Chương 3 new ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Cấu tạo đá magma Cấu tạo đá magma được xác định bởi sự phân bố và vị trí của các hợp phần tạo nên đá trong không gian.. + Cấu tạo khối: phân bố đồng đều của các khoáng vật trên toàn bộ k

CHƯƠNG 3: MAGMA, ĐÁ MAGMA, NÚI LỬA , VÀ ĐÁ XÂM NHẬP

Trong đi ̣a chất học, đá là thành phần vật chất tạo nên vỏ Trái Đất, ở các trạng thái khác nhau

Đá là tập hợp của mợt hoặc nhiều khoáng vật tạo nên mợt thể địa chất độc lập trong tự nhiên

Ba nhĩm đá chính:

+ Đá magma

+ Đá trầm tích

+ Đá biến chất

3.1 Các loại đá magma

Đá magma được hình thành do magma kết tinh trong lòng đất hoặc trên bề mặt của vỏ Trái Đất: + Đá xâm nhập: sản phẩm của magma kết tinh ở đới sâu; được thành tạo do magma xuyên qua giữa các đá sinh ra trước ở mợt đợ sâu nhất

đi ̣nh, và cĩ điều kiện kết tinh chậm (kết tinh hoàn toàn)

+ Đá phun trào: khi magma phun lên bề mặt Trái Đất, dù trên cạn hay dưới đáy nước, sẽ thành đá núi lửa và thường

kết tinh kém, hoặc nhiều khi cĩ dạng thủy tinh

Kiến trúc của đá magma bao gờm những dấu hiệu được hình thành tuỳ thuợc vào trình đợ kết tinh, kích thước và hình dáng của các tinh thể, quan hệ tương hỡ giữa chúng với nhau và giữa chúng với thuỷ tinh trong đá

+ Kiến trúc hiển tinh: phân biệt được bằng mắt thường, đặc trưng cho các đá đờng đều trong toàn khới lớn (đá sâu); đá kết tinh cả khối (nên cũng gọi là kiến trúc toàn tinh), kích thước hạt từ vài milimet đến vài centimet

+Tinh thể tự hình: do sự kết tinh đã diễn ra mợt cách tuần tự; những tinh thể hình thành trước phát triển theo hình thái

đa diện đặc trưng của chúng

+Tinh thể tha hình: những tinh thể ra đời muợn hơn, chèn vào những khoảng trớng do các tinh thể đã kết tinh trước để lại, do đó chúng khơng có điều kiện để đạt dạng đa diện mà lấy khuơn theo khoảng khơng gian có sẵn

+Kiên trúc porphyr hay ban trạng là kiến trúc chi ̉ có mợt sớ hạt phân biệt được bằng mắt thường nởi bật trên nền hạt vi tinh và đặc trưng cho đá núi lửa (đá phun trào) và các loại đá dạng mạch Những tinh thể tự hình (ban tinh) cỡ centimet nởi bật giữa mợt khới đờng nhất

- Kiên trúc vi tinh Sớ rất lớn tinh thể kéo dài ngập giữa khới thủy tinh đờng nhất, đây là loại kiến trúc thường gặp nhất -Kiên trúc thủy tinh : Khơng chứa ban tinh và vi tinh, chỉ cĩ thủy tinh

-Kiến trúc dạng mảnh vụn gồm các mảnh vụn đá và thủy tinh gắn kết trên nền hạt mịn

Cấu tạo đá magma

Cấu tạo đá magma được xác định bởi sự phân bố và vị trí của các hợp phần tạo nên đá trong không gian

+ Cấu tạo khối: phân bố đồng đều của các khoáng vật trên toàn bộ khối đá, không có sự định hướng + Cấu tạo dạng

+ Cấu tạo bọt

Thành phần đá magma

+ Thành phần hóa học

Khoảng 99% tổng khối lượng đá magma được hình thành chủ yếu từ một số nguyên tố, phổ biến nhất là oxy và silic, chiếm khoảng 50% trong tổng số các nguyên tố hiện hiện trong Vỏ Trái đất, kế đến là Al,

