Kết áp dụng địa vật lý phục vụ nghiên cứu đánh giá nguyên nhân, chế nứt sụt đất khu vực huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất giải pháp phòng tránh Đặng Ngọc Thùy Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Địa vật lý; Mã số: 60 44 61 Ngƣời hƣớng dẫn: TS Đoàn Văn Tuyến Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Tìm hiểu chất, nguyên nhân, chế hình thành xuất tai biến địa chất gây sụt đất Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phƣơng pháp để khảo sát đánh giá điều kiện địa chất gây tƣợng sụt đất khu vực Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ Đánh giá điều kiện tự nhiên yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến trình phát triển, phân bố xuất tai biến nứt sụt đất khu vực Thanh Ba Trình bày phƣơng pháp địa vật lý thích hợp nhằm xác định đặc điểm yếu tố cấu trúc nứt sụt đất, phát dự báo hang hốc cấu trúc ẩn có nguy gây sụt đất Đề xuất giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất khu vực Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ Keywords: Địa vật lý; Sụt đất; Phú Thọ Content MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Tai biến địa chất dạng thiên tai xảy phổ biến giới Các tai biến lớn liên quan đến hoạt động động đất thƣờng gây thiệt hại nghiêm trọng nên đƣợc trọng đầu tƣ nghiên cứu cách thƣờng xuyên hệ thống trạm quan trắc Tham khảo văn liệu khoa học nhƣ truyền thông cho thấy, dạng tai biến địa chất gây sụt đất có tính phá hủy xuất thƣờng xun nhiều nƣớc giới đối tƣợng nghiên cứu nhiều môn khoa học nhiệm vụ nghiên cứu chế, xác định vùng tiềm ẩn nguy cơ, quy luật xuất dạng tai biến khác từ dự báo, đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại chúng gây nên nhu cầu thực tiễn cấp thiết Xuất phát từ yêu cầu khoa học kinh nghiệm trình tham gia giải nhiệm vụ thực tiễn, học viên lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Kế t quả áp du ̣ng điạ vâ ̣t lý phục vụ nghiên cứu đánh giá nguyên nhân , chế nƣ́t su ̣t đấ t ở khu vƣ̣c huyê ̣n Thanh Ba , tỉnh Phú Thọ; đề xuất giải pháp phòng tránh” Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu chất, ngun nhân, chế hình thành xuất tai biến địa chất gây sụt đất - Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phƣơng pháp để khảo sát đánh giá điều kiện địa chất gây tƣợng sụt đất vùng nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích hợp nhằm xác định đặc điểm yếu tố cấu trúc nứt sụt đất, phát dự báo hang hốc cấu trúc ẩn có nguy gây sụt đất - Đề xuất giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất vùng nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu cấu trúc đá vơi có điều kiện phát triển karst - Phạm vi nghiên cứu: khu vực phân bố đá vôi xã Đồng Xuân, Ninh Dân, Yên Nội, thị trấn Thanh Ba – Tỉnh Phú Thọ Các phƣơng pháp nghiên cứu 1) Các phƣơng pháp nghiên cứu, điều tra khái quát 2) Các phƣơng pháp địa vật lý Nội dung nghiên cứu - Cơ sở khoa học chất, nguyên nhân, điều kiện chế trình lún, nứt sụt đất - Đánh giá điều kiện tự nhiên yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến trình phát triển, phân bố xuất tai biến nứt sụt đất vùng nghiên cứu - Nghiên cứu, lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích hợp, triển khai áp dụng để xác định đặc điểm quy mô phân bố, phát hiện, dự báo cấu trúc tiềm ẩn nguy nứt sụt đất vùng nghiên cứu Tài liệu sử dụng Luận văn dựa tài liệu, báo cáo địa chất, địa vật lý khu vực nhƣ sau: Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cƣ́u khoanh vùng dƣ̣ báo su ̣t đấ t ở huyê ̣n Thanh Ba , tỉnh Phú Thọ ; đề xuất giải pháp phòng tránh quy hoạch phục vụ phát triển bề n vƣ̃ng”, 2009 Lƣu trữ Viện địa chất – Viện khoa học công nghệ Việt Nam Báo cáo: “Điều tra, khảo sát đánh giá trạng điều kiện địa chất dự báo tai biến địa chất vùng Ninh Dân khu vực lân cận địa bàn huyện Thanh Ba”, 2012 Lƣu trữ Liên đoàn Quy Hoạch Điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc Báo cáo: “Đo vẽ bản đồ điạ chấ t và điề u tra khoáng sản nhóm tờ Thanh Ba – Phú Thọ, tỷ lệ 1/50.000”, năm 2000 Lƣu trữ Liên đoàn Điạ chấ t Tây Bắ c , Cục Địa Chất Khoáng sản Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn - Luận giải sở khoa học chất, nguyên nhân, chế gây nứt sụt đất khu vực Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ nhƣ ví dụ điển hình tai biến nứt sụt đất Việt Nam - Lựa chọn tổ hợp phƣơng pháp hợp lý để khảo sát đánh giá trạng phân vùng dự báo khu vực tiềm ẩn có nguy sụt lún cao, đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại tai biến gây vùng nghiên cứu Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, Luận văn đƣợc trình bày thành ba chƣơng: Chương 1: Tai biến địa chất nguyên nhân, chế hình thành tai biến nứt sụt đất Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu tai biến nứt sụt đất Chương 3: Đặc điểm nứt sụt đất huyện Thanh Ba sở giải đốn địa vật lý giải pháp phịng tránh Luận văn đƣợc hồn thành chƣơng trình thực khóa cao học 2009-2011 học viên khoa Địa chất - trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội dƣới hƣớng dẫn TS-NCVCC Đồn Văn Tuyến (Phịng Địa Vật lý – Viện Địa chất – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) Tác giả xin chân thành cảm ơn khoa Địa chất trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, Phòng Địa Vật lý – Viện Địa chất – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Liên đoàn Quy hoạch điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc giúp đỡ tạo điều kiện để học viên hoàn thành luận văn CHƢƠNG TAI BIẾN ĐỊA CHẤT VÀ NGUYÊN NHÂN, CƠ CHẾ HÌNH THÀNH TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT 1.1 Tai biến địa chất