Điều kiện địa chất thủy văn thành phố hà nội, dự báo và tính toán hạ thấp mực nước ngầm khi thi công tuyến tàu điện ngầm nhổn ga hàng cỏ

Độ sâu phân bố, chiều dày trầm tích m Đất đá của hệ tầng này, từ dưới lên trên, gồm ba tập: Tập 1: Đất đá gồm cuội thạch anh, silic, sỏi lẫn ít cát, bột sét thuộc tướng lòng sông miền n

NGUYỄN QUANG HẢI

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI DỰ BÁO

VÀ TÍNH TOÁN HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM KHI THI CÔNG

TUYẾN TÀU ĐIỆN NGẦM NHỔN – GA HÀNG CỎ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

HÀ NỘI, 2012

NGUYỄN QUANG HẢI

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI DỰ BÁO

VÀ TÍNH TOÁN HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM KHI THI CÔNG

TUYẾN TÀU ĐIỆN NGẦM NHỔN – GA HÀNG CỎ

Chuyên ngành: Địa chất thủy văn

Mã số: 60.44.63

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS Đặng Hữu Ơn

HÀ NỘI, 2012

ĐCTV – ĐCCT Địa chất thủy văn - Địa chất công trình

9

7

xây dựng

50

Hình 4.5 Sơ đồ hệ số thấm của mô hình tại khu vực nghiên cứu 73

Hình 4.22 Sơ đồ đường thủy đẳng cao khu vực nghiên cứu sau khi tháo khô

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Quang Hải

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN VÙNG NGHIÊN CỨU 7

1.1 Vị trí địa lý tự nhiên 7

1.2 Đặc điểm địa hình 9

1.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn 10

1.3.1 Đặc điểm khí hậu 10

1.3.2 Đặc điểm thủy văn 12

1.4 Đặc điểm địa chất 17

1.4.1 Đặc điểm địa tầng 17

1.4.2 Cấu trúc địa chất 28

1.4.3 Lịch sử phát triển địa chất 29

1.5 Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 31

1.5.1 Các thành tạo chứa nước 31

1.5.2 Các thành tạo nghèo nước 36

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM TUYẾN METRO NHỔN - GA HÀNG CỎ 39

2.1 Quy hoạch xây dựng mạng lưới metro tại Hà Nội 39

2.2 Đặc điểm tuyến metro Nhổn - Ga Hàng Cỏ 41

2.3 Những vấn đề địa chất cần phải giải quyết khi xây dựng tuyến metro Nhổn - Ga Hàng Cỏ 48

2.3.1 Ảnh hưởng đến cọc nhà ở khu vực metro đi qua 48

2.3.2 Hiện tượng biến dạng thấm 48

2.3.3 Hạ thấp mực nước ngầm 48

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DỰ BÁO LƯỢNG NƯỚC CHẢY ĐẾN CÔNG TRÌNH METRO 49

3.1 Phương pháp tương tự địa chất thủy văn 49

3.2 Phương pháp thủy lực 53

3.3 Phương pháp cân bằng 53

3.4 Phương pháp thủy động lực 54

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DỰ BÁO LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT CHẢY ĐẾN TUYẾN METRO NHỔN - GA HÀng cỎ VÀ HẠ THẤP MỰC NƯỚC

ĐỂ PHỤC VỤ THI CÔNG CÔNG TRÌNH 62

4.1 Luận chứng lựa chọn phương pháp tính toán dự báo lượng nước chảy vào metro và hạ thấp mực nước khi xây dựng 62

4.2 Tính toán dự báo lượng nước chảy đến công trình metro 63

4.2.1 Phương pháp giải tích 63

4.2.2 Phương pháp mô hình số 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHẦN PHỤ LỤC 92

MỞ ĐẦU

Nước dưới đất là tài nguyên quý giá, gần gũi và không thể thiếu đối với con người Hiện nay, nước dưới đất được khai thác để phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt, các hoạt động kinh tế, xã hội khác Trên khía cạnh khai thác và sử dụng, nước dưới đất là một tài nguyên quý giá, nhưng trong một số lĩnh vực khác, nước dưới đất đã gây ra không biết bao nhiêu khó khăn cho con người Điển hình là quá trình khai thác khoáng sản và thi công các công trình ngầm Hiện tượng bục nước trong quá trình khai thác khoáng sản (mà nguồn chủ yếu là nước dưới đất) đã gây tổn thất cả

về người và của Hay hiện tượng nước dưới đất chảy vào công trình ngầm làm chậm quá trình thi công, gây thiệt hại lớn về kinh tế và tiến độ xây dựng…

Để phát huy mặt tích tực, hạn chế mặt tiêu cực của nước dưới đất, chúng ta cần hiểu biết về nó, sử dụng, phòng chống một cách hợp lý, hài hòa

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo như Chiến lược phát triển kinh tế - xã hội Thành phố Hà Nội đến năm

2030, tầm nhìn đến năm 2050, một trong những lĩnh vực được chú trọng là giao thông vận tải, đặc biệt là hệ thống đường xe điện ngầm, đường sắt đô thị

Trong đó, xây dựng hệ thống tàu điện ngầm là vấn đề cấp thiết hiện nay, bởi nhu cầu đi lại của người dân không ngừng tăng cao, mà hệ thống giao thông hiện nay thì chưa đáp ứng được nhu cầu đó Khi thi công, một trong các vấn đề cần giải quyết là ảnh hưởng nước dưới đất đến công trình

Xuất phát từ thực tế trên, để nhận bảo vệ học vị thạc sỹ, tác giả chọn đề tài:

“Điều kiện địa chất thủy văn thành phố Hà Nội Dự báo và tính toán hạ thấp mực nước ngầm khi thi công tuyến tàu điện ngầm Nhổn – Ga Hàng Cỏ”

