Chương 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA HÌNH TỈNH THÁI NGUYÊN
2.2. Đặc điểm địa chất tỉnh Thái Nguyên
2.2.3. Đặc điểm thạch học các đá
Theo Đặng Xuân Phong và nnk. 2001, các đá ở khu vực nghiên cứu được chia ra làm hai nhóm: nhóm trầm tích không gắn kết và nhóm trầm tích gắn kết.
- Nhóm trầm tích không gắn kết:
Phụ nhóm bột sét.
Phụ nhóm bột, sét nguồn gốc sông Đệ Tứ không phân chia (aQ).
Các thành tạo bột và sét nguồn gốc sông, phân bố thành những dải hẹp dọc sông Cầu và sông Công, có bề dày thay đổi từ 5 - 20 m. Phụ nhóm này bao gồm các loại thạch học sau: sét, sét pha, cát pha.
* Sét: có màu vàng, xám nâu, khi khô trạng thái nửa cứng, khi ướt sét ở trạng thái mềm dẻo
Chỉ tiêu phân loại: chỉ số dẻo Id = 18, thành phần hạt sỏi 4%, cát 22%, bụi 36%, sét 38%.
Chỉ tiêu cơ lý:
Độ ẩm tự nhiên W = 24%
Hệ số lỗ rỗng n = 0,83 Độ bão hòa nước G = 84%
Giới hạn chảy Wch = 84%
Giới hạn dẻo Wd = 24%
Độ sệt B = 0,01
Góc ma sát trong = 24
Lực dính kết C = 0,322 kg/cm2 Hệ số nén lún a1-2 = 0,024 cm2/kg.
* Sét pha: sét pha có màu xám vàng, xám xanh. Khi khô đất ở trạng thái cứng, khi ướt ở trạng thái dẻo đến dẻo chảy.
Chỉ tiêu phân loại: chỉ số dẻo Id = 20, khối lượng riêng = 2,67 g/cm3, thành phần hạt sỏi 4%, cát 54%, bụi 21%, sét 21%.
Chỉ tiêu cơ lý:
Độ ẩm tự nhiên W = 18%
Hệ số lỗ rỗng n = 0,64 Độ bão hòa nước G = 98%
Giới hạn chảy Wch = 31%
Giới hạn dẻo Wd = 20%
Độ sệt B < 0
Góc ma sát trong = 25
Lực dính kết C = 0,209 kg/cm2 Hệ số nén lún a1-2 = 0,026 cm2/kg
* Cát pha: Cát pha có màu xám vàng, xám xanh khi khô ở trạng thái cứng, khi ướt ở trạng thái dẻo.
Chỉ tiêu phân loại: chỉ số dẻo Id = 5, khối lượng riêng = 2,69 g/cm3, thành phần hạt sỏi 6%, cát 71%, bụi 16%, sét 7%.
Chỉ tiêu cơ lý:
Độ ẩm tự nhiên W = 16%
Hệ số lỗ rỗng n = 0,69 Độ bão hòa nước G = 65%
Giới hạn chảy Wch = 26%
Giới hạn dẻo Wd = 21%
Độ sệt B < 0
Góc ma sát trong = 28
Lực dính kết C = 0,031 kg/cm2 Hệ số nén lún a1-2 = 0,018 cm2/kg
Thành phần thạch học của phụ nhóm này có độ mài tròn trung bình, độ đồng nhất kém, tính chất cơ lý đồng nhất theo diện.
Phụ nhóm trầm tích nguồn gốc sông (aQ I-III)
Chúng lộ ra thành các dải nhỏ kéo dài theo hướng của thung lũng hai con sông lớn trong vùng nghiên cứu, sông Cầu và sông Công. Thành phần gồm sét, sét pha và cát pha.
* Sét: có màu xám vàng, xám trắng loang lổ trạng thái cứng và dẻo mềm đến dẻo chảy khi ướt.
Chỉ tiêu phân loại: chỉ số dẻo Id = 20, khối lượng riêng = 2,73 g/cm3, thành phần hạt sỏi 8%, cát 29%, bụi 23%, sét 40%.
