địa chất -giáo trình cho ngành khoa học đất

địa chất -giáo trình cho ngành khoa học đất tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ThS Hoàng Văn Mùa

ðỊA CHẤT

(Giáo trình cho ngành KHOA HỌC ðẤT )

Hà nội – 2007

LỜI GIỚI THIỆU

-

Ðịa chất học là môn học cơ sở của ngành Khoa học ñất và Hoá nông nghiệp (Thổ nhưỡng - nông hoá), ñã ñược giảng dạy mấy chục năm tại trường Ðại học nông nghiệp Hà Nội từ những khóa ñầu tiên nhưng ñến nay chưa có giáo trình cho môn học này

Giáo trình ñịa chất học ñược biên soạn lần này dùng làm tài liệu học tập cho các ngành khoa học ñã nêu trên Xuất phát từ mục tiêu, nhiệm vụ và ñổi mới chương trình ñào tạo, nội dung của giáo trình cung cấp cho sinh viên những khối kiến thức cơ bản sau:

- Một số kiến thức chung về Trái Ðất và vỏ Trái Ðất

- Thành phần vật chất cấu tạo nên vỏ Trái Ðất

- Các quá trình hoạt ñộng ñịa chất diễn ra ở vỏ Trái Ðất

- Ðịa chất và ñịa hình Việt Nam

Hiện nay có rất nhiều giáo trình, sách chuyên khảo làm tài liệu học tập cho sinh viên

và các chuyên ngành của ñịa chất, nhưng lại có rất ít giáo trình viết cho sinh viên một số ngành không chuyên về ñịa chất cần học môn ñịa chất Do vậy tác giả gặp rất nhiều khó khăn khi tiến hành biên soạn giáo trình này

Trong quá trình chuẩn bị và biên soạn, tác giả ñã nhận ñược nhiều ý kiến ñóng góp của các ñồng nghiệp, ñặc biệt là các ý kiến quý báu của cố giáo sư Cao Liêm lúc sinh thời

Kiến thức của người viết có hạn, giáo trình này không thể tránh khỏi những sai sót, tác giả mong nhận ñược sự giúp ñỡ, góp ý của bạn ñọc Các ý kiến ñóng góp xin gửi về ñịa chỉ:

Bộ môn Khoa học ñất, khoa Tài Nguyên và Môi Trường , Trường Ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội

Tác giả

MỞ ÐẦU NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ Ý NGHĨA CỦA ÐỊA CHẤT HỌC

-

1 Nội dung nghiên cứu và một số ngành của ñịa chất học

Ðịa chất học là khoa học nghiên cứu về Trái Ðất, về thành phần vật chất, cấu tạo và lịch sử phát triển của Trái Ðất

Ðối tượng nghiên cứu của ñịa chất học rất rộng nên ñược chia thành nhiều chuyên ngành khác nhau, mỗi chuyên ngành nghiên cứu sâu vào một lĩnh vực riêng của Trái Ðất Dưới ñây là một số chuyên ngành của ñịa chất học:

- Khoáng vật học: Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu các loại khoáng vật cấu tạo nên vỏ Trái Ðất Khoáng vật học nghiên cứu quá trình hình thành, tính chất, phân loại và vai trò của khoáng vật trong sự tạo thành ñá Một nội dung nữa của khoáng vật học là tìm ra quy luật phân bố của những khoáng vật là khoáng sản quý trong vỏ Trái Ðất

- Nham thạch học (ñá): Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu các loại ñá cấu tạp nên

vỏ Trái Ðất Mỗi loại ñá ñược hình thành thường do một số khoáng vật liên kết với nhau trong những ñiều kiện tự nhiên và quá trình hoạt ñộng ñịa chất nhất ñịnh Phần lớn các loại ñá cấu tạo nên vỏ Trái Ðất do nhiều khoáng vật tạo thành Nhiều loại ñá là những khoáng sản rất quý ñối với con người Sự tập hợp của các loại ñá thành tạo nên lớp vỏ cứng của Trái Ðất nên vỏ Trái Ðất còn ñược gọi là thạch quyển

- Ðịa hoá học: là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về thành phần hoá học của Trái Ðất và vỏ Trái Ðất Ðịa hoá học có nhiệm vụ xác ñịnh ñược thành phần hoá học, quy luật phân bố, di chuyển của các nguyên tố hoá học trong vỏ Trái Ðất

- Ðịa chất ñộng lực học: Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu những hoạt ñộng ñịa chất diễn ra ở vỏ Trái Ðất Những hoạt ñộng ñịa chất diễn ra ở vỏ Trái Ðất là nguyên nhân làm cho vỏ Trái Ðất không ngừng biến ñổi và phát triển, là nguyên nhân tạo nên các dạng ñịa hình trên bề mặt vỏ Trái Ðất

- Ðịa chất thuỷ văn: Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về nước ngầm trong vỏ Trái Ðất Nội dung nghiên cứu của ñịa chất thuỷ văn là quá trình hình thành, tích tụ, di chuyển, thành phần và tác dụng của nước ngầm

- Ðịa chất lịch sử: Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về lịch sử phát triển của vỏ Trái Ðất từ khi Trái Ðất mới hình thành ñến nay.v.v

Trong các chuyên ngành vừa nêu, khoáng vật học, nham thạch học, ñịa hoá học có liên quan mật thiết tới ngành Khoa học ñất Ðất là một thể vật chất tự nhiên ñặc biệt nằm ở lớp ngoài cùng của vỏ Trái Ðất trên các lục ñịa Ðất là sản phẩm của những biến ñổi diễn ra trên

bề mặt vỏ Trái Ðất do sự tác ñộng tổng hợp của sinh quyển, khí quyển, thuỷ quyển và năng lượng bức xạ Mặt Trời lên bề mặt thạch quyển Lớp ñất trên bề mặt vỏ Trái Ðất có nguồn gốc

từ ñá và các khoáng vật tạo ñá, do vậy ñịa chất học ñược coi là môn học cơ sở của ngành khoa học ñất

2 Phương pháp nghiên cứu của ñịa chất học

Các khoa học tự nhiên như vật lý học, hoá học, toán học, sinh vật học.v.v bằng các thí nghiệm, thực nghiệm có thể nhanh chóng thu ñược các kết quả tốt ñẹp Các ñịnh luật có thể xác minh lại bằng các thực nghiệm Trong ñịa chất học, các phương pháp trên rất khó thực hiện bởi lẽ hầu hết các hiện tượng ñịa chất diễn ra trong không gian rộng lớn và thời gian thường là rất dài, nhưng cũng có những hoạt ñộng diễn ra bất thần trong thời gian rất ngắn

Việc tiến hành những thí nghiệm ñể nghiên cứu các hiện tượng của ñịa chất rất khó thực hiện, nhưng các nhà ñịa chất học ñã biết ứng dụng thành tựu của nhiều khoa học tự nhiên như vật lý học, hoá học, toán học, sinh vật học.v.v ñể xây dựng các phương pháp nghiên cứu cho ñịa chất học

Phương pháp nghiên cứu ñịa chất chủ yếu là các nghiên cứu khảo sát ngoài thực ñịa, các phương pháp nghiên cứu trong phòng, phương pháp tổng hợp thực nghiệm, phương pháp

mô phòng, phương pháp hiện tại luận, phương pháp ñối sách ñịa chất

Nhà ñịa chất học vĩ ñại người Anh S.Laien (1797-1875) ñã nói: ”Hiện tại là chìa khoá

ñể hiểu biết quá khứ” Tuy nhiên nếu áp dụng nguyên tắc trên một cách máy móc thì sẽ dẫn ñến sai lầm bởi lẽ những ñiều kiện ñể một hiện tượng ñịa chất ñang diễn ra hiện nay không thể hoàn toàn giống trong quá khứ

Ngày nay, ñịa chất học ñã ñược trang bị nhiều phương tiện hiện ñại như vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, máy ño, máy phân tích ñể tiến hành nghiên cứu khoa học Ðịa chất học ñã thu ñược nhiều kết quả nghiên cứu cực kỳ quan trọng, con người, ngày càng có những hiểu biết ñầy ñủ về Trái Ðất và vỏ Trái Ðất

