Kết quả áp dụng địa vật lý phục vụ nghiên cứu đánh giá nguyên nhân, cơ chế nứt sụt đất ở khu vực huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất giải pháp phòng tránh

Tham khảo các văn liệu khoa học cũng như truyền thông cho thấy, dạng tai biến địa chất gây sụt đất có tính phá hủy cũng xuất hiện thường xuyên ở nhiều nước trên thế giới ảnh 2 và là đối

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 6

1 Tính cấp thiết của luận văn 6

2 Mục đích nghiên cứu 7

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

4 Các phương pháp nghiên cứu 7

5 Nội dung nghiên cứu 8

6 Tài liệu sử dụng 8

7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận văn 9

8 Cấu trúc của luận văn 9

CHƯƠNG 1TAI BIẾN ĐỊA CHẤT VÀ NGUYÊN NHÂN, CƠ CHẾ HÌNH THÀNH 10

TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT 10

1.1 Tai biến địa chất liên quan đến vận động lớn của Trái đất 10

1.2 Tai biến địa chất liên quan với các tai biến khí hậu và môi trường 12

1.3 Tai biến địa chất có tính cục bộ, địa phương 13

1.4 Tai biến lún, nứt sụt đất 13

1.4.1 Nguyên nhân dẫn đến lún, nứt sụt đất 13

1.4.2 Cơ chế của lún, nứt sụt đất karst 18

1.4.3 Các tác hại tai biến nứ t su ̣t đất 19

CHƯƠNG 2CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT 20

2.1 Khái quát 20

2.2 Khả năng ứng dụng của các phương pháp địa vật lý 20

2.3 Các phương pháp điện và điện từ 22

2.3.1 Phương pháp điện trở suất 23

2.3.2 Phương pháp điện từ dùng thiết bị ERA 26

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM NỨT SỤT ĐẤT Ở HUYỆN THANH BA TRÊN CƠ SỞ GIẢI ĐOÁN ĐỊA VẬT LÝ VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH 28

3.1 Đặc điểm tự nhiên và điều kiện địa chất trong mối liên quan với hiện tượng nứt sụt

đất 28

3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 28

3.1.2 Đặc điểm địa chất 28

3.1.3 Đặc điểm địa hình – địa ma ̣o 30

3.1.4 Đặc điểm của các kiến trúc đứt gãy kiến tạo 32

3.1.5 Đặc điểm địa chất thủy văn 32

3.1.5.1 Các tầng chứa nước dưới đất 32

3.1.5.2 Động thái nước dưới đất 32

3.1.6 Đặc điểm địa chất công trình 33

3.1.6.1 Điều kiện ĐCCT 33

3.1.7 Hiện trạng nứt sụt đất 34

3.1.7.1 Nứt sụt đất tại xã Ninh Dân 35

3.1.7.2 Nư ́ t sụt đất tại xã Đồng Xuân 36

3.1.7.3 Mối quan hệ giữa các yếu tố địa chất kiến tạo và sự xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở khu vực nghiên cứu 37

3.2 Kết quả khảo sát địa vật lý 38

3.2.1 Nhiệm vụ và phạm vi khảo sát: 38

3.2.2 Công tác đo thử nghiệm để lựa chọn phương pháp và quy trình thích hợp: 38

3.2.3 Kết quả áp dụng phương pháp đo sâu cắt lớp điện trở và điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA 40

3.2.3.1 Khu vư ̣c xã Ninh Dân 42

3.2.3.2 Khu vư ̣c xã Đồng Xuân 54

3.3 Luận giải cơ chế, nguyên nhân nứt sụt đất ở Thanh Ba và đề xuất giải pháp phòng tránh 59

3.3.1 Nguyên nhân chính (yếu tố tự nhiên) 59

3.3.2 Nguyên nhân ngoại sinh 60

3.3.3 Giải pháp phòng tránh nứt, sụt lún đất 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển lún karst

Hình 1.2 Quá trình sụt karst

Hình 1.3 Mô hình lún, sập sụt đất do vận động của nước

Hình 2.1 Tính chất dẫn điện (điện trở suất) của một số loại đá

Hình 2.2 Sơ đồ mô tả nguyên lý thực hiện và kết quả áp dụng phương pháp thăm dò điện bằng quy trình 2D để xác định cấu trúc địa chất

Hình 2.3 Sơ đồ mô tả phương pháp và thiết bị điện từ tần số thấp với các điện cực nguồn và thu không tiếp đất

Hình 3.1 Bản đồ địa chất huyện Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ

Hình 3.2 Đối sánh kết quả giữa phương pháp đo địa chấn và phương pháp đo sâu cắt lớp điện trở

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí các tuyến và diện tích khảo sát địa vật lý tại 3 địa điểm khu vực

xã Ninh Dân

Hình 3.4 Kết quả xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T5đ

Hình 3.5 Kết quả xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T1đ

Hình 3.6 Kết quả xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T8đ

Hình 3.7 Chú giải địa chất mặt cắt địa điện

Hình 3.8 Bản đồ cấu trúc phân bố đất đá và hang karst theo cường độ điện trường Ex bằng thiết bị ERA khu vực nhà thờ Ninh Dân

Hình 3.9 Kết quả xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T10đ

Hình 3.10 Thiết đồ lỗ khoan kiểm tra hang karst trên tuyến T8đ

Hình 3.11 Thiết đồ lỗ khoan trên tuyến T10đ

Hình 3.12 Bản đồ phân chia cấu trúc đất đá theo cường độ Ex từ kết quả đo điện từ thiết bị ERA khu vực nhà văn hóa khu 2 xã Ninh Dân

Hình 3.13 Kết quả xử lý đo sâu cắt lớp điện trở tuyến T3đ khu tái định cư Ninh Dân Hình 3.14 Bản đồ phân chia cấu trúc đất đá theo cường độ Ex từ kết quả đo điện từ thiết bị ERA khu vực quy hoạch định cư xã Ninh Dân

Hình 3.15 Sơ đồ bố trí các tuyến khảo sát đi ̣a vâ ̣t lý khu vực xã Đồng Xuân

Hình 3.16 Kết quả xử lý đo sâu điện cắt lớp điện trở Tuyến T6đ

Hình 3.17 Kết quả xử lý đo sâu điện cắt lớp điện trở Tuyến T7đ

Hình 3.18 Bản đồ phân chia cấu trúc đất đá theo cường độ Ex từ kết quả đo điện từ thiết bị ERA khu vực chi nhánh điện Thanh Ba

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Tai biến địa chất là một dạng thiên tai xảy ra rất phổ biến trên thế giới Các tai biến lớn liên quan đến hoạt động động đất thường gây thiệt hại nghiêm trọng nên được chú trọng đầu tư và nghiên cứu một cách thường xuyên bằng một hệ thống trạm quan trắc Ngoài ra, còn có hàng loạt các tai biến quy mô nhỏ hơn, diễn biến từ từ liên quan đến các hoạt động địa chất nhưng thường diễn ra ở nhiều nơi và gây thiệt hại không nhỏ, ảnh hưởng đến đời sống và kinh tế xã hội ở các địa phương Đó là các hiện tượng trượt lở đất, sụt lún đất, nứt đất…, làm cho nhiều công trình như đường giao thông, cầu cống, nhà cửa, nhà máy…, bị biến dạng và hư hại, nhiều trường hợp gây thiệt hại về tính mạng con người

