Chuong 1. Mở Đầu- Quá Trình Thành Tạo Đá Trầm Tích.ppt

Slide 1 MỞ ĐẦU • Định nghĩa đá trầm tích của Rukhin (1953) "Đá trầm tích là những thể địa chất hình thành trên bề mặt Trái đất hoặc nơi không sâu lắm trong vỏ Trái đất, với điều kiện nhiệt độ áp suất[.]

MỞ ĐẦU

• Định nghĩa đá trầm tích của Rukhin (1953):

"Đá trầm tích là những thể địa chất hình thành trên bề mặt Trái đất hoặc nơi không sâu lắm trong vỏ Trái đất, với điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường, do tác dụng phong hóa, tác dụng của sinh vật và núi lửa rồi trải qua những biến đổi khác mà thành"

Đối tượng và nhiệm vụ nghiên cứu

• Đối tượng của trầm tích học là các trầm tích bở rời và các đá

trầm tích tồn tại trong vỏ Trái đất.

• Nhiệm vụ của trầm tích học:

• Phân loại và mô tả thạch học các đá trầm tích

• Nghiên cứu đặc điểm địa hóa trầm tích, địa hóa môi trường trầm tích, địa tầng phân tập, tính phân nhịp và chu kỳ trầm tích làm cơ sở cho việc lập lại nguồn gốc, điều kiện thành tạo

và quy luật phân bố đá trầm tích.

• Nghiên cứu trầm tích hiện đại làm cơ sở tìm hiểu nguồn gốc

và quá trình thành tạo trầm tích cổ.

• Phục vụ công tác nghiên cứu địa tầng, kiến tạo và lịch sử phát triển vỏ Trái đất.

Vai trò của đá trầm tích trong nghiên cứu địa chất và ý nghĩa

của các đá trầm tích đối với nền kinh tế

• Các loại khoáng sản trầm tích có giá trị là dầu khí, than đá, sắt (90%), nhôm, đá quý, vàng, bạc, thiếc, mangan, muối, apatit, đá vôi, dolomit, cát thủy tinh, vật liệu xây dựng, titan, crom, uran (90%).

• Phần lớn các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, giao thông, nông nghiệp, … đều liên quan đến trầm tích và đá trầm tích.

• Nghiên cứu trầm tích học góp phần làm sáng tỏ lịch

sử địa chất, kiến tạo, sinh khoáng, …

CHƯƠNG 1QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐÁ TRẦM TÍCH

1.1 Giai đoạn thành tạo vật liệu trầm tích

1.1.1 Nguồn vật liệu trầm tích

a) Nguồn vật liệu lục nguyên

• Bao gồm các sản phẩm do phá huỷ (phong hóa và kiến tạo) từ các đá đã thành tạo

trước trên lục địa, có thể là đá magma, đá biến chất hay đá trầm tích (vùng xâm thực)

• Các sản phẩm này rất đa dạng, đó là các vật liệu vụn (khối, tảng, cuội, sỏi, sạn, dăm, cát, bột), khoáng vật sét, dung dịch keo,

dung dịch thật

• Hàng năm có khoảng 18 tỷ tấn vật liệu

(Lopachin) được các con sông mang ra

biển

b) Nguồn vật liệu hữu cơ: Tham gia vào thành phần đá trầm tích dưới ba dạng:

Phần vô cơ trong cơ thể sinh vật,

Các khoáng vật thay thế vào xác sinh vật,

 Phần hữu cơ và sản phẩm của quá trình sống của sinh vật.

Gồm: - Thân, lá, rễ của thực vật;

- Xương, vỏ của động vật

c) Nguồn vật liệu núi lửa: Bao gồm các sản phẩm

từ hoạt động của núi lửa (tro, bụi, thuỷ tinh, mảnh đá, mảnh khoáng vật…)

Khối lượng khá lớn, từ 8 (Alaska) đến 32- 40

km 3 (Tombora, Ấn Độ).

d) Nguồn vật liệu vũ trụ:

Bao gồm các mảnh thiên thạch, tuy nhiên

số lượng không đáng kể nên không có ý nghĩa đối với thành tạo đá trầm tích

Mỗi năm có khoảng 15- 20 triệu tấn thiên thạch rơi xuống Trái đất

1.1.2 Quá trình thành tạo vật liệu trầm

tích do phá huỷ các đá có trước

1.1.2.1 Phá huỷ kiến tạo

 Vật liệu trầm tích được tạo ra do phá huỷ kiến tạo (như đứt gãy, khe nứt, chuyển

động khối tảng, tạo núi và các quá trình sụt lún tạo bồn trũng) bao gồm các mảnh vụn

có kích thước từ mm đến hàng mét

 Sau đó được chuyển tải từ cao xuống thấp nhờ các dòng sông, suối

1.1.2.2 Quá trình phong hóa

a) Phong hóa vật lý:

Là quá trình phá hủy các đá dưới tác dụng của các yếu tố vật lý như tác dụng của nước chảy, gió, sóng, trượt lở, và tác dụng của nước đóng băng, sự thay đổi của nhiệt độ

Thành phần hóa học của sản phẩm phá huỷ không thay đổi so với đá gốc

 Đá gốc bị vỡ thành những mảnh có kích

thước và hình dáng khác nhau và là thành phần chủ yếu của các đá trầm tích cơ học

b) Phong hóa hóa học:

Là quá trình phá hủy và biến đổi thành

phần khoáng vật và thành phần hóa học của các đá trên mặt đất dưới tác dụng của các yếu tố hóa học như nước, oxy,

carbonic, acid hữu cơ

Tác dụng chính của phong hóa hóa học là hòa tan, hydrat hóa, thủy phân, oxy hóa

khử

 Các dạng phong hoá hoá học chủ yếu:

b.1 Hòa tan

 Do tác dụng của nước đá bị phá hủy hoàn toàn chuyển thành dung dịch thật hoặc keo, chủ yếu xảy ra ở các đá carbonat, sulfat, muối

b.2 Hydrat hóa

 Là tác dụng làm biến đổi các khoáng vật không chứa nước thành khoáng vật nước:

 Anhydrit (CaSO4 )  Thạch cao (CaSO4 2H2O)

 Hematit (Fe2O3)  Goethit (Fe2O3 H2O) 

Limonit (Fe2O3 nH2O)

 Hiện tượng hydrat hóa thường kèm theo sự

tăng thể tích

b.3 Thủy phân

Là hiện tượng phá hủy hoàn toàn khoáng vật, biến thành khoáng vật mới vững bền trong điều kiện trên mặt đất (nhiệt độ và áp suất thấp, giàu nước, giàu oxy)

Quá trình thủy phân phụ thuộc vào đặc

điểm của nước nghĩa là tùy theo độ pH

(axit, kiềm) của nước

Tính thuỷ phân của các khoáng vật phụ

thuộc vào chế độ môi trường, nhất là pH

Ví dụ,

Đối với các KV màu

 pH < 6 Hypersthen  hydroxyt Fe

 pH 7 – 7,5 Hypersthen  nontronit

 Augit  chlorit

 Olivin  serpentin

 Biotit  hydrobiotit  illit  kaolinit (pH < 7)

 Biotit  glauconit (pH > 7, môi trường nước biển)

 Biotit  chlorit và bauerit (biotit mất màu) pH = 7

 Đối với felspat

 pH < 7 chuyển thành kaolinit

 pH > 7 biến thành monmorilonit,

 pH = 7 có thể chuyển thành hydromica

b.4 Oxy hóa:

 Xảy ra do tác dụng của oxy trong không khí, biến các nguyên tố hóa trị thấp thành hóa trị cao bền vững trong điều kiện trên mặt

Mức độ oxy hóa khử được đánh giá bằng thế năng oxy hóa khử (Eh) biến đổi từ

 Mức độ oxy hóa khử mạnh hay yếu phụ

thuộc vào các yếu tố sau:

1)Hàm lượng oxy trong môi trường2)Hoạt động của sinh vật

 Trên mặt thường mang tính chất oxy

hóa, nước đầm lầy thường có tính chất khử

 Ngoài các tác dụng trên, trong quá trình

phong hóa còn kèm theo các hiện tượng phá hủy do tác dụng của CO2, axit

humic

c) Phong hóa do sinh vật

Có một số loài sinh vật (tảo, vi khuẩn)

sống trên đá và lấy một số nguyên tố: K,

Ca, Si, Na, Mg, P, S, Al, Fe, … và nhả ra một số acid tác dụng vào đá, khi chết đi

tạo thành acid humic có khả năng hấp phụ

Al3+ và Fe3+ tạo dạng keo phức khá linh

động

1.1.3 Độ vững bền của khoáng vật trong

quá trình phong hóa

Phụ thuộc và các yếu tố sau:

 Thành phần;

 Cấu trúc tinh thể;

 Tính chất cơ lý (độ cứng, tính cát khai);

 Độ hạt

Dưới đây là một vài nhận xét

mang tính quy luật:

1) Các khoáng vật chứa các nguyên tố dễ hòa tan

(Na, K, Ca, ) dễ bị phá hủy hơn

2) Vật chất hữu cơ dễ bị phá hủy hơn vô cơ

3) Khoáng vật cấu trúc khung khó bị phá hủy hơn

cấu trúc lớp.

