Tài liệu đặc điểm và quy luật phân bố các thành tạo trầm tích holocen khu vực ven biển thành phố hải phòng phục vụ phát triển cơ sở hạ tầng

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VŨ VĂN LỢI ĐẶC ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN CƠ SỞ HẠ TẦNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2017 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VŨ VĂN LỢI ĐẶC ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN CƠ SỞ HẠ TẦNG Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 62 44 02 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Đỗ Minh Đức 2. PGS.TS. Doãn Đình Lâm HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng có ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Vũ Văn Lợi LỜI CẢM ƠN Luận án đƣợc thực hiện tại Phòng Trầm tích, Viện Địa chất; Khoa Các khoa học trái đất, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trong quá trình thực hiện luận án, Nghiên cứu sinh đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể Ban lãnh đạo Học viên Khoa học và Công nghệ, Ban lãnh đạo Viện Địa chất cùng các phòng quản lý, phòng nghiên cứu, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó . Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đỗ Minh Đức, PGS.TS. Doãn Đình Lâm, những thầy giáo trực tiếp hƣớng dẫn và chỉ bảo cho tôi hoàn thành luận án này. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ vô cùng quý báu các nhà khoa học: GS.TS. Trần Nghi, GS.TSKH. Phạm Văn Tỵ, PGS.TS. Nguyễn Huy Phƣơng, PGS.TSKH. Nguyễn Địch Dỹ, PGS.TSKH. Vũ Cao Minh, TS. Đinh Xuân Thành, TS. Nguyễn Đình Nguyên, TS. Phạm Nguyễn Hà Vũ, TS. Nguyễn Văn Bình. Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp của tôi đang công tác tại Công ty cổ phần tƣ vấn thiết kế công trình xây dựng Hải Phòng, Công ty cổ phần E.C.C và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án này. MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... v DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG ...................................................... 5 1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .................................................. 5 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................. 5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ............................................................. 7 1.1.3. Những tồn tại cần đƣợc giải quyết ......................................................... 17 1.2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG .............. 18 1.2.1. Khái niệm khu vực ven biển ................................................................... 18 1.2.2. Vị trí khu vực nghiên cứu ....................................................................... 20 1.2.3. Đặc điểm khí hậu .................................................................................... 22 1.2.4. Đặc điểm thủy, hải văn ........................................................................... 23 1.2.5. Đặc điểm địa hình, địa mạo .................................................................... 24 1.2.6. Đặc điểm địa tầng khu vực nghiên cứu .................................................. 26 1.2.7. Đặc điểm địa chất thủy văn .................................................................... 32 1.2.8. Đặc điểm kiến tạo ................................................................................... 33 1.2.9. Đặc điểm kinh tế xã hội khu vực ven biển thành phố Hải Phòng .......... 34 Chƣơng 2. CƠ SỞ TÀI LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 36 2.1. CƠ SỞ TÀI LIỆU .......................................................................................... 36 2.1.1. Nhóm tài liệu địa chất và trầm tích ........................................................ 36 2.1.2. Nhóm tài liệu nghiên cứu địa chất công trình ........................................ 36 2.2. PHƢƠNG PHÁP LUẬN ............................................................................... 40 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 41 2.3.1. Phƣơng pháp khảo sát hiện trƣờng ......................................................... 