Chương 4 new ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 4 TÁC DỤNG PHONG HÓA I Khái niệm về phong hóa Laø quaù trình bieán ñoåi caùc vaät lieäu treân maët ñaát hoaëc gaàn maët ñaát do taùc ñoäng cuûa khoâng khí, nöôùc, caùc taùc nhaân sinh vaät Nguo[.]

CHƯƠNG 4: TÁC DỤNG PHONG HÓA I Khái niệm phong hóa Là trình biến đổi vật liệu mặt đất gần mặt đất tác động không khí, nước, tác nhân sinh vật Nguồn lượng gây nên trình phong hóa xuất phát từ vỏ Trái đất vỏ Trái đất Năng lượng Mặt trời điều hành trình phong hóa Năng lượng bên trái đất với hoạt động kiến tạo, tạo núi, đưa đá vào đới phong hóa Trong tự nhiên phong hóa vật lý phong hóa hóa học thường xảy với nhau, tùy trường hợp mà hai loại chiếm ưu Kế t quả quá trình phong hóa: - Hình thành các vật chất mới, các đá và các khoáng vật mới - Làm giảm cường độ chịu lực đá từ đó phá vỡ chúng - Cải tạo bề mặt Trái đất, thay đổ i các đặc trưng về thành phầ n vật chấ t • Phong hoá học: thay đổi hình dáng, kích cỡ đá khoáng vật • Phong hóa hóa học: gồm trình thay đổi khoáng vật có trước thành khoáng vật II Phong hóa học Là trình làm đá vỡ vụn thành mảnh nhỏ tác dụng lượng phát sinh từ hoạt động tự nhiên a Sự giãn nở, co rút chênh lệch nhiệt độ Do thay đổi nhiệt độ nhanh, nhiều tạo nên giãn nở co rút đá  phong hóa học Quá trình thường gặp vùng đá lớp phủ đất hay thực vật Sự thay đổi nhiệt độ ngày đêm hay từ mùa sang mùa khác Sự bóc vỏ hóa tròn Hiện tượ ng bóc vỏ hóa tròn Nhữ ng yếu tố có ảnh hưở ng đến sự phá huỷ bằng chênh lệch nhiệt độ - Sự không đồng nhât́ của thành phần khoáng vật, làm cho hệ số dàn nở của chúng khác - Sự không đồng của đá thành phần vật chất, kiến trúc, cấu tạo - Màu sắc: Đá có màu sẫm, tối dễ bị phong hóa đá có mà u nhạt - Đợ hạt: Đá có độ hạt thô phong hoá mạnh đá hạt nhỏ - Gradient biến đổi nhiệt độ một ngày đêm b.Tác dụng băng giá Nước chảy vào khe nứt ù bị đóng băng  thể tích nước tăng khoảng 9%, tạo nên áp lực tác dụng vào đá làm vỡ vụn thành mảnh nhỏ bề mặt tảng đá c Sự kết tinh của muối Dung di ̣ch muối và o các khe nứt, lỗ hổng của đá Sau nước bay hơi, muốn kết tinh lại tạo một áp suất phá hủy đá III Phong hoá hoá họ c Là phân huỷ các đá bằng các tác dụng hoá học của các nhân tố oxy, nướ c, khí CO2, các axit hữu phân bố khí quyển, thuỷ quyển và sinh quyển a.Hòa tan Một số vật liệu rắn dung dịch tự nhiên bị hịa tan CaSO4.2H2O Ca2+ + SO42+ + H2O ̀ Trong điêu kiện bình thườ ng: - Muối củ a nhó m halogen và muối sunfua dễ hoà tan - Khoáng vật carbonat nước khiết thì khó hoà tan có CO2 nướ c thì dễ hoà tan vì H2O + CO2  HCO3 + H+  axit nhẹ ăn mò n carbonat Khoáng vật silicat khó hoà tan, + t0 cao + áp lực ̣nh thì lâu dài chú ng sẽ bi ̣ hoà tan dần b.Carbonat hoùa Có tham gia của CO2 phản ứng phong hóa TD: phong hóa đá vôi gồm hai bước: • - Đầu tiên CO2 khí hoà tan nước tạo thành bicarbonat: • CO2 + H2O H2CO3H+ + HCO3• - Tiếp theo bicacbonat tác dụng với calcit: • H+ +HCO3 - + CaCO3 Ca2+ + HCO3 C.Hydrat hóa: • Đây phản ứng phong hóa gắn thêm H2O vào cấu trúc chất rắn để tạo nên sản phẩm ngậm nước Td phản