TT Dạng tồn tại của nƣớc
Phân vị địa chất thuỷ văn Ký hiệu 1 Nƣớc lỗ hổng Tầng chứa nƣớc các trầm tích Holocen qh 2 Tầng chứa nƣớc các trầm tích Pleistocen qp 3
Nƣớc khe nứt
Tầng chứa nƣớc các trầm tích Neogen m 4 Tầng chứa nƣớc trầm tích Jura hệ tầng Hà Cối J1-2 5 Tầng chứa nƣớc các thành tạo Trias trung, các
hệ tầng Nà Khuất, Khôn Làng
t2
6 Tầng chứa nƣớc các thành tạo Neoproterozoi - Cambri hạ loạt Sông Chảy
NP-ԑ1
7 Các thành tạo chứa nƣớc kém hoặc
rất nghèo nƣớc
Thành tạo cách nƣớc Holocen dƣới-giữa trầm
tích biển hệ tầng Hải Hƣng
mQ21-2hh
2hh
8 Thành tạo cách nƣớc Holocen dƣới-giữa trầm tích hồ-đầm lầy hệ tầng Hải Hƣng
lbQ21-2hh
2hh
9 Thành tạo cách nƣớc Pleistocen trên, trầm tích
hồ-đầm lầy hệ tầng Vĩnh Phúc
lbQ13vp
10 Thành tạo cách nƣớc Pleistocen trên, trầm tích
sơng phần trên hệ tầng Vĩnh Phúc
aQ13vp
Đối với các trầm tích chứa nƣớc lỗ hổng Đệ Tứ, hầu hết các cơng trình nghiên cứu đều phân chia ra thành hai tầng chứa nƣớc qh và qp theo trật tự từ trẻ đến cổ và từ trên xuống, bao gồm:
- Tầng chứa nƣớc trong trầm tích Holocen (qh) phân bố rộng khắp khu vực nghiên cứu. Thành phần thạch học chủ yếu của tầng chứa nƣớc Holocen bao gồm: cát pha, sét pha, sét cát có lẫn bùn hữu cơ và thực vật, ở phần trên cùng có lớp sét, sét pha cách nƣớc yếu, phân bố không liên tục, chủ yếu ở phía Nam sơng Hồng. Chiều sâu phân bố của lớp cách nƣớc này cũng thay đổi trong phạm vi lớn, có nơi ở ngay chiều sâu từ 0 - 0.5 m, song có nơi lại ở chiều sâu đến gần 20 m. Phía dƣới lớp sét, sét pha thƣờng là các lớp bùn, bùn sét, cát và cát pha chứa nƣớc. Chiều dầy tầng chứa nƣớc qh biến đổi rất lớn từ 0m (nghĩa là tầng chứa nƣớc bị bào mịn tồn bộ, các tầng chứa nƣớc qp lộ ra ngay trên bề mặt địa hình) đến lớn nhất 37.5 m, trung bình xấp xỉ 12 m. Kết quả thí nghiệm địa chất thuỷ văn ở một số lỗ khoan trong tầng này cho thấy: Mực nƣớc tĩnh thay đổi từ 0.5 đến 4.0m; Lƣu lƣợng lỗ khoan thay đổi 0.4 đến 29.0 l/s, trung bình 7- 8 l/s; Trị số hạ thấp mực nƣớc dao động từ 1.12 đến 8.08 m, trung bình 2.9 m; Tỉ lƣu lƣợng lỗ khoan dao động 0.08 đến 20.9 l/s.m, trung bình 3.1 l/sm; Hệ số thấm K thay đổi từ 20 đến 1788 m/ng, trung bình 432 m/ng. Nƣớc dƣới đất của tầng qh chủ yếu là nƣớc ngầm khơng áp, ở phía Nam sơng Hồng đơi nơi có áp lực cục bộ. Nguồn cung cấp cho nƣớc dƣới đất tầng chứa nƣớc qh chủ yếu là nƣớc mƣa, nƣớc mặt và một phần là nƣớc tƣới cho nông nghiệp. Miền thốt là sơng suối, hồ ao vào mùa khô và một phần thấm xuống cung cấp cho tầng chứa nƣớc phía dƣới (tầng qp), cịn một phần nhỏ bốc hơi. Động thái nƣớc dƣới đất trong tầng qh có liên hệ chặt ch với nƣớc sơng Hồng. Đây cũng là tầng chứa nƣớc đƣợc lựa chọn sử dụng trong các tính tốn đánh giá hóa lỏng nền do động đất trong khuôn khổ luận án.
