dùng cho các khoa kĩ thuật, là một trong những tài liệu hay về địa chất công trình, góp phần giúp các bạn hiểu sau về môn học, đồng thời phục vụ cho các môn học tiếp theo và đời sống như môn vật liệu xây dựng, cơ đất và nền móng, thủy lực, thủy văn, cơ học kết cấu...
Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 1/67 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU I.1. Địa chất công trình và nhiệm vụ của nó I.1.1 Định nghĩa : - Địa chất công trình là môn học nghiên cứu điều kiện địa chất để xây dựng các công trình khác nhau và đưa vào sử dụng có hiệu quả và ổn định. - Các điều kiện ĐCCT 1. Điều kiện địa mạo. 2. Điều kiện cấu trúc địa chất 3. Điều kiện các tác động địa chất 4. Điều kiện địa chất thủy văn 5. Điều kiện vật liệu xây dựng. I.1.2 Nhiệm vụ của địa chất công trình : - Xác định các điều kiện địa chất của khu vực xây dựng, so sánh, lựa chọn vị trí thích hợp cho công trình. - Nêu lên các điều kiện thi công, dự đoán các hiện tượng địa chất có thể xảy ra khi thi công hay sử dụng công trình. - Đề ra các biện pháp phòng ngừa và cải tạo các điều kiện địa chất không có lợi cho công trình. - Cho biết khả năng cung cấp vật liệu xây d ựng tại địa phương phục vụ cho xây dựng công trình. I.2. Nội dung của Địa chất công trình Địa chất công trình nghiên cứu những vấn đề cơ bản sau : - Nghiên cứu đất đá làm nền thiên nhiên, môi trường và vật liệu xây dựng cho các công trình - Nghiên cứu các hoạt động địa chất hiện đại (hiện tượng trượt đất, đất chảy, xói mòn, cactơ, phong hóa…) ,tìm hiểu nguyên nhân phát sinh và điều kiện phát triển để đề ra biện pháp xử lý trong khi xây dựng, sử dụng và khai thác công trình. - Nghiên cứu nước dướ i đất để khắc phục các khó khăn do nước gây ra trong khi thiết kế và thi công các công trình - Nghiên cứu các phương pháp khảo sát ĐCCT. - Nghiên cứu địa chất công trình xây dựng để lập quy hoạch các khu vực xây dựng các công trình khác nhau như dân dụng công nghiệp, cầu dường, các công trình thủy lợi… I.3. Phương pháp nghiên cứu địa chất công trình Mỗi môn học được phân biệt không những bởi đối tượng nghiên cứu mà còn bởi các phương pháp mà môn học đó sử dụng để thực hiện nhiệm vụ của nó đã đặt ra. Khi nghiên cứu ĐCCT người ta thường sử dụng tổng hợp 3 loại phương pháp chủ yếu sau đây : 1. Phương pháp địa chất học - Đây là phương pháp quan trọng nhất và cho kết quả sát thực nhất trong việc nghiên cứu ĐCCT - Tìm hiểu sự phát triển các hiện tượng địa chất trong quá khứ có liên quan đến sự thành tạo các dạng địa hình, tính chất của đất đá và quy luật phân bố sắp xếp của nó ở trong khu vực. Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 2/67 Từ đó có thể đánh giá đúng đắn những điều kiện địa chất của khu vực xây dựng công trình và dự báo sự thay đổi những điều kiện đó dưới tác dụng của công trình, địa chất công trình - Khi thực hiện pp này ngoài việc phải thực hiện các công tác khoan đào vào các tầng đá để thu thập các tài liệu về các điều kiện địa chất mà còn phải tiến hành thí nghiệm trong phòng và ngoài trời để xác định các đặc trưng cơ lý của đất đá. 2. Phương pháp tính toán lý thuyết - Lập các phương trình toán học để thể hiện bản chất vật lý của các hiện tượng địa chất, các đặc trưng vật lý, cơ học của đất đá. - Vì không phải lúc nào cũng có thể quan trắc hay dùng các phương pháp thực nghiệm để xác định bản chất vật lý – cơ học của đất đá ở những khu vực có địa