Bài giảng Địa chất công trình - Chương 3: Các hiện tượng địa chất nội sinh

Bài giảng Địa chất công trình - Chương 3: Các hiện tượng địa chất nội sinh cung cấp cho người học những kiến thức như: Cấu trúc địa chất; Nguyên nhân động đất; Độ mạnh động đất và các yếu tố ảnh hưởng; Dự báo động đất; Các biện pháp phòng chống khi XDCT

Chương 3

CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT

NỘI SINH

ĐỊA CHẤT

Nội dung:

1 KIẾN TẠO

 Chuyển động kiến tạo là sự vận động của vỏ trái đất được sinh

ra do nội lực.

 Chuyển động kiến tạo làm đất

đá bị thay đổi kiến trúc, cấu tạo

và thế nằm đồng thời tạo ra các dạng địa hình tương phản.

1 Chuyển động thăng trầm: chuyển động nâng lên

hạ xuống của vỏ trái đất, thường xảy ra trong

phạm vi rộng lớn (lục địa hay một phần lục địa)

2 Chuyển động uốn nếp: hình thành do tác dụng

của lực kéo nén kiến tạo (theo chiều tiếp tuyến với

mặt đất), đất đá bị biến dạng từ thế nằm ngang

sang nằm nghiêng hoặc bị uốn cong mà vẫn giữ

tính liên tục (do tốc độ tác dụng chậm, trong điều

kiện nhiệt độ, áp suất cao)

3 Chuyển động nứt gãy: khi lực kiến tạo gây ứng

suất vượt quá độ bền của đất đá làm cho tầng đá

bị nứt nẻ, chuyển dịch và mất tính liên tục

Lục địa trôi dạt

Chuyển động của vỏ quả đất qua các thời kỳ

Dòng đối lưu trong mantle gây ra chuyển động

kiến tạo

Hai mảng lục địa đối đầu đội nhau gây ra chuyển động thăng trầm

Chuyển

động ngang

của 2 mảng

lục địa gây

ra chuyển

động thăng

trầm tại

biên hội tụ

Dãy

Himalaya

tiếp tục

nâng cao

(điểm so

sánh ký

hiệu ô

vuông)

Chuyển động uốn nếp, khi khối magma

đi lên, đẩy hai mảng của vỏ quả đất ra xa nhau, tạo ứng suất tác dụng lên đất

đá theo phương ngang làm cho đá bị vò nhàu, uốn nếp.

Hai mảng đối đầu trực diện hoặc bị đẩy ngang do magma gây ra chuyển động uốn nếp

Hội tụ, tách dãn, chuyển dịch ngang Các dạng nếp uốn chính

Nguyên nhân làm cho các lớp đá uốn nếp được:

◦ Xảy ra ở độ sâu lớn,

áp lực giữ cao, nhiệt

độ lớn  đá thể hiện tính dẻo

◦ Lực kiến tạo tác dụng chậm và lâu dài  đá bị biến dạng dẻo

Các yếu tố hình học của nếp uốn Các yếu tố thế nằm của tầng đá

Các loại kẽ nứt

Kẽ nứt căng (tension

jont)

Kẽ nứt cắt (shear join)

Kẽ nứt tách

◦Tách phá (strike

joint)

◦Tách chảy (dip joint)

Đứt gãy thuận

Đứt gãy ngang Địa luỹ, địa hào

Đứt gãy - Các yếu tố đặc trưng cho đứt gãy

A

B

H N

S



S: Cự ly dịch chuyển tương đối

N: Cự ly dịch chuyển ngang

H: Cự ly dịch chuyển đứng

 : góc nghiêng mặt trượt

A: Cánh hạ

B: Cánh nâng

2 Cấu trúc địa chất

• Cấu trúc – toàn bộ nói chung những quan

hệ bên trong giữa các thành phần tạo nên một chỉnh thể (từ điển tiếng Việt của Viện NNH)

• Cấu trúc địa chất của một khu vực - đặc điểm về sự phân bố và phát triển địa chất chung của một khu vực bao gồm các đặc điểm về địa tầng, thạch học, kiến trúc, khoáng sản và những vấn đề có liên quan với địa chất (từ điển địa chất-NXB KH và KT)

-Cấu trúc địa chất của một khu vực là sự phân

bố của các thành phần của cấu trúc theo những

quan hệ địa chất chặt chẽ về mặt địa tầng, thạch

học, kiến tạo

-Các thành phần của cấu trúc địa chất bao gồm

các lớp trầm tích, các thể xâm nhập được sắp

xếp theo các quan hệ nếp uốn, đơn nghiêng, các

lớp nằm ngang và các đứt gãy kiến tạo

-Cấu trúc địa chất được thể hiện cụ thể thông

qua các mặt cắt địa chất

-Thông tin về cấu trúc địa chất của một vùng là

cơ sở để thiết kế, xây dựng công trình hợp lý

trong vùng đó

Các yêu cầu cần khi học

Chuyển động kiến tạo là gì, kiến tạo mảng và các chuyển động kiến tạo thứ sinh (chuyển động thăng trầm, uốn nếp, đứt gãy)?

