nghiên cứu 20

2.1 Địa tầng 20

2.1.1 Giới Protezozoi - Phần dưới 20

2.1.2 Giới Mezozoi (MZ) 21

2.1.3 Giới Kainozoi (KZ) 21

2.2 Kiến tạo 37

2.2.1 Phân chia các tầng kiến trúc 37

2.2.2 Các đứt gãy kiến tạo 39

2.2.3 Một số vấn đề về hoạt động kiến tạo hiện đại 45

2.3 Đặc điểm địa mạo khu vực nghiên cứu 47

2.3.1 Địa hình bóc mòn - xâm thực 47

2.3.2 Địa hình tích tụ 47

2.4 Một số đặc điểm địa chất thuỷ văn và địa chất công trình 49

2.4.1 Một số đặc điểm địa chất thuỷ văn và dòng chảy 49

2.4.2 Đặc điểm địa chất công trình và cấu trúc địa chất lòng sông 52

Chương 3- Các tai biến địa chất và nguyên nhân gây ra các tai biến 57

3.1 Các tai biến địa chất thường gặp trên tuyến đê nghiên cứu 57

3.2 Các nguyên nhân gây tai biến 61

3.2.1 Nguyên nhân địa chất 62

3.2.2 Nguyên nhân thuỷ văn 70

3.2.3 Các nguyên nhân liên quan đến các hoạt động của con người

và một số sinh vật gây hại khác 75

3.3 Sử dụng các thiết bị địa vật lý để khảo sát, tìm một số nguyên nhân gây tai biến 76

3.3.1 Sử dụng thiết bị điện đa cực để khảo sát một số tai biến ở nền đê 76 3.3.2 Sử dụng thiết bị ra đa đất khảo sát một số tai biến là những tổ mối ở tầng nông thân đê 81

Chương 4- Dự báo các tai biến địa chất và đề xuất các biện pháp khắc phục 84

4.1 Dự báo khả năng gây tai biến 84

4.2 Đề xuất các giải pháp khắc phục tai biến 85

4.2.1 Các giải pháp đã được tiến hành 85

4.2.2 Các giải pháp đề xuất 89

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 93 Danh môc c«ng tr×nh c«ng bè cña t¸c gi¶………95 Tµi liÖu tham kh¶o………96

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tỉnh Hà Tây là một tỉnh có hệ thống đê bao quanh các sông dài tới 300

km Hàng năm trên các tuyến đê thuộc địa bàn huyện Phúc Thọ thường xảy ra những tai biến như nứt đê, thẩm lậu, đùn sủi, sụt lún, sạt trượt mái đê như ở Sen Chiểu, Phương Độ, Vân Cốc v.v điển hình là vụ vỡ đê Vân Cốc ngoài năm 1986, sụt lún nền đê Hữu Hồng tại K32 năm1996, nứt dọc thân đê Hữu Hồng tại K33+00 đến K33+100 năm 1998 v.v Hệ thống đê điều ở Hà Tây không chỉ bảo vệ và chống lũ cho tỉnh Hà Tây mà còn có tác dụng bảo vệ và chống lũ lụt cho thủ đô Hà Nội

Trước đây, khi xảy ra các tai biến đê điều, người ta thường cho rằng nguyên nhân gây ra các tai biến đó là do chất lượng đất đắp đê hay do các tác

động của môi trường xung quanh như tổ mối, dòng chảy, kể cả những tác

động của con người Từ những năm 1990 cho đến nay, đV có nhiều công trình nghiên cứu chứng tỏ địa chất nền đê đóng vai trò rất lớn trong quá trình hình thành tai biến Tuy nhiên việc đánh giá về nguyên nhân gây ra các tai biến đó chưa được tiến hành đầy đủ và chi tiết Vì vậy nhiệm vụ thường xuyên và lâu dài của ngành thuỷ lợi nói riêng và các cơ quan quản lý nói chung là hiểu một cách đầy đủ những nguyên nhân gây ra các tai biến, từ đó đưa ra các giải pháp

xử lý phòng chống

Xuất phát từ thực tế trên, việc đặt vấn đề nghiên cứu một cách toàn diện

về các điều kiện địa chất, môi trường và những tác động của chính con người

và các loài sinh vật khác đối với đê điều đV trở thành vấn đề cấp bách Là một

kỹ sư địa chất công tác và nghiên cứu về lĩnh vực này, tác giả đV lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu các yếu tố địa chất và một số tai biến địa chất trên tuyến đê Hữu Hồng từ K20 đến K36 thuộc địa bàn thị xV Sơn Tây và huyện Phúc Thọ, tỉnh Hà Tây” làm luận văn thạc sỹ của mình

2 Mục đích của luận văn

Làm sáng tỏ các điều kiện địa chất trên tuyến đê Hữu Hồng từ K20 đến K36 thuộc địa bàn thị xV Sơn Tây và huyện Phúc Thọ, tỉnh Hà Tây, trên cơ sở

đó xác định một số tai biến địa chất tiềm ẩn trên tuyến đê và đề xuất các giải pháp khắc phục bảo vệ đê điều

3 Nhiệm vụ của luận văn

Để đạt được mục đích trên đây, thì những nhiệm vụ cần được đặt ra là: Nghiên cứu các yếu tố địa chất của khu vực có tuyến đê nghiên cứu đi qua

Nghiên cứu các tai biến và nguyên nhân gây tai biến

Dự báo các tai biến có thể xảy ra và đề xuất các biện pháp khắc phục

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các yếu tố địa chất và một số tai biến địa chất như: Nứt đê, vùng thấm,

đùn sủi, sạt lở, sụt lún…gây ra sự nguy hiểm và mất ổn định cho tuyến đê Hữu Hồng từ K20 đến K36 thuộc địa bàn thị xV Sơn Tây và huyện Phúc Thọ - Hà Tây

5 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết những nhiệm vụ trên, tác giả đV áp dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

* Các phương pháp nghiên cứu địa chất

- Phương pháp khảo sát thực địa: Đây là phương pháp quan trọng nhất để giải quyết các nội dung cơ bản của luận văn Công tác khảo sát ngoài thực địa nhằm:

Nghiên cứu thành phần thạch học, sự phân bố, nguồn gốc và tuổi của các thành tạo địa chất tại khu vực thị xV Sơn Tây và huyện Phúc Thọ – Hà Tây, nơi tuyến đê nghiên cứu đi qua

Nghiên cứu sự tồn tại, đặc điểm phân bố và kích thước của các đới dập

vỡ kiến tạo

Lấy mẫu cơ lý và mẫu độ hạt tại các điểm khảo sát ngoài thực địa

- Xử lý số liệu, phân tích mẫu và các công tác trong phòng

* Các phương pháp địa vật lý

Phương pháp địa vật lý là phương pháp nghiên cứu, khảo sát một số nguyên nhân gây ra các tai biến địa chất như khe nứt, sụt lún, đùn sủi v.v… thông qua các tính chất vật lý của chúng, cụ thể là điện trở suất và hằng số điện môi của các đối tượng

- Phương pháp điện đa cực để khảo sát một số nguyên nhân gây ra các tai biến ở nền đê Thiết bị sử dụng là máy SuperSting R1/IP, do Mỹ chế tạo Tác giả đV tiến hành đo đạc tại 3 tuyến điểm

- Phương pháp Rađa đất để khảo sát một số tai biến ở trong thân đê và tổ mối Thiết bị sử dụng là hệ thiết bị Rađa đất SIR – 10B, do Mỹ chế tạo Tác giả

đV tiến hành đo tại 2 tuyến điểm

* Tổng hợp các phương pháp nghiên cứu địa chất, địa vật lý để nghiên cứu và phát hiện các tai biến

6 Những điểm mới của luận văn

- Khẳng định các tai biến địa chất xảy ra tại tuyến đê nghiên cứu rất đa dạng và phức tạp: vỡ đê, thấm, đùn sủi, nứt đê, lún nền, sạt trượt mái đê v.v trong đó điển hình và nguy hiểm nhất là các hiện tượng nứt đê và đùn sủi

- Khẳng định nguyên nhân của các tai biến địa chất xảy ra ở tuyến đê nghiên cứu gồm: nguyên nhân địa chất, nguyên nhân thuỷ văn và các hoạt

động của con người cũng như một số động vật gây hại khác Trong đó nguyên nhân địa chất là nguyên nhân chính, đóng vai trò chủ đạo trong quá trình hình thành tai biến