3 Ý nghĩa của ñịa chất học

Ðịa chất học có ý nghĩa rất to lớn trong việc xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân Quá trình thăm dò, ñánh giá hàm lượng các khoáng sản trong lòng ñất như các loại quặng, than ñá, dầu mỏ, nước ngầm.v.v do khoa học ñịa chất ñảm nhiệm Các tài nguyên khoáng sản trong lòng ñất là cơ sở ñể xây dựng, phát triển các ngành công nghiệp như: luyện kim, hoá chất, xây dựng, giao thông, sản xuất phân bón, khai thác và chế biến than, khai thác

và hoá dầu.v.v

Tư liệu sản xuất cơ bản của ngành nông nghiệp là ñất ñược hình thành từ ñá Sự tác ñộng tổng hợp của các ñiều kiện tự nhiên như khí hậu, sinh vật, ñịa hình trong một thời gian dài làm cho các ñá và khoáng vật bị biến ñổi ñể tạo thành ñất Cấu tạo ñịa chất của một vùng, một quốc gia là cơ sở ñầu tiên ñể hình thành nên lớp ñất với các loại ñất có tính chất khác nhau Nhiều loại khoáng vật và ñá ñược sử dụng sản xuất phân bón và chất cải tạo ñất trong nông nghiệp: apatit, phosphorit, than bùn, sylvinít, cacnalit, ñá vôi, thạch cao.v.v

CHƯƠNG I TRÁI ðẤT VÀ VỎ TRÁI ÐẤT

-

Ngày nay, chúng ta ñã có những kiến thức cơ bản về Trái ðất và vỏ Trái ðất, những kiến thức này là cơ sở ñể tiến hành nghiên cứu sâu và rộng trong nhiều lĩnh vực của ñịa chất học

Các hành tinh chuyển ñộng quanh Mặt Trời theo những quỹ ñạo hình Elíp, các quỹ ñạo này gần như nằm trên một mặt phẳng gọi là mặt phẳng hoàng ñạo

Ðường kính hệ Mặt Trời khoảng 12 tỷ kilômét (nếu lấy hình ảnh hệ Mặt Trời như một cái bàn tròn có ñường kính 800 m thì Mặt Trời là một là một hòn cuội ñường kính 9 cm, còn Trái Ðất là một hạt cát ñường kính 1 mm và cách Mặt Trời 10 m)

Ngoài các hành tinh, trong hệ Mặt Trời còn có nhiều sao Chổi và hàng ngàn vệ tinh nhỏ Những hành tinh càng xa Mặt Trời càng có nhiều vệ tinh chuyển ñộng xung quanh

Hệ Mặt Trời có một số ñặc ñiểm chính sau:

- Hầu như toàn bộ khối lượng vật chất của hệ tập trung ở Mặt Trời (khoảng 99,86 %) Các hành tinh có khối lượng rất nhỏ so với Mặt Trời nhưng chiếm tới 98 % lượng quay của hệ

Bảng I.1: Một số tính chất các hành tinh trong hệ Mặt Trời

(Lấy Trái Ðất làm ñơn vị)

Thời gian quay Mặt Trời và các

hành tinh

Khoảng cách trung bình ñến Mặt Trời Trọng khối

Tỷ trọng

Ðường kính xích ñạo

Quanh Mặt Trời (năm)

Tự xoay quanh mình (giờ)

Số

vệ tinh

Sao Thiên vương

Sao Hải vương

Sao Diêm vương

0,40 0,70 1,00 1,50 5,20 9,60 19,20 30,20 39,00

333.400,00 0,06 0,82 1,00 318,00 95,00 15,00 17,00

0,26 1,10 0,91 1,00 0,69 0,25 0,13 0,23 0,22

109,1 0,4 1,0 1,0 0,5 11,1 9,4 4,0 4,3

0,24 0,62 1,00 1,80 11,86 29,46 84,02 164,77 249,00

600,0 21,2 24,0 24,6 9,8 10,2 10,7 15,8

- Tất cả các hành tinh vừa chuyển ñộng quanh Mặt Trời vừa tự xoay quanh mình, hướng chuyển ñộng quanh Mặt Trời và tự xoay quanh mình của các hành tinh giống nhau

ngược chiều với kim ñồng hồ (Riêng 3 hành tinh là: sao Kim, sao Mộc, sao Thiên Vương tự xoay thuận chiều kim ñồng hồ ngược với 6 hành tinh khác) Toàn bộ hệ Mặt Trời lại chuyển ñộng không ngừng trong vũ trụ

- Các hành tinh trong hệ Mặt Trời có thể chia làm 2 nhóm: Các hành tinh gần Mặt Trời

là sao Thuỷ, sao Kim, Trái Ðất, sao Hoả có kích thước nhỏ và tỷ trọng lớn Những hành tinh còn lại thuộc nhóm xa Mặt Trời có kích thước lớn và tỷ trọng nhỏ, xem bảng I.1

Từ một số ñặc ñiểm vừa nêu trên có thể nhận xét: Hệ Mặt Trời không phải là một tập hợp ngẫu nhiên của các thiên thể trong vũ trụ bao la mà là một hệ thống có liên quan mật thiết với nhau, ñược hình thành, phát triển và biến ñổi theo những quy luật nhất ñịnh của tự nhiên

1.2 Hình dạng và kích thước Trái Ðất:

Từ cổ Hy Lạp, con người ñã biết Trái Ðất có dạng hình quả cầu nhờ các hiện tượng nhật thực, nguyệt thực Một số sự kiện quan sát ñược ở thế kỷ 17 chứng tỏ Trái Ðất không thực sự tròn như một quả cầu Ví dụ ño ñạc các cung kinh tuyến chắn cùng một ñộ cho các kết quả bất ngờ, ở xích ñạo ñộ dài cung kinh tuyến là 56.743 toa, ở Laplandi là 57.437 toa (1 toa

= 173 cm) Kết quả trên chứng tỏ Trái Ðất không tròn như một quả cầu Những quan sát gần ñây nhờ các phương tiện hiện ñại như vệ tinh, tàu vũ trụ cho thấy Trái Ðất có dạng Elíp tròn xoay Ðể biểu thị tính lồi lõm phức tạp của bề mặt Trái Ðất, các nhà khoa học nhất trí coi hình dạng Trái Ðất là hình Geôít, bề mặt Geôit trùng với bề mặt ñại dương lúc yên tĩnh, còn trên lục ñịa bề mặt

Geôit trùng với mặt

nước các kênh nối

liền các ñại dương

Hình I.1 Vị trí tương ñối của bề mặt thật Trái Ðất

so với mặt Elip tròn xoay và mặt Gêôit

Mặt thật Trái ðất Elípxôít (Elíp tròn xoay) Gêôít

Êlip quay Êlip quay hình tim

Hình I.2: Êlíp quay và Êlíp quay hình tim

Các nhà khoa học về Trái Ðất thống nhất những số liệu về kích thước Trái Ðất như sau:

kỳ chuyển ñộng quanh Mặt Trời của Trái Ðất làm cho trong cùng một thời gian hoặc ở các thời gian khác nhau trong năm, các vị trí khác nhau trên bề mặt Trái Ðất nhận ñược nguồn năng lượng bức xạ Mặt Trời không giống nhau Như vậy sự vận ñộng của Trái Ðất là nguyên nhân tạo nên chế ñộ khí hậu khác nhau trên bề mặt Trái Ðất

Trái Ðất vận ñộng xung quanh Mặt Trời với vận tốc 30 km/giây, thời gian ñể Trái Ðất chuyển ñộng quanh Mặt Trời ñược một vòng là 365,24 ngày, Trái Ðất tự xoay quanh mình ñược một vòng hết 24 giờ

1.4 Nhiệt Trái Ðất

Nếu tiến dần từ mặt ngoài vào trong lòng Trái Ðất, ñầu tiên nhiệt ñộ giảm dần Ðến một ñộ sâu nào ñó, nhiệt ñộ ổn ñịnh không thay ñổi theo mùa và bằng nhiệt ñộ trung bình hàng năm trên mặt ñất, nhiệt ñộ này gọi là nhiệt thường ôn, mặt phẳng chứa nhiệt ñộ thường

