Bài giảng địa chất thủy văn đại cương chương 8 tác dụng địa chất của nước dưới đất

CHƯƠNG VIII  TÁC DỤNG ĐỊA CHẤT  CỦA NƯỚC DƯỚI   ĐẤ T        Tác dụng địa chất của nước dưới đất rất đa dạng. Tuy  nhiên  có  thể  gộp  các  tác  dụng  ấy  vào  6  hiện  tượng  dưới  đây  • • • • • • • • 1­ Sự hòa tan : Những  tác  nhân  làm  tăng  độ  hòa  tan  của  các  khống  vật  trong  nước  là  :  nhiệt độ, áp suất, khí cacbơnic ơxy và các axit hịa tan trong nứơc. Các tác nhân  này ln biến đổi, ví dụ, càng gần mặt đất lượng CO2, O2  càng tăng, ngược lại  càng xuống sâu nhiệt độ và áp suất càng tăng. Khi các yếu tố trên đây tăng thì độ  hịa tan cũng tăng           Các chất thường có trong đá (đặc biệt trong  đá trầm tích) có độ hịa tan  giảm theo thứ tự sau (ở nhiệt độ và áp suất bình thường) a)  NaCl,  KCl,  CaCl2,  MgCl2,  FeCl2,  FeCl3,  Na2SO4,  K2SO4,  FeSO4,  Na2CO3,  K2CO3;  b) CaSO4, MgSO4; c) CaCO3, MgCO3, FeCO3; d) SiO2 . nH2O, SiO2 Kết quả của q trình hịa tan đá vơi, là sự xuất hiện các hang động có kích  thước khác nhau SỰ HỒ TAN ĐÁ VƠI ĐàTẠO THÀNH      NHỮNG HANG ĐỘNG Ở HÀ TIÊN (VN)  Sự  xuất  hiện  nhũ  đá  thạch  cao  có  liên  quan  tới  tác  dụng  của  H2S  và  O2  trong  điều  kiện  nước  ngầm  nông Ca(HCO3)2  +  H2S  +  2O2  =  CaSO4  .  2H2O  + 2CO2 2­ Sự hydrat hóa : •                 Sự  hydrát  hóa  là  q  trình  khống  vật  hút  nước  và  do  đó  chúng  bị  thay  đổi  về  cấu  trúc  và  các tính chất vật lý. Ví dụ : • ­ Anhydrit biến thành thạch cao : CaSO4 + 2H2O  CaSO4 . 2H2O • •      Kết quả q trình này là thể tích đá tăng lên  33% (   1/3   ), kích thước chiều dài (dài, rộng,  cao) tăng lên 10%. Q trình này gây ra uốn nếp  các lớp đá nằm trên lớp anhydrit • ­ Hêmatit biến thành limônit             Fe2O3 + nH2O   Fe2O3  nH2O • •    Limônit xốp và bở hơn hêmatit nhiều 3­ • • • • • • • • • Sự ơxy hóa  Trong nước dưới đất, ơxy chiếm 1/3 thể tích khí hịa tan  trong  đó.  Do  bị  ơxy  hóa,  các  hợp  chất  ơxyt  thấp  trong  đá  chuyển  thành oxyt ­ Thiết (manhêtit) là một oxyt thấp (Fe3O4) chuyển thành  oxyt sắt (Fe2O3), sau chuyển thành limơnit (sắt nâu) ­  Than  có  trong  đá,  khi  bị  ơxy  hóa  biến  thành  CO2.  Những phần tử than đen có trong thành phần của phiến thạch chứa  than thường bị oxy hóa. Khi đó phiến thạch màu xẩm trở nên màu  sáng, đơi khi hồn tồn trắng ­  Sự  oxy  hóa  đặc  biệt  diễn  ra  mãnh  liệt  đối  với  các  sunfua, như sự thành tạo limơnit từ pyrit. Q trình này diễn ra như  sau : FeS2 + 7O + H2O =  FeSO4 + H2SO4  12FeSO4 + 3O2 + 3 H2O = 4 Fe2 (SO4)3 + 2 Fe2O3  . 