Giáo trình địa chất cơ sở phần 2

Khái niệm và kết quả của chuyển động kiến tạo Trong số các loại nguồn gốc nêu trên thì có lẽ lực kiến tạo chủ yếu làm biến đổi mạnh mẽ vỏ trái đất là lực được phát sinh từ s

Trang 1

110

CHƯƠNG 3 CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO

VÀ SỰ BIẾN DẠNG CỦA VỎ TRÁI ĐẤT 3.1 Khái niệm và kết quả của chuyển động kiến tạo

Trong số các loại nguồn gốc nêu trên thì có lẽ lực kiến tạo chủ yếu làm biến đổi mạnh mẽ vỏ trái đất là lực được phát sinh từ sự vận động của vật chất nằm trong quyển mềm

Các nhà khoa học đều thừa nhận sự tồn tại của quyển mềm, và ý nghĩa to lớn của nó đối với hoạt động kiến tạo của vỏ trái đất

Vỏ trái đất hay thạch quyển nằm trôi nổi và trượt trên quyển mềm vì vậy lực phát sinh từ quyển mềm đã tác động trực tiếp và mạnh mẽ tới vỏ trái đất, làm vỏ trái đất bị biến dạng mạnh mẽ

Sự chuyển động kiến tạo cũng là một trong số đối tượng nghiên cứu của kiến tạo học (Lê Như Lai, 1993)

3.1.2 Kết quả của chuyển động kiến tạo

Sự chuyển động của vỏ trái đất là nguyên nhân trực tiếp dẫn tới những kết quả như:

- Sự biến đổi của thạch quyển;

- Làm xuất hiện hoặc mất đi biển và lục địa;

- Làm thay đổi thế nằm cấu tạo lớp đá, phá hủy đá;

- Gây nên động đất, sóng thần, núi lửa

3.2 Phân loại chuyển động kiến tạo

Sự chuyển động của vỏ Trái đất khá phức tạp về phương và chiều, song về

cơ bản chỉ có 2 dạng chính: Dạng chuyển động theo phương thẳng đứng và dạng chuyển động theo phương nằm ngang

3.2.1 Chuyển động theo phương thẳng đứng

Chuyển động này còn gọi là chuyển động thăng trầm Đây là dạng chuyển

Trang 2

111

động nâng lên, hạ xuống theo phương thẳng đứng của vỏ trái đất Nó thường xảy ra trên một diện tích rộng lớn, tốc độ chậm chạp Vị trí, phạm vi lớn nhỏ, biên độ, tốc độ của chuyển động dạng sóng, dẫn tới những đổi thay về biển và lục địa, địa thế cao thấp, những di chuyển thẳng đứng của khối đá, biến đổi thế nằm uốn cong một cách nhẹ nhàng

Chuyển động thăng trầm là nguyên nhân hình thành nên các châu lục, các quần đảo và các đại dương vì vậy nó còn được gọi là chuyển động tạo lục

Những biểu hiện của chuyển động thăng trầm được ghi nhận rất rõ ở nhiều nơi trên thế giới Ví dụ:

- Ngoài Vịnh Hạ Long, trên vách các núi đá vôi thấy rất rõ ngấn nước biển

cổ, đó là vết lõm sâu vào vách đá do sóng vỗ tạo nên Do chuyển động nâng lên của khu vực biển Hạ Long đã làm ngấn nước biển cổ này hiện nay nằm cao hơn mực nước biển hiện đại ≈ 2m (hình 3.1)

- Năm 1749 người ta đã phát hiện ra một thành phố nhỏ ở Vịnh Napolis (thuộc Italia) còn bị ngập dưới nước biển Thành phố này được xây dựng từ năm

105 TCN, nhưng do vỏ trái đất ở khu vực này bị lún chìm làm thành phố phải ngập dưới nước biển

- Hiện nay một phần lãnh thổ của đất nước Hà Lan đang bị chìm dần với tốc độ vài mm/năm Do vậy, phần lãnh thổ này nằm thấp hơn mực nước biển hiện tại khoảng vài mét Vì vậy, người ta đã phải xây dựng con đê biển cao tới 15m để đảm bảo an toàn cho người dân

3.2.2 Chuyển động theo phương nằm ngang

Đây là dạng chuyển động cơ bản thứ hai của vỏ trái đất Không một nhà khoa học địa chất nào phủ nhận vai trò to lớn của dạng chuyển động này trong quá trình làm biến dạng vỏ trái đất Nó là nguyên nhân làm vỏ trái đất bị căng dãn, nứt vỡ hoặc bị ép nén va húc, chúi vào nhau Kết quả đã hình thành nên những dãy núi uốn nếp dài hàng ngàn km (dãy Hymalaya, dãy Trường Sơn…) và tạo nên hệ thống đứt gãy (phay) kiến tạo có quy mô rất khác nhau, được phân bố đều khắp vỏ Trái đất Chính vì vậy, dạng chuyển động nằm ngang theo phương tiếp tuyến với Trái đất

Mực nước biển cổ

Mực nước biển hiện nay

Hình 3.1 Vận động nâng lên của vỏ trái đất

Trang 3

112

này còn được gọi là chuyển động tạo sơn hay chuyển động tạo nếp uốn và đứt gãy Theo học thuyết kiến tạo mảng, chuyển động nằm ngang giữ vai trò chủ đạo làm biến dạng vỏ Trái đất Các đứt gãy sâu làm vỏ Trái đất nứt vỡ thành nhiều mảng và do sự chuyển động ngang, các mảng này xô húc vào nhau hoặc tách rời nhau…

Trong thực tế tự nhiên, biểu hiện của chuyển động theo phương ngang cũng được các nhà khoa học ghi nhận, xác định một cách khoa học, chính xác và thuyết phục Ví dụ:

- Khoảng cách giữa đài thiên văn Greenwich (Anh) và Washington (Hoa Kỳ) trong vòng 13 năm đã rút ngắn lại 0.7m do sự chuyển dịch ngang về phía nhau của hai quốc gia ở hai châu lục

- Kết quả đo đạc từ vệ tinh nhân tạo cho thấy nước Anh so với bản đồ cũ đã

vẽ thì nay đã dịch chuyển về phía bờ biển châu Âu khoảng 190m

3.3 Lớp đá và thế nằm của lớp đá

3.3.1 Khái niệm lớp đá

Lớp đá là một thể địa chất tự nhiên tương đối đồng nhất về thành phần, màu sắc, cấu tạo, kiến trúc, hóa thạch và được giới hạn bởi hai bề mặt song song hay gần song song với nhau Ngoài danh từ “lớp” người ta còn dùng danh từ “vỉa” để chỉ các lớp khoáng sản có ích, ví dụ vỉa than, vỉa fotforit v.v…

Sự xen kẽ của các lớp gọi là tính phân lớp Nó thể hiện tính không đồng nhất trong các tầng đá trầm tích và chỉ rõ sự thay đổi điều kiện lắng đọng trầm tích Tính phân lớp là một trong những đặc điểm quan trọng và đặc trưng nhất của đá trầm tích Nó là cơ sở để nghiên cứu các vấn đề về đá trầm tích, địa tầng, địa chất thủy văn, địa chất công trình, địa mạo, Tính phân lớp cho phép ta đối chiếu và so sánh các mặt cắt địa tầng, xác định hướng và cự ly dịch chuyển của các chuyển động kiến tạo thẳng đứng, tiến hành tìm kiếm và theo dõi các tầng quặng, các vỉa dầu mỏ, nước ngầm… Khi các đá trầm tích bị biến dạng, nhờ có tính phân lớp mà quan sát được các nếp uốn, vì vậy tính phân lớp là cơ sở để nghiên cứu các cấu tạo uốn nếp Hiểu được tính phân lớp là một điều kiện rất quan trọng khi chọn lựa các phương pháp khai thác

Hình 3.2 Các yếu tố cấu tạo cơ bản của lớp đá

Trang 4

113

Mặt giới hạn giữa các lớp hoặc các vỉa được gọi là mặt lớp, chúng thường không phẳng, không song song nhau mà có thể gồ ghề và có độ cong khá lớn Mặt trên của lớp (vỉa) gọi là vách hay mái, mặt dưới gọi là trụ hay đáy của lớp (hình 3.2) Chuyển tiếp từ lớp này sang lớp khác có thể rõ ràng (đột ngột) hay không rõ ràng (từ từ) Trong trường hợp chuyển tiếp từ từ thì ranh giới giữa các lớp kề nhau chỉ có thể vạch ra được một cách quy ước dựa vào sự thay đổi thành phần từ lớp này sang lớp khác Đặc tính chuyển tiếp từ lớp này sang lớp khác cho phép ta giải đoán được cổ môi trường ở đó đã xảy ra quá trình lắng đọng trầm tích

Khoảng cách từ vách tới trụ của lớp là bề dày của nó Bề dày có hai loại: bề dày thật và bề dày biểu kiến Bề dày thật được đo vuông góc với vách và trụ còn bề dày biểu kiến là khoảng cách bất kì nào đó giữa vách và trụ của cùng lớp ấy

Ngoài hai khái niệm nêu trên, trong thực tế địa chất, người ta còn dùng khái niệm bề dày thiếu Bề dày thiếu là khoảng cách bất kì đo được từ vách hoặc trụ của lớp đến hết phần lộ ra của lớp ấy

3.3.2 Các yếu tố cấu tạo cơ bản của lớp đá

Trong một lớp đá có các yếu tố cấu tạo cơ bản sau:

- Vách (nóc) là mặt lớp trên của lớp đá nó được hình thành sau cùng trong lớp đá đó

- Trụ (đáy) là mặt lớp dưới, nó được hình thành đầu tiên trong lớp đá

- Chiều dày thật (mt) là khoảng cách ngắn nhất từ vách đến trụ (là đường vuông góc từ vách đến trụ)

- Chiều dày biểu kiến (mbk) là khoảng cách bất kỳ nối từ vách đến trụ

Người ta thường quan tâm tới hai loại chiều dày biểu kiến ngang và biểu kiến đứng Chiều dày biểu kiến ngang là khoảng cách từ vách tới trụ tính theo phương ngang (mn) Còn chiều dày biểu kiến đứng thì tính theo phương thẳng đứng (mđ)

Lớp đá nằm nghiêng và các và các yếu tố của lớp đá (hình 3.2)

( - góc dốc của lớp đá)

3.3.3 Các yếu tố thế nằm của lớp đá

Các yếu tố thế nằm của lớp đá gồm: Đường phường, đường dốc, hướng dốc

và góc dốc Chúng còn được gọi chung là sản trạng của lớp đá Song tùy thuộc vào thế nằm (ngang, nghiêng, đứng) mà số lượng yếu tố thế nằm sẽ nhiều hay ít Khi lớp đá nằm nghiêng sẽ có đủ 4 yếu tố thế nằm (hình 3.3):