ôn gọi là mặt thường ôn Các vị trí khác nhau trên Trái Ðất có nhiệt thường ôn và ñộ sâu mặt thường ôn khác nhau Ví dụ: Paris có nhiệt thường ôn là 11,80C ở ñộ sâu 28 m, Matxcova có nhiệt thường ôn là 4,2 0C ở ñộ sâu 20m

Từ mặt thường ôn tiến sâu vào lòng Trái Ðất nhiệt ñộ tăng dần theo ñộ sâu, theo các nhà ñịa vật lý nhiệt ñộ thay ñổi theo ñộ sâu như sau:

Nhiệt ñộ (0C) 600 1400 1800 3000

Có một số ý kiến cho rằng nhiệt ñộ ở

trung tâm Trái Ðất có thể lên tới 40000C hoặc

50000C Nhiệt ñộ Trái Ðất do Mặt Trời cung cấp

có ý nghĩa quyết ñịnh chế ñộ nhiệt trên bề mặt

Trái Ðất Nhiệt ñộ trong lòng Trái Ðất có nguồn

gốc từ các quá trình lý - hoá, như quá trình phân

rã các nguyên tố phóng xạ

1.5 Tỷ trọng Trái Ðất

Muốn tính tỷ trọng Trái Ðất, cần xác ñịnh

ñược thể tích và trọng lượng Trái Ðất Nhà bác

học Joly dựa vào ñịnh luật vạn vật hấp dẫn ñã tiến

hành cận Trái Ðất như sơ ñồ hình I.3 Ðầu tiên

chỉnh cân thăng bằng ở 2 ñầu quang (1) và quang

(2) bằng 2 quả cầu m1 và m2, tiếp theo ñưa quả cầu

M vào hố ñào sâu, giữa M và m2 xuất hiện lực hút

F2 làm quang cân nghiêng về ñĩa chứa m2

Hình I.3 Sơ ñồ phương pháp cân Trái Ðất của Jôly

M

d

F2= 22

d

M Km

Tiếp ñó, thêm quả cầu n vào quang (1)

ñể cân trở lại thăng bằng do lực hút F1 của Trái Ðất với n

F1= .2.

R

T n K

ở ñây T là trọng khối Trái Ðất, khoảng cách Trái Ðất với n rất bé nên có thể coi khoảng

cách ñó chính là bán kính của Trái Ðất Khi cân ở trạng thái thăng bằng thì F1=F2

suy ra T = 2

2 2

d n

R M m

(các số liệu Jôly ñã dùng: M = 5.775,2 kg, m2 = 5 kg, n = 589 mg, R - 6.366 km và ñ = 58,86 cm)

Jô ly ñã tính ñược tỷ trọng Trái Ðất bằng 5,692 Ngày nay nhờ các phương tiện hiện ñại, các nhà khoa học ñã tính ñược tỷ trọng Trái Ðất là 5,52, nếu số liệu này chính xác thì sai

a Bao Sial: là vỏ Trái Ðất, còn ñược

gọi là quyển ñá Ðộ dày của bao này khoảng 60-80 km, nơi dày nhất 84 km

Tỷ trọng thay ñổi từ 2,4-2,6 Thành phần hoá học chủ yếu của bao này là các nguyên tố O2, Si, Al, do vậy bao này có tên

là Sial

Bao Sial gồm 2 lớp ñá chính

- Lớp granít: nằm phía ngoài cùng của vỏ Trái Ðất, bề dày thay ñổi xung quanh 20 km cấu tạo chủ yếu là ñá granít

- Lớp bazan: nằm tiếp phía dưới lớp granit ñến ñộ sâu 70-80 km thành phần chủ yếu ñá này là ñá bazan

b Bao Sima:

Nằm phía dưới bao Sial ñến ñộ sâu

900 km Tỷ trọng bao Sima thay ñổi 3-4 Thành phần hoá học chủ yếu của bao này là O2, Si,

Mg Vật chất cấu tạo bao này ở trạng thái dẻo hoặc hoá lỏng cục bộ

0 80km 900km

2900km 5100km

6370km

Bao Sial Bao Sima Bao trung gian

Nhân ngoài Nhân trong

c Bao trung gian:

Nằm phía dưới bao Sima tới ñộ sâu 2900 km Tỷ trọng bao này thay ñổi từ 4-6 Thành phần hoá học chủ yếu của bao trung gian là O2, Si, Mg, Fe, Ni

d Nhân Trái Ðất:

Từ ñộ sâu 2900 km ñến tâm là nhân Trái Ðất Tỷ trọng thay ñổi từ 6-11 Thành phần hoá học chủ yếu là Fe, Ni Có ý kiến cho rằng thành phần hoá học của vỏ Trái Ðất và nhân chỉ khác nhau do trạng thái lý học các nguyên tố Ảnh hưởng của áp suất lớn và nhiệt ñộ cao làm cho ñiện tử của các nguyên tố sẽ bị bật hết khỏi quỹ ñạo ngoài hoặc co ngắn quỹ ñạo chuyển ñộng Ðây là nguyên nhân làm cho các nguyên tố hoá học tồn tại ở trạng thái “hoá kim loại” nâng tỷ trọng nhân Trái Ðất lên cao

2 Vỏ Trái Ðất

2.1 Cấu trúc vỏ Trái Ðất

Vỏ Trái Ðất có thành phần vật chất phức tạp và không ñồng nhất về ñộ dày Kết quả nghiên cứu của ñịa vật lý cho thấy vỏ Trái Ðất ở lục ñịa dày hơn ở ñại dương Theo một tài liệu của Tiến sỹ Nguyễn Ðình Cát thì bề dày trung bình của vỏ Trái Ðất là 33 km, lục ñịa thay ñổi từ 20 - 70 km, ñáy ñại dương thay ñổi từ 5-20 km, nơi dày nhất ñã biết là 84 km

Bề dày vỏ Trái Ðất ở một số khu vực như sau:

Thái Bình Dương giữa

Ðại Tây Dương

Vỏ Trái Ðất chiếm khoảng 15 % thể tích và 1 % trọng lượng Trái Ðất Gần 70 % diện tích bề mặt Trái Ðất là biển và ñại dương

2.2 Thành phần vật chất của vỏ Trái Ðất

a Thành phần hoá học: Năm 1889, lần ñầu tiên trên thế giới nhà khoa học người Mỹ

Ph.Clac công bố các kết quả nghiên cứu của mình về thành phần hoá học vỏ Trái Ðất Ông ñã tiến hành phân tích thành phần hoá học 6000 mẫu ñá (chủ yếu là ñá macma) từ mọi miền trên Trái Ðất Các số liệu về thành phần và hàm lượng nguyên tố hoá học của vỏ Trái Ðất của Ph.Clac ñược ñánh giá rất cao, ñược gọi là các hằng số và hiện nay vẫn còn giá trị

Sau Ph.Clac, nhiều nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu thành phần hoá học vỏ Trái Ðất, ñược ñánh giá cao là công trình của A.Phecxman và Vinograñôp Theo Phecxman trong vỏ Trái Ðất gặp 40 nguyên tố ở bảng tuần hoàn Menñêlêép, những nguyên tố chiếm tỷ lệ cao là

O2, silic, nhôm

Ðến nay, con người ñã nghiên cứu trực tiếp thành phần hoá học Trái Ðất tới ñộ sâu 20

km Nhờ những thành tựu mới mà việc nghiên cứu thành phần hoá học vỏ Trái Ðất ngày càng chính xác hơn Một số kết quả nghiên cứu trình bày ở bảng I.2

Số liệu bảng I.2 cho thấy:

- Kết quả nghiên cứu của các tác giả khá gần nhau cho phản ánh tương ñối chính xác thành phần hoá học vỏ Trái Ðất

- Khoảng 3 phần 4 trọng lượng vỏ Trái Ðất là 2 nguyên tố O và Si

- Những nguyên tố cấu tạo nên sự sống như C, N, P có tỷ lệ rất nhỏ

Bảng I.2: Thành phần hoá học vỏ Trái Ðất (theo % trọng lượng)

Nguyên tố Theo Ph.Clac (1920) Theo A.Phecxman (1933) Theo Vinograñốp (1950)

