Chuong1 ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

• Latin hóa thành Geology TK18 với ý nghĩa là “Khoa học về Trái đất” ĐỊA CHẤT HỌC • Khoa học về Trái đất, nghiên cứu về các quá trình trên bề mặt của Trái đất, đáy đại dương và cấu trúc

ĐỊA CHẤT CƠ SỞ (PHYSICAL GEOLOGY) CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1 Vai trị địa chất học

• Địa chất học : Xuất phát từ tiếng Hy-lạp là Geologos

• “Geo”: Trái đất và “logos”: lời nói, học thuyết

• Latin hóa thành Geology (TK18) với ý nghĩa là “Khoa học về Trái đất”

ĐỊA CHẤT HỌC

• Khoa học về Trái đất, nghiên cứu về các quá trình trên bề mặt của Trái đất, đáy đại dương và cấu trúc bên trong của Trái đất

• Nghiên cứu Trái đất như chúng ta thấy hiện nay, lịch sử của Trái đất và sự tiến hĩa của nĩ trong điều kiện hiện nay

Tại sao phải nghiên cứu Trái đất?

• Nhân loại là một phần của Trái đất

• Con người cĩ khả năng tạo nên những thay đổi nhanh chĩng Các cơng trình xây dựng đều ảnh hưởng đến Trái đất, do đĩ cần những kiến thức địa chất

• Sự sống của nhân loại tùy thuộc vào nguồn thực phẩm và dinh dưỡng từ Trái đất

• Năng lượng và tài nguyên khống sản nhân loại sử dụng cho đời sống đến từ Trái đất

• Tai biến địa chất- động đất, núi lửa phun, sĩng thần, lốc xốy, trượt lở ảnh hưởng đến đời sống nhân loại bất cứ lúc nào  cần cĩ những hiểu biết tốt về Trái đất để đối phĩ

• Vì tị mị- chúng ta muốn hiểu biết tốt hơn về những gì xảy ra quanh chúng ta

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

• Trái đất, thế giới vô cơ và hữu cơ cùng các quá trình tự nhiên đã và đang xảy ra + Các thiên thể

trong Hệ mặt trời

• Thạch quyển = Vỏ Trái đất và phần trên của Manti trên

• Địa chất cơ sở: phần nhập môn, khái quát để hiểu biết về địa chất học, giới thiệu những lý luận chung, những khái niệm cơ sở của địa chất học

Đối tượng nghiên cứu của Địa chất học

- Các vật thể tự nhiên tạo nên các lớp trên cùng của vỏ Trái đất, cấu tạo và thành phần của chúng

- Các quá trình địa chất bên trong và bên ngồi làm xuất hiện các vật thể tự nhiên đĩ và làm thay đổi địa hình bề mặt Trái đất

- Sự phân bố các vật thể tự nhiên trong vỏ Trái đất tức là cấu trúc địa chất của vỏ Trái đất

- Các nguyên lý và qui luật phát sinh và phát triển của các quá trình địa chất và các quy luật phát triển của Trái đất

Địa chất học và các khoa học khác

VẬT LÝ

• Địa vật lý

• Địa chấn học

HĨA HỌC

• Khĩang vật học

• Thạch học

• Địa hĩa học

SINH VẬT HỌC

• Cổ sinh vật học

THIÊN VĂN HỌC

• Địa chất các hành tinh

• Helioseismology

ĐỊA CHẤT HỌC

• Địa chất kinh tế

• Địa chất thủy văn

• Địa chất cơng trình

• Địa sử

• Địa mạo

• Hải dương học

• Địa chất kiến trúc

• Hỏa sơn học

Các khoa học Đia chất

1.Nhóm nghiên cứu thành phần vật chất của Trái đất

- Khoáng vật học là khoa học về các đơn chất và hợp chất có trong tự nhiên gọi là khoáng vật

- Thạch học nghiên cứu về các loại đá hợp thành vỏ Trái Đất

- Đi ̣a hoá học nghiên cứu thành phần hoá học của Trái Đất mà trước hết là của thạch quyển quy luật phân bớ

và đặc tính di chuyển của chúng trong thạch quyển

- Đi ̣a chất khoáng sản nghiên cứu thành phần và quy luật sinh thành, quy luật phân bớ của khoáng sản

