đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm

Báo cáo tổng hợp đề tài kc.09.08 Tên đề tài: "Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biể

bộ khoa học và công nghệ học viện kỹ thuật quân sự _

báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước

nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm

và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển

Báo cáo tổng hợp đề tài kc.09.08

Tên đề tài:

"Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biển

phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng"

Chủ nhiệm đề tài: gs.ts Hoàng Xuân Lượng

Cơ quan chủ trì: Học viện Kỹ thuật Quân sự

Thời gian thực hiện: 36 tháng:

Từ 1/10/2001 đến 30/9/2004

Những cơ quan tham gia chính:

Học viện kỹ thuật quân sự

Trường Đại học Mỏ - Địa chất Quân chủng Hải quân

Viện Cơ học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam Trung tâm Khoa học kỹ thuật và Công nghệ Quân sự

Danh sách các cán bộ tham gia đề tài

GS.TS Hoàng Xuân Lượng GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi GS.TSKH Lê Đức An

GS.TSKH Phạm Văn Tỵ GS.TS Trần Nghi

PGS.TS Nguyễn Ngọc GS.TSKH Nguyễn Đông Anh PGS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm PGS.TS Nguyễn Minh Tuấn

TS Thái Doãn Hoa ThS Nguyễn Minh Khôi ThS Đặng Văn Mấn

TS Nguyễn Tương Lai ThS Nguyễn Thái Chung

KS Nguyễn Xuân Bàng

KS Phan Văn Chương

KS Đặng Hồng Triển

tóm tắt đề tài

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước “Nghiên cứu đặc điểm địa chất

công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và quốc phòng” mã

số KC.09.08 thuộc Chương trình “ Điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công

nghệ biển” Đề tài do GS.TS Hoàng Xuân Lượng làm chủ nhiệm, cơ quan chủ trì là

Học viện KTQS Để thực hiện, ban chủ nhiệm đề tài đã tập hợp được một số lượng lớn các cán bộ khoa học thuộc nhiều cơ quan khoa học, như: Học viện KTQS, Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Quân chủng Hải quân, Viện Cơ học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trung tâm KHKT và CN Quân sự

Với đặc thù của vùng biển và thềm lục địa Việt nam, vùng trọng điểm trong đề tài được xác định là quần đảo Trường Sa và khu vực DKI Mục tiêu của đề tài KC.09.08 là: Xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm (khu vực quần đảo Trường Sa và khu vực thềm lục địa ngoài khơi phía nam nơi có các công trình DKI), nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô và các đặc trưng động học của nền san hô phục vụ xây dựng công trình; đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo của quần đảo Trường Sa và các công trình tại khu vực DKI

Trong thời gian thực hiện, đề tài đã tổ chức 5 đoàn đi khảo sát thực địa thực hiện các công việc: đo vẽ địa hình; khoan thăm dò địa chất; thực hiện một số thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý và các đặc trưng động của nền san hô ngoài

đảo; thực hiện một số thí nghiệm và đo đạc phục vụ cho việc đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của công trình DKI; đánh giá chất lượng công trình đã xây dựng Để thực hiện các mục tiêu đặt ra, các phương pháp nghiên cứu được áp dụng là: khảo sát đo đạc, khoan thăm dò địa chất, lấy mẫu đất đá san hô; thực hiện các thí nghiệm ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm; xây dựng các bản đồ địa hình địa chất

ở dạng bản đồ số; sử dụng các phần mềm phân tích, xử lý số liệu để xác định các

đặc trưng cơ lý của san hô; tính toán lý thuyết và xây dựng mô hình tính để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật cho công trình và lựa chọn các giải pháp công trình

Đề tài đã đạt được kết quả theo các nội dung sau:

1 Hoàn thiện bộ số liệu về địa hình, địa mạo, địa chất công trình tại 5 đảo thuộc quần đảo Trường Sa Thu thập các bản đồ địa hình, các tài liệu địa chất khu vực quần đảo Trường Sa và khu vực xây dựng DKI

2 Xác định đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của các đảo vùng quần đảo Trường Sa và khu vực DKI Đã thiết lập được bản đồ địa hình, địa mạo, địa chất công trình cho 5 đảo, thực hiện một lỗ khoan sâu 51,2m tại đảo Song Tử Tây

3 Xác định tính chất cơ lý và các đặc điểm khác của san hô và nền san hô thuộc vùng nghiên cứu, bao gồm: xây dựng mô hình thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm tại thực địa và trong phòng thí nghiệm, xử lý kết quả, đề xuất các chỉ tiêu phục vụ thiết kế và nghiên cứu

4 Xây dựng được chương trình quản lý cơ sở dữ liệu về địa hình, địa mạo, tính chất cơ lý san hô, địa chất công trình tại vùng nghiên cứu

5 Tính toán, xác định các chỉ tiêu kỹ thuật cho các công trình trên nền móng san hô

6 Đưa ra các giải pháp thích hợp cho xây dựng công trình trên nền san hô bao gồm: giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công

7 Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng thiết kế sửa chữa các công trình DKI, xây dựng các công trình chống xói lở đảo tại quần đảo Trường Sa

Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài, một số kết quả nghiên cứu của đề tài

đã được áp dụng trong xây dựng công trình kè chống xói lở tại hai đảo Song Tử Tây

và Trường Sa và trong gia cố các công trình DKI Qua nghiệm thu, các công trình nêu trên đều được đánh giá là bước đầu có hiệu quả tốt

Kết quả của đề tài đã đáp ứng đầy đủ mục tiêu, nội dung nghiên cứu đặt ra, sản phẩm của đề tài phản ánh một cách toàn diện về mặt địa chất công trình khu vực nghiên cứu Đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung nghiên cứu theo thuyết minh, thu được các kết quả nghiên cứu có độ tin cậy, đáp ứng các yêu cầu khoa học và chỉ

tiêu cơ bản của các sản phẩm khoa học công nghệ:

- Có được những số liệu về điều tra cơ bản, như địa hình, địa mạo, địa chất của một số đảo khu vực quần đảo Trường sa, khu vực DKI

- Lần đầu tiên có được hệ thống số liệu cơ bản về tính chất cơ lý của san hô và thông số động lực học của nền san hô ở một số khu vực trọng điểm

- Có các giải pháp công trình thích hợp, tính toán và ứng dụng vào gia cố một

số công trình DKI, công trình chống xói lở bờ đảo

- Đề tài đã kết hợp được việc thực hiện mục tiêu đề tài với việc đào tạo và nghiên cứu cơ bản (đã đào tạo được 03 Tiến sĩ, 03 Thạc sĩ, viết được 12 bài báo

đăng ở các Tạp chí Khoa học và Tuyển tập ở các Hội nghị Khoa học) Tập hợp được một lực lượng Khoa học có trình độ ở nhiều Trường, nhiều Viện Nhóm đề tài đã có tác dụng tốt trong công tác bồi dưỡng giáo viên vừa tham gia giảng dạy, vừa nghiên cứu phục vụ sản xuất và an ninh quốc phòng

Về mặt kinh phí: Kinh phí được sử dụng đúng mục tiêu và nội dung công việc, công việc thanh quyết toán đúng kế hoạch đúng mục

Đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ khoa học - Công nghệ, Bộ tài chính, Ban chủ nhiệm Chương trình KC.09, Học viện Kỹ thuật quân sự, Công binh Hải quân, các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã tích cực hợp tác giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho

đề tài hoàn thành tốt nhiệm vụ nghiên cứu

Mục lục

Trang

Báo cáo tổng hợp đề tài kc.09.08 3

Danh sách các cán bộ tham gia đề tài 4

Tóm tắt đề tài 5

Mục lục 8

Bảng ký hiệu và chữ viết tắt 16

Phần 1 giới thiệu chung 18

Mở đầu 19

Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 20

lựa chọn đề tài 23

Phần 2 đặc điểm địa chất và cấu tạo thạch học Của san hô vùng trường sa và dki 27

Chương 1 khái quát Vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu địa chất của khu vực 28

1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm chung địa hình các đảo 28

1.2 Đặc điểm khí tượng - hải văn 28

1.3 Đặc điểm địa chất 30

1.3.1 Cấu trúc địa chất và bối cảnh kiến tạo liên quan 30

1.3.2 Lịch sử phát triển địa chất quần đảo san hô Trường Sa trong mối quan hệ với chuyển động kiến tạo và sự thay đổi mực nước biển 33

1.4 Kết luận 37

Chương 2 đặc điểm phân bố san hô, địa hình và địa chất khu vực trường sa và dki 38

