Bài giảng địa chất công trình chương 1 các loại đất đá và địa tầng

Phân loại đá magma:Thành phần hóa học, thành phần khoángvật, điều kiện thành tạo và các tác động thứ sinh trong quá trình tồn tại của đá magma có ý nghĩa quan trọng, quyết định các đặc t

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Giáo trình và tài liệu tham khảo:

1 Trường Đại học Thuỷ lợi, Địa chất công trình, NXB

Xây dựng, 2002

2 Bộ môn Địa kỹ thuật – Trường Đại học Thủy lợi, Cơ sở

địa chất công trình và môi trường, NXB Khoa học tự

nhiên và công nghệ, 2010

3 Alan E.Kehew, bản dịch: Địa chất học cho kỹ sư xây

dựng và cán bộ kỹ thuật môi trường, NXB Giáo dục, 1998

4.GVC Nguyễn Uyên, PGS TS Trịnh Minh Thụ - Sổ tay

Địa chất thủy văn, 2012

5 https://sites.google.com/site/geotechnical2011

Nội dung:

 Chương 1 Các loại đất đá và địa tầng

 Chương 2 Các hiện tượng địa chất ngoại sinh

 Chương 3 Các hiện tượng địa chất nội sinh

 Chương 4 Những đặc trưng kỹ thuật của đất

và đá

 Chương 5 Nước dưới đất và ảnh hưởng của

nó đến xây dựng công trình

 Chương 6 Khảo sát địa chất công trình

 Chương 7 Địa chất và xây dựng

Chương 1

CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT

VÀ ĐỊA TẦNG

4

There are three Types of rocks

Nội dung nghiên cứu:

1. Quá trình magma và sự hình thành đá magma

2. Quá trình trầm đọng và sự hình thành đá trầm tích

3. Quá trình biến chất và sự hình thành đá biến chất

4. Địa tầng và thời gian địa chất

§1.1 ĐÁ MAGMA

Nội dung nghiên cứu:

1. Quá trình magma và sự hình thành đá magma

2. Phân loại đá magma

3. Thành phần khoáng vật của đá magma

4. Kiến trúc, cấu tạo của đá magma

5. Thế nằm của đá magma

I/ Quá trình magma và sự hình thành đá magma:

1 Sự hình thành

đá magma:

Dung dịch magma

sinh ra trong lòng

đất, tại những nơi

gọi là lò magma

(magma pool), đi lên

(rising) và mất nhiệt,

nguội lạnh và đông

cứng tạo đá magma

 Dung dịch magma là những dung dịch silicate nóng chảy được hình thành trong lòng đất (30-150km), có chứa hầu hết tất cả các nguyên tố,

kể cả các chất dễ bay hơi, hơi nước

 Dung dịch magma được phát sinh do nhiệt độ tăng lên đột ngột (do các phản ứng phân rã hạt nhân hoặc do va chạm các lục địa)

 Khi magma đâm thủng quả đất, chảy trên mặt đất thì được gọi là dung nham

Sự hình thành:

- Lò magma

- Dung dịch magma

- Dung nham

- Nhiệt độ

2 Phân loại đá magma:Thành phần hóa học, thành phần khoáng

vật, điều kiện thành tạo và các tác động thứ sinh trong quá trình tồn tại

của đá magma có ý nghĩa quan trọng, quyết định các đặc tính vật lý, cơ

học của chúng Dựa trên các cơ sở đó người ta chia đá magma ra các loại

khác nhau.

a Theo điều kiện thành tạo

Đá magma xâm nhập

 Xâm nhập sâu

 Xâm nhập nông

Đá magma phun trào

 Phun trào cổ

 Phun trào trẻ

b Theo thành phần hóa học (dựa vào hàm lượng SiO2 )

 Đá magma axit: SiO2>65%

 Đá magma trung tính: SiO2=55% ÷ 65%

 Đá magma bazơ: SiO 2 =45% ÷ 55%

 Đá magma siêu bazơ: SiO 2 <45%

Khoáng vật là những vật thể ở trạng thái rắn, có các tính

chất vật lý đồng nhất, có thành phần hóa học xác định, thường là

một kiểu phân tử hóa học hoặc hỗn hợp đồng nhất của vài ba kiểu

phân tử hóa học trong một giới hạn hẹp Khoáng vật thông

thường có thể ở trạng thái kết tinh, nhưng cũng có thể ở trạng thái

vô định hình Khoáng vật là thành phần của các loại đá cấu tạo

nên vỏ Trái đất (từ điển Bách khoa toàn thư)