4) Khoáng vật mềm (muối, thạch cao, carbonat)

dễ bị phá hủy hơn khoáng vật cứng (thạch anh, felspat)

5) Các khoáng vật dạng tấm, vảy, cát khai dễ bị

phá hủy hơn các khoáng vật không cát khai

6) Độ hạt của khoáng vật càng lớn càng dễ bị phá

hủy.

Độ bền vững của KV trong môi trường phong hoá

1.1.4 Vỏ phong hóa

 Kết qủa của quá trình phong hóa những sản phẩm còn lại tại chỗ dần dần tập trung tạo thành một lớp gọi là vỏ phong hóa (trầm tích eluvi)

 Vỏ phong hoá trong vùng nhiệt đới ẩm như ở VN phát triển rất mạnh, chiếm những vị trí quan trong trong sản xuất công nghiệp, nông lâm nghiệp

Đặc điểm của vỏ phong hóa

1) Giàu khoáng vật vững bền trên mặt đất.2) Độ hạt không đều, độ hổng cao

3) Không phân lớp, không chứa di tích sinh

vật

4) Chứa tàn dư kiến trúc, cấu tạo, thành

phần đá gốc

5) Có tính chất phân đới (đá gốc- saprolit-

litoma- laterit) phản ánh quá trình phong hóa diễn ra từ từ qua các giai đoạn khác nhau (giai đoạn vỡ vụn, giai đoạn sialit kiềm, giai đoạn sialit chua, giai đoạn alit)

1.2 Quá trình vận chuyển và lắng đọng

vật liệu trầm tích

Cơ chế vận chuyển có sự khác biệt giữa 3 nhóm vật liệu trầm tích Đó là các hạt vụn

cơ học và sét; các vật liệu dạng keo và

các vật liệu hoà tan

Quá trình vận chuyển- lắng đọng của mỗi loại vật liệu phụ thuộc vào yếu tố môi

trường

1.2.1 Đối với vật liệu vụn cơ học và sét

a) Trong môi trường nước chảy một chiều ở lục

địa

Dòng chảy tạm thời

 Đó là các mương xói hoạt động vào mùa mưa,

quãng đường vận chuyển ngắn, dốc nên vật liệu ít được mài tròn, chọn lọc Thường tạo nên kiểu phân lớp xiên chéo do các lớp trầm tích chồng phủ đan

chéo lên nhau

 Ở phía chân núi thường tạo trầm tích nón phóng vật

có dạng nón quạt đan phủ lên nhau khi đổ vào sông, suối Trong một xeri có sự phân dị từ thô đến mịn

theo chiều từ dưới lên trên.

Mặt cắt địa chất dọc theo dòng tạm thời

Mặt cắt ngang của dòng tạm thời đổ vào sông

miền núi

Sông và suối

 Là môi trường vận chuyển và lắng đọng trầm tích quan trọng trong lục địa

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vận

chuyển: tốc độ dòng chảy, địa hình đáy, độ sâu mực nước

 Phương thức vận chuyển các hạt vụn (>

0,1mm): lăn, nhảy cóc, kéo lê (trượt), lơ lửng (huyền phù)

 Tùy thuộc vào tốc độ dòng chảy, kiểu chảy,

kích thước, hình dáng và tỷ trọng của vật liệu

mà trạng thái vận chuyển nào sẽ chiếm ưu thế

Vật liệu được lắng đọng khi tốc độ của

dòng chảy giảm Ví dụ tốc độ nhỏ hơn 1,4 m/s, kiểu chảy rối thì hạt cuội 50mm sẽ

lắng đọng

 Vì vậy các cấp hạt cuội sạn lắng đọng ở suối và thượng nguồn sông, cát lắng đọng nhiều nhất ở sông đồng bằng, cuối cùng là bột sét di chuyển xa vùng xâm thực và

lắng đọng ở vùng cửa sông và vùng biển nông xa bờ

b) Trong các bồn nước

b1) Trong các hồ móng ngựa và các hồ

Quá trình lắng đọng vật liệu trong môi trường

nước yên tĩnh được xác định theo công thức Stock:

