Chuong1 ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

ĐỊA CHẤT CƠ SỞ (PHYSICAL GEOLOGY) CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Vai trị địa chất học • Địa chất học : Xuất phát từ tiếng Hy-lạp Geologos • “Geo”: Trái đất “logos”: lời nói, học thuyết • Latin hóa thành Geology (TK18) với ý nghóa “Khoa học Trái đất” ĐỊA CHẤT HỌC • Khoa học Trái đất, nghiên cứu trình bề mặt Trái đất, đáy đại dương cấu trúc bên Trái đất • Nghiên cứu Trái đất thấy nay, lịch sử Trái đất tiến hóa điều kiện Tại phải nghiên cứu Trái đất? • Nhân loại phần Trái đất • Con người có khả tạo nên thay đổi nhanh chóng Các cơng trình xây dựng ảnh hưởng đến Trái đất, cần kiến thức địa chất • • • • Sự sống nhân loại tùy thuộc vào nguồn thực phẩm dinh dưỡng từ Trái đất Năng lượng tài nguyên khoáng sản nhân loại sử dụng cho đời sống đến từ Trái đất Tai biến địa chất- động đất, núi lửa phun, sóng thần, lốc xoáy, trượt lở ảnh hưởng đến đời sống nhân loại lúc  cần có hiểu biết tốt Trái đất để đối phó Vì tị mò- muốn hiểu biết tốt xảy quanh ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU • Trái đất, giới vô hữu trình tự nhiên xảy + Các thiên thể Hệ mặt trời • Thạch = Vỏ Trái đất phần Manti • Địa chất sở: phần nhập môn, khái quát để hiểu biết địa chất học, giới thiệu lý luận chung, khái niệm sở địa chất học Đối tượng nghiên cứu Địa chất học - Các vật thể tự nhiên tạo nên lớp vỏ Trái đất, cấu tạo thành phần chúng - Các trình địa chất bên bên làm xuất vật thể tự nhiên làm thay đổi địa hình bề mặt Trái đất - Sự phân bố vật thể tự nhiên vỏ Trái đất tức cấu trúc địa chất vỏ Trái đất - Các nguyên lý qui luật phát sinh phát triển trình địa chất quy luật phát triển Trái đất Địa chất học khoa học khác VẬT LÝ • Địa vật lý • Địa chấn học HĨA HỌC • Khóang vật học • Thạch học • Địa hóa học SINH VẬT HỌC • Cổ sinh vật học THIÊN VĂN HỌC • Địa chất hành tinh • Helioseismology ĐỊA CHẤT HỌC • Địa chất kinh tế • Địa chất thủy văn • Địa chất cơng trình • Địa sử • Địa mạo • Hải dương học • Địa chất kiến trúc • Hỏa sơn học Các khoa học Đia chất 1.Nhóm nghiên cứu thành phần vật chất Trái đất - Khoáng vật học là khoa học về các đơn chất và hợp chất có tự nhiên gọi là khoáng vật - Thạch học nghiên cứu về các loại đá hợ p thành vỏ Trái Đấ t - Điạ hoá học nghiên cứu thành phần hoá học của Trái Đất mà trước hết là của thạch quyển quy luật phân bố và đặc tính di chuyển của chúng thạch quyển - Điạ chấ t khoáng sản nghiên cứu thành phầ n và quy luật sinh thành, quy luật phân bố của khoáng sản Nhóm nghiên cứu lịch sử vận động Trái đất • Đi ̣a tầng họ c nghiên cứ u và xác ̣nh quy luật và li ̣ch sử hình thà nh các tầng đá củ a vỏ Trái Đât́ nhờ đó mà xác ̣nh đượ c t̉i • Kiến tạo học lại khoa học nghiên cứu lịch sử, quy luật hoạt độ ng và cấu trúc củ a vỏ Trái Đât́ • Cở sinh vật họ c Môn khoa họ c này nghiên cứ u về di tích các sinh vật đượ c bảo tồn đá Nhóm địa chất ứng dụnng • Đi ̣a vật lý ứ ng dụ ng các tri thứ c các thành tự u củ a Vật lý họ c để nghiên cứ u về Trái Đât́ • Đi ̣a chât́ thuỷ văn - nghiên cứ u về thành phần và quy ḷt phân bớ nướ c ngầm • Đi ̣a chât́ công trình là mộ t khoa họ c ̣a chât́ ứ ng dụ ng mà không có nó các công trình xây dự ng các đập thuỷ điện, cơng trình xây dựng cơng nghiệp, văn hoá, giao thông vận tải sẽ không đảm bảo đượ c sự an toàn • Đi ̣a chât́ biển nghiên cứ u của nó là