7 ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

* ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu các tai biến địa chất trên tuyến đê Hữu Hồng từ K20 đến K36 thuộc địa bàn thị xV Sơn Tây và huyện Phúc Thọ – Hà tây, góp phần vào việc nghiên cứu các cơ sở khoa học gây ra các tai biến địa chất trên các tuyến

đê không chỉ của Hà Tây mà các tuyến đê có điều kiện địa chất tương tự trên phạm vi toàn Miền Bắc

áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại để xác định và phân loại các tai biến địa chất trên tuyến đê nghiên cứu

* ý nghĩa thực tiễn

Đánh giá nguyên nhân gây tai biến địa chất trên tuyến đê một cách toàn diện và đầy đủ hơn, từ đó đề xuất các phương pháp xử lý và khắc phục

8 Cơ sở tài liệu của luận văn

Luận văn được xây dựng trên cơ sở tài liệu của chính bản thân tác giả

đo đạc, thu thập và nghiên cứu về mối và ần hoạ trong suốt quá trình công tác tại Viện Khoa học Thuỷ lợi từ năm 1994 đến nay Các tài liệu đó gồm: tài liệu khảo sát mối và ẩn hoạ cho đê Hữu Hồng, đê Tả Đào – Nam Định; tài liệu khảo sát mối và ẩn hoạ cho đê Hữu Hồng, đê Tả Đáy- Hà Tây; tài liệu khảo sát mối và ẩn hoạ cho đê Hữu Luộc, đê Hữu Trà Lý- Thái Bình; tài liệu khảo sát mối và ẩn hoạ cho đê Hữu Hồng, đê Tả Hồng, đê Hữu Đuống- Hà Nội; tài liệu khảo sát mối và ẩn hoạ cho đê Tả Đuống Bắc Ninh; tài liệu khảo sát mối

và ẩn hoạ cho đê Tả, Hữu sông Chu – Thanh Hoá v.v… và nhiều tài liệu có liên quan khác

Ngoài ra tác giả còn sử dụng các tài liệu về nghiên cứu địa chất, các tài liệu về sự cố đê điều, các báo cáo đánh giá về các điều kiện địa chất, sự ổn

định của đê điều Hà Tây v.v…Tác giả cũng đV tham khảo một số tài liệu có liên quan đến lĩnh vực này trong các tạp chí thuỷ lợi, địa chất Các tài liệu này

được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo

9 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm:

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu địa chất, tai biến địa chất ở đê Hà Tây và các phương pháp nghiên cứu

Chương 2 Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu

Chương 3 Các tai biến địa chất và nguyên nhân gây ra các tai biến Chương 4 Dự báo các tai biến địa chất và đề xuất các biện pháp khắc phục

Kết luận và kiến nghị

Danh mục công trình công bố của tác giả

Danh mục tài liệu tham khảo

Toàn bộ nội dung luận văn được trình bày trong 98 trang đánh máy, 23 hình vẽ, 4 bảng biểu, 1 sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu, 1 sơ đồ dòng chảy sông Hồng và tai biến địa chất trên tuyến đê nghiên cứu và 30 tài liệu tham khảo

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới GS-TSKH Đặng Văn Bát, các thầy giáo phản biện, các thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp, các cơ quan, đơn vị đV giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Chương 1 Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu địa chất,

tai biến địachất ở đê Hà Tây và các

phương pháp nghiên cứu 1.1 Một số đặc điểm về vùng nghiên cứu

1.1.1 Điều kiện tự nhiên

Đặc điểm khí hậu của khu vực nghiên cứu chung với khí hậu miền Bắc nước ta là nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm và mưa nhiều Nhiệt độ trung bình năm

là 21o C Tháng lạnh nhất là tháng 2 với nhiệt độ trung bình tháng là 11,20 C, nóng nhất là tháng 6 nhiệt độ trung bình là 29,40C Lượng mưa hàng năm theo tài liệu của trạm Khí tượng Sơn Tây, vào những năm gần đây từ 1366 mm đến

2263 mm, trung bình 1688 mm, song phân bố không đều trong năm Mùa mưa trùng với mùa nóng thường từ tháng 5 đến tháng 9 chiếm khoảng 76% lượng mưa cả năm với các tháng mưa cực đại là tháng 6 và tháng 7 Mùa khô hay nói

đúng hơn là mùa ít mưa trùng với mùa lạnh kéo dài từ tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau Tổng lượng mưa chiếm khoảng 24% lượng mưa cả năm, Mùa này được đặc trưng bằng hai thời kỳ: thời kỳ đầu hanh khô, thời kỳ sau

ẩm ướt, mưa phùn kéo dài Lượng bốc hơi trung bình hàng năm 742 mm, phân

bố tương đối đồng đều trong năm từ 48 – 60 mm/tháng Vào thời kỳ khô, lượng bốc hơi lớn hơn lượng mưa nên gọi là thời kỳ hụt nước Vào mùa mưa thì lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi nhiều lần gọi là thời kỳ dư nước

1.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội

Pháp lệnh bảo vệ đê điều không cho phép xây dựng công trình trong phạm vi 50m cách chân đê và cấm tất cả các xe cơ giới vận tải nặng đi trên đê Nhưng do trình độ quản lý của các cấp chính quyền còn hạn chế, mặt khác do

ý thức của nhân dân không cao, các quy định trong pháp lệnh đê điều thường xuyên bị vi phạm Nhân dân vẫn tiếp tục đào bới trong phạm vi hành lang bảo

vệ đê để phục vụ cho nhu cầu kinh tế và cuộc sống Các công trình như hố làm gạch, ao thả cá, giếng lấy nước là những ví dụ điển hình, chưa kể đến sự xâm phạm trực tiếp vào thân đê

Theo lịch sử, hệ thống đê đồng bằng sông Hồng hình thành từ thế kỷ thứ 5 sau công nguyên Sau đó vào năm 866 đV đắp đê xung quanh thành Đại

La do Cao Biền chỉ đạo Đoạn đê này dài 8500m, cao 6m Năm 1008 Lý Nhân Tông cho đắp đê Cơ Xá từ Liên Mạc đến Phà Đen Năm 1248 Trần Thái Tông cho đắp đê từ thượng nguồn ( có thể kể từ Việt Trì ) đến biển Tiếp theo đó các triều đại phong kiến đV cho đắp đê bổ sung, tôn cao, đắp dày hệ thống đê sông Hồng và sông Thái Bình Đến triều Nguyễn, cuộc tranh cVi bỏ đê hay tu bổ thêm nổ ra mạnh mẽ trong nội bộ triều đình, nhưng sau đó chính quyền vẫn quyết định giữ đê và tu bổ thêm

Đến thời Pháp thuộc chính quyền thực dân cũng quan tâm đến bảo vệ

đê điều và phòng chống lũ cho đồng bằng Bắc Bộ bằng cách thành lập các tổ chức với các điều luật cụ thể Ví dụ năm 1909 đưa ra quy chuẩn để chống lũ cho Hà Nội với mức 10,50m; năm 1915 nâng mức chống lũ ở Hà Nội lên 10,70m và đê cao 11,20 m ; các năm sau liên tục nâng mức chống lũ ở Hà Nội lên 11,00m (1920), 11,50m (1923), 11,75m (1924) và 12,00m (1932) Cao trình đê từ thượng nguồn về từ đó cũng tương ứng được nâng cao Chính vì vậy

mà năm 1945 khi nước lũ ở Hà Nội là 12,68 m, nhiều nơi đê bị vỡ mà Hà Nội vẫn an toàn Năm 1934 -1937, tiến hành xây dựng đập Đáy nhằm phân lũ từ sông Hồng vào sông Đáy để đảm bảo chống lũ cho Hà Nội

Khi hoà bình lập lại năm 1954, nhà nước ta đV chú ý rất nhiều đến công tác đê điều và chống lũ cho toàn vùng đồng bằng, đặc biệt cho tuyến đê nghiên cứu vì nó có ý nghĩa rất lớn để bảo vệ cho khu vực và thủ đô Hà Nội

Đê được tu bổ tôn cao và đắp dày thường xuyên Tuy nhiên tuyến đê này vẫn chứa đầy hiểm hoạ và có thể gây ra vỡ đê bất cứ lúc nào Vỡ đê Vân Cốc ngoài năm 1986 là một ví dụ điển hình Mặc dù nước lũ năm 1986 không lớn,

song thời gian ngâm lũ lâu đV tạo tiền đề cho các sự cố xuất phát từ quá trình

địa chất công trình động lực dưới nền đê Kể từ sự cố vỡ đê Vân Cốc ngoài, sự phòng chống lũ lụt, bảo vệ an toàn đê được nâng cao một bước do hiểu biết thêm nhiều về địa chất nền đê

