Kết quả áp dụng địa vật lý phục vụ nghiên cứu

đánh giá nguyên nhân, cơ chế nứt sụt đất ở

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 bản chất, nguyên nhân, cơ chế hình thành và xuất hiện các tai biến

địa chất gây sụt đất. Nghiên cứu sử dụng tổ hợp các phƣơng pháp để khảo sát đánh giá

các điều kiện địa chất gây ra hiện tƣợng sụt đất ở tại khu vực Thanh Ba – tỉnh Phú

Thọ. Đánh giá điều kiện tự nhiên và các yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến quá

trình phát triển, phân bố và xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở khu vực Thanh Ba. Trình

bày các phƣơng pháp địa vật lý thích hợp nhằm xác định đặc điểm các yếu tố cấu trúc

nứt sụt đất, phát hiện và dự báo các hang hốc và cấu trúc ẩn có nguy cơ gây sụt đất. Đề

xuất các giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất ở tại khu vực Thanh Ba –

tỉnh Phú Thọ.

Keywords: Địa vật lý; Sụt đất; Phú Thọ

Content

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận văn

Tai biến địa chất là một dạng thiên tai xảy ra rất phổ biến trên thế giới. Các tai biến

lớn liên quan đến hoạt động động đất thƣờng gây thiệt hại nghiêm trọng nên đƣợc chú trọng

đầu tƣ và nghiên cứu một cách thƣờng xuyên bằng một hệ thống trạm quan trắc.

Tham khảo các văn liệu khoa học cũng nhƣ truyền thông cho thấy, dạng tai biến địa

chất gây sụt đất có tính phá hủy cũng xuất hiện thƣờng xuyên ở nhiều nƣớc trên thế giới và là

đối tƣợng nghiên cứu của nhiều bộ môn khoa học và nhiệm vụ nghiên cứu cơ chế, xác định

vùng tiềm ẩn nguy cơ, quy luật xuất hiện các dạng tai biến khác nhau và từ đó có thể dự báo,

đề xuất các giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do chúng gây nên cũng là một nhu cầu

thực tiễn cấp thiết.

2

Xuất phát từ yêu cầu khoa học và kinh nghiệm trong quá trình tham gia giải quyết

nhiệm vụ thực tiễn, học viên đã lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Kêt qua ap dung đia vât ly

phục vụ nghiên cứu đánh giá nguyên nhân , cơ chê nƣt sut đât ơ khu vƣc huyên Thanh Ba , tỉnh

Phú Thọ; đề xuất các giải pháp phòng tránh” .

2. Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu bản chất, nguyên nhân, cơ chế hình thành và xuất hiện các tai biến địa chất

gây sụt đất.

- Nghiên cứu sử dụng tổ hợp các phƣơng pháp để khảo sát đánh giá các điều kiện địa

chất gây ra hiện tƣợng sụt đất ở vùng nghiên cứu.

- Nghiên cứu lựa chọn các phƣơng pháp địa vật lý thích hợp nhằm xác định đặc điểm

các yếu tố cấu trúc nứt sụt đất, phát hiện và dự báo các hang hốc và cấu trúc ẩn có nguy cơ

gây sụt đất.

- Đề xuất các giải pháp quy hoạch, phòng tránh tai biến sụt đất ở vùng nghiên cứu.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tƣợng nghiên cứu là các cấu trúc đá vôi có điều kiện phát triển karst.

- Phạm vi nghiên cứu: các khu vực phân bố đá vôi ở các xã Đồng Xuân, Ninh Dân,

Yên Nội, thị trấn Thanh Ba – Tỉnh Phú Thọ.

4. Các phƣơng pháp nghiên cứu

1) Các phƣơng pháp nghiên cứu, điều tra khái quát.

2) Các phƣơng pháp địa vật lý .

5. Nội dung nghiên cứu

- Cơ sở khoa học về bản chất, nguyên nhân, điều kiện và cơ chế quá trình lún, nứt sụt

đất.

- Đánh giá điều kiện tự nhiên và các yếu tố địa chất - kiến tạo tác động đến quá trình

phát triển, phân bố và xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở vùng nghiên cứu.

- Nghiên cứu, lựa chọn phƣơng pháp địa vật lý thích hợp, triển khai áp dụng để xác

định đặc điểm và quy mô phân bố, phát hiện, dự báo các cấu trúc tiềm ẩn nguy cơ nứt sụt đất

ở vùng nghiên cứu.

6. Tài liệu sử dụng

Luận văn dựa trên các tài liệu, báo cáo địa chất, địa vật lý khu vực nhƣ sau:

Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cƣu khoanh vung dƣ bao sut đât ơ huyên

Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ ; đề xuất các giải pháp phòng tránh và quy hoạch phục vụ phát triển

bên vƣng” , 2009. Lƣu trữ Viện địa chất – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.

3

Báo cáo: “Điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng điều kiện địa chất và dự báo tai biến

địa chất vùng Ninh Dân và khu vực lân cận trên địa bàn huyện Thanh Ba”, 2012. Lƣu trữ Liên

đoàn Quy Hoạch và Điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc.

Báo cáo: “Đo ve ban đô đia chât va điêu tra khoang san nhom tơ Thanh Ba – Phú Thọ,

ty lệ 1/50.000”, năm 2000. Lƣu trữ Liên đoan Đia chât Tây Băc , Cục Địa Chất và Khoáng

sản.

7. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận văn

- Luận giải cơ sở khoa học về bản chất, nguyên nhân, cơ chế gây nứt sụt đất tại khu

vực Thanh Ba – tỉnh Phú Thọ nhƣ một ví dụ điển hình về tai biến nứt sụt đất ở Việt Nam.

- Lựa chọn một tổ hợp phƣơng pháp hợp lý để khảo sát đánh giá hiện trạng và phân

vùng dự báo các khu vực tiềm ẩn có nguy cơ sụt lún cao, đề xuất các giải pháp phòng tránh,

giảm thiểu thiệt hại do tai biến gây ra ở vùng nghiên cứu.

8. Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, Luận văn đƣợc trình bày thành ba chƣơng:

Chương 1: Tai biến địa chất và nguyên nhân, cơ 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 ở huyện Thanh Ba trên cơ sở giải đoán địa vật lý và

các giải pháp phòng tránh.

Luận văn đƣợc hoàn thành trong chƣơng trình thực hiện khóa cao học 2009-2011 của

học viên tại khoa Địa chất - trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội

dƣới sự hƣớng dẫn của TS-NCVCC Đoàn Văn Tuyến (Phòng Địa Vật lý – Viện Địa chất –

Viện Khoa học và 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 và Công nghệ Việt Nam, Liên đoàn Quy hoạch và điều tra tài

nguyên nƣớc Miền Bắc đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện để học viên hoàn thành luận văn này.

4

CHƢƠNG 1

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 của Trái đất [Nguồn:Cục địa chất Hoa

Kỳ]

Các tai biến địa chất có cƣờng độ phá hủy lớn và phạm vi ảnh hƣởng rộng thƣờng liên

quan đến các cấu trúc địa chất và vận động kiến tạo sâu trong vỏ Trái đất: động đất , sóng

thần, núi lửa.

Phân lơn đông đât co quan hê nguôn gôc vơi cac ranh giơi mang (dọc đới hút chìm ,

các sống núi đại dƣơng , các đứt gãy chuyển dạng) và dọc các đứt gãy sâu phân chia nội mảng.

Núi lửa tập trung chủ yếu ở rìa các mảng thạch quyển, ở chỗ các mảng đang tách ra

dọc sống núi giữa đại dƣơng, ở chỗ các mảng đang hội tụ.

Sóng thần sinh ra do một số nguyên nhân sau: do động đất với cƣờng độ lớn (thông

thƣờng >7,5 độ richter); do hoạt động của núi lửa; do trƣợt lở đất với khối lƣợng lớn dƣới đáy

biển.

1.2. Tai biến địa chất liên quan với các tai biến khí hậu và môi trƣờng [Nguồn: Cục địa

chất Hoa Kỳ]

Lũ lụt là một dạng tai biến do các hiện tƣợng khí hậu gây ra, nhƣng quá trình vận động

và tác hại của nó trên mặt đất lại dẫn đến những biến đổi lớn về môi trƣờng địa chất ở gần bề

mặt nên có thể coi nhƣ một tai biến địa chất.

Lũ là hiện tƣợng dòng chảy với tốc độ lớn, mặt dòng chảy nâng cao nhanh thƣờng xảy

ra ở miền núi: do thung lũng hẹp, địa hình dốc, lƣợng nƣớc tập trung lớn.