hình phức tạp. Pp này có thể cho kế t quả nhanh chóng và khá chính xác. Người ta thường dùng pp này để tính toán mức độ ổn định, độ lún của công trình, lượng nứơc chảy vào hố móng, mức độ ổn định của mái dốc, tốc độ tái tạo bờ … 3. Phương pháp thí nghiệm mô hình và tương tự địa chất - Được áp dụng trong trường hợp liên quan đến qui mô của công trình thiết kế hoặc tính chất phức tạp của điều kiện địa chất. - Pp thí nghiệm mô hình là lập mô hình trong phòng thí nghiệm hoặc ngoài trời dựa trên sự tương đồng giữa môi trường địa chất tự nhiên của khu vực xây dựng và môi trường vật lý có điều kiện tương tự. Pp này giúp ta nghiên cứu được chuẩn xác hơn các hiệ n tượng địa chất sẽ xảy ra trong quá trình thi công và khai thác … - Pp tương tự địa chất là sử dụng các tài liệu địa chất của khu vực đã được nghiên cứu đầy đủ cho khu vực có điểu kiện địa chất tương tự. Pp này có tính chất kinh nghiệm dựa trên nguyên lý “đất đá được hình thành trong cùng điều kiện, trải qua các quá trình địa chất như nhau thì có các đặc trưng vật lý, cơ học … tương tự nhau. Khoa Cơng Trình Tài liệu Địa chất cơng trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 3/67 CHƯƠNG II : ĐẤT ĐÁ II.1. Vỏ quả đất và các hiện tượng địa chất diễn ra trong đó II.1.1 Cấu trúc bên trong của Trái đất - Quả đất có hình cầu, ở xích đạo phình ra, 2 cực hơi dẹt đi, do tốc độ quay của quả đất quanh trục bắc-nam khá lớn. - Bề mặt quả đất lồi lõm bất thường, nơi nhơ lên tạo thành các dãy núi, và nơi lõm sâu tạo thành các đại dương. Nơi lồi nhất là đỉnh Chomolungma của dãy Hymalaya cao 8890m, nơi lõm nhất là là hố đại dương Marian sâu khoảng 11.034m. o Khí quyển Trái Đất : là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất và được giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất. o Thủy quyển : bao gồm các biển, đại dương, hồ, sơng suối, chiếm ¾ bề mặt quả đất. Ngồi ra còn nước trong các lỗ rỗng và khe nứt của đất đá – nước dưới đất. - Vỏ Trái đất được chia thành các quyển đồng tâm. o Quyển ngồi cùng của quả đất là quyển đất đá, hay còn gọi là vỏ quả đất, có bề dày trung bình khoảng 35km. Ở quyển này chủ yếu là đá macma rồi đến đá biến chất, đá trầm tích. Vỏ TĐ chiếm khoảng 1% thể tích và 0.5% khối lượng của TĐ. Bề dày vỏ quả đất thay đổi như sau : Ở đáy đại dương : vỏ quả đất có bề dày từ 8-10km Ở các vùng đồng bằng : vỏ quả đất có bề dày thay đổi từ 30-40km Ở các vùng núi cao : vỏ quả đất có bề dày thay đổi từ 55-75km o Dưới đó là quyển manti phân bố từ lớp vỏ đến độ sâu 2900km. Quyển này chiếm 83% thể tích và 67% khối lượng TĐ.Quyển manti ở thể rắn, vật chất là các dạng hợp chất oxit silic, oxit mangan và oxit sắt. Manti được phân ra 2 loại như sau : Manti trên : phân bố từ lớp vỏ quả đất đến độ sâu 800km, đây chính là nguồn nhiệt lớn bên trong của vỏ quả đất do lượng ngun tố phóng xạ phân hủy lớn. Manti dưới : phân bố ở độ sâu từ 800-2900km, do lớp vật chất này phân bố sâu và ở trạng thái nén chặt nên có nhiệt độ cao (2800-3800 0 C) và áp lực lớn (100.000-1.300.000at) o Nhân quả đất nằm ở trung tâm có độ sâu trên 2900km. Nhân quả đất được cấu tạo chủ yếu từ các hợp chất của sắt và niken. Áp suất ở trung tâm quả đất rất cao (từ 3,5triệu at) và nhiệt độ rất lớn (4000 0 C). Hiện nay, người ta vẫn chưa có nghiên cứu chính xác về nhân quả đất. vỏ : dày 8-10km : ở đáy đại dương 30-40km : ở đồng bằng 55-75km : ở vùng núi manti : từ vỏ đến độ sâu 