II Thành phần khoáng vật của đá magma

Muscovite (Mica), KAl 2 [Si 3 O 10 ](OH) 2 Thạch anh, SiO 2

Dạng kết tinh:hình thành do sự kết tinh của các nguyên

tố hóa học thành những tinh thể gắn kết lại với nhau

Đặc điểm: có nhiệt độ nóng chảy nhất định, tới nhiệt độ

đó vật chất chuyển sang dạng lỏng và thu nhiệt

Dạng vô định hình:các phân tử vật chất tạo thành khoáng vật không sắp xếp theo một trật tự có tính quy luật trong không gian (hay không tạo thành mạng tinh thể) Đặc điểm: có tính đẳng hướng, khi nung nóng trạng thái thay đổi từ từ, mềm dần rồi chuyển sang trạng thái lỏng

1 Thành phần

khoáng vật chủ yếu:

-Orthoclase: 40%

-Thạch anh: 33%

-Plagioclase: 13%

-Mica: 9%

-Hornblende: 5%

2 Thành phần

* Vềnguồn gốc thành tạo, các khoáng vật tạo đá được phân ra:

-Khoáng vật nguyên sinh: là những khoáng vật hình thành từ

các phần tử cơ bản trong các quá trình magma, trầm tích và biến chất

-Khoáng vật thứ sinh: thành tạo ở các thời gian sau, do sự

biến đổi của khoáng vật nguyên sinh

* Khoáng vật của đá magma còn được chia:

-Khoáng vật sáng màu (nhóm Salic): thạch anh, feldspar…

 Đặc điểm chung của khoáng vật tạo đá magma:

- Là khoáng vật nội sinh

- Là khoáng vật nguyên sinh

- Dễ bị biến đổi trong điều kiện môi trường

Tên khoáng vật Thành phần

Thạch anh Feldspar Muscovite Biotite Mafics

SiO2 (K,Na,Ca)(Al,Si)4O8 KAl2AlSi3O10(OH)2 K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 Mg-Fe silicates

Khoáng vật sẫm màu

Khoáng vật sáng màu

III Kiến trúc, cấu tạo của đá magma

Kiến trúc bao gồm những dấu hiệu quy định bởitrình

độ kết tinh, kích thước, hình dángcủa các tinh thể,quan

hệ tương hỗgiữa chúng với nhau và giữa chúng với thủy tinh

1 Kiến trúc đá: hình dáng, kích thước của các tinh thể

khoáng vật, quan hệ giữa chúng với nhau và với thủy tinh (từ điển Bách khoa toàn thư)

 Theo mức độ kết tinh

Kiến trúc toàn tinh: Các khoáng vật đều kết tinh,

có mặt phân tách rõ rệt, có thể thấy bằng mắt thường

Kiến trúc ban tinh (poocfia): một số khoáng vật

lớn nổi lên trên nền các tinh thể hạt nhỏ hoặc không

kết tinh

Kiến trúc ẩn tinh: các khoáng vật kết tinh hạt bé,

không thấy được bằng mắt thường

Kiến trúc thủy tinh: các khoáng vật không kết tinh,

ở dạng vô định hình

 Theo kích thước hạt

Theo GT BM: Hạt lớn (>5mm); hạt vừa (5-2mm); hạt nhỏ (2-0,2mm); hạt mịn (<0,2mm)

Theo Tony Waltham: Hạt lớn (>2mm); hạt vừa (0,1-2mm); hạt mịn ( <0,1mm)

 Theo mức độ đồng đều giữa các hạt

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

Kiến trúc hạt không đều: khi các hạt to nhỏ khác nhau

Kiến

trúc

toàn

tinh

Kiến trúc ban tinh (poocfia)

Khoáng vật kết tinh Khoáng vật nền

Theo kích thước hạt khoáng vật Mức độ kết tinh

2 Cấu tạo:

Cấu tạo là toàn bộ các dấu hiệu về cấu trúc của đá

hoặc quặng, do sự sắp xếp và phân bố các khoáng vật

tạo nên (từ điển Bách khoa toàn thư)