liên quan đến vận động lớn Trái đất [Nguồn:Cục địa chất Hoa Kỳ] Các tai biến địa chất có cƣờng độ phá hủy lớn phạm vi ảnh hƣởng rộng thƣờng liên quan đến cấu trúc địa chất vận động kiến tạo sâu vỏ Trái đất: động đất , sóng thần, núi lửa Phầ n lớn đô ̣ng đấ t có quan ̣ nguồ n gố c với các ranh giới mảng (dọc đới hút chìm , sống núi đại dƣơng , đứt gãy chuyển dạng) dọc đứt gãy sâu phân chia nội m ảng Núi lửa tập trung chủ yếu rìa mảng thạch quyển, chỗ mảng tách dọc sống núi đại dƣơng, chỗ mảng hội tụ Sóng thần sinh số nguyên nhân sau: động đất với cƣờng độ lớn (thông thƣờng >7,5 độ richter); hoạt động núi lửa; trƣợt lở đất với khối lƣợng lớn dƣới đáy biển 1.2 Tai biến địa chất liên quan với tai biến khí hậu mơi trƣờng [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ] Lũ lụt dạng tai biến tƣợng khí hậu gây ra, nhƣng q trình vận động tác hại mặt đất lại dẫn đến biến đổi lớn môi trƣờng địa chất gần bề mặt nên coi nhƣ tai biến địa chất Lũ tƣợng dòng chảy với tốc độ lớn, mặt dòng chảy nâng cao nhanh thƣờng xảy miền núi: thung lũng hẹp, địa hình dốc, lƣợng nƣớc tập trung lớn Lũ qt xảy vùng miền núi, có địa hình dốc, thung lũng hẹp Lƣợng nƣớc tập trung tạo thành dòng lớn thời gian ngắn, chảy với tốc độ lớn theo vật liệu cứng với kích thƣớc khác (từ mảnh tảng) Lũ quét có động lớn Lƣợng vật chất cứng dòng chảy chiếm 40 – 60% Lũ bùn đá: chất nhƣ lũ quét nhƣng khác vật liệu cứng dịng chảy chiếm 80%, có sức tàn phá ghê gớm 1.3 Tai biến địa chất có tính cục bộ, địa phƣơng [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ] Các tai biến địa chất có tính cục địa phƣơng thƣờng xuất phạm vi hẹp, độ sâu hoạt động không lớn liên quan đến vận động điều kiện địa chất gần mặt đất, điển hình tƣợng: trƣợt đất, xói ngầm, lún, nứt, sụt đất,… Trƣợt đất di chuyển đất đá xảy bề mặt địa hình chỗ sƣờn dốc, thung lũng sông, vách bờ hồ biển liên quan với vận động trọng lực Trƣợt đất bao gồm tƣợng: trƣợt, chảy đổ lở Trƣợt đất xảy lực gây trƣợt trọng lực vƣợt độ bền đất đá nói chung vƣợt bề mặt đới yếu tồn Xói ngầm q trình moi chuyển hạt nhỏ khỏi đất đá, khỏi chất nhét khe nứt hốc karst, dạng q trình rửa xói ngầm đất đá 1.4 Tai biến lún, nứt sụt đất [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ] Nƣ́t su ̣t đấ t là hiê ̣n tƣơ ̣ng phá vỡ bề mă ̣t điạ hinh hiê ̣n ta ̣i bằ ng nhƣ̃ng đƣờng nƣ́t ̀ , hớ sụt với quy mơ , kích thƣớc khác Nứt sụt đất dạng tai biến địa chất xảy phổ biến Việt Nam 1.4.1 Nguyên nhân dẫn đến lún, nứt sụt đất + Nứt sụt đất phá hủy kiến tạo + Nứt sụt đất phá hủy chỗ (phi kiến tạo) + Nứt sụt đất ngoại sinh a Nứt sụt đất phá hủy kiến tạo: nứt sụt đất có nguồn gốc kiến tạo thƣờng phát triển thành đới kéo dài theo tuyến, dọc theo đứt gãy tái hoạt động Nứt sụt đất có nguồn gốc kiến tạo không bị yếu tố tự nhiên (địa hình, tính lý đất đá…) khống chế, chúng ổn định, hoạt động mạnh, phát triển đƣờng nứt, hố sụt có hệ thống, quy mơ lớn, gây nguy hại lớn b Nứt sụt đất phá hủy chỗ: Nứt sụt đất có nguồn gốc chỗ thƣờng phân bố có tính địa phƣơng, gắn liền với vị trí có tiềm trƣợt, sụt lún mặt đất sập mặt đất Nứt sụt đất có nguồn gốc chỗ số nguyên nhân nhƣ: - Tạo lỗ hổng đá cacbonat (karst) - Tạo hố sụt mặt đất đá trầm tích gắn kết (giả karst) - Quá trình kết hợp hai dạng c Nứt sụt đất yếu tố ngoại sinh Căn vào đặc điểm nêu trên, thấy có mƣa bão lớn, lƣợng nƣớc ngầm dồi có khả phá hủy chất dễ hòa tan, tạo nên hố hang ngầm Khi vịm hang ngầm sụt xuống, kéo theo phần đất phía khiến miệng hố Ngoài hai nguyên nhân chủ yếu nêu trên, nứt sụt đất tác động nhân sinh ngƣời: q trình khai thác nƣớc ngầm, đào hầm lị,… q trình góp phần làm gia tăng tƣợng nứt sụt đất bề mặt 1.4.3 Các tác hại tai biến nưt sụt đấ t ́ Ở vùng sản xuất nông nghiệp nƣ́t su ̣t đấ t gây thiệt hại đến vật nuôi , trồng, ảnh hƣởng đến mùa màng, hủy hoại làm đất canh tác, làm hƣ hỏng cơng trình thủy lợi nhƣ mƣơng máng, cống, hồ, đập nƣớc; khu vực dân cƣ gây thiệt hại nhà cửa , đƣờng xá ảnh hƣởng đến ổn định đời sống Ở đô thị khu công nghiệp nƣ́t su ̣t đấ t gây phá hủy nhà cửa kiên cố, nhà xƣởng, đƣờng giao thơng, làm giảm tuổi thọ cơng trình dân sinh, cơng nghiệp quốc phịng gây thiệt hại lớn kinh tế an ninh xã hội CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT 2.1 Khái quát Nhiệm vụ nghiên cứu tai biến nứt sụt đất bao gồm: 1) Nghiên cứu có tính bao qt yếu tố tự nhiên, điều kiện địa chất, kiến tạo, phân vùng có điều kiện tồn xuất tai biến địa chất nói chung, có tai biến nứt sụt đất; 2) Nghiên cứu chi tiết đặc điểm cấu trúc vùng tiềm ẩn nguy cao tai biến nứt sụt đất để đánh giá, xác định yếu tố cấu trúc, diện phân bố, độ sâu phân bố, chế tồn tiềm ẩn tai biến nứt sụt đất để đề xuất giải pháp phòng tránh Để giải nhiệm vụ trên, tùy điều kiện cụ thể phải sử dụng nhóm phƣơng pháp: Nhóm phƣơng pháp điều tra, khảo sát gồm: địa chất, kiến tạo, viễn thám, thủy văn, địa chất thủy văn tài liệu điều kiện tự nhiên, hoạt động dân sinh, kinh tế, công nghiệp khác,… Nhóm phƣơng pháp nghiên cứu khảo sát chi tiết vùng tiềm ẩn nguy cao xuất tai biến gồm: địa vật lý, địa chất công trình, phân tích mẫu,… 2.2 Khả ứng dụng phƣơng pháp địa vật lý Trong lĩnh vực địa vật lý có nhiều phƣơng pháp để giải nhiệm vụ nghiên cứu tai biến nứt sụt đất, phƣơng pháp có ƣu điểm hạn chế riêng cho đối tƣợng địa chất cụ thể [Smith, D.L and Randazzo, A.F., 2003] Phƣơng pháp trọng lực: có hiệu để xác định ranh giới phân bố thành hệ địa chất có khác biệt mật độ: đá vơi với đá trầm tích khác Trong đá vơi phát hang karst rỗng, đá vơi có mật độ tƣơng đối lớn 2,7g/cm3 tạo nên chênh lệch đáng kể so với phần rỗng có mật độ Vì ví trí phát hang karst quan