2.1 Mở đầu 38

2.1.1 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 38

2.1.2 Phương pháp thực hiện 38

2.2 Đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất các đảo thuộc quần đảo Trường Sa 40

2.2.1 Giới thiệu quần đảo 40

2.2.2 Đặc điểm phân bố san hô 40

2.2.3 Đặc điểm địa hình các đảo thuộc quần đảo Trường Sa 42

2.2.4 Đặc điểm địa chất các đảo thuộc quần đảo Trường Sa 46

2.2.5 Nhận xét 48

2.3 Đặc điểm phân bố san hô, địa hình và địa chất khu vực DKI 49

2.3.1 Giới thiệu chung 49

2.3.2 Đặc điểm phân bố và địa hình khu vực DKI 50

2.3.3 Đặc điểm địa chất khu vực DKI 53

2.3.4 Nhận xét 60

Kết luận chương 2 61

Chương 3 đặc điểm địa mạo, cấu trúc địa chất và thạch học các đảo san hô 63

3.1 Mở đầu 63

3.1.1 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 63

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu 63

3.1.3 Nguồn tài liệu 64

3.2 Đặc điểm địa mạo 64

3.2.1 Các kiểu nguồn gốc hình thái và một số yếu tố địa hình đặc trưng 64

3.2.2 Đặc điểm địa hình các cao nguyên ám tiêu san hô 69

3.2.3 Lịch sử phát triển địa hình khu vực và phân vùng địa mạo 76

3.3 Quá trình hình thành và phát triển các rạn san hô 82

3.3.1 Một số khái niệm chung về rạn san hô và sinh vật tạo rạn 82

3.3.2 San hô-vật liệu tạo rạn chính 82

3.3.3 Quá trình hình thành và phát triển các rạn san hô 86

3.3.4 Lịch sử phát triển các rạn san hô 105

3.4 Đặc điểm thạch học san hô 114

3.4.1 Phân loại thạch học san hô 114

3.4.2 Các đặc điểm thạch học và quá trình hình thành chúng 120

3.4.3 Quan hệ thạch học san hô với chu kỳ trầm tích 121

3.4.4 Tuổi san hô và mối quan hệ với lịch sử tiến hoá địa chất biển Đông trong Đệ tứ 123

3.5 Đánh giá địa chất công trình khối đá san hô 124

3.5.1 Quan niệm về khối đá 124

3.5.2 Đặc điểm cấu trúc của khối đá san hô 126

3.5.3 Quan hệ giữa đặc điểm thạch học với đặc tính địa chất công trình của các mẫu đá san hô 127

3.5.4 Phân tích độ bền của khối đá san hô 127

Kết luận chương 3 129

Phần 3 Tính chất cơ lý của san hô và nền san hô 132

Mở đầu 133

chương 4 tính chất cơ lý của san hô 135

4.1 Mục đích nghiên cứu 135

4.2 Các chỉ tiêu cơ lý cần xác định 135

4.3 Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu 135

4.3.1 Nhiệm vụ 135

4.3.2 Phương pháp nghiên cứu 136

4.4 Nội dung nghiên cứu 136

4.4.1 Khoan lấy mẫu thí nghiệm 136

4.4.2 Công tác thí nghiệm trong phòng 137

4.4.3 Tính chất cơ lý theo chiều sâu của lỗ khoan 51,2m 152

4.4.4 Đánh giá kết quả và kết luận 157

Chương 5 từ biến của san hô 159

5.1 Mở đầu 159

5.2 Cơ sở khoa học của việc thí nghiệm từ biến san hô 159

5.2.1 Mục đích quá trình thí nghiệm 159

5.2.2 Nội dung quá trình thí nghiệm 160

5.3 Quá trình thí nghiệm và kết quả đạt được 163

5.4 Kết luận 172

Chương 6 Các đặc trưng động lực học của nền San Hô 173

6.1 Mở đầu 173

6.2 Cơ sở lý thuyết 173

6.2.1 Các dạng sóng chấn động lan truyền trong môi trường đất 173

6.2.2 Các đặc trưng động lực học của môi trường đất 173

6.3 Tổng quan một số phương pháp thí nghiệm truyền sóng trong môi trường và xác định đặc trưng động lực học của đất 175

6.3.1 Thí nghiệm truyền sóng nổ trong môi trường đất của Liakhov G.M 175

6.3.2 Các phương pháp thí nghiệm hiện trường xác định tốc độ truyền sóng và đặc trưng động lực học của đất 178

6.4 Thí nghiệm truyền sóng nổ trong nền san hô 182

6.4.1 Thí nghiệm tại hiện trường đảo Song Tử Tây - Quần đảo Trường Sa 182

6.4.2 Thí nghiệm tại phòng thí nghiệm 189

6.4.3 Xác định các đặc trưng động lực học của vật liệu 193

6.5 Kết luận 194

Chương 7 Ma sát giữa cọc và nền san hô 195

7.1 Mở đầu 195

7.2 Hệ số ma sát giữa một số vật liệu với san hô 195

7.2.1 Thí nghiệm tại đảo Song Tử Tây- Quần đảo Trường Sa 195

7.2.2 Xác định hệ số ma sát trượt giữa san hô với bê tông và thép trong

phòng thí nghiệm 196

7.3 Lực ma sát phân bố giữa vật liệu thép mô hình cọc đơn với thềm san hô 201

7.3.1 Thí nghiệm xác định lực ma sát phân bố giữa vật liệu thép trên mô hình cọc đơn với thềm san hô ngập nước biển ven đảo Song Tử Tây- Quần đảo Trường Sa 201

7.3.2 Thí nghiệm xác định lực ma sát giữa cọc thép và nền san hô trong phòng thí nghiệm 204

7.4 Chiều sâu ngàm của mô hình cọc đơn khi đặt tải trọng điều hoà theo phương ngang tại đỉnh cọc, phụ thuộc vào tần số và thời gian tác dụng 208

7.4.1 Thí nghiệm xác định chiều sâu ngàm của mô hình cọc đơn khi đặt tải trọng ngang điều hoà tại đỉnh cọc tại vùng thềm san hô ven đảo Song Tử Tây – Quần đảo Trường Sa 208

7.5 Nghiên cứu thực nghiệm kết cấu dàn thép không gian trên hệ móng cọc thép trong nền san hô 212

7.5.1 Đặt vấn đề 212

7.5.2 Mô tả thí nghiệm 213

7.5.3 Số liệu đo và kết quả phân tích 215

7.5.4 So sánh kết quả thực nghiệm với các kết quả lý thuyết và thực nghiệm khác 221

7.6 Xây dựng mô hình toán học mô tả quan hệ lực ma sát và chiều sâu ngàm theo thời gian 222

7.7 Kết luận 228

phần 4 các giải pháp công trình trên nền san hô và ứng dụng 230

Chương 8 Truyền sóng nổ trong môi trường đất đá san hô 231

8.1 Mở đầu 231

8.2 Hệ phương trình xác định chuyển động một chiều 231

8.3 Các mô hình vật lý của môi trường đất đá 236

8.3.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính 236

8.3.2 Mô hình đàn hồi phi tuyến 237

8.3.3 Mô hình đàn dẻo 238

8.4 Phương trình chuyển động phẳng một chiều trong toạ độ Lagrăng 239

8.5 Phương pháp giải bài toán truyền sóng phẳng một chiều trong môi trường đàn hồi phi tuyến và đàn dẻo 242

8.6 Giải bài toán truyền sóng nổ trong môi trường dẻo không tính đến biến dạng đàn hồi 246

8.7 Nghiên cứu bằng số 253

8.7.1.Bài toán 1 253

8.7.2 Bài toán 2 254

8.7.3 Bài toán 3 260

8.8 Giải bài toán truyền sóng nổ trong môi trường dẻo có kể đến biến dạng đàn hồi 261

8.8.1 Bài toán 4 271

Chương 9 Nghiên cứu bài toán tương tác cọc – nền 274

9.1 Mở đầu 274

9.2 Các tham số cơ bản khi tính toán móng cọc và xác định khả năng chịu lực của công trình xây dựng trên nền san hô 274

9.3 Xây dựng thuật toán và chương trình để giải bài toán tương tác cọc – nền san hô chịu tải trọng động điều hoà 275

9.3.1 Các quan hệ PTHH đối với phần tử thanh 275

9.3.2 Các quan hệ PTHH đối với phần tử cọc 281

9.3.3 Phương trình chuyển động và các ma trận của toàn hệ 284

9.3.4 Xác định nội lực 286

9.4 Các thuật toán giải bài toán dao động riêng và dao động cưỡng bức 286

9.4.1 Giải bài toán dao động riêng 286

9.4.2 Giải bài toán dao động cưỡng bức 287

9.5 Xác định sơ đồ tiếp xúc thực giữa cọc và nền san hô và khả năng chịu lực của công trình có kể đến độ bền mỏi của vật liệu nền khi chịu tải trọng động điều hoà 291