1 – Đường phương

2 – Đường dốc

Trang 5

1

2

Hình 3.4 Góc phương vị đường phương của lớp đá

Trang 6

Giá trị tối đa của  = 3600

00 ≤  ≤ 3600

- Góc phương vị hướng cắm  (hình 3.5)

Góc phương vị hướng cắm  là góc hợp bởi phương bắc địa lý và hướng cắm của lớp đá, giá trị của nó tính theo chiều thuận kim đồng hồ

Góc  có giá trị tối thiểu 00, tối đa 3600 (00 ≤  ≤ 3600)

Mối quan hệ giữa  và : Chúng luôn hơn kém nhau 900

 = ± 900 hay  =  ± 900

3.3.5 Ký hiệu các yếu tố thế nằm, các góc phương vị trên bản vẽ

Ký hiệu sản trạng trên bản đồ: Trên bản đồ địa chất, người ta thể hiện các yếu

tố địa chất trên hình chiếu bằng (bản đồ, bình đồ) Để thể hiện thế nằm của chúng, người ta dùng ký hiệu quy ước để biểu diễn các yếu tố thế nằm của lớp đá (hay vỉa than) Ký hiệu đó gọi là ký hiệu sản trạng Cụ thể cách thể hiện ký hiệu sản trạng như sau:

Trong đó: Đầu chữ T đoạn dài (0.8 cm) thể hiện đường phương của lớp đá Thân chữ T (0,3 cm) thể hiện hướng cắm của lớp đá 400 là góc dốc  của lớp đá

0 0 B (phương Bắc địa lý)

Đ 90 0

270 0 T

180 0 N

Đường phương của lớp đá



Hướng cắm của lớp đá

Hình 3.5 Góc phương vị hướng cắm của lớp đá

Trang 7

Thế nằm nguyên sinh của các đá có góc nghiêng lớn từ 3- 40 và rất ít khi đạt đến 100, chỉ có thể xuất hiện ở những nơi trầm tích lắng đọng trên sườn dốc của mặt đất hoặc sườn các khối nhô cao ngầm dưới nước

Ta cũng thấy rằng, đại bộ phận thế nằm nguyên sinh của các lớp có độ dốc rất nhỏ, nhưng khi các đá phân bố rộng rãi thì sự chìm lún tương đối của các lớp và các tập lớp ở các điểm khác nhau có thể rất lớn và có thể đạt tới hàng chục hay hàng trăm mét trên 1 km chiều ngang

Thế nằm nguyên sinh của các đá ít khi dược bảo tồn, nó thường bị phá hủy bởi các chuyển động kiến tạo về sau, các chuyển động đó làm cho các đá bị nghiêng

đi, bị uốn nếp và phá hủy đứt gãy Các thế nằm sau này của các đá gọi là thế nằm bị phá hủy

Trang 8

117

(2) – Vòng chia độ ngoài (dùng để đọc giá trị của góc phương vị hướng cắm ) (3) – Vòng chia độ trong (dùng để đọc giá trị góc dốc )

(4) – Quả dọi (dùng để đo góc dốc )

(5) – Bọt thủy chuẩn

(6) – Chốt hãm kim

(7) – Vỏ địa bàn

- Cách đo góc  và 

Các xác đinh góc phương vị hướng cắm :

Đặt đầu bắc của địa bàn (ký hiệu: N, hoặc 360o) quay về hướng phía cắm, trục bắc nam của địa bàn song song với hướng cắm Chỉnh địa bàn về vị trí nằm ngang (để kim địa bàn quay tự do) dựa vào bọt thủy 5 và đọc giá trị góc  ở vòng chia độ ngoài theo kim đầu bắc

Trong thực tế chỉ cần xác định góc  là đủ, không cần xác định γ, và chỉ đo

 mà không bao giờ đo  để suy ra )

Các xác định góc dốc ():

Đặt nghiêng địa bàn, để vòng chia độ trong (3) quay xuống dưới Đặt trục bắc nam (cạnh) địa bàn song song (trùng) với đường dốc Đọc giá trị góc  ở vòng chia độ trong theo kim của quả dọi

3.4 Biến dạng uốn nếp và các cấu tạo nếp uốn

3.4.1 Khái niệm về nếp uốn

Chúng ta hãy nghiên cứu các thế nằm uốn nếp xuất hiện khi các đá có tính phân lớp biến dạng dẻo Các đá bị vò nhàu thành các nếp uốn có tuổi rất khác nhau

và phổ biến rất rộng rãi Chúng hầu như quan sát được ở khắp mọi nơi thuộc các đới

Hình 3.8 Cấu tạo của địa bàn địa chất

(1) (4)

(5)

(6)

(7)

Trang 9

Những đoạn uốn cong dạng hình sóng trong các tầng phân lớp được hình thành khi các đá biến dạng dẻo gọi là các nếp uốn Hoạt động uốn nếp đã tạo thành toàn bộ các nếp uốn

Nếp uốn được chia ra hai loại cơ bản: nếp lồi và nếp lõm

Nếp lồi là những nếp uốn có phần lồi, phần uốn cong hướng lên phía trên hay

là những nếp uốn mà có phần trung tâm của nó phân bố các đá cổ hơn so với phần rìa xung quanh (hình 3.9)

Nếp lõm là những nếp uốn có phần lõm, phần uốn cong hướng xuống phía dưới Trong các nếp lõm thì phần trung tâm của chúng bao gồm các đá trẻ hơn so với các đá tạo nên phần rìa của chúng (hình 5.10)

b

T1 T2 T3

Trang 10

119

3.4.2 Các yếu tố của nếp uốn

Các yếu tố cấu tạo của nếp uốn như sau:

- Vòm của nếp uốn: Phần của nếp uốn mà ở đó lớp đá bị uốn cong được gọi

là vòm của nếp uốn (hinge zone) hay nhân của nếp uốn (hình 3.11) Thuật ngữ nhân nếp uốn dùng để chỉ các đá phần trung tâm của nếp uốn, còn khi mô tả hình dạng nếp uốn thì dùng thuật ngữ vòm nếp uốn

- Đường vòm (hinge line) là trọng tâm của các điểm có độ uốn cong lớn nhất của bề mặt bị uốn nếp Đối với các nếp uốn dạng trụ thì đường vòm cũng song song với các trục của các trụ Vì vậy trên thực tế để đo được trục nếp uốn, người ta đo thế nằm của đường vòm cũng được gọi là trục của nếp uốn

Hình 3.10 Cấu trúc nếp lõm

a Mặt cắt b Ảnh vết lộ c Bình đồ

T2

T1 T3

a

T3 T2 T1 45

Điểm đỉnh nếp uốn

Điểm đáy nếp uốn

Hình 3.11 Các yếu tố cấu tạo của nếp uốn

Cánh nếp uốn

Trang 11

120

- Cánh của nếp uốn: Những phần của nếp uốn nối liền các vòm được gọi là cánh của nếp uốn (limb) hình 3.11 Nếp lồi và nếp lõm kế tiếp nhau có một cánh chung

- Góc của nếp uốn là góc hợp bởi các đường kéo dài của cánh nếp uốn

- Mặt trục nếp uốn là mặt đi qua các điểm uốn cong của các lớp tạo nên nếp uốn Mặt đó chia góc nếp uốn làm hai phần bằng nhau Mặt trục của nếp uốn có thể

là mặt phẳng (axial plane) (hình 3.11.a) hoặc mặt cong (axial surface) (hình 3.11.b)

- Đường trục của nếp uốn (hay là trục nếp uốn (fold axit)) là giao tuyến của mặt trục với mặt địa hình Đường trục đặc trưng cho sự định hướng của nếp uốn trên bình đồ Vị trí của nó được xác định bằng phương vị đường phương Trên bản đồ đường trục được xác định bằng cách nối các điểm nằm ở chỗ uốn cong của các lớp Trên hình 3.12.a và 3.12.b là dấu hiệu quy ước để biểu diễn đường trục trên bản đồ

- Bản lề nếp uốn là giao tuyến của mặt trục với mặt của một lớp nào đó (vách hay trụ) tạo nên lớp uốn Bản lề được phân bố ở trong nếp uốn và trên mặt của các lớp ở chỗ uốn cong nhất của chúng Bản lề đặc trưng cho cấu tạo của nếp uốn dọc theo mặt trục của nó Vị trí của bản lề được xác định bằng góc phương vị chìm (hay nổi) và góc chìm (hay nổi)

Khi biểu diễn trên bản đồ, vị trí của bản lề không phải bao giờ cũng trùng với trục uốn nếp Chỉ trong trường hợp mà mặt trục nếp uốn thẳng đứng thì bản lề và trục của nó mới trùng nhau trên bản đồ Ở các nếp uốn mà mặt trục bị nghiêng thì trên bản đồ trục và bản lề rất cách biệt nhau

- Mặt đỉnh là mặt nối liền các điểm có vị trí cao nhất của các lớp tạo nên nếp uốn

- Đường đỉnh là giao tuyến của mặt đỉnh với mái hay đáy của bất kỳ một lớp nào đó trong nếp uốn

- Kích thước của các nếp uốn được đặc trưng bằng chiều dài, chiều rộng và chiều cao:

Chiều dài của nếp uốn là khoảng cách dọc theo đường trục giữa hai điểm uốn cong cùng chiều của bản lề

Chiều rộng của nếp uốn là khoảng cách giữa hai đường trục của hai nếp lồi

Hình 3.12 Dấu hiệu quy ước diểu diễn trên bản đồ

a Đường trục nếp nồi b Đường trục nếp lõm

Trang 12

121

hay hai nếp lõm kề nhau

Chiều cao của uốn nếp là khoảng cách theo chiều thẳng đứng giữa vòm của nếp lồi hay vòm nếp lõm liền kề với nó đo theo cùng một lớp

3.4.3 Phân loại nếp uốn

3.4.3.1 Dựa vào vị trí không gian của vòm và tuổi của đá ở phần nhân và hai cánh

Trên cơ sở phân loại này hầu hết các nếp uốn được chia làm hai loại: Nếp lồi

và nếp lõm (hình 3.13)

- Nếp lồi (bối tà; sơn tụ): Là nếp uốn có vòm hướng nên phía trên (vòm nằm cao hơn hai cánh), và đá ở phần nhân già hơn ở hai cánh (tuổi giảm dần ở trung tâm về hai cánh)

- Nếp lõm (hướng tà, động tụ): Là nếp uốn có vòm quay (hướng) xuống phía dưới (vòm nằm thấp hơn hai cánh), và có đá ở phần trung tâm (nhân) trẻ hơn ở hai cánh Nghĩa là tuổi của đá tăng dần (già dần) từ trung tâm về phía hai cánh