1.2 Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu địa chất, tai biến địa chất

ở các tuyến đê tỉnh Hà Tây

Từ trước đến nay đV có rất nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng địa chất nền

đê có vai trò rất lớn trong sự hình thành các tai biến đê điều Tuy nhiên đánh giá về nguyên nhân gây ra các tai biến đó chưa được tiến hành đầy đủ và chi tiết Các công trình nghiên cứu về thân và nền đê của TS Nguyễn Trấn; PGS.TS Nghiêm Hữu Hạnh (Viện Khoa học Thuỷ lợi), PGS.TS Nguyễn Huy Phương (Trường Đại học Mỏ Địa Chất) chủ yếu đề cập đến các nguyên nhân gây ra tai biến là do xói ngầm hoặc cát chảy dưới nền đê Các tai biến được đề cập đến chủ yếu là thẩm lậu gây vỡ đê và sạt lở mái đê Theo các tác giả kể từ năm 1917 đến năm 2002 có tới 11 năm vỡ đê, trong đó có 10 năm các đê bị vỡ không phải do nước tràn qua mặt đê mà nguyên nhân chính có liên quan trực tiếp đến các vấn đề địa kỹ thuật của thân đê, nền đê Các sự cố nguy hiểm trong mùa mưa lũ như thẩm lậu, sạt lở mái đê, xói ngầm cơ học thường liên quan đến dòng thấm qua đê Theo thống kê chưa đầy đủ, trên hai tuyến đê tả

và hữu sông Hồng đV có tới 173 km trên toàn tuyến bị thẩm lậu mạnh cần gia cường nâng cao ổn định Trên các tuyến đê sông Thái Bình có 37 km, sông Cầu có 56 km, sông Đuống có 50 km Các sông khác thuộc hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình có 108 km Nhìn rộng ra trên các tuyến đê toàn miền Bắc, trên các đê sông thuộc các tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh có 104

km cần gia cường Như vậy trên các tuyến đê thuộc các tỉnh phía bắc đV có khoảng 528 km đê bị thẩm lậu, bùng mái đê vào mùa mưa lũ Bản thân những con số đó nói lên vấn đề tai biến đê điều luôn cần được quan tâm thích đáng

Tỉnh Hà Tây là một tỉnh có hệ thống đê sông phức tạp Các tai biến như nứt đê, sụt lún, sạt lở mái đê xảy ra mạnh mẽ Đặc biệt năm 1998 đV xuất hiện

đồng loạt nhiều điểm nứt đê và mạch sủi Có những đoạn nứt mạnh như tại các

đoạn đê Hữu Hồng thuộc huyện Phúc Thọ Điển hình là vụ nứt dọc thân đê tại

vị trí từ K33+00 đến K33+100, hay hàng loạt các mạch sủi xuất hiện tại K31+00, K32+200, K31+800, K33+00, K32+500, K32+800 v.v Sau khi vỡ

đê Vân Cốc ngoài năm 1986, 37 vết nứt lớn nhỏ đV được phát hiện tại các vị trí từ K8+400 đến K9+300 Trong đó có hai vết nứt rất lớn cắt ngang đê tại K8+700 và K8+722 Các vết này chứng tỏ sự tiềm ẩn từ lâu và những nguyên nhân gây ra chúng không phải xuất phát từ những hoạt động bề mặt hay môi trường xung quanh mà có liên quan chặt chẽ đến các hoạt động địa chất nền

đê Cũng sau vụ vỡ đê Vân Cốc ngoài năm 1986, nhiều vấn đề mới được xem xét nghiên cứu Các hoạt động địa chất, các yếu tố địa chất nền đê với các lớp

đất yếu mới thực sự được quan tâm của nhiều nhà khoa học, của các cơ quan nghiên cứu và quản lý TS Vũ Cao Minh, Viện Địa Chất khi nghiên cứu nguyên nhân vỡ đê Vân Cốc đV đưa ra giả thuyết về sự hoá lỏng của lớp cát pha, cát bụi gây ra hiện tượng sụt lún thân đê dẫn tới vỡ đê khi mực nước dâng cao

Năm 2002, được sự đồng ý của Sở Khoa học và Công nghệ Môi trường

Hà Tây và Trường Đại học Mỏ-Địa chất, nhóm các nhà khoa học gồm GS.TSKH Đặng Văn Bát và nnk đV thực hiện đề tài “ Điều tra, đánh giá điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn, địa chất công trình, diễn biến lòng sông Hồng trên các tuyến đê thuộc huyện Phúc Thọ – Hà Tây, đề xuất các giải pháp công nghệ xử lý và bảo vệ đê điều” Trong báo cáo đề tài này, nhóm tác giả đV áp dụng phương pháp phân tích bản đồ địa hình tỷ lệ lớn và phương pháp phân tích ảnh viễn thám để nghiên cứu quy luật biến đổi hình thái của sông Hồng trong thời gian gần đây Theo kết luận của các tác giả kết quả của các phương pháp này đV giúp cho nhóm tác giả đề tài dự báo được xu hướng dịch chuyển

của lòng sông Hồng trong thời gian tới và mối quan hệ của nó với sự ổn định của đê Phúc Thọ- Hà Tây Theo kết quả nghiên cứu của đề tài này, các sự cố

đê điều trong vùng nghiên cứu xuất hiện ở dạng: Vỡ đê, nứt đê, đùn sủi, bùng nền, thẩm lậu và sạt lở Theo nhóm tác giả, các sự cố kể trên liên quan đến ba nguyên nhân: Nguyên nhân địa chất, nguyên nhân thuỷ văn và nguyên nhân

do chính các hoạt động của con người và các sinh vật hại khác Trong đó nguyên nhân thứ nhất và thứ hai là những nguyên nhân chính có tác động mạnh đến sự ổn định của đê điều Trong báo cáo này, các tác giả cũng đV đề xuất một số giải pháp bảo vệ đê điều nói chung cũng như đoạn đê Sen Chiểu nói riêng – nơi xảy ra nhiều sự cố nhất

Năm 2003, được sự đồng ý của Uỷ ban Nhân dân tỉnh Hà Tây, Sở Khoa học và Công nghệ Hà Tây kết hợp với viện Địa Chất – Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia đV thực hiện dự án: “ Nghiên cứu cơ sở khoa học của sự hình thành và phát triển các loại hình sự cố đê Hữu Hồng từ K0-K48, tỉnh Hà Tây và đề xuất các giải pháp phòng chống có hiệu quả” Qua dự án này nhóm tác giả gồm TS Trần Văn Tư và nnk đV nghiên cứu một cách hệ thống các đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn, địa chất công trình và đề xuất các biện pháp phòng chống và xử lý các sự cố đê điều cho các tuyến đê thuộc tỉnh Hà Tây Trong báo cáo của dự án này, nhóm tác giả đV dự báo các loại hình sự cố tồn tại trên tuyến đê: Hiện tượng sủi nền đê, hiện tượng sạt lở và lún không đều, hiện tượng nứt đê, hiện tượng vỡ đê, hiện tượng thấm qua đê,

và hiện tượng xói ngầm Theo nhóm tác giả, các sự cố chủ yếu liên quan đến các hoạt động địa chất kiến tạo và động lực dòng chảy, các hoạt động địa chất công trình động lực với đê Trên cơ sở phân tích các nguyên nhân gây ra sự

cố, các tác giả đV đề xuất được các biện pháp phòng chống sự cố cho tuyến đê nghiên cứu

Ngoài các báo cáo đề tài, dự án của các nhóm nghiên cứu, hàng năm Chi cục Đê điều và Phòng chống lụt bVo Hà Tây cũng làm các báo cáo đánh

giá tình trạng và sự cố đê điều Điển hình là báo cáo về tình hình đùn sủi đê năm 1998, trong báo cáo này Chi cục Đê điều và Phòng chống lụt bVo Hà Tây

đV thống kê 10 điểm đùn sủi nghiêm trọng đV xảy ra trên tuyến đê nghiên cứu

từ K31 đến K36

Tóm lại: các công trình nghiên cứu kể trên đV đề cập đến nhiều vấn đề

có liên quan tới các tai biến địa chất xảy ra trên các tuyến đê Tuy nhiên cần phải có thêm những nghiên cứu chi tiết và cụ thể hơn về các nguyên nhân gây tai biến, mà trong đó các yếu tố địa chất đóng vai trò chủ yếu trong sự hình thành và phát triển các tai biến đó

