CƠ SỞ HỆ THỐNG TRONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT, PHÂN CHIA ĐẤT ĐÁ VÀ PHÂN VÙNG CẤU TRÚC NỀN ĐỊA CHẤT, ÁP DỤNG CHO ĐÔ THỊ TRUNG TÂM HÀ NỘI
PHỤC VỤ QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN KHÔNG GIAN NGẦM ĐÔ THỊ
TRẦN MẠNH LIỂU*; NGUYỄN HUY PHƯƠNG*; TĂNG TỰ CHIẾN*; NGUYỄN VĂN VŨ*
System approache for studies on geological medium, soil and roche classification and geo-structure zoning. Application in Hanoi center cities in the purpose of planning and city underground space development
Abstract: The paper presents the system approache and it’s application for studies on geological medium, soil and roche classification and geo- structure zoning in Hanoi center cities in the purpose of planning and city underground space development and susstainable expoitation.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ *
Tiếp cận hệ thống là cụ thể hóa và phát triển các nguyên tắc duy vật biện chứng, như là một phương pháp vạn năng để nghiên cứu các hệ thống kỹ thuật và các hệ thống khác. Trong địa chất không có phân tích hệ thống, không thể giải quyết được trọn vẹn bất kỳ vấn đề nào, cả về lý thuyết và thực tế. Trong nghiên cứu môi trường địa chất, cách tiếp cận hệ thống được sử dụng rất linh hoạt, phụ thuộc vào mục tiêu và nhiệm vụ cần giải quyết.
Trong phạm vi của bài báo này, các Tác giả giới thiệu cơ sở hệ thống và áp dụng các tính chất cơ bản của hệ thống, đặc biệt là tính tổ chức có cấp bậc của hệ thống để phân chia môi trường địa chất (như một hệ thống được gọi là Địa hệ) thành các phân vị địa tầng (các phụ hệ thống) tương đối đồng nhất ở các cấp bậc khác nhau theo các tiêu chí phân chia tương ứng, cũng như phân vùng lãnh thổ môi trường địa chất thành các phụ vùng ở các cấp bậc khác nhau (được gọi là kiểu, phụ kiểu và
*TrườngĐại học KHTN, Đại học QG Hà Nội Email:[email protected]
dạng cấu trúc nền địa chất) theo các tiêu chí được lựa chọn, phản ánh được tính nhậy cảm và khả năng ứng xử của môi trường địa chất với các loại tải trọng tác động khác nhau từ các công trình xây dựng, hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuất và các hoạt động kinh tế,- xây dựng khác của con người đến môi trường địa chất, phục vụ cho quy hoạch, phát triển không gian ngầm đô thị, khai thác sử dụng bền vững môi trường địa chất Đô thị trung tâm Hà Nội.
Bài báo là sản phẩm của đề tài KHCN Tp. Hà Nội “ Nghiên cứu xây dựng và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu công trình ngầm gắn với cấu trúc nền địa chất phục vụ quản lý phát triển không gian ngầm đô thị trung tâm thành phố Hà Nội” Mã số: 01C-04/02-2020-03” do Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội chủ trì thực hiện.
2. CƠ SỞ CHUNG VỀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT
2.1. Khái niệm hệ thống
Hệ thống là tổ hợp có tổ chức (có sắp xếp) các đối tượng (cả vật chất và tư duy) với các
quan hệ và tính chất thuộc tính chung của chúng, tạo nên một thực thể thống nhất, gắn kết hữu cơ. Hay nói cách khác, Hệ thống là một thực thể bao gồm nhiều thực thể khác (phụ hệ thống hay yếu tố cấu thành hệ thống) trong những mối quan hệ nhất định và đặc trưng bởi những tính chất thuộc tính chung của mình.
(Kruch I.V – 1973). F. Anghen đã định nghĩa hệ thống trong tự nhiên rất chi tiết và chính xác như sau: Tất cả những gì mà chúng ta nhận biết được từ môi trường xung quanh hình thành nên một hệ thống nào đó, mối quan hệ tổng hợp nào đó giữa các vật thể. Vật thể là các thực thể vật chất bắt đầu từ các hành tinh cho đến nguyên tử, thậm chí các hạt của nguyên tử nếu được thừa nhận. Ở đây các vật thể nằm trong mối quan hệ tương hỗ, sự vận động của hệ thống chính là sự tương tác của các vật thể.
Cấu trúc của hệ thống là tập hợp các mối quan hệ và liên kết giữa các phụ hệ thống. Hệ thống chỉ xác định được cấu trúc khi đã xác định được các phụ hệ thống (yếu tố) của nó. Cấu trúc của hệ thống có đặc tính thời gian và không gian. Đặc tính không gian phản ánh trình tự sắp xếp các phụ hệ thống trong hệ thống đó, trật tự sắp xếp đó có quy luật thứ bậc gần với cấp số nhân theo công thức (1.1).