Trong tự nhiên không phải tất cả các nếp uốn đều thuộc loại nếp lồi hay nếp lõm, mà chúng thuộc loại nếp uốn đặc biệt vì chúng không thỏa mãn “khái niệm” nêu trên Do vòm của chúng quay (hướng) theo phương nằm ngang (những nếp uốn này rất ít gặp)

3.4.3.2 Phân loại nếp uốn dựa vào vị trí của mặt trục

Dựa vào cơ sở này có những loại nếp uốn sau:

- Nếp uốn thẳng đứng đối xứng (hình 3.15.a): Là nếp uốn có mặt trục thẳng đứng, hai cánh nằm về hai phía, góc dốc của hai cánh bằng nhau

Hình 3.13 Các dạng nếp uốn (phân loại theo vị trí không gian của vòm)

a Nếp lồi b Nếp lõm

P Nếp lồi

D

C

D C P Q P

Trang 13

- Nếp uốn nằm ngang (hình 3.15.d): Là nếp uốn có mặt trục nằm ngang

3.4.3.3 Phân loại nếp uốn dựa vào tương quan về độ lớn giữa chiều dài và chiều rộng

Dựa vào cơ sở này có những loại nếp uốn sau: Nếp uốn dạng tuyến và nếp uốn đẳng thước

- Nếp uốn dạng tuyến (hình 3.16.a): Là nếp uốn có chiều dài (d) lớn gấp nhiều lần chiều rộng (R)

- Nếp uốn đẳng thước (hình 3.16.b): Là nếp uốn có chiều dài và chiều rộng xấp xỉ bằng nhau

Nếu là nếp lồi đẳng thước được gọi là “nếp lồi dạng vòm”, nếu là nếp lõm đẳng thước gọi là “nếp lõm lòng chảo”

Như vậy với nếp uốn đẳng thước, lớp đá khi bị uốn cong sẽ có hướng cắm về mọi phía

Hình 3.16 Các dạng nếp uốn (phân loại theo tương quan chiều dài và chiều rộng)

a Nếp uốn dạng tuyến b Nếp uốn đẳng thước

Trang 14

123

3.4.3.4 Phân loại nếp uốn dựa vào đặc điểm của vòm

Dựa vào cơ sở này (dựa vào góc nếp uốn) gồm các loại nếp uốn sau:

- Nếp uốn vòm nhẹ (hình 3.17.a)

3.4.5 Ký hiệu nếp uốn trên bản đồ

Cách biểu diễn nếp uốn: nếp uốn được thể hiện trên mặt cắt (hình 3.20) và trên bình đồ (hình 3.19)

Trục uốn uốn

Hình 3.18 Tổ hợp các nếp uốn

Hình 3.17 Các dạng nếp uốn (phân loại theo đặc điểm của vòm nếp uốn

a Nếp uốn vòm nhẹ b Nếp uốn vòm tù c Nếp uốn hình hộp d Nếp oằn

Hình 3.19 Nếp uốn thể hiện trên bình đồ

a Nếp uốn dài (dạng tuyến) D:N>5:1 b Nếp uốn ngắn D:N=2:1-5:1

c Biểu hiện trục nếp lồi d Biểu hiện trục nếp lõm

Trang 15

124

3.5 Biến dạng phá hủy đứt vỡ

Lực kiến tạo không chỉ làm đá của vỏ trái đất bị biến dạng uốn nếp (biến dạng dẻo) mà còn bị biến dạng phá hủy (biến dạng dòn) rất mạnh mẽ, không chỉ với đá cứng dòn và nửa cứng bị nứt vỡ, phá hủy mà kể cả những lớp đá mềm (sét kết

…) nằm kẹp giữa những lớp đá cứng cũng đều bị lực kiến tạo cắt rời Như vậy biến dạng phá hủy là hiện tượng đá của vỏ trái đất dưới tác dụng của nội lực kiến tạo bị phá hủy, nứt vỡ thành những khối riêng biệt, tách rời và mất tính liền khối Đây là điểm khác biệt cơ bản so với biến dạng uốn nếp

Biến dạng phá hủy được thể hiện ở hai dạng: Dạng khe nứt và dạng đứt gãy, chúng có những điểm khác biệt về bản chất

3.5.1 Khe nứt

Khe nứt kiến tạo được phát sinh do sự nứt vỡ đá của vỏ trái đất thành từng khối riêng biệt, tách rời, dưới tác dụng của lực kiến tạo Song những khối đó không bị dịch chuyển tương đối so với nhau

Trong tự nhiên không chỉ tồn tại các khe nứt có nguồn gốc kiến tạo mà còn nhiều loại nguồn gốc khác như: Khe nứt nguyên sinh được hình thành trong quá trình thành tạo đá (khe nứt sinh ra do sự đông nguội của đá magma (hình 3.21), hay

do sự co ngót, mất nước, giảm thể tích trong giai đoạn thành đá của đá trầm tích)

Khe nứt có nguồn gốc phong hóa (lý học) cũng rất phổ biến trong tự nhiên Loại khe nứt này gặp nhiều trong đá gốc ở vùng khô nóng (các vùng sa mạc …) Ngoài ra còn tồn tại những khe nứt có nguồn gốc trượt lở do trọng lực (xuất hiện các loại khe nứt trong các khối trượt)

Khe nứt có nguồn gốc phi kiến tạo phổ biến hơn so với khe nứt kiến tạo Khe

Hình 3.21 Khe nứt nguyên sinh trong đá magma phun trào

Trang 16

125

nứt kiến tạo cũng gặp nhiều trong tự nhiên, song chúng thường tập trung ở những vị trí nhất định như ở vòm các nếp uốn, hay phân bố dọc các đứt gãy kiến tạo So với đứt gãy thì quy mô của khe nứt nhìn chung nhỏ hơn nhiều (cả về chiều dài, chiều rộng và chiều sâu) Chiều dài của khe nứt có khi đạt tới vài chục mét

3.5.2 Đứt gãy

3.5.2.1 Khái niệm

Đứt gãy là một dạng cấu tạo địa chất, nó được sinh ra do sự nứt vỡ đá của vỏ trái đất thành từng khối riêng biệt, tách rời dưới tác dụng của lực kiến tạo và giữa các khối đó có sự dịch chuyển tương đối so với nhau

Như vậy, đứt gãy thực chất cũng là những khe nứt kiến tạo nhưng có sự dịch chuyển của các khối nứt Đây cũng là điểm khác biệt cơ bản giữa khe nứt và đứt gãy kiến tạo Ngoài ra đứt gãy còn có những đặc điểm mà khe nứt không có, đó là quy mô Có những đứt gãy kéo dài hàng vạn km, rộng hàng ngàn mét, sâu hàng trăm km, (các đứt gãy sâu) Nói như thế không có nghĩa là mọi đứt gãy đều có quy

mô lớn hơn khe nứt, thực tế có nhiều khe nứt quy mô còn lớn hơn nhiều lần những đứt gãy nhỏ

Đứt gãy có ý nghĩa quan trọng không chỉ trong lĩnh vực địa chất mà trong cả lĩnh vực địa mạo, trong sự hình thành địa hình trái đất (địa mạo đã trở thành môn học độc lập)

Ví dụ: Ở Việt Nam, dãy núi con voi dài hàng trăm km là một khối nâng nằm giữa hai đứt gãy sâu, đứt gãy sông Hồng và sông Chảy

Đứt gãy kiến tạo cũng có yếu tố thế nằm (sản trạng) như một lớp đá, và nó cũng có tuổi thành tạo như một thể địa chất độc lập

3.5.2.2 Các yếu tố cấu tạo của đứt gãy

Khi nghiên cứu đứt gãy, cần nghiên cứu nhiều nội dung khác nhau, trong đó việc nghiên cứu các yếu tố cấu tạo của đứt gãy là một nội dung quan trọng, với một đứt gãy cần xác định các yếu tố cấu tạo sau: Cánh đứt gãy

Mặt trượt (ABCD)

Đường đứt gãy (AB, CD)

Cự ly dịch chuyển thực (AD)

Cự ly dịch chuyển đứng (h)

Cự ly dịch chuyển địa tầng (m)

Cự ly dịch chuyển ngang (n)

- Mặt trượt (mặt đứt gãy): Là mặt nơi mà hai khối đá (hai cánh) tiếp xúc và trượt tương đối so với nhau

Trang 17

126

- Đường đứt gãy (AB và CD): Là giao tuyến giữa mặt phẳng nằm ngang và mặt đứt gãy

- Cánh nâng là cánh dịch chuyển lên phía trên theo mặt trượt

- Cánh hạ là cánh dịch chuyển xuống phía dưới theo mặt trượt

- Cánh treo là cánh nằm trên mặt trượt

- Cánh hạ là cánh nằm dưới mặt trượt

Khi nói đến đứt gãy nên hiểu rằng, nó là sản phẩm của biến dạng phá hủy, nó

có thể là một mặt hoặc một đới, dọc theo mặt hoặc đới đó có sự dịch của hai cánh

Như vậy đới đứt gãy hay đới trượt (đới hủy hoại kiến tạo) là đới nứt vỡ, nơi

mà hai khối đá tiếp xúc và trượt đi

Ký hiệu đứt gãy trên bản vẽ F

3.5.2.3 Phân loại đứt gãy

Phân loại đứt gãy đựa vào hai cơ sở sau:

a Phân loại dựa vào quy mô và những đặc điểm riêng biệt

Trên cơ sở này, đứt gãy được phân ra làm hai loại: Đứt gãy sâu và đứt gãy

vỏ

- Đứt gãy sâu: Là đứt gãy có quy mô lớn, rất lớn, đặc biệt nó có chiều sâu xuống tận manti (sâu ≈ 700km), có nghĩa là nó cắt hết chiều dày vỏ trái đất và còn cắt sâu xuống lớp manti ở dưới hàng trăm km Đứt gãy sâu có chiều dài đạt tới hàng ngàn km, chiều rộng hàng trăm, thậm chí hàng ngàn km (ở đới Riftơ ngoài đại dương) Cần phân biệt đứt gãy sâu và đứt gãy lớn – loại đứt gãy vỏ, vì cũng có một

Trang 18

127

số ít đứt gãy sâu có quy mô chỉ tương đương với đứt gãy vỏ lớn Song giữa chúng

có những điểm khác biệt căn bản

Đứt gãy sâu được đặc trưng bởi những khía cạnh sau: Có lịch sử phát triển (hoạt động) lâu dài, chúng thường phát sinh từ đầu ngyên đại cổ sinh (Paleozoi) kéo dài đến ngày nay; Tái hoạt động nhiều lần (trải qua nhiều pha hoạt động); Có sự đổi hướng chuyển đổi (có thể nhiều lần) của mỗi cánh; Dọc theo đứt gãy sâu thường có hoạt động xâm nhập và phun trào magma