sát thấy dị thƣờng trọng lực âm Phƣơng pháp từ: cho khả xác định thể địa chất có từ tính cao chứa khoáng vật sắt từ hay phát hang karst bị lấp đầy vật chất có từ tính mạnh Đá vơi có từ tính nói chung thấp, chủ yếu phụ thuộc vào lƣợng siđerit bị ơxy hóa biến thành hydroxit sắt Độ từ cảm đá vôi khoảng χ = (4÷70).10 -6CGS, so với hang karst rỗng có χ = 0, nhƣ hang karst mơi trƣờng xung quanh có phân dị từ tính âm Phƣơng pháp địa chấn: Phƣơng pháp đƣợc áp dụng có hiệu để xác định ranh giới tầng cấu trúc địa chất có tốc độ truyền song khác biệt nhƣ lớp phủ Đệ Tứ lớp đá gốc rắn phía dƣới, phân chia lớp đá gốc rắn lớp đá gốc nứt nẻ Tuy nhiên phƣơng pháp có số hạn chế định: vùng sụt lún thƣờng xuất khu dân cƣ, phƣơng pháp thi công gặp phải nhiều loại nhiễu, đặc biệt nhiễu giao thơng Khi sử dụng để tìm hốc karst nhỏ, bị lấp nhét vật liệu xung quanh có đặc điểm trƣờng sóng giống với mơi trƣờng xung quanh, trƣờng sóng thu đƣợc khơng có khác biệt so với mơi trƣờng xung quanh 2.3 Các phƣơng pháp điện điện từ Trong mơi trƣờng địa chất tính chất điện từ (điện trở suất tham số điện từ khác nhƣ tính phân cực kích thích, độ điện thẩm, từ thẩm,…) có mối quan hệ chặt chẽ khơng với thành phần khoáng vật (độ chứa nƣớc, chứa muối khoáng, khoáng vật,…) mà cịn có tính phân dị cao với trạng thái, nguồn gốc vật chất thành hệ địa chất khác (độ rắn chắc, độ rỗng, mức độ chứa nƣớc,…) Vì vậy, khảo sát tính chất điện từ cho thông tin phong phú để nghiên cứu trạng thái cấu trúc, phát theo dõi phát triển tai biến lún, nứt sụt đất Do đa dạng tham số thiết bị, quy trình áp dụng đo điện từ cho yêu cầu thực tế đối tƣợng địa chất môi trƣờng khác nên có đến hàng chục phƣơng pháp thiết bị điện từ cho nghiên cứu đối tƣợng địa chất khác [Zhdanov,2009,…] Các phƣơng pháp sau thích hợp cho nghiên cứu tai biến nứt sụt đất: 2.3.1 Phương pháp điện trở suất Phƣơng pháp điện trở suất dựa toán vật lý mối quan hệ phân bố mật độ dòng điện môi trƣờng từ nguồn điện phát vào môi trƣờng với độ dẫn điện mơi trƣờng Đƣợc mơ tả phƣơng trình tốn học nhƣ sau:  div ( x, y, z ) gradU ( x, y, z )  I  ( x  x s ) ( y  y s ) ( z  z s ) (2.1) V Trong đó: div, grad ký hiệu toán học (toán tử);  - hàm số mô tả phân bố độ dẫn điện (trong thực tế thƣờng dùng tham số điện trở suất giá trị ngƣợc độ dẫn  = 1/ đo đơn vị ôm.mét –Om.m) môi trƣờng theo toạ độ x, y, z; U - hàm điện mô tả phân bố điện môi trƣờng theo toạ độ x, y, z; I -là cƣờng độ dịng điện phát vào mơi trƣờng;  - hàm số tốn học đƣợc gọi hàm Đirac mơ tả tính chất phân bố nguồn điện mơi trƣờng toạ độ xs, ys, zs; V- thể tích cực phát nguồn điện Tuy nhiên việc giải phƣơng trình nêu mơi trƣờng địa chất phức tạp vấn đề lớn có tính chun mơn sâu, cơng việc đƣợc nghiên cứu hồn thiện, môi trƣờng phức tạp thực đƣợc chƣơng trình chun dụng máy tính điện tử Quy trình ứng dụng phƣơng pháp gồm hai công đoạn: 1) Đo thực địa; 2) Xử lý phân tích số liệu Nhƣợc điểm phƣơng pháp điện trở suất địi hỏi phải có điều kiện nối tiếp đất điện cực Trong nghiên cứu tai biến nứt sụt đất thƣờng đòi hỏi mức độ khảo sát chi tiết cao (khoảng cách điện cực 1-2m đến 5m), bề mặt đá rắn, bê tơng, diện tích đo có nhiều địa vật cản trở nhƣ tƣờng nhà, tƣờng rào chắn ngang tuyến đo khó thực thực khơng liên tục không đáp ứng đƣợc yêu cầu chi tiết cần thiết Hiện có phƣơng pháp thiết bị điện từ sử dụng kết hợp để khắc phục nhƣợc điểm phƣơng pháp điện trở suất nêu nhƣ ERA, EM, Ohmmeter, radar xuyên đất, (Wait, 1992, Zhdanov, 2009, ) 2.3.2 Phương pháp điện từ dùng thiết bị ERA Thiết bị ERA đƣợc chế tạo dựa sở lời giải tốn đo tín hiệu điện từ khơng gian phía bề mặt đất (trong khơng khí) nguồn phát lƣỡng cực điện tiếp đất không tiếp đất Phƣơng pháp điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA dựa nguyên lý cảm ứng điện từ nên phƣơng pháp có ƣu điểm sử dụng thiết bị phát thu tín hiệu khơng cần điện cực tiếp địa, độ phân giải cao tính chất dẫn điện môi trƣờng gần nhƣ phƣơng pháp điện trở, thiết bị gọn nhẹ nên thực đƣợc điều kiện bề mặt không cho phép tiếp địa điện cực, có khả thực mạng lƣới đo chi tiết không gian hạn chế, Đặc điểm giúp cho việc đo đạc nhanh theo quy trình đo vẽ đồ, phủ kín đƣợc vùng cần quan tâm, theo dõi đƣợc thay đổi tính chất điện từ lịng đất theo diện nơi bị cản trở cơng trình khó thực đƣợc phƣơng pháp điện trở Phƣơng pháp radar: phƣơng pháp điện từ sử dụng tần số từ đơn vị MHz đến hang trăm MHz cho khả nhận thông tin tốt trực tiếp đối tƣợng có độ điện thẩm khác biệt với môi trƣờng nhƣ hang karst khô, vật chất rắn đất,…Tuy nhiên nhiều trƣờng hợp điều kiện địa hình phức tạp khơng thực đƣợc thiết bị radar có chắn, cịn thiết bị radar khơng có chắn chống nhiễu kém, phân giải thấp, mực nƣớc ngầm gần mặt đất, điều kiện thời tiết xấu khó thu đƣợc tín hiệu hay khơng thực đƣợc CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM NỨT SỤT ĐẤT Ở HUYỆN THANH BA TRÊN CƠ SỞ GIẢI ĐOÁN ĐỊA VẬT LÝ VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH 3.1 Đặc điểm tự nhiên điều kiện địa chất mối liên quan với tƣợng nứt sụt đất 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên Thanh ba là huyê ̣n miề n núi nằ m ở tây bắ c tỉnh Phú Thọ với tổng diện tích tự nhiên 19.503,41 Điạ hình thấ p dầ n tƣ̀ đông bắ c xuố ng tây nam , chủ yếu núi thấp , gò đồi mô ̣t phầ n diê ̣n tich nhỏ có điạ hinh đồ ng bằ ng nằ m ̣c ven sông Hồ ng ́ ̀ Huyê ̣n Thanh Ba nằ m vùng khí hâ ̣u nhiê ̣t đới gió mùa Nhiê ̣t đô ̣ trung binh năm ̀ 23,20C Lƣơ ̣ng mƣa trung binh năm khoảng 1.463mm Độ ẩm trung bình năm khoảng 84% ̀ Huyê ̣n Thanh Ba có ma ̣ng sông suố i và ao hồ với diê ̣n tích là 1.106 ha, đó ao hồ chiế m 720,9ha 3.1.2 