Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
190
ĐẶC ĐIỂM KARST KHU VỰC SI MA CAI - BẮC HÀ
VÀ VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHI XÂY DỰNG
Nguyễn Trung Kiên, Phạm Quang Tú, Nguyễn Quang Tuấn
Trường Đại học Thủy lợi, email: kiennt@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Khu vực Si Ma Cai - Bắc Hà nằm ở Đông
Bắc tỉnh Lào Cai, là nơi có cấu trúc địa chất
phức tạp, chủ yếu là diện phân bố các thành
tạo có đá trầm tích cacbonate có tính hòa tan.
Sự có mặt mạng lưới các đứt gãy kiến tạo
dày đặc, dẫn tới hình thành các hệ thống khe
nứt phát triển mạnh, thúc đẩy quá trình karst
hóa theo các hệ khe nứt đó. Sự hoạt động
mạnh mẽ của karst đã gây ra các ảnh hưởng
đến xây dựng công trình trong khu vực, gây
sụt lún bề mặt, thấm mất nước công trình.
Bài báo này trình bày các đặc điểm karst khu
vực Si Ma Cai - Bắc Hà và vấn đề địa chất
công trình khi xây dựng.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tập trung thu thập và phân tích
các tài liệu về điều kiện địa chất, địa chất
công trình, địa chất thủy văn, v.v... của khu
vực nghiên cứu. Tài liệu nghiên cứu bao gồm
các bản đồ, ảnh vệ tinh và các báo cáo thăm
dò, khảo sát.
Bên cạnh đó có công tác thị sát và khảo sát
thực địa tại các điểm lộ và các công trình
thăm dò. Thông tin được mô tả, ghi chép và
phân tích nhằm đo vẽ, nghiên cứu cấu trúc
địa chất, đặc điểm của các hình thái karst.
Các điểm lộ, công trình thăm dò bao gồm:
các điểm lộ (vết lộ) địa chất tự nhiên hoặc
nhân tạo, các điểm lộ nghiên cứu các hiện
tượng địa chất như karst, trượt lở, xói mòn,
đặc điểm kiến tạo, v.v...
Phương pháp khảo sát địa vật lý bằng đo
điện trở suất qua các tầng đất đá được thực
hiện, nhằm đánh giá cấu trúc nền và sự tồn
tại của các hang hốc karst. Thông qua các tài
liệu khảo sát và thu thập, tiến hành phân tích
nguyên nhân, quy mô và ảnh hưởng của hiện
tượng tới công trình.
3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC
Khu vực nghiên cứu có địa hình núi được
kiến tạo bởi nhiều dãy núi chạy theo hướng
Đông Bắc - Tây Nam, thấp dần về hướng Tây
Bắc, cao độ từ 900m - 1800m so với mực
nước biển. Độ dốc trung bình từ 24 - 28 độ.
Dạng địa hình chủ yếu là các bề mặt karst
dạng vòm, dạng tháp có cao độ 1400m -
1600m với các phễu karst hay có độ dốc lớn
như sườn rửa lũa - hòa tan - đổ lở karst dốc
trên 45 [1]. Theo bản đồ địa chất tỷ lệ 1:
200000 [2] (Hình 1), khu vực nghiên cứu có
mặt 2 hệ tầng Hà Giang (€2hg) và Chang Pung
(€3cp) có diện phân bố lớn, chiếm gần hết diện
tích khu vực. Trong đó có mặt các trầm tích
cacbonnat, xen kẹp là các tập trầm tích lục
nguyên, bị xericit hóa, biến đổi mạnh do vận
động kiến tạo. Đá vôi và đá hoa có độ tinh
khiết cao, là các đá có hoạt động karst mạnh.
Hình 1. Cấu trúc địa chất
khu vực nghiên cứu [2]
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
191
Cũng theo bản đồ địa chất, khu vực nghiên
cứu có các hệ thống đứt gãy kéo dài theo
phương Tây Bắc - Đông Nam, Đông Bắc -
Tây Nam (các thung lũng trong khu vực hình
thành và phát triển chủ yếu theo phương
này), và một số đứt gãy phương á vĩ tuyến.