49,13 26,00 7,45 4,20 3,25 2,40 2,35 2,35 2,87

46,8 27,3 8,7 5,1 3,6 2,6 2,6 2,1 1,2

b Thành phần khoáng vật

Khoáng vật là thành phần vật chất cơ bản cấu tạo nên vỏ Trái Ðất Một khoáng vật do một hay nhiều nguyên tố hoá học liên kết tạo thành Ðến nay ñã xác ñịnh ñược trên 3000 loại khoáng vật có trong vỏ Trái Ðất Các khoáng vật liên kết với nhau trong những ñiều kiện nhất ñịnh ñể tạo thành các loại ñá

Vỏ phong hoá ñược hình thành từ sản phẩm của quá trình phong hóa các khoáng vật

và ñá Sản phẩm phong hóa ñược tích tụ nhiều nhất ở dạng các hạt vô cơ có kích thước khác nhau Trong vỏ phong hoá còn có các hợp chất hoá học ñược kết tủa từ dung dịch thật hoặc các chất keo Bề dày vỏ phong hoá không ñồng ñều, thay ñổi từ vài chục cm ñến hàng trăm mét Vùng nhiệt ñới và cận nhiệt ñới vỏ phong hoá dày nhất và mỏng dần về 2 cực Trái Ðất

Nghiên cứu vỏ phong hoá có ý nghĩa lớn về lý luận và thực tiễn Quá trình tích tụ các sản phẩm phong hoá là nguồn gốc tạo thành các mỏ khoáng sản quý như quặng sắt, bô xít, kaolinit, thạch cao, muối mỏ, vàng sa khoáng.v.v

Nhà ñịa chất, ñịa lý người Nga V.V Ðocutraep trong quá trình nghiên cứu vỏ phong hoá tại một vùng nước Nga ñã tìm ra quy luật hình thành ñất Theo V.V Ðocutraep, ñất là tầng

bở rời trên cùng của vỏ phong hoá có khả năng trồng trọt ñược Ðất ñược hình thành do kết quả tác ñộng tổng hợp của 5 yếu tố: ñá mẹ, sinh vật, khí hậu, ñịa hình và thời gian Học thuyết về sự hình thành ñất của V.V Ðocutraep ñóng vai trò quan trọng trong sự phát triển ngành khoa học ñất và ông ñược coi là người sáng lập ra ngành khoa học ñất

Thành phần hoá học và khoáng vật của vỏ phong hoá thay ñổi theo các vùng ñịa lý

Vỏ phong hoá ñược chia thành một số loại như vỏ phong hoá tại chỗ, vỏ phong hoá trầm tích,

vỏ phong hoá trầm tích sialit.v.v

Nghiên cứu vỏ phong hoá miền Bắc Việt Nam, V.M Fridland chia thành các loại sau:

- Vỏ phong hoá Feralit: phổ biến rộng rãi ở trung du và núi thấp, dù hình thành trên ñá

mẹ nào vỏ phong hoá ñều tích luỹ nhiều Fe2O3, Al2O3, kaolinit, gipxit, gơtit.v.v

- Vỏ phong hoá Alit: gặp ở ñộ cao trên 1700 mét, khoáng vật thứ sinh chủ yếu là gipxit, kaolinit, tích luỹ nhiều Al2O3nH2O

- Vỏ phong hoá Macgalit - Feralit: gặp trên ñá bazan vùng Phủ Quỳ Nghệ An, thành phần khoáng vật chủ yếu là monmorilonit

- Vỏ phong hoá trầm tích sialit: Gặp ở các vùng ñồng bằng châu thổ, thành phần chủ yếu gồm các vật liệu mịn như limon, sét, các khoáng vật nguyên sinh như thạch anh, fenspát, mica, vùng ven biển thường tích luỹ muối tan như SO42-, Cl -

3 ðịa chất lịch sử

Ðịa chất lịch sử là ngành khoa học nghiên cứu về lịch sử phát triển của vỏ Trái Ðất qua các thời kỳ ñịa chất Ðịa chất lịch sử có nhiệm vụ: xác ñịnh ñược tuổi của các loại khoáng vật và ñá cấu tạo nên vỏ Trái Ðất; xác ñịnh các ñiều kiện cổ ñịa lý tự nhiên của bề mặt vỏ Trái Ðất qua các thời kỳ ñịa chất; Xác ñịnh lịch sử phát sinh sự phát triển của các vùng kiến tạo, của hoạt ñộng phun trào macma v.v

Một nội dung của ñịa chất lịch sử là ñịnh ñược tuổi các khoáng vật, ñá và tuổi Trái Ðất

3.1 Tuổi tuyệt ñối của ñá và khoáng vật

Tuổi tuyệt ñối của ñá và khoáng vật là thời gian từ khi thành tạo ñá hoặc khoáng vật ñến hiện nay, từ tuổi tuyệt ñối suy ra tuổi Trái Ðất

Có nhiều phương pháp xác ñịnh tuổi tuyệt ñối của khoáng vật, ñá và tuổi Trái Ðất Ví dụ: Năm 1715 Galilê dùng ñộ mặn nước ñại dương ñể xác ñịnh tuổi vỏ Trái Ðất Ông cho rằng lúc mới hình thành nước ñại dương ngọt, trải qua thời gian dài, các dòng sông ñã tải nước có chứa muối hoà tan ñổ ra biển làm cho nước biển dần dần bị mặn như hiện nay Từ tổng số muối tan hiện có trong các ñại dương và lượng muối hàng năm các sông ñổ ra biển, Galilê tính ñược tuổi vỏ Trái Ðất khoảng 90 triệu năm Một số nhà bác học khác lại dùng tốc

ñộ tích tụ trầm tích trong một năm ñể tính tuổi vỏ Trái Ðất, bằng phương pháp này ñã tính ñược tuổi vỏ Trái Ðất biến ñộng từ 300 triệu ñến 1000 triệu năm

Từ một số phương pháp tính trên, dễ thấy rằng ñộ chính xác không cao và khó chấp nhận bởi lẽ: lượng muối trong ñại dương không phải chỉ có nguồn gốc từ lục ñịa, mặt khác lượng muối các sông tải ra biển trong một năm tích ñọng ñược trong các thời kỳ ñịa chất khác nhau hoàn toàn không thể khẳng ñịnh ñược là như nhau

Khoa học ngày càng phát triển, những thành tựu trong vật lý, hoá học và toán học ñã ñược sử dụng trong ñịa chất học ñể xác ñịnh tuổi khoáng vật và ñá Cơ sở khoa học của phương pháp này là: Hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố như: Radium, Uranium, Thonium, cacbon.v.v tự phân huỷ với tốc ñộ không ñổi ñể tạo thành hạt nhân nguyên tử của các nguyên

tố bền vững Tốc ñộ quá trình phân rã phóng xạ các nguyên tố không phụ thuộc vào các ñiều kiện ngoại cảnh

Ví dụ: U238 → Pb206 + 8 He4 với chu kỳ bán phân huỷ 7x108 năm

Th232- → Pb208 + 6 He4 với chu kỳ bán phân huỷ 1,4x107 năm

Dựa vào hàm lượng các nguyên tố phóng xạ còn lại, hàm lượng nguyên tố bền vững tạo thành và tốc ñộ quá trình phân rã, tính ñược tuổi các khoáng vật và ñá có chứa các nguyên

tố này

Ngoài phương pháp trên, ñịa chất lịch sử ñang sử dụng một số phương pháp phóng xạ khác như phương pháp Kali-acgon, phương pháp cacbon Ðể xác ñịnh tuổi tuyệt ñối các thành tạo trẻ, các tàn tích hữu cơ, các di tích khảo cổ.v.v thường dùng phương pháp ñồng vị cacbon Trong khí quyển, tỷ lệ các ñồng vị C13 và C14 là một hằng số, thực vật hấp thu CO2

trong khí quyển ñể quang hợp tạo cơ thể Khi còn sống tỷ lệ C13 và C14 trong cơ thể không ñổi

và giống trong khí quyển, sau khi chết C14 không bền và bị phân huỷ giảm dần Từ hàm lượng