Đặc điểm địa chất Địa tầng: khu vực nghiên cứu lộ phân vị địa tầng sau: hệ tầng Ngòi Chi (AR nc) thuộc loạt Sông Hồng; hệ tầng Đồng Giao (T2 đg); hệ tầng Văn Lãng (T3 n-r vl); hệ tầng Văn Yên (N12 vy); hệ tầng Cổ Phúc (N13 cp) thành tạo trầm tích Đệ Tứ bở rời 3.1.3 Đặc điểm địa hình – đia mạo ̣ Huyê ̣n Thanh Ba có điạ hình đồ i là chủ yế u chiế m gầ n 90% xen kẽ chúng dạng địa hình thung lũng sơng , suố i đƣơ ̣c lấ p đầ y bởi các trầ m tích Đệ Tứ Độ cao địa hình có xu thế nghiêng và thấ p dầ n tƣ̀ đông bắ c xuố ng tây nam dạng tuyến theo phƣơng TB – ĐN 3.1.4 Đặc điểm của kiến trúc đứt gãy kiến tạo 10 Điạ hinh phân bố thành nhƣ̃ng dải ̀ Đứt gãy vùng phát triển theo phƣơng chính : chủ đạo TB – ĐN; ĐB – TN và kinh tuyến mang tính địa phƣơng, đóng vai trò làm ranh giới các tầ ng cấ u trúc tân kiế n ta ̣o khác 3.1.5 Đặc điểm địa chất thủy văn Yế u tố ĐCTV là tác nhân có ảnh h ƣởng lớn đến việc hình thành phát triển tai biế n nứt sụt đất Tác nhân đóng vai trị tiềm ẩn nguy , đờ ng thời nhiề u vƣ̀a đóng vai trò thúc đẩ y quá trinh phát sinh cũng nhƣ gia tăng cƣờng đô ̣ phát triể n tai biế n ̀ 3.1.5.1 Các tầng chứa nước dưới đất Trong khu vƣ̣c nghiên cƣ́u tồ n ta ̣i tầ ng chƣ́a nƣớc chinh : tầ ng chƣ́a nƣớc lỗ hổ ng ́ trầ m tích bở rời Đê ̣ tƣ́ ; tầ ng chƣ́a nƣớc khe nƣ́t đá trầ m tích lu ̣c nguyên Neogen ̣ tầ ng Văn Yên và Cổ Phúc ; tầng chứa nƣớc khe nứt đá biến chất hệ tầng Ngòi Chi; tầng chứa nƣớc khe nứt đá trầm tích lục nguyên Triat thƣợng hệ tầng Văn Lãng; tầng chứa nƣớc khe nứt (dập vỡ) – karst đá vôi Triat trung hệ tầng Đồng Giao 3.1.5.2 Động thái nước dưới đất a Mối liên quan nước mặt với nước ngầm Vào mùa mƣa, nguồn nƣớc mặt lớn Lƣu lƣợng nƣớc sông, suối lớn Các giếng đào cƣ dân địa phƣơng đầy nƣớc Trong vào mùa khô hạn, lƣợng mƣa ít, dịng chảy sơng suối có lƣu lƣợng nhỏ, nhiều chỗ lòng suối cạn, giếng đào dân cƣ địa phƣơng bị cạn theo Mực nƣớc giếng đào, giếng khoan khai thác bị xuống thấp, hầu nhƣ có giếng đào nằm tầng chứa nƣớc khe nứt, đới nứt nẻ - karst cịn đủ nƣớc để dùng sinh hoạt hàng ngày Nhƣ vậy, nƣớc ngầm nƣớc mặt có mối quan hệ chặt chẽ, mật thiết với Nƣớc mặt từ sông suối, ao hồ trực tiếp thấm qua tầng đất, qua tầng chứa nƣớc lỗ hổng trầm tích Đệ Tứ, theo khe nứt, đới dập vỡ kiến tạo xuống dƣới, bổ cập trực tiếp cho nƣớc ngầm cho tầng chứa nƣớc bên dƣới b Dao động mực nước ngầm Nhìn chung, nƣớc ngầm biến động theo mùa khu vực khác nhau, mức độ biến động mực nƣớc ngầm có khác Biên độ dao động chung mực nƣớc ngầm khu vực nghiên cứu thay đổi từ 3-4m đến 7-8m, đơi có nơi đạt xấp xỉ 10m 3.1.6 Đặc điểm địa chất cơng trình 3.1.6.1 Điều kiện ĐCCT Đã tiến hành khảo sát các hố sụt lấy mẫu nguyên dạng độ sâu từ 1-3m, phục vụ cho cơng tác thí nghiệm phịng Để làm sáng tỏ nguyên nhân dẫn đến nứt sụt đất, tập trung vào khu vực sụt đất nghiêm trọng chính: Ninh Dân Đồng Xuân a Khu vực mỏ khai thác đá vơi Ninh Dân 11 Trầm tích lớp phủ có bề dày mỏng từ 1,6 – 2,2m; thành phần hạt không đồng bao gồm: dăm, sỏi, sạn, cát, sét, bụi Thành phần đất sét pha, sét pha chứa nhiều sạn Hàm lƣợng nhóm hạt sét dao động từ 9,3-42,3%; hàm lƣợng nhóm hạt bụi từ 11,3-37,3%; hàm lƣợng nhóm hạt cát dao động từ 52-100%; hàm lƣợng nhóm hạt sạn dao động từ 0,9-1,3% dăm cuội dao động từ 13-16% Chỉ số dẻo dao động từ 7,4 đến 20,3% Lƣợng co ngót thể tích mẫu đất thí nghiệm thấp , dao đô ̣ng khoảng 12,417,3%; đă ̣c tinh trƣơng nở không đáng kể tƣ̀ 0,37 đến 2,59% Tuy nhiên , tính tan rã của các ́ mẫu này khá ma ̣nh , khả tan rã nhanh bắt đầu thí nghiệm Các mẫu sét pha sét pha chứa nhiều sạn cho khả tan rã trung bình từ 80 đến 100% (> giờ) mẫu đấ t loa ̣i sét chỉ tan rã trung bình 39% (> giờ) Hê ̣ số thấ m tƣơng đố i cao , tƣ̀ 8,05.10-6cm/s mẫu đấ t loa ̣i sét đế n 5,55.10-4cm/s mẫu đấ t sét pha chƣ́a nhiề u sa ̣n Đá vôi xám trắ ng , xám xanh , nƣ́t nẻ phong hóa vƣ̀a , cƣ́ng chắ c Đá vôi thuộc loại sạch, có chất lƣợng tƣơng đối đồng Đá vôi có đă ̣c điể m rắ n chắ c nhƣng dòn dễ vỡ Khố i lƣơ ̣ng thể tich trung binh 2,68g/cm3 Cƣờng đô ̣ kháng nén ở tra ̣ng thái tƣ̣ nhiên thay đổ i tƣ̀ ́ ̀ 810 đến 1.130kG/cm3 Cƣờng đô ̣ kháng kéo tƣ̀ 51 đến 86kG/cm2 Lƣ̣c dính thay đổ i tù 221 đến 361kG/cm2, ̣ số kiên cố đến 10 b Khu vực xã Đồng Xuân (xóm Cây Dừa) Các kết phân tích trƣớc cho thấy , đá vôi có tinh chấ t lý tƣơng tƣ̣ đá vôi ở ́ mỏ đá Ninh Dân Kế t quả phân tich thành phầ n ̣t cát phân bố ở là cát ̣t chƣ́a ̣ ́ nhiề u bu ̣i dễ có khả tự chảy có động lực dịng nƣớc q trình triển khai hớ móng cơng trình chúng 3.1.7 Hiện trạng nứt sụt đất Nƣ́t su ̣t đấ t điạ bàn nghiên cƣ́u đã đƣơ ̣c ghi nhâ ̣n tƣ̀ nhƣ̃ng năm 70 thế kỷ trƣớc Tuy nhiên, vào thời gian , tai biế n này xảy đơn lẻ pha ̣m vi đấ t canh tác ngồi khu dân cƣ khơng ảnh hƣởng trƣ̣c tiế p đế n sinh hoa ̣t đời sống của ngƣời dân , nên it đƣơ ̣c quan ́ tâm Trong các năm tƣ̀ 2000 đến 2005 nhiều khu vực bao gồm khu dân cƣ thuô ̣c huyê ̣n Thanh Ba đã xuấ t hiê ̣n hiê ̣n tƣơ ̣ng nƣ́t su ̣t đấ t , hai nơi xuất nứt sụt ma ̣nh hậu nghiêm trọng : Xóm Cây Dừa (khu 3) xã Đồng Xuân thôn Đồng Xa (khu 3, khu 6) xã Ninh Dân 3.1.7.1 Nứt sụt đất xã Ninh Dân Nứt sụt đất xã Ninh Dân bắt đầu diễn mạnh mẽ gây thiệt hại từ năm 2000 Hiện tƣợng sụt đất làm toàn khu ruộng trồng ngô khu khả canh tác nhiều nhà cửa sân vƣờn gần 70 hộ dân bị nứt, xé tƣờng, nứt thành giếng, lún nhà, 12 tƣợng nƣớc giếng khơi, sụt đất nứt lún đất, từ cuối năm 2000 tƣợng xảy mạnh tiến hành nổ mìn khu khai thác đá vôi cung cấp cho nhà máy sản xuất xi măng Khu vực thôn Đồng Xa bao gồm ruộng trồng ngô, vƣờn khu nhà dân sụt lún đất, tạo thành chuỗi hố sụt phát triển theo hƣớng định Sụt đất kéo