 Theo sự định hướng của các thành phần khoáng vật

trong không gian

 Cấu tạo khối (cấu tạo đồng nhất): theo bất kỳ hướng

nào, thành phần khoáng vật của đá cũng như nhau

 Cấu tạo dòng (cấu tạo dải): khoáng vật tập hợp theo

dạng dải vì được định hướng theo sự di chuyển của

dòng dung nham

Theo mức độ lỗ hổng

 Cấu tạo đặc sít: trong đá không có lỗ rỗng

 Cấu tạo lỗ rỗng: trong đá tồn tại các lỗ rỗng

 Cấu tạo xốp: trong đá tồn tại rất nhiều lỗ rỗng

 Cấu tạo hạnh nhân: các lỗ rỗng được lấp đầy bởi khoáng vật thứ sinh

IV Thế nằm của đá magma

Thế nằm của đá là vị thế phân bố trong không gian của lớp

đá, của thể địa chất (VD: thế nằm ngang, thế nằm nghiêng), hoặc mối tương quan trong phân bố của chúng với các lớp hoặc ác đá xung quanh (VD: thế nằm chỉnh hợp, thế nằm bất chỉnh hợp) (từ điển Bách khoa toàn thư)

 Thế nằm của đá xâm nhập

 Dạng nền: kích thước rất lớn, đá vây quanh không bị biến

đổi thế nằm, ranh giới dưới không xác định được

 Dạng nấm: dạng hình nấm, kích thước nhỏ hơn dạng nền,

đá vây quanh phía trên bị uốn cong

 Dạng mạch: do magma xâm nhập vào các khe nứt, cắt qua

tầng đá vây quanh, kéo dài

 Dạng lớp: do magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp đá có

trước, đông cứng như một lớp đá vây quanh

 Thế nằm của đá phun trào

 Dạng vòm: khi magma nhớt, đông cứng ngay tại chỗ phún xuất

 Dạng dòng chảy: khi địa hình thuận lợi, magma linh động chảy

thành dòng

 Dạng lớp phủ: khi magma phun theo hệ thống khe nứt, phủ

trên diện rộng

Đá magma

xâm nhập

Đá magma phun trào

Dạng nền

Dạng nấm

Dạng mạch

Dạng lớp

Dạng vòm Dạng lớp phủ Dạng dòng chảy

Dạng lớp phủ

Dạng nền

Dạng nấm Dạng mạch

Dạng lớp

Thế nằm của đá magma

Thế nằm dạng mạch của đá xâm nhập Thế nằm dạng lớp của đá magma xâm nhập

Thế nằm dạng vòm của đá phun trào Thế nằm dạng lớp phủ

Thế nằm đá magma phun trào, dạng lớp phủ, khi magma phun theo

hệ thống kẽ nứt kéo dài, phủ trên diện rộng

 Photograph by J.D Griggs

on 31 January 1984

 Basalt lava erupts from Pu`u

`O`o spatter and cinder cone

at Kilauea Volcano, Hawai`i Lava spilling from

Granite—light-colored plutonic rock—is the

signature stone of Joshua Tree National Park

Đây là khối granite ở công viên quốc gia Joshua

Tree Nó là đá xâm nhập hay phun trào? Phần đá màu hồng là đá magma Hỏi, nó là đá xâm nhập hay phun trào? Trên cơ sở nào, bạn chọn phương án trả lời đó?

Thế nằm dạng mạch của đá xâm nhập Mối liên quan giữa điều kiện hình thành và kiến trúc của đá

Sự liên quan giữa điều kiện hình thành và kiến trúc của đá

hình thành

lạnh

thước hạt

lớp phủ (basalt)

ẩn tinh hạt mịn

<0⋅1 mm

hạt vừa 0⋅1–2 mm

Granite Gabbro Xn sâu dạng nền chậm toàn tinh

hạt thô

>2 mm 70%

acid

nhớt

sáng

chậm

50%

basic

lỏng

tối

nhanh

loại đá

độ nhớt màu sắc khả năng bị phong hoá

Mức độ kết tinh của khoáng vật phụ thuộc điều kiện đông nguội của dung nham

 Ở dưới sâu do tính dẫn nhiệt của đá kém, quá trình đông nguội của dung nham kéo dài, các tinh thể có đủ thời gian

