ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ DỌC TUYẾN ĐƯỜNG 4D TRÊN CƠ SỞ NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ
GIỮA CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA HÌNH

CHU VĂN NGỢI, NGUYỄN THỊ THU HÀ

Đại học Khoa học Tự nhiên, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

Tóm tắt: Tai biến trượt lở dọc các tuyến đường giao thông ở miền núi nuớc ta xảy ra thường xuyên và tập trung vào những cung đường xác định. Kết quả nghiên cứu cho thấy ngoài các yếu tố khí hậu và hoạt động nhân sinh thì cấu trúc địa chất trong mối quan hệ với địa hình thể hiện rõ vai trò ở các điều kiện khác nhau: 1) Trong điều kiện địa hình có cùng độ dốc thì khả năng trượt lở phụ thuộc vào mối quan hệ giữa cấu trúc địa chất và địa hình. Trong trường hợp cấu trúc địa chất được đặc trưng bởi thành tạo địa chất là đá magma rắn chắc, cấu tạo khối hoặc đá trầm tích, trầm tích phun trào cấu tạo phân lớp có thế nằm với hướng cắm ngược với hướng nghiêng của địa hình thì cấu trúc địa chất đóng vai trò đảm bảo tính ổn định của sườn dốc. Còn trong trường hợp các thành tạo địa chất có cấu tạo phân lớp, phân phiến với hướng cắm cùng với hướng dốc của địa hình thì cấu trúc địa chất có vai trò thúc đẩy nhanh quá trình trượt đất đá; 2) Khi cấu trúc địa chất cũ bị hoạt động kiến tạo trẻ xóa đi để tạo ra một cấu trúc địa chất mới (đới cắt trượt) với đặc trưng là các thành tạo bị vỡ vụn thì địa hình càng dốc khả năng trượt càng lớn với nguyên nhân chủ yếu gây trượt lở là trọng lực.

Trên cơ sở thực hiện đề tài QG-05-29, tập thể tác giả đã tiến hành khảo sát nghiên cứu cấu trúc địa chất dọc quốc lộ 4D từ Sa Pa đến Lào Cai, tập trung phân tích các yếu tố gây trượt lở, trong đó chú trọng đến việc đánh giá vai trò của cấu trúc địa chất tại những vị trí xảy ra trượt lở và có nguy cơ trượt lở cao.

Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc địa chất và địa hình là cơ sở khoa học cho việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật, giảm thiểu tác hại của tai biến trượt lở có hiệu quả. Tập thể tác xin trân trọng cám ơn Đại học Quốc gia Hà Nội, Ban Khoa học - Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện đề tài QG-05-29.

I. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN DỌC QUỐC LỘ 4D

Các điều kiện tự nhiên như khí hậu, thủy văn của miền Tây Bắc Bộ đã được nhiều công trình đề cập đến [4, 7]. Trong bài báo này, hai yếu tố địa hình, cấu trúc địa chất và mối quan hệ giữa chúng sẽ được tập trung phân tích nhằm làm rõ vai trò của những yếu tố đó trong tai biến trượt lở và đề xuất những giải pháp phù hợp, bền vững để giảm thiểu hậu quả và phòng chống tai biến.

1. Đặc điểm địa hình

Tuyến đường 4D chạy men theo sườn trái của thung lũng Ngòi Đum có địa hình thấp dần từ thị trấn Sa Pa đến thành phố Lào Cai, có vách dương dốc, mặt đường hẹp, có nhiều đoạn uốn khúc với vách âm dốc và sâu. Thung lũng Ngòi Đum có trắc diện ngang hẹp, hình chữ V, có sườn dốc, thường đạt 60o. Mức độ phân cắt ngang ở hai bên sườn thung lũng khác nhau, bên sườn trái có 3 suối nhỏ và một suối lớn, bên sườn phải có 2 suối lớn và 6 suối nhỏ [1].

 

Hình 1. Sơ đồ địa hình, địa chất dọc tuyến đường 4D Lào Cai - Sa Pa [theo 2].

Độ dốc địa hình là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng trượt lở. Khi độ dốc địa hình (mà cụ thể là độ dốc của vách dương) tăng lên thì độ ổn định của sườn giảm xuống một cách đáng kể. Tại tuyến đường 4D, độ dốc địa hình tại điểm cầu Móng Sến vào khoảng 40o, một số nơi khác đạt 60o, khi đó hệ số ổn định của sườn sẽ giảm xuống đến 0,35 hoặc nhỏ hơn (h45o = 0,35) [6]. Độ ổn định của sườn giảm sẽ làm tăng nguy cơ trượt trọng lực của khối đất đá phía vách dương của đường, đặc biệt khi thành tạo của sườn là vật chất bở rời và bị bão hòa nước thì trượt lở chắc chắn sẽ xảy ra. Địa hình sườn dốc dọc tuyến đường 4D là một yếu tố thuận lợi cho tai biến trượt lở xảy ra.

