Giáo trình địa cơ - Chương 3 pps

CHƯ Ơ NG III ĐẤT ĐÁ. I. Đá mắc ma. 1. Nguồn gốc hình thành Thành phần của khối nóng chảy (còn gọi là macma) rất phức tạp: chủ yếu là silicat có chứa các loại khí và hơi nước. Nhiệt độ của nó tới 1000 0 C đến 1300 0 C. Macma khi xâm nhập lên phần trên của vỏ quả đất sẽ toả nhiệt và nguội dần đông cứng tạo thành đá mama. Tuỳ theo thành phần macma và điều kiện nguội lạnh mà hình thành nhiều loại macma khác nhau. Sự đông cứng của macma ở dưới mặt đất cho đá xâm nhập và ở trên mặt đất cho đá phun trào. Thành phần vật chất và điều kiện nguội lạnh của macma quyết định các đặc trưng của đá macma. Khi đi qua các lớp khác nhau của vỏ quả đất và trào lên trên mặt đất, macma sẽ gặp các nhiệt độ khác nhau. Ở dưới sâu, nó chịu áp lực lớn, nhiệt độ cao; đến gần mặt đất và đặc biệt là lên trên mặt đất, áp lực của môi trường rất nhỏ, khí và hơi nước đượ c thoát ra, nên thành phần và tính chất của đá macma cũng bị biến đổi, khác với thành phần của macma . 2. Thế nằm của đá macma Theo đặc tính của môi trường nguội lạnh ,như hình dạng và kích thước của khe nứ t hình dạng của mặt đất cũng như tính nhớt của macma co các dạng thế nằm khác nhau.Vì vậy thế nằm của đá macma cho biết hình thù của khối đá. Đá xâm nhập: thường có thế nằm trên nền, dạng nấm, dạng lớp và dạng mạch Đá macma phun trào: có các dạng nằm chủ yếu như dạng lớp phủ dạng dòng chảy và dạng vòm . 3. Thành phần khoáng vật Các khoáng vật chủ yếu tạo nên đá macma tính theo hàm lượng bình quân là: fenpat 60%; thạch anh 12%, amfibon 17%; mica 4%. Hầu hết các khoáng vật tạo thành đá macma có mối liên quan hoá trị vững bền và được tạo thành ở điều kiện nhiệt độ cao. Do vậy, nhìn chung cường đô của các khoáng vậ t tương đối lớn nhưng đồng thời cũng kém ổn định hơn trong điều kiện khí quyển, dễ biến đổi thành các khoáng vật ổn định trên điều kiện trên mặt đất như:sét , các oxit Kết quả phân tích hoá học cho thấy khoáng vật của đá macma được tạo thành bỡi hầu hết các loại nguyên tố hoá học nhưng chủ yếu chỉ có: O, Si, Al, Ca, Mg, K, Na, H 4. Kiến trúc và cấu tạo của đá 4.1 Theo m ứ c độ k ết tinh có thể chia ra làm 4 loại kiến trúc chính: + Kiến trúc toàn tinh: tất cả các khoáng vật trong đá điều kết tinh, ranh giới phân cách giữa chúng rõ rệt có thể nhìn thấy bằng mắt thường (hình a). + Kiến trúc pocfia: chỉ thấy bằng mắt thường một số tinh thể lớn rải rác trên nền tinh thể rất nhỏ (vi tinh) hay không kết tinh (hình b). + Kiến trúc ẩn tinh: tinh thể rất nhỏ không thấy bằng mắt thường chỉ thấy bằng kính hiển vi. + Kiến trúc thuỷ tinh: đá không kết tinh (như thuỷ tinh núi lửa). 