9.6 Nghiên cứu bằng số 294

Chương 10 Phân tích các giải pháp công trình biển trên nền san hô 300

10.1 Mở đầu 300

10.2 Giải pháp kết cấu các công trình DKI (giải pháp giàn thép – móng cọc 301

10.3 Phân tích các giải pháp gia cố các công trình DKI 307

10.3.1 Giải pháp bán trọng lực 307

10.3.2 Giải pháp mở rộng chân đế 311

10.3.3 Phân tích ưu, nhược điểm của hai giải pháp gia cố các công trình DKI 313

10.4 Giải pháp công trình biển trên nền san hô 315

10.4.1 Phân tích ưu nhược điểm của các dạng công trình biển khi xây dựng trên nền san hô 315

10.4.2 Công trình xây dựng trên các đảo san hô 317

a Công trình ngầm trên đảo nổi 317

b Giải pháp đường hầm, giao thông hào 320

c Giải pháp bể chứa ngầm 321

d Giải pháp công trình kè chống xói lở 323

10.5 Nhà ở cấp 1 324

10.6 Kiến nghị một số giải pháp thích hợp đối với công trình trên nền san hô 325

10.6.1 Đối với các công trình biển 325

10.6.2 Đối với các công trình xây dựng trên các đảo san hô 325

Kết luận chung 341

tàI LIệU THAM KHảO 342

17 ε0 Biến dạng dài tỷ đối ban đầu

18 ∆l0 Biến dạng dài tuyệt đối ban đầu

19 ∆l(t) Biến dạng dài tuyệt đối ở thời điểm t

PhÇn 1 giíi thiÖu chung

Mở đầu

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước “Nghiên cứu đặc điểm địa chất

công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng” mã

số KC.09.08 thuộc chương trình “ Điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công

nghệ biển” nhằm mục đích sau: xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san

hô ở một số vùng biển trọng điểm (khu vực quần đảo Trường Sa và khu vực thềm lục

địa ngoài khơi phía nam nơi có các công trình DKI), nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô và nền san hô ở các khu vực trên để phục vụ xây dựng công trình;

đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo của quần đảo Trường Sa và các công trình tại khu vực DKI Đề tài sử dụng kết quả của các đề tài KT.03.13 và KHCN.06.09 để thực hiện các nội dung của đề tài KC.09.08 đã ký hợp đồng với chương trình

Các sản phẩm chính của đề tài bao gồm:

1 Bộ hồ sơ bản đồ và số liệu về địa hình, địa mạo, địa chất công trình tại một số vùng trọng điểm: khu vực quần đảo Trường Sa và khu vực xây dựng DKI

2 Các kết quả nghiên cứu đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của các đảo vùng quần đảo Trường Sa và khu vực DKI

3 Các kết quả nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô vấcc đặc trưng động lực học của nền san hô, bao gồm xây dựng mô hình thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm tại thực địa và trong phòng thí nghiệm

4 Xây dựng bộ chương trình quản lý cơ sở dữ liệu trên máy tính về địa hình, địa mạo, tính chất cơ lý san hô, địa chất công trình tại vùng nghiên cứu

5 Trình bày thuật toán tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật các công trình trên nền san hô, tương tác giữa cọc và nền san hô

6 Các kết quả nghiên cứu lựa chọn các giải pháp thích hợp xây dựng công trình trên nền san hô bao gồm cả giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công

7 Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng thiết kế, gia cố sửa chữa một số công trình DKI, xây dựng các công trình chống xói lở đảo tại quần đảo Trường Sa

Đề tài được thực hiện tại Học Viện KTQS, thời gian thực hiện từ 1/10/2001

đến 30/9/2004

19

Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Vùng biển của thềm lục địa phía Nam và Đông Nam nước ta là một vùng có tiềm năng kinh tế rất lớn, đặc biệt là tiềm năng về dầu khí và hải sản, là vùng biển hoạt động kinh tế năng động nhất vùng Đông Nam á, đồng thời là khu vực có khả năng xảy ra tranh chấp về vùng đặc quyền kinh tế Trong vùng biển này có hai khu vực có vị trí đặc biệt quan trọng, đó là quần đảo Trường Sa và khu vực DKI

Quần đảo Trường Sa nằm trên một vùng rộng lớn của biển Đông, chứa đựng

nhiều nguồn tài nguyên sinh vật và khoáng sản phong phú, đa dạng, trong đó nguồn dầu khí được đánh giá có triển vọng to lớn Quần đảo có vị trí án ngữ các đường hàng hải quốc tế nối liền Thái Bình Dương với ấn Độ Dương và Đại Tây Dương Mặt khác, quần đảo này được coi là vị trí lý tưởng để thiết lập các căn cứ chiến lược nhằm kiểm soát các tuyến đường biển qua lại trên biển Đông Nằm trải dài theo bờ biển Việt Nam, quần đảo là vị trí tiền tiêu, là lá chắn quan trọng bao quanh vùng biển và dải bờ biển Việt nam, bảo vệ sườn phía Đông và Đông Nam của đất nước

Khu vực DKI là khu vực thuộc thềm lục địa Nam Việt Nam, tại đây, nhằm giữ

vững chủ quyền trên biển và an ninh quốc phòng, kết hợp phục vụ khai thác tiềm năng kinh tế biển, các trạm dịch vụ kinh tế - khoa học kỹ thuật (gọi tắt là công trình DKI) đã được tiến hành xây dựng và khai thác từ cuối năm 1989 Cho tới nay tại khu vực này đã xây dựng được 19 công trình

Với vị trí quan trọng như vậy, quần đảo Trường Sa và các khu vực lân cận đang

là đối tượng tranh chấp của nhiều nước trong khu vực, tuy nhiên chỉ có Việt Nam mới có đủ các bằng chứng xác thực chứng minh chủ quyền của mình ở vùng quần

đảo này Sau năm 1975, chúng ta đã có nhiều hoạt động xây dựng trên các đảo của quần đảo, tuy nhiên do không có đầy đủ các hiểu biết về mặt địa chất và đặc biệt là

địa chất công trình, số liệu về khí tượng thuỷ văn, nên một số công trình đã bị phá huỷ, thêm vào đó môi trường cũng như sự bảo tồn của các đảo san hô cũng bị xâm hại nặng Chính vì lẽ đó, để khai thác hợp lý và bảo vệ các đảo, quần đảo san hô, chúng ta cần làm sáng tỏ các đặc điểm của vùng này, trong đó có địa chất công trình của nền san hô như một đối tượng đặt nền móng cho công trình

20

Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu về san hô, đặc biệt là tại các quốc gia Đông Nam á và vùng các nước thuộc Châu á Thái Bình Dương, các công trình nghiên cứu đã được công bố dưới các dạng tài liệu khác nhau trên mỗi lĩnh vực

cụ thể Trong nước, sau khi giải phóng quần đảo Trường Sa, vấn đề về san hô và các

đảo san hô đã được nhiều nhà khoa học quan tâm và tiến hành nghiên cứu Những nghiên cứu sớm nhất phải kể đến tác giả Đỗ Tuyết với công trình nghiên cứu về địa mạo quần đảo Trường Sa năm 1978, tiếp theo từ năm 1991 đến nay, các tác giả Lê

Đức An, Uông Đình Khanh, Đào Đình Bắc đã có các nghiên cứu sâu hơn về mặt

địa mạo đáy biển vùng quần đảo Trường Sa và các vùng kế cận Những nghiên cứu

về mặt sinh thái của các rạn san hô và san hô tạo rạn phải kể đến các tác giả: Nguyễn Tác An (1988), Phạm Văn Huyên(1991), Trịnh Thế Hiếu (1991, 1992, 1998), Nguyễn Ngọc (1998, 1999, 2000, 2001), Võ Sĩ Tuấn (1988, 1989, 1990, 1997) , các công trình trên đã miêu tả các đặc điểm sinh thái của san hô khu vực Trường Sa, phân tích các kiểu san hô tạo rạn từ đó lí giải một phần quá trình hình thành của các đảo san hô Các nghiên cứu sâu hơn về tiến hoá của các rạn san hô và

sự hình thành các thềm lục địa có nguồn gốc rạn nói chung đã được Medvedev V.C.,

Ionin A.C., Pavlidic Iu.A (1985) và Leontiev O.K., Medvedev V.C (1972) đề cập

tới, nhưng về tiến hoá và sự hình thành các đảo san hô ở vùng biển Trường Sa mới

được một số tác giả nghiên cứu tới, đó là Nguyễn Văn Bách, Nguyễn Huy Phúc (1998), Nguyễn Văn Bách, Nguyễn Tiến Hải (2000)