LI + 1 / LI = K (1.1)
Trong đó: LI + 1, LI là kích thuớc của các cấu thành ở cấp bậc thứ I+1 và I, K có thể là hằng số.
Đặc tính về thời gian của hệ thống đặc trung bằng sự thay đổi trạng thái theo thời gian tức là sự vận động của hệ thống
Hệ thống tĩnh nếu cấu trúc của nó không thay đổi theo thời gian (cấu trúc cứng)
Hệ thống động nếu cấu trúc của nó thay đổi theo thời gian dưới ảnh hưởng của những tác động từ bên ngoài hoặc bên trong. Tuy nhiên trạng thái của hệ thống không bao giờ thay đổi một cách đột ngột, mà phải có quá trình chuyển hóa.
Trạng thái của hệ thống tại thời điểm nào đó là tổ hợp các giá trị thông số về cấu trúc và tính chất, quyết định sự ứng xử (vận động) của hệ
thống, các đại lượng đó gọi là các thông số trạng thái của hệ thống.
Hệ thống đông nhất: nếu các thông số trạng thái là các giá trị không đổi nào đó.
Hệ bất đồng nhất nếu chúng là hàm số.
Cơ chế vận động của hệ thống, chia 3 loại như sau:
- Hệ thống vận động với cơ chế cân bằng, nếu trạng thái của hệ thống không thay đổi theo thời gian
- Hệ thống vận động với cơ chế chu kỳ, nếu hệ thống trở lại cùng trạng thái sau những quãng thời gian như nhau.
- Hệ thống vận động với cơ chế chuyển tiếp (không ổn định), nếu trạng thái của hệ thống thay đổi theo thời gian đẻ hệ thống chuyển về trạng thái chu kỳ hoặc cận bằng.
- Sự vận động của hệ thống được quyết định bởi các quá trình trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường bên ngoài. Ở Hệ thống vận động với cơ chế cân bằng, quá trình trao đổi chất này được cân bằng. Ở hệ thống vận động với cơ chế chuyển tiếp (không ổn định), sẽ có quá trình trao đổi chất này diễn ra hoặc từ hệ thống, hoặc đến hệ thống. Hệ thống là mở nếu có sự trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường bên ngoài, và là kín nếu chỉ có sự trao đổi năng lượng
Tổ chức của hệ thống là tổ hợp toàn bộ các yếu tố tạo ra hệ thống (vật thể, quan hệ, tính chất), đảm bảo tính nguyên vẹn của hệ thống, quan hệ tương hỗ giữa các yếu tố (phụ hệ thống) của hệ thống , tính thống nhất về cấu trúc – chức năng của hệ thống.
Hệ thống được gọi là có tổ chức nếu nó giữ được tính tổ chức theo thời gian. Hệ thống có tổ chức đặc trưng bởi tính chất thích ứng, tức là có khả năng giữ được cấu trúc và tính chất của mình khi thay đổi điều kiện tồn tại của hệ thống.
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học phát biểu rằng xu hướng tự nhiên của bất kì hệ cô lập nào là suy thoái sang một trạng thái mất trật tự hơn, tức là làm tăng entropy và làm giảm tính tổ chức của hệ thống. Đối với hệ thống như vậy
cần hấp phụ năng lượng từ bên ngoài (neg entropy) để củng cố lại tổ chức (trật tự) của hệ thống. Nếu lượng neg entropy lớn hơn lượng gia tăng entropy, thì mức độ tổ chức (trật tự) của hệ thống tăng lên theo thời gian. Các hệ thống đó được gọi là tự tổ chức.
Để đánh giá mức độ tổ chức của hệ thống, có thể dùng giá trị dư (R) của K.Sennon
(1.2)
Trong đó: H - entropy của hệ thống, Hm entropy lớn nhất
Hệ thống không có tổ chức hoàn toàn R=0, hệ thống có tổ chức lý tưởng R=1.
Về nghiên cứu hệ thống.
Nghiên cứu một thực thể nào đó như một hệ thống cho phép xác lập được các mối quan hệ tương hỗ của chúng, các mối tương tác với các hệ thống khác và mối quan hệ tương hỗ của các hợp phần trong hệ thống.
Nghiên cứu một thực thể như một hệ thống quan trọng nhất là phân chia hệ thống. Một hệ thống có thể phân chia ra nhiều phu hệ thống rất khác nhau và như vậy có nhiều cấu trúc khác nhau. Phụ thuộc vào mục tiêu và tỷ lệ nghiên cứu mà có thể lựa chọn các tiêu chí phân chia hệ thống khác nhau.