4.2 Dựa vào kích thước hạt chia ra: + Kiến trúc hạt lớn: khi kích thước hạt lớn hơn 5 mm. + Kiến trúc hạt vừa: khi có kích thước hạt từ 5÷ 2 mm. + Kiến trúc hạt nhỏ: từ 2 ÷ 0,2 và kiến trúc hạt mịn khi hạt nhỏ hơn 0,2mm. Mức độ kết tinh của khoáng vật phụ thuộc vào điều kiện đông nguội và thành phần của dung nham. 4.3 Dựa theo sự định hướng các thành phần khoáng vật trong không gian có thể chia ra: + Cấu tạo đồng nhất (hay cấu tạo khối ) + Cấu tạo dải ( hay cấu tạo dòng ). 4.4 Dựa theo mức độ hổng của đá chia ra: + Cấu tạo đặc sít ( trong đá không có lỗ hổng). + Cấu tạo lỗ hổng ( trong đá có lỗ hổng ) thường bắt gặp ở đá macma tạo thành gần hay trên mặt đấ, có sự thoát của khí và hơi nước từ dung nham. + Cấu tạo hạch nhân : các lỗ rỗíng được lấp đầy bởi các khoáng vật thứ sinh, liên quan với các dung dịch lưu thông trong đá. Cấu tạo đồng nhất đảm bảo sự đẳng hướng về tính chất vật lý và cơ học của đất đá. Các loại cấu tạo dải, cấu tạo lỗ hổng tạo ra tính dị hướng cũng như làm giảm cường độ, sự ổn định đối với phong hoá . Khi nguội lạnh macma sẽ co lại, giảm thể tích và tạo ra các khe nứt theo những qui luật nhất định. Những khe nứt đó gọi là khe nứt nguyên sinh và những khối nứt do những khe nức đó phân ra gọi là khối nức nguyên sinh. 5. Phân loại đá macma và đặc tính của một số loại đá macma chính Dựa vaòa thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, điều kiện hình thành và các tác động thứ sinh trong quá trình tồn tại của đá macma người ta chia ra các loại đá như sau: 5.1 Đá loại axit: phổ biến nhất là đá granit (xâm nhập ); pocfia thạch anh và liparit (phun trào). + Granit: thường có kiến trúc toàn tinh, cấu t ạo đồng nhâtú, đặc chắt vơiï thế nằm r ấ t đa dạng: nền, nấm, mạch Granit thường gặp vùng sông chảy ( tây Hà Giang, tây Băc Cạn, Sơn Dương ở Tuyên Quang ) Ở miền Nam granit thường gặp ở Nam Trung Bộ, Kon Tum. + Pocfia: thạch anh và liparit là đá phun trào có cùng thành phần với granit được phân bố ở Tam Lung (Lạng Sơn ), Tam Đảo(Vĩnh Phúc ), Kỳ Anh ( Hà Tĩnh ), Hữu Lũng (Lạng Sơn). 5.2 Đá loại trung tính: phổ biêïn nhất là sienit, điorit (xâm nhập); pocfirit, pocfia , ôctcla, anđesit (phun trào). 5.3 Đá loại bazơ: là loại đá tương đối phổ biến, nhất là đá phun trào. Trong nhóm này gabro là đá xâm nhập, còn điaba và bazan là đá phun trào. Giữa chúng không có sự khác nhau nhiều về thành phần hoá học nhưng khác nhau nhiều về kiến trúc. Ở nước ta có thể gặp gabro ở bảo Bảo Hà,Trái Hút (Yên Bái), Núi Chúa (Thái N guyên), Đắc lăk, Gia Lai, Điaba gặp ở Chi Lăng (Lạng Sơn), An Lạc (Cao Bằng), Cổ Định ( Thanh Hoá) Đá loại siêu bazơ thể xâm nhập có periđotit và đunit. Ơí nước ta, periđotit gặp ở vàng sông Mã, lưu vực Sông Đà, Ba Vì. Đunit gặp ở Cổ Định (Thanh Hoá), Tạ Khoa(Tây Bắc). II. Đá trầm tích 1. Sự hình thành: Tất cả các loại đá lộ ra trên bề mặt đất (kể cả đá macma rắn chắc ) đều chịu tác dung của các nhân tố quyển khí, quyển