Bài giảng Cơ học đất - Chương 1: Khoáng vật và đất đá (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về khái niệm khoáng vật và khoáng vật tạo đá, khái niệm về đất đá, đá magma, đá trầm tích, đá biến chất,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Chương 1: Khoáng Vật Đất đá Nội dung nghiên cứu: Khái niệm KV & KV tạo đá Khái niệm đất đá Đá magma Đá trầm tích Đá biến chất KV = Khoáng Vật I Kn KV & ý nghĩa việc nghiên cứu KV • Định nghĩa KV: KV đơn chất hợp chất hoá học tồn tự nhiên, thành tạo trình hoá học & vật lý định vỏ trái đất mặt đất, có t/phần & tính chất vật lý xác định ✓ KV đơn chất: VD vàng; kim cương ✓ KV hợp chất, VD thạch anh, feldspar I KN KV ý nghĩa nghiên cứu KV • Mục đích nghiên cứu KV – Hiểu nguồn gốc & đk hình thành đá – Nhận xét khả sử dụng đất đá xây dựng CT II Các trạng thái & dạng tồn KV Trạng thái KV: – Rắn (đại đa số): CaC03; Cu; – Lỏng (một số): H2O; Hg – Khí (một số): CO2; NH4 Đất đá cấu tạo chủ yếu KV trạng thái rắn Dạng tồn KV – Dạng kết tinh (đa số) – Dạng vơ định hình – Dạng keo Dạng kết tinh • Hình thành kết tinh nguyên tố hóa học tạo thành tinh thể gắn kết lại với (Salt crystals) Dạng vơ định hình • Các phân tử vật chất tạo thành KV ko xếp theo trật tự có tính quy luật tuần hồn ko gian (hoặc ko tạo thành tinh thể) Dạng keo • KV tồn dung dịch keo, hạt keo có tính chất đặc biệt, phức tạp: VD: Dung dịch phù sa, bentonit… III Phân loại khống vật 3.1 Mục đích: – Mơ tả KV cách có hệ thống – Làm rõ mối quan hệ KV đá Đánh giá sơ tính chất KV tính chất xây dựng đất đá III Phân loại khoáng vật 3.2 Phân loại • Theo nguồn gốc hình thành: • Theo điều kiện hình thành • Theo vai trị tạo đá • Theo thành phần hóa học Theo nguồn gốc • KV ngun sinh: kv hình thành từ phần tử trình macma, trầm tích & biến chất • Kv thứ sinh: kv hình thành từ trình biến đổi kv khác Thường hình thành từ q trình trầm tích, biến chất 10 Theo điều kiện thành tạo • KV nội sinh: dạng lượng nhiệt & áp suất bên trái đất phát sinh • KV ngoại sinh: trình địa chất ngoại động lực q trình phong hóa, q trình trầm tích 11 Theo vai trị tạo đá KV chính: > 5% khối lượng đá KV phụ: < 5% khối lượng loại đḠ(Các loại đá khác nhau, khái niệm chính-phụ mang tính tương đối) 12 4 Theo thành phần hóa học: chia thành lớp Lớp 1: nguyên tố tự nhiên: vàng (Au) Lớp 2: sulfua VD: Pirit (FeS2), Lớp 3: halogenua VD: Halit (NaCl) Lớp 4: cabonat: Canxit (CaCO3) Lớp 5: Sulfate VD: Thạch cao (CaSO4.2H2O) Lớp 6: Phosphate VD: Apatite Lớp 7: ô xit VD: Thạch anh (SiO2) Lớp 8: Silicat VD: Felpat KAlSi3O8 Lớp 9: Các chất hữu 13 Lớp 1: nguyên tố tự nhiên Diamon Graphit Cabon, C 14 14 Lớp sulfua VD Thần sa (cinabar), HgS 15 Lớp Halogenua; VD Halite, NaCl 1616 Lớp cacbonate: 17 Lớp Sulfate, VD Thạch cao, CaSO4.2H2O 18 6 Lớp phosphate: Apatite, Ca2F(PO4)3 19 Lớp OXIT: Corundum (hồng ngọc), Al2O3 20 Lớp OXIT: Corundum (hồng ngọc), Al2O3 21 Lớp Silicate: Muscovite (Mica), KAl2[Si3O10](OH)2 22 IV