Phân chia hệ thống nên thực hiện theo nguyên tắc cấp bậc do sự hình thành tự nhiên mang tính lịch sử - nguồn gốc của hệ thống.
Chỉ có sau khi phân chia hệ thống ra các hợp phần thì mới có thể tính toán đến cấu trúc của hệ thống.
Phân tích các mối quan hệ cấu trúc của hệ thống cho phép:
- Suy luận một cách rõ ràng về các tính chất nội tại của các hợp phần (các yếu tố) của hệ thống.
- Lựa chọn số lượng cần thiết các thông số đặc trưng
- Xây dựng các mô hình toán thích hợp để nghiên cứu chi tiết và đầy đủ khả năng ứng xử của hệ thống dưới tác động bên ngoài và bên trong.
2.2. Môi trường địa chất và địa hệ.
Định nghĩa địa hệ:
Thạch quyển nói chung, cũng như bất kỳ một phần nào đó của thạch quyển đều được xem xét, nghiên cứu như những hệ thống được gọi là các địa hệ. Sự phân chia ra các yếu tố của hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào mục tiêu nghiên cứu.
Phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu, một địa hệ có thể phân chia thành nhiều phụ hệ tương ứng khác nhau, do đó sẽ có nhiều cấu trúc tương ứng.
Môi trường địa chất (MTĐC) là phần trên của thạch quyển có tác động tương hỗ với khí quyển, sinh quyển, thủy quyển và quyển kỹ thuật. Về bản chất, MTĐC là hệ thống thống nhất, công sinh nhiều loại đất đá (cấu thành từ các thành phần rắn, lỏng, khí) và các trường vật lý tồn tại trong chúng, khác nhau về điều kiện hình thành, nguồn gốc, tuổi, thành phần vật chất, trạng thái, nhưng có tổ chức cấp bậc chặt chẽ và thể hiện các tính chất thuộc tính chung của hệ thống.
Tính chất của địa hệ
- Địa hệ là hệ thống động. Các yếu tố, tính chất, các quan hệ, mối liên kết, cũng như cấu trúc của Địa hệ thay đổi theo thời gian (cả thời gian vật lý và địa chất), kéo theo sự thay đổi trạng thái và phát sinh các quá trình địa chất.
- ĐH là hệ thống mở, trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xuyên quanh (Khí quyển, Sinh quyển, Thủy quyển, phần sâu của Thạch quyển), tạo ra các quá trình địa chất động lực.
- ĐH là hệ thống có tổ chức cấp bậc.
+ Các quá trình địa chất xảy ra ở các cấp bậc khác nhau từ khoáng vật, đến đất đá, đến thành hệ địa chất, gắn kết hệ thống lại được gọi là neg entropy.
+ Ngược lại quá trình phân rã hệ thống:
phong hóa, bào mòn, dỡ tải đất đá gọi là entropy (theo lý thuyết nhiệt động lực học).
+ Trong quá trình neg entropy, không chỉ có trao đổi chất và năng lượng mà còn có trao đổi thông tin Địa hệ (cấu trúc và tính chất của đất đá, MTĐC).
+ Các quá trình neg entropy sẽ tạo ra các hệ thống cấp bậc, có cấu trúc và tổ chức bền vững.
Nếu MTĐC không phải là hệ thống có tổ chức, mà chỉ có hệ thống nhiệt động học, thì trên trái đất này không còn tồn tại được bất kỳ vật thể nào phức tạp hơn nguyên tử.
Tính chất anti entropy và quá trình tích lũy thông tin làm cho Địa hệ có tính tổ chức cao, bền vững hơn.
- Địa hệ là hệ thốngcó tính tự tổ chức. Địa hệ không chỉ chống lại quá trình entropy, đảm bảo trật tự (tổ chức) của mình theo thời gian, mà còn làm giảm entropy, tăng tính tổ chức và trật tự của mình.
- Địa hệ là hệ thống có khả năng thích ứng với những thay đổi điều kiện bên ngoài, nhưng rất yếu. Những thay đổi điều kiện bên ngoài quá mạnh như: Nhiệt độ, áp suất thay đổi lớn có thể tạo ra đá biến chất; mưa, gió triền miên tạo ra phong hóa, xói mòn
- Địa hệ là hệ thống có tính chất bất đẳng hướng, tính đối xứng - bất đối xứng
Tính chất của Địa hệ là chìa khóa để nghiên cứu MTĐC, phục vụ cho các mục tiêu khác nhau.
