Giáo trình Địa chất công trình, hệ cao đẳng, ngành xây dựng cầu đường

+ Điều kiện cấu trúc địa chất: gồm địa tầng và cấu trúc địa chất phản ánh sự phân bố cácloại đất đá khác nhau theo diện và theo chiều sâu, ảnh hưởng đến quy mô, kết cấu công trình và ổn

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 4

Mở đầu 5

Chương 1: Đất đá 7

1.1 Địa hình địa mạo 7

1.1.1 Khái niệm cơ bản về Trái Đất 7

1.1.2 Địa hình, địa mạo 14

1.2 Các loại đá 19 1.2.1 Khái niệm và thành phần khoáng vật tạo đá 19

1.2.2 Các loại đá và sự phân bố của nó ở Việt Nam 33

1.2.3.Những tính chất cơ bản của đá thường dùng trong xây dựng 48

1.3 Các loại đất 59

1.3.1 Khái niệm và các đặc điểm của đất 59

1.3.2 Các loại đất và sự phân bố đất ở Việt Nam 61

Chương 2: Nước dưới đất 63

2.1 Các đặc điểm cơ bản của nước dưới đất 63 2.1.1 Khái niệm cơ bản về nước dưới đất 63

2.1.2 Các yếu tố thủy động và định luật thấm cơ bản 66

2.2 Tính toán nước dưới đất 70 2.2.1 Tính toán cho dòng thấm nước dưới đất 70

2.2.2 Tính toán lưu lượng nước chảy vào các công trình tập trung 73

Chương 3: Các hiện tượng địa chất tự nhiên và địa chất công trình 82

3.1 Chuyển động kiến tạo của vỏ Trái Đất 82

3.1.1 Khái niệm 82

3.1.2 Các dạng chuyển động kiến tạo 82

3.1.3 Các dạng biến vị của đất đá 84

3.1.4 Ảnh hưởng của chuyển động kiến tạo đến xây dựng công trình 87

3.2 Hiện tượng động đất 88

3.2.1 Khái niệm 88

3.2.2 Nguyên nhân của động đất 88

3.2.3 Các đặc trưng của động đất 89

3.2.4 Đánh giá độ mạnh của động đất 91

3.2.5 Tác dụng của lực động đất lên công trình xây dựng 94

3.2.6 Biện pháp kỹ thuật xây dựng trong vùng có động đất 95

3.3 Hiện tượng phong hóa đất đá 96 3.3.1 Khái niệm 96

3.3.2 Các kiểu phong hóa 97

3.3.3 Lớp vỏ phong hóa 99

3.3.4 Đặc điểm của lớp vỏ phong hóa ở Việt Nam 100

3.3.5 Nghiên cứu và xử lý phong hóa trong xây dựng 101

3.4 Hiện tượng Karst 102 3.4.1 Khái niệm 102

3.4.2 Điều kiện phát sinh phát triển Karst 102

3.4.3 Các hình thái Karst 104

3.4.4 Đặc điểm phát triển Karst ở Việt Nam 104

3.4.5 Nghiên cứu xử lý Karst trong xây dựng 105

3.5 Hiện tượng cát chảy 106

3.5.1 Khái niệm 106

3.5.2 Điều kiện phát sinh cát chảy 106

3.5.3 Các loại cát chảy 107

3.5.4 Biện pháp xử lý cát chảy 108

3.6 Hiện tượng xói ngầm 108 3.6.1 Khái niệm 108

3.6.2 Điều kiện phát sinh xói ngầm 109

3.6.3 Biện pháp xử lý xói ngầm 109

3.7 Chuyển dịch đất đá trên sườn dốc 110 3.7.1 Khái niệm 110

3.7.2 Các dạng chuyển dịch đất đá 111

3.7.3 Điều kiện và nguyên nhân gây chuyển dịch bờ dốc 111

3.7.4 Đánh giá ổn định bờ dốc 113

3.7.5 Đề phòng và chống trượt bờ dốc 113

3.8 Hoạt động địa chất của dòng sông 115 3.8.1 Quá trình hoạt động địa chất của dòng sông 115

3.8.2 Địa hình thung lũng sông 116

3.8.3 Trầm tích sông 117

3.8.4.Nghiên cứu hoạt động địa chất của dòng sông với xây dựng công trình 118 Chương 4: Khảo sát địa chất công trình 119

4.1 Khái niệm 119

4.2 Các giai đoạn khảo sát địa chất công trình 120

4.2.1 Tổng quan về các giai đoạn khảo sát địa chất công trình 120

4.2.2 Khảo sát địa chất công trình giao thông 120

4.3 Các phương pháp khảo sát địa chất công trình 122

4.3.1 Thu thập tài liệu 122

4.3.2.Đo vẽ địa chất công trình 122

4.3.3 Khoan đào thăm dò 123

4.3.4 Các phương pháp khảo sát công trình ngoài hiện trường 126

4.3.5 Báo cáo khảo sát địa chất công trình 139

Tài liệu tham khảo 144

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhóm ngành công trình thuộc các trường Đại học, Cao đẳng kỹ thuật, Địa chất côngtrình là môn học cở sở kỹ thuật nhằm trang bị cho sinh viên các kiến thức cần thiết về địa chất

để có thể tiếp thu kiến thức và thực hành chuyên môn các lĩnh vực liên quan trực tiếp đến việcxây dựng công trình như: Cơ học đất đá, Nền và móng, Vật liệu xây dựng, Thủy công, Cầuhầm, Đường giao thông, Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Thi công công trình…bởi vì địachất là điều kiện có tính chất quyết định đến quy hoạch, thiết kế, thi công, quản lý các côngtrình

Cuốn Giáo trình Địa chất công trình này được dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên hệcao đẳng, ngành Xây dựng Cầu đường bộ của Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải.Với đối tượng học tập là các sinh viên của một trường kỹ thuật không chuyên về địa chất,

do vậy với phương châm “cơ bản, hiện đại, gắn liền với thực tế”, giáo trình đã được tinh giảnnội dung bao gồm các khái niệm về địa chất đại cương, địa chất công trình, địa chất thủy văn

và viết gọn trong 4 chương với sự phân công như sau:

Chương 1 và Chương 2: ThS Nguyễn Thị Bích Hạnh

Chương 3 và Chương 4: ThS Phạm Thái Bình và KS Lê Văn Hiệp

Mặc dù các tác giả đã rất cố gắng khi biên soạn cuốn giáo trình này nhưng do trình độ cònhạn chế nên chắc chắn nội dung giáo trình không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rấtmong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các cán bộ giảng dạy, các bạn sinh viên và cácđộc giả để cuốn giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn

Các tác giả

MỞ ĐẦU

Địa chất công trình là môn khoa học về các điều kiện địa chất để phục vụ công tác xâydựng (công trình xây dựng, khai thác lãnh thổ, bảo vệ môi trường địa chất) Là bộ phận chínhcủa khoa học về Trái Đất

* Nhiệm vụ nghiên cứu của địa chất công trình:

- Xác định các điều kiện Địa chất công trình của khu đất xây dựng để trên cơ sở đó lựachọn vị trí bố trí công trình thích hợp Điều kiện địa chất công trình bao gồm:

+ Điều kiện về địa hình địa mạo: phản ánh hình thái mặt đất (độ cao tuyệt đối, độ caotương đối…), nguồn gốc địa hình và xu thế phát triển địa hình, ảnh hưởng đến quy hoạch và

ổn định công trình

+ Điều kiện cấu trúc địa chất: (gồm địa tầng và cấu trúc địa chất) phản ánh sự phân bố cácloại đất đá khác nhau theo diện và theo chiều sâu, ảnh hưởng đến quy mô, kết cấu công trình

và ổn định công trình;

+ Điều kiện về tính năng xây dựng của đất đá: phản ánh các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đất

đá theo từng nhóm, để sử dụng trong thiết kế;

+ Điều kiện về địa chất thuỷ văn: phản ánh nước dưới đất (nguồn gốc, phân bố, thành phầnhoá học, tính chất vật lý, khả năng ăn mòn…) ảnh hưởng đến ổn định công trình;

+ Điều kiện về các tác dụng địa chất phản ánh các quá trình và hiện tượng địa chất tự nhiên(ngoại sinh và nội sinh) và địa chất công trình, ảnh hưởng đến ổn định công trình;

+ Điều kiện về vật liệu xây dựng tự nhiên: phản ánh chất lượng, trữ lượng và điều kiệnkhai thác một số loại vật liệu xây dựng tự nhiên phục vụ xây dựng công trình

- Nêu các điều kiện thi công công trình, dự đoán các hiện tượng xảy ra trong thi công và sửdụng công trình;

- Đề xuất giải pháp khắc phục các điều kiện Địa chất công trình bất lợi;

- Cho biết khả năng cung cấp vật liệu xây dựng tự nhiên tại địa phương phục vụ xây dựngcông trình

* Đối tượng nghiên cứu:

- Vỏ Trái Đất (thạch quyển, thuỷ quyển, khí quyển, sinh quyển và trí quyển)

* Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu đất đá dùng làm nền, làm môi trường và làm vật liệu xây dựng

- Nghiên cứu các hiện tượng địa chất như (trượt, cát chảy, xói ngầm, karst, phong hóa…)

- Nghiên cứu nước dưới đất để khắc phục các khó khăn do nước gây ra khi thi công và sửdụng công trình

- Nghiên cứu các phương pháp khảo sát địa chât công trình nhằm thăm dò, đánh giá cácđiều kiện địa chất công trình của khu vực

- Nghiên cứu Địa chất công trình để lập quy hoạch các khu vực xây dựng dân dụng, côngnghiệp hay để quy hoạch thủy lợi, giao thông

* Phương pháp nghiên cứu Địa chất công trình:

- Phương pháp địa chất học: tìm hiểu sự phát triển các hiện tượng địa chất trong quá khứ

có liên quan đến sự tạo thành các dạng địa hình, tính chất của đất đá và quy luật phân bố sắpxếp của nó trong khu vực

- Phương pháp thí nghiệm mô hình và tương tự địa chất: dựa vào sự tương tự giữa cáctrường vật lý khác nhau như: Trường chuyển động của nước dưới đất với trường dẫn điện,trường chịu lực của đất đá với trường chịu lực của môi trường đàn hồi mà ta có thể thay thếmôi trường địa chất của khu vực xây dựng bằng môi trường vật lý có điều kiện tương tự,nhưng đơn giản hơn, kích thước nhỏ hơn

- Phương pháp tương tự địa chất là phương pháp có tính kinh nghiệm dựa trên nguyên lý:Đất đá được thành tạo trong cùng điều kiện trải qua các quá trình địa chất như nhau thì có cácđặc trưng vật lý, cơ học tương tự nhau