Lãnh thổ nước ta là vùng tiếp giáp của nhiều đới kiến trúc lớn của vỏ Trái đất có tính hoạt động địa chất – kiến tạo mạnh mẽ, thêm vào đó là các biến động thời tiết khí hậu phức tạp nên các tai biến địa chất thường rất đa dạng, xuất hiện ở nhiều nơi từ đồng bằng đến các vùng trung du, miền núi Những tai biến địa chất gây thiệt hại đáng

kể như sụt lún karst ở thôn Tân Hiệp - Quảng Trị (2006), Mỹ Đức – Hà Nội (2011), Thanh Ba - Phú Thọ (2011), lở mỏ quặng tại Yên Bái (2012), sụt lún đất gần hồ thủy lợi Đắk Long Thượng ở Quảng Nam (Thanh Niên Online 22-11-2012)

Tham khảo các văn liệu khoa học cũng như truyền thông cho thấy, dạng tai biến địa chất gây sụt đất có tính phá hủy cũng xuất hiện thường xuyên ở nhiều nước trên thế giới (ảnh 2) và là đối tượng nghiên cứu của nhiều bộ môn khoa học và nhiệm vụ nghiên cứu cơ chế, xác định vùng tiềm ẩn nguy cơ, quy luật xuất hiện các dạng tai biến khác nhau và từ đó có thể dự báo, đề xuất các giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại

do chúng gây nên cũng là một nhu cầu thực tiễn cấp thiết

Xuất phát từ yêu cầu khoa học và kinh nghiệm trong quá trình tham gia giải quyết nhiệm vụ thực tiễn, học viên đã lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Kết quả áp dụng địa vật lý phục vụ nghiên cứu đánh giá nguyên nhân , cơ chế nứt su ̣t đất ở khu vực huyê ̣n Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất các giải pháp phòng tránh”

- Đề xuất các giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất ở vùng nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là các cấu trúc đá vôi có điều kiện phát triển karst

- Phạm vi nghiên cứu: các khu vực phân bố đá vôi ở các xã Đồng Xuân, Ninh Dân, Yên Nội, thị trấn Thanh Ba – Tỉnh Phú Thọ

4 Các phương pháp nghiên cứu

1) Các phương pháp nghiên cứu, điều tra khái quát:

- Phương pháp điều tra lịch sử hiện trạng nứt sụt đất

- Các phương pháp địa chất – kiến tạo

- Các phương pháp đi ̣a chất thủy văn – đi ̣a chất công trình

2) Các phương pháp địa vật lý

5 Nội dung nghiên cứu

- Cơ sở khoa học về bản chất, nguyên nhân, điều kiện và cơ chế quá trình lún, nứt sụt đất

- Đánh giá điều kiện tự nhiên và các yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến quá trình phát triển, phân bố và xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở vùng nghiên cứu

- Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp địa vật lý thích hợp, triển khai áp dụng để xác định đặc điểm và quy mô phân bố, phát hiện, dự báo các cấu trúc tiềm ẩn nguy cơ nứt sụt đất ở vùng nghiên cứu

6 Tài liệu sử dụng

Luận văn dựa trên các tài liệu, báo cáo địa chất, địa vật lý khu vực như sau: Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học : “Nghiên cứu khoanh vùng dự báo su ̣t đất ở huyê ̣n Thanh Ba , tỉnh Phú Tho ̣; đề xuất các giải pháp phòng tránh và quy hoạch phục

vụ phát triển bền vững” , 2009 Lưu trữ Viện địa chất – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam

Báo cáo: “Điều tra đi ̣a chất thủy văn huyê ̣n Thanh Ba , tỉnh Phú Thọ”, 1998 Lưu trữ Trường Đa ̣i Ho ̣c Mỏ Đi ̣a Chất

Báo cáo: “Điều tra đánh giá tổng hợp tài nguyên nước tỉnh Phú Tho ̣” , 2000 Lưu trữ Trung tâm điều tra đánh giá tài nguyên nước

Báo cáo: “Điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng điều kiện địa chất và dự báo tai biến địa chất vùng Ninh Dân và khu vực lân cận trên địa bàn huyện Thanh Ba”, 2012 Lưu trữ Liên đoàn Quy Hoạch và Điều tra tài nguyên nước Miền Bắc

Báo cáo: “Đo vẽ bản đồ đi ̣a chất và điều tra khoáng sản nhóm tờ Thanh Ba – Phú Thọ, tỷ lệ 1/50.000”, năm 2000 Lưu trữ Liên đoàn Đi ̣a chất Tây Bắc , Cục Địa Chất và Khoáng sản

7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận văn

- Luận giải cơ sở khoa học về bản chất, nguyên nhân, cơ chế gây nứt sụt đất tại khu vực Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ như một ví dụ điển hình về tai biến nứt sụt đất ở Việt Nam

- Lựa chọn một tổ hợp phương pháp hợp lý để khảo sát đánh giá hiện trạng và phân vùng dự báo các khu vực tiềm ẩn có nguy cơ sụt lún cao, đề xuất các giải pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại do tai biến gây ra ở vùng nghiên cứu

8 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, Luận văn được trình bày thành ba chương:

Chương 1: Tai biến địa chất và nguyên nhân, cơ chế hình thành tai biến nứt sụt đất

Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu tai biến nứt sụt đất

Chương 3: Đặc điểm nứt sụt đất ở huyện Thanh Ba trên cơ sở giải đoán địa vật

lý và các giải pháp phòng tránh

Luận văn được hoàn thành trong chương trình thực hiện khóa cao học

2009-2011 của học viên tại khoa Địa chất - trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn của TS-NCVCC Đoàn Văn Tuyến (Phòng Địa Vật lý – Viện Địa chất – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) Tác giả xin chân thành cảm ơn khoa Địa chất - trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia

Hà Nội, Phòng Địa Vật lý – Viện Địa chất – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Liên đoàn Quy hoạch và điều tra tài nguyên nước Miền Bắc đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện để học viên hoàn thành luận văn này

sự thay đổi điều kiện khí hậu, khí tượng, thảm thực vật,…và trong nhiều trường hợp do tác động của các hoạt động sản xuất (yếu tố ngoại sinh) Để xác định được nguyên nhân, cơ chế xuất hiện, đặc biệt là phát hiện dự báo các vùng tiềm ẩn nguy cơ của hiện tượng nứt sụt đất là một nhiệm vụ khó khăn đòi hỏi phải có sự hiểu biết và kiến thức của nhiều lĩnh vực khoa học cũng như tiến hành các khảo sát bằng công cụ và thiết bị chuyên dụng

1.1 Tai biến địa chất liên quan đến vận động lớn của Trái đất [Nguồn:Cục địa chất Hoa Kỳ]

Các tai biến địa chất có cường độ phá hủy lớn và phạm vi ảnh hưởng rộng thường liên quan đến các cấu trúc địa chất và vận động kiến tạo sâu trong vỏ Trái đất: động đất, sóng thần, núi lửa

Phần lớ n đô ̣ng đất có quan hê ̣ nguồn gốc với các ranh giới mảng (dọc đới hút chìm, các sống núi đại dương , các đứt gãy chuyển dạng ) và dọc các đứt gãy sâu phân chia nô ̣i mảng

Núi lửa tập trung chủ yếu ở rìa các mảng thạch quyển, ở chỗ các mảng đang tách ra dọc sống núi giữa đại dương, ở chỗ các mảng đang hội tụ

Sóng thần sinh ra do một số nguyên nhân sau: do động đất với cường độ lớn (thông thường >7,5 độ richter); do hoạt động của núi lửa; do trượt lở đất với khối lượng lớn dưới đáy biển