Fe, Ca, Mg, Na K, Ti và nước

Oxid Hàm lượng trung bình

(% trọng lượng)

Oxid Hàm lượng trung bình

(% trọng lượng)

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MnO

MgO

59,12

1,05

15,34

3,08

3,80

0,24

3,49

CaO Na2O K2O H2O P2O5 CO2

5,08 3,84 3,13 1,15 0,30 0,10

Dựa vào thành phần hoá học, chủ yếu là vào hàm lượng SiO2 , đá magma được chia thành các nhóm: siêu baz, baz, trung tính, acid, và siêu acid

Nhóm đá Hàm lượng oxid silic %

Siêu baz (mafic)

Baz

Trung tính

Acid

Siêu acid

< 40

40 – 52

52 – 65

65 – 75

> 75

+ Thành phần khoáng vật

lượng)

Feldspar

Thạch anh

Amphibol và pyroxen

Mica

Các khoáng vật khác

59

12

17

4

8

Thành phần của các đá macma điển hình

Fe-Mg %

Plagioclas feldspar %

Feldspar Kali %

Thạch anh

% Gabro/basalt 70 30 0 0

Diorit/Andesit 40 60 0 0

Granit/Rhyolit 15 15 40 25

Khoáng vật tạo đá: chủ yếu thuợc lớp silicat như feldspar, thạch anh, mica, nephelin, amphibol, olivin, pyroxen v.v

Theo màu sắc:

 Khoáng vật sẫm màu (amphibol, pyroxen, olivin)

 và khoáng vật sáng màu (thạch anh, felspat, nephelin)

Hàm lượng khoáng vật sẫm màu là mợt đặc điểm quan trọng để nhận biết các nhóm đá (50% trong đá gabro và chỉ dưới 5-10% trong đá granit

Khoáng vật phụ hàm lượng đạt hàng chục phần trăm trong đá mợt sớ khác cũng có mặt trong các đá, nhưng với tỷ lệ rất nhỏ (dưới 1%), đó là như apatit, magnetit, zircon v.v

3.2 Các loại Magma

Magma là dung thể silicat chứa những phần bay hơi, nóng chảy hay nóng chảy từng phần, có nhiệt độ cao (từ 600 – 13000C), nằm trong quyển mềm trong Vỏ Trái đất, ở độ sâu từ 60 - 100km

Trong buồng magma là dung thể lỏng, có chứa ban tinh của các khoáng vật kết tinh sớm và các chất bốc

Magma theo các khe nứt hay núi lửa phun trào lên mặt đất gọi là dung nham (lava), khi đông cứng lại gọi là đá magma

 Thành phần hĩa học gồm các nguyên tớ phổ biến trong Trái đất: Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, H, và O

 Magma mafic (baz)- SiO2 45-55 wt%, nhiều Fe, Mg, Ca, low in K, Na

 Magma trung tính- SiO2 55-65 wt%, Fe, Mg, Ca, Na, K chiếm tỉ lệ trung bình

 Magma felsic (acid) SiO2 65-75%, ít Fe, Mg, Ca, nhiều K, Na

 Khí trong magma gây phun nổ khi áp suất giảm, gồm chủ yếu là H2O, mợt ít CO2, rất ít Sulfur, Cl ,

và F

 Magma acid thường cĩ nhiều khí hơn magma baz

Nhiệt độ:

 Magma mafic - 1000-1200oC

 Magma trung tính - 800-1000oC

 Magma felsic - 650-800oC

Độ nhớt là sự kháng lại tính chảy, tùy thuợc vào thành phần, nhiệt đợ và khí

 Hàm lượng SiO2 trong magma cao (magma acid)  đợ nhớt cao hơn magma có hàm lượng SiO2 thấp (magma mafic)

 Magma cĩ nhiệt đợ thấp  đợ nhớt cao

Magma nghèo silic (magma cĩ thành phần baz)