Ngoài ra còn có các đứt gãy dạng phân nhánh
với quy mô nhỏ. Hầu hết các đứt gãy hình
thành các đới dập vỡ kiến tạo kèm theo, với
chiều rộng từ vài chục mét đến hàng trăm
mét. Đây là cấu trúc thuận lợi cho việc phát
triển các hiện tượng trượt karst.
Tầng chứa nước karst trong các tầng đá vôi
có động thái phức tạp, có khu vực giàu nước
do đặc tính xen kẹp, nước mặt được giữ lại
trong các hang hốc hoặc vùng trũng địa hình,
đa phần phía trên nghèo nước do vận động
thẳng đứng xuống các đới karst phía dưới.
4. ĐẶC ĐIỂM KARST
Trong khu vực nghiên cứu, karst phát triển
rộng rãi trên đá vôi của 2 hệ tầng Hà Giang
(€2hg) và Chang Pung (€3cp). Hoạt động
karst thường liên quan và phát triển theo các
cấu trúc các đứt gãy [3].
Hình 2. Đá vôi nằm xen kẹp với các vỉa
đá phiến, đá bột kết bị phân phiến mạnh:
(a) Vỉa đá vôi nằm xen kẹp các trầm tích lục
nguyên; (b) Đá vôi bị phân phiến mạnh mẽ;
(c) Các vỉa đá phiến xen kẹp các đá vôi [4]
Theo kết quả đo vẽ và khoan khảo sát, đá
vôi có màu xám xanh, xám ghi, xám trắng có
độ tinh khiết cao, kiến trúc hạt nhỏ hoặc ẩn
tinh, có cấu tạo phân lớp nằm nghiêng, phân
bố không đều theo độ sâu và theo không gian,
bề dày biến đổi mạnh. Đôi chỗ, đá vôi xen kẹp
các vỉa đá phiến, phân bố không đều. Đá vôi
nứt nẻ đặc biệt mạnh - rất mạnh, các khe nứt
thường hở, chỉ số RQD thay đổi phổ biến từ
10% - 50%. Các hình thái karst bao gồm: hình
thái karst mặt và hình thái karst ngầm.
4.1. Hình thái karst mặt
Hình thái karst mặt có các dạng khác nhau,
như các thung lũng karst, các mương rãnh
karst chiều sâu vài chục centimet tới vài mét,
kéo dài hàng chục mét, địa hình dạng vòm,
dạng tháp, các phễu karst, hang hốc karst và
các hố sụt karst.
Hình 3. Các hình thái karst mặt:
(a) Dạng vòm, dạng tháp; (b) Dạng phễu;
(c) Hang hốc karst; (d) Hố sụt.
4.2. Hình thái karst ngầm
Theo các tài liệu khảo sát khu vực thung
lũng Si Ma Cai và thung lũng Cán Hồ [4, 5],
dựa vào cao trình sự xuất lộ, các hang động
karst trong khu vực chia thành 2 hệ nhóm
chính: hệ thống hang karst lộ trên mặt đất và
hệ thống hang karst ngầm.
Hệ thống hang karst mặt phân bố rộng khắp
trong khu vực, có thể quan sát thấy trên các
núi đá vôi và ở các thung lũng. Trong đó có
các hang khô phát triển chủ yếu theo chiều
thẳng đứng, gặp ở trên sườn núi và lòng các
thung lũng. Các hang phát triển theo cả 2
phương Tây Bắc - Đông Nam và Đông Bắc -
Tây Nam. Các hang trên sườn núi có kích
thước từ 2m - 3m, cá biệt có thể lớn hơn.
Miệng hang một phần bị lấp đầy bởi đất sườn
tàn tích. Các hang khô gặp ở lòng các thung
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
192
lũng lớn hơn, trung bình từ 3m - 7m. Các hang
có nước chảy phát triển theo chiều thẳng đứng
hoặc hơi nghiêng, kích thước từ 1m - 3m, phát
triển theo phương Đông Bắc - Tây Nam.