Lũ quét xảy ra ở vùng miền núi, có địa hình dốc, thung lũng hẹp. Lƣợng nƣớc tập

trung tạo thành dòng lớn trong thời gian ngắn, chảy với tốc độ lớn cuốn theo các vật liệu cứng

với kích thƣớc khác nhau (từ mảnh cho đến tảng). Lũ quét có động năng lớn. Lƣợng vật chất

cứng trong dòng chảy chiếm 40 – 60%.

Lũ bùn đá: bản chất nhƣ lũ quét nhƣng chỉ khác là các vật liệu cứng trong dòng chảy

chiếm 80%, có sức tàn phá rất 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 bộ địa phƣơng thƣờng xuất hiện trong phạm vi hẹp,

độ sâu hoạt động không lớn liên quan đến các vận động và điều kiện địa chất gần mặt đất,

điển hình là các hiện tƣợng: trƣợt đất, xói ngầm, lún, nứt, sụt đất,…

5

Trƣợt đất là sự di chuyển đất đá xảy ra trên bề mặt địa hình ở những chỗ sƣờn dốc,

thung lũng sông, vách bờ các hồ và biển liên quan với vận động trọng lực. Trƣợt đất bao gồm

các hiện tƣợng: trƣợt, chảy và đổ lở. Trƣợt đất xảy ra khi lực gây trƣợt của trọng lực vƣợt quá

độ bền của đất đá nói chung hoặc vƣợt quá ở các bề mặt hoặc trong các đới yếu đang tồn tại.

Xói ngầm là quá trình moi chuyển những hạt nhỏ ra khỏi đất đá, ra khỏi chất nhét ở

khe nứt và hốc karst, là một dạng của quá trình rửa xói ngầm đất đá

1.4. Tai biến lún, nứt sụt đất [Nguồn: Cục địa chất Hoa Kỳ]

Nƣt sut đât la hiên tƣơng pha vơ bề măt đia hinh hiên tai băng nhƣng đƣơng nƣt , hô

sụt với quy mô , kích thƣớc khác nhau . Nứt sụt đất là một dạng tai biến địa chất đang xảy ra

khá phổ biến ở Việt Nam.

1.4.1. Nguyên nhân dẫn đến lún, nứt sụt đất

+ Nứt sụt đất do phá hủy kiến tạo.

+ Nứt sụt đất do phá hủy tại chỗ (phi kiến tạo).

+ Nứt sụt đất do ngoại sinh.

a. Nứt sụt đất do phá hủy kiến tạo: đối với nứt sụt đất có nguồn gốc kiến tạo thƣờng

phát triển thành đới và kéo dài theo tuyến, dọc theo các đứt gãy tái hoạt động. Nứt sụt đất có

nguồn gốc kiến tạo không bị các yếu tố tự nhiên (địa hình, tính cơ lý của đất đá…) khống chế,

chúng ổn định, hoạt động mạnh, phát triển đƣờng nứt, hố sụt có hệ thống, quy mô lớn, gây

nguy hại lớn.

b. Nứt sụt đất do phá hủy tại chỗ: Nứt sụt đất có nguồn gốc tại chỗ thƣờng phân bố có

tính địa phƣơng, gắn liền với các vị trí có tiềm năng trƣợt, sụt lún mặt đất và sập mặt đất. Nứt

sụt đất có nguồn gốc tại chỗ do một số nguyên nhân nhƣ:

- Tạo lỗ hổng trong đá cacbonat (karst).

- Tạo hố sụt trên mặt đất trong đá trầm tích gắn kết kém (giả karst).

- Quá trình kết hợp hai dạng trên.

c. Nứt sụt đất do các yếu tố ngoại sinh

Căn cứ vào những đặc điểm nêu trên, có thể thấy rằng khi có mƣa bão lớn, lƣợng nƣớc

ngầm dồi dào có khả năng phá hủy các chất dễ hòa tan, sẽ tạo nên các hố và hang ngầm. Khi

vòm của những hang ngầm sụt xuống, nó kéo theo cả phần đất phía trên khiến miệng hố hiện

ra.

Ngoài hai nguyên nhân chủ yếu nêu trên, nứt sụt đất còn do tác động nhân sinh của

con ngƣời: đó là quá trình khai thác nƣớc ngầm, đào hầm lò,… các quá trình này cũng góp

phần làm gia tăng hiện tƣợng nứt sụt đất trên bề mặt.

1.4.3. Các tác hại tai biến nưt sut đât

6

Ở vùng sản xuất nông nghiệp nƣt sut đât có thể gây ra thiệt hại đến vật nuôi , cây trồng,

ảnh hƣởng đến mùa màng, hủy hoại và làm mất đất canh tác, làm hƣ hỏng các công trình thủy

lợi nhƣ mƣơng máng, cống, hồ, đập nƣớc; ở khu vực dân cƣ sẽ gây thiệt hại về nhà cửa ,

đƣờng xá ảnh hƣởng đến sự ổn định đời sống . Ở đô thị và khu công nghiệp nƣt sut đât gây ra

sự phá hủy nhà cửa kiên cố, nhà xƣởng, đƣờng giao thông, làm giảm tuổi thọ các công trình

dân sinh, công nghiệp và quốc phòng gây thiệt hại lớn về kinh tế và an ninh xã hội.

7

CHƢƠNG 2

CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TAI BIẾN NỨT SỤT ĐẤT

2.1. Khái quát

Nhiệm vụ chính trong nghiên cứu tai biến nứt sụt đất bao gồm: 1) Nghiên cứu có tính

bao quát các yếu tố tự nhiên, điều kiện địa chất, kiến tạo, phân vùng có điều kiện tồn tại và

xuất hiện các tai biến địa chất nói chung, trong đó có tai biến nứt sụt đất; 2) Nghiên cứu chi

tiết đặc điểm cấu trúc các vùng tiềm ẩn nguy cơ cao về tai biến nứt sụt đất để đánh giá, xác

định các yếu tố cấu trúc, diện phân bố, độ sâu phân bố, cơ chế tồn tại và tiềm ẩn tai biến nứt

sụt đất để đề xuất giải pháp phòng tránh.

Để giải quyết nhiệm vụ trên, tùy từng điều kiện cụ thể phải sử dụng các nhóm phƣơng

pháp:

Nhóm 1 là các phƣơng pháp điều tra, khảo sát gồm: địa chất, kiến tạo, viễn thám, thủy

văn, địa chất thủy văn và các tài liệu về điều kiện tự nhiên, các hoạt động dân sinh, kinh tế,

công nghiệp khác,…

Nhóm 2 là các phƣơng pháp nghiên cứu khảo sát chi tiết các vùng tiềm ẩn nguy cơ cao

xuất hiện tai biến gồm: địa vật lý, địa chất công trình, phân tích mẫu,…

2.2. Khả năng ứng dụng của các phƣơng pháp địa vật lý

Trong lĩnh vực địa vật lý có rất nhiều phƣơng pháp để giải quyết nhiệm vụ nghiên cứu

tai biến nứt sụt đất, mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu điểm và hạn chế riêng cho những đối

tƣợng địa chất cụ thể [Smith, D.L. and Randazzo, A.F., 2003].

Phƣơng pháp trọng lực: có hiệu quả để xác định ranh giới phân bố các thành hệ địa

chất có sự khác biệt về mật độ: đá vôi với các đá trầm tích khác. Trong đá vôi có thể phát hiện

hang karst rỗng, vì đá vôi có mật độ tƣơng đối lớn 2,7g/cm3 tạo nên sự chênh lệch đáng kể so

với phần rỗng có mật độ bằng 0. Vì vậy tại ví trí phát hiện hang karst sẽ quan sát thấy dị

thƣờng trọng lực âm.

Phƣơng pháp từ: cho khả năng xác định các thể địa chất có từ tính cao chứa khoáng

vật sắt từ hay phát hiện hang karst bị lấp đầy bởi các vật chất có từ tính mạnh. Đá vôi có từ

tính nói chung là thấp, chủ yếu phụ thuộc vào lƣợng siđerit bị ôxy hóa biến thành hydroxit sắt.

Độ từ cảm của đá vôi chỉ khoảng χ = (4÷70).10-6

CGS, so với hang karst rỗng có χ = 0, nhƣ

vậy giữa hang karst và môi trƣờng xung quanh có phân dị từ tính âm.