- Phương pháp tính toán lý thuyết: cơ sở của phương pháp này là lập các phương trình toánhọc thể hiện bản chất vật lý của các hiện tượng địa chất, các đặc trưng vât lý, cơ học của đấtđá

Chương 1 ĐẤT ĐÁ

1.1 ĐỊA HÌNH VÀ ĐỊA MẠO

1.1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRÁI ĐẤT

Trái Đất có dạng gần như hình cầu, phình to ở xích đạo và hơi dẹt ở hai cực Độ dẹt củaTrái Đất có thể biểu thị bằng tỷ số giữa hiệu số của bán kính Trái Đất ở xích đạo và ở cực (Rx– Rc) với bán kính ở xích đạo Rx

Bề mặt Trái Đất rất lồi lõm, nơi cao nhất trên Trái Đất là đỉnh Everest trong dãy Hymalaya

ở Trung Quốc – Nepal với độ cao gần 9 Km trên mực nước biển (số liệu năm 1999 ghi nhận

là 8850 m nhưng nó vẫn cao lên khoảng 2,5 cm hàng năm), nơi thấp nhất trên Trái Đất là vựcMarianas ở Thái Bình Dương với độ sâu 10924m dưới mực nước biển Nếu so với bán kínhtrung bình của Trái Đất là 6371km thì sự chênh lệch giữa nơi cao nhất và thấp nhất trên TráiĐất (khoảng 20km) cũng không có gì đáng kể Da mặt của quả cam còn lồi lõm hơn nhiều

1.1.1.2 Cấu tạo bên trong của Trái Đất

Bằng các phương pháp nghiên cứu sự thay đổi của sóng địa chấn lan truyền trong lòngTrái đất, người ta đã biết được Trái đất có cấu trúc gồm nhiều lớp (Hình 1.1):

Hình 1.1: Cấu tạo bên trong Trái Đất

* Lớp vỏ Trái Đất: là lớp vỏ mỏng bao bọc bên ngoài của Trái Đất, có chiều dày dao động

từ 5km (ở đại dương) đến 70km (ở lục địa), thành phần vật chất chủ yếu gồm hy-đrô, si-líc,nhôm, sắt, can-xi, na-tri Lớp vỏ Trái đất có cấu tạo không đồng nhất có hai kiểu chính là:Kiểu vỏ lục địa: có cấu tạo ba tầng là các tầng trầm tích, gra-nít và ba-zan

Kiểu vỏ đại dương: có cấu tạo hai tầng là các tầng trầm tích và ba-zan, trong đó tầng trầmtích rất mỏng

Ngoài ra còn có kiểu vỏ chuyển tiếp thường quan sát thấy ở các khu biên rìa lục địa hoặcbiên nội địa

Vỏ Trái đất chỉ chiếm khoảng 15% về thể tích và khoảng 1% trọng lượng của Trái đấtnhưng có vai trò rất quan trọng đối với thiên nhiên và đời sống con người

Vỏ Trái đất là đối tượng nghiên cứu của địa chất học, tuy nhiên hiện nay với lỗ khoan sâunhất thế giới ở bán đảo Kônxki của Liên Xô cũng mới chỉ đạt đến độ sâu 12206m, như vậyvẫn chưa nghiên cứu được hết lớp vỏ Trái đất này

* Lớp Manti: là lớp giữa của Trái Đất, phân bố ở độ sâu từ 70  2900km, có thể chia

thành hai lớp khác nhau:

- Manti trên: từ 70  900km, thành phần ngoài oxi còn có si-líc, ma-giê nên còn được gọi

là lớp “Sima”, do lượng nguyên tố phóng xạ phân hủy lớn chính là nguồn nhiệt bên trong của

vỏ quả đất – nguyên nhân phát sinh ra động đất, hoạt động núi lửa, các chuyển động kiến tạocủa vỏ quả đất

- Manti dưới: nằm trong khoảng 900  2900km Thành phần chủ yếu là oxi, sắt, ma-giê,

áp suất lớn hơn so với các lớp khác, từ 2900 km đến 5100 km là nhân ngoài, nhiệt độ khoảng

50000C, áp suất từ 1,3 đến 3,5 triệu atm, vật chất tồn tại trong trạng thái lỏng Từ 5100 kmđến 6371 km là nhân trong, áp suất từ 1,3 đến 3,5 triệu atm vật chất ở trạng thái rắn

Hình 1.2: Vị trí và chiều dày của các lớp bên trong Trái đất

1.1.1.3 Cấu tạo bên ngoài Trái đất

Bên ngoài Trái đất được chia thành các quyển sau:

* Khí quyển là lớp vỏ không khí của Trái đất, phân bố từ mặt đất đến độ cao khoảng

3000km Khí quyển được chia thành 3 tầng:

- Tầng đối lưu: chiều dày dao động khoảng 6 km đến 18 km từ mặt đất, chiếm khoảng 80%khối lượng toàn bộ khí quyển và hầu như toàn bộ hơi nước Thành phần chủ yếu gồm ni-tơchiếm 78%, ôxy gần 21%, argon 0,93%, carbonic 0,03% Tầng đối lưu có ý nghĩa rất lớn đốivới địa chất học vì ở đây xảy ra những quá trình rất phức tạp như sự thay đổi nhiệt độ, áp suất,

sự tạo thành gió, mưa, bão, tuyết… và những quá trình này lại ảnh hưởng đến thạch quyểnlàm xuất hiện các quá trình địa chất ngoại sinh, đồng thời gây lực đẩy ngang lên công trình,

ăn mòn kết cấu công trình, làm lão hóa vật liệu

- Tầng bình lưu (tầng giữa): nằm trên tầng đối lưu, có giới hạn trên ở độ cao khoảng 80 90km Khối lượng tầng không đáng kể chỉ khoảng 5% toàn bộ khối lượng khí quyển nhưngviệc tăng nhiệt độ của tầng sẽ làm tăng hàm lượng ôzôn, là loại khí hút tia tử ngoại, giúp choTrái đất tránh khỏi tác hại của tia cực tím hay các tia khác của Mặt Trời

- Tầng ion: nằm phía trên tầng bình lưu, có giới hạn trên đôi khi tới 1000km, ở tầng nàykhông khí bị ôxy hoá rất mạnh nhưng hầu như không ảnh hưởng đến công trình xây dựng

* Thuỷ quyển: là phần vỏ nước không liên tục của Trái Đất, chiếm 70,8% diện tích bề mặt

vỏ Trái Đất, chiếm hơn 0,1% thể tích Trái Đất, gồm nước đại dương chiếm 94,2%, nước dướiđất 4,12%, nước băng ở hai cực 1,65%, còn lại là nước biển, sông, hồ, hơi ẩm trong đất vàtrong khí quyển, trong đó lượng nước trong đất liền chỉ chiếm 0,3% toàn bộ lượng nước trongkhí quyển Nước có vòng tuần hoàn giúp điều hoà khí hậu Trái Đất, nước cần cho hoạt độngsống của sinh vật, nước được khai thác sử dụng, nước có tác dụng ăn mòn kết cấu công trình,chảy ngập hố móng, gây ra các hiện tượng địa chất như cát chảy, xói ngầm, trượt đất đá, karst.Trái Đất có sự sống vì có nước

* Thạch quyển là tên gọi khác của vỏ Trái Đất, trong quyển này chủ yếu là đá magma, biến

chất, đá trầm tích tuy chiếm tỷ lệ nhỏ nhưng lại bao phủ phần lớn diện tích Trái Đất nên làloại đá thường gặp nhất trong xây dựng công trình

* Sinh quyển là những vùng khí quyển và thủy quyển mà sinh vật có thể sống được Chỉ

chiếm 0,1% khối lượng vỏ Trái Đất nhưng đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình thànhtạo và biến đổi thành phần, cấu tạo của khối khoáng vật tạo nên thạch quyển

1.1.1.4 Sơ lược lịch sử phát triển vỏ Trái Đất

a, Tuổi của đất đá

Từ xa xưa cho đến nay người ta đã xác định được tuổi của đất đá theo hai cách:

Tuổi tuyệt đối là khoảng thời gian từ khi đất đá thành tạo đến hiện nay (thường đơn vị tính

là triệu năm)

Tuổi tương đối là khoảng thời gian thể hiện quan hệ già, trẻ, trước, sau giữa các tầng đáhoặc các hiện tượng địa chất (tuổi tương đối được thể hiện ở niên biểu địa chất)

- Phương pháp xác định tuổi tuyệt đối của đất đá:

Người ta có thể dùng nhiều phương pháp để xác định tuổi tuyệt đối của đất đá, nhưngchính xác hơn cả là phương pháp đồng vị phóng xạ Cơ sở của phương pháp là các nguyên tốphóng xạ như Uran (U), Thori (Th) có trong đất đá khi phân hủy sẽ tạo thành Heli (He) và chì(Pb) Sự phân hủy này rất ổn định ngay cả khi trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất lớn hay

khi có các phản ứng hóa học, các điện-từ trường tác động đến Vì vậy dựa vào lượng chì (Pb)

do Uran, Thori phân hủy ra có thể xác định được thời gian phân hủy tức là tuổi của đất đá.Trong 1 năm, 1g Uran cho 1351.10-13 g Pb206 và 1g Thori cho 513.10-13 g Pb208 Biết hàmlượng Pb trong đất đá có thể xác định gần đúng tuổi của đất đá theo công thức của nhà báchọc người Anh A Holmes (1890 – 1965):

Trong đó:

Pb206, Pb208, U, Th: hàm lượng các nguyên tố tương ứng trong đất đá

Theo cách tính này, tuổi Trái Đất là 5000 triệu năm, đá gabro-diorit ở Điện Biên Phủ cótuổi 250 triệu năm Phương pháp đồng vị phóng xạ thường dùng cho đá magma

- Phương pháp xác định tuổi tương đối của đất đá, gồm có 3 phương pháp:

+ Phương pháp cổ sinh (dùng cho đá trầm tích): dựa vào các hoá thạch là những di tích

động thực vật đã hóa đá có trong đất đá để xác định tuổi của chúng

Trong quá trình tiến hóa của thế giới sinh vật, mỗi loại đều có thời gian phát sinh, pháttriển và tiêu diệt của mình Khi chúng chết đi sẽ để lại các hóa thạch được bảo tồn trong cáclớp đá và như thế tuổi của các lớp đá sẽ tương ứng với thời gian tồn tại của loài sinh vật để lạihóa thạch ấy Biết được thời gian tồn tại của các sinh vật khác nhau sẽ suy ra tuổi của các lớpđất đá đã chứa hóa thạch của các sinh vật ấy

Hoá thạch để xác định tuổi đất đá phải thoả mãn yêu cầu sau: loại sinh vật đó phải dồi dào

về số lượng hóa thạch và phát triển rộng khắp trên Trái Đất; loại sinh vật đó chỉ phát triểntrong một thời gian ngắn; hóa thạch phải được bảo tồn và dễ phân biệt với các hóa thạch khác.(Hình 1.3)

