bài giảng địa chất công trình chương 1 - mở đầu

1.2.1 Một số đặc tính của khoáng vật 1.2.1.1.Hình dạng tinh thể của khoáng vật Các dạng phát triển của tinh thể 1.Dạng phát triển theo một phương thạch anh; 2.. Tính dễ tách cát khai của

CHƯƠNG 1: ĐẤ T ĐÁ Theo nguồn gốc, đất đá được chia làm 3 loại chính:

Macma (cĩ nguồn gốc nội sinh)

Trầm tích (cĩ nguồn gốc ngoại sinh)

Biến chất (cĩ nguồn gốc biến chất)

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TRÁI ĐẤT VÀ VỎ TRÁI ĐẤT

Trái đất cĩ hình cầu, ở xích đạo phình ra, hai cực hơi dẹt đi vì tốc độ quay quanh trục Bắc - Nam khá lớn với R TB = 6366

km.

Trái đất cĩ thể được chia ra thành 3 lớp chính:

Vỏ Trái đấtđược chia làm 3 lớp:

Trên cùng là lớp trầm tích hiện đại, cĩ bề dày thay đổi từ 0,0 – 1,5km

Lớp đá granittoit

Lớp dưới cùng là lớp bazan cịn gọi là vỏ bazan, cấu tạo bởi các đá mafic như gabro và bazan

Cấu tạo các vòng quyển bên trong Trái đất

Manti ở độ sâu 60 – 2900km

Nhân Trái đất (dưới 2900km): nhiệt độ rất cao 4000oC, áp suất > 1,5 triệu atm.

Nhiệt bên trong Trái đất

Dòng nhiệt: Sự phân bố không đ ều của núi lửa, suối và

các giếng phun nước nóng, và các biểu hiện dòng nhiệt cao khác (tập trung chủ yếu ở khu vực các rìa mảng) chứng tỏ rằng dòng nhiệt xuất phát từ phần bên trong Trái đất ra mặt ngoài là không đồng đều

Quá trình truyền nhiệt đối lưu được xem như là một giải thích về dòng nhiệt hợp lý hơn cả đối với dòng nhiệt từ nhân.

1.2 ĐẠI CƯƠNG VỀ KHOÁNG VẬT

Khoáng vật là một hợp chất hóa học hay một nguyên tố tự sinh – là thành phần cơ bản tạo nên đất đá.

1.2.1 Một số đặc tính của khoáng vật

1.2.1.1.Hình dạng tinh thể của khoáng vật

Các dạng phát triển của tinh thể

1.Dạng phát triển theo một phương (thạch anh);

2 Dạng phát triển theo hai phương(barit);

3 Dạng phát triển theo ba phương (halit)

1.2.1.2 Màu của khoáng vật

Khoáng vật chứa nhiều Fe, Mg thư ờng có màu sẫm, còn khoáng vật chứa nhiều Al, Si thì màu nhạt.

1.2.1.3 Độ trong suốt và ánh của khoáng vật

1.2.1.4 Tính dễ tách (cát khai) của khoáng vật

Tính dễ tách là khả năng của tinh thể và các hạt kết tinh (mảnh của tinh thể) dễ bị tách ra theo những mặt phẳng song song Chia tính dễ tách ra các mức độ sau:

+ Rất hoàn toàn: tinh thể có khả năng t ách theo các mặt tách một cách dễ dàng, (như mica,…)

+ Hoàn toàn: dùng búa đập nhẹ sẽ vỡ theo các mặt tách tương đối phẳng(như calcite, halit,…)

+ Không hoàn toàn: khó thấy mặt tách mà thư ờng là vết vỡ không có qui tắc, (như thạch anh),… vì vậy còn gọi là tính không tách của khoáng vật.

1.2.1.5.Vết vỡ của khoáng vật

1.2.1.6.Độ cứng của khoáng vật

Độ cứng là khả năng ch ống lại tác dụng cơ học bên ngoài

(khắc, rạch) lên bề mặt của khoáng vật

1.2.2 Phân loại khoáng vật và mô tả một số khoáng vật tạo đá chính

Theo nguồn gốc thành tạo: các khoáng vật nguyên sinh (khoáng vật trong đá macma, đá trầm tích hóa học); các

khoáng vật thứ sinh (chủ yếu trong đá trầm tích và đ á

1.2.2.2 Phân loại khoáng vật theo thành phần hóa học

Hiện nay trong lĩnh vực Địa chất phổ biến nhất là phân loại

theo thành phần hóa học:

1 Các nguyên tố tự nhiên như: Cu, Au, Ag

2 Sunfua (hợp chất lưu huỳnh) như: pirit (FeS2)

3 Halogenua (muối của các axit halogenhydrit) như : halit

(NaCl)…

4 Cacbonat (muối của axit cacbonit) như: calcite (CaCO3)

5 Sunfat (muối của axit sunfurit) như : thạch cao

(CaSO4.2H2O)

6 Fotfat (muối của axit photphorit): phốtphát (CaP2O5)

7 Oxit như: thạch anh (SiO2)

8 Silicat (muối của axit silicic) như : Orthoclase

(K[AlSi3O8])

9 Hợp chất hữu cơ như: CH4.

Giới Thiệu Một Số Khoáng Vật Tạo Đá Chủ Yếu

đá macma, bao gồm ba nhóm khoáng vật chính:

Na [AlSi3O8]; Ca [Al2Si2O8]; K [AlSi3O8]

Feldspar natri-canxi còn gọi là plagioclase Chúng gồm

những khoáng vật hỗn hợp đồng hình liên tục của anbit (Ab) Na[AlSi3O8] và anoctit (An) Ca[Al2Si2O8].

Plagioclase thường có dạng tấm và lăng tr ụ tấm; màu trắng hoặc xám trắng, đôi khi có sắc lục phớt xanh, phớt đỏ; ánh thủy tinh Dễ tách hoàn toàn theo hai phương.

Các biến thể chính của plagioclase có tên như sau:

Tên khoáng Anbit

Feldspar kali phổ biến nhất có orthoclase và microclin Màu hồng

nhạt, vàng nâu, trắng đỏ; ánh thủy tinh Dễ tách hoàn toàn

Ở các khu vực khí hậu khô, feldspar bị phong hóa tạo thành cát còn ở nước ta feldspar bị phân hủy tạo thành sét

2-Nhóm mica

Mica có thành phần hóa học phức tạp và có đặc điểm là dễ tách

rất hoàn toàn Khoáng vật chủ yếu của nhóm này là biotit (mica

đen) và muscovit (mica trắng)

3/Nhóm piroxen

Phổ biến nhất là augit Tinh thể hình trụ ngắn, hình tấm Tập hợp

khối đặc sít Màu đen lục, đen, ít khi lục thẫm hay nâu Dễ tách hoàn toàn

4/Nhóm amfibon

Phổ biến nhất là hocblen Tinh thể dạng lăng trụ, hình cột Màu

lục hoặc nâu có sắc từ sẫm đến đen

5/Nhóm olivin: tập hợp dạng hạt Màu phớt vàng, vàng, phớt lục Ánh thủy tinh Độ cứng 6,5 – 7 Thường không tách

6/Nhóm talc: tập hợp thành khối đặc sít; rất đặc trưng là ở dạng

lá, dạng vẩy Độ cứng 1 Dễ tách hoàn toàn theo một phương

7/Nhóm clorit

Tinh thể dạng tấm, tập hợp có dạng vảy Màu lục sáng, lục thẫm, ánh ngọc Dễ tách hoàn toàn Vết vỡ không đều, sần sùi

Phổ biến và đ ặc trưng nhất trong nhóm khoáng vật sét có

kaolinit, illit, montmorilonit Chúng đều được cấu tạo bởi

những lớp mỏng oxit silic (SiO2) và oxit alumin (Al2O3)

+Kaolinit: được hình thành

ngay trên mặt đất, trong môi

trường axit Tinh thể phiến

mỏng, hình dạng rất khác nhau.

Sét kaolinit sinh thành trong điều kiện nóng ẩm, là sản phẩm phong hóa hóa học từ các đá giàu silicat alumin, qua vận chuyển được lắng đọng ở biển nông, ven biển,

hồ, đầm, sông, trong môi trường nước giàu axit cacbonic, axit hữu cơ.

+Montmorilonit: qua kính hiển vi điện tử, chúng đều có

đặc điểm là có đ ộ phân tán cao và tính chất mơ hồ của đường nét Các khoáng vật của nhóm hầu như hoàn toàn được thành tạo trong điều kiện ngoại sinh, phần lớn là

trong quá trình phong hóa (bằng cách thủy phân) của

các đá macma bazơ trong đi ều kiện môi trường kiềm (pH=7 – 8,5).

+Illit (Hydromica) đư ợc thành tạo trong điều kiện môi trường khác nhau nhưng chủ yếu là môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung

hòa và axit yếu, đ ồng thời luôn luôn có nồng độ kali khá cao ởtrong các dung dịch nước

b) Lớp oxit: Trong lớp này hay gặp opan, thạch anh,

limonit.

