Để thể hiện cấu trúc nếp uốn lên mặt cắt địa chất cần phải xác định đúng thứ tự địa tầng của các thành tạo địa chất cĩ mặt trong vùng nghiên cứu, đặc biệt trong vùng cĩ phát triển nếp uốn đổ, đảo. (H7.28)
Khi lập mặt cắt trên bản đồ phải xác định mặt trục uốn nếp, giải thích hình dạng của chúng. Đối với những vùng cĩ nếp uốn với các lớp bị uốn cong và cánh
Hình 7.11: Lập mặt cắt địa chất qua vùng cĩ kiến trúc uốn nếp: 3- trục nếp lồi;
thể hiện nếp uốn cần thể hiện đúng thế nằm của lớp, đặc biệt khi gĩc dốc của lớp biến đổi và chiều dày của các lớp nĩi chung khơng thay đổi.
Trong vùng chưa xác định rõ được tuổi của các thành tạo địa chất cần phải chọn phương án xác lập địa tầng thích hợp bằng cách chọn cách vẽ hợp lý, xác định trục nếp uốn, chiều dày lớp. Trên cơ sở đĩ vẽ cấu trúc uốn nếp và thể hiện đúng thứ tự địa tầng.
Đặc biệt trong vùng phát triển thế nằm đảo thì để vẽ mặt cắt địa chất cần xác định chính xác vị trí mặt trục, phân biệt cánh thường và cánh đổ nhằm xác định đúng nếp lõm và nếp lồi. Trong khi vẽ nhất thiết phải theo nguyên tắc chiều dày lớp khơng đổi ở những vị trí khác nhau.
Hình 7.12: Lập mặt cắt (b) qua kiến trúc uốn nếp theo yếu tố thế nằm của đá (a)
a/
Để vẽ chính xác cấu trúc nếp uốn trên mặt cắt địa chất về tổng quát cĩ thể sử dụng phương pháp bán kính độ cong như đã trình bày ở chương trước (hình 7.13). Cần lưu ý mặt dù gĩc dốc lớp cĩ thay đổi nhưng chiều dày lớp khơng đổi trong khi vẽ. Nếu chiều dày lớp ở cánh và vịm nếp uốn biến đổi thì khơng sử dụng phương pháp này.
Hình 7.13: Lập mặt cắt địa chất theo phương pháp bán kính độ cong của V.N. Beber a/ đưa tài liệu địa chất và gĩc dốc lên mặt cắt; b/ lập mặt cắt; c/ kết thúc lập mặt cắt; d/ cột địa tầng
a/
b/
c/
Chương 6: KHE NỨT 6.1. Khái niệm chung.
Sự phá huỷ các đá là kết quả của biến dạng dịn, khác với dạng uốn nếp, quá trình phá huỷ được đặc trưng bỡi sự mất tính bền của đá.
Cĩ hai nhĩm phá huỷ chính: phá huỷ khơng cĩ sự dịch chuyển các đá và phá huỷ cĩ sự dịch chuyển các đá dọc theo mặt phá huỷ hay theo phương vuơng gĩc với nĩ.
Thuộc về nhĩm đầu là khe nứt, thớ chẻ. Nhĩm sau là các fay (đứt gãy), bao gồm: fay nghịch, fay thuận, nghịch chịm, fay ngang và các dạng khác.
6.2. Khe nứt.
6.2.1. Khái niệm.
Khe nứt là loại phá huỷ khơng dịch chuyển, nếu cĩ dịch chuyển cũng khơng làm thay đổi cấu trúc cơ bản của vùng cĩ khe nứt.
Trong nhĩm phá huỷ khơng dịch chuyển người ta phân biệt khe nứt cĩ nguồn gốc kiến tạo và khe nứt cĩ nguồn gốc khác như: do phong hố, co rút, do trược,…các loại khe nứt phi kiến tạo như phân phiến nguyên sinh.