Dù theo thuyết kiến tạo tĩnh (địa máng) hay thuyết kiến tạo động (thuyết địa mảng) các nhà khoa học đều thừa nhận sự tồn tại của đứt gãy sâu và chúng là ranh giới phân chia những đơn vị cấu trúc cỡ hành tinh (cấu trúc bậc I) Đó là các miền địa mảng, các miền nền, các miền diva vv… (thuyết địa máng) và các mảng lớn, nhỏ (theo thuyết địa mảng)

Việc nghiên cứu đứt gãy sâu đã thu hút nhiều nhà khoa học lớn, và nó vẫn còn đang là vấn đề tranh luận, vì chưa có sự đồng thuận hoàn toàn về các nội dung của loại đứt gãy này

- Đứt gãy vỏ: Là đứt gãy chỉ làm nứt vỡ (phá hủy) đá ở phần phía ngoài của

vỏ trái đất - ở phần vỏ đá trầm

Như vậy đứt gãy vỏ chỉ phát sinh ở lớp trầm tích trên cùng (TSKH Nguyễn Đình Cát, 1977), nghĩa là chúng có chiều sâu không lớn, và không bao giờ cắt hết chiều dày vỏ Trái đất

Điều khác biệt căn bản so với đứt gãy sâu là sự hoạt động đơn giản, không trải qua nhiều pha như đứt gãy sâu và hai cánh chỉ dịch chuyển một lần theo một hướng nhất định (không dịch chuyển ngược chiều)

Xét về mặt quy mô, đứt gãy vỏ, nhìn chung nhỏ hơn đứt gãy sâu nhiều Có những đứt gãy vỏ chỉ kéo dài vài ba mét, thậm chí vài chục cm (vi đứt gãy) Song cũng có những đứt gãy vỏ khá lớn: Chiều dài đạt tới hàng trăm km, rộng hàng chục, hàng trăm mét

Số lượng đứt gãy vỏ lớn gấp hàng trăm lần đứt gãy sâu Chúng phân bố rộng khắp trên bề mặt trái đất, trên phạm vi 1km2 cũng có khi gặp tới hàng chục đứt gãy lớn nhỏ

Đứt gãy sâu không ảnh hưởng trực tiếp tới những hoạt động kinh tế của con người, những đứt gãy vỏ lại là một trở ngại lớn, và ảnh hưởng trực tiếp tới hoạt động thăm dò, khai thác khoáng sản, tới công tác xây dựng các loại công trình nói chung

b Phân loại đứt gãy dựa vào sự tương quan dịch chuyển giữa hai cánh

Trang 19

128

Trên cơ sở này, đứt gãy được phân ra những loại chủ yếu sau:

- Đứt gãy thuận: Là đứt gẫy có mặt trượt dốc về phía cánh hạ hoặc là đứt gãy

có cánh treo (cánh nằm ở trên mặt trượt) bị tụt xuống (hình 3.23)

- Đứt gãy nghịch (hình 3.25): Là đứt gãy có mặt trượt dốc về phía cánh nâng hoặc là đứt gãy có cánh treo được nâng lên

- Đứt gẫy bằng: Là đứt gãy có hai cánh dịch chuyển theo phương nằm ngang

(hình 3.27)

Trong đứt gẫy trượt bằng người ta phân biệt các yếu tố sau: các cánh, mặt

Hình 3.23 Sơ đồ đứt gãy thuận

a Trên mô hình mặt cắt b Trên bình đồ

Hình 3.25 Sơ đồ đứt gãy nghịch

a Trên mô hình mặt cắt b Trên bình đồ

a

b

Trang 20

129

trượt, góc dốc của mặt trượt và cự li dịch chuyển

Theo góc dốc của mặt trượt các đứt gẫy trượt bằng được chia ra: đứt gẫy trượt bằng nằm ngang với góc dốc của mặt trượt từ 0-10độ đứt gẫy trượt bằng nghiêng với góc dốc của mặt trượt từ 45-80 độ và đứt gẫy trượt bằng thẳng đứng với góc dốc của mặt trượt từ 80-90 độ (hình 3.28)

b 2 ), cự ly địa tầng (a 1 – b 4 ), giãn cánh đứng (a 1 – b 3 ), giãn cánh ngang (b 1 – a 2 ), cự ly theo mặt trượt (a 1 – b 1 )

Trang 21

130

Theo mối tương quan của mặt trượt với các đá bị phá hủy cũng giống như đứt gẫy thuận, đứt gẫy trượt bằng được chia ra: dọc, xiên (chéo) và ngang Người ta phân biệt các đứt gẫy trượt bằng ngang, phải và trái Để xác định đặc tính chuyển dịch, người quan sát quay mặt nhìn vào mặt trượt ở điểm lớp bị đứt ra Nếu trên cánh đối diện của đứt gãy trượt bằng mà lớp dịch chuyển về bên phải người quan sát thì đứt gẫy được gọi là trượt bằng phải, còn nếu lớp dịch chuyển về bên trái thì gọi là trượt bằng trái (hình 3.29)

- Đứt gẫy rời (hình 3.30): Là những đứt gãy có sự chuyển dịch của các cánh vuông góc với mặt nứt vỡ gọi là đứt gãy rời Cự li dịch chuyển của đứt gãy rời được

đo theo hướng vuông góc với mặt nứt vỡ và chúng có độ lớn khác nhau Trong vài trường hợp chúng đạt tới vài chục mét còn hầu hết không vượt quá giới hạn vài mét

Cũng như các loại đứt gãy khác, đứt gãy rời được lấp đầy bởi các mạch đá và khoáng vật Các đứt gãy này dễ nhầm lẫn với đứt gãy thuận và nghịch

Các đứt gãy rời được hình thành khi có lực căng tác động vuông góc với mặt nứt vỡ

Trang 22

131

- Địa lũy: Là một dạng cấu tạo địa chất được tạo nên bởi hai hay nhiều đứt gãy mà phần đất đá nằm kẹp giữa chúng được nâng nên (hình 3.33)

3.5.2.5 Ký hiệu đứt gãy trên bản đồ

Đứt gãy thể hiện trên bản đồ bằng các đường gạch chấm màu đỏ, trên đó có thể hiện cả sản trạng của đứt gãy Đứt gãy thường được ký hiệu bằng chữ F (fault)

3.6 Ý nghĩa thực tế của việc nghiên cứu nếp uốn, khe nứt và đứt gãy

3.6.1 Ảnh hưởng của nếp uốn tới thăm dò, khai thác khoáng sản

- Gây lên hiện tượng gặp lại vỉa và mất vỉa (hình 3.34)

- Trong khai thác lộ thiên, thực tế cho thấy nêu gặp nếp uốn dù nhỏ cũng có thể gây nên hiện tượng trượt lở bở moong Vì khi các lớp đá bị uốn nếp thì lực liên kết giữa các lớp kém bền vững (do xuất hiện khe nứt ép nén – ép dẹt tại mặt phân lớp)

Hình 3.32 Địa hào dạng phức tạp do bốn đứt gãy thuận tạo nên

a

Hình 3.31 Các dạng địa hào

a Địa hào dạng đơn giản do hai đứt gãy thuận tạo nên

b Địa hào do một đứt gãy thuận và một đứt gãy nghịch tạo nên

Trang 23

132

- Tại vòm nếp uốn xuất hiện nhiều khe nứt kiến tạo làm giảm độ vững bền cơ học của đá khi đường lò đào qua dễ xảy ra xập lở

3.6.2 Ảnh hưởng của khe nứt và đứt gãy tới thăm dò, khai thác khoáng sản

Khe nứt và đứt gãy kiến tạo đã có những ảnh hưởng lớn tới thăm dò và khai thác khoáng sản

3.6.2.1 Ảnh hưởng của khe nứt

Khe nứt là môi trường thuận lợi cho việc tàng trữ nước của đá, kéo theo là sự thuận lợi cho quá trình phong hóa không chỉ của đá mà cả khoáng sản Điều đó dẫn tới khoáng sản bị suy giảm chất lượng và làm hao hụt về trữ lượng

Khe nứt làm giảm cường độ chịu lực của đá, vì vậy khi đường lò đào qua nếp uốn (do ở vòm nếp uốn tập trung nhiều khe nứt) nên thường xảy ra hiện tượng “sụt vòm” sụt lở đường lò

Bên cạnh những ảnh hưởng xấu, bất lợi, thì trong một số trường hợp khe nứt cũng có sự ảnh hưởng tốt tới công tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác khoáng sản

Ví dụ: Trong ngành địa chất dầu khí người ta thấy rằng ở những tầng đá có nhiều khe nứt sẽ rất thuận lợi cho sự tập trung dầu khí Vai trò của khe nứt được xem như những “bẫy dầu” (các côtếctơ) để tạo nên những vỉa dầu lớn có giá trị (TSKH Nguyễn Đình Cát)

3.6.2.2 Ảnh hưởng của đứt gãy

Gây lên hiện tượng mất vỉa, lặp lại vỉa khoáng sản (hình 3.35), do đó đã làm phức tạp thêm cho công tác thăm dò (gây khó khăn cho công tác đồng danh vỉa) và làm thiệt hại cho khai thác (sự mất vỉa làm cho đường lò khai thác đi vào đá)

Đứt gãy là nơi xung yếu, vì đá bị nghiền nát vỡ vụn làm giảm cường độ chịu lực của đá do vậy khi đường lò đào qua dễ xảy ra sập lở

Hầu hết các đứt gãy đều chứa nước do vậy khi đường lò đào qua thường xảy

ra sự tràn ngập nước gây nguy hiểm cho tính mạng con người và thiệt hại về kinh tế

Hình 3.34 Ảnh hưởng của nếp uốn đến thăm dò khoáng sản

a Lỗ khoan lặp vỉa b Lỗ khoan mất vỉa

a

LK1

b

LK1

Trang 24

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3

Câu hỏi 1 Thế nào là chuyển động kiến tạo, có mấy loại chuyển động kiến tạo? Chuyển động kiến tạo ảnh hưởng như thế nào đến đời sống con người?

Câu hỏi 2 Thế nào là lớp đá? Nêu khái niệm các yếu tố cấu tạo, các yếu tố thế nằm, các góc phương vị của lớp đá?

Câu hỏi 3 Nêu các yếu tố thế nằm của lớp đá khi lớp đá nằm ngang, nằm nghiêng và thẳng đứng? Trong thực tế thường gặp nhiều nhất các lớp đá có thế nằm như thế nào?

Câu hỏi 4 Nêu khái niệm và trình bày các yếu tố cấu tạo của nếp uốn?

Câu hỏi 5 Trình bày các loại nếp uốn mà em đã được học?

Câu hỏi 6 Nêu khái niệm về khe nứt và đứt gãy kiến tạo? Trình bày các yếu

tố cấu tạo của đứt gãy?