2900km nhân : 2900-6370km II.1.2 Các trườngvật lý đang hoạt động của trái đất Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 4/67 - Do sự vận động, sự phân bố và thuộc tính của các vật chất trong và ngoài quả đất mà hình thành nên các trường vật lý cơ bản như trọng trường, từ trường, trường nhiệt … o Trường nhiệt : TĐ nhận được 2 nguồn nhiệt chủ yếu, một từ mặt trời (ngoại nhiệt) và một nguồn từ lòng TĐ toả ra (nội nhiệt). Ngoại nhiệt chủ yếu sinh ra do ánh sáng mặt trời hun nóng phần bên trên vỏ trái đất. Nó thay đổi theo thời gian và không gian. Ảnh hưởng của nhiệt mặt trời không sâu lắm, khoảng vài chục mét về chiều sâu. Vào sâu trong lòng trái đất là chịu ảnh hưởng của nội nhiệt. Nguồn nhiệt này sinh ra do các phản ứng hóa học, hạt nhân…. (các nguyên tố phóng xạ khi hoạt động sẽ ở nhiệt độ rất cao) o Trường từ : Quả đất là một nam châm khổng lồ có 2 cực Bắc Nam gần trùng với 2 địa cực. Hiện tại địa cực từ gần trùng với cực địa lý. Ở những vùng phân bố đá hay quặng từ tính cao sẽ hình thành từ tính bất thường. Nguyên nhân của từ trường Trái đất : sự đối lưu của lớp nhân ngoài và sự tự quay của TĐ đã tạo ra từ trường TĐ. Và phần nhân nóng để duy trì từ trường và ổn định từ trường sinh ra bởi lớp lõi ngoài lỏng. o Trọng trường Một vật trên mặt đất chịu sự tác động của 2 lực : lực hút của TĐ, lực ly tâm sinh ra do sự tự quay của TĐ. Trọng lực chính là tập hợp của 2 lực đó, do bán kính của TĐ ở cực ngắn hơn ở xích đạo nên trọng lực tăng dần từ cực đến xích đạo. ω F g → + → = → Với 2 R M. m G.F = Trong đó F : lực hấp dẫn giữa hai vật thể M, m : khối lượng R : khoảng cách giữa 2 vật G : hằng số hấp dẫn vũ trụ II.1.3 Các hiện tượng địa chất đang xảy ra trong TĐ - Hiện tượng mắcma : là hiện tượng các khối dung nham nóng chảy ở sâu trong lòng đất theo các khe nứt dâng lên xâm nhập vào phần trên của vỏ trái đất hay phun trào lên trên mặt đất. - Hiện tượng kiến tạo : là hiện tượng xảy ra do nội động lực phát sinh trong vỏ trái đất làm thay đổi cấu trúc các lớp đất đá cấu tạo nên vỏ trái đất, tách vỏ trái đất thành nhiều mảng và các mảng này tương tác với nhau để tạo nên các dạng địa hình trên trái đất. - Hiện tượng xâm thực : các hoạt động địa chất - địa lí ngoại sinh làm mất đi một phần hay toàn bộ đất đá trên bề mặt, dẫn tới sự hạ thấp địa hình. Quá trình xâm thực diễn ra do các tác nhân chủ yếu sau: 1) Tác nhân cơ học - lực của dòng chảy phá huỷ, xói lở, mài mòn đá và cuốn trôi đá vụn theo dòng nước; 2) Tác nhân hoá học - nước hoà tan đá và các sản phẩm phong hoá rồi cuốn trôi đi, do đó đá gốc cũng bị mòn nhanh chóng. - Hiện tượng trầm tích : là sự phá huỷ cơ học và hoá học các đá do tác dụng của các nhân tố khác nhau trên mặt hoặc ở phần trên cùng của vỏ TĐ tạo ra các sản phẩm phá huỷ. Sản phẩm này được gió, nước, băng hà mang đi và tích đọng lại ở biển, hồ và 1 phần lắng đọng trên đường vận chuyển gọi là hiện tượng trầm tích. Khoa Cơng Trình Tài liệu Địa chất cơng trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 5/67 II.2. Khống vật và khống vật tạo đá II.2.1 Khái niệm - Khống vật là những hợp chất hóa học hoặc các ngun tố tự sinh được hình thành trong q trình lý-hóa xảy ra bên trong hay phía trên của vỏ trái đất. - Khống vật trong thiên nhiên có ở thể khí (khí H 2 S, CO 2 …), thể lỏng (nước, thuỷ ngân…), thể rắn (thạch anh, fenpat, mica…). Khống vật rắn hầu hết ở trạng thái kết tinh (tinh