41 2.3.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu trầm tích .................................................. 41 i 2.3.3. Phƣơng pháp địa chấn nông phân giải cao ............................................. 46 2.3.4. Phƣơng pháp khoan lấy mẫu và thí nghiệm hiện trƣờng ....................... 46 2.3.5. Phƣơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý đất và xử lý số liệu ....... 51 2.3.6. Phƣơng pháp địa tin học ......................................................................... 53 2.3.7. Phƣơng pháp tính lún nền đất ................................................................. 53 Chƣơng 3. ĐẶC ĐIỂM VÀ QUY LUẬT PHÂN BỐ TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG .......................................... 57 3.1. KHÁI NIỆM TƢỚNG TRẦM TÍCH VÀ ĐỊA TẦNG HOLOCEN ............. 57 3.1.1. Khái niệm tƣớng trầm tích ...................................................................... 57 3.1.2. Địa tầng Holocen .................................................................................... 57 3.1.3. Độ sâu và bề dày trầm tích Holocen khu vực ven biển Hải Phòng ........ 60 3.2. ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH HOLOCEN KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG................................................................................................ 63 3.2.1. Các tƣớng trầm tích Holocen sớm-giữa (Q21-2) ...................................... 63 3.2.2. Các tƣớng trầm tích Holocen giữa – muộn (Q22-3) ................................. 75 3.3. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CÁC TRẦM TÍCH HOLOCEN ................................. 85 3.3.1. Khái niệm đất yếu ................................................................................... 85 3.3.2. Tính chất cơ lý của các tƣớng trầm tích Holocen ................................... 87 3.4. QUY LUẬT PHÂN BỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRẦM TÍCH HOLOCEN VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG .................................................... 91 3.5. TƢƠNG QUAN TƢỚNG TRẦM TÍCH VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT THEO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH .......................................................................................... 94 Chƣơng 4. MỐI LIÊN QUAN GIỮA ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH HOLOCEN VÀ CÁC SỰ CỐ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG .................................................. 101 4.1. PHÂN VÙNG TRẦM TÍCH HOLOCEN ................................................... 101 4.1.1. Tiêu chí phân vùng ............................................................................... 101 4.1.2. Kết quả phân vùng trầm tích Holocen .................................................. 101 4.2. HIỆN TRẠNG CÁC SỰ CỐ CÔNG TRÌNH DO LÚN, LÚN LỆCH........ 122 4.2.1. Hiện trạng các sự cố công trình xây dựng nhà dân dụng và công nghiệp ..... 122 4.2.2. Hiện trạng các sự cố trong xây dựng bến bãi container dịch vụ cảng .. 124 ii 4.2.3. Nguyên nhân sự cố lún, lún lệch các công trình xây dựng .................. 126 4.3. TƢƠNG QUAN GIỮA LÚN VỚI CÁC THÀNH TẠO TRẦM TÍCH HOLOCEN ......................................................................................................... 127 4.3.1. Tính toán lún trong trầm tích Holocen ................................................. 128 4.3.2. Tƣơng quan giữa lún với các thành tạo trầm tích Holocen .................. 136 4.3.3. Lún cố kết theo thời gian và mực nƣớc biển dâng ............................... 139 4.4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN CƠ SỞ HẠ TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU TRẦM TÍCH HOLOCEN ................................................................ 142 4.4.1. Một số giải pháp chung xử lý nền đất yếu phổ biến hiện nay .............. 142 4.4.2. Một số giải pháp công trình cụ thể ....................................................... 