+ Phương pháp thạch học (dùng cho đá magma, đá biến chất) dựa trên cơ sở so sánh thànhphần thạch học ở các khu vực khác nhau Nếu ở các khu vực đó đất đá giống nhau về thànhphần, kiến trúc, cấu tạo, sự sắp xếp và các đặc điểm khác thì chúng có thể có cùng một tuổi Khi sử dụng thường xác lập một tầng đá chuẩn (có tính chất đặc biệt về thành phần, màusắc, bề dày…) đã được xác định tuổi bằng phương pháp khác gọi là tầng đánh dấu, rồi dựavào đó mà so sánh với các tầng khác

+ Phương pháp địa tầng (dùng cho đá trầm tích) dựa trên quan hệ thế nằm của các tầng đất

đá Đối với đất đá chưa bị đảo lộn thế nằm thì các tầng đá già hơn, thành tạo trước nằm dưới,tầng đá trẻ hơn thành tạo sau nằm trên

b, Sơ lược lịch sử phát triển Trái Đất

Theo phương pháp xác định tuổi tuyệt đối ở trên, Trái Đất có tuổi là khoảng 5 tỷ năm, thì

từ khi tạo thành cho đến nay, Trái Đất đã trải qua bao thăng trầm của các chu kỳ biến vị, xâmthực, núi lửa, biển tiến, biển lùi, để hình thành được một Trái Đất có hình dáng và cấu tạo nhưngày hôm nay Dựa theo các kết quả nghiên cứu thu thập được, người ta mô tả quá trình pháttriển của vỏ Trái Đất theo những giai đoạn, thời đoạn khác nhau như các đại, các kỷ các thế…như sau:

- Đại Thái cổ (Arkeozoi - AR) là đại cổ nhất, kéo dài khoảng 2000 triệu năm Thời kỳ này

vỏ Trái Đất hoạt động rất mãnh liệt Tuy đá không chứa hóa thạch, nhưng sự có mặt củacarbon dưới dạng than chì, những lớp đá vôi dày có lẽ được thành tạo từ bùn vôi hữu cơ, chophép nghĩ rằng ở cuối đại sự sống đã xuất hiện

- Đại Nguyên sinh (Proterozoi - PR) kéo dài khoảng 2030 triệu năm Vỏ Trái Đất vẫn hoạt

động mãnh liệt, nhưng đã có những vùng được nâng lên ổn định thành lục địa được gọi là nền

Nguyên sinh, chẳng hạn nền Nga, nền Sybeari, nền Canada, nền Úc,… Các miền sụp võngtrùng với đáy đại dương vẫn chưa ổn định bao quanh miền nền gọi là địa máng Trong ĐạiNguyên sinh đá không bị phân huỷ mạnh nhưng cũng bị biến chất đáng kể Trong đá có chứacác di tích động thực vật

- Đại Cổ sinh (Paleozoi - Pz) kéo dài khoảng 345 triệu năm Trong đại này sự sống đã phát

triển rất mạnh, nhờ các hoá thạch phong phú người ta chia đại thành các kỷ (những khoảng

thời gian ngắn hơn): trong các kỷ Cambri (), Ordovic (O), Silur (S) có hoạt động uốn nếp

Caledoni Trong đá tìm thấy các hoá thạch chứng tỏ sự tiến hoá của thế giới sinh vật Thực vậtsống cả dưới nước và trên cạn, đã xuất hiện động vật sống trên cạn đầu tiên; trong các kỷDevon (D), Carbon (C), Permi (P) có hoạt động uốn nếp Hecxini Thực vật xuất hiện cây hạttrần, cuối Permi bò sát khổng lồ xuất hiện

- Đại Trung sinh (Mesozoi - Mz) kéo dài 70 triệu năm, gồm các kỷ Trias (T), Jura (J),

Creta (K) Động thực vật phát triển mạnh, nhiều chu kỳ xâm thực, biển tiến biển lùi làm thayđổi bộ mặt Trái Đất Động vật chủ yếu là bò sát, thực vật chủ yếu là thông, tùng, bách

- Đại Tân sinh (Kainozoi - Kz) kéo dài khoảng 70 triệu năm, gồm các kỷ Paleogen (P),

Neogen (N) và Đệ Tứ (Q) Hoạt động uốn nếp Anpi làm phát sinh một loạt các dãy núi hiệnđại như Alaska, các dãy núi ven biển Nam Mỹ, Đông Dương,…Sau các chu kỳ băng hà xâmlấn, Trái Đất phân chia đới khí hậu như ngày nay, động vật có chim, thú, thực vật phát triểnmạnh cây hạt kín, thế giới sinh vật dần đa dạng như ngày nay Trong kỷ Đệ Tứ xuất hiện loàingười, khoảng thời gian của Đệ Tứ được xem là 1,8 triệu năm, 1,6 triệu năm hoặc 1 triệu nămtuỳ tác giả căn cứ vào sự xuất hiện loài người, mưa thiên thạch hoặc các chu kỳ băng hà Vănminh con người phát triển khoảng 10000 năm trở lại đây Cuối kỷ Đệ Tứ đã thấy di tích củaloài người cùng các vết tích văn hoá của họ

c, Niên biểu địa chất: là bảng trình tự thời gian lịch sử phát triển vỏ Trái Đất, được lập nên

từ các tài liệu nghiên cứu về lịch sử phát triển vỏ Trái Đất, làm chỗ dựa cho nghiên cứu địa

chất Niên biểu địa chất được chia và dùng chung cho tất cả các nước trên thế giới gọi là niênbiểu địa chất quốc tế, dùng riêng cho từng vùng hoặc khu vực gọi là niên biểu địa chất địaphương

- Trong niên biểu địa chất lịch sử phát triển địa chất của vỏ Trái Đất được chia làm các đại.Mỗi đại lại được chia làm nhiều kỷ, mỗi kỷ lại được chia làm nhiều thế, mỗi thế lại được chialàm nhiều kỳ Tương ứng với các khoảng thời gian trên, các tập đất đá được tạo thành sẽ đượcphân chia theo các giới, hệ, thống, bậc với các đặc trưng về chiều dày, thành phần thạch học

và các tính chất khác gọi là thang địa tầng

- Trên bản đồ địa chất, đất đá được tô màu theo tuổi Đất đá thuộc mỗi hệ được tô một màuriêng, chẳng hạn Đệ Tứ màu vàng sáng, Carbon màu than chì, Devon màu nâu… Trong một

hệ, thống dưới được tô sắc đậm hơn cho đến thống trên nhạt hơn cùng màu

- Bảng niên biểu địa chất (bảng 1.2) là chép lại theo chú giải của bản đồ địa chất Việt Nam

do các nhà địa chất Việt Nam và Liên Xô thành lập

Bảng 1.2: Niên biểu địa chất

Đại (Giới ) Kỷ (Hệ) Thế (Thống) Thời gian kéo dài,triệu năm

Kainozoi (Kz)

/Tân sinh/

Antropogen (Q)

Đệ Tứ / Nhân sinh/

Holocen (Hiện đại) QIV

1,8 Pleistocen muộn (thượng) QIII

Pleistocen giữa (trung) QII Pleistocen sớm (hạ) QI

Jura muộn (thượng) J3

54 Jura giữa (trung) J2

Jura sớm (hạ) J1

1.1.2 ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO

1.1.2.1 Khái niệm địa hình, địa mạo

Địa hình là hình dáng của mặt đất, là kết quả của các quá trình địa chất lâu dài, phức tạp,

có ảnh hưởng đến hoạt động kinh tế nói chung và các hoạt động khác như xây dựng, giaothông, văn hóa…nói riêng

Địa mạo học là khoa học nghiên cứu địa hình có xét đến nguyên nhân hình thành và xu thếphát triển địa hình

Điều kiện địa mạo - điều kiện xét đến hình dạng, kích thước, nguồn gốc hình thành, xu thếphát triển địa hình của khu vực xây dựng là một trong những điều kiện địa chất công trìnhđược đề cập đầu tiên khi lập phương án thi công công trình vì nó quyết định rất lớn đến khảnăng an toàn và hiệu quả kinh tế của việc xây dựng công trình

Trên cơ sở khoa học địa mạo, căn cứ hình thái mặt đất, có thể phán đoán được thành phần,tính chất, sự phân bố của đất đá cũng như các hiện tượng địa chất đã và sẽ xảy ra tại khu vực

dự định xây dựng Điều này rất cần thiết cho việc xây dựng công trình

Địa hình chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như đất đá và các tính chất của chúng, môitrường xung quanh (không khí, nước, sinh vật), điều kiện tự nhiên (khí hậu, bức xạ Mặt Trời),các hoạt động địa chất (hoạt động kiến tạo, các tác động địa chất khác ) nên địa hình luônbiến đổi theo thời gian

Điều kiện địa hình địa mạo hoặc điều kiện địa hình đều được hiểu là điều kiện địa chấtcông trình phản ánh hình thái mặt đất

1.1.2.2 Phân loại địa hình

* Theo độ cao:

- Mặt thủy chuẩn quả đất là mặt nước đại dương trung bình ở trạng thái yên tĩnh (không bị

ảnh hưởng của gió, thủy triều…) trải dài xuyên qua lục địa, hải đảo tạo thành một mặt congkhép kín Mặt thủy chuẩn quả đất được dùng làm mặt chuẩn độ cao Mỗi một quốc gia, bằng

số liệu đo đạc của mình, xây dựng một mặt chuẩn độ cao riêng gọi là mặt thủy chuẩn gốc ỞViệt Nam, theo quy định, lấy mặt nước biển trung bình nhiều năm của trạm Nghiêm Triều ởđảo Hòn Dấu (Đồ Sơn – Hải Phòng) làm mặt thủy chuẩn gốc

- Độ cao tuyệt đối của một điểm là khoảng cách thẳng đứng từ một điểm đến mặt thủychuẩn gốc.

- Độ cao tương đối là độ cao so với một mặt phẳng ngang lấy làm chuẩn.

Tùy theo hình dáng của địa hình mà người ta chia thành địa hình dương (lồi lên so với mặtphẳng ngang) và địa hình âm (lõm xuống so với mặt phẳng ngang) với các dạng khác nhau.+ Các dang địa hình dương: là các dạng địa hình bị lồi lên so với mặt phẳng nằm ngang,bao gồm:

Rặng núi: hệ thống liên tục các dải núi và các đỉnh núi, cao hơn nhiều so với mực nướcbiển;

Dải núi: dải nâng cao hẹp, dài với độ dốc các sườn > 200 đỉnh bằng phẳng hoặc tròn;

Núi: có độ cao tương đối > 200m, sườn dốc đứng;

Đỉnh và ngọn núi: điểm cao nhất của dãy núi và rặng núi;

Sơn nguyên: là đồng bằng rộng lớn trên núi, bề mặt đỉnh bằng phẳng, có sườn dốc rõ rệt;Cao nguyên: đồng bằng cao, bằng phẳng được giới hạn bằng sườn dốc hơi dựng đứng;Dải đồi: dải đất cao, chiều dài lớn, sườn thoải, bề mặt đỉnh bằng phẳng hay hơi lồi

Đồi: khoảng đất cao dạng vòm hay dạng hình nón có sườn thoải, độ cao tương đối khôngquá 200m;

Ụ: là miền đất cao dạng vòm, độ dốc sườn không quá 250, đỉnh bằng phẳng

+ Các dang địa hình âm: là các dạng địa hình bị lõm xuống so với mặt phẳng nằm ngang,bao gồm:

Lòng chảo: địa hình âm rộng lớn, độ sâu lớn, sườn dốc đứng;

Thung lũng: vùng hạ thấp kéo dài không khép kín, hình thành do hoạt động địa chất củasông, sườn có độ dốc thay đổi và bị chia xẻ bởi thềm sông, khối trượt ;

Khe hẻm: hõm sâu kéo dài, sườn bị thực vật che phủ, chiều dài khe có khi tới vài km;Mương xói: vùng lõm xuống kéo dài, sườn trần dốc đứng, chiều sâu và chiều dài khác xanhau;

Rãnh xói: Mương xói nhỏ gọi là rãnh xói Mương xói và rãnh xói tạo thành mạng lưới ởthềm sông hoặc các khoảng đất san gạt nhân tạo, đất đá mềm bị rửa trôi, đất đá cứng còn lại

Từ các dạng địa hình trên, trong thực tế xây dựng thường chia làm ba nhóm địa hình chính:núi, đồi và đồng bằng Tùy theo các mục đích nghiên cứu khác nhau mà trong từng nhóm địahình, người ta lại phân chia làm nhiều loại nhỏ Ví dụ địa hình núi thì bao gồm các dạng địahình cụ thể như: địa hình kiến tạo, địa hình núi lửa, địa hình xâm thực Độ cao tuyệt đối, mật

độ chia cắt và độ sâu chia cắt là những chỉ tiêu thường được dùng để đánh giá khi nghiên cứuđịa hình, địa mạo khu vực xây dựng công trình

* Theo nguồn gốc địa hình:

- Địa hình kiến tạo: hình thành do sự vận động kiến tạo của vỏ Trái Đất, tạo nên địa hình

cơ bản của mặt đất như dãy núi, đồng bằng, đáy biển

- Địa hình xâm thực: liên quan đến hoạt động phá hoại của dòng chảy (nước mưa, nướcsông, nước ngầm) làm biến đổi mãnh liệt hình thái địa hình theo thời gian

- Địa hình tích tụ: là kết quả lắng đọng các sản phẩm của quá trình phong hóa tạo nên thềmsông, bãi bồi, cồn cát.

1.1.2.3 Đặc điểm cấu trúc địa hình, địa mạo trên lãnh thổ Việt Nam

* Đặc điểm chung

Việt Nam có 3/4 diện tích là đồi núi, có cấu trúc địa mạo phức tạp Vào đầu thời kỳPaleogen, hoạt động nội sinh tương đối bình ổn, hoạt động ngoại sinh chủ yếu là xâm thực vàbóc mòn xảy ra mạnh mẽ, bề mặt địa hình được san bằng, hình thành các bề mặt san bằng cổ

có cao độ 1500, 1000, 500m Các núi lúc đó thường có dạng khối, đỉnh tròn hoặc bằng Vào đầu kỳ Neogen, được gọi là chu kỳ tạo núi Anpi (cách đây 40 triệu năm), ở Việt Namxảy ra hiện tượng uốn nếp, làm cho vỏ Trái Đất được nâng lên, sụt lún, dập vỡ xuất hiện cácđứt gãy Nơi nâng mạnh nhất là Tây Bắc, những nơi sụt lún như thung lũng sông Hồng, trụcCao Bằng – Thất Khê – Lạng Sơn… Do các sóng kiến tạo trong chu kỳ tạo núi Anpi hoạtđộng theo từng đợt, mỗi đợt có một pha nâng cao và một pha tương đối yên tĩnh nên địa hìnhnước ta có cấu trúc phân bậc Ở pha nâng, hoạt động của sông suối xảy ra mạnh mẽ dẫn đến

sự chia cắt các bình nguyên tồn tại trước đó Pha tiếp theo là sự bồi tụ của sông ngòi tạo nên

bề mặt san bằng mới rồi lại bị phá hủy ở pha tiếp theo

Như vậy, đồi núi ở Việt Nam nguyên đã già lại được “hóa trẻ”, sông suối hoạt động mạnhbào xói các thung lũng sâu trở thành các hẻm vực, sườn trở nên dốc, có nơi gần như dựngđứng Sông cũng có tác dụng vận chuyển các trầm tích, lắng đọng ở các vũng vịnh bao quanh,hình thành các đồng bằng giữa núi, các đồng bằng ven biển và châu thổ

Do vậy trên lãnh thổ nước ta hình thành nên nhiều kiểu địa hình khác nhau: Đồng bằng,núi, đồi, cao nguyên,… Theo quan điểm nguồn gốc và hình thái chúng ta có thể phân biệt trênlãnh thổ Việt Nam có các kiểu địa hình chính sau:

* Địa hình kiến tạo bóc mòn

- Núi cao trung bình và cao: chiếm diện tích khá lớn, phân bố chủ yếu ở miền Tây Bắc,Bắc Trung Bộ, phần phía Bắc khối nâng Kon Tum, phần Tây Bắc của miền Đông Bắc (TâyCôn Lĩnh – 2419m) Các núi này thường là các uốn nếp dạng đường, vòm nâng hoặc khốitảng Độ cao phổ biến từ 2000 đến 3000m Các núi có sườn dốc lớn, độ dốc từ 300 đến 450,

bị phân cắt mạnh Các thung lũng thường sâu, hẹp, vách dốc đứng Mặt cắt dọc thung lũngdốc, chưa đạt đến trạng thái cân bằng, nhiều thác gềnh Trong thung lũng ít tồn tại các thềmsông

- Núi thấp: phân bố chủ yếu ở miền Đông Bắc, ngoài ra còn gặp một diện tích không lớn ởTrường Sơn, Nam Trung Bộ và Tây Bắc Các núi có cao độ tuyệt đối từ 1000 đến 2000m,sườn dốc từ 15 đến 300, thung lũng các sông suối thường rộng Mặt cắt dọc các thung lũngthường gần hoặc đã đạt đến trạng thái cân bằng do vậy ít gặp ghềnh thác

- Núi dạng cao nguyên cao trung bình và thấp: Các núi này thường gặp ở Nam Trung Bộnhất là trong khối núi Lâm Viên Điển hình cho các loại núi này phải kể đến các dãy ChửYang Xin, Bi Đúp và Tà Dung Những núi này phân bố ở độ cao 1500 đến 1600m, địa hình

đa dạng, cấu tạo chủ yếu từ các đá tuổi MeZoZoi Điển hình là cao nguyên Đà Lạt, phân bố ở

độ cao 1500 đến 1600m, diện tích trên 1000km2, bề mặt có dạng đồi lượn sóng với góc dốc bềmặt biến đổi từ 5 đến 200.

- Khối núi dạng cao nguyên và khối núi Karst hóa: các núi này phân bố rộng rãi ở phíaBắc từ Quảng Bình trở ra, chúng có độ cao khác nhau: như Lạc Thủy 400 đến 500m, MộcChâu 600 đến 1000m, Sơn La 500 đến 600m, Tà Phình 1200 đến 1400m, Đồng Văn 1200 đến1600m, Cao Bằng 400 đến 500m…trong các khối núi này hiện tượng Karst phát triển mạnhlàm cho địa hình bị phân cắt mạnh, đỉnh núi thường nhọn và sắc

* Địa hình núi lửa bóc mòn (cao nguyên bazan)

Các cao nguyên này tập trung ở Trung và Nam Trung Bộ Chúng có cao độ khác nhau,biến đổi từ 100, 200 đến 1400, 1600m Địa hình được thành tạo chủ yếu do phun trào bazandưới hai hình thức là phun nổ và phun tràn, kết quả tạo ra các cao nguyên có cao độ khácnhau: Pleiku (600 đến 750m), Buôn Mê Thuật (450 đến 550m), Đức Trọng (1300 đến1500m), Di Linh – Bảo Lộc (900 đến 1000m), Đak Nông (150 đến 900m) Các cao nguyênnày được đặc trưng bằng bề mặt bằng phẳng, độ nghiêng từ 10 đến 150

* Địa hình xâm thực bóc mòn (đồng bằng đồi trước núi)

Ở nước ta địa hình đồi chiếm khoảng 1/7 diện tích của cả nước, nó là vùng chuyển tiếpgiữa vùng núi và đồng bằng Các đồi thường có độ cao khác nhau, Ở phần phía Bắc, mức độchia cắt cao hơn hình thành dạng địa hình riêng lẻ kiểu bát úp Ở phần phía Nam, các đồi cómức độ phân cắt thấp hơn, bề mặt địa hình có dạng lượn sóng

- Đồng bằng thấp tích tụ ở trung tâm trũng giữa núi: Ở Việt Nam dạng địa hình này gặpkhá phổ biến Điển hình là hai đồng bằng lớn là đồng bằng tích tụ Bắc Bộ và đồng bằng tích

tụ Nam Bộ

- Đồng bằng tích tụ Bắc Bộ: có diện tích 22000km2, được cấu tạo từ trầm tích tam giácchâu và trầm tích biển Bề mặt bằng phẳng, cao độ bề mặt giảm dần về phía biển, góc dốc từ 1đến 20 Trên đồng bằng còn sót lại các lòng sông cổ, các cồn đất ven lòng sông, các bồn trũngkhép kín, các cồn cát ven biển Đồng bằng Bắc Bộ đã và đang được con người cải tạo và khaithác như xây dựng các công trình thủy lợi, đường xá, cầu cống, canh tác… nên các vùng đầmlầy đã được tháo khô Do có hệ thống đê điều ngăn cách nên các trầm tích trẻ chủ yếu đượcbồi nắng ở ngoài đê, phần lớn phù xa được đưa ra biển Hàng năm đồng bằng lấn ra biển từ 80– 100m

