Luận án Tiến sĩ Địa chất: Nghiên cứu đặc điểm trầm tích Đệ tứ và mối liên quan với hiện tượng lún mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:167

Thêm vào BST

Báo xấu

120
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án làm sáng tỏ đặc điểm thành phần thạch học, tính chất cơ lý, sự phân bố của trầm tích Đệ tứ và mối liên quan giữa chúng với hiện tượng lún và lún-sụt mặt đất, đặc biệt là thành tạo đất yếu ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội, đề xuất các giải pháp phòng chống, phục vụ phát triển bền vững cơ sở hạ tầng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa chất: Nghiên cứu đặc điểm trầm tích Đệ tứ và mối liên quan với hiện tượng lún mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI HIỆN TƯỢNG LÚN MẶT ĐẤT Ở KHU VỰC PHÍA TÂY THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI HIỆN TƯỢNG LÚN MẶT ĐẤT Ở KHU VỰC PHÍA TÂY THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 62 44 02 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. ĐỖ MINH ĐỨC 2. PGS.TS. DOÃN ĐÌNH LÂM Hà Nội - 2015
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Văn Bình
ii LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện tại Phòng Trầm tích - Viện Địa chất; Khoa Các khoa học trái đất - Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trong suốt quá trình nghiên cứu, NCS đã nhận được sự hướng dẫn tận tình và đầy tâm huyết của các Thầy giáo hướng dẫn khoa học là PGS.TS Đỗ Minh Đức và PGS.TS Doãn Đình Lâm. NCS kính gửi đến các Thầy lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn các thầy giáo, các nhà khoa học: GS.TS Trần Nghi, PGS.TSKH Nguyễn Địch Dỹ, PGS. TS Đỗ Minh Toàn, PGS.TS Nguyễn Huy Phương, PGS.TSKH Vũ Cao Minh, PGS. TS Nguyễn Xuân Khiển, PGS.TS Phạm Quý Nhân, TS. Đinh Văn Thuận, TS. Ngô Quang Toàn cùng nhiều nhà khoa học, chuyên gia đã trao đổi, góp ý cho NCS trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Lãnh đạo Viện Địa chất, các phòng nghiên cứu, quản lý thuộc Viện Địa chất và Ban Giám hiệu, Khoa Địa chất - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho NCS trong quá trình học tập, nghiên cứu. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc, Trung tâm Thông tin lưu trữ Địa chất và các cơ quan, đơn vị chuyên môn, Ban chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp dự báo lún mặt đất TP Hà Nội bằng kỹ thuật Rada giao thoa”, Mã số ĐTĐL.2012-T/28; Đề tài mã số QGTĐ.12.06 và Chương trình hợp tác Việt Nam - Na Uy (VINOGEO) đã cho phép NCS tham khảo và sử dụng tài liệu. Cuối cùng, NCS cảm ơn sự động viên, chia sẻ của người thân và đồng nghiệp.
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC PHÍA TÂY THÀNH PHỐ HÀ NỘI 7 1.1. Lịch sử nghiên cứu trầm tích Đệ tứ 7 1.1.1. Giai đoạn trước năm 1975 7 1.1.2. Giai đoạn sau năm 1975 tới nay 7 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu về lún mặt đất và mối liên quan với trầm tích Đệ tứ 9 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 9 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 15 1.2.3. Tình hình nghiên cứu ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 19 1.3. Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 22 1.3.1. Đặc điểm địa hình - địa mạo 22 1.3.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất 24 1.3.3. Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 29 1.4. Đặc điểm kinh tế xã hội và quy hoạch không gian ở phía Tây thành phố Hà Nội 33 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1. Cơ sở lý luận 34 2.2. Các phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1. Phương pháp khảo sát hiện trường 38 2.2.2. Phương pháp địa vật lý 39 2.2.3. Phương pháp khoan lấy mẫu và thí nghiệm hiện trường 41 2.2.4. Phương pháp phân tích độ hạt 41 2.2.5. Phương pháp phân tích thạch học-khoáng vật bằng kính hiển vi soi nổi42