các hoạt độ ng ̣a chât́ và hệ chúng đại dương trướ c hết là ở đáy đại dương và thềm lụ c ̣a Đi ̣a chât́ Đệ Tứ nghiên cứ u các quá trình ̣a chât́ và hậu quả củ a chúng giai đoạn trẻ nhât́ của lịch sử Trái Đất - kỷ Đệ Tứ Vật chất Trái đất & q trình địa chất • Ngun tố, khống vật, đá • Q trình địa chất xảy chậm • Q trình địa chất xảy đột ngột, nhanh chóng Q trình địa chất xảy lâu dài - Sự hình thành đá – Sự phá vỡ, phân hủy đá thành đất (phong hóa) – Sự gắn kết hóa học cát thành đá (thành đá) – Tái kết tinh đá thành đá khác (biến chất) – Sự hình thành dãy núi (kiến tạo) – Xâm thực mài mịn dãy núi -Q trình địa chất xảy đột ngột, nhanh chóng • – Bão làm sạt lở bờ biển – Sự hình thành nón núi lửa – Trượt lở – Bão cát – Lũ bùn Q trình địa chất • Q trình địa chất nội sinh: lượng bên Trái đất • Quá trình địa chất ngoại sinh: lượng Mặt trời trọng lực: 3.Phương pháp nghiên cứu • Nghiên cứu trời • Đối tượng nghiên cứu chiếm khoảng không gian sâu rộng • Thời gian diễn biến dài • ngắn • Môi trường trình địa chất phức tạp • P/p nghiên cứu thực địa • P/p nghiên cứu phòng Thuyết đồng (Uniformitarianism) Các trình tự nhiên xảy bề mặt trái đất ngày xảy khứquy luật tự nhiên không thay đổi - Các trình địa chất thay đổi từ từ, đồng biến - P/p“Hiện luận” : Hiện khứ Thuyết tai biến :Các trình địa chất thay đổi đột ngột P/p đối sánh địa chất Năng lượng Tất trình địa chất nội ngoại sinh cần lượng, gồm: - Trọng lực Năng lượng nhiệt di chuyển nguyên tử - Năng lượng hóa học: phá vỡ hay hình thành nới hóa học Năng lượng xạ MT Năng lượng nguyên tử: lượng được lưu trữ hay giải phóng kết hợp nguyên tử (nguồn lượng chủ yếu bên Trái đất) Sự trao đổi nhiệt • Cơ chế trao đổi nhiệt: - Dẫn nhiệt: từ nhiệt độ cao (rung động nhanh) đến nhiệt độ thấp (rung động chậm hơn) Vỏ Trái đất - Đối lưu: nhiệt di chuyển với vật chất (trong manti khí quyển) - Bức xạ Địa nhiệt (geothermal) - Địa nhiệt tăng theo độ sâu - Gần mặt đất nhiệt độ tăng từ 15 to 35oC/ km Tâm Trái đất: khoảng 45000 C Trái đất Trái đất có dạng elipsoid (do tác dụ ng của lự c hấp dẫn bị ép theo phương trục quay Hộ i nghi ̣ trắc ̣a thế giớ i lần thứ XVI (IUGG) Grenoble, 1975, xác định a = 6.378,140km  5m; b = 6356,779 km và d = 1/298,275 (a: bán kính xích đạo, b: bán kính cực) Độ dẹt d trái đất d  ab  a 231 Bán kính xích đạo (a): 6378,140km, Bán kính cực (b): 6356,779km Bán kính bình qn (a2b)1/3:6371,012km Độ dẹt Chu vi xích đạo: 40075,24km Chu vi kinh tuyến 40008,08km Diện tích mặt: 5,1007x10km Thể tích (V): 1,0832x1012km2 Trọng khối (M): (5,942+0,0006) x1012 kg Địa hình đáy biển Cấu trúc bên Trái đất Mật độ, nhiệt độ áp suất tăng theo độ sâu Theo thành phần gồm lớp: - Vỏ trái đất co bề dày thay đổi: lục địa 10 - 50 km Đại dương - 10 km - Manti: 3488 km, cấu tạo peridotite Nhân: 2883 km, cấu tạo Iron (Fe) Nickel (Ni) Theo tính chất vật lý: - Thạch (lithosphere) dày khoảng 100 km (dưới lục địa sâu hơn) Quyển mềm (Asthenosphere) sâu từ 250 km đến 350 km, đá rắn mềm dễ chảy - Man ti dày khoảng 2500 km, đá rắn có khả chảy - Nhân ngồi dày 2250 km, gồm Fe Ni, lỏng - Nhân 1230 km, Fe and Ni, rắn A Sơ đồ vị trí B Sơ đồ vị trí mềm Thạch ̉ Căn cứ các tà i liệu ̣a vật lý chia kiêu chính: vỏ lục địa, vỏ đại dương và kiểu phụ: vỏ lục địa vỏ đại dương Vỏ lục địa (continental crust) có bề dày khơng Ở vùng (vùng ổn định) có bề dày 35 – 40 km Vùng