C14 còn lại trong tàn tích hữu cơ mà tính ñược chính xác tuổi của chúng.(chu kỳ bán phân phân hủy của C14 là 5568 năm ± 30 năm)

Nhờ phương pháp phóng xạ, ñịa chất lịch sử ñã xác ñịnh ñược tuổi các loại ñá và khoáng vật cấu tạo nên vỏ Trái Ðất Những ñá và khoáng vật có tuổi già nhất ñã xác ñịnh khoảng 3,5 tỷ ñến 4 tỷ năm Từ ñó tuổi vỏ Trái Ðất khoảng 4,8 tỷ ñến 5,2 tỷ năm và tuổi của Trái Ðất (từ khi hình thành ñến nay) biến ñộng trong phạm vi từ 5,5 tỷ ñến 6 tỷ năm

3.2 Tuổi tương ñối của ñá và khoáng vật

Tuổi tương ñối của ñá là thứ tự hình thành các lớp ñá, chủ yếu là ñá trầm tích Có 3 phương pháp chính ñược sử dụng rộng rãi ñể xác ñịnh tuổi tương ñối của ñá

a Phương pháp ñịa tầng

Trong quá trình lắng ñọng tạo ñá trầm tích, các lớp phía dưới thành tạo trước, các lớp phủ lên trên hình thành sau Như vậy, thứ tự các lớp ñá trong ñịa tầng cho biết tuổi tương ñối các trầm tích, lớp ñá nằm dưới có tuổi lớn hơn, già hơn lớp nằm trên Phương pháp này chỉ ñúng khi ñịa tầng không bị xáo trộn Do vận ñộng kiến tạo, trình tự hình thành các lớp ñá có thể bị ñảo lộn, ñưa ñến hiện tượng các lớp ñá tuổi già nằm phủ trên lớp có tuổi trẻ hơn (ñứt gãy chờm nghịch) Vì vậy ñể xác ñịnh ñúng thứ tự thường phải kết hợp với nhiều phương pháp khác

b Phương pháp thạch học

Cơ sở của phương pháp này như sau: Những ñá trầm tích hình thành trong cùng một thời gian, cùng ñiều kiện tự nhiên sẽ có thành phần thạch học giống nhau hay những ñá có thành phần thạch học giống nhau sẽ có cùng tuổi Phương pháp này chỉ phù hợp trong một khu vực nhỏ Trên thực tế, nhiều ñá có thành phần thạch học giống nhau nhưng lại có tuổi rất khác nhau, ngược lại có những ñá cùng tuổi nhưng thành phần thạch học lại rất khác nhau

c Phương pháp cổ sinh

Từ khi sinh giới xuất hiện trên bề mặt Trái Ðất cho ñến nay, ñã trải qua một thời kỳ rất dài Sinh giới ñã có những biến ñổi rất sâu sắc, ñã tiến hoá từ ñơn giản ñến phức tạp, phong phú và ña dạng như hiện tại Di tích nhiều loài sinh vật cổ bảo tồn trong ñá dưới dạng các hoá thạch Việc nghiên cứu các hoá thạch của sinh vật cổ trong ñá cho phép biết ñược ñá nào có trước, ñá nào hình thành sau, ñá càng già khi chứa sinh vật càng cổ

Phương pháp dựa vào hoá thạch các sinh vật cổ ñã ñược áp dụng từ lâu và hiện vẫn ñược sử dụng rộng rãi vì phương pháp này có ñộ tin cậy cao ñể ñịnh tuổi các ñá trầm tích

Cần lưu ý, khả năng tiến hoá của các loài sinh vật không giống nhau, trong cùng thời gian có loài tiến hoá nhanh, có loại tiến hoá chậm Những loài tiến hoá nhanh có giá trị tốt hơn cho việc xác ñịnh tuổi của ñá

Những ñá không chứa hoá thạch như ñá macma, ñá biến chất có thể xác ñịnh tuổi bằng phương pháp gián tiếp Ví dụ: Mạch macma xuyên giữa các lớp ñá trầm tích sẽ già hơn lớp nằm trên và trẻ hơn lớp nằm dưới

Gần ñây, ñịa chất lịch sử còn phát hiện các di tích vi sinh vật cổ, các loại bào tử phấn hoa Những hoá thạch này thường ñược bảo tồn khá tốt trong ñá, dễ xác ñịnh bằng kính hiển

vi nên ñang ñược sử dụng rộng rãi ñể ñịnh tuổi các ñá trầm tích

Trong thực tiễn, các nhà ñịa chất thường phải sử dụng tổng hợp nhiều phương pháp ñã nêu trên ñể việc ñịnh tuổi ñạt ñộ chính xác cao

3.3 Niên ñại ñịa chất

Từ những kết quả xác ñịnh tuổi tương ñối các ñá, thứ tự hình thành các ñá, các nhà ñịa chất ñã lập ñược bảng phân chia ñịa tầng trong ñó mọi ñá trầm tích ñược xếp theo tuổi hình thành Một thang thời gian ñịa chất lập theo bảng phân chia ñịa tầng gọi là niên ñại ñịa chất Theo niên ñại ñịa chất, ñá trầm tích trên vỏ Trái Ðất chia làm 5 giới ứng với 5 nguyên ñại

Nguyên sinh Nguyên sinh (sự sống nguyên sinh)

Các giới trầm tích ñược chia thành các hệ, các hệ chia thành các thống ứng với các ñơn vị thời gian là kỷ, thế Niên ñại ñịa chất ñược thể hiện ở bảng I.3

Bảng I.3: Niên ñại ñịa chất

Nguyên ñại

(giới) Kỷ ký hiệu (hệ)

Thế Ký hiệu (thống)

Thời gian ñến nay (triệu năm)

Plistoxen muộn Q3 Plistoxen trung Q2 Plistoxen sớm Q1

(Mêzôzôi)

Trias T Trias muộn Trias trung T1 T2

240 Pecmi P Pecmi muộn Pecmi sớm P2 P1 285 Cacbon C Cacbon muộn C1 Cacbon trung C2

Ocñôvic Ocñôvic muộn O Ocñôvic trung O2

- Các ñá nguyên ñại Thái cổ không chứa hoá thạch, vỏ Trái Ðất hoạt ñộng mạnh nên

- Nguyên ñại tân sinh: Các loài bò sát khổng lồ bị tiêu diệt hàng loạt khi chuyển từ trung sinh sang tân sinh Có quá trình tạo núi Anpi, biển và lục ñịa như ngày nay Sinh giới nguyên ñại này phát triển hết sức phong phú, ña dạng ñặc biệt là ñộng vật có vú Trong kỷ Ðệ tứ của nguyên ñại này, người nguyên thuỷ xuất hiện và dần dần tiến hoá thành loài người hiện nay

Nguyên ñại này thành tạo nhiều trầm tích trẻ như phù sa, băng tích Một số khu vực gặp phun trào bazơ

3.4 Một số giả thuyết về nguồn gốc Trái Ðất

Trái Ðất ñược hình thành như thế nào? ñây luôn là câu hỏi lớn cho các nhà khoa học Trong vài thế kỷ qua, nhiều nhà bác học ñã nghiên cứu nhằm giải ñáp câu hỏi trên Ðã có hàng trăm giả thuyết về nguồn gốc Trái Ðất, dưới ñây là một số giả thuyết ñáng chú ý

a Giả thuyết Kăng-Laplace

Năm 1755, nhà triết học Kăng nêu giả thuyết về nguồn gốc Trái Ðất Theo ông, trong

vũ trụ bao la có một ñám mây vật chất khổng lồ ñang vận ñộng, ñám mây vật chất này có ñặc ñiểm là nguội lạnh Do sức hấp dẫn của các lực trong vũ trụ và lực hấp dẫn giữa các hạt vật chất trong ñám mây làm cho ñám mây vật chất chuyển ñộng ñặc dần Vật chất ở trung tâm ñám mây nóng dần lên tạo thành Mặt Trời nguyên thuỷ phát triển thành Mặt Trời như hiện nay, các hành tinh ñược hình thành từ ñám mây xung quanh Mặt Trời, ông còn cho rằng Mặt Trời sẽ dần dần bị tắt