Sóng thần chứa năng lượng cực lớn, lan truyền với tốc độ cao và có thể vượt khoảng cách lớn qua đại dương mà chỉ mất rất ít năng lượng

Ảnh 3.Phá hủy do động đất xảy ra tại

Ảnh 5 Sóng thần xảy ra tại phía đông bắc Nhật Bản năm 2011

(Nguồn: Dantri.com.vn)

1.2 Tai biến địa chất liên quan với các tai biến khí hậu và môi trường [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ]

Lũ lụt là một dạng tai biến do các hiện tượng khí hậu gây ra, nhưng quá trình vận động và tác hại của nó trên mặt đất lại dẫn đến những biến đổi lớn về môi trường địa chất ở gần bề mặt nên có thể coi như một tai biến địa chất

Lũ là hiện tượng dòng chảy với tốc độ lớn, mặt dòng chảy nâng cao nhanh thường xảy ra ở miền núi: do thung lũng hẹp, địa hình dốc, lượng nước tập trung lớn

Lụt là quá trình mặt dòng chảy nâng cao từ từ, diện tích bị ngập nước rất lớn (xảy ra ở hạ lưu, vùng đất trũng)

Ảnh 6 Lũ lụt xảy ra tại Miền trung Việt Nam (Nguồn: Vietnamnet 12/10/2010)

Lũ quét xảy ra ở vùng miền núi, có địa hình dốc, thung lũng hẹp Lượng nước tập trung tạo thành dòng lớn trong thời gian ngắn, chảy với tốc độ lớn cuốn theo các vật liệu cứng với kích thước khác nhau (từ mảnh cho đến tảng) Lũ quét có động năng lớn Lượng vật chất cứng trong dòng chảy chiếm 40 – 60%

Lũ bùn đá: bản chất như lũ quét nhưng chỉ khác là các vật liệu cứng trong dòng chảy chiếm 80%, có sức tàn phá rất ghê gớm

Hoạt động của các dạng lũ lụt trên dẫn đến những biến động địa hình, chế độ địa chất thủy văn và tính chất cơ lý các tầng đất đá khác nhau là những yếu tố tác động hoặc kích thích các tai biến địa chất

1.3 Tai biến địa chất có tính cục bộ, địa phương [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ]

Các tai biến địa chất có tính cục bộ địa phương thường xuất hiện trong phạm vi hẹp, độ sâu hoạt động không lớn liên quan đến các vận động và điều kiện địa chất gần mặt đất, điển hình là các hiện tượng: trượt đất, xói ngầm, lún, nứt, sụt đất,…

Trượt đất là sự di chuyển đất đá xảy ra trên bề mặt địa hình ở những chỗ sườn dốc, thung lũng sông, vách bờ các hồ và biển liên quan với vận động trọng lực Trượt đất bao gồm các hiện tượng: trượt, chảy và đổ lở Trượt đất có thể xảy ra ở khắp nơi và

ở các vùng khí hậu khác nhau Trượt đất xảy ra khi lực gây trượt của trọng lực vượt quá độ bền của đất đá nói chung hoặc vượt quá ở các bề mặt hoặc trong các đới yếu đang tồn tại

Xói ngầm là quá trình moi chuyển những hạt nhỏ ra khỏi đất đá, ra khỏi chất nhét ở khe nứt và hốc karst, là một dạng của quá trình rửa xói ngầm đất đá Sự phát triển xói đặc trưng cho tác dụng phá hoại do thấm Xói ngầm là một dạng phá hoại đất hòn mảnh hoặc chất nhét trong khe nứt và hốc karst và đá nửa cứng do dòng thấm gây

ra Xói ngầm thường là nguyên nhân của nhiều loại biến dạng mặt đất và thành tạo các trũng, phễu lún, hố sụt, khe nứt, phá hoại các công trình xây dựng, ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động kinh tế xã hội của con người Xói ngầm liên quan chặt chẽ với tai biến nứt sụt đất

1.4 Tai biến lún, nứt sụt đất [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ]

Nứt su ̣t đất là hiê ̣n tượng phá vỡ bề mă ̣t đi ̣a hình hiê ̣n ta ̣i bằng những đường nứt, hố su ̣t với quy mô, kích thước khác nhau Nứt sụt đất là một dạng tai biến địa chất đang xảy ra khá phổ biến ở Việt Nam

1.4.1 Nguyên nhân dẫn đến lún, nứt sụt đất

+ Nứt sụt đất do phá hủy kiến tạo

+ Nứt sụt đất do phá hủy tại chỗ (phi kiến tạo)

+ Nứt sụt đất do ngoại sinh

a Nứt sụt đất do phá hủy kiến tạo: đối với nứt sụt đất có nguồn gốc kiến tạo

thường phát triển thành đới và kéo dài theo tuyến, dọc theo các đứt gãy tái hoạt động

Sự vận động tương đối của các cánh đứt gãy theo phương thẳng đứng và ngang là nguyên nhân sinh ra các đường nứt, hố sụt Nứt sụt đất có nguồn gốc kiến tạo không bị các yếu tố tự nhiên (địa hình, tính cơ lý của đất đá…) khống chế, chúng ổn định, hoạt động mạnh, phát triển đường nứt, hố sụt có hệ thống, quy mô lớn, gây nguy hại lớn Tại các vùng động đất mạnh thường xuất hiện nứt sụt đất

b Nứt sụt đất do phá hủy tại chỗ: Nứt sụt đất có nguồn gốc tại chỗ thường phân

bố có tính địa phương, gắn liền với các vị trí có tiềm năng trượt, sụt lún mặt đất và sập mặt đất Nứt sụt đất có nguồn gốc tại chỗ do một số nguyên nhân như:

- Tạo lỗ hổng trong đá cacbonat (karst)

- Tạo hố sụt trên mặt đất trong đá trầm tích gắn kết kém (giả karst)

- Quá trình kết hợp hai dạng trên

Nứt sụt đất do lỗ hổng trong đá cacbonat (karst):

Đá vôi và đá cacbonat được hình thành trong môi trường biển nông Thành phần chủ yếu là calxi cacbonat dễ hòa tan trong nước, đặc biệt là nước có chứa axit, trong các lớp đá vôi không đồng nhất sẽ xảy ra quá trình phá hủy đá vôi không đều do vận động của nước Đó chính là quá trình hoạt động karst

Có hai nguyên nhân chính làm cho karst hoạt động là:

Nguyên nhân do nguồn gốc và điều kiện hình thành: do nguồn gốc và điều kiện hình thành của môi trường biển cổ mà từng vỉa hay lớp có thành phần khác nhau trong khối đá vôi không đồng nhất Có những vỉa hay lớp có hoạt tính hóa học cao hơn nên

bị phá hủy bởi vận động dòng nước tạo ra các dạng karst mạnh hơn trong vỉa hay lớp liền khối

Nguyờn nhõn do cỏc hoạt động địa chất - kiến tạo: cỏc hoạt động địa chất, kiến tạo gõy ra cỏc phỏ hủy, khe nứt trong đỏ vụi tạo ra đới dập vỡ, thay đổi bề mặt địa hỡnh tạo điều kiện chứa nước và chuyển động của nước Cỏc yếu tố nhiệt độ, độ ẩm thay đổi làm quỏ trỡnh phong húa đỏ vụi tớch cực hơn trong cỏc vỉa khụng đồng nhất cũng tạo cỏc điều kiện xuất hiện karst