3. CƠ SỞ HỆ THỐNG PHÂN CHIA CÁC LỚP ĐẤT ĐÁ VÀ PHÂN VÙNG CẤU TRÚC NỀN ĐỊA CHẤT
3.1. Cơ sở hệ thống phân chia các lớp đất đá
Trong nghiên cứu MTĐC (Địa hệ) phục vụ xây dựng và khai thác bền vững lãnh thổ, thành lập các bản đồ, các mặt cắt Địa chất công trình – Địa kỹ thuật ở các tỷ lệ khác nhau, việc phân chia các lớp đất đá tương ứng là vô cùng quan trọng. Dựa vào tính chất tổ chức cấp bậc của Địa hệ, có thể phân chia MTĐC thành các phụ hệ thống ở các cấp bậc khác nhau theo các tiêu chí đồng nhất tương ứng (bảng 1.2).
Bảng 1.1: Bảng phân chia MTĐC thành các phụ hệ thống (theo Bondarix G.K) Cấp độ tổ chức của
MTĐC - Địa hệ Tiêu chí phân chia và đặc điểm của Địa hệ
Thành hệ Cộng sinh: Đất đá hình thành trong cùng điều kiện kiến tạo và cổ địa lý)
Phức hệ địa tầng Tuổi: Đất đá trong thành hệ có cùng tuổi
Phức hệ nguồn gốc – địa tầng Nguôn gốc: Đất đá trong thành hệ có cùng tuổi và nguồn gốc Đơn nguyên ĐCCT cấp 1 Tổ hợp khoáng vật: Đất đá trong thành hệ cùng tuổi, nguồn gốc,
và cùng thành phần vật chất (litology)
Đơn nguyên ĐCCT cấp 2 Chỉ tiêu phân loại: Đơn nguyên ĐCCT cấp 1, trong cùng giới hạn của các chỉ tiêu phân loại
Đơn nguyên ĐCCT cấp 3 Chỉ tiêu tính toán: Đơn nguyên ĐCCT cấp 2, trong cùng giới hạn của các chỉ tiêu tính toán và trạng thái
Cấp độ phân chia đất đá phụ thuộc vào mục tiêu và tỷ lê nghiên cứu. Ví dụ, để tính lún và tính toán thiết kế nền móng công trình, phải phân chia Địa hệ thành các đơn nguyên ĐCCT cấp 3, để đánh giá khả năng ứng xử của đất nền với các loại tải trọng tác động khác nhau trong xây dựng công trình, phải phân chia Địa hệ
thành các đơn nguyên ĐCCT cấp 2 ở giai đoạn quy hoạch chi tiết và đơn nguyên ĐCCT cấp 1 ở gia đoạn quy hoạch chung,..vv
Dựa vào tính chất bất đẳng hướng, Tính chất đối xứng – bất đối xứng của Địa hệ để nghiên cứu quy luật biến đổi không gian của các lớp đất đá trong MTĐC:
Dựa vào tính chất động, tính chất mở, cũng như khả năng thích ứng của Địa hệ để nghiên cứu khả năng phát sinh các tai biến Địa chất – Địa kỹ thuật môi trường (ĐC – ĐKTMT) trong MTĐC, kết hợp với quy luật biến đổi không gian của các lớp đất đá trong MTĐC để nghiên cứu quy luật phát triển tai biến ĐC - ĐKTMT.
3.2. Cơ sở hệ thống phân vùng cấu trúc nền địa chất
Cấu trúc nền địa chất là hệ thống sắp xếp không gian các lớp đất đá được phân chia chi tiết theo các tiêu chí đồng nhất tương ứng, phục vụ quy hoạch, xây dựng công trình, quản lý phát triển bền vững cơ sở hạ tầng và không gian ngầm đô thị, các khu công nghiệp, cũng như các vùng lãnh thổ khác.
Cách phân chia đòi hỏi phản ánh được mức độ nhậy cảm của các lớp đất đá với các loại taỉ trọng tác động khác nhau từ các hoạt động kinh tế, xây dựng của con người và môi trường xung quanh (khí quyển, thủy quyển, sinh quyển và phần sâu của thạch quyển) đến MTĐC, làm cơ sở tốt cho những nghiên cứu tiếp theo về trạng thái và hoạt động của hệ thống Địa – kỹ thuật tương ứng (hệ thống tương tác giữa công trình, hạ tầng kỹ thuật với MTĐC).
