Nghiên cứu phân vùng nguy cơ sụt đất khu vực ven biển thành phố cẩm phả theo mô hình chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát triển tai biến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------

Thái Hồng Anh

NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG NGUY CƠ SỤT ĐẤT KHU VỰC
VEN BIỂN THÀNH PHỐ CẨM PHẢ THEO MÔ HÌNH CHỈ TIÊU
TÍCH HỢP CÁC YẾU TỐ PHÁT TRIỂN TAI BIẾN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------

Thái Hồng Anh

NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG NGUY CƠ SỤT ĐẤT KHU VỰC
VEN BIỂN THÀNH PHỐ CẨM PHẢ THEO MÔ HÌNH CHỈ TIÊU
TÍCH HỢP CÁC YẾU TỐ PHÁT TRIỂN TAI BIẾN

Chuyên ngành: Địa chất môi trường
Mã số: Đào tạo thí điểm
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN QUỐC CƯỜNG
PGS.TSKH TRẦN MẠNH LIỂU

Hà Nội, 2017


LỜI CÁM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Địa chất, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Học viên xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô
trong khoa Địa chất, những người đã truyền đạt cho em những kiến thức hữu ích về
Địa chất, Địa chất môi trường làm cơ sở để em thực hiện tốt luận văn.
Học viên gửi lời cám ơn sâu sắc nhất tới TS. Trần Quốc Cường và PGS.TS Trần
Mạnh Liểu, là các thầy đã trực tiếp hướng dẫn để em hoàn thành luận văn này.
Học viên xin chân thành cảm ơn đề tài Nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề
xuất giải pháp giảm thiểu sụt lún đất trên địa bàn thành phố Cẩm Phả đã tạo điều kiện
giúp đỡ em hoàn thành luận văn.
Động lực lớn nhất để học viên hoàn thành luận văn nay là nguồn động viên, ủng
hộ và khích lệ của gia đình, thầy giáo, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn tạo điều kiện tốt
nhất cho em trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày ….tháng…..năm 2017
Học viên

Thái Hồng Anh


Mục lục
Mở đầu………………………………………………………………………………….1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỤT ĐẤT KARS
VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………….………………….4

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sụt đất karst …………………..……………4
1.1.1

Trên thế giới…………………………………………….…………………...…..4

1.1.2

Tại Việt Nam……………………………………….……………………………..7

1.2 Phương pháp nghiên cứu……………………………...…………………………10
1.2.1

Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu…………………………………..10

1.2.2

Phương pháp nghiên cứu thực địa………………………………………......11

1.2.3

Phương pháp tính toán…………………………………..……………………11

1.2.4

Phương pháp thống kê và xử lý số liệu..…………… …..…………………..14

CHƢƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ………..........15
2.1 Vị trí khu vực nghiên cứu………………………………………...………………15
2.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu………………………..………………..15
2.2.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất, địa mạo, kiến tạo…………………………………15

2.2.2 Đặc điểm thuỷ văn, hải văn và địa chất thuỷ văn…………………………..…18
2.2.3 Đặc điểm địa chất công trình………………………………………….................21
CHƢƠNG 3: PHÂN VÙNG NGUY SƠ SỤT ĐẤT KHU VỰC VEN BIỂN
THÀNH PHỐ CẨM PHẢ ................................................................………………..30
3.1 Hiện trạng và đặc điểm tai biến sụt đất…………………………………………30
3.2 Điều kiện, nguyên nhân và cơ chế sụt đất……………………………………….41
3.2.1 Điều kiện, nguyên nhân gây sụt đất……………………………………………...41
3.2.2 Cơ chết sụt đất karst ...............................................................................................43