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Mục đích của đề tài nghiên cứu là tổng hợp các phương pháp tính toán dự báo và

hạ thấp mực nước ngầm Từ đó chọn phương pháp tính toán hợp lý khi thi công tuyến metro Nhổn - Ga Hàng Cỏ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là phần đi ngầm của tuyến đường sắt Nhổn – Ga Hàng Cỏ Phạm vi nghiên cứu là vùng Nam Hà Nội, với sông Hồng ở phía Đông Bắc

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các mục đích nêu trên, luận văn đã giải quyết các vấn đề sau:

- Đánh giá điều kiện địa chất thủy văn khu vực vực nghiên cứu;

- Tổng hợp các phương pháp dự báo và hạ thấp mực nước ngầm khi thi công các công trình ngầm;

- Lựa chọn phương pháp tính toán dự báo và hạ thấp mực nước ngầm khi thi công tuyến metro Nhổn – Ga Hàng Cỏ

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu đã sử dụng:

- Tổng hợp các phương pháp nghiên cứu về Địa chất, Địa chất thủy văn để làm sáng tỏ sự hình thành dòng ngầm trong phạm vi xây dựng tuyến metro;

- Sử dụng các bộ chương trình Microsoft Office, Autocad, Surfer, Mapinfo để chỉnh lý số liệu;

- Phần mềm Visual Modflow để dự báo lượng nước chảy đến công trình metro

6 Nguồn tài liệu

Luận văn được hình thành dựa trên các nguồn tài liệu điều tra về địa chất, địa chất thủy văn, khí tượng, thủy văn, khai thác nước dưới đất của khu vực tuyến metro đi qua Cũng như, các tài liệu thiết kế tuyến metro này

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Việc nghiên cứu phương pháp dự báo lượng nước chảy đến công trình metro và tính toán hạ thấp mực nước, sẽ góp phần vào cơ sở lý thuyết nghiên cứu tháo khô nước dưới đất

Kết quả nghiên cứu đóng góp một phần vào thực tế hạ thấp mực nước ngầm khi thi công tuyến metro Nhổn – Ga Hàng Cỏ

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, bốn chương, và phần kết luận được trình bày trong phần mục lục

Trong quá trình nghiên cứu tác giả đã thu thập và sử dụng các tài liệu của các cơ quan: Liên đoàn Địa chất thủy văn - Địa chất công trình Miền Bắc; Công ty TNHH Nhà nước MTV Khảo sát và Xây dựng, Công ty tư vấn Systra (Cộng Hòa Pháp) Nhân đây, cho phép tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các quý cơ quan Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Địa chất thủy văn, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn của GS.TS Đặng Hữu Ơn Trong quá trình hoàn thành luận văn, tác giả còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Phòng Sau Đại học, Bộ môn Địa chất thủy văn và các đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT THỦY

VĂN VÙNG NGHIÊN CỨU

18 huyện ngoại thành (xem hình 1.2)

Nằm chếch về phía Tây bắc của trung tâm vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng,

Hà Nội được giới hạn từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh

độ Đông Hà Nội tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía Bắc, Hà

Nam, Hòa Bình ở phía Nam, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía Đông, Hòa Bình, Phú Thọ ở phía Tây

Thủ đô Hà Nội có bốn điểm cực:

- Cực Bắc là xã Bắc Sơn, huyện Sóc Sơn

- Cực Tây là xã Thuần Mỹ, huyện Ba Vì

- Cực Nam là xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức

- Cực Đông là xã Lệ Chi, huyện Gia Lâm

Hình 1.2 Bản đồ hành chính thành phố Hà Nội

1.2 Đặc điểm địa hình

Thủ đô Hà Nội có các dạng địa hình là đồng bằng, trung du, đồi núi thấp và núi cao Nhờ phù sa bồi đắp nên ba phần tư diện tích tự nhiên là Đồng bằng, nằm ở hữu ngạn sông Đà, hai bên sông Hồng và chi lưu các con sông khác Địa hình thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông, với độ cao trung bình từ 5 đến

20 mét so với mực nước biển Phần diện tích đồi núi phần lớn thuộc các huyện Sóc Sơn, Ba Vì, Quốc Oai, Mỹ Đức, với các đỉnh như Ba Vì cao 1281 m, Gia Dê - 707

m, Chân Chim - 462 m, Thanh Lanh - 427 m, Thiên Trù - 378 m

Cho đến nay, Hà Nội chỉ mới tập trung sử dụng và khai thác tốt một số loại địa hình, chủ yếu là địa hình Đồng bằng cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp và phát triển đô thị Các dạng địa hình đồi núi chưa được chú ý khai thác sử dụng có hiệu quả Địa hình Hà Nội có ảnh hưởng nhiều tới việc bố trí mạng lưới giao thông Thành phố bị chia cắt bởi hệ thống sông, ngòi nên trong tương lai sẽ phải xây dựng nhiều cầu lớn vượt sông

Bảng 1.1 Các dạng địa hình cơ bản của Hà Nội

Diện tích (ha)

Phần trăm diện tích,

% Vùng đồng

Đồng bằng

thấp

Từ phía Nam sông Hồng

Hà Nội cũ về phía Nam như Thường Tín (Hà Tây)

Hà Nội cũ lên phía Tây -

Mê Linh và một phần của

Hình 1.3 Địa hình vùng đồng bằng

(Trung tâm Hà Nội)

Hình 1.4 Địa hình vùng núi ở Hà Nội (Núi đôi, xã Tân Minh, Sóc Sơn)

1.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn

1.3.1 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu đặc trưng của vùng nhiệt đới gió mùa, với 2 mùa chủ yếu trong năm: mùa nóng và mùa lạnh Mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10, nóng ẩm và mưa nhiều, gió thịnh hành hướng Đông Nam, thường có giông bão Tháng có nhiệt độ cao nhất trong năm là tháng 6, 7 và tháng có lượng mưa trung bình cao nhất trong năm là tháng 7 Mùa nóng thường cũng là mùa mưa Mùa lạnh ở Hà Nội bắt đầu từ tháng