Hệ thống hang ngầm gồm 5 tầng hang
phân bố ở các dải cao trình khác nhau. Thông
tin các tầng hang được tóm lược trong bảng
1. Đặc điểm chung của các hang karst là có
sự lấp nhét của vật liệu vụn và sét dẻo nhưng
không kín hoàn toàn, quy mô kích thước đa
dạng, mật độ hang rất dày.
Bảng 1. Thông tin về các tầng hang karst
Tầng Cao trình
(m)
Kích thước hang (m)
Trung bình (TB) và max
1 1230 ÷1250 TB : 2÷10, max : 27
2 1030 ÷ 1050 TB 2÷7, max : 13÷17
3 1020 ÷ 1030 TB :1÷6, max : 10
4 1010 ÷ 1020 TB : 7÷8, max : 10
5 990 ÷ 1000 TB : 5÷7, max : 15
5. CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
Sự phát triển của các hình thái karst mặt và
karst ngầm gây ảnh hưởng đến các công trình
xây dựng, bao gồm: sụt lún nền do hang karst
và nguy cơ gây thấm mất nước đối với công
trình hồ đập.
5.1. Sụt lún nền do hang karst
Sụt lún có thể xảy ra ở khu vực các hang
hốc karst nằm nông, phía trên là các lớp tàn
tích. Dưới tác dụng của tải trọng bản thân của
các lớp đất đá trên mặt hoặc lực tác động rất
nhỏ từ phía trên cũng gây sập mái vòm của
hang karst tạo thành các hố sụt trên mặt đất
(Hình 4). Ngoài ra, do bề mặt đá không đều,
khi xây dựng trên nền đất phủ có bề dày thay
đổi, hiện tượng lún không đều có thể xảy ra.
Hình 4. Sụt lún nền do hang karst
5.2. Nguy cơ gây thấm mất nước
Sự có mặt của các hang karst và các hang
hốc liên thông với nhau tạo môi trường cho
nước vận động qua, hình thành các dòng
ngầm gây mất nước các công trình thủy lợi
như hồ chứa (Hình 5).
Hình 5. Hồ chứa bị mất nước
theo hệ thống karst ngầm
6. KẾT LUẬN
Khu vực Si Ma Cai - Bắc Hà có hệ thống
karst phức tạp đòi hỏi cần có các khảo sát
đánh giá kỹ lưỡng khi xây dựng công trình.
Các hình thái karst mặt và karst ngầm được
phát triển trong các tầng đá vôi của hệ tầng
Hà Giang và hệ tầng Chang Pung. Sự có mặt
và hoạt động của các hình thái karst gây ra
các vấn đề địa chất công trình chủ yếu khi
xây dựng như: sụt lún nền và nguy cơ gây
thấm mất nước công trình thủy lợi.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Thanh Hà. (2013). Quan hệ giữa đặc
điểm địa mạo và trượt lở đất tại tỉnh Lào Cai.
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Các Khoa học
Trái đất và Môi trường, 29(3), 35-44.
[2] Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam.
(2000). Bản đồ địa chất và khoáng sản Việt
nam 1: 200 000 - Tờ Bắc Quang F-48-XV.
[3] Nguyễn Văn Lâm, Hoàng Văn Hoan, & Hà
Chu Hạ Long. (2015). Sự hình thành và quy
luật phân bố nước Karst ở vùng Đông Bắc
Việt Nam. Tạp Chí KHKT Mỏ - Địa Chất,
50(4), 48-58.
[4] Liên danh ICE - CODECO - GEOTECH.
(2024). Báo cáo khảo sát địa chất bổ sung.
Dự án: Bệnh viện Đa khoa Bắc Hà.
[5] Tổng Công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi
Việt Nam - CTCP (HEC). (2017). Báo cáo
dự án hồ trung tâm Si Ma Cai.