BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình ge TRƯỜNG CAO ĐẲNG PHƯƠNG ĐÔNG QUẢNG NAM KHOA KỸ THUẬT BÀI GIẢNG CP D Co lle ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Năm 2011 GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình MỞ ĐẦU NHỮNG NÉT ĐẠI CƯƠNG VỀ MÔN HỌC CP D Co lle ge §1 ĐỊA CHẤT HỌC VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA NÓ 1.1 Định nghĩa: Địa chất học xuất xứ từ thuật ngữ Geologes (Hy Lạp) Ge: Trái đất Logos: lời nói, học thuyết Geology (Anh) Geologie (Pháp) reoπouπ (Nga) Là môn học trái đất địa chất học bao gồm kiến thức ngành khoa học trái đất, có ngành địa lý, địa vật lý, địa hoá, địa mạo Hiện nay, người ta hiểu địa chất học theo nghĩa hẹp môn học khoa học nghiên cứu vỏ trái đất, nghiên cứu thạch (quyển đá) bao gồm phần vỏ phần lớp manti (Manti: có người cịn gọi lớp cùi, lớp trung gian nhân vỏ trái đất) 1.2 Đối tượng nhiệm vụ địa chất cơng trình: Đối với lĩnh vực địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn ngành có liên quan địa chất học đóng góp hiểu biết cần thiết cho cơng tác xây dựng, thiết kế Qui hoạch kinh tế, đô thị, bảo vệ mơi trường sống, phịng chống thiên tai (như động đất, núi lửa, lũ lụt, sạt lở, nhiễm mặn ) khai thác ưu tiềm du lịch Địa chất học cung cấp liệu khách quan góp phần thúc đẩy ngành khoa học phát triển, kể mặt triết học vật biện chứng đời sống văn minh tinh thần, đóng góp cho phát triển mặt nhận thức luận phương pháp luận địa chất học bắt nguồn từ môn khoa học phục vụ cho nhu cầu sản xuất thời kỳ tiền tư chủ nghĩa, hình thành nhiều chuyên ngành sâu giải nhiệm vụ Có thể bao gồm môn khoa học sau: Các môn khoa học nghiên cứu thành phần vật chất vỏ trái đất như: tinh thể học, khoáng vật học, thạch học Nghiên cứu lịch sử phát triển địa chất vỏ Trái đất cổ sinh vật học, địa sử, địa tầng học, cổ địa lý, kỷ đệ tứ Nghiên cứu chuyển động vỏ địa chất cấu tạo, địa kiến tạo, địa mạo, tân kiến tạo Nghiên cứu hình thành, phân bố khống sản, cách tìm kiếm thăm dị chúng, bao gồm mơn học khống sàng học, địa chất dầu, địa chất mỏ than, tìm kiếm thăm dị khoảng, địa hố, địa vật lý, kinh tế địa chất, khoan thăm dò Nghiên cứu phân bố vận động nước đất địa chất thuỷ văn, động lực nước đất Nghiên cứu điều kiện địa chất công trình xây dựng mơn địa chất mơi trường, địa chấn, địa chất du lịch Từ nhiệm vụ, nội dung khái quát nêu rút ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn địa chất học địa chất địa cương 1.3 Mối liên quan địa chất học với với ngành khoa học tự nhiên: Vật chất Trái đất trình hoạt phát triển tượng địa chất xảy điều kiện vật lý, hoá học, sinh học điều kiện tự nhiên khác vơ phức tạp, địa chất học có liên quan mật thiết với nhiều ngành khoa học: vật lý, hoá học toán học, sinh vật học, học địa chất học sử dụng thành nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu ngành khoa học nói Từ nảy sinh mơn khoa học có tính liên kết mà mục đích nhằm giải nhiệm vụ địa chất học là: địa vật lý: địa hố, sinh địa hố, địa chất phóng xạ, tốn địa chất, địa học, địa chất mô GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đông Môn: Địa chất cơng trình 1.4 Xu hướng phát triển sâu địa chất học: Cũng ngành khoa học khác, nhờ công cụ, thiết bị đại địa chất học hướng nghiên cứu vào giới vật chất Trái đất phạm vi vĩ mô vi mô Mặt khác địa chất học hướng vào khứ lâu dài trước có dấu vết sống nảy sinh vào vấn đề cụ thể, địa chất học có xu hướng - Tìm hiểu dần vào sâu vỏ đến nhân Trái đất Độ sâu trực tiếp mà người với đến với lỗ khoan sâu 10 km Mỹ Liên Xơ - Tìm hiểu mối liên hệ Trái đất thiên thể vũ trụ, với hành tinh hệ mặt trời xa vũ trụ - Nghiên cứu hành tinh gần Trái đất nghiên cứu Mặt trăng, Hoả, Kim qua mà hiểu phát sinh Trái đất Những số liệu kiến thức cung cấp cho hồn thiện mơn địa chất vũ trụ học CP D Co lle ge §2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT HỌC 2.1 Địa chất học: môn học khoa học tự nhiên Giống ngành khoa học tự nhiên khác, địa chất học sử dụng phương pháp nghiên cứu theo logic khoa học tự nhiên theo trình tự từ quan sát đến phân tích xử lý số liệu, tiến đến quy nạp tổng hợp đề xuất giả thuyết, định luật Tuân theo phương pháp luận vật biện chứng, nghĩa từ thực tiễn đến lý luận áp dụng vào thực tiễn theo trình tự tiến triển dần nhận thức luận 2.2 Tuy nhiên, đối tượng nghiên cứu địa chất học có đặc thù riêng khác với ngành khoa học khác là: a Đối tượng nghiên cứu mơn học chủ yếu vỏ Trái đất Đó đối tượng yêu cầu phải nghiên cứu thực địa, ngồi trời khơng phải có phịng b Đối tượng lại chiếm khơng gian vơ sâu rộng, vượt xa khả trực tiếp quan sát nghiên cứu người (Lỗ khoan siêu sâu đạt 12 km xuyên vào lòng đất) Đối tượng nghiên cứu có qui mơ hàng trăm hàng nghìn ki-lơ-mét, có sâu độ vài mét, vài cen - ti - mét đến micron c Thời gian diễn biến trình địa chất dài, trải qua hàng vạn, hàng triệu năm có tượng xảy vài giờ, vài phút, vài giây tượng động đất, núi lửa d Quá trình địa chất phát sinh phát triển lại phức tạp, chịu nhiều yếu tố chi phối tác động Ví dụ q trình địa chất xảy sâu chịu nhiệt độ tăng cao tới 4000 – 600000C, áp suất đến - 106 atm khác xa với điều kiện mặt Vì lẽ trên, phương pháp nghiên cứu địa chất học cịn có điểm riêng biệt Mơn học cịn sử dụng: - Phương pháp nghiên cứu ngồi