2. Đặc điểm cấu trúc địa chất

Cấu trúc địa chất được đặc trưng bởi hệ thống các đứt gãy và các thành tạo địa chất (Hình 1). Các thành tạo địa chất dọc theo tuyến đường 4D khá đa dạng, bao gồm các trầm tích lục nguyên bị biến chất, nén ép, dập vỡ tạo thành các dải chạy theo phương TB-ĐN xen kẽ với các khối magma xâm nhập. Từ thị trấn Sa Pa đến thành phố Lào Cai, quốc lộ 4D cắt qua các thành tạo Đệ tứ không phân chia tại thung lũng thị trấn Sa Pa, hệ tầng Cam Đường (e1 cđ), hệ tầng Cha Pả (NP cp) xen kẽ với các thành tạo xâm nhập hệ tầng Po Sen (dgPZ1 ps), tiếp theo là Đá Đinh (NP-e1 đđ), Bản Nguồn (D1 bn) và Viên Nam (P3 vn). Dọc tuyến đường, thành tạo của các hệ tầng này thường có cấu trúc dạng khối, độ phân lớp kém cho nên hiện tượng trượt theo mặt trượt ít xảy ra, khả năng trượt trọng lực do bão hòa nước của các khối vật liệu mịn lớn hơn.

Tuyến đường quốc lộ 4D chạy theo hướng ĐB-TN gần như vuông góc với hệ thống đứt gãy chính trong vùng, do vậy tuyến đường này cắt qua các đới nén ép, dập vỡ bởi các hoạt động địa chất. Dọc theo tuyến đường quốc lộ 4D có rất nhiều đoạn có vách dương cấu tạo bởi các vật liệu bở rời, điển hình là các tầng phong hóa của những đới tiếp xúc giữa khối xâm nhập Po Sen và hệ tầng Cha Pả, thành tạo sườn tích và bồi tích Đệ tứ, các đới bị cà nát, nén ép, dập vỡ trong khối xâm nhập Po Sen. Các vật liệu này khi gặp địa hình sườn dốc và bị bão hòa nước sau mưa sẽ là những khối trượt gây nguy hiểm cho giao thông trên tuyến đường.

Kết quả nghiên cứu các điểm trượt lở dọc tuyến đường 4D cho thấy mối quan hệ mật thiết giữa yếu tố địa hình, cấu trúc địa chất và nguy cơ xảy ra trượt lở. Nếu địa hình và cấu trúc địa chất đều thuận lợi cho trượt lở thì nguy cơ xảy ra trượt lở rất cao. Điều này được chứng minh rõ ràng khi nghiên cứu chi tiết nguy cơ trượt lở tại một số điểm trượt lở điển hình trên quốc lộ 4D trên cơ sở phân tích cấu trúc địa chất và địa hình.

II. NGUY CƠ TRƯỢT LỞ DƯỚI GÓC ĐỘ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA HÌNH

Theo kết quả nghiên cứu và khảo sát giai đoạn 2001-2003 tại khu vực Lào Cai - Sa Pa (dọc tuyến đường từ thị trấn Sa Pa đến cầu Móng Sến) đã xác định được 81 điểm trượt [5]. Các điểm trượt tập trung  trên các sườn có độ dốc từ 22o đến 45o, tập trung ở các đới cắt trượt có đá gốc vỡ vụn và những nơi vỏ phong hóa có lẫn sét. Tiêu biểu cho những vị trí nêu trên là đông bắc cầu Móng Sến, sườn trái đường từ Giàng Tre đến cầu Móng Sến và sườn địa hình phía bắc thị trấn Sa Pa.

Điển hình là vụ trượt đất xảy ra tại Km. 119, thuộc địa phận xã Trung Chải ngày 24/6/2004. Đất đá từ trên vách vách cao 40 m đột nhiên đổ ập xuống khu lán trại của 40 công nhân và công trường đang thi công của Công ty TNHH xây dựng công trình Nam Tiến. Khối đất đá ước tính 2.000 m3 đã đẩy 2 xe ô tô xuống vực sâu, 2 công nhân tử nạn và một người bị thương (theo báo Lao Động). Nguyên nhân chủ yếu của vụ này là do độ dốc của vách đường cao và vách đường cấu tạo bởi vật liệu bở rời, nên sau trận mưa lớn và nổ mìn làm đường, khối đất bị bão hòa gặp xung động mạnh gây trượt trọng lực.