(m/s)

v- tốc độ dy chuyển của hạt; g - gia tốc trọng trường, r là bán kính mảnh vụn, d1 - tỷ trọng mảnh vụn, d2 - tỷ trọng nước,  - độ nhớt của nước (t = 20oC,  = 0,01)

μ

d

d g.r

9 2

V  2 1  2

Tuy nhiên công thức trên chỉ áp dụng được với hạt hình cầu và bé (<0,1mm) Đối với hạt lớn hơn 0,1mm tốc độ lắng đọng tỷ lệ với căn bậc hai của bán kính hạt:

(m/s)

Ngoài kích thước và tỷ trọng, hình dáng của

vật liệu cũng ảnh hưởng tới tốc độ lắng

đọng Nếu xét cùng một trọng lượng, thì:

Hạt hình cầu, tốc độ lắng đọng là 100;

Hạt hình elipsoid, tốc độ là 61 – 84; Hạt hình trụ có tốc độ lắng đọng là 50;

Hạt hình tấm, tốc độ lắng đọng là 38 – 80;

Hạt hình lập phương, tốc độ lắng đọng là 75

b.2) Trong môi trường biển và đại dương

Quá trình vận chuyển và lắng đọng vật liệu trầm tích ở biển và đại dương do ba yếu tố

cơ bản quyết định: sóng, dòng chảy, thuỷ triều.

 Sóng

Có tác dụng phá huỷ, vận chuyển và lắng đọng vật liệu trầm tích:

Sóng vỗ bờ vuông góc với đường bờ có tác dụng gây xói lở tạo vật liệu vụn và cuốn ra theo dòng ngược chiều sát đáy và lắng

đọng ở bãi triều và ở sườn bờ ngầm

 Sóng vỗ bờ không vuông góc với đường

bờ tạo sự di chuyển vật liệu dọc bờ theo một đường ziczăc

Sóng đóng vai trò dồn đẩy vật liệu từ đáy biển nông vào sát bờ, tạo các thể trầm tích đặc trưng: đê cát ven bờ, val cát ngầm ven bờ

 Ở ven biển miền Trung, sóng có vai trò

to lớn trong việc tạo nên những thế hệ đê cát thạch anh kỳ vĩ cộng sinh với các lagoon nằm sát phía trong lục địa

Các thế hệ đê cát cộng sinh với lagoon ở ven biển

Phan Thiết

Thuỷ triều và dòng chảy ven bờ

Là những yếu tố hợp thành cùng với sóng để tạo nên những hoạt động địa chất quan trọng của đới bờ, biểu hiện trong việc phá huỷ, tái vận chuyển và tái phân bố trầm tích

Khi triều lên thường tạo điều kiện cho sóng phá huỷ bờ đồng thời vận chuyển vật liệu ra phía ngoài, rồi lắng đọng tạo nên trầm tích

bãi triều

c Trong môi trường không khí

 Sự vận chuyển và lắng đọng vật liệu trong không khí là do gió Năng lực vận chuyển phụ thuộc vào tốc độ và kiểu chuyển động của gió, độ cao, đặc điểm hạt vụn

 Phương thức vận chuyển chủ yếu là lơ lửng và

lăn Các hạt nhỏ (cát nhỏ, bột, sét) bị mang đi ở

trạng thái lơ lửng, các hạt vừa trở lên (cát trung) bị mang đi chủ yếu dưới dạng lăn

 Vật liệu được lắng đọng khi năng lực của gió nhỏ hơn nội năng của vạt liệu (kích thước, hình dáng,

tỷ trọng) Vì vậy trầm tích do gió cũng có tác dụng phân dị cơ học.