Các nghiên cứu nêu trên, nói chung mới chỉ quan tâm đến địa hình, địa mạo, quá trình tiến hoá và hình thành của các đảo san hô Tuy nhiên, trong lĩnh vực công trình, san hô lúc này được xem như là đối tượng tương tác của môi trường (nền) với công trình, vì vậy việc nghiên cứu san hô về mặt địa chất công trình là một vấn đề rất cấp bách Việc nghiên cứu san hô theo quan điểm công trình và xây dựng là một lĩnh vực kỹ thuật rất phức tạp, có rất ít tài liệu và công trình được công bố Tại Việt Nam, các kết quả nghiên cứu về san hô như là một đối tượng xây dựng, được tiến hành bởi các đề tài cấp Nhà nước thuộc chương trình nghiên cứu biển từ những năm

1990 trở lại đây Tiên phong trong lĩnh vực này có thể kể tên một số công trình của các tổ chức và tác giả sau:

- Đề tài cấp Nhà nước KT.03.13 (1991-1995), do GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh

làm chủ nhiệm, với đề tài nhánh nghiên cứu nền san hô và tương tác giữa công trình

21

và nền san hô, đã thu được một số kết quả đáng kể Trong đó việc khảo sát nghiên cứu, thu thập các tài liệu về đặc điểm địa hình và địa chất một số đảo thuộc quần

đảo Trường Sa đã được tiến hành đạt kết quả tốt Bên cạnh đó, đề tài đã thực hiện các thí nghiệm và phân tích kết quả thu thập đưa ra một số chỉ tiêu thể hiện tính chất của san hô cơ lý của san hô, như: tỷ trọng, dung trọng, hệ số rỗng, góc nghỉ, cường

độ kháng nén

- Đề tài cấp Nhà nước thuộc chương trình biển KHCN 06.09 (1996-2000), do

GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh làm chủ nhiệm đã khảo sát, thu thập số liệu làm cơ sở cho việc xây dựng các luận chứng về “Xây dựng công trình biển và cải tạo môi sinh” bước đầu đã đạt kết quả tốt, là một trong các tài liệu tham khảo tốt cho việc nghiên cứu và xây dựng các công trình biển đảo xa bờ

- Chương trình công nghệ biển, do B.R Schalapak và J.B Herbich làm chủ

nhiệm nghiên cứu các tính chất đặc trưng của san hô và kỹ thuật nạo vét san hô Khu vực nghiên cứu là các dải san hô của vùng biển Thái Bình Dương, bao gồm từ quần

đảo Okinawa của Nhật Bản đến các đảo san hô của Philipin Các nhà khoa học Mỹ

đã thu thập tài liệu và đã tiến hành khoan lấy rất nhiều mẫu san hô khác nhau từ các

đảo san hô ngầm để thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý, các đặc trưng được chú

ý nhiều nhất ở đây là trọng lượng riêng, độ hút nước, kích cỡ hạt, độ mài mòn, tốc

độ lắng, độ bền nén, góc ma sát trong Công trình cũng nhấn mạnh rằng các loại san hô là rất đa dạng, do đó đối với một đảo san hô cụ thể cần có các nghiên cứu chi tiết riêng từ các mẫu khoan trực tiếp tại hiện trường

- Một phương pháp gần đúng mới để đánh giá độ bền kháng cắt của san hô lẫn đất, do N Yoshida, K.Suzuky và H.Hazanwa thực hiện đối với san hô trên đảo

Okinawa (Nhật bản) đã đưa ra một quy trình mới xác định các đặc trưng của độ bền kháng cắt như giá trị K0, tỷ số độ bền không thoát nước, ứng xử ứng suất – biến dạng và độ bền không đẳng hướng bằng phương pháp thí nghiệm ba trục

- Các đặc trưng cơ học của cốt san hô sừng, của P Jeyasuria và J.C.Lewis

thực hiện đã xác định được độ bền kéo, môđun đàn hồi, môđun trượt của các trục

san hô sừng thông qua hàng loạt thí nghiệm

- Xác định ma sát cọc nền, do các tác giả như Shamsher Plaskash, Hari

D.Sharma, Cung Nhất Minh, Diệp Vạn Linh, Lựu Hưng Lục đề cập cũng đưa ra

được một số kết quả về sự tương tác giữa cọc và nền

22

Trên đây là một số công trình nghiên cứu về san hô gần đây nhất được công

bố Nhìn chung, mỗi công trình đều đạt được những kết quả đáng kể, song như nhận

xét của các công trình về tính đặc thù của san hô là sự phân tán lớn kể cả vị trí địa

lý cũng như sự phân tán ngay trên một khu vực, một cụm đảo nghiên cứu Vì vậy các nghiên cứu ở nước ngoài mang tính tham khảo lớn hơn là tính ứng dụng đối với các đảo san hô thuộc quần đảo Trường Sa của Việt Nam, còn các nghiên cứu trong nước do điều kiện còn gặp nhiều khó khăn trong quá trình nghiên cứu cho nên các kết quả chưa có tính khái quát Nhưng những nhà nghiên cứu phục vụ quốc phòng

đã có nhiều thành công đáng kể, như ở Viện Cơ học Thành phố Hồ Chí Minh và Bộ Tư lệnh Công Binh đã tiến hành khoan thăm dò phục vụ xây dựng các công trình trên các đảo thuộc quần đảo Trường Sa và khu vực DKI Khi xây dựng các DKI, chúng ta đã khoan thăm dò 22 lỗ khoan tại các bãi ngầm thuộc thềm lục địa Việt Nam, đã đóng gần 100 cọc với đường kính ≈ 80cm và sâu 17m ữ 20m tại vùng này Các kết quả đã được PGS.TS Phạm Ngọc Nam báo cáo tại các Hội nghị Khoa học của Bộ quốc phòng và các Hội thảo về Công trình biển Muốn có tính ứng dụng cao

và có hiệu quả trong việc thiết kế, xây dựng các công trình biển đảo trên nền san hô thì mỗi vùng, miền cũng như mỗi đảo có nền san hô cần phải được nghiên cứu riêng

lẻ đưa ra các chỉ tiêu cơ lý phục vụ công tác xây dựng các công trình biển phục vụ

phát triển kinh tế và Quốc phòng – một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong công cuộc xây dựng và bảo vệ Tổ quốc Việt nam

lựa chọn đề tài

Từ tổng quan nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đặc điểm địa

chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng”

Mục tiêu của đề tài:

1 Xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng biển trọng

điểm: khu vực quần đảo Trường Sa và khu vực thềm lục địa ngoài khơi phía Nam nơi có các công trình DKI, nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô và các thông số động học của nền san hô phục vụ xây dựng công trình biển đảo

23

2 Đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo của quần đảo Trường Sa và các công trình tại khu vực DKI

Nội dung của đề tài:

Nhằm đạt được các mục tiêu nêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu theo các hướng sau:

1 Nghiên cứu thực địa, điều tra khảo sát để hoàn thiện bộ số liệu về địa hình, địa mạo, địa chất công trình tại một số vùng trọng điểm: khu vực quần đảo Trường

Sa và khu vực xây dựng DKI

2 Nghiên cứu đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của các đảo vùng quần đảo Trường Sa và khu vực DKI

3 Nghiên cứu để xác định tính chất cơ lý của san hô và các thông số động lực học của nền san hô thuộc vùng nghiên cứu, bao gồm cả xây dựng mô hình thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm tại thực địa và trong phòng thí nghiệm phục vụ xây dựng công trình

4 Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu trên máy tính về địa hình, địa mạo, tính chất cơ lý san hô, địa chất công trình tại vùng nghiên cứu

5 Nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật các công trình trên nền móng san hô

6 Nghiên cứu lựa chọn các giải pháp thích hợp xây dựng công trình trên nền san hô bao gồm cả giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công