nước, quyển sinh vật.kết quả là đá bị phá huỷ. Một bộ phận hoà tan tạo thành dung dịch, bộ phận khác tạo thành mảnh vụn có kích thước khác nhau. Các vật liệu bị gió hoặc nước cuốn đi rồi tích tụ lại thành đ á trầm tích. Quá trình tạo thành đá trầm tích có thể chia ra làm 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: phá huỷ đá ban đầu và tạo nên các hạt vụn, dung dịch gọi là giai đoạn tạo vật liệu trầm tích. + Giai đoạn 2: dưới tác dụng củ gió và dòng nước vật liệu trầm tích được vận chuyển và tuyển lựa đưởc trầm đọng lại tạo thành các lớp hạt vụn hoặc bùn sét kết tủa dung dịch trầm tích mềm rời. + Giai đoạn 3: dưới tác dụng của áp lực trọng lực và các dung dịch kết tủa trong nước, trầm tích mềm rời được nén chặt hoăc gắn chặt lại tạo thành đá gọi là giai đoạn hoá đá của trầm tích. Dựa vào đặc tính vật liệu đá trầm tích có thể chia làm 3 loại: trầm tích vụn, trầm tích sét và trầm tích sinh hoá. + Trầm tích vụn: Sự tích đọng các vật liệu mảnh vụn cỏ kích thước khác nhau tạo nên trầm tích vụn hay trầm tích mềm rời. Khi trầm tích vụn được keo kết bỡi ximăng thiên nhiên hay được nén chặt thì được gọi là đá trầm tích vụn keo hay đá vụn rắn chắc. + Trầm tích sét : đại bộ phận được thành tạo trong nước do kết tủa, ngưng keo hay do các đá khác bị phân huỷ hoá lý với thành phần chủ yếu là các khoáng sét. + Trầm tích sinh hoá: thành do tác dụng sinh hóa hay do chính xác sinh vật tích đọng lại. Đặc trưng của loại này là có các di tích sinh vật xen kẹp lẫn lộn với trầm tích hoá học. 2. Thế nằm của đá trầm tích Quá trình hình thành đá trầm tích chịu ảnh hưởng rất nhiều của trường trọng lực. Bởi vậy, thế nằm dạng lớp song song nằm ngang là dạng phổ biến đối với đá trầm tích; thế nằm này đặc trưng cho môi trường trầm tích đồng nhất và yên tĩnh. Lớp xiên chéo, lớp vát nhọn thường gặp trong trầm tcíh gió và trầm tích cửa sông. Ơí nơi dòng nước uốn khúc thường hình thành thế nằ m hình dạng thấu kính. 3. Thành phần khoáng vật Về đại thể đá trầm tích có các khoáng vật sau: + Khoáng vật nguyên sinh: tức là các mảnh đá hay khoáng vật do bị phong hoá cơ học các loại đá có t ừ t r ước. Chúng là thành phần chủ yếu của đá t r ầm tích vụn (cuôi, sỏi, cát). Trong đó phổ b iến hơn là thạch anh sau đó đến fenpat + Khoáng vật thứ sinh: thành tạo từ khoáng vật nguyên sinh bị phân huỷ hoá học như các khoáng vật sét. + Khoáng vật thuần tuý: của đá trầm tích, hình thành do sự lắng đọng của dung dịch thật, sự ngưng keo có hay không có sự tham gia trực tiếp hay gián tiếp của sinh vật, như thạch cao, muối mỏ, glauconit, Chúng không có hoặc có rất ít trong đá mácma, nhưng lại là thành phần chủ yếu của đá trầm tích hoá học và sinh vật, là ximăng gắn kết trong đá trầm tích vụn cơ học. 4. Kiến trúc và cấu tạo đ á trầm tích Kiến