Tổ hợp các lớp đất nền hình thành nên các loại cấu trúc nền địa chất khác nhau. Trên thực tế, có thể nhận diện cấu trúc nền một lớp, hai, ba lớp đất đá, hoặc cấu trúc nền địa chất có đất yếu, không có đất yếu, hay cấu trúc nền địa chất có một lớp đát yếu, hai lớp đất yếu, ..vv. Do vậy, việc phân vùng cấu trúc nền địa chất là rất cần thiết, là cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo sử dụng MTĐC, từ khảo sát, đến thiết kế, xây dựng và vận hành bền vững các hệ thống Địa – kỹ thuật.
Phân vùng cấu trúc nền địa chất là phân chia lãnh thổ (địa hệ) ra các đơn vị lãnh thổ nhỏ hơn ở các cấp bậc khác nhau theo các tiêu chí đồng nhất về cấu trúc nền, phục vụ cho các mục tiêu quy hoạch, xây dựng, khai thác sử dụng hợp lý và bền vững MTĐC. Như vậy, phân vùng cấu
trúc nền có 2 loại: phân vùng chung, phục vụ đa mục tiêu và phân vùng chuyên dụng, phục vụ một mục tiêu cụ thể nào đó.
Tiêu chí lựa chọn để phân vùng cấu trúc nền phụ thuộc vào mục tiêu phân vùng. Ở cấp bậc đầu tiên phân chia Địa hệ, phải lựa chọn được tiêu chí (yếu tố), mà sự thay đổi của yếu tố đó làm thay đổi đột ngột đặc điểm, tính chất và hàng loạt các yếu tố khác của Địa hệ theo mục tiêu khai thác, sử dụng Địa hệ đã xác định.
Ở các bước phân chia Địa hệ tiếp theo, cũng lựa chọn các chỉ tiêu phân chia tương ứng khác.
Đó là cách tiếp cận hệ thống từ chung tới riêng, từ các chỉ tiêu quan trọng nhất tới các chỉ tiêu kém quan trọng hơn, cho phép phân chia lãnh thổ (Địa hệ) nghiên cứu thành các đơn vị lãnh thổ, mà trong phạm vi phân chia đó cấu trúc nền địa chất tương đối đông nhất, các nhiệm vụ và phương pháp khảo sát ĐCCT – ĐKT, cũng như khả năng ứng xử của MTĐC với các loại tải trọng tác động tương đối đồng dạng,
Phân vùng cấu trúc nền địa chất là cơ sở để quy hoạch hợp lý các công trình xây dựng, là cơ sở xác định được tải trọng, quy mô, đặc điểm kết cấu công trình, lựa chọn loại móng và các giải pháp xử lý nền thích hợp, dự báo các hiện tượng địa chất – địa kỹ thuật môi trường và bảo vệ MTĐC.
4. MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT ĐÔ THỊ TRUNG TÂM HÀ NỘI
Theo đồ án quy hoạch chung thủ đô đến năm 2030, tầm nhìn 2050, được phê duyệt tại Quyết định số 1259/QĐ–TTg ngày 26 tháng 7 năm 2011, Đô thị Trung tâm thành phố Hà Nội được mở rộng từ đô thị lõi lịch sử, diện tích 756 km2 bao gồm địa giới hành chính của 20 quận, huyện : Hoàn Kiếm, Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Cầu Giấy, Tây Hồ, Thanh Xuân, Hoàng Mai, Hà Đông, Bắc Từ Liêm, Nam Từ Liêm, Long Biên, Mê Linh, Đông Anh, Gia Lâm, Đan Phượng, Hoài Đức, Thanh Oai, Thanh Trì, Thường Tín.
Địa hình Đô thị trung tâm Hà Nội là địa hình
đồng bằng, nằm ở hai bên sông Hồng, thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông với độ cao trung bình từ 5 đến 10 mét so với mực nước biển. Điều kiện tự nhiên, trong đó có môi trường địa chất tương đối bất đồng nhất.
Đây là nơi quá trình đô thị hóa diện ra mạnh nhất trên địa bàn thủ đô, đặc biệt gần đây UBND thành phố Hà Nội đã phê duyệt quyết định và nhiệm vụ quy hoạch chung không gian ngầm đô thị Trng tâm thành phố Hà Nội. Do vậy, việc việc phân chia các lớp đất đá, xây dựng bản đồ phân vùng, và cơ sở dữ liệu không gian cấu trúc nền Đô thị trung tâm Hà nội, tỷ lệ 1 :25.000 phục vụ quy hoạch và phát triển không gian ngầm đô thị là cần thiết.