7 áp dụng các kết quả nghiên cứu cho thiết kế gia cố sửa chữa các công trình DKI, xây dựng các công trình chống xói lở đảo tại quần đảo Trường Sa

Phục vụ cho đề tài, chúng tôi đã thực hiện một số công việc chính sau:

Khảo sát thực địa:

Để có các tư liệu, số liệu phục vụ đề tài, ban Chủ nhiệm đề tài đã thành lập nhiều đoàn khảo sát thực địa, cụ thể như sau:

1 Đoàn khảo sát đảo Song Tử Tây:

Công tác điều tra khảo sát địa hình, địa chất công trình và tiến hành các thí nghiệm ngoài đảo Song Tử Tây được thực hiện từ ngày 01 tháng 3 năm 2002 đến ngày 01 tháng 4 năm 2002 Đoàn do đồng chí GS.TS Hoàng Xuân Lượng làm trưởng đoàn

24

Đoàn được chia thành 3 nhóm chuyên môn: nhóm trắc địa, nhóm địa chất công trình và nhóm thực hiện các thí nghiệm: thí nghiệm nổ phục vụ nghiên cứu tương tác kết cấu công trình-nền san hô-tải trọng nổ; thí nghiệm nổ để xác định vận tốc lan truyển sóng nổ trong san hô; thí nghiệm xác định ma sát giữa công trình và nền san hô mô hình cọc đơn và ma sát giữa bê tông với nền san hô; thí nghiệm xác định xác

định ma sát, chiều sâu ngàm và xác định các đặc trưng động lực học của giàn thép không gian trên hệ móng cọc thép trong nền san hô

2 Khảo sát đảo Trường Sa Đông:

Đoàn khảo sát của Học viện kỹ thuật quân sự tiến hành khảo sát địa hình, địa chất công trình tại đảo Trường Sa Đông từ ngày 02 tháng 7 năm 2002 đến ngày 28 tháng 7 năm 2002 Đoàn do đồng chí Lưu Bách Quý, cán bộ Trung đoàn 83 Công binh Hải quân làm trưởng đoàn

3 Khảo sát khu vực DKI:

Đoàn khảo sát do đồng chí Nguyễn Tiến Khiêm làm trưởng đoàn đã tiến hành khảo sát hiện trạng các công trình DKI, thực hiện một số thí nghiệm và đo đạc phục

vụ cho việc đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của công trình

4 Khảo sát đảo Trường Sa Lớn:

Đoàn khảo sát địa hình, địa chất công trình tại đảo Trường Sa lớn của Học viện

kỹ thuật quân sự từ 15/4/2003 đến 15/5/2003 Đoàn do đồng chí Vũ Quốc Trụ, cán

bộ thuộc Học viện KTQS làm trưởng đoàn

5 Tham gia đoàn nghiệm thu công trình của Quân chủng Hải quân:

Đoàn nghiệm thu công trình của Quân chủng Hải quân đã tiến hành chuyến nghiệm thu từ 01 tháng 3 năm 2004 đến 28 tháng 3 năm 2004 Đề tài đã cử đồng chí

Vũ Quốc Trụ tham gia với nhiệm vụ đánh giá các công trình ứng dụng trên hai đảo Song Tử Tây và Trường Sa Lớn

• Đã thu thập các bản đồ của khu vực quần đảo Trường Sa, khu vực DKI, các cụm

đảo và các đảo của quần đảo

25

• Đã tiến hành làm thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm ngoài thực địa nhằm xác

định các chỉ tiêu cơ lý, các đặc trưng động học của nền san hô

• Xây dựng bộ phần mềm quản lý và lưu trữ các số liệu địa hình, địa chất và các tính chất cơ lý san hô

• áp dụng các kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế các công trình chống xói lở các

đảo thuộc quần đảo Trường Sa và gia cố công trình DKI

26

phần 2

đặc điểm địa chất và cấu trúc thạch học của san hô vùng

trường sa và dki

Chương 1 khái quát Vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu

địa chất của khu vực

1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm chung địa hình các đảo

Vùng biển DKI - Trường Sa nằm ở phía Nam - Tây Nam trũng sâu Biển Đông, nơi đây phát triển mạnh các rạn san hô tạo nên khoảng 200 bãi ngầm, bãi cạn và đảo nổi phân bố trên một diện tích rộng, trải dài từ 6030' đến 12000' Vĩ Bắc, 109000' đến

118000' Kinh Đông Phần lớn các đảo đều phân bố ở vùng nước sâu từ 1000 đến 2000m, trừ một số bãi ngầm như Tư Chính, Phúc Tần, Ba Kè, phân bố ở vùng nước sâu gần 200m

Các đảo trong vùng nghiên cứu, xét theo quan hệ với mực nước biển, có thể chia thành 3 loại là đảo nổi, đảo nửa nổi nửa chìm và bãi ngầm

Đảo nổi là đảo luôn có một bộ phận nổi trên mực nước biển, kể cả khi thuỷ triều dâng cao nhất, như các đảo Song Tử Tây, Nam Yết, Sinh Tồn, Trường Sa, An Bang,

Đảo nửa nổi nửa chìm là đảo chỉ có một bộ phận nhô lên trên mặt nước biển khi thuỷ triều xuống thấp Thuộc loại này có các đảo Đá Lát, Đá Tây,

Bãi ngầm là đảo có bề mặt luôn nằm dưới mực nước biển từ vài mét đến vài chục mét như các bãi ngầm Phúc Tần, Phúc Nguyên, Tư Chính,

Hình dáng, kích thước và cao độ bề mặt của các đảo luôn thay đổi do chịu tác

động xói mòn - tích tụ của sóng, gió, thuỷ triều,

Các đảo thường có dạng ôvan theo phương Đông Bắc - Tây Nam do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc (từ tháng 11 đến tháng 3) và Tây Nam (từ tháng 4 đến tháng 10)

1.2 Đặc điểm khí tượng - hải văn

Vùng biển DKI - Trường Sa thuộc miền biển nhiệt đới cận xích đạo có gió mùa Các yếu tố khí tượng - hải văn trong vùng có một số đặc điểm chính sau:

- Gió: Tốc độ gió thường biến đổi trong khoảng từ cấp I đến cấp IV (1ữ7 m/s),

trong đó gió cấp II chiếm 27%, gió cấp I và III chiếm 23%, gió cấp IV là 17% Tốc

độ gió trung bình 3,1m/s, nhưng đã đo được tốc độ gió tới 12m/s (gió mùa Đông

28

Bắc) Hướng gió không ổn định, nhưng vẫn phân biệt được hai `hướng gió chính là

Đông Bắc và Tây Nam

- Nhiệt độ không khí: Theo số liệu của Trạm Khí tượng Trường Sa, nhiệt độ

không khí trung bình năm là 27,7°C Tháng nóng nhất trong năm là tháng 5 với nhiệt độ trung bình 29,9°C ; tháng lạnh nhất là tháng 12 với nhiệt độ trung bình 26,4°C Chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất là 3,5°C Biên

độ nhiệt ngày đêm không cao, khoảng 4°C

- Lượng mưa và giông bão: Tổng lượng mưa năm ở các đảo Song Tử Tây và

Trường Sa tương ứng là 2033mm và 2392mm, trong đó tháng có lượng mưa trung bình thấp nhất ở đảo Song Tử Tây là tháng 4 (191mm), ở đảo Trường Sa là tháng 3 (32,9mm) Giông mạnh thường xảy ra vào tháng 5, hiện tượng vòi rồng thường xuất hiện vào tháng 5 và 6 ở vùng Nam Trường Sa Bão thường gặp trong các tháng 10,

11 và 12, trung bình 03 cơn/năm, năm có nhiều bão nhất tới 10 cơn (năm 1952), cũng có năm không có bão đi qua

- Sóng biển: Các đảo trong vùng biển Trường Sa chịu tác động mạnh của sóng

Chiều cao sóng trung bình các tháng trong năm ở vùng biển Song Tử Tây và Trường

Sa tương ứng là 2,1 và 1,9m Sóng cao nhất quan trắc được ở Trường Sa là 4,5m (tháng 3 năm 1986), ở Nam Trường Sa là hơn 10m Độ cao sóng tính theo gió có thể

đạt 11m hoặc 14m (sóng 3 chiều) Các tháng 3, 4 và 5 thường có sóng nhỏ, các tháng 8, 9, 10, 11, 12 và 1 có sóng lớn