thực địa bao gồm khảo sát, thu thập mẫu, phân tích từ kết có dự đốn khảo sát, phát Các quan sát trực tiếp thực địa sau nhiều phương tiện máy móc thay nâng cao hiệu nghiên cứu máy móc địa - vật lý, cơng trình khoan đặc biệt phương tiện viễn thám (máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ) mở rộng tầm mắt, nối dài tầm tay cho người Ngày nghiên cứu địa chất đo vẽ đồ địa chất khơng thể thiếu cơng tác phân tích ảnh viễn thám M.N.Petruxevich (1961) nhận xét xuất ảnh viễn thám với kính lập thể bước ngoặt lịch sử để nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái đất, có ý nghĩa to lớn xuất kính hiển vi phân cực kỷ trước để tìm hiểu thành phần vật chất vi mô GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình D Co lle ge - Phương pháp nghiên cứu phòng ý với hướng sau: Các phương pháp phân tích mẫu ngày cải tiến với phương hướng nâng cao hiệu tốc độ phân tích, đồng thời sâu vào cấu trúc bên vật chất Sử dụng phương pháp tổng hợp thực nghiệm (ví dụ việc tạo khoáng vật tổng hợp, đá nhân tạo ) song song với xử lý, phân tích số liệu - Phương pháp mô sở ngun lý tương tự để mơ hình hố trình biến dạng, biến động cấu tạo, hình thành khống sàng Trong cơng tác thăm dị địa chất thường sử dụng mơ hình hố tốn học có tham gia ngày nhiều máy tính điện tử Phương pháp có mặt hạn chế: Hồn cảnh, điều kiện địa chất trước mà hồn tồn giống hẳn mà có diễn biến tiến hố định Ví dụ trước Paleozoi, Trái đất có nhiều SiO2, nhiều MgO Ví dụ sinh vật lúc trước biển nơng, tồn biển sâu Do suy luận phải thận trọng Khi phân tích tượng địa chất cổ xưa, nhà nghiên cứu đề xuất khái niệm đồng biến luận (Uniformitarism) tai biến luận (Catastrophism) Có người cho trình tiến hố địa chất q trình kịch phá, đột ngột (tai biến) Chúng ta không nên cực đoan theo chiều hướng Thực tiễn cho thấy Trái đất tồn hai dạng Chẳng hạn phải hàng ngàn năm, triệu năm có bề dày trầm tích đáng kể tức năm lắng đọng đáy biển lớp trầm tích độ vài cm chí vài mm Mặt khác có hoạt động núi lửa, bão tố thời gian ngắn ngủi vài ngày, vài giờ, gây thay đổi lớn Một tượng tai biến xảy trước 65 triệu năm (từ cuối Crêta đến đầu Oaleogen) dẫn đến diệt chủng 250 lồi bị sát từ loại khủng long nặng 50 loại nhỏ cỡ mèo Một số nhà khoa học tên tuổi giải Nôbel cho tai biến xảy Trái đất va chạm vào thiên thể từ bên tới - Phương pháp đối sánh địa chất: Sử dụng tài liệu địa chất nghiên cứu hiểu biết kỹ khu vực, vùng để liên hệ so sánh rút kết luận đắn cho nơi nghiên cứu CP §3 ĐỊA CHẤT HỌC VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CƠ SỞ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN, PHÁT TRIỂN NỀN KINH TẾ CỦA ĐẤT NƯỚC Địa chất sở lý luận khoa học bao gồm lý thuyết thực hành giúp cho việc phát hiện, thăm dị tài ngun khống sản có ích điều tra đánh giá móng cho cơng trình xây dựng kiến trúc phịng chống tượng địa chất gây tác hại cho sống lồi người Vì quốc gia có sở tổ chức nghiên cứu địa chất cho nước để tiến hành mặt cơng tác Cung cấp tư liệu tính chất độ ổn định móng phục vụ cho việc thiết kế, chọn tuyến đường giao thông, xây dựng cầu cống, đập nước, đê điều, cảng, cơng trình kiến trúc Cung cấp tư liệu cần thiết giúp cho việc bảo vệ môi trường sạch, đảm bảo điều kiện sống, điều kiện vệ sinh cho nhân dân dự báo phòng chống thiên tai địa chất tượng địa chất có hại §4 NGUỒN GỐC TRÁI ĐẤT VÀ SỰ TIẾN HÓA CỦA NÓ Từ xưa người nhiều ngành khoa học thiên văn, địa lý địa chất, vật lý, triết học quan tâm nghiên cứu giải thích Nhận thức trải qua nhiều giai đoạn Trước kỷ XVIII việc giải thích thường mang màu sắc thần bí, tân, tơn giáo Từ GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình kỷ XVIII trở việc giải thích gắn với giả thuyết khoa học Ngày người ta nhận thấy hình thành phát triển Trái đất có liên quan với thành phần vật chất, diễn biến tiến hoá trường địa - vật lý, trạng thái địa nhiệt, với nguồn gốc vòng bao quanh Trái đất Mặt khác nhiều tư liệu cho thấy hình thành Trái đất chịu ảnh hưởng lớn hệ thống thiên thể gần xa vũ trụ, trước mắt quan trọng hệ Mặt trời Những biến đổi lớn mặt địa chất, khí hậu Trái đất phản ánh tiến hoá thiên thể hệ Mặt trời CP D Co lle ge §5 ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ 5.1 Định nghĩa: Địa chất cơng trình nghiên cứu đất, đá phần vỏ trái đất, thành phần, tính chất lý chúng tác dụng tương hỗ với nước trình địa chất động lực liên quan đến hoạt động cơng trình người phục vụ cơng tác xây dựng cơng trình khác Địa chất cơng trình bao gồm: thạch luận cơng trình, địa chất động lực cơng trình, địa chất cơng trình chun mơn, địa chất cơng trình khu vực 5.2 Đối tượng mơn địa chất cơng trình: điều kiện địa chất cơng trình (Là đất đá, nước đất tác dụng qua lại chúng với với môi trường bên ngồi ) Địa mạo hình dạng, kích thước, độ cao, mức độ phân cắt, nguồn gốc tạo thành, xu phát triển địa hình nơi xây dựng cơng trình - Cấu tạo cấu trúc địa chất: Sự phân bố, thành phần, tính chất xây dựng đất đá (cường độ chịu lực, độ ổn định, khả thấm nước,…) biến động địa chất như: uốn nếp, nứt nẻ, đứt gãy… - Các tác dụng địa chất: Các tượng địa chất như: động đất, trượt lở, cactơ, xói ngầm… GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đông Môn: Địa chất công trình - Địa chất thủy văn: Độ sâu mực nước ngầm (sự