4.1. Phân chia các lớp đất đá Đô thị Trung tâm TP Hà Nội
Phân chia các lớp đất đá, xây dựng cột địa tầng chuẩn và bản đồ cấu trúc nền địa chất tỷ lệ 1: 25 000 Đô thị Trung tâm TP Hà Nội được triển khai theo những nguyên tắc và phương pháp đã trình bày ở trên. Theo đó phân vị địa tầng được phân chia phục vụ cho mục tiêu và tỷ
lệ bản đồ tương ứng là đơn nguyên ĐCCT cấp 2, toàn bộ trầm tích Đệ tứ khu vực đô thị trung tâm Hà Nội được chia thành 19 phân vị địa tầng (bảng 2), trong đó các lớp bùn (lớp 6, 11, 13) đặc biệt nhậy cảm với các loại tải trọng tĩnh tác động từ các công trình xây dựng và các hoạt động kinh tế - xây dựng đô thị như bơm hút nước ngầm, xây dựng ngầm, kéo theo các tai biến lún mặt đất và công trình, áp lực ngang lên tường chắn, vòm chống và sập thành hố đào,..
vv. Các lớp cát hạt nhỏ, hạt mịn, hạt bụi, cát pha xũng nước (lớp 8, 14, 15) rất nhạy cảm với các loại tải trọng rung động, kéo theo các hiện tượng hóa lỏng, cát chảy. Các lớp cát cuội sỏi nhạy cảm với quá trình và hiện tượng xói ngầm.
Các lớp đất sét, sét pha (lớp 5, 7, 9, 10) có khả năng ngăn nước, chống thấm tốt, đặc biệt lớp sét, sét pha (lớp 12) có khả năng chống thấm, chống giữ thành hố đào rất tốt, có thể chọn làm nền cho các công trình ngầm.
Đặc điểm sắp xếp không gian 19 phân vị địa tầng kể trên sẽ tạo nên những đặc thù về cấu trúc nền địa chất Đô thị trưng tâm Hà Nội.
Bảng 2: Cột địa tầng chuẩn Đô thị trung tâm TP Hà Nội
Tuổi Hệ tầng Phụ hệ tầng
Nguồn gốc
Ký hiệu
Các phân vị địa tầng được phân
chia (lớp)
Mô tả
Đất lấp Đất lấp thành phần hỗn tạp, dày phổ biến 1 - 5,8m
Hiện đại Đất lấp và bùn đáy ao hồ hiện đại
1 Bùn đáy ao hồ 2
Cát lòng sông, bãi bồi di động ven sông, trạng thái rời xốp, dày 10 - 15m (12.5m) 3
Sét pha - cát pha bãi bồi thấp, trạng thái dẻo mềm, dày 5 - 7m (6m)
Phụ hệ tầng trên
(phần giữa hai
con đê)
Trầm tích sông
aQ2 3
tb2
4
Sét - sét pha xen kẹp cát pha màu nâu gụ, nâu xám trạng thái dẻo cứng, dẻo mềm, dày 4 - 5m (4.5m)
Trầm tích sông
aQ2 3
tb1
5
Sét, sét pha màu nâu vàng, trạng thái dẻo cứng, dẻo mềm, dày 5 - 20m (12.5m)
Holocen trên Thái Bình
Phụ hệ tầng dưới
Trầm tích hồ đầm
lầy
lbQ2 3
tb1
6
Bùn sét pha màu nâu xám, trạng thái dẻo chảy lẫn ít hữu cơ, dày 6 - 12m (9m)
Tuổi Hệ tầng Phụ hệ tầng
Nguồn gốc
Ký hiệu
Các phân vị địa tầng được phân
chia (lớp)
Mô tả
7
Sét pha xen kẹp cát pha màu nâu xám, trạng thái dẻo mềm, dày 0,2 - 26m (13.1m) Trầm tích
sông
aQ2 3
tb1
8
Cát hạt nhỏ, hạt mịn, hạt bụi màu xám xanh, trạng thái chặt vừa, dày 0,6 - 32,5m (16.55m)
Trầm tích cửa sông
ven biển
amQ2 3
tb1
9