Dạng tồn tại của khe nứt: khe nứt cĩ các dạng tồn tại khác nhau: khe nứt lộ là khe nứt cĩ thể nhìn thấy và biểu hiện rõ, khe nứt ẩn là khe nứt khơng thể nhìn thấy bằng mắt thường, cịn được gọi là vi khe nứt.
Các yếu tố của khe nứt: về hình thái khe nứt được mơ tả theo các yếu tố vách hay đáy khe nứt, độ mở, chiều rộng, chiều dài.
Vách hay đáy khe nứt là bề mặt phá huỷ các đá do bị ép hay bị dịch chuyển
nhỏ tạo nên.
Đoạn dịch chuyển từ đáy này sang đáy kia của khe nứt tạo nên độ mở khe
nứt.
Khoảng cách của độ mở khe nứt gọi là chiều rộng của khe nứt. Độ mở của khe nứt kiến tạo thường khơng lớn, từ vài mm đến vài cm.
Sự kéo dài của khe nứt trên bề mặt gọi là chiều dài của khe nứt.
Mật độ phân bố khe nứt: Thể hiện độ mạnh nứt nẻ, được xác định bỡi số lượng khe nứt cĩ trong một đơn vị diện tích khảo sát. Người ta thường tính số lượng khe nứt trên một mét đo theo hướng vuơng gĩc với các khe nứt đĩ.
Tập hợp và sự phân bố của khe nứt: các khe nứt thường cĩ dạng phân bố rất khác nhau tạo thành những tập hợp khe nứt nhất định. Cĩ thể mơ tả theo kiểu khe nứt và nhĩm khe nứt.
Kiểu khe nứt được mơ tả theo đặc điểm của bề mặt đáy khe nứt. Theo đĩ phân biệt khe nứt phẳng, khơng phẳng, mặt cong, mặt uốn lượng, dạng răng cưa, bậc thang và các dạng khác. Phổ biến nhất là khe nứt phẳng và khơng phẳng.
Nhĩm khe nứt là các chùm khe nứt khơng giống nhau nhưng phân bố gần nhau. Tuỳ thuộc vào dạng phân bố của các khe nứt và mối tương quan giữa chúng với nhau cĩ thể chia ra:
Khe nứt loạt, khe nứt nhiều hệ thống.
Khe nứt toả tia, đồng tâm, cánh gà, khe nứt nhánh, cấu trúc mu rùa, … Thớ chẻ: là những khe nứt liên quan với hiện tượng uốn nếp của đá trầm
tích. Thường xuất hiện thành từng đới gồm những mặt phẳng, cĩ thể tách thành lớp mỏng song song với nhau hoặc phân bố cĩ quan hệ trong nếp uốn. Thớ phiến: là những khe nứt mặt phẳng, khít thường xuất hiện ở các đới đứt
gãy lớn.
Tập hợp của hai hay nhiều khe nứt cĩ cùng điều kiện và thời gian thành tạo gọi là hệ thống khe nứt.
Để định vị khe nứt cĩ thể đo yếu tố của khe nứt giống như đo yếu tố thế nằm của lớp nằm nghiêng. Kết quả của nĩ cũng được ghi và biểu diễn yếu tố thế nằm của đáy khe nứt trên bàn đồ giống như đối với lớp nghiêng nhưng theo dấu hiệu quy ước riêng.
Khối nứt: là những khối hoặc tảng đá bị phân cắt bỡi những khe nứt.
Thớ chẻ, thớ phiến, khe nứt được xem như là một dãy sản phẩm liên tục của quá trình biến dạng của đá.
6.2.2. Phân loại.
Cĩ thể phân loại khe nứt theo nhiều yếu tố khác nhau như: hồn cảnh địa chất, đặc điểm phá huỷ cơ học của đá, nguồn tải trọng, kích thước, hình dáng, quan hệ về thế nằm của khe nứt với cấu tạo đá vây quanh. Phổ biến nhất là cách phân loại phản ánh được sự định hướng của khe nứt trong khơng gian (phân loại theo hình thái) và phản ánh được điều kiện phát sinh ra khe nứt (phân loại theo nguồn gốc).