Phƣơng pháp địa chấn: Phƣơng pháp đƣợc áp dụng rất có hiệu quả để xác định ranh

giới các tầng cấu trúc địa chất có tốc độ truyền song khác biệt nhƣ lớp phủ Đệ Tứ và lớp đá

gốc rắn chắc phía dƣới, phân chia lớp đá gốc rắn chắc và lớp đá gốc nứt nẻ. Tuy nhiên

8

phƣơng pháp này cũng có một số hạn chế nhất định: các vùng sụt lún thƣờng xuất hiện ở các

khu dân cƣ, vì vậy khi phƣơng pháp này thi công sẽ gặp phải rất nhiều loại nhiễu, đặc biệt là

nhiễu giao thông. Khi sử dụng để tìm các hốc karst nhỏ, bị lấp nhét bởi các vật liệu xung

quanh thì nó có đặc điểm trƣờng sóng giống với môi trƣờng xung quanh, do vậy trƣờng sóng

thu đƣợc không có sự khác biệt so với môi trƣờng xung quanh.

2.3. Các phƣơng pháp điện và điện từ

Trong môi trƣờng địa chất tính chất điện từ (điện trở suất và các tham số điện từ khác

nhƣ tính phân cực kích thích, độ điện thẩm, từ thẩm,…) có mối quan hệ chặt chẽ không chỉ

với thành phần khoáng vật (độ chứa nƣớc, chứa muối khoáng, khoáng vật,…) mà còn có tính

phân dị cao với trạng thái, nguồn gốc của vật chất và thành hệ địa chất khác nhau (độ rắn

chắc, độ rỗng, mức độ chứa nƣớc,…).

Vì vậy, khảo sát các tính chất điện từ cho các thông tin phong phú để nghiên cứu về

trạng thái cấu trúc, phát hiện theo dõi sự phát triển tai biến lún, nứt sụt đất.

Do sự đa dạng về các tham số và thiết bị, quy trình áp dụng đo điện từ cho các yêu cầu

thực tế và đối tƣợng địa chất môi trƣờng khác nhau nên hiện nay có đến hàng chục phƣơng

pháp và thiết bị điện từ cho nghiên cứu các đối tƣợng địa chất khác nhau [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 trên bài toán vật lý về mối quan hệ giữa sự phân bố

mật độ dòng điện trong môi trƣờng từ một nguồn điện phát vào môi trƣờng đó với độ dẫn điện

của môi trƣờng. Đƣợc mô tả bằng phƣơng trình toán học nhƣ sau:

Trong đó: div, grad là các ký hiệu toán học (toán tử); - là hàm số mô tả sự phân bố

độ dẫn điện (trong thực tế thƣờng dùng tham số điện trở suất là giá trị ngƣợc của độ dẫn =

1/ đo bằng đơn vị ôm.mét –Om.m) trong môi trƣờng theo toạ độ x, y, z; U - là hàm điện thế

mô tả sự phân bố điện thế trong môi trƣờng theo toạ độ x, y, z; I -là cƣờng độ dòng điện phát

vào môi trƣờng; - là một hàm số toán học đƣợc gọi là hàm Đirac mô tả tính chất phân bố

nguồn điện trong môi trƣờng ở toạ độ xs, ys, zs; V- là thể tích cực phát của nguồn điện. Tuy

nhiên việc giải phƣơng trình nêu trên trong môi trƣờng địa chất phức tạp là cả một vấn đề lớn

có tính chuyên môn sâu, công việc đó đã đƣợc nghiên cứu hoàn thiện, đối với môi trƣờng

phức tạp chỉ thực hiện đƣợc bằng các chƣơng trình chuyên dụng trên máy tính điện tử. Quy

trình ứng dụng phƣơng pháp này gồm hai công đoạn: 1) Đo thực địa; 2) Xử lý phân tích số

liệu.

)()()(),,(),,( sss zzyyxxV

IzyxgradUzyxdiv

(2.1)

9

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp điện trở suất là đòi hỏi phải có điều kiện nối tiếp đất

các điện cực. Trong nghiên cứu tai biến nứt sụt đất thƣờng đòi hỏi mức độ khảo sát chi tiết

cao (khoảng cách giữa các điện cực chỉ 1-2m đến 5m), khi bề mặt là đá rắn, bê tông, trên diện

tích đo có nhiều địa vật cản trở nhƣ tƣờng nhà, tƣờng rào chắn ngang tuyến đo sẽ rất khó thực

hiện hoặc thực hiện không liên tục sẽ không đáp ứng đƣợc yêu cầu chi tiết cần thiết.

Hiện nay có các phƣơng pháp và thiết bị điện từ sử dụng kết hợp để khắc phục nhƣợc

điểm của phƣơng pháp điện trở suất nêu trên 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 trên cơ sở lời giải bài toán đo tín hiệu điện và từ ở

không gian phía trên bề mặt đất (trong không khí) của một nguồn phát là lƣỡng cực điện tiếp

đất hoặc không tiếp đất.

Phƣơng pháp điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA dựa trên nguyên lý cảm ứng

điện từ nên phƣơng pháp có ƣu điểm là sử dụng thiết bị phát và thu tín hiệu có thể không cần

điện cực tiếp địa, độ phân giải cao về tính chất dẫn điện của môi trƣờng gần nhƣ phƣơng pháp

điện trở, thiết bị gọn nhẹ nên có thể thực hiện đƣợc ở trên mọi điều kiện bề mặt không cho

phép tiếp địa điện cực, có khả năng thực hiện mạng lƣới đo chi tiết trong không gian hạn

chế,... Đặc điểm này giúp cho việc đo đạc nhanh theo quy trình đo vẽ bản đồ, phủ kín đƣợc

các vùng cần quan tâm, có thể theo dõi đƣợc sự thay đổi tính chất điện từ trong lòng đất theo

diện ở những nơi bị cản trở bởi các công trình khó thực hiện đƣợc bằng phƣơng pháp điện trở.

Phƣơng pháp radar: là một phƣơng pháp điện từ sử dụng tần số từ đơn vị MHz đến

hang trăm MHz cho khả năng nhận thông tin tốt trực tiếp đối với các đối tƣợng có độ điện

thẩm khác biệt với môi trƣờng nhƣ các hang karst khô, các vật chất rắn trong đất,…Tuy nhiên

trong nhiều trƣờng hợp điều kiện địa hình phức tạp không thực hiện đƣợc bằng thiết bị radar

có màn chắn, còn thiết bị radar không có màn chắn chống nhiễu kém, phân giải thấp, mực

nƣớc ngầm gần mặt đất, điều kiện thời tiết xấu rất khó thu đƣợc tín hiệu hay không thực hiện

đƣợc.

10

CHƢƠNG 3

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 và điều kiện địa chất trong mối liên quan với hiện tƣợng nứt sụt

đất

3.1.1. Đặc điểm tự nhiên

Thanh ba la huyên miên nui năm ơ tây băc tỉnh Phú Thọ với tổng diện tích tự nhiên

19.503,41 ha. Đia hinh thâp dân tƣ đông băc xuông tây nam , chủ yếu là núi thấp , gò đồi và

môt phân diên tich nho co đia hinh đông băng năm doc ven sông Hông .

Huyên Thanh Ba năm trong vung khi hâu nhiêt đơi gio mua . Nhiêt đô trung binh năm

là 23,20C. Lƣơng mƣa trung binh năm khoang 1.463mm. Độ ẩm trung bình năm khoảng 84%.

Huyên Thanh Ba co mang sông suôi va ao hô vơi diên tich la 1.106 ha, trong đo ao hô

chiêm 720,9ha.

3.1.2. Đặc điểm địa chất

Địa tầng: khu vực nghiên cứu lộ ra các 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 (N1

3 cp) và các thành tạo trầm tích Đệ Tứ bở rời.

3.1.3. Đặc điểm địa hinh – đia mao

Huyên Thanh Ba co đia hinh đôi la chu yêu chiêm gân 90% và xen kẽ chúng là các

dạng địa hình thung lũng sông , suôi đƣơc lâp đây bơi cac trâm tích Đệ Tứ. Độ cao địa hình có

xu thê nghiêng va thâp dân tƣ đông băc xuông tây nam . Đia hinh phân bô thanh nhƣng dai

dạng tuyến theo phƣơng TB – ĐN.

3.1.4. Đặc điểm cua các kiến truc đứt gay kiến tạo

11

Đứt gãy trong vùng phát triển theo 3 phƣơng chinh : chủ đạo là TB – ĐN; ĐB – TN va

á kinh tuyến mang tính địa phƣơng, đong vai tro lam ranh giơi cac tâng câu trúc tân kiên tao

khác nhau.