2 Nhóm nghiên cứu lịch sử và sự vận động của Trái đất

• Địa tầng học nghiên cứu và xác định quy luật và lịch sử hình thành các tầng đá của vỏ Trái Đất nhờ đó mà chúng

ta xác đi ̣nh được tuởi

• Kiến tạo học lại là khoa học nghiên cứu về lịch sử, quy luật hoạt đợng và cấu trúc của vỏ Trái Đất

• Cở sinh vật học Mơn khoa học này nghiên cứu về di tích các sinh vật được bảo tờn trong đá

3 Nhóm địa chất ứng dụnng

• Địa vật lý ứng dụng các tri thức các thành tựu của Vật lý học để nghiên cứu về Trái Đất

• Địa chất thuỷ văn - nghiên cứu về thành phần và quy luật phân bớ nước ngầm

• Địa chất cơng trình là mợt khoa học địa chất ứng dụng mà khơng có nó các cơng trình xây dựng như các đập thuỷ điện, các cơng trình xây dựng cơng nghiệp, văn hoá, giao thơng vận tải sẽ khơng đảm bảo được sự an toàn

• Địa chất biển nghiên cứu của nó là các hoạt đợng địa chất và hệ quả của chúng ở các đại dương trước hết là ở đáy đại dương và thềm lục đi ̣a

• Địa chất Đệ Tứ nghiên cứu các quá trình địa chất và hậu quả của chúng trong giai đoạn trẻ nhất của lịch sử Trái Đất - kỷ Đệ Tứ

2 Vật chất Trái đất & các quá trình địa chất

• Nguyên tố, khống vật, đá

• Quá trình địa chất xảy ra chậm

• Quá trình địa chất xảy ra đột ngột, nhanh chĩng

Quá trình địa chất xảy ra lâu dài

- Sự hình thành đá

– Sự phá vỡ, phân hủy đá thành đất (phong hĩa)

– Sự gắn kết hĩa học của cát thành đá (thành đá)

– Tái kết tinh đá thành đá khác (biến chất)

– Sự hình thành các dãy núi (kiến tạo)

– Xâm thực mài mịn các dãy núi

-Quá trình địa chất xảy ra đột ngột, nhanh chĩng

– Bão làm sạt lở bờ biển

– Sự hình thành nĩn núi lửa

– Trượt lở

– Bão cát

– Lũ bùn

Quá trình địa chất

• Quá trình địa chất nội sinh: năng lượng bên trong Trái đất

• Quá trình địa chất ngoại sinh: năng lượng Mặt trời và trọng lực:

3.Phương pháp nghiên cứu

• Nghiên cứu ngoài trời

• Đối tượng nghiên cứu chiếm khoảng không gian sâu rộng

• Thời gian diễn biến có thể rất dài

• hoặc rất ngắn

• Môi trường của các quá trình địa chất phức tạp

• P/p nghiên cứu ngoài thực địa

• P/p nghiên cứu trong phòng

Thuyết đồng nhất (Uniformitarianism)

Các quá trình tự nhiên đang xảy ra trên bề mặt trái đất ngày nay cũng đã từng xảy ra trong quá khứ- quy luật của tự nhiên là không thay đổi

- Các quá trình địa chất thay đổi từ từ, đồng biến

- P/p“Hiện tại luận” : Hiện tại là của quá khứ

Thuyết tai biến :Các quá trình địa chất thay đổi đột ngột

P/p đối sánh địa chất

4 Năng lượng

Tất cả các quá trình địa chất nội ngoại sinh đều cần năng lượng, gồm:

- Trọng lực

- Năng lượng nhiệt do sự di chuyển các nguyên tử

- Năng lượng hĩa học: do sự phá vỡ hay hình thành các nới hĩa học

- Năng lượng bức xạ MT

- Năng lượng nguyên tử: năng lượng được lưu trữ hay giải phĩng trong các kết hợp nguyên tử (nguồn năng lượng chủ yếu bên trong Trái đất)