- Nhiệt độ nước biển: Nhiệt độ nước tầng mặt ở vùng biển Trường Sa dao động

giữa các mùa trong khoảng 26,5 ữ 29,0°C Phân bố nhiệt độ theo chiều thẳng đứng trong tầng nước từ 0-500m có thể chia thành 3 lớp : lớp tựa đồng nhất ở trên cùng, tiếp đó là lớp đột biến nhiệt độ và lớp nhiệt độ giảm chậm theo chiều sâu Lớp tựa

đồng nhất có chiều dày thay đổi, ở phía Tây vùng nghiên cứu là 20-30m, ở vùng quần đảo Trường Sa là 50-60m Gradien nhiệt độ ở lớp đột biến nhiệt là 0,10 ữ 0,12°C/m

- Độ muối trong nước biển: Từ bờ ra khơi, độ muối có xu thế tăng dần ở

vùng biển Trường Sa độ muối hầu như đồng nhất, sự biến động thường chỉ nhỏ hơn 0,25‰ Phân bố độ muối theo chiều sâu (0-500m) cũng có 03 lớp: lớp tựa đồng nhất, lớp đột biến độ muối và lớp độ muối giảm chậm ở vùng đảo Trường Sa lớp tựa

29

đồng nhất có chiều dày khoảng 30-50m Độ muối tầng mặt mùa hè: 33,5‰, mùa

đông 33-33,5‰ Độ muối ở tầng -150m mùa hè: 34,4 ữ 34,5‰, mùa đông: 34,5‰

- Độ trong của nước biển: Nước biển có độ trong suốt cao và ít biến đổi độ

trong suốt thường đạt 25-35m, là một trong các vùng biển có độ trong suốt lớn nhất biển Đông ánh sáng mặt trời có thể chiếu xuống độ sâu trên 50m

Từ các đặc điểm khí tượng - hải văn nêu trên nhận thấy, điều kiện nhiệt độ, độ muối, độ trong suốt của nước biển và các điều kiện tự nhiên khác rất thích hợp đối với sự phát triển của san hô Tuy nhiên, chế độ gió mùa Đông Bắc vào mùa đông và giông bão vào mùa hè gây sóng to, gió lớn, dòng chảy mạnh cũng gây ảnh hưởng tới

đời sống của các sinh vật tạo rạn (chủ yếu là san hô) và tới sự phát triển của rạn

1.3 Đặc điểm địa chất

Quần đảo Trường Sa và khu vực DKI nằm ở phía Đông Nam biển Đông Việt Nam, có độ sâu lớn, địa hình đáy phức tạp (Hình 1) Các đảo nổi và chìm của quần

đảo phân bố chủ yếuở khu vực biển khơi nơi thuộc đới chuyển tiếp từ cấu tạo vỏ lục

địa sang vỏ đại dương sườn lục địa Một bộ phận còn lại ở độ sâu gần 200m như các bãi đá ngầm Tư Chính, Ba Kè Thêm vào đó, quần đảo Trường Sa nằm trong đai kiến tạo của đới tách giãn biển Đông nên điều kiện thành tạo địa hình và địa mạo khu vực này rất phức tạp

1.3.1 Cấu trúc địa chất và bối cảnh kiến tạo liên quan:

Quần đảo Trường Sa nằm trên vùng biển thuộc một bộ phận của biển rìa biển

Đông hiện đại trong đai động của Thái Bình Dương, chính vì vậy, chúng nằm trong một hệ thống bồn sâu trong những miền nâng hình thành trong quá trình dịch chuyển ngang của các đứt gãy trượt bằng theo trục tách giãn biển Đông nguyên thuỷ Quần đảo này phân bố hai bên sườn trục tách giãn biển Đông và phát triển trên

vỏ lục địa bị kéo căng mỏng do trôi dạt trong thời kỳ trước Miocen muộn Đồng thời, nó cũng được phát triển trong hệ thống đai động Java-Sumatra do đụng độ của lục địa Sundaland với mảng ấn Độ dương Do đó, khu vực này có vị trí như một hệ thống bồn sau cung đứng đằng sau lục địa Borneo

Dựa trên các tài liệu của các công trình đã công bố trước đây, vùng biển quần

đảo Trường Sa có thể được chia ra các đơn vị cấu trúc chính như sau:

30

- Khối nâng quần đảo Trường Sa gồm các đảo, các ám tiêu san hô và các bãi

ngầm, xen kẽ giữa chúng là các bồn nhỏ chia cắt các địa hình nâng tạo nên một địa hình rất phân dị do các yếu tố phá huỷ kiến tạo quyết định

Hình 1 Vị trí các đảo trên quần đảo Trường Sa

- Bồn Nam Trường Sa là một hệ thống các bồn trũng nước sâu ôm hình vành

khuyên phía nam quần đảo Trường Sa

- Khối nâng Đông Natuna chia hệ trũng nước sâu Nam Trường Sa và bồn

Đông Natuna

- Bồn Đông Natuna là một bồn hẹp nằm kẹp giữa đảo Natuna và Kalimanta

Chính các đơn vị cấu trúc này đã phản ánh chế độ địa động lực hiện đại Chúng

có dạng hình vành khuyên và cấu trúc địa hình phân dị theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, cắt chéo ngang trục tách giãn biển Đông Kéo dài trên đất liền là hệ thống trượt bằng Mae Ping và Ba Chùa dọc theo trũng Cửu Long Phía Đông Nam, tính phân dị kéo dài đến Kalimanta và ghi nhận về hình thái trong đai uốn nếp Miri Như vậy, đặc tính hình thái này chủ yếu phản ánh hình ảnh chung của biển rìa Nam Trung Hoa Tuy vậy, sự phân bậc địa hình, hình thái đáy biển xây dựng những ám tiêu san hô, họng núi lửa đã phản ánh xu hướng của quá trình nâng cao tổng thể của

31

vùng biển Trường Sa với tư cách như một hệ thống cấu trúc sau cùng của đới hút chìm Java - Sumatra hiện đại

Nằm trong khu vực có cấu trúc kiến tạo phức tạp như vậy, vùng biển quần đảo Trường Sa còn bị phân chia thành các khối riêng biệt bởi các hệ thống đứt gãy theo phương kinh tuyến Đông Bắc - Tây Nam, Tây Bắc Đông Nam và á vĩ tuyến

- Hệ thống đứt gãy phương kinh tuyến rất phát triển ở vùng biển phía Đông và Tây Nam của vùng nghiên cứu Đây là đứt gãy thuộc các phần kéo dài của đứt gãy chuyển dạng phát triển mạnh trong vùng trũng nước sâu có kiểu vỏ đại dương Đây

là các đứt gãy có vai trò làm ranh giới cho các khối kiến trúc cơ bản của khối kiến trúc Trường Sa

Mặc dù chưa có tài liệu khoan nhưng cũng có thể thấy được sự có mặt của các thành tạo phun trào trong khu vực quần đảo Trường Sa Đá phun trào là đá dễ bị biến

đổi dưới điều kiện ngoại sinh Do đó, các tảng lăn đá phun trào có mặt trên quần đảo Trường Sa không thể mang từ nơi khác đến được Thêm vào đó, sự xuất hiện của các mặt phản xạ khối phun trào trong các mặt cắt địa chấn đã phần nào chứng tỏ sự có mặt của các thành tạo phun trào bazan dưới cấu trúc móng của khu vực nghiên cứu Phần cấu trúc địa chất phần nông của các đảo chủ yếu là các thành tạo san hô

có tuổi từ Pleistocen đến Holocen với đặc điểm và quy luật phân bố như sau:

a San hô tuổi Pleistocen

- Lớp san hô đặc xít gắn kết chặt hình thành chủ yếu từ những san hô đã chết

đang trong thời kỳ thành đá nhờ dăm, sạn, cát san hô keo kết lại xuất hiện ở độ sâu -12→-17m nước Lớp này tương đối ổn định và là biểu hiện của một chu kỳ lên xuống của mực nước biển tương ứng với một thời kỳ sinh trưởng và tàn lụi của san hô

- Lớp dăm, sạn kết san hô gắn kết chặt màu xám vàng, xám trắng hình thành bởi thân và gốc san hô vỡ vụn Lớp này phân bố không đều và thường hình thành dưới dạng thấu kính ở khu vực đảo Trường Sa và Đá Tây

- Lớp cành vụn lẫn cuội, tảng, cát san hô gắn kết yếu màu xám trắng đến xám vàng phân bố rộng rãi ở các đảo chìm và nửa nổi nửa chìm dưới độ sâu -1→- 2m, chiều dày thay đổi từ -3 →- 4m