3.1.5. Đặc điểm địa chất thuy văn

Yêu tô ĐCTV la tac nhân co anh h ƣởng lớn đến việc hình thành và phát triển của tai

biên nứt sụt đất . Tác nhân này có thể đóng vai trò tiềm ẩn nguy cơ , đông thơi nhiêu khi vƣa

đong vai tro thuc đây qua trinh phat sinh cung nhƣ gia tăng cƣơng đô phat triê n tai biên .

3.1.5.1. Các tâng chứa nươc dươi đất

Trong khu vƣc nghiên cƣu tôn tai 5 tâng chƣa nƣơc chinh : tâng chƣa nƣơc lô hông

trong trâm tich bơ rơi Đê tƣ; tâng chƣa nƣơc khe nƣt trong đa trâm tich luc nguyên Neogen hê

tâng Văn Yên va Cô Phuc ; tầng chứa nƣớc khe nứt trong đá biến chất hệ tầng Ngòi Chi; tầng

chứa nƣớc khe nứt trong đá trầm tích lục nguyên Triat thƣợng hệ tầng Văn Lãng; tầng chứa

nƣớc khe nứt (dập vỡ) – karst trong đá vôi Triat trung hệ tầng Đồng Giao.

3.1.5.2. Động thái nươc dươi đất

a. Mối liên quan nươc mặt vơi nươc ngâm.

Vào mùa mƣa, nguồn nƣớc mặt lớn. Lƣu lƣợng nƣớc trên các sông, suối lớn. Các

giếng đào của cƣ dân địa phƣơng đầy nƣớc. Trong khi vào mùa khô hạn, lƣợng mƣa ít, dòng

chảy ở sông suối có lƣu lƣợng nhỏ, nhiều chỗ lòng suối cạn, các giếng đào của dân cƣ địa

phƣơng cũng bị cạn theo. Mực nƣớc ở các giếng đào, giếng khoan khai thác cũng bị xuống rất

thấp, hầu nhƣ chỉ có các giếng đào nằm ở tầng chứa nƣớc khe nứt, đới nứt nẻ - karst thì còn

đủ nƣớc để dùng sinh hoạt hàng ngày. Nhƣ vậy, nƣớc ngầm và nƣớc mặt có mối quan hệ chặt

chẽ, mật thiết với nhau. Nƣớc mặt từ các sông suối, ao hồ trực tiếp thấm qua tầng đất, qua

tầng chứa nƣớc lỗ hổng của trầm tích Đệ Tứ, theo các khe nứt, đới dập vỡ kiến tạo xuống

dƣới, bổ cập trực tiếp cho nƣớc ngầm cho các tầng chứa nƣớc bên dƣới.

b. Dao động mực nươc ngâm.

Nhìn chung, nƣớc ngầm biến động theo mùa ở các khu vực khác nhau, mức độ biến

động mực nƣớc ngầm cũng có sự khác nhau. Biên độ dao động chung của mực nƣớc ngầm

trên khu vực nghiên cứu thay đổi từ 3-4m đến 7-8m, đôi khi có nơi đạt xấp xỉ 10m.

3.1.6. Đặc điểm địa chất công trình

3.1.6.1. Điều kiện ĐCCT

Đã tiến hành khảo sát cac hố sụt và lấy mẫu nguyên dạng ở độ sâu từ 1-3m, phục vụ

cho công tác thí nghiệm trong phòng. Để làm sáng tỏ nguyên nhân nào dẫn đến nứt sụt đất,

tập trung vào 2 khu vực sụt đất nghiêm trọng chính: Ninh Dân và Đồng Xuân.

a. Khu vực mỏ khai thác đá vôi Ninh Dân

12

Trầm tích lớp phủ có bề dày mỏng từ 1,6 – 2,2m; thành phần hạt không đồng nhất bao

gồm: dăm, sỏi, sạn, cát, sét, bụi.

Thành phần của đất là 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% và dăm cuội dao động từ

13-16%. Chỉ số dẻo dao động từ 7,4 đến 20,3%.

Lƣợng co ngót thể tích của các mẫu đất thí nghiệm thấp , dao đông trong khoang 12,4-

17,3%; đăc tinh trƣơng nơ không đang kê tƣ 0,37 đến 2,59%. Tuy nhiên, tính tan ra cua cac

mâu nay kha manh , khả năng tan rã rất nhanh ngay khi bắt đầu thí nghiệm . Các mâu set pha

và sét pha chứa nhiều sạn cho khả năng tan rã trung bình từ 80 đến 100% (> 5 giơ) và 2 mâu

đât loai set chi tan ra trung binh 39% (> 5 giơ). Hê sô thâm tƣơng đôi cao , tƣ 8,05.10-6

cm/s

trong mâu đât loai set đên 5,55.10-4

cm/s trong mâu đât set pha chƣa nhiêu san .

Đa vôi xam trăng , xám xanh , nƣt ne phong hoa vƣa , cƣng chăc . Đá vôi thuộc loại

sạch, có chất lƣợng tƣơng đối đồng đều . Đa vôi co đăc điêm răn chăc nhƣng don dê vơ . Khôi

lƣơng thê tich trung binh 2,68g/cm3. Cƣơng đô khang nen ơ trang thai tƣ nhiên thay đôi tƣ

810 đến 1.130kG/cm3. Cƣơng đô khang keo tƣ 51 đến 86kG/cm

2. Lƣc dinh thay đôi tu 221

đến 361kG/cm2, hê sô kiên cô 8 đến 10.

b. Khu vưc xa Đông Xuân (xom Cây Dưa)

Các kết quả phân tích trƣớc đây cho thấy , đa vôi co tinh chât cơ ly tƣơng tƣ đa vôi ơ

mỏ đá Ninh Dân . Kêt qua phân tich thanh phân hat cat phân bô ơ đây la cat hat min chƣa

nhiêu bui dê co khả năng tự chảy khi có động lực dòng nƣớc hoặc trong quá trình triển khai

hô mong công trinh trên chung .

3.1.7. Hiện trạng nứt sụt đất

Nƣt sut đât trên đia ban nghiên cƣu đa đƣơc ghi nhân tƣ nhƣng năm 70 thê ky trƣơc .

Tuy nhiên, vào thời gian đó , tai biên nay xay ra đơn le trên pham vi đât canh tac ngoài khu

dân cƣ không anh hƣơng trƣc tiêp đên sinh hoat và đời sống cua ngƣơi dân , nên it đƣơc quan

tâm. Trong cac năm tƣ 2000 đến 2005 tại nhiều khu vực bao gồm các khu dân cƣ thuôc huyên

Thanh Ba đa xuât hiên hiên tƣơng nƣt sut đât , hai nơi xuất hiện nứt sụt manh và hậu quả

nghiêm trọng là : Xóm Cây Dừa (khu 3) xã Đồng Xuân và thôn Đồng Xa (khu 3, khu 6) xã

Ninh Dân.

3.1.7.1. Nứt sụt đất tại xa Ninh Dân

Nứt sụt đất tại xã Ninh Dân bắt đầu diễn ra mạnh mẽ và gây thiệt hại từ năm 2000.

Hiện tƣợng sụt đất làm toàn bộ khu ruộng trồng ngô ở khu 3 mất khả năng canh tác và nhiều

nhà cửa sân vƣờn của gần 70 hộ dân bị nứt, xé tƣờng, nứt thành giếng, lún nền nhà, hiện

13

tƣợng mất nƣớc tại các giếng khơi, sụt đất và nứt lún đất, từ cuối năm 2000 hiện tƣợng trên

xảy ra mạnh hơn khi ở đây tiến hành nổ mìn khu khai thác đá vôi cung cấp cho các nhà máy

sản xuất xi măng.

Khu vực thôn Đồng Xa bao gồm cả ruộng trồng ngô, vƣờn và khu nhà dân sụt lún đất,

tạo thành từng chuỗi hố sụt và phát triển theo các hƣớng nhất định. Sụt đất đã kéo theo tất cả

những gì có trên mặt đất nhƣ cây cối, hoa màu, đất đá.

3.1.7.2. Nưt sut đât tai xa Đông Xuân

Năm 2004 trên đia ban nay , nứt sụt đất manh đông loat xay ra trong môt khoang thơi

gian ngăn . Hàng loạt ngôi nhà (tƣơng, sân nha) bị rạn nứt . Trong đo, ngôi nha 4 tâng la tru sơ

chi nhanh Điên Thanh Ba bi nƣt manh nhât ơ trên tƣơng , nên, sân nha , tƣơng bao, góc sân bị

sụt lún sâu làm cho công trình này không sử dụng đƣợc .