Thạch anh SiO2 là khoáng vật phổ biến nhất trong vỏ Trái đất, thường không màu, đôi khi tr ắng sữa, xám Anh thủy tinh Không dễ tách Vết vỡ vò sò Độ cứng 7 Thạch anh thành tạo khi macma nguội lạnh và cả khi kết tủa từ dung dịch.

Thạch anh là khoáng vật nhóm oxit (SiO2), rất ổn định

về mặt hóa học, có cường độ và độ cứng cao, chủ yếu là

có nguồn gốc nguyên sinh, hạt thường có kích thước lớn

và đẳng thước, là thành phần chính của cuội, sỏi, cát và bụi Cát hạt to như cát vàng hầu như hoàn toàn là thạch anh.

c) Lớp cacbonat:

Khoáng vật phổ biến có calcite và dolomit.

Calcite CaCO 3 Sủi bọt với axit HCl loãng (10%).

Dolomit CaCO3.MgCO3 Mảnh dolomit bị hòa tan chậm bởi axit HCl (10%) khi nguội Bột dolomit sủi bọt mạnh với HCl được đun nóng.

Pirit FeS2 Tinh thể hình lập phương, trên mặt tinh thể có những vết

khía Màu đồng thau, khi phân tán nhỏ có màu đen Không dễ tách.

f) Lớp halogenua:

Khoáng vật phổ biến nhất của lớp này là muối mỏ halit (NaCl) Tinh thể lập phương Màu trắng hoặc không màu Độ cứng 2,5 Dễ tách hoàn toàn.

Tinh thểkhoá ng vậ t thạch anh

Chert

Opal

Plagioclase (anbit)

Feldspar dưới kínhhiển vi (trong

đábazan)

Tinh thểcanxit

Canxit lấp nhét

trong các khe nứt

Pyrit (saé t)

Galen (chì) Heâ matit

Thang độcứ ng

1.3 KIẾN TRÚC, CẤU TẠO VÀ THẾ NẰM CỦA ĐẤT ĐÁ 1.3.1 Kiến trúc của đất đá

Kiến trúc của đất đá là khái niệm tổng hợp từ các yếu tố như : hình dạng, kích thước hạt, tỷ lệ kích thước và hàm lượng tương đối của các hạt trong đá cũng như mối liên kết giữa các hạt đó với nhau.

1.3.2.Cấu tạo của đất đá

Cấu tạo của đất đá cho biết quy luật phân bố hạt khoáng vật theo các phương hướng khác nhau trong không gian và mức độ sắp xếp chặt sít của nó.

1.3.3.Thế nằm của đất đá

Thế nằm của đất đá cho ta khái niệm về hình dạng, kích thước và

tư thế của khối đá trong không gian cũng như mối quan hệ của các khối đá với nhau.

1.4 ĐÁ MACMA MACMA

Macma khi thâm nh ậ p v p v ào ph o ph ầ n trên c ủ a v a v ỏ Trá i đ i đ ấ t s ẽ t ỏ a nhi ệ t (1000 – 1300oC)

và ngu ngu ộ i d ầ n, đông cứ ng l ng l ạ i th i th à nh đ nh đ á

macma N ế u nh ữ ng kh ố i macma này b y b ị đông

đấ t thì g ọ i l i l à đ á xâm nh xâm nh ậ p N N ế u nh ữ ng

và ngu ngu ội đi th ì g ọ i là đ á phun trào

(khí và hơi nướ ctho ctho át ra). t ra).

Trang 1

Trang 1

1.4.2 Thành phần khoáng vật

Dựa vào lượng SiO2, chia thành 4 loại:

- Đá axit: SiO2 trên 65% như: granit, liparit (ryolit)

- Đá trung tính: SiO2 55 - 65% như: diorit, sienit, andezit

- Đá bazơ: SiO2 45 - 55% như: gabro, bazan

Đá siêu bazơ: SiO2 nhỏ hơn 45% như: periđôtit, đunit

1.4.3 Kiến trúc (chỉ trạng thái)

Toàn tinh Vi tinh

Pocphia

phần khoáng vật của granit loại bình

thường là plagioclase axit (anbit, oligioclase) (30%), feldspar kali (30%), thạch anh (30%), 10% là biotit

và khoáng vật phụ

Khoáng vật màu thẫm thường là biotit, augit, hocblen Màu của granit thường

do màu của feldspar quyết định, có thể từ xám sáng đến hồng.