- Tầng chứa nƣớc Pleistocene (qp): phân bố rộng khắp toàn bộ khu vực nghiên cứu. Thành phần đất đá chứa nƣớc chủ yếu là cát sạn sỏi, cuội, nhiều nơi gặp các tảng lăn lớn, trong đó chủ yếu là thành phần cuội sỏi. Chiều sâu phân bố chung của tầng chứa nƣớc (bao gồm cả lớp sét cách nƣớc nằm trên và lớp cuội sét nằm
dƣới tầng cuội sỏi) biến đổi trong phạm vi lớn. Đối với mái tầng chứa nƣớc, chiều sâu phân bố từ -4m đến sâu nhất -56 m. Đối với đáy tầng chứa nƣớc, do các mục tiêu nghiên cứu khác nhau, nhiều giếng khoan khơng khoan qua tồn bộ tầng chứa nƣớc này nên chƣa thể tổng hợp một cách đầy đủ. Tuy nhiên, sơ bộ cho thấy đáy tầng chứa nƣớc này cũng biến đổi rất lớn theo hƣớng tăng dần từ Bắc xuống phía Nam và Đơng Nam thuộc khu vực Thanh Trì, Gia Lâm. Độ sâu phân bố lớn nhất của tầng chứa nƣớc thấy đƣợc là 94m tại giếng khoan Q67a tại Thanh Trì. Bề dày tầng chứa nƣớc chƣa đƣợc nghiên cứu đầy đủ, theo số liệu tổng hợp sơ bộ cho thấy, tầng chứa nƣớc này có bề dầy biến đổi từ một vài mét đến dầy nhất 72 m tại giếng khoan P72a (tại Tầm Xá - Đơng Anh) và trung bình đạt 26 m. Đất đá trong lớp cuội sỏi có tính thấm cao và tƣơng đối đồng nhất. Tuy nhiên, do chiều dầy của lớp chứa nƣớc biến đổi rất lớn nên hệ số dẫn nƣớc của tầng chứa nƣớc này cũng biến đổi trong phạm vi tƣơng đối rộng. Sự biến đổi của hệ số dẫn biến đổi theo các khu vực khác nhau: ven rìa đồng bằng ở phía Bắc phạm vi nghiên cứu từ khoảng 100 đến 600 m2/ngày, khu vực trung tâm từ khoảng 700 - 100 m2/ngày và khu vực ven sông lớn hơn từ khoảng 1500 - 2000 m2/ngày. Đây là tầng chứa nƣớc thuộc loại giầu nƣớc, tỷ lƣu lƣợng các giếng khoan hầu hết đạt trên 1 l/s, lƣu lƣợng nhiều giếng khoan khai thác đạt 25 trên 50 l/s. Nƣớc dƣới đất trong tầng qp chủ yếu có áp lực. Chiều sâu mực nƣớc tĩnh biến đổi rất mạnh theo từng khu vực khác nhau. Nhiều kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trên phạm vi toàn vùng nghiên cứu, do ảnh hƣởng của các công trình khai thác, đã hình thành hai hình phễu mực nƣớc ngầm trong tầng chứa nƣớc này. Nƣớc dƣới đất trong tầng qp và tầng qh có quan hệ chặt ch với nhau, ngay khi giữa hai tầng có lớp bùn và sét ngăn cách. Đồng thời nƣớc dƣới đất trong tầng chứa nƣớc qp cũng có quan hệ thuỷ lực với nƣớc sơng Hồng, đặc biệt ở những nơi lớp sét ngăn cách bị bào mòn.