Vì sao đá cứng, giòn mà uốn nếp được?

Cấu trúc địa chất của một vùng là gì và thông tin đó dùng để làm gì?

¤ 3.2 ĐỘNG ĐẤT

Earthquake in Japan 2011

Nội dung:

1 Nguyên nhân động đất

2 Độ mạnh động đất và các yếu

tố ảnh hưởng

3 Dự báo động đất

4 Các biện pháp phòng chống khi XDCT

1 Nguyên nhân động đất

Động đất là sự chấn động của vỏ quả đất, gây ra do một

số nguyên nhân:

chuyển đụng vào nhau  giải phóng năng lượng  động

đất Đặc điểm: phổ biến, cường độ mạnh, quy mô lớn.

 Động đất do núi lửa: do magma, hơi, khí đi lên, bị tắc

lại, có xu hướng được giải phóng  nổ  động đất Đặc

điểm: cường độ và phạm vi ảnh hưởng không lớn, xảy ra

không nhiều.

 Động đất do đất sụt: do sụt các khối đất trên các hang

động, hầm mỏ Đặc điểm: Cường độ nhỏ, ảnh hưởng hẹp.

Do chuyển động kiến tạo

Chấn tâm và chấn tiêu của động đất

Chấn tiêu thường cách mặt đất < 20km

Đứt gãy thường 1- 10km

Hậu quả của động đất

a. Tác động trực tiếp làm sập công trình gây

chết người

b. Làm hỏng hệ thống đường ống, chập điện

gây cháy

c. Gây trượt đất và lún mặt đất;

d. Gây hoá lỏng nền cát làm mất khả năng

chịu tải;

e. Gây sóng trong hồ chứa làm vỡ đập;

f. Gây ra sóng thần ở biển khơi

Làm sập công trình: San Francisco 1906, CA 7.8 M,

1500 Deaths

Làm sập công trình: Japan 2011, hơn 12.000

Tr ượt lở do động đất Sóng thần: The tsunami caused by the December

26, 2004 Ao Nang, Thailand

Các yếu tố của động đất

Tâm động đất (chấn tiêu):

nơi phát sinh động đất,

trong lòng đất

Tâm ngoài (chấn tâm):

vùng mặt đất gần chấn tiêu

Tia địa chấn: tia lan truyền

sóng từ tâm ra xung quanh

Cường độ động đất: phản

ánh năng lượng giải thoát

Các loại sóng động đất

◦Sóng dọc (P-wave)

◦Sóng ngang (S-wave)

◦Sóng thứ sinh – sóng bề mặt

Các mô hình dao động của sóng

 Earthquakes generate several kinds of seismic waves

including P, for "Primary" and S, for "Secondary"

waves

P Waves (sóng dọc)

 The P waves move in a compressional motion similar

to the motion of a slinky, while the S waves move in

a shear motion perpendicular to the direction the

wave is travelling

S Waves (sóng ngang)

Sự phân bố động đất trên thế giới

Độ mạnh của một trận động đất được

đánh giá bởi 2 thành phần:

◦Cường độ năng lượng giải phóng ở chấn

tâm (magnitude)

Theo Richter và Beno Gutenberg:

Log E = 11.8 + 1.5 M

◦Mức độ phá hoại trên mặt đất (intensity)

◦Ở Việt Nam trước đây magnitude được

đánh giá gián tiếp thông qua khái niệm

“độ mạnh cơ bản” còn độ mạnh đánh giá

theo sự phá hoại trên mặt đất gọi là độ

mạnh thực tế

2 Độ mạnh động đất và các yếu tố ảnh hưởng ◦Thang Richter

Dựa vào biên độ giao động của sóng động đất

đo được bằng địa chấn ký

M = lgA(mm) + (khoảng cách hiệu chỉnh đến chấn tiêu)

Thang Richter không có giới hạn trên

◦Thang MSK64.

Do Međvedev; Sponheir; Karnik đề xuất

Chia làm 12 cấp dựa vào thống kê sự phá hoại trên mặt đất (xem giáo trình)

◦Thang MCS

Do Mercalli; Cancani; Sieberg đề xuất

Chia làm 12 cấp cũng dựa vào thống kê sự phá hoại trên mặt đất

Các yếu tố ảnh hưởng tới độ mạnh động đất

◦ Chiều dài đứt gãy;

◦ Biên độ dịch chuyển;

◦ Thời gian kéo dài động đất;

◦ Khoảng cách tới tâm động đất…

◦ Địa hình địa mạo;

◦ Chiều sâu mực nước ngầm;

◦ Quy mô, đặc điểm công trình.