Liparit – đ á phun trào axit – là loại đá có

màu xám sáng, hồng nhạt hoặc vàng nhạt có kiến trúc pocfia Đ á phun trào kiểu cũ của

liparit là liparit pocfia hoặc riolit pocfia có

màu thẫm hơn và chắc hơn liparit.

Đá loại trung tính (nhóm diorit va andezit)

Diorit có thành phần khoáng vật chủ yếu là

plagioclase trung tính (oligioclase, andezin), hocblen, đôi khi c ó biotit, thạch anh, orthoclase Diorit có hàm lượng thạch anh không quá 6%, granodiorit có hàm lượng thạch anh từ 20 - 25%

Andezit là loại đá phun trào mới đặc xít màu xám xẫm có kiến trúc

pocfia Thành phần khoáng vật chính gồm plagioclase bazơ, pyroxene, hocblen, biotit, olivin (khoáng vật ban tinh), plagioclase trung tính, augit, hocblen (khoáng vật nền)

Đá loại bazơ (nhóm đá gabro - bazan)

Gabro có thành phần chủ yếu là

plagioclase bazơ (labrador) chiếm nửa khối lượng thể tích đá, khoáng vật màu thẫm (piroxen, amfibon, olivin), đôi khi

có manhêtit

Bazan và diaba có thành phần

khoáng vật chính là plagioclase

bazơ, pyroxene, olivin và một số

khoáng vật quặng, đôi khi c ó thủy

tinh núi lửa

Đá loại siêu bazơ

trên tổng olivin và pyroxene

Kiế n trú c đámacma

Pocphia

Vi tinh

Nhó m đágranit - liparit

Nhó m đádiorit - andezit

Andezit

Diorit

Nhó m đágabbro - bazan

Bazan

Pocphiaritic Bazan

Gabbro

Mã nã o

Gabbro

Mã não

t ạ o, o, đ ị a đi ể m, th ờ i gian thành t nh t ạ o và bi ế n đ ổ i không ngừng ng.

1.5.1.Th ế n ằ m c m c ủ a đá tr tr ầ m tích

Th ế n ằ m d m d ạ ng l ớ p song song, n ằ m ngang đ m ngang đ ặ c trưng cho môi trường trầm tích đồng nhất v t v à yên tĩnh Lớp xiên chéo, l ớ p vát nh ọ n thư ờ ng g ặ p trong tr ầ m tích gi ch gi ó và

tr ầ m tích c ử a sông a sông Ở n ơi dòng nư ơi dòng nư ớ c u c u ố n khúc thư ờ ng hình thành thế nằm dạng thấu kính.

Các yếu tố thế nằm của tầng đá

1.5.2.Thành phần khống vật của đá trầm tích

a) Khống vật nguyên sinh: là những mảnh đá hay khống vật do phong hĩa

cơ học các loại đá cĩ từ trước: thạch anh, feldspar, apatit… chúng là thành phần chủ yếu của đá trầm tích vụn (cuội, sỏi, cát).

b) Khống vật thứ sinh: là khống vật thành tạo từ các khống vật nguyên sinh bị phân hủy hĩa học như các khống vật sét.

c) Khống vật thuần túy của đá trầm tích: hình thành do sự lắng đọng của dung dịch, sự ngưng keo cĩ hay khơng cĩ sự tham gia trực tiếp hay gián tiếp của sinh vật (thạch cao, muối mỏ, opan, đá vơi … ).





Hướ ng Bắ c

đư ờn

g p hư

ơngphương vị hướ ng dố c

đườn

g hướng

doác

Mô tả một số loại đất đá trầm tích:

Cuội, sỏi (sỏi sạn laterite)

Cát: Tầng cát thường là tầng chứa nước dưới đất rất tốt Khi có tải

trọng, cát bị nén chặt nhanh nhưng độ lún không lớn Nền cát không thích hợp với những công trình chịu tải trọng chấn động.

Đất cát pha: có lượng hạt sét từ 2 – 10%; có một ít tính dính; Khi

cát pha có thành phần hạt bột trên 30% thì phát sinh hiện tượng bùn nhão khi gặp nước.

Đất sét pha: có lượng hạt sét từ 10 – 30%; tính dẻo tương đối lớn;

tính thấm nước nhỏ, thường làm vật liệu đắp; tính ép co so với cát tăng lên rõ rệt.

Đất sét: là loại đất phân bố rộng rãi Đất sét có tính dẻo, tính dính,

trương nở và ép co lớn Đ ộ lún nền cấu tạo bởi đất sét phụ thuộc rất lớn vào thời gian do trên bề mặt hạt sét có hấp phụ một màng nước tương đối dày Trong thực tế có thể coi đất sét không thấm nước.