3.3 Phân vùng nguy cơ sụt đất khu vực ven biển thành phố Cẩm Phả……………..47
3.3.1 Luận chứng hàm mục tiêu và các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây sụt đất ......47
3.3.2 Lượng hóa các yếu tố và xây dựng MHTBĐ các yếu tố phát triển tai biến.............50
3.3.3 Xác định tỷ trọng các yếu tố phát triển tai biến........................................................53
3.3.4 Chuẩn hóa lại các yếu tố phát sinh tai biến ...........................................................55
3.3.5 Tính toán chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát sinh tai biến........................................55

i


3.3.6 Xây dựng MHTBĐ chỉ tiêu tích hợp và phân vùng nguy cơ sụt đất.......................55

Kết luận kiến nghị........................................................................................................59
Tài liệu tham khảo.......................................................................................................60

ii


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Vị trí khu vực nghiên cứu…………………………………….…………………...15
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu………………………..….….……17

Hình 2.3: Dao động NDĐ tại các điểm quan trắc theo tương quan lượng mưa và thủy
triều vào thời điểm xảy ra sụt đất tháng 7 năm 2014……………………………………...20
Hình 2.4: Mẫu lõi khoan CP03, lớp sét pha màu nâu vàng lẫn sạn sỏi, mẫu ở độ sâu
7,2-7,4m…………………………………………………………………………………….……27
Hình 2.5 Đối sánh hình trụ lỗ khoan một số vị trí trong vùng nghiên cứu …………….29
Hình 3.1: Hố sụt tại Cẩm Phú xảy ra ngày 21/5/2014, độ sâu đạt 8,5m………………..32
Hình 3.2: Biểu đồ thể hiện thời điểm xảy ra sụt đất theo tháng trên địa bàn thành phố
Cẩm Phả…………………………………………………………………………………………33
Hình 3.3: Bản đồ hiện trạng sụt đất Thành phố Cẩm Phả………………………………..34
Hình 3.4: Vị trí hố sụt đã được san lấp trên đường 12/11, cạnh quảng trường…….....35
Hình 3.5: Dấu vết hố sụt đã được san lấp…………………………………………………..35
Hình 3.6: Hiện trạng các hố sụt tại khu Tây Nam Đá Mài……………………………….37
Hình 3.7. Hố sụt trên đường 18 ngày 22/10/2017 và đã được san lấp……………….…39
Hình 3.8: Cơ chế sụt đất karst xảy ra trong đá hòa tan……………………………….….44
Hình 3.9: Cơ chế sụt đất karst xảy ra trong đá k hòa tan…………………………….…..44
Hình 3.10: Cơ chế sụt đất karst xảy ra trong tầng phủ là đất dính ……………..…………45
Hình 3.11: Cơ chế sụt đất karst xảy ra trong tầng phủ là đất rời……………………… ….46
Hình 3.12: Mặt cắt cấu trúc tuyến 3 (a) và tuyến 2 (b) khuvực Quảng Hồng. ………..48
Hình 3.13: MHTBĐ của yếu tố bề dày lớp đất nhạy cảm……………….…..…..............50

iii


Hình 3.14: MHTBĐ của yếu tố bề dày các lớp đất trên lớp đất nhạy cảm……….…....51
Hình 3.15: Mô hình trường biến đổi của yếu tố độ cao bề mặt đá vôi……………….....51
Hình 3.16: Mô hình trường biến đổi yếu tố khoảng cách tới đứt gãy…………….……..52
Hình 3.17: Mô hình trường biến đổi yếu tố khoảng cách tới đường giao thông ………..52
Hình 3.18: Biểu đồ đường cong tích lũy…………………………………..……….………..56
Hình 3.19: Bản đồ phân vùng nguy cơ sụt đất khu vực ven biển thành phố Cẩm Phả..58