11 và thường kết thúc vào tháng 3 Mùa này khí hậu ở Hà Nội tương đối lạnh và khô Trời ít mưa Tháng 1 là tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất, đồng thời cũng

có lượng mưa trung bình thấp nhất trong năm Hướng gió thịnh hành là Đông Bắc Hai tháng 4 và 10 được coi là tháng chuyển tiếp, tạo cho Hà Nội có 4 mùa: Xuân,

Hạ, Thu, Đông

Nhiệt độ trung bình ở vùng đồng bằng khoảng - (23  24)oC, miền núi vào khoảng - (21  22,8)oC So với nhiều tỉnh vùng đồng bằng Bắc Bộ, lượng mưa ở Hà Nội là khá lớn, nhưng phân bố không đều Ba Vì đạt lượng mưa trong năm cao nhất

là 2100 mm

Nằm trong vùng Bắc Bộ, Hà Nội thường chịu ảnh hưởng của nhiều cơn bão xuất phát từ biển Mắt bão thường ít trực tiếp vào Hà Nội, nhưng tâm và vùng ảnh hưởng

của bão đều tác động đến toàn bộ thành phố Các trận úng lụt lịch sử cơ bản đều do ảnh hưởng của bão, hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp do mưa lớn và bão

Bảng 1.2 Khí hậu Hà Nội từ năm 1898 – 2011 (theo World Meteorological

Ghi chú: T-max là nhiệt độ cao kỷ lục, Ttb-max là nhiệt độ trung bình cao nhất,

Về lượng mưa, Hà Nội có lượng mưa hàng năm nhỏ nhất là 1015,1 mm năm 2000, lớn nhất là 2254,7 mm năm 2001 trung bình 1550 mm; Lượng bốc hơi hàng năm nhỏ nhất là 612,9 mm năm 1995 đến 1069,2 mm năm 1998 trung bình 933 mm Nhìn chung, lượng mưa hàng năm lớn hơn lượng bốc hơi (Bảng 1.3 và Hình 1.5)

Độ ẩm không khí trung bình hàng năm là 79,32%, độ ẩm cao nhất 99%, thấp nhất 22%; Nhiệt độ trung bình các tháng 24,3oC, có ngày nhiệt độ lên đến 39,6 oC, thấp nhất 7,6 oC (tài liệu trạm khí tượng Hà Nội)

Bảng 1.3.Tổng lượng bốc hơi và lượng mưa hàng năm

Năm Lượng mưa (mm) Lượng bốc hơi (mm)

Hình 1.5 Biểu đồ biểu diễn lượng mưa, bốc hơi khu vực Hà Nội

1.3.2 Đặc điểm thủy văn

Thành phố Hà Nội nằm cạnh sông Hồng và sông Đà, hai con sông lớn của miền Bắc Ngoài ra Hà Nội còn có rất nhiều sông ngòi, ao hồ như sông Nhuệ, sông Đáy,

sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét, sông Bùi, sông Đuống, sông Cà Lồ, v.v và hệ thống hồ ao chằng chịt (Hình 1.6)

Hình 1.6 Sơ đồ mạng lưới sông suối ở Hà Nội và các khu vực phụ cận

Hà Nội có nhiều hồ tự nhiên và nhân tạo Diện tích của từng hồ thống kê trong bảng 1.4 và minh họa trên hình 1.7

Cöa Ninh C¬

Cöa §¸y

T©n Lang V©n §×nh

Trung Hµ ViÖt Tr×

Bảng 1.4 Các hồ trong nội thành Hà Nội

độ lũ lớn từ 7 đến trên 10 m Theo tài liệu thống kê đến năm 1971, trong vòng 70 năm đã có 7 lần lũ sông Hồng, sông Đà, sông Lô gặp nhau Đặc biệt là 3 năm lũ lớn

- 1913, 1945 và 1971

Hình 1.8 Sông Hồng khi chảy qua Hà Nội

Phân lũ cho sông Hồng là sông Đáy (Hình 1.9) Trận lũ tháng 08 năm 1932, sông Đáy tải một lượng nước lũ lớn cho sông Hồng, với lưu lượng là 2850 m3/s - ứng mực nước +11,9 m tại Hà Nội Đập Đáy được xây dựng vào năm 1937 Công trình này đã giải cứu tích cực cho Thủ Đô Hà Nội trong những năm lũ lớn như năm:

1932, 1940, 1945, 1947 và 1971 Sông Đáy hiện đang là nguồn cung cấp nước

chính cho nông nghiệp các huyện ở phía Tây thành phố

Hình 1.9 Sông Đáy

1.4 Đặc điểm địa chất

1.4.1 Đặc điểm địa tầng

Thành phần của các thành tạo này gồm cuội, sỏi, cát, bột kết, than linhit màu đen

Hệ tầng này phân lớp xiên chéo Chiều dày trung bình 250 m Các thành tạo của hệ tầng có mức độ gắn kết tốt

1.4.1.2 Hệ Đệ Tứ

Trong vùng nghiên cứu, hệ tầng Lệ Chi chỉ gặp qua các lỗ khoan ở chiều sâu - (45 - 69,5) m, ở phía Tây Nam, Đông Bắc và trung tâm Hà Nội, đặc biệt phát triển dọc theo phương hoạt động của lòng sông Hồng cũ Hệ tầng này có chiều dày thay đổi - (2,5 - 24,5) m, giảm dần từ trung tâm về phía Đông Bắc và Tây Nam Độ sâu phân bố và chiều dày của hệ tầng Lệ Chi tại một số lỗ khoan khảo sát ở Hà Nội, (được thống kê trong bảng 1.5):

Bảng 1.5 Độ sâu phân bố, chiều dày trầm tích của hệ tầng Lệ Chi trong

Độ sâu phân bố, chiều dày trầm tích (m)

Đất đá của hệ tầng này, từ dưới lên trên, gồm ba tập:

Tập 1: Đất đá gồm cuội (thạch anh, silic), sỏi lẫn ít cát, bột sét thuộc tướng lòng

sông miền núi Cuội có kích thước trung bình - (3 - 5) cm, độ mài mòn tốt, chiều dày trung bình 10 m Tập cuội này nằm ngay trên tầng cuội thuộc hệ tầng Vĩnh Bảo

Tập 2: Đất đá chủ yếu gồm cát hạt nhỏ, cát bột màu xám vàng Thành phần

khoáng vật thuộc loại đơn khoáng, chủ yếu là thạch anh với hàm lượng 90 đến 97%, còn lại là các mảnh đá phiến thạch anh mica Trầm tích thuộc tập này có tướng lòng sông và gần lòng sông, được thành tạo trong môi trường có dòng chảy nên có tính phân dị mạnh Chiều dày trung bình của tập 3,5 m

Tập 3: Đất đá trong tầng này bao gồm sét, bột sét, cát màu xám vàng, xám đen

(có màu đen do lẫn mùn thực vật) Độ chọn lọc và mài mòn của trầm tích kém, thuộc tướng bãi bồi Chiều dày của tập - (0,2 - 1,5) m

Các trầm tích được lộ ra ở vùng gò đồi, thềm sông Đà, như ở Bất Bạt - Sơn Tây,

và chìm dần về phía Đông Nam, kéo dài về phía Thái Bình Trầm tích hệ tầng Hà Nội có nguồn gốc trầm tích sông và sông lũ Đất đá hệ tầng có tuổi aQ21hn (đối với

phần trên) và am, m Q 3 1 vp (đối với phần dưới)

Hệ tầng này phân bố ở độ sâu trung bình - (35,5 - 69,5) m, chiều dày - 34 m (Bảng 1.6) Đất đá chia làm ba tập, từ dưới lên trên như sau:

Tập 1: Tập này bao gồm cuội lẫn tảng, kích thước hạt - (7 - 10) cm Ngoài ra, còn

lẫn cát, bột, sỏi, sạn thuộc tướng lòng sông miền núi và chuyển tiếp xen lẫn với pha

lũ tích, là sản phẩm của thời kỳ xâm thực dữ dội rộng khắp toàn Đồng bằng Chiều dày tập, trung bình - (10 - 34) m

Tập 2: Tập này có thành phần đất đá là sỏi nhỏ, cát hạt thô, bột màu xám vàng

Chúng là sản phẩm của pha xâm thực thứ hai, phủ trên sản phẩm của pha xâm thực thứ nhất và đặc trưng cho trầm tích gần lòng sông miền núi và phần chuyển tiếp Chiều dày trung bình của tập - 17 m

Tập 3: Thành phần đất đá trong tập này là bột sét, bột cát, đặc trưng cho tướng

bãi bồi thành tạo trong môi trường oxy hóa Đây là tập mịn nhất trong hệ tầng Hà Nội và đôi chỗ gặp các thấu kính sét bột xám đen lẫn mùn thực vật thuộc tướng bãi bồi nước ngọt, thành tạo trong môi trường khử

Bảng 1.6 Độ sâu và chiều dày trầm tích hệ tầng Hà Nội trong vùng Hà Nội

Độ sâu, chiều dày trầm tích, m

Độ sâu, chiều dày trầm tích, m

Hà Nội và chìm sâu hơn về phía Đông Nam thành phố Do đó, chỉ quan sát hệ tầng này qua nghiên cứu địa tầng các lỗ khoan ở độ sâu - (1,2 - 26,5) m Theo các nghiên cứu về thành phần vật chất, cấu tạo cổ sinh, địa hóa cho thấy các trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc có nguồn gốc lục địa (sông, hồ, đầm lầy) Chiều sâu bắt gặp các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc - (0 - 26,5) m Chiều sâu đáy tầng - (6,2 - 45) m Chiều dày trầm tích - (6,2 - 38) m (Bảng 1.7)

Bảng 1.7 Độ sâu, chiều dày trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc trong vùng Hà Nội

Độ sâu, chiều dày trầm tích, m

Tập 1: Tập này gồm cuội sỏi, cát lẫn ít sét bột màu vàng xám Chiều dày trung

bình tập 1 - ( 3 - 10) m Trầm tích đặc trưng cho tướng lòng sông, phân lớp xiên đồng hướng và xiên chéo Thành phần thạch học đa khoáng, chủ yếu là thạch anh chiếm hơn 90% Tập một nằm không chỉnh hợp trên bề mặt của trầm tích hệ tầng

Hà Nội và đá gốc có tuổi cổ hơn

Tập 2: Tập này gồm cát, bột ít sét, thỉnh thoảng gặp thấu kính sỏi nhỏ màu vàng

nâu xám Cấu tạo xiên chéo của các trầm tích tập này rất rõ ràng Đây là tập chứa cát vàng xây dựng, phân bố phổ biến ở hai bên rìa sông Cà Lồ thuộc huyện Sóc Sơn

và Đông Anh Trầm tích tập 2 thuộc tướng lòng sông và gần lòng sông với độ chọn lọc và mài mòn trung bình đến tốt Thành phần chủ yếu là thạch anh Chiều dày trung bình của tập 2 là 33 m

Tập 3: Đất đá tập này gồm sét caolin màu xám trắng, sét bột màu xám thuộc

tướng bãi bồi chứa các tích tụ dạng hồ móng ngựa Các dạng bột sét bãi bồi thuộc tập 3 phân bố xen kẽ nhau thành từng nhóm cát, bột, bột sét, sét lẫn bột và cát mịn Chúng đều bị phong hóa loang lổ đặc trưng cho các trầm tích bãi bồi Độ chọn lọc của tập 3 kém hơn so với tập 1 và tập 2 Các khoáng vật sét trong trầm tích này bao gồm hydromica, kaonilit, clorit, chứa di tích thực vật và hóa đá động vật trong sét màu xám đen Chiều dày trầm tích tập 3 - (2 - 10) m