Dựa vào điều kiện phõn bố, cỏc đối tượng karst được chia thành 2 dạng chớnh là karst lộ và karst ngầm Karst lộ là cỏc đối tượng cú thể quan sỏt được hỡnh thỏi, xỏc định được kớch thước, theo dừi được diễn biến của chỳng bằng mắt thường hay cỏc thiết bị đo vẽ thụng thường: vựng cảnh quan karst, rónh sõu karst, suối karst, phễu karst,… Karst ngầm là cỏc cấu trỳc hay phần lớn kớch thước của chỳng bị phủ bởi lớp đất đỏ hoặc nằm ẩn sõu dưới mặt đất: hang karst ngầm, tầng chứa nước karst, suối ngầm,… Cỏc tai biến liờn quan đến karst ngầm do khụng theo dừi được bằng cỏc quan sỏt đơn giản nờn khụng phũng trỏnh kịp thời thường gõy hậu quả và thiệt hại lớn Cú hai đối tượng tai biến karst ngầm được chỳ ý là: lỳn đất bề mặt trờn hang karst và sụt đất trờn hang karst cú thể gọi chung là sụt lỳn karst [Randazzo, A.F and Smith, D.L.,

2003, Sandra Friend., 2003, Đoàn Văn Tuyến, Vũ cao Minh , 2008]

Hiện tượng lỳn đất bề mặt vựng hoạt đụng karst: thường xảy ra ở những nơi cú karst ngầm với lớp đất phủ là cỏt pha, sột cú tớnh chất biến dạng dẻo trờn vỉa đỏ vụi nứt

nẻ cú thể mụ tả theo 4 giai đoạn (hỡnh 1.1)

Hỡnh 1.1 Cỏc giai đoạn phỏt triển lỳn karst

< - N-ớc m-a

< - Lớp đất phủ

< - Mực n-ớc ngầm

Đới đá vôi dập vỡ, nứt nẻ do hoạt động kiến tạo là điều kiện làm xuất hiện quá trình thu nước mặt và dẫn nước xuống tầng sâu Theo thời gian các khe nứt trong đá vôi ngày càng được mở rộng và bề mặt đá vôi bị bóc mòn dẫn đến sự thiếu hụt khối lượng gây ra hiện tượng lún đất bề mặt Quá trình này thường xảy ra chậm, tạo ra thung lũng karst, phễu karst Hoạt động lún karst có thể xảy ra mạnh mẽ hơn khi có những biến động mực nước ngầm do điều kiện thời tiết hay khai thác quá mức

Hiện tượng sụt karst: thường xảy ra khi lớp đất phủ có độ dẻo yếu (cát pha, sét pha) và dòng chảy ngầm có lưu lượng lớn (hình 1.2) Ở giai đoạn đầu thường diễn ra tương tự quá trình lún karst làm cho bề mặt lõm xuống với biên độ nhỏ tạo điều kiện thu nước mặt Tiếp theo đó ở các vùng lõm xuất hiện các vết nứt, khe nứt có dạng kéo dài hay vòng cung Cuối cùng xuất hiện các hố sụt dạng hang hoặc phễu

và đặc điểm hoạt động karst ở từng vùng cụ thể

Nứt sụt đất trong đá trầm tích gắn kết kém (giả karst):

Trong thiên nhiên đôi khi ta gặp các hiện tượng nhìn bề ngoài rất giống karst nhưng về bản chất lại hoàn toàn khác hẳn, do đó được gọi là giả karst Có thể chia ra một số loại như sau:

+ Karst đá vụn: biểu hiện ở các tầng đá vụn như cát kết, sạn kết, trong đó vật chất hòa tan mang tính chất bộ phận, tản mạn trong xi măng gắn kết đá Khi xi măng gắn kết bị hòa tan, mà các bộ phận đá không hòa tan, không còn gắn kết với nhau nữa

sẽ dễ dàng bị dòng nước mang đi Như vậy, các địa hình rỗng ở đây được hình thành chủ yếu do tác dụng cơ giới của dòng nước, còn tác dụng hòa tan là không đáng kể

+ Karst trong sét và hoàng thổ: thường đặc trưng cho các miền khí hậu nửa khô hạn Hiện tượng thường gặp ở đây là chuỗi các hố hút nước, giếng, phân bố dọc theo đường đáy của các mương xói, đôi khi gặp các bồn lòng đĩa, lòng chảo…

+ Karst nhiệt: phát triển trong các miền đất đông kết vĩnh cửu Do tác dụng nhiệt của không khí mà từng bộ phận băng hoặc khối đất đông kết dưới sâu bị tan ra gây sụt lớn tạo nên các dạng giả karst

Ảnh 7 Nứt su ̣t đất ở London – Anh tháng

7/2002 (Nguồn: VnExpress.net)

Ảnh 8 Nứt su ̣t đất ở Arnsberg – Đức tháng

8/2007 (Nguồn: VnExpress.net)

c Nứt sụt đất do các yếu tố ngoại sinh

Căn cứ vào những đặc điểm nêu trên, có thể thấy rằng khi có mưa bão lớn, lượng nước ngầm dồi dào có khả năng phá hủy các chất dễ hòa tan, sẽ tạo nên các hố

và hang ngầm Khi vòm của những hang ngầm sụt xuống, nó kéo theo cả phần đất phía trên khiến miệng hố hiện ra

Ngoài hai nguyên nhân chủ yếu nêu trên, nứt sụt đất còn do tác động nhân sinh của con người: đó là quá trình khai thác nước ngầm, đào hầm lò,… các quá trình này cũng góp phần làm gia tăng hiện tượng nứt sụt đất trên bề mặt Khai thác nước ngầm tràn lan khiến các tầng đất đá bị mất cân đối, đào hầm lò vô hình chung lại tạo ra các hang sâu trong lòng đất,…

1.4.2 Cơ chế của lún, nứt sụt đất karst

Do tính chất bất đồng nhất (vật lý, hóa học, cơ học…) trong quá trình thành tạo các cấu trúc địa chất khác nhau, tác động của các hoạt động địa chất, môi trường… gây

ra mất cân bằng kết cấu Có một số cơ chế sau:

- Thiếu nguồn cấp vật liệu cho lấp lỗ hổng

tầng đất nền

- Sập mái tầng, lớp đất bề mặt do lớp đất

nền mở rộng hoặc tăng tải trọng

- Có quá trình bóc mòn đáy hay bề mặt lớp

bề mặt

- Do vận động nước (sự thay đổi mực

nước ngầm, sự thay đổi dòng chảy ngầm,

sự mở rộng dòng chảy ngầm…)

- Quá trình xuất hiện nứt sụt đất có thể xảy

ra nhanh hơn nếu có các tác động ngoại

sinh: dòng chảy, thấm của nước bề mặt

theo khe nứt, các rung động lớn do nổ

1.4.3 Các tác hại tai biến nư ́ t sụt đất

Ở vùng sản xuất nông nghiệp nứt su ̣t đất có thể gây ra thiệt hại đến vật nuôi , cây trồng, ảnh hưởng đến mùa màng, hủy hoại và làm mất đất canh tác, làm hư hỏng các công trình thủy lợi như mương máng, cống, hồ, đập nước; ở khu vực dân cư sẽ gây thiệt hại về nhà cửa, đường xá ảnh hưởng đến sự ổn định đời sống Trong nhiều trường hợp nứt su ̣t đất chính là tác nhân gây ra lũ lụt lớn ở các thung lũng miền núi