1.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Phương pháp luận

Phương pháp luận về tai biến địa chất là phương pháp chủ đạo và xuyên suốt quá trình nghiên cứu Tai biến địa chất được hiểu là một điều kiện, một quá trình địa chất nguy hiểm, đe doạ đến sức khoẻ con người, tài sản công dân, chức năng hay kinh tế cộng đồng Trong ngành thuỷ lợi người ta dùng khái niệm ẩn hoạ để chỉ các tai biến tiềm ẩn trong đê đập hay các công trình thuỷ lợi khác, trong đó có các tai biến địa chất tiềm ẩn Các tai biến địa chất xảy ra trên tuyến đê nghiên cứu có liên quan chặt chẽ đến các hoạt động địa chất và các yếu tố địa chất: Hoạt động tân kiến tạo, địa động lực, sự đặt lòng của các con sông theo đới đứt gVy, các đứt gVy, khe nứt v.v Trong khu vực nghiên cứu, đứt gVy sông Hồng F1 chi phối mạnh mẽ đến sự hình thành hướng chảy của lòng sông Hồng Như vậy các tai biến địa chất đê điều xảy ra không chỉ do các nguyên nhân về môi trường xung quanh hay chất lượng của vật liệu

đất đắp đê mà nguyên nhân chính là do các hoạt hoạt động địa chất nền đê Các tai biến địa chất điển hình thường xảy ra trên tuyến đê nghiên cứu là: Vỡ

đê, nứt đê, thẩm lậu, đùn sủi, sụt lún, sạt trượt mái đê và bờ sông

* Vỡ đê được coi là tai hoạ khủng khiếp nhất đối với cuộc sống của con người Ngay từ những ngày đầu sơ khai, vỡ đê chỉ gây ngập lụt trong một

phạm vi hẹp, thiệt hại không nhiều Theo thời gian của lịch sử, với quy mô xây dựng đê tăng dần và như hiện nay, mỗi lần vỡ đê - đặc biệt là ở khu vực tập trung mật độ dân cư lớn, các khu vực công nghiệp quan trọng - đV gây thiệt hại vô cùng to lớn đến tính mạng con người và kinh tế, đặc biệt thiệt hại

về môi trường sống Hiện tượng vỡ đê xảy ra khi nước lũ lên cao đê bị mất ổn

định hoàn toàn và dẫn đến vỡ đê

* Hiện tượng nứt đê: trong hơn 20 năm nay, các nhà quản lý đê miền Bắc rất chú ý đến một hiện tượng mới lạ: Hiện tượng nứt đê Các vết nứt xuất hiện trên thân đê, cắt ngang qua đê hoặc chạy dọc thân đê tuỳ thuộc vào nguyên nhân gây nứt Có những vết nứt sâu tới hàng vài mét, chạy dài hàng 10 mét, nhưng có những vết nứt chỉ sâu vài chục cm dài vài m Hiện tượng nứt đê xuất hiện rầm rộ nhất bắt đầu từ năm 1976, 1977 Tính đến nay các tỉnh đồng bằng Bắc bộ đV có tới hơn 50 điểm đê bị nứt, trong đó Hà Nội và Hà Tây số

điểm nứt đê chiếm tới 30% Tuyến đê sông Hồng, sông Đà đV xảy ra nhiều

điểm nứt Riêng đê hữu Hồng thuộc khu vực Hà Tây đV xảy ra 8 vị trí nứt đê

* Thẩm lậu hay hiện tượng thấm qua đê

Đay là hiện tượng thường xảy ra ở nhiều tuyến đê Do cấu trúc và tính chất đặc biệt của đất đá địa chất nền mà giữa sông và đồng có hiện tượng thấm hai chiều qua đê Hiện tượng này thường xảy ra tại các khu vực ven sông và

đồng về mùa mưa Tuy nhiên ở khu vực nghiên cứu, hiện tượng thấm từ trong

đồng ra sông vào mùa khô xảy ra mạnh mẽ và gây nhiều hiện tượng bất lợi cho đê và bờ sông nên được quan tâm nghiên cứu Các cửa sổ địa chất thuỷ văn cục bộ lân cận hai bên đê đV tạo ra sự gia cường của quá trình thấm ở phía đồng do quá trình bào mòn liên quan đến hoạt động của sông nhánh, quá trình đào bới do hoạt động nhân dân như đào ao và giếng mà tạo ra các cửa sổ cục bộ của địa chất thuỷ văn Để đánh giá hiện tượng thấm từ sông vào đồng trong mùa lũ và ngược lại vào mùa khô, cần phải tiến hành nghiên cứu bài toán trên chương trình SEEP/W và kết hợp với tài liệu quan trắc

* Hiện tượng sủi nền đê: Kết quả theo dõi nhiều năm cho thấy hầu hết các đoạn đê Hữu Hồng gồm từ K0-K48 thuộc các huyện Ba Vì, Phúc Thọ,

Đan Phượng và thị xV Sơn Tây đều xảy ra hiện tượng sủi nền đê vào mùa lũ, nhưng quy mô và cường độ khác nhau

Tuyến hữu Hồng nơi hợp lưu của sông Đà và Thao ở Khê Thượng từ K5 – K7

Tuyến hữu sông Hồng, đoạn đê thuộc khu vực huyện Phúc Thọ ( K32 +

500 – K35 + 600) và thị xV Sơn Tây ( K29 + 200 – K32); huyện Ba Vì ( K7 +100 – K8) xảy ra sự cố ở mức độ mạnh nhất

Đoạn đê thuộc khu vực Đan Phượng đV xảy ra sự cố sủi ở mức độ mạnh nhưng mang tính cục bộ như ở Bá Giang ( K40 + 500), Liên Trì ( K45 + 400)

Đặc biệt nhất là hiện tượng thoát nước mạnh tại các giếng nước ăn của nhân dân ven đê Hiện tượng thoát nước mạnh có thể gây ra các sự cố như đùn nước đục, sập giếng, biến dạng mặt đất và các công trình lân cận giếng

* Hiện tượng sạt trượt mái đê và bờ sông: Đây là hiện tượng thường xảy

ra ở ven bờ sông Các dải sạt trượt này có khi dài tới vài km hoặc có khi chỉ vài mét Tai biến này đặc biệt nguy hiểm mỗi khi mùa mưa lũ đến

Tóm lại: Các tai biến địa chất xuất hiện trên tuyến đê nghiên cứu rất đa dạng và phức tạp Các tai biến này cần được hiểu rõ và đầy đủ để từ đó có những đánh giá đúng bản chất của chúng, tức là việc đánh giá các tai biến phải được dựa trên cơ sở tổng hợp các yếu tố tác động gây ra chúng Từ đó có cơ sở đúng đắn phục vụ cho công tác phòng chống lụt bVo bảo vệ đê điều và phát triển bền vững

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

1.3.2.1 Phương pháp khảo sát thực địa

Đây là phương pháp quan trọng nhằm giải quyết các nội dung cơ bản của luận văn Các công tác khảo sát, nghiên cứu ngoài thực địa nhằm:

* Nghiên cứu về thành phần thạch học, nguồn gốc tuổi và đặc điểm phân bố của các thành tạo địa chất toàn vùng nghiên cứu nói chung, cấu tạo nên nền đê nói riêng

* Nghiên cứu các dấu hiệu nhận biết, đặc điểm phân bố và kích thước của các đới dập vỡ, kiến tạo

* Nghiên cứu về đặc điểm địa chất công trình, độ ổn định của nền đề

* Nghiên cứu đặc điểm địa chất thuỷ văn trong các đá trầm tích đệ tứ

và mối liên quan giữa mực nước sông Hồng và mực nước trong đê

* Lấy các mẫu cơ lý và mẫu độ hạt tại các điểm khảo sát tại thực địa Trong thời gian thực hiện

luận văn, tác giả đV tiến

dung nghiên cứu và thứ tự

thực hiện các nội dung

nghiên cứu đó Lộ trình

khảo sát được thực hiện

theo trình tự từ đầu tuyến đê

nghiên cứu (K20) đến cuối

tuyến (K36) Công tác khảo

sát địa chất cũng được tiến

hành sơ bộ theo khu vực từ thị xV Sơn Tây đến hết địa bàn huyện Phúc Thọ

Hình 1.1 Khảo sát tại thực địa

Kết quả của đợt khảo sát này là đV hình thành được các nhiệm vụ đặt ra

và đặc biệt đV xác định được các vị trí thấm, sụt lún, các đới nâng tân kiến tạo theo phương Tây Bắc - Đông Nam trong vùng nghiên cứu

