MỞ ĐẦU Ra đời từ thế kỷ thứ XVII, trải qua hơn 300 năm hình thành và phát triển, đã từng được mệnh danh là “Hòn ngọc Viễn đông”, với vai trò đầu tàu trong đa giác chiến lược phát triển kinh tế - xã hội, thành phố Hồ Chí Minh đã trở thành trung tâm kinh tế, văn hóa - du lịch, giáo dục - khoa học kỹ thuật - y tế lớn của cả nước. Tốc độ phát triển mạnh mẽ về mọi mặt như hiện nay hứa hẹn trong tương lai không xa, nơi đây sẽ một trong những thành phố hiện đại tầm cỡ nhất ở khu vực Đông Nam Á. Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về nhiều mặt kinh tế - xã hội – văn hóa , cơ sở hạ tầng hiện có trở nên không còn phù hợp nữa. Việc chỉnh trang, nâng cấp, cải tạo và xây dựng mới cơ sở hạ tầng đáp ứng tình hình phát triển trong giai đoạn hiện nay là việc làm hết sức cấp bách và cần thiết.
Trong khi diện tích đất bề mặt, và ngay cả không gian nổi không còn có chỗ cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng thì không gian ngầm là một cứu cánh. Đây là đối tượng cần được nghiên cứu, điều tra, quy hoạch để khai thác hợp lý phục vụ cho việc phát triển Thành phố trước mắt và lâu dài. Trong những năm gần đây, Thành phố đã và đang triển khai một số dự án xây dựng các công trình ngầm phục vụ cho dân sinh, trong đó có: đường hầm Thủ Thiêm, đường xe điện ngầm Hóc Môn-Bến Thành, Bình Chánh-Bến Thành và nhiều dự án khác đang và sẽ được xây dựng trong tương lai. Đặc biệt là các công trình đào sâu trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp như: hầm đậu xe, hầm máy.
cũng đang ngày một gia tăng. Do vậy, việc xác lập một tổ hợp các phương pháp địa vật lý hợp lý ứng dụng trong khảo sát thiết kế các công trình ngầm là một đề tài hết sức thiết thực nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của công tác khảo sát. Mục tiêu của đề tài: Xác lập một tổ hợp phương pháp địa vật lý tối ưu, phù hợp với đặc điểm tự nhiên và dân sinh, phục vụ nghiên cứu các đặc điểm địa chất - địa vật lý trong khảo sát thiết kế và xây dựng các công trình ngầm khu vực Thành phố Hồ Chí Minh một cách có hiệu quả nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật. Các bước đã tiến hành nhằm thiết lập tổ hợp phương pháp địa vật lý tối ưu, bao gồm: • Thu thập các tài liệu địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn, địa vật lý và các tài liệu khác có liên quan đến cấu trúc không gian ngầm vùng thành phố.
• Đánh giá một cách tổng quan các đặc điểm vùng cùng với các thông số địa vật lý có liên quan. • Xác lập mối quan hệ lý thuyết giữa các phương pháp địa vật lý và các thuộc tính của các đối tượng trong việc nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm. • Phân chia các khu vực thuộc Thành phố theo các nhóm có cùng đặc điểm địa chất và có tính chất vật lý tương đồng. • Ứng dụng thử nghiệm tại 3 vùng đặc trưng thuộc khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
Trong đó, chú ý đến các khu vực dự kiến xây dựng các công trình ngầm 4 theo quy họach của thành phố đến năm 2010 và 2020. Cụ thể các khu vực đã được lựa chọn là: khu vực Quận 1- Quận 4, khu vực Quận 2 và khu vực Quận Tân Bình. Các phương pháp địa vật lý đã được áp dụng thử nghiệm là: địa chấn khúc xạ, ảnh điện, phương pháp nhiệt, phương pháp điện trở, phương pháp Downhole Seismic, phương pháp radar xuyên đất, và địa vật lý lỗ khoan. Kết quả áp dụng thử nghiệm đã khẳng định thêm một lần nữa các nhận định và đánh giá đưa ra trên cơ sở lý thuyết bài toán thuận của các phương pháp địa vật lý được xác lập theo đặc điểm thực tế của môi trường.
Từ đó lựa chọn một tổ hợp phương pháp địa vật lý vừa hợp lý vừa hiệu quả trong việc nghiên cứu không gian ngầm, đưa ra các đề xuất cho quy trình công nghệ địa vật lý trong nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm theo các đặc điểm địa chất - địa vật lý khác nhau. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Nội dung của đề tài đã cung cấp một cách khái quát về tính năng, hiệu quả và khả năng ứng dụng các phương pháp địa vật lý tầm nông ứng dụng trong việc giải quyết các nhiệm vụ địa kỹ thuật và môi trường vào điều kiện và đặc điểm của Thành phố Hồ Chí Minh. Trên cơ sở đó đề tài đã đề xuất một tổ hợp các phương pháp địa vật lý hợp lý cùng với quy trình thực hiện cho từng dạng phương pháp nhằm nâng cao hiệu quả của công tác. Nội dung đề tài Nội dung đề tài gồm có các điểm cơ bản như sau: • Tổng quan về các phương pháp địa vật lý tầm nông.
• Đặc điểm địa chất địa vật lý vùng Thành phố Hồ Chí Minh • Xây dựng các mô hình đặc trưng và áp dụng các phương pháp thử nghiệm. • Nhận xét đánh giá hiệu quả và khả năng áp dụng của từng phương pháp. • Xây dựng quy trình thực hiện các phương pháp địa vật lý. Kết quả nghiên cứu từ đề tài cho thấy hầu hết các phương pháp nghiên cứu địa vật lý tầm nông đều có thể áp dụng được cho việc nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm vùng Thành phố Hồ Chí Minh với các mức độ khác nhau.
Tuy nhiên, việc áp dụng một số các phương pháp trường thế gặp nhiều trở ngại, nhất là sự tác động của nhiễu do các yếu tố khác nhau ở một thành phố công nghiệp phát triển với nhiều quá trình cải tạo xây dựng đang diễn ra hàng ngày khắp nơi. Kết quả của đề tài cũng cho thấy được việc áp dụng một số các phương pháp địa vật lý là hoàn toàn khả thi, trong đó bao gồm các phương pháp: Radar xuyên đất (Georadar), phương pháp thăm dò điện, phương pháp địa chấn và một số phương pháp trực tiếp khác như: phương pháp điện trở suất, phương pháp địa chấn lỗ khoan, phương pháp địa vật lý lỗ khoan, phương pháp nhiệt trở suất. Việc thiết lập quy trình công nghệ cho các phương pháp này cũng đã được đề cập đến trong kết quả đề tài, đây là các kết quả bước đầu tiến tới việc xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ của các phương pháp. 5 Đề tài này được thực hiện dưới sự chủ trì của TS.
Nguyễn Ngọc Thu, cùng với sự tham gia của các tác giả: PGS.TS Nguyễn Thành Vấn, TS. Nguyễn Kim Quang, TS.S Nguyễn Xuân Khá, Th.S Võ Thị Hồng Quyên, KS. Vũ Trọng Tấn, KS. Nguyễn Tiến Hoá, KS.
Đinh Hữu Chinh, KS. Phạm Văn Hưng, KS. Nguyễn Ngọc Sơn, CN. Phan Thị Nguyệt Minh cùng toàn thể cán bộ kỹ thuật thuộc Trung tâm Địa Vật Lý.
Chúng tôi xin chân thành cám ơn Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Nam đã tận tình giúp đỡ và hỗ trợ cho chúng tôi trong việc thực hiện đề tài này. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ Trong những thập niên gần đây, xuất phát từ những nhu cầu phát sinh trên thực tế cùng với sự tiến bộ nhiều mặt trong các ngành khoa học kỹ thuật khác nhau đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển cũng như nâng cao hiệu quả của các phương pháp địa vật lý. Ngày nay, các phương pháp địa vật lý tầm nông đã được ứng dụng ngày một phổ biến trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và đời sống, phục vụ một cách thiết thực cho con người. Có thể kể đến các trường hợp cụ thể như sau: ứng dụng địa vật lý khảo sát tai biến môi trường, sạt lở, ô nhiễm, phát hiện các khí cụ bị chôn vùi sau chiến tranh, tìm kiếm thăm dò các loại khoáng sản, nước sinh hoạt, khảo sát các công trình ngầm, khảo cổ,… Ngoài ra, các phương pháp địa vật lý tầm nông còn được sử dụng như các công cụ thí nghiệm không xâm lấn để xác định các tính chất vật lý của các đối tượng và môi trường, phục vụ cho các yêu cầu về địa kỹ thuật, môi trường, văn hóa và nông nghiệp… Trên cơ sở các tiến bộ trong kỹ thuật tính toán, xử lý máy tính và cuộc cách mạng trong lĩnh vực chế tạo các thiết bị, các phương pháp thu thập và xử lý tài liệu địa vật lý mới đã ra đời làm cho các phương pháp nghiên cứu địa vật lý tầm nông có những bước tiến bộ đáng kể tạo nên một vị trí quan trọng trong các ngành khoa học kỹ thuật khác nhau.
Các tham số vật lý đo được một cách trực tiếp từ các khảo sát địa vật lý nông bao gồm: tính chất đàn hồi, trọng lực, từ trường, độ dẫn điện, độ truyền dẫn và phân cực của sóng điện từ, và các bức xạ gamma tự nhiên. Các tham số này được sử dụng để dẫn xuất ra các tham số khác nhau của môi trường như: độ từ thẩm, độ xốp, thành phần hóa học, địa tầng, cấu trúc địa chất và các tính chất khác nhau của các đối tượng nằm trong môi trường gần mặt đất. Có thể đề cập đến một số lĩnh vực ứng dụng của các phương pháp địa vật lý tầm nông cụ thể như sau: 1. Nghiên cứu các đặc điểm địa kỹ thuật và môi trường, cung cấp thông tin cần thiết nhằm có biện pháp thích hợp để phòng tránh và giảm thiểu những thiệt hại do các tai biến tự nhiên và nhân sinh, chẳng hạn như: sạt lở, động đất, rò rỉ phóng xạ và các yếu tố môi trường khác.
Trong lĩnh vực này, các phương pháp địa vật lý tầm nông có thể cung cấp các thông tin quan trọng cho việc đánh giá rủi ro động đất như tiên đoán mức độ nguy hiểm đối với nguy cơ động đất trong từng khu vực, trên cơ sở đánh giá đáp ứng cơ học của môi trường đối với các trận động đất tại các vị trí xung yếu khác nhau. Giám sát và dự báo sự lan truyền các nguồn ô nhiễm dưới mặt đất và định hướng cho việc thiết kế các lỗ khoan nông. Cung cấp các thông tin thiết yếu (các tham số địa vật lý) sử dụng khi thiết kế các công trình, kèm theo các đặc trưng cần thiết cho việc phòng tránh những sự cố trong các vấn đề kỹ thuật và môi trường trong tương lai.