Bài giảng các quá trình địa chất

 Hoạt động của các quá trình địa chất nội động lực là nguyên nhân cơ bản làm thay đổi địa hình bề mặt trái đất, là nguyên nhân làm thay đổi đất đá.. Các dạng chuyển động kiến tạo Cùng

CHUƠNG 2: CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT

2.1 Các quá trình địa chất nội động lực

2.1.1 Hoạt động kiến tạo

2.1.2 Hiện tượng địa chấn

2.2 Các quá trình địa chất ngoại động lực

2.2.1 Hiện tượng phong hóa

2.2.2 Hiện tượng xói mòn

2.2.3 Tác động địa chất của sông, biển

2.2.4 Hiện tượng Karst

2.2.5 Hiện tượng trượt lở

2.3 Các quá trình địa chất công trình

2.3.1 Hiện tượng đất chảy

2.3.2 Hiện tượng xói ngầm

2.4 Tóm tắt và kết luận chương

2.5 Bài tập chương

2.6 Các từ khóa (keywords) và tài liệu tham khảo (sách và website)

2.7 Bài nghiên cứu

2.8 Bài đọc thêm ngoại khoá

2 1 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT NỘI ĐỘNG LỰC

 Là những quá trình địa chất xảy ra từ bên trong quả đất và do lực bên trong quả đất gây nên

 Hoạt động của các quá trình địa chất nội động lực là nguyên nhân cơ bản làm thay đổi địa hình bề mặt trái đất, là nguyên nhân làm thay đổi đất đá

 Quan điểm mới nhất và được ủng hộ nhiều nhất giải thích: nguồn năng lượng to lớn tạo nên các quá trình địa chất nội động lực là sự tích tụ năng lượng do phân phủ các nguyên tố phóng xạ chứa trong quả đất

2.1.1 HOẠT ĐỘNG KIẾN TẠO

a Các dạng chuyển động kiến tạo

Cùng với quá trình trầm tích, vỏ trái đất không ngừng hoạt động biến đổi: lún chìm, nâng lên, uốn nếp, đứt gãy… hình thành nên bề mặt vỏ trái đất có các cấu trúc địa

chất khác nhau Các hoạt động đó gọi là chuyển động kiến tạo

Chuyển động kiến tạo của vỏ trái đất có thể chia làm 3 loại chính:

 Chuyển động nâng lên hạ xuống (thăng trầm)

- Thường xảy ra trên phạm vi rộng lớn, làm thay đổi vị trí của lục địa và đại dương

- Khi bề mặt vỏ trái đất được nâng lên, nước biển rút ra, lục địa được mở rộng

gây nên hiện tượng biển lùi Trầm tích biển lùi có kích thước hạt giảm dần từ

trên xuống dưới

- Ngược lại khi mặt đất hạ thấp thì nước biển tràn và lục địa gây nên hiện tượng

biển tiến Kích thước hạt loại này tăng dần từ trên xuống dưới

- Hiện tượng nâng lên hạ xuống tạo nên các lớp trầm tích biển khổng lồ, hình thành tương quan biển và lục địa ngày nay

 Chuyển động uốn nếp (ngang)

Đất đá trên bề mặt trái đất bị xô đẩy theo phương ngang với lực tác dụng có tốc độ nhỏ và lâu dài sẽ bị uốn thành những nếp uốn mà không làm mất đi tính liên tục

 Chuyển động đứt gẫy (ngang)

Đất đá trên bề mặt trái đất bị xô đẩy theo phương ngang với lực tác dụng vượt quá độ bền của đất đá thì đất đá bị nứt nẻ, dịch chuyển thành khe nứt, đứt gãy (phay), mất tính liên tục

Vịnh Bốtni (Thụy Điển) nâng lên tốc độ 10,2mm/năm, Niu – Ooc (Mỹ) lún xuống với tốc độ 2,3mm/năm, Hà Lan lún xuống với tốc độ 2-3mm/năm Nhiều miền ở Pháp và Đức tốc độ lún xuống 3mm/năm

Hà Lan tiếng Anh gọi là Netherland (vùng đất thấp), 1/3 đất Hà Lan cao hơn mực nước biển <1m, 1/4 đất Hà Lan thấp hơn mực nước biển Vì thế Hà Lan phải đắp đê

nước chạy bằng sức gió để bơm nước ra biển Máy bơm nước chạy bằng sức gió đã là biểu tượng của Hà Lan, nhưng nay người ta đã thay thế máy bơm Lòng sông đều cao hơn mặt đất nên phải dùng đê để chặn nước Vào mùa lũ mực nước sông cao hơn mặt đất nhiều mét và tàu thuyền trên sông cao hơn cả nóc nhà