Hình 8.1: Các kiểu khe nứt và tập hợp của chúng 1- loạt; 2- hệ thống; 3- toả tia; 4- đồng tâm; 5-10: các kiểu khe nứt lơng chim, cánh gà; 11- cấu trúc mu rùa.
6.2.2.1. Phân loại theo hình thái:
Theo hình thái khe nứt và quan hệ của nĩ với đá vây quanh chia ra: khe nứt dọc, khe nứt ngang, khe nứt chéo, khe nứt chỉnh hợp, khe nứt xiên, khe nứt ẩn, khe nứt rõ.
Khe nứt dọc: là khe nứt cĩ đường phương song song với đường phương của
lớp.
Khe nứt ngang: đường phương của khe nứt vuơng gĩc với đường phương
của lớp.
Khe nứt chéo: hai đường phương (của lớp và của khe nứt) làm thành mơt
gĩc với nhau.
Khe nứt chỉnh hợp: đường phương và hướng dốc song song với mặt lớp.
6.2.2.2. Phân loại theo nguồn gốc:
Theo nguồn gốc người ta chia ra khe nứt kiến tạo, khe nứt phi kiến tạo, khe nứt nguyên sinh và khe nứt thứ sinh.
Khe nứt phi kiến tạo: là những khe nứt sinh thành liên quan với những quá
trình biến đổi tính chất ở bên trong đá dưới ảnh hưởng của các lực xuất hiện trong quá trình nội sinh như: sự co rút thể tích do sự ngụi lạnh của khối macma nĩng chảy hay sự giảm thể tích do các tầng trầm tích ẩm bị khơ hoặc sự tăng thể tích của đá khi khống vật tạo đá bị hyđrat hố (tạo nên khe nứt nguyên sinh) và các quá trình ngoại sinh (tạo khe nứt thứ sinh).
Khe nứt nguyên sinh: xuất hiện dưới ảnh hưởng của các lực phát sinh bên
trong đá khi đá bị đơng đặc hay nén chặt, hay của sự biến đổi thể tích và nhiệt độ cũng như biến đổi tính chất hố lý của nĩ, nghĩa là liên quan với
1 1 2 3 4 Mặt lớp 1 2 3 4 Khe nứt dọc Khe nứt ngang Khe nứt chéo Khe nứt chỉnh hợp
quá trình nguội lạnh tái kết tinh của macma nĩng chảy và liên quan với sự giảm thể tích khi hình thành đá. Khe nứt nguyên sinh chia đá ra thành từng khối gọi là khối nứt nguyên sinh.
o Khe nứt nguyên sinh trong đá trầm tích (hoặc khe nứt thành đá): phát
sinh trong giai đoạn thành đá gọi là khe nứt tách. Quan trọng nhất trong giai đoạn thành đá là sự mất nước và giảm thể tích khi bị nén chặt. Khe nứt thành đá liên quan chặt chẽ với từng lớp hoặc từng tập lớp. Các lớp cĩ thành phần và tính chất cơ lý khác nhau sẽ phát sinh các khe nứt cĩ sự phân bố khác nhau so với mặt lớp: xiên, song song với mặt lớp hoặc cĩ hình dạng phức tạp trong phạm vi một lớp.
o Khe nứt nguyên sinh trong đá phun trào: các khe nứt này được hình thành
trong quá trình ngụi lạnh của dung nham làm giảm thể tích của đá. Sự giảm thể tích dẫn đến hiện tượng co rút, xuất hiện những lực hướng vào một trung tâm nào đĩ, làm cho dung nham bị nứt thành hình cầu, hình gối, hình trụ và đặc biệt là hình cột. Do sự ngụi lạnh của dung nham nĩng chảy, xuất hiện nhiều trung tâm co rút, tạo lực căng giữa các trung tâm làm xuất hiện các khe nứt giữa chúng. Các khe nứt này hình thành theo một số phương làm xuất hiện các khe nứt dạng đa giác tương đối đều và phát triển xuống sâu tạo nên các trụ đa giác.