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Dao động NNĐ tại các điểm quan trắc trước thời điểm xảy ra sụt đất ở Thủy
Sơn………………………………………………………………………………………………..19
Bảng 1.2: Tổng hợp các lớp địa chất công trình tại 3 vùng khu vực nghiên cứu……...21
Bảng 1.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất cát lẫn sạn sỏi và bụi sét……………………...22
Bảng 2.4: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất sét pha lẫn sạn sỏi màu xám đen…………….23
Bảng 2.5: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất sét pha màu xám vàng lẫn sạn sỏi………......24
Bảng 2.6: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đá carbonat……………………………………...….26
Bảng 3.1: Tổng hợp thời gian xảy ra các hố sụt tại khu vực thành phố Cẩm Phả…….31
Bảng 3.2:Tổng hợp kết quả khảo sát, thu thập hiện trạng hố sụt khu vực Cẩm Đông..35
Bảng 3.3 Bảng thống kê các hố sụt xảy ra ở khu vực Quảng Hồng………………….….36
Bảng 3.4: Tổng hợp thông tin về hiện trạng sụt đất khu vực Thủy Sơn……………..….38
Bảng 3.5: Giá trị hàm mục tiêu và các yếu tố phát triển tại 22 vị trí điểm sụt đất.......53
Bảng 3.6: Ma trận hệ số tương quan cặp đôi................................................................54
Bảng 3.7: Tỷ trọng của các yếu tố phát sinh sụt đất………………………………….….55
Bảng 3.8: Bảng phân chia mức độ nguy cơ sụt đất khu vực nghiên cứu…………...…56

v


Mở đầu
- Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm từ 2010 trở lại đây, trên địa bàn thành phố Cẩm Phả - Quảng
Ninh, hiện tượng tai biến địa chất sụt đất xuất hiện với số lượng ngày càng nhiều 2010
(2 hố sụt), 2012 (7 hố sụt), 2013 (19 hố sụt), 2014 (10 hố sụt), 2016 (2 hố sụt) các hố
sụt có bán kính từ 1,5 – 4m, độ sâu từ 4 – 8m …và phân bố trên diện tích rộng gây thiệt
hại về kinh tế, gây hoang mang, ảnh hưởng tới tinh thần, đời sống c ủa người dân trong

khu vực.
Tìm ra điều kiện, nguyên nhân, cơ chế sụt đất và có những giải pháp giảm thiểu
là việc làm quan trọng, góp phần giảm nhẹ thiệt hại do sụt đất gây ra, đồng thời giúp
cộng đồng ý thức được về loại hình tai biến này. Bên cạnh đó phân vùng dự báo nguy
cơ tai biến sụt đất cũng là việc thiết yếu, để giúp các nhà quản lý có cách nhìn tổng thể,
có định hướng quy hoạch sử dụng đất, xây dựng các công trình xa khu vực nguy hiểm
hoặc có giải pháp công trình một cách hiệu quả, an toàn, đưa ra những quyết định,
chính sách phù hợp để giảm thiểu rủi ro, thiệt hại do tai biến này gây nên. Luận văn sử
dụng phương pháp mô hình chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát sinh, phát triển tai biến để
dự báo nguy cơ sụt đất khu vực nghiên cứu.
-

Mục tiêu

* Xác định các điều kiện, nguyên nhân gây ra sụt đất tại khu vực ven biển thành phố
Cẩm Phả.
* Phân vùng, đánh giá được nguy cơ tai biến sụt đất tại khu vực ven biển thành phố
Cẩm Phả.
-

Nội dung nghiên cứu

ND1: Điều tra, tổng hợp hiện trạng và đặc điểm sụt đất khu vực nghiên cứu
-

Thu thập tài liệu đã có về hiện trạng và đặc điểm sụt đất khu vực nghiên cứu.

1

-

Tiến hành khảo sát thực địa bổ sung, điều tra hiện trạng, thu thập bổ sung vị trí,
đặc điểm sụt đất xảy ra trong thời gian gần đây và và các yếu tố điều kiện,
nguyên nhân sụt đất đi kèm.

ND2: Phân vùng nguy cơ tai biến sụt đất khu vực nghiên cứu
-

Luận chứng các yếu tố điều kiện, nguyên nhân phát sinh, phát triển tai biến sụt
đất

-

Lựa chọn phương pháp nghiên cứu đánh giá nguy cơ sụt đất.

-

Tính toán, dự báo nguy cơ sụt đất trong phạm vi nghiên cứu.