Hà Lan trở thành vùng đất thấp là vì mặt Tây của Hà Lan vào phần Nam của Biển Bắc, phần này vốn là lục địa nhưng vào thời kỳ đệ tứ vỏ trái đất vùng này chìm xuống, sông băng lại tan ra lục địa này chìm trong biển Nếu xét mực nước biển hiện nay thì Hà Lan không có trên bản đồ nhưng do người dân Hà Lan dùng đê ngăn nước biển, không những thế họ còn lấp biển thu hồi đất đai bị biển lấn chiếm Mặc dù độ lún vùng này vẫn tiếp tục lún 2-3mm/năm nhưng con người đã chiến thắng Hiện nay 1/4 diện tích đất là do người Hà Lan lấp biển 800 năm nay mà có, vì vậy có ngạn ngữ

“Thượng đế tạo Phúc, người Hà Lan tạo lục địa” Và cho đến nay cuộc chiến này vẫn còn đang tiếp diễn, 1-2-1953 do mưa gió dữ dội làm nước dâng lên phá 6 nơi đê chìm 15 vạn ha đất, 1800 người chết Cũng vì thế mà người Hà Lan rất giỏi trong lĩnh vực Cơ học nền móng

b Các dạng biến vị của đất đá do kiến tạo

Từ những hoạt động kiến tạo trên đã làm thay đổi điều kiện thế nằm ban đầu của

đất đá Đó là các dạng biến vị của đất đá do hoạt động kiến tạo gây nên

 Nguời ta phân biệt thành 2 loại: biến vị uốn nếp và biến vị đứt gãy

- Biến vị uốn nếp: là những dạng biến vị mà tính liên tục của đất đá không bị

phá vỡ, gồm có: đơn tà, nếp oằn, nếp lồi (bối tà), nếp lõm (hướng tà)

- Biến vị đứt gãy: tính liên tục của các lớp đất đá bị phá vỡ do đứt ra gồm có:

phay thuận, phay nghịch, phay ngang, địa hào, địa lũy

Hình 2-1 Biến vị uốn nếp

 Từ nguyên đại cổ sinh đến nay, nguời ta đã xác định có 4 chu kỳ hoạt động kiến

tạo lớn:

- Ở đại cổ sinh: có 2 chu kỳ kiến tạo là Calêđôni và Hécxini hoạt động Hai chu

kỳ kiến tạo này đã làm thay đổi nhiều lần lục địa và đại dương

- Ở đại trung sinh: có chu kỳ kiến tạo Cambri hoạt động mạnh ở vùng Bắc Mỹ

- Ở đại tân sinh: có chu kỳ kiến tạo Anpi hoạt động Nó tạo nên nhiều dãy núi

hiện đại

 Hoạt động kiến tạo tạo cho vỏ trái đất 2 dạng cấu trúc cơ bản: địa máng và miền

nền

- Địa máng: là các khu vực của trái đất hoạt động mạnh mẽ, sụt võng, hoạt động

macma mạnh, trầm tích lớn đất đá bị uốn nếp, biến chất mạnh

o Khi quá trình sụt võng giảm và ngừng, thì quá trình nâng cao lại bắt đầu, sinh ra nứt Độ cao của núi tăng dần, thúc đẩy quá trình xâm thực bào mòn

o Núi bớt dâng cao và dần bị bào mòn, trở thành bán bình nguyên, rồi thành miền nền

- Miền nền: là những vùng ổn định của vỏ quả đất Nó có đặc điểm:

o Là những bình nguyên (đồng bằng) rộng bao la

o Nói chung không có hoạt động địa chất mạnh mẽ

o Có cấu tạo chung: dưới là móng (nền) chủ yếu là đá macma và biến chất, trên là lớp phủ trầm tích dày Lớp phủ không bị uốn nếp, hầu như nằm

Hình 2-2 Biến vị đứt gãy

c Aûnh hưởng của hoạt động kiến tạo đến xây dựng công trình

 Nhìn chung, các dạng biến vị kiến tạo đều làm cho đất đá giảm cường độ, tăng tính thấm, giảm tính đồng nhất

 Khi xây dựng đòøi hỏi các biện pháp xử lý phức tạp và tốn kém Xây dựng ở đây cần lưu ý đến hiện tượng lún không đều, hiện tượng mất nước, không ổn định nền và mái dốc