thay đổi mực nước ngầm theo mùa), thành phần hóa học (mức độ ăn mịn bê tơng loại vật liệu xây dựng khác), tính chất quy luật vận động, phân bố nước đất… CP D Co lle ge Điều kiện vật liệu xây dựng tình hình phân bố loại vật liệu, loại vật liệu, phương pháp khai thác vận chuển loại vật liệu 5.3 Địa chất cơng trình có nhiệm vụ sau: - Xác định điều kiện địa chất cơng trình: lựa chọn vị trí bố trí cơng trình thích hợp, kiến nghị biện pháp cơng trình - Nêu điều kiện thi cơng, dự đoán tượng địa chất xảy thi cơng sử dụng cơng trình - Đề biện pháp phòng ngừa cải tạo điều kiện bất lợi - Cung cấp khả cung cấp vật liệu thiên nhiên cho cơng trình 5.4 Phương pháp nghiên cứu Địa chất cơng trình: - Các phương pháp địa chất học - Các phương pháp tính tốn lý thuyết - Các phương pháp thí nghiệm mơ hình tương tự địa chất - Các phương pháp mơ hình hóa chương trình GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình CHƯƠNG I: KHỐNG VÀ CÁC KHỐNG TẠO ĐÁ Bán kính cực (b): Co lle ge §1 VỎ TRÁI ĐẤT VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG DIỄN RA TRONG ĐÓ Trái đất khối cầu cứng yên tĩnh mà khơng ngừng hoạt động tiến hố Sự hoạt động chuyển động nội Trái đất, chịu ảnh hưởng tác nhân từ vũ trụ gần nhất, mạnh từ hệ mặt trời gây nên phản ánh Trái đất với đặc điểm hình thái học, cấu trúc, phân bố đặc tính hình thái, cấu trúc tính chất vật lý, hố học Trái đất 1.1 Hình dạng, kích thước, hình thái bề mặt Trái đất: 1.1.1 Hình dạng trái đất: Niu-tơn chứng minh tác dụng lực hấp dẫn, Trái đất bị ép theo phương trục quay có dạng elipxoit Quan sát vệ tinh nhân tạo cho thấy Trái đất có dạng hình lê So với dạng elipxoit lý tưởng cực Bắc nhô 10m, cực Nam lõm vào 30m địa hình bề mặt Trái đất lồi lõm chênh lớn 1.1.2 Kích thước Trái đất: Như nói, bán kính Trái đất khơng Bán kính xích đạo a lớn cực 21.384m Ngồi người ta nhận thấy bán kính mặt phẳng xích đạo có chênh Dưới bảng thơng số kích thước Trái đất (theo IUGG,1975) Bán kính xích đạo (a): 6378, 140 km Chu vi xích đạo : 40075, 24 km 6356,77km Bán kính bình qn (a2b)1/3: 6371, 01 km Chu vi kinh tuyến 40008,08 km Diện tích mặt: 5, 1007 x 10km Thể tích (V): 1,0832 x 1012 km2 Trọng khối (M):95,942+0,0006)x1024kg CP D 1.1.3 Hình thái bề mặt Trái đất: Hình thái bề mặt Trái đất gồm phần mặt nước lục địa, chiếm 29,2% diện tích bề mặt Trái đất phần chìm nước biển chiếm 70,8%, tỷ lệ hai phần khoảng 1:2,5 Bề mặt Trái đất không phẳng đỉnh cao lục địa Chomulagma cao 8848,13 mét địa hình đồi núi, bình nguyên, bồn trũng (thấp mực nước biển 1000m) chiếm 20,8% diện tích bề mặt Trái đất độ cao trung bình lục địa 875 mét biển bồn trũng sâu - 4000 đến 6000 mét có diện tích rộng chiếm 30,8% độ sâu trung bình biển - 3729 mét Hố sâu Mariana, sâu - 11033 mét 1.2 Cấu tạo bên đặc điểm vật chất tạo thành vỏ Trái đất: 1.2.1 Cấu tạo vòng: Các kết đo đạc vật lý cho thấy Trái đất có tính phân thành (vịng) nghĩa có khơng đồng thành phần vật chất theo chiều thẳng đứng Dựa theo kết nghiên cứu phối hợp phương pháp địa - vật lý, đặc biệt phương pháp địa chấn đo tốc độ truyền sóng dọc Vp tốc độ truyền sóng ngang Vs quan vật chất bên Trái đất người ta chia Trái đất vòng cấu tạo lớn vỏ Trái đất, Manti nhân Trái đất GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge a Vỏ trái đất: Vỏ Trái đất phần vật chất rắn bọc Trái đất nằm mặt Môhô Vỏ Trái đất đối tượng nghiên cứu địa chất học Trong phần vỏ Trái đất tốc độ truyền sóng Vp thay đổi từ 6,5-7,0 đến 7,4 km/s, sang phần Manti Vp tăng đột ngột đến 7,9 - 8, có 8,2 -8,3km/s Cịn tốc độ Vs phần vỏ 3,7-3,8km/s đến manti đột ngột tăng lên 4,5 - 4,7 km/s Như có mặt ranh giới phân chia vỏ manti thể thay đổi đột ngột tốc độ sóng Mặt ranh giới gọi mặt Mohorovixic (lấy tên nhà địa - vật lý người Nam Tư Mặt ông phát năm 1909), cịn gọi mặt Mơhơ hay mặt M Vỏ Trái đất dày mỏng tuỳ nơi (tức mặt Môhô có dạng lượn sóng nâng cao hạ thấp xuống, bình quân 11-12km đáy đại dương vỏ dày 5-10 (12) km, miền đồng 30 - 40 km, vùng núi cao 50 - 75 km (dày núi Anđơ Hymalaya) Thành phần hợp chất hóa học chủ yếu: hợp chất silicat đá granit, bazan Vỏ Trái đât chia làm lớp: - Trên lớp trầm tích đại có bề dày thay đổi từ 0,0 đến 1,5 km - Tiếp theo lớp đá granittoit - Cuối lớp bazan gọi vỏ bazan, cấu tạo đá mafic gabro bazan b Manti (mantle): Được phân bố từ phần vỏ Trái đất (Mặt M) 60 đến độ sâu 2900km Tại lại có mặt ranh giới phân chia manti với nhân Trái đất biểu thay đổi đột ngột tốc độ truyền sóng địa chấn Vp từ 13,64 km/s xuống 7,98 km/s, Vs nguyên 7,23 km/s biến Thành phần hợp chất hóa học chủ yếu: hợp chất silicat với thành phần chủ yêu sunfur c Nhân Trái đất: Tính từ độ sâu 2900 km đến tâm Trái đất (6370), chia làm lớp: nhân từ độ sâu 2900 km đến 4980 km, lóp chuyển tiếp 4980 km đến 5120 km nhân từ 51200 km đến 6370 km Có nhiệt độ cao 4000 0C, áp suất > 1,5 triệu atm Thành phần hợp chất hóa học chủ yếu: hợp chất sunfur sắt, niken GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge 1.2.2 Cấu tạo Trái đất: Vỏ có bề dày khơng đồng đều, thể địa hình phức tạp từ lục địa đến đại dương Trạng thái vật chất vỏ Trái đất: gồm đá đất thể đặc, chiếm 1,55% tổng thể tích khoảng 0,8% tổng lượng Trái đất Tỷ trọng trung bình 2,6 - 2,9 g/cm Bề dày vỏ không Thành phần vỏ biến đổi Căn tài liệu