Mở đầu CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỤT ĐẤT KARST VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰ NGHIÊN CHƢƠNG 3: PHÂN VÙNG NGUY CƠ SỤT ĐẤT KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ CẨM PHẢ 2.1 Hiện trạng và đặc điểm tai biến sụt đất 2.2 Điều kiện, nguyên nhân và cơ chế sụt đất 2.3 Phân vùng nguy cơ sụt đất khu vực ven biển thành phố Cẩm Phả. Kết luận Tài liệu tham khảo 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỤT ĐẤT KARST VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sụt đất karst 1.1 Trên thế giới Sụt lún karst là một hiện tượng tai biến địa chất đã và đang xảy ra tại nhiều khu vực karst trên thế giới.
Dạng tai biến địa chất này gắn liền với hoạt động hòa tan, rửa lũa tạo nên các không gian ngầm trong đá karst (gồm các đá có khả năng hòa tan như cacbonat, dolomit, evaporit, thạch cao…). Karst chiếm khoảng 15% diện tích trên bề mặt trái đất và hàng triệu người sinh sống trên khu vực này. Các tai biến karst trong đó có tai biến sụt lún đã được ghi nhận ở nhiều địa phương, khu vực và quốc gia. Do ảnh hưởng, hậu quả của tai biến karst và nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, các nghiên cứu về karst ngày càng được quan tâm.
Các công trình công bố của các tác giả như Jenning 1985, White 1988. Ford and Williams 1989, Waltham and Fookes 2003, Beck 2004…đã đưa ra các khái niệm, phân loại hiện tượng sụt lún trên vùng karst. Trong các tài liệu này, mỗi hệ thống phân loại dựa trên kinh nghiệm và hiểu biết, tiêu chí riêng của từng nhà nghiên cứu. Ví dụ một cách phân chia của Williams (2003) dựa trên cơ chế hình thành hố sụt đã chia thành 4 loại: hố sụt hòa tan, sụp đổ nhanh chóng, rửa trôi đất vào khe karst, sụt lún trên diện rộng.
Các phân loại này có thể hợp lý về lý thuyết khoa học. Tuy nhiên, trong thực tế hố sụt có thể được tạo ra từ nhiều cơ chế. Vì vậy, trong các phân loại trên, nhiều cơ chế hình thành thực sự mới chỉ là các giả thuyết, những bằng chứng để chứng minh, thuyết phục là khó tìm thấy trong thực tế. Mặc dù mỗi nhà nghiên cứu có một cách phân loại riêng, nhưng hầu hết họ đều đồng ý về quá trình dẫn đến sụt lún karst, và điều kiện tiên quyết của hiện tượng này đó là tồn tại không gian ngầm karst (khe nứt, các hốc, hang) do sự hòa tan, rửa lũa các đá karst theo các đới dập vỡ, nứt nẻ và mặt lớp.
Thêm vào nữa, hoạt động của nước là yếu tố quan trọng nhất trong việc phát triển phát triển sụt 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Từ kiểu sụt lún chậm hình thành các trũng, phễu karst, sập trần hang do hoạt động hòa tan, rửa lũa dần dần các đá karst…cho đến những kiểu rửa trôi các thành phần đất đá tầng phủ nằm trên đá karst và các khe, hốc karst. Ngoài sự ảnh hưởng của tự nhiên như nước mưa, sự di chuyển, thay đổi mực nước ngầm do chế độ thủy, hải văn, thì các hoạt động nhân sinh tác động đến nước mặt, nước ngầm cũng là nguyên nhân hoặc làm tăng hiện tượng sụt lún karst. Theo Waltham và nnk (2005) các nguyên nhân do hoạt động nhân sinh tác động đến sụt lún là: - Do gia tăng lượng nước chảy tới bề mặt lớp phủ: không kiểm soát hệ thống dòng chảy mặt, vớ đường ống nước, các hố khoan không lấp, tưới tiêu nông nghiệp, rò rỉ đường ống ngước cấp, thoát.