o Khe nứt nguyên sinh của đá xâm nhập: Macma sau khi xâm nhập vào
đá quây quanh, nhiệt độ giảm đi, thể tích của chúng bị co lại gây ra các khe nứt trong đá. Các khe nứt này gọi là khe nứt nguyên sinh, dựa vào quan hệ của các khe nứt nguyên sinh với các cấu trúc định hướng, H. Cloos, 1922 đã phân biệt các loại khe nứt sau đây:
Các khe nứt ngang: Các khe nứt ngang định hướng vuơng gĩc với các cấu trúc đường hoặc cấu tạo chảy. Chúng tương đối thẳng, mặt khe nứt tương đối bằng phẳng, thấy rõ ở rìa khối xâm nhập, nơi mà cấu tạo đường hay cấu tạo chảy thể hiện rõ nhất. Khi cấu tạo đường hoặc cấu tạo chảy đổi hướng thì các khe nứt ngang cũng đổi theo và luơn vuơng gĩc với các cấu tạo đĩ. Do vậy ở phần vịm của các khối xâm nhập nhỏ thường thấy các khe nứt ngang xoè ra như nang quạt.
Các khe nứt dọc: Là những khe nứt nguyên sinh trong khối macma, định hướng song song với cấu tạo đường và như vậy chúng sẽvuơng gĩc với các khe nứt ngang. Về mặt hình thái chúng rất đa dạng, nĩi chung đĩ là những khe nứt ngắn với mặt khe nứt khơng bằng phẳng.
Khe nứt chéo: Đĩ là những khe nứt cắt chéo cấu tạo đường, chúng tạo thành một gĩc so với khe nứt dọc và khe nứt ngang. Tro khối xâm nhập các khe nứt chéo thường phát triển thành hai hệ thống vuơng gĩc hoặc gần vuơng gĩc nhau.
Khe nứt dạng lớp: Trong khối xâm nhập các khe nứt dạng lớp song song hoặc uốn lượng theo cấu tạo dải và thường song song với mặt ngồi phần trên của thể xâm nhập. Các khe nứt dạng lớp cĩ dạng thoải hoặc nằm ngang.
Khe nứt rìa: là những khe nứt phát triển ở rài các khối xâm nhập. Chúng thường phát triển tành đới và cắt qua cấu tạo dải của đá.
o Khe nứt phong hố: là khe nứt phi kiến tạo. Nguyên nhân dẫn đến thành
tạo khe nứt kiển này là do quá trình phong hố (phong hố vật lý, phong hố hố học, phong hố sinh học, con người,…). Quá trình phong hố sẽ dẫn đến làm mất tính nguyên khối của đá. Sự phá huỷ xảy ra do sự mở rộng các khe nứt cĩ trước trong đá và tạo nên khe nứt mới là khe nứt tách. Khe nứt phong hố thường phân bố ở độ sâu 10 – 15m, cĩ khi đến 30 – 50m. Càng xa mặt đất hiện tượng phong hố càng giảm và các khe nứt do phong hố khơng phát triển.
o Ngồi ra cịn gặp khe nứt trược phát sinh do nguyên nhân trọng lực, khe nứt vỡ phát sinh do sự đứt vỡ của đá.