143 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 148 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................................................... 151 TÀI LIỆU KHAM KHẢO .................................................................................... 152 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 158 iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu CP : Cổ phần CPXD : Cổ phần xây dựng CPT : Thí nghiệm xuyên tĩnh (Method of cone penetration test) MNBD : Mực nƣớc biển dâng nnk : Nhiều ngƣời khác SPT : Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard penetration test) TB : Trung bình TCN : Tiêu chuẩn ngành TCXD : Tiêu chuẩn xây dựng TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Phạm vi khu vực nghiên cứu .....................................................................21 Hình 1.2. Bản đồ địa chất khu vực ven biển thành phố Hải Phòng (Trích lƣợc từ Bản đồ địa chất và khoáng sản thành phố Hải Phòng tỷ lệ 1:50.000) [46] ...............27 Hình 1.3. Mặt cắt tuyến IV, trích tờ bản đồ Hải Phòng tỷ lệ 1/50.000 [46] .............28 Hình 1.4. Cột địa tầng trầm tích Đệ tứ khu vực nghiên cứu [7] ...............................31 Hình 2.1. Sơ đồ tài liệu thực tế khu vực ven biển thành phố Hải Phòng ..................37 Hình 2.2. Biểu đồ phân loại trầm tích của Folk (1954) ............................................43 Hình 2.3. Đo địa chấn nông phân giải cao theo tuyến Đình Vũ – Bán đảo Đồ Sơn .46 Hình 2.4. Công tác khoan địa chất ở biển ven bờ huyện Tiên Lãng .........................47 Hình 2.5. Công tác lấy mẫu đất và mô tả đất tại hiện trƣờng ...................................47 Hình 2.6. Công tác khoan lấy mẫu, kết hợp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT .......48 Hình 2.7. Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT tại khu vực nghiên cứu (quận Hải An) ........49 Hình 2.8. Sơ đồ tính lún tại các kiểu mặt cắt trầm tích và phân bố tải trọng. ...........54 Hình 3.1. Sơ đồ đẳng sâu đáy Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng .....60 Hình 3.2. Sơ đồ đằng dày trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng......61 Hình 3.3. Sơ đồ đẳng sâu đáy Holocen giữa – muộn khu vực ven biển thành phố Hải Phòng .................................................................................................62 Hình 3.4. Trầm tích bùn đầm lầy ven biển tuổi Holocen sớm – giữa. Lỗ khoan DCV02, độ sâu 21,0 ÷ 21,4 m ...................................................................................63 Hình 3.5. Sơ đồ tƣớng trầm tích khu vực ven biển thành phố Hải Phòng ................64 Hình 3.6. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 1 – 1’ ...........................................................65 Hình 3.7. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 2 – 2’ ...........................................................66 Hình 3.8. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 3 – 3’ ...........................................................66 Hình 3.9. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 4 – 4’ ...........................................................66 Hình 3.10. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 5 – 5’ .........................................................67 Hình 3.11. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 6 – 6’ .........................................................67 Hình 3.12. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 7 – 7’ .........................................................67 Hình 3.13. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 8 – 8’ .........................................................68 v Hình 3.14. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 9 – 9’ .........................................................68 Hình 3.15. Mặt cắt trầm tích theo tuyến 10 – 10’ .....................................................68 Hình 3.16. Mặt cắt tƣớng trầm tích minh giải từ băng địa chấn nông phân giải cao tuyến HP4 ..................................................................................................................70 Hình 3.17. Mặt cắt tƣớng trầm tích minh giải từ băng địa chấn nông phân giải cao tuyến HP9 ..................................................................................................................71 Hình 3.18. Mặt cắt tƣớng trầm tích minh giải từ băng địa chấn nông phân giải cao tuyến HP12 ................................................................................................................72 Hình 3.19. Mặt cắt tƣớng trầm tích minh giải từ băng địa chấn tuyến HP11 ...........73 Hình 3.20. Trầm tích bùn estuary – vũng vịnh tuổi Holocen sớm – giữa. Lỗ khoan HK06, độ sâu 17,0 ÷ 17,4 m .....................................................................................74 Hình 3.21. Trầm tích bùn chân châu thổ tuổi Holocen muộn. Lỗ khoan HK06, độ sâu 11,0 ÷ 14,4 m .................................................................................................75 Hình 3.22. Trầm tích bùn cát tiền châu thổ tuổi Holocen muộn. Lỗ khoan HK06, độ sâu 7,4 ÷ 7,7 m .....................................................................................................77 Hình 3.23. Trầm tích cát bùn bãi triều. Lỗ khoan KT03, độ sâu 0,5 ÷ 0,8 m ...........79 Hình 3.24. Trầm tích bùn bãi triều. Lỗ khoan HK06, độ sâu 0,3 ÷ 0,6 m ................80 Hình 3.25. Trầm tích cát cồn cát cửa sông. Lỗ khoan TT1, độ sâu 0,5 ÷ 0,8 m .......81 Hình 3.26. Trầm tích bùn cửa sông estuary. Lỗ khoan DAP25, độ sâu 0,1 ÷ 0,3 m 82 Hình 3.27. Trầm tích bùn cát đầm lầy cửa sông. Lỗ khoan DT03, độ sâu 2,0 ÷ 2,3 m......83 Hình 3.28. Trầm tích bùn cát đồng bằng châu thổ. Lỗ khoan DT2, độ sâu 0,1÷ 0,4 m .....84 Hình 4.1. Sơ đồ minh họa phân vùng trầm tích Holocen khu vực nghiên cứu .......102 Hình 4.2. Sơ đồ phân vùng trầm tích Holocen khu vực nghiên cứu .......................103 Hình 4.3. Các kiểu mặt cắt trầm tích Holocen – địa chất công trình (Vùng 1) ......104 Hình 4.3. Các kiểu mặt cắt trầm tích Holocen – địa chất công trình (Vùng 1) (tiếp).......105 Hình 4.4. Các kiểu mặt cắt trầm tích Holocen – địa chất công trình (Vùng 2) ......113 Hình 4.5. Các kiểu mặt cắt trầm tích Holocen – địa chất công trình (Vùng 3) ......117 Hình 4.6. Hình ảnh sự cố lún, lún lệch nhà số 12, 14, Cát Bi, Hải An, Hải Phòng 122 Hình 4.7. Hình ảnh sự cố lún nền bãi container Đình Vũ, Hải An, Hải Phòng ......124 Hình 4.8. Sơ đồ lún trầm tích Holocen (Cách tiếp cận 1) .......................................131 vi Hình 4.9. Sơ đồ lún trầm tích Holocen (Cách tiếp cận 2) .......................................132 Hình P1.1. Một số hình ảnh các sự cố lún, lún lệch công trình xây dựng – Công trình nhóm 1 ............................................................................................................158 Hình P1.2. Một số hình ảnh các sự cố lún nền bãi container dịch vụ cảng – Công trình nhóm 2 ............................................................................................................159 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc trƣng hình thái của một số sông chính khu vực nghiên cứu .............23 Bảng 1.2. Độ muối trung bình tháng (‰) ở khu vực nghiên cứu và khu vực phụ cận ......23 Bảng 1.3. Các đặc trƣng của sóng vùng biển Hải Phòng – Quảng Ninh ..................24 Bảng 1.4. Đặc điểm thuỷ triều khu vực Hải Phòng và khu vực phụ cận ..................24 Bảng 1.5. Diện tích, dân số và mật độ dân số khu vực nghiên cứu ..........................34 Bảng 2.1. Tổng hợp số lƣợng mẫu phân tích trong phòng và thí nghiệm hiện trƣờng ......39 Bảng 2.2. Thang phân loại cấp hạt của Krumbein và Folk (1954) ...........................42 Bảng 2.3. Trạng thái của đất theo sức kháng xuyên tiêu chuẩn Nspt .........................48 Bảng 2.4. Độ chặt của đất xác định bằng xuyên côn ................................................50 Bảng 2.5. Các chỉ tiêu vật lý, cơ học và chỉ tiêu tính toán của trầm tích Holocen ...51 Bảng 2.6. Phân loại đất theo chỉ số dẻo IP ................................................................52 Bảng 2.7. Phân loại trạng thái của đất theo chỉ số sệt (B) ........................................52 Bảng 3.1. Phân loại đất yếu trầm