Ngoài khu vực các xã Đồng Xuân và Ninh Dân , nứt sụt đất con phat hiên ơ pham vi xa

Yên Nôi , nơi có một mỏ khai thác đá vôi. Tại đây hiện tƣợn g nứt sụt đất xay ra năm 2004

cũng là thời gian có hoạt động nổ mìn khai thác đá lam cho khoang 10 nhà dân bị nứt mạnh

tƣơng, sân nha, và gây nứt mặt đƣờng giao thông.

3.1.7.3. Mối quan hệ giữa các yếu tố địa chất kiến tạo và sự xuất hiện tai biến nứt sụt đất ở

khu vực nghiên cứu

Tai biến xuất hiện mạnh mẽ ở khu vực xã Ninh Dân, Đồng Xuân, Yên Nội là nơi có

những điều kiện địa chất, kiến tạo, địa chất thủy văn sau: về địa tầng là vùng phân bố đá vôi

hệ tầng Đồng Giao (T2 đg) lộ ra; về kiến tạo có các đứt gãy khu vực cắt qua; về địa chất thủy

văn có các dòng chảy bề mặt và có khả năng tồn tại các dòng chảy ngầm. Ngoài ra, ở đây có

các hoạt động công nghiệp và hoạt động dân sinh cao: nổ mìn khai thác trong mỏ đá vôi, mật

độ xây dựng và công trình dân sinh khác: giếng nƣớc, ao, móng và nền nhà bê tông,… Sự

xuất hiện tai biến sụt đất rõ ràng có nguyên nhân nội sinh và các tác động ngoại sinh.

Các phƣơng pháp điều tra, khảo sát địa chất chỉ có thể đánh giá đƣợc các biểu hiện sụt

đất ở những nơi đá vôi và hố sụt mới xuất hiện. Để đánh giá các hố sụt ẩn hay đã bị vùi lấp

cần tiến hành các khảo sát địa vật lý.

3.2. Kết quả khảo sát địa vật lý

3.2.1. Nhiệm vụ và phạm vi khảo sát:

1/ Lựa chọn các phƣơng pháp thích hợp, triển khai đo thực địa trên các khu vực có

biểu hiện và nguy cơ cao về các tai biến sụt đất, nứt đất tại hai khu vực: xã Ninh Dân và xã

Đồng Xuân.

14

2/ Xác định chi tiết đặc điểm cấu trúc địa chất, vùng phân bố các hệ tầng đá có tính

chất khác nhau, đặc biệt là tầng đá vôi, các bất đồng nhất liên quan đến các hang hốc, đới phá

hủy trong đá gốc ẩn dƣới mặt đất.

3/ Cung cấp thêm thông tin cùng với các yếu tố địa chất - kiến tạo và các quá trình

hoạt động địa chất khác để giải thích nguyên nhân, cơ chế xuất hiện tai biến sụt đất, nứt đất và

nứt nhà cửa ở khu vực khảo sát.

4/ Xác định quy mô, không gian phân bố cấu trúc tiềm ẩn nguy cơ cao gây sụt đất

trong phạm vi khảo sát làm cơ sở khuyến cáo, cảnh báo mức độ nguy hiểm và 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 và quy trinh thích hợp

Để thực hiện các nhiệm vụ nêu trên đã tiến hành thử nghiệm phƣơng pháp địa chấn

công trình (Tuyến 2dc), phƣơng pháp đo sâu điện trở (Tuyến 8đ) ở khu vực xã Ninh Dân, nơi

có các hố sụt lộ chƣa bị lấp. So sánh kết quả thử nghiệm đo địa chấn và đo sâu điện trở trên

một tuyến đo cho thấy: mặt cắt điện trở suất có sự phân dị môi trƣờng cao hơn nhiều so với

mặt cắt tốc độ truyền sóng, trong đó các hố sụt trên tuyến đo đều thể hiện trên mặt cắt điện trở

suất, còn trên mặt cắt tốc độ truyền sóng chỉ thể hiện địa hình ranh giới các lớp phủ và mặt đá

gốc. Ranh giới tiếp xúc các tầng đá khác nhau ở cuối tuyến đo có thể liên quan đến đới phá

hủy kiến tạo đều thể hiện rõ trên tài liệu của cả hai phƣơng pháp.

Kết quả thử nghiệm cho phép lựa chọn phƣơng pháp điện trở suất với độ sâu khảo sát

30 m có thể giải quyết tốt nhiệm vụ đặt ra. Tuy nhiên, các cản trở về địa hình, địa vật (nhà

cửa, tƣờng rào, nền xi măng,…) ở hầu hết các địa điểm không thể thực hiện đo cắt lớp chi tiết

theo yêu cầu. Mặt khác, để đáp ứng yêu cầu đo chi tiết trên diện ở các địa điểm có nguy cơ

cao tai biến sụt đất, nếu tiến hành phƣơng pháp cắt lớp điện trở suất theo mạng lƣới tuyến và

điểm đo dày sẽ đòi hỏi chi phí rất lớn, vƣợt quá khả năng kinh phí của các đề án, nên đã lựa

chọn kết hợp hai phƣơng pháp: 1) Phƣơng pháp đo điện trở theo quy trình cắt lớp 2D để xác

định phân bố các yếu tố cấu trúc theo chiều sâu; 2) Phƣơng pháp điện từ bằng thiết bị ERA

theo quy trình đo bản đồ điện trƣờng (tƣơng đƣơng với điện trở suất) cho phép theo dõi phân

bố các cấu trúc trên diện khảo sát là giải pháp tốt nhất cho giải quyết nhiệm vụ.

3.2.3. Kết quả áp dụng phương pháp đo sâu cắt lớp điện trở và điện từ tần số thấp sử dụng

thiết bị ERA.

Đã thực hiện đo địa vật lý theo nguyên lý cắt lớp 2D trên các tuyến bằng 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, một số tuyến đo có chiều dài đến 450m trên

15

các khu vực cần thiết để làm rõ đặc điểm cấu trúc và có dấu hiệu xuất hiện nứt, sụt đất và các

dự đoán địa chất tới độ sâu 30 m.

Các khu vực đo vẽ bản đồ đặc điểm phân bố đất đá và đối tƣợng hang hốc bằng thiết

bị ERA-MAX với tần số 625 Hz, AB là dây dẫn tiếp địa hai đầu độ dài 300 – 400m có dòng

phát ổn định định 200 mA đặt cố định tại rìa diện khảo sát, MN đo cƣờng độ điện trƣờng Ex

(mV) là ăng ten dài 2m theo mạng lƣới tuyến đo song song với đƣờng dây AB, khoảng cách

điểm đo 2m. Độ sâu khảo sát là thông tin về môi trƣờng từ mặt đất đến 5 -10 m.

Kết quả đo theo quy trình cắt lớp điện trở đƣợc phân tích bằng phần mềm RES2DINV

(Loke). Dựa vào mối quan hệ giữa tính chất phân bố điện trở suất nhận đƣợc và tính chất vật

lý, đặc điểm phân bố của đất đá của môi trƣờng khu vực khảo sát (từ tài liệu địa chất và quan

sát trên thực địa) sẽ luận giải và phân chia đƣợc các vùng phân bố các loại đất đá tƣơng ứng

với các cấu trúc có đặc trƣng điện trở suất và hình thái phân bố chúng:

- Các cấu trúc điện trở suất rất cao có tính cục bộ trên bề mặt đặc trƣng cho các loại

đất khô, xốp, bở rời phân bố trùng với các hố sụt lộ quan sát đƣợc trên tuyến đo, dễ dàng nhận

biết đƣợc đó là dấu hiệu của sự bất đồng nhất đất đá liên quan đến các hố sụt. Trên kết quả

phân tích tài liệu đo điện trở suất dễ dàng nhận biết đƣợc phân bố các hố sụt đã vùi lấp.

- Cấu trúc điện trở suất cao, phân bố rộng rãi theo tuyến cũng nhƣ chiều sâu có thể

quan sát đƣợc ở một số nơi có đá vôi lộ trên mặt cho phép nhận biết đó là vùng phân bố đá

vôi khối rắn chắc (đá cacbonat không chứa nƣớc).

- Cấu trúc điện trở suất trung bình phân bố bên trên hay liền kề với cấu trúc điện trở

suất cao cho phép nhận biết đó là phần đá vôi phong hóa, nứt nẻ chứa nƣớc hoặc sét ẩm.

