Nhóm phƣơng pháp nghiên cứu hiện trƣờng

2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1. Nhóm phƣơng pháp nghiên cứu hiện trƣờng

2.3.1.1. Phương pháp khảo sát hiện trường

Mục đích của phƣơng pháp là khảo sát thực địa nhằm nghiên cứu đặc điểm trầm tích tại các lỗ khoan, hố đào, đặc điểm địa hình - địa mạo, thu thập các mẫu đất để phục vụ cho nghiên cứu trong phòng.

Phƣơng pháp này đƣợc tiến hành bằng việc đi mô tả, điều tra, phỏng vấn và thu thập các thông tin về các đặc điểm của nền đất, các tai biến địa chất đã và đang xảy ra dƣới tác động mạnh mẽ của con ngƣời vào tự nhiên nhƣ quai đê lấn biển, tạo quỹ đất quy hoạch xây dựng các cơng trình biển trong khu vực nghiên cứu. Khảo sát hiện trạng, định vị các cơng trình biển, các hiện tƣợng sụt lún, xói lở, biến dạng nền đất... Thiết bị sử dụng là máy GPS cầm tay, máy ảnh, thƣớc đo, máy trắc địa điện tử và một số dụng cụ khác.

Các thông tin thu thập, điều tra trong quá trình nghiên cứu thực địa, đƣợc tổng hợp và đƣa vào phân tích, đánh giá, tìm ra mối liên quan giữa các hiện tƣợng kể trên với các thành tạo trầm tích khu vực nghiên cứu.

2.3.1.2. Phương pháp khoan lấy mẫu, thí nghiệm hiện trường và xử lý số liệu thí nghiệm hiện trường

• Phương pháp khoan lấy mẫu: Để tiến hành nghiên cứu đề tài, phƣơng pháp này đƣợc thực hiện nhằm mục đích lấy mẫu đất thí nghiệm, tiến hành các thí nghiệm ngoài trời để xác định các tính chất cơ lý của đất, phục vụ cho công tác nghiên cứu địa tầng, đặc điểm trầm tích, các q trình và hiện tƣợng địa chất liên quan đến thành tạo trầm tích khu vực nghiên cứu.

Phƣơng pháp này đƣợc tiến hành bằng cách khoan xoay bơm rửa bằng ống mẫu ở trên cạn bằng máy khoan chuyên dụng không tự hành XY-1. Đây là một trong những phƣơng pháp đƣợc sử dụng chủ yếu trong quá trình nghiên cứu đề tài.

Hình 2.1. Một số ảnh minh họa cơng tác khoan, lấy mẫu và thí nghiệm SPT Cơng tác lấy mẫu đất thí nghiệm đƣợc tiến hành đồng thời với công tác khoan. Công tác lấy mẫu và bảo quản mẫu thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2683: 2012.

• Thí nghiệm hiện trường xun tiêu chuẩn SPT: Mục đích của phƣơng pháp là nhằm đánh giá trạng thái của đất dính, độ chặt của đất rời thơng qua trị số kháng xuyên tiêu chuẩn Nspt, phân chia địa tầng, phát hiện các lớp đất xen kẹp, lấy mẫu đất khơng ngun dạng làm thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý và có thể dùng kết quả này tính tốn thiết kế nền móng cơng trình.

Phƣơng pháp này chủ yếu đƣợc thực hiện ngay sau khi lấy mẫu đất thí nghiệm trong lỗ khoan. Thiết bị thí nghiệm xun tiêu chuẩn SPT và quy trình thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9351: 2012. Trị số xuyên tiêu chuẩn SPT là

tổng số búa đóng mũi xuyên ngập vào trong đất 30cm - Nspt (số búa / 30cm). Đánh giá trạng thái của đất theo trị số Nspt đƣợc thể hiện bảng sau:

Bảng 2.1. Trạng thái của đất theo sức kháng xuyên tiêu chuẩn Nspt

STT Tên đất Tiêu chuẩn áp

dụng Trạng thái Sức kháng xuyên (Nspt) 1 Đất rời TCVN 9351: 2012 Xốp Nhỏ hơn 10 Chặt vừa Từ 10 đến 30 Chặt Từ 30 đến 50 Rất chặt Lớn hơn 50 2 Đất dính TCVN 9351: 2012 Chảy Nhỏ hơn 2 Dẻo - chảy Từ 2 đến 4 Dẻo Từ 4 đến 8 Cứng Từ 8 đến 10 Rất cứng Từ 15 đến 30 Rắn Lớn hơn 30

2.3.1.3. Phương pháp địa chấn nông phân giải cao

Phƣơng pháp địa chấn phản xạ nông phân giải cao đã đƣợc đƣa vào áp dụng để khảo sát mặt cắt địa chấn nằm sát đáy biển dọc đới biển nông ven bờ và khu vực ngập nƣớc. Đối tƣợng nghiên cứu chủ yếu là các thành tạo địa chất nằm ở phần trên cùng của lát cắt địa chất, khoảng một vài trăm mét trở lại, trong phạm vi các đới nƣớc nông, tới một vài trăm mét tính từ bề mặt đáy biển.

- Mục tiêu là khảo sát nền trầm tích phục vụ cho mục đích xây dựng hoặc san lấp; nghiên cứu q trình tích tụ trầm tích thềm lục địa hiện đại, các hoạt động kiến tạo trẻ và hiện đại, cung cấp số liệu cho các dự án cơng trình bờ biển và ngồi khơi nhƣ xây dựng cảng biển, giàn khoan, nạo vét lịng sơng, lắp đặt đƣờng ống ...

Hệ thống thiết bị khảo sát địa chấn nông phân giải cao GeoResources bao gồm: - Nguồn phát xung cao cao áp 1000J

- Nguồn phát dao động Sparker - Nguồn phát dao động Boomer

- Hệ thống cáp nối Nguồn phát xung cao áp và Nguồn phát dao động - Dải đầu thu (Streamer) Geo-Sense

- Hệ thống điều khiển phát sóng địa chấn và thu số liệu địa chấn Minitrace (có phần mềm đi kèm).

- Hệ thống phao

- Máy nổ phát điện xoay chiều 220V - Hệ thống tời kéo thả cáp

- Các loại dụng cụ và thiết bị đi kèm để lắp đặt

- Ngồi ra cịn cần phải cung cấp thiết bị GPS để định vị và dẫn đƣờng . Hê ̣ thống khảo sát đi ̣a chấn nông phân giải cao trên biển đƣợc lắp đă ̣t trên tàu khảo sát bao gồm một nguồn phát dao động âm và đầu thu hydrophone để thu tín hiê ̣u đƣơ ̣c nguồn phát dao đô ̣ng phát ra sau khi phản xa ̣ ta ̣i ranh giới âm ho ̣c, một máy ghi đồ ho ̣a để chuyển đổi nhƣ̃ng tín hiê ̣u ghi đƣợc thành mă ̣t cắt hoă ̣c băng ghi giấy liên tục. Băng ghi này thể hiê ̣n mă ̣t cắt liên tu ̣c các thành ta ̣o bên dƣới đáy biển khi tà u chuyển đô ̣ng trên mă ̣t nƣớc. Mă ̣t cắt đi ̣a chấn thu đƣợc bằng cách dƣ̣a vào tính toán khoảng thời gian từ lúc phát tín hiệu âm học đến khi tính hiệu đó quay trở lại đến đầu thu sau khi phản xa ̣ trên mô ̣t ranh giới âm ho ̣c ở ngay dƣới đáy biển (Hình 2.2).

Hình 2.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống địa chấn phản xạ liên tục

2.3.2. Nhóm phƣơng pháp nghiên cứu trong phịng

2.3.2.1. Phương pháp địa chấn – địa tầng

Phƣơng pháp địa chấn địa tầng là phƣơng pháp minh giải tài liệu địa chấn phản xạ dựa trên cơ sở nghiên cứu các mối tƣơng quan giữa các đặc điểm của

trƣờng sóng địa chấn với các đặc điểm địa chất nhƣ tính phân lớp, sự thay đổi thành phần thạch học, điều kiện lắng đọng trầm tích... Việc áp dụng địa chấn địa tầng để phân tích, liên kết địa tầng của các bể trầm tích rất có hiệu quả.