Năm 1798, nhà toán học kiêm thiên văn học người Pháp Laplace nêu giả thuyết cho rằng: Trong vũ trụ ñang có một ñám mây vật chất khổng lồ, nóng, chuyển ñộng, nhờ các lực hấp dẫn vụ trụ, ñám mây nóng này ñông ñặc dần tạo thành Mặt Trời nguyên thuỷ có dạng dẹt

chuyển ñộng trong vũ trụ tạo ra một vành phát tán vật chất xung quanh Từ vành phát

tán này hình thành nên các hành tinh trong hệ Mặt Trời

Hai tác giả trên ñều cho rằng hệ Mặt Trời ñược hình thành từ ñám mây vật chất khổng lồ trong vũ trụ, nên sau này ñược gọi chung là giả thuyết Kăng-Laplace, giả thuyết này ñã giải thích ñược sự chuyển ñộng của hệ Mặt Trời, của các hành tinh nhưng còn nhiều vấn ñề không giải thích ñược: Mặt Trời hiện nay tại sao không dẹt? Tổng mômen quay của các hành tinh lớn hơn mômen quay của Mặt Trời rất nhiều nên Mặt Trời khó mà văng ra ñể tạo thành các hành tinh như hiện nay ñã biết

b Giả thuyết của Z.Zinxơ

Ðầu thế kỷ 20, Z.Zin xơ nhà bác học người Anh nêu giả thuyết “ tai hoạ” về sự hình thành hệ Mặt Trời và Trái Ðất Ông cho rằng trong vũ trụ có một Mặt Trời nguyên thuỷ ñang chuyển ñộng gặp một ngôi sao Chổi cực lớn chạy sát qua hút Mặt Trời nguyên thuỷ tạo thành một bướu dài Từ bướu này ñứt tách tạo nên các hành tinh như hiện nay

Z.Zinxơ ñã giải thích sự thành tạo Trái Ðất và các hành tinh trong hệ Mặt Trời là hoàn toàn ngẫu nhiên Trong thực tiễn rất khó xảy ra nên giả thuyết này tồn tại không lâu

c Giả thuyết của O.Smít

Ðầu những năm 40 của thế kỷ 20, nhà bác học người Nga O.Smít nêu giả thuyết về nguồn gốc Trái Ðất và hệ Mặt Trời Theo ông, Mặt Trời nguyên thuỷ ñang chuyển ñộng trong

vũ trụ gặp một ñám mây vật chất khổng lồ nguội lạnh Do lực hấp dẫn, ñám mây tích tụ xung quanh Mặt Trời ở vùng xích ñạo rồi dần dần tạo các hành tinh như ngày nay

O.Smít cho rằng Mặt Trời và các hành tinh không có chung nguồn gốc Giả thuyết này không giải thích ñược sự giống nhau về tuổi của Mặt Trời và các hành tinh, không chứng minh ñược nguồn gốc ban ñầu của các hành tinh là lạnh.v.v

d Giả thuyết Fêxenkốp

Viện sĩ người Nga Fêxenkốp cho rằng Mặt Trời và các hành tinh có chung nguồn gốc từ một ñám mây vật chất khổng lồ trong vũ trụ, ñám mây rất ñậm ñặc và có nhiệt ñộ không cao Trong ñám mây này hình thành nên những nhân cơ ñộng dạng sao chuyển ñộng rất mạnh Nhân dạng sao lớn nhất là Mặt Trời nguyên thuỷ Quá trình phân rã các nguyên tố phóng xạ làm cho Mặt Trời nguyên thuỷ nóng lên rất cao trong một khoảng thời gian ngắn làm cho các nhân sao khác tách ra xa Mặt Trời, tạo nên một vành tựa như cái ñĩa hoặc thấu kính xung quanh Mặt Trời ñể hình thành nên Trái Ðất và các hành tinh Các hành tinh ngoài tạo thành trước và còn giữ ñược gần nguyên tính chất ban ñầu của ñám mây vật chất, các hành tinh vành trong thành tạo sau, do ở gần Mặt Trời mà các nguyên tố nhẹ bị bốc hơi bay ñi

Tồn tại của giả thuyết là không giải thích ñược vì sao thành phần chính của Mặt Trời là khí Hêli và các nguyên tố nhẹ chiếm tới 90% khối lượng Mặt Trời trong khi trên Trái Ðất tỷ

lệ các nguyên tố nhẹ không ñáng kể Giả thuyết cũng không giải thích ñược ñầy ñủ sự hình thành các hành tinh vành ngoài rất xa Mặt Trời

Câu hỏi ôn tập

1 Hệ mặt trời? Những ñặc ñiểm cơ bản của hệ mặt trời? Ý nghĩa?

2 Trình bày tóm tắt sự vận ñộng của Trái ðất?

3 Cấu trúc của vỏ Trái ðất?

4 Thành phần vật chất của vỏ Trái ðất

5 Vỏ phong hoá và ý nghĩa của nó?

6 Tuổi tuyệt ñối của ñá và khoáng vật? Phương pháp xác ñịnh tuổi tuyệt ñối? Ý nghĩa?

7 Tuổi tương ñối của ñá và khoáng vật? Phương pháp xác ñịnh?

8 Niên ñại ñịa chất và ý nghĩa của nó?

CHƯƠNG II KHOÁNG VẬT HỌC

- Khoáng vật học nghiên cứu nguồn gốc hình thành, tính chất vật lý, thành phần hoá học, cấu trúc và ý nghĩa của khoáng vật ñối với nền kinh tế quốc dân

1 Ðịnh nghĩa khoáng vật

Khoáng vật là sản phẩm tự nhiên của các quá trình hoá lý và các quá trình ñịa chất xảy

ra trong vỏ Trái Ðất, có thành phần tương ñối ñồng nhất và có những tính chất vật lý, hoá học nhất ñịnh Theo ñịnh nghĩa này thì những khoáng vật do con người tạo ra trong phòng thí nghiệm không ñược coi là khoáng vật thật sự

Khoáng vật học là khoa học cơ sở của ñịa chất học, nó liên quan mật thiết tới nhiều môn học khác như thạch học, hoá học, lý học, tinh thể học, thổ nhưỡng học Nhiều khoáng vật

là những khoáng sản cực kỳ quý giá ñối với con người như vàng, bạc, kim cương, bôxit, quặng sắt, quặng ñồng.v.v

Những nhiệm vụ chính của khoáng vật học

- Nghiên cứu sự hình thành khoáng vật, quy luật kết hợp của cáckhoáng vật, sự tạo thành ñá

- Nghiên cứu các tính chất vật lý, hoá học, kiến trúc tinh thể và phân loại khoáng vật

- Ý nghĩa và công dụng của khoáng vật ñối với nền kinh tế quốc dân

2 Quá trình hình thành khoáng vật

Trong tự nhiên khoáng vật tồn tại ở 3 thể: rắn, lỏng và khí, trong ñó chủ yếu là thể rắn Phương thức cơ bản ñể hình thành khoáng vật thể rắn là quá trình kết tinh, kết tủa từ các dung dịch thật; quá trình ngưng kết từ dung dịch keo và tái kết tinh từ các thể rắn Trong dung dịch quá bão hoà của các chất nóng chảy hoặc dung dịch thật hình thành những mầm kết tinh do sự tác ñộng của các ion mang ñiện tích trái dấu, do những hạt bụi hoặc mảnh vụn vỡ vào dung dịch Sau khi hình thành các mầm kết tinh, vật chất trong dung dịch tiếp tục bù ñắp làm cho các mầm kết tinh lớn dần lên tạo thành các tinh thể khoáng vật

Sau khi hình thành, các khoáng vật có thể bị biến ñổi do sự tác ñộng của các quá trình hoạt ñộng ñịa chất hậu sinh Ví dụ khoáng vật aragônit gặp ñiều kiện nhiệt ñộ 4000C sẽ biến ñổi tạo thành khoáng vật mới là canxit Như vậy, mỗi loại khoáng vật ñược hình thành trong những ñiều kiện nhất ñịnh, khi ñiều kiện thay ñổi thì khoáng vật bị phong hóa hoặc biến ñổi tạo thành khoáng vật khác