trúc của đá trầm tích rất nhiều vẻ. Trong đá trầm tích có các loai liên kết: + Liên kết kết tinh: ở đá trầm tích hoá học + Liên kết ximăng: ở đá trầm tích vụn gắn kết + Liên kết nước: ở dạng đá mềm rời. Tính chất xây dựng của đá trầm tích vụn cơ học (gắn kết và chưa gắn kết) được quyết định bởi các kích thước của hạt. Tên của loại kiến trúc đó được gọi theo tên của cỡ hạt đó. Bảng III.1.Phân loại kiến trúc dựa vào kích thước hạt của đá trầm tích vụn cơ học. D ựa vào hình thức gắn kết người ta chia ra các loại gắn kết sau: + Gắn kết cơ sở : các hạt nằm trong chất kết dính không tiếp xúc với nhau (các hạt đóng vai trò chất độn ). Cường độ và tính chất của đá chủ yếu phụ thuộc vào cường độ và tính chất của ximăng. + Gắn kết lấp đầy: các hạt tiếp xúc nhau, lỗ hổng giữa các hạt được lấp đầy bằng chấ t kết dính. + Gắn kết tiếp xúc: các chất gắn kết chỉ có ở chỗ tiếp xúc giữa các hạt; trong đá có nhiều lỗ hổng. Cấu tạo của đá trầm tích phổ biến có dạng: khối, dòng và phân lớp. + Cấu tạo khối: là cấu tạo các hạt xếp lộn xộn. Chúng hình thành do trầm tích lắng đọng nhanh, vật liệu vận chuyển tới liên tục, nước lôi cuốn bị khuấy động. Cấu tạo này làm cho đá đồng nhất, bền vững. + Cấu tạo dòng: khi các hạt sắp xếp, định hướn g theo phươn g dòn g chả y , hướn g g ió Đá Tên g ọi các hạt vụn Đườn g kính hạt (mm) Loại kiến trúc Đá hộc, đá lăn Dăm , cuội Sạn , sỏi Cát Hạt bột Hạt sét >200 200÷20 20÷2 2÷0,05 0,05÷0,005 <0,005 Kiến trúc hòn lớn Kiến trúc hạt dăm (cuội) Kiến trúc hạt sạn (sỏi) Kiến trúc hạt cát Kiến trúc hạt bột Kiến trúc hạt sét t r ầm tích có dị tính hướng. + Cấu tạo lớp: là cấu tạo đặc trưng của đá trầm tích. Các lớp có thể khác nhau về thành p hân khoáng vật, thành phần hạt, các tạp chất phát sinh do sự thay đổi trầm tích có chu kỳ hay bị gián đoạn. 5. Phân loại đá trầm tích Hiện nay có rất nhiều cách phân loại đá trầm tích với nhiều mức độ chi tiết khác nhau. Theo nguồn gốc và theo điều kiện hình thành, người ta chia đá trầm tích ra làm ba loại là trầm tích vụn cơ học, trầm tích sét và trầm tích sinh hoá. + Trầm tích vụn cơ học và sét: có trầm tích mềm rời và trầm tích gắn kết. Trong trầm tích mềm rời người ta chia ra mềm rời không dính như cuội, sỏi, cát, và trầm tích mềm dính như đất sét pha, đất sét + Trầm tích sinh hoá: người ta phân loại đá trầm tích sinh hoá theo thành phần hoá học. Trong đó có đá vôi, đá vôi vỏ, đá vôi san hô, đá vôi chứa sét Ở nước ta đá vôi phân bố rộng rãi trên các dải núi ở khu Đông Bắc; khu Tây Bắc kéo dài từ Sơn La, Mộc Châu qua Hoà Bình về tới Thanh Hoá. Ngoài ra còn rải rác ở Nghệ An, Quảng Bình Ở miền nam thì ít hơn, chỉ thấy ở cực Tây Nam Bộ. III. Đá biến chất 1. Sự hình thành Đá biến chất là do đá mác ma hay trầm tích dưới tác dụng của nhiệt độ cao, áp lực