Các bƣớc phân tích địa chấn địa tầng bao gồm: - Phân chia mặt cắt địa chấn thành các tập địa chấn.

- Xác định sự thay đổi tƣớng địa chấn trong các tập địa chấn. - Giải thích mơi trƣờng thành tạo và thành phần thạch học.

a. Phân chia mặt cắt địa chấn

Việc phân chia mặt cắt địa chấn thành các tập địa chấn theo nguyên tắc sau: - Tập địa chấn là một phần của mặt cắt địa chấn bao gồm các mặt phản xạ hay các trục đồng pha của sóng phản xạ mà thế nằm của chúng tƣơng tự nhau và đặc trƣng cho các thành tạo hình thành trong cùng một điều kiện trầm tích.

- Có tính phân lớp rõ ràng biểu thị qua trục đồng pha sóng phản xạ: mau, thƣa.

Hình 2.3. Các dạng kết thúc phản xạ (theo Myers, 1996 và Catuneanu, 2006) - Có đặc điểm ổn định của trƣờng sóng địa chấn: tính liên tục, độ thẳng, độ uốn cong của các trục đồng pha.

- Tồn tại các thể địa chấn, tƣớng địa chấn có cùng điều kiện thành tạo trong một tập địa chấn: thể muối, thể macma phun trào, đá vôi san hô,...

- Các tập địa chấn phải đƣợc kẹp giữa các tập địa chấn khác bằng các ranh giới địa chấn.

Các ranh giới địa chấn đƣợc xác định dựa trên các dạng kết thúc phản xạ sau: dạng kề áp, gá đáy, dạng phủ đáy, dạng bào mịn, dạng chống nóc (Hình 2.4).

Các mặt phủ đáy thƣờng là nóc của các tập quạt biển sâu, các tập quạt sƣờn và các bề mặt ngập lụt cực đại. Các mặt biển tiến thƣờng khó nhận ra trên tài liệu

địa chấn, nếu có thì nó thể hiện là các phản xạ biên độ cao hƣớng về phía đất liền, có mặt tại gần nơi sƣờn bị phá hủy.

A b

C d

E

Hình 2.4. Các dạng phản xạ địa chấn địa tầng

a) phản xạ liên tục, tần số thấp, biên độ thấp - trung bình; b) phản xạ liên tục, tần số thấp, biên độ trung bình - cao; c) phản xạ liên tục, tần số cao, biên độ cao; d) phản xạ

không liên tục, tần số cao, biên độ cao; e) phản xạ hỗn loạn.

Ngoài các chỉ tiêu trên một lát cắt, khi phân chia ngƣời ta còn so sánh với các lát cắt khác. Một phức hệ địa chấn nếu xác định đúng thì trên tuyến song song gần nhất sẽ có các đặc điểm tƣơng tự và các đặc điểm này sẽ thay đổi một cách từ từ, trừ trƣờng hợp môi trƣờng và điều kiện thành tạo quá phức tạp.

Việc phân tích tƣớng địa chấn nhằm làm sáng tỏ các đặc điểm và sự thay đổi của một hay một nhóm các phản xạ. Các thơng số phản xạ bao gồm: đặc điểm phân lớp phản xạ, tính liên tục, biên độ, tần số và vận tốc lớp. Những thơng số này đƣợc gộp vào nhóm các thơng số bên trong. Ngồi ra, yếu tố hình dạng bên ngồi của các đơn vị tƣớng địa chấn và những mối quan hệ khơng gian của chúng cũng đóng vai trị quan trọng trong q trình phân tích tƣớng.

Hình 2.5. Các kiểu cấu tạo phản xạ địa chấn

Các dạng phản xạ trong các tập trầm tích bao gồm các dạng đƣợc minh họa

trên hình 2.5, đƣợc mô tả nhƣ sau:

- Dạng phản xạ song song: đặc trƣng cho q trình trầm tích đồng đều trong mơi trƣờng ổn định, đáy nƣớc lún chìm đều, thƣờng có mặt ở thềm lục địa và bể nƣớc sâu.