thể). - Trong số 3000 khống vật, chỉ có hơn 50 khống vật tham gia tạo đá. Các khống vật này gọi là khống vật tạo đá. - Tùy thuộc vào vai trò của các ngun tố cấu tạo nên khống vật ta có thể chia ra khống vật chính và khống vật phụ. o Khống vật chính đóng vai trò chủ yếu trong việc cấu tạo nên đất đá. Cường độ và tính chất của đất đá chủ yếu do cường độ và tính chất của loại khống vật này quyết định o Khống vật phụ chiếm hàm lượng nhỏ hơn (có một số khống vật là khóang vật chính của đá này nhưng có khi là khóang vật phụ của đá khác) - Theo nguồn gốc hình thành, khống vật được chia ra khống vật ngun sinh và khống vật thứ sinh. o Khống vật ngun sinh : được thành tạo do sự nguội lạnh của macma hoặc do kết tủa từ dung dịch. o Khống vật thứ sinh : được thành tạo từ những khống vật khác (do phản ứng hóa học của nước với khống vật ngun sinh, do tác dụng của áp suất, do nhiệt độ cao …) - Theo mục đích xây dựng, khống vật được phân loại dựa trên các dạng liên kết hóa học của nó. Bởi vì đặc trưng cấu tạo tinh thể và bản chất mối liên kết hóa học giữa các ngun tử quyết định nhiều tính chất vật lý và cơ học rất quan trọng. II.2.2 Một số đặc tính của khống vật a. Hình dạng tinh thể của khống vật - Dạng tinh thể của khống vật : tinh thể là những vật rắn trong đó các phần tử nhỏ sắp xếp theo 1 quy luật đều đặn tạo thành dạng khơng gian - Tính đối xứng của tinh thể bao gồm: o Tâm đối xứng: (C) là một điểm tưởng tượng nằm trong tinh thể, mà tại điểm đó mọi đường thẳng đi qua nó, nằm trong giới hạn tinh thể được chia làm hai phần bằng nhau o Trục đối xứng: (L) là một trục tưởng tượng đi qua tinh thể để khi quay tinh thể theo một góc cố đònh xung quanh trục thì lặp lại tất cả các yếu tố của tinh thể như vò trí ban đầu. o Mặt phẳng đối xứng: (P) là mặt phẳng tưởng tượng đi qua tinh thể, chia đôi tinh thể ra hai phần bằng nhau, mọi yếu tố của tinh thể ở hai phần đều đối xứng nhau qua mặt phẳng đối xứng tựa như ảnh của một vật qua gương. Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 6/67 - Bảng phân loại hệ thống tinh thể b. Màu của khoáng vật - Màu của khoáng vật chủ yếu do thành phần hóa học và các tạp chất trong nó quyết định. - Khi quan sát màu khoáng vật cần chú ý đến điều kiện ánh sáng, trạng thái của khoáng vật Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 7/67 - Tuy nhiên, dấu hiệu đáng tin cậy hơn nhận biết màu của khoáng vật là màu của bột khoáng vật. Chỉ cần vạch một khoáng vật trên một tấm sứ nhám, chúng sẽ để lại một vệt dài có màu đặc trưng cho bột khoáng vật ấy. c. Độ trong suốt và ánh của khoáng vật - Độ trong suốt là khả năng của vật thể khi cho ánh sáng đi xuyên qua. - Khi ánh sáng chiếu vào môi trường khác nhau sẽ bị khúc xạ, thay đổi tốc độ và tiêu hao năng lượng. Một phần ánh sáng chiếu lên khoáng vật sẽ bị phản xạ trở lại trên mặt khoáng vật để tạo thành ánh của khoáng vật. - Các loại ánh đặc trưng của khoáng vật : o Ánh kim : khi sự phản xạ của ánh sáng trên bề m ặt cao, đó là các khoáng vật mờ đục, có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh. Ví dụ : những kim loại trong tự nhiên như vàng, bạc, …có các biểu hiện liên quan đến kim loại vì chúng có ánh kim. o Ánh phi kim : trên các khoáng vật còn lại có nhiều dạng ánh phi kim khác nhau. Ánh phản xạ lấp lánh của kim cương gọi là ánh kim cương; thủy tinh thông thường, thạch anh có ánh thủy tinh; một số khoáng vật khác được mô tả như là