- Đồng Bằng tích tụ sông Cửu Long: Đồng bằng nằm ở phía Tây Nam Bộ, thuộc châu thổsông Mê Kông, có diện tích lớn, bề mặt thoải, cao độ thấp hơn so với đồng bằng Bắc Bộ, phíaBắc và Tây Bắc còn sót lại một vài núi sót, được cấu tạo bởi đá magma xâm nhập granit Ởphía Đông Nam của đồng bằng nổi lên rất nhiều cồn đất cổ, chạy song song với bờ biển Cấutạo nên đồng bằng này là các trầm tích trẻ Holoxen Do mới được thành tạo nên mật độ nénchặt thấp, bán đảo Cà Mau hàng năm cũng lấn ra biển chừng 80m Đồng bằng sông Cửu Long

có nhiều đầm lầy như: Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên, U Minh Mạng lưới kênh rạchchằng chịt Trên đồng bằng dọc theo các sông không có hệ thống đê, hàng năm vào mùa lũ,nhiều nơi trên phạm vi đồng bằng bị ngập nước

- Đồng bằng tích tụ ven biển: Kiểu địa hình này chiếm diện tích hẹp, phân bố không liêntục dọc bờ biển miền Trung, do các sông bồi tụ mà thành Các đồng bằng này được cấu tạobởi các trầm tích trẻ có nhiều nguồn gốc khác nhau: lũ tích, bồi tích

Hình 1.4: Bản đồ địa hình Việt Nam

1.1.2.4 Địa mạo và các công trình xây dựng

Địa hình trong thiên nhiên rất đa dạng, nhưng tại một thời điểm nào đó có thể đạt đến mộttrạng thái cân bằng động học Sự cân bằng này không ổn định và có thể bị biến đổi rất nhanh,dưới tác dụng của các yếu tố tự nhiên và con người Vì vậy, việc nghiên cứu địa mạo trongxây dựng công trình là rất cần thiết Dựa vào đó tiến hành quy hoạch, xây dựng các thành phố,các công trình thủy lợi, giao thông…Địa hình quyết định rất lớn đến việc lựa chọn hình dángkết cấu công trình, phương án thi công, giá thành xây dựng, khai thác sử dụng công trình.Khi quy hoạch xây dựng đường phố, các khu công nghiệp nên lợi dụng địa hình tự nhiên

để tránh đào đắp quá nhiều Tùy các dạng địa hình (đồng bằng, đồi hay núi) mà có các quyhoạch thích hợp, cần chú ý đến hoạt động địa chất của nước mặt, của các dòng sông khi xâydựng cầu cống, các công trình khác

Khi xây dựng cầu cống, thường chọn nơi có thung lũng hẹp để khối lượng xây dựng củacông trình là nhỏ nhất Nên tìm chỗ mặt cắt thung lũng sông đối xứng để dễ thiết kế và thicông

Với các công trình giao thông thì tùy theo địa hình mà lựa chọn cho phù hợp, có thể làmđường tại thung lũng, trên sườn dốc hay trên đỉnh núi và trong những trường hợp cần thiết, cóthể làm các đường hầm giao thông Tại mỗi vị trí, việc thiết kế và thi công sẽ có những đặcđiểm riêng để đảm bảo việc thi công thuận lợi, công trình được ổn định lâu dài

1.2 CÁC LOẠI ĐÁ

1.2.1 KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT TẠO ĐÁ

1.2.1.1 Khái niệm khoáng vật và các khoáng vật tạo đất đá

Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của địa chất công trình là đất đá Đất đá được tạo nên từmột hay nhiều khoáng vật khác nhau Do vậy, trước khi nghiên cứu đất đá, chúng ta phảinghiên cứu khoáng vật

Hình 1.5: Khoáng vật tạo đất đá

Khoáng vật là những đơn chất hay hợp chất của các nguyên tố hóa học tự nhiên hay cácnguyên tố tự sinh được hình thành do các quá trình hoá lý khác nhau của vỏ Trái Đất hay trên

mặt đất Khoáng vật có thể ở thể khí (khí CO2, H2S…), thể lỏng (nước, thuỷ ngân…) nhưngphần lớn ở thể rắn (thạch anh, felspat…) và có trạng thái kết tinh.

Trong tự nhiên đã thống kê được sự tồn tại của gần 3000 khoáng vật Và trong số đó chỉ cóhơn 50 loại tham gia chủ yếu vào thành phần các đất đá, gọi là các khoáng vật tạo đất đá Đócũng là đối tượng nghiên cứu chính của chúng ta ở đây

Khoáng vật vô định hình không có cấu trúc mạng tinh thể không gian nên khoáng vậtkhông có hình dáng bên ngoài nhất định, khoáng vật có tính chất đẳng hướng (tính chất theomọi phương có thể coi như bằng nhau) Trong thực tế có rất ít khoáng vật vô định hình nên cóthể coi đây là một trong các dấu hiệu để nhận biết khoáng vật Ví dụ khoáng vật opal…

b) Hình dáng tinh thể

Theo hình dạng phát triển của khoáng vật trong không gian, có thể chia ra:

- Loại hình phát triển theo một phương: tinh thể có hình trụ, hình que, hình kim … nhưkhoáng vật thạch anh (Hình 1.6a), amphibol…đá chứa khoáng vật hình que, sợi thường kémgiòn, tính dị hướng cao,

- Loại hình phát triển theo hai phương: tinh thể có dạng tấm, vẩy, lá…như khoáng vật mica(Hình 1.6b), thạch cao, barit… đá chứa khoáng vật dạng tấm thì giòn, có cấu tạo phiến, lớpđiển hình

- Loại hình phát triển theo ba phương: tinh thể có dạng hạt, cục như khoáng vật halit (Hình1.6c), pyrit, granat, đá chứa khoáng vật dạng hạt dễ đồng nhất, đẳng hướng trong nhiều tínhchất vật lý, hóa học

Hình 1.6: Hình dáng tinh thể một số khoáng vật

c) Màu và vết vạch

- Màu của khoáng vật do thành phần hoá học và các tạp chất trong nó quyết định.

Khoáng vật chứa nhiều Fe, Mg thường có màu sẫm còn khoáng vật chứa nhiều Si, Al thì

- Vết vạch: khi vạch một khoáng vật lên tấm sứ nhám, chúng để lại vết vạch có màu đặc

trưng cho bột khoáng vật ấy

Thường màu của khoáng vật và màu vết vạch khác nhau: hematit có màu vàng xám nhưngvết vạch lại có màu đỏ, pritit màu vàng thau nhưng vết vạch lại màu đen

Đôi khi màu vết vạch và màu khoáng vật giống nhau như: manhetit cùng có màu đen, thần

sa cùng có màu đỏ

Nhìn chung, màu của vết vạch ít thay đổi so với màu của khoáng vật, nên đây là một dấuhiệu đáng tin cậy để nhận biết khoáng vật, người ta thường dùng cặp màu và vết vạch để nhậnbiết khoáng vật

d) Độ trong suốt và ánh

- Độ trong suốt của khoáng vật là khả năng cho ánh sáng xuyên qua của khoáng vật Cấu

trúc tinh thể và các tạp chất trong khoáng vật là yếu tố quyết định sự trong suốt của khoángvật Dựa vào mức độ trong suốt của khoáng vật người ta chia ra các loại:

Trong suốt: topaz, muscovite, thạch anh (hình 1.7a)

Bán trong suốt: thạch cao, sphalerit, calcite (hình 1.7b)

Không trong suốt: pyrit, magnesit, graphit (hình 1.7c)

Hình 1.7: Độ trong suốt của một số khoáng vật

- Ánh của khoáng vật là sự phản xạ màu sắc trên mặt khoáng vật khi ánh sáng chiếu vào.Người ta xác định ánh trên những mặt vỡ còn mới và bằng phẳng của khoáng vật.Các khoángvật tạo đá có các ánh đặc trưng sau:

Ánh kim: là ánh của các kim loại điển hình như vàng, bạc, đồng, chì, nhôm…khó mô tảnhưng dễ nhận biết

Ánh phi kim: phức tạp hơn và chỉ nhận biết được một số loại như ánh thủy tinh của thạchanh, calcit, fenpat, anhidrit…, ánh xà cừ như mica…, ánh mỡ như talc…, ánh ađamantin nhưkim cương…

a, Khoáng vật Pyrit có ánh kim b, Khoáng vật calcit có ánh thủy tinh

Hình 1.8: Ánh của một số khoáng vật

e) Tính dễ tách (tính cát khai)

- Tính dễ tách là khả năng tinh thể và các hạt kết tinh (mảnh của tinh thể) dễ bị tách ra theonhững mặt phẳng song song khi chịu tác dụng của ngoại lực Mặt tách thường song song vớinhững mặt mạng tinh thể có khoảng cách lớn với nhau, ở đó liên kết giữa chúng là yếu nhất.Tính dễ tách có thể chia theo các mức độ sau:

Rất hoàn toàn: tinh thể có khả năng tách theo các mặt tách một cách dễ dàng, tạo thành cáctấm mỏng như khoáng vật mica…hình 1.9a

Hoàn toàn: lấy búa đập nhẹ sẽ vỡ theo các mặt tương đối phẳng, ví dụ như calcit… hình1.9b

Trung bình: trên những mặt vỡ của tinh thể vừa thấy những mặt tách tương đối hoàn chỉnh,vừa thấy vết vỡ không bằng phẳng theo các phương khác nhau, ví dụ như pyroxene (hình1.9c), amphibon…

Không hoàn toàn: khó thấy mặt tách mà thường là vết vỡ không theo quy tắc nào, ví dụnhư thạch anh, olivin (hình 1.10d)…vì vậy còn gọi là tính không tách của khoáng vật

a, Khoáng vật mica b, Khoáng vật calcit

- Vết vỡ dạng đất: vết vỡ tựa như đất bột, ví dụ như vết vỡ của kaolinit

Như vậy mặt dễ tách cũng chính là một mặt vỡ của khoáng vật

g) Độ cứng

Độ cứng là khả năng chống lại tác dụng lực cơ học bên ngoài (khắc, vạch) lên bề mặt củakhoáng vật Kiến trúc và sự liên kết giữa các chất điểm của khoáng vật ảnh hưởng đến độcứng của khoáng vật Sự liên kết càng chắc thì độ cứng càng cao Đa số các khoáng vật tạo đá

có độ cứng nhỏ hơn 7

Để đánh giá độ cứng tương đối của khoáng vật, người ta thường dùng thang độ cứng tươngđối, do nhà bác học người Đức Friedrich Mohs đưa ra năm 1812 Trong thang này có 10khoáng vật chuẩn tương ứng với cấp độ cứng thay đổi từ 1 đến 10 Đầu nhọn của khoáng vậtđứng sau có thể vạch (rạch) được tất cả các khoáng vật đứng trước nó.