- Dạng phản xạ phân kỳ hay hội tụ: xảy ra trong điều kiện lắng đọng trầm tích có tốc độ thay đổi, đáy bồn lún chìm liên tục. Thƣờng liên quan đến các tích tụ đƣờng bờ, tƣớng hạt thô.

- Dạng phản xạ nêm lấn: gồm dạng xích ma và dạng chữ S. Dạng xích ma liên quan đến q trình lắng đọng trầm tích có năng lƣợng lớn, dịng chảy mạnh, vật liệu nhiều, đáy bồn ít bị lún chìm.

Các tập địa chấn đƣợc phân chia chi tiết hơn từ phức hệ địa chấn, ranh giới giữa các tập địa chấn có thể là bất chỉnh hợp hoặc chỉnh hợp. Mỗi tập địa chấn cũng phải thành tạo trong cùng một điều kiện và đƣợc xác định dựa trên kiểu kiến trúc phân lớp phản xạ và các đặc trƣng động học của trƣờng sóng nhƣ biên độ, tần số, độ liên tục của các pha phản xạ.

Độ liên tục phản xạ (Hình 2.4) cho phép luận giải độ liên tục của lớp, q

trình trầm tích. Trong minh giải địa chấn thƣờng chia độ liên tục ra các cấp sau: - Độ liên tục kém: liên quan đến các trầm tích thay đổi tƣớng nhiều, đặc trƣng cho tƣớng lục địa, ảnh hƣởng nhiều của chế độ thủy động lực.

- Độ liên lục tốt: thƣờng phản ánh các lớp có thành phần khác nhau, rõ nét, vị trí bất chỉnh hợp địa tầng. Chúng thƣờng liên quan đến các trầm tích biển ít thay đổi tƣớng.

Hình dạng tướng địa chấn trong khơng gian:

Đặc điểm tƣớng địa chấn cũng nhƣ mối quan hệ không gian của các đơn vị tƣớng địa chấn rất quan trọng trong việc phân tích mơi trƣờng lắng đọng trầm tích. Có những hình thái tƣớng địa chấn trong khơng gian thƣờng gặp nhƣ sau (Hình 2.6):

- Dạng gị đồi: có hình dạng của pha phản xạ nổi bật và cao vƣợt hơn hẳn các lớp xung quanh. Dạng gò đồi thƣờng liên quan đến núi lửa hoặc là các tập quạt biển sâu, các khối sụt, khối cacbonat, ám tiêu san hô.

- Dạng lấp đầy: các dạng lấp đầy thể hiện sự lấp đầy địa hình lõm của các tầng bên dƣới. Phần lớn các dạng lấp đầy đƣợc tạo nên bởi sự tích tụ có liên quan đến núi lửa, các tập quạt thành tạo ở biển sâu hoặc các khối sụt, các thể cacbonat, ám tiêu san hô. Các phản xạ bên dƣới có thể thấy nhƣ bào mòn cắt xén hay bất chỉnh hợp góc. Các dạng lấp đầy có thể gọi theo hình dạng ngồi: lấp đầy kênh, lấp đầy bồn trũng, lấy đầy sƣờn dốc, lấp đầy nếp lõm.

Hình 2.6. Hình thái khơng gian của một số đơn vị tƣớng địa chấn - Dạng đê, dạng thấu kính: có thể có dạng đẳng thƣớc hoặc kéo dài. Khi có dạng đẳng thƣớc nếu bên trong là tƣớng trắng thì có thể liên quan đến thấu kính cát, cịn tƣớng địa chấn bên trong thể hiện phản xạ ngắn không liên tục, phát triển nhiều trục đồng pha của sóng phản xạ thì có thể liên quan đến các trầm tích phun trào. Trong trƣờng hợp đơn vị tƣớng địa chấn có dạng kéo dài và đƣợc xác định trên nhiều đoạn tuyến song song thì chúng thƣờng liên quan đến các khu vực phát triển trầm tích dạng nêm lấn.