- Lớp san hô tảng, khối đặc xít gắn kết chặt chẽ màu xám vàng, xám trắng của các quần thể san hô chết và được lấp đầy bởi cát, sạn san hô Hiện nay lớp này chỉ

32

còn tồn tại ở các đảo nổi như Trường Sa, Nam Yết còn các đảo chìm, nửa chìm và thềm của các đảo thì bị phá hoại, chia cắt thành tảng san hô kích thước rất khác nhau

- Lớp cành vụn lẫn cuội, tảng, cát san hô gắn kết yếu hình thành do san hô bị tác dụng của sóng, gió làm vỡ vụn và bị keo tụ lại Thành phần chủ yếu là cành và thân của các quần thể san hô được lấp đầy bởi cát san hô gắn kết yếu Cao độ mặt lớp của lớp san hô này gặp ở độ sâu -1.5 đến -3m

b San hô tuổi Holocen

San hô có tuổi Holocen ở vùng quần đảo Trường Sa gồm hai lớp:

- Sỏi sạn lẫn cát hạt thô phân bố chủ yếu trên các đảo nổi xen kẹp các lớp thổ nhưỡng

- Cát, sạn san hô phân bố ở ven rìa các đảo nổi liên tục bị sóng vận chuyển và tái phân bố ở xung quanh các đảo

Như vậy, các quần thể san hô còn sống vầ đã chết đã cấu thành nên các đảo trong quần đảo Trường Sa Vật liệu chủ yếu của chúng là mảnh vụn của khung cốt san hô kèm theo một ít vỏ xác sinh vật và vật chất hữu cơ giàu photpho (phân chim) Những vật liệu này chịu tác dụng của động lực vận chuyển vật liệu sau đó bị tích tụ

và chi phối bởi quá trình tích tụ là hoạt động của sóng và các dòng chảy do sóng sinh ra

1.3.2 Lịch sử phát triển địa chất quần đảo san hô Trường Sa trong mối quan hệ với chuyển động kiến tạo và sự thay đổi mực nước biển:

Quần đảo Trường Sa được thành tạo chủ yếu trên san hô do đó, lịch sử phát triển của san hô chính là lịch sử phát triển của quần đảo này Bên cạnh đó, san hô phát triển phụ thuộc rất lớn vào điều kiện nội sinh và ngoại sinh, trong đó yếu tố tác

động trực tiếp chính là hoạt động nâng hạ kiến tạo và dâng cao hay hạ thấp của mực nước biển trong quá trình san hô được thành tạo Nằm trong khu vực của biển Đông, lịch sử phát triển của quần đảo gắn liền với lịch sử phát triển của biển Đông Chỉ đến khi san hô được thành tạo trong Đệ tứ thì lịch sử phát triển của khu vực nghiên cứu mới rẽ nhánh và đi theo một cơ chế hoàn toàn khác với những thời kỳ trước đây Do

đó, lịch sử phát triển của quần đảo Trường Sa có thể chia ra làm hai giai đoạn (Hình 2):

Giai đoạn trước Đệ tứ: Từ 38-32 triệu năm BP (Eocen) biển Đông mới chỉ tồn

tại ở hai khu vực là quần đảo Trường Sa và Hoàng Sa ngày nay, đến cuối Oligocen

33

(25 triệu năm trước), phía nam Hải Nam và châu thổ sông Hồng đã được nối thông với nhau Khu vực nam Trường Sa và Sarawak cũng đã trở thành khu vực biển sâu

Đến cuối Miocene (khoảng 5 triệu năm trước), vỏ trái đất ở khu vực lục địa Việt Nam và lân cận bị nâng cao trùng với thời kỳ băng hà đã làm cho thềm lục địa lúc

đó nhô cao khỏi mặt nước trở thành lục địa Lúc này toàn bộ khu vực nghiên cứu

được hệ thống sông lớn bồi đắp hình thành lên các tầng móng của tầng trầm tích trẻ hơn

Sự ảnh hưởng của các pha biển tiến và biển thoái cùng với sự nâng hạ của vỏ Trái Đất đã hình thành nên quần đảo Trường Sa ngày nay với quá trình phát triển từ Neogen đến Đệ tứ bắt đầu từ sau khi khối lục địa cổ bị dập vỡ và nhấn chìm thì bắt

đầu xuất hiện quần đảo ngầm Trường Sa, đây là thời kỳ đã nói ở trên (khoảng 38-32 triệu năm BP) xảy ra đồng thời với pha tách giãn biển Đông kết quả của chuyển

động khối tảng vào giai đoạn đầu Kainozoi Kết thúc giai đoạn này đến cuối Neogen các ám tiêu san hô hình thành và phát triển từ lúc các đảo ngầm chưa bị ngập sâu dưới nước và đang là môi trường lý tưởng để san hô phát triển

Giai đoạn thứ hai: đến các pha biển lùi đầu Pleistocen sớm (Q11) tương ứng với băng hà Gunz, pha biển lùi Pleistocen giữa (băng hà Mindel), pha biển lùi đầu Pleistocen giữa muộn (băng hà Riss) và pha biển lùi cuối Pleistocen muộn (băng hà Wurm) thì các ám tiêu san hô bị phá huỷ và tiêu diệt kéo theo nó là sự xuất hiện của các gian tầng tảng sạn kết, cát kết san hô ngày nay còn sót lại ở độ sâu >45m trong

LK STT2 (Hình 3) Sau pha biển lùi cuối Pleistocen là pha biển tiến Flandrian (10000-6000 năm BP), vào khoảng biển tiến đạt cực đại (5000-6000 năm BP) thì quần đảo Trường Sa hoàn toàn bị ngập chìm tạo điều kiện cho san hô rạn phát triển thuận lợi nằm phủ trực tiếp lên tầng móng là các tầng cuội, sạn kết tuổi Pleistocen muộn Cùng thời gian này các trầm tích bở rời gồm cát, sỏi, sạn san hô cũng được hình thành Sau biển tiến là thời kỳ biển lùi vào cuối Holocen hình thành nên các ngấn biển để lại trên các thềm san hô và một vài lớp đất thổ nhưỡng màu nâu đến nâu đen nguồn gốc phân chim Xung quanh các đảo san hô ở độ sâu 2.5-3m có bề mặt bằng phẳng chứa nhiều khối tảng hình thành trong thời kỳ biển lùi vào cuối Holocen

34

32 triệu năm trước 25 triệu năm trước

Hình 2 Các giai đoạn hình thành biển Đông từ Eocen đến nay

(Theo Robert Hall, 1997)

35

Th¹ch häc

NhÞp trÇm tÝch

BiÓn tiÕn

BiÓn tho¸i §Æc ®iÓm th¹ch häc

3.7-7.0 M78:

5.36m M2:

San h« gèc, cÊu t¹o d¹ng

tæ ong, Po=20%, khung x−¬ng cancit

vi h¹t A/C=5/95 San h« vôn d¹ng gi¶ s¹n kÕt, nhiÒu h¹t mµi trßn tèt

San h« gèc, cøng, xèp giµu t¶o xanh lôc, Po=5-8%, canxit vi h¹t A/C=10/90

San h« gèc, cøng, xèp, cÊu t¹o d¹ng khèi Po=5%, nÒn canxit vi h¹t A/C=10/90

San h« gèc, khung x−¬ng cÊu t¹o d¹ng tæ ong Po=30%,

tû sè A/C=40/60

TrÇm tÝch vôn san h«, kiÕn tróc gi¶ psefit cuéi kÕt, s¹n kÕt san h« Po=2%

1.4 Kết luận

• Quần đảo Trường Sa và vùng biển DKI nằm ở phía Nam - Tây Nam trũng sâu Biển Đông, nơi đây phát triển mạnh các rạn san hô tạo nên khoảng 200 bãi ngầm, bãi cạn và đảo nổi phân bố trên một diện tích rộng, trải dài từ 6030’ đến

120 Vĩ Bắc, 1090 đến 1180 Kinh Đông Khu vực này có địa hình đáy khá phức tạp, khu vực quần đảo nằm ở vùng nước sâu tới 2000m, khu vực DKI nằm trên các cao nguyên có độ sâu từ 100m đến 200m

• Điều kiện khí hậu, thuỷ hải văn của khu vực quần đảo Trường Sa và DKI chịu

ảnh hưởng nhiều của gió bão Biển Đông, tuy nhiên có hai hướng gió ổn định là gió mùa Đông bắc và Tây nam