 Tỷ lệ Si/O thấp, linh đợng, magma này dâng thoát nhanh lên khỏi vỏ Trái Đất nên chỉ mợt sớ ít khoáng vật ki ̣p kết tinh Do nghèo silic, lọat phản ứng Bowen khơng tiến triển đến cùng và sản phẩm bền vững của nó là những khoáng vật sinh ra ở nhiệt đợ cao

Magma giàu silic (magma cĩ thành phần acid)

 Tỷ lệ Si/O cao, magma rất nhớt và kết tinh trọn vẹn trên đường di ̣ch chuyển chậm trong vỏ Trái Đất

Loạt phản ứng Bowen phát triển đến cùng và khi kết tinh hoàn tất thì sản phẩm bền vững là các loại khoáng vật cùng có mặt với silic Magma này tạo ra granit và các đá cùng họ

Summary Table

Magm

Type

Solidified

Volcanic

Rock

Solidified Plutonic Rock

Chemical Composition Temperature Viscosity

Gas Content

Basaltic Basalt Gabbro

45-55 SiO2

%, high in

Fe, Mg, Ca, low in K, Na

1000 - 1200 o

Andesitic Andesite Diorite

55-65 SiO2

%, intermediate

in Fe, Mg,

Ca, Na, K

800 - 1000 o

C Intermediate Intermediate

Rhyolitic Rhyolite Granite

65-75 SiO2

%, low in

Fe, Mg, Ca, high in K,

Na

650 - 800 oC High High

Sự phun trào của Magma

Cĩ thể phun nổ hay phun trào:

 Phun trào đặc trưng của magma cĩ ít khí, độ nhớt thấp (basaltic đến andesitic)

 Thường bắt đầu bằng cợt khĩi giải phĩng khí

 Dung nham chảy tràn trên mặt đất

 Hình thành basalt dạng gới (pillow) ở dưới nước

Phun nổ đặc trưng bởi hàm lượng khí cao, độ nhớt cao (andesitic đến rhyolitic magma)

 Do đợ nhớt cao  hình thành áp suất

 Áp suất cao trong các bọt khí làm bọt khí bị nổ khi magma gặp áp suất trên mặt đất

 Phun đá vụn núi lửa và tro núi lửa

 Hình thành đám mây khí và tro cao đến 45km trong khí quyển

3.4 Các khối xâm nhập

 Đá xâm nhập hình thành do magma đơng nguợi dưới sâu

 Các thể xâm nhập được phân loại theo kích thước, hình dáng và mối tương quan với đá vây quanh, có các dạng vỉa xâm nhập (sill), thể mạch (dike), dạng chậu (lopolith), thể nấm (lacolith) và thể nền (batholith)

Thể tường (dike): Hình thành khi macma tiêm nhập vào các đứt gãy Chiều rộng của dike biến động từ

vài cm đến nhiều m

Thể vỉa (sill): Trải rộng theo chiều nằm ngang, có bề dày thay đổi từ 1cm đến hàng trăm m Đá xâm

nhập có tuổi trẻ hơn đá vây quanh Khác với các dòng dung nham là không có bề mặt phong hóa và có thể chứa những mảnh vụn đá

Thể nấm (laccolith): Một khối đá macma có mái dạng vòm gọi là thể nấm (do macma đẩy các đá phía

trên lên tạo thành vòm)

Thể nền (batholith): Một khối đá xâm nhập lớn, bất chỉnh hợp, phát triển theo chiều sâu được gọi là

thể nền Lớn ở đây có nghĩa là diện lộ khoảng 100km2 Các khôí đá xâm nhập có đầy đủ các đặc điểm

giống như thể nền nhưng do diện lộ nhỏ hơn được gọi là thể cán (stock)