Các tính chất vật lý KV Hình dạng tinh thể khống vật Màu khoáng vật Độ suốt ánh khống vật Tính cát khai khống vật Vết vỡ khoáng vật Độ cứng Tỷ trọng 23 Hình dạng tinh thể khống vật Dạng đẳng thước: cấu trúc tinh thể KV phát triển theo phương, tinh thể KV có dạng hạt, dạng cầu, VD pyrit, halit, granat Dạng kéo dài phương: KV thường có dạng tấm, phiến, vảy, lá, VD Mica; barit, clorit Dạng kéo dài phương: KV có cấu tạo tinh thể dạng que, dạng kim, dạng sợi, VD thạch anh, antimoan 24 Màu khoáng vật ✓ Do thành phần hóa học KV định Chủ yếu chứa nguyên tố hóa học mang màu ✓ Nhiều KV có màu cố định, lẫn tạp chất, KV mang nhiều màu khác ✓ Màu KV quan sát đc phụ thuộc đk ánh sáng, trạng thái mặt KV ✓ Màu KV định màu đá → ảnh hưởng tới khả hấp thụ nhiệt đá 25 Màu khoáng vật Thạch anh 26 26 26 Màu khoáng vật Limonit Berin (hồng ngọc) 27 Độ suốt: Khả cho ánh sáng qua KV Trong suốt: thạch anh; thủy tinh; spat; Spat Nửa suốt: Thạch cao; sfalerit Thạch anh Không suốt: pirit; manhetit; grafit Grafit 28 Độ suốt ánh KV Ánh KV: đc tạo thành phần ánh sáng phản xạ có tần số dao động ko đổi ta chiếu sáng vào KV Ánh phụ thuộc vào chiết suất KV Ánh thủy tinh: Thạch anh, canxit Ánh kim cương Ánh kim: hemarit (Fe203), thần sa (HgS) Ánh kim: Pyrit (FeS); Galen (PbS) 29 Tính cát khai vết vỡ Tính cát khai: khả tinh thể KV hạt tinh thể KV bị tách vỡ thành tấm, khối có mặt phẳng nhẵn mặt gương: • Cát khai hồn tồn: Mica; Clorit • Cát khai hồn tồn: Canxit, Halit • Cát khai trung bình: Piroxen • Cát khai khơng hồn tồn: Apatit 30 10 61 V Thế nằm đá magma Thế nằm đá xâm nhập ❖ Dạng nền: kích thước lớn, đá vây quanh ko bị biến đổi nằm, ranh giới ko xác định đc ❖ Dạng nấm: hình nấm, kích thước nhỏ dạng nền, đá vây quanh phía bị uốn cong ❖ Dạng mạch: magma xâm nhập vào khe nứt, cắt ngang tầng đá vây quanh, kéo dài ❖ Dạng lớp: magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp đá có trước, đơng cứng lớp 62 63 21 Thế nằm đá magmaV xõm Thế nằm nhp dng lp đá mắc ma V Thế nằm đá magma Thế nằm đá phun trào ❖ Dạng vịm: magma nhớt, đơng cứng chỗ phún xuất ❖ Dạng dòng chảy: địa hình thuận lợi, magma linh động chảy thành dòng ❖ Dạng lớp phủ: magma phun theo hệ thống khe nứt, phủ diện rộng 65 V Thế nằm đá Magma Dạng vòm Dạng lớp phủ Dạng dịng Dạng nón Dạng lớp Dạng mạch Dạng nấm 66 22 V Thế nằm đá mắc ma 67 V Thế nằm đá Magma 68 V Thế nằm đá Magma 69 23 V Thế nằm đá Magma 70 Ý nghĩa việc nc nằm đá mắc ma XDCT thủy lợi Ah đến ổn định cơng trình Ah đến tính thấm nước đất đá Ah đến khả khai thác loại VLXD thiên nhiên 71 ĐẤT ĐÁ TRẦM TÍCH 24 I Sự hình thành & phân loại đất đá trầm tích Sự hình thành Hình thành q trình trầm đọng tích tụ loại VL phá hủy từ đá có trước tích đọng xác sinh vật 73 I Sự hình thành & phân loại đất đá trầm tích Q trình hình thành đất đá trầm tích a Hình thành từ vật liệu phong hóa – Giai đoạn phá hủy đá có trước – – Giai đoạn vận chuyển trầm đọng Giai đoạn keo kết, hóa đá b Hình