Khe nứt kiến tạo:
o Xuất hiện trong đá dưới ảnh hưởng của các lực kiến tạo cĩ trong vỏ Trái Đất (do quá trình nội sinh). Khe nứt kiến tạo thường phát triển trên một phạm vi rộng, cĩ mặt trong nhhiều loại đá khác nhau.
o Khi các lực kiến tạo sinh thành tác dụng vào đá gây biến dạng như: uốn nếp, trược, đứt gãy,… khe nứt kiến tạo khác biệt rất rõ với khe nứt phi kiến tạo. Khe nứt kiến tạo định hướng cùng kiểu khi cắt qua các đá cĩ thành phần khác nhau.
o Sản phẩm của phá huỷ kiến tạo cĩ thể chia làm 3 loại theo mức độ phá huỷ và dịch chuyển: loại thứ nhất là thớ chẻ, đĩ là các phá huỷ nhưng khơng dịch chuyển và thường liên quan với hiện tượng uốn nếp. Loại thứ 2 là khe nứt và loại thứ 3 là đứt gãy.
6.2.2.3. Dựa vào đặc điểm động học:
Trên cơ sở động học, người ta chia khe nứt thành 3 loại là: khe nứt cắt, khe nứt tách và khe nứt ép dẹt.
Khe nứt cắt:
Các khe nứt cắt thường xuất hiện dưới dạng cặp khe nứt liên hợp hoặc sinh đơi. Chúng là những khe nứt xuất hiện song song với mặt cĩ ứng suất tiếp cực đại khi vật thể bị tác dụng bỡi các lực kiến tạo gây biến dạng. Đặc điểm của các khe nứt cắt là thẳng, kéo dài, phát triển cả theo đường phương lẫn hướng dốc. Đường phương của khe nứt cắt ít thay đổi. Khi cắt qua các tập lớp cĩ tính cơ lí khác nhau thì đường phương khơng thay đổi nhưng gĩc dốc của chúng lại thay đổi.
Khe nứt cắt thường rất khít, bề mặt khe nứt phẳng cĩ ghề và vết xước, dựa vào các ghề và vết xước này cĩ thể xác định hướng dịch chuyển theo mặt nứt.
Các khe nứt cắt chủ yếu thành tạo trong điều kiện ép nén, chúng tạo một gĩc α
so với phương lực tác dụng. Trị số của gĩc α phụ thuộc vào tính chất cơ lí của vật thể bị biến dạng, cường độ lực tác dụng và thời gian duy trì lực đĩ.
Khe nứt tách:
Các khe nứt cắt phát triển theo mặt vuơng gĩc với lực kéo hoặc song song với lực ép.
Đặc điểm của khe nứt tách là ngắn, mặt khe nứt khơng bằng phẳng, hở, đường phương thay đổi, bị biến đổi đột ngột và mất nhanh theo đường phương và hướng dốc, khi gặp vật cứng chúng khơng cắt qua mà đi vịng, rìa cĩ những khe nứt nhỏ dạng lơng chim.
Khe nứt ép dẹt:
Là những khe nứt xuất hiện vuơng gĩc với lực ép hoặc song song với lực căng. Chúng phát triển thành những đới nhỏ, mặt nhẵn nhưng ít nhiều cĩ gợn sĩng, kín.
6.2.3. Nghiên cứu khe nứt ngồi thực địa.
Nghiên cứu nguồn gốc khe nứt: Khi nghiên cứu ngồi thực địa trước tiên cần phân loại nguồn gốc khe nứt. Cần phải nhĩm chúng theo khe nứt tách, khe nứt cắt dựa vào đặc điềm bề mặt và đặc điểm độ mở của chúng. Sau đĩ tiến hành đo thống kê khe nứt theo nhĩm nguồn gốc. Kết quả của việc phân loại sẽ được kiểm chứng khi xử lý số liệu thống kê.
Nghiên cứu thứ tự thành tạo: Trong khi vẽ bản đồ địa chất, việc xác định thứ tự thành tạo khe nứt cĩ ý nghĩa rất quan trọng. Quá trình thành tạo khe nứt cĩ thể xảy ra trong nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn sẽ đặc trưng bằng một nhĩm hệ thống khe nứt cĩ những đặc điểm riêng về độ mở, các khống vật nhiệt dịch hoặc