Trong trƣờng hợp có các cấu trúc kích thƣớc nhỏ (thấu kính) điện trở suất cao hơn nhiều phân

bố trong nền đá vôi rắn chắc sẽ là thông tin về hang rỗng không chứa nƣớc, nhƣng chỉ xuất

hiện ở phần đá vôi nằm trên mực nƣớc ngầm.

- Cấu trúc điện trở suất thấp đến trung bình có diện phân bố rộng, kề với các cấu trúc

cấu trúc điện trở suất cao hay trung bình nêu trên cho phép dự báo hay nhận biết đó là các 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 là

chỉ thị về các đứt gãy kiến tạo hay ranh giới tiếp xúc các loại đá khác nhau kể trên. Trong điều

kiện tồn tại dƣới mực nƣớc ngầm các cấu trúc vỉa đó thƣờng có điện trở suất thấp do chứa

nƣớc và sét ẩm.

Đo vẽ bản đồ thành phần điện từ Ex không đòi hỏi các xử lý phân tích phức tạp, từ kết

quả đo thực địa sẽ thực hiện việc vẽ bản đồ cƣờng độ điện trƣờng Ex và phân chia các vùng

16

có các cƣờng độ khác nhau (tƣơng tự giá trị điện trở suất) để nhận biết về sự phân bố các yếu

tố cấu trúc môi trƣờng trong diện khảo sát.

Dựa vào tài liệu địa chất, các chỉ thị và luận giải nêu trên, kết quả phân tích tài liệu đo

điện trở trên mỗi tuyến đo đƣợc chuyển thành mặt cắt địa chất – địa điện, tài liệu đo điện

trƣờng đƣợc chuyển thành bản đồ địa chất – điện từ, cho phép nhận biết dễ dàng hiện trạng

cấu trúc môi trƣờng và các yếu tố gây tai biến nứt sụt đất cũng nhƣ sử dụng tài liệu kết quả

địa vật lý trong khu vực khảo sát

3.2.3.1. Khu vưc xa Ninh Dân

Thực hiện tại 3 địa điểm: 1) Khu vực Nhà thờ Ninh Dân nơi xuất hiện hệ thống hố sụt

nhiều và mạnh nhất, có mật độ dân cƣ đông nhất: ngoài các tuyến đo thí nghiệm địa chấn

(T2dc) và cắt lớp điện trở (T8đ) đã thực hiện 2 tuyến đo điện trở (T1đ và T5đ) và đo bản đồ

cƣờng độ điện trƣờng Ex; 2) Khu vực nhà văn hóa khu 2 và 3) Khu tái định cƣ Ninh Dân, mỗi

nơi 1 tuyến đo cắt lớp điện trở (T10đ và T3đ) và đo bản đồ cƣờng độ điện trƣờng.

A. Tại địa điểm nhà thờ Ninh Dân:

Kết quả đo điện trở suất:

Kết quả xử lý phân tích tài liệu đo điện trở suất ở đây (T1đ, T5đ, T8đ) phản ánh đặc

điểm cấu trúc các tầng đất đá đến độ sâu 35 m, cho phép luận giải các thông tin sau:

- Đá vôi khối rắn chắc phân bố chủ yếu ở phần dƣới hay từng phần mặt cắt có khi nhô

lên sát mặt đất.

- Đá vôi nứt nẻ chứa nƣớc phân bố không đều: có khi nằm trên đá vôi khối, lộ ra gần

mặt đất hoặc nằm kề hay có dạng thấu kính ở trong đá vôi khối. Cấu trúc đá vôi nứt nẻ dạng

thấu kính phân bố bên trong đá vôi khối có lớp phủ bở rời trên mặt là đối tƣợng có điều kiện

xảy ra tai biến sập, sụt karst (sụt đất), trên tài liệu địa vật lý quan sát đƣợc ở giữa tuyến T5đ,

đầu tuyến T1đ và nửa đầu tuyến T8đ. Độ sâu phân bố tầng đá vôi nứt nẻ từ 5 -10m đến 15 –

20m. Trên sơ đồ phân bố tuyến đo có thể nhận biết vùng phân bố của cấu trúc này trong phạm

vi khảo sát và là nơi quan sát đƣợc nhiều hố sụt hiện tại.

- Đá vôi hang hốc phân bố gần bề mặt tới độ sâu 5 -10m tạo ra địa hình lồi lõm kế tiếp

trên mặt đá vôi nứt nẻ thể hiện trên các tuyến đo. Trên mặt cắt địa chất - điện trở suất dễ dàng

nhận biết đƣợc các vị trí hố sụt hiện tại và cả quy mô các hố sụt trong quá khứ đã bị vùi lấp.

Đây cũng là nơi dự báo khả năng sẽ xảy ra tai biến sụt mạnh nhất.

Tại vị trí dự báo nơi có hang karst trong đá vôi trên mặt cắt lớp điện trở tuyến T8đ

Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT Miền Bắc đã tiến hành khoan kiểm tra lỗ khoan HK02 đã xác nhận

sự tồn tại hang hốc và các vật liệu sét lấp nhét khe nứt nẻ. Kết quả này khẳng định độ tin cậy

phƣơng pháp địa vật lý đã áp dụng.

17

Kết quả đo bản đô cường độ điện trường Ex:

Trên các tuyến đo cắt lớp đã theo dõi đƣợc thiết diện các cấu trúc đá và hang hốc theo

chiều sâu thì trên bản đồ này ta dễ dàng theo dõi đƣợc đặc điểm các cấu trúc đất đá và cấu

trúc phát triển hang hốc trên diện khảo sát. Bản đồ cƣờng độ điện trƣờng Ex cho phép phân

chia các vùng đất đá khác nhau (tƣơng tự phân chia đất đá theo điện trở suất): các vùng giá trị

cƣờng độ điện từ thấp là các đất đá ngậm nƣớc (sét, sét pha ẩm), vùng có cƣờng độ Ex trung

bình là đá vôi nứt nẻ, vùng giá trị Ex cao là đá vôi rắn chắc hay hang hốc khô, rỗng. Trong

diện tích khảo sát, các đới cƣờng độ Ex khác nhau cho phép nhận biết hình thái cấu trúc phân

bố các loại đá khác nhau, các lớp đá vôi có sự xen lấn rất rõ. Các lớp đá vôi bị cắt xẻ mạnh

theo phƣơng bắc nam là chủ đạo. Các cấu trúc thể hiện lớp đất sét dạng hố, rãnh xẻ là dấu vết

các hoạt động sụt karst trong quá khứ đã bị vùi lấp

Ở rìa các cấu trúc này, nơi tiếp giáp với đá vôi nứt nẻ mạnh vẫn thƣờng xuất hiện các

khe nứt sụt kích thƣớc nhỏ. Các hang karst, hố sụt mới xuất hiện phân bố trong các vỉa đá vôi

khối, đá vôi ít nứt nẻ lộ đều thể hiện rõ trên bản đồ này. Phƣơng chủ đạo của các hang rãnh

karst đồng thời là hƣớng dòng chảy trong đá vôi là từ nam lên bắc và tây bắc. Trên bản đồ này

nhận biết đƣợc vùng mật độ cao phân bố hố sụt trong quá khứ, hiện nay còn ẩn dƣới mặt đất

là thông tin quan trọng của tài liệu địa vật lý cần đƣợc quan tâm, để tiến hành khảo sát kiểm

tra trực tiếp, quan trắc, từ đó có biện pháp phòng tránh sớm, không để xảy ra những thiệt hại

có thể báo trƣớc.

B. Tại địa điểm nhà Văn hoa khu 2 Ninh Dân:

Kết quả đo điện trở suất:

Trên tuyến T10đ cho thấy bề mặt nền đá vôi rắn chắc lộ cao hơn, ít bị cắt xẻ hơn so

với các tuyến đo ở khu vực nhà thờ Ninh Dân. Ở nửa cuối tuyến T10đ thể hiện một dấu vết

phễu karst (hố sụt) có kích thƣớc lớn đã đƣợc lấp đầy sét. Ở rìa tiếp giáp cấu trúc phễu này và

đá vôi khối đã quan sát đƣợc trên thực địa một hố sụt đã bị lấp. Các dấu vết về tai biến sụt đất

thể hiện trên mặt cắt địa vật lý có dạng các hố sụt phân bố trong lớp phủ trên bề mặt đá vôi

rắn chắc cho biết ở đây chỉ có dạng lún carst. Tại khu vực dự báo phễu carst đã bị vùi lấp đã

khoan kiểm tra (HK4) cho thấy thông tin về hiện trạng phân bố các loại đá đƣợc luận giải trên

tài liệu địa vật lý là tin cậy.