địa - vật lý chia kiểu vỏ vỏ lục địa, vỏ đại dương kiểu phụ vỏ lục địa vỏ đại dương Kiểu vỏ lục địa (continental crrust) có bề dày khơng - Ở vùng (vùng ổn định) có bề dày 35- 40 km - Vùng cơng trình tạo núi trẻ có bề dày 55-70km - Vùng núi Hymalaya, Anđơ có bề dày 70-75Km Cấu trúc có phần chính: + Lớp lớp đá trầm tích (lớp trầm tích) tạo thành Vp trung bình từ - km/s Bề dày dao động từ 0-5 km (ở đồng lục địa) dày từ 8-10km (ở vùng trũng lớn lục địa) + Lớp lớp đá cứng gồm đá macma đá biến chất chia ra: Lớp 2a: Lớp granitô - gnai granit biến chất phân bố khiên biến chất, Vp trung bình từ 5,5 - km/s Lớp 2b: Lớp bazan cịn có tên gọi Granulit - bazit tốc độ Vp loại đá tương tự Ranh giới lớp 2a 2b gọi mặt Konrad (mặt K), Vp trung bình 6,6 - 7,2km/s Bề dày lớp bazan trung bình 6,6 - 7,2 km/s Bề dày lớp bazan trung bình 15 - 20 km vùng 25 - 35 km vùng tạo núi Mặt Konrad lúc thể rõ Mơ hình vỏ lục địa N.I.Pavlenkova nêu dựa theo kết nghiên cứu lổ khoan siêu sâu Kolxki thông tin địa vật lý Phân chia manti với phần đá vỏ lục địa (mặt M) dựa vào Vp = 7,8 - 8,3 km/s Trong phần (xem hình 4.2) chia tầng ngăn cách ranh giới K1 K2.K1 độ sâu 30-32km Tầng trên: Vp = 5,9-6,3 km/s có tính phân lớp tính phân dị theo bloc riêng với thành phần thông số địa - vật lý riêng Tầng trung gian: Vp = 6,4 - 6,5 km/s đặc tính phân lớp nằm gần nằm ngang móng Trong có xen lớp tốc độ Vp giảm xuống cịn 6km/s, dị thường tỷ trọng đới tăng cao tính dẫn điện Nó mang đặc tính lớp mềm, vật chất chuyển dịch ngang Tầng tầng trung gian có đá phức tạp, bao gồm đá biến chất, nói chung đá axit Tầng dưới: Vp = 6,8-7,0km/s gồm đá biến chất tướng granulit, đá bazic siêu bazic GV: Huỳnh Ngọc Hợi Trường cao đẳng Phương Đông Môn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge Kiểu vỏ đại dương: Cấu trúc vỏ đại dương gồm lớp 1- Lớp nước che phủ đại dương 2- Lớp thứ lớp trầm tích bở rời Vp = km/s Dày từ vài trăm mét đến km, dày 3- Lớp thứ hai có Vp = - 4,5 km/s Thành phần dung nham bazan có xen lớp đá silic cacbonat dày từ 1-15 km có nới dày km 4- Lớp thứ ba có Vp = 6,3-6,4km/s (có đến km/s) Thành phần đá bazic (gabro) phận đá siêu bazic (pyroxenit) Một số nơi grabo bị biến chất thành amphibolit chưa khoan quan hết lớp Đặc trưng kiểu vỏ đại dương khơng có lớp granitognai Bề dày từ 512km, trung bình 6-7 km (ở đáy Thái Bình Dương) Kiểu vỏ lục địa: Loại gặp cung đảo (Alent, Kuril ) bao quanh lục địa Cấu trúc gần với kiểu vỏ lục địa bề dày nhỏ, 20-30km có đặc điểm lớp cứng hố khơng rõ ràng vùng dâng bao quanh đại Tây Dương phần kéo dài cử lục địa xuống nước bề dày rút ngắn lớp granitognai vát nhọn phía sườn lục địa Kiểu vỏ sa đại Dương: Cấu trúc gồm ba lớp: Lớp nước Lớp đá trầm tích dày từ - 10 km có nới 15 - 20 km Lớp vỏ đại Dương dày từ - 10km Vp = - 6,4km/s, có đặc trưng: + Khơng có lớp granitognai: gặp trũng nước sâu bao quanh biển (ví dụ trũng nam Caspi, Biển đen, địa Trung Hải, Okhốt biển khác) 1.2.3 Thành phần vật chất vỏ Trái đất: a Các nguyên tố vỏ Trái đất: Trong Trái đất nguyên tố tồn dạng phân tán không đồng đều, luôn kết hợp, ln ln biến đổi khống vật, đá khác Để nắm số lượng nguyên tố Trái đất người ta tiến hành lấy mẫu từ mặt độ sâu từ 16 đến 20 km đem phân tích + Các nguyên tố vỏ Trái đất chủ yếu nguyên tố: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg, K, O, Si, Al chủ đạo (người ta nói thành phần vỏ Trái đất chủ yếu Alumoslicat) chiếm 80% trọng lượng vỏ, O chiếm gần 50% * Còn lại Ti: 0,52; C = 0,46; Mn: 0,12; S: 0,11 nguyên tố khác: 0,37% + Thành phần gần với thành phần Kim, Hoả + So với thành phần nguyên tố Trái đất O chủ đạo Fe, Si, Mg, cịn vỏ nhóm Al, Ca, Mg, Na lại tượng đối nhiều + Các nguyên tố kim loại có ích (Cu, Bb, zn ) chiếm tỷ lệ thấp (ví dụ theo thống kê tác giả Cu có từ 0,0047 - 0,01%; Pb từ 0,00016 - 0,0002%; C từ 0,023 - 0,35% Bảng hàm lượng nguyên tố chủ yếu tạo nên đất Các Theo Clac Fesman Goldsmith Vinogradov Ronov Wnshing nguyên tố 1933, 1939 1937 1962 larosevxk i tơn 1924 O 49.52 49.13 46.60 47.00 46.50 Si 25.75 26.00 27.72 29.50 25.70 Al 7.15 7.45 8.13 8.05 GV: Huỳnh Ngọc Hợi 10 Trường cao đẳng Phương Đông Mơn: Địa chất cơng trình Fe 4.70 4.20 5.00 4.65 Ca 3.39 3.25 3.63 2.96 Na 2.64 2.40 2.83 2.50 Mg 1.94 2.35 2.09 1.87 K 2.43 2.35 2.59 2.50 3 Thành phần ô xyt chủ yếu vỏ Trái đất - % trọng lượng SiO2 Các oxyt CaO 5,5 FeO Fe2 O3 MgO Na2 O K2 O TiO2 3,8 2,5 3,1 3,0 2,9 0,6 Ở vỏ lục địa 60,2 Al2 O3 15,2 Ở vỏ đại Dương 48,8 17,0 11,9 6,6 2,0 7,0 2,7 0,2 1,4 Bình quân vỏ Trái đất 60,3 16,3 5,3 4,2 2,5 3,2 3,7 2,3 0,8 CP D Co lle ge §2 KHỐNG VẬT VÀ CÁC KHỐNG VẬT TẠO ĐÁ 2.1 Khống vật: Khống vật nguyên tố hoá học tự nhiên hợp chất hố học thiên nhiên hình thành q trình vật lý, hố học định vỏ Trái đất mặt đất (Một số từ vũ trụ đến: bụi vũ trụ, thiên thạch) Đến biết 2500 khống vật gần 50 khoáng vật phổ biến tham gia vào q trình tạo đá Khống vật thành phần tạo nên đá Đại đa số khoáng vật thể rắn, như: thạch anh, canxit số thể lỏng như: thuỷ ngân, dầu mỏ, nước số thể khí cacbonic, mêtan, loại cacbuahyđrơ Một loạt khống vật Hình ảnh lấy từ Cục Địa chất Hoa Kỳ 2.2 Về hình thái cấu trúc: Khống vật có dạng vơ định hình; dạng keo (dạng khối đặc xít) dạng kết tinh (tinh thể) Khống vật vơ định hình khống vật thể thuỷ tinh, phân tử vật chất chưa kịp xếp theo trật tự có tính quy luật tuần hồn khơng gian Ví dụ macma đơng nguội đột ngột tạo khống vật vơ định hình Khống vật dạng keo khống vật trạng thái keo từ chất keo kết tinh lại Chất keo gồm hạt keo, có kích thước từ - 100m( = x 10-6 mm) hòa lại nước Chúng phản ứng hố học chất mơi trường hồ tan thành chất keo sinh vật làm hoà tan chất môi trường nước Dung dịch keo thường gặp thiên nhiên keo sắt, keo caoli, keo silic, keo bùn thối, keo nhôm GV: Huỳnh Ngọc Hợi 11 Trường cao đẳng Phương Đông Môn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge Khống vật kết tinh khống vật hình thành kết tinh nguyên tố hoá học thành tinh thể gắn kết lại với nhau, (tinh thể vật thể phân tử iôn, nguyên tử, phân tử phân bố cách có quy luật tuần hồn không gian) Nét đặc trưng tinh thể có cấu trúc mạng Cấu trúc có hạt vạt chất xếp có quy luật không gian theo nút mạng để tạo thành ô mạng không gian Mỗi tinh thể có ô mạng riêng Ví dụ ô mạng tinh thể hạt halit (muối mỏ NaCl) có dạng lập phương Trong đa số loại tinh thể khoảng cách hạt (nút mạng) vài Ao (1A0 = 10-8cm) có độ 10-7 hạt mm khơng gian Tại trung tâm nghiên cứu vật liệu trường Mỏ Paris bới kính hiển vi điện tử loại Hà Lan nhìn thấy vật kích thước nhỏ đến 2A0 (gần kích thước nguyên tử) Môn tinh thể học chuyên nghiên cứu tinh thể (nghiên cứu quy luật sinh thành tinh thể, tính đối xứng cấu trúc bên tinh thể, tính chất vật lý tượng xảy tinh thể, mối liên quan cấu trúc với tính chất vật lý, hố học hình học tinh thể) Trong thiên nhiên, khoáng vật kết tinh thể rắn chiếm đại đa sơ Hiểu biết tính chất tinh thể nhận biết khống vật, đá từ có sử dụng hợp lý 2.3 Nguồn gốc khống vật: sinh thành điều kiện: a Khoáng vật nội sinh: hình thành có liên quan với q trình xảy vỏ Trái đất phần manti - trình macma biến chất b Khống vật ngoại sinh: hình thành phần mặt Trái đất vỏ có liên quan với trình địa chất ngoại sinh 2.4 Tính chất hình học khống vật: - Khống vật vơ định hình khơng kết tinh thường có dạng cầu, dạng đậu, dạng thận, dạng chuông vú (do chúng không kết tinh) - Khoáng vật kết tinh thể hình dạng tinh thể, mặt tinh thể, kết hợp nhiều tinh thể (như tinh đám thạch anh) 2.5 Các tính chất vật lý khống vật: tính chất quang học, lực học, từ tính, tính điện áp cấu trúc tinh thể quết định a Tính chất quang học: khống vật thể tính hấp thụ quang, phản quang, thấu quang khoáng vật * Độ suốt: phản ánh xuyên thấu ánh sáng quan khoáng vật Phân ra: suốt, nửa suốt không suốt * Ánh: tính phản xạ, khúc xạ, hấp thụ quang ánh sáng thấy khoáng vật Phân ra: ánh thuỷ tinh, ánh xạ cừ (ánh mờ) ánh lửa kim loại, ánh kim loại * Màu sắc: thể hấp thụ bước sóng ánh sáng thấy khoáng vật Nếu khoáng vật hấp thụ đặn bước sóng ánh sáng có từ màu đen đến màu xám Nếu hấp thụ số bước sóng đáy tức khống vật có màu khác Khống vật chứa nhiều Fe, Mg thường có màu sẫm, cịn khống vật chứa nhiều Al, Si màu nhạt * Màu vết vạch: Màu bột khoáng vật để lại vết vạch (vạch vào sứ) Màu vết vạch khống vật kim loại khơng suốt thường cố định, màu thân khống vật Ví dụ: pyrit có màu vàng rơm màu vết vạch lại đen GV: Huỳnh Ngọc Hợi 12 Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge b Tính chất học khống vật: bao gồm tính cắt khai, mặt vỡ độ cứng phản ánh đặc tính khống vật sau bị ngoại lực rắn tác dụng Nó có liên quan đến cấu trúc tinh thể khống vật * Tính dễ tách (cát khai) khống vật: Tính dễ tách khả tinh thể hạt kết tinh (mảnh tinh thể) dễ bị tách theo mặt phẳng song song Chia tính dễ tách mức độ khác nhau: - Rất hồn tồn: tinh thể có khả tách theo mặt tách cách dễ dàng, (như mêca) - Hoàn toàn: dùng búa đập nhẹ vỡ theo mặt tách tương đối phẳng (như calcite, halit) - Khơng hồn tồn: khó thấy mặt tách mà thường vết vỡ khơng có quy tắc, (như thạch anh), cịn gọi tính khơng tách khống vật Tính cắt khai vỡ tách theo mặt tinh thể bị ngoại lực tác dụng Mặt bóng nhẵn mặt cắt khai, thường thường song song với mặt tinh thể Mặt vỡ mặt hình thành bị ngoại lực tác dụng thành lồi lõm, không phẳng Nếu lực nối ô mạng không theo hướng dễ thành vết vỡ Ví dụ vết vỡ vỏ chai * Độ cứng: lực chống lại lực học bên ngồi khống vật (khắc, rạch lên bề mặt) Nói chung khống vật có bán kính điện tử nhỏ độ cứng lớn Phân độ cứng tuyệt đối độ cứng tương đối Đo độ cứng tuyệt đối cần phải dùng máy đo Thường dùng bảng độ cứng tương đối (bảng Mohs) với 10 bậc, bậc dùng khoáng vật thường gặp làm vật chuẩn Bảng Mohs gồm có: (Độ cứng lớn 10, nhỏ 1) Talc, (Tan) (Mg3(Si4O10) Gypsum (Thạch cao), (CaSO42H2O) Calcite (Canxit), (CaCO3) Fluorite, (Fluorit) (CaF2) Apatite, (Apatit) (Ca5(PO4)3(FCl) Feldspar, (Octoclaz) (K(AlSi3O8) Quartz (Thạch anh), (SiO2) Topaz, (Topa) (Al2(SiO4)(OH)2 Corunduomn (Corindon), (Al2O3) 10 Diamond (Kim cương) (C) c Một số đặc tính vật lý khác: Các khống vật có tỷ trọng nặng nhẹ khác Một số có từ tính (như manhetit), có tính điện áp (đối với số thạch anh) có loại có tính phát sáng Những loại dùng mắt thường xác định Tan GV: Huỳnh Ngọc Hợi Kim cương thô 13 Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge Hali Thạch anh 2.6 Thành phần hóa học: Các khống vật phân loại theo thành phần hóa học Chúng hay phân loại theo nhóm anion Theo thành phần hóa học, khống vật tồn dạng sau:  Các nguyên tố  Các