Đợt khảo sát thứ hai đV được tiến hành từ ngày 12 đến 18 tháng 11/2006 Đây là thời điểm mực nước sông Hồng xuống thấp nhất Nhiệm vụ của đợt khảo sát lần này nhằm nghiên cứu các đặc điểm về địa chất thuỷ văn,

địa chất công trình và đặc điểm hoạt động của sông Hồng thời điểm mực nước thấp nhất Cũng trong đợt khảo sát này, tác giả đV tiến hành nghiên cứu xác

định một số vị trí sụt lở, sạt lở, nứt nẻ v.v…, tiến hành lấy một số mẫu phân tích cơ lý và độ hạt của các thành tạo địa chất dưới cơ đê

Đợt khảo sát thứ ba thực hiện từ ngày 16 đến ngày 26 tháng 12/ 2006

Đợt khảo sát này tác giả tiến hành nghiên cứu cấu trúc địa chất để tìm hiểu

đặc điểm phân bố của các thành tạo địa chất ở dưới nền đê Trong đợt khảo sát này tác giả đV tiến hành đo đạc, khảo sát bằng thiết bị điện đa cực và thiết bị rađa đất đối với một số điểm sụt lún đV được khảo sát từ trước

1.3.2.2 Phương pháp phân tích mẫu

Trong luận văn này, tác giả sử dụng các kết quả phân tích mẫu của một

số công trình nghiên cứu đV có từ trước [1] gồm: 11 mẫu cơ lý ( từ mẫu số 10

đến mẫu số 20 trong bảng 3.1) , 18 mẫu cổ sinh (bảng 2.1), và 12 mẫu thạch học (bảng 3.2) và 9 mẫu độ hạt ( từ mẫu số 10 đến mẫu số 18 trong bảng 3.3) Ngoài ra, tác giả đV tiến hành lấy và phân tích các loại mẫu sau:

* Mẫu tính chất cơ lý: Tổng số 9 mẫu cơ lý (từ mẫu số 1 đến mẫu số 9 trong bảng 3.1) đV được lấy ở 4 đoạn đê khác nhau Các mẫu này đV được phòng Điạ Kỹ Thuật - Viện Khoa Học Thuỷ Lợi tiến hành phân tích, xác định các chỉ tiêu cơ lý phục vụ cho các công tác khác sau này

* Mẫu độ hạt : Mẫu độ hạt đV được phòng Điạ Kỹ Thuật - Viện Khoa Học Thuỷ Lợi tiến hành phân tích, xác định kích thước các hạt khoáng vật và

tỷ lệ giữa các hạt khoáng vật tham gia vào thành phần hai tầng sét pha và cát

gắn kết yếu ở trong vùng Thông qua kết quả độ hạt có thể dự tính được khả năng tàng trữ nước, khả năng thấm và thoát nước, khả năng xói ngầm của các thành tạo địa chất ở trong vùng Tác giả đV tiến hành phân tích 9 mẫu độ hạt ở

2 tầng sét và cát ( từ mẫu số 1 đến mẫu số 9 ở bảng 3.3)

1.3.2.3 Phương pháp phân tích địa chất

Địa chất nền đê của khu vực nghiên cứu rất phức tạp Các tai biến và sự

cố có mặt trên tuyến đê liên quan chặt chẽ đến các hoạt động địa chất Đây là phương pháp quan trọng và có ý nghĩa trong việc làm sáng tỏ vai trò của địa chất nền đê đối với các tai biến Các yếu tố địa chất, các hoạt động địa chất phải được nghiên cứu kỹ Các đặc điểm về địa tầng khu vực nghiên cứu, các hoạt động kiến tạo, đặc điểm địa mạo địa hình, các đặc điểm về địa chất thuỷ

văn, địa chất công trình v.v đV được phân tích chi tiết và đầy đủ

1.3.2.4 Phương pháp địa vật lý

Cơ sở của phương pháp địa vật lý là nghiên cứu các thành tạo địa chất thông qua các tính chất vật lý của chúng như điện trở suất, độ dẫn điện, hay sự phản xạ của sóng điện từ của các thành tạo đó Cụ thể trong luận văn của mình, tác giả áp dụng phương pháp điện đa cực để khảo sát một số đối tượng

là các vùng cát chảy, khối cát chảy có liên quan đến các tai biến như sụt lún nền đê, khe nứt thân đê v.v , phương pháp rađa đất để khảo sát một số tai biến do các sinh vật hại gây ra

* Phương pháp điện đa cực đV được Viện Khoa Học Thuỷ Lợi áp dụng khảo sát ẩn hoạ trên nhiều tuyến đê trong phạm vi toàn miền Bắc: đê sông

Đuống, sông Cầu ( Bắc Ninh), sông Hồng ( Thái Bình, Nam Định, Hà Tây), sông Ninh Cơ( Nam Định), sông Đáy (Hà Tây) Cơ sở lý thuyết của phương pháp điện đa cực là dựa trên bài toán vật lý về mối quan hệ giữa sự phân bố mật độ dòng điện trong môi trường từ một nguồn điện phát vào môi trường đó với độ dẫn điện của môi trường Nó được mô tả bằng phương trình toán học như sau:

Trong đó:

div, grad là các ký hiệu toán học (toán tử); σ - là hàm số mô tả sự phân

bố độ dẫn điện (trong thực tế thường dùng tham số điện trở suất là giá trị ngược của độ dẫn ρ = 1/σ đo bằng đơn vị ôm.mét -Ohmm) trong môi trường

theo toạ độ x, y, z;

U - là hàm điện thế mô tả sự phân bố điện thế trong môi trường theo toạ

độ x, y, z;

I -là cường độ dòng điện phát vào môi trường;

δ - là hàm Đirac mô tả tính chất phân bố nguồn điện trong môi trường ở

toạ độ x s , y s , z s;

∆V- là thể tích chứa cực phát của nguồn điện

Trong phương trình trên dòng điện I là nguồn phát chủ động luôn có

cường độ xác định; giá trị điện thế U trong môi trường cũng xác định được bằng thiết bị đo trên thực địa Còn hàm phân bố độ dẫn điện của môi trường σ

là điều ta cần biết có thể xác định được bằng cách giải phương trình trên khi

đV biết các tham số I, U

Phương pháp đo sâu điện đa cực hiện đang được áp dụng phổ biến ở các nước phương Tây: Mỹ, Cananda, úc Phương pháp có độ phân giải cao không những với mô hình phân lớp nằm ngang mà cả mô hình bất đồng nhất khối Đặc biệt phương pháp này rất hiệu quả với các đối tượng dạng mạch, thấu kính, ổ có hướng phát triển theo chiều sâu Trong thực tế các mô hình vật

lý - địa chất là các vật thể bất đồng nhất của các thân quặng ẩn, hang kast, đới phá huỷ dập vỡ, đứt gVy đều không thoả mVn điều kiện để giải bài toán đo sâu

điện dòng 1 chiều (các lớp địa điện phải song song, nằm ngang, bề mặt địa hình bằng phẳng) Nhưng áp dụng phương pháp này rất phù hợp với mô hình

đối tượng dạng vỉa, mạch, thấu kính có thế nằm đứng, bề mặt địa hình phức

[ (x,y,z)gradU(x,y,z)] I (x x s) (y y s) (z z s)

tạp Năng suất thi công thực địa rất nhanh khi sử dụng hệ thiết bị 1 bVi phát

AB (đối với hệ lưỡng cực dịch chuyển đều) tiến hành thu liên tục ở nhiều cặp thu, giảm chi phí vận chuyển di dời trạm đo

Kết quả khảo sát bằng phương pháp điện đa cực cho phép phát hiện rất nhiều ẩn hoạ trong thân và nền đê như vùng thấm, lỗ rỗng v.v mà không gây phá huỷ đến đê điều Trong tuyến đê nghiên cứu, tác giả đV sử dụng thiết bị

điện đa cực Super Sting để khảo sát Từ các mặt cắt biểu kiến đo tại thực địa, tác giả tiến hành phân tích và xử lý kết quả bằng phần mềm hỗ trợ Earth Imager 2D

* Phương pháp rađa đất được áp dụng để thăm dò, khảo sát một số tai biến do các sinh vật hại gây ra như tổ của các loài mối, hang cầy cáo v.v Phương pháp radar xuyên đất GPR (Ground Penetrating Radar) - là một phương pháp địa vật lý hoạt động dựa trên nguyên lý của sự lan truyền sóng