Sét pha màu nâu xám, dẻo mềm, có chỗ xen kẹp cát pha, cát, dày 5 - 15m (10m) Phụ hệ
tầng giữa
Trầm tích biển
mQ2 1 2
hh2
10
Sét màu xám xanh, trạng thái dẻo mềm - dẻo cứng, dày 0.5 - 4m (2m)
Holocen dưới - giữa Hệ tầng Hải Hưng
Phụ hệ tầng dưới
Trầm tích hồ đầm
lầy
lbQ2 1 2
hh1
11 Bùn sét màu xám đen lẫn hữu cơ, dày 2 - 20m
Phụ hệ tầng trên
Trầm tích sông
aQ1 3
vp3
12
Sét, sét pha màu nâu vàng, xám trắng, loang lổ, có lẫn kết vón, trạng thái nửa cứng, dẻo cứng, dày 8 - 18m Phụ hệ
tầng giữa
Trầm tích hồ, đầm
lầy
lbQ1 3
vp2
13
Bùn sét pha màu xám đen lẫn hữu cơ, trạng thái dẻo chảy, chảy, dày 1,6 - 8m (4.8m) 14
Cát pha xen kẹp sét pha, màu xám vàng, trạng thái dẻo, dày 3,4 - 7,3m (5.35m)
15 Cát hạt nhỏ màu nâu vàng, dày 3,3 - 10,3m (6.8m)
Pleistocen trên Hệ tầng Vĩnh Phúc
Phụ hệ tầng dưới
Trâm tích sông
aQ1 3
vp1
16
Cát hạt trung lẫn sạn, sỏi màu xám vàng, xám trắng, dày 8 - 15 m (11.5m)
17
Sét pha - cát pha màu nâu xám, xám ghi, trạng thái dẻo mềm, đôi chỗ lẫn hữu cơ, sạn sỏi, dày 5,5 - 12m
Pleistocen giữa - trên Hệ tầng Hà Nội
Không phân
chia
Trầm tích sông, lũ
apQ1 23
hn
18
Cuội sỏi đôi chỗ lẫn cát sét màu xám, xám vàng, dày 15 - 35m
Pleistocen dưới Hệ tầng Lệ Chi
Không phân
chia
Trầm tích sông
aQ1 1
lc 19
Cuội sỏi đôi chỗ lẫn cát, cát pha, sét màu xám ghi, xám nâu, dày 14 - 24m
4.2. Phân vùng cấu trúc nền địa chất đô thị trung tâm TP Hà Nội
Lựa chọn tiêu chí phân vùng
Phân vùng cấu trúc nền địa chất đô thị trung tâm TP Hà Nội phản ánh được đặc điểm ứng xử của MTĐC với các tác động từ hệ thống kỹ thuật đô thị và các hoạt động kinh tế xây dựng của con người, phục vụ đa mục tiêu, từ quy hoạch và phát triển không gian ngầm, khai thác sử dụng hợp lý, bền vững MTĐC, đến xây dựng công trình. Do vậy cấu trúc nền địa chất đô thị sẽ được chia thành các kiểu, phụ kiểu và các dạng.
Tiêu chí lựa chọn để phân vùng cấu trúc nền như sau:
- Kiểu: Dựa vào tổ hợp quan hệ giữa các hệ tầng.
- Phụ kiểu: Dựa vào tổ hợp quan hệ giữa các phụ hệ tầng.
- Dạng: dựa vào sự vắng mặt, hay có mặt một hoặc hai lớp đất yếu.
5. KẾT QUẢ PHÂN VÙNG CẤU TRÚC NỀN
Áp dụng cách phân chia trên, nghĩa là theo tổ hợp quan hệ giữa các hệ tầng Thái Bình, Hải Hưng và Vĩnh Phúc, đất nền Hà Nội được chia ra 4 kiểu:
Kiểu I: Chỉ có mặt hệ tầng Vĩnh Phúc.
Kiểu II: Có mặt hệ tầng Thái Bình và hệ tầng Vĩnh Phúc.
Kiểu III: Có mặt hệ tầng Hải Hưng và hệ tầng Vĩnh Phúc.
Kiểu IV: Có mặt cả 3 hệ tầng Thái Bình, Hải Hưng, Vĩnh Phúc.
Từ các 4 kiểu trên tiếp tục phân chia thành 16 phụ kiểu và 25 dạng cấu trúc nền Đô thị trung tâm Hà Nội (bảng 3 và hình 1).