sulfua  Các ơxít hyđroxit  Các halua  Các nitrat, cacbonat borat  Các sulfat, cromat, molybdat tungstat  Các photphat, asenat vanadat  Các silicat 2.7 Phân loại khoáng vật: Phân theo thành phần hóa học gồm nhóm: - Nhóm nguyên tố tự nhiên: chiếm 0,1% trọng lượng vỏ trái đất: Vàng, bạc, kim cương, graphit, lưu huỳnh - Nhóm Sunfur chiếm 0,15% trọng lượng vỏ trái đất: Chancopirit (CuFeS2), pirit (FeS2), galinit (PbS2) Dễ bị phá hủy thông qua phản ứng oxy hóa có nước để trở thành khống vật khác - Nhóm Haloit chiếm 0,1% trọng lượng vỏ trái đất: Muối mỏ (NaCl), fluorit (CaF2) dễ phá hủy thiên nhiên - Nhóm Oxit chiếm 17% trọng lượng vỏ trái đất chia thành lớp phụ: Lớp phụ không chứa nước như: corindon (Al2O3), thạch anh (SiO2), hematit (Fe2O3), rutin (TiO2) lớp phụ chứa nước như: limonit (Fe2O3.nH2O), opan (SiO.nH2O) - Nhóm cacbonat: chiếm 1,7% trọng lượng vỏ trái đất không bền vững thiên nhiên, dễ bị hòa tan, chia thành lớp phụ: Lớp phụ không chứa nước như: canxit (CaCO3), azurit (CuCO3) lớp phụ chứa nước như: malachit (CuCO3.nH2O) - Nhóm sunfat chiếm 17% trọng lượng vỏ trái đất, không bền vững thiên nhiên, chia thành lớp phụ: Lớp phụ không chứa nước như: barit (BaSO4), anhydrit (CaSO4) lớp phụ chứa nước như: thạch cao (CaSO4.nH2O) - Nhóm phốt phát chiếm 0,1% trọng lượng vỏ trái đất, không bền vững thiên nhiên: apatit (Ca5(ClF) [PO4]3 - Nhóm silicat chiếm 75% trọng lượng vỏ trái đất có vai trị tạo đá chủ yếu, dễ bị phá hủy thiên nhiên thơng qua phản ứng thủy phân tạo nên khống vật bền vững, chia thành lớp phụ: GV: Huỳnh Ngọc Hợi 14 Trường cao đẳng Phương Đông Môn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge Lớp phụ không chứa nước như: biotit (K[MgFe](Si3 AlO10)(OHF)2, caolin lớp phụ chứa nước như: tan (3Mg4SiO2.nH2O) 2.8 Phân biệt khoáng vật đá: Một khoáng vật chất rắn kết tinh nguồn gốc tự nhiên với thành phần hóa học xác định, đá tổ hợp hay nhiều khống vật Trong đá có phần cịn lại chất hữu dạng khoáng vật Một số loại đá chủ yếu bao gồm loại khoáng vật Ví dụ, đá vơi dạng đá trầm tích bao gồm gần tồn khống vật canxit Các loại đá khác bao gồm nhiều khoáng vật loại khoáng vật cụ thể loại đá khác nhiều Một số khoáng vật, thạch anh, mica hay fenspat phổ biến, khoáng vật khác có tìm thấy vài khu vực định Phần lớn loại đá lớp vỏ Trái Đất tạo từ thạch anh, fenspat, mica, clorit, cao lanh, canxit, epidot, olivin, ogit, hocblen, manhêtit, hematit, limonit vài khoáng vật khác Trên nửa loại khoáng vật biết đến mức chúng tìm thấy dạng nhúm mẫu vật, nhiều số biết tới từ hay hạt nhỏ Các loại khoáng vật đá có giá trị thương mại gọi chung khoáng sản Các loại đá mà từ khống vật khai thác cho mục đích kinh tế coi loại quặng, loại đá khống vật cịn lại sau tách rời khoáng vật mong muốn riêng từ quặng, gọi đá thải quặng đuôi 2.9 Các khống vật tạo đá: Khống vật tạo đá, có khoảng 50 khoáng vật thường gặp tham gia thành tạo đá thạch anh, fenfat, mica, pyroxen Yếu tố xác định chủ yếu hình thành khống vật khối đá thành phần hóa học khối đá đó, khống vật cụ thể hình thành nguyên tố cần thiết phải có mặt đá Canxit phổ biến loại đá vôi, chúng chủ yếu bao gồm cacbonat canxi; thạch anh loại sa thạch (đá cát) số loại đá phún xuất với tỷ lệ phần trăm lớn silica (điơxít silic) Các yếu tố khác có tầm quan trọng tương đương việc định khống vật tạo đá hình thành từ đầu cách tự nhiên hay phát sinh thứ cấp (i) cách thức đá hình thành từ dung dịch, nước hay đá gốc (ii) giai đoạn mà đá trải qua để có kết cấu Hai khối đá có thành phần hóa học tương đồng lại cấu thành từ kết hợp khác hẳn khoáng vật Xu hướng chung cho hợp chất hình thành ổn định theo điều kiện mà khối đá sinh Granit hình thành đơng đặc macma nóng chảy nhiệt độ cao áp suất lớn khống vật thành phần hình thành điều kiện Khi bị ẩm ướt, axít cacbonic tác nhân cận khơng khí khác tác động điều kiện nhiệt độ bình thường bề mặt Trái Đất, số khoáng vật nguyên thủy này, thạch anh hay mica trắng (muscovit) khơng bị biến đổi; khống vật khác bị "phong hóa" hay phân rã bị thay tổ hợp Fenspat chuyển hóa thành cao lanh, muscovit thạch anh, mica đen (biotit) có mặt sinh clorit, apidot, rutil khoáng vật hay hợp chất khác Các thay đổi kèm theo phân hủy đá chuyển thành dạng khối đất rời rạc, mềm xốp coi đất hay cát Các vật liệu hình thành bị rửa trơi trầm lắng hình thành nên sa thạch hay đá mạt Cấu trúc đá nguyên thủy bị thay cấu trúc mới; thành phần khoáng vật biến đổi rõ nét; thành phần hóa học khối khơng có khác biệt lớn Đá trầm tích lần lại trải qua lần biến thái khác Nếu đá GV: Huỳnh Ngọc Hợi 15 Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình Chert D Co lle Tinh thể khoáng vật thạch anh ge phún xuất thâm nhập vào lại tái kết tinh bị đè nén áp suất cao nhiệt chuyển động, chẳng hạn có mặt kiến tạo nếp oằn dãy núi, chuyển hóa thành gơnai khơng khác biệt nhiều thành phần khống vật có khác biệt đáng kể cấu trúc với granit trạng thái ban đầu  Một số khống vật tạo đá chủ yếu: - Lớp silicat: chiếm 75% trọng lượng vỏ trái đất, có màu sặc sỡ, sáng có độ cứng lớn: Nhóm feldspas, Nhóm mica, Nhóm piroxen, Nhóm anfibon, Nhóm olivin, Nhóm talc, Nhóm clorit, Nhóm khoáng vật sét - Lớp oxit: Opan, Thạch anh, Limonit - Lớp cacbonat: Calcite, Dolomit - Lớp halogenua CP Kaolinit Hydromica