Nghiên cứu đặc điểm vỏ phong hóa và ảnh hưởng của phong hóa tới trượt lở khu vực tỉnh bắc cạn

42 Bảng 3.6: Bảng tính chất cơ lý các mẫu đới phong hóa mạnh giữ cấu trúc phát triển trên đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat .... 43 Bảng 3.7: Thành phần hóa học của cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

LƯƠNG NGỌC TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VỎ PHONG HÓA VÀ

ẢNH HƯỞNG CỦA PHONG HÓA TỚI TRƯỢT LỞ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ Địa chất:“Nghiên cứu đặc điểm vỏ

phong hóa và ảnh hưởng của phong hóa tới trượt lở khu vực tỉnh Bắc Kạn”

làcông trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 16 tháng 04 năm 2015

Học viên

Lương Ngọc Trường

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Phong hóa mạnh không giữ cấu trúc PHM KGCT

Phong hóa mạnh giữ cấu trúc PHM GCT

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHONG HÓA VÀ TRƯỢT LỞ 4

1.1 Khái quát về hiện tượng phong hóa 4

1.1.1 Khái niệm phong hóa 4

1.1.2 Vỏ phong hóa 4

1.1.3 Quá trình thành tạo vỏ phong hóa 5

1.2 Hiện tượng trượt 7

1.2.1 Khái niệm và phân loại trượt 7

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng trượt 10

1.3 Quan hệ giữa phong hóa và trượt lở 11

1.4 Nghiên cứu phong hóa và trượt lở ở Việt Nam 12

1.4.1 Nghiên cứu phong hóa ở Việt Nam 12

1.4.2 Nghiên cứu trượt lở ở Việt Nam 17

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG TỚI PHONG HÓA VÀ TRƯỢT LỞ KHU VỰC TỈNH BẮC KẠN 20

2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 20

2.1.1 Địa hình 20

2.1.2 Khí hậu 20

2.1.3 Hệ thống thủy văn 23

2.1.4 Thảm thực vật 24

2.2 Cấu trúc địa chất 26

2.2.1 Địa Tầng 26

2.2.2 Các thành tạo magma xâm nhập 30

2.2.3 Kiến tạo 32

CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM VỎ PHONG HÓA KHU VỰC 35

NGHIÊN CỨU 35

3.1 Cơ sở phân chia vỏ phong hóa 35

3.1.1 Dựa vào nguồn gốc phát sinh VPH 35

3.1.2 Dựa vào mức độ phong hóa 36

3.1.3 Dựa vào thành phần khoáng vật 36

3.1.4 Dựa vào mối quan hệ của 3 hợp phần tạo vỏ phong hóa SiO2 - Al2O3 - Fe2O3 37

3.1.5 Phân đới thẳng đứng vỏ phong hóa 37

3.2 Các loại vỏ phong hóa và đặc trưng của chúng 38

3.2.1 Vỏ phong hóa trên nhóm đá trầm tích lục nguyên giàu alumosilicat 38 3.2.2 Vỏ phong hóa trên nhóm đá trầm tích giàu thạch anh 45

3.2.3 Vỏ phong hóa trên nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 48

3.2.4 Vỏ phong hóa trên nhóm đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 55

3.2.5 Vỏ phong hóa trên nhóm đá carbonat 61

3.2.6 Vỏ phong hóa trên nhóm đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 62

3.3 Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên tới sự hình thành và bảo tồn vỏ phong hóa 69

3.3.1 Yếu tố đá gốc 69

3.3.2 Yếu tố địa hình 70

3.3.3 Yếu tố khí hậu và yếu tố thời gian 72

3.3.4 Yếu tố thảm thực vật 73

3.3.5 Mối quan hệ giữa nước ngầm với VPH 74

CHƯƠNG 4: ĐIỀU KIỆN, NGUYÊN NHÂN GÂY TRƯỢT LỞ VỎ PHONG HÓA VÀ KIẾN NGHỊ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG TRƯỢT LỞ KHU VỰC TỈNH BẮC KẠN 75

4.1 Hiện trạng trượt lở ở khu vực Bắc Kạn 75

4.2 Mối quan hệ giữa trượt lở và vỏ phong hóa trên các nhóm đá 84

4.2.1 Nhóm đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat 84

4.2.2 Nhóm đá trầm tích giàu thạch anh 85

4.2.3Nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 85

4.2.4 Nhóm đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 86

4.2.5 Nhóm đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 86

4.3 Phân tích điều kiện và nguyên nhân trượt lở VPH 87

4.4 Đánh giá ổn định sườn dốc hình thành từ vỏ phong hóa bằng phần mềm Geo Slope 88

4.4.1 Lựa chọn mặt cắt tính toán 88

4.4.2 Mô hình và kết quả tính toán 92

4.5 Kiến nghị các giải pháp phòng chống trượt lở 95

4.5.1 Các giải pháp phi công trình 95

4.5.2 Các giải pháp công trình 97

KẾT LUẬN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat 42 Bảng 3.6: Bảng tính chất cơ lý các mẫu đới phong hóa mạnh giữ cấu trúc phát triển trên đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat 43 Bảng 3.7: Thành phần hóa học của các mẫu trong đới phong hóa trung bình phát triển trên đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat 44 Bảng 3.8: Tính chất cơ lý các mẫu trong đới phong hóa trung bình phát triển trên đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat 44 Bảng 3.9 Thành phần hóa học của đới phong hóa yếu phát triển trên đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat 45 Bảng 3.10 Thống kê các địa tầng chứa nhóm đá trầm tích giàu thạch anh trên vùng nghiên cứu 45

Bảng 3.11: Bảng thống kê các đới phong hóa trên nhóm đá biến chất và đá trầm tích giàu thạch anh 46

Bảng 3.12 - Thành phần hóa học các mẫu của đới phong hóa mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá trầm tích giàu thạch anh 47 Bảng 3.13 Tính chất cơ lý của các mẫu trong đới phong hóa mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá trầm tích giàu thạch anh: 47 Bảng 3.14 Các phân vị địa chất chứa nhóm đá magma xâm nhập axit –trung tính - kiềm, á kiềm ở tỉnh Bắc Kạn 48

Bảng 3.15 Mặt cắt vỏ phong hóa trên đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm,

á kiềm tại các bậc địa hình 50 Bảng 3.16 Thành phần hóa học của đới phong hoá mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 51 Bảng 3.17: Tính chất cơ lý của các mẫu trong đới phong hoá mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 51 Bảng 3.18 Thành phần hóa học của đới phong hoá mạnh giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 52 Bảng 3.19 Tính chất cơ lý các mẫu trong đới phong hoá mạnh giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 53 Bảng 3.20 Thành phần hóa học của đới phong hoá trung bình phát triển trên nhóm

đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 54 Bảng 3.21 Tính chất cơ lý của các mẫu trong đới phong hoá trung bình phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 54 Bảng 3.22 Thành phần hóa học của đới phong hoá yếu phát triển trênnhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 55 Bảng 3.23 Các phân vị địa chất chứa nhóm đá magma xâm nhập mafic –siêu mafic

ở tỉnh Bắc Kạn 55 Bảng 3.24 Mặt cắt vỏ phong hóa trên đá magma xâm nhập mafic – siêumafic tại các bậc địa hình 56 Bảng 3.25 Thành phần hóa học của đới phong hóa mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 58 Bảng 3.26 Tính chất cơ lý của các mẫu trong đới phong hóa mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 58 Bảng 3.27: Bảng thành phần hóa học các mẫu của đới phong hóa mạnh giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 59 Bảng 3.28: Tính chất cơ lý của các mẫu trong đới phong hóa mạnh giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 60

Bảng 3.29: Thành phần hoá học của đới phong hóa trung bình phát triển trên nhóm

đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 61 Bảng 3.30: Tính chất cơ lý của các mẫu trong đới phong hóa trung bình phát triển trên nhóm đá magma xâm nhập mafic - siêu mafic 61 Bảng 3.31 Thống kê các địa tầng chứa nhóm đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào ở Bắc Kạn 63 Bảng 3.32 Mặt cắt vỏ phong hóa trên đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào tại các bậc địa hình 64 Bảng 3.33 Thành phần hóa học của đới phong hóa mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 65 Bảng 3.34: Tính chất cơ lý các mẫu đới phong hóa mạnh không giữ cấu trúc phát triển trên đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 65 Bảng 3.35 Thành phần hóa học của đới phong hóa mạnh giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 66 Bảng 3.36: Tính chất cơ lý các mẫu trong đới đới phong hóa mạnh giữ cấu trúc phát triển trên nhóm đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 67 Bảng 3.37: Thành phần hóa học của đới phong hóa trung bình phát triển trên nhóm

đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 68 Bảng 3.38: Tính chất cơ lý các mẫu trong đới phong hóa trung bình phát triển trên nhóm đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 68 Bảng 3.39: Thành phần hóa học của đới phong hóa yếu phát triển trên nhóm đá phun trào axit - trung tính xen trầm tích phun trào 69 Bảng 3.40 Khái quát về quan hệ giữa các kiểu VPH với đá gốc tạo vỏ và độ dốc địa hình ở Bắc Kạn 71 Bảng 4.1 Thống kê trượt lở trong vỏ phong hóa của nhóm đá trầm tích lục nguyên giàu khoáng vật alumosilicat trên vùng nghiên cứu 75 Bảng 4.2 Hiện trạng trượt lở vỏ phong hóa của nhóm đá magma xâm nhập axit - trung tính - kiềm, á kiềm 82

Bảng 4.3 Thống kê trượt lở trong vỏ phong hóa của nhóm đá phun trào axit - trung

tính xen trầm tích phun trào trên vùng nghiên cứu 83

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý tại PH.3085 89

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý tại PH.1135 90

Bảng 4.6 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý tại PH.1048 91

Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý tại BK.1091 91

Bảng 4.8 Bảng kết quả tính toán hệ số an toàn tại mặt cắt 3 điểm trượt PH.1135, PH1048, PH1091 94

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 4.1 Mô hình tính toán cho sườn dốc tự nhiên tại PH.3085 93 Hình 4.2.Mô hình tính toán cho đất bão hòa tại PH.3085 94

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Bắc Kạn là một trong những tỉnh nằm trong vùng Đông Bắc Bắc Bộ của nước ta, là nơi có địa hình phức tạp, hiểm trở Đây cũng là nơi tập trung sinh sống của đồng bào dân tộc thiểu số, đời sống còn nhiều khó khăn Chính vì có đặc trưng về địa hình tương đối phức tạp nên Bắc Kạn cũng là một trong những nơi thuộc khu vực gặp phải những tổn thất nặng nề mà thiên tai gây ra Trong những năm gân đây,một số khu vực trong địa bàn tỉnh bị cô lập với bên ngoài do các tuyến đường thường xuyên xảy ra hiện tượng trượt lở Đây làhiện tượng xảy ra phổ biến trong vỏ phong hóa.Vìvậy, nghiên cứu vỏ phong hóa là nhiệm vụ quan trọng, không thể tách rời trong công tác nghiên cứu đánh giá trượt lở

Việc nghiên cứu chi tiết về đặc điểm các kiểu vỏ phong hóa, làm rõ đặc điểm thành phần vật chất, cấu tạo kiến trúc, đặc tính cơ lý của vỏ phong hóa sẽ xác định được những vị trí yếu nhất, dễ bị trượt lở nhất trong từng kiểu cấu trúc

vỏ phong hóa Từ đó, đưa ra các giải pháp hợp lý để hạn chế, giảm thiểu nguy

cơ xảy ra tai biến trượt lở, làm cơ sở khoa học cho công tác qui hoạch phát triển bền vững kinh tế - xã hội ở vùng nghiên cứu.Chính vì vậy, đề tài:

“Nghiên cứu đặc điểm vỏ phong hóa và ảnh hưởng của phong hóa tới trượt

3.2 Phạm vi

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là không gian phân bố vỏ phong hóa khu vực tỉnh Bắc Kạn

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Tổng quan về nghiên cứu đặc điểm phong hóa khu vực nghiên cứu, ảnh hưởng của nó tới khả năng gây trượt

- Các đặc điểm về tự nhiên khu vực tỉnh Bắc Kạn, thành phần đất đá, cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn khu vực tỉnh Bắc Kạn

- Khái quát cấu trúc địa chất, địa tầng, địa mạo khu vực tỉnh Bắc Kạn

- Nghiên cứu thành phần vật chất (thành phần hạt, thành phần khoáng vật, thành phần thạch học ) của đất đá khu vực tỉnh Bắc Kạn

- Phân đới thẳng đứng vỏ phong hóa(đặc điểm đặc trưng của từng đới)

- Hiện trạng, điều kiện hỗ trợ, nguyên nhân gây trượt lở khu vực tỉnh Bắc Kạn

- Đánh giá ổn định mái dốc và đề xuất các giải pháp phòng chống trượt lở khu vực tỉnh Bắc Kạn

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện những mục tiêu và nhiệm vụ trên, trong luận văn có sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phân tích, tổng hợp tài liệu: địa hình, địa mạo, địa chất, Địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu

- Khảo sát thực địa: Nghiên cứu hiện tượng trượt, ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên tới quá trình phong hóa

- Lấy mẫu và thí nghiệm: Thí nghiệm trong phòng xác định thành phần hạt, thành phần vật chất, tính chất cơ lý, thành phần hóa học của đất đá sau quá trình kiểm tra thực địa

- Phương pháp tính toán: Xử lý số liệu thí nghiệm, đánh giá ổn định trượt

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài cho phép đánh giá được một cách tổng quan

về đặc điểm vỏ phong hóa của khu vực tỉnh Bắc Kạn Từ kết quả nghiên cứu thu được cho phép xác định được mối tương quan giữa phong hóa với hiện tượng trượt lở tại khu vực tỉnh Bắc Kạn

7 Cơ sở tài liệu

Để hoàn thành bản luận văn này, học viên đã sử dụng các kết quả do bản thân và các đồng nghiệp thu thập được trong quá trình thực hiện đề án “Đánh giá hiện trạng tai biến địa chất (TBĐC) các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Tuyên Quang và Bắc Kạn, xác định nguyên nhân, dự báo và đề xuất biện pháp phòng tránh, giảm thiểu hậu quả” (do PGS.TS Nguyễn Xuân Khiển làm chủ nhiệm) Ngoài ra, luận văn được thực hiện trên cơ sở tài thu thập từ các công trình đo vẽ bản đồ địa chất, bản đồ vỏ phong hóa, bản đồ hiện trạng tai biến địa chất tỉ lệ 1:200.000, và 1:50.000 của các nhà địa chất trong nước và nước ngoài như Phạm Văn An, Nguyễn Kinh Quốc, Trần Ngọc Thái, Nguyễn Khắc Giảng,Trần Tân Văn, Đào Văn Thịnh, Đỗ Đình Toát, Trần Thanh Mẽ, Đỗ Văn Nhuận,Ngô Quang Toàn

Trong quá trình thực hiện Luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của TS Tô Xuân Vu Ngoài ra, tôi cũng luôn nhận được sự giúp đỡ, góp ý, động viên của các thầy cô giáo Bộ môn Địa chất công trình, Bộ môn Khoáng sản, tập thể cán bộ và đội ngũ khoa học Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản và các

cơ quan Địa chất liên quan cùng nhiều cán bộ khoa học, chuyên môn trong và ngoài trường

Tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHONG HÓA VÀ

TRƯỢT LỞ 1.1Khái quát về hiện tượng phong hóa

1.1.1 Khái niệm phong hóa

Phong hóa đất đá là hiện tượng biến đổi, phá hủy tại chỗ đất đá ở phần trên cùng của vỏ trái đất do các tác nhân bên ngoài (không khí, nước, sự biến đổi nhiệt độ, và hoạt động của sinh vật) làm đất đá thay đổi thành phần, cấu trúc, trạng thái

Hiện tượng phong hóa là tổng hợp phức tạp của các quá trình vật lý, hóa học, hóa lý, sinh hóa liên hệ và tác dụng tương hỗ lẫn nhau cùng phát triển trong đới trên mặt của thạch quyển với môi trường nước, khí sinh vật Kết quả tương tác với môi trường này làm cho thành phần, trạng thái, tính chất của đất