Ở đô thị và khu công nghiệp nứt su ̣t đất gây ra sự phá hủy nhà cửa kiên cố , nhà xưởng, đường giao thông, làm giảm tuổi thọ các công trình dân sinh, công nghiệp và quốc phòng gây thiệt hại lớn về kinh tế và an ninh xã hội

Nứt su ̣t đất còn hủy hoại lớp bảo vệ bề mặt gây ô nhiễm tầng nước ngầm , làm giảm khả năng đến mất nước các hồ chứa gây hậu quả nghiêm trọng về môi trường

Ảnh 9 Nứt su ̣t đất ở Guatemala 2010

(Nguồn: VnExpress.net)

Ảnh 10 Nứt su ̣t đất ở Quảng Tri ̣ 2006

(Nguồn: Vietbao.vn)

Để giải quyết nhiệm vụ trên, tùy từng điều kiện cụ thể phải sử dụng các nhóm phương pháp:

Nhóm 1 là các phương pháp điều tra, khảo sát gồm: địa chất, kiến tạo, viễn thám, thủy văn, địa chất thủy văn và các tài liệu về điều kiện tự nhiên, các hoạt động dân sinh, kinh tế, công nghiệp khác,…

Nhóm 2 là các phương pháp nghiên cứu khảo sát chi tiết các vùng tiềm ẩn nguy

cơ cao xuất hiện tai biến gồm: địa vật lý, địa chất công trình, phân tích mẫu,…

Các phương pháp trong nhóm 1 cũng như các phương pháp địa chất công trình, phân tích mẫu trong nhóm 2 là những phương pháp có tính truyền thống trong giải quyết các nhiệm vụ điều tra khảo sát địa chất, khi áp dụng trong nghiên cứu nứt sụt đất không có những thay đổi lớn về quy trình cũng như trang thiết bị Riêng việc sử dụng các phương pháp địa vật lý trong nghiên cứu nứt sụt đất thường đòi hỏi chi phí lớn, nên cần phải lựa chọn quy trình áp dụng, phạm vi nghiên cứu cũng như phương pháp, thiết

bị thích hợp cho điều kiện cụ thể ở mỗi vùng nghiên cứu

2.2 Khả năng ứng dụng của các phương pháp địa vật lý

Trong lĩnh vực địa vật lý có rất nhiều phương pháp để giải quyết nhiệm vụ nghiên cứu tai biến nứt sụt đất, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng cho những đối tượng địa chất cụ thể [Smith, D.L and Randazzo, A.F., 2003]

Phương pháp trọng lực: có hiệu quả để xác định ranh giới phân bố các thành hệ địa chất có sự khác biệt về mật độ: đá vôi với các đá trầm tích khác Trong đá vôi có thể phát hiện hang karst rỗng, vì đá vôi có mật độ tương đối lớn 2,7g/cm3 tạo nên sự chênh lệch đáng kể so với phần rỗng có mật độ bằng 0 Vì vậy tại ví trí phát hiện hang karst sẽ quan sát thấy dị thường trọng lực âm Tuy nhiên bằng các tính toán lý thuyết cũng như khi áp dụng trong thực tế người ta nhận thấy rằng các hang karst có khả năng gặp trong thực tế thường có kích thước nhỏ, nên dị thường trọng lực thường khá nhỏ, biểu hiện không rõ ràng và dị thường thường nhỏ như sai số đo vẽ trọng lực, đặc biệt trong điều kiện địa hình thay đổi phức tạp

Phương pháp từ: cho khả năng xác định các thể địa chất có từ tính cao chứa khoáng vật sắt từ hay phát hiện hang karst bị lấp đầy bởi các vật chất có từ tính mạnh

Đá vôi có từ tính nói chung là thấp, chủ yếu phụ thuộc vào lượng siđerit bị ôxy hóa biến thành hydroxit sắt Độ từ cảm của đá vôi chỉ khoảng χ = (4÷70).10-6CGS, so với hang karst rỗng có χ = 0, như vậy giữa hang karst và môi trường xung quanh có phân

dị từ tính âm Tuy nhiên trong thực tế rất ít khi phát hiện các hang karst bị lấp nhét bởi các vật chất có từ tính mạnh, thông thường chỉ gặp các hang karst rỗng hoặc các hang lấp nhét sét, cuội… có từ tính rất yếu

Phương pháp địa chấn: phương pháp này nghiên cứu dựa trên cơ sở quan sát các đặc điểm của trường dao động sóng đàn hồi phát triển trong môi trường đất đá Sóng đàn hồi trong quá trình truyền sâu vào lòng đất, khi gặp các tầng đất đá khác nhau bị phản xạ và khúc xạ, sự phản xạ và khúc xạ hình thành các sóng phản xạ và khúc xạ quay trở về mặt đất, tiến hành thu các sóng này và xử lý sẽ cho chúng ta thông tin về môi trường dưới mặt đất Phương pháp được áp dụng rất có hiệu quả để xác định ranh giới các tầng cấu trúc địa chất có tốc độ truyền song khác biệt như lớp phủ Đệ Tứ và

lớp đá gốc rắn chắc phía dưới, phân chia lớp đá gốc rắn chắc và lớp đá gốc nứt nẻ Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số hạn chế nhất định: các vùng sụt lún thường xuất hiện ở các khu dân cư, vì vậy khi phương pháp này thi công sẽ gặp phải rất nhiều loại nhiễu, đặc biệt là nhiễu giao thông Khi sử dụng để tìm các hốc karst nhỏ, bị lấp nhét bởi các vật liệu xung quanh thì nó có đặc điểm trường sóng giống với môi trường xung quanh, do vậy trường sóng thu được không có sự khác biệt so với môi trường xung quanh

2.3 Các phương pháp điện và điện từ

Trong môi trường địa chất tính chất điện từ (điện trở suất và các tham số điện từ khác như tính phân cực kích thích, độ điện thẩm, từ thẩm,…) có mối quan hệ chặt chẽ không chỉ với thành phần khoáng vật (độ chứa nước, chứa muối khoáng, khoáng vật,…) mà còn có tính phân dị cao với trạng thái, nguồn gốc của vật chất và thành hệ địa chất khác nhau (độ rắn chắc, độ rỗng, mức độ chứa nước,…)

Hình 2.1 Tính chất dẫn điện (điện trở suất) của một số loại đá [Loke]

Trên thực tế trong môi trường địa chất và hầu hết các vùng tồn tại và tiềm ẩn nguy cơ lún, nứt sụt đất có các yếu tố cấu trúc có thành phần khác nhau (đá gốc rắn, đá gốc dập vỡ chứa nước, lớp phủ dẻo hoặc xốp,…) và các quá trình biến động gây nứt, sụt lún (khe nứt, thấm nước ở lớp phủ, nước ngầm và dòng chảy ngầm,…) đều gây ra các biến động tham số điện và điện từ (điện trở suất, điện thẩm, tính phân cực kích thích, điện thế tự nhiên,…) Vì vậy, khảo sát các tính chất điện từ cho các thông tin phong phú để nghiên cứu về trạng thái cấu trúc, phát hiện theo dõi sự phát triển tai biến lún, nứt sụt đất Các phương pháp điện từ là phương pháp địa vật lý được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới cũng như ở Việt Nam trong giải quyết các nhiệm vụ địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình và môi trường trong đó có tai biến nứt sụt đất [Loke, Randazzo, A.F and Smith, D.L., 2003,…]