Chỉ tiêu cơ lý:
Độ ẩm tự nhiên W = 25%
Hệ số lỗ rỗng n = 0,78 Độ bão hòa nước G = 89%
Giới hạn chảy Wch = 46%
Giới hạn dẻo Wd = 26%
Độ sệt B < 0
Góc ma sát trong = 21
Lực dính kết C = 0,428 kg/cm2 Hệ số nén lún a1-2 = 0,025 cm2/kg
* Sét pha: màu nâu xám vàng hoặc loang lổ, trạng thái nửa cứng và dẻo chảy đến dẻo mềm khi ướt
Chỉ tiêu phân loại: chỉ số dẻo Id = 10,4, khối lượng riêng = 2,67g/cm3, thành phần hạt sỏi 1,1%, cát 58,3%, bụi 20,6%, sét 20%.
Chỉ tiêu cơ lý:
Độ ẩm tự nhiên W = 19,56%
Hệ số lỗ rỗng n = 0,60
Độ bão hòa nước G = 87,2%
Giới hạn chảy Wch = 27,12%
Giới hạn dẻo Wd = 16,72%
Độ sệt B = 0,27
Góc ma sát trong = 21,09 Lực dính kết C = 0,167 kg/cm2 Hệ số nén lún a1-2 = 0,002 cm2/kg
* Cát pha: Cát pha màu xám trắng, xám vàng loang lổ, kết cấu chặt khi ướt bở rời.
Chỉ tiêu phân loại: khối lượng riêng = 2,64 g/cm3, thành phần hạt sỏi 20%, cát 63%, bụi 9%, sét 8%.
Chỉ tiêu cơ lý:
Độ ẩm tự nhiên W = 14%
Hệ số nén lún a1-2 = 0,018 cm2/kg
Các loại thạch học trong phụ nhóm này có mức độ mài mòn kém, tính chất cơ lý tương đối đồng nhất theo diện và chiều sâu.
Phụ nhóm bụi sét phát triển trên đá biến chất (o - s)
Thành tạo này là các sản phẩm phong hóa của đá biến chất phân bố chủ yếu ở phía tây vùng nghiên cứu, gồm các loại thạch học sau:
* Sét: sét nâu vàng đến sẫm loang lổ (bị laterit hóa). Trạng thái nửa cứng khi ướt mềm dẻo đến chảy. Kết quả phân tích cho thấy:
Chỉ tiêu phân loại: chỉ số dẻo Id = 18, khối lượng riêng = 2,69g/cm3, thành phần hạt sỏi 1%, cát 31%, bụi 27%, sét 41%.
Chỉ tiêu cơ lý:
Độ ẩm tự nhiên W = 31%
Hệ số lỗ rỗng n = 0,94 Độ bão hòa nước G = 92%
Giới hạn chảy Wch = 46%
Giới hạn dẻo Wd = 28%
Độ sệt B = 0,14
Góc ma sát trong = 27
Lực dính kết C = 0,183 kg/cm2. Hệ số nén lún a1-2 = 0,03 cm2/kg
* Sét pha: sét pha màu nâu vàng đến vàng sẫm, trạng thái nửa cứng, khi ướt ở trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy. Kết quả thí nghiệm cho thấy:
Chỉ tiêu phân loại: chỉ số dẻo Id = 12, khối lượng riêng = 2,70g/cm3, thành phần hạt sỏi 3%, cát 57%, bụi 23%, sét 17%.
Chỉ tiêu cơ lý:
- Độ ẩm tự nhiên W = 23%
- Hệ số lỗ rỗng n = 0,75 - Độ bão hòa nước G = 85%
- Giới hạn chảy Wch = 35%
- Giới hạn dẻo Wd = 23%
- Độ sệt B = 0,04
- Góc ma sát trong = 27
- Lực dính kết C = 0,081 kg/cm2 - Hệ số nén lún a1-2 = 0,05 cm2/kg
Nhìn chung nhóm này kém đồng nhất về thành phần thạch học, khi bị sũng nước dễ dẫn đến hiện tượng trượt, chảy.
Phụ nhóm vụn thô nguồn gốc trầm tích sông, sườn tích Đệ Tứ không phân chia ad(Q).
Thành tạo này nằm dọc theo các trũng thấp dọc các trũng trong vùng nghiên cứu. Thành phần chủ yếu cuội, sỏi, dăm màu xám vàng đến xám nâu, nhiều chỗ gặp tảng dăm kết cấu rời rạc. Hàm lượng trung bình các nhóm hạt:
sỏi 59%, cát 29%, bụi 2%, sét 3%. Ttính chất cơ lý chưa được nghiên cứu.