Câu hỏi 7 Trình bày các loại đứt gãy mà em đã được học?

Câu hỏi 8 Thế nào là địa hào, địa lũy? Vẽ hình minh họa địa lũy được thành tạo từ 2 đứt gãy thuận và 1 đứt gãy nghịch?

Câu hỏi 9 Trình bày ý nghĩa của việc nghiên cứu nếp uốn và đứt gãy đối với công tác khai thác khoáng sản?

Câu hỏi 10 Trình bày các ký hiệu của nếp uốn và đứt gãy trên bản đồ và bình đồ?

Hình 3.35 Ảnh hưởng của đứt gãy đến thăm dò khoáng sản

a Lỗ khoan lặp vỉa b Lỗ khoan mất vỉa

Trang 25

134

CHƯƠNG 4 KHOÁNG SẢN VÀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT MỎ

4.1 Khái quát về khoáng sản

4.1.1 Khái niệm và phân loại khoáng sản

4.1.1.1 Khái niệm chung

a Khoáng sản:

Là những tích tụ tự nhiên của các thành tạo khoáng vật hoặc đá phát sinh từ

những quá trình địa chất nhất định trong vỏ Trái đất được con người khai thác sử dụng trực tiếp hoặc từ đó chế biến để lấy ra thành phần có ích sử dụng trong nền kinh tế quốc dân

Khoáng sản là loại tài nguyên đặc biệt không thể tái sinh được, là loại tài nguyên hữu hạn của lòng đất, một loại tư liệu sản xuất hết sức quan trọng, một đối tượng lao động không thể thiếu được trong đời sống vật chất và văn hóa của xã hội loài người

Khoáng sản tồn tại ở 3 trạng thái: rắn, lỏng và khí

Khoáng sản tồn tại ở thể khí bao gồm khí cháy thiên nhiên có thành phần hydrocacbon, khí trơ heli, argon,…

Khoáng sản ở thể lỏng bao gồm: dầu mỏ, nước khoáng và nước

Khoáng sản ở thể rắn bao gồm: các khoáng vật và đá tồn tại ở trạng thái rắn như muối mỏ, grafit, mica, đá granit, đá hoa, sét,…

Thuật ngữ thân khoáng đồng nghĩa với các thuật ngữ khoáng thể, thân khoáng sản, thân quặng, theo cách gọi của các nhà địa chất nước ngoài Khái niệm thân khoáng được dùng rộng rãi với tất cả các dạng khoáng sản kim loại, không kim loại, nhiên liệu Thuật ngữ thân quặng có nghĩa hẹp hơn, dùng để chỉ các thân khoáng sản kim loại và một số khoáng sản không kim loại như mica, apatit, Theo thói quen ta gọi: vỉa than, tầng chứa dầu khí, vỉa hay thấu kính sét chịu lửa, lớp đá hoa, khối granit (đá ốp lát), mà không gọi chúng là thân quặng

Một mỏ khoáng thường gồm vài hay nhiều thân khoáng, hiếm thấy những

mỏ chỉ độc một thân khoáng Ở mỏ khoáng lộ thiên, các thân khoáng ít nhiều đã bị

Trang 26

135

bào mòn và lộ ra trên mặt địa hình Những mỏ phong hóa và trầm tích hiện đại chưa bị vùi lấp cũng thuộc loại mỏ này Mỏ khoáng nửa lộ thiên gồm một số thân khoáng lộ lên mặt và một số thân khoáng ẩn Mỏ khoáng ẩn (hay mỏ mù) gồm 2 loại:

- Mỏ chưa lộ, khi các thân khoáng còn nằm sâu trong lòng đất, chưa bị xâm thực bào mòn tới

- Mỏ bị vùi lấp (chôn vùi) là những mỏ trước kia từng ở trên mặt đất được thành tạo ngay trên mặt đất, nay bị các trầm tích hoặc phun trào trẻ vùi lấp phủ lên

Trong không gian ranh giới giữa thân khoáng với đá vây quanh có thể thẳng, phẳng phiu hoặc lồi lõm, uốn lượn, dích dắc, rõ ràng (tương phân) hoặc chuyển tiếp (quặng có cấu tạo xâm nhiễm) Khi thân khoáng và đá vây quanh có sự chuyển tiếp từ từ thì người ta căn cứ vào hàm lượng biến (hàm lượng tối thiểu) để khoanh nối thân quặng Theo đường phương và hướng dốc thân khoáng có thể phình thót hoặc teo mất Có 3 dạng teo: vát nhọn, vát cụt và teo hình rễ cây

c Mỏ khoáng sản:

Là nơi tập trung tự nhiên các khoáng sản về mặt số lượng, chất lượng và điều kiện kinh tế - kỹ thuật đáp ứng yêu cầu khai thác và sử dụng trong công nghiệp mà hiện nay có thể khai thác được (mỏ có giá trị công nghiệp), hoặc trong tương lai

không xa có thể khai thác được (mỏ viễn công nghiệp)

Do có sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu nguyên liệu khoáng sản ngày một tăng của các ngành kinh tê quốc dân đối với một loại khoáng sản nào đó,

có những mỏ khoáng sản hiện nay không hoặc chưa đạt giá trị công nghiệp (kinh tế) nhưng trong tương lai không xa có thể trở thành những mỏ khoáng có giá trị công nghiệp

Ở những nước tiên tiến người ta đang thăm dò và khai thác những mỏ ẩn, nằm sâu trong lòng đất và sử dụng cả những nguồn tài nguyên vô cùng dồi dào dưới đáy đại dương Ở Châu Phi có giếng mỏ khai thác kim cương sâu 3000m Ở Nga và

Mỹ có những lỗ khoan hút dầu từ độ sâu 5 đến 8 km

Theo các nhà địa chất biển ở độ sâu khoảng 3000m đến 4000m dưới đáy đại dương có nhiều kết hạch mangan với số lượng 12000 T/km2 Trong kết hạch chứa 15-50% Mn, 2% Co, 1-2% Ni và Cu Một số công ty Mỹ đã khai thác kết hạch đó, đáp ứng 25% nhu cầu Mn, 10% nhu cầu Ni, 1% nhu cầu Cu và 40% nhu cầu Co của

Mỹ Cũng ở Mỹ, 6% muối và 90% kim loại Mg được lấy từ nước biển Các tài liệu còn cho biết 33% sản lượng dầu lửa toàn thế giới được khai thác từ các mỏ dưới biển

Khả năng sử dụng tổng hợp khoáng sản, sự tận dụng tới mức tối đa khối

Trang 27

136

lượng quặng, đá khai đào từ một mỏ sẽ nâng cao giá trị kinh tế của mỏ khoáng

4.1.1.2 Phân loại khoáng sản

Trong công nghiệp khoáng sản được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Do đó chúng được phân thành những nhóm khác nhau tùy theo tính chất và công dụng:

Khoáng sản kim loại: chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp luyện kim

đen và luyện kim màu

Thuộc nhóm khoáng sản này có kim loại đen ( Fe, Mn, Cr,…); kim loại nhẹ (Al, Mg); kim loại màu (Cu, Pb, Zn), kim loại ít (Sn, W, Mo); kim loại quý ( Au,

Ag, Pt) và kim loại phóng xạ (U, Th)

Khoáng sản không kim loại (khoáng sản phi kim): Đối với khoáng sản này

loài người chủ yếu sử dụng chúng trong các ngành công nghệ kỹ thuật đặc biệt, trong công nghiệp hóa chất, nông nghiệp, kỹ thuật và vật liệu xây dựng cũng như làm chất phụ gia trong công nghiệp luyện kim Dựa vào những đặc điểm đặc biệt về thành phần hóa học cũng như tính chất vật lý của chúng có thể chia: khoáng sản không kim loại có thể được sử dụng toàn bộ như đất đá xây dựng, đá vôi, tuf, muối

mỏ và ở dạng khoáng chất kim cương, ngọc, mica, asbet,

Khoáng sản nhiên liệu: sử dụng làm nhiên liệu trong công nghiệp và đời

sống (than đá, đá phiến cháy, dầu mỏ, khí đốt)

Khoáng sản nước: bao gồm nước sinh hoạt, nước kỹ thuật, nước nóng và

nước khoáng, nước công nghiệp

Do sự tiến bộ nhanh chóng về khoa học kỹ thuật và nhu cầu ngày một lớn của các ngành kinh tế quốc dân, ngày càng có nhiều loại đá và khoáng vật trở thành khoáng sản Ngày nay, các khoáng sản chứa nhiều tổ phần có ích khác nhau đã được sử dụng tổng hợp và tinh tế hơn

4.1.2 Các tiêu chuẩn và nhân tố xác định giá trị kinh tế của mỏ khoáng

Muốn định giá trị công nghiệp hay kinh tế một mỏ khoáng nói chung cần chú

ý những tiêu chuẩn và nhân tố sau đây:

4.1.2.1 Trữ lượng khoáng sản

Tùy theo lượng tàng trữ khoáng sản, người ta chia mỏ khoáng ra làm các loại: lớn, vừa và nhỏ (bảng 4.1) Người ta cũng quy định trữ lượng tối thiểu để đánh giá một mỏ Ví dụ như các mỏ kim loại đen (Fe, Mn,…) phải có trữ lượng từ vài chục vạn tấn trở lên; mỏ kim loại hiếm (Sn, W,…) từ vài chục hay vài trăm tấn trở lên mới có giá trị công nghiệp

Trang 28

137

Bảng 4.1.Trữ lượng công nghiệp tối thiểu của các mỏ quặng gốc

Nhóm kim

loại Khoáng sản tiêu biểu Trữ lượng tối thiểu Trữ lượng các mỏ lớn Hàm lượng kim loại tối thiểu (%)

Đen Fe, Mn Hàng trục vạn tấn Hàng trăm triệu tấn 20-25

Mầu Cu, Pb, Zn, Ni Hàng ngàn-hàng vạn tấn Hàng trục triệu tấn 0,5-1

Hiếm W, Mo, Sn, Hg Hàng trục-hàng trăm tấn Hàng trục vạn tấn 0,1-0,2

Phóng xạ U, Th Hàng trục-hàng

trăm tấn

Hàng trục vạn tấn 0,05-0,1 Quý Au, Pt Hằng trăm Kg Hàng nghìn Kg 0,0005

4.1.2.2 Chất lượng khoáng sản

Thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, cấu tạo và kiến trúc của khoáng sản, tính chất cơ lý, tính khả tuyển và đặc điểm công nghệ học của khoáng sản quyết định chất lượng của chúng Trước hết khoáng sản phải chứa một hàm lượng tối thiểu tổ phần có ích, đồng thời các tạp chất có hại lẫn vào không được vượt quá giới hạn cho phép