theo tất có mặt đất nhƣ cối, hoa màu, đất đá 3.1.7.2 Nưt sụt đấ t ta ̣i xã Đồ ng Xuân ́ Năm 2004 điạ bàn này , nứt sụt đất ma ̣nh đồ ng loa ̣t xảy mô ̣t khoảng thời gian ngắ n Hàng loạt nhà (tƣờ ng, sân nhà ) bị rạn nứt Trong đó, nhà tầ ng là tru ̣ sở chi nhánh Điê ̣n Thanh Ba bi ̣nƣ́t ma ̣nh nhấ t ở tƣờng , nề n, sân nhà , tƣờng bao, góc sân bị sụt lún sâu làm cho cơng trình khơng sử dụng đƣợc Ngồi khu vực xã Đồng Xuân Ninh Dân , nứt sụt đất còn phát hiê ̣n ở pha ̣m vi xã n Nơ ̣i , nơi có mỏ khai thác đá vôi Tại tƣợn g nứt sụt đất xảy năm 2004 thời gian có hoạt động nổ mìn khai thác đá làm cho khoảng 10 nhà dân bị nứt mạnh tƣờng, sân nhà , gây nứt mặt đƣờng giao thông 3.1.7.3 Mối quan hệ yếu tố địa chất kiến tạo xuất tai biến nứt sụt đất khu vực nghiên cứu Tai biến xuất mạnh mẽ khu vực xã Ninh Dân, Đồng Xuân, Yên Nội nơi có điều kiện địa chất, kiến tạo, địa chất thủy văn sau: địa tầng vùng phân bố đá vôi hệ tầng Đồng Giao (T2 đg) lộ ra; kiến tạo có đứt gãy khu vực cắt qua; địa chất thủy văn có dịng chảy bề mặt có khả tồn dịng chảy ngầm Ngồi ra, có hoạt động cơng nghiệp hoạt động dân sinh cao: nổ mìn khai thác mỏ đá vôi, mật độ xây dựng cơng trình dân sinh khác: giếng nƣớc, ao, móng nhà bê tông,… Sự xuất tai biến sụt đất rõ ràng có nguyên nhân nội sinh tác động ngoại sinh Các phƣơng pháp điều tra, khảo sát địa chất đánh giá đƣợc biểu sụt đất nơi đá vôi hố sụt xuất Để đánh giá hố sụt ẩn hay bị vùi lấp cần tiến hành khảo sát địa vật lý 3.2 Kết khảo sát địa vật lý 3.2.1 Nhiệm vụ phạm vi khảo sát: 1/ Lựa chọn phƣơng pháp thích hợp, triển khai đo thực địa khu vực có biểu nguy cao tai biến sụt đất, nứt đất hai khu vực: xã Ninh Dân xã Đồng Xuân 13 2/ Xác định chi tiết đặc điểm cấu trúc địa chất, vùng phân bố hệ tầng đá có tính chất khác nhau, đặc biệt tầng đá vôi, bất đồng liên quan đến hang hốc, đới phá hủy đá gốc ẩn dƣới mặt đất 3/ Cung cấp thêm thông tin với yếu tố địa chất - kiến tạo trình hoạt động địa chất khác để giải thích nguyên nhân, chế xuất tai biến sụt đất, nứt đất nứt nhà cửa khu vực khảo sát 4/ Xác định quy mô, không gian phân bố cấu trúc tiềm ẩn nguy cao gây sụt đất phạm vi khảo sát làm sở khuyến cáo, cảnh báo mức độ nguy hiểm đề xuất biện pháp phòng tránh phù hợp điều kiện thực tế 3.2.2 Công tác đo thử nghiệm để lựa chọn phương pháp quy trình thích hợp Để thực nhiệm vụ nêu tiến hành thử nghiệm phƣơng pháp địa chấn cơng trình (Tuyến 2dc), phƣơng pháp đo sâu điện trở (Tuyến 8đ) khu vực xã Ninh Dân, nơi có hố sụt lộ chƣa bị lấp So sánh kết thử nghiệm đo địa chấn đo sâu điện trở tuyến đo cho thấy: mặt cắt điện trở suất có phân dị môi trƣờng cao nhiều so với mặt cắt tốc độ truyền sóng, hố sụt tuyến đo thể mặt cắt điện trở suất, cịn mặt cắt tốc độ truyền sóng thể địa hình ranh giới lớp phủ mặt đá gốc Ranh giới tiếp xúc tầng đá khác cuối tuyến đo liên quan đến đới phá hủy kiến tạo thể rõ tài liệu hai phƣơng pháp Kết thử nghiệm cho phép lựa chọn phƣơng pháp điện trở suất với độ sâu khảo sát 30 m giải tốt nhiệm vụ đặt Tuy nhiên, cản trở địa hình, địa vật (nhà cửa, tƣờng rào, xi măng,…) hầu hết địa điểm thực đo cắt lớp chi tiết theo yêu cầu Mặt khác, để đáp ứng yêu cầu đo chi tiết diện địa điểm có nguy cao tai biến sụt đất, tiến hành phƣơng pháp cắt lớp điện trở suất theo mạng lƣới tuyến điểm đo dày địi hỏi chi phí lớn, vƣợt khả kinh phí đề án, nên lựa chọn kết hợp hai phƣơng pháp: 1) Phƣơng pháp đo điện trở theo quy trình cắt lớp 2D để xác định phân bố yếu tố cấu trúc theo chiều sâu; 2) Phƣơng pháp điện từ thiết bị ERA theo quy trình đo đồ điện trƣờng (tƣơng đƣơng với điện trở suất) cho phép theo dõi phân bố cấu trúc diện khảo sát giải pháp tốt cho giải nhiệm vụ 3.2.3 Kết áp dụng phương pháp đo sâu cắt lớp điện trở điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA Đã thực đo địa vật lý theo nguyên lý cắt lớp 2D tuyến hệ thiết bị đối xứng AMNB với a(min) =5m, số lần mở cự ly thiết bị n=1÷8, khoảng cách điểm đo d=10m, chiều dài tuyến trung bình 200-350m, số tuyến đo có chiều dài đến 450m 14 khu vực cần thiết để làm rõ đặc điểm cấu trúc có dấu hiệu xuất nứt, sụt đất dự đoán địa chất tới độ sâu 30 m Các khu vực đo vẽ đồ đặc điểm phân bố đất đá đối tƣợng hang hốc thiết bị ERA-MAX với tần số 625 Hz, AB dây dẫn tiếp địa hai đầu độ dài 300 – 400m có dịng phát ổn định định 200 mA đặt cố định rìa diện khảo sát, MN đo cƣờng độ điện trƣờng Ex (mV) ăng ten dài 2m theo mạng lƣới tuyến đo song song với đƣờng dây AB, khoảng cách điểm đo 2m Độ sâu khảo sát thông tin môi trƣờng từ mặt đất đến -10 m Kết đo theo quy trình cắt lớp điện trở đƣợc phân tích phần mềm RES2DINV (Loke) Dựa vào mối quan hệ tính chất phân bố điện trở suất nhận đƣợc tính chất vật lý, đặc điểm phân bố đất đá môi trƣờng khu vực khảo sát (từ tài liệu địa chất quan sát thực địa) luận giải phân chia đƣợc vùng phân bố loại đất đá tƣơng ứng với cấu trúc có đặc trƣng điện trở suất hình thái phân bố chúng: - Các cấu trúc điện trở suất cao có tính cục bề mặt đặc trƣng cho loại đất khô, xốp, bở rời phân bố trùng với hố sụt lộ quan sát đƣợc tuyến đo, dễ dàng nhận biết đƣợc dấu hiệu bất đồng đất đá liên quan đến hố sụt Trên kết phân tích tài liệu đo điện trở suất dễ dàng nhận biết đƣợc phân bố hố sụt vùi lấp - Cấu trúc điện trở suất cao, phân bố rộng rãi theo tuyến nhƣ chiều sâu quan sát đƣợc số nơi có đá vơi lộ mặt cho phép nhận biết vùng phân bố đá vôi khối rắn (đá cacbonat không chứa nƣớc) - Cấu trúc điện trở suất trung bình phân bố bên hay liền kề với cấu trúc điện trở suất cao cho phép nhận biết phần đá vơi phong hóa, nứt nẻ chứa nƣớc sét ẩm Trong trƣờng hợp có cấu trúc kích thƣớc nhỏ (thấu