- Trầm tích gắn kết
Nhóm trầm tích lục nguyên
Nhóm trầm tích bao gồm chủ yếu là các đá sét kết, sét vôi, bột kết, cát kết...
Các đá này khi bị phong hóa thường mủn ra thành đất gồm những hạt mà đa số là sét có kích thước < 0,01 mm. Vào mùa mưa, các hạt sét trương lên, tạo
thành một màng chắn không cho nước đi xuống sâu. Vì lẽ đó mà các tầng đá nằm ở bên dưới được bảo vệ tốt. Nhìn chung ta thấy địa hình đồi, núi cấu tạo bằng đá này thường có dạng mềm mại. Đỉnh đồi và đỉnh núi thường là một bề mặt tương đối bằng, sườn là một đường gần như thẳng, không mấp mô, còn ở chân núi và chân đồi lại được tích tụ nhiều vật liệu từ trên đưa xuống.
Phụ nhóm hạt thô
Các trầm tích hạt thô là các thành tạo có tuổi Ôdovic thuộc hệ tầng Nà Mọ (Onm),Triat muộn thế Nori-Reti hệ tầng Văn Lãng (T3n-rvl), Jura sớm- giữa hệ tầng Hà Cối (J1-2hc), thành phần là cuội kết, sạn kết, cát kết dạng quăczit hạt thô, tufogen, phân bố khá phổ biến trong vùng nghiên cứu. các thành tạo này bị phủ lớp vỏ phong hóa mỏng.
Chỉ tiêu cơ lý của đá như sau:
- Tỉ trọng r= 2,5 - 2,7 kg/cm3 - Dung trọng tn = 2,4 - 2,8 kg/cm3 - Độ lỗ rỗng n = 1,0 - 5,0%
- Cường độ kháng nén Rn = 200 - 1000 kg/m2 - Cường độ kháng kéo Rk = 70 - 90 kg/cm2 - Góc nội ma sát = 30 - 35
- Lực dính kết C = 50 - 100 kg/cm2
- Mô đun biến dạng E = 50.103 - 120.103 kg/cm2
Đá thuộc loại bền, tương đối ổn định tuy nhiên với biên độ dao động nhiệt lớn ở Thái Nguyên đá cũng bị phong hóa vật lý mạnh mẽ.
Phụ nhóm hạt mịn
Các trầm tích hạt mịn có tuổi Devon giữa điệp Lạng Sơn (T2ls), Cácbon - Pecmi sớm hệ tầng Bắc Sơn (C-P1bs), thành phần là sét kết, bột kết, cát kết hạt mịn, đá vôi. Các thành tạo này bị phủ bởi lớp vỏ phong hóa mỏng, phân bố rải rác trong vùng nghiên cứu. Chỉ tiêu cơ lý như sau:
- Tỉ trọng r = 2,5 - 2,7 kg/cm3
- Dung trọng tn = 2,4 - 2,7 kg/cm3 - Độ lỗ rỗng n = 1,0 - 2,0%
- Cường độ kháng nén Rn = 300 - 1500 kg/m2 - Cường độ kháng kéo Rk = 40 - 90 kg/cm2 - Góc nội ma sát = 30 - 34
- Lực dính kết C = 100 - 500 kg/cm2
- Mô đun biến dạng E = 50.103 - 150.103 kg/cm2 Nhóm đá biến chất:
Trong vùng nghiên cứu có thành tạo Ocdovic-Silua sớm (O - S1) là có biểu hiện tính chất khu vực. Thành phần là các đá phiến sericit xen ít cát kết, bột kết, cát bột kết bị sừng hóa, đá sừng quăczít, đá sừng felpat biotit đôi chỗ xen kẹp đá vôi. Đá biến chất có tầng phong hóa dày, tính ngấm nước mạnh nên nước có thể ngấm sâu xuống tầng đá tươi bên dưới, góp phần đẩy mạnh phong hóa những đá này. Do đặc điểm lớp phong hóa bị ngấm nước mạnh nên vào giữa mùa mưa các quả đồi cũng đều bị sũng nước. Trên sườn đồi cũng xảy ra hiện tượng đất trườn, có nghĩa là lớp đất trên mặt do tăng trọng lượng mà chuyển nhẹ về phía dưới. Hiện tượng chuyển dịch đó cũng đẩy cả cây trên sườn đồi chuyển dịch, ví dụ như các đồi ở phía bắc của Phú Lương và vùng đồi Thần Sa của Võ Nhai đất trườn đã đẩy các cây cọ đổ nghiêng về phía chân đồi và sau đó ngọn cây lại tự nó vươn thẳng lên làm cho thân cây có dạng cong cong như hình lưỡi kiếm hặc lưỡi liềm.