Ví dụ: quặng sắt phải có hàm lượng Fe từ 20 – 25% trở lên; quặng dùng ngay không qua làm giầu phải chứa hàm lượng sắt cao và rất ít các chất có hại: S ≤ 0,3%

; P ≤ 0,03% (với lò Tômat lượng P cho phép đạt tới 0,8 – 1%); As ≤ 0,07%; Sn ≤ 0,08%; Pb + Zn ≤0,1%; Cu ≤ 0,2%

Công nghệ làm giầu và chế luyện khoáng sản ngày một cải tiến cho phép sử dụng những nguyên liệu có hàm lượng thấp Chẳng hạn quặng đồng yêu cầu hàm lượng đồng đã thay đổi theo thời gian như sau %

Đầu thế kỷ 19 là 10% 1901 – 1910 là 2%

1881 – 1890 là 5% 1911 – 1920 là 1,6%

1891 – 1900 là 3,8% 1921 – 1930 là 1,5%

Hiện nay quặng đồng có hàm lượng xấp xỉ 0,6% là đạt chỉ tiêu công nghiệp

4.1.2.3 Điều kiện khai thác

Điều kiện khai thác của một mỏ khoáng phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Hình dạng và kích thước thân khoáng;

- Thế nằm và độ sâu thân khoáng;

- Đặc điểm địa chất công trình và tính chất cơ lý của đá, quặng;

- Đặc điểm địa chất thủy văn và khả năng tháo khô hoặc cấp nước cho mỏ;

Trang 29

138

- Độ chứa khí độc trong mỏ và khả năng phòng chống khí độc,…

Những yếu tố trên quyết định việc bố trí hoàn toàn hệ thống công trình khai thác moong lộ thiên, giếng mỏ và hầm lò; biện pháp chèn chống và kỹ thuật xây dựng mỏ; phương tiện giao thông vận tải; chế độ thông gió và khử khí độc trong mỏ; biện pháp bơm hút nước; lựa chọn hoặc thiết kế các máy mỏ thích hợp Sự tiến bộ nói chung về kỹ thuật khai đào, trình độ cơ khí hóa, tự động hóa cao trong toàn bộ dây chuyền công tác ở những nước tiên tiến, cho phép người ta khai thác cả những mỏ có điều kiện địa chất phức tạp

4.1.2.4 Các nhân tố kinh tế - địa lý tự nhiên, nhân văn

Các nhân tố kinh tế - địa lý tự nhiên, nhân văn bao gồm: Đặc điểm tự nhiên (độ cao và mức độ chia cắt địa hình, mạng sông suối, khí hậu, thảm thực vật,…);

- Điều kiện giao thông, cơ sở hạ tầng (khoảng cách từ mỏ đến trục đường giao thông chính, mạng lưới đường sắt, đường bộ, đường thủy, phương tiện vận chuyển và thông tin liên lạc…);

- Nguồn nhân lực và khả năng cung cấp năng lượng, nguồn nước dân dụng

và công nghiệp, khả năng cung cấp nguyên vật liệu cho khai thác và xây dựng,…

Khả năng thành lập và xây dựng những khu liên hợp công nghiệp hoặc trung tâm công nghiệp (luyện kim, hóa chất,…) dựa vào các khoáng sản phân bố trong vùng

4.1.2.5 Nhân tố kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường

Nhu cầu nguyên liệu khoáng đối với sự phát triển của kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng cũng như kinh tế đối ngoại cực kỳ quan trọng, đòi hỏi phải dựa vào khai thác sử dụng những loại khoáng sản có tiềm năng và mang tính chiến lược cho từng giai đoạn, đôi khi do mức độ cấp bách đối với một loại khoáng sản nào đó trước yêu cầu phát triển kinh tế, phát triển khoa học kỹ thuật xây dựng và củng cố quốc phòng,… đòi hỏi người ta phải khắc phục khó khăn, tập trung nhân lực, tài lực, vật chất để đưa mỏ khoáng sản vào khai thác, sử dụng mặc dù mỏ chưa hội tụ các tiêu chuẩn và nhân tố nêu trên Ngược lại, có một số đối tượng mỏ khoáng đạt được các tiêu chuẩn đã nêu xong vì cảnh quan thiên nhiên và bảo vệ môi trường, sinh thái không cho phép cũng đành phải loại ra,

Như vậy, một mỏ khoáng có giá trị công nghiệp hoặc kinh tế phải đáp ứng cả

5 tiêu chuẩn trên Mỏ khoáng công nghiệp và không (viễn) công nghiệp chỉ là khái niệm tương đối, bị thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào các yếu tố đó

4.1.3 Nguồn gốc khoáng sản

4.1.3.1 Nguồn gốc nội sinh- nguồn gốc magma

Trang 30

139

Khoáng sản nội sinh là khoáng sản được hình thành do kết quả của hàng loạt các quá trình địa chất xảy ra trong lòng Trái đất, chúng có liên quan chặt chẽ với các hoạt động magma Vật chất để thành tạo các khoáng sản nội sinh chủ yếu do các nguồn từ dưới sâu trong lòng Trái đất đưa lên

Bao gồm các khoáng sản được hình thành trực tiếp từ sự đông nguội của magma dưới 2 dạng: phun trào và xâm nhập

a Khoáng sản có nguồn gốc magma xâm nhập

Khi magma xâm nhập vào đá nguội của vỏ trái đất nó bị đông nguội, và hình thành các khoáng vật tạo đá và khoáng vật tạo quặng Sự kết tinh của khoáng vật xảy ra theo nguyên tắc “phân dị trọng lực”, nghĩa là loại magma nặng nằm dưới, magma nhẹ nằm trên Trong mỗi giai đoạn hoạt động của magma xâm nhập đều hình thành nên những khoáng vật quặng (khoáng sản) nhất định

- Phần magma nằm dưới cùng có thành phần chưa bị biến đổi dược gọi là magma thực sự (giai doạn magma thực sự)

Khoáng sản liên quan đến giai đoạn magma thực sự bao gồm:

+ Các sulfua của Cu, Ni, Co, Pb, Zn,…

Ví dụ: PbS (galenit ) – khoáng vật quặng chì

ZnS (sfalerit) – khoang vật quặng kẽm

+ Khoáng sản dạng oxit của Fe, Cr,

Ví dụ: Fe2O3 - hematít (quặng sắt)

Fe3O4 - manhetit (quặng sắt)

FeCr2O4 - crômit (quặng crôm)

- Phần magma nhẹ hơn nằm trên magma thực sự gọi là “pécmatít” (giai đoạn magma tàn dư)

Trong giai đoạn này khoáng sản được hình thành chủ yếu là các sulfua kim loại màu như: (sulfua Cu, Ni, Pb, Zn,…)

- Phần magma nhẹ hơn nữa chứa nhiều khí, hơi nước nằm trên cùng trong tiến trình xâm nhập được gọi là “giai đoạn khí hoá nhiệt dịch”

Khoáng sản liên quan với giai đoạn này bao gồm các sulfua: Cu, Pb, Zn, Co,…

Các oxit: SnO2 (quặng thiếc), (Fe,Mg) WO4 (vonframit),

b Khoáng sản có nguồn gốc magma phun trào

Khi núi lửa hoạt động, sự phun trào dung dung nham magma đã tạo nên nhiều loại khoáng sản có giá trị:

- Kim cương (C) nằm trong họng núi lửa (dạng ống nổ kimbéclit vùng Nam Phi)

Trang 31

140

- Khoáng sản đá bọt, được dùng trong công nghiệp làm chất tẩy hút các tạp chất

4.1.3.2 Nguồn gốc ngoại sinh

Khoáng sản ngoại sinh là khoáng sản hình thành trên mặt của Trái đất hoặc nơi không sâu lắm của Trái đất có liên quan với các quá trình địa chất ngoại sinh

- Đá phiến cháy;

- Phôt pho rit;

- Đá vôi sinh học,…

Ngoài ra còn gặp những khoáng sản trầm tích hoá học thuần tuý như:

-Thạch cao;

- Muối mỏ,…

b Khoáng sản nguồn gốc phong hoá

Là những khoáng sản hình thành trong quá trình phong hoá và chúng được chia làm hai loại:

- Khoáng sản do biến đổi thứ sinh trong môi trường phong hoá: một số loại khoáng sản kém bền vững hoá học sẽ bị biến đổi và tạo nên loại khoáng sản mới bền vững hơn Ví dụ:

FeS2 + nH2O + nO2  Fe2O3.nH2O

Pirit (không bền vững) Limônít bền vững (dạng quặng sắt)

- Khoáng sản trong vỏ phong hoá

Trong tự nhiên có nhiều loại phong hoá có thành phần vật chất khác nhau Trong số đó có vỏ “laterit” chứa nhiều Al, Fe nghĩa là trong vỏ laterit đã tồn tại nhiều mỏ Al, Fe có giá trị

Ví dụ: mỏ sắt Trại Cau - Thái Nguyên, Thạch Khê - Hà Tĩnh, mỏ nhôm ở Đăk Nông,…

c Khoáng sản nguồn gốc sa khoáng (tàn tích - êluvi, sườn tích - đêluvi, lũ tích –

prôluvi, bồi tích - aluvi, băng thành…)

Khoáng sản nguồn gốc sa khoáng sinh thành do các khoáng vật có giá trị

được tập trung trong các thành tạo vụn phát sinh trong quá trình phá hủy và tái đọng

Là khoáng vật chủ yếu được điều chế axit sulfuaric H2SO4

Trang 32

141

vật chất của đá và mỏ khoáng sản gốc lộ ra trên mặt đất Sự hình thành của chúng

có liên quan với quá trình phong hóa vật lý và hóa học

Từ vị trí nguồn cung cấp bị phá hủy có thể phát sinh sa khoáng tàn tích (eluvi) Khi có sự dịch chuyển vật liệu vụn mảnh và phong hóa theo sườn dốc có thể tạo ra

sa khoáng sườn tích (deluvi) Khi các vật liệu này tập trung ở chân núi thì tạo ra sa khoáng lũ tích (proluvi) Sản phẩm vụn được nước sông mang đi là cơ sở để tạo ra khoáng sông hay chính là sa khoáng bồi tích (aluvi) Được mang đi ra các bồn nước nguồn vật liệu này sẽ tạo nên các sa khoáng dọc bờ hồ, biển, đại dương, được gọi là

sa khoáng ven bờ Do kết quả hoạt động của băng hà có thể tạo ra sa khoáng băng thành, còn nếu do hoạt động của gió thì sinh ra sa khoáng phong thành

Ví dụ: sa khoáng vàng, sa khoáng platin, sa khoáng thiếc – volfram, sa khoáng monasit, sa khoáng tantan – niobi, sa khoáng zircon, sa khoáng kim cương, sa khoáng rubi – saphyr, sa khoáng ilmenit – magnetit