Bảng 3: Đặc điểm phân chia cấu trúc nền Đô thị trung tâm TP Hà Nội
KIỂU ĐẶC ĐIỂM
PHỤ
KIỂU ĐẶC ĐIỂM DẠNG ĐẶC ĐIỂM
I.1.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Vĩnh Phúc
I VP I.1 VP
I.1.c Không có một lớp đất yếu hệ tầng Vĩnh Phúc
II.1.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình
II.1 TB2/TB1/VP
II.1.c Không có đất yếu hệ tầng Thái Bình
II.2.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình
II.2 TB1/VP
II.2.c Không có lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình
II.3 TB2/VP II.3.c Không có lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình
II.4.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Vĩnh Phúc
II.4 TB2/TB1/VP
II.4.b Có hai lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình và Vĩnh Phúc
II TB/
VP
II.5 TB1/VP II.5.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Vĩnh Phúc
KIỂU ĐẶC ĐIỂM
PHỤ
KIỂU ĐẶC ĐIỂM DẠNG ĐẶC ĐIỂM
III.1 HH2/HH1/VP III.1.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng
III.2 HH1/VP III.2.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng
III.3 HH2/VP III.3.c Không có đất yếu hệ tầng Hải Hưng
III HH/
VP
III.4 HH2/HH1/VP III.4.b Có hai lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng và Vĩnh Phúc
IV.1.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng
IV.1 TB2/TB1/
HH2/HH1/VP
IV.1.b Có hai lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình và Hải Hưng
IV.2.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng
IV.2 TB1/HH2/
HH1/VP
IV.2.b Có hai lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình và Hải Hưng
IV.3 TB2/HH2/
HH1/VP IV.3.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng
IV.4.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng
IV.4 TB2/TB1/
HH1/VP
IV.4.b Có hai lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình và Hải Hưng
IV.5.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình
IV.5 TB1/HH2/VP
IV.5.c Không có lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình
IV.6.a Có một lớp đất yếu hệ tầng Hải Hưng
IV
TB/
HH/
VP
IV.6 TB1/HH1/VP
IV.6.b Có hai lớp đất yếu hệ tầng Thái Bình và Hải Hưng
Hình 1: Bản đồ phân vùng cấu trúc nền địa chất Đô thị trung tâm Hà Nội
6. KẾT LUẬN
- Tiếp cận hệ thống cho phép phân chia MTĐC đô thị thành các phân vị địa tầng và phân vùng cấu trúc nền địa chất theo các cấp bậc phân chia hệ thống chặt chẽ. Phụ thuộc vào mục tiêu và tỷ lệ nghiên cứu tương ứng, các tiêu chí được lựa chọn để phân chia địa tầng và phân vùng cấu trúc nền cũng rất khác nhau.
- Để phục vụ cho quy hoạch và phát triển không gian ngầm, khai thác sử dụng hợp lý, bền vững MTĐC và xây dựng công trình hạ tầng đô thị, trong phạm vi Đô thị trung tâm Hà Nội, toàn bộ trầm tích Đệ tứ được phân chia thành 19 phân vị địa tầng, bản đồ phân vùng cấu trúc nền địa chất tỷ lệ 1: 25 000 được phân chia thành 4 kiểu, 16 phụ kiểu và 25 dạng cấu trúc nền.
- Việc phân chia các lớp đất đá và phân vùng cấu trúc nền địa chất như trên phản ánh được tính nhậy cảm của MTĐC với các loại tải trọng tác động từ các công trình xây dựng, hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật đô thị và các
hoạt động kinh tế - xây dựng khác của con người tới MTĐC. Theo đó, cấu trúc nền địa chất Đô thị trung tâm Hà Nội tương đối bất đồng nhất và phức tạp, cần phải có những đầu tư hơn nữa ở những giai đoạn nghiên cứu chi tiết tiếp theo.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Mạnh Liểu (2007), Cơ sở tiếp cận hệ thống và đánh giá tổng hợp tai biến địa chất, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, số 6/2007.
2. Trần Mạnh Liểu, Đoàn Thế Tường (2002),
"Môi trường Địa chất Đô thị và các khu công nghiệp", Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, số 4/2002.
3. Trần Mạnh Liểu (2010), Nghiên cứu định hướng quy hoạch, quản lý sử dụng và khai thác không gian ngầm đô thị Hà Nội, Mã số TC - ĐT/ 05 - 06 – 2, Báo cáo tổng kết đề tài Tp. Hà Nội, Viện KHCN Xây dựng, Hà Nội.
4. Trần Mạnh Liểu (2018), Chuẩn hóa các kết quả nghiên cứu về Địa kỹ thuật - Môi trường thành phố Hà Nội phục vụ công tác quản lý tài nguyên, quy hoạch, xây dựng và sử dụng đất hiệu quả, bền vững, Báo cáo tổng kết đề tài Tp Hà Nội, Mã số: 01C – 04, Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN, Hà Nội.
5. Nguyễn Huy Phương (2004), Thu thập kiểm chứng các tài liệu đã có, nghiên cứu bổ sung lập bản đồ phân vùng đất yếu Hà Nội phục vụ phát triển bền vững Thủ đô, Báo cáo tổng kết đề tài Tp Hà Nội, Mã số : TC – ĐT/ 06 – 2- 3, Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội.
6. Левченко А. Н., Ленер В. Г. (2002), Организаия освоения подзмного пространства, москва.
7. Бондарик Г К, Ярг Л А Инженерно - геологические изыскания. Москва, 2008.
Người phản biện: PGS, TS. ĐOÀN THẾ TƯỜNG