 Khi nghiên cứu đá ở đây cần lưu ý đến:

- Thế nằm của đá

- Qui mô và đặc tính khe nứt

- Loại đứt gãy, qui mô và hướng phát triển

- Các chuyển động thăng trầm đang diễn ra

Chẳng hạn, khi xây dựng công trình trên các lớp đá:

- Xây dựng đập trọng lực trền nền đá xiên: trường hợp 2 dưới tác dụng của tải trọng công trình và áp lực nước, dễ gây ra hiện tượng trượt của các lớp đá ở nền

khác nhau

- Nền công trình đặt trên nhiều tầng đá khác nhau: có khả năng dẫn đến công trình bị lún không đều

- Khi xẻ núi xây dựng đường: nên xẻ núi theo tuyến I, khi đó tránh được hiện tượng trượt của các lớp đá nghiêng

2.1.2 HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤN

a Khái niệm

Hiện tượng địa chấn biểu hiện dưới hình thức dao động đàn hồi của vỏ trái đất và khi cường độ đủ mạnh thì kèm theo sự phá hoại đất đá cũng như các biến dạng tàn dư

khác Động đất là biểu hiện rõ nhất của hiện tượng địa chấn Động đất chỉ xuất hiện

đột nhiên và dữ dội trong khoảng vài giây đến vài phút Những trận động đất lớn gây thiệt hại lớn về người và của, đặc biệt đối với các công trình xây dựng

Có 3 loại động đất:

- Động đất do sập lún: do sập hang hốc ngầm tạo nên Động đất này thường

xảy ra ở gần mặt đất, nơi có các loại đá hòa tan (thạch cao, đá vôi…) Động đất này chỉ mang tính cục bộ khu vực do có cường độ tương đối nhỏ

- Động đất do núi lửa: do nén ép khí núi lửa tạo nên Động đất có thể xảy ra

trước khi dung nham trào lên hoặc khi đang phun trào Động đất loại này không nhiều và phạm vi ảnh hưởng không lớn

- Động đất do hoạt động kiến tạo: đây là loại động đất rất phổ biến, có cường độ

mạnh và phạm vi ảnh hưởng lớn nhất Các trận động đất lớn trên thế giới thường thuộc dạng này

Phần lớn các trận động đất thường xảy ra trong những vùng có núi lửa, trong những dãy núi trẻ mới được hình thành,…

Động đất xảy ra nhiều nhất theo vành đai động đất Thái Bình Dương (chiếm 75%), một phần ít hơn xảy ra ở vành đai Địa Trung Hải, Hymalaya, biển Đông, Indonexia (chiếm 23%) và chỉ có 2% xảy ra trên đất liền

Động đất mạnh thường xảy ra ở các vùng có đường nứt ở đại dương, các quẩn đảo núi lửa, các đáy đại dương và các vùng ranh giới các lục địa và đại dương

Ở Việt nam, theo kết quả phân vùng động đất do Trung tâm Vật lý địa cầu thuộc Viện khoa học Việt nam tiến hành thì những vùng có khả năng xảy ra động đất mạnh bao gồm:

1 Vùng Đông bắc trũng Hà Nội: cấp 7

2 Vùng sông Hồng, sông Chảy: cấp 7 – 8

3 Vùng sông Đà: cấp 8

4 Vùng sông Mã: cấp 8 – 9

5 Vùng biển Trung bộ: cấp 7

6 Vùng biển Nam Bộ và vùng sông Đồng Nai, sông Cửu Long: cấp 7

b Các yếu tố động đất

 Tâm động đất (nội chấn tâm, chấn tiêu): là một vòng trong lòng đất nơi phát sinh

động đất Tâm động đất thường ở sâu vài chục km, đôi khi có thể phân bố sâu 300

- 700 km Những tâm động đất ở độ sâu 30 – 50km thường có sức phá hoại rất mãnh liệt Tâm càng sâu thì ảnh hưởng càng rộng

 Tâm ngoài (ngoại chấn tâm): là vùng trên mặt đất trực diện nội chấn tâm, là nơi

sóng địa chấn đến sớm nhất

Hình 2-6 Sơ đồ truyền sóng động đất

a) 1 – tâm động đất; 2 – tâm ngoài; 3 – đường đẳng chấn b) 1 – lực động đất theo phương thẳng đứng;

2 – lực động đất theo phương ngang;

I – sóng dọc;

II – sóng ngang;