để lớn lên Do vậy, đá xâm nhập thường có kiến trúc toàn tinh hạt lớn và đều hạt

 Ở gần mặt đất và trên mặt đất, điều kiện tỏa nhiệt tốt và

áp suất thấp nên dung nham nguội lạnh rất nhanh, các tinh thể không kịp hình thành, chỉ hình thành các tinh thể nhỏ hoặc chỉ kết tinh được một số khoáng vật có nhiệt độ kết tinh cao Do vậy, kiến trúc ẩn tinh, thủy tinh, poocfia đặc trưng cho xâm nhập nông và đá phun trào, đặc biệt kiến trúc thủy tinh thường thấy khi dung nham phun trào

ở đáy biển

Hình ảnh một số loại đá magma

Rhyolite is a light-colored,

fine-grained, extrusive igneous rock

that typically contains quartz and

feldspar minerals

Porphyry is a name used for any igneous rock with conspicuous larger grains floating in a fine-grained groundmass

Đá basalt ngoài thực địa Một mẫu đá basalt nhìn gần

Một số hình ảnh đá magma

Basalt: a fine-grained igneous rock that is usually black in color The

specimen shown is about two inches (five centimeters) across

Granite is a coarse-grained, light-colored plutonic rock, composed mainly of quartz and feldspar with minor amounts of micas, amphiboles and other minerals

 Gabbro is a coarse-grained,

dark colored, intrusive igneous rock

that contains feldspar, augite and

sometimes olivine The specimen

shown is about two inches (five

centimeters) across

xây dựng công trình thủy lợi

 Ảnh hưởng đến tính ổn định của công trình

 Ảnh hưởng đến tính thấm nước của đất đá

 Ảnh hưởng đến khả năng khai thác các loại vật liệu xây dựng thiên nhiên…

Yêu cầu

 Đọc giáo trình kết hợp các slides tìm kiếm các thông

tin:

Giải thích sự hình thành của đá magma

Ảnh hưởng của điều kiện hình thành đến các đặc

trưng (kiến trúc, cấu tạo, thế nằm) và tính chất của

đá

Các đặc trưng: thành phần khoáng vật, kiến trúc,

§1.2 ĐÁ TRẦM TÍCH

Nội dung nghiờn cứu:

1.Sự hỡnh thành đỏ trầm tớch

2.Phõn loại đỏ trầm tớch

3.Thành phần khoỏng vật tạo của đỏ trầm tớch

4.Cấu tạo, kiến trỳc đỏ trầm tớch

5.Thế nằm của đỏ trầm tớch

I Sự hỡnh thành đỏ trầm tớch

1 Định nghĩa

Đỏ trầm tớch là loại đỏ được hỡnh thành trờn bề mặt đất, do quỏ trỡnh trầm đọng và tớch tụ cỏc loại vật liệu phỏ hủy từ đỏ cú trước hoặc do tớch đọng xỏc sinh vật

2 Quỏ trỡnh hỡnh thành đỏ trầm tớch:

• Trầm đọng từ mảnh vụn phong húa

- Giai đoạn phỏ hủy đỏ cú trước, tạo vật liệu trầm tớch

- Giai đoạn vận chuyển và trầm đọng

- Giai đoạn keo kết, húa đỏ

• Trầm đọng do kết tủa: đỏ vụi, dolomite, thạch cao…

• Trầm đọng từ xỏc sinh vật: than đỏ, san hụ, đỏ vụi vỏ sũ…

Đá trầm tích

Trầm tích

mềm rời

Trầm tích vụn keo kết

Trầm tích hóa học

Trầm tích sinh học

đất

không

dính

đất dính

a Trầm đọng từ mảnh vụn phong hoỏ

Vật liệu vận chuyển: hoà tan,

lơ lửng, xụ lăn, kộo lờ Trầm đọng theo quy luật tuyển lựa theo đường kớnh hạt: Vận chuyển càng đi xa kớch thước hạt trầm đọng càng nhỏ dần, hạt càng trũn cạnh