ánh mỡ, ánh đất, ánh tơ … d. Tính cát khai và vết vỡ - Tính cát khai (dễ tách) của khoáng vật là khả năng bị tách ra của các hạt tinh thể hay hạt kết tinh theo các mặt song song. Có các mức độ dễ tách như sau : o Cát khai rất hoàn toàn : tinh thể có khả năng tách ra rất dễ dàng bằng tay o Cát khai hoàn toàn : dùng các loại vật dụng (như búa …) tác dụng vào tinh thể và nó sẽ vỡ ra theo các mặt tách tương đối bằng phẳng o Cát khai trung bình : trên những mặt vỡ của tinh thể, vừa thấy các mặt tách tương đối hoàn chỉnh, vừa thấy vết vỡ không bằng phẳng theo các phương khác nhau o Cát khai không hoàn toàn : tinh thể khó tách ra, thường thấy các vết vỡ không có quy tắc - Vết vỡ : là các mặt vỡ không theo quy tắc của khoáng vật khi bị đập vỡ. Phần lớn các vết vỡ tương đối gồ ghề và bất quy tắc. Dựa theo hình dạng vết vỡ có thể chia ra : o Vết vỡ phẳng : vỡ theo các mặt dễ tách. o Vết vỡ dạng vỏ sò : vết vỡ của thạch anh o Vết vỡ dạng đất : vết vỡ tựa như đất bột, ví dụ như vết vỡ của Kaolinit. o Vết vỡ sần sùi : bề mặt vết vỡ sần sùi như vết vỡ của thạch anh dạng trụ. e. Độ cứng của khoáng vật - Độ cứng là khả năng chống lại tác dụng cơ học bên ngoài lên bề mặt của khoáng vật. Tính chất này có liên quan đến kiến trúc và sự liên kết giữa các chất điểm của khoáng vật. Sự liên kết này cáng chắc thì độ cứng càng cao. - Để đánh giá độ cứng tương đối của khoáng vật, người ta dùng thang độ cứng Mohs gồm 10 cấp độ, sắp xếp theo chiều tăng độ cứng, mỗi cấp độ được đại diện bằng một khoáng vật phổ biến. 1. Tan Mg 3 [Si 4 O 10 ][OH] 2 2. Thạch cao CaSO 4 .2H 2 O 3. Canxit CaCO 3 4. Flourit CaF 2 5. Apatit Ca 3 [PO 4 ] 3 (F,Cl,OH) 6. Octocla K[AlSi 3 O 8 ] 7. Thạch anh SiO 2 8. Topaz Al 2 [SiO 4 ][F,OH] 2 9. Corindon Al 2 O 3 10. Kim cương C Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 8/67 - Độ cứng tuyệt đối được xác định bằng máy rất khó khăn (độ cứng tuyệt đối của Tan - 2,4kG/mm 2 ; Canxit - 109 kG/mm 2 ; Thạch anh - 1120 kG/mm 2 ; Kim cương - 10060 kG/mm 2 ). - Những điều cần chú ý : o Không dùng thang Mohs để so sánh độ cứng A hơn độ cứng B mấy lần. Để xác định được phải dùng độ cứng tuyệt đối. o Hầu như các khoáng vật có độ cứng từ 2-7. Các khoáng vật tạo đá thường có độ cứng nhỏ hơn 7. Đá chứa khoáng vật có độ cứng cao thì thường có cường độ lớn. f. Tỷ trọng của khoáng vật - Tỷ trọng của khoáng vật được biểu diễn bằng tỉ số giữa trong lượng khoáng vật chia cho trọng lượng của thể tích nước tương đương. - Tỷ trọng của khoáng vật thay đổi trong phạm vi tương đối lớn và được chia thành 3 nhóm : nhẹ (Δ<2,5); trung bình (2,5< Δ<4); nặng (Δ >4). - Ta có bảng sau biểu thị tỷ trọng của một số khoáng vật tạo đá chính Khoáng vật Tỷ trọng Khoáng vật Tỷ trọng Thạch anh Canxit Đolomit Anđihit Thạch cao Octocla 2,65-2,66 2,71-2,72 2,80-2,90 2,50-2,70 2,30-2,40 2,50-2,62 Plagiocla Muscovit Biotit Piroxen Ambifon Olivin 2,60-2,78 2,50-3,10 2,69-3,40 3,20-3,60 2,99-3,47 3,18-3,45 - Tỷ trọng phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của tinh thể. Tỷ trọng lớn khi khoáng vật chứa nguyên tố nặng và có sự sắp xếp nguyên tử chặt. g. Các tính chất khác - Có một số tính chất khác có thể hữu ích trong việc nhận biết một số khoáng vật đặc biệt. Ví dụ như : từ tính, tính phóng xạ, vị, mùi, hoặc xúc giác. - Manhetit là một khoáng vật chứa sắt nên có từ tính cao, gọi là nam châm tự nhiên. II.2.3 Phân loại khoáng vật a. Phân