III – sóng mặt đất

 Sóng địa chấn: từ tâm động đất sẽ tỏa sinh ra các dao động dưới dạng sóng, với

tốc độ phụ thuộc vào cấu tạo địa chất, đặc biệt là loại đất đá và nước dưới đất Sóng địa chấn được phân ra 3 loại sau:

- Sóng dọc (sóng nguyên sinh – ban đầu): gây ra do sự co giãn của đất đá dọc

theo phương truyền sóng Sóng dọc có thể truyền cả trong vật chất rắn, lỏng, và khí với vận tốc giảm dần theo độ cứng của vật chất

Loại đất đá Tốc độ truyền sóng dọc

(m/s)

Gơnai, granit Đá vôi Đất sét Đất cát Nước

5000-7000 2000-5000 1500-2000 500-100

1500

II

I

- Sóng ngang (sóng thứ sinh): gây ra trượt hoặc biến dạng của đất đá theo

phương vuông góc với phương truyền sóng và chỉ truyền được trong vật thể rắn với vận tốc nhỏ hơn sóng dọc khoảng 1,7 lần

- Sóng mặt đất: là sóng lan truyền từ tâm ngoài thành các đường tròn đồng tâm,

theo dạng hình sin tắt dần với tốc độ nhỏ nhất so với 2 dạng trên

 Như vậy, tại một điểm trên mặt đất, trước hết nhận được chấn động dọc, sau đó đến chấn động ngang rồi đến các chấn động sóng mặt đất Tất cả sóng sẽ giao thoa và sinh ra một chấn động phức tạp Mặc khác, khi mỗi hạt đất bước vào chấn động sẽ trở thành một trung tâm lan truyền các sóng dọc và ngang như tâm động đất

c Đánh giá lực động đất

 Năng lượng động đất E : độ mạnh của trận động đất phụ thuộc vào năng lượng

động đất Theo B.V.Golixưn năng lượng động đất xác định bằng công thức:

Trong đó :

E – năng lượng động đất

 – tỷ trọng lớp trên của vỏ trái đất

v – vận tốc truyền sóng động đất (cm/s)

A – biên độ dao động sóng động đất (cm)

T – chu kỳ dao động sóng động đất (s)

 Gia tốc địa chấn a: độ nguy hại của động đất không chỉ phụ thuộc vào năng lượng

của nó mà còn phụ thuộc vào độ sâu tâm động đất, phương truyền sóng, mực nước ngầm, đất đá… Trong thực tế, người ta căn cứ vào mức độ phá hoại các công trình trên mặt đất mà phân động đất thành các cấp độ mạnh khác nhau Có 12 cấp

động đất, mỗi cấp tương ứng với một khoảng gia tốc địa chấn nhất định, được tính

như sau:

Trong đó:

a – gia tốc địa chấn (mm/s2)

A – biên độ dao động (mm)

T – chu kỳ dao động của sóng địa chấn (s)

 Máy địa chấn ký: người ta dùng máy địa chấn ký để đo các trận động đất Máy địa

chấn ký ngày càng hoàn thiện dần, không những chỉ báo cho biết động đất mà còn

đo được cường độ của trận động đất và đang tiến tới giúp cho việc dự báo các trận động đất

2 2

T

Aγvπ

T A

 Thang địa chấn Mercalli: Nhà khoa học Guiseppe Mercalli (1850-1914) là người

đầu tiên dựa vào việc quan sát các hậu quả do các trận động đất gây ra, đã dùng phương pháp phân loại để đưa ra một thang địa chấn có từ cấp 1 đến cấp 12 giúp cho việc xác định dễ dàng cường độ và số lần chấn động trong một trận động đất

 Thang địa chấn Richter: năm 1935, chuyên viên địa chất Mỹ là Charles Richter đã

đưa ra thang địa chấn Richter có từ bậc 1 đến bậc 9 để đo cường độ địa chấn bằng

máy Chỉ có những trận động đất đo được từ 4 độ Richter trở lên mới gây ra những thiệt hại cho con người Ở thang độ Richter, mỗi độ tăng lên có năng lượng địa chấn tăng lên gấp 30 lần

 Mức độ hư hỏng: để đặc trưng cho mức độ hư hỏng của nhà cửa và công trình,

người ta đưa ra các khái niệm sau:

- Hư hỏng nhẹ: chỉ xuất hiện các khe nứt nhỏ ở vữa trát

- Hư hỏng nặng: lớp vữa trát bị vỡ ra thành từng mảng, xuất hiện khe nứt ở trên

tường

- Phá hoại: có những khe nứt khá lớn trên tường, mái hiên, lan can,…, sụp đổ một

phần tường, mái hiên, lan can

- Sụp đổ: tường nhà, trần sụp đổ phần lớn hoặc toàn bộ

 Phân cấp động đất:

Bảng 2-2 Bảng phân cấp động đất

Gia tốc địa chấn a (mm/s 2 )

II Rất yếu Người ở chổ yên tĩnh mới

III Yếu Một số ít người cảm nhận

Vật treo bị đung đưa,

VII Rất mạnh Nhà cửa bị hư hại nặng,

VIII Phá hoại Một số nhà bị sụp, mái và

trần bị phá hoại

XI Thảm họa Xuất hiện khe nứt lớn, sụp

XII Tai họa lớn Địa hình thay đổi lớn 7,75 – 8,25 >5000

Để có thể hình dung được năng lượng địa chấn, ta có thể so sánh như sau: một vụ động đất cấp 9 có năng lượng tương đương khoảng 1 triệu quả bom nguyên tử mà Mỹ đã ném xuống Hirosima (Nhật bản)

Hình 2-7 Bản đồ phân bố động đất Việt nam

d Aûnh hưởng của động đất đến xây dựng công trình

 Động đất ảnh hưởng đến điều kiện ổn định của công trình bằng 2 cách: nó có thể là nguyên nhân trực tiếp gây phá hoại kết cấu, làm thay đổi trạng thái của nền không đồng đều dẫn đến phá hoại gián tiếp công trình

 Ở những vùng có cấp động đất < 7 (1 – 4,75 Richter) nền công trình và nhà cửa được thiết kế không cần tính đến động đất vì ở cấp này thì động đất chỉ ảnh hưởng nhỏ đến công trình Trong các khu vực động đất cấp 7, 8, 9 thì công tác thiết kế cần thực hiện đúng theo quy phạm về thiết kế nhà và công trình trong khu vực có động đất Tuy nhiên cho đến nay, các giải pháp kỹ thuật phòng chống động đất có độ mạnh trên cấp 9 vẫn chưa thực hiện được

 Các công trình xây dựng trong những khu vực có động đất cần chú ý những điều sau:

- Vị trí xây dựng: phải bằng phẳng, ít bị chia cắt, cấu tạo địa chất đơn giản như

đất đá nằm ngang đồng nhất, mực nước ngầm ở sâu (>3m) Tránh xây dựng công trình ở vùng có địa hình phân cắt mạnh như bờ sông, khe hẻm; vùng gần đứt gãy kiến tạo, vùng đất đá dễ trượt lở Móng công trình nên đặt sâu và trên đá gốc

- Vật liệu xây dựng: nhẹ, đàn hồi, có tần số dao động riêng khác với tần số dao

động của động đất

- Kết cấu công trình: chắc chắn, đối xứng và có trọng tâm công trình thấp Công

trình khung gỗ, nhỏ thường là an toàn khi được neo chặt vào móng Nhà nhiều tầng bê tông cốt thép hoặc khung thép thì ít nguy hiểm hơn Yếu kém nhất là những ngôi nhà xây bằng gạch không có cốt gia cố

Hình 2-8 Lực quán tính phát triển khác nhau ở

mỗi loại công trình khi chịu động đất

2 2 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT NGOẠI ĐỘNG LỰC

2.2.1 HIỆN TƯỢNG PHONG HÓA

a Khái niệm

Phong hóa là quá trình biến đổi và phá hủy đất đá dưới tác dụng của các nhân tố

phong hóa khác nhau: nhiệt độ, nước, chất hóa học, sinh vật…

Cường độ quá trình phong hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: các nhân tố phong hóa, thành phần đất đá, điều kiện địa chất, điều kiện nước dưới đất… Phong hóa mạnh nhất tại mặt đất, càng xuống sâu thì quá trình phong hóa càng giảm dần Phong hóa mạnh nhất là ở độ sâu 5 – 10m

Dựa vào các tác nhân phong hóa và đặc tính biến đổi đất đá, có thể chia phong

hóa ra các dạng: phong hóa cơ học, phong hóa hóa học, phong hóa sinh vật

 Phong hóa cơ học

- Phong hoá cơ học: là quá trình phá hủy đất đá dưới tác động cơ học, đá bị

phân vụn ra nhưng thành phần hóa học không thay đổi, tức là thay đổi về kiến trúc và cấu tạo mà không có sự biến đổi về thành phần khoáng vật và hóa học