tạo núi trẻ có bề dày 55 – 70 km Vùng núi Hymalaya, Andes có bề dày 70 – 75 km Từ xuống gồm: - Lớp 1: trầm tích dày vài km, Vp= 3,5, d= 2- 2,5 - Lớp 2: dày từ 20- 70km, phần lớp granit (Vp= 5,6, d= 2,7) basalt ngăn cách bề mặt Konrad Vỏ đại dương Nằm tầng nước biển từ xuống gồm: - Lớp trầm tích có bề dày từ 0m (ở vùng SNGĐD) đến vài km (ở gần lục địa), trung bình 300m, Vp=2, d=1,93- 2,3 - - Lớp móng basalt: chủ yếu basalt, dày khoảng 2,5km, Vp= 4-6, d=2,55 - - Lớp đại dương, gồm serpentin, hình thành q trình hydrat hóa phần manti, dày khoảng 6km, Vp= 6,7, d= 2,95 Sơ đồ cấu trúc Vỏ Trái đất Các đường đẳng bề dày Vỏ Trái đất Địa hình Trái đất: • ̣a hình lụ c ̣a có độ cao trung bình 875m, ̣a hình đáy đại dương có độ sâu trung bình 3719,4m   biên đợ chênh lệch trung bình giữ a lụ c ̣a và đáy đại dương xấp xi ̉ km và xấp xi ̉ 20 km Vỏ Lục địa Đặc điểm Bề dày 35- 50km Vỏ Đại dương 5- 12km Granite (sáng màu) Thành phần Basalt (sẫm màu) Già 3,8 tỉ năm Tuổi địa chất Già 150 triệu năm 2,7 Mật độ 3.0 Trung bình 870m Cao độ Trung bình sâu 3800m Tái nóng chảy bị tiêu hủy Khơng Bíên dạng Có Phân bố 33% Thành phần hóa học vỏ Trái Đất Ơxít % Kí hiệu % SiO2 60.6 O 46.6% Al2O3 15.9 Si 27.8% CaO 6.4 Al 8.1% MgO 4.7 Fe 5.0% Na2O 3.1 Ca 3.6% FeO 6.7 Na 2.8% K2O 1.8 K 2.6% TiO2 0.7 Mg 2.0% P2O5 0.1 khác 1.6% Có Khơng 67% Kiến tạo mảng (plate tectonic) - Chuyển động kiến tạo (tectonics): dịch chuyển học biến dạng Vỏ Trái đất, có liên quan đến thuyết trôi dạt lục địa - Mảng (plate): mảng Vỏ Trái đất dày khoảng 100km, dịch chuyển mềm Ranh giới mảng Ranh giới hội tụ (convergent boundary) Hút chìm Va mảng (Continental Collisions) Mảng Ấn độ - mảng Âu Á hình thành dãy Himalaya - Ranh giới biến dạng (Transform Boundary) Đứt gãy San Andreas Fault, California đứt gãy biến dạng HỆ MẶT TRỜI (TRƯỚC 8/2006) Gồm hành tinh, khoảng 64 vệ tinh, hàng ngàn hành tinh nhỏ, hàng triệu thiên thạch hàng tỷ chổi Tất quay xung quanh Mặt trời, tạo thành hệ thống có đường kính lớn 14x1012km Các nhà thiên văn Mỹ phát thiên thể mang tên 2003-UB313 hành tinh thứ 10 Hệ Mặt trời Khoảng cách từ hành tinh đến Mặt trời xa gấp lần khoảng cách từ Mặt trời đến hành tinh thứ Diêm Vương • Lớn Diêm Vương, cấu tạo đá băng, nhìn thấy vào ngày 21-10-2003, sau tích ngày 8-01-2005 xuất lại xác nhận hành tinh ngày 29-7-2005 Cơng bố gây chấn động giới: Hệ Mặt trời cịn hành tinh • Sau 12 ngày thảo luận sôi nổi, hôm 24-8-2006, họp lịch sử diễn thủ đô Prague (Cộng hòa Czech), khoảng 2.500 nhà khoa học tham gia hội thảo Hiệp hội Thiên văn học quốc tế bỏ phiếu thơng qua • • • • “định nghĩa hành tinh” Từ đây, hệ Mặt trời cịn lại hành tinh thay giới biết, sau danh hiệu “hành tinh” Diêm Vương bị tước bỏ Định nghĩa hành tinh: hành tinh thiên thể bay quĩ đạo quanh Mặt trời, với trọng lượng đủ lớn để tạo lực hấp dẫn quĩ đạo phải tách bạch với vật thể khác Chiếu theo tiêu chuẩn mới, người phải chào tạm biệt Diêm Vương hành tinh quĩ đạo hình êlip dẹt cắt quĩ đạo Hải Vương Từ nay, thiên thể nhỏ bé xa xôi bị “xuống hạng” gọi “tiểu hành tinh” (dwarf planet) Định nghĩa “chiếu mệnh” cho thiên thể Charon, Ceres 2003 UB313 phát gần chúng gọi tiểu hành tinh Trước đây, thiên thể Charon xem mặt trăng Diêm Vương, xét kích cỡ số chuyên gia coi hành tinh song sinh Được xem thiên thạch, Ceres vật thể lớn vành đai Hỏa Thổ, có hình cầu giống hành tinh