Thể chậu (lopolith): Đặc trưng cho đá macma xâm nhập sâu và chỉnh hợp; chúng có dạng như cái

muỗng, cả phần mái lẫn phần nền đều võng xuống

3.4 Nguồn gốc magma

Magma basalt cĩ thể được hình thành do nĩng chảy bợ phận của vật liệu siêu mafic (siêu baz) từ phần trên của manti bên dưới vỏ đại dương; magma granite cĩ thể do nĩng chảy bợ phận của vật liệu bên dưới vỏ lục địa (35-40km); magma andesite hay magma trung tính hình thành do nĩng chảy bợ phận của vật liệu trầm tích

và của vỏ đại dương ở đới hút chìm

3.5 Sự phân dị của magma

 Mỗi kv kết tinh ở nhiệt độ nhất định Khi kv kết tinh từ magma, thành phần dung dịch magma còn lại sẽ thay đổi Tùy theo số lượng kv đã kết tinh, thành phần vật chất sẽ thay đổi theo dãy rộng: sự phân dị magma do quá trình kết tinh phân đoạn

 Nếu tinh thể kết tinh nặng hơn dung dịch  chúng chìm xuống, nếu nhẹ hơn  nổi lên Sự di chuyển- kết tinh của kv sẽ làm thay đổi từng phần magma

Td Dung dịch magma chứa 5 phân từ MgO và 5 phân tử SiO2 = 50% SiO2 và 50% MgO

Nếu lấy đi 1 MgO để kết tinh kv

MgO tiếp tục được lấy đi cho kv kết tinh  thành phần magma sẽ thay đổi

Loạt phản ứng Bowen

Thứ tự kết tinh của kv từ magma tùy thuộc vào nhiệt độ

 Magma mafic (baz) nguội  Olivine và Ca-rich plagioclase giàu Ca kêt tinh trước tiên

 Olivine phản ứng với dung dịch  pyroxene and plagioclase giàu Ca  plagioclase nghèo Ca

 Nếu olivine và plagioclase di chuyển ra khỏi dung dịch do kết tinh phân đoạn  dung dịch magma giàu SiO2

Tiếp tục, nhiệt độ giảm magma có nguồn gốc mafic (basaltic) magma trung tính (andesite)  magma acid (rhyolite)

3.5 Núi lửa và đá núi lửa

Basalts, Andesites, Dacites, và Rhyolites là đá núi lửa

 Obsidian – thủy tinh núi lửa sẫm màu có vết vỡ dạng vỏ chai, thường là rhyolit hay dacit

 Pumice – sáng màu nhẹ có nhiều lỗ hỗng (vesicles) do khí thoát ra trong quá trình đông nguội,

thường là rhyolitic, dacitic hay andesitic

 Đá bọt – đá toàn lỗ hỗng, thường là basalt and andesit

Núi lửa

Núi lửa dạng khiên- phun trào magma độ nhớt thấp, thường là magma mafic hình thành dòng chảy dung

nham từ miệng núi lửa Rộng, sườn thoải, dạng vòm Điển hình là núi lửa tại điểm nóng (hot spots) như Hawaii và Galapagos, và ở sống núi giữa đại dương

 Nón đá vụn núi lửa: hình thành từ đá vụn núi lửa quanh miệng núi lửa

Núi lửa hỗn hợp:

- Sườn dốc từ 6- 10 độ, ở đỉnh 30 độ

- Magma acid cung cấp vật liệu xen kẻ giữa dòng dung nham và vật liệu vụn: hỗn hợp

- Ở đới siết ép, sự hút chìm tạo magma giàu silic và khí

 Miệng núi lửa sơ cấp (crater) hình thành do nổ hay thoát khí

 Miệng núi lửa thứ cấp (caldera)- hố do sự sụp đổ vật liệu miệng núi lửa sơ cấp

 Vòm dung nham: hình thành do phun nghẹn của magma độ nhớt cao, ít khí

 Suối nước nóng và suối phun (Geysers) – nước nóng do nhiệt của magma

 Fissure Eruptions – magma phun trào dọc theo các khe nứt của Vỏ Trái đất

 Dung nham d ạng gối: dung nham phun trào trên đáy biển hay hồ