điện từ trong môi trường đất đá Khi ăngten phát ra sóng điện từ ở dải tần số cao 106 - 109 Hz, sóng này được lan truyền xuống môi trường đất đá Nếu sóng điện từ gặp các ranh giới vật chất có hằng số điện môi khác nhau nó sẽ bị tán xạ, khúc xạ hoặc phản xạ Sóng phản xạ quay trở lại mặt đất và được

ăngten thu ghi lại Tín hiệu của sóng phản xạ phản ánh thông tin của môi trường địa chất ở phía dưới như mặt phản xạ, những dị vật như hang hốc nằm dưới mặt đất Do sóng điện từ ở dải tần số cao nên phương pháp GPR có độ phân giải cao và đủ độ nhạy để phát hiện các dị vật tương đối nhỏ

Tại tuyến đê nghiên cứu, tác giả sử dụng thiết bị rađa đất SIR-10B để khảo sát một số tổ mối trong thân đê Từ các kết quả đo tại thực địa, tác giả tiến hành xử lý kết quả bằng phần mềm hỗ trợ Radan for Window

Tóm lại: Phương pháp điện đa cực và ra đa đất là hai phương pháp địa vật lý chủ đạo đV và đang được áp dụng rộng rVi tại nhiều nước phát triển Các phương pháp này không chỉ đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác cao trong công tác thăm dò các đối tượng nghiên cứu mà còn có các ưu điểm vượt trội

so với các phương pháp khác, đó là: năng suất thi công cao, không gây phá huỷ đê điều, có thể thăm dò nhiều dạng đối tượng có kích thước, thế nằm khác nhau v.v…Ngoài ra thiết bị sử dụng gọn nhẹ dễ di chuyển, phù hợp với các

điều kiện địa hình khó khăn

Chương 2

đặc điểm địa chất của khu vực nghiên cứu

Tuyến đê nghiên cứu nằm trên khu vực có nền địa chất phức tạp Các tai biến và sự cố có mặt trên tuyến đê chủ yếu liên quan đến các hoạt động địa chất Vì vậy việc nghiên cứu các cấu trúc và đặc điểm địa chất của khu vực là rất cần thiết và có ý nghĩa trong việc đánh giá các nguyên nhân gây tai biến cho tuyến đê

2.1 Địa tầng

Dựa vào sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu thuộc địa bàn thị xV Sơn Tây

và huyện Phúc Thọ – Hà Tây, dựa vào báo cáo bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ Hà Nội của Liên đoàn Bản đồ địa chất Miền Bắc và bản đồ địa chất

tờ Hà Nội, tờ Yên Bái, tờ Ninh Bình, tỷ lệ 1:200.000 Cục Địa Chất Việt Nam, tác giả mô tả các phân vị địa tầng theo thứ tự từ cổ đến trẻ như sau:

2.1.1 Giới Protezozoi - Phần dưới

Hệ tầng Thái Ninh (PR 1 - tn)

Hệ tầng Thái Ninh do Phạm Đình Long xác lập năm 1968 Trong diện tích của bản đồ, hệ tầng này phân bố ở phía tây nam và có dạng dải kéo dài theo phương tây bắc - đông nam từ thị xV Sơn Tây qua Tích Giang, Mỹ Lộc

đến Cẩm Yên, với diện tích xấp xỉ 20Km2 Các đá của hệ tầng gồm đá biến chất như phiến gơnai amphibolit, quaczit, micmatit Các đá này bị biến chất rất cao và thuộc đới biến chất sông Hồng Theo các tài liệu đV mô tả ở lỗ khoan và quan sát trực tiếp, hệ tầng Thái Ninh gồm 3 phần dưới, giữa, trên [4]

Phần dưới : Chủ yếu là đá phiến biotit thạch anh silimanit đá phiến

thạch anh silimanit biotit xen kẹp ít lớp mỏng quaczit, các lớp đá bị phong hóa mạnh trong địa hình đồi thấp và thoải

Phần giữa : Chủ yếu là đá phiến thạch anh biotit, đá phiến biotit thạch

anh xen các lớp mỏng đá gơnai, đá có kiến trúc vảy hạt biến tinh cấu tạo phân phiến rõ

Phần trên : Là đá phiến thạch anh silimatit biotit có cấu tạo phân dải,

hàm lượng silimanit khá lớn 20-30%

Các đá của hệ tầng Thái Ninh bị các đá trẻ hơn phủ bất chỉnh hợp lên trên ở trong vùng, quan hệ này là quan hệ kiến tạo với các đá có tuổi Triat, Neogen Chiều dày của hệ tầng khoảng 700m

đá Protrachyceras villanovae, P.costulatum, Rimkinites tonkinenes, Daonella

lên các đá già hơn ở dạng quan hệ bất chỉnh hợp và bị các trầm tích nằm dưới lớp phủ Đệ tứ như hệ tầng Phủ Cừ, Tiên Hưng, Vĩnh Bảo phủ không chỉnh hợp bên trên Chiều dày của hệ tầng khoảng 700-800m

2.1.3 Giới Kainozoi (KZ)

2.1.3.1 Hệ Neogen - Thống Mioxen

Hệ tầng Phủ Cừ (N12 - pc)

Hệ tầng Phủ Cừ chủ yếu nằm dưới trầm tích Đệ tứ ở khu vực tây bắc,

và đông bắc vùng nghiên cứu ở phía tây bắc hệ tầng kéo dài từ phía bắc của thị xV Sơn Tây qua Sen Chiểu, Phúc Hoà đến Ninh Đạo ở phần đông bắc chúng có dạng dải kéo dài từ phía tây bắc xV Vân Nam cho đến phía nam của

xV Hát Môn Các đá của hệ tầng gồm cát kết, bột kết và sét kết xen kẽ nhau ở phần trên của hệ tầng phân bố nhiều sét kết và một số dải than, vỉa than nâu

Trong hệ tầng có chứa nhiều di tích thực vật và bào tử phấn hoa hóa thạch trùng lỗ, thân mềm nước lợ tuổi Mioxen giữa Hoá thạch định tầng cho tuổi

Mioxen ở đây là Ammonia tochisi ensis Chiều dày của hệ tầng từ 800-1500m

Hệ tầng Tiên Hưng (N13- th)

Hệ tầng phân bố ở phía đông vùng nghiên cứu tại các xV Vân Nam, Vân Phúc, Hát Môn, Thạch Đa v.v… và có dạng kéo dài theo phương đông bắc - tây nam Tại đây có thể gặp chúng ở độ sâu từ 30 đến 70m Các thành tạo chủ yếu gồm : sạn kết, cát kết, bột kết, sét than, than nâu Trong hệ tầng có chứa nhiều hoá đá thực vật, bào tử phấn hoa, trùng lỗ, chân rìu, chân bụng tuổi Mioxen muộn Đây là các thành tạo liên quan đến các địa hào sụt võng trong giai đoạn đầu Neogen Do đó phần lớn quan hệ của chúng với các thành tạo khác là quan hệ kiến tạo Chiều dày của hệ tầng từ 700-1800m Trong vùng nghiên cứu hệ tầng có chiều dày từ 700-900m

2.1.3.2 Thống Plioxen

Hệ tầng Vĩnh Bảo (N 2vb)

Hệ tầng Vĩnh Bảo nằm dưới các thành tạo Đệ tứ và phân bố thành các dải ở khu vực trung tâm phía bắc vùng nghiên cứu Đây là các trầm tích được thành tạo liên quan đến hiện tượng sụt võng trầm tích theo các đứt gVy phương tây bắc - đông nam vào giai đoạn cuối của quá trình sụt võng địa hào Neogen Các đá chủ yếu gồm cát kết hạt trung, hạt mịn, bột kết, sét kết màu xám xen các tập sét than và than nâu Trong hệ tầng gặp nhiều hoá đá biển như thân mềm, trùng lỗ định tuổi Plioxen Về tính chất cơ lý, các trầm tích này có độ gắn kết không cao, đôi chỗ mềm bở thậm chí chảy nhVo Về quan hệ địa tầng,

hệ tầng Vĩnh Bảo phủ bất chỉnh hợp trên các đá già hơn Trong vùng, hệ tầng

có quan hệ kiến tạo với các hệ tầng Phủ Cừ, Tiên Hưng, Nậm Thẳm Chiều dầy của hệ tầng khoảng 200-300m

2.1.3.3 Thống Pleixtoxen sớm (Q11)

Hệ tầng Lệ Chi (aQ 1 1

Hệ tầng Lệ Chi được Ngô Quang Toàn, Trần Nghi xác lập năm 1987 khi tiến hành đo vẽ địa chất tờ Hà Nội tỉ lệ 1:50.000 Tên của hệ tầng lấy theo