-

Lập bản đồ phân vùng nguy cơ sụt đất.

-

Phương pháp nghiên cứu

* Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu
* Phương pháp nghiên cứu thực địa

* Phương pháp phân tích, xử lý dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS)
* Phương pháp tính toán (Phương pháp Chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát triển tai
biến)
-

Cơ sở tài liệu
Cơ sở số liệu chính để đưa vào tính toán, sử dụng trong bài báo này là kết quả

nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp giảm
thiểu sụt lún trên địa bàn thành phố Cẩm Phả” mã số Đề tài 105/ĐXPS.01/2014) do TS.
Trần Quốc Cường chủ trì, 2016, trong đó học viên là thành viên tham gia phần chuyên
đề về “Địa chất công trình”.
-

Bố cục của luận văn

2


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


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
1.1.1 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


lún karst. 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


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., 2008).
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


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.

1.1.2 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


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.
Tại Việt Nam, trong những năm qua, tai biến sụt đất, lún đất ở vũng karst đã xuất
hiện gây thiệt hại về kinh tế, cũng như ảnh hưởng tới đời sống, tinh thần của người dân
tại địa phương đó như Sơn La, Ninh Bình, Hòa Bình, Thái Nguyên, Bắc Cạn, Phú Thọ,
Thanh Hóa, Tuyên Quang, Hà Nội (Mỹ Đức, Quốc Oai)…Trước thực trạng đó, các
nghiên cứu về sụt đất đã được quan tâm đầu tư, và đạt được kết quả đáng ghi nhận.
“Nghiên cứu nguyên nhân cơ chế xuất hiện và dự báo vùng tiểm ẩn sụt đất tại thôn Tân
Hiệp-tỉnh Quảng Trị” của Trần Trọng Huệ nnk 2006; “Nghiên cứu đánh giá hiện tượng
sụt đất ở khu vực xã Tân Thành (Hàm Yên), Ỷ La (Thị xã Tuyên Quang), xây dựng cơ
sở dự báo nhằm phòng ngừa, giảm nhẹ thiệt hai do sụt đất gây ra” của Phạm Tích
Xuân và nnk 2007; Tại các nghiên cứu này cho thấy, khu vực có diện đá vôi phấn bố

rộng, các đá bị dập vỡ mạnh do có nhiều hệ thống đứt gãy theo các phương khác nhau,
trong lớp đá vôi tồn tại nhiều hang hốc, tầng chứa nước khe nứt, khe nứt-karst đều có
mối quan hệ thủy lực chặt chẽ với nguồn nước mặt và các tầng chứa nước lỗ hổng bên
trên; đây là những yếu tố thuận lợi cho hoạt động karst. “Nghiên cứu khoanh vùng dự
báo sụt đất ở huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ-đề xuất các giải pháp phòng tránh và quy
hoạch phục vụ phát triển bền vững” của Nguyễn Xuân Huyên và nnk 2008, cho thấy
sụt đất tại khu vực phát triển trên địa hình thung lũng karst, trên các đới dập vỡ kiến
tạo mạnh, sự biến động mực nước ngầm lớn, điều kiện địa chất – địa mạo nhạy cảm
với quá trình động lực như xói ngầm và cát chảy – là điều kiện quyết định và nguyên
nhân gây nên sụt đất ở đây. “Nghiên cứu dự báo khoanh vùng chi tiết nguy cơ sụt nứt
đất dọc đới sông Hồng thuộc một số địa phương thuộc tỉnh Phú Thọ và Vĩnh Phúc,
phục vụ quy hoạch khai thác hợp lý lãnh thổ” của Đinh Văn Toàn và nnk 2008 đã xác