loại khoáng vật theo kiểu liên kết hóa học: - Các liên kết thường gặp trong chất kết tinh o Liên kết cộng hóa trị : o Liên kết ion : o Liên kết Hydro o Liên kết Vandecvan b. Phân loại khoáng vật theo thành phần hóa học : - Thành phần của hầu hết các khoáng vật tạo đá phổ biến được giới hạn bởi sự phong phú của các nguyên tố trong vỏ trái đất - Thực tế chỉ có 8 nguyên tố cấu tạo nên khoảng 98% trọng lượng của vỏ trái đất. Lượng chứa các nguyên tố trong vỏ trái đất như sau : Oxy (O)_46,6%; Silic (Si)_ 27,27%; Nhôm (Al)_8,13%; Sắt (Fe)_5%; Canxi (Ca)_3,63%; Natri (Na)_2,83%; Kali (K)_2,59%; Manhê (Mg)_2,09%. Các khoáng vật là thành viên của nhóm được đặc trưng bởi những kết hợp của các nguyên tố trên. - Khoáng vật được phân loại thành các lớp và các lớp này được phân nhỏ thành các nhóm dựa vào cấu trúc bên trong của nó. Gồm 9 lớp như sau : 1. Lớp nguyên tố tự sinh : Cu, Au … 2. Lớp oxit và hydroxit : Fe 3 O 4 , SiO 2 , FeOH … 3. Lớp cacbonat (muối của axit cacbonic) : CaCO 3 , Dolomit (Ca,Mg)[CO 3 ] 2 … 4. Lớp sunfat (muối của axit sunfuric) : thạch cao CaSO 4 .2H 2 O … Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 9/67 5. Lớp sunfua (hợp chất của lưu huỳnh) : pirit sắt FeS 2 … 6. Lớp halogenua (muối của các axit halogenhidric): halit NaCl … 7. Lớp photphat (muối của axit phophoric) : photphat CaP 2 O 5 … 8. Lớp silicat (muối của axit silicic) : octocla K[AlSi 3 O 8 ] 9. Hợp chất hữu cơ : metan CH 4 … - Sau đây là mô tả một số khoáng vật tạo đá chủ yếu : Lớp silicat : đây là lớp khoáng vật quan trọng, có số lượng lớn nhất và phổ biến trong tự nhiên, là khoáng vật tạo đá macma, đá biến chất trao đổi và cả đá trầm tích. Trong các silicat mỗi ion Si +4 bao giờ cũng nằm giữa 4 ion O -2 ở các góc của mỗi tứ diện. Tứ diện [SiO 4 ] -4 là đơn vị kiến trúc cơ sở của silicat. Các nhóm được phân biệt bởi sự sắp xếp của khối tứ diện cơ sở này. 1. Khối tứ diện độc lập với nhau Nhóm olivin : (Mg,Fe) 2 SiO 4 được đặc trưng bởi khối tứ diện silic độc lập và các ion Mg +2 (hoặc Fe +2 ) cách đều nhau 2. Khối tứ diện độc lập và oxi tham gia liên kết tạo thành chuỗi Nhóm piroxen (chuỗi đơn) : Ca(Mg,Fe,Al)[(SiAl) 2 O 6 ] : chuỗi đơn các khối tứ diện silic được ràng buộc với nhau bởi các ion Ca +2 và Mg +2 . Nhóm amfibon (chuỗi kép) : Ca 2 Na(Mg,Fe) 4 (Al,Fe)[(Si,Al) 4 O 11 ] 2 [OH] 2 3. Khối tứ diện liên kết theo 2 phương (silicat tấm) : Tấm tứ diện : là các tấm mỏng gồm các khối tứ diện silic mà trong đó 3 ion oxi được chia sẻ với các khối tứ diện lân cận. Tấm bát diện : là các tấm mỏng chứa các cation nhôm, manhê, hoặc các cation được tạo nên bởi 6 ion oxi của các nhóm hydroxit. − Nhóm khoáng vật sét : thành phần chủ yếu là đất sét và đất loại sét. Phổ biến và đặc trưng nhất trong nhóm này là o Kaolinit : Al 4 [Si 4 O 10 ][OH] 6 o Monmorilonit : (Al,Mg) 2 [Si 4 O 10 ][OH] 2 .nH 2 O o Ilit : [(Si,Al) 4 O 10 ][OH].nH 2 O − Nhóm khoáng vật mica : có thành phần hóa học phức tạp và có đặc điểm là dễ tách hoàn toàn . o Biotit : K(Mg,Fe) 3 [AlSi 3 O 10 ][OH] 2 o Muscovit : KAl 2 [AlSi 3 O 10 ][OH] 2 4. Khối tứ diện liên kết theo 3 phương (silicat khung) Nhóm fenspat : trong thành phần hóa học của khối tứ diện, các ion Al 3+ thay thế cho Si 4+ . − Plagiocla : các khoáng vật gồm hỗn hợp Na[AlSi 3 O 8 ] và Ca[Al 2 Si 2 O 8 ] − Octocla : KAlSi 3 O 8 Lớp oxit và hydroxit : các khoáng vật thuộc lớp này có độ hòa tan trong nước