địa danh xV Lệ Chi- Gia Lâm, nơi mặt cắt của hệ tầng này được nghiên cứu

đầy đủ nhất Trong vùng nghiên cứu, các thành tạo của hệ tầng này quan sát

được ở một số lỗ khoan KS1, KS2, KS4 [1] ở khu vực Sen Chiểu và thị xV Sơn Tây

Mặt cắt của hệ tầng Lệ Chi tại xV Lệ Chi – Gia Lâm đầy đủ bao gồm 4 tập theo thứ tự từ dưới lên trên như sau:

Tập 1: Cát cuội sỏi xen lẫn bột màu xám, xám sáng Trong thành phần

khá giàu cuội, sạn sỏi, cát, thành phần bột nhỏ hơn xấp xỉ 10% Tập này nằm trực tiếp trên các đá cát kết, bột kết, sét kết của các hệ tầng Nậm Thẳm, Phủ

Cừ, Tiên Hưng và Vĩnh Bảo

Tập 2 : Gồm cát hạt nhỏ, hạt trung có màu xám, xám đen phủ lên trên

tập dưới Trong thành phần nhiều nhất là cát 61-62%, bột 25-26%, tiếp đến là sét chiếm 12%

Tập 3 : Gồm bột, sét lẫn ít cát hạt mịn có màu xám, xám nâu nhạt, các

vảy nhỏ mica, tàn tích thực vật vv

Tập 4 : Gồm sét bột ít cát mùn màu nâu gụ, nâu tươi, xám nâu nhạt,

trong đó tỷ lệ sét và bột là cơ bản

Trong trầm tích này có nhiều bào tử phấn hoa vi cổ sinh Các hoá đá là:

Polypodiaceae gen indet Cyathea sp., Sphagnum sp., Juglans sp., Theaceae gen indet.Cedrus sp., Trilanosporites sp., Salix sp., Sapotacexe, liguidambar

Pleixtoxen sớm (Q11), không loại trừ yếu tố cuối Plioxen (N2)

Về quan hệ địa tầng, hệ tầng Lệ Chi phủ bất chỉnh hợp trên bề mặt bào mòn của các trầm tích Triat, Neogen Phía trên được các trầm tích hệ tầng Hà Nội phủ lên trên Hệ tầng Lệ Chi là một trong các đối tượng thăm dò khai thác

nước ngầm, nước phong phú và chất lượng tốt Chiều dầy của hệ tầng có sự biến thiên trong khoảng từ 15 - 30m

2.1.3.4 Thống Pleixtoxen giữa – muộn (aQ12-3 )

Hệ tầng Hà Nội (aQ 1 2-3 hn)

Hệ tầng Hà Nội do Hoàng Ngọc Kỷ xác lập năm 1973 khi lập bản đồ

địa chất Hà Nội tỷ lệ 1:200.000 Các thành tạo thuộc Hệ tầng Hà Nội lộ chủ yếu ở vùng ven rìa tây bắc và bắc đồng bằng Sông Hồng

Hệ tầng được thành tạo bởi : Cuội, cuội tảng lẫn sạn, sỏi cát thô kích thước từ 2-10cm, thành phần cuội gồm thạch anh, silic, đá phun trào, đá vôi quaczit, cát kết Trong thành tạo này gặp khá nhiều các di tích tảo nước ngọt và

bào tử phấn hoa, xác định tuổi Pleixtoxen giữa như : Navicula sp., Eunotia

sp

Nhìn chung các hạt cuội khá tròn, có độ mài mòn nhẵn phản ánh đúng tướng lòng sông lục địa được thành tạo trong giai đoạn xâm thực tích tụ rất mạnh Các thành tạo này được tích đọng ở các lòng sông cổ, các khe rVnh, các thung lũng ngầm ở khu vực nghiên cứu và một số nơi khác trong đồng bằng Bắc Bộ Về quan hệ địa tầng, các trầm tích này phủ lên trên trầm tích hệ tầng

Lệ Chi dạng bất chỉnh hợp và bị hệ tầng Vĩnh Phúc phủ bất chỉnh hợp lên trên Trong vùng nghiên cứu, hệ tầng này có chiều dầy thay đổi từ vài mét cho tới

20 thậm trí trên 30m

Hệ tầng Vĩnh Phúc (aQ 1 3 vp 1)

Hệ tầng Vĩnh Phúc được Hoàng Ngọc Kỷ và Nguyễn Đức Tâm thành lập năm 1973 khi nghiên cứu và xác lập nguồn gốc biển cho các thành tạo này Năm 1987 Ngô Quang Toàn xác định các trầm tích sét của hệ tầng Vĩnh Phúc ở khu vực Hà Nội có nguồn gốc sông, không giống quan niệm của các

tác giả Hoàng Ngọc Kỷ, Nguyễn Đức Tâm về nguồn gốc biển của trầm tích này Trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc gồm có 2 phần rõ rệt :

* Phần trên của hệ tầng này chủ yếu là: sét, sét cao lanh có màu xám vàng, xám xanh màu đen có các thấu kính than bùn được thành tạo vào giai

đoạn sông đình trệ hoá hồ Kết quả phân tích mẫu cổ sinh (CS1, CS2 trong bảng 2.1) cho thấy trong các trầm tích này phong phú các loại tảo nước ngọt, phổ phấn, trùng lỗ như Dutoria pectipalis, Navicula, Placentula, Navcula gastrum, Microlepia sp., Cythea sp , Castanca sp., Taxodium sp., ostracoda., Lyocypris sp., Candona sp định tuổi Q13 [1]

Về quan hệ dưới, thấy rõ hệ tầng Vĩnh Phúc phủ bất chỉnh hợp lên trên trầm tích hệ tầng Hà Nội với các loại bồi tích như cát sạn sỏi nguồn gốc sông, bột sét màu vàng nâu đỏ loang lổ rồi đến các lớp sét cao lanh màu xám trắng xám vàng, có lẫn các vật chất than, than bùn nguồn gốc hồ - đầm lầy Quan hệ

trên bị các trầm tích Hải Hưng và Thái Bình phủ bất chỉnh hợp lên trên Chiều dày hệ tầng thay đổi từ trên 10m đến 30-40m

2.1.3.5 Thống Holoxen (Q2)

Hệ tầng Hải Hưng (Q 2 1-2 hh)

Hệ tầng Hải Hưng do Hoàng Ngọc Kỷ thành lập (1978) khi tiến hành

đo vẽ bản đồ địa chất tỉ lệ 1:200.000 tờ Hải Phòng-Nam Định Hệ tầng Hải Hưng bao gồm các trầm tích đa nguồn gốc: sông, hồ-đầm lầy, đầm lầy ven biển, châu thổ và nguồn gốc biển Trầm tích Hệ tầng Hải Hưng chủ yếu bị phủ bởi các thành tạo trẻ hơn, chỉ lộ một phần tại vùng ven rìa đồng bằng như phía bắc, tây bắc Hà Nội, Phả Lại, Nam Hải Dương, Hải Phòng và một số vùng trung tâm đồng bằng như Vụ Bản-Nam Định, Bình Lục-Hà Nam, Hưng

Hà -Thái Bình

Chiều dày trầm tích Hệ tầng Hải Hưng, theo quy luật chung tăng dần theo hướng TB-ĐN Trên sơ đồ đẳng dày các trầm tích Hệ tầng Hải Hưng cũng phân bố theo các trũng có hướng TB-ĐN Nếu theo đường đẳng dày 15m

sẽ thấy hình dạng hai trũng: Phủ Lý-Hoài Đức và Tứ Lộc-Hải Dương Trong phạm vi trũng Phủ Lý-Hoài Đức các thành tạo Hải Hưng có chiều dày tăng dần từ rìa ngoài vào trung tâm, dao động từ 1-2 m đến 20-25m Chiều dài trũng này kéo dài khoảng 65-70km với chiều rộng khoảng 15-20km mở rộng dần ra phía biển Trũng Tứ Lộc-Hải Dương có chiều dài ngắn hơn, chỉ khoảng 40-45km, chiều rộng 15-17km, trải rộng ra phía biển Tại vùng ven biển, các trầm tích Hệ tầng Hải Hưng có chiều dày dao động từ 15-20m đến 30-35m Trong khi đó tại vùng trung tâm đồng bằng như ở vùng Tiên Lữ, Phủ Cừ, Thanh Miện-Hưng yên, chiều dày trầm tích Hải Hưng lại khá mỏng, từ 8-10