đá và nước ở trong đó bị biến đổi

1.1.2 Vỏ phong hóa

Theo Polưnov B.B thì: Vỏ phong hóa (VPH) là phần trên cùng của thạch

quyển bao gồm các sản phẩm bở rời do sự phân hủy các đá magma, trầm tích

và biến chất Vỏ phong hóa hiện đại là phần trên mặt của lớp vỏ thạch quyển bao gồm các sản phẩm phong hóa bở rời kể cả sườn tích, bồi tích chưa bị ảnh

hưởng của quá trình biến chất Cũng theo ông: Đới (zona) phong hóa là phần

trên trên của thạch quyển, trong đó xảy ra quá trình dập vỡ, phân hủy các đá

và hình thành vỏ phong hóa

Kết hợp với các lý luận và tài liệu thực tiễn, có thể quan niệm vỏ phong hóa là một phần của thạch quyển, gồm các sản phẩm bở rời hình thành từ quá trình phân hủy tại chỗ các loại đá và quặng dưới tác dụng của các yếu tố phong hóa (T0; H2O; O2.v.v…)

Với khái niệm trên thì vị trí của vỏ phong hóa có thể là phần trên cùng của thạch quyển nhưng cũng có thể do lịch sử phát triển khu vực mà vỏ phong hóa bị chôn vùi, bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn

1.1.3 Quá trình thành tạo vỏ phong hóa

Quá trình phong hoá là quá trình phá huỷ, làm thay đổi các loại đá và khoáng vật dưới tác động của nhiệt độ, nước, sinh vật… Quá trình này gồm có: phong hoá vật lý, phong hoá hoá học và phong hoá sinh học

Như vậy dưới tác dụng của các tác nhân phong hoá (O2, H2O, T0…) các

đá (quặng, khoáng vật) bị biến đổi về cấu tạo, kiến trúc và thành phần khoáng vật để tạo thành một sản phẩm mới có cấu tạo, kiến trúc và thành phần khoáng vật khác với đá ban đầu Quá trình làm biến đổi của đá nguyên sinh để tạo ra sản phẩm mới dưới tác dụng của các tác nhân phong hoá gọi là quá trình phong hoá

Phong hoá vật lý: Phong hoá vật lý là sự vỡ vụn của các loại đá thành các hạt cơ giới có kích thước khác nhau nhưng chưa có sự thay đổi về thành phần khoáng vật, thành phần hoá học của các đá ban đầu

Nguyên nhân gây nên việc phá vỡ khoáng vật và đá là do sự thay đổi của nhiệt độ, áp suất và sự tác động của các hoạt động địa chất ngoại lực như nước chảy, gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ Trái Ðất

Sự thay đổi nhiệt độ làm cho các khoáng vật có trong đá bị giãn nở không đều dẫn đến kết quả đá bị vỡ ra Các khoáng vật khác nhau có hệ số giãn nở rất khác nhau

Một loại đá được cấu tạo bởi nhiều khoáng vật khác nhau, do đó nhiệt độ thay đổi các khoáng vật co giãn không giống nhau làm đá bị vỡ vụn Như vậy thành phần khoáng vật của đá càng nhiều thì đá càng dễ bị vỡ vụn Những đá cấu tạo bởi một loại khoáng vật (đá đơn khoáng) cũng bị vỡ do hệ số nở dài

theo các phương khác nhau Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, giữa các mùa trong năm càng lớn thì phong hoá vật lý diễn ra càng mạnh

Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nước chảy hoặc gió thổi sẽ phá huỷ các đá trên đường di chuyển của chúng

Phong hoá vật lý có tính chất tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho phong hoá hoá học và sinh học

Phong hoá hoá học: Do sự tác động của H2O, O2, CO2 các khoáng vật và đá

bị phá huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do

sự tác động của H2O, O2, CO2 lên đá và khoáng vật

Phong hoá hoá học được chia thành 4 quá trình chính là: Ôxy hoá, hyđrat hoá, hoà tan và sét hoá

Quá trình ôxy hoá: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O2 tự do trong không khí và O2 hoà tan trong nước Quá trình ôxy hoá làm cho khoáng vật và đá bị biến đổi, bị thay đổi về thành phần hoá học Quá trình ôxy hoá diễn ra rất mạnh với hầu hết các nguyên tố hoá học có trong khoáng vật và đá, đặc biệt là các nguyên tố hoá trị cao, ví dụ Mangan Quá trình hyđrát hoá: Là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể của khoáng vật, thực chất đây là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi thành phần hoá học của khoáng vật

Quá trình hoà tan: Là quá trình các khoáng vật và đá bị hoà tan trong nước Hầu như tất cả các khoáng vật và đá bị hoà tan trong nước, nhưng mạnh nhất là các khoáng vật của lớp cácbônát và lớp muối mỏ

Quá trình sét hoá: Các khoáng vật silicat, nhôm silicat do tác động của

H2O, CO2 sẽ bị biến đổi tạo thành các khoáng sét (keo sét) Các chất kiềm và kiềm thổtrong khoáng vật bị H+ chiếm chỗ trong mạng lưới tinh thể được tách

ra dưới dạng hoà tan Như vậy thực chất của quá trình sét hoá là các quá trình

hoà tan, hyđrát hoá chuyển các khoáng vật silicát, nhôm silicat thành các khoáng vật thứ sinh, các muối và oxýt

Phong hoá sinh học: Hoạt động của sinh vật bậc thấp, bậc cao cũng tham gia phá huỷ các khoáng vật và đá Rễ cây xuyên vào các khe nứt hút nước và các chất khoáng, theo thời gian, rễ to dần phá vỡ đá Mặt khác rễ cây tiết H2O

và CO2 tạo H2CO3 để hoà tan đá và khoáng vật Khi chết xác sinh vật bị phân huỷ sinh ra các axit hữu cơ góp phần hoà tan các khoáng vật và đá Do vậy, bản chất của phong hoá sinh học là phong hoá vật lý và hoá học do sự tác động của sinh vật lên khoáng vật và đá Cũng trong quá trình này mẫu chất được tích luỹ chất hữu cơ do xác sinh vật để lại sau khi chết, làm cho mẫu chất xuất hiện những thuộc tính mới được gọi chung là độ phì và mẫu chất biến đổi thành đất Nhà khoa học nổi tiếng người Nga Vecnatxki cho rằng:

"Hoạt động hoá học của vỏ Trái Ðất, gần 99% có liên quan tới quá trình sinh hoá học"

Nếu quá trình phong hoá xảy ra chỉ làm thay đổi cấu tạo và kiến trúc của

đá mà không làm thay đổi về thành phần khoáng vật gọi là quá trình phong hoá vật lý hay phong hoá cơ học Sự nứt nẻ, vỡ tan của các loại đá vôi, đá silic, đá bazan… là sản phẩm của quá trình phong hoá cơ học

Nếu quá trình phong hoá xảy ra làm thay đổi không những cấu tạo mà còn thay đổi cả thành phần khoáng vật của đá gọi là quá trình phong hoá hoá học Bauxit-laterit trên đá bazan, sét kaolinit trên đá bazan, sét notnonit trên đá siêu bazơ … đều là sản phẩm của quá trình phong hoá hoá học

1.2 Hiện tượng trượt

1.2.1 Khái niệm và phân loại trượt

Khái niệm:

Khối trượt là khối đất đá đã hoặc đang trườn về phía dưới sườn dốc, mái dốc (sườn nhân tạo), do ảnh hưởng của trọng lực, áp lực thủy động, lực địa chấn

và một số lực khác Sự hình thành một khối trượt là kết quả của quá trình địa chất, được biểu hiện ở sự dịch chuyển thẳng đứng và dịch chuyển ngang những khối đất đá khi đã mất ổn định, tức là mất cân bằng

Hiện tượng trượt phá hủy sườn dốc và mái dốc, cải thiện hình dạng của chúng, tạo nên địa hình độc đáo Ngoài ra dịch chuyển trượt cũng tạo nên nhiều dạng cấu trúc bên trong tức kiến trúc, khá đặc biệt của những khối trượt Sự dịch chuyển đất đá trong quá trình trượt thường xảy ra theo một hoặc vài mặt trượt Các mặt trượt đó là yếu tố kiến trúc đặc trưng và không thể thiếu được đối với mỗi khối trượt Do đó hiện tượng trượt luôn luôn kèm theo sự cải biến địa hình khu vực, cấu trúc địa chất ở đó và cho thấy đất đá trên sườn dốc và mái dốc đã bị mất ổn định do ảnh hưởng của một số nguyên nhân nào đó

Trượt rất đa dạng về kích thước (quy mô), về loại dịch chuyển đất đá, nguyên nhân phá vỡ cân bằng của nó, động lực phát triển của quá trình và những dấu hiệu khác Mỗi một khối trượt thường bao chiếm diện tích nhỏ hoặc lớn của sườn dốc hay mái dốc và cả khu vực kế cận