3 H2O          H2SO4 +   CaCO3    =  CaSO4  + CO2  +  H2O CaSO4 hút nước để tạo thành  thạch cao Do đó, chúng ta thường thấy trong đá đồng thời có cả sắt nâu,  • • • • • Sự phân hủy Silicat Sự phân hủy Silicat là q trình thủy phân  dưới tác dụng đồng thời của CO2 và nước. Lượng  CO2 trong khơng khí hịa tan trong nước dưới đất  đạt  đến  16%.  Kết  quả  quá  trình  thủy  phân  là  sự  tạo  thành  các  khống  vật  sét  hoặc  cáchydrơxyt  nhơm, sét silic Sơ  đồ  phân  hủy  Silicat  có  thể  biểu  diễn  như  sau : Silicát     Khống vật sét      + hydrơxyt Al,  Fe (bauxite) + hydrơxyt Si +  Các  muối  hịa  tan  CaCO3, K2CO3, Na2CO3 • Sự tích tụ trầm tích  Trầm tích do nước dưới đất đọng lại trên  mặt  đất  nơi  xuất  lộ  của  nguồn  nước  và  ở  trong  các lổ hổng trong vỏ trái đất • Trầm tích do nước dưới đất đọng lại trên mặt  đất : −Tufơ vơi  −Tufơ Silit  −Quặng sắt và mangan  Tufơ vơi •        Cấu tạo bởi canxit (CaCO3). Sự đọng canxit sẽ thuận  lợi khi  áp suất và nhiệt độ giảm xuống va øcả khi có  những  di  tích  thối  rửa của  động  thực  vật. Trong  thời  gian  nào  đó,  chúng  sẽ  bị  phủ  một  màng  màu  trắng  nhạt.  Màng này chính là các vi tinh thể của CaCO3 • Tufơ  vơi  là  một  loại  đá  xốp  giống  như  hải  miên.  Trong đá thường có những lỗ hổng khá lớn. Thường Tufơ  vơi có cấu tạo hạt (dạng trứng cá). Tufơ vơi nào có nhiều  lổ  hổng  tương  đối  lớn  thì  gọi  là  travectanh  (Travertin).  Màu  của  tufơ  vơi  thường  xám  hoặc  trắng,  tuy  nhiên  nó  cũng có những vết màu nâu rỉ sét do các hydrơxyt sắt rất  thường hay kết tủa đồng thời với CaCO3 • Trong  các  điều  kiện  nhiệt  độ    cao,  tufơ  vôi  cấu  tạo bởi aragơnit • Tufơ Silic • Cấu tạo từ opan (SiO2  . n H2O). Nó do nước nóng  có nguồn gốc ngun sinh hoặc có sự tham gia của  nước ngun sinh đọng lại (ví dụ xung quanh các  nguồn  nước  khoáng  nhiệt).  Tufơ  silic  của  nguồn  phun  gọi  là  gâyzêrit.  Đấy  là  một  thứ  đá  xốp  màu  trắng. Đơi khi do lẫn các tạp chất, gâyzêrit có màu  nâu, đỏ, xanh Suối phun nuớc nĩng ở Yellowstone  (Ảnh Trịnh Hảo Tâm)  SUỐI NUỚC NĨNG HỘI VÂN  ( BÌNH ÐỊNH) Quặng sắt và mangan •         Người ta biết tất cả những vỉa sắt nâu (bononit) có liên quan  tới tác dụng của nước dưới đất. Chúng thành tạo khi nước ngầm có  chứa  hợp  chất  sắt  hóa  trị  thấp,  như  FeCO3  hoặc  FeSO4,  chảy  ra  biển hoặc hồ • Dưới tác dụng xúc tác của vi khuẩn sắt, ion sắt có hóa trị thấp  chuyển thành ion sắt có hóa trị cao : FeCO3,  FeSO4    Fe2O3,  3 H2O • • Q trình này xảy ra ở bờ biển, cách bờ khơng dưới 10m và sâu  khơng  quá  10m.  