8


định nguyên nhân gây sụt đất chính là do hoạt động kiến tạo phân bố trong vùng, tuy
nhiên có phần đóng góp đáng kể của yếu tố mang tính thúc đẩy khác như tính bở rời
của trầm tích Đệ tứ, khai thác nước và đá vôi của con người, đặc biệt là hoạt động karst
trong khu vực. “Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng, dự báo nguy cơ sụt lún đất và đề
xuất các giải pháp phòng chống, giảm nhẹ thiện hại do sụt lún đất ở tỉnh Thanh Hóa”
của Nguyễn Đăng Túc và nnk 2011 xác định sụt lún đất ở đây chịu ảnh hưởng của 6
yếu tố chính, trong đó đứt gãy kiến tạo là tác nhân chủ đạo ảnh hưởng trực tiếp hoặc
gián tiếp đến sụt đất, làm tăng độ nứt nẻ, dập vỡ của đá, tăng độ dày vỏ phong hóa,
tăng cường hoạt động karst trong đá vôi; bên cạnh đó, hoạt động nhân sinh là nguyên
nhân thúc đẩy quá trình sụt lún đất ở tỉnh Thanh Hóa tăng lên. “Tai biến sụt đất trên
vùng đá cacbonate ở các tỉnh miền núi phía bắc và giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ
thiệt hại” của Pham Tích Xuân và nnk 2009 cho thấy hoạt động karst khu vực miền núi
phía Bắc rất đa dạng, đá cacbonat ở đây phân bố rộng, đa dạng về thành phần và độ
tuổi, trong đó đá tuổi Paleozoi giữa – muộn và Mezozoi thuận lợi cho phát triển karst

hơn so với các đá cổ hơn; nghiên cứu cũng đã phân vùng nguy cơ sụt đất ở khu vực
miên núi phía Bắc theo các mức độ khác nhau.
Tóm lại, trong các công trình này, điều kiện, nguyên nhân sụt đất đều được
nghiên cứu xác định đồng thời theo hai nhóm yếu tố: các yếu tố tự nhiên và các yếu tố
nhân sinh. Cụ thể là các yếu tố địa chất-thạch học, địa mạo-tân kiến tạo, yếu tố địa chất
thủy văn-địa chất công trình được xem như là điều kiện “cần” (nhưng chưa đủ), trong
khi các yếu tố khác làm thay đổi động thái tự nhiên của nước dưới đất và yếu tố tác
động trên bề mặt là điều kiện các quá trình gây sụt đất. Cách tiếp cận để đánh giá điều
kiện, nguyên nhân sụt đất trong các công trình này thiên về yếu tố kiến tạo và thạch
học.
Mới đây, đề tài “Nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp giảm
thiểu sụt lún đất trên địa bàn thành phố Cẩm Phả” đã có những kết luận bước đầu về
hiện trạng và đặc điểm hố sụt tại khu vực; điều kiện gây ra sụt đất gồm có các yếu tố tự

9


nhiên là sự tồn tại không gian ngầm karst, các hệ thống đứt gãy theo các phương khác
nhau làm đá bị dập vỡ, tăng khả năng bị phong hóa, rửa lũa; tầng xung yếu sét ở trạng
thái dẻo chảy lẫn sạn sỏi dễ bị cuốn trôi vào không gian ngầm karst. Các nguyên nhân
kích thích như dao động mực nước ngầm, hoạt động nhân sinh đắp bờ ngăn dòng suối
là một trong những tác nhân gây sụt đất. Nghiên cứu cũng đã sơ bộ chỉ ra cơ chế và
phân vùng dự báo nguy cơ sụt đất. Tuy nhiên, Phân vùng dự báo nguy cơ sụt đất toàn
thành phố mới chỉ căn cứ vào các cấu trúc địa chất thuận lợi (chủ yếu là kiến tạo) cho
sụt đất để xây dựng bản đồ nguy cơ phát sinh sụt đất vùng thành phố Cẩm Phả và lân
cận. Các khu vực trọng điểm được phân vùng dự báo nguy cơ sụt dựa trên việc kết hợp
với tài liệu thực địa, tài liệu địa vật lý, tài liệu địa chất công trình. Cơ sở thành lập chưa
xét được đầy đủ các yếu tố gây sụt đất bằng các chỉ số và phương pháp có tính định
lượng cao do hạn chế về điều kiện về kỹ thuật, tài chính và thời gian.
1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu

1.2.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu
Trong nghiên cứu địa chất nói chung và nghiên cứu về tai biến sụt đất nói riêng
thì công tác thu tập và tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu, khu vực
nghiên cứu đóng vai trò rất quan trọng, có thể coi là tiền đề để giải quyết các nhiệm vụ
tiếp theo. Việc thu thập tài liệu giúp có thêm thông tin, rút ngắn được thời gian nghiên
cứu, cũng như hỗ trợ việc khảo sát thực địa. Đồng thời có cái nhìn tổng quan về vấn đề
và khu vực nghiên cứu cũng như những vấn đề còn tồn đọng.
Học viên đã đọc và tham khảo các giáo trình về tai biến, trong đó có tai biến sụt
đất. Các bài báo trong và ngoài nước về vấn đề sụt đất, để có những kiến thức tổng
quan về khái niệm, nguyên nhân, điều kiện hình thành tai biến và phân loại chúng. Tìm
hiểu, có thêm kiến thức về những đặc điểm riêng của tai biến sụt đất ở những vùng
khác nhau. Học viên thu thập các tài liệu, bài báo về phương pháp tính toán bằng mô
hình chỉ tiêu tích hợp, các ứng dụng mô hình này trong đánh giá tai biến.

10


Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên đã tham khảo, thu thập và tổng hợp
các tài liệu về địa chất công trình, địa chất, kiến tạo...có liên quan tới khu vực nghiên
cứu và vùng lân cận. Trong quá trình thu thập và tổng quan tài liệu, học viên đặc biệt
quan tâm và sử dụng nguồn tài liệu từ đề tài “Nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề
xuất giải pháp giảm thiểu sụt lún trên địa bàn thành phố Cẩm Phả”. Các số liệu tham
khảo và được sử dụng trong luận văn là các thông tin về đặc điểm của 22 hố sụt, 76 hố
khoan trong vùng nghiên cứu, các sơ đồ về cấu trúc địa chất, kiến tạo, Số liệu đo đạc,
thống kê, phân tích của các mặt cắt đo địa vật lý.
1.2.2

Phương pháp nghiên cứu thực địa
Công tác khảo sát thực địa được tiến hành tại khu vực huyện Cẩm Sơn, Cẩm

Bình vào tháng 7/2017. Mục đích khảo sát nhằm thu thập, điều tra về đặc điểm tự
nhiên, các vị trí hố sụt đã xảy ra và hiện trạng hố sụt tại thời điểm hiện tại. Khảo sát địa
hình, địa mạo có cái nhìn tổng thể về địa hình khu vực nghiên cứu, nhận xét về sự phân
bố của các hố sụt. Quá trình khảo sát, học viên đã tới vị trí của các hố sụt trong khu
vực nghiên cứu, phỏng vấn người dân địa phương. Các hố sụt đã xảy ra đa phần đã
được xử lý, trám lấp, để đảm bảo giao thông, cũng như sinh hoạt của người dân.
1.2.3

Phương pháp tính toán (Phương pháp Chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát triển
tai biến)
Phân vùng nguy cơ xảy ra tai biến theo mô hình chỉ tiêu tích hợp là phương

pháp phân chia lãnh tổ theo mức độ, khả năng xảy ra tai biến nào đó bằng việc xác
định, đánh giá vai trò của các yếu tố phát sinh, phát triển tai biến (gọi tắt là yếu tố) trên
cơ sở hàm mục tiêu và tỷ trọng các yếu tố đó. Trình tự các bước phân vùng nguy cơ
xảy ra tai biến thực hiện theo các bước sau:
-

Luận chứng hàm mục tiêu và các yếu tố phát sinh, hình thành tai biến.

-

Định lượng hóa các yếu tố.

-

Xây dựng mô hình trường biến đổi các yếu tố phát sinh.

11

-

Xác định tỷ trọng của các yếu tố: Tính toán hệ số cặp đôi tương quan, xác
định hệ số chuẩn, xác định hệ số tương quan nhiều chiều, tính toán tỷ trọng
của các yếu tố.