Dưới góc độ cấu trúc địa chất, trên tuyến đường này có 2 vị trí có nguy cơ trượt lở rất cao, bao gồm điểm sát chân cầu bê tông tại xã Cha Pả  (tọa độ: 22o22’20’’ B và 103o52’17’’ Đ) và điểm gần cầu Móng Sến (tọa độ: 22o24’51’’ B và 103o53’50’’ Đ).

 

Hình 2. Bình đồ cấu trúc địa chất tại cầu bê tông xã Cha Pả

Điểm nguy cơ trượt lở thứ nhất nằm tại chân cầu bê tông thuộc địa phận xã Cha Pả. Điểm khảo sát cách cầu khoảng 50 m, chếch hướng 30o, chiều đi Lào Cai (Hình 2). Cầu bê tông này là một cầu nhỏ nằm cách cầu 32 về phía đông bắc khoảng 1000m, bắc qua con suối nhỏ đổ vào Ngòi Đum. Tại đây, vách dương của cung đường cao và dốc (độ dốc là 40o), mép đường bên phải sát vách âm.

Đoạn đường đi qua cầu bê tông cắt qua các đá granođiorit thuộc phức hệ Po Sen (dgPZ1 ps) chia làm 3 đoạn rõ rệt: đoạn thứ nhất nằm ở phía tây suối nhỏ, lộ đá gốc rắn chắc có màu xám sáng; đoạn thứ hai dài khoảng 50 m từ cầu theo hướng 30o, lộ ra các đã bị vỡ vụn, tơi xốp, ranh giới của đoạn thứ nhất và đoạn thứ hai là dòng suối chảy theo hướng 110o; đoạn thứ ba lộ đá gốc rắn chắc, tiếp xúc với đoạn thứ hai bằng một đới bị nén ép và dập vỡ mạnh.

Trên ba đoạn phân biệt rõ ràng này, có thể thấy đoạn thứ hai có nguy cơ trượt lở rất cao vì có thành phần vật chất vụn rời và độ dốc của vách lớn. Trong đới nén ép và dập vỡ thuộc ranh giới giữa đoạn thứ hai và thứ ba còn thấy dấu vết của mặt trượt bằng phải phương 110o, đổ về nam với góc dốc 40o. Đoạn thứ nhất và thứ ba có nguy cơ trượt lở thấp vì đá còn tươi và rắn chắc, mặc dù vách dương có độ dốc khá cao và đá bị phân cắt bằng các khe nứt 40oÐ40 o và 110 oÐ40 o.

Cầu bê tông có mố tây nam xây trên đá gốc và mố đông bắc xây trên đới vỡ vụn có kè áp mái của vách dương (Ảnh 1). Về mặt cấu trúc, cầu này nằm trong đới cắt trượt với đới nghiền vụn rộng khoảng 50 m và kéo dài theo phương 110o; trong đới này các cấu trúc địa chất bị xóa nhòa, tạo cấu trúc địa chất mới đặc trưng bởi thành tạo vỡ vụn tạo thuận lợi cho trượt trọng lực xảy ra.

Vị trí thứ 2 tại cầu Móng Sến, nơi đã xảy ra hiện tượng trượt lở nhiều lần. Cầu Móng Sến bắc qua suối chảy theo hướng B-N đổ vào Ngòi Đum, phía tây cầu là đoạn đường cong có hướng 330o chuyển sang hướng 90o tại đầu cầu, phía đông cầu chạy theo hướng 90o. Phần đường phía tây cầu Móng Sến có vách dương dốc, dật cấp xây kè áp mái, phía trên sườn có một số khối tảng kích thước 3´2 m nằm trên đới vụn, vách âm có bề mặt phẳng rộng 5-6 m và sườn dốc dạng vách có vực sâu (Ảnh 2).

 

Trong các đới đá vụn thuộc vách dương của đoạn cầu Móng Sến còn lưu giữ các mặt trượt bằng phải có phương 130o, đổ về hướng đông bắc với góc dốc 70o (Ảnh 3). Cách cầu về phía đông theo hướng 90o khoảng 200 m là đới đá dập vỡ, độ rộng 3 m, nằm sát đá gốc rắn chắc, ở đây phát triển khe nứt theo hệ 108oÐ70 o và 50 oÐ70o (Hình 3).

 

 

Theo kết quả nghiên cứu, cấu trúc địa chất cầu Móng Sến là đới cắt trượt kéo dài theo phương 130o, cấu tạo từ đá granođiorit rắn chắc ở rìa đới và phần trung tâm là đá gốc bị nghiền vụn bở rời (Hình 3). Để đánh giá ảnh hưởng của đới cắt trượt đến trượt lở đất đá, kết quả nghiên cứu tính chất cơ lý đá trong đới cắt trượt cho thấy sức kháng cắt của đá bị dập vỡ ở phần trung tâm đới chỉ bằng nửa sức kháng cắt của đá không bị dập vỡ ở rìa đới. Trong trường hợp cầu Móng Sến, đá ở trung tâm đới bị nghiền vụn, bở rời, có khả năng thấm nước lớn hơn nhiều so với trạng thái dăm vụn có độ gắn kết yếu, nên khả năng tạo ra khối trượt lớn rất cao.