thành từ q trình tích tụ xác sinh vật c Hình thành bốc làm nồng độ muối tăng kết tủa 74 I Sự hình thành & phân loại đất đá trầm tích Phân loại đất đá trầm tích (TT) • Trầm tích mềm rời: TT chưa đc gắn kết hóa đá ✓ Mềm rời ko dính: cuội, sỏi, cát ✓ Mềm rời dính: sét, sét pha, • Trầm tích vụn keo kết: TT mà hạt vụn đc xi măng tự nhiên (oxit silic, oxit sắt, canxit, ….) gắn kết lại Cuội kết, sỏi kết, cát kết,,, • Trầm tích hóa học: TT kết tủa, ngưng keo dung dịch keo & dung dịch hòa tan VD: muối mỏ, thạch cao, đolomit • Trầm tích sinh vật: TT xác sinh vật tham gia vào t.phần tạo đá VD: Than đá, đá vơi vỏ sị, đá vôi san hô 75 25 Một số loại đá trầm tích Trầm tích sinh hóa • Đá vơi • Đá vơi vỏ 76 Một số loại đá trầm tích Trầm tích hóa học Đá Dolomite Trầm tích keo kết Cuội kết 77 II Thành phần kv đất đá trầm tích Kv tàn dư: Kv đá có trước giữ lại chưa bị biến đổi, thường kv mảnh vụn trầm tích vụn học Kv túy: Kv hình thành kết tủa từ dung dịch thật VD: thạch cao, halit, opan Thường t.p trầm tích hóa học & chất xi măng gắn kết trầm tích keo kết Kv thứ sinh: kv sinh từ kv có trước biến đổi hóa học Các hóa thạch đá 78 26 III Kiến trúc đá trầm tích Kiến trúc trầm tích vụn rời: dựa vào hình dạng kích thước hạt Kiến trúc đá vụn keo kết: Kiểu kiến trúc keo kết, dựa vào hình thức liên kết hạt ✓ Keo kết sở ✓ Keo kết lấp đầy ✓ Keo kết tiếp xúc Kiến trúc trầm tích hóa học: Kiểu kiến trúc kết tinh ✓ Toàn tinh ✓ Ban tinh ✓ Ẩn tinh Kiến trúc đá trầm tích sinh vật: theo tên SV đá 79 IV Cấu tạo đá trầm tích Cấu tạo khối: Các hạt xếp hỗn độn, ko theo quy tắc, ko định hướng Cấu tạo dòng: Các hạt xếp có định hướng theo phương dịng chảy Cấu tạo lớp: Các hạt kv xếp có quy luật & thành lớp riêng biệt 80 IV Cấu tạo đá trầm tích Trầm tích cấu tạo khối – Red Sandstone 81 27 IV Cấu tạo đá trầm tích Cấu tạo lớp đá trầm tích – Sét kết 82 IV Cấu tạo đá trầm tích Chú ý phân biệt KN “cấu tạo lớp” “thế nằm dạng lớp” với đá trầm tích ❖ Cấu tạo lớp xếp hạt KV thành lớp (đặc trưng bên trong) ❖ Thế nằm dạng lớp hình dạng khối đá dạng lớp xếp hạt đất đá (đặc trưng bên ngồi) Trong lớp đá có lớp phân bố hạt KV 83 V Thế nằm đá trầm tích Thế nằm nguyên sinh: Thế nằm hình thành trình trầm đọng ❖ Dạng lớp nằm ngang xiên ❖ Dạng lớp vát nhọn, dạng thấu kính ❖ Dạng lớp xiên chéo Thế nằm thứ sinh: Do chuyển động kiến tạo, đá nằm nghiêng uốn cong ❖ Nếp uốn (nếp lồi, nếp lõm) ❖ Đơn nghiêng 84 28 V Thế nằm đá trầm tích 85 V Thế nằm đá trầm tích Thế nằm nguyên sinh dạng lớp nằm ngang bảo tồn 86 V Thế nằm đá trầm tích Thế nằm thứ sinh dạng nếp uốn 87 29 ĐÁ BIẾN CHẤT 88 I Sự hình thành phân loại đá biến chất Định nghĩa Hình thành từ loại đá có trước trình biến đổi tác dụng nhiệt độ cao áp suất lớn, xảy lòng đất Chú ý: cần phân biệt với q trình phong hóa đá- trình biến đổi thành phần tính chất đá xảy mặt đất tác nhân mơi trường bên ngồi 89 I Sự hình thành phân loại đá biến chất Sự hình thành đá biến chất • Tại chỗ tiếp xúc với đá magma, t0 cao khối magma làm lớp đá vây quanh tái kết tinh lại • Tại đới phá hủy dọc đứt gãy kiến tạo, áp suất cao làm cho lớp đất đá bị phân phiến, cà nát mạnh……… • Tại vùng tạo núi, có chuyển động kiến tạo diễn mạnh mẽ, lớp đá trầm tích bị vùi sâu, chịu tác động t0, áp suất lớn 90 30 I Sự hình thành phân loại đá biến chất Phân loại đá biến chất • Biến chất tiếp xúc – xảy chỗ t/x với đá magma xâm nhập, tác nhân t0 gây biến chất chủ yếu • Biến chất động lực – xảy đứt gãy kiến tạo, tác nhân áp suất chủ yếu • Biến chất khu vực – xảy vùng tạo núi, vùng đá trầm tích bị vùi sâu Tác nhân đồng thời nhiệt độ áp suất 91 I Sự hình thành phân loại đá biến chất 92 II Thành phần KV đá biến chất Kv tàn dư: kv đá ban đầu ko bị biến đổi trình biến chất Kv túy: hình thành trình biến chất – kv nội sinh Đặc điểm thành phần kv đá biến chất: Cường độ cao, Kém ổn định đk môi trường Thông thường tỉ trọng cao, ko chứa nước nghèo nước 93 31 III Kiến trúc đá biến chất • Kiến trúc biến tinh: hình thành kết tinh tái kết tinh KV đá ban đầu • Kiến trúc tồn tinh • Kiến trúc ban tinh • Kiến trúc ẩn tinh • Kiến trúc milonit (kiến trúc cà nát – đặc trưng cho biến chất động lực): Đá bị miết, nghiền nát sau đc kv khác gắn kết lại • Kiến trúc vảy: hạt KV dạng vảy, dạng phiến, định hướng td áp lực 94 III Kiến trúc đá biến chất 95 III Kiến trúc đá biến chất 96 32 III Kiến trúc đá biến chất 97 III Kiến trúc đá biến chất 98 IV Cấu tạo đá biến chất • Ct khối: thường xảy đá biến chất tiếp xúc 99 33 IV Cấu tạo đá biến chất Ct phiến: Khi đá kv dạng tấm, dạng que xếp định hướng theo phương vng góc với áp lực, thường thấy biến chất khu vực & biến chất động lực Đá dễ tách 100 IV Cấu tạo đá biến chất Ct gơnai (gneiss): Các kv sáng mầu & tối màu nằm xen kẽ thành dải Do biến chất sâu sắc, kv tối màu có xu hướng tách riêng, thành dải định hướng (vng góc với chiều áp lực) 101 V Thế nằm đá biến chất • Đá biến chất tiếp xúc: Dạng đới bao quanh • Đá biến chất động lực: dạng tuyến dọc theo đứt gãy • Đá biến chất khu vực: giữ nguyên nằm ban đầu 102 34 Câu hỏi ơn tập 1) Định nghĩa khống vật? Mục đích nghiên cứu? 2) Các đặc trưng đất đá? 3) Đá mắc ma: Phân loại, kiến trúc, cấu tạo, nằm? 4) Đá trầm tích: Phân loại, kiến trúc, cấu tạo, nằm? 5) Đá biến chất: Phân loại, kiến trúc, cấu tạo, nằm? 103 35 ... Các tính chất vật lý KV Hình dạng tinh thể khống vật Màu khoáng vật Độ suốt ánh khống vật Tính cát khai khoáng vật Vết vỡ khoáng vật Độ cứng Tỷ trọng 23 Hình dạng tinh thể khoáng vật Dạng đẳng... khối đất đá k.gian mối q.hệ tiếp xúc khối đá không gian với Thế nằm đất đá cịn cho biết mức độ đồng CT cường độ ổn định thấm 41 Giúp XĐ đc tên đá, loại đá, điều kiện hình thành tồn đá, từ đánh... nhập vào khe nứt, cắt ngang tầng đá vây quanh, kéo dài ❖ Dạng lớp: magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp đá có trước, đơng cứng lớp 62 63 21 Thế nằm đá magmaV xõm Thế nằm nhp dng lp đá mắc ma V Thế