Bảng 1.3: Bảng phân cấp độ cứng theo thang Mohs

1 (1) Tan Mg 3 (Si 4 O 10 )(OH) 2 Rạch dễ dàng bằng móng tay

2 (2) Thạch cao CaSO 4 2H 2 O Rạch được bằng móng tay

4 (21) Fluorit CaF 2 Rạch bằng dao thép khi ấn nhẹ

5 (48) Apatit Ca 5 (PO 4 ) 3 F Rạch bằng dao thép khi ấn mạnh

6 (72) Octoclas

felspat K(AlSi3O8) Làm xước kính

7 (100) Thạch anh SiO 2 Rạch được kính theo mức độ tăng

dần

8 (200) Topaz Al 2 (SiO 4 )(F,OH) 2

9 (400) Corindon Al 2 O 3

Độ cứng của vật liệu được đo bằng cách tìm hai loại vật liệu mà nó có thể làm trầy được và

bị làm trầy Ví dụ: nếu một vật liệu nào đó bị apatit (có độ cứng là 5) làm trầy xước nhưngkhông bị làm trầy bởi đá fluorit (có độ cứng là 4), thì độ cứng trong thang Mohs sẽ là 4,5

Trong thực tế có thể xác định độ cứng tương đối của khoáng vật bằng các phương tiện đơngiản như móng tay có độ cứng 2,5; đồng xu bằng đồng có độ cứng 3,5; một lưỡi dao là 5,5;thủy tinh cửa sổ là 5,5, một thanh thép là 6,5 Sử dụng những vật liệu có độ cứng đã được biếttrước sẽ cho chúng ta biết chính xác vị trí của vật liệu trên thang đo Mohs

h) Tỷ trọng

Tỷ trọng của khoáng vật phụ thuộc vào thành phần hóa học, cấu trúc của tinh thể và thayđổi trong phạm vi khá lớn, các khoáng vật tạo đá có tỷ trọng từ 2,5 đến 3,5 Theo tỷ trọng,khoáng vật được chia thành 3 nhóm:

- Nhẹ: khi tỷ trọng < 2,5 như thạch cao, graphit…

- Trung bình: khi tỷ trọng từ 2,5 đến 4 như canxit, thạch anh, corindon…

- Nặng: khi tỷ trọng > 4 như pyrit, magnetit…

Ngoài các tính chất trên, khoáng vật còn có một số tính chất vật lý khác như: từ tính, đànhồi, tính uốn cong, tính dẻo…Đó là những dấu hiệu để nhận biết khoáng vật cũng như quyếtđịnh các tính chất vật lý, cơ học của đá

1.2.1.3 Phân loại khoáng vật và mô tả một số khoáng vật tạo đá chủ yếu

a) Phân loại khoáng vật

* Theo vai trò chủ yếu hay thứ yếu, tùy theo thành phần chiếm đa số hay chỉ là một phầnnhỏ mà chia ra thành khoáng vật tạo đá chính hay phụ.

* Theo nguồn gốc hình thành, khoáng vật được chia thành khoáng vật nguyên sinh đượctạo thành do sự nguội lạnh của magma hay kết tủa từ dung dịch và khoáng vật thứ sinh đượctạo thành từ các khoáng vật nguyên sinh khác

* Theo thành phần hóa học, các khoáng vật được chia thành từng lớp, mỗi lớp lại chiathành nhiều nhóm Dưới đây sẽ liệt kê một số khoáng vật chủ yếu trong các lớp

b) Một số khoáng vật tạo đá chủ yếu

* Lớp silicat là lớp khoáng vật lớn nhất và quan trọng nhất trong các lớp khoáng vật tạo đá,chiếm khoảng 90% vỏ Trái Đất Đặc trưng của lớp khoáng vật này là cấu trúc của gốc silicat,

các khoáng vật trong nhóm này đều chứa silic và ôxy, gồm 4 nhóm sau:

- Nhóm alumosilicat (felspat): Felspat là alumosilicat K, Na và Ca tạo thành khi magmakết tinh được chia thành:

Tên Công thức Tinhthể Màu Ánh khaiCát cứngĐộ trọngTỷ Tínhtan

thuỷ tinh hoàntoàn 6÷6,5 2,6÷2,7

tan trong axit

Orthorclas

(felspat K) (K2 O.Al 2 O 3 6SiO 2 )

dạng hạt, tấm dày

hồng thịt, trắng, xám

thuỷ tinh hoàntoàn 6÷6,5 2,6

không tan trong axit

- Nhóm orthorsilicat:

Tên Công thức Tinhthể Màu Ánh khaiCát cứngĐộ Tỷtrọng Tínhtan

nâu thuỷ tinh không hoàn toàn 6,5÷7

3,3÷3,4

tan trong

H 3 PO 4

tập hợp khối hạt

xanh , vàng , hồng thuỷ tinh hoàntoàn 8 3,4÷3,6 ,,

a, Khoáng vật Olivin b, Khoáng vật Topaz

không tan trong axit Amphibol Horblend, Tremolit,Actinolit

dạng que, tấm, sợi nâu lục nhạt, xanh xám

thuỷ tinh hoàntoàn 5,5÷6 ÷3,5 3,1 ,,

trắng, xanh nhạt,

mỡ rất

hoàn toàn

1,0 2,7 không

tan trong

vảy đặc xít

trắng xám thuỷtinh

rất hoàn toàn 1÷2 2÷2,5

tan một phần trong axit

trắng đục, vàng nhạt, xám

ánh đất

rất hoàn toàn 1÷2,5 2,6

tan trong

H 2 SO 4

Mica đen

(Biotit) KSiO2O.6(Mg,Fe)O.Al2 2H 2 O 2O3.3

tập hợp dạng vảy

xanh đen, nâu sẫm xà cừ

rất hoàn toàn 2 ÷ 3 3÷3,1

ít tan trong HCl

Mica

trắng

(Muscovi) K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O

tấm, vảy, lá

sáng, vàng, không màu

xà cừ rấthoàn

toàn 2 ÷ 3 2,7÷3,1

không tan trong axit

Clorit 5(Mg,Fe)O.Al2 O 3 3SiO 2

xanh đến xanh đậm

thuỷ tinh hoàntoàn 2÷2,5 2,6÷2,8

tan trong

H 2 SO 4

đặc

c, Khoáng vật Biotit d, Khoáng vật Muscovit e, Khoáng vật Clorit

* Lớp oxyt và hydroxyt: gồm khoảng 200 khoáng vật, chiếm 17% trọng lượng vỏ Trái Đất

thường gặp một số khoáng vật sau:

Tên Công thức Tinh thể Màu Ánh Cátkhai Độcứng Tỷtrọng Tínhtan

Thạch

trắng sữa, không màu

thuỷ tinh

không hoàn toàn 7 2,6 -

Opal (SiO 2 nH 2 O) dạng vôđịnh hình trắng,vàng,

xám

mỡ, xà cừ

không hoàn toàn 5,5÷6,5 1,9÷2,3 - Hematit (Fe 2 O 3 ) dạng tấm,vảy

nâu đỏ, xám đen

kim loại

không cát khai 5,5 4,9÷5,3 -

Corindon (Al 2 O 3 ) tấm dày xanh,nâu,

hồng

thuỷ tinh mạnh

không cát khai 9 4 -

Limonit (2Fe 2 O 3 3H 2 O) dạng hìnhlập

phương

nâu sẫm, nâu vàng

- khôngcát khai 5÷5,5 3,3÷4 -

Magnetit (Fe 3 O 4 ) dạng hìnhlập

phương

đen, đen sắt -

không cát khai 5,5÷6 5,2 -

a, Khoáng vật thạch anh b, Khoáng vật opal c, Khoáng vật Hematit

d, Khoáng vật Corindon e, Khoáng vật Limonit f, Khoáng vật Magnetit

Hình 1.13: Khoáng vật lớp oxyt và hydroxyt

* Lớp carbonat gồm 80 khoáng vật, chiếm 1,7% trọng lượng vỏ Trái Đất, nguồn gốc của

lớp carbonat chủ yếu là ngoại động lực và có liên quan với các dung dịch nước Khi tiếp xúcvới nước chúng giảm bớt độ bền cơ học và cùng với các tác nhân khác nước làm chúng hòatan Lớp carbonat có một số khoáng vật phổ biến sau:

Tên Công thức Tinh thể Màu Ánh Cátkhai Độcứng Tỷtrọng TínhtanCalcit (CaCO 3 ) tập hợp khốitrứng cá

trắng sữa, không màu

thuỷ tinh hoàntoàn 3 2,7

tan trong axit Đolomit (CaCO 3 MgCO 3 ) tập hợp khốihạt

xám, vàng phớt lục

thuỷ tinh hoàntoàn 3,5÷4,5 2,8÷2,9

tan chậm trong HCl

a, Khoáng vật Calcit b, Khoáng vật Đolomit

Hình 1.14: Khoáng vật lớp carbonat

* Lớp Sunfat có khoảng 260 khoáng vật, chiếm không quá 0,1% trọng lượng vỏ Trái Đất,

nguồn gốc thành tạo của chúng liên quan với các dung dịch nước Các khoáng vật sunfat đặctrưng bởi độ cứng không lớn, mầu sang Chúng hòa tan tương đối tốt với nước Lớp sunfatgồm một số khoáng vật sau:

Tên Công thức Tinh thể Màu Ánh Cátkhai Độcứng Tỷtrọng TínhtanAnhydrit (CaSO 4 )

lăng trụ, tấm, tập hợp khối hạt

trắng, xám, xanh da trời

thuỷ tinh hoàntoàn 3 ÷ 3,5 2,8 ÷ 3

tan trong axit

Thạch cao (CaSO 4 2H 2 O) tấm, kim,que, tập

hợp khối

trắng, xám, vàng

thuỷ tinh hoàntoàn 1,5÷2 2,3

tan trong HCl

Barit (BaSO 4 )

dạng lăng trụ, tấm, tập hợp khối hạt

trắng, xám,

-hoàn toàn 3,5 4,3÷4,5

tan chậm trong

H 2 SO 4

đậm đặc

a, Khoáng vật Anhydrit b, Khoáng vật Thạch cao c, Khoáng vật Barit

Hình 1.15: Khoáng vật lớp Sunfat

* Lớp Sunfua: gồm khoảng 200 khoáng vật, tiêu biểu là khoáng vật pirit (FeS2) Cácsunfua trong đới phong hóa bị phá hủy dễ dàng, vì vậy các vật liệu xây dựng chứa chúngthường có chất lượng kém, điển hình có:

Tên thứcCông thểTinh Màu Ánh Cát khai Độcứng Tỷ trọng Tínhtan

Pyrit (FeS 2 )

lập phương, tập hợp khối hạt xâm tán

vàng đồng thau

kim loại mạnh

kim loại khôngcát khai 3,5÷4 4,3 -

Galenit (PbS)

lập phương, tập hợp khối hạt, bó

xám sáng kimloại hoàntoàn 2÷3 7,4÷7,5 -

a, Khoáng vật Pyrit b, Khoáng vật Chalcopyrit c, Khoáng vật Galenit

* Lớp phosphate:

Tên Công thức Tinh thể Màu Ánh Cátkhai Độcứng Tỷtrọng Tínhtan

Apatit Ca 5 (F,Cl)(PO 4 ) 3 

dạng lăng trụ, tập hợp tinh đám,

bó, hạt méo mó

xanh lá cây, xanh da trời

thuỷ tinh

không hoàn toàn 3,2 5

tan trong axit

Khoáng vật Apatit

* Lớp Halogenur: gồm khoảng 100 khoáng vật Nguồn gốc thành tạo của chúng chủ yếu

liên quan với các dung dịch nước Các khoáng vật lớp này dễ hòa tan trong nước Lớphalogenur gồm một số khoáng vật như:

Tên Công thức Tinh thể Màu Ánh Cátkhai Độcứng Tỷtrọng Tínhtan

Halit (NaCl) khối lậpphương trắng,xám,

hồng

thuỷ tinh

rất hoàn toàn 2,5 2,1÷2,2

tan trong axit Fluorit (CaF 2 ) lập phương,giòn dễ vỡ

tím, vàng, xanh lá cây

thuỷ tinh

rất hoàn toàn 4 3÷3,2 -

vàng, xanh, không màu

kim cương trungbình 10 3,5

không tan trong axit và kiềm

Graphit (C) dạng tấm,vảy, lá xám chì,đen chì kim loại rấthoàn

toàn 1 ÷2 2,2

không tan trong axit và kiềm

Hình 1.19: Khoáng vật lớp nguyên tố tự sinh

1.2.2.CÁC LOẠI ĐÁ VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA NÓ Ở VIỆT NAM

Đá là tập hợp nhiều khoáng vật, được sắp xếp theo những quy luật nhất định Đá đơnkhoáng nếu được tạo nên từ một khoáng vật như thạch cao, đôlômit, muối mỏ Đá đa khoáng

là loại phổ biến được tạo nên từ nhiều khoáng vật như granit có thành phần là các khoáng vậtfenpat, thạch anh, mica…Trong các đá đa khoáng, khoáng vật nào chiếm tỷ lệ khối lượng >10% được gọi là khoáng vật chủ yếu

Hiện nay, đã có khoảng 1000 loại đá được biết đến Theo nguồn gốc thành tạo đá đượcchia thành 3 loại: đá magma, đá trầm tích, đá biến chất

a) Sự hình thành đá macma

Đá magma được thành tạo do sự đông cứng của dòng dung nham (macma) nóng chảy phunlên từ trong lòng đất Dung nham là dung dịch silicat nóng chảy có thành phần rất phức tạp,chứa các loại khí khác nhau và hơi nước, nhiệt độ tới 2000 đến 30000C Khi dòng dung nham

nóng chảy đông cứng lại ở ngay trong lòng đất tạo nên đá macma xâm nhập, còn khi chúngphun lên trên mặt đất và đông cứng tạo nên đá macma phun trào (phún xuất).

- Đá macma xâm nhập thành tạo trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, đông cứng từ từđều đặn nên các khoáng vật có thể kết tinh, tạo nên đá kết tinh hoàn toàn, ở dạng khối, chặt xítnhư đá gabro, đá granit, đá xienit, đá điorit

- Đá macma phun trào được thành tạo ngay trên mặt đất, trong điều kiện nhiệt độ, áp suấtthấp nhiệt thoát nhanh, nên không thuận lợi cho việc kết tinh của các khoáng vật, do vậy đáthường ở dạng vô định hình, có nhiều lỗ rỗng hình cầu như đá bazan, đá bọt

- Đá macma có tuổi lớn hơn 300 triệu năm gọi là đá phun trào cổ, ngược lại là đá phun tràotrẻ

b) Đặc điểm của đá macma

* Thành phần khoáng vật:

Các khoáng vật chủ yếu của đá macma gồm: fenspat 60%, amphibol pyroxen 17%, thạchanh 12%, mica 4% Ngoài ra còn một số khoáng vật khác như ziacon, turmalin, apatit… Dựavào hàm lượng SiO2, người ta chia đá magma thành 4 nhóm:

- Đá macma axit: hàm lượng SiO2 > 65% như: granit, liparit

- Đá macma trung tính: hàm lượng SiO2 từ 55 ÷ 65 % như: điorit, syenit

- Đá macma bazơ: hàm lượng SiO2 từ 45 ÷55% như: gabro, bazan

- Đá macma siêu bazơ: hàm lượng SiO2 < 45% như: đunit, peridotit

Các khoáng vật silicát đều chứa SiO2 trong thành phần, ngoài ra khoáng vật thạch anh, opal

có SiO2 Nếu macma nhiều SiO2 thì độ nhớt cao khó phân tán nhanh được, nếu đá nhiều SiO2thì màu sáng hơn, nhẹ hơn và nhiệt độ nóng chảy lớn hơn Trong đá macma, tỷ lệ giữa khoángvật sẫm màu và sáng màu có ý nghĩa quan trọng vì nó quyết định màu chung của đá Tỷ lệ %các khoáng vật sẫm màu trong đá được coi là chỉ tiêu phân loại đá Các đá macma axitthường có màu sáng, macma bazơ và siêu bazơ có màu sẫm vừa và quá sẫm

* Kiến trúc:

Kiến trúc là tổng hợp các đặc trưng thành tạo của đá, được xác định bằng mức độ kết tinh,kích thước và mức độ đồng đều hạt

Theo mức độ kết tinh chia ra 4 loại kiến trúc:

- Kiến trúc toàn tinh: tất cả các khoáng vật trong đá đều kết tinh, ranh giới phân cách giữachúng rõ rệt có thể nhìn rõ bằng mắt thường Kiến trúc này đặc trưng cho đá xâm nhập

- Kiến trúc poocfia: chỉ thấy bằng mắt thường một số tinh thể lớn rải rác trên nền tinh thểrất nhỏ hay không kết tinh Kiến trúc này đặc trưng cho đá phun trào

- Kiến trúc ẩn tinh: tinh thể rất nhỏ không phân biệt được mắt thường chỉ thấy dưới kínhhiển vi

- Kiến trúc thuỷ tinh: đá không kết tinh, đặc trưng cho các loại đá thành tạo trên mặt đất.Kiến trúc này đặc trưng cho đá phun trào như baran, điabas

Theo kích thước hạt chia ra một số loại kiến trúc sau:

- Kiến trúc hạt lớn, đường kính hạt > 5mm

- Kiến trúc hạt vừa, đường kính hạt từ 2 ÷ 5mm

- Kiến trúc hạt nhỏ, đường kính hạt 0,2 ÷ 2mm

- Kiến trúc hạt mịn, đường kính hạt < 0,2mm

Theo mức độ đồng đều hạt, chia ra:

- Kiến trúc hạt đều khi các hạt có kích thước hạt gần như nhau

- Kiến trúc hạt không đều khi các hạt có kích thước khác nhau

* Cấu tạo:

Cấu tạo là những đặc điểm về sự sắp xếp trong không gian của các thành phần tạo đá và sựliên tục của chúng

Theo sự định hướng của khoáng vật, chia ra:

- Cấu tạo khối (cấu tạo đồng nhất) theo bất kỳ hướng nào, thành phần khoáng vật của đácũng như nhau

- Cấu tạo dải (cấu tạo dòng) khi khoáng vật trong đá tập hợp thành từng dải theo phươngdịch chuyển của dòng dung nham

Theo mức độ liên tục, chia ra:

- Cấu tạo chặt xít khi trong đá không có lỗ rỗng

- Cấu tạo rỗng: khi trong đá có các lỗ rỗng được thành tạo do thoát khí và hơi nước từ dòngdung nham

- Cấu tạo hạnh nhân: khi trong các lỗ rỗng được lập đầy bằng khoáng vật thứ sinh

Đá pecmatit (pegmatite), đá magma xâm nhập

Đá (obsidian) - đá vỏ chai, kiến trúc thủy tinh,

Hình 1.20: Một vài dạng kiến trúc và cấu tạo của đá magma

- Dạng nền: là một khối magma rất lớn, diện tích phân bố có thể tới hàng trăm, hàng ngàn

ha, không có hình dạng nhất định và thường không xác định được đáy của nó Đá vây quanhtiếp xúc với dạng nền không bị biến đổi về thế nằm

- Dạng nấm: là khối đá giống hình cái nấm, diện tích phân bố không rộng vào khoảng vàichục ha có khi có cả chân xuyên vào các lớp đá khác Đá vây quanh nhất là ở phía trên bị uốncong theo hình cái nấm

- Dạng mạch: được thành tạo khi magma xâm nhập theo các khe nứt và lấp đầy chúng Cácmạch thường có dạng ngoằn ngoèo, bề dày không đều, thay đổi từ vài centimet đến vài chụcmet Các nhánh ngang của mạch gọi là lớp Chỗ tiếp xúc với đá vây quanh thường có khe nứtlàm tăng tính thấm của đất đá

Đối với đá đá magma phun trào có các dạng thế nằm sau:

- Dạng lớp phủ được thành tạo do khối macma phủ lên trên các lớp đá trầm tích

- Dạng dòng chảy: khi dung nham lỏng chúng chảy tràn ra lấp đầy các khe, rãnh, thunglũng rồi đông đặc lại

- Dạng vòm phủ: khi dung nham quá đặc, chúng đông đặc ngay tại chỗ thoát ra mặt đất tạothành dạng vòm phủ

Hình 1.21: Thế nằm của đá magma

* Khe nứt:

Sự nguội lạnh của dòng magma làm thể tích của chúng bị co lại và xuất hiện các khe nứtnhỏ theo những quy luật nhất định Những khe nứt đó gọi là khe nứt nguyên sinh, khối nứttrong khối đá do những khe nứt đó phân ra gọi là khối nứt nguyên sinh

Khác với khe nứt thông thường, khe nứt nguyên sinh không phá hoại sự liên kết giữacác khối nứt, chúng được xem là những mặt mà tại đó tính vững chắc của đá bị giảm sút Khenứt nguyên sinh và các khe nứt có nguồn gốc khác là giảm cường độ, tăng tính thấm của đá.