 

Cũng như cầu bê tông ở xã Cha Pả, cầu Móng Sến nằm trong đới cắt trượt rộng gần 300 m và kéo dài theo phương 130o. Trong đới cắt trượt, các thành tạo xâm nhập thuộc phức hệ Po Sen bị vỡ vụn, cấu trúc địa chất bị xóa, mố cầu được xây trên đới dăm vụn kiến tạo.

Theo kết quả phân tích cấu trúc địa chất, địa hình và tính chất cơ lý của đá trong đới cắt trượt và đặc điểm cấu tạo đới cắt trượt có thể nhận xét:

- Cầu bê tông tại xã Cha Pả và cầu Móng Sến được xây dựng trong đới cắt trượt, có nguy cơ trượt lở cao.

- Cầu bê tông tại xã Cha Pả có khả năng bị vặn dưới tác động của quá trình trượt trong mùa mưa vì mố cầu xây trên nền thạch học có tính chất cơ lý khác nhau [5].

Cầu Móng Sến có nguy cơ trượt cao trong mùa mưa vì cầu xây trên đới dăm và vụn kiến tạo.

Qua các nhận xét trên, ta thấy sự cần thiết của việc khảo sát cấu trúc các đới cắt trượt, xác định ranh giới của các tầng cắt trượt trước khi tiến hành xây dựng các công trình. Có như vậy, độ ổn định của các công trình mới được đảm bảo.

III. KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu tổng thể các yếu tố cấu trúc địa chất, địa hình và mối liên quan giữa chúng với nguy cơ trượt lở dọc tuyến đường 4D và nghiên cứu chi tiết nguy cơ trượt và cấu trúc địa chất tại hai điểm cầu bê tông tại xã Cha Pả và cầu Móng Sến thuộc tuyến đường này có thể đi đến một số kết luận như sau:

1) Tại những nơi có sườn dốc lớn nhưng cấu tạo sườn gồm các thành tạo đá rắn chắc, cấu trúc khối tảng hoặc có mặt trượt nằm vuông góc với sườn dốc thì nguy cơ trượt lở là rất nhỏ, gần như không xảy ra. Ở đây, cấu trúc địa chất là yếu tố đảm bảo tính ổn định và giảm khả năng trượt lở của vách đường;

2) Tại những điểm có địa hình sườn không quá dốc nhưng các cung đường nằm trong đới hoạt động của các đứt gãy, đới cắt trượt hoặc vách được cấu tạo bởi các thành tạo có cùng hướng cắm với vách đường thì hiện tượng trượt lở có nguy cơ xảy ra cao hơn. Tại đây, cấu trúc địa chất lại là yếu tố thúc đẩy quá trình trượt lở;

3) Tại những nơi mà cấu trúc địa chất bị xóa, cấu tạo thành phần vách đường chủ yếu là các vật liệu vụn, bở rời thì quá trình trượt xảy ra chủ yếu bởi yếu tố địa hình và trượt trọng lực;

4) Việc nghiên cứu cấu trúc địa chất của vùng trước khi xây dựng các công trình, đặc biệt là các tuyến đường giao thông để giảm thiểu tai biến trượt lở là vô cùng cần thiết.

VĂN LIỆU

1. Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2004. Bản đồ địa hình tờ Lào Cai, tỷ lệ 1/50.000. Nxb Bản đồ, Hà Nội.

2. Bùi Phú Mỹ (Chủ biên), 2005. Bản đồ địa chất tờ Kim Bình - Lào Cai, tỷ lệ 1/200.000. Cục Địa chất và Khoáng sản VN, Hà Nội.

3. Bùi Xuân Vịnh, 2003. Nghiên cứu, điều tra đặc điểm tai biến địa chất khu vực Lào Cai - Sa Pa bằng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS). Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.

4. Đào Văn Thịnh và nnk., 2002. Các tai biến địa chất ở Tây Bắc Bộ. Trang web Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà Nội.

5. Engel T. et al, 1998. Basic methods of structural geology. Publ. House of Univ. of Regina, Canada.

6. Lomtadze V.D., 1977. Địa chất công trình. Nxb Nedra, Moskva (bản tiếng Việt).

7. Trần Trọng Huệ, 2004. Báo cáo Nghiên cứu đánh giá tổng hợp các loại hình tai biến địa chất trên lãnh thổ Việt Nam và các giải pháp phòng tránh. Đề tài độc lập cấp nhà nước. Lưu trữ Viện Địa chất, Viện KH&CN Việt Nam, Hà Nội.