Tập 4: Tập này bao gồm sét đen, bột sét nâu đen (do lẫn mùn thực vật), bột sét

xám vàng (tích tụ hồ sót bị đầm lầy hóa) Hàm lượng hạt sét trong tầng này chiếm - (12,9 - 45)% Ở vùng Sóc Sơn, còn có thấu kính sỏi, cát nhỏ và thấu kính than bùn dày 0,3m

Trầm tích Hải Hưng gồm các tích tụ đầm lầy (1bQ1-2 2hh1), tích tụ biển mQ1-2 2hh,

hồ lQ1-2 2hh1, đầm lầy bQ1 2hh, phân bố chủ yếu ở phía Nam, Đông Nam và rải rác ở phía Bắc, Tây Bắc thành phố Hà Nội (Bảng 1.8)

Hệ tầng Hải Hưng gồm 3 phân hệ tầng:

Đây là các trầm tích hồ - đầm lầy thành tạo vào thời kỳ trước biển tiến, phân bố chủ yếu ở phần Đông Nam thành phố và rải rác một vài nơi phía Tây Bắc Hà Nội Các tích tụ này chứa than bùn và chia thành hai kiểu:

Kiểu đồng bằng hồ - đầm lầy ven biển: các trầm tích kiểu này phát hiện ở hồ Thành Công, Thạch Bàn, Nam Thạch Thất, Chèm, Nam Đan Phượng , và hầu hết

bị phủ Chúng nằm trên bề mặt phong hóa loang lổ của hệ tầng Vĩnh Phúc và bị tích

tụ biển - phân hệ tầng giữa, hệ tầng Hải Hưng phủ lên Chiều dày tích tụ thuộc phân hệ tầng này thay đổi từ 0,5 đến 3,5 m Thành phần trầm tích bao gồm bột sét, bột cát chứa tàn tích thực vật và than bùn Các chỉ số địa hóa cho thấy đây là môi trường axit, khử đặc trưng cho đầm lầy ven biển, pH - (4,5 - 6,5)

Kiểu ven rìa: Các trầm tích kiểu này bao gồm các mỏ than bùn, phân bố ở vùng

chân các gò đồi ở phía Tây, Tây Bắc và ít hơn ở phía Bắc Hà Nội Mặt cắt đặc trưng của kiểu ven rìa như sau: Từ 2,2 m đến 2,6 m là sét caolin phong hóa màu xám trắng, trắng vàng, lẫn dăm sạn laterit Từ 1,0 m đến 2,2 m là than bùn, sét chứa mùn thực vật xám đen, đen (khi khô có màu xám tro) Trong sét đen và than bùn chứa tập hợp bào tử phấn hoa

Theo không gian, từ vùng đồng bằng lên vùng gò đồi lần lượt bắt gặp các dạng tích tụ: đầm lầy ven biển, đầm lầy hồ lục địa giữa đồng bằng và đầm lầy hồ ở dạng trung gian giữa gò đồi Các vùng chứa than bùn được hình thành trong thời kỳ trước biển tiến và hầu hết bị chôn vùi

Trầm tích biển thuộc phân hệ tầng giữa hệ tầng Hải Hưng, bắt gặp chủ yếu vùng trung tâm, phía Nam, Đông Nam Hà Nội Chúng bị phủ bởi bồi tích của hệ tầng Thái Bình với chiều dày - (0,5 - 4,0) m và nằm ở độ cao tuyệt đối +3m so với mực nước biển Các trầm tích này gắn liền với quá trình tích tụ đầm lầy hồ chứa than bùn, thuộc phân hệ tầng dưới Hải Hưng và nhiều nơi còn phủ trực tiếp lên bề mặt bóc mòn của hệ tầng Vĩnh Phúc (như ở Cổ Nhuế, Xuân Đỉnh, Dương Xá, Trâu Qùy) Thành phần của trầm tích khá đồng nhất, bao gồm sét, sét bột, có màu đặc trưng là xám xanh Thành phần hạt chủ yếu là sét mịn Một số nơi như Nhổn, Chợ Đăm, Cầu Diễn phần đáy của trầm tích này mùn thực vật, một số nơi khác lại lẫn oxit sắt

Các phân tích cổ sinh cho thấy, môi trường hình thành trầm tích có điều kiện vũng vịnh, biển nông, có độ mặn dao động lớn (biến đổi từ 7%0 đến 40 %0) Độ hạt của trầm tích này khá mịn, độ chọn lọc tốt, tổ hợp khoáng vật sét phổ biến là hydromica, kaolinit, monmoriolit

bị phủ, phần dưới gắn liền với tích tụ chứa than bùn Thành phần gồm bột sét màu xám vàng, xám xanh, mịn, dẻo, ở phần đáy có lẫn ít sạn sỏi, cát và bột kết Trong trầm tích đã gặp các di tích động vật: ốc, trai, hến nước ngọt

Bảng 1.8 Độ sâu, chiều dày trầm tích hệ tầng Hải Hưng trong vùng Hà Nội

Độ sâu, chiều dày trầm tích, m

Thành tạo tích tụ đầm lầy sau khi biển tiến chỉ phát triển ở trũng giữa các gò thoải, với biểu hiện than bùn ở Đông Anh Nhìn chung, tích tụ đầm lầy chứa than bùn nằm rải rác với diện tích hẹp và thường lộ trên mặt và bị ngập nước, đôi nơi bị các tích tụ aluvi – deluvi và bồi tích hệ tầng Thái Bình phủ lên Chiều dày của các trầm tích - (0,3 - 0,5) m

e Hệ tầng Thái Bình Q 3 2 tb

Đây là hệ tầng trầm tích được thành tạo trẻ nhất, khoảng 3000 năm trước Chúng phân bố trên phần lớn diện tích của các huyện Từ Liêm, Thanh Trì Hệ tầng Thái Bình là các thành tạo aluvi trong và ngoài đê, các aluvi (bãi bồi cao và thấp) của các suối nhánh ở vùng gò đồi Chúng được phân thành các trầm tích sông (aluvi), aluvi

hồ đầm lầy (dạng hồ móng ngựa bị đầm lầy hóa), sông hiện đại (tích tụ ngoài đê và tướng lòng sông) với chiều dày tổng cộng khoảng 46 m