kính) điện trở suất cao nhiều phân bố đá vôi rắn thông tin hang rỗng không chứa nƣớc, nhƣng xuất phần đá vôi nằm mực nƣớc ngầm - Cấu trúc điện trở suất thấp đến trung bình có diện phân bố rộng, kề với cấu trúc cấu trúc điện trở suất cao hay trung bình nêu cho phép dự báo hay nhận biết đá có thành phần sét, sét pha có tính chất khác với đá cacbonat - Các cấu trúc dạng vỉa hay ranh giới cấu trúc có góc cắm độ dốc lớn theo chiều sâu thị đứt gãy kiến tạo hay ranh giới tiếp xúc loại đá khác kể Trong điều kiện tồn dƣới mực nƣớc ngầm cấu trúc vỉa thƣờng có điện trở suất thấp chứa nƣớc sét ẩm Đo vẽ đồ thành phần điện từ Ex không địi hỏi xử lý phân tích phức tạp, từ kết đo thực địa thực việc vẽ đồ cƣờng độ điện trƣờng Ex phân chia vùng 15 có cƣờng độ khác (tƣơng tự giá trị điện trở suất) để nhận biết phân bố yếu tố cấu trúc môi trƣờng diện khảo sát Dựa vào tài liệu địa chất, thị luận giải nêu trên, kết phân tích tài liệu đo điện trở tuyến đo đƣợc chuyển thành mặt cắt địa chất – địa điện, tài liệu đo điện trƣờng đƣợc chuyển thành đồ địa chất – điện từ, cho phép nhận biết dễ dàng trạng cấu trúc môi trƣờng yếu tố gây tai biến nứt sụt đất nhƣ sử dụng tài liệu kết địa vật lý khu vực khảo sát 3.2.3.1 Khu vực xã Ninh Dân Thực địa điểm: 1) Khu vực Nhà thờ Ninh Dân nơi xuất hệ thống hố sụt nhiều mạnh nhất, có mật độ dân cƣ đơng nhất: ngồi tuyến đo thí nghiệm địa chấn (T2dc) cắt lớp điện trở (T8đ) thực tuyến đo điện trở (T1đ T5đ) đo đồ cƣờng độ điện trƣờng Ex; 2) Khu vực nhà văn hóa khu 3) Khu tái định cƣ Ninh Dân, nơi tuyến đo cắt lớp điện trở (T10đ T3đ) đo đồ cƣờng độ điện trƣờng A Tại địa điểm nhà thờ Ninh Dân:  Kết đo điện trở suất: Kết xử lý phân tích tài liệu đo điện trở suất (T1đ, T5đ, T8đ) phản ánh đặc điểm cấu trúc tầng đất đá đến độ sâu 35 m, cho phép luận giải thông tin sau: - Đá vôi khối rắn phân bố chủ yếu phần dƣới hay phần mặt cắt có nhơ lên sát mặt đất - Đá vôi nứt nẻ chứa nƣớc phân bố khơng đều: có nằm đá vơi khối, lộ gần mặt đất nằm kề hay có dạng thấu kính đá vơi khối Cấu trúc đá vơi nứt nẻ dạng thấu kính phân bố bên đá vơi khối có lớp phủ bở rời mặt đối tƣợng có điều kiện xảy tai biến sập, sụt karst (sụt đất), tài liệu địa vật lý quan sát đƣợc tuyến T5đ, đầu tuyến T1đ nửa đầu tuyến T8đ Độ sâu phân bố tầng đá vôi nứt nẻ từ -10m đến 15 – 20m Trên sơ đồ phân bố tuyến đo nhận biết vùng phân bố cấu trúc phạm vi khảo sát nơi quan sát đƣợc nhiều hố sụt - Đá vôi hang hốc phân bố gần bề mặt tới độ sâu -10m tạo địa hình lồi lõm mặt đá vôi nứt nẻ thể tuyến đo Trên mặt cắt địa chất - điện trở suất dễ dàng nhận biết đƣợc vị trí hố sụt quy mô hố sụt khứ bị vùi lấp Đây nơi dự báo khả xảy tai biến sụt mạnh Tại vị trí dự báo nơi có hang karst đá vôi mặt cắt lớp điện trở tuyến T8đ Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT Miền Bắc tiến hành khoan kiểm tra lỗ khoan HK02 xác nhận tồn hang hốc vật liệu sét lấp nhét khe nứt nẻ Kết khẳng định độ tin cậy phƣơng pháp địa vật lý áp dụng 16  Kết đo đồ cường độ điện trường Ex: Trên tuyến đo cắt lớp theo dõi đƣợc thiết diện cấu trúc đá hang hốc theo chiều sâu đồ ta dễ dàng theo dõi đƣợc đặc điểm cấu trúc đất đá cấu trúc phát triển hang hốc diện khảo sát Bản đồ cƣờng độ điện trƣờng Ex cho phép phân chia vùng đất đá khác (tƣơng tự phân chia đất đá theo điện trở suất): vùng giá trị cƣờng độ điện từ thấp đất đá ngậm nƣớc (sét, sét pha ẩm), vùng có cƣờng độ Ex trung bình đá vơi nứt nẻ, vùng giá trị Ex cao đá vôi rắn hay hang hốc khơ, rỗng Trong diện tích khảo sát, đới cƣờng độ Ex khác cho phép nhận biết hình thái cấu trúc phân bố loại đá khác nhau, lớp đá vơi có xen lấn rõ Các lớp đá vôi bị cắt xẻ mạnh theo phƣơng bắc nam chủ đạo Các cấu trúc thể lớp đất sét dạng hố, rãnh xẻ dấu vết hoạt động sụt karst khứ bị vùi lấp Ở rìa cấu trúc này, nơi tiếp giáp với đá vôi nứt nẻ mạnh thƣờng xuất khe nứt sụt kích thƣớc nhỏ Các hang karst, hố sụt xuất phân bố vỉa đá vôi khối, đá vôi nứt nẻ lộ thể rõ đồ Phƣơng chủ đạo hang rãnh karst đồng thời hƣớng dịng chảy đá vơi từ nam lên bắc tây bắc Trên đồ nhận biết đƣợc vùng mật độ cao phân bố hố sụt khứ, ẩn dƣới mặt đất thông tin quan trọng tài liệu địa vật lý cần đƣợc quan tâm, để tiến hành khảo sát kiểm tra trực tiếp, quan trắc, từ có biện pháp phịng tránh sớm, khơng để xảy thiệt hại báo trƣớc B Tại địa điểm nhà Văn hóa khu Ninh Dân:  Kết đo điện trở suất: Trên tuyến T10đ cho thấy bề mặt đá vôi rắn lộ cao hơn, bị cắt xẻ so với tuyến đo khu vực nhà thờ Ninh Dân Ở nửa cuối tuyến T10đ thể dấu vết phễu karst (hố sụt) có kích thƣớc lớn đƣợc lấp đầy sét Ở rìa tiếp giáp cấu trúc phễu đá vôi khối quan sát đƣợc thực địa hố sụt bị lấp Các dấu vết tai biến sụt đất thể mặt cắt địa vật lý có dạng hố sụt phân bố lớp phủ bề mặt đá vôi rắn cho biết có dạng lún carst Tại khu vực dự báo phễu carst bị vùi lấp khoan kiểm tra (HK4) cho thấy thông tin trạng phân bố loại đá đƣợc luận giải tài liệu địa vật lý tin cậy  Kết đo đồ cường độ điện trường Ex: Ở khu vực nhà văn hóa khu lớp đá vơi lộ phía đơng bắc bị phủ sét phần tây nam tạo ranh giới tiếp giáp vùng đá vơi phía đơng bắc vùng sét phía tây nam Thực chất phần tây nam đá vơi bị bóc mịn q khứ, bóc mịn tiếp tục phát triển phía đơng bắc Ở vùng tiếp giáp đá vôi nứt nẻ mạnh thể nhiều hang hốc 17 dạng rãnh xẻ, hố trũng đƣợc lấp sét Một số dấu vết hang xuất lớp đá vôi nứt nẻ yếu Có hai nơi thể dấu hiệu hang rỗng đá vơi khối góc phía bắc đơng bắc khu vực đo vẽ Điều chứng tỏ cấu trúc đất đá hang hốc khu vực có phát triển nối tiếp với khu vực nhà thờ Ninh Dân Nơi có giếng đào lấy nƣớc rìa phễu karst cổ vùi lấp sét, nguồn nƣớc xuất lộ nƣớc từ đá vôi nứt nẻ mạnh chảy Dựa vào