Sö dông tæ hîp c¸c phng ph¸p ®Þa vËt lý trong ®iÒu tra tai biÕn ®Þa chÊt

I. NHIỆM VỤ ĐẶT RA

Trong mấy năm gần đây trên diện tích Tây Nguyên nói chung và trên tỉnh Gia Lai nói riêng thường xảy ra nhiều hiện tượng tai biến địa chất làm thiệt hại rất nhiều tài sản của nhân dân và đe doạ nghiêm trọng đến sự bền vững của nhiều công trình quốc gia, như đường dây 500kv. Các dạng tai biến địa chất là trượt lở đất đá, sụt đất, nứt đất, phun tro núi lửa... Ngoài các phương pháp điều tra truyền thống phục vụ điều tra tai biến địa chất như: phương pháp địa chất - địa mạo, phương pháp ĐCTV-ĐCCT, địa hoá, viễn thám, các phương pháp địa vật lý tỏ ra rất có hiệu quả trong việc điều tra các loại tai biến địa chất kể trên.

Nhiệm vụ đặt ra cho các phương pháp địa vật lý là:

- Xác định sự có mặt của các đứt gãy kiến tạo sâu nằm dưới lớp phủ bazan hoặc trong đá gốc và hiện trạng của nó.

- Xác định tính chất của các đứt gãy sụt lún như: độ sâu, góc dốc, mức độ phá huỷ thông qua các tham số địa vật lý: vận tốc truyền sóng đàn hồi V của các lớp đất đá, mođul biến dạng E, hệ số Poisson, điện trở suất... và đánh giá mức độ hoạt động của chúng.

II. PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG, THIẾT BỊ MÁY MÓC VÀ ĐO ĐẠC

1. Phương pháp đo địa chấn khúc xạ

Phương pháp đo địa chấn khúc xạ sử dụng thiết bị địa chấn ghi số 24 kênh Terloc Mark-6 do Thụy Điển sản xuất năm 1996, máy có dải tần số rộng, dải rộng, lọc thu sóng lớn, nhiều tham số đo ghi tuỳ chọn để thích hợp với mọi dạng quan sát khi đo. Đo đạc thực hiện với bộ lọc tần thấp 48 Hg, nhịp số hoá 250 ms. Nguồn sóng dùng búa tạ 7 kg, cộng sóng từ 65 đến 185 lần đập.

Phương pháp địa chấn khúc xạ sử dụng hệ quan sát 5 điểm nổ gây sóng trên một chặng máy theo hệ thống biểu đồ giao và đuổi nhau. Khoảng cách của các điểm gây sóng trên tuyến là 57,5 m, khoảng cách các điểm thu sóng khúc xạ là 5 m, giữa hai chặng máy có một máy thu sóng gối liên kết. Tuyến địa chấn được bố trí vuông góc với các cánh cung trượt lở và các hướng đứt gãy dự kiến.

2. Phương pháp đo sâu điện

Đo sâu điện với thiết bị AB/2 = 325 m. Máy sử dụng: GESKA do Xưởng máy Địa vật lý lắp. Đo sâu điện được thực hiện trên tuyến trùng với tuyến đo địa chấn và đo rađon, hơi thuỷ ngân. Tuyến cách tuyến từ 1 đến 2 km, điểm cách điểm 100 m, khi có dị thường đan dày 50 m/1 điểm.

3. Đo rađon và tổng hoạt độ alpha

Thiết bị sử dụng RDA-200 do Canađa sản suất năm 1992. Đây là hệ thiết bị hiện đại nhất ở Việt Nam hiện nay. Thiết bị hoạt động có độ nhạy tuyến tính trên 1 dải rộng có độ nhạy cao 0,1Pci/l; thiết bị sử dụng buồng nhấp nháy 2 van, với khay lọc có phin lọc làm bằng sợi thuỷ tinh đặc biệt, vì vậy có thể đo được 2 tham số đồng thời: tổng hoạt độ alpha và nồng độ rađon.

Độ sâu tối ưu để hút khí rađon là 0,7-0,8 m. Tuyến đo trùng với tuyến đo địa chấn và đo sâu điện. Điểm cách điểm 20 m, khi gặp dị thường đan dày 10/điểm. Để theo dõi sự hoạt động của đứt gãy đã tiến hành đo rađon 2 mùa trong 1 năm vào tháng 5 và tháng 11.

4. Phương pháp đo hơi thuỷ ngân

Thiết bị sử dụng XG-5 của Trung Quốc sản xuất năm 2001. Thiết bị làm việc theo nguyên lý hấp thụ có chọn lọc tia bức xạ đặc trưng (Bước sóng 2.537A^o) của đèn thuỷ ngân đối với nguyên tố thuỷ ngân ở trạng thái cơ bản. Thiết bị có độ nhạy 0,1 ng Hg, giới hạn phát hiện 0,01 ng Hg. Tuyến mạng lưới phương pháp lấy mẫu và đo lặp 2 mùa trong năm giống như phương pháp đo rađon.