tích Holocen .........................................................86 Bảng 3.2. Tính chất cơ lý các tƣớng trầm tích Holocen ...........................................88 Bảng 3.3. Tƣơng quan tƣớng trầm tích và phân loại đất theo địa chất công trình ....94 Bảng 3.4. Loại đất và trạng thái các tƣớng trầm tích Holocen ...............................100 Bảng 4.1. Tiêu chí phân vùng trầm tích Holocen ...................................................101 Bảng 4.2. Đặc điểm các kiểu mặt cắt trầm tích Holocen – địa chất công trình (Vùng 1) ...106 Bảng 4.3. Đặc điểm các kiểu mặt cắt trầm tích Holocen – địa chất công trình (Vùng 2) ...114 Bảng 4.4. Đặc điểm các kiểu mặt cắt trầm tích Holocen – Địa chất công trình (Vùng 3) ..118 Bảng 4.5. Kết quả phân vùng trầm tích Holocen khu vực nghiên cứu ...................121 Bảng 4.6. Một số sự cố lún, lún lệch công trình xây dựng (nhóm 1) .....................123 Bảng 4.7. Một số sự cố lún công trình xây dựng (nhóm 2) ....................................125 Bảng 4.8. Cách tiếp cận tính toán lún nền đất.........................................................128 Bảng 4.9. Các thông số và giao diện bảng tính toán lún nền đất ............................130 Bảng 4.10. Kết quả tính lún trên cơ sở lý thuyết – Cách tiếp cận 1 ........................131 Bảng 4.11. Kết quả tính lún trên cơ sở lý thuyết – Cách tiếp cận 2 ........................132 Bảng 4.12. Kết quả tính lún nhà số 12, Cát Bi, Hải An ..........................................134 viii Bảng 4.13. Kết quả tính lún bãi container Vinalines, Đình Vũ ..............................135 Bảng 4.14. Kịch bản nƣớc biển dâng .....................................................................140 Bảng 4.15. Kết quả tính lún cố kết theo thời gian và mực nƣớc biển dâng ............141 Bảng 4.16. Giải pháp nâng cao xử lý nền đất yếu khu vực nghiên cứu ..................145 Bảng P2.1. Kết quả tính lún theo cách tiếp cận 1 và cách tiếp cận 2 ......................160 Bảng P3.2. Kết quả tính lún cố kết và kịch bản nƣớc biển dâng ............................164 Bảng P4.3. Kết quả tính lún các kiểu mặt cắt trong khu vực nghiên cứu – Cách tiếp cận 1 ........................................................................................................................167 Bảng P4.4. Kết quả tính lún các kiểu mặt cắt trong khu vực nghiên cứu – Cách tiếp cận 2 ........................................................................................................................170 Bảng P5.5. Kết quả tính lún công trình Nhà số 12, Cát Bi, Hải An, Hải Phòng ....173 Bảng P5.6. Kết quả tính lún công trình Bãi container, Đình Vũ, Hải An, Hải Phòng .....176 ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Thành phố Hải Phòng là đô thị loại I cấp quốc gia và là thành phố cảng có tầm quan trọng đặc biệt đóng góp cho sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nƣớc. Trƣớc nhu cầu phát triển kinh tế theo xu hƣớng hội nhập sâu rộng với khu vực và thế giới, nhiều dự án đầu tƣ xây dựng mở rộng đã đƣợc hình thành và triển khai nhằm hiện đại hóa cơ sở hạ tầng của thành phố, đáp ứng đƣợc yêu cầu của sự phát triển kinh tế. Tuy nhiên, khu vực ven biển thành phố Hải Phòng tồn tại nhiều tầng đất yếu, các sự cố lún, lún lệch các công trình xây dựng xảy ra phổ biến với các mức độ khác nhau, đặc biệt ở các quận huyện ven biển, nhƣ Hải An, Dƣơng Kinh và Đồ Sơn, có liên quan trực tiếp đến nền đất yếu trầm tích Holocen, gây ảnh hƣởng nghiêm trọng cơ sở hạ tầng, thiệt hại lớn về kinh tế, bức xúc trong xã hội. Hiện nay, công tác khắc phục hậu quả đã và đang đƣợc thực hiện, nhƣng hiệu quả chƣa cao, các giải pháp xử lý nền đất yếu chƣa thực sự phù hợp với đặc điểm các kiểu nền đất trong khu vực, do đó, các sự cố lún, lún lệch các công trình xây dựng diễn biến ngày càng phức tạp và có chiều hƣớng gia tăng. Các nghiên cứu về trầm tích Holocen, địa chất công trình khu vực Hải Phòng từ trƣớc đến nay đã đạt đƣợc những giá trị lớn về khoa học và thực tiễn. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu chƣa cụ thể, chi tiết, còn rời rạc, tính thực tiễn chƣa cao; chƣa có công trình nghiên cứu tích hợp giữa trầm tích Holocen với địa chất công trình, dẫn tới gặp nhiều khó khăn trong việc luận giải các sự cố lún, lún lệch các công trình xây dựng có liên quan đến nền đất yếu trầm tích Holocen. Do đó, để nhận dạng đƣợc quy luật lún nền đất yếu trầm tích Holocen, thì cần phải nhận diện đƣợc đặc điểm và quy luật phân bố các thành tạo trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng, nhằm giảm thiểu tối đa những sự cố công trinh xây dựng, cũng nhƣ phục vụ một cách có hiệu quả công tác quy hoạch phát triển bền vững cơ sở hạ tầng là một nhu cầu khách quan. 1 Từ thực tế trên, việc nghiên cứu đề tài “Đặc điểm và quy luật phân bố các thành tạo trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng phục vụ phát triển cơ sở hạ tầng” là vô cùng cần thiết. 2. Mục tiêu của đề tài - Làm sáng tỏ đặc điểm và quy luật phân bố các thành tạo trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. - Xác định mối liên quan giữa đặc điểm trầm tích Holocen với các sự cố công trình xây dựng, từ đó đề xuất các giải pháp phát triển cơ sở hạ tầng trên nền đất yếu. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Các thành tạo trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Khu vực nghiên cứu là khu ven biển thành phố Hải Phòng nằm trong khung tọa độ địa lý: Kinh độ từ 106o34’ đến 106o56’; Vĩ độ từ 20o34’ đến 20o53’. Bao gồm phần đất liền ven biển và biển ven bờ các quận Hải An, Dƣơng Kinh, Đồ Sơn và các xã thuộc các huyện Kiến Thụy, Tiên Lãng thành phố Hải Phòng và một phần nhỏ thuộc phƣờng Vĩnh Niệm (quận Lê Chân), Đông Khê, Vạn Mỹ (quận Ngô Quyền), xã Thủy Triều (huyện Thủy Nguyên). Bỏ qua phần chồng lấn giữa khu vực nghiên cứu với đảo Cát Hải. 4. Nội dung nghiên cứu 1. Nghiên cứu đặc điểm và quy luật phân bố các trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. 2. Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình các trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. 3. Nghiên cứu mối liên quan giữa đặc điểm trầm tích Holocen với các sự cố công trình xây dựng và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững cơ sở hạ tầng trên nền đất yếu của trầm tích Holocen. 4. Đề xuất các giải pháp xử lý nền đất yếu, phát triển bền vững cơ sở hạ tầng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mực nƣớc biển dâng. 2 5. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng cộng sinh tƣớng theo thời gian trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nƣớc biển. Giai đoạn biển tiến Flandrian (Holocen sớm - giữa) có 4 tƣớng (bùn đầm lầy ven biển, cát lẫn sạn bãi triều, cát sạn lạch triều và bùn estuary - vũng vịnh); Giai đoạn biển thoái Holocen giữa - muộn có 4 tƣớng (bùn chân châu thổ, bùn cát tiền châu thổ, cát cồn cát cửa sông và bùn cát đồng bằng châu thổ); Thời kỳ biển dâng hiện đại có 6 tƣớng (cát, cát bùn và bùn bãi triều, cát sạn lạch triều, bùn cát đầm lầy cửa sông và bùn cửa sông hình phễu). Luận điểm 2: Trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng bao gồm 3 vùng, 7 phụ vùng và 18 khu, tƣơng ứng với 18 kiểu mặt cắt trầm tích địa chất công trình đặc trƣng. Hiện tƣợng lún và lún lệch ảnh hƣởng nghiêm trọng đến ổn định các công trình xây dựng, xảy ra mạnh nhất ở vùng estuary (vùng 3) liên quan đến phức hệ tƣớng bùn đầm lầy ven biển (mbQ21-2), bùn estuary - vũng vịnh (mebQ21-2), bùn chân châu thổ (ampdQ22-3), bùn cát tiền châu thổ (amdfQ22-3) và bùn cửa sông estuary (meQ22-3); tiếp đến là vùng châu thổ (vùng 1), liên quan đến phức hệ tƣớng bùn estuary - vũng vịnh (mebQ21-2), bùn chân châu thổ (ampdQ22-3), bùn cát tiền châu thổ (amdfQ22-3) và bùn bãi triều (amtfmQ22-3), cuối cùng là vùng châu thổ nhô cao (vùng 2) liên quan đến phức hệ tƣớng bùn estuary - vũng vịnh (mebQ21-2), bùn chân châu thổ (ampdQ22-3), bùn cát tiền châu thổ (amdfQ22-3) và bùn cát đồng bằng châu thổ (amdpQ22-3). 