phân bố đá vơi nứt nẻ mạnh dự báo đƣợc hƣớng dòng nƣớc chảy tầng đá vôi từ đông nam lên tây bắc C Tại địa điểm khu tái định cư Ninh Dân:  Kết đo điện trở suất: Tƣơng tự nhƣ khu vực nhà văn hóa Ninh Dân, kết phân tích tài liệu đo điện trở tuyến đo T3đ cấu trúc đá vơi nứt nẻ có diện phân bố nửa đầu tuyến có dấu hiệu cấu trúc lún karst bị vùi lấp Phần nửa cuối tuyến đá vôi khối rắn lộ gần mặt đất, lớp đá vơi nứt nẻ có chiều dày mỏng, có dấu hiệu hốc karst độ sâu không lớn bị phủ lấp đất sét ẩm  Kết đo điện trường Ex: Bản đồ phân bố cấu trúc đất đá phạm vi khảo sát theo cƣờng độ điện trƣờng Ex cho thấy lớp sét xen kẹp đá vơi nứt nẻ có dạng rãnh xẻ hình thái karst khu vực này, rìa dƣới (phía nam) khu vực khảo sát cịn quan sát đƣợc phễu karst chƣa bị vùi lấp, nơi thu nƣớc mặt dẫn vào rãnh karst ngầm Theo kết quan sát địa chất thủy văn số giếng xung quanh khu vực khảo sát cho thấy động thái nƣớc ngầm thay đổi mạnh theo mùa có hƣớng chảy phía bắc, rãnh karst kết địa vật lý thông tin thị yếu tố chi phối chuyển động nƣớc ngầm Kết địa vật lý cho phép dự báo vùng có nguy sụt, đồng thời cho thơng tin khả khai thác nƣớc karst cho sinh hoạt quy mơ nhỏ gia đình 3.2.3.2 Khu vực xã Đờ ng Xn Tại góc sân nhà chi nhánh điện Thanh Ba – Nhà máy rƣợu Đồng Xuân xuất hố sụt lớn làm sập góc nhà xây kiên cố số vết nứt kéo dài cắt qua tƣờng rào phía sau nhà chi nhánh điện Đã thực tuyến cắt lớp điện trở: T6đ T7đ Các hố sụt nứt đất vào khoảng đầu tuyến 7đ Vì hố sụt nằm sát với đƣờng quốc lộ có nhà kiên cố xây kín nên khơng có điều kiện thực đƣợc cắt lớp điện trở hố sụt Kết phân tích tài liệu đo điện trở cho thấy địa chất có cấu trúc xung yếu, sụt sâu mặt đá vôi khu vực nhà Chi nhánh điện (đầu tuyến T7đ) Bề mặt đá vơi nhơ cao phía nhà Chi nhánh điện (5-7m dƣới tuyến T7đ) chìm sâu phía Nhà máy rƣợu Đồng Xuân (12 -15m dƣới tuyến 6đ) Lớp phủ bên đá vôi gồm lớp: 18 1) lớp gần mặt đất thể tính chất sét bùn, cát chảy (điện trở suất tƣơng đối thấp) Chiều dày lớp không ổn định: đầu tuyến 7đ (phía nhà chi nhánh điện) chiều dày nhỏ nhiều so với tuyến 6đ (phía NM rƣợu Đồng Xuân); 2) lớp dƣới nằm kề đá vôi thể tính chất sét, sét pha (điện trở suất tƣơng đối cao) Phân tích đặc trƣng đất đá theo tài liệu địa vật lý thông tin địa chất cho phép đƣa số nhận xét sau: Nền đá gốc – đá vôi bị sụt lún hay bị bóc mịn mạnh đƣợc lấp đầy trầm tích trẻ bở rời Đệ Tứ có tính chất lý yếu, đặc biệt lớp cát chảy Trên thực địa dọc tuyến đo gặp vũng bùn lầy sâu nhƣ hốc thể mặt cắt địa vật lý Chính vật chất gắn kết yếu dễ bị lôi dòng chảy ngầm nhƣ mặt gây ổn định cho đất Vì vậy, tƣợng hố sụt nứt nẻ gần nhà Chi nhánh điện Thanh Ba sụt lún, phá hủy, lôi lớp sét pha, lớp cát chảy xuống hang đá vôi bên dƣới Diện phân bố đới xung yếu thể kết đo vẽ thiết bị điện từ 3.3 Luận giải chế, nguyên nhân nứt sụt đất Thanh Ba đề xuất giải pháp phịng tránh 3.3.1 Ngun nhân (yếu tố tự nhiên) Nguyên nhân xuất sụt đất khu vực địa hình thấp trùng phẳng ven đồi, nơi chịu tác động mạnh dòng chảy mặt nƣớc mƣa, đặc biệt vào mùa lũ, mặt khác địa chất khu vực có đá vơi Cacbonat phân bố rộng, nằm chìm dƣới mặt đất chịu ảnh hƣởng trực tiếp đứt gãy cấu tạo có phƣơng Tây Bắc – Đơng Nam Hoạt động đứt gẫy tạo cho tầng đá vôi bị dập vỡ mạnh điều kiện thuận lợi cho q trình phong hóa hóa học phát triển hình thành nhiều hang karst ngầm dƣới mặt đất Quá trình vận động nƣớc thấm từ xuống, vận động theo phƣơng nằm ngang, dẫn đến rửa trơi, xói mịn, bóc mịn vật liệu theo thời gian khe nứt mở rộng dần đá vôi bên vách khe nứt tiếp tục bị hòa tan Các khoảng rỗng lớp đá tăng dần kích thƣớc bắt đầu phát triển hệ thống thoát nƣớc ngầm, cho nhiều nƣớc qua làm tăng tốc độ hình thành khe nứt Khi mực nƣớc dƣới đất bị hạ thấp, nƣớc mƣa ngấm xuống khe nứt mang theo vật chất lớp phủ Đệ tứ (chủ yếu đất thuộc nhóm đất loại sét, sét pha), hang bị bào mịn đến mức độ khơng thể chống đỡ đƣợc trọng lƣợng lớp đất đá bở rời hệ Đệ Tứ nằm bên tƣợng sụt lún đất diễn Các yếu tố khác nhƣ vận động nƣớc dƣới đất thúc đẩy trình rửa lũa, hịa tan đá vơi, tƣợng mƣa, lũ có tác động định đến việc sụt lún, nứt đất nơi có hang ngầm xung yếu 19 Tài liệu địa vật lý khu vực khảo sát cho phép nhận biết đặc điểm cấu trúc phân bố vùng đá vôi nứt nẻ, phát triển hang hốc karst Phân tích hình thái cấu trúc đá nứt nẻ, dấu vết hang hốc lộ bị vùi lấp, diện phân bố chúng theo kết địa vật lý kết khảo sát địa chất, địa chất thủy văn,… cho phép luận giải sở khoa học, nguyên nhân, chế, dự báo vùng nguy tai biến: nơi có điều kiện phát triển lún, sụt, xập karst, đáp ứng yêu cầu thực tế 3.3.2 Nguyên nhân ngoại sinh + Tác động khai thác đá vôi + Các tác nhân khác: Bên cạnh nguyên nhân khác khai thác mỏ gây hoạt động tân kiến tạo trái đất, phủ nhận ảnh hƣởng số hoạt động nhân sinh có liên quan đến sụt lún đất tác động làm thay đổi tải trọng mặt đất nơi tồn hang, phễu karst ngầm; tác động gây rung động nhƣ việc vận chuyển hàng hóa phƣơng tiện giao thơng, việc nổ mìn với mục đích khác nhau; việc đào bới khai thác khoáng sản; việc khai thác nƣớc dƣới đất với công suất lớn làm mực nƣớc dƣới đất bị hạ thấp làm tăng gradien dịng ngầm, thúc đẩy q trình xói ngầm, cát chảy, làm thay đổi cân tĩnh hang karst có liên quan đến tƣợng sụt lún đất 3.3.3 Giải pháp phòng tránh nứt, sụt lún đất + Giải pháp cơng trình 1) Hạn chế khơng nên xây dựng cơng trình, nhà phạm vi phân bố hang phễu karst, đới đá vôi dập vỡ, nứt nẻ mạnh Khi triển khai xây dựng cơng trình giao thơng, cơng trình cơng nghiệp, cơng trình dân dụng khu vực cụ thể, bắt buộc phải khảo sát Địa chất cơng trình theo giai đoạn cụ thể để tính tốn móng 2) Khơng xây dựng hồ chứa