Mỗi một khối trượt có một độ ổn định nào đó Khi các khối đất đá đã bị dịch chuyển, những nguyên nhân gây ra trượt đã hoàn toàn hoặc tạm thời bị loại trừ, thì khối trượt sẽ được ổn định Trong trường hợp nguyên nhân gây ra

sự dịch chuyển đất đá mới được loại trừ một phần, thì khối trượt đó vẫn chưa được ổn định Khi thiết kế, xây dựng và khai thác các công trình, điều quan trọng không những là phát hiện sự phân bố các khối trượt, dự báo khả năng hình thành của nó, mà còn phải đánh giá mức độ ổn định các khối trượt đó, để trong trường hợp cần thiết, báo trước sự phát triển, ngăn chặn hoặc hạn chế tác dụng (sự dịch chuyển) của nó

Phân loại trượt:

Theo cơ chế trượt có thể phân biệt các kiểu trượt: trượt kiến trúc; trượt dẻo và trượt hỗn hợp (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Bảng phân loại các kiểu trượt lở theo cơ chế trượt

1 Trượt

kiến trúc

Trượt một hoặc nhiều khối, tảng đất đá theo mặt trượt nhưng không phá hủy đáng kể cấu trúc bên trong của nó

Vỏ phong hóa trung bình đến yếu

2 Trượt dẻo

Là trượt của khối đất theo mặt trượt nằm nghiêng, cong Kiểu trượt này xảy ra chủ yếu ở các taluy đất đắp hoặc nơi có vỏ phong hóa dày, mức độ phong hóa mạnh, tức là những nơi có tính chất cơ lý tương đối yếu và đồng nhất Đặc trưng của trượt dẻo là có vách trượt chính và mặt trượt hình cung, không định trước và chỉ được định hình tại thời điểm trượt, dưới tác động của một tập hợp nhất định các yếu tố gây trượt

Vỏ phong hóa mạnh đến hoàn toàn

3 Trượt hỗn

hợp

Trượt hỗn hợp là dạng trượt trung gian giữa trượt cấu trúc và trượt dẻo, biểu hiện một phần đất còn được giữ lại thành phần cấu trúc ban đầu

Chủ yếu xảy ra ở môi trường nửa đất - nửa đá, thí

dụ giữa vỏ phong hóa mạnh nằm trên vỏ phong hóa yếu Khi đó mặt trượt cũng hỗn hợp giữa trượt xoay

(không có mặt trượt định trước) trong phần “đất”

và trượt theo mặt giảm yếu trong phần “đá”

Vỏ phong hóa mạnh đến yếu

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng trượt (Bài giảng “Trượt lở đất

đá, TS Nguyễn Hữu Xuân, khoa Địa II, Đại học Quy Nhơn)

- Độ dốc của sườn: Trượt là nguy cơ lớn không những gặp phải trên sườn dốc tự nhiên mà cả trên sườn dốc nhân tạo (mái dốc) Sườn dốc tự nhiên luôn

có khuynh hướng thoải dần, tiến tới độ dốc tương ứng với góc mái dốc ổn định tự nhiên của đất đá cấu tạo nên nó, tức là đạt tới góc dốc lớn nhất mà lúc

đó sườn vẫn còn ở trạng thái ổn định,không bị trượt v.v Do vậy, khi những điều kiện khác như nhau, sự tăng độ dốc của sườn hay mái do tác động của các yếu tố thiên nhiên hoặc nhân tạo có thể trở thành nguyên nhân phá hủy ổn định của đất đá cấu tạo nên sườn dốc, vì trị số tương đối của lực gây trượt (gây cắt) tăng lên Khi đánh giá sơ bộ, độ ổn định của sườn hoặc mái dốc cần được kiểm tra gần đúng bằng cách so sánh góc nghiêng của sườn dốc α với góc mái dốc thiên nhiên, góc ma sát trong φ hoặc góc cắt ψcủa đất đá cấu tạo sườn dốc, tức là α ≈ φ hoặc α ≈ ψ. Sau đó, nếu cần thiết, độ ổn định còn được kiểm tra bằng cách kiểm toán, có xét tới toàn bộ các lực ảnh hưởng

- Tính gắn kết của đất đá: Độ bền các liên kết kiến trúc của đất đá có ảnh hưởng trực tiếp tới hiện tượng trượt, thường quan sát thấy khi đất đá bị tẩm ướt bằng nước mưa, nước dưới đất Trước hết, sự tẩm ướt làm tăng khối lượng và tương ứng sẽ gây nên tác động của trọng lực lên đất đá đó Sự tăng như vậy của tác động trọng lực lên đất đá trong khi tẩm ướt sẽ kèm theo sự giảm độ bền liên kết kiến trúc qua đó làm giảm độ bền (lực ma sát, lực dính) của đất đá Nhiều quan sát trên các khu vực khác nhau đều phát hiện thấy mối liên quan chặt chẽ của các chu kỳ dịch chuyển trượt mạnh mẽ và rộng khắp trên sườn dốc và mái dốc với các thời kỳ mưa lớn, kéo dài, mực nước cao và nhiều dạng xuất lộ nước dưới đất Điều đó chứng minh mối liên hệ có tính nhân quả của sự phát sinh trượt với sự biến đổi trạng thái vật lý, tính chất của đất đá khi bị tẩm ướt

- Độ ma sát: Sự giảm độ ma sát trên bề mặt, hay trên đới yếu dẫn đến làm giảm sức chống cắt của đất đá và trở thành nguyên nhân làm mất ổn định trên sườn dốc và mái dốc, có thể làm tăng nguy cơ trượt

- Ảnh hưởng của thực vật: Các loại cây cỏ thân bụi hoặc thân gỗ có ảnh hưởng lớn đến việc làm thay đổi cân bằng nước trên sườn dốc, mái dốc, do một lượng lớn nước mưa được giữ trong cây Nếu mưa lớn kéo dài thì 68% lượng mưa được giữ trên cây ở lá nhọn và rừng lá rộng Lớp phủ thực vật còn tạo điều kiện bốc hơi ẩm nhanh, lượng bốc hơi từ lớp phủ thực vật vượt rất xa

từ đất đá lộ trần và gần bằng lượng bốc hơi từ mặt nước Ngoài ra lớp phủ thực vật còn có tác dụng tạo thành những lớp màng chắn điều hòa nước, không cho nước mưa thấm nhanh vào lòng đất, gia cố đất bằng hệ thống rễ cây, giữ cho đất không bị rửa trôi, xói mòn và tùy thuộc vào hệ thống rễ cây

và tán lá, mỗi một loại lớp phủ thực vật lại ảnh hưởng tới mức độ trượt lở khác nhau

1.3 Quan hệ giữa phong hóa và trượt lở

Các quá trình phong hóa có ảnh hưởng rất lớn đến sự biến đổi trạng thái vật

lý của đất đá ở sườn dốc, mái dốc Tùy thuộc vào mức độ phong hóa mà tính chất của đất đá, khối lượng thể tích, độ rỗng, độ khe nứt, độ hấp thụ nước và

độ bền bị biến đổi Khi bị phong hóa đá cứng biến thành đá nửa cứng và nếu tiếp tục bị phá hủy thì thành đất rời xốp hoặc đất loại sét mềm dính Căn cứ vào mức độ phong hóa của đá, có thể phân chia ra các giai đoạn biến đổi nó, còn trong đới phong hóa( đới eluvi) thì có thể chia ra nhiều phụ đới Trong vùng núi uốn nếp, nhiều khối trượt liên quan chủ yếu với thành tạo eluvi Như

đã biết , đá nửa cứng và đất loại sét đều có khả năng biến đổi độ bền theo thời gian và chính vì vậy làm cho các quá trình khác phát triển, đặc biệt là quá trình trượt

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, quá trình phong hóa hóa học chiếm ưu thế, lớp vỏ phong hóa giàu phần tử sét Các quá trình sườn diễn ra chủ yếu dưới tác dụng của quá trình chuyển dịch chậm và quá trình đất chảy nhiệt đới của những vật chất bở rời giàu chất keo Với việc tích tụ vật chất như thế, các quá trình trượt lở sẽ diễn ra mạnh ở mép ngoài của các bề mặt này, nơi chúng chuyển tiếp xuống những đoạn sườn dốc có độ dốc lớn hơn