Opan Canxit lấp đầy khe nứt Plagioclase (anbit) Peldspar kính hiển vi Tinh thể can xít Trong đá bazan  Các khoáng vật tạo Đá mácma chủ yếu: thạch anh, felspat, mica khoáng vật mầu * Thạch anh SiO2 dạng kết tinh, tinh thể hình lăng trụ cạnh, suốt mà thường có màu trắng trắng sữa, độ cứng 7, khối lượng riêng 2,65 g/cm3, cường độ cao khoảng 20.000 kg/cm2, chống mài mòn tốt, ổn định axit (trừ axit GV: Huỳnh Ngọc Hợi 16 Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge fluohidric fosforic) Ở nhiệt độ thường, thạch anh không tác dụng với vôi, môi trường nước bão hoà nhiệt độ 175 - 200 0C sinh phản ứng silicat * Fenspat: có hai loại - Cát khai thẳng góc-octola (K2O.Al2O3.6SiO2 - felspat kali) - Cát xiên góc - plagiocla (Na2O.Al2O3.6SiO2-felspat natri CaO.Al2O3.2SiO2 felspat canxi) - Tính chất felspat: màu biến đổi từ trắng, trắng xám, vàng đến hồng đỏ; khối lượng riêng: 2,55 - 2,76 g/cm3, độ cứng - 6,5, cường độ chịu nén 1200 1700 kg/cm2 Khả chống phong hoá felspat kém, ổn định nước đặc biệt nước có chứa CO2: + K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 +2H2O = K2CO3 + 4SiO2 + Al2O3.2SiO2.2H2O + Al2O3.2SiO2.2H2O caolonit - thành phần chủ yếu đất sét * Mica: alumôsilicat ngậm nước phức tạp Phổ biến hai loại biotit muscovit Biotit thường chứa oxyt manhê oxyt sắt Có màu nâu đen (mica đen) Muscovit K2O Al2O3.6SiO2 2H2O suốt (mica trắng) Mica có độ cứng 2-3, khối lượng riêng 2,76 - 3,2 g/cm Ngồi hai loại cịn gặp vecmiculit tạo thành oxy hoá hydrat hoá biotit Khi nung 900 – 10.000 độ C nước đi, thể tích vecmiculit tăng 18 - 25 lần Khống vật màu sẫm chủ yếu gồm có amfibơn, piroxen, olivin Các khống vật có màu xẫm (từ màu lục đến màu đen) cường độ cao, dai bền, khó gia cơng  Các khống vật tạo đá chủ yếu loại đá trầm tích núi lửa: * Nhóm oxyt silic: Các khống phổ biến nhóm opan, chanxedon thạch anh trầm tích - Opan (SiO2.2H3O) khống vơ định hình, chứa 2- 14% nước (đơi đến 34%) Khi nung nóng, phần nước bị Opan thường không màu màu trắng sữa, lẫn tạp chất có màu vàng xanh đen, có khối lượng riêng 1,9 ÷ 2,5 g/cm3, độ cứng ÷, giòn - Chalxedon (SiO2) họ hàng thạch anh, cấu tạo ẩn tinh dạng sợi Màu trắng, xám, vàng sáng, tro, xanh; khối lượng riêng 2,6 g/cm3, độ cứng Chalxedon tạo thành từ tái kết tinh opan lắng đọng trực tiếp từ dung dịch với opan thạch anh Thạch anh trầm tích lắng đọng trực tiếp từ dung dịch tái kết tinh từ opan chalxendon Trong loại đá trầm tích tồn thạch anh mácma thạch anh trầm tích * Nhóm cacbonat: Các khống vật nhóm cacbonat phổ biến loại đá trầm tích Quan trọng khống vật canxi, đơlơmit manhezit - Canxi (CaCO3) khống khơng màu màu trắng, có lẫn tạp chất có màu xám vàng, hồng xanh, khối lượng riêng 2,7 g/cm 3, độ cứng 3, cường độ trung bình; dễ tan nước tan mạnh nước có chưa CO2; sủi bọt mạnh axit clohydric nồng độ 10% - Đơlơmit [CaMg(CO3)2 ] khống vật có màu trắng, khối lượng riêng 2,8g/cm 3, độ cứng 3-4, cường độ lớn canxit Khi dạng bột bị nung nóng sủi bọt dung dịch axit clohydric nồng độ 10% GV: Huỳnh Ngọc Hợi 17 Trường cao đẳng Phương Đơng Mơn: Địa chất cơng trình CP D Co lle ge Đôlômit dùng làm nguyên liệu để sản xuất chất kết dính manhezi đơlơmi; làm vật liệu chịu lửa đôlômi, loại đá xây, đá dăm cho bê tơng - Manzehit: (MgCO3) khống không màu màu trắng, xám, vàng nâu; khối lượng riêng 3,0 g/cm 3, độ cứng 3,5 - 4,5, có cường độ cao Khi nung nóng tan HCl Manhezit nung nhiệt độ 1500 - 16500 C cho loại vật liệu chịu nhiệt cao, nung nhiệt độ 750 - 8000C cho MgO Khi nhào trộn manhezit với dungdịch clorua sunfat axit manhê nhận chất kết dính manhê Nhóm khống vật sét Các khống vật sét đóng vai trị quan trọng đá trầm tích, chúng thành phần đất sét tạp chất nhiều loại đá khác Alumosilicat ngậm nước khống vật nhóm Các khống phổ biến kaolimit, montmorilônit mica ngậm nước - Caolinit: Al4 [Si4O10] (OH)8 hay Al2O3.2SiO2.2H2O, khống màu trắng, đơi có màu xám màu xanh; khối lượng riêng 2,6g/cm3, độ cứng Caolinit hình thành kết phân huỷ fensat, mica số loại silicat khác Caolinit thành phần chủ yếu cao lanh loại đát sét đa khoáng - Mica ngậm nước hình thành phân huỷ mica số silicat Mơntmơrilơnit khống sét tạo thành môi trường kiềm, vùng biển lớp đất đá bị phong hố Nó thành phần đất bentonit đơi chất xi măng gắn kết sa thạch Các khống nhóm mơntmơrilơnit thường thấy loại đá trầm tích Các tạp chất sét làm cho độ bền nước đá vơi sa thạch giảm * Nhóm sunfat: Phổ biến nhóm thạch cao anhydrit - Thạch cao: (CaSO4.2H2O) khống màu trắng khơng màu, đơi lẫn tạp chất có màu xanh, vàng màu đỏ; tinh thể dạng bản, dạng sợi, độ cứng 2, khối lượng riêng 2,3 g/cm3, dễ hoà tan nước (độ hoà tan lớn canxit 75 lần) Thạch cao tạo thành trầm tích hố học, thuỷ hố anhyđrit nước chứa H2SO4 tác dụng với đá vôi - Anhydrit (CaSO4) loại khống trần tích hố học, kết tinh dạng dày lăng trụ, màu trắng, đơi có màu xanh da trời; độ cứng - 3,5, khối lượng riêng 3g/cm3 Anhydrit thường gặp tầng đá mảnh nhỏ với thạch cao muối mỏ Khi tác dụng với nước áp lực thấp anhydrit chuyển thành thạch cao tăng tích 30% GV: Huỳnh Ngọc Hợi 18 Trường cao đẳng Phương Đông Mơn: Địa chất cơng trình CHƯƠNG II: THẠCH HỌC Co lle ge Đá sản phẩn tác dụng địa chất, tập hợp có quy luật nhiều loại khoáng vật vụn đá kết lại với tạo thành thể địa chất