- Do suy giảm mực nước ngầm: bơm hút nước vượt quá giới hạn, thí nghiệm hút nước, tháo khô mỏ. - Do tác động tới bề mặt như: các hoạt động khai đào làm giảm lớp phủ bề mặt, thay đổi lớp phủ thực vật, đổ đắp nền móng, sự thay đổi lên xuống của mực nước. Dự đoán nơi nào, khi nào xảy ra sụt lún karst và xu hướng hố sụt sẽ phát triển như thế nào là chìa khóa để đánh giá và giảm thiểu rủi ro. Việc này vẫn đang là được các nhà khoa học nghiên cứu.
Sụt lún xảy ra do tác nhân là tổ hợp các yếu tố có mối quan hệ phức tạp. Một hố sụt có thể xảy ra nhanh đột ngột, cũng có thể kéo dài trong thời gian dài trong nhiều năm thậm chí hàng thế kỷ. Chính vì vậy, gần như không thể dự báo được thời điểm xảy ra, tuy nhiên các khu vực có nguy cơ sụt lún karst thường có liên quan chặt chẽ với các đới dập vỡ, nứt nẻ. Thông tin về đặc tính và phân bố không gian, thời gian của hố sụt trong quá khứ có thể được thu thập từ nhiều nguồn như ảnh vệ tinh, các khu vực karst cổ…nghiên cứu các hành vi trong quá khứ, để đánh giá khả năng phát triển, xảy ra trong tương lai của hố sụt (Brinkman và nnk 2008, Gutierrez và nnk 2008).
Một số phương pháp luận đã được phát triển gần đây có thể được áp dụng để dự báo sự xuất hiện và hành vi của hố sụt là: nghiên cứu địa tầng và cấu trúc của trầm tích hình thành sụt lún cụ thể bằng phương pháp phân tích biến dạng 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com hồi qui và tuổi tuyệt đối cho phép tái tạo lịch sử sụt lún (cơ chế lún, sự dịch chuyển tích lũy, tốc độ lún). Thông tin này có thể được sử dụng làm cơ sở khách quan để dự báo hành vi tương lai của sụt lún (Kanfmann 2014). Các tác giả Lei và nnk 2000, Ziisman 2001, Waltham và nnk 2005, Gao và Alexxander 2008 lưu ý đến các yếu tố chính liên quan đến sụt lún karst cần được đánh giá như về địa chất (cấu trúc thành phần thạch học, mức độ nứt nẻ, ranh giới địa chất, đứt gãy, bề dày tầng phủ…); địa chất thủy văn (cao độ mực nước ngầm, động thái, dòng chảy…); đặc điểm phân bố các hố sụt, các dị thường địa vật lý, các thông số của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT và thông tin cột địa tầng lỗ khoan. Mới đây, Denton 2013 gợi ý các vấn đề cần xem xét khi đánh giá sập sụt trên thực tế như đánh giá hiện trạng và phâm tích bối cảnh sụt lún; đánh giá lớp đất phủ và đá gốc, xác định các yếu tố liên quan đến đặc điểm vận động của nước, xác định các đặc trưng karst bề mặt và karst ngầm.
Tác giả còn đề cập khinh nghiệm và hiểu biết nhất định về karst là điều kiện cần thiết khi đánh giá tai biến địa chất và quản lý các khu vực karst. Một loại công cụ phát hiện sụt lún karst là các phương pháp địa vật lý, dựa trên sự thay đổi các tính chất vật lý của lớp dưới bề mặt trong vùng lân cận của các hố sụt, ví dụ như các lỗ rỗng (phương pháp đo gravimetric, đo điện, từ trường), sự phân bố trong cấu trúc và phân lớp (phương pháp địa chấn). Một vài nghiên cứu gần đây về sự phát hiện hố sụt karst thành công với các phương pháp địa vật lý là: A sinkhole close to the high-speed railway track near Zaragoza, Spain (Mochales et al., 2008); Sinkhole development in Florida, USA (Dobecki and Upchurch, 2006); và Doline detection in Thuringia in Germany (Jahr et al. Theo Kanfmann 20114, Các mô hình tính nhạy cảm có thể được tạo ra để phân tích các mối quan hệ thống kê giữa sự phân bố không gian của các hố sụt và các yếu tố nguyên nhân gây ra.