lớn hay do các phản ứng hoá học với mác ma, bị biến đổi mạnh về thành phần và tính chất mà thành. Căn cứ vào các nhân ố gây bién chất phân ra: + Biến chất tiếp xúc: xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa mác ma nóng chảy và đất đá quây quanh. + Biến chất động lực: xảy ra do các tác dụng của áp lực cao sinh ra trong quá trình kiến tạo làm cho đất đá bị mất nước, giảm lỗ rỗng liên kết chặt hơn. +Biến chất khu vực: là loại biến chất sảy ra ở dưới sâu dưới tác dụng của đồng thời của áp lực lớn và nhiệt độ cao. 2. Thế nằm của đá biến chất. Đá biến chất có thế nằm giống với đá ban đầu đã tạo ra nó: dạng lớp của đá trầm tích; dạng nấm, dạng mạch(dạng của đá mác ma). Đá biến chất tiếp xúc có thế nằm riêng, nó thường ở dạng vành đai có các mức độ biến chất khác nhau bao quanh khối mác ma gây ra biến chất. Do vậy có thể gây ra sự không đồng nhấ t về tính chất vật lý và cơ học. 3. Thành phần khoáng vật của đá biến chất. Thành phần khoáng vật của đá biến chất gần giống với thành phần khoáng vật của đá mác ma, ngoài ra còn có thêm một số loại khoáng vật khác như granat, disten Các khoáng vật của đá biến chất có cường độ cao, nhưng kém ổn đinh dưới tác dụng của p hong hoá; một số khoáng vật do có tinh thể dạng tấm, dạng vảy hoặc có tính trơn trượt đã làm giảm nhiều cường độ của đá biến chất. 4. Kiến trúc và cấu tạo đá biến chất Kiến trúc của đá biến chất có các loại sau: kiến trúc biến tinh, kiến trúc milônít và kiến trúc vảy. Cấu tạo đá biến chất có rất nhiều khác biệt so với các loại đá khác, vì vậy nó có ý nghĩa lớn đến việc xác định đá và ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đá. Có thể nêu ra các loại cấu tạo sau: cấu tạo khối, cấu tạo gơ nai, cấu tạo phiến. 5. Phân loại đá biến chất và đặc tính của một số đá biến chất Dựa vào cấu tạo chia ra các loại sau: + Đá có cấu tạo gơnai tiêu biểu là đá gơ nai, loại đá này do đá mác ma hay đá trầm tích biến chất tạo thành. Ở nước ta gơnai gặp ở núi Gôi (Nam Định), Cao Nguyên Kon Tum, Đắc Lắc, Plây cu. + Đá có cấu tạo phiến tiêu biểu là đá philít và đá phiến. Philít do đất sét tạo thành. Đá p hiến có cấu tạo phiến, nhiều khi dạng phiến phân biệt không rõ rệt, nhất là khi hàm lượng thạch anh trong đá tăng lên. + Đá có cấu tạo khối: tiêu biểu là quaczit và đá hoa. Quazit thường gặp ở Tuần Giáo (Điện Biên), Kon Tum, Đà Lạt Đá hoa ở Kẻ Sở (Hà Nam), Phaxnipăng, Đông Sơn (Thanh Hoá), p lâycu Cũng cần chú ý rằng đá biến chất do đá mác ma và đá trầm tích tạo thành. Tuỳ theo mức độ và thời gian tác động các yếu tố gây biến chất mà đá có các mức độ biến chất khác nhau, cho nên việc phân loại gặp khó khăn. IV. Tính chất xây dựng của đất đá 1. Khái quát chung Đất đá có mặt hầu hết các nơi trong vỏ quả đất. Đó là những khoáng vật chứa một hay nhiều