độc lập phận chủ yếu cấu tạo nên vỏ trái đất Đá thông thường cứng đá vôi, đát cát kết mềm dẻo đá sét, đá kim loại khoáng vật tạo thành đá hoa (do canxit tập hợp thành), nhiều khống vật kết hợp phức tạp, ví dụ granit (gồm thạch anh, penpat, mica) Quặng (ore) gồm hay nhiều thành phần có giá trị tập trung cao đá, khai thác để sử dụng công nghiệp (quặng vàng, sắt, than, apatit ) Đá vây quanh (countryrock) phần đá quặng bao chứa quặng Khi khoa học kỹ thuật phát triển biến đá vây quanh thành quặng Vì có tượng khai thác lại bãi thải để lấy lại quặng Khoáng vật Loại đá Magma Olivin, pyroxen, amphibol, mica, feldspar, feldspathoid, thạch anh, sphen, zircon, zeolit… Sillimanit, disten, staurolit, andalusit, topaz, diaspor, cordierit, Biến chất chlorit, chloritoid, tourmalin, anthophilit, talc, fosterit, phlogopit, tremolit, garnet, zoizit, epidot,… Calcit, chalcedony, dolomit, glauconit… Trầm tích CP D §1 ĐÁ MACMA: (Magmatic rocks) 1.1 Khái niệm: Đá macma tạo thành đơng cứng khối hợp chất silicat nóng chảy điều kiện nhiệt độ áp suất cao vỏ bề mặt Trái đất Những khối silicat nóng chảy gọi Macma Trong macma ngồi SiO2 số nguyên tố khác thành phần chất khí dễ bay nguyên tố nhóm hagogen khí CO2, S mơi trường thành tạo để phân loại 1.2 Phân loại đá macma: 1.2.1 Phân loại theo độ sâu tạo thành: - Đá xâm nhập (intrusive rock) gồm đá xâm nhập sâu (plutonic rock) macma đông nguội sâu so với bề mặt trái đất 1,5 km tạo nên đá xâm nhập nông (hypabyssal rock) macma đông nguội tạo nên (từ – 1,5 km) Đá xâm nhập có cấu trúc tinh thể lớn, đặc chắc, cường độ cao, hút nước Đá xâm nhập chủ yếu sử dụng xây dựng granit, điorit, gabro - Đá phun trào (extrusive rock) thành tạo độ sâu 1,5 km bề mặt Trái đất, magma phun lên trào mặt đất qua khe nứt, miệng núi lửa sau đơng nguội tạo thành Do nguội nhanh điều kiện nhiệt độ áp suất thấp, khống vật khơng kịp kết tinh, kết tinh phần nên có kích thước tinh thể bé, chưa hồn chỉnh, tồn dạng vơ định hình Mặt khác, chất khí nước khơng kịp ra, để lại nhiều lỗ rỗng, làm cho đá nhẹ, có loại mặt nước Macma nguội lạnh để lại mặt đất nhiều chủng loại đá Đó trình diễn biến phức tạp Macma đơng nguội phân dị vật chất khác nhau, mặt khác macma xuyên lên đá vây quanh lại có tác dụng đồng hố vật chất bên ngồi để tạo thành đá GV: Huỳnh Ngọc Hợi 19 Trường cao đẳng Phương Đông Môn: Địa chất công trình CP D Co lle ge 1.2.2 Phân loại theo thành phần hóa học: Căn vào hàm lượng oxyt silic, Đá macma chia loại: - Macma axit (Si2O > 65%) granit, liparit (riolit) - Macma trung tính (Si2O: 65 - 52%) diorit, sienit, andezit - Macma bazơ (mafic) (SiO2: 52 - 45%) gabro, bazan - Macma siêu bazơ (mafic) (SiO2 < 45%) Như periđôit, đunit Kết hợp với nghiên cứu môi trường thành tạo kiến trúc cấu tạo đá, thông thường phân chia đá macma dựa vào hàm lượng % SiO2, Fe, Mg có đá 1.3 Macma trải qua số tác dụng sau: 1.3.1 Tác dụng phân dị: Dung li macma xuất trước macma kết tinh trạng thái lỏng nên trạng thái lỏng nên gọi phân dị lỏng Trong đông nguội, trọng lực, áp suất nhiệt độ hạ thấp dần, từ macma phân ly loại hay nhiều loại thành phần Thực tế cho thấy macma Silicat có Ca, Mg, nhiệt độ 1500 0C hồ tan từ 6% - 7% muối sunfua Khi nhiệt độ hạ thấp xuống 15000C muối sunfua tách khỏi magma lắng xuống đáy Trong đá siêu mafic đáy đá khống sản cơng nghiệp 1.3.2 Tác dụng phân dị kết tinh macma: Khi nhiệt độ hạ thấp dần, thành phần khoáng vật kết tinh Mỗi khống vật có dung điểm kết tinh riêng Tác dụng phân dị kết tinh kết tinh theo trình tự khống vật tách khỏi macma nhiệt độ hạ dần Trước tiên phân dị kết tinh khoáng vật Silicat chứa nhiều Fe, Mg Quan sát thấy khoáng vật sẫm màu kết tinh theo thứ tự từ Olivin đến Pyroxen đến amphibol đến biotit Các khoáng vật nhạt màu kết tinh theo thứ tự anoctit (Pagioclaz Ca) đến andenzin (Plagis laz trung tính) đến anbit (Plag, Na) đến óctola (Fenpat Kali), Thạch anh Sự phân dị kết tinh phân dị dung li chịu ảnh hưởng tác động trọng lực Vì khống vật thuộc nhóm olivin có tỷ trọng lớn lắng đọng đáy khoáng vật nhẹ fenpat, thạch anh trên, hình thành loại đá macma khác Trong phân dị, sau khoáng vật silicat kết tinh xong, số thành phần chất bốc tương đối tăng lên Khi nhiệt độ tiếp tục hạ thấp chúng hình thành magma tàn dự phân bố phần magma phận định 1.3.3 Tác dụng phân dị khí thành: Trong macma tàn dư có nhiều chất bốc với đặc trưng điểm nóng chảy thấp, thành phần bốc nhiều, hoạt tính hố học mạnh dễ với kim loại macma nguyên tố kim loại hoá hợp thành khoáng vật Khi nhiệt độ áp macma hạ xuống, khoáng vật tách khỏi macma đọng lại khe nứt, hốc trống đá vây quanh Quá trình xảy sau trình phân dị macma nên gọi q trình phân dị khí thành Nó dễ tạo nhiều khống sản kim loại có giá trị 1.3.4 Tác dụng đồng hố hỗn nhiễm: Đá vây quanh với magma có khác nhiều thành phần hố học tính chất vật lý Vì magma xâm nhập vào đá vây quanh xảy trao đổi hai loại Nhiệt độ, áp suất tính chất hố học thành phần magma làm cho phần tiếp xúc đá vây quanh hoà tan, biến đổi, đưa thêm thành phần macma Q trình tác dụng đồng hoá hỗn nhiễm (assimilation - contamination) Mức độ đồng hoá hỗn nhiễm mạnh nhiệt độ macma cao, quy mô thể macma lớn, khác biệt thành phần vật chất macma đá vây quanh lớn độ nứt nẻ đá vây quanh nhiều GV: Huỳnh Ngọc Hợi 20