thấp, trường hợp quá trình oxi hóa rất mạnh sẽ tạo thành các dung dịch quá bão hòa và thành tạo các khối ẩn tinh và keo. Các khoáng vật này hầu hết là các hợp chất có kiến trúc tinh thể với kiểu liên kết ion. Trong kiến trúc tinh thể các anion và cation đều bao bọc lấy ion O 2- hoặc ion OH - . Thạch anh SiO 2 Limonit Fe 2 O 3 .nH 2 O Opan SiO 2 .nH 2 O Lớp cacbonat : gồm các muối trung tính, rất phổ biến trong tự nhiên. Chúng tồn tại ở dạng các muối kép, các hợp chất muối phức tạp nhưng là những hợp chất có thành Khoa Công Trình Tài liệu Địa chất công trình Bộ Môn Kỹ thuật cơ sở GV: Phạm Thị Thùy An Trang 10/67 phần xác định. Trong nhóm [CO 3 ] 2- các cation nằm ở trung tâm có bán kính ion nỏ, có điện lượng cao và mối liên kết cộng hóa trị với ion oxicó tính kém bền vững, tham gia vào cấu tạo inh thể như những đơn vị cấu tạo độc lập. Canxit CaCO 3 Dolomit CaCO 3 .MgCO 3 Lớp sunfat : gồm các khoáng vật có khối lượng riêng thấp, độ cứng không lớn, có tính hòa tan cao. Lưu huỳnh (S) khi bị oxi hóa tạo thành SO và ở dạng ion phức tạp [SO 3 ] -2 trong dung dịch, khi bị oxi hóa mạnh tạo thành [SO 4 ] -2 trong đó có S +4 và S +6 . Anhydrid CaSO 4 Gip (thạch cao) CaSO 4 .2H 2 O Lớp sunfua Pirit FeS 2 Lớp halogenua : các khoáng vật có có liên kết ion điển hình, có kiến trúc tinh thể của các hợp chất không nước. Khoáng vật lớp halogenua có các cation kim loại nhẹ, điện lượng nhỏ, bán kính ion lớn, khả năng phân cực rất yếu thì khoáng vật trong suốt, không màu hoặc ngoại sắc, khối lượng riêng nhỏ, dễ tan trong nước. Muối mỏ Halit NaCl. II.3. Đá macma II.3.1 Nguồn gốc đá macma - Đá macma được hình thành do sự nguội lạnh và kết tinh từ dung dịch nóng chảy macma. Nếu sự nguội lạnh xảy ra dưới đất thì tạo đá macma xâm nhập. Nếu các dòng chảy trào lên mặt đất thì được gọi là dung nham, sau đó nguội lạnh trên mặt đất thì tạo đá macma phun trào. II.3.2 Thành phần khoáng vật của đá macma - Thành phần khoáng vật của đá macma biến đổi rất rộng lớn, các khoáng vật kết tinh nối tiếp nhau khi nhiệt độ hạ thấp và tác động lẫn nhau để tạo thành các khoáng vật mới. - Khi nhiệt độ của macma giảm, có 2 quá trình kết tinh o Các khoáng vật có cấu trúc bên trong không thay đổi trong suốt quá trình kết tinh, gọi là dãy phản ứng liên tục. o Các khoáng vật Fe, Mg, các khoáng vật sau có cấu trúc bên trong thay đổi so với các khoáng vậ t trước, gọi là dãy phản ứng không liên tục - Dãy phản ứng Bowen trình bày thứ tự kết tinh các khoáng vật từ bazan nóng chảy [...]... chất có cấu tạo khối : Đá quaczit : đá cát kết thạch anh biến chất tạo ra Đá hoa : đá vơi, dolomit biến chất tạothành Trang 17/67 Khoa Cơng Trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở Tài liệu Địa chất cơng trình GV: Phạm Thị Thùy An CHƯƠNG III : KIẾN TẠO VÀ ĐỊA MẠO III.1 Các phương pháp xác định tuổi của đất đá III.1.1 Thời gian địa chất - - Thời gian địa chất (tuổi của đất đá) : là khoảng thời gian từ khi đất đá được... làm biến chất đá vây quanh thì có tuổi nhỏ hơn Nếu khơng có các hiện tượng trên thì đá macma xâm nhập có tuổi cổ hơn Đối với các hiện tượng địa chất như uốn nếp, đứt gãy, phong hố … thì thơng qua việc phân tích mặt cắt địa chất , phân tích mối quan hệ của chúng đối với các tầng đá sẽ xác định được giới hạn tuổi của chúng III.1.4 - Tài liệu Địa chất cơng trình GV: Phạm Thị Thùy An Niên biểu địa chất Là... lượng riêng của chất lỏng và vật liệu làm ống (vì