4.1.3.3 Khoáng sản biến chất

Khoáng sản biến chất, là những loại khoáng sản được hình thành liên quan với quá trình biến chất Như vậy, khoáng sản biến chất được hình thành đồng thời với

sự hình thành khoáng vật biến chất và đá biến chất

Trong quá trình biến chất cúa đá, đồng thời cũng hình thành những khoáng sản

có giá trị (khoáng vật quặng)

Ví dụ: Quặng Fe, Mn, Cu, Ni, Co,…

4.1.4 Khoáng sản than

4.1.4.1 Những khái niệm về khoáng sản than

a Khái niệm về than

Than là loại đá tầm tích sinh học giàu cacbon dễ cháy, chúng được tạo nên do

sự phân hủy, biến đổi lâu dài, phức tạp từ xác thực vật trong môi trường hóa lý thuận lợi

d Bể than

Bể than đó là khu vực rộng lớn trong vỏ Trái đất chứa khoáng sản than Bể

Trang 33

142

than bao gồm nhiều mỏ than có sự phân bố không gian tương đối liên tục và có sự liên quan nhất định về điều kiện thành tạo, kể cả các biến đổi sau này

4.1.4.2 Thành phần hóa học của than

Khối hữu cơ của than bao gồm các nguyên tố cacbon, hydro, nitơ, một ít lưu huỳnh và photpho Trừ nitơ, các nguyên tố này cũng có trong thành phần của các khoáng chất lẫn trong than Điều đó cần phải lưu ý khi xác định thành phần nguyên

tố của than

a Thành phần cacbon

Cacbon là nguyên tố hóa học chủ yếu nhất tạo nên khối hữu cơ của than Hàm lượng cacbon phụ thuộc chặt chẽ vào mức độ biến chất than Than biến chất càng cao thì hàm lượng cacbon càng lớn Ví dụ than nâu có 65-75%C, trong than đá: 75- 90%, trong than antraxit: 90-97% Bởi thế, từ lâu nhiều nhà nghiên cứu

đã sử dụng hàm lượng cacbon như một chỉ tiêu của mức độ biến chất than, và quá trình biến đổi vật chất hữu cơ tạo than được gọi là quá trình cacbon hóa

b Thành phần hyđro

Hydro cũng là một nguyên tố khi cháy thì tỏa nhiệt Nhiệt lượng tỏa ra trong phản ứng cháy của hydro lớn gấp 4,2 lần trong phản ứng cháy của cacbon Hydro có một giá trị đặc biệt trong chế biến hóa học, vì hầu hết các sản phẩm điều chế được từ than đều chứa hydro Than thành tạo từ thực vật hạ đẳng, hàm lượng hydro có thể tăng lên nhiều so với than mùn cây (có thể tới 11,7%, trong lúc than mùn cây chứa không quá 7%) Do đó tỷ số C/H trong than mùn cây bằng 12-13 và lớn hơn nữa, còn trong than bùn thối tỷ số này không vượt quá 8

c Thành phần oxy

Ôxy là nguyên tố duy trì sự cháy nhưng bản thân nó không cháy Hàm lượng ôxy trong than thay đổi từ 1-35%, nó phụ thuộc vào mức độ biến chất của than (biến chất càng cao hàm lượng oxy càng giảm)

- Trong than nâu O2  35%

- Trong than đá O2  17%

- Trong than antraxit O2  1-3,5%

Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào thành phần thạch học và mức độ phong hóa của than (phong hoá tăng hàm lượng ôxy tăng)

O2 nhìn chung không có lợi cho than vì mặc dù nó có thể duy trì sự cháy được nhưng lại làm giảm nhiệt lượng của than Mặt khác O2 dễ làm than bị phong hoá

d Thành phần nitơ

Nitơ có hàm lượng 1-3% trong than Nó là khí trơ không cháy Nitơ vừa có

Trang 34

Có hàm lượng rất nhỏ (<1%) trong than P là nguyên tố không có lợi cho than

Vì trong công nghiệp luyện kim P sẽ làm giòn gang, thép

Ngoài 6 nguyên tố trên trong tro của than còn có mặt rất nhiều nguyên tố khác như Al, Si, Ca, Mg, Fe, K, Na…

4.1.4.3 Thành phần khí của than

Việc nghiên cứu khí trong than có ý nghĩa rất quan trọng, đặc biệt là trong công tác đảm bảo an toàn cho khai thác mỏ bằng hầm lò và việc sử dụng các khí đó trong công nghiệp

* Mê tan (CH 4 ): Chiếm 60-98% khối lượng chung của các khí, sự thành tạo

của khí mêtan liên quan chặt chẽ tới sự phân huỷ của vật liệu thực vật than và sự biến chất than và sự biến chất than Mê tan là chất khí cháy nổ, gây độc hại và khó thở

* Cacbonic (CO 2 ): Chiếm 25% khối lượng các khí, CO2 sinh thành do sự oxy hoá các axit hữu cơ Khí CO2 không màu, không duy trì sự cháy và sự thở, thường tích tụ trong các giếng nghiêng và đáy các công trình khai thác

* Nitơ (N 2 ): Được thành tạo do sự phân huỷ sinh hoá đặc biệt là sự phân huỷ

abumin, nitơ không duy trì sự cháy và sự thở

* Hyđro (H 2 ): Chiếm tới 25% và được thành tạo do sự phân huỷ vật liệu thực

Trang 35

144

- Màu sắc: Màu sắc của than, mà ta nói đến ở đây, là màu sắc của than ở dưới dạng cục Màu vết vạch, hay nói khác đi màu của than ở dưới dạng bột, đặc trưng hơn Ví dụ, than nâu cho vết vạch màu nâu, than đá có màu xám sẫm và đen,than antraxit cho màu đen xám, than bùn thối và than tàn sinh cho màu vàng nâu và gụ tươi

Màu sắc của than thay đổi trong phạm vi khá rộng, từ màu vàng nâu, chuyển sang màu nâu gụ, xám đen và đen

Màu sắc của than trước hết phụ thuộc vào các yếu tố nguồn gốc như: vật liệu ban đầu, mức độ phân hủy, thành phần thạch học và các khoáng chất có trong than

Ví dụ: than bùn thối (Sapropelit) có màu xám gụ hiếm khi có màu đen, than tàn sinh (Litobiolit) thường có màu nâu gụ, trong khi than mùn cây (humit) thường có màu đen

Mức độ biến chất cũng ảnh hưởng đến màu sắc của than, màu gụ ở than nâu chuyển dần sang các màu gụ sẫm, xám đen và màu đen ở các loại than có mức độ biến chất cao hơn Nhìn chung đối với các loại than, màu sắc trở nên xẫm hơn khi tăng mức độ biến chất, nhưng ở những giai đoạn biến chất cao, lại quan sát thấy sự nhạt màu dần: antraxit có màu xám sẫm phớt vàng

- Ánh: ánh là khả năng phản xạ của than Tùy theo ánh, than được chia làm bốn loại: than mỡ than nửa mỡ, than nửa ánh và than ánh Sự thay đổi ánh của than phụ thuộc chặt chẽ vào mức độ biến chất than Ánh của than tăng lên theo sự tăng của mức độ biến chất Vì vậy, dựa vào ánh người ta có thể sơ bộ xác định được nhãn hệu than Tuy nhiên việc nghiên cứu ánh bằng mắt thường mang nhiều yếu tố chủ quan, nó phụ thuộc nhiều vào người xác định nên thường không chính xác Để nghiên cứu ánh một cách định lượng, người ta sử dụng năng xuất phản xạ R ( R được đo bằng tỷ số giữa cườngđộ ánh sáng phản xạ và cường độ ánh sáng tới trên bề mặt mài láng cuả mẫu than Có thể đo năng suất phản quang R trong không khí hoặc trong dầu nhúng Hiện nay năng suất phản quang được sử dụng làm một chỉ tiêu tin cậy để nghỉên cứu mức độ biến chất than

- Khe nứt: Theo nguồn gốc có thể chia các khe nứt trong than làm hai loại là khe nứt nguyên sinh và khe nứt thứ sinh Các khe nứt nguyên sinh xuất hiên trong thời gian thành tạo than, dưới tác dụng của các quá trình hóa đá và biến chất Các quá trình này dẫn đến sự giảm thể tích của than và do đó dẫn đến sự xuất hiện các khe nứt trong than Các khe nứt thứ sinh hình thành do kết quả của các hoạt động kiến tạo tác động nên than khi than đã kết cứng

Sự phát triển các khe nứt nguyên sinh phụ thuộc vào thành phần thạch học và

Trang 36

145

mức đọ biến chất của than Qua nghiên cứu người ta thấy rằng từ than biến chất thấp đến than biến chất trung bình số lượng khe nứt nguyên sinh tăng, từ than biến chất trung bình đến than biến chất cao, số lượng khe nứt nguyên sinh giảm

- Vết vỡ: Than có nhiều loại vết vỡ như vết vỡ vỏ sò, vết vỡ dạng hạt, dạng bậc thang, dạng mắt, dạng tỏa tia,… hình dạng vết vỡ phụ thuộc vào thành phần thạch học và mức độ biến chất của than Các loại than biến chất thấp thường gặp vết

vỡ dạng đất (ví dụ than nâu mềm), khi biến chất mạnh hơn than nâu có vết vỡ dạng hạt Than biến chất trung bình thường gặp vết vỡ dạng bậc thang, dạng vỏ sò, còn than biến chất cao thường gặp vết vỡ dạng vỏ sò, dạng mắt…

- Tỷ trọng: tỷ trọng của than phụ thuộc vào thành phần thạch học, mức đọ biến chất, nguồn gốc, độ tro và độ ẩm của than Theo sự tăng của mức độ biến chất tỷ trọng của than cũng tăng nhưng sự biến đổi xảy ra không đều Ở giai đoạn biến chất thấp đến trung bình tỷ trọng của than tăng từ từ, nhưng ở giai đoạn biến chất cao, tỷ trọng của than tăng rất nhanh Do đó có thể dùng tỷ trọng làm chỉ tiêu nghiên cứu mức độ biến chất của than gày, nửa antraxit và antraxit Về ảnh hưởng của độ ẩm và đọ tro người ta thầy ở cùng mức độ biến chất, độ ẩm và độ tro càng cao tỷ trọng của than càng lớn

- Độ cứng: Thể hiện mức độ vững bền cơ học của than Có hai loại độ cứng tuyệt đối và độ cứng tương đối

Độ cứng tuyệt đối được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp ấn lõm, phương pháp mài mòn và thường được xác định bằng những thiết bị chuyên dụng, đơn vị đo độ cứng tuyệt đối là N/cm2