khoáng vật khác nhau. Chúng có thể sử dụng trực tiếp hoặc qua gia công cơ học. Từ xa xưa đất đá được sử dụng phổ biến trong xây dựng, vì là vật liệu địa phương giá thành tương đối thấp, dễ dàng khai thác và sử dụng, đá có khả năng chịu nén cao, khả năng trang trí tốt, bền vững trong môi trường sử dụng 2.Tính chất xây dựng của một số loại đất đá. 2.1 Đá mác ma Đá granít: thường có màu vàng tro nhạt, vàng nhạt hoặc màu hồng, các màu này xen lấn những chấm đen. Đây là loại đá rất đặt, khối lượng thể tích 2600kG/m 3 , khối lượng riêng 2700kG/cm 3 , cường độ chịu nén cao 1200 ÷ 2500kG/cm 2 , độ cứng 6 ÷ 7, khả năng chống p hong hoá r ất cao, độ chịu lửa kém. Đá granít được sử dụng rộng rãi trong xây dựng như: ốp lát, xây tường, trụ cho các công trình Đá grabô: khối lượng thể tích lớn 2000 ÷ 3500 kG/m 3 , là loại đá đặt chắc có khả năng chịu nén cao2000 ÷ 2800kG/cm 2 . Đá grabô được sử dụng làm đá dăm, đá tấm để lát mặ t đường và ốp các công trình kiến trúc. Đá bazan: là loại đá rất nặng trong đá mác ma, cường độ chịu nén cao từ 1000 ÷ 5000 kG/cm 2 , rất cứng, giòn, khả năng chống phong hoá cao, rất khó gia công. Trong xây dựng đá bazan được sử dụng làm đá dăm, đá tấm lát mặt đường hoặc tấm ốp. 2.2 Đá trầm tích + Cát, sỏi: là loại đá trầm tích cơ học được khai thác trong thiên nhiên để chế tạo vữa, bêtông + Đất sét: là loại đá trầm tích có độ dẻo cao khi nhào trộn với nước, là nguyên liệu để sản xuất gạch, ngói, ximăng. +Thạch cao: được sử dụng để sản xuất chất kết dính bột thạch cao xây dựng. + Đá vôi: gồm có hai loại là đá vôi rỗng và đá vôi đặt. Các loại đá vôi rỗng thường dùng để sản xuất vôi hoặc các cốt liệu cho bêtông nhẹ. Đá vôi đặt thường dùng để sản xuất vôi, ximăng. Một số loại có màu đẹp thì dùng để trang trí. 2.3 Đá biến chất: có khối lượng riêng và khối lượng thể tích xấp xỉ nhau. Khối lượng thể tích quyết định các tính chất chủ yếu của đá như độ đặc, cường độ chịu lực và tính bền. + Đá hoa có cường độ thay đổi tuỳ theo thành phần t ạp chất, bị phong hoá r ất mau, tính chống phong hoá và tính chống nước kém, cho nên không thích hợp làm nền cho các công trình thuỷ công. + Đá phiến dễ bị phong hoá và trượt theo mặt phiến. . rộng rãi trong xây dựng như: ốp lát, xây tường, trụ cho các công trình Đá grabô: khối lượng thể tích lớn 2000 ÷ 35 00 kG/m 3 , là loại đá đặt chắc có khả năng chịu nén cao2000 ÷ 2800kG/cm 2 hình dạng thấu kính. 3. Thành phần khoáng vật Về đại thể đá trầm tích có các khoáng vật sau: + Khoáng vật nguyên sinh: tức là các mảnh đá hay khoáng vật do bị phong hoá cơ học các loại đá có. kiến trúc dựa vào kích thước hạt của đá trầm tích vụn cơ học. D ựa vào hình thức gắn kết người ta chia ra các loại gắn kết sau: + Gắn kết cơ sở : các hạt nằm trong chất kết dính không tiếp xúc