Kết quả đo bản đô cường độ điện trường Ex:

Ở khu vực nhà văn hóa khu 2 các lớp đá vôi lộ ra ở phía đông bắc và bị phủ bởi sét ở

phần tây nam tạo ra ranh giới tiếp giáp giữa vùng đá vôi phía đông bắc và vùng sét phía tây

nam. Thực chất ở phần tây nam đá vôi đã bị bóc mòn trong quá khứ, sự bóc mòn đang tiếp tục

phát triển về phía đông bắc. Ở vùng tiếp giáp là đá vôi nứt nẻ mạnh thể hiện nhiều hang hốc

18

dạng rãnh xẻ, hố trũng đƣợc lấp sét. Một số ít dấu vết hang xuất hiện cả trong lớp đá vôi nứt

nẻ yếu. Có hai nơi thể hiện dấu hiệu hang rỗng trong đá vôi khối ở góc phía bắc và đông bắc

của khu vực đo vẽ. Điều đó chứng tỏ các cấu trúc đất đá và hang hốc ở khu vực này có sự

phát triển nối tiếp với khu vực nhà thờ Ninh Dân. Nơi có giếng đào lấy nƣớc là rìa một phễu

karst cổ đã vùi lấp sét, nguồn nƣớc xuất lộ ở đây chính là nƣớc từ trong đá vôi nứt nẻ mạnh

chảy ra. Dựa vào sự phân bố đá vôi nứt nẻ mạnh có thể dự báo đƣợc hƣớng dòng nƣớc chảy

trong tầng đá vôi này từ đông nam lên tây bắc.

C. Tại địa điểm khu tái định cư Ninh Dân:

Kết quả đo điện trở suất:

Tƣơng tự nhƣ khu vực nhà văn hóa Ninh Dân, trên kết quả phân tích tài liệu đo điện

trở tuyến đo T3đ cấu trúc đá vôi nứt nẻ có diện phân bố ở nửa đầu tuyến có dấu hiệu các cấu

trúc lún karst đã bị vùi lấp. Phần nửa cuối tuyến nền đá vôi khối rắn chắc lộ rất gần mặt đất,

lớp đá vôi nứt nẻ có chiều dày mỏng, có dấu hiệu các hốc karst độ sâu không lớn đã bị phủ lấp

đất sét ẩm.

Kết quả đo điện trường Ex:

Bản đồ phân bố các cấu trúc đất đá trong phạm vi khảo sát theo cƣờng độ điện trƣờng

Ex cho thấy các lớp sét xen kẹp trong đá vôi nứt nẻ có dạng rãnh xẻ là hình thái karst trong

khu vực này, tại rìa dƣới (phía nam) khu vực khảo sát còn quan sát đƣợc một phễu karst chƣa

bị vùi lấp, là nơi thu nƣớc mặt dẫn vào các rãnh karst ngầm. Theo kết quả quan sát địa chất

thủy văn ở một số giếng xung quanh khu vực khảo sát cho thấy động thái nƣớc ngầm ở đây

thay đổi mạnh theo mùa có hƣớng chảy về phía bắc, các rãnh karst trên kết quả địa vật lý là

thông tin chỉ thị yếu tố chính chi phối chuyển động nƣớc ngầm ở đây. Kết quả địa vật lý cho

phép dự báo các vùng có nguy cơ sụt, đồng thời cho thông tin về khả năng khai thác nƣớc

karst cho sinh hoạt quy mô nhỏ gia đình.

3.2.3.2. Khu vưc xa Đông Xuân

Tại góc sân nhà chi nhánh điện Thanh Ba – Nhà máy rƣợu Đồng Xuân đã xuất hiện

một hố sụt lớn làm sập một góc nhà xây kiên cố và một số vết nứt kéo dài cắt qua tƣờng rào

phía sau nhà chi nhánh điện. Đã thực hiện 2 tuyến cắt lớp điện trở: T6đ và T7đ. Các hố sụt và

nứt đất ở vào khoảng đầu của tuyến 7đ. Vì hố sụt nằm sát với đƣờng quốc lộ và có nhà ở kiên

cố xây kín nên không có điều kiện thực hiện đƣợc cắt lớp điện trở ngay tại hố sụt.

Kết quả phân tích tài liệu đo điện trở cho thấy địa chất ở đây có một cấu trúc xung

yếu, đó là sự sụt sâu mặt đá vôi ở khu vực nhà Chi nhánh điện (đầu tuyến T7đ). Bề mặt của

nền đá vôi nhô cao ở phía nhà Chi nhánh điện (5-7m dƣới tuyến T7đ) và chìm sâu về phía

Nhà máy rƣợu Đồng Xuân (12 -15m dƣới tuyến 6đ). Lớp phủ bên trên đá vôi này gồm 2 lớp:

19

1) lớp trên gần mặt đất thể hiện tính chất của sét bùn, cát chảy (điện trở suất tƣơng đối thấp).

Chiều dày lớp này không ổn định: đầu tuyến 7đ (phía nhà chi nhánh điện) chiều dày nhỏ hơn

rất nhiều so với tuyến 6đ (phía NM rƣợu Đồng Xuân); 2) lớp dƣới nằm kề đá vôi thể hiện tính

chất của sét, sét pha (điện trở suất tƣơng đối cao).

Phân tích các đặc trƣng đất đá theo tài liệu địa vật lý và các thông tin địa chất cho

phép đƣa ra một số nhận xét sau: Nền đá gốc – đá vôi ở đây bị sụt lún hay bị bóc mòn mạnh

đƣợc lấp đầy bởi các trầm tích trẻ bở rời Đệ Tứ có tính chất cơ lý rất yếu, đặc biệt là lớp cát

chảy. Trên thực địa dọc tuyến đo cũng gặp những vũng bùn lầy rất sâu nhƣ các hốc thể hiện

trên mặt cắt địa vật lý. Chính các vật chất gắn kết yếu này dễ bị lôi cuốn bởi các dòng chảy

ngầm cũng nhƣ trên mặt gây mất ổn định cho nền đất. Vì vậy, hiện tƣợng hố sụt và nứt nẻ ở

gần nhà Chi nhánh điện Thanh Ba là do sự sụt lún, phá hủy, lôi cuốn lớp sét pha, lớp cát chảy

xuống hang đá vôi bên dƣới. Diện phân bố của đới xung yếu này sẽ thể hiện trên kết quả đo

vẽ bằng thiết bị điện từ.

3.3. Luận giải cơ chế, nguyên nhân nứt sụt đất ở Thanh Ba và đề xuất giải pháp phòng

tránh

3.3.1. Nguyên nhân chính (yếu tố tự nhiên)

Nguyên nhân chính xuất hiện sụt đất ở những khu vực này là do địa hình thấp trùng

bằng phẳng ven đồi, nơi chịu tác động mạnh của các dòng chảy mặt và nƣớc mƣa, đặc biệt

vào mùa lũ, mặt khác địa chất khu vực này có nền đá vôi Cacbonat phân bố rộng, nằm chìm

dƣới mặt đất và chịu sự ảnh hƣởng trực tiếp bởi đứt gãy cấu tạo có phƣơng Tây Bắc – Đông

Nam. Hoạt động của các đứt gẫy đã tạo cho tầng đá vôi bị dập vỡ mạnh là điều kiện thuận lợi

cho quá trình phong hóa hóa học phát triển hình thành nhiều hang karst ngầm dƣới mặt đất.

Quá trình vận động của nƣớc do thấm từ trên xuống, do vận động theo phƣơng nằm ngang,

dẫn đến rửa trôi, xói mòn, bóc mòn vật liệu theo thời gian các khe nứt này mở rộng dần và đá

vôi bên vách các khe nứt vẫn tiếp tục bị hòa tan. Các khoảng rỗng trong các lớp đá tăng dần

về kích thƣớc và bắt đầu phát triển hệ thống thoát nƣớc ngầm, cho nhiều nƣớc hơn đi qua và

làm tăng tốc độ hình thành các khe nứt. Khi mực nƣớc dƣới đất bị hạ thấp, nƣớc mƣa ngấm

xuống các khe nứt mang theo các vật chất của lớp phủ Đệ tứ (chủ yếu là đất thuộc nhóm đất

loại sét, sét pha), hoặc nóc hang bị bào mòn đến mức độ không thể chống đỡ đƣợc trọng

lƣợng của lớp đất đá bở rời của hệ Đệ Tứ nằm bên trên thì hiện tƣợng sụt lún đất diễn ra.