• Lịch sử phát triển của quần đảo gắn liền với lịch sử phát triển của các rạn san hô bao gồm hai giai đoạn phụ thuộc vào sự hình thành và phát triển của biển Đông

và các pha biển tiến thoái từ 38 triệu năm trước

• Về mặt địa chất, khu vực quần đảo Trường Sa và DKI nằm trong đai kiến tạo của

đới tách giãn biển Đông và bị phân chia thành các khối riêng biệt bởi các hệ thống đứt gãy phương Kinh tuyến và á vĩ tuyến nên điều kiện thành tạo rất phức tạp Cấu trúc địa chất phần nông của các đảo chủ yếu là các thành tạo san hô có tuổi từ Pleistocen đến Holocen

37

Chương 2 đặc điểm phân bố san hô, địa hình và địa chất

khu vực trường sa và dki

2.1 Mở đầu

2.1.1 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu:

∗ Mục tiêu nghiên cứu:

Phân tích, nêu rõ các đặc điểm phân bố san hô, đặc điểm địa hình và địa chất theo diện rộng của các đảo thuộc quần đảo Trường Sa và khu vực DKI phục vụ cho việc xác định các đặc điểm địa chất công trình

∗ Nội dung nghiên cứu:

Để đạt được mục tiêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu hai nội dung chính sau:

- Đặc điểm phân bố san hô, địa hình và địa chất các đảo thuộc Quần đảo Trường Sa

- Đặc điểm phân bố san hô, địa hình và địa chất khu vực DKI

2.1.2 Phương pháp thực hiện:

Để có được đầy đủ tài liệu làm luận cứ cho việc phân tích đặc điểm phân bố và cấu trúc san hô khu vực Trường Sa và DKI, nhóm đề tài đã tổ chức nhiều đoàn đi khảo sát tại khu vực này, song song với công việc đó, nhóm đề tài cũng thu thập nhiều tài liệu liên quan đến địa hình, địa chất, đặc điểm cấu trúc cũng như địa chất công trình của khu vực

a Tổ chức khảo sát thực địa:

Đã tổ chức được 5 đoàn khảo sát vào các năm 2002, 2003, 2004 tại các đảo Song Tử Tây, Trường Sa Đông, Trường Sa Lớn, khu vực DKI và khu vực quần đảo

1 Đoàn khảo sát địa hình, địa chất công trình đảo Song Tử Tây:

Đã thực hiện thành công công tác điều tra khảo sát địa hình, địa chất công trình và tiến hành các thí nghiệm ngoài đảo Song Tử Tây, từ ngày 1 tháng 3 năm

2002 đến ngày 1 tháng 4 năm 2002

2 Đoàn khảo sát địa hình, địa chất công trình đảo Trường Sa Đông:

Đoàn khảo sát đã tiến hành khảo sát địa hình, địa chất công trình tại đảo Trường Sa Đông, từ ngày 2 tháng 7 năm 2002 đến ngày 28 tháng 7 năm 2002

38

3 Đoàn khảo sát địa hình, địa chất công trình đảo Trường Sa Lớn:

Đoàn khảo sát địa hình, địa chất công trình tại đảo Trường Sa lớn của Học viện

Kỹ thuật quân sự, từ 15/4/2003 đến 15/5/2003

4 Đoàn khảo sát đảo khu vực DKI:

Đoàn khảo sát do đồng chí Nguyễn Tiến Khiêm làm trưởng đoàn, đã tiến hành khảo sát hiện trạng các công trình DKI, thực hiện một số thí nghiệm và đo đạc phục

vụ cho việc đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của công trình

5 Đoàn nghiệm thu các công trình tại quần đảo Trường Sa:

Đoàn nghiệm thu công trình của Quân chủng Hải quân đã tiến hành chuyến nghiệm thu từ 01 tháng 3 năm 2004 đến 28 tháng 3 năm 2004

b Thu thập tài liệu:

Tài liệu thu thập được bao gồm:

• Hồ sơ khảo sát địa hình, địa chất đảo An Bang, huyện đảo Trường Sa, tỉnh Khánh Hoà do Trung tâm kỹ thuật các công trình đặc biệt tiến hành năm 1996

• Hồ sơ khảo sát địa hình, địa chất đảo Nam Yết, huyện đảo Trường Sa, tỉnh Khánh Hoà do Trung tâm kỹ thuật các công trình đặc biệt tiến hành năm 1998

• Báo cáo và các bản đồ địa hình, địa chất khu vực DKI (Ban quản lý các công trình DKI thuộc Bộ tư lệnh Công binh)

• Bản đồ Việt nam và vùng biển, tỷ lệ 1/1.000.000 (Bộ tư lệnh Hải quân)

• Tập bản đồ khu vực Trường Sa và DKI, tỷ lệ 1/400.000 (Bộ tư lệnh Hải quân)

• Tập bản đồ các cụm đảo khu vực Trường Sa (Bộ tư lệnh Hải quân)

2.2 Đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất các đảo thuộc quần đảo Trường Sa

2.2.1 Giới thiêu quần đảo:

Quần đảo Trường sa là tập hợp của một số đảo nhỏ (đảo nổi) và các bãi san hô ngầm (được gọi là đảo chìm) nằm trải dài trong khoảng từ 7030' đến 12000' vĩ độ Bắc

và từ 111035' đến 118000' kinh độ Đông (Hình 1) Các đảo và các bãi đá ngầm khu vực quần đảo Trường sa thực chất là các đỉnh nhô cao của một bình nguyên rộng lớn nằm sâu dưới mức nước biển từ 1000m đến hơn 2000m Xuất xứ của chúng là từ các miệng núi lửa phong hoá nên các đảo khi nhô lên gần mặt nước biển tạo thành các cụm có dạng hình vành khăn hoặc hình ôval Bao quanh đảo là thềm san hô nước nông, ra phía ngoài là mép trên của sườn núi lửa nên khi ra khỏi sườn dốc, biển có

độ sâu thay đổi đột ngột từ vài trăm mét đến hơn 2000m Các thềm này thường có những rãnh hẹp, sâu từ 30m ữ 40m chạy dọc theo hướng từ đảo ra đến vùng nước sâu

2.2.2 Đặc điểm phân bố san hô:

Trong phạm vi Quần đảo Trường Sa, san hô phân bố trên 112 đảo lớn nhỏ, bao gồm các đảo nổi, đảo chìm và các bãi đá ngầm, trong đó có 23 đảo và bãi san hô nhô lên khỏi mặt nước, còn lại là các bãi ốan hô ngầm dạng vành đai san hô tạo nên các hồ trên biển, có độ sâu trung bình từ 2m đến 10m và lớn hơn Căn cứ vào vị trí

địa lý và đặc điểm phân bố, san hô trên các đảo trong quần đảo Trường Sa được chia thành bảy cụm:

- Ba cụm phía Bắc: Cụm Song Tử, Cụm Loại Ta, Cụm Thị Tứ

- Hai cụm ở phía Nam: Cụm Sinh Tồn, Cụm Nam Yết

- Một cụm phía Đông: Cụm Bình Nguyên

- Một cụm phía Tây Nam: Cụm Trường Sa

Theo các số liệu khảo sát, căn cứ vào đặc điểm phân bố san hô trên các đảo trong cụm, bảy cụm đảo san hô nói trên có thể phân thành hai nhóm như sau:

Nhóm 1: Bao gồm các cụm: Cụm Song Tử, cụm Loại Ta, cụm Thị Tứ, cụm

Nam Yết, cụm Sinh Tồn Đặc điểm phân bố san hô của các cụm này là tập hợp các

đảo san hô và các bãi ốan hô xếp bao quanh tạo nên một vành đai bao bọc một vùng biển có độ sâu không lớn Bên ngoài vành đai này, độ sâu biển thay đổi đột ngột và

đạt tới hơn 2000m Hình dạng và vị trí phân bố san hô trên các đảo của cụm Song

Tử được thể hiện trên bản đồ ở hình 4

40

đảo song tử tây

cụm song tử - mặt cắt theo hướng đông bắc - tây nam

nước biển san hô

Độ sâu (m)

Độ sâu (m)

chú giải

Hình 5 Mặt cắt ngang cụm Song Tử

Mặt cắt ngang địa hình của cụm Song Tử được thể hiện trên hình 5 Qua sự thay đổi độ sâu của đáy biển trên các mặt cắt này, ta thấy phía ngoài của vành độ sâu của biển thay đổi rất nhanh và đạt tới độ sâu khá lớn tới 2000m; bên trong vành,

độ sâu thay đổi từ từ và không lớn, tạo thành các hồ ngay giữa biển

41