iv 2.2.6. Phương pháp thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý mẫu đất 42 2.2.7. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hoá - lí môi trường. 43 2.2.8. Phương pháp công nghệ giao thoa InSAR 44 2.2.9. Phương pháp tổng hợp xử lý số liệu 45 2.2.10. Phương pháp nội suy Kriging 46 2.2.11. Phương pháp tính toán dự báo lún mặt đất 46 CHƯƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ KHU VỰC PHÍA TÂY THÀNH PHỐ HÀ NỘI 48 3.1. Trầm tích hệ tầng Hà Nội (Q1 2-3 hn) 48 3.1.1. Trầm tích sông - lũ (apQ1 2-3 hn) 48 3.1.2. Trầm tích sông (a(c)Q12-3 hn) 53 3.2. Trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc (Q1 vp) 3 55 3.2.1. Trầm tích lòng sông (a(c) Q13vp) 55 3.2.2. Trầm tích bãi bồi (a(f) Q13 vp) 56 3.3. Trầm tích hệ tầng Hải Hưng 61 1 3.3.1. Trầm tích sông - biển (amQ2 hh)(?) 61 1-2 3.3.2. Trầm tích đầm lầy ven biển (bmQ2 hh) 62 3.3.3. Trầm tích biển (mQ21-2 hh) 65 3.3.4. Trầm tích sông - đầm lầy 69 3.4. Trầm tích hệ tầng Thái Bình (aQ23 tb) 69 3 3.4.1. Trầm tích lòng sông (a(c)Q2 tb). 70 3.4.2. Trầm tích bãi bồi (a(f)Q23 tb) 71 3.5. Các kiểu mặt cắt trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 76 3.5.1. Mục đích và nguyên tắc phân chia các kiểu mặt cắt trầm tích Đệ tứ 76 3.5.2. Các kiểu mặt cắt trầm tích và đặc điểm phân bố trong không gian 77 CHƯƠNG 4 MỐI LIÊN QUAN GIỮA TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÀ HIỆN TƯỢNG LÚN, LÚN - SỤT MẶT ĐẤT 86 4.1. Đặc điểm lún mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 86 4.1.1. Hiện trạng 86 4.1.2. Nguyên nhân gây lún mặt đất. 99 4.1.3. Mối liên quan trầm tích Đệ tứ với hiện tượng lún mặt đất 107
v 4.2. Đặc điểm lún - sụt mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 109 4.2.1. Hiện trạng lún-sụt mặt đất. 109 4.2.2. Nguyên nhân gây lún - sụt. 112 4.2.3. Mối liên quan trầm tích Đệ tứ với hiện tượng lún – sụt mặt đất 115 4.3. Cảnh báo và đề xuất giải pháp phòng chống lún và lún - sụt mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. 116 4.3.1. Dự báo lún mặt đất 116 4.3.2. Cảnh báo nguy cơ xảy ra lún - sụt mặt đất. 120 4.3.3. Đề xuất giải pháp phòng chống lún và lún – sụt mặt đất 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 PHỤ LỤC 135
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU STT Viết tắt, ký hiệu Đọc là 1 a0 Hệ số nén lún 2 Bp Before present (trước ngày nay) 3 Cv Hệ số cố kết 4 C Lực dính kết 5 ĐB Đông Bắc 6 KĐT Khu đô thị 7 ĐLTL Đại lộ Thăng Long 8 ĐN Đông Nam 9 ĐKT Địa kỹ thuật 10 E Mô dul biến dạng 11 e0 Hệ số lỗ rỗng tự nhiên 12 ft 1 foot = 0.3048 meters 13 G Độ bão hoà 14 K Hệ số thấm 15 NCS Nghiên cứu sinh 16 nnk Nhiều người khác 17 Kt Hệ số kation trao đổi 18 Md Kích thước hạt trung bình 19 N Trị số búa trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 20 n Độ lỗ rỗng 21 SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (standard penetration test) 22 RQD Chỉ tiêu chất lượng khối đá (Rock quality designation) 23 So Độ chọn lọc 24 Sk Hệ số bất đối xứng 25 TB Tây Bắc 26 TT Thị trấn 27 TN Tây Nam 28 ƯS Ứng suất 29 IS Độ sệt 30 γw Khối lượng thể tích 31 γc Khối lượng thể tích khô 32 γs Khối lượng riêng 33 Wt Độ ẩm giới hạn chảy 34 Wp Độ ẩm giới hạn dẻo 35 W Độ ẩm tự nhiên 36 Wn Chỉ số dẻo 37 ϕ Góc ma sát trong
vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Độ lún mặt đất các thời kỳ ở Thượng Hải (Trung Quốc) 11 Bảng 2.1. Phân loại tương quan trầm tích học và tính chất cơ lý của một số loại đất37 Bảng 3.1. Chỉ tiêu cơ lý của Tập 3 trầm tích sông - lũ hệ tầng Hà Nội 52 Bảng 3.2. Chỉ tiêu cơ lý của trầm tích bãi bồi hệ tầng Vĩnh Phúc. 59 Bảng 3.3. Chỉ tiêu cơ lý của trầm tích sông - biển, phụ hệ tầng Hải Hưng dưới 62 Bảng 3.4. Chỉ tiêu cơ lý của trầm tích đầm lầy ven biển hệ tầng Hải Hưng 65 Bảng 3.5. Chỉ tiêu cơ lý của trầm tích biển hệ tầng Hải Hưng 67 Bảng 3.6. Chỉ tiêu cơ lý của trầm tích bãi bồi hệ tầng Thái Bình 72 Bảng 4.2. Các thông số đặc trưng của nền đất tại xã Thạch Thán, Quốc Oai 92 Bảng 4.3. Thông số đại diện của các công trình xây dựng có tải trọng nhỏ bị nứt 92 Bảng 4.4. Độ lún do tải trọng công trình ở xã Thạch Thán, huyện Quốc Oai 93 Bảng 4.5. Kết quả tính lún theo thời gian do tác dụng của tải trọng công trình 94 Bảng 4.6. Kết quả tính độ lún cuối cùng do mực nước dưới đất bị hạ thấp tại xã Thạch Thán, huyện Quốc Oai 95 Bảng 4.7. Kết quả tính lún theo thời gian do hạ thấp mực nước 96 Bảng 4.8. Hạ thấp mực nước tĩnh tại một số nơi ở phía Tây Thành phố Hà Nội 100 Bảng 4.9. Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính nén lún của một số trầm tích 107 Bảng 4.10. Những vị trí xảy ra lún- sụt mặt đất ở phía Tây thành phố Hà Nội 109 Phần Phụ lục Bảng 1. Thống kê số lượng hố khoan, mẫu đất và thí nghiệm hiện trường sử dụng trong luận án . 135 Bảng 4.1. Kết quả điều tra, khảo sát tình trạng lún nứt nhà ở huyện Quốc Oai 137 Bảng 4.11. Thông số địa tầng và chỉ tiêu cơ lý của trầm tích ở Thị trấn Quốc Oai 141 Bảng 4.12. Kết quả tính toán dự báo độ lún cuối cùng của nền đất khi mực nước dưới đất hạ thấp qua tầng đất yếu ở thị trấn Quốc Oai 141 Bảng 4.13. Thông số địa tầng và chỉ tiêu cơ lý của trầm tích ở Thôn Yên Nội, xã Đồng Quang, huyện Quốc Oai 142
viii Bảng 4.14. Kết quả tính toán dự báo độ lún cuối cùng của nền đất khi mực nước dưới đất hạ thấp qua tầng đất yếu ở Thôn Yên Nội, xã Đồng Quang, huyện Quốc Oai 143 Bảng 4.15. Thông số địa tầng và chỉ tiêu cơ lý của trầm tích ở xã Thạch Thán, huyện Quốc Oai 144 Bảng 4.16. Kết quả tính toán dự báo độ lún cuối cùng của nền đất khi mực nước dưới đất hạ thấp qua tầng đất yếu ở xã Thạch Thán, huyện Quốc Oai 145 Bảng 4.17. Thông số địa tầng và chỉ tiêu cơ lý của trầm tích ở KĐT Tây Quốc Oai146 Bảng 4.18. Kết quả tính toán dự báo độ lún cuối cùng của nền đất khi mực nước dưới đất hạ thấp qua tầng đất yếu ở KĐT Tây Quốc Oai 146 Bảng 4.19. Thông số địa tầng và chỉ tiêu cơ lý của trầm tích ở Thị trấn Đại Nghĩa, huyện Mỹ Đức 148 Bảng 4.20. Kết quả tính toán dự báo độ lún cuối cùng của nền đất khi mực nước dưới đất hạ thấp qua tầng đất yếu ở khu đô thị Tây Quốc Oai 148 Bảng 4.21. Thông số địa tầng và chỉ tiêu cơ lý của trầm tích ở xã HợpTiến, huyện Mỹ Đức 150 Bảng 4.22. Kết quả tính toán dự báo độ lún cuối cùng của nền đất khi mực nước dưới đất hạ thấp qua tầng đất yếu ở xã HợpTiến, huyện Mỹ Đức 150 Bảng 4.23. Vị trí, độ sâu phân bố và đặc điểm nứt nẻ của tầng đá vôi ở phía Tây Thành phố Hà Nội 151 Bảng 4.24. Vị trí, độ sâu phân bố hang karst ngầm ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 152