Do sự đa dạng về các tham số và thiết bị, quy trình áp dụng đo điện từ cho các yêu cầu thực tế và đối tượng địa chất môi trường khác nhau nên hiện nay có đến hàng chục phương pháp và thiết bị điện từ cho nghiên cứu các đối tượng địa chất khác nhau [Zhdanov,2009,…] Các phương pháp sau thích hợp cho nghiên cứu tai biến nứt sụt đất:

2.3.1 Phương pháp điện trở suất

Phương pháp điện trở suất 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);  - 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  = 1/ đo bằng đơn vị ôm.mét –Om.m) 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;  - là một hàm số toán học được gọi là

V

I z y x gradU z

y x





hàm Đirac mô tả tính chất phân bố nguồn điện trong môi trường ở toạ độ xs, ys, zs; V-

là thể tích 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  là điều ta cần biết có thể xác định được bằng cách giải phương trình trên khi đã biết các tham số I, U Tuy nhiên việc

Sơ đồ mô tả nguyên lý 1 điểm đo sâu điện với 4 khoảng thu -phát

A1B1

M1N1, > M5N5

Thang dien tro suat, Ohm.m

<=== Da chua nuoc/ Da ran chac ===>

nguon

nuoc nong

XU LY

PC

Hình 2.2 Sơ đồ mô tả nguyên lý thực hiện và kết quả áp dụng phương pháp thăm

dò điện bằng quy trình 2D để xác định cấu trúc địa chất

(Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam)

giải phương trình nêu trên trong môi trường địa chất phức tạp là cả một vấn đề lớn có tính chuyên môn sâu, công việc đó đã được nghiên cứu hoàn thiện, đối với môi trường phức tạp chỉ thực hiện được bằng các chương trình chuyên dụng trên máy tính điện tử Quy trình ứng dụng phương pháp này gồm hai công đoạn: 1) Đo thực địa; 2) Xử lý phân tích số liệu

Đo thực địa: tùy thuộc vào các nhiệm vụ và yêu cầu về mức độ chi tiết thông tin môi trường sẽ thực hiện các phương pháp đo: 1) Đo mặt cắt bằng 1-2 cự ly thiết bị để theo dõi đặc điểm biến động môi trường dọc tuyến đo; 2) Vẽ bản đồ là thực hiện mạng lưới tuyến đo mặt cắt cho thông tin về đặc điểm bất đồng nhất môi trường trong diện tích khảo sát; 3) Đo sâu điện trở suất để xác định tham số các lớp từ mặt đất xuống độ sâu cần thiết; 4) Đo cắt lớp cho phép xác định đặc điểm phân bố điện trở suất thể hiện cấu trúc môi trường dưới tuyến đo gọi là phương pháp cắt lớp hai chiều (2D), hay dưới diện tích khảo sát được gọi là phương pháp cắt lớp ba chiều (3D) Nguyên lý và quy trình, kết quả ứng dụng phương pháp điện trở hiện nay thường được áp dụng theo quy trình cắt lớp điện trở được mô tả trên hình 2.2

Phân tích tài liệu: việc phân tích tài liệu bằng quy trình 2D và 3D chỉ thực hiện được bằng các phần mềm chuyên dụng trên máy tính điện tử có tốc độ tính toán mạnh

và bộ nhớ lớn Các phần mềm này được bán rộng rãi trên thị trường quốc tế và bán kèm thiết bị, phần mềm được sử dụng phổ biến rộng rãi nhất là RES2DINV [Loke] Máy tính thông dụng hiện nay cho phép thực hiện phân tích sơ bộ tài liệu ngay trên thực địa cho thông tin nhanh về đặc điểm cấu trúc môi trường, nhận biết được ngay các đối tượng cần quan tâm tương tự như kỹ thuật cắt lớp trong y học (hình 2.2)

Nhược điểm của phương pháp điện trở suất là đòi hỏi phải có điều kiện nối tiếp đất các điện cực, để thực hiện trên thực địa phải di chuyển liên tục các điện cực mất nhiều thời gian và nhân lực nên năng xuất lao động thấp và chi phí cao Trong nghiên cứu tai biến nứt sụt đất thường đòi hỏi mức độ khảo sát chi tiết cao (khoảng cách giữa các điện cực chỉ 1-2m đến 5m), khi bề mặt là đá rắn, bê tông, trên diện tích đo có nhiều

địa vật cản trở như tường nhà, tường rào chắn ngang tuyến đo sẽ rất khó thực hiện hoặc thực hiện không liên tục sẽ không đáp ứng được yêu cầu chi tiết cần thiết

Hiện nay có các phương pháp và thiết bị điện từ sử dụng kết hợp để khắc phục nhược điểm của phương pháp điện trở suất nêu trên như ERA, EM, Ohmmeter, radar xuyên đất, (Wait, 1992, Zhdanov, 2009, )

2.3.2 Phương pháp điện từ dùng thiết bị ERA

Thiết bị ERA được chế tạo dựa trên cơ sở lời giải bài toán đo tín hiệu điện và từ

ở không gian phía trên bề mặt đất (trong không khí) của một nguồn phát là lưỡng cực điện tiếp đất hoặc không tiếp đất được mô tả trên hình 2.3

Hình 2.3 Sơ đồ mô tả phương pháp và

thiết bị điện từ tần số thấp với các điện cực

nguồn và thu không tiếp đất

Chú giải hình vẽ a: I - cường độ nguồn phát

dòng đặt trong không khí ở độ cao h; 0 =0

độ dẫn điện của không khí;  - độ dẫn điện môi trường dưới mặt đất; 0 - tính điện thầm của không khí; x, y, z – trục toạ độ quy ước Hình vẽ b: tham số hình học mô tả nguồn phát và thu tín hiệu điện từ trong không khí: h MN - độ cao đo tín hiệu điện thế U(r); I – Cường độ nguồn phát dòng ở độ cao h; I* - Ảnh xạ của nguồn phát; r – Khoảng cách từ nguồn đến điểm thu tín hiệu;

Tín hiệu thu được khi điện cực đặt trên mặt đất hay trong không khí:

0,1142

4

14

1)

0

*

* 12 0

I i r

I r

K r i

I r

z

b a



MN

  , 0

2

1 4

1 )

r i

I r

Phương pháp radar: là một phương pháp điện từ sử dụng tần số từ đơn vị MHz đến hang trăm MHz cho khả năng nhận thông tin tốt trực tiếp đối với các đối tượng có

độ điện thẩm khác biệt với môi trường như các hang karst khô, các vật chất rắn trong đất… Do không gian thu – phát của thiết bị radar nhỏ và dùng sóng truyền thẳng nên việc định vị vật gây dị thường có tính định xứ cao và không cần nối tiếp đất các điện cực Tuy nhiên trong nhiều trường hợp điều kiện địa hình phức tạp không thực hiện được bằng thiết bị radar có màn chắn, còn thiết bị radar không có màn chắn chống nhiễu kém, phân giải thấp, mực nước ngầm gần mặt đất, điều kiện thời tiết xấu rất khó thu được tín hiệu hay không thực hiện được

Các phương pháp và thiết bị điện từ khác có khả năng và hiệu quả ứng dụng tương

tự các phương pháp kể trên

gò đồi và một phần diện tích nhỏ có địa hình đồng bằng nằm dọc ven sông Hồng

Huyê ̣n Thanh Ba nằm trong vùng khí hâ ̣u nhiê ̣t đới gió mùa Nhiê ̣t đô ̣ trung bình năm là 23,20C Lượng mưa trung bình năm khoảng 1.463mm Độ ẩm trung bình năm khoảng 84%