Các trầm tích thuộc hệ tầng Thái Bình được chia ra hai phân hệ tầng:

Kiểu tích tụ này phân bố rộng rãi ở bề mặt đồng bằng trong đê ở phía Nam, phía Tây Nam và Đông Nam thành phố Hà Nội Về quan hệ địa tầng, các tích tụ này nằm phủ lên các thành tạo cổ hơn là các thành tạo hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng Vĩnh Phúc, thậm chí còn phủ lên các thành tạo Đệ Tứ Do có hệ thống đê sông Hồng nên các tích tụ này bị ngăn bồi đắp phù sa ở phía trong đê, chỉ một vài nơi như Xuân Đỉnh

bị phủ một lớp mỏng phù sa cát Bề mặt trầm tích hiện là diện tích canh tác chủ yếu của Hà Nội và thường có độ cao tuyệt đối - (3 - 10) m Thành phần đất đá của trầm tích sông phân hệ tầng dưới bao gồm chủ yếu là cát hạt vừa đến nhỏ màu xám, xám sẫm, xám nâu, xám tro có lẫn vảy nhỏ mutcovit và tàn tích thực vật Phần trên của tập bao gồm bột sét, ít cát màu xám nâu chứa tàn tích thực vật và tảo nước ngọt Chiều dày của trầm tích sông - (1 - 3) m

Đây là các thành tạo từ các hồ sót sau đó bị đầm lầy hóa, phân bố rải rác ở vùng đồng bằng với diện tích rất hạn chế Thành phần vật chất của chúng bao gồm hạt sét lẫn mùn thực vật màu xám nâu Chiều dày của tầng trầm tích này khoảng gần 1 m Phân hệ tầng trên: Phân hệ tầng này gồm trầm tích sông hiện đại được thành tạo ngoài đê sông Hồng, sông Đà, sông Cà Lồ và các suối nhánh Mặt cắt của tích tụ này gồm hai tập Tập dưới gồm cuội sỏi, cát lẫn ít bột sét màu nâu vàng xám, dày - (3 - 10) m Tập trên gồm bột sét, cát bột màu nâu nhạt, dày - (2 - 5) m Chiều dày chung của phân hệ tầng trên khoảng 15 m (Bảng 1.9)

Bảng 1.9 Độ sâu, chiều dày trầm tích hệ tầng Thái Bình trong

Độ sâu, chiều dày trầm tích, m

Tên hệ tầng Thành phần đất đá Chiều sâu phân bố

FeO Bùn sét, bột cát lẫn hữu cơ

trắng Bột sét lẫn mùn Cát bột sét, cát xây dựng Cuội sỏi lẫn cát, sét bột

Cát thô, cát bột Cuội sạch, thô mài mòn kém

nhỏ, cát bụi Cuội sạch, mài mòn tốt

1.4.2 Cấu trúc địa chất

Khu vực Hà Nội thuộc hệ chuẩn uốn nếp Đông Việt Nam, là nơi tiếp giáp giữa đới An Châu và vùng trũng Hà Nội Về mặt cấu trúc thành phố Hà Nội chia làm 3 tầng cấu trúc là :

Tầng cấu trúc Neoproterozoi - Cambri hạ gồm các thành tạo biến chất tướng amphibolit của loạt Sông Chảy với bề dày đạt tới hơn 1000 m

Tầng cấu trúc Mezozoi bao gồm các thành tạo lục nguyên phun trào, thành tạo lục địa màu đỏ thuộc các hệ tầng tuổi Trias, Jura và Kretta (hệ tầng Khôn Làng, hệ tầng Nà Khuất, hệ tầng Hà Cối, hệ tầng Tam Lang) Tổng bề dày - (1500 - 2000) m Tầng cấu trúc Kainozoi bao gồm các thành tạo của hệ tầng Vĩnh Bảo và các thành tạo Đệ Tứ Tổng bề dày - (60 - 1000) m

Khu vực nghiên cứu có 2 hệ thống đứt gãy lớn là đứt gãy Vĩnh Ninh và đứt gãy Sông Lô có phương Tây Bắc- Đông Nam

Đứt gãy sông Lô nằm ở phía Bắc thành phố kéo dài theo phương TB-ĐN, từ Tân Dân đến Thuỵ Lâm Đây là một đứt gãy thuận, có chiều rộng đới phá huỷ lớn, đạt tới 1200m Đây là một đứt gãy sâu, đạt tới 30 km hoặc còn lớn hơn

Đứt gãy Vĩnh Ninh là đứt gãy lớn, nằm ở phía Nam thành phố Hà Nội Đứt gãy kéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam, từ Thượng Cát đến Đông Mỹ Đới phá huỷ rộng - (400 - 500) m Chiều sâu hoạt động của đứt gãy đạt tới - (18 - 20) km Thời gian hoạt động mãnh liệt của đứt gãy là vào Mezozoi và Kainozoi

1.4.3 Lịch sử phát triển địa chất

Phạm vi thành phố Hà Nội nằm trên khu vực có lịch sử phát triển địa chất hết sức phức tạp và cũng là một đầu mối của nhiều đới kiến tạo Trên cơ sở các tài liệu nghiên cứu địa chất thì vùng nghiên cứu chịu tác động của giai đoạn tân kiến tạo là chủ yếu Giai đoạn này được chia thành 2 thời kỳ:

Thời kỳ đầu: Thời kỳ này bắt đầu từ Miocen cho đến cuối Pliocen Trong thời

gian này, các đứt gãy sâu hoạt động tích cực trở lại gây nên hiện tượng sụt lún ở vùng nằm gần đứt gãy Kết quả tạo nên các địa hào và vùng võng chồng Kainozoi, được lấp đầy bởi các trầm tích aluvi - deluvi - biển ven bờ Phía Đông Nam khu vực

bị chuyển động thăng trầm và có xu hướng chìm xuống trong suốt đầu kỳ Miocen

Có thể hoạt động thăng trầm trong thời kỳ này đã tạo nên các đứt gãy sâu trong trầm tích Miocen và là điều kiện để tạo thành các đới dập vỡ chứa nước dưới đất tuổi Miocen trong khu vực Cuối Miocen, biển rút dần và được thay thế bằng chế độ lục địa – biển ven bờ cùng với sự thành tạo hệ tầng Phan Lương, Phủ Cừ và Tiên Hưng Sang Pliocen muộn, các đứt gãy hoạt động tạo nên các sụt lún, địa hào hẹp và được lấp đầy bởi tích tụ aluvi ở Trung Hà, hình thành tích tụ biển ven rìa, thuộc hệ tầng Vĩnh Bảo

Thời kỳ sau: Đầu Đệ Tứ, bắt đầu từ Pleistocen sớm cho đến nay là thời kỳ nâng

lên có chu kỳ ở phía Tây và Tây Bắc khu vực Hà Nội Trong phạm vi này xảy ra, quá trình xâm thực bóc mòn mạnh mẽ của sông Hồng, sông Đà, sông Lô tạo thành các thung lũng thuộc phạm vi miền núi và xâm thực ngang hình thành bề mặt bóc mòn rửa trôi trong phạm vi vùng đồng bằng Hà Nội Thời kỳ này đã hình thành nên tích tụ hệ tầng Lệ Chi ở phía Nam, Đông Nam thành phố Vào đầu Pleistocen giữa đến Pleistocen muộn là thời kỳ xâm thực chia cắt mạnh mẽ nhất Lúc này hoạt động

xâm thực của sông Hồng, sông Lô đổ ra đồng bằng, bắt đầu tích tụ vật liệu thô gồm cuội tảng, sỏi, cát ở vùng ven rìa và ở đồng bằng tạo nên tích tụ hệ tầng Hà Nội Đặc trưng cho thời kỳ này là dòng chảy có tốc độ lớn, quá trình đào sâu lòng phát triển mạnh, quá trình xâm thực ngang yếu Sự dịch chuyển lòng sông theo chiều ngang hầu như là ít thể hiện trong các mặt cắt trầm tích Sau đó đến đầu Pliestocen muộn lại có hiện tượng biển tiến, gần với diện tích phía Đông Nam Hà Nội Cuối Pleistocen muộn lại tiếp tục có hoạt động biển thoái và hình thành hoàn toàn chế độ luc địa tam giác châu, hình thành tích tụ hệ tầng Vĩnh Phúc ở vùng đồng bằng Kết thúc Pleistocen muộn cũng lại có hiện tượng biển lấn vào phía Đông, Đông Nam thành phố Đặc trưng cho quá trình là xâm thực theo chiều ngang chiếm ưu thế nên sông uốn khúc quanh co, thung lũng được mở rộng sự đổi dòng xảy ra mạnh mẽ, tạo các hồ sót (ví dụ: hồ Gươm, hồ Tây ), và còn tồn tại dấu vết của các lòng sông cổ

Sang đầu Holocene đã xảy ra hoạt động nâng, biển lùi toàn bộ và lớp bột sét, cát được thành tạo vào cuối Pleistocen muộn bắt đầu chịu tác động của quá trình phong hóa laterit và bóc mòn Lớp sét bột cát của hệ tầng Vĩnh Phúc lộ trên mặt bị phong hóa, trở thành loang lổ Trong thời gian này nhiều nơi trên bề mặt hệ tầng Vĩnh Phúc bị xói mòn hình thành các sông suối nhỏ, mương xói và trũng nhỏ, và rồi chúng được lấp đầy bởi các tích tụ hồ đầm lầy chứa than bùn, hữu cơ Cũng chính đặc điểm này đã tạo nên sự phân bố phức tạp của trầm tích hệ tầng Hải Hưng với các đặc trưng bùn sét hữu cơ, pha hữu cơ trong vùng Hà Nội

Vào Holocene giữa, biển tiến từ từ vào một phần diện tích thành phố Hà Nội biến đồng bằng thành vũng vịnh, tạo nên tầng sét xám xanh hệ tầng Hải Hưng Sau Holocene giữa đến nay, biển rút, đồng bằng bị quá trình xâm thực - tích tụ của sông Hồng và sông suối nhánh chi phối, bề mặt của đồng bằng được bồi đắp phù sa trở thành vùng ruộng lầy canh tác nông nghiệp Hoạt động đắp đê ngăn lũ trong thời gian dài đã tạo nên địa hình ngoài đê cao hơn so với trong đê và cũng làm cho trật

tự địa tầng ngoài đê khác với khu vực trong đê sông Hồng như hiện nay

1.5 Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu

1.5.1 Các thành tạo chứa nước

1.5.1.1 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holocene (qh)

Các thành tạo chứa nước Holocene gồm các địa tầng tuổi Thái Bình, Hải Hưng phân bố khá rộng rãi ở phía Nam của sông Hồng Thành phần thạch học chủ yếu là cát, cát pha sét, ở đáy tầng còn có sạn sỏi và cuội nhỏ với tướng chuyển đổi từ lòng sông sang đầm lầy Chiều dày trung bình của tầng - (15 - 18) m

Nước trong tầng Holocene trong khu vực nghiên cứu là nước áp lực yếu Chiều sâu mực nước tĩnh tại khu vực nghiên cứu - 17 m

Tỉ lưu lượng lỗ khoan (q) dao động - (0,08 - 20,9) l/s.m, trung bình 3,1 l/sm Qua trị số q ta thấy khả năng chứa nước của tầng trong những khu vực khác nhau, trong đất đá khác nhau có sự chênh lệch nhau tương đối lớn (Bảng 1.11)