Mỗi một loại đá có hình dạng khối nứt nguyên sinh riêng: bazan có khối nứt hình trụ,granit, sienit có khối nứt hình gối đệm, còn diorit có khối nứt hình cầu

c) Một số loại đá magma và sự phân bố của nó ở Việt Nam

* Đá magma axit phân bố rộng rãi ở các vùng miền núi như Hà Giang, Tuyên Quang, CaoBằng, Điện Biên, Kon tum, Lạng Sơn, Phú Thọ, Nghệ Tĩnh

- Đá xâm nhập có granit: thành phần khoáng vật: chủ yếu là các khoáng vật thuộc nhóm

fenpat như: fenpat kali, plagiocla axit, thạch anh, khoáng vật màu thẫm ít như biotit, hocblen,augit; kiến trúc: toàn tinh; cấu tạo khối; thế nằm đa dạng: nền, nấm, mạch Được sử dụng rộngrãi trong xây dựng, giao thông, làm tượng đài

- Đá phun trào có pocfia thạch anh và liparit: thành phần khoáng vật: giống granit, pocfiathạch anh là đá cổ hơn, khoáng vật fenpat chiếm ưu thế, khoáng vật màu thẫm có biotit,amfibon, piroxen Pocfia thạch anh có màu nâu đỏ, nâu, phớt lục Liparit màu trắng, xám, lụcnhạt, vàng nhạt Pocfia thạch anh có màu thẫm hơn và chắc hơn liparit; kiến trúc pocfia điểnhình

* Đá macma trung tính: đá xâm nhập có Syenit và Điorit, đá phun trào có pocfia octocla,pocfirit, trachit và anđezit Các loại đá này được chia làm hai nhóm:

- Nhóm đá trung tính thứ 1 gồm syenit, pocfia octocla và trachit, trong đó syenit là đá xâmnhập sâu, pocfia octocla là đá phun trào cổ còn trachit là đá phun trào mới

Syenit tạo thành từ nhiều khoáng vật có kích thước khác nhau, khác với granit không cóthạch anh, lượng fenpat ít hơn và có nhiều khoáng vật màu thẫm hơn, khoáng vật chủ yếutrong syenit là octocla, microlin, pilagiocla axit Khoáng vật màu thẫm có biotit, một ítolivine, màu sẫm hơn so với granit

Trachit màu trắng xám, mặt vỡ xù xì có nhiều lỗ rỗng

Pocfia octocla nếu là pocfia không có thạch anh thì màu thẫm hơn

- Nhóm đá trung tính thứ 2 gồm điorit, pocfirit và anđezit, trong đó điorit là đá xâm nhậpsâu, pocfirit là đá phun trào cổ còn anđezit là đá phun trào mới

Điorit có thành phần là plagiocla trung tính, hocblen, đôi khi có biotit Màu xám, xám lục,xám sẫm, đen Kiến trúc kết tinh điển hình

Pocfirit và anđezit có thành phần là plagiocla trung tính, khoáng vật màu thẫm như augit.Pocfirit có màu lục thẫm, xám chắc hơn anđezit Kiến trúc pocfia sienit

Đá macma trung tính phân bố ở vùng núi như Bắc Cạn, Lai Châu, Phú Thọ, Quảng Bình,Nghệ Tĩnh…

* Đá macma bazơ: Đá macma bazơ phân bố chủ yếu ở vùng núi các tỉnh Lạng Sơn, Cao

Bằng, Hòa Bình, Yên Bái, Nghệ An, Hà Tĩnh

- Đá xâm nhập có gabro có thành phần khoáng vật gồm plagioclas bazơ, olivin, pyroxene;màu từ thẫm đến đen; kiến trúc toàn tinh, hạt vừa đến thô; cấu tạo khối; thế nằm dạng nền,dạng mạch

- Đá phun trào có điabas (phun trào cổ) và bazan (phun trào trẻ) có thành phần khoáng vậtgiống gabbro; kiến trúc pocfia trong đá bazan, kiến trúc ẩn tinh trong đá diabas; cấu tạo khối,bazan có thể có cấu tạo lỗ rỗng; thế nằm dạng lớp phủ, dạng mạch, đây là hai loại đá phân bốrộng rãi nhất ở trên mặt đất.

* Đá macma siêu bazơ: Đá macma siêu bazơ phân bố ở các vùng sông Mã, sông Đà, TâyBắc, Phú Thọ

- Đá xâm nhập có periđotit và đunit: Periđotit thành phần khoáng vật là augit, olivin và một

số ít khoáng vật quặng Màu lục thẫm, nâu, nâu thẫm đến đen Kiến trúc toàn tinh Đunit cóthành phần khoáng vật chủ yếu là olivin, kiến trúc hạt, cấu tạo khối

- Đá phun trào thì chưa rõ

Đá granite – đá magma xâm

nhập, đá axit kiến trúc toàn tinh

hạt lớn

Đá diorite – đá magma xâm nhập, đá trung tính, kiến trúc toàn tinh hạt lớn

Đá andesite – đá magma phun trào tương ứng của diorite, kiến

trúc pocphia

Đá gabbro – đá magma xâm

nhập, đá bazơ, kiến trúc toàn tinh trào tương ứng gabbro, kiến trúc Đá basalt – đá magma phun

pocphia

Đá peridotite – magma xâm nhập, đá siêu bazơ, kiến trúc toàn

tinh

Hình 1.22: Một số loại đá magma thường dùng trong xây dựng

d) Nhận xét chung khi sử dụng đá magma làm vật liệu xây dựng

Các loại đá xâm nhập ít bị biến đổi, có độ bền lớn, khả năng chống thấm nước cao, thíchhợp cho việc xây dựng các hồ chứa, đường hầm…

Các loại đá phun trào khả năng chịu lực kém hơn các loại đá xâm nhập, dễ thấm nước hơn,nên không thích hợp cho việc làm nền các hồ chứa hay xây dựng các đường hầm

Tuy nhiên, trong đá magma có các khe nứt nguyên sinh làm tăng mức độ phong hoá, giảm

độ bền, tăng tính biến dạng, tăng tính thấm Vì vậy, khi dùng đá macma làm nền công trìnhphải xem xét đến mức độ nứt nẻ, mức độ phong hoá của đá… để tránh những sự cố có thể xảy

ra đảm bảo cho công trình được ổn định khai thác lâu dài

Nói chung đá magma thường có độ bền cao, dễ khai thác, dễ gia công nên được sử dụngrộng rãi làm vật liệu xây dựng, đá ốp lát, điêu khắc, một số làm vật liệu chịu lửa, chịu axit

1.2.2.2 Đá trầm tích

a, Sự hình thành đá trầm tích

Tất cả các loại đá khi lộ ra trên mặt đất đều chịu tác động của các quá trình phong hóa Kếtquả là đá bị phá hủy Một bộ phận hòa tan tạo thành dung dịch, bộ phận khác tạo thành nhữngmảnh vụn có kích thước khác nhau Các vật liệu được gió hoặc nước mang đi rồi tích tụ tạothành đá trầm tích Quá trình tạo đá trầm tích gồm 3 giai đoạn:

Phá hủy đá ban đầu và tạo nên các hạt vụn, dung dịch: giai đoạn tạo vật liệu trầm tích.Dưới tác động của gió và dòng nước, vật liệu trầm tích được vận chuyển, tuyển lựa, trầmđọng lại thành các lớp hạt vụn, bùn sét, kết tủa dung dịch: giai đoạn trầm tích mềm rời

Dưới tác dụng của áp lực, trọng lực và các dung dịch kết tủa trong nước, trầm tích mềm rờiđược nén chặt hoặc gắn kết lại thành đá: giai đoạn hóa đá của trầm tích

Đá trầm tích chỉ chiếm 5% khối lượng vỏ Trái đất, nhưng bao phủ 75% diện tích bề mặtTrái Đất

Theo nguồn gốc thành tạo, đá trầm tích được chia thành 3 loại:

- Đá trầm tích cơ học được hình thành do sự nén chặt và gắn kết các vật liệu vụn

- Đá trầm tích hóa học được hình thành do kết tủa dung dịch hóa học

- Đá trầm tích hữu cơ được hình thành do phân hủy xác động thực vật

b, Đặc điểm của đá trầm tích

* Thành phần: do điều kiện thành tạo nên trong đá trầm tích gồm khoáng vật và chất gắn

kết

- Khoáng vật: Ngoài các khoáng vật của đá gốc như: thạch anh, fenpat, mica trong đá

trầm tích còn gặp các khoáng vật thứ sinh, xuất hiện trong quá trình tạo thành như canxit,thạch cao, các khoáng vật sét…

- Chất gắn kết để gắn kết các mảnh vụn rời rạc lại với nhau tạo thành đá trầm tích Thànhphần và kiểu gắn kết có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ học của đá

Tùy theo thành phần, chia chất gắn kết thành một số loại chính như: silic, cacbonat, cóchứa sắt, khoáng vật sét

Tuỳ theo kiểu gắn kết có thể chia thành: (Hình 1.23)

- Gắn kết cơ sở: chất gắn kết tràn đầy trong khối đá làm các hạt vụn không tiếp xúc vớinhau và trầm tích đồng thời với hạt vụn Tỷ lệ chất gắn kết thường lớn hơn hạt vụn Đá gắnkết chắc nhưng dễ bị phong hoá

- Gắn kết tiếp xúc: chất gắn kết chỉ có ở nơi tiếp xúc giữa các hạt Đá gắn kết yếu, nhiều lỗ

rỗng nên có thể chứa nước

- Gắn kết lấp đầy: chất gắn kết lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt Đá gắn kết chắc, tốt hơn nếucốt liệu sắc cạnh

Hình 1.23: Các kiểu gắn kết của đá trầm tích

* Kiến trúc: Đá trầm tích hoá học có kiến trúc kết tinh được chia như kiến trúc của đámagma Đá trầm tích cơ học có kiến trúc được chia theo kích thước cốt liệu và phản ánh vàotên đá Theo tiêu chuẩn phân loại đất xây dựng hiện hành của Việt Nam TCVN 5747 – 1993,

* Cấu tạo: do điều kiện thành tạo, đá trầm tích được phân thành những lớp có thành phần,

tính chất và màu sắc khác nhau Ranh giới giữa các lớp gọi là mặt phân lớp Các lớp có thểkhác nhau về chiều dày (khoảng cách giữa mái và đáy), thành phần khoáng vật, tính chất cơ

lý Thấu kính là lớp đá có chiều dày tương đối lớn nhưng vát nhọn dần và diện phân bố hẹp

Việc xác định chiều dày lớp được dùng để đánh giá trữ lượng Cấu tạo của đá trầm tích phổ

biến có các dạng:

- Cấu tạo lớp là cấu tạo đặc trưng nhất của đá trầm tích

- Cấu tạo khối khi các hạt khoáng vật tạo đá sắp xếp lộn xộn (đá trầm tích vụn cơ học: cátkết), được hình thành do trầm tích lắng đọng nhanh, vật liệu vận chuyển tới liên tục, nướcluôn bị khuấy động Cấu tạo này làm cho đá đồng nhất bền vững

- Cấu tạo dòng khi các hạt sắp xếp, định hướng theo phương dòng chảy, hướng gió…đá cótính dị hướng

Do điều kiện thành tạo mà đá trầm tích có độ rỗng rất lớn như đá vôi từ 0,6÷33%, đolomit2,5÷33%, trong khi đó đá biến chất và đá magma chỉ khoảng 0,8÷1,2%, vì vậy độ bền của đátrầm tích giảm đi nhiều