Huyê ̣n Thanh Ba có ma ̣ng sông suối và ao hồ với diê ̣n tích là 1.106 ha, trong đó

ao hồ chiếm 720,9ha Sông chính là sông Hồng (sông Thao) chảy qua rìa phía tây nam

và là ranh giới với huyện Cẩm Khê Các phụ lưu của sông Hồng là các suối nhỏ và kênh mương đào có đô ̣ dài không lớn

Hệ thống phụ lưu của sông Hồng xuất phát từ phía đông bắc huyện và đổ vào sông Hồng ở phía tây nam Mật độ sông suối khá dày, xấp xỉ 2km/km2 Trong đó có lưu vực sông Lạn là có diện tích lớn nhất chiếm hơn nửa diện tích vùng nghiên cứu rồi

đổ vào sông Hồng ở khu vực Ngòi Lớn

3.1.2 Đặc điểm địa chất

Địa tầng: khu vực nghiên cứu lộ ra các phân vị địa tầng sau: hệ tầng Ngòi Chi (AR nc) thuộc loạt Sông Hồng; hệ tầng Đồng Giao (T2 đg); hệ tầng Văn Lãng (T3 n-rvl); hệ tầng Văn Yên (N12 vy); hệ tầng Cổ Phúc (N13 cp) và các thành tạo trầm tích Đệ

Tứ bở rời

Hệ tầng Ngòi Chi (AR 1 nc)

Hệ tầng này chiếm một diện tích khá lớn và lộ ra chủ yếu ở phía bắc và đông bắc của vùng nghiên cứu Đất đá thuộc hệ tầng Ngòi Chi chủ yếu là các đá biến chất kết tinh được thành tạo từ đá trầm tích lục nguyên có mức độ phân dị tốt, chủ yếu gồm các đá phiến sét xen cát kết thạch anh

Hệ tầng Đồng Giao (T 2 đg)

Trong vùng nghiên cứu hệ tầng Đồng Giao (T2 đg) lộ ra thành từng khoảnh nhỏ, kéo dài theo phương tây bắc – đông nam và tập trung ở vùng đồng bằng (vùng thung lũng các suối lớn, ở khu vực phía tây nam, khu vực trung tâm và ở phía tây bắc vùng nghiên cứu

Hệ tầng Đồng Giao phủ bất chỉnh hợp lên hệ tầng Ngòi Chi và bị các thành tạo trầm tích trẻ hơn phủ không chỉnh hợp lên trên Các thành tạo cacbonat của hệ tầng Đồng Giao bị hệ thống các đứt gãy phương tây bắc – đông nam chia cắt thành các dải cùng phương

Hệ tầng Văn Lãng (T 3 n-r vl)

Chúng lộ ra chủ yếu trên các dải đồi thấp Thành phần chủ yếu là cát kết, bột kết, cuội kết, sạn kết có kích thước không đều, thành phần cuội đa khoáng bao gồm thạch anh, cát bột kết và đá biến chất cổ là phiến thạch anh – biotit, phiến thạch anh – biotit – granat Xen kẽ các tập này là các vỉa than hoặc các thấu kính than có chiều dày

từ 2 – 3m Hệ tầng này nằm bất chỉnh hợp lên hệ tầng Đồng Giao và bị hệ tầng Văn Yên phủ không chỉnh hợp lên trên

Hệ tầng Văn Yên (N 1 2 vy)

Hệ tầng Văn Yên (N12 vy) phân bố với diện lộ nhỏ thành từng quả đồi riêng biệt Thành phần bao gồm các trầm tích hạt thô với thành phần cuội kết, tảng kết đa khoáng xen kẹp các lớp mỏng hoặc thấu kính cát kết, cát sạn kết

Hệ tầng Văn Yên phủ không chỉnh hợp lên các thành tạo cổ hơn và bị các thành tạo lục nguyên chứa than của hệ tầng Cổ Phúc nằm chỉnh hợp lên trên

Hệ tầng Cổ Phúc (N 1 3 cp)

Hệ tầng này phân bố với diện lộ lớn hơn so với diện lộ của hệ tầng Văn Yên , chúng tập trung thành hai dải lớn kéo dài theo phương TB – ĐN Thành phần chủ yếu

là cát bột kết, sét kết, xen các thấu kính hoă ̣c lớp than , sét than mỏng Hệ tầng Cổ Phúc nằm chuyển tiếp lên trên hệ tầng Văn Yên và phủ không chỉnh hợp lên trên các thành tạo cổ hơn

Hệ Đệ Tứ (Q)

Thống Pleistocen (Q1)

Trầm tích bở rời Pleistocen thượng (aQ13) có nguồn gốc aluvi phân bố rất hạn chế trong vùng nghiên cứu với diện lộ khoảng vài chục đến vài trăm mét vuông Thành phần hạt thô là chủ yếu, bao gồm: cuội, sỏi, sạn chiếm 40 -50%, cát, bột chiếm 40 – 50%

Thống Holocen (Q2): là các trầm tích bở rời phân bố rộng rãi ở nhiều nơi trong vùng nghiên cứu, có nguồn gốc aluvi, hỗn hợp aluvi – proluvi – deluvi

3.1.3 Đặc điểm địa hình – đi ̣a mạo

Huyê ̣n Thanh Ba có đi ̣a hình đồi là chủ yếu chiếm gần 90% và xen kẽ c húng là các dạng địa hình thung lũng sông , suối đươ ̣c lấp đầy bởi các trầm tích Đê ̣ Tứ Độ cao

đi ̣a hình có xu thế nghiêng và thấp dần từ đông bắc xuống tây nam Đi ̣a hình phân bố thành những dải dạng tuyến theo phương TB – ĐN

Các dạng địa hình:

Các dải địa hình trũng : phân bố rải rác trong pha ̣m vi nghiên cứu , kéo dài và nằm trùng với các khe xói ca ̣n Lấp đầy các trũng chủ yếu là các trầm tích hỗn hợp aluvi, proluvi và deluvi , có chiều dày từ 1 - 2m Trong khu vực nghiên cứu có hai trũng: trũng Đồng Xa và trũng Đồng Xuân là nơi đã xảy ra hiện tượng nứt sụt đất trong những năm gần đây

Hình 3.1 Bản đồ địa chất huyện Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ (Nguồn: Viện Địa Chất – viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam)

Các địa hình karst: có diện lộ không phổ biến , tâ ̣p trung chủ yếu ở các xã Võ Lao, Đồng Xa, Yên Nội và Vũ Ẻn Các dạng địa hình karst chính bao gồm:

- Địa hình carư phâ n bố diê ̣n lô ̣ nhỏ , hẹp ở khu vực núi Thắm (xã Võ Lao ) với các hang đô ̣ng karst, phân bố ở các đô ̣ cao khác nhau : từ -5 đến -10m; 0,5 -1m;

3 – 5m; 13 – 15m và 30 – 50m với nhiều chỏm đá vôi có đỉnh nho ̣n

- Thung lũng karst phân bố rải rác trong khu vực nghiên cứu : Dốc Mơ (khu 1), thôn Đồng Xa (khu 3) thuộc xã Ninh Dân , xóm Lũng, thôn Lâ ̣p thuô ̣c xã Yên

Nô ̣i, khu 4 thị trấn Thanh Ba , trung tâm xã Đồng Xuân , Đồng Lan (Vũ Ẻn) Trên những cánh đồng này thường lô ̣ các chỏm đá vôi nhỏ có diện tích khoảng 1 – 10m2 Các chỏm đá vôi thường có đỉnh tròn hoặc bằng phẳng , thỉnh thoảng gặp các khe nứt hoă ̣c các rãnh trên bề mă ̣t của đá vôi này