3.1.3. Tài liệu địa mạo
Để có đƣợc thơng tin về đặc điểm địa mạo thành phố Hà Nội, bản đồ địa mạo thành phố Hà Nội của Đào Đình Bắc cơng bố năm 2010 đƣợc sử dụng (hình 3.4).
Trên cơ sở bản đồ địa mạo thành phố Hà Nội theo Đào Đình Bắc có thể điểm qua một số đặc điểm nổi trội của cấu trúc địa mạo vùng thủ đô nhƣ sau:
Đặc điểm thứ nhất là Hà Nội nằm ở trung tâm của một miền đồng bằng thấp
với tất cả những đặc trƣng của một đồng bằng châu thổ ở phía nam và đồng bằng hạ lƣu sơng ở phía bắc.Trên khu vực bằng phẳng rộng lớn này ln ln tồn tại những dạng địa hình cao tƣơng đối của các bậc thềm tuổi pleistocen ở 2 rìa phía Bắc, Đơng Bắc và Tây. Yếu tố địa hình cao tƣơng đối thứ hai, thấp hơn, phân bố phức tạp hơn, là những gờ cao ven lịng sơng, đơi khi cịn tạo thành những đê thiên nhiên thực thụ, đặc biệt phát triển tại những ngã ba sông, nhƣ ngã ba sông Hồng - sông Nhuệ, dải gờ cao ven lịng sơng Hồng hiện đại phía ngồi hồ Hồn Kiếm và dải đất cao rộng lớn hơn nữa ven đoạn sông Hồng cổ của Hồ Tây.
Yếu tố địa hình đặc trƣng thứ hai ở đây là phần bãi bồi trung tâm thấp và trũng, nơi mà trƣớc khi có đê mỗi mùa lũ về vẫn đƣợc bồi chút ít phù sa mịn, nhƣng đồng thời cịn là tuyến thốt nƣớc lũ tràn ra từ phía đoạn sơng chết Tây Hồ để chảy về Đơng Nam. Đó là lý do tại sao phía Tây và Nam của thành Thăng Long - Hà Nội lại có nhiều đầm hồ đến thế, đồng thời bên cạnh những dòng chảy nhỏ của sông Nhuệ, sơng Tơ lịch cịn có những lạch thốt lũ khá dài là sơng Kim Ngƣu, sơng Lừ và sơng Sét.
Nhìn cách phân bố của bậc thềm 1, tuổi Pleistocen trên (Q13vp) có thể thấy
xu thế mở đƣờng về phía Đơng và Đơng Nam của lịng chính sơng Hồng. Thứ nhất, vào thời kỳ thành tạo bậc thềm này, cửa phân nƣớc vào sơng Đáy chính là cửa của sơng Hồng (bậc thềm 1 nằm ở 2 phía của lịng sơng Đáy). Thứ hai, trong Holocen trên ( 3
2
Q ), dịng sơng Hồng đã đột ngột cắt qua chính bậc thềm 1 của mình để chảy về phía đơng, xun qua địa phận Hà Nội để mở đƣờng về đông nam thuận theo sự khống chế của vận động kiến tạo trẻ và hiện đại (lịng sơng Hồng sau q trình dịch chuyển lâu dài về Đơng Bắc và Đơng đã nằm gọn trong dải trũng địa hào trung tâm, cịn chi lƣu Sơng Đuống thì chảy ổn định về vùng hạ lún hiện đại (Lục Đầu Giang).
Thứ ba, sự hiện diện của những mảnh sót tại xung quanh Hồ Tây, kể cả khu Hồng thành Thăng Long dƣới dạng bãi bồi bào mòn hoặc bãi bồi đê cho phép xác định đƣợc những khơng gian có cấu tạo địa chất cơng trình ổn định.
Đặc điểm thứ 2 là Hà Nội nằm kẹp giữa hai vùng đất cao hầu nhƣ đối xứng
với nhau qua sông Hồng, nơi chuyển tiếp từ hạ lún tuyệt đối của đồng bằng trung tâm sang vùng nâng nhẹ của bề mặt đồi bóc mịn và các pediment ở trung du và tiếp đến là những khối nâng tân kiến tạo biên độ khá lớn, nhƣ Ba Vì và Tam Đảo.