6. Những điểm mới của luận án (1) Xác định đƣợc tổ hợp cộng sinh tƣớng trầm tích trong thời kỳ biển dâng hiện đại, đặc biệt là sự xuất hiện của tƣớng trầm tích bùn cửa sông hình phễu (meQ22-3) phân bố tại khu vực cửa sông Bạch Đằng. (2) Xác định mối tƣơng quan giữa các đặc điểm tƣớng trầm tích Holocen với các tính chất cơ lý của đất yếu khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. Cụ thể, phân chia chi tiết các loại đất yếu theo các cấp độ khác nhau, trong đó, một số loại đất yếu bao gồm nhiều tƣớng trầm tích. (3) Phân chia chi tiết các vùng, phụ vùng và khu phân bố các kiểu mặt cắt 3 trầm tích - địa chất công trình Holocen, phục vụ phát triển cơ sở hạ tầng khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. (4) Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của lún nền đất yếu phục vụ công tác thiết kế cao độ nền trong quy hoạch xây dựng cơ sở hạ tầng và khả năng ứng phó của các công trình ven biển thành phố Hải Phòng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mực nƣớc biển dâng. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án (1) Ý nghĩa khoa học: Làm sáng tỏ đặc điểm và quy luật phân bố trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng, xác định nguyên nhân và mối liên quan đến tai biến lún gây mất ổn định công trình trong hoạt động phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng. (2) Ý nghĩa thực tiễn: Làm cơ sở khoa học góp phần giải thích nguyên nhân, cơ chế hình thành và phát triển tai biến lún của nền đất yếu từ đó khoanh vùng dự báo các khu vực có nguy cơ xảy ra tai biến địa chất phục vụ cho việc nghiên cứu lập quy hoạch để khai thác, sử dụng và quản lý nguồn quỹ đất phục vụ phát triển cơ sở hạ tầng một cách hợp lý và bền vững. 8. Bố cục của Luận án Mở đầu Chƣơng 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và đặc điểm khu vực ven biển thành phố Hải Phòng Chƣơng 2. Cở sở tài liệu và các phƣơng pháp nghiên cứu. Chƣơng 3. Đặc điểm và quy luật phân bố trầm tích Holocen khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. Chƣơng 4. Mối liên quan giữa đặc điểm trầm tích Holocen và các sự cố công trình xây dựng Kết luận và kiến nghị 4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC VEN BIỂN THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG 1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc 1.1.1.1. Tình hình nghiên cứu địa chất và trầm tích Holocen khu vực ven biển Trầm tích Holocen và biến động vùng ven biển, đặc biệt là các vùng đồng bằng châu thổ đã đƣợc nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đề cập đến trong các công trình nghiên cứu khác nhau từ những năm đầu thế kỷ 20. Các công trình tiêu biểu nhƣ công trình nghiên cứu kinh điển có thể kể đến là Mississippy của Barrell (1912, 1914), Johnstons (1921, 1922), Trowbridge (1930), Russell (1936), Fisk (1944). Những công trình này đã đặt nền móng cho các công trình tiếp theo của Coleman & Gagliano (1964), Wright & Coleman (1973, 1975), Galloway (1975), David R.A (1978), Reading H.G (1985), Elliott (1965, 1986) … Cấu trúc châu thổ, đặc điểm tƣớng trầm tích và tiến hóa các thành tạo Holocen các đồng bằng châu thổ lớn trên thế giới nhƣ: châu thổ sông Rhone, châu thổ sông Niger, châu thổ sông Mahakam, châu thổ sông Hoàng Hà … đã đƣợc đề cập đến trong công trình của Fisk & Mc Farlan et al., (1954), Fisk (1955, 1961), Oomkens (1967, 1974), Weber (1971), Elliott (1974, 1986), Reading H.G (1965, 1986) … Đây là những công trình mang tính kinh điển về quá trình tiến hóa các vùng ven biển trong Holocen. Elliott (1986), đã phân tích quá trình dịch chuyển các thùy châu thổ liên quan đến quá trình phát triển cửa sông ven biển châu thổ sông Mississippy và dựa vào động lực sóng, thủy triều, dòng ven bờ phân chia vùng ven bờ thành các kiểu bờ khác nhau. David R.A & Ethington R.L (1976) trong công trình “Bờ và quá trình trầm tích ven bờ”, Elliott (1986) trong công trình “Đƣờng bờ lục nguyên” đã phân tích chi tiết quá trình thành tạo và tiến hóa các đê cát, giồng cát ven bờ (beach sand ridges) trong các đồng bằng cát ven bờ (chenier plain). 5 David R.A (1978) đã phân tích chi tiết điều kiện sinh thái và quá trình phát sinh, phát triển của vùng đầm lầy ven biển cửa sông, đây là một trong các công trình tiêu biểu về hệ thống đầm lầy cửa sông ven biển. Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu trầm tích Holocen khu vực biển ven bờ trên cơ sở đan dày mạng lƣới khảo sát địa chấn nông phân giải cao, khoan và lấy mẫu bằng ống phóng trọng lực nhằm xác định cấu trúc đới ven biển. Trong số đó phải kể đến các công trình sau: Châu thổ ngầm hệ thống sông Ganges-Brahmaputra của Kueh A. S và nnk (1998); Châu thổ ngầm Gargano Holocen muộn, thềm lục địa Adriatic: thay đổi hƣớng và tốc độ cung cấp trầm tích của Antonio Cattaneo và nnk; Phát triển châu thổ ngầm sông Hoàng Hà trong Holocen của Lui J. P và nnk (2004), Công trình của Ciara F. Neill và Mead A. Allison (2004 ÷ 2005) “Quá trình hình thành châu thổ ngầm trên thềm lục địa Atchafalaya, Louisiana”,… Dao dộng mực nƣớc biển trong Holocen – một tác nhân quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển trầm tích Holocen các vùng ven biển đƣợc đề cập đến trong những công trình của Van Straaten (1959), C Baeteman (1984, 1992), Pirazzoli (1987), David (1987), Tooley (1979, 1987), Morner (1984, 1985) Shennan (1983), Jelgersma (1966, 1986), Kidson (1982), Zhao Shongling (1986), Huang Zhenguo (1984, 1987), Youngqiang Zong (2004), Woodroffe S. A và Horton B. P, (2005),… Trong các công trình nêu trên, tiến hóa môi trƣờng trầm tích Holocen châu thổ đƣợc xem xét trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nƣớc biển. Trong vùng Đông Nam Á các nƣớc nhƣ Indonesia, Philippin, Thái Lan, Brunei, Đông Timor đã và đang có những dự án nghiên cứu thềm lục địa nói chung, vùng ven biển với sự đầu tƣ lớn và bƣớc đầu đã có những kết quả nhất định trong việc phát triển kinh tế - xã hội. Những kết quả nghiên cứu đã giúp các quốc gia này có những biện pháp hữu hiệu trong công tác quản lý dải ven biển, đặc biệt đối với các dạng tai biến địa chất trên biển. Trong những năm cuối thế kỷ 20, Thái Lan đã triển khai nghiên cứu biến động đƣờng bờ, sự dao động mực nƣớc biển và khảo sát đặc điểm trầm tích đới bờ (trầm tích đáy) ở tỷ lệ lớn vùng Adang Rawi và Tarutao,… 6 1.1.1.2. Nghiên cứu, đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất công trình ven biển Hội nghị toàn thể Hội Địa chất công trình và Môi trƣờng quốc tế (IAEG, SYMPOSIUM) về lập bản đồ địa chất công trình phục vụ cho quy hoạch, thiết kế và xây dựng các công trình vùng ven biển đƣợc diễn ra vào 9/1979 đã thống nhất những nguyên tắc chung cho lập bản đồ địa chất công trình vùng thềm lục địa và vùng ven biển nhằm phục vụ cho phát triển kinh tế đới bờ biển và vùng lân cận, xây dựng công trình biển và dải ven bờ. Nhiều tờ bản đồ địa chất công trình với các tỷ lệ khác nhau từ 1:10.000 đến 1:50.000 đã đƣợc lập cho nhiều vùng, nhiều thành phố ven biển nhƣ Sotri, Odetxa, Thƣợng Hải, Ningbo; nhiều bản đồ tổng hợp phát triển kinh tế các vùng Melbourne, New York, Philadenphi, Dsaka đã đƣợc thành lập. Nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình đã đƣợc thực hiện tại các nƣớc Nga, Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan, Úc,… nhằm phục vụ cho mục đích khai thác kinh tế lãnh thổ và quy hoạch phát triển xây dựng các thành phố cảng, các vùng kinh tế trọng điểm, các công trình quan trọng nhƣ đê biển, các nhà máy lọc dầu, điện hạt nhân, năng lƣợng thủy triều … Nhìn chung các nghiên cứu địa chất cả lục địa ven biển và biển ven bờ trong giai đoạn này đều rất sơ lƣợc. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào cấu trúc địa chất, các thành tạo đá cổ chứa khoáng sản phục vụ cho mục đích khai khoáng, tìm kiếm dầu khí, phát triển kinh tế biển. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 1.1.2.1. Giai đoạn trước năm 1975 a. Tình hình nghiên cứu địa chất và trầm tích Holocen lục địa ven biển Trong giai đoạn này, những nghiên cứu về trầm tích Đệ tứ của các nhà địa chất ngƣời Pháp nhƣ Colari.M (1913, 1928), Patte.E (1924, 1927, 1931, 1934), Mansuy.H (1925), Bouret.R (1925), Frontain.J (1927, 1928, 1937, 1938), Lacroix.A (1928, 1932, 1934), Blondel.F (1929), Breton.Le (1931, 1934), Saurin.E (1935, 1937) đã đề cập những nét cơ bản nhất về địa chất cấu trúc của phần Bắc, Trung và Nam Đông Dƣơng. Riêng về trầm tích Đệ tứ chỉ đề cập một cách chung nhất phân 7