III. KẾT QUẢ ĐO ĐẠC

1. Vùng Ia Băng: Các kết quả đo địa vật lý trên tuyến III, vùng Ia Băng, Gia Lai được trình bày trên Hình 1.

Trên tuyến III phát hiện 4 đới dập vỡ và đứt gãy:

Đới 1 từ cọc -840 đến -770

Đới 2 từ cọc -390 đến -350

Đới 3 từ cọc –130 đến +250

Đới 4 từ cọc +460 đến + 550

Đứt gãy nằm ở khoảng cọc +50

Trên tuyến I cũng đã phát hiện ra 1 đứt gãy và đới dập vỡ đi kèm. Vị trí hướng cắm của chúng tương đối phù hợp với kết quả đo trên tuyến III.

Theo tài liệu địa chấn, các đới phá huỷ đặc trưng bởi vận tốc truyền sóng từ 2000 - 3.200 m/giây, mođul đàn hồi E_đ = 930 - 1.935, hệ số Poisson = 0,27 - 0,4. Trong đá gốc tốc độ truyền sóng khoảng 3.200 - 4.900 m/giây, mođul đàn hồi Ed = 1.200 - 4.900, hệ số Poisson = 0,27 - 0,34. Theo tài liệu đo sâu điện: đới dập vỡ có điện trở suất biểu kiến r_k= 20 - 50 Wm, trong khi đá gốc có điện trở r_k= 200 - 1.000 Wm, lớp phủ bở rời r_k= 1.000 - 2.000 Wm.

Theo tài liệu đo hơi thủy ngân, đới dập vỡ được phản ánh bằng các dị thường kích thước nhỏ xen kẹp nhau với các giá trị cực trị thay đổi từ 81 đến 298 ngHg/m³. Trong khi đó giá trị phông theo luật phân bố loga chuẩn là 26 ng Hg/m³.

Tài liệu đo rađon giống như kết quả đo hơi thuỷ ngân, các đới dập vỡ biểu hiện bởi các dị thường kích thước nhỏ xen kẹp nhau, với giá trị từ 81 đến 193 Pci/l, với giá trị phông là 33 PCi/l.

Trên cơ sở tài liệu đo đạc và sau khi xử lý các tác giả đã dự báo khả năng xảy ra trượt lở đất trên đoạn tuyến III từ cọc –200 đến +400 vùng Ia Băng (Gia Lai) kết quả trình bày trên Hình 2. Tai biến trượt lở đất ở đây có thể xảy ra do các nguyên nhân sau:

- Độ dốc của sườn lớn.

- Thành phần và độ gắn kết của đất đá: đối với các đất đá mịn và nhẵn có khả năng hút nước lớn, gắn kết yếu như các thành tạo dạng sét thường có nguy cơ trượt lở lớn.

- Có mặt tiếp xúc lớp mềm nằm trên lớp cứng tạo nên mặt trượt.

- Các yếu tố kích thích như: chấn động do động đất hay đứt gãy đang hoạt động.

- Do mưa kéo dài làm tăng trọng lượng của khối trượt.

Mặt trượt này nằm trên đứt gãy trung tâm theo hướng đông bắc - tây nam, là đứt gãy chủ yếu trong vùng và có thể đang hoạt động. Theo kết quả quan trắc thì biên độ sụt lở ngày càng tăng. Theo kết quả đo địa chấn đã xác định mặt trượt là mặt ranh giới tầng phong hoá hoàn toàn (bề dày 6-8 m) có tốc độ truyền sóng đàn hồi thấp 400 m/giây. Mođul đàn hồi E_đ = 0 với lớp dưới là lớp bazan phong hoá dở dang có tốc độ truyền sóng đàn hồi V_p = 900 m/s, có mođul đàn hồi 100-37 MPA.

Các tài liệu đo tổng hoạt độ alpha trên 2 tuyến đã chỉ ra các dị thường có liên quan đến các đới dập vỡ phù hợp với các kết quả đo thủy ngân và rađon. Các kết quả đo lặp rađon, thuỷ ngân, tổng hoạt độ alpha theo 2 mùa đã được tổng hợp xử lý, liên kết. Toàn bộ kết quả trình bày trong bảng 1. Theo bảng này chúng ta thấy hàm tương quan giá trị đo rađon theo 2 mùa dao động từ 0,68 đến 0,70 (tương quan không chặt).

Hàm tương quan giá trị đo Hg theo 2 mùa là 0,7.

Hàm tương quan giữa Rn và Hg là rất nhỏ, khoảng 0,26 - 0,3.

Trị số cường độ hoạt động tương đối của Hg dao động trong khoảng 4,3 - 5.

Trị số cường độ hoạt động tương đối của Rn dao động từ 3,1đến 3,7.

Căn cứ vào các tiêu chuẩn tạm thời đề ra trong quy trình công nghệ của phương pháp đo hơi thuỷ ngân và rađon, và căn cứ vào một số tài liệu công bố của nước ngoài; vào các số liệu thu được sau khi xử lý, chúng ta có thể dự báo đứt gãy và các đới dập vỡ trong vùng đang trong giai đoạn hoạt động. Cường độ hoạt động của chúng được xếp vào loại từ trung bình đến mạnh.

2. Vùng Ja Ve

Các kết quả đo địa vật lý trên tuyến III vùng Ja Ve, Gia Lai được trình bày trên Hình 3.

Trên tuyến III phát hiện được 3 đới dập vỡ:

- Đới 1 chạy từ cọc –800 đến –750

- Đới 2 là đới dập vỡ mạnh kéo dài từ cọc –190 đến +35

- Đới 3 có quy mô nhỏ hơn kéo dài từ cọc +540 đến +610

Trên tuyến phát hiện đứt gãy tồn tại ở khoảng cọc –20. Việc đo địa vật lý trên tuyến I cho ta kết quả tương tự kết quả đo ở tuyến III: phát hiện ra 3 đới dập vỡ và vị trí một đứt gãy. Theo kết quả đo địa chấn đới dập vỡ đặc trưng bởi tốc độ truyền sóng V = 3000 - 3.400 m/s, mođul đàn hồi E_d = 1.260 - 2.420, hệ số Poisson = 0,38 - 0,40. Trong khi đó, đá gốc có V = 4.200 - 5.400, E_đ= 4.000 - 6.400, Ö = 0,21 - 0,31.

Căn cứ vào các tài liệu đã thu được và các tiêu chuẩn đã trình bày ở trên chúng ta có thể dự báo đứt gãy và các đới dập vỡ trong vùng đang trong giai đoạn hoạt động. Cường độ hoạt động của chúng được xếp vào mức trung bình.

IV. KIỂM CHỨNG CÁC TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ

Trên tuyến III vùng Ia Băng đã tiến hành khoan hai lỗ: LK.3 và LK.4. Lỗ khoan LK.3 tại khoảng cọc –100 và LK.4 ở cọc 0 đều đã gặp các đới dập vỡ. Theo tài liệu đo địa chấn dự báo LK.3 sẽ gặp tầng bazan lỗ hổng rắn chắc ở độ sâu 43,7 m. Kết quả khoan lấy mẫu đã gặp tầng này ở độ sâu 44 m. Tại LK.4 tài liệu đo địa chấn dự báo sẽ gặp tầng bazan lỗ hổng rắn chắc ở độ sâu 40,8 m. Kết quả khoan lấy mẫu đã gặp tầng này ở độ sâu 41 m. Điều đó cho thấy những dự báo của tài liệu đo địa vật lý phù hợp với các tài liệu địa chất.

V. KẾT LUẬN

1. Để nghiên cứu các hoạt động tân kiến tạo, các phương pháp địa vật lý được sử dụng trong điều tra có hiệu quả là: phương pháp đo địa chấn khúc xạ, phương pháp đo sâu điện, phương pháp đo rađon, tổng hoạt độ alpha và phương pháp đo hơi thuỷ ngân.

2. Các tài liệu khảo sát địa vật lý trên hai vùng thuộc tỉnh Gia Lai cho thấy:

Ở vùng Ia Băng tồn tại đứt gãy chạy theo hướng đông bắc - tây nam. Đứt gãy đang trong giai đoạn hoạt động và cường độ hoạt động của chúng được xếp vào loại từ trung bình đến mạnh. Vùng Ja Ve: tồn tại đứt gãy chạy theo hướng á kinh tuyến, đứt gãy cũng đang trong giai đoạn hoạt động và cường độ hoạt động của chúng được xếp vào loại trung bình.

3. Theo kinh nghiệm của nhiều nước trên thế giới như: Đức, Nga, Trung Quốc, Anh, Australia... để dự báo chính xác những hoạt động tân kiến tạo cần phải tiến hành quan trắc khí rađon và hơi thuỷ ngân trong đất định kỳ nhiều lần trong năm và trong nhiều năm (tuỳ theo yêu cầu của nhiệm vụ).

VĂN LIỆU

1. Keller, Schneiders, Schultz, 1990. Indoor Rađon correlated with Soil and Subsoil Rađon Potential: a case study.

2. Nguyễn Tài Thinh, 2001. Một số vấn đề về ứng dụng các phương pháp địa vật lý trong điều tra nghiên cứu tai biến địa chất, bản đồ địa chất.

3. Stanley H.Ward, 1990. Geotechnical and environment geophysics.