Đặc điểm thứ 3 là vùng đất cao của các bậc thềm phù sa và các pediment cổ
phía Bắc và phía Tây Hà Nội đã bị bạc màu do bị xói mịn rửa trơi lâu dài, chúng có nền móng vững chắc và đã thốt khỏi ảnh hƣởng của nƣớc lũ sông Hồng.
Ngồi ra Hà Nội cịn có nhiều vùng là lịng sơng cổ, hồ, đầm lầy nhƣng đã bị lấn chiếm bằng các hoạt động xây dựng cho mục đích dân cƣ.
3.2. Các phƣơng pháp sử dụng
Youd & Hoose (1977) đã tổng hợp, phân tích các báo cáo đƣợc cơng bố rộng rãi về các trận động đất xảy ra ở khắp mọi nơi trên thế giới trong giai đoạn từ năm 1811 đến 1976 (gồm 21 trận), từ đó đã nhận thấy khả năng hóa lỏng nền có liên quan đến các đặc điểm địa chất. Từ nguồn số liệu này và bổ sung thêm vài trƣờng hợp sau đó Youd & Perkins (1978) đã nghiên cứu khả năng nhạy cảm với hiện tƣợng hóa lỏng nền của nhiều loại đất đá khác nhau và xây dựng đƣợc thang đo định tính về khả năng hóa lỏng nền dựa trên cơ sở môi trƣờng thành tạo và tuổi địa chất của các lớp trầm tích mặt. Thang cấp độ nhạy cảm hóa lỏng nền của Youd & Perkins (1978) đƣợc minh họa trong bảng 3.5 cho thấy:
Các trầm tích nhạy cảm cao với hóa lỏng là các trầm tích nằm dƣới lịng sơng cổ, đồng bằng gập lụt, các trầm tích châu thổ tuổi Holocen và các trầm tích đất
mƣợn khơng chặt nằm dƣới mực nƣớc ngầm. Các loại đất cát và bùn cát đều có khả năng nhạy cảm hóa lỏng cao. Ngồi ra, các loại cuội sỏi và một số loại sét cũng nhạy cảm đối với hiện tƣợng hóa lỏng nền mặc dù khơng cao nhƣ các trầm tích nói trên [115]. Các trầm tích quạt bồi tích và đồng bằng, bãi biển sóng lớn, sét đóng băng, lở tích, đất cịn sót lại, Tuff (đá thành tạo từ tro núi lửa), dải bãi biển sóng lớn và đất mƣợn nén chặt nhìn chung khơng có khả năng hóa lỏng.
Đối với cùng một loại trầm tích nói chung khả năng hóa lỏng giảm theo tuổi từ trẻ (<500 năm) đến cổ ( Pre-Pleistocene), riêng trầm tích hồng thổ ln dễ xảy ra hóa lỏng trong động đất mạnh dù ở tuổi Holocen hay Pleistocene. Các trầm tích tuổi Holocene bị hóa lỏng nhiều hơn các trầm tích tuổi Pleistocene, và trầm tích tuổi Pre-Pleistocene rất hiếm khi bị hóa lỏng.