-

Chuẩn hóa lại các yếu tố

-

Tính toán chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát sinh tai biến.

-

Xây dựng mô hình trường biến đổi chỉ tiêu tích hợp

-

Phân vùng nguy cơ phát sinh tai biến.

Để xác định hàm mục tiêu và các yếu tố, ta có thể hiểu rằng đặc điểm phát triển
của một tai biến địa chất A nào đó, mà trong phương pháp này là cường độ phát triển
của tai biến đó (y) phụ thuộc vào đặc điểm của các yếu tố hình thành và phát triển tai
biến đó a1, a2,…an.. Vì vậy, hàm mục tiêu là cơ sở để lựa chọn các yếu tố phát sinh tai
biến. Với mỗi một loại tai biến khác nhau thì hàm mục tiêu tương ứng khác nhau. Ví
dụ như trượt lở, hàm mục tiêu có thể là thể tích khối trượt, hay chiều dài dịch chuyển
của khối trượt và các yếu tố có thể ảnh hưởng, gây phát sinh tai biến là độ cao địa hình,

góc dốc, độ phân cắt, tính chất cơ lý của đất, lượng mưa…Tai biến xói lở bờ sông, bờ
biển hàm mục tiêu có thể là diện tích xói, tốc độ xói và các yếu tố có thể là tính chất cơ
lý của đất bờ, độ dốc của bờ, mức độ uốn cong của sông, dao động mực nước, sức tải
cát của dòng nước… Hàm mục tiêu được coi như hàm số của các y

ếu tố . Ky = f(a1,

a2,…an)
Sau khi đã xây dựng đươ ̣c hàm mu ̣c tiêu và các yế u tố

phát sinh tai biến tương

ứng cho phân vùng , tiế n hành tin
́ h toán lươ ̣ng hóa các yế u tố. Tức là tích toán các giá
trị của các yếu tố trong khu vực nghiên cứu.
Giai đoa ̣n tiế p theo là xây dựng mô hin
̀ h trường biế n đổ i các

yếu tố đã đươ ̣c

đinh
̣ lươ ̣ng. Viê ̣c xây dựng mô hình trường biế n đổ i các yếu tố được tiến hành bằng các
tính toán trên mỗi ô của mạng ô cơ sở , tùy vào diện tích vùng nghiên cứu và mức độ

12


chi tiết để lựa chọn tỷ lệ bản đồ phù hợp, như vậy, mức độ chi tiết, độ phân giải của các
ô mạng (pixcel) sẽ khác nhau.
Sau khí có mô hiǹ h trường biế n đổ i của các yếu tố, thì tiến hành tính toán chỉ

tiêu tić h hơ ̣p theo công thức sau:
n

I    g i RiH

(1)

n 1

Trong đó : gi là tỷ trọng của yếu tố thứ i ;

là tham số đinh
̣ lươ ̣ng của yế u tố

thứ i đã đươ ̣c chuẩ n hóa la ̣i.
Viê ̣c chuẩ n hóa la ̣i các yếu tố đươ ̣c hiể u là đưa các yếu tố về cùng thứ nguyên .
Sau khi chuẩ n hóa la ̣i, các yếu tố có khoảng giá trị thay đổi từ 0 đến 1.
Viê ̣c xác đinh
̣ tỷ tro ̣ng của các yếu tố đươ ̣c tin
́ h toán như sau:
1. Tính toán hệ số tương quan cặp đôi giữa tất cả các yếu tố đươ ̣c xét (ri) và xây dựng
ma trâ ̣n của chúng.
2. Tính các hệ số tiêu chuẩn hóa (β1, β2,.... βp),
Trong đó (β1, β2 …βn) là nghiệm của hệ phương trình sau:

r1 y  1   2 r21  ...   n rn1

r2 y  1r12   2  ...   n rn 2

........