1.4 Nghiên cứu phong hóa và trượt lở ở Việt Nam

1.4.1 Nghiên cứu phong hóa ở Việt Nam (Bài giảng “Địa chất công trình

Việt Nam”, PGS.TS Đỗ Minh Toàn, Trường Đại học Mỏ- Địa chất)

Sản phẩm phong hóa ở miền nhiệt đới ẩm nói chung và Việt Nam nói riêng thường chứa ít nguyên tố kiềm và kiềm thổ, ít cả silic làm cho lượng sắt và nhôm tăng lên một cách tương đối Hàm lượng sắt cao, tồn tại chủ yếu ở các dạng ôxít khác nhau lam cho đất có màu nâu đỏ, nâu vàng, vàng Sắt trong vỏ phong hóa có tính di động cao hơn nhôm vì các hợp chất sắt khi bị khử rất dễ

di động Mặt khác, các khoáng vật chứa sắt rất dễ bị phong hóa Vỏ phong hóa nhiệt đới ẩm ở Việt Nam còn một đặc điểm nổi bật khác là tồn tại nhiều loại khoáng vật ôxít nhôm, chủ yếu ở dạng hyđragilit Hiện tượng chiếm ưu thế của các khoáng vật nhóm caolinit, ôxít nhôm và sắt trong thành phần của

vỏ phong hóa là nguyên nhân làm cho vỏ phong hóa phần nhiều có nhóm hạt mịn cao, khả năng trao đổi cation thấp, anion cao Do hiện tượng pgong hóa hóa học phát triển mạnh mà vỏ phong hóa có đặc điểm: Thành phần khoáng vật, hóa học của đá mẹ hoàn toàn đã bị biến đổi trong đó chưa thấy đá mẹ bị phá hủy về vật lý (thường đá mẹ vẫn giữ nguyên được cấu tạo ban đầu)

Khi nghiên cứu vỏ phong hóa ở Việt Nam, V.M Fridland đã rút ra kết luận: Thành phần và tính chất của các vỏ phong hóa (tàn tích, tán- sườn tích)đều biến đổi theo sự thay đổi độ cao

- Từ vùng đồi lên núi, hàm lượng sắt trong các vỏ phong hóa giảm xuống, màu đỏ yếu dần, màu vàng và trắng tăng lên Cả hai hiện tượng này là do độ

ẩm tăng lên theo độ cao làm cho mức độ hyđrat hóa tăng theo và do đó làm tăng khả năng di động của các ôxít sắt

- Trong vùng chuyển tiếp từ vùng đồi lên vùng núi, đá ong và sét có màu lốm đốm nâu, nâu đen hầu như mất hẳn đó là do nước ngầm giảm hẳn ở miền núi

- Càng lên vùng núi, nhất là độ dốc càng cao chiều dày vỏ phong hóa càng giảm vì quá trình xói mòn càng mạnh và các yếu tố khí hậu, sinh vật tác động đến phong hóa có phần yếu đi (Nhiệt độ giảm thấp)

Bước thay đổi đột ngột về chất trong thành phần của các loại vỏ phong hóa

có liên quan đến giới hạn phân chia ranh giới giữa rừng mưa nhiệt đới trên núi

và rừng mây mù trên núi Tại đới rừng mây mù trên núi các vỏ phong hóa chứa ít sắt và được xếp vào loại alit Ở đồi thấp hơn thì vỏ phong hóa feralit chiếm ưu thế tuyệt đối

1 Phân loại vỏ phong hóa ở Việt Nam

- Phân loại theo quan điểm địa hóa (V.M Fridland):

Năm 1972, nhà khoa học người Nga V.M Fridland, trong tác phẩm :“ Đất

và vỏ phong hóa nhiệt đới ẩm” đã đề nghị một hệ thống phân loại (kí hiệu) sau đây dùng cho các loại vỏ phong hóa nhiệt đới ẩm nào có thành phần chủ yếu là khoáng vật nhóm caolinit, khoáng vật ôxít sắt và ôxít nhôm

+ Alit: Là các vỏ phong hóa mà trong đó có lượng ôxít nhôm chiếm nhiều hơn hẳn lượng ôxít sắt

+ Feralit: Là các vỏ phong hóa mà trong đó không thấy có sự hơn hẳn của lượng ôxít sắt hay ôxít nhôm

+ Alferit: Là vỏ phong hóa mà trong đó lượng ôxít sắt nhiều hơn hẳn lượng ôxít nhôm

Ngoài các vỏ phong hóa trên còn có các vỏ phong hóa Sialit, Ferit – Sialit, bao gồm chủ yếu các khoáng vật nguyên sinh, trong đó có cả các khoáng vật đang bị phong hóa nhẹ

Vỏ phong hóa Ferit – Sialit có đặc điểm là có các màng sắt biểu hiện rõ trên các khoáng vật và một vài đặc trưng khác chứng tỏ đang ở vào giai đoạn bắt đầu của quá trình Feralit hóa

+ Vỏ phong hóa Macgalit: Đó là vỏ phong hóa mà thành phần chính lại là khoáng vật montmorillonit Các vỏ phong hóa này, trong nhóm hạt sét hoặc

kể cả khi không chứa thạch anh đều có tỷ số SiO2/ Al2O3 bằng 3 đến 4, có dung lượng trao đổi cation cao, tính trương nở và co ngót mạnh, có chứa nhiều nhôm và sắt tự do cũng như kiềm và kiềm thổ

+ Vỏ phong hóa Macgalit – Feralit: Các vỏ phong hóa này mang tính chất trung gian từ Feralit đến Macgalit trong đó hoặc có hỗn hợp các hỗn hợp các khoáng vật Caolinit và Montmorillonit hoặc chứa nhiều khoáng vật meetahaloizit (có thành phần hóa học và tính chất vật lý giống Caolinit nhưng tính chất trao đổi lại giống montmorillonit) Các loại vỏ phong hóa này cũng

có chứa nhiều sắt và nhôm tự do

Vỏ phong hóa Macgalit thường gặp ở những nơi có địa hình thấp, trên đá gốc bazan hoặc đá vôi, trong các trầm tích lấp đầy các hang động

- Phân loại vỏ phong hóa theo mức độ thủy phân:

Đặc tính địa chất công trình của đất đá trong vỏ phong hóa được hình thành

do đặc điểm thành phần vật chất của đất đá quyết định Thành phần vật chất của đất đá lại được quyết định bởi sự biến đổi địa hóa trong vỏ phong hóa Trong quá trình phong hóa hóa hóa học, thủy phân là quá trình phá hủy đá mạnh mẽ nhất Mức độ thủy phân được coi là mức độ triệt để của quá trình phong hóa và vỏ phong hóa nhiệt đới ẩm Mức độ thủy phân càng tốt thì biểu hiện phong hóa càng triệt để Sự hình thành các khoáng vật Gipxit càng nhiều

chứng tỏ mức độ thủy phân càng tốt Nếu số lượng khoáng vật Gipxit quá nhiều thì sẽ hình thành quặng Bouxit và coi như quá trình thủy phân xảy ra hoàn toàn

Ở Việt Nam tồn tại cả vỏ phong hóa thủy phân hoàn toàn và vỏ phong hóa thủy phân không hoàn toàn Như vậy, dựa vào mức độ thủy phân, người ta phân ra: Vỏ phong hóa thủy phân hoàn toàn và vỏ phong hóa thủy phân không hoàn toàn

+ Vỏ phong hóa thủy phân hoàn toàn: Đặc trưng của loại vỏ phong hóa này

là sự có mặt của đới bouxit laterit Theo đặc điểm cấu trúc, vỏ phong hóa được chia ra hai kiểu mặt cắt ( kiểu 1 và kiểu 2)

Kiểu 1: Kiểu mặt cắt biến đổi dần dần:

Ở kiểu mặt cắt này, quan sát được sự chuyển biến dần dần từ đá mẹ sang sản phẩm cao nhất của vỏ phong hóa

Kiểu 2: Kiểu mặt cắt biến đổi đột ngột:

Các sản phẩm phong hóa ở mức độ cao (Quặng Bouxit) nằm trực tiếp trên

bề mặt đá gốc, nứt nẻ và vỡ vụn, vắng mặt các sản phẩm trung gian, Sở dĩ tồn tại mặt cắt kiểu này là do ở nhưng nơi có địa hình cao, lượng mưa nhiều, nước vận động mạnh, các sản phẩm sét bị nước rửa trôi làm cho các sản phẩm bauxit laterit nằm trực tiếp ngay trên bề mặt đá gốc nứt nẻ