Iwasaki et al. (1982) đã đƣa ra một phƣơng pháp khác dựa vào mối quan hệ giữa các trƣờng hợp hóa lỏng nền và các đặc trƣng địa mạo ở những nơi đã xảy ra hóa lỏng. Bằng việc phân tích các dữ liệu đƣợc công bố bởi Kuribayashi & Tatsuoka (1975) từ vài trăm vị trí đã xảy ra hóa lỏng nền trong 44 trận động đất tại Nhật Bản suốt 96 năm kể từ năm 1872 (với M= 5.2 † 8.2) có bổ sung một số trƣờng hợp sau đó, tham chiếu với các điều kiện địa mạo tại những vị trí này. Kết quả cho thấy hóa lỏng xảy ra ở các trầm tích cát phù sa và đặc biệt ở các vùng đất khai hoang, lịng sơng, hồ hiện đại hóa lỏng xảy ra với mọi trƣờng hợp động đất khảo sát. Phân tích này dẫn đến một tập hợp các tiêu chí vi phân vùng khả năng hóa lỏng dựa trên các thơng tin địa mạo đƣợc minh họa trong bảng 3.6. Từ bảng 3.6 cho thấy ở những vùng nhƣ đáy sông, hồ hiện đại, đáy sông cổ, đầm lầy, đất đã cải tạo và đất thấp chơn trong đụn cát có khả năng hóa lỏng cao. Các cấu trúc đa dạng hình quạt, đồng bằng ngập lụt, đồng bằng, đê tự nhiên… khả năng hóa lỏng ở mức trung bình.Vùng đá trên đồi núi khơng có khả năng hóa lỏng, các khu vực có nền đá gốc hay giống đá đƣợc coi là không nguy hiểm với hiện tƣợng hóa lỏng.
Bảng 3.5. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền của các lắng đọng trầm tích trong quá trình chấn động địa chấn [122] Loại trầm tích Phân bố tổng quát của các lớp cố kết kém trong tầng trầm tích Khả năng để các lớp trầm tích cố kết kém khi bão hịa s trở nên nhạy cảm với sự hóa lỏng
<500 năm Holocene Pleistocen e Pre- Pleistocene (a)Trầm tích lục địa Quạt bồi tích và đồng bằng Rộng rãi Trung bình Thấp Thấp Rất thấp Châu thổ và quạt-châu thổ
Rộng rãi Cao Trung bình
Thấp Rất thấp
Cồn cát/đụn cát Rộng rãi Cao Trung bình Thấp Rất thấp Thềm biển (địa khu)/đồng bằng nguồn gốc biển Rộng rãi --- Thấp Rất thấp Rất thấp Lở tích Rộng rãi Thấp Thấp Rất thấp Rất thấp Bụi núi lửa/ tro
núi lửa
Rộng rãi Cao Cao --- ---
Côluvi (đất đá dễ lung lay dƣới chân vách núi
Biến đổi Cao Trung bình
Thấp Rất thấp
Sét đóng băng Biến đổi Thấp Thấp Rất thấp Rất thấp Hồ và playa Biến đổi Cao Trung
bình
Thấp Rất thấp
Hoàng thổ Biến đổi Cao Cao Cao --- Đồng bằng ngập lụt Biến đổi cục bộ Cao Trung bình Thấp Rất thấp
Loại trầm tích Phân bố tổng quát của các lớp cố kết kém trong tầng trầm tích Khả năng để các lớp trầm tích cố kết kém khi bão hịa s trở nên nhạy cảm với sự hóa lỏng
<500 năm Holocene Pleistocen e Pre- Pleistocene bộ cao Sebka Biến đổi cục
bộ Cao Trung bình Thấp Rất thâp Đất cịn sót lại Hiếm Thấp Thấp Rất thấp Rất thấp Tuff (đá tạo thành từ tro núi lửa) Hiếm Thấp Thấp Rất thấp Rất thấp
(b) Dải ven biển
Bãi biển -Sóng lớn Rộng rãi Trung bình Thấp Rất thấp Rất thấp Bãi biển- Sóng nhỏ
Rộng rãi Cao Trung bình
Thấp Rất thấp
Châu thổ Rộng rãi Rất cao
Cao Thấp Rất thấp
Cửa sông Biến đổi cục bộ Cao Trung bình Thấp Rất thấp Bãi bồi ở bờ biển Biến đổi cục bộ Cao Trung bình Thấp Rất thấp Đầm phá Biến đổi cục bộ Cao Trung bình Thấp Rất thấp
(c) Đất có nguồn gốc nhân tạo Đất mƣợn nén chặt Biến đổi Thấp --- --- --- Đất mƣợn không nén chặt Biến đổi Rất cao --- --- ---