........

rny  1r1n   2 r2 n  ...   n

(2)

Với r ij là hệ số tương quan giữa yếu tố thứ i và j , rny là hệ số tương quan giữa
yế u tố thứ i và hàm mu ̣c tiêu K y.
n

3. Tính toán hệ số tương quan nhiều chiều R: R2=

13

 r
i 1

i yi

(3)


Hê ̣ số tương quan nhiề u chiề u cho phép xem xét các

yếu tố tham gia đánh giá,

phân vùng có hợp lý hay không . Thực tế hê ̣ số tương quan nhiề u chiề u R > 0.7 thì các
yếu tố lựa cho ̣n là chấp nhận được, nế u hê ̣ số tương quan nhiề u chiề u nhỏ thì chắ c chắ n
trong viê ̣c xác đinh
̣ các yếu tố còn thiếu một số các yếu tố quan tro ̣ng nào đó .

4. Tính toán tỷ trọng của các tham số điều kiện ĐCCT – ĐKT theo công thức sau:
gi 

 i riy

(4)

n

r
i 1

i iy

n

Tổ ng tỷ tro ̣ng của các yế u tố đ iề u kiê ̣n ĐCCT

g
i 1

i

1

(5)

Như vâ ̣y sau khi xác đinh
̣ đươ ̣c tỷ tro ̣ng của các yếu tố, tại các ô của mạng lưới
tính toán ta tiến hành xác định chỉ tiêu tíc h hơ ̣p I ∑ theo công thức (1) sau đó xây dựng

mô hình trường biế n đổ i của nó . Khi có mô hình trường biế n đổ i của chỉ tiêu thích hơ ̣p
và hàm mục tiêu tương ứng tiến hành phân vùng nguy cơ xảy ra tai biến dựa trên cơ sở
hàm mục tiêu và chỉ tiêu thích hợp.
1.2.4 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
Các số liệu đều được thống kê và xử lý bằng máy tính nhằm đưa ra các bảng số
liệu hoặc các biểu đồ, sơ đồ biểu diễn mối tương quan của các yếu với nhau, và của
yếu tố điều kiện, nguyên nhân với hàm mục tiêu.
Tổ hợp các phương pháp trên có thể cho phép góp phần luận giải về điều kiện,
nguyên nhân, cơ chế sụt đất karst trong khu vực nghiên cứu và cho cơ sở phân vùng
nguy cơ tai biến.

14


CHƢƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1 Vị trí khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu là khu vực ven biển thành phố Cẩm Phả thuộc phường Cẩm
Đông, Cẩm Sơn.

Hình 2.1: Vị trí khu vực nghiên cứu.
2.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu
2.2.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất, địa mạo, kiến tạo
Kết quả nghiên cứu cấu trúc địa chất vùng thành phố Cẩm Phả và lân cận của tài
liệu Đề tài 105/ĐXPS.01/2014), và được đối chứng bởi các tài liệu khảo sát thực tế đã

15


cho thấy các đá trong vùng bị cắt phá bởi các hệ thống đứt gãy phương á vĩ tuyến, á

kinh tuyến, đông bắc – tây nam và tây bắc – đông nam. Các đứt gãy trong vùng nhìn
chung có mặt trượt cắm dốc từ 600 đến 900. Trong đó các đứt gãy phương á vĩ tuyến, ở
phần phía nam, có mặt trượt nghiêng về phía bắc, đặc biệt là các đứt gãy phát triển
trong đá carbonat của hệ tầng Bắc Sơn;
1

Các hoạt động địa chất, kiến tạo gây ra các phá hủy, đứt gãy, khe nứt trong đá

carbonat tạo ra đới dập vỡ, thay đổi bề mặt địa hình tạo điều kiện chứa nước và chuyển
động của nước cùng với các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm thay đổi làm quá trình phong hóa
đá carbonat tích cực hơn trong các vỉa đá dập vỡ, tạo các điều kiện thuận lợi xuất hiện
hang, rãnh karst. Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu.

16


Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu. (Nguồn: Đề tài 105/ĐXPS.01/2014))

17