5 Sự trao đổi nhiệt

• Cơ chế trao đổi nhiệt:

- Dẫn nhiệt: từ nhiệt độ cao (rung động nhanh) đến nhiệt độ thấp (rung động chậm hơn) trong Vỏ Trái đất

- Đới lưu: nhiệt di chuyển cùng với vật chất (trong manti và khí quyển)

- Bức xạ

6 Địa nhiệt (geothermal)

- Địa nhiệt tăng theo độ sâu

- Gần mặt đất nhiệt độ tăng từ 15 to 35oC/ km

- Tâm Trái đất: khoảng 45000 C

7 Trái đất

Trái đất có dạng elipsoid (do tác dụng của lực hấp dẫn bị ép theo phương trục quay

Hội nghi ̣ trắc đi ̣a thế giới lần thứ XVI (IUGG) ở Grenoble, 1975, xác định a = 6.378,140km  5m; b = 6356,779 km và d = 1/298,275 (a: bán kính ở xích đạo, b: bán kính ở cực)

Độ dẹt d của trái đất

Bán kính xích đạo (a):

6378,140km,

Bán kính ở cực (b):

6356,779km

Bán kính bình quân

(a2b)1/3:6371,012km

Độ dẹt

Chu vi xích đạo: 40075,24km

Chu vi kinh tuyến 40008,08km

Diện tích trên mặt: 5,1007x10km

Thể tích (V): 1,0832x1012km2

Trọng khối (M): (5,942+0,0006) x1012 kg

Địa hình đáy biển

231

1







a

b

a

d

Cấu trúc bên trong Trái đất

Mật độ, nhiệt độ và áp suất tăng theo độ sâu

Theo thành phần gồm các lớp:

- Vỏ trái đất co bề dày thay đổi: lục địa 10 - 50 km

Đại dương 8 - 10 km

- Manti: 3488 km, cấu tạo bởi peridotite

- Nhân: 2883 km, cấu tạo bởi Iron (Fe) và Nickel (Ni)

Theo tính chất vật lý:

- Thạch quyển (lithosphere) dày khoảng 100 km (dưới lục địa sâu hơn)

- Quyển mềm (Asthenosphere) sâu từ 250 km đến 350 km, đá rắn nhưng mềm và dễ chảy

- Man ti trong dày khoảng 2500 km, đá rắn nhưng vẫn có khả năng chảy

- Nhân ngoài dày 2250 km, gồm Fe và Ni, lỏng

- Nhân trong 1230 km, Fe and Ni, rắn

A Sơ đồ vị trí các quyển B Sơ đồ vị trí quyển mềm và Thạch quyển

Căn cứ các tài liệu đi ̣a vật lý chia ra 2 kiểu chính: vỏ lục địa, vỏ đại dương và 2 kiểu phụ: vỏ á lục địa và vỏ á đại dương

Vỏ lục địa (continental crust) có bề dày không đều

Ở vùng nền (vùng ổn định) có bề dày 35 – 40 km

Vùng tạo núi trẻ có bề dày 55 – 70 km

Vùng núi Hymalaya, Andes có bề dày 70 – 75 km

Từ trên xuống gồm:

- Lớp 1: trầm tích dày vài km, Vp= 3,5, d= 2- 2,5

- Lớp 2: dày từ 20- 70km, phần trên là lớp granit (Vp= 5,6, d= 2,7) và dưới là basalt được ngăn cách bằng bề mặt Konrad

Vỏ đại dương

Nằm dưới tầng nước biển và từ trên xuống dưới gồm:

- Lớp trầm tích có bề dày từ 0m (ở vùng SNGĐD) đến vài km (ở gần lục địa), trung bình 300m, Vp=2, d=1,93- 2,3

- - Lớp móng basalt: chủ yếu là basalt, dày khoảng 2,5km, Vp= 4-6, d=2,55

- - Lớp đại dương, gồm serpentin, được hình thành do quá trình hydrat hóa của phần trên của manti, dày khoảng 6km, Vp= 6,7, d= 2,95

Sơ đồ cấu trúc Vỏ Trái đất

Các đường đẳng bề dày của Vỏ Trái đất

Địa hình Trái đất:

• địa hình lục địa có độ cao trung bình 875m, địa hình đáy đại dương có độ sâu trung bình 3719,4m

  biên độ chênh lệch trung bình giữa lục

đi ̣a và đáy đại dương xấp xi ̉ 5

km và xấp xi ̉ 20 km

Vỏ Lục địa Đặc điểm Vỏ Đại dương

Thành phần hóa học của vỏ Trái Đất

8 Kiến tạo mảng (plate tectonic)

- Chuyển động kiến tạo (tectonics): dịch chuyển cơ học và biến dạng của Vỏ Trái đất, có liên quan đến thuyết trôi dạt lục

địa

- Mảng (plate): các mảng Vỏ Trái đất dày khoảng 100km, dịch chuyển trên quyển mềm

Ranh giới các mảng

Ranh giới hội tụ (convergent boundary)

Hút chìm

Va mảng (Continental Collisions)

Mảng Ấn độ - mảng Âu Á hình thành dãy Himalaya

- Ranh giới biến dạng (Transform Boundary)

Đứt gãy San Andreas Fault, ở California là đứt gãy biến dạng

HỆ MẶT TRỜI (TRƯỚC 8/2006)

Gồm 9 hành tinh, khoảng 64 vệ tinh, hàng ngàn hành tinh nhỏ, hàng triệu thiên thạch và hàng tỷ sao chổi Tất cả quay xung quanh Mặt trời, tạo thành một hệ thống có đường kính có thể lớn hơn 14x1012km

• Các nhà thiên văn Mỹ đã phát hiện thiên thể mang tên 2003-UB313 là hành tinh thứ 10 của Hệ Mặt trời

• Khoảng cách từ hành tinh đến Mặt trời xa gấp 3 lần khoảng cách từ Mặt trời đến hành tinh thứ 9 là Diêm Vương

• Lớn hơn Diêm Vương, được cấu tạo bởi đá và băng, được nhìn thấy đầu tiên vào ngày 21-10-2003, sau đó mất tích và ngày 8-01-2005 xuất hiện lại và được xác nhận là một hành tinh ngày 29-7-2005

Cơng bố gây chấn động thế giới: Hệ Mặt trời chỉ cịn 8 hành tinh

• Sau 12 ngày thảo luận sơi nổi, hơm 24-8-2006, tại cuộc họp lịch sử diễn ra ở thủ đơ Prague (Cộng hịa Czech), khoảng 2.500 nhà khoa học tham gia cuộc hội thảo của Hiệp hội Thiên văn học quốc tế đã bỏ phiếu thơng qua

“định nghĩa về hành tinh” Từ đây, hệ Mặt trời chỉ còn lại 8 hành tinh thay vì 9 như cả thế giới đã từng biết, sau khi danh hiệu “hành tinh” của sao Diêm Vương bị tước bỏ

• Định nghĩa về hành tinh: hành tinh là một thiên thể bay trong quĩ đạo quanh Mặt trời, với trọng lượng đủ lớn để tạo ra lực hấp dẫn và quĩ đạo của nó phải tách bạch với các vật thể khác

• Chiếu theo tiêu chuẩn mới, con người phải chào tạm biệt sao Diêm Vương như một hành tinh vì quĩ đạo hình êlip dẹt của nó cắt quĩ đạo của sao Hải Vương Từ nay, thiên thể nhỏ bé và rất xa xôi này sẽ bị

“xuống hạng” và được gọi là “tiểu hành tinh” (dwarf planet)

Định nghĩa trên cũng “chiếu mệnh” cho các thiên thể như Charon, Ceres và 2003 UB313 được phát hiện gần đây và chúng cũng sẽ được gọi là tiểu hành tinh

Trước đây, thiên thể Charon được xem là một mặt trăng của sao Diêm Vương, nhưng xét về kích cỡ thì một số chuyên gia coi nó là hành tinh song sinh

Được xem là một thiên thạch, Ceres là vật thể lớn nhất trong vành đai giữa sao Hỏa và sao Thổ, và có hình cầu giống như một hành tinh