ứng fenspat kali với nước tạo khoáng vật sét silic KAlSi3O8 +H2O +2 H + 2K+ + Al2Si2 O5 (OH) +4SiO2 (khoáng vật sét ) • Nước vào ô mạng tinh thể khoáng vật để hình thà nh khoáng vật mớ i: • CaSO4 + H2O  CaSO42H2O • (anhydrit) (thạch cao) • (quá trình xảy kèm với tăng nở thể tích) • Fe2O3 + nH2O  Fe2O3nH2O • (hêmatit) (limonit) • Nướ c chi ̉ tách khỏi ô mang tinh thể nhiệt đợ tăng cao 4000 C d.Oxy hóa Oxy tham gia số phản ứng phong hóa, Td: trình oxi hóa khoáng vật chứa sắt H2O + Fe2SiO4 +O2 Fe ( OH) + SiO2 ( Hydroxyt sắt ) e.Tác dụng thuỷ phân • Sự thuỷ phân xảy các ion H+ và OH- phân giải từ nước tự nhiên, tác dụng với các ion của khoáng vật, trao đổ i điện tử với để tạo chấ t mới • H+ thường thay thế các ion kim loại kiề m K+ Na+, Ca2+, Mg2+ • Nếu có CO2: Nước + CO2  HCO3-  H+ tăng lên thúc đẩ y hiện tượ ng thuỷ phân Td: Orthoclase bị phong hóa • 4K [AlSi3O8] + 6H2O  4KOH + Al4 [Si4O10] + [OH]8 + 8SiO2 • nế u có CO2 tham gia: • 4K [AlSi3O8] + 2CO2  4H2O + 2K2CO3 + Al4[Si4O10] (Orthoclase) (dung dich) ̣ (kaolin) + [OH]8 + 8SiO2 (opal) Trong điều kiện ẩm nóng, kaolin tiếp tục bị phân giải Al4[Si4O10] + [OH]8 + 2H2O  Al2O3nH2O + SiO2nH2O (kaolin) (bauxit) (opal) IV Phong hoá sinh học • Phong hoá sinh học - vâ ̣t lý: Sinh vật phá hoại đá theo phương thức học Rễ phát triển gây áp lực 10 -15kg/cm3 Sinh vật lúc đào hang, khoét lỗ để cư trú đồ ng thời cũng phá hoại đấ t đá Phong hoá sinh học - hoá học • Vi khuẩn thực vật thường tiết acid hữu để phá hủy đá, hút lấy nguyên tố cầ n thiế t • - Mợt số rễ thực vật tích điện âm  H+ và các ion dương môi trường acid phá huỷ các đá • Rễ thường thải CO2, thổ nhưỡng chứa nhiều CO2 không khí từ 10 đến 100 lần làm cho silicat dễ bị phân giải • - Hoạt đợng quang hợp làm tăng O và CO2 vào mặt đất V Tố c độ phong hoá và các nhân tố ảnh hưởng đến phong hoá • Tốc đợ phong hóa được xem là mức đợ phá hoại phong hóa tính bình qn theo thời gian kể từ lúc đá lợ • Td: núi lửa Karatau phun tro vào năm 1883, sau 60 năm đã thành một lớp thở nhưỡng dày 10cm • Tớ c đợ phong hoá ở vùng Goa của Ấn Độ là 1mm năm • Khí hậu, đó đáng kể nhiệt đợ khơng khí, lượ ng mưa và sự phân phớ i, lượ ng bốc hơi, đợ ẩm v.v… • Địa hình có ảnh hưởng đến khí hậu • Tính chất đá Phong hóa phản ứng vật liệu vỏ trái đất để có trạng thái cân vật liệu tiếp xúc với điều kiện môi trường nước, không khí sinh vật • Độ sâu tốc độ phong hóa: • Phần lớn trình phong hóa diễn phần vỏ Trái đất độ sâu từ vài mét đến vài chục mét • Do số tác nhân khác tác động từ phía mặt đất làm cho trình phong hóa xảy độ sâu lớn Cường đợ và đợ sâu phong hóa các đới khí hậu khác VI Tính giai đoạn và tính phân đới quá trình phong hoá Kết quả phong hóa tạo loại sản phẩm: - Các đất, đá, dung dịch bi ̣ mang trôi và - Phầ n giữ lại tại chỗ hin ̀ h thành các tàn tích (eluvi) Nghiên cứu các tàn tích, người ta nhận thấy sản phẩm phong hóa trải qua giai đoạn phong hoá trải khác • Nếu biết thành phần đá bị phong hóa  xác định sản phẩm trình phong hóa hóa học đá • Ngược lại, xem xét sản phẩm phong hóa  số kết luận loại đá bị