Đá cuội, đá dăm (dăm kết, cuội kết): là loại trầm tích vụn đã được

gắn kết mà hàm lượng cỡ hạt đường kính lớn hơn 2mm chiếm trên 50% Loại tròn cạnh là đá cuội, loại góc cạnh là đá dăm

Đá cát (cát kết – sa thạch): là loại đá do cát gắn kết lại mà thành;

trong thiên nhiên, cát kết có thể tạo thành các lớp dày hoặc thấu kính

Bột kết: Tính chất giống như cát kết nhưng cường độ nhỏ hơn.

Sét kết: (argilite) là do đất sét thoát nước kết chặt sít lại và thường

tạo thành các lớp mỏng

1.5.5.2 Trầm tích sinh hóa

Đá vôi (CaCO3) có thể là trầm tích hóa học hay là xác của sinh vật tích tụ lại và thường có cấu tạo đặc sít hoặc tinh thể rất nhỏ; thành phần chủ yếu là calcite, rồi đến dolomit và một số tạp chất như: thạch anh, sét, pirit,…

Đá vôi chứa dolomit (CaCO3.MgCO3) trên 50% thì gọi là đá

dolomit

1.5.7.Nguồn gốc thành tạo:

-Nguồn gốc trầm tích biển mQ

-Nguồn gốc trầm tích sông (bồi tích) aQ – aluvi: do

nước sông mang phù sa đến và lắng đọng lại.

-Nguồn gốc trầm tích sinh vật bQ.

-Nguồn gốc phong hóa tại chỗ (tàn tích) eQ – eluvi: là

sản phẩm của đá cổ bị phong hóa tại chỗ.

-Nguồn gốc sườn tích dQ - deluvi: các mảnh vụn lăn

theo sườn dốc và tích tụ lại ở sườn hoặc chân dốc do sự rửa trôi của nước mưa những sản phẩm phá hủy của đá

từ trên sườn núi hoặc đường phân thủy xuống.

ALUVI - BỒI TÍCH

Đávô i vi tinh thể

Đávô i trứ ng cá

Đávô i hó a thạch

Thạch cao

Chert (đálử a)

Than đá Peat (than bù n)

Cá t kế t

Dă m kế t Cuộ i kế t

ALUVI

ALUVI

1.6 ĐÁ BIẾN CHẤT

Đá biến chất là do đ á macma hay đ á trầm tích dưới tác dụng của nhiệt độ cao, áp lực lớn hay do các phản ứng hóa học với macma,… bị biến đổi mãnh liệt về thành phần và tính chất tạo thành

1.6.1 Thế nằm của đá biến chất

1.6.2 Thành phần khoáng vật:

Khoáng vật chủ yếu giống như macma Ngoài ra còn có một số

khoáng vật đặc trưng như: granat, disten, andaluzit, clorit,…

1.6.4.Cấu tạo:

-Cấu tạo khối: các khoáng vật phân bố đồng đều trong đá.

-Cấu tạo phiến: các phiến mỏng, dài, xếp song song với nhau Gây

ra do sự đ ịnh hướng của khoáng vật dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh trong quá trình tái kết tinh đá.

-Cấu tạo gneiss (cấu tạo dải) các khoáng

vật dạng trụ, dạng phiến, dạng tấm được

xếp định hướng theo dải Giữa các dải

thường là khoáng vật dạng hạt Loại đá

có cấu tạo này thường có tinh thể lớn và

đặc trưng cho mức độ biến chất cao.

1.6.5 Phân loại và đặc tính một số đá biến chất chính

Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đá biến chất là cấu tạo

và thành phần khoáng vật, vì vậy người ta dựa vào cấu tạo để phân ra:-Đá có cấu tạo gneiss: do đá macma hay trầm tích biến chất mà thành

Gneiss thường có kiến trúc kết tinh hạt thô đều hoặc không đều, có

cấu tạo gneiss điển hình

-Đá có cấu tạo phiến: tiêu biểu là philit và đá phiến.

Philit do đá sét biến chất tạo nên Philit có màu vàng lục, đất nâu, đen

xám Mặt phiến thường có ánh xà cừ của vảy mica phủ lên Philit biến chất cao hơn thì thành đá phiến

Đá phiến là loại đá biến chất thường gặp nhất Phổ biến nhất là đ á

phiến mica, nó khác với gneiss là không chứa feldspar Ngoài ra còn

có đá phiến amfibon, đá phiến clorit…

-Đá có cấu tạo khối thường gặp là đá quaczit và đá hoa.