3 Một số tính chất của khoáng vật

3.1 Tính chất vật lý

Mỗi khoáng vật có thành phần hoá học nhất ñịnh và có kiến trúc tinh thể ñặc trưng, các ñặc ñiểm này tạo nên những tính chất vật lý ñặc trưng cho từng khoáng vật ở thể rắn Các tính chất vật lý ñiển hình của khoáng vật là:

a Ðộ cứng

Ðộ cứng của khoáng vật là khả năng chống lại sự cọ sát với khoáng vật khác Khoáng vật A rạch ñược khoáng vật B, thì khoáng vật A cứng hơn khoáng vật B Nếu vết rạch của 2 khoáng vật tương tự thì ñộ cứng 2 khoáng vật A và B bằng nhau Ðộ cứng là một dấu hiệu quan trọng ñể phân biệt khoáng vật này với khoáng vật khác Ðể ñánh giá ñộ cứng tương ñối dùng thang Mohs còn xác ñịnh ñộ cứng tuyệt ñối dùng máy (xem bảng II.1) Thang Mohs có

10 cấp ứng với các khoáng vật ñiển hình, cấp càng lớn khoáng vật càng cứng rắn

Bảng II.1: Thang ñộ cứng Mohs và ñộ cứng tuyệt ñối

Tỷ trọng khoáng vật ñược xác ñịnh bằng 2 phương pháp chính:

Cân khoáng vật rồi xác ñịnh thể tích bằng cách nhúng vào nước

- Dùng dung dịch nặng: Pha dung dịch có tỷ trọng khác nhau, nếu tỷ trọng khoáng vật bằng tỷ trọng dung dịch thì khi bỏ khoáng vật vào dung dịch khoáng vật sẽ lơ lửng trong dung dịch, biết tỷ trọng dung dịch xác ñịnh ñược tỷ trọng khoáng vật

e Màu khoáng vật

Màu sắc khoáng vật là một dấu hiệu rất quan trọng ñể nhận biết khoáng vật Màu sắc khoáng vật rất phong phú và ña dạng, nó phụ thuộc vào thành phần hoá học và kiến trúc khoáng vật Một số khoáng vật có màu cố ñịnh như: Lưu huỳnh có màu vàng; pyrit có màu vàng thau; malachít màu lục Ða số khoáng vật không có màu cố ñịnh Ví dụ: fenspat có thể trắng, vàng, ñỏ; canxit có thể trắng, vàng, xanh lam

f Màu vết vạch:

Màu bột của một số khoáng vật không khác màu của chính khoáng vật ấy Nhưng rất nhiều khoáng vật có màu bột khác với màu của khoáng vật Ví dụ: hêmatit có màu xám thép hoặc ñen nhưng bột của nó có màu ñỏ rượu vang, lúc này màu bột có ý nghĩa rất quan trọng

ñể nhận biết khoáng vật Dùng miếng sứ chưa tráng men, ñem khoáng vật vạch lên mặt miếng

sứ sẽ xác ñịnh ñược màu vết vạch Màu vết vạch là một trong những dấu hiệu chính ñể xác ñịnh khoáng vật

xà cừ (mica); ánh kim cương (kim cương, canxetit )

Ánh khoáng vật cũng là một dấu hiệu ñể nhận biết khoáng vật

3.2 Tính chất hoá học

Thành phần hóa học và kiến trúc mạng lưới tinh thể quyết ñịnh tính chất hóa học của khoáng vật Tính chất hóa học của khoáng vật ñược thể hiện: công thức hoá học, hiện tượng thay thế ñồng hình, mùi vị, phản ứng của khoáng vật với một số chất như axit v.v

- Công thức hóa học: Gồm có công thức thực nghiệm và công thức kiến trúc Công thức thực nghiệm thể hiện thành phần hóa học của khoáng vật Ví dụ: CaCO3, BaSO4 Công thức kiến trúc thể hiện cả thành phần và kiến trúc khoáng vật, các cation ñể trong ngoặc ñơn (.) còn các phức hệ anion ñể trong móc vuông [.] Ví dụ: (Mg.Fe)2[SiO4] là công thức kiến trúc của ôlivin

- Hiện tượng thay thế ñồng hình: Một số nguyên tố trong mạng lưới tinh thể của khoáng vật ñược thay thế bằng nguyên tố hoá học khác nhưng vẫn giữ nguyên cấu trúc Hiện tượng này diễn ra tương ñối thuận lợi khi các nguyên tố hoá học có tính chất gần giống nhau

Mg dễ dàng thay thế Ca trong canxit; Al thay thế một phần Si trong silicat

- Phản ứng hóa học: các khoáng vật lớp cacbonat dễ dàng tác dụng với axit như HCl giải phóng CO2 dạng sủi bọt, ñây là dấu hiệu ñể nhận biết các khoáng cacbonat ngoài thực ñịa

4 Phân loại khoáng vật

Phân loại khoáng vật là một nội dung quan trọng của khoáng vật học, có nhiều phương pháp phân loại khoáng vật như: Phân loại theo nguồn gốc phát sinh; Phân loại theo công dụng thực tiễn; Phân loại theo thành phần hóa học.v.v Phương pháp ñược sử dụng rộng rãi là dựa vào thành phần hoá học và tính chất ñể phân loại khoáng vật

Theo Chetvericôp, toàn bộ khoáng vật nằm trong 10 lớp:

2- Cácbônát 7- Halôit

4- Hydroxyt 9- Vonframat 5- Sunphua 10- Nguyên tố tự nhiên Một số tác giả lại ghép một số lớp lại như oxyt ghép với hydroxyt, sunphua với Sunphat thành một lớp khoáng vật có chứa lưu huỳnh v.v Dựa vào nguồn gốc hình thành người ta chia khoáng vật nằm trong 2 nhóm lớn:

- Nhóm các khoáng vật nội sinh: ñược hình thành trong quá trình hoạt ñộng ñịa chất nội sinh

- Nhóm các khoáng vật ngoại sinh: ñược hình thành trong các quá trình hoạt ñộng ñịa chất ngoại sinh

Hiện nay ñã xác ñịnh ñược trên 3000 loại khoáng vật có trong vỏ Trái ñất, trong ñó có hơn 400 khoáng vật khá phổ biến và gần 50 khoáng vật có vai trò chính trong sự tạo thành ñá

5 Mô tả một số khoáng vật

5.1 Lớp silicat

Lớp khoáng vật này rất phổ biến trong vỏ Trái ñất, chiếm tới 1/3 tổng khoáng vật ñã biết Theo tính toán của viện sĩ A Phecxman lớp silicat chiếm 75 % trọng lượng vỏ Trái ñất, nhiều silicat là những khoáng vật chính tạo ñá macma và ñá khác

Ðơn vị cơ sở ñể cấu tạo nên các silicat là khối tứ diện Siốc, nó có một ion Si4+ nằm giữa 4 ion O2, khoảng cách Si-O2 là 1,6 A0 (Hình II.1)

Hình II.1: Khối Siốc

Các khối [SiO4]4- có thể ghép nối với nhau theo nhiều phương thức tạo nên các gốc anion phức tạp Khối [SiO4]4- còn thừa 4 hoá trị âm nên có thể liên kết với nhiều cation khác như Ca2+, Mg 2+, K+, Na+ Ðặc biệt mộtphần Si có thể bị thay thế ñồng hình bởi Al ñể tạo thành nhôm silicát (aluminosilicat) Sau ñây là một số khoáng vật ñiển hình:

thuỷ tinh Vết rạch không màu Cát khai trung bình Kết tinh dạng khối hạt hoặc hạt Ô livin

có nguồn gốc macma Ôlivin là khoáng vật chính tạo ñá macma siêu bazơ như: ñunnit, pêriñôtít, ngoài ra còn gặp trong ñá macma bazơ như gabrô, ñiabaz và bazan Trong quá trình biến ñổi, ôlivin chuyển thành secpentin, tan, manhezit, limônit hoặc ôpan