nƣớc khu vực phân bố đá vơi có hang hốc karst ngầm; 3) Không nên khai thác nƣớc dƣới đất với quy mô vừa lớn, cần thiết phải điều tra, đánh giá chi tiết để có thiết kế hợp lý; 4) Xây dựng mốc giới cảnh báo vùng có nguy sụt, lún đất, + Giải pháp quản lý - Tổ chức giám sát, kiểm tra quy trình khai thác (độ sâu khai thác, biên khai trƣờng, nổ bắn mìn phá đá, ) nhƣ giấy phép quy định để mặt bảo đảm an toàn tuyệt đối q trình khai thác ngun liệu đá vơi, mặt khác không gây tác động xấu đến môi trƣờng dân sinh xã hội 20 - Tổ chức kiểm tra, giám sát trạng khai thác sử dụng tài nguyên nƣớc dƣới đất xử lý vi phạm cơng trình khai thác nƣớc quy mơ lớn chƣa có hồ sơ cấp phép khai thác nhằm phòng tránh nguy sụt lún đất hạ thấp mực nƣớc ngầm, + Giải pháp tuyên truyền giáo dục - Chính quyền địa phƣơng cần có biện pháp tuyên truyền để ngƣời dân hiểu rõ đƣợc tƣợng sụt lún đất, nguyên nhân, chế sụt lún đất tác hại chúng, từ ngƣời tự giác tuân thủ quy định đề để giảm thiểu thiệt hại ngƣời tài sản trƣờng hợp cần thiết việc di dời định cƣ đến nơi có nguy sụt đất theo quy hoạch, 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đã lựa chọn áp dụng tổ hợp phƣơng pháp địa vật lý đo cắt lớp điện trở đo điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA cơng cụ thích hợp cho phép nghiên cứu chi tiết cấu trúc địa chất theo dõi đối tƣợng tai biến địa chất theo chiều sâu nhƣ diện vùng trọng điểm huyện Thanh Ba đáp ứng yêu cầu giải tốt nhiệm vụ đề án Tài liệu nhận đƣợc từ kết khảo sát địa vật lý cung cấp liệu vị trí phân bố, hình dạng hang hốc karst ngầm vùi lấp nhƣ dự báo vị trí hang hốc chƣa xuất lộ Dựa kết địa vật lý nhận đƣợc có sở giải thích ngun nhân, chế xuất tai biến địa chất vùng nghiên cứu Hiện tƣợng nứt sụt đất xuất hệ trình hoạt động karst vỉa đá vôi Hiện tƣợng xảy khứ, dấu vết thể dạng hang hốc, rãnh, phễu đƣợc lấp đầy đất sét Mật độ hang hốc karst tập trung cao khu vực xã Ninh Dân, đặc biệt dọc đƣờng nhựa phía nhà thờ Ninh Dân, nơi có nhiều nhà cần đƣợc cảnh báo có biện pháp phòng tránh Nguyên nhân sụt đất gây phá hủy nhà kiên cố sát Chi nhánh điện Thanh Ba cấu trúc sụt sâu mặt đá vôi làm cho lớp cát chảy lớp Đệ Tứ gây lún, sụt lớp sét pha mặt Tài liệu địa vật lý xác định đƣợc vùng phân bố cấu trúc sét yếu cần đƣợc phổ biến đến nhân dân địa phƣơng để có biện pháp kỹ thuật cần thiết xây dựng cơng trình Hiện tƣợng nứt sụt đất trình hoạt động địa chất xảy thƣờng xuyên lâu dài Hiện có đủ hiểu biết khoa học phƣơng tiện để theo dõi cảnh báo đề xuất giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại chúng gây Hạn chế xây dựng cơng trình kiên cố, cao tầng vùng có nguy sụt lún liên quan đến hoạt động Karst References Tiếng Việt Trần Trọng Huệ, Đoàn Văn Tuyến, nnk.,2006 Nghiên cứu nguyên nhân, chế xuất dự báo vùng tiềm ẩn sụt đất thôn Tân Hiệp – Tỉnh Quảng Trị, Tuyển tập cơng trình Khoa học ĐHQGHN, KHTN&CN, TXXII, Số 2A PT, trang 1-10 22 Đoàn Văn Tuyến, Vũ cao Minh , 2008 Tai biến sụt lún karst số kết nghiên cứu dự báo phân vùng nguy hiểm, Tuyển tập cơng trình hội nghị KH toàn quốc tai biến Địa chất giải pháp, Hà Nội 2008, trang 153-162 Nguyễn Thị Toan, Vũ Cao Minh, Đoàn Văn Tuyến, 2010 Land subsidence hazard due to karst in Vietnam and mitigation measures (Tai biến sụt đất karst Việt Nam giải pháp phòng tránh) Proceeding of the Inter Simposium Hanoi Geoengineering 2010, Hanoi 22-23 Nov 2010, p.267 -274 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu khoanh vùng dự báo sụt đất huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất giải pháp phòng tránh quy hoạch phục vụ phát triển bền vững”, Viện Địa Chất – Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, năm 2009 Báo cáo “Điều tra, khảo sát đánh giá trạng điều kiện địa chất dự báo tai biến địa chất vùng Ninh Dân khu vực lân cận địa bàn huyện Thanh Ba”, Bộ tài nguyên môi trƣờng - Liên đoàn quy hoạch điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc, năm 2012 Báo cáo “Địa chất huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ (tỷ lệ 1/25000)”, Sở TN&MT Phú Thọ, năm 2005 Báo cáo “Điều tra, đánh giá tổng hợp tài nguyên nước tỉnh Phú thọ”, Trung tâm điều tra đánh giá tài nguyên nƣớc, năm 2000 Báo cáo “Đo vẽ đồ địa chất điều tra khoáng sản nhóm tờ Thanh ba-Phú Thọ”, Liên đoàn địa chất tây bắc – Cục địa chất khoáng sản, năm 2000 Tiếng Anh Osipov V I., Choig S K., 2002 Sự nguy hiểm từ trình địa chất ngoại sinh Nxb KRUG, 250tr 10 Randazzo, A.F and Smith, D.L., 2003, Subsidence-induced Foundation Failures in Florida's Karst Terrain Sinkholes and the Engineering and Environmental Impacts of Karst: The Geo-Institute of the American Society of Civil Engineers, Geotechnical Special Publication No 122, p 82-94 11 Sandra Friend., 2003 Sinkholes published by Pineapple Press, 2002, 98p 12.Smith, D.L and Randazzo, A.F., 2003, Application of electrical resistivity measurements to an evaluation of a potential landfill site in a karstic terrain Environmental Geology, v.43, p 743-751 23 ... biến địa chất nguyên nhân, chế hình thành tai biến nứt sụt đất Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu tai biến nứt sụt đất Chương 3: Đặc điểm nứt sụt đất huyện Thanh Ba sở giải đoán địa vật lý giải. .. lý, địa chất cơng trình, phân tích mẫu,… 2.2 Khả ứng dụng phƣơng pháp địa vật lý Trong lĩnh vực địa vật lý có nhiều phƣơng pháp để giải nhiệm vụ nghiên cứu tai biến nứt sụt đất, phƣơng pháp có... tai biến địa chất gây sụt đất - Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phƣơng pháp để khảo sát đánh giá điều kiện địa chất gây tƣợng sụt đất vùng nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích