Tạp chí ĐỊA CHẤT, loạt A, số 301, 7-8/2007, tr

TỔ HỢP PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU
VÀ DỰ BÁO TAI BIẾN SỤT ĐẤT Ở CAM LỘ, QUẢNG TRỊ

NGUYỄN DUY TIÊU¹, NGUYỄN TRẦN TÂN¹, NGUYỄN TRƯỜNG LƯU¹,
NGUYỄN TIẾN THÀNH², NGUYỄN VĂN CÚC², HỒ TÀI²

¹Liên đoàn Vật lý Địa chất, Thanh Xuân, Hà Nội
²Liên đoàn Địa chất Bắc Trung Bộ

Tóm tắt: Hiện tượng sụt đất ở Cam Lộ, Quảng trị đầu năm 2006 đã gây ra nhiều thiệt hại cho dân cư. Việc nghiên cứu đánh giá hiện trạng và xác định các diện tích có nguy cơ sụt đất để đề xuất biện pháp phòng tránh đã được tiến hành bằng các phương pháp khảo sát địa chất, địa vật lý. Kết quả công tác địa vật lý đã phát hiện các hang động karst và các đới phá huỷ, đứt gãy ẩn dưới lớp phủ là nguyên nhân gây nên hiện tượng sụt đất.

I. GIỚI THIỆU

Vào 21 giờ ngày 18/2/2006 và liên tiếp các ngày sau đó, tại thôn Tân Hiệp, xã Cam Tuyền, huyện Cam Lộ, tỉnh Quảng Trị đã xẩy ra hiện tượng sụt đất trên vùng có chiều rộng khoảng 200 m, dài gần 300 m, gây sập đổ, nứt vỡ hơn 60 nhà ở và các công trình xây dựng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của nhân dân trong thôn và buộc những hộ dân trong diện tích sụt đất phải di dời đến nơi ở mới. Trước đó, trong khoảng thời gian từ 1994 đến nay, một số nơi khác trong huyện Cam Lộ cũng đã xảy ra sụt đất quy mô nhỏ như ở thôn Hậu Viên, trạm Y tế thị trấn Cam Lộ, thôn Tân Mỹ….

Để làm rõ nguyên nhân và xác định các vùng tiềm ẩn nguy cơ sụt đất, công tác điều tra địa chất, địa chất thuỷ văn, địa chất công trình và địa vật lý đã được tiến hành trên diện tích 25 km² dọc theo hai bờ sông Hiếu, từ xã Cam Tuyền đến thị xã Đông Hà.

Trong khuôn khổ bài báo này, chúng tôi giới thiệu kết quả khảo sát địa vật lý trên các vùng lân cận thôn Tân Hiệp, nơi có hiện tượng sụt đất nguy hiểm nhất.

Tổ hợp phương pháp địa vật lý đã tiến hành gồm:

- Phương pháp điện mặt cắt với AB = 90 và 150m.

- Phương pháp đo sâu điện đối xứng với AB/2max = 325 m.

- Phương pháp đo rađa xuyên đất (georadar).

Kết quả khảo sát địa vật lý đã xác định quy luật phân bố và xác định các vùng có nguy cơ sụt đất, có thể gây nguy hiểm đến tính mạng và tài sản của dân cư ở Tân Hiệp.

II. ĐẶC ĐIỂM CÁC YẾU TỐ ĐỊA CHẤT LIÊN QUAN ĐẾN SỤT LỞ ĐẤT

1. Các thành tạo Đệ tứ

Thành tạo Đệ tứ có diện phân bố rộng, chiếm phần lớn diện tích vùng nghiên cứu và tạo nên đồng bằng hiện tại với nhiều dạng địa hình khác nhau. Đặc trưng của chúng là đa nguồn gốc và có sự chuyển tướng ngang rõ rệt từ rìa đồng bằng ra biển, gồm các trầm tích thềm bậc II (Pleistocen thượng), thềm bậc I, bãi bồi cao, bãi bồi thấp và trầm tích lòng sông (Holocen).

2. Các thành đạo đá gốc

Thành phần thạch học của đá gốc trong vùng sụt đất gồm phần dưới là đá vôi sét xen đá vôi màu xám đen, chuyển lên là đá vôi, đá vôi đolomit màu xám sáng của hệ tầng Cù Bai. Các đá của hệ tầng tạo thành một nếp lõm không hoàn chỉnh có trục kéo dài theo phương á vĩ tuyến.

Do nằm trong đới hoạt động của nước dưới đất, nước mặt và chịu ảnh hưởng của hoạt động kiến tạo, nên các đá hệ tầng Cù Bai bị cà nát, dập vỡ khá mạnh và phát triển nhiều hang hốc karst (Ảnh 1, 2). Ngay tại bờ suối La La gần thôn Tân Hiệp và một số giếng trong thôn đã quan sát thấy các hang karst có kích thước rộng 1 - 1,5 m, dài 4 m, sâu hơn 2 m. Tại lỗ khoan 1 tìm kiếm đá vôi ngầm của Công ty Xi măng Quảng Trị có độ sâu 40 m cũng gặp các hang karst kích thước 1-2 m. Tại trung tâm Y tế Cam Lộ, cả 3 lỗ khoan khảo sát nền móng đều gặp hang karst ở độ sâu 6-8 m, kích thước hang 3-4 m.

3. Hiện trạng sụt đất

Sụt đất tại Tân Hiệp xảy ra vào lúc 21 giờ ngày 18/2/2006 và còn kéo dài rải rác vài ngày sau đó, có hố sụt vào ngày 10/3. Đầu tiên xuất hiện các hố sụt cạnh bờ suối, tiếp theo là các hố khác theo chiều hướng phát triển từ ngoài bờ suối vào trong thôn. Ngay trước một ngày xảy ra sụt đất, vào đêm 17/02/2006, có trận mưa to bất thường hiếm gặp kéo dài liên tục hơn 3 giờ, nước suối dâng cao và rút cạn ngay vào sáng hôm sau, và vào lúc 21 giờ ngày 18/02 đã xẩy ra sụt đất hàng loạt.

Đến ngày 30/3/2006, tại thôn Tân Hiệp đã xác định được 52 hố sụt đất lớn nhỏ (Ảnh 3, 4), phân bố thành một dải có chiều rộng 150-200 m, chiều dài 300 m, phát triển theo phương ĐB-TN, kéo dài từ bờ suối La La đến giữa thôn.

Mật độ, kích thước và độ sâu các hố lớn nhất ở gần bờ suối La La và giảm dần về phía đông bắc. Các hố chủ yếu có hình tròn, đẳng thước, đường kính lớn nhất 25 m, nhỏ nhất 0,2 m, trung bình 4-5 m; thành hố thẳng đứng hoặc hàm ếch, có xu thế mở rộng xuống sâu; độ sâu hố quan sát được 4-5 m, những hố sâu đáy bị ngập nước. Các hố sụt cạnh bờ suối có dạng phễu karst điển hình, phía dưới mở rộng và liên kết với nhau tạo thành tập hợp phễu karst và khi có nước sẽ tạo thành dòng chảy ngầm kéo theo đất đá gây sụt lún. Sụt đất tại Tân Hiệp gây tác hại rất nghiêm trọng đối với các công trình xây dựng và cuộc sống của nhân dân. Toàn thôn có 178 hộ thì có tới 122 hộ bị ảnh hưởng ở các mức độ khác nhau, trong đó 7 nhà bị sập nền, sập tường, trụ gây hư hỏng hoàn toàn, hàng chục nhà khác bị sập một phần hoặc lún, nứt gây mất an toàn. Các nhà nằm trong khu trung tâm sụt đất bị thiệt hại nặng nhất (Ảnh 5-8).

III. DỰ BÁO CÁC VÙNG CÓ NGUY CƠ SỤT ĐẤT THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ

Việc xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý điện được tiến hành theo các phương pháp truyền thống (xây dựng đồ thị, bản đồ đẳng trị r_k, phân tích đường cong đo sâu điện, thành lập các mặt cắt địa điện…), ngoài ra còn sử dụng các phép biến đổi trường (xây dựng mặt xu thế - trend, tính giá trị xu thế dư…) để xác định các vùng có nguy cơ sụt đất nguy hiểm.

Tài liệu rađa xuyên đất được xử lý theo chương trình Groundvision gồm các bộ lọc có tần số khác nhau.

1. Nguy cơ sụt đất ở thôn Tân Hiệp.

Vùng có nguy cơ sụt đất nguy hiểm là phía TN thôn Tân Hiệp, gần khúc quành đổi hướng của suối La La, phát triển dần theo hướng Đ-ĐB.

Trên sơ đồ đẳng trị điện trở suất các thiết bị AB = 90 m và AB = 150 m, hiệu xu thế dư bậc 1 cũng như tài liệu rađa xuyên đất đã xác định sự tồn tại của đới dập vỡ, phá huỷ mạnh phát triển theo hướng ĐB-TN có chiều rộng thay đổi trong khoảng từ 100 đến 200 m.

Tài liệu đo sâu điện, mặt cắt điện và rađa xuyên đất cho phép xác định đới dập vỡ, phá huỷ, các khối có điện trở dạng đẳng thước liên quan đến các hang động karst.

Kết quả phân tích định lượng tài liệu đo sâu điện, rađa xuyên đất đã xác định chiều dày lớp phủ bở rời từ 4 đến 6 m. Tiếp dưới là tầng sản phẩm phong hoá đá gốc, cuội, cát, sét…có chiều dày phụ thuộc bề mặt nền đá gốc ít nhiều bị nứt nẻ, phong hoá yếu. Bề mặt đá gốc phong hoá yếu có độ sâu thay đổi từ 4 đến 6-7 m. Độ sâu đến mặt đá gốc rắn chắc khoảng 40 đến 60 m.

Đây là tuyến địa vật lý đi qua vùng sụt đất mạnh (tương ứng với đới dập vỡ trên mặt cắt rađa xuyên đất).

Trên sơ đồ đẳng trị hiệu xu thế dư điện trở suất các thiết bị AB = 90 và AB = 150 m đã xác định được đới dị thường âm có liên quan chặt chẽ với vùng sụt đất.

Các dị thường âm có hình dạng đẳng thước khép kín có thể là vị trí các karst phân bố dưới lớp phủ. Tương ứng với các dị thường âm có cực trị lớn là vùng đặc biệt nguy hiểm.

Nguyên nhân sụt đất là do đá gốc vùng thôn Tân Hiệp có thành phần là carbonat bị đứt gãy phá huỷ gây nứt nẻ, dập vỡ mạnh và nằm trong đới hoạt động nước dưới đất nên bị karst hoá mạnh tạo thành các phễu và hang hốc. Trầm tích bở rời nằm trên đá gốc có bề dày mỏng (4 - 8 m) với thành phần là cát, cát pha sét gắn kết yếu, rời rạc, dễ bị rửa trôi bởi dòng chảy và sự dao động của mực nước dưới đất.

Trên Hình 4 là mặt cắt địa vật lý tuyến T3. Tài liệu mặt cắt điện, đo sâu điện và kết quả phân tích định lượng đường cong đo sâu điện, rađa xuyên đất cho phép xác định chiều dày lớp phủ bở rời khoảng 2-3 m, có điện trở suất phụ thuộc thời tiết. Tiếp dưới là tầng cuội, cát, sét, sản phẩm phong hoá đá gốc…có điện trở suất khoảng 50-100 Ω/m, chiều dày phụ thuộc địa hình bề mặt nền đá gốc (đá vôi) bị phong hoá, nứt nẻ yếu.

Bề mặt địa hình đá vôi biến đổi phức tạp, có độ sâu thay đổi từ 4 đến 7-8 m, tương ứng điện trở suất từ 200 đến 500 Ω/m. Trong tầng đá vôi bị phong hoá, nứt nẻ yếu có các hang karst. Chiều dày của tầng này thay đổi từ vài mét đến 40-50 m. Dưới cùng là đá vôi rắn chắc có điện trở suất cao.

Trong vùng này đã xác định được hệ thống đứt gãy phá huỷ, nứt nẻ theo hướng TB-ĐN và gần á vĩ tuyến cắt nhau rất phức tạp.

Trên sơ đồ đẳng trị hiệu xu thế dư bậc 1, điện trở suất của hai thiết bị đo có thể xác định các dải điện trở thấp tương ứng vùng có nguy cơ sụt đất, đặc biệt nguy hiểm ở diện tích gần sát sông Hiếu (thôn Hậu Viên) và ở TB thôn Đông Định (gần cầu Đuôi).

Sụt đất và xói lở bờ sông Hiếu liên quan mật thiết với nhau. Dưới lớp phủ có thành phần cát, sét, sạn, cuội bở rời dày 4-10 m là đá vôi nứt nẻ, bị karst hoá và nằm trong đới hoạt động nước dưới đất, nên quá trình sụt đất xảy ra ở nhiều nơi, nhưng quy mô nhỏ. Sụt đất trên diện rộng tạo điều kiện đẩy nhanh xói lở bờ sông và ngược lại, xói lở bờ làm sông mở rộng đã làm tăng sự sụt đất.

Căn cứ vào đặc điểm, tính chất các hố sụt, ta thấy sụt đất ở Hậu Viên - Trung Viên khá nguy hiểm.

Căn cứ vào tài liệu mặt cắt điện, đo sâu điện và rađa xuyên đất, đã xác định bề dày lớp phủ bở rời trong vùng này thay đổi từ 3 đến 6 m. Dưới chúng là tầng sản phẩm phong hoá đá gốc xen lẫn cuội, cát, sét…có điện trở suất thay đổi trong khoảng một vài trăm Ω/m, chiều dày phụ thuộc bề mặt địa hình đá gốc (đá vôi) bị phong hoá yếu. Độ sâu đến bề mặt đá gốc (bị phong hoá, nứt nẻ yếu) khoảng 5-7 m, chiều dày từ 30 đến 60 m. Dưới cùng là đá gốc (đá vôi) rắn chắc.

Trên vùng này đã xác định được hệ thống phá huỷ, dập vỡ xuyên cắt nhau theo hướng TB-ĐN và ĐB-TN. Các vùng có nguy cơ sụt đất ở các thôn Quất Xá và Tân Mỹ đều liên quan đến các đới phá huỷ, dập vỡ này.

4. Vùng các thôn An Hưng, Thượng Viên

- Trên cùng là lớp phủ dày 4,5 - 8,5 m, điện trở suất thay đổi trong phạm vi rộng, từ 100 đến vài trăm Ω/m, có chỗ tới 1000 Ω/m.

- Xuống dưới là lớp điện trở thấp: 60-150 Ω/m, có chỗ tới 200 Ω/m, liên quan với lớp đá vôi phong hóa mạnh, dập vỡ nứt nẻ nhiều và có thể cả hang karst, chiều dày từ 15 đến 30 m, đáy dưới có chỗ ở độ sâu tới 35 m.

- Tiếp theo là lớp có điện trở trung bình 150-250 Ω/m, dày 20-30 m, đáy dưới ở độ sâu 40-60 m, có chỗ tới 80 m như ở tuyến 46, liên quan với đá vôi nứt nẻ nhiều, có có cả hang karst

- Lớp dưới cùng là đá vôi rắn chắc, điện trở cao.

Quá trình hình thành hang karst dọc theo các đứt gãy theo các hướng khác nhau là nguyên nhân gây ra sụt lún đất ở trong vùng.

KẾT LUẬN

Trên đây là một số kết quả khảo sát địa vật lý đánh giá hiện trạng và xác định các vùng tiềm ẩn nguy cơ sụt đất, gây nguy hiểm cho cuộc sống của dân cư ở Cam Lộ, Quảng Trị.

Việc sử dụng tổ hợp phương pháp địa vật lý hợp lý gồm đo mặt cắt điện, đo sâu điện trở và rađa xuyên đất cho phép xác định chính xác vị trí, độ sâu các đối tượng gây tai biến địa chất ở Cam Lộ, Quảng Trị. Công nghệ rađa xuyên đất tuy mới được áp dụng nhưng đã trở thành một công cụ hữu hiệu để giải quyết nhiệm vụ đặt ra.

Ngoài việc nghiên cứu lựa chọn tổ hợp phương pháp điều tra hợp lý thì việc nâng cao khả năng xử lý, tổng hợp đóng vai trò rất quan trọng khi gíải đoán địa chất tài liệu địa vật lý.

Tổ hợp phương pháp địa vật lý trên có thể ứng dụng để nghiên cứu tai biến địa chất cho các vùng có đặc điểm địa chất tương tự.

VĂN LIỆU

Nguyễn Tiến Thành, Hồ Tài, Nguyễn Văn Cúc, Nguyễn Duy Tiêu, Nguyễn Trường Lưu và nnk., 2006. Báo cáo Khảo sát, đánh giá chi tiết hiện trạng, xác định rõ nguyên nhân sụt lở đất và xác định các diện tích có nguy cơ sụt đất; đề xuất biện pháp phòng tránh nhằm ngăn chặn sự cố gây thiệt hại có thể xảy ra tại các vùng dọc quốc lộ 9 và dọc sông Hiếu. Lưu trữ Địa chất, Hà Nội.