phong hóa (đá mẹ) Giai đoan thứ nhấ t: Giai đoạn võ vụn: chủ yếu phong hóa học phá vỡ các đá mẹ tạo thành vụn đá Nơi khí hậu ẩm và nóng, giai đoạn này rấ t ngắn • Giai đoạn thứ hai: Giai đoạn sialit: Thường xảy vùng khí hậu khơ Phong hóa hóa học Các silicat và alumosilicat bị phá huỷ phân giải  cation Các kim loại kiềm kiềm thổ + dung dich ̣  môi trường kiềm Hình thành số khoáng vật sét trung gian của nhóm montmorilonit và phầ n của nhóm hydromica Các muối CaCO3 tan được tập trung  các tàn tích vơi • Giai đoạn thứ ba Giai đoạn sialit axit: Xảy nhanh môi trường nóng ẩm, có tác đợng mạnh khí qủ n và rửa trơi nhanh Tiế p tục sự phân huỷ tách các cation và phá huỷ từng phần SiO2 chuyể n từ môi trường kiề m sang môi trường axit Khoáng vật sét trung gian bị phá huỷ  kaolin CaCO3 không còn lắ ng đọng nữa vì Ca bi ̣ hoà tan • Giai đoạn thứ tư Giai đoạn alit: Xảy mơi trường nóng ẩm khí hậu nhiệt đới, á nhiệt đới Tiế p tục phân huỷ các khoáng vật có trước để đế n dạng bề n vững bề mặt Trái đấ t: các hydroxit Al, Fe, Si dưới dạng keo (bauxit, limonit, opal) Các giai đoạn phong hóa rất phụ tḥc vào các đới khí hậu Trái đất Vùng khô Vùng ẩm nóng Đới Montmorilonit Đới laterit Hydrormica Kaolinit, gibxit Vỡ vụn Kaolinit Đá gố c granit Hydromica Vỡ vụn Đá gố c granit Vỏ phong hoá Lớp vỏ mỏng ngồi vị lục địa Trái đất bao gồm sản phẩm phong hóa tại chỡ (các tàn tích) và lớp đấ t trồ ng (lớp thổ nhưỡng) Vỏ có chỗ dày chỗ mỏng hoặc có chỗ không tồn tại Dày nhất vùng nhiệt đới, á nhiệt đới Có chỗ dày 100m Nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển vỏ khí hậu, địa hình, phương thức, cường đợ, thời gian tác dụng phong hóa; thành phần đá gốc Mặt cắt vỏ phong hóa VII - THỔ NHƯỢNG: Đá rắn hay gọi đá nằm lớp đất phủ= đất = thổ nhưỡng Đất gồm có cát, sét mùn thực vật Đất có nhiệm vụ trì sống thực vật Đất tàn dư đượïc hình thành đá gốc; Các loại đất khác vận chuyển từ nơi khác đến sông ngòi, băng hà gió Quá trình phong hóa đóng vai trò quan trọng trình hình thành đất Tầng O: lớp mỏng vật liệu phân hủy hữu cơ, gọi lớp mùn Tầng A: đới thấm lọc, đới khóang vật bị hòa tan nước mặt thấm xuống Tầng B: đới tích tụ, đới hạt vật liệu hòa tan từ tầng B tích tụ Tầng C: đơi chuyển tiếp từ đất sang đá, gồm đá gốc bị phong hóa • • • • Đất pedalfer • Là đất có chứa oxyt sắt, sét hay hai; tích tụ tầng B Tên kết hợp từ “pedon” có nghóa “đất” (tiếng Hy Lạp) hai kí hiệu Al, Fe • Đất pedalfer thường có mặt vùng có khí hậu ôn hòa, ẩm ướt, thường rừng thực vật cấp thấp • Thuộc nhóm có nhiều loại đất có màu đỏ, vàng Đất pedocal: • Chứa CaCO3 (từ “pedon” calci) • Thường có mặt vùng ôn đới, nhiệt độ tương đối cao, lượng mưa thấp øthực vật chủ yếu cỏ bụi • Nước bốc trước mang cacbonat khỏi đất  hợp chất lắng đọng dạng calcite Đất laterit: • Là loại đất vùng nhiệt đới, giàu hydroxid nhôm oxyt sắt • Sắt nhôm tích tụ tầng B • Nhôm dạng Al2O3.nH2O gọi bauxit, loại quặng nhôm, hình thành phong hóa mạnh lâu dài, loại bỏ oxyt silic khỏi khoáng vật sét để lại oxyt alumium (bauxit) • Oxyt sắt tập trung tầng B nhiều  quặng sắt