Độ cứng tương đối được xác định bằng phương pháp vạch, phương pháp mài Độ cứng tương đối được xác định bằng cách lấy một vật chuẩn ( thường dùng các khoáng vật chuẩn trong thang độ cứng Mos) vạch lên, với thang độ cứng này, than có độ cứng thay đổi từ 1- 4 tùy thuộc vào thành phần thạch học của than

- Độ dẫn điện: Căn cứ vào độ dẫn điện, có thể xếp than vào nhóm các vật liệu bán dẫn Độ dẫn điện của than phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm và mức độ phog hóa than

b Các chỉ tiêu công nghệ của than

Khi sử dụng than cần xác định các chỉ tiêu công nghệ sau:

Trang 37

Như vậy: Wlv = Wng + Wpt (4.1)

* Độ tro - A k

Tro là thành phần không cháy, còn sót lại sau khi than bị đốt cháy hoàn toàn

Tro bao gồm chủ yếu là các hỗn hợp khoáng vô cơ có trong than

Độ tro phụ thuộc vào bản thân thực vật tạo than, do lẫn đất đá vô cơ trong quá

trình trầm tích, do quá trình khai thác, vận chuyển, sàng tuyển than…

mêtan, êtan, êtilen, cacbon oxit, khí cacbonic, đihyđrosunfua…

Các chất bốc là sản phẩm rất qúy vì phần lớn nó đều cháy và cho nhiệt lượng

cao, mặt khác đó là nguyên liệu cơ bản cho ngành hóa học than

* Nhiệt lượng cháy

Nhiệt lượng cháy của than là nhiệt lượng thoát ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng than

Đơn vị nhiệt lượng là cal/g hoặc kcal/kg

Nhiệt lượng cháy của than là một trong những chỉ tiêu cơ bản về chất lượng của than Than năng lượng nào có nhiệt lượng cháy càng cao thì càng tốt

Với sự tăng mức độ biến chất của than, lúc đầu nhiệt lượng cháy tăng lên và đạt được cực đại ở than ở than luyện cốc và than nghèo - thiêu kết, sau đó lại giảm

đi về phía than gầy và antraxit Nhiệt lượng cháy của than nâu thường không vượt

Trang 38

147

quá 4500 kcal/kg, của than luyện cốc 8600 ÷ 8750 kcal/kg, còn than antraxit 8200 ÷

8500 kcal/kg

4.1.4.5 Phân loại than

a Phân loại than theo mức độ biến chất

Than được phân loại theo thứ tự tăng dần của hàm lượng cacbon

Than bùn  than nâu  than đá (than lửa dài, than khói, than mỡ, than gày)than antraxit đôi khi tới than chì

Than bùn có C = 55 ÷ 59%, than nâu có C = 69%, than antraxit có C = 95%

b Phân loại than theo kích thước than nguyên khai

Than tập, than cục, than don, than cám

c Phân loại than theo ý nghĩa sử dụng

- Than nhiên liệu

- Than cho công nghiệp luyện kim

- Than cho công nghiệp hoá chất

b Ý nghĩa của công tác tìm kiếm

Kết quả của công tác tìm kiếm khoáng sản là cơ sở khoa học ban đầu về khoáng sản, để tiến hành thực hiện công tác nghiên cứu tiếp theo chi tiết và cụ thể hơn về khoáng sản nhằm tiến tới khai thác khoáng sản an toàn và có hiệu quả kinh tế cao

4.2.1.2 Các giai đoạn tìm kiếm

Theo V.M Crayche (1960) phân thời kỳ tìm kiếm làm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1 - Tìm kiếm khái quát, mục đích của giai đoạn này là phát hiện khoáng sản

Giai đoạn 2 - Tìm kiếm sơ bộ, với mục đích là nghiên cứu các cấu trúc địa chất trong vùng, phát hiện các mỏ và biểu hiện khoáng sản, xác định được các tiền dề tìm kiếm, các cấu trúc địa chất có triển vọng Tiền đề tìm kiếm là những hoàn cảnh địa chất có liên quan mật thiết về nguồn gốc và sự phân bố không gian với một

Trang 39

148

khoáng sản hay một nhóm khoáng sản nhất định

Giai đoạn 3 - Tìm kiếm chi tiết, mục đích là phát hiện được tất cả các biểu hiện tạo khoáng và mỏ trên mặt, xác định chính xác và có cơ sở khoa học các khu có triển vọng về khoáng sản, các khu có thể có các thân quặng ẩn

4.2.1.3 Khái quát về các phương pháp tìm kiếm

a Tổ hợp phương pháp địa vật lý

Phương pháp thăm dò trọng lực: là phương pháp vật lý nghiên cứu sự phân bố

trường trọng lực do các đối tượng địa chất có mật độ đất đá khác nhau gây ra

Phương pháp thăm dò trọng lực sử dụng để phát hiện cấu trúc chứa quặng, khoanh vùng các đá xâm nhập, phát hiện các đứt gẫy, phân chia vùng quặng và các đới chứa quặng… Ngoài ra phương pháp trọng lực còn được sử dụng để nghiên cứu hình thái và cấu trúc bên trong của Trái đất

Phương pháp vật lý từ: Đo từ là phương pháp địa vật lý nghiên cứu đặc điểm

trường từ của Trái đất, do mức độ nhiễm từ khác nhau của các loại đất đá và quặng tạo ra nhằm giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác nhau

Phương pháp đo từ dùng để nghiên cứu các đứt gẫy địa chất, các thể xâm nhập, các đá phun trào, các ranh giới đất đá có từ tính khác nhau, tìm kiếm thăm dò các thân quặng sắt và cả quặng có từ tính yếu Việt Nam mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh), mỏ sắt Tòng Bá (Hà Giang), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai),… Được phát hiện bằng phương pháp đo từ

Phương pháp vật lý xạ: là phương pháp địa vật lý nghiên cứu các hiệu ứng bức

xạ tự nhiên của đất đá và quặng có chứa các nguyên tố phóng xạ, hoặc nghiên cứu quá trình tương tác giữa bức xạ phóng xạ nhân tạo với hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố tạo đá nhằm giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác nhau

Phương pháp phóng xạ được sử dụng rộng rãi để phát hiện, tìm kiếm các mỏ kim loại phóng xạ như: urani, thori, đất hiếm, các mỏ khoáng sản cộng sinh hoặc đồng hành của các nguyên tố phóng xạ (như các loại mỏ kim loại hiếm liên quan đến đá kiềm, cacbonat, sa khoáng titan có monazit và zicon …phương pháp phóng xạ còn được sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác như phát hiện các ranh giới địa chất, khoanh các hệ tầng và phức hệ đá, các đứt gẫy, điều tra địa chất môi trường, xác định tuổi và thành phần vật chất của đất đá…

Phương pháp địa chấn: thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý nghiên

cứu đặc điểm trường sóng dao động đàn hồi trong môi trường đất đá nhằm giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác nhau

Phương pháp địa chấn được sử dụng để giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất

Trang 40

149

khác nhau đặc biệt là trong thăm dò dầu khí Trong lĩnh vực tìm kiếm thăm dò khoáng sản rắn, phạm vi áp dụng ít hơn so với các phương pháp địa vật lý khác vì phương pháp địa chấn phản xạ có độ phân giải cao khi khảo sát bản đồ tỷ lệ lớn hơn một cách có hiệu quả Ở nước ta trong những năm qua đã áp dụng phương pháp địa chấn phản xạ phân dải cao và địa chấn địa tầng để nghiên cứu địa chất và tìm kiếm khoáng sản rắn đới biển ven bờ (0 ÷ 30 m nước) cho các kết quả rất tốt

b Tổ hợp phương pháp địa hóa

Phương pháp trọng sa: Phương pháp này nhằm phát hiện và nghiên cứu các

vành phân tán khoáng vật nặng, vững bền trong điều kiện ngoại sinh và tìm ra các

mỏ sa khoáng tàn tích, sườn tích, bồi tích trong các thung lũng của sông, suối cũng như trong các trầm tích bở rời hiện tại dọc các bờ hồ, biển hoặc các sa khoáng cổ đã bị chôn vùi dưới sâu, nhất là vàng, platin, kim cương, thiếc, wonfram, titan…Từ việc nghiên cứu sa khoáng còn phát hiện ra các thân quặng gốc có giá trị

Nhờ phương pháp tìm kiếm trọng sa, nhiều năm qua chúng ta đã phát hiện rất nhiều mỏ sa khoáng như vàng ở Hòa Bình, Thái Nguyên, Bắc Cạn, Nghệ An, Hà Tĩnh, Lạng Sơn,… Thiếc ở Tuyên Quang, Cao Bằng, Nghệ An, titan ở Đại Từ - Thái Nguyên, các sa khoáng ilmenit, rutin, monazit ở dọc bờ biển Việt Nam như Sầm Sơn Thanh Hóa, Cẩm Hòa, Kỳ Khang - Hà Tĩnh, và nhiều nơi khác

Phương pháp thủy địa hóa: Phương pháp này được ứng dụng để phát hiện và

khoanh nối các dị thường địa hóa trong nước trên mặt và nước dưới đất Đối tượng lấy mẫu thủy địa hóa là nước trên mặt như sông, suối, hồ, đầm lầy; nước dưới đất từ các nguồn như: giếng, lỗ khoan Nước trên mặt và nước dưới đất từ các nguồn nước chảy ra là đối tượng chính để nghiên cứu các trường và các dị thường thủy điện hóa khu vực có liên quan tới khoáng sản Còn nước dưới đất từ các lỗ khoan được sử dụng để tìm kiếm các mỏ và các thân quặng dưới sâu Phương pháp thủy điện hóa lần đầu tiên được ứng dụng tại Liên Xô (cũ) từ những năm 1945 khi người ta phát hiện hàm lượng urani trong nước và coi đó là dấu hiệu trực tiếp đầu tiên để tìm kiếm các khu vực có khoáng hóa urani

Lấy mẫu thủy địa hóa có những đặc điểm riêng tùy thuộc vào việc xử lý mẫu tiếp theo Thường ngoài thực địa các mẫu được lấy vào các bình, chai dung dịch từ 0,1 – 0,5 lít Nếu lấy mẫu để lọc cặn khô tại chỗ thì dung tích tăng lên từ 0,5 - 1 lít Nước từ các lỗ khoan được lấy bằng dụng cụ chuyên dụng có dung tích từ 0,5 - 1 lít

Kinh nghiệm cho thấy việc ứng dụng phương pháp thủy địa hóa có ý nghĩa thực tiễn khi đảm bảo được các điều kiện sau: phần lớn mẫu nước được xử lý ngay

Tiêu đề	Chuyển Động Kiến Tạo Và Sự Biến Dạng Của Vỏ Trái Đất
Tác giả	Lê Như Lai
Năm xuất bản	1993

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	3,6 MB