- Nhân tố gây nên phong hóa cơ học: có nhiều nhưng chủ yếu là do nhiệt độ Sự

thay đổi nhiệt độ làm cho đá bị nứt nẻ, vỡ vụn dần dần Phong hóa cơ học xảy

ra mạnh mẽ nhất ở những vùng có khí hậu thay đổi nhiều theo mùa, đặc biệt là giữa ngày và đêm Cường độ phong hóa phụ thuộc vào độ sâu của đất đá và thành phần khoáng vật của đất đá Các khoáng vật khác nhau sẽ có độ giãn nở khác nhau, vì thế khi đun nóng và nguội lạnh sẽ tạo nên ứng suất bên trong đất

đá, gây nên sự phá hủy Ngoài ra còn có các nhân tố khác như: hoạt động

băng giá, thay đổ độ ẩm, quá trình dỡ tải…

 Phong hóa hóa học

- Phong hóa hóa học: là quá trình phá hủy đá do tác dụng hóa học của các tác

nhân trong tự nhiên, phong hóa hóa học làm cho đất đá bị phá hủy, biến đổi thành phần và tính chất, tức là biến đổi cả kiến trúc, cấu tạo, thành phần khoáng vật và thành phần hóa học

- Nhân tố gây nên phong hóa hóa học: là các chất hóa học khác nhau: axit,

nước, oxy, … Các chất này gây các quá trình phong hóa diễn ra dưới các hình

thức: hòa tan, oxy hóa, thủy phân, thủy hóa, … Phong hóa hóa học xảy ra mạnh mẽ ở những vùng khí hậu nóng ẩm, cường độ phong hóa hóa học phụ thuộc vào diện tiếp xúc với các chất hóa học

o Quá trình hòa tan: là quá trình các khoáng vật có tính hòa tan trong nước có

tính xâm thực (nước chứa CO2, axit sunfuaric)

CaCO 3 + H 2 O + CO 2  Ca(HCO3 ) 2

o Quá trình ôxy hóa: là quá trình biến đổi các khoáng vật là hợp chất oxit

thành những khoáng vật hợp chất oxit cao hơn Quá trình này làm cho mạng tinh thể của khoáng bị phá vỡ Dấu hiệu của sự oxi hóa là biến đổi màu sắc của đá, đá sau khi bị oxi hóa thường có màu vàng, nâu hoặc đỏ

FeS2 + O2 + H2O  H2SO4 + FeSO4

FeSO 4  Fe2 (SO 4 ) 3  Fe2 O 3 nH2O

o Quá trình thủy phân: tác dụng phân giải nước, là quá trình biến đổi các

khoáng mà trong thành phần không có chứa anion OH- thành các khoáng chứa anion OH-, các khoáng vật mới được hình thành thường có cường độ thấp nhưng tính ổn định phong hóa tốt hơn

K[AlSi 3 O 8 ] + O 2 + H 2O  Al4 (OH) 8 + Si 4 O 10 + SiO 2 H 2 O + K 2 CO 3

o Quá trình thủy hóa: là quá trình các khoáng vật trong đá tác dụng với nước

hoặc hơi nước chuyển thành các khoáng giàu nước hơn

Fe 2 O 3 + 2H 2O  Fe2 O 3 2H 2 O

Thường quá trình phong hóa cơ học và hóa học diễn ra song song và hỗ trợ cho nhau Ở vùng khí hậu khô lạnh thì phong hóa cơ học là chủ yếu, còn vùng nóng ẩm (như nước ta) thì phong hóa hóa học mạnh hơn

 Phong hóa sinh vật

- Phong hóa sinh vật: là quá trình phá hủy đá do tác dụng hoạt động của các

sinh vật (động thực vật, vi sinh vật) Các loại thực vật như rêu, địa y, rễ cây có thể tác động cơ học và hoá học vào đất đá, làm cho chúng bị phá hủy

- Nhân tố gây nên phong hóa sinh vật: là xác thực vật bị phân hủy sẽ xuất hiện

các axít hữu cơ Các axít này cũng có tác dụng phá hủy đất đá Vi sinh vật cũng

có ảnh hưởng phá hoại đối với đất đá Một vài vi sinh vật sống trong các lỗ hỗng đất đá ở độ sâu hàng trăm mét và có thể lấy cacbon trong đá cacbonat Trong đất mềm rời, ngay cả ở độ sâu rất lớn có nhiều vi sinh phá hủy được các khoáng vật silicat

b Sản phẩm phong hóa

Hình 2-9 Các đới phong hoá

Tác động của phong hóa lên đất đá tạo ra vỏ phong hóa Vỏ phong hóa bao gồm

các đới phong hóa sau:

- Đới I - Đới thổ nhưỡng: thường là lớp đất loại sét hoặc loại cát có lẫn nhiều di

tích sinh vật vì thế lớp đất này thường có màu xám, xám đem Độ dày lớp này khoảng vài đến vài chục cm

- Đới II - Đới vỡ mịn: nằm dưới đới thổ nhưỡng, có mức độ vụn rất cao, đới này

thường là đất sét, đất pha sét, đất cát, cát pha… Đất đá đới này thường có tính thấm yếu, dễ bị co ép, tính dẻo và trương nở cao vì thế không thích hợp cho làm nền công trình

- Đới III - Đới vỡ nhỏ: nằm dưới đới vỡ mịn, khác với đá mẹ ở vẻ ngoài và thành

phần khoáng vật cũng bị biến đổi mạnh Ở đới này, liên kế của các hạt rất yếu, cường độ chống cắt, chống nén nhỏ

- Đới IV - Đới dạng khối: nằm dưới đới vỡ nhỏ, bị phân cắt bởi nhiều khe nứt, chỉ

có các khoáng vật ở các bề mặt bị biến đổi Đới này có kích thước lớn nhưng cường độ cao hơn các đới ở trên

- Đới V - Đới nguyên thể: khó phân biệt với đá gốc vì chỉ có các khe nứt nhỏ,

thành phần khoáng vật hầu như không thay đổi Đới nguyên thể dùng làm nên công trình rất tốt

Sản phẩm phong hóa phụ thuộc vào thành phần của đá bị phong hóa và tác nhân phong hóa Quá trình phong hóa hóa học đóng vai trò quan trọng nhất trong việc hình thành nên khoáng vật sét Thành phần khoáng vật sét không chỉ phụ thuộc thành phần đá gốc mà còn phụ thuộc điều kiện cụ thể của quá trình phong hóa

Ví dụ: Macma bazơ giàu magiê khi bị phong hóa thường tạo thành Monmôrilônit và Kaolinit Khi magiê tách ra nhưng không bị cuốn trôi thì tạo thành monmôrilônit, còn khi bị cuốn trôi thì tạo thành Kaolinit

Sản phẩm phong hóa còn nằm nguyên tại chổ gọi là tàn tích (ôluvi) Đặc điểm nổi

bậc của tàn tích là tính không đồng nhất về thành phần, không những theo chiều sâu mà ngay cả theo chiều rộng Tàn tích rất đặc trưng cho vùng nhiệt đới là đất sét laterit (đất đỏ) Về thành phần thì chủ yếu là á sét và đất sét Chúng có độ rỗng khá cao nhưng cường độ kháng cắt và nén cũng tương đối cao Có thể có một số loại đất lún ướt nhưng không lớn

Ở chân dốc do hoạt động của nước dưới đất và quá trình ôxy hóa mà sắt và nhôm được gắn kết thành đá ong

Sản phẩm phong hóa đã được vận chuyển và tích tụ lại ở chân dốc gọi là sườn tích

(đêluvi) Sườn tích có đặc điểm chủ yếu là có độ rỗng lớn, thành phần cơ học rất

không đồng nhất Trong thành phần có thể có cả sét, cát lẫn cuội, dăm, sỏi, …

Thành phần hạt và thành phần khoáng vật giữa các đới thay đổi từ từ vì vậy sẽ không có một ranh giới rõ rệt Đá macma và biến chất thường bị phong hóa nhiều nhất

do điều kiện thành tạo khác với điều kiện tồn tại

c Nghiên cứu và phòng chống phong hóa

Phong hóa gây phá hoại đất đá, làm giảm độ bền, tăng khả năng biến dạng, nguyên nhân phát sinh các hiện tượng trượt, rửa trôi mạnh, … Hậu quả sau cùng của phong hóa là làm mất ổn định những công trình xây dựng trên đất đá bị phong hóa mạnh

 Nghiên cứu phong hóa

Khi nghiên cứu phong hóa cần chú ý các vấn đề:

- Loại phong hóa và tác nhân chính gây phong hóa

- Mức độ phong hóa và tính chất sản phẩm phong hóa

- Tốc độ phong hóa

 Các biện pháp phòng chống phong hóa

Tùy thuộc vào chiều dày tầng phong hóa, tác nhân phong hóa và công trình, có thể chọn các phương pháp sau:

- Bóc bỏ toàn bộ hay một phần đất đá bị phong hóa Biện pháp này chỉ dùng cho công trình nhỏ, bề dày tầng phong hóa không lớn

- Ngăn cản các yếu tố phong hóa bằng cách: phủ cát, sét, … trên tầng đá có khả năng phong hóa mạnh

- Trung hòa nhân tố gây nên phong hóa

- Cải tạo đất đá đã bị phong hóa bằng phun vữa xi măng, vôi, đầm nện… Các dung dịch vữa dưới tác dụng của áp lực nén sẽ chui vào, lấp đầy các khe nứt, làm giảm khả năng thấm, tăng cường độ của đá Biện pháp này được dùng cả khi xử lý các tầng phong hóa sâu, mặt cắt phong hóa phức tạp và khi xây dựng các công trình ngầm

2.2.2 HIỆN TƯỢNG XÓI MÒN

a Khái niệm

Xói mòn là sự tách và vận chuyển các hạt vật liệu dễ bị di chuyển trên mặt đất do

các lực và các tác nhân như: trọng lực (lăn đổ hàng loạt), nước, gió, sóng biển Các vật liệu dễ bị xói mòn không chỉ có những sản phẩm tàn tích do phong hóa phát triển trên đất đá, mà gồm cả những trầm tích chưa gắn kết khác

Ở đây, chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu về xói mòn do nước Đây là loại xói mòn

quan trọng nhất xét về lượng vật liệu vận chuyển trên mặt đất Vật liệu bị xói mòn trên các sườn dốc sau đó được các dòng chảy vận chuyển ra đại dương Lượng xói mòn ở

sườn dốc phụ thuộc phức tạp vào loại đá, khí hậu và địa hình

Xói mòn ở đất đã bị biến đổi do con người thì nhanh hơn xói mòn đất ở trạng thái tự nhiên nhiều Đất nông nghiệp là nguồn cung cấp vật liệu lớn cho xói mòn Sự mất độ phì nhiêu do xói mòn ở lớp đất trên cùng là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất đặt ra cho nhân loại Xói mòn ở lòng sông suối cũng là một vấn đề lớn Các mố cầu, tường bờ và những công trình khác có thể bị xói mòn ở sông làm hư hại hay phá hủy Sự xuất hiện của các dòng bùn đá có chu kỳ hay đột ngột ở miền núi, trung du thường gây ra sự tàn phá lớn Ở Việt Nam trong những năm gần đây liên tiếp xảy ra các trận lũ đá Đó là những trận lũ đá kinh hoàng ở huyện Đại Lộc (tỉnh Quảng Nam), huyện Văn Chấn (tỉnh Yên Bái),… nhấn chìm toàn bộ một số ngôi làng dưới hàng vạn tấn đất đá Có tảng nặng hàng chục tấn

b Điều kiện phát sinh

- Mưa nhiều

- Địa hình thuận lợi cho tập trung nước

Hình 2-10 Xói mòn đất nông nghiệp

c Giai đoạn phát triển

 Giai đoạn rãnh nông: xâm thực đáy là chủ yếu

 Giai đoạn mương treo: xâm thực đáy vẫn là chính nhưng đã bắt đầu có xâm thực

bờ (rãnh mở rộng thành mương xói) Trắc diện dọc có thoải hơn nhưng vẫn còn lồi

ra theo dạng địa hình

 Giai đoạn cân bằng: là giai đoạn mà về cơ bản đã hoàn thành sự cân bằng cả theo

trắc diện dọc lẫn trắc diện ngang, tức là tác dụng xâm thực hầu như không còn tác dụng: lòng mương đã hoàn toàn mở rộng, dọc lòng mương đã lắng đọng trầm tích, cây cối, nước, … Trắc diện dọc lõm vào

 Giai đoạn ngừng trệ: hoạt động của mương xói đã hoàn toàn chấm dứt

Hình 2-11 Các trắc diện ở giai đoạn mương treo

Hình 2-12 Các trắc dọc ở giai đoạn cân bằng và ngừng trệ

d Phòng chống xói mòn

 Đối với nông nghiệp: cần canh tác theo đường đồng mức, trồng xen dải cây chống

xói mòn và tạo bậc thềm

 Ở vùng đô thị: cần trồng cây, thảm thực vật, điều tiết nước, làm kè ngăn bớt tốc

độ dòng chảy

Hình 2-13 Canh tác trên ruộng bậc thang