Modified Mercalli Scale

Intensity Verbal Description Magnitude Witness Observations

I instrumental 1 to 2 Detected only by seismographs

II Feeble 2 to 3 Noticed only by sensitive people III Slight 3 to 4 Resembling vibrations caused by heavy traffic

IV Moderate 4 Felt by people walking; rocking of free standing objects

V Rather Strong 4 to 5 Sleepers awakened and bells ring

VI Strong 5 to 6 Trees sway, some damage from overturning and falling object VII Very Strong 6 General alarm, cracking of walls

VIII Destructive 6 to 7 Chimneys fall and there is some damage to buildings

IX Ruinous 7 Ground begins to crack, houses begin to collapse and pipes break

X Disasterous 7 to 8 Ground badly cracked and many buildings are destroyed.There are some

landslides

XI Very Disasterous 8 Few buildings remain standing; bridges and railways destroyed;water,

gas, electricity and telephones out of action.

XII Catastrophic 8 or greater Total destruction; objects are thrown into the air,much heaving,shaking

and distortion of the ground

Thang Richter

Độ mạnh Richter Gia tốc chấn động thang Mercalli Tương đương

<3.5 < 1 cm/s2 I

3.5

2.5 cm/s2 II

4.5 10 cm/s2 IV

5.4 50 cm/s2 VI

6.1 100 cm/s2 VII

6.5

250 cm/s2 VIII

7.3 500 cm/s2 X

8.1 750 cm/s2 XI

> 8.1 980 cm/s2 XII

Thang độ mạnh Mercalli

Mức 1: Không cảm nhận được sự rung động.

Mức 2: Có thể cảm nhận được khi đang nằm nghỉ hoặc ở trên nhà cao tầng.

Mức 3: Hoàn toàn có thể cảm nhận được nếu đang ở trong nhà Mức 4: Đồ vật trong nhà bị rung động, người đang ngủ giật mình tính giấc.

Mức 5: Rung động như có đoàn tàu chạy qua gần nhà, bát đĩa có thể bị vỡ Mức 6: Mọi người hoảng sợ chạy ra khỏi nhà, cửa kính, bát đĩa rơi vỡ, Mức 7: Đồ đạc đổ vỡ, nhà kiên cố hư hỏng nhẹ Nhà tạm hư hỏng nặng Mức 8: Nhà kiên cố đổ vỡ từng phần, nhà kém, ống khói, tượng đài đổ Mức 9: Các công trình lớn bị hư hỏng, xô lệch khỏi móng, nhiều nhà bị sập

đổ

Mức 10: Phần lớn các ngôi nhà đều bị phá hủy cùng móng, đường ray hỏng Mức 11: Hầu hết các công trình đều bị hư hỏng, cầu sập, đường ray hỏng.

Mức 12: Mọi thứ đều bị phá hủy, mặt đất gợn sóng

Các nhà địa chấn nghiên cứu quan hệ định lượng

giữa cấp động đấtvà các tham số vật lý đặc

trưng cho dao động nền: gia tốc (a), vận tốc (v)

và biên độ (A) và cho kết quả dưới đây:

Tần suất động đất: số lần động đất

xảy ra trên một đơn vị thời gian Tần suất thể hiện tính chu kỳ, mức độ lặp lại của động đất

Thời gian chấn động: khoảng thời

gian kéo dài của một đợt chấn động

Chu kỳ động đất của Sumatra Địa chấn ký đo độ mạnh

The diagram below demonstrates how

to use Richter's original method

to measure a seismogram for a magnitude estimate in Southern California:

3 Dự báo động đất

Các dấu hiệu dự báo động đất:

Tỷ số giữa sóng P (sóng dọc) và sóng S

(sóng ngang) (đo bằng máy địa chấn);

Sự thay đổi hình thái vỏ trái đất gần khu vực

đứt gãy hoạt động;

Trong nước dưới đất xuất hiện các khí trơ,

lưu huỳnh;

Số liệu phân tích của các đứt gãy sinh chấn

Hành vi bất bình thường của động vật

4 Các biện pháp phòng chống khi XDCT

Chọn vị trí xây dựng: vùng có địa hình bằng

phẳng, ít bị chia cắt, cấu tạo địa chất đơn giản,

xa các đới và các phá hủy kiến tạo, mực nước dưới đất ở sâu, móng công trình nên đặt trên

đá gốc…

Chọn loại vật liệu: nhẹ, dễ đàn hồi, có tần số

dao động khác với tần số dao động của động đất…

Chọn kết cấu công trình: chắc chắn, đối

xứng, trọng tâm ở thấp

Tính toán thiết kế có xét đến lực động đất

Sóng địa chấn (sóng ngang) không truyền trong chất

lỏng, tạo nên vùng tối mà nhờ đó xác định được kích

thước và trạng thái vật chất lỏng của nhân quả đất

Vùng tối của sóng dọc do khúc xạ và cũng nhờ đó xác định được kích thước của nhân quả đất

Yêu cầu khi học

- Nguyên nhân gây ra động đất và giải thích được

tác động của từng nguyên nhân, độ lớn (quy

mô) của các trận động đất do các nguyên nhân

đó gây ra

- Các loại sóng động đất, ý nghĩa của việc nghiên

cứu, đo ghi các loại sóng đó

- Phân biệt được “độ mạnh động đất” đánh giá

theo năng lượng giải phóng ở tâm và theo mức

độ phá hoại trên mặt đất

- Dấu hiệu dự báo động đất và các giải pháp

phòng chống động đất