đến 12m, phân bố trên một diện khá rộng, dạng một bề mặt tương đối bằng phẳng

Kết quả phân tích cổ sinh, đặc điểm thành phần vật chất cùng với các số liệu tuổi tuyệt đối cho thấy các trầm tích hệ tầng Hải Hưng được thành tạo

trong thời gian Holocen sớm-giữa Chiều dày trầm tích Hệ tầng Hải Hưng dao

động từ 2-5m ở vùng ven rìa đến 15-20m tại vùng trung tâm đồng bằng và

30-35 m tại vùng ven biển [17]

Trong khu vực nghiên cứu các trầm tích của hệ tầng này không thể hiện

rõ Một số lỗ khoan ở Đoài Thôn thấy có các trầm tích dạng tương tự, nhưng không thật điển hình [1]

đầm lầy albQ23tb1, trầm tích sông tướng lòng bVi bồi trung : aQ23tb2, trầm tích lòng sông bVi bồi dạng thấp aQ23tb3 Theo thứ tự địa tầng, trầm tích hệ tầng Thái Bình chia thành hai phụ hệ tầng:

* Phụ hệ tầng dưới (aQ 2 3 tb1)

- Trầm tích sông (a Q 23 tb 1 )

Trầm tích này phân bố cơ bản ở phía trong đê thuộc các xV Sen Chiểu, Phương Độ, Thọ Lộc, Phúc Hoà, Đại Đồng, Long Xuyên, Ngọc Tảo Trầm tích này bao gồm: các thành tạo bột sét, cát mịn, cát pha, sét pha .thứ tự địa tầng từ dưới lên trên gồm :

+ Tập 1 : Từ dưới lên trên thành phần chủ yếu của trầm tích là : bột,

sét, lẫn cát hạt mịn, hạt nhỏ màu nâu, xám nâu lẫn nhiều hạt nhỏ muscovit Theo kết quả phân tích thành phần độ hạt (ĐH4, ĐH 13, ĐH14, bảng 3.3) cho thấy bột khoảng 65%, sét 20%, cát 15% Trong các lớp bột sét của tập này cho

thấy có di tích bào tử phấn hoa Polypdia Cyathea, Lcopodium, Taxas, Gingo,

hoá đá này có tuổi Holoxen Tập này có chiều dầy trung bình 3m, thường gặp

ở độ sâu 7 đến 8m

+ Tập 2: Chuyển tiếp lên tập 1, thành phần chủ yếu là bột, sét màu nâu

xám, xám nhạt, nâu đỏ dạng phù sa của sông Hồng Tỷ lệ % cấp hạt trung bình trong các mẫu ĐH01, ĐH12 (bảng3.3) lấy trong tập này gồm: bột gần 51%, sét 48%, cát 0,3% Trong tập bột sét có chứa bào tử phấn hoa

Holoxen Trong tập này thấy rõ tỷ lệ bột sét rất cao, do đó đây là một trong những đối tượng được con người khai thác vật liệu làm gạch ngói Về quan hệ, tập này phủ bất chỉnh hợp lên trên hệ tầng Hải Hưng và các thành tạo già hơn,

đồng thời bị các thành tạo thuộc tập trên phủ bất chỉnh hợp lên trên Chiều dày thay đổi từ vài mét đến hàng chục mét Tập này có độ dày từ 2-5m

- Trầm tích sông - hồ - đầm lầy tướng lòng sông cổ - hồ móng ngựa (albQ 2 3 tb 1 )

Trầm tích phân bố ở một số nơi tập trung chính dọc các lòng sông cổ khu vực Sen Chiểu, Phương Độ, Phúc Hoà, Long Xuyên, Võng Xuyên, Thành phần trầm trích gồm sét, bột, bột sét, bột cát màu nâu, xám nâu lẫn tàn tích thực vật Trong các trầm tích này có nhiều di tích bào tử phấn hoa

tuổi Holoxen Về quan hệ: trầm tích này phát triển liên tục trên phụ tầng dưới Chiều dày từ 0,5-4m

* Phụ hệ tầng trên (aQ 2 3tb 2)

- Phần dưới (aQ 2 3tb 2a)

Đây là các thành tạo cát, bột, sét, cát pha, sét pha có màu nâu, nâu xám Phổ biến ở phần rìa sông và ngoài đê như ở Sen Chiểu, An Thọ, Cẩm Đình, Xuân Phú Về mặt địa hình, các thành tạo này tương ứng với bVi bồi trung phần lớn ở ngoài đê Thành phần của chúng chủ yếu là bột khoảng 50%, sét 35%, cát 9% Trong các lớp bột, sét có chứa các bào tử phấn Polydeaceae,

Ginkgo, Alsophyum định tuổi Holoxen muộn Chiều dày thay đổi từ một vài mét đến năm bảy mét

- Phần trên (aQ 2 3tb 2b)

Các thành tạo của trầm tích này phân bố chủ yếu ở phía bắc, đông bắc

và phía đông vùng nghiên cứu Các trầm tích này ở dạng trầm tích lòng sông

Đáy và các nhánh của nó hay trầm tích sông Hồng thuộc dạng bVi bồi thấp phổ biến ở khu vực Cẩm Đình Trầm tích này có đặc trưng là phần dưới chủ yếu là cát, cát pha xốp tơi, tướng lòng sông, bVi bồi gần lòng, chiều dày từ 1-4m Phần trên chủ yếu là bột, bột sét, sét pha, đôi nơi có trầm đọng các vật chất hưu cơ

Về quan hệ phần này phủ chỉnh hợp lên phần dưới và phủ bất chỉnh hợp lên các trầm tích già hơn Chiều dày thay đổi từ vài chục cm đến bốn, năm mét

Từ những đặc điểm về thành phần vật chất và sự phân bố của từng phân

vị địa tầng nêu trên cho thấy hầu hết cơ đê nằm trực tiếp trên các thành tạo của

hệ tầng Thái Bình Hệ tầng Thái Bình có thành phần chủ yếu là bột, sét pha thuộc loại đất yếu có nguồn gốc liên quan đến sông Chính nguồn gốc này đV làm cho các thể địa chất của hệ tầng Thái Bình phổ biến ở dạng thấu kính nằm ngang với thành phần kém đồng nhất và độ dầy của hệ tầng kém ổn định Mặc

dù độ dầy của hệ tầng không ổn định nhưng quan sát các lỗ khoan trong vùng cho thấy sự kém ổn định về chiều dày của hệ tầng này cũng mang tính qui luật

rõ nét Tại tuyến khoan I gồm LK89, LK83, LK84, LK92 tầng bột, sét pha có chiều dày lớn trung bình từ 7-8m và thay đổi chậm; tuyến khoan II gồm LK

100, LK53, LK90, LK97, LK58 tầng bột, sét pha có chiều dày nhỏ trung bình

từ 1,5 – 2,5m, có chỗ 0,5m và biến đổi chậm [1] Sự thay đổi chiều dày của hệ tầng mang tính định hướng: biến đổi chậm theo phương tây bắc - đông nam nhưng biến đổi mạnh theo phương đông bắc - tây nam Đặc biệt tầng bột, sét pha của phụ hệ tầng Thái Bình trên mang đậm tướng lòng sông Vì vậy, có thể

khẳng định lòng sông Hồng thời kỳ Holoxen muộn (Q23) đV chảy qua địa phận Phù Sa, Bắc Sen Chiểu, Bắc Phương Độ, Long Xuyên theo phương tây bắc -

đông nam

Từ các đặc điểm này cho thấy toàn bộ tuyến đê từ Phù Sa tới Phúc Lộc nằm trên các thành tạo đất yếu phân bố trong lòng sông cổ tuổi (Q23) Các thành tạo này thường có dạng thấu kính và biến đổi mạnh trong không gian

Đây là một trong những nguyên nhân gây mất ổn định cho đê và rất khó khăn trong việc điều tra và khống chế mức độ ảnh hưởng của chúng tới đê điều

N 0 Ký

Thµnh phÇn sinh vËt cæ

sp endet; Picea sp.; Taxus sp ; Morus sp;

Q 2 3

Polypodiaceae gen et sp endet; Podocarpus sp

Q 1 3

Podocarpus sp.; Picea sp.; Taxus sp.; Ginkgo sp.; Morus sp;

Q 1 3

Podocarpus sp.; Picea sp.; Taxus sp.; Ginkgo sp.; Morus sp;

Q 12-3

sp.; Taxus sp.; Ginkgo sp.; Morus sp; Quercus sp

Q 23

sp endet; Podocarpus sp.; Picea sp.; Taxus sp.;

Q23

Taxus sp.; Ginkgo sp.; Morus sp;

Q13