Đứt gãy trong vùng phát triển theo 3 phương chính: chủ đạo là TB – ĐN; ĐB – TN và á kinh tuyến mang tính địa phương, đóng vai trò làm ranh giới các tầng cấu trúc tân kiến ta ̣o khác nhau

3.1.5 Đặc điểm địa chất thủy văn

Yếu tố ĐCTV là tác nhân có ảnh hưởng lớn đến viê ̣c hình thành và phát triển của tai biến nứt sụt đất Tác nhân này có thể đóng vai trò tiềm ẩn nguy cơ , đồng thời nhiều khi vừa đóng vai trò thúc đẩy quá trình phát sinh cũng n hư gia tăng cường đô ̣ phát triển tai biến

3.1.5.1 Các tầng chứa nước dưới đất

Trong khu vực nghiên cứu tồn ta ̣i 5 tầng chứa nước chính: tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích bở rời Đê ̣ tứ ; tầng chứa nước khe nứt trong đá trầm tích lu ̣c nguyên Neogen hê ̣ tầng Văn Yên và Cổ Phúc ; tầng chứa nước khe nứt trong đá biến chất hệ tầng Ngòi Chi; tầng chứa nước khe nứt trong đá trầm tích lục nguyên Triat thượng hệ tầng Văn Lãng; tầng chứa nước khe nứt (dập vỡ) – karst trong đá vôi Triat trung hệ tầng Đồng Giao

3.1.5.2 Động thái nước dưới đất

a Mối liên quan nước mặt với nước ngầm

Vào mùa mưa, nguồn nước mặt lớn Lưu lượng nước trên các sông, suối lớn Các giếng đào của cư dân địa phương đầy nước Trong khi vào mùa khô hạn, lượng mưa ít, dòng chảy ở sông suối có lưu lượng nhỏ, nhiều chỗ lòng suối cạn, các giếng đào của dân cư địa phương cũng bị cạn theo Mực nước ở các giếng đào, giếng khoan khai thác cũng bị xuống rất thấp, hầu như chỉ có các giếng đào nằm ở tầng chứa nước khe nứt, đới nứt nẻ - karst thì còn đủ nước để dùng sinh hoạt hàng ngày Như vậy, nước ngầm và nước mặt có mối quan hệ chặt chẽ, mật thiết với nhau Nước mặt từ các sông suối, ao hồ trực tiếp thấm qua tầng đất, qua tầng chứa nước lỗ hổng của trầm tích Đệ Tứ, theo các khe nứt, đới dập vỡ kiến tạo xuống dưới, bổ cập trực tiếp cho nước ngầm cho các tầng chứa nước bên dưới

b Dao động mực nước ngầm

Các lỗ khoan ở nhà máy xi măng Sông Thao thuộc xã Ninh Dân, cho thấy: nước dưới đất tại các lỗ khoan khảo sát đều nằm ở độ sâu từ 10 – 21m Nước ngầm chủ yếu thuộc loại nước nhạt Tầng chứa nước chủ yếu trong vỏ phong hóa của đá lục nguyên biến chất gồm sét bột lẫn cát, dăm sạn màu nâu sẫm đến nâu vàng, trắng loang lổ, dày khoảng từ 5-10 đến 18-25m Biến động mực nước ngầm ở đây khoảng 7-8m

Tại các giếng đào của các hộ gia đình cho thấy: nước ngầm chủ yếu tồn tại trong tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Đệ tứ, trong tầng chứa nước khe nứt và đới phong hóa của các loại đất đá khác nhau Dao động mực nước ngầm ở các giếng đào của dân đạt từ 3-4m đến 5-6m Nước ngầm trong tầng chứa nước khe nứt (dập vỡ) – karst có sự biến động khác nhau tùy theo khu vực Nước giếng đào trong đới chứa nước khe nứt – karst có mức độ biến động không lớn

Nhìn chung, nước ngầm biến động theo mùa ở các khu vực khác nhau, mức

độ biến động mực nước ngầm cũng có sự khác nhau Biên độ dao động chung của mực nước ngầm trên khu vực nghiên cứu thay đổi từ 3-4m đến 7-8m, đôi khi có nơi đạt xấp xỉ 10m

3.1.6 Đặc điểm địa chất công trình

3.1.6.1 Điều kiện ĐCCT

Đã tiến hành khảo sát các hố sụt và lấy mẫu nguyên dạng ở độ sâu từ 1-3m, phục vụ cho công tác thí nghiệm trong phòng Để làm sáng tỏ nguyên nhân nào dẫn đến nứt sụt đất, tập trung vào 2 khu vực sụt đất nghiêm trọng chính: Ninh Dân và Đồng Xuân

a Khu vực mỏ khai thác đá vôi Ninh Dân

Trầm tích lớp phủ có bề dày mỏng từ 1,6 – 2,2m; thành phần hạt không đồng nhất bao gồm: dăm, sỏi, sạn, cát, sét, bụi

Thành phần của đất là sét pha, sét pha chứa nhiều sạn Hàm lượng nhóm hạt sét dao động từ 9,3-42,3%; hàm lượng nhóm hạt bụi từ 11,3-37,3%; hàm lượng nhóm hạt cát dao động từ 52-100%; hàm lượng nhóm hạt sạn dao động từ 0,9-1,3%

và dăm cuội dao động từ 13-16% Chỉ số dẻo dao động từ 7,4 đến 20,3%

Lượng co ngót thể tích của các mẫu đất thí nghiệm thấp, dao đô ̣ng trong khoảng 12,4-17,3%; đă ̣c tính trương nở không đáng kể từ 0,37 đến 2,59% Tuy nhiên, tính tan rã của các mẫu này khá mạnh , khả năng tan rã rất nhanh ngay khi bắt đầu thí nghiê ̣m Các mẫu sét pha và sét pha chứa nhiề u sa ̣n cho khả năng tan rã trung bình từ 80 đến 100% (> 5 giờ) và 2 mẫu đất loa ̣i sét chỉ tan rã trung bình 39% (> 5 giờ ) Hê ̣ số thấm tương đối cao , từ 8,05.10-6cm/s trong mẫu đất loại sét đến 5,55.10-4cm/s trong mẫu đất sét pha chứa nhiều sa ̣n

Đá vôi xám trắng, xám xanh, nứt nẻ phong hóa vừa, cứng chắc Đá vôi thuộc loại sạch, có chất lượng tương đối đồng đều Đá vôi có đă ̣c điểm rắn chắc nhưng dòn dễ vỡ Khối lươ ̣ng thể tích trung bình 2,68g/cm3

Cườ ng đô ̣ kháng nén ở tra ̣ng thái tự nhiên thay đổi từ 810 đến 1.130kG/cm3

Cườ ng đô ̣ kháng kéo từ 51 đến 86kG/cm2 Lực dính thay đổi tù 221 đến 361kG/cm2, hệ số kiên cố 8 đến 10

b Khu vực xã Đồng Xuân (xóm Cây Dừa)

Các kết quả phân tích trước đây cho thấy , đá vôi có tính chất cơ lý tương tự đá vôi ở mỏ đá Ninh Dân Kết quả phân tích thành phần ha ̣t cát phân bố ở đây là cát hạt mịn chứa nhiều bụi dễ có khả năng tự chảy khi có động lực dòng nước hoặc trong quá trình triển khai hố móng công trình trên chúng

3.1.7 Hiện trạng nứt sụt đất