Phức hệ này phân bố chủ yếu ở vùng Tây Bắc và bị phủ lớp đất dày trên 1,5m. Tính chất cơ lý của đá như sau:
- Tỉ trọng r = 2,73 kg/cm3 - Dung trọng tn = 2,69 kg/cm3 - Độ lỗ rỗng n = 1,46%
- Cường độ kháng nén Rn = 364 kg/m2 - Cường độ kháng kéo Rk = 110 kg/cm2
- Góc nội ma sát = 27°30' - Lực dính kết C = 56,23 kg/cm2
Đá biến chất có độ bền tốt,tuy nhiên khi bị ngấm nước thường xảy ra hiện tượng trượt với các mặt trượt là các đá phiến.
Nhóm đá macma:
Thường là những đá cứng chắc nhưng với sự thay đổi nhiệt độ ngày đêm và mưa ẩm như ở Thái Nguyên các đá này cũng bị phong hóa mạnh mẽ. Cũng giống như đá biến chất, các vùng đồi đá magma cũng có vỏ phong hóa dày và khi bị sũng nước dễ xảy ra hiện tượng trượt, nhất là những sườn có độ dốc lớn (30 - 45°).
Phu nhóm phun trào
Đá phun trào của các thành tạo tuổi Triat trung hệ tầng Tam Đảo (T2tđ), có thành phần là riolit poocphy, riolt đa xít, chúng bị phủ một lớp vỏ phong hóa mỏng. Chỉ tiêu cơ lý như sau:
- Tỉ trọng r = 2,7 kg/cm3 - Dung trọng tn = 2,51 kg/cm3 - Độ lỗ rỗng n = 7,41%
- Cường độ kháng nén Rn = 865 kg/m2 - Cường độ kháng kéo Rk = 108 kg/cm2
- Góc nội ma sát = 31028' - Lực dính kết C = 252 kg/cm2
- Mô đun biến dạng E = 122195 kg/cm2 Phu nhóm macma xâm nhập
Đá macma xâm nhập thuộc các thành tạo tuổi Triat trung hệ tầng Núi Điệng (T2nđ), Triat muộn hệ tầng Núi Chúa (T3nc) và Kreta trung hệ tầng Pia Oăc (K2po) phân bố chủ yếu ở phía tây của vùng nghiên cứu. Thành phần gồm gabro periđotit, granit biotit, aplit pegmatit, kiến trúc hạt vừa đến lớn có màu xám trắng rắn chắc, ít nứt nẻ. Thường lớp vỏ phong hóa rất mỏng và bị rửa trôi lộ đá gốc. Chỉ tiêu cơ lý của đá granit biotit như sau:
- Tỉ trọng r = 2,67 kg/cm3 - Dung trọng tn = 2,63 kg/cm3 - Độ lỗ rỗng n = 0,02%
- Cường độ kháng nén Rn = 1688 kg/m2 - Cường độ kháng kéo Rk = 79,3 kg/cm2 - Góc nội ma sát = 22000'
- Lực dính kết C = 252 kg/cm2
- Mô đun biến dạng E = 168961 kg/cm2 Mẫu phân tích gabro tại Núi Chúa như sau:
- Tỉ trọng r = 2,96 kg/cm3 - Dung trọng tn = 2,9 kg/cm3 - Độ lỗ rỗng n = 0,11 - 2,0%
- Cường độ kháng nén Rn = 1700 kg/m2 - Cường độ kháng kéo Rk = 86,67 kg/cm2 - Góc nội ma sát = 34049'
- Lực dính kết C = 325,58 kg/cm2
- Mô đun biến dạng E = 160443 kg/cm2