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Bản đồ vị trí hố khoan, các tuyến đo địa vật lý ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 6 Hình 1.1. Mặt cắt địa chất đại diện ở thành phố Thượng Hải (Trung Quốc) 11 Hình 1.2. Mặt cắt địa chất khu vực Su - Xi - Chang (Trung Quốc) 12 Hình 1.3. Mặt cắt địa chất theo phương Bắc - Nam ở Bangkok (Thái Lan) 13 Hình 1.4. Biểu đồ lún mặt đất theo thời gian các khu vực ở Bangkok (Thái Lan) 13 Hình 1.5. Lún mặt đất do khai thác nước dưới đất quá mức ở Iran 15 Hình 1.6. Mặt cắt địa chất đại diện ở thành phố Hồ Chí Minh 18 Hình 1.7. Bản đồ đẳng dày tầng đất yếu tại TP Hồ Chí Minh 18 Hình 1.8. Bản đồ lún mặt đất TP Hồ Chí Minh 1996-2002 19 Hình 1.9. Bản đồ địa chất khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 28 Hình 1.10. Bản đồ địa chất thủy văn khu vực phía Tây TP Hà Nội 31 Hình 1.11. Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến TT Đại Nghĩa-xã Lê Thanh - xã An Mỹ - xã Phúc Lâm - Sân bay Miếu Môn - xã Phú Nghĩa (Chương Mỹ) - Yên Nội- Thị trấn Quốc Oai 32 Hình 2.1. Mối liên hệ giữa dao động mực nước biển với trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 34 Hình 2.2. Sơ đồ chuyển tướng trầm tích từ miền núi đến đồng bằng châu thổ 35 Hình 2.3. Sự phân bố môi trường trầm tích trong không gian 36 Hình 2.4. Sơ đồ tiếp cận hệ thống nghiên cứu mối liên quan giữa trầm tích Đệ tứ và hiện tượng lún mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. 38 Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của phương phương pháp đo sâu điện đối xứng 40 Hình 2.6. Nguyên tắc cơ bản của công nghệ giao thoa SAR 44 Hình 2.7. Vùng phủ của cặp ảnh ALOS sử dụng phân tích lún mặt đất 45 Hình 2.8. Sơ đồ tính toán lún theo phương pháp cộng lún từng lớp 47 Hình 3.1. Mặt cắt phân bố theo chiều thẳng đứng phần 1, trầm tích sông - lũ hệ tầng Hà Nội tại thôn Riêng Em, xã Tân Tiến, huyện Chương Mỹ 49 Hình 3.2. Mặt cắt phân bố theo chiều thẳng đứng phần 1, trầm tích sông – lũ hệ tầng Hà Nội ở Xuân Mai, huyện Chương Mỹ 49
x Hình 3.3. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ Miếu Môn (Chương Mỹ) đến Lê Thanh (Mỹ Đức)50 Hình 3.4. Mặt cắt phân bố theo chiều thẳng đứng phần 2, trầm tích sông - lũ hệ tầng Hà Nội tại xóm Trại Mới, xã Phú Cát, huyện Quốc Oai 50 Hình 3.5. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ xã Đông Yên đến xã Đồng Quang (Quốc Oai)51 Hình 3.6. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ cầu Vực Giang - cầu Đồng Trúc (mặt cắt 3-3)52 Hình 3.7. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ xã Sài Sơn đến xã Đại Thành, huyện Quốc Oai53 Hình 3.8. Bản đồ phân bố trầm tích hệ tầng Hà Nội 54 Hình 3.9a. Biểu đồ phân loại trầm tích lòng sông hệ tầng Vĩnh Phúc 55 Hình 3.9b. Cát trung – thô; trầm tích lòng sông hệ tầng Vĩnh Phúc (dưới kính hiển vi soi nổi MƂC-10, độ phóng đại 50) 55 Hình 3.10. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ xã Ngọc Liệp (Quốc Oai) đến xã Vân Côn- Hoài Đức (Mặt cắt 7-7) 56 Hình 3.11. Biểu đồ phân loại trầm tích bãi bồi hệ tầng Vĩnh Phúc 57 Hình 3.12. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ xã Đông Yên đến Cầu sông Đáy - Đại lộ Thăng Long (mặt cắt 5-5’) 58 Hình 3.13. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ hồ Quan Sơn đến TT Đại Nghĩa huyện Mỹ Đức (mặt cắt 6-6’) 58 Hình 3.14. Bản đồ phân bố trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc 60 Hình 3.15. Quy luật phân bố theo chiều thẳng đứng trầm tích sông-biển hệ tầng Hải Hưng ở xã Bột Xuyên huyện Mỹ Đức 61 Hình 3.16. Biểu đồ phân loại trầm tích đầm lầy ven biển,hệ tầng Hải Hưng 63 Hình 3.17. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ xã Cấn Hữu - KĐT sinh thái Quốc Oai - TT Quốc Oai (mặt cắt 8-8’) 64 Hình 3.18. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ hồ Quan Sơn-Thị trấn Đại Nghĩa (Mỹ Đức) 64 Hình 3.19. Biểu đồ phân loại trầm tích biển hệ tầng Hải Hưng 66 Hình 3.20. Mặt cắt trầm tích Đệ tứ từ xã An Tiến đến Thọ Sơn (Đại Nghĩa, Mỹ Đức) 67 Hình 3.21. Bản đồ phân bố trầm tích hệ tầng Hải Hưng 68 Hình 3.22a. Biểu đồ phân loại trầm tích lòng sông hệ tầng Thái Bình 70 Hình 3.22b. Cát mịn - trung; trầm tích lòng sông hệ tầng Thái Bình (dưới kính hiển vi soi nổi MƂC-10, độ phóng đại 50) 70 Hình 3.23. Biểu đồ phân loại trầm tích bãi bồi hệ tầng Thái Bình 71
xi Hình 3.24. Bản đồ phân bố trầm tích hệ tầng Thái Bình 74 Hình 3.25. Sơ đồ 3D phân bố trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây TP Hà Nội 75 Hình 3.26. Mặt cắt trầm tích kiểu 1 và các phụ kiểu 77 Hình 3.27. Mặt cắt trầm tích kiểu 2 và các phụ kiểu 79 Hình 3.28. Mặt cắt trầm tích kiểu 3 và các phụ kiểu 81 Hình 3.29. Mặt cắt trầm tích kiểu 4 và các phụ kiểu 83 Hình 3.30. Bản đồ phân bố các kiểu mặt cắt trầm tích ở phía Tây TP Hà Nội 85 Hình 4.1. Độ lún ước tính từ cặp hình ảnh ALOS (từ 02/2/2007 đến 22/6/2008) 86 Hình 4.2a. Vết nứt kéo dài trên tường nhà và đường bê tông ở xóm Đông, thôn Phú Mỹ, Ngọc Mỹ-Quốc Oai. 87 Hình 4.2b. Vết nứt ngày càng mở rộng trên tường nhà ở xóm Xuân Cốc, Phú Mỹ, Ngọc Mỹ - Quốc Oai. 87 Hình 4.3a. Vết nứt ở cổng ngôi nhà xây năm 1924, thôn Phú Mỹ, xã Ngọc Mỹ, huyện Quốc Oai. 87 Hình 4.3b. Khu vực có nhiều công trình bị nứt 87 Hình 4.4. Mặt cắt địa chất - Địa vật lý khu vực xã Ngọc Mỹ - Quốc Oai (nơi có nhiều ngôi nhà bị lún, nứt) 88 Hình 4.5. Bản đồ hiện trạng lún mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 90 Hình 4.6. Sơ đồ tính toán lún theo phương pháp cộng lún từng lớp 91 Hình 4.7. Biểu đồ phân bố ứng suất địa tầng và ứng suất gây lún của công trình 93 Hình 4.8. Biểu đồ lún theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng công trình 94 Hình 4.9. Biểu đồ phân bố ứng suất trong nền đất khi mực nước ngầm bị hạ thấp hết tầng đất yếu 95 Hình 4.10. Biểu đồ lún theo thời gian khi mực nước dưới đất bị hạ thấp 97 Hình 4.11. Lún mặt đất ở thị trấn Quốc Oai và lân cận (thời điểm năm 2008) 97 Hình 4.12. Khu vực tập trung giếng khai thác nước ở xã Thạch Thán, Quốc Oai 99 Hình 4.13. Khai thác nước từ Ao Sen hoặc giếng đào tại xã Ngọc Mỹ - Quốc Oai 99 Hình 4.14. Kiểm tra mực nước trong các giếng khoan ở xã Ngọc Mỹ (a) và xã Thạch Thán (b), huyện Quốc Oai 100 Hình 4.15. Mô hình 3D phễu hạ thấp mực nước ngầm tại huyện Quốc Oai 101 Hình 4.16. Mô hình 3D phễu hạ thấp mực nước ngầm tại huyện Mỹ Đức 101
xii Hình 4.17. Bản đồ thực trạng khai thác nước dưới đất khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 102 Hình 4.18. Bản đồ hạ thấp mực nước dưới đất ở khu vực phía Tây TP Hà Nội 103 Hình 4.19. Biến dạng không đàn hồi của tầng chứa nước 104 Hình 4.20. Cân bằng ứng suất trong nền đất và mối liên quan giữa khai thác dưới đất với hiện tượng lún mặt đất 106 Hình 4.21. Mô hình hướng chảy của nước dưới đất đến các giếng khai thác 106 Hình 4.22. Tương quan độ lún của trầm tích bãi bồi hệ tầng Thái Bình và trầm tích đầm lầy ven biển phụ hệ tầng Hải Hưng dưới 108 Hình 4.23a. Vị trí khoan giếng gây lún - sụt tại thị trấn Quốc Oai(2008) 110 Hình 4.23b. Hố sụt tại xóm 16 thôn Áng Hạ, Lê Thanh, Mỹ Đức (2009) 110 Hình 4.23c. Khung cảnh đổ nát sau vụ sụt lún tại thôn Sơn Trung, xã Yên Sơn, huyện Quốc Oai (2014), 110 Hình 4.23d. Hố sụt tại thôn Đại Phu, xã Liệp Tuyết, huyện Quốc Oai (2014). 110 Hình 4.24. Bản đồ hiện trạng lún-sụt mặt đất ở khu vực phía Tây TP Hà Nội 111 Hình 4.25. Mặt cắt địa chất tại cầu Sông Đáy (km15+358) đại lộ Thăng Long 112 Hình 4.26. Cân bằng của phân tố đất trên mái dốc 114 Hình 4.27. Liên kết địa tầng các vị trí lún - sụt ở khu vực phía Tây TP Hà Nội 115 Hình 4.28. Mặt cắt địa điện và kết quả minh giải tuyến T1A cắt qua hố sụt năm 2010 thôn Áng Hạ, xã Lê Thanh huyện Mỹ Đức 115 Hình 4.29. Mặt cắt địa chất tuyến:TT Đại Nghĩa-xã Lê Thanh-xã An Mỹ-xã Phúc Lâm-Sân bay Miếu Môn-xã Phú Nghĩa (Chương Mỹ)-Yên Nội-TT Quốc Oai 117 Hình 4.30. Mặt cắt dự báo độ lún mặt đất do khai thác nước ngầm tuyến TT Quốc Oai - xã Đồng Quang 118 Hình 4.31. Mặt cắt dự báo độ lún mặt đất do khai thác nước ngầm tuyến Quan Sơn - TT Đại Nghĩa (Mỹ Đức) 118 Hình 4.32. Bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ lún mặt đất ở phía Tây TP Hà Nội 119 Hình 4.33. Cao độ bề mặt đá gốc và vị trí phát hiện hang karst ngầm ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. 121 Hình 4.34. Bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ lún - sụt mặt đất phía Tây thành phố Hà Nội 122
1 MỞ ĐẦU Khu vực phía Tây thành phố Hà Nội (trước đây thuộc tỉnh Hà Tây) được sáp nhập vào Thành phố Hà Nội từ năm 2008 và đang trong quá trình đô thị hóa với tốc độ nhanh. Đặc điểm địa chất ở khu vực này được đánh giá là phức tạp, trong đó có tầng đá vôi phân bố rộng rãi, bị nứt nẻ, dập vỡ mạnh và đôi nơi có hang karst ngầm. Trầm tích Đệ tứ ở đây gồm nhiều loại có tuổi, nguồn gốc, thành phần và tính chất cơ lý khác nhau, đặc biệt là sự tồn tại của tầng đất yếu có sự phân bố và chiều dày thay đổi nhiều. Khu vực phía Tây thành phố Hà Nội chưa có hệ thống cấp nước sạch, việc khai thác nước dưới đất diễn ra ồ ạt, thiếu kiểm soát trong những năm gần đây dẫn đến mực nước dưới đất bị hạ thấp nhanh chóng. Những kết quả điều tra, khảo sát và nghiên cứu gần đây đã nhận định rằng nền đất ở một số nơi đang bị lún xuống, biểu hiện của lún phức tạp và diễn biến khó lường. Mặt khác, trong thời gian gần đây ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội đã xảy ra nhiều điểm lún - sụt mặt đất gây hậu quả nghiêm trọng làm hư hỏng và phá hủy công trình xây dựng. Những điểm lún - sụt điển hình xảy ra tại xóm 16 thôn Áng Hạ, thôn Lê Xá, xã Lê Thanh và thôn Thượng, xã Xuy Xá, huyện Mỹ Đức, thôn Yên Nội, xã Đồng Quang và thị trấn Quốc Oai (huyện Quốc Oai). Trong 6 tháng đầu năm 2014, trên địa bàn huyện Quốc Oai đã xảy ra hai điểm lún - sụt ở các xã Yên Sơn và Liệp Tuyết làm hư hỏng các công trình xây dựng và gây ảnh hưởng không tốt đến cuộc sống của cộng đồng dân cư. Trước những sự việc trên, các cơ quan quản lý Nhà nước, các đơn vị nghiên cứu và một số nhà khoa học đã khảo sát, xác định nguyên nhân gây ra lún - sụt. Hiện tượng lún và lún - sụt mặt đất xảy ra do nhiều nguyên nhân có quan hệ mật thiết với nhau, liên quan trực tiếp đến trầm tích Đệ tứ (thành phần thạch học, chỉ tiêu cơ lý, đặc điểm phân bố) và nước dưới đất. Tuy nhiên, các nghiên cứu chi tiết về chúng ở khu vực phía Tây Thành phố Hà Nội còn hạn chế. Đây là lý do để nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đặc điểm trầm tích Đệ tứ và mối liên quan với hiện tượng lún mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội”.
2 Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần xây dựng cơ sở khoa học để giải thích nguyên nhân xảy ra hiện tượng lún và lún - sụt mặt đất. Từ đó đề xuất các giải pháp phòng chống, giảm thiểu thiệt hại do tai biến lún mặt đất gây ra. 1. Mục tiêu của luận án Làm sáng tỏ đặc điểm thành phần thạch học, tính chất cơ lý, sự phân bố của trầm tích Đệ tứ và mối liên quan giữa chúng với hiện tượng lún, lún - sụt mặt đất, đặc biệt là thành tạo đất yếu ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội, đề xuất các giải pháp phòng chống, phục vụ phát triển bền vững cơ sở hạ tầng. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các thành tạo trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội và mối liên quan của chúng với tai biến lún, lún - sụt mặt đất. Theo từ điển Bách khoa toàn thư về địa chất (Encyclopendia of geology) của Nhà xuất bản Elsevier (2005), Hawkin. A.B [60] cho rằng lún mặt đất (ground subsidence) là kết quả của sự lún hoặc sụt xuống của bề mặt đất và bao gồm 4 loại chính như sau: (1) lún do khai thác các chất lỏng từ dưới sâu (khai thác nước dưới đất/dầu mỏ) và do kết quả của sự thay đổi điều kiện ứng suất hữu hiệu; (2) lún-sụt do hoạt động của con người tạo ra khoảng rỗng trong đất và những khoảng rỗng tự nhiên tương đối gần với bề mặt đất (ví dụ karst ngầm); (3) lún sụt do sự rửa lũa các khoáng vật dễ hòa tan (muối, thạch cao) trong nước dưới đất và (4) lún sụt do mất đi các thành phần hạt mịn có thể di chuyển theo hệ thống. Ngoài ra, lún có thể xảy ra liên quan đến các thành tạo bồi tích, sự co ngót/ trương nở, hoạt động của núi lửa. Trong luận án, lún mặt đất được xem là sự biến dạng của bề mặt địa hình thể hiện dưới hai hình thức thuộc loại 1 và 2. Thứ nhất: lún mặt đất là biến dạng của nền đất do sự thay đổi ứng suất hữu hiệu dẫn đến sự nén chặt của nền đất khi có sự hạ thấp mực nước ngầm. Luận án tập trung nghiên cứu lún mặt đất trên diện rộng (mang tính khu vực), không nghiên cứu lún mặt đất liên quan đến các công trình xây dựng cụ thể.
3 Thứ hai: lún - sụt do hoạt động của con người tạo ra khoảng rỗng trong đất (hoạt động khai thác nước dưới đất) và những khoảng rỗng tự nhiên tương đối gần với bề mặt đất (karst) dẫn đến sự phá hủy của nền đất, tạo nên các hố sụt. Phạm vi nghiên cứu gồm các huyện Quốc Oai (diện tích khoảng 232,9 km2), huyện Chương Mỹ (khoảng 230 km2) và huyện Mỹ Đức (khoảng 147 km2). Tổng diện tích khu vực nghiên cứu khoảng 609,9 km2 (hình 1). 3. Nội dung nghiên cứu - Đặc điểm thành phần thạch học, tính chất cơ lý và đặc điểm phân bố trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. - Mối liên quan giữa trầm tích Đệ tứ và các tai biến lún, lún - sụt mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. - Đề xuất các giải pháp phòng chống lún và lún - sụt mặt đất phục vụ phát triển bền vững cơ sở hạ tầng. 4. Cơ sở tài liệu Luận án được xây dựng trên cơ sở: - Các báo cáo khảo sát Địa kỹ thuật của các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và giao thông, thuỷ lợi ở khu vực nghiên cứu gồm: 431 hố khoan, chiều sâu các hố khoan từ 7-50 mét; 1272 mẫu đất, 1778 lần thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) và 47 thí nghiệm cắt cánh (bảng 1 trong Phụ lục) - Báo cáo tổng kết đo vẽ bản đồ địa chất, địa mạo tỷ lệ 1:50 000 nhóm tờ Hà Đông - Hòa Bình (1988) và nhóm tờ thành phố Hà Nội (1994) do Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc thành lập. - Kết quả của các đề tài nghiên cứu khoa học, đề án, dự án gồm: + Đề tài “Nghiên cứu các tai biến địa chất tiềm ẩn liên quan đến quá trình đô thị hóa ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội”. Đề tài cấp cơ sở trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội do NCS làm chủ nhiệm, nghiệm thu năm 2013. + Báo cáo kết quả điều tra khảo sát xác định nguyên nhân sụt đất và thi công trám lấp hố sụt tại xóm 16, thôn Áng Hạ, xã Lê Thanh, huyện Mỹ Đức và tại Đội 6, thôn Thượng, xã Xuy Xá, huyện Mỹ Đức, thành phố Hà Nội do Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước miền Bắc thực hiện năm 2011.
4 + Đề án “Nghiên cứu tai biến địa chất sụt lún mặt đất và đề xuất giải pháp xử lý tại Km16, TL419 thuộc thị trấn Quốc Oai, Thành phố Hà Nội” do Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản - Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện năm 2009. - Báo cáo khảo sát hiện tượng sụt lún đất thôn Yên Nội, xã Đồng Quang, huyện Quốc Oai, tỉnh Hà Tây (cũ) do Công ty cổ phần Công nghệ Địa vật lý thực hiện năm 2007. + Dự án “Mitigation of Geohazards in Vietnam” do Đại học Quốc gia Hà Nội (VNU) và viện Địa kỹ thuật Nauy (Norwegian Geotechnical Institute-NGI) hợp tác thực hiện năm 2007. Số lượng hố khoan khảo sát là 21 hố, chiều sâu các hố khoan từ 25m đến 50m, số lượng mẫu thí nghiệm là 109 mẫu. Số tuyến đo địa vật lý là 9 tuyến. Trong đó: huyện Quốc Oai có 5 tuyến đo với tổng chiều dài các tuyến khoảng 11,5 km, huyện Mỹ Đức có 4 tuyến đo với tổng chiều dài khoảng 7km. Nghiên cứu sinh là thành viên tham gia thực hiện dự án. 5. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội được chia thành 4 kiểu mặt cắt với 18 phụ kiểu dựa trên đặc điểm trầm tích, tuổi - nguồn gốc và đặc điểm phân bố. Luận điểm 2: Lún và lún - sụt mặt đất ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội diễn ra có tính chất cục bộ. Lún mặt đất xảy ra ở khu vực phân bố trầm tích thuộc mặt cắt kiểu 1 (phụ kiểu 1.2, 1.3 và 1.4) và kiểu 3 do mực nước ngầm bị hạ thấp. Lún-sụt xảy ra ở khu vực phân bố trầm tích thuộc các kiểu mặt cắt 1 và 3 do hoạt động khai thác nước dưới đất không hợp lý và kết hợp với sự có mặt của tầng đá vôi nứt nẻ, hang karst ngầm. 6. Những điểm mới của luận án - Trên cơ sở liên kết các đặc điểm trầm tích và tính chất cơ lý của đất, xác định phạm vi phân bố theo chiều sâu và trong không gian của các tập trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. - Xây dựng chi tiết các kiểu (phụ kiểu) mặt cắt trầm tích Đệ tứ và phạm vi phân bố của chúng ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội.
5 - Làm sáng tỏ nguyên nhân gây lún và lún - sụt cục bộ liên quan với trầm tích Đệ tứ, đặc biệt là các tập trầm tích đất yếu ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. - Khoanh định chi tiết các khu vực phân bố lún và lún - sụt mặt đất trong mối liên quan với các kiểu mặt cắt trầm tích Đệ tứ và phân bố hang karst ngầm trong đá vôi ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: đặc điểm, sự phân bố của trầm tích Đệ tứ ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội và mối liên quan đến các tai biến lún, lún - sụt mặt đất trong khu vực này được làm sáng tỏ. Xác định nguyên nhân gây ra hiện tượng lún và lún - sụt cục bộ mặt đất. Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học giải thích nguyên nhân, cơ chế hình thành và phát triển của tai biến lún và lún - sụt mặt đất, khoanh định các khu vực có nguy cơ xảy ra tai biến và cảnh báo các hoạt động của con người có khả năng kích thích sự phát triển tai biến lún mặt đất phục vụ cho quy hoạch, sử dụng hợp lý lãnh thổ, phát triển bền vững cơ sở hạ tầng ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. 8. Bố cục của luận án Mở đầu - Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. - Chương 2. Cơ sở lý luận và các phương pháp nghiên cứu. - Chương 3. Đặc điểm trầm tích Đệ tứ khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. - Chương 4. Mối liên quan giữa trầm tích Đệ tứ và hiện tượng lún, lún - sụt mặt đất. Kết luận và kiến nghị.
6 Hình 1. Bản đồ vị trí hố khoan, các tuyến đo địa vật lý ở khu vực phía Tây thành phố Hà Nội