1.2.2 Đối với vật liệu keo

a) Đặc điểm của vật liệu keo

Kích thước của các phân tử keo rất bé nhỏ từ 1 đến 100 mμ

Tính khuếch tán nhỏ

Tính tán quang,hấp phụ mạnh

Chuyển động hỗn loạn

Có sự cân bằng giữa vật chất keo và dung dịch chứa nó

Mỗi phần tử keo đều tích điện:

 Keo Al(OH)3, Fe(OH)3, CaCO3 tích điện

dương;

 SiO2, sét, Mn(OH)2, hữu cơ tích điện âm

b) Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ngưng keo

 Do tác dụng của chất điện giải Chất điện giải có tác dụng trung hòa điện tích các phần tử keo Ví dụ, ở cửa sông, bờ biển sự ngưng keo xảy ra là do trong nước biển chứa muối đóng vai trò điện giải

 Do tác dụng của 2 keo tích điện trái dấu, Ví dụ

 Keo silit SiO2.nH2O (-) hợp với keo hydroxyt sắt

Fe2O3.nH2O (+) tạo silit - hematit dạng trứng cá;

 Keo hydroxyt nhôm Al2O3.nH2O (+) hợp với keo silit SiO2.nH2O (-) tạo thành kaolinit

 Tăng hàm lượng các phần tử keo trong dung dịch keo

1.2.3 Đối với vật liệu hòa tan (dung dịch thật)

 Những vật chất dễ tan khi phong hóa hóa học

được nước trên mặt hay nước ngầm mang vào

sông dưới dạng ion rồi tập trung vào các bể trầm tích

 Do đặc điểm đá gốc, phong hóa, địa lý tự nhiên

khác nhau mà thành phần, hàm lượng của vật chất hòa tan trong các bể trầm tích rất khác nhau

 Độ hòa tan (lắng động-kết tủa) của vật chất phụ thuộc vào các yếu tố: nồng độ, pH, Eh hàm lượng

CO2, t 0 ,P ,tác dụng hấp phụ ion (K, Ca, Mg, Pb,

Zn, Cu, As, Hg, …)

a) Nồng độ của vật chất trong dung dịch (đạt tới độ

bão hòa) Ví dụ:

 Clorua (CaCl2, MgCl2) kết tủa khi nồng độ muối

18%

 Soda (Na2CO3) kết tủa khi nồng độ muối 18- 20%

 NaCl chỉ lắng đọng khi nồng độ muối đạt tới 24%

b) Độ pH

 Carbonat calci (CaCO3) hòa tan và kết tủa có

chiều hướng ngược với SiO2, ở môi trường pH >

6 độ hòa tan bắt đầu giảm, pH > 8 quá trình kết tủa CaCO3 xảy ra;

 Siderit thành tạo trong môi trường trung tính;

Dolomit thành tạo trong môi trường kiềm

c) Độ Eh

Pyrit (FeS2), alabandin (MnS) thành tạo

trong môi trường khử giàu vật chất hữu cơ

bị phân huỷ giải phóng H2S

Oxyt Fe, Mn thành tạo trong môi trường

oxy hóa

d) Hàm lượng CO 2

Vai trò CO2 rất quan trọng đối với quá

trình thành tạo các khoáng vật carbonat

Ca, Fe theo các phản ứng:

Ca(HCO3)2  CaCO3 + CO2 + H2O

Fe(HCO3)2  FeCO3 + CO2 + H2O

e) Áp suất hơi,

CO2), khi áp suất tăng thì hàm lượng CO2 tăng

giảm do PCO2 giảm, tạo điều kiện kết tủa các

Ngoài ra nhiệt độ còn liên quan chặt chẽ với

nồng độ muối, khống chế việc kết tủa các loại muối evaporit;

1.3 Tác dụng phân dị trầm tích

Phân dị trần tích là một quá trình tuyển lựa của tự nhiên làm biến đổi những hỗn hợp vật chất phức tạp, phân tán, nhiều thành phần những thể tương đối đơn giản, đồng nhất hơn, xảy ra từ khi vận chuyển đến khi lắng đọng trầm tích

L.V Pustovalov (1940, 1952) chia ra 2

kiểu phân dị: Cơ học và hóa học

1 Tác dụng phân dị cơ học

a Theo độ hạt

 Những mảnh có kích thước lớn được lắng đọng gần nơi đá gốc, độ hạt càng nhỏ càng xa nơi đá gốc

 Theo đó kích thước từ thượng nguồn đến hạ nguồn giảm dần: Khối  tảng  cuội  sạn 

cát  bột  sét.

 Trong các bồn nước do tác dụng của sóng, thuỷ triều và dòng ven bờ làm cho quá trình phân dị khá phức tạp, thường thì gần bờ độ hạt lớn hơn, càng xa bờ độ hạt càng giảm.