- Dạng tấm: thƣờng có các pha phản xạ song song với nhau, năng lƣợng thấp, liên quan đến trầm tích biển sâu.

2.4.3.2. Phương pháp phân tích độ hạt và xử lí số liệu

Mục đích của phƣơng pháp là xác định phần trăm trọng lƣợng các cấp hạt cấu tạo nên trầm tích (P), qua đó, xác định các thơng số nhƣ kích thƣớc hạt trung bình (Md), độ chọn lọc (So), hệ số bất đối xứng (Sk).

Nguyên tắc cơ bản là phân trầm tích thành các cấp hạt khác nhau bằng bộ rây tiêu chuẩn và bằng phƣơng pháp pipet. Trong nghiên cứu này, sử dụng thang phân loại Krumbein và Folk Cục Địa chất Hoàng Gia Anh (Hình 2.7). Đối với phƣơng pháp rây, sử dụng với cấp hạt có đƣờng kính D ≥ 0,063 (mm); đối với phƣơng pháp pipet, sử dụng với cấp hạt có đƣờng kính D < 0,063 (mm). 1-Bùn 2-Bùn cát 3-Bùn lẫn sạn 4-Bùn cát lẫn sạn 5-Bùn sạn 6-Cát 7-Cát bùn 8-Cát bùn lẫn sạn 9-Cát lẫn sạn 10-Cát sạn 11-Cát bùn sạn 12-Sạn bùn 13-Sạn cát bùn 14-Sạn cát 15-Sạn sỏi 1a-Sét 1b-Bột 2a-Sét cát 2b-Bột cát 7a-Cát sét 7b-Cát bột Hình 2.7. Biểu đồ phân loại trầm tích của Folk, 1954

Kết quả phân tích độ hạt đƣợc biểu diễn dƣới dạng đƣờng cong tích luỹ trên sơ đồ phân bố cấp hạt logarit. Trên đƣờng cong tích luỹ xác định đƣợc giá trị Q1 – cấp hạt tƣơng ứng 25%, Md – tƣơng ứng cấp hạt chiếm 50% và Q3 – cấp hạt tƣơng ứng 75%.

Hệ số chọn lọc So: Đƣợc xác nh theo cụng thc So= 3 1 Q Q sạn bùn cát Hàm l- ng % sạn (phi tỷ lệ) Tỷ l cát : bùn (phi tỷ lệ) 1 5 30 80 1:9 1:1 9:1 (bét vµ sÐt) 1 2 7 6 5 9 11 12 13 10 15 14 8 3 4 Tû lƯ bét : sÐt Tû lƯ c ¸t : bïn (phi tû lƯ) 9:1 1:1 1:9 1:2 2:1 SÐt Bét C¸t 1 1a 1b 2a 2 2b 7 7a 7b 6

Trầm tích có độ chọn lọc tốt: So = 1 ÷ 1.58 Trầm tích có độ chọn lọc trung bình: So = 1.58 ÷ 2.12 Trầm tích có độ chọn lọc kém: So ≥ 2.12 Hệ số bất đối xứng Sk: Đƣợc xác định bằng cơng thức Sk= Md Q Q1. 3 Trầm tích có hạt đều lý tƣởng: Sk = 1 Trầm tích có hạt lớn chiếm ƣu thế: Sk > 1 Trầm tích có hạt nhỏ chiếm ƣu thế: Sk < 1

Bảng 2.2. Thang phân loại cấp hạt của Krumbein và Folk

Cấp hạt Đƣờng kính cấp hạt D(mm) Thang logarit Ø=log2D Sạn > 2 < -1 Cát Rất thô 2 ÷ 1 -1 ÷ 0 Thơ 1 ÷ 0,5 0 ÷ 1 Trung 0,5 ÷ 0,25 1 ÷ 2 Mịn 0,25 ÷ 0,125 2 ÷ 3 Rất mịn 0,125 ÷ 0,0625 3 ÷ 4 Bùn Bột Thơ 0,0625 ÷ 0,031 4 ÷ 5 Trung 0,031 ÷ 0,0156 5 ÷ 6 Mịn 0,0156 ÷ 0,0078 6 ÷ 7