+ Vỏ phong hóa thủy phân chưa hoàn toàn:

Nét đặc trưng của vỏ phong hóa loại này là: Đá gốc bị phong hóa biến đổi thành các sản phẩm sét caolinit có chứa gipxit nhưng chưa hình thành đới laterit – bouxit Ở vỏ phong hóa loại này cũng tồn tại hai kiểu mặt cắt:

Kiểu 1: Mặt cắt biến đổi dần dần:

Ở kiểu mặt cắt này cũng quan sát thấy sự thay đổi dần dần từ đá mẹ sang các sản phẩm phong hóa sét laterit sắt ( Đá ong)

Kiểu 2: Mặt cắt có mặt đới laterit sắt:

Mặt cắt kiểu này được đặc trưng bằng sự có mặt của đới đá ong Hiếm gặp hơn kiểu 1, kiểu mặt cắt 2 gặp nhiều trên các sườn đồi thoải, nơi mà có nước dưới đất thấm rỉ ra, những nơi có địa hình tương đối bằng phẳng nhưng mực nước dưới đất không nằm quá sâu

2 Quy luật phân bố vỏ phong hóa ở Việt Nam. (Bài giảng “Địa chất công trình Việt Nam”, PGS.TS Đỗ Minh Toàn, Trường Đại học Mỏ- Địa chất)

Ở Việt Nam, đặc điểm vỏ phong hóa biến đổi theo vĩ độ và đai cao

* Theo vĩ độ: Điều đó được thể hiện ở sự phân bố vỏ phong hóa thủy phân hoàn toàn và thủy phân không hoàn toàn

Vỏ phong hóa thủy phân hoàn toàn chỉ gặp ở phía Nam, nơi không có mù đong, mùa khô diễn ra gay gắt Thường gặp ở những nơi cao nhất của địa hình vòm phân thủy Ví dụ: ở Đắc Song- tỉnh Đắc Nông ( Các xã Quang Thành, Đắc Roan, Gia Nghĩa, Nam Njang, Trường Xuân ) Đây là những nơi cao nhất của địa hình, mật độ phân cắt lớn, phân cắt ngang từ 5- 30m/km2 Lượng mưa hàng năm cao, biến đổi từ 2400 đến 3200mm/năm và lớn hơn Được giới hạn bởi sườn dốc cao Thực tế ở những nơi quặng bouxit đạt giá trị công nghiệp đều là những nơi có cao độ bề mặt địa hình từ 900 đến 1100m

* Theo đai cao: Ở vùng đổi, cao nguyên, trên các bề mặt san bằng, chiều dày vỏ phong hóa là lớn nhất Sở dĩ như vậy là vì: Ở đó mực nước dao động theo mùa là lớn nhất, sự trao đổi nước xảy ra mạnh mẽ, môi trường nước là axít nên đã thành tạo các khoáng vật nhóm caolinit Sản phẩm phong hóa là sét có màu nâu đỏ Mặt khác, tốc độ rửa trôi bề mặt chậm hơn tốc độ phong hóa đá gốc

Ở vùng núi, địa hình phân cắt mạnh, sườn cao độ dốc lớn, lớp phủ thực vật tương đối dày, quá trình sói mòn rửa trôi xảy ra mạnh mẽ, nên chiều dày vỏ phong hóa mỏng Sản phẩm phong hóa là sét có màu vàng, nâu vàng, màu đỏ

giảm Nguyên nhân do quá trình ôxy hóa giảm, quá trình khử tăng, sắt linh động hơn và bị mang đi

Ở vùng đồng bằng thấp, sự trao đổi nước yếu, dao động mực nước theo mùa nhỏ, do đó chiều dày vỏ phong hóa mỏng Mặt khác, ở đây phổ biến là các trầm tích trẻ, bị phong hóa yếu, thời gian chịu ảnh hưởng của phong hóa ngắn

Nam”, PGS.TS Đỗ Minh Toàn, Trường Đại học Mỏ- Địa chất)

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về trượt lở ở Việt Nam và đều thống nhất một số nhận xét về điều kiện thúc đẩy và đặc điểm trượt xảy ra ở Việt Nam

* Các điều kiện thuận lợi cho phát triển trượt ở Việt Nam:

- Việt Nam có khí hậu nhiệt đới ẩm, mưa nhiều, lượng mưa tập trung theo mùa Vào mùa mưa, đất bị sũng nước, giảm độ bền Có thể do ảnh hưởng của nước dưới đất nằm nông, chúng dễ phát sinh áp lực thủy động khi vận động thoát ra ở các sườn dốc của địc hình Những điều đó đã thúc đẩy quá trình trượt phát triển

- Quá trình phong hóa, đặc biệt là phong hóa hóa học xảy ra, đất đá bị phá hủy mạnh, tạo lớp phủ dày, dễ phát sinh trượt trong lớp phủ

- Chế độ thủy văn của sông biến đổi mạnh giữa mùa kiệt và mùa lũ, thúc đẩy quá trình xâm thực, gây ra trượt lở bờ sông

- Nước ta, cơ bản có địa hình là núi, địa hình bị phân cắt mạnh tạo điều kiện thuận lợi cho trượt phát triển

- Đất đá trải qua nhiều hoạt động kiến tạo, xuất hiện nhiều hệ thống đứt gãy, khe nứt, làm suy giảm độ bền của khối đất đá, tạo điều kiện để trượt phát triển

- Các hoạt động tân kiến tạo đã tạo ra các sườn núi cao và dốc, thúc đẩy quá trình trượt phát triển

* Đặc điểm trượt ở Việt Nam: Hiện tượng trượt ở Việt Nam có những đặc điểm nổi bật:

- Đa dạng về quy mô và cấu trúc, nguyên nhân phát sinh và cơ chế của quá trình

- Quy mô trượt biến đổi trong phạm vi rộng, từ mài chục m3 đến vài trăm

m3

- Trượt phát triển trong nhiều loại đất đá khác nhau, phổ biến nhất là trong đất đá tàn tích và sườn tích, đá sét phân phiến, đá biến chất và trong các đới phá hủy kiến tạo

- Hiện tượng trượt xảy ra chủ yếu vào mùa mưa, đặc biệt sau những đợt mưa to và kéo dài

- Trượt rất khác nhau về cơ chế Theo cơ chế trượt phân ra: Trượt cấu trúc, trượt dẻo, trượt hỗn hợp và trượt - đổ

* Quan hệ giữa trượt và hoạt động của con người

Hoạt động kinh tế công trình của con người là hết sức phong phú và đa dạng, đã làm biến đổi mạnh mẽ môi trường địa chất Các hoạt động đó bao gồm: Khai thác Khoáng sản, san lấp tạo mặt bằng xây dựng, làm đường giao thông, chặt phá rừng khai thác gỗ và khai phá đất canh tác

+ Trượt gắn liền với xây dựng đường giao thông:

Khi làm đường giao thông, trượt thường xảy ra:

- Chủ yếu xảy ra ở những đoạn đường đào ở miền núi, xảy ra nhiều ở tầng phủ, ít khi gặp trong đá gốc

- Khi đào tạo ra mái dốc quá cao hoặc quá dốc

- Không có biện pháp thoát nước mặt tốt

- Không thiết kế các giải pháp chống trượt

+ Trượt khi khai thác các mỏ lộ thiên:

Các mỏ lộ thiên ở Việt Nam phần lớn đều xảy ra trượt Các khối trượt có quy mô lớn, chủ yếu xảy ra trong tầng đá gốc

Ở nước ta hiện tượng trượt xảy ra mạnh mẽ và phổ biến ở Tây Bắc, Đông Bắc, Trường Sơn, các tỉnh Yên Bái, Hà Giang, Bắc Kạn, Quảng Nam, Quảng Ngãi

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG TỚI PHONG HÓA VÀ TRƯỢT LỞ KHU VỰC TỈNH BẮC KẠN 2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

Khu vực nghiên cứu nằm trong diện tích tỉnh Bắc Kạn, phía Bắc giáp với tỉnh Cao Bằng, phía Đông giáp Lạng Sơn, phía Nam giáp với Thái Nguyên

và phía Tây giáp với tỉnh Tuyên Quang

2.1.1 Địa hình

Bắc Kạn là một tỉnh miền núi vùng cao thuộc Đông Bắc Việt Nam , diện tích tự nhiên 4.857,21 km2, trải dài từ 21047’ đến 22043’ vĩ độ bắc và 104047’ đến 106014’ kinh độ đông Về mặt địa chất, Bắc Kạn có cấu trúc địa chất phức tạp đặc biệt là các hoạt động tân kiến tạo gây ra sự phân căt địa hình mạnh mẽ, tạo các mương xói, khe hẻm, thềm sông, sườn dốc dẫn đến phát triển hiện tượng trượt lở Địa hình của Bắc Kạn được chia ra 3 khu vực

cụ thể như sau:

- Khu vực phía Tây và Tây-Bắc: bao gồm các mạch núi thuộc khu vực huyện Chợ Đồn, Pác Nặm, Ba Bể chạy theo hướng vòng cung tây bắc–đông nam, định ra hướng của hệ thống dòng chảy lưu vực sông Cầu Dãy núi cao nhất là Phia Bióoc - 1578m

- Khu vực phía Đông và Đông-Bắc: hệ thống núi thuộc cánh cung Ngân Sơn chạy theo hướng bắc-nam, mở rộng thung lũng về phía đông bắc Đây là dãy núi cao có cấu tạo tương đối thuần nhất

- Khu vực trung tâm: Nằm ở dọc thung lũng sông Cầu, có địa hình thấp hơn nhiều, kẹp giữa một bên là dãy núi cao thuộc cánh cung sông Gâm ở phía tây, với một bên là cánh cung Ngân Sơn ở phía đông

2.1.2 Khí hậu

Tỉnh Bắc Kạn thuộc miền khí hậu Đông Bắc Việt Nam, thuộc đới cảnh quan nhiệt đới ẩm, gió mùa và phân biệt hai mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài

từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9; nhiệt

độ trung bình thấp nhất 3 - 40C và cao nhất 38 - 390C

- Chế độ mưa và độ ẩm:Lượng mưa trung bình hàng năm ở Bắc Kạn thay đổi từ 1400- 1600mm, cá biệt năm mưa nhiều có thể đạt 1600- 1800mm.Vào mùa mưa lượng mưa đạt 1800- 2000mm, mùa khô đạt 200- 300mm Độ ẩm trung bình hàng năm ở thị xã là 80- 85%, mùa mưa thay đổi từ 85- 90%, mùa khô từ 80- 83%

- Chế độ nắng và nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình hàng năm ở Bắc Kạn là 22- 23ºC Tháng nóng nhất là tháng 7 nhiệt độ 30- 31ºC, ngày nóng nhất

có thể đạt 36- 38ºC Tháng lạnh nhất là tháng 1nhiệt độ 13- 14ºC, ngày lạnh nhất có thể đạt 5- 7ºC Tổng giờ nắng trung bình hàng năm khoảng 1200- 1250 giờ Mùa khô khoảng 550- 650 giờ còn mùa mưa khoảng 1850- 1950 giờ Dưới đây là bảng thống kê tình hình khí tượng của khu vực tỉnh Bắc Kạn theo tháng

Bảng 2.1 Các yếu tố khí tượng khu vực tỉnh Bắc Kạn theo tháng (Tài liệu nông lịch Bắc Kạn- Sở khoa học và công nghệ Bắc Kạn, năm 2014)

Bình 27,0- 28,0 26,5- 27,5 25,0- 26,0 23,0- 24,0 19,0- 20,0 15,0- 16,0 Thấp

các sườn dốc của địa hình và thúc đẩy quá trình trượt phát triển

2.1.3 Hệ thống thủy văn

Mạng lưới sông ngòi Bắc Kạn tương đối phong phú nhưng đa số là các nhánh thượng nguồn với đặc điểm chung là ngắn, dốc, thuỷ chế thất thường Bắc Kạn là đầu nguồn của 5 con sông lớn của vùng Đông Bắc là sông Lô, sông Gâm, sông Kỳ Cùng, sông Bằng, sông Cầu.Đa số các sông lớn đều trùng với đứt gãy kiến tạo hoặc chảy vòng theo cấu trúc địa chất Do địa hình được nâng cao phức tạp, mạng lưới sông suối dày, các sông đa phần

có hướng á kinh tuyến, Tây Bắc –Đông Nam, Đông Bắc-Tây Nam, các sông con thường thẳng góc với hướng sông chính Hoạt động đào lòng của sông mạnh mẽ, trắc diện cân bằng chưa ổn định, lắm thác, ghềnh, thung lũng hẹp, bồi tích ít, thường sinh ra lũ lụt Ngoài hệ thống sông ngòi, Bắc Kạn còn nổi tiếng với hồ Ba Bể Đây là một trong những hồ kiến tạo đẹp và lớn nhất nước ta, được hình thành từ một vùng đá vôi bị sụt xuống do nước chảy ngầm đã đục rỗng lòng khối núi Diện tích mặt hồ khoảng 500ha, là nơi hợp lưu của ba con sông Ta Han, Nam Cương và Cho Leng Hồ có ba nhánh thông nhau nên gọi là Ba Bể Tình hình thủy văn của các sông trong khu vực cũng có sự thay đổi theo mùa Dưới đây là bảng thống kê mực nước đo tại sông Cầu theo từng tháng (2014) tại hai trạm Thác Giềng và Chợ Mới:

Bảng 2.2 Diễn biến mực nước sông Cầu theo từng tháng (năm 2014) tại hai trạm Thác Giềng và Chợ Mới (Tài liệu nông lịch Bắc Kạn- Sở khoa học và công nghệ Bắc Kạn, năm 2014)

2.1.4 Thảm thực vật

Diện tích rừng tự nhiên của Bắc Kạn vào loại lớn nhất trong các tỉnh vùng Đông Bắc (95,3% diện tích) tập trung rải rác trên toàn bộ các khu vực huyện thị của tỉnh Tài nguyên rừng của tỉnh khá đa dạng, phong phú Thực vật phát triển trên diện tích rừng núi trong khu vực nghiên cứu khá phong phú và

đa dạng, độ che phủ khá cao Hầu hết các thảm thực vật ở đây là rừng tái sinh

Diện tích che phủ của rừng trong khu vực các huyện, thị thuộc khu vực

tỉnh (Số liệu thống kê năm 2012, Sở tài nguyên môi trường tỉnh Bắc Kạn)

- Huyện Na Rì: Hiện nay, huyện có 66.949,96ha đất lâm nghiệp, chiếm 78,49% diện tích tự nhiên; trong đó rừng sản xuất chiếm 64,14% diện tích đất lâm nghiệp, rừng phòng hộ chiếm 19,04% đất lâm nghiệp, rừng đặc dụng 16,82% đất lâm nghiệp Rừng được phân bố ở tất cả các xã và thị trấn trong huyện Rừng của Na Rì ngày nay liên quan mật thiết với những đặc trưng địa

lý tự nhiên và quá trình diễn biến tài nguyên rừng, thảm thực vật rừng của huyện Rừng phát huy tác dụng rất cao đối với đất - nước - môi trường của huyện, trong điều kiện hiện tại thuộc tính phòng hộ của rừng đối với nguồn nước, ngăn chặn xói mòn và thoái hóa đất, điều hòa khí hậu thể hiện rất rõ rệt Nằm trong vùng có điều kiện khí hậu, địa hình, đất đai nhiều thuận lợi, nên thảm thực vật ở đây phát triển rất đa dạng và phong phú

- Huyện Bạch Thông: diện tích đất lâm nghiệp của huyện Bạch Thông có trên 36.428ha (66,78%); trong đó diện tích trồng rừng tập trung thực hiện được 542,6ha, diện tích trồng rừng phân tán là 11,65ha Trong những năm gần đây, diện tích rừng trồng mới của huyện tăng qua các năm

- Huyện Chợ Đồn: Huyện có 64.731,22 ha đất lâm nghiệp, chiếm 71,04% so với tổng diện tích tự nhiên toàn huyện Trong đó rừng sản xuất có 47.444,31

ha, chiếm 52,07 % tổng diện tích tự nhiên toàn huyện, rừng phòng hộ có 15.498.91 ha, chiếm 17,01% tổng diện tích tự nhiên toàn huyện, rừng đặc dụng có 1.788,00 ha chiếm 1,96% tổng diện tích tự nhiên toàn huyện Diện tích rừng của huyện Chợ Đồn khá nhiều, độ che phủ đạt trên 57%, phân bố trên tất cả các xã, thị trấn