góc ướt chịu ảnh hưởng của vật liệu làm ống và loại chất lỏng) độ cao mao dẫn của một số đất đá đất đá Hmd cát trung cát mịn cát pha sét sét pha cát sét 15-35 35-160 100-150 150-400 400-500 Trang 24/67 Khoa Cơng Trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở - Tài liệu Địa chất cơng trình Chương I : Mở đầu Ảnh hưởng của mao dẫn : gây ẩm ướt cho cơng trình, tính chất cơ lý... sự khơng đồng nhất về tính chất vật lý và cơ học II.5.5 - Phân loại đá biến chất Dựa vào cấu tạo của đá và các thành phần khống vật, người ta phân ra các loại đá biến chất sau : Đá biến chất có cấu tạo phiến : Đá phiến : đá phiếm biotit Trang 16/67 Khoa Cơng Trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở - Tài liệu Địa chất cơng trình GV: Phạm Thị Thùy An Đá gơnai : đá gơnai clorit Đá biến chất có cấu tạo khối : Đá quaczit... lục địa dày hơn một cách đáng kể Sự chuyển động của quyển mềm làm cho các mảng kiến tạo bị chuyển động theo một tiến trình gọi là sự trơi dạt lục địa, nó được giải thích bằng thuyết kiến tạo mảng Sự tương tác giữa các mảng kiến tạo đã tạo ra các dãy núi và núi lửa, cũng như tạo ra các trận động đất và các hiện tượng địa chất khác Trang 21/67 Khoa Cơng Trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở - - - - Tài liệu Địa chất. .. kim đồng hồ o Góc dốc : là góc hợp bởi đường dốc và hướng dốc II.4.5 Phân loại đá trầm tích Vật liệu vụn → đá trầm tích vụn Vật liệu keo Vật liệu hồ tan → đá trầm tích sinh hố Trang 14/67 Khoa Cơng Trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở Tài liệu Địa chất cơng trình GV: Phạm Thị Thùy An 1 Đá trầm tích vụn gồm những vật liệu lắng đọng tại chỗ hoặc vận chuyển đi đến 1 nơi khác, sau đó được gắn kết lại bằng các loại... Tuổi của đá biến chất : tính từ lúc các tác nhân biến chất bặt đầu tác dụng o Đối với các hiện tượng địa chất : tuổi được tính từ khi các hiện tượng địa chất (thăng trầm, uốn nếp, đứt gãy) đó bắt đầu tác dụng Thời gian địa chất có thể được xác định trên 2 chỉ tiêu : o Tuổi tuyệt đối : là số tuổi được xác định một cách chính xác thơng qua các phương pháp vật lý, hố học, thí nghiệm các tính chất của đất... macma xâm nhập trong vỏ trái đất Biến chất khu vực : là loại biến chất có đặc trưng là vùng đá biến đổi rộng hơn Các nghiên cứu địa chất về đá biến chất cho biết hàm lượng khống vật của đá trong vùng biến chất khu vực biến đổi một cách có hệ thống Cùng đá ban đầu nhưng ở các múc độ biến chất khác nhau có thể tạo ra các khống vật biến chất khác nhau Trang 15/67 Khoa Cơng Trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở II.5.2... trình GV: Phạm Thị Thùy An Niên biểu địa chất Là 1 niên biểu thể hiện lịch sử phát triển địa chất, cổ sinh vật từ khi TĐ được hình thành cho đến nay Trang 19/67 Khoa Cơng Trình Bộ Mơn Kỹ thuật cơ sở - Tài liệu Địa chất cơng trình GV: Phạm Thị Thùy An Niên biểu được chia thành các đại, kỷ, thế … tương ứng của các tập được hình thành trong đại, kỷ, thế … là các giới, hệ , thống … Lịch sử phát triển của... tinh Q trình co dãn của đá do nhiệt độ thay đổi, do nước chảy phá vỡ và mọi hoạt động khác làm cho đá vỡ vụn, các vật liệu này được nước mang ra lắng đọng ở sơng suối, ở biển Sau q trình trầm nén của lớp trên, sự kết gắn của các keo kết thiên nhiên sẽ thành tạo nên đá trầm tích Mặt khác, đá trầm tích còn được thành tạo do các q trình lắng đọng của các muối hòa tan II.4.2 - - Tài liệu Địa chất cơng trình