Trong  một  vài  trường  hợp,  đã  có  những  lớp  sắt  thành  tạo  theo  cách  này  với  bề  dày  tăng  lên  10  –  15m  mỗi  năm.  Những  quặng  sắt  có  nguồn  gốc  tương  tự  tích  tụ  chung  quanh  vỏ  nhuyễn thể, di tích thực vật, …. thì có dạng hình cầu • Đồng thời với quặng sắt, các khống sàng mangan cũng thành  tạo theo kiểu đó 6.  Trầm tích đọng lại do nước dưới đất  trong các lổ hổng của đất đá •              Nước khi vận động trong các lổ hổng và khe nứt  có trong đất, đá (lỗ mao dẫn, lỗ hổng và khe nứt các loại)  ln  ln  thay  đổi  các  tính  chất,  như  áp  suất,  nhiệt  độ,  nồng độ các chất hịa tan. Khi các tính chất này thay đổi,  nồng độ của muối hịa tan có thể  đạt đến mức q bão  hịa,  khi  đó,  các  muối  này  sẽ  kết  tủa,  lắp  dần  các  lỗ  hổng. Q trình này diễn ra từ thành lỗ hổng vào giữa lỗ  hổng • Các  chất  kết  tủa  thường  gặp  nhất  là  canxit,  aragônit,  thạch  anh,  canxêđoan,  ơpan;  barit,  thạch  cao,  flrit, pyrit CHẤT SẮT ĐĨNG VAI  TRỊ CEMENT GẮN KẾT CÁC HẠT VẬT LIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 1­Các  phương  pháp  nghiên  cứu  đất  đá  trong  phòng  thí  nghiệm, (sách dịch) V.Đ.Lomtadze, NXB ĐH & THCN,  Hà nội­ 1979 2­Địa  chất  thủy  văn  đại  cương,  Vũ  ngọc  Kỷ,  Nguyễn  thượng Hùng, NXB ĐH & THCN – Hà nội, 1985 3­Địa  chất  học  cho  kỹ  sư  xây  dựng  và  cán  bộ  kỹ  thuật  môi  trường,  Alan  E.  Kehew,  NXB  Giáo  dục  1998­Tập  4­Environmental  Management  of  ground­water  basin,  T.Shibasaki and group. Tokai University Press, 1995 5­General  hydrogeology.  by  P.  P.  Klimentov  Published  in  1983, Mir Publishers ( Moscow)  ...         Người ta biết tất cả những vỉa sắt nâu (bononit) có liên quan  tới? ?tác? ?dụng? ?của? ?nước? ?dưới? ?đất.  Chúng thành tạo khi? ?nước? ?ngầm có  chứa  hợp  chất? ? sắt  hóa  trị  thấp,  như  FeCO3  hoặc  FeSO4,  chảy  ra  biển hoặc hồ • Dưới? ?tác? ?dụng? ?xúc? ?tác? ?của? ?vi khuẩn sắt, ion sắt có hóa trị thấp ...      ? ?Tác? ?dụng? ?địa? ?chất? ?của? ?nước? ?dưới? ?đất? ?rất đa dạng. Tuy  nhiên  có  thể  gộp  các  tác? ? dụng? ? ấy  vào  6  hiện  tượng  dưới? ? đây  • • • • • • • • 1­ Sự hòa tan : Những  tác? ? nhân  làm ... Trầm tích do? ?nước? ?dưới? ?đất? ?đọng lại trên  mặt  đất? ? nơi  xuất  lộ  của? ? nguồn  nước? ? và  ở  trong  các lổ hổng trong vỏ trái? ?đất • Trầm tích do? ?nước? ?dưới? ?đất? ?đọng lại trên mặt  đất? ?: −Tufơ vơi