- Huyện Chợ Mới: Tổng diện tích đất rừng là 46.678,6ha chiếm 77% diện tích tự nhiên của toàn huyện Trong đó chủ yếu là đất rừng tự nhiên (31.971,2ha), rừng trồng có 14.700ha chiếm 24% diện tích lâm nghiệp của huyện Năm 2005 độ che phủ đã đạt tới 60% diện tích rừng Chợ Mới cũng là huyện có diện tích rừng trồng lớn nhất, chiếm 25% diện tích rừng trồng của toàn tỉnh Các loại cây trồng chính gồm có mỡ, thông, keo, bồ đề, hồi, trúc, quế, bạch đàn, sa mộc

- Huyện Ngân Sơn: Diện tích đất Lâm nghiệp có 51.712,78 ha, chiếm 80,06% diện tích tự nhiên của huyện, trong đó: Rừng sản xuất có 26.468,41

ha, chiếm 47,34% diện tích đất nông nghiệp nghiệp, rừng phòng hộ có 25.244,37 ha, chiếm 45,15% diện tích đất nông nghiệp

Ngoài ra, khu vực các huyện Ba Bể (60,2%), Pắc Nậm (52,3 %) và thị xã Bắc Kạn (58%) đó cũng là tỉ lệ che phủ rừng tương đối cao Nhìn chung thảm thực vật ở đây khá thuận lợi cho sự phát triển và bảo tồn của lớp vỏ phong hóa

+ Hệ tầng Thần Sa (∈3ts):Do Phạm Đình Long xác lập năm 1968, phân bố chủ yếu ở phía Nam và TN của vùng nghiên cứu có thành phần là cát kết, cát bột kết, đá phiến sét có vảy mica, xen lớp mỏng hoặc thấu kính đá vôi, đá vôi

sét Dựa vào thành phần thạch học chia làm 2 phân hệ tầng:

- Phân hệ tầng dưới (∈3 ts 1 ):đá phiến sét, đá phiến sét vôi, lớp mỏng cát kết đa

khoáng

- Phân hệ tầng trên (∈3 ts 2 ): bột kết, cát kết, đá phiến sét, sét vôi phân lớp mỏng, đá vôi cấu tạo sọc dải

+ Hệ tầng Phú Ngữ ( O – Spn): Do Phạm Đình Long (1969) xác lập, trên

bình đồ các thành tạo thuộc hệ tầng Phú Ngữ phân bố ở trung tâm và rìa phía

TN vùng nghiên cứu có diện lộ khoảng 1100km2 Theo thành phần thạch học, các thành tạo này ở vùng nghiên cứu được phân chia thành 3 phân hệ tầng

- Phân hệ tầng dưới ( O – Spn 1 ): đá phiến sét, cát bột kết, cát kết xen ít lớp mỏng sét silic, cát bột kết vôi

- Phân hệ tầng giữa ( O – Spn 2 ): đá phiến sét đen, sét silic, cát bột kết và thấu kính đá vôi, vôi sét

- Phân hệ tầng trên ( O – Spn 3 ): cát kết thạch anh, cát kết dạng quarzit,

đá phiến sét dạng sừng

+ Hệ tầng Tòng Bá (D1tb): được Tạ Hoàng Tinh (1971) xác lập, các thành tạo

thuộc hệ tầng Tòng Bá phân bố thành các dải hẹp theo phương TB-ĐN ở phía

TB khu vực huyện Ba Bể Mặt cắt được chia làm 2 phân hệ tầng:

- Phân hệ tầng dưới (D1tb 1 ):đá vôi, đá phiến silic, đá phiến sericit, trachyt, felsit porphyr

- Phân hệ tầng trên (D1 tb 2 ):đá vôi, porphyr thạch anh, orthophyr, vỉa quặng sắt

+ Hệ tầng Phia Phương (D1pp): Do Nguyễn Kinh Quốc (1973) xác lập Mặt cắt tốt nhất của hệ tầng lộ ra dọc theo suối You Ma, vùng Lạng Giang (gần

đỉnh Pia Phương), tỉnh Tuyên Quang Gồm đá phiến sericit, đá phiến bị hoa hóa, phyllit vôi, các lớp xen đá vôi đolomit, đá vôi bitum bị hoa hóa, đá vôi sét silic, đá phiến sericit, cát kết vôi silic chứa mangan, các lớp mỏng tuf riolit

và một vài lớp cát kết tuf Các trầm tích của hệ tầng Pia Phương phân bố khá rộng rãi trong khu vực nghiên cứu Theo đặc điểm trầm tích, có thể phân biệt

+ Loạt Sông Cầu (D1sc): được Trần Văn Trị và nnk (1964) xác lập (điệp S2

-D1sc) sau đó được Tống Duy Thanh (1979) chuyển thành loạt Sông Cầu (D1sc) Loạt Sông Cầu lộ ra phần nhỏ ở phía bắc Ngân Sơn và trung tâm của huyện Na

Rì Thành phần thạch học gồm: cuội kết, cát kết, bột kết, đá phiến sét Dày 180m

150-+ Hệ tầng Mia Lé (D1ml):Do Deprat J (1915) xác lập (loạt Mia Lé), phân bố trong đới tướng-cấu trúc Sông Hiến Gồm chủ yếu đá phiến màu đen xen các băng đá vôi sét, thấu kính đá vôi Bề dày 400-800m Theo tài liệu địa chất 1: 200.000 Hệ tầng Mia Lé nằm chỉnh hợp dưới hệ tầng Nà Quản

- Phân hệ tầng dưới (D1 ml 1 ): đá phiến sét, đá phiến sét vôi, đá vôi sét

và sét silic, cát kết dạng quarzit

- Phân hệ tầng trên (D1 ml 2 ):đá phiến sét sericit, cát kết, đá vôi, đá vôi sét xen lớp mỏng đá phiến sét, phylit vôi

+ Hệ tầng Khao Lộc (D1-2kl):Do Vaisilevskaia E D (1965) xác lập, hệ tầng phân bố hạn chế trong vùng nghiên cứu tập trung chủ yếu ở khu vực Tân Lập,

Bằng Phúc, Phương Viên, Thượng Giáo… Mặt cắt được chia làm 2 phân hệ tầng

- Phân hệ tầng dưới (D1-2kl 1 ): đá phiến sét sericit, cát kết dạng quartzit xen lớp mỏng đá vôi

- Phân hệ tầng trên(D1-2kl 2 ):đá vôi đen, đá vôi xám đen, đá vôi silic màu xám sáng xen ít đá phiến sét vôi

+ Hệ tầng Nà Quản (D1-2nq): Do Dương Xuân Hảo, Rzonsniskaya M A (1968) xác lập Thành phần chủ yếu gồm: đá vôi, đá vôi silic phân lớp mỏng, màu xám, đá phiến silic màu xám; xám đen

- Phân hệ tầng dưới (D1-2 nq 1 ):đá vôi, đá vôi sét, đá vôi silic

- Phân hệ tầng trên (D1-2 nq 2 ): đá vôi, các lớp xen đá phiến sét và đá vôi silic màu đen

+ Hệ tầng Tam Hoa (D2-3th): Do Nguyễn Kinh Quốc (1991) xác lập, phân bố chủ yếu ở phía nam vùng nghiên cứu (thuộc huyện Bạch Thông) Thành phần thạch học chủ yếu là cuội, sạn kết đa khoáng, đá phiến sét và đá vôi

+ Hệ tầng Bắc Sơn (C-P bs):Do Nguyễn Văn Liêm (1978) xác lập, phân bố

tập trung ở ranh giới 2 huyện Bạch Thông và Na Rì Thành phần thạch học gồm: đá vôi, đá vôi sét, đá vôi silic

+ Hệ tầng Đồng Đăng (P2đđ):Do Nguyễn Văn Liêm (1966) xác lập, phân bố

nhỏ hẹp ở khu vực Lương Thượng, Lạng San (thuộc huyện Na Rì) Thành phần chủ yếu gồm đá vôi, đá vôi sét, sét than, bauxit

+ Hệ tầng Sông Hiến (T1sh):Hệ tầng được Bourret R (1922) xác lập (đá phiến Sông Hiến), gồm ryolit, felsit, spilit, variolit, cát kết tù, bột kết, các lớp xen đá phiến sét và bột kết, các thấu kính sạn kết

- Phân hệ tầng dưới (T1 sh 1 ):ryolit porphyr, spilit, cuội kết tuf, cát bột kết tuf, đá phiến sét, thấu kính đá vôi

- Phân hệ tầng trên (T1 sh 2 ): Cát kết, cát kết tuf, bột kết, đá phiến sét