Hệ số dẫn nước trung bình 432 m2/ng Kết quả thí nghiệm ở các lỗ khoan cho thấy tầng chứa nước qh thuộc loại giàu nước:

+ Loại giàu nước q > 1 l/s.m có 11 lỗ khoan chiếm 78,6%

+ Loại trung bình q = (0,1-1) l/s.m có 1 lỗ khoan chiếm 7,1%

+ Loại nghèo nước q < 0,2 l/s.m có 2 lỗ khoan chiếm 14,3%

Về chất lượng nước, độ tổng khoáng hoá nhỏ dao động từ 0,1 - 0,5 g/l Loại hình hoá học chủ yếu là Bicacbonat - clorua Hàm lượng vi trùng trong tầng chứa nước này bé hoặc không có Nhưng đôi nơi tầng chứa nước này bị ô nhiễm nặng bởi các hợp chất nitơ và vi sinh như ở khu vực nghĩa trang Văn Điển (hàm lượng coliform trên 660.000 MPN/100ml), có một số nơi gần các bãi rác như bãi rác Tam Hiệp, Mễ Trì, Bồ Đề có dấu hiệu ô nhiễm nặng, hàm lượng Hg - 0,4mg/l Nước dưới đất trong tầng chứa nước qh có động thái liên hệ chặt chẽ với nước sông như sông Hồng Động thái nước ngầm được chia ra 3 vùng:

Vùng động thái phụ thuộc các yếu tố khí tượng Vùng này nằm xa sông, ít chịu ảnh hưởng của nước sông Tiếp theo là vùng động thái chịu ảnh hưởng của sông (chủ yếu là sông Hồng) Đó là các khu vực phân bố thành dạng dải chạy dọc theo hai bên bờ của sông Hồng, sông Đuống Bề rộng của khu vực này khoảng 2-3 km

tính từ bờ sông vào sâu trong đất liền Cuối cùng là đới động thái bị phá huỷ Đó là đới thành tạo các phễu hạ thấp mực nước do hoạt động khai thác nước lớn cuả các nhà máy nước Chúng phân bố chủ yếu ở khu vực nội thành và tại đây động thái tự nhiên của dòng ngầm không còn nữa

Bảng 1.11 Kết quả thí nghiệm ĐCTV trong tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích

a (m2/ng)

1.5.1.2 Tầng chứa nước trầm tích lỗ hổng Pleistocene, hệ tầng Hà Nội (qp)

Diện phân bố của tầng chứa nước qp rất rộng rãi bao gồm các địa tầng aQ11-2vp1,

chứa nước tốt và là đối tượng chính cung cấp nước cho nội, ngoại thành thành phố

Hà Nội, cho sinh hoạt cũng như cho ăn uống, công nghiệp

Chiều dày của tầng chứa nước Pleistocene thay đổi trong phạm vi khá lớn, từ - (9,97 -50,8) m, trung bình - (35 - 45) m, có nơi tới - (60 - 70) m Mực nước tĩnh vào mùa khô thay đổi - (2,0 - 4,0) m, còn mùa mưa thay đổi - (0 - 1,0) m Theo tài liệu

hút nước thí nghiệm, lưu lượng lỗ khoan - (1,9 - 9,09) l/s Trị số hạ thấp mực nước - (1,28 - 8,61) m Tỷ lưu lượng lỗ khoan - (0,32 - 4,94) l/s.m, có nơi đạt trên 5 l/sm

Hệ số dẫn nước Km thay đổi tuỳ theo từng khu vực cụ thể - (1000 - 1500) m2/ng Nước dưới đất trong tầng qp chủ yếu là nước có áp

Chất lượng nước trong các thành tạo Pleistocene nói chung khá tốt Nước thuộc loại nửa cứng Loại hình hoá học thường là Bicacbonat - canxi, Bicacbonat - natri Hàm lượng Clo - (6,03 - 9,29) mg/l, Chèm - Yên Phụ - (5,88 - 22,94) mg/l, Lĩnh Nam - (23,9 - 26,73) mg/l Hàm lượng các vi nguyên tố đều dưới tiêu chuẩn cho phép đối với mục đích ăn uống, sinh hoạt Riêng hàm lượng sắt và mangan cao cần phải xử lý trước khi sử dụng

Về mối quan hệ thủy lực hai tầng qh và qp trong vùng nghiên cứu, theo tài liệu khảo sát địa chất của Công ty TNHH Nhà nước MTV Khảo sát và Xây dựng, giữa tầng qp2 và qh chủ yếu không có lớp sét ngăn cách, đôi chỗ gặp thấu kính sét, nhưng bề dày nhỏ, như vậy coi như hai tầng qh và qp thông nhau

Tầng chứa nước qp cũng có quan hệ thuỷ lực với nước sông Hồng, ở những nơi lớp sét ngăn cách bị bào mòn Như vậy, nguồn cung cấp cho tầng chứa nước qp là nước mưa, nước mặt (mà sông Hồng là nguồn bổ cập quan trọng)

Theo thành phần thạch học và đặc điểm vận động có thể chia tầng chứa nước Pleistocene ra làm hai lớp có đặc điểm khác nhau, đó là:

lớp chứa nước qp1 Trầm tích cấu thành chủ yếu của lớp này là cát các loại, đa phần

là cát trung, cát thô có lẫn sạn sỏi tướng lòng sông Lớp có chiều dày nhỏ nhất là 1,6m (YL3), lớn nhất là 33 m (LK33-PY), trung bình là 13,45 m

Thí nghiệm hút nước ở 27 lỗ khoan do Liên đoàn ĐCTV - ĐCCT Miền Bắc thực hiện (chi tiết xem bảng 1.12), đã đưa kết quả như sau:

+ q > 1 l/s.m có 16 lỗ khoan chiếm 61,4%;

+ q = (1 - 0,2) l/s.m có 7 lỗ khoan chiếm 26,8%;

+ q < 0,2 l/s.m có 3 lỗ khoan chiếm 11,8%