Các yếu tố khác nhƣ sự vận động của nƣớc dƣới đất cũng thúc đẩy quá trình rửa lũa,

hòa tan đá vôi, các hiện tƣợng mƣa, lũ cũng có tác động nhất định đến việc sụt lún, nứt nền

đất tại các nơi có hang ngầm xung yếu.

20

Tài liệu địa vật lý tại các khu vực khảo sát cho phép nhận biết đặc điểm cấu trúc phân

bố các vùng đá vôi nứt nẻ, phát triển hang hốc karst. Phân tích hình thái cấu trúc đá nứt nẻ,

dấu vết hang hốc lộ và đã bị vùi lấp, diện phân bố chúng theo kết quả địa vật lý và các kết quả

khảo sát địa chất, địa chất thủy văn,… cho phép luận giải cơ sở khoa học, nguyên nhân, cơ

chế, dự báo các vùng nguy cơ 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 do khai thác đá vôi

+ Các tác nhân khác:

Bên cạnh những nguyên nhân khác do khai thác mỏ gây ra và hoạt động tân kiến tạo

của trái đất, không thể phủ nhận sự ảnh hƣởng của một số hoạt động nhân sinh có liên quan

đến sụt lún đất là các tác động làm thay đổi tải trọng trên mặt đất ở nơi tồn tại các hang, phễu

karst ngầm; các tác động gây rung động nhƣ việc vận chuyển hàng hóa của các phƣơng tiện

giao thông, việc nổ mìn với các 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 đã làm tăng

gradien dòng ngầm, thúc đẩy quá trình xói ngầm, cát chảy, làm thay đổi cân bằng tĩnh tại các

hang karst có liên quan đến hiện tƣợng sụt lún đất.

3.3.3. Giải pháp phòng tránh nứt, sụt lun đất

+ Giải pháp công trình

1) Hạn chế và không nên xây dựng các công trình, nhà ở trên phạm vi phân bố các

hang phễu karst, các đới đá vôi dập vỡ, nứt nẻ mạnh. Khi triển khai xây dựng các công trình

giao thông, công trình công nghiệp, công trình dân dụng ở một khu vực cụ thể, bắt buộc phải

khảo sát Địa chất công trình theo các giai đoạn cụ thể để tính toán nền móng.

2) Không xây dựng các hồ chứa nƣớc trong khu vực phân bố đá vôi có các hang hốc

karst ngầm;

3) Không nên khai thác nƣớc dƣới đất với quy mô vừa và lớn, nếu cần thiết phải điều

tra, đánh giá chi tiết để có thiết kế hợp lý;

4) Xây dựng mốc giới cảnh báo các vùng có nguy cơ 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 đã quy định để một mặt bảo đảm an toàn tuyệt đối trong

quá trình khai thác nguyên liệu đá vôi, mặt khác không gây tác động xấu đến môi trƣờng dân

sinh và xã hội.

21

- Tổ chức kiểm tra, giám sát hiện trạng khai thác sử dụng tài nguyên nƣớc dƣới đất và

xử lý vi phạm đối với những công trình khai thác nƣớc quy mô lớn chƣa có hồ sơ cấp phép

khai thác nhằm phòng tránh nguy cơ sụt lún đất do hạ thấp mực nƣớc ngầm,...

+ Giải pháp tuyên truyền giáo dục

- Chính quyền địa phƣơng cần có biện pháp tuyên truyền để mọi ngƣời dân hiểu rõ

đƣợc hiện tƣợng sụt lún đất, nguyên nhân, cơ chế sụt lún đất và tác hại của chúng, từ đó mọi

ngƣời tự giác tuân thủ các quy định đã đề ra để giảm thiểu các thiệt hại về ngƣời và tài sản

hoặc trong các trƣờng hợp cần thiết việc di dời định cƣ đến những nơi ít có nguy cơ sụt đất

theo quy hoạch,...

22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Đã lựa chọn và áp dụng một tổ hợp phƣơng pháp địa vật lý đó là đo cắt lớp điện trở và

đo điện từ tần số thấp sử dụng thiết bị ERA là các công cụ thích hợp cho phép nghiên cứu chi

tiết cấu trúc địa chất và theo dõi các đối tƣợng tai biến địa chất theo chiều sâu cũng nhƣ trên

diện ở các vùng trọng điểm của huyện Thanh Ba đã đáp ứng các yêu cầu và giải quyết tốt các

nhiệm vụ của đề án.

Tài liệu nhận đƣợc từ kết quả khảo sát địa vật lý đã cung cấp các dữ liệu về vị trí phân

bố, hình dạng các hang hốc karst ngầm đã vùi lấp cũng nhƣ dự báo các vị trí hang hốc chƣa

xuất lộ. Dựa trên kết quả địa vật lý nhận đƣợc có cơ sở giải thích nguyên nhân, cơ chế xuất

hiện các tai biến địa chất trong vùng nghiên cứu.

Hiện tƣợng nứt sụt đất xuất hiện là hệ quả của quá trình hoạt động karst trong các vỉa

đá vôi. Hiện tƣợng này đã xảy ra trong quá khứ, dấu vết của nó thể hiện các dạng hang hốc,

rãnh, phễu đã đƣợc lấp đầy đất sét. Mật độ hang hốc karst tập trung cao ở khu vực xã Ninh

Dân, đặc biệt là dọc đƣờng nhựa phía nhà thờ Ninh Dân, nơi có nhiều nhà ở cần đƣợc cảnh

báo và có biện pháp phòng tránh.

Nguyên nhân sụt đất gây phá hủy nhà kiên cố ở sát Chi nhánh điện Thanh Ba là do

một cấu trúc sụt sâu của mặt đá vôi làm cho lớp cát chảy trong lớp Đệ Tứ gây lún, sụt lớp sét

pha trên mặt. Tài liệu địa vật lý cũng đã xác định đƣợc vùng phân bố cấu trúc sét yếu này cần

đƣợc phổ biến đến nhân dân và địa phƣơng để có biện pháp kỹ thuật cần thiết khi xây dựng

các công trình.

Hiện tƣợng nứt sụt đất là quá trình hoạt động địa chất xảy ra thƣờng xuyên lâu dài.

Hiện nay chúng ta có đủ hiểu biết khoa học và các phƣơng tiện để theo dõi cảnh báo và đề

xuất những giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại do chúng gây ra.

Hạn chế xây dựng các công trình kiên cố, cao tầng trong vùng có nguy cơ sụt lún liên

quan đến hoạt động Karst.

References

Tiếng Việt

1. Trần Trọng Huệ, Đoàn Văn Tuyến, và nnk.,2006. Nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế xuất

hiện và dự báo vùng tiềm ẩn sụt đất tại thôn Tân Hiệp – Tỉnh Quảng Trị, Tuyển tập công trình

Khoa học ĐHQGHN, KHTN&CN, TXXII, Số 2A PT, trang 1-10.

23

2. Đoàn Văn Tuyến, Vũ cao Minh , 2008. Tai biến sụt lún karst và một số kết quả nghiên cứu

dự báo phân vùng nguy hiểm, Tuyển tập công trình hội nghị KH toàn quốc tai biến Địa chất

và giải pháp, Hà Nội 2008, trang 153-162.

3. 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 do karst ở Việt Nam và giải pháp

phòng tránh). Proceeding of the Inter. Simposium Hanoi Geoengineering 2010, Hanoi 22-23

Nov. 2010, p.267 -274.

4. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu khoanh vùng dự báo sụt đất ở huyện

Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ; đề xuất các giải pháp phòng tránh và quy hoạch phục vụ phát triển

bền vững”, Viện Địa Chất – Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, năm 2009.

5. Báo cáo “Điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng điều kiện địa chất và dự báo tai biến địa

chất vùng Ninh Dân và khu vực lân cận trên địa bàn huyện Thanh Ba”, Bộ tài nguyên và môi

trƣờng - Liên đoàn quy hoạch và điều tra tài nguyên nƣớc Miền Bắc, năm 2012.

6. Báo cáo “Địa chất huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ (tỷ lệ 1/25000)”, Sở TN&MT Phú Thọ,

năm 2005.

7. Báo cáo “Điều tra, đánh giá tổng hợp tài nguyên nươc tỉnh Phú thọ”, Trung tâm điều tra

đánh giá tài nguyên nƣớc, năm 2000.

8. Báo cáo “Đo vẽ bản đô địa chất và điều tra khoáng sản nhom tờ Thanh ba-Phú Thọ”, Liên

đoàn địa chất tây bắc – Cục địa chất và khoáng sản, năm 2000.

Tiếng Anh

9. Osipov V. I., Choig S. K., 2002. Sự nguy hiểm từ các quá 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.