Khả năng tính toán của mô hình có thể được đánh giá định lượng bằng cách sử dụng một tập hợp các hố sụt đã có, để phân tích nguy cơ sụt lún xảy ra trong khu vực. 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Một nghiên cứu ứng dụng mô hình tính toán LRM kết hợp với hệ thống thông tin địa lý GIS đã phân tích định lượng các yếu tố ảnh hưởng tới sụt đất và lập bản đồ dễ bị tổn thương ở khu vực làng Jili, Quảng Tây, Trung Quốc. 10 yếu tố được chọn để phân tích trong mô hình tính toán là: đặc điểm thạch học, cấu trúc đất, độ sâu nước ngầm, biến động mực nước ngầm, hệ số thấm của đất, độ phát triển đá vôi, khoảng cách tới đứt gãy, khoảng cách tới tuyến giao thông và bề dày lớp phủ. Mô hình LRM đã được áp dụng để đánh giá yếu tố nào ảnh hưởng đáng kể đến hố sụt.
Kết quả cho thấy các yếu tố đều có ảnh hưởng rõ ràng với những mức độ khác nhau, trong khi đó một yếu tố, là khoảng cách từ giao thông mang giá trị âm, không có tác động đến hiện tượng sụt, được xoá khỏi mô hình LRM. Tóm lại, sập sụt, sụt lún karst là một loại tai biến phức tạp, nguy hiểm và để lại nhiều hậu quả tới đời sống dân sinh. Các kết quả nghiên cứu về nguyên nhân của tai biến này cho thấy sự tồn tại của không gian ngầm karst là điều kiện tiên quyết, tiếp đền các hoạt động của con người là yếu tố kích hoạt trong đó chủ yếu là pháo vỡ cân bằng nước trong khu vực. Mặc dù đã có tổ hợp nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau từ viễn thám, địa chất, địa vật lý, địa chất thủy văn và địa chất công trình, việc xác định phân bố không gian của các hố sụt là rất phức tạp và là thách thức lớn.
Bên cạnh đó dự báo thời điểm xảy ra là vấn đề không khả thi. Tuy nhiên, nghiên cứu tai biến sụt lún karst trên thế giới đã góp phần giảm thiểu hậu quả và cung cấp các thông tin nhằm qui hoạch hợp lý và an toàn trên các khu vực karst trên thế giới.2 Tại Việt Nam Nước ta có diện tích đá vôi lên đến 50.000km2, chiếm khoảng 20% tổng diện tích (Phạm Khang, 1991). Ngoài phần lộ ra trên mặt ở vùng trung du và miền núi, diện tích lớn các cấu trúc đá vôi còn bị phủ bởi trầm tích ngay dưới vùng địa hình thấp và đồng bằng, ven biển. Các điều kiện tự nhiên về địa chất, khí hậu và thủy văn ở nước ta có 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com cường độ cao, sự biến động lớn là những yếu tố thúc đẩy quá trình hoạt động sụt lún diễn ra mạnh mẽ hơn các nơi khác.
Tầm quan trọng và lợi ích của các khu vực kart trong phát triển kinh tế - xã hội tại nhiều địa phương là không thể phủ nhận. Tuy nhiên, các nguy cơ liên quan đến tai biến địa chất đã và đang tiềm ảnh ở nhiều khu vực karst ở nước ta, gây ảnh hưởng không nhỏ tới đời sống nhân dân.