Ôlivin có nhiều công dụng, loại trong suốt dùng làm ñồ trang sức, loại chứa nhiều Mg dùng làm nguyên liệu sản xuất gạch chịu lửa ở Việt Nam ôlivin gặp ở Thanh Hoá, Phủ Quỳ Nghệ An, Lạng Sơn

b Granát: Nhóm granát bao gồm những khoáng vật có công thức chung

R32+R23+[SiO4]3 trong ñó: {R32+: Mg2+, Fe2+, Mn2+, Ca2+

{R23+: Al3+, Fe3+, Cr3+

Nhóm granát có kết tinh dạng hạt, phổ biến nhất dạng hạt 12 mặt, dạng tập hợp là khối ñặc sít Màu ñỏ, ñỏ nâu, lục Ðộ cứng 6,5 - 7,5 Tỷ trọng 3,5 - 4,2 ánh kim cương Cát khai không hoàn toàn Granát là khoáng vật ñiển hình có nguồn gốc biến chất tiếp xúc, trao ñổi do phản ứng của macma axit với ñá cacbônát trong ñiều kiện nhiệt ñộ tương ñối cao Loại granát trong suốt có màu ñẹp làm ñồ trang sức, loại bình thường dùng ñể làm giấy ráp ñánh ñồ gỗ, mài gương ở Việt Nam granát có trong các ñá biến chất ñới sông Hồng, vòng cung sông Chảy

Tinh thể dạng tấm, vảy hoặc lá Ðộ cứng 1 Tỷ trọng 2,7 - 2,8 ánh mỡ, mặt cát khai có ánh xà cừ, màu trắng, hơi vàng, phớt lục, vết rạch trắng Cát khai hoàn toàn theo một phương

1,6 Å Si

Nguồn gốc tạo thành do tác dụng biến chất nhiệt dịch các ñá siêu bazơ hoặc biến chất tiếp xúc trao ñổi giữa ñôlomít và macma xâm nhập Tan dùng ñể sản xuất gạch chịu lửa, chịu axit, sản xuất giấy ở Việt Nam tan gặp ở Vạn Yên, Lai Châu, Phú Thọ

Khoáng vật vằn tựa da rắn Ðộ cứng 2,5-3,0 Tỷ trọng 2,5 - 2,7 ánh mỡ, sáp hay ánh tơ Màu xanh ñen, xanh lá cây, có khi là màu vàng hay nâu ñỏ Vết vạch trắng hoặc phớt lục Cát khai không hoàn toàn, vết vỡ nhẵn

Công dụng: làm nguyên liệu sản xuất gạch chịu lửa, ñiều chế các hợp chất phụ gia trong việc sản xuất phân lân nung chảy dùng trong sản xuất nông nghiệp

Tỷ trọng 2,5 -2,6 ánh mỡ, màu trắng, vàng nâu, hơi ñỏ Vết vạch màu trắng hoặc vàng nhạt Cát khai không hoàn toàn, vết vỡ ñất tập hợp ở dạng khối ñất ñặc sít Kaolinít là sản phẩm phong hóa hoá học các nhôm silicát, phensphat Kaolinít dùng trong kỹ nghệ ñồ sứ, sản xuất giấy, làm vật liệu chịu lửa Ở Việt Nam, kaolinít gặp ở nhiều nơi như Lào Cai, Quảng Ninh, Lạng Sơn v.v

Hình thành trong môi trường kiềm, là sản phẩm phong hóa của ñá macma siêu bazơ Tinh thể dạng vảy Ðộ cứng 1-2 Tỷ trọng thay ñổi từ 2,0 - 2,5 Màu trắng, xám sáng, xanh lá cây Do có tính hấp phụ mạnh mẽ nên monmorilonit ñược dùng làm chất tẩy rửa trong kỹ nghệ dầu mỏ, sản xuất len dạ, sản xuất cao su

Tinh thể dạng dẹt, tấm,vảy Ðộ cứng 2-3 Tỷ trọng 2,7 - 3,1 ánh thuỷ tinh hoặc ánh xà

cừ Cát khai hoàn toàn, dễ tách thành những tấm mỏng có thể uốn ñược Không màu hoặc vàng xám, hoặc nâu nhạt Có nguồn gốc macma, gặp nhiều trong ñá macma axit như granít hoặc ñá biến chất như phiến mica Dùng làm chất cách ñiện, cách nhiệt, sản xuất kính ô tô.v.v

Dạng tinh thể, ánh, cát khai, ñộ cứng giống như mica trắng Màu ñen Tỷ trọng 3,02 - 3,12 Có nguồn gốc macma nên gặp nhiều trong các ñá granit, ñiôrit hoặc ñá biến chất gnai Biôtit dễ bị phong hóa hơn mica trắng Khi bị phong hóa hoá học, biôtit biến thành hyñromica, hyñrôxit sắt và kaolinit

Ðộ cứng 5-6 Tỷ trọng 3,2 - 3,6 Màu ñen, phớt lục, phớt nâu ánh thuỷ tinh Cát khai trung bình Tinh thể dạng lăng trụ ngắn, hình tấm hoặc tập hợp hạt khối ñặc sít Trong quá trình biến ñổi ôgít biến ñổi thành amphibon hoặc clorit

l Fenspát: là một lớp khoáng vật lớn rất phổ biến trong vỏ Trái Ðất, chiếm 50 %

trọng lượng vỏ Trái Ðất, nhóm fenspát có một số nhóm phụ như plazoclaz, octoclaz là những khoáng vật chính tạo ñá macma Ðộ cứng 6-6,5 Tỷ trọng 2,6-2,8 Cát khai hoàn toàn theo 2 phương Màu trắng, ñỏ nhạt hoặc xám, vết vạch màu trắng Fenspát có nguồn gốc macma Fenspát dùng trong kỹ nghệ gốm, sứ, công nghiệp thuỷ tinh Việt Nam gặp fenspát ở Phú Thọ, Lào Cai, An Giang

5.2 Lớp Cácbônát

Lớp khoáng vật này cũng khá phổ biến Chúng thường là các muối của axit cácbôníc, ñiển hình là CaCO3. Khoáng vật lớp này có ñộ cứng nhỏ, dễ hoà tan với nước và sủi bọt với HCl Lớp này có khoảng 80 khoáng vật, ñiển hình là canxit và ñôlômít

a Canxit - CaCO 3: là muối ñơn Hình dạng tinh thể rất phong phú Khối mặt hình thoi, hình tháp, hình lăng trụ, hình tấm hoặc tập hợp hạt ñặc sít, dạng ñất Ðộ cứng 3 Tỷ trọng 2,6-2,8 ánh thuỷ tinh, mặt cát khai ánh xà cừ Màu trắng, xám, vàng, nâu, lục, lam, vết vạch trắng Cát khai hoàn toàn theo 3 phương Sủi bọt mạnh với axit HCl 10 % Canxit ñược tạo thành chủ yếu do các hoạt ñộng ngoại sinh hoặc xác sinh vật có bộ xương vôi Canxit là thành phần chính của ñá vôi, ở ñâu có ñá vôi ở ñó gặp canxit

Ðộ cứng 3,5-4 Tỷ trọng 1,8-1,9 ánh thuỷ tinh Màu trắng, vàng, xám, lục hoặc ñen Vết vạch màu trắng Cát khai hoàn toàn theo 3 phương như canxit, không sủi bọt với HCl nguội Thường gặp ở dạng khối ñông ñặc Ðôlômít ñược thành tạo do Mg thay thế Ca trong CaCO3

Ðôlômít dùng sản xuất gạch chịu lửa, sản xuất phân bón.v.v ở Việt Nam, Ðôlômít có

ở Ninh Bình, Quảng Ninh, Lào Cai

5.3 Lớp Oxýt

Khoáng vật lớp này gồm tất cả các ô xýt có thành phần từ ñơn giản ñến phức tạp Hầu hết các khoáng vật có kiến trúc tinh thể ñơn giản trừ thạch anh (một số tác giả ñề nghị xếp thạch anh vào lớp silicát) Lớp ô xýt có khoảng 200 khoáng vật, chiếm khoảng 17 % trọng

lượng vỏ Trái Ðất

Trái Ðất Ðộ cứng 7 Tỷ trọng 2,5 - 2,8 ánh thuỷ tinh, vết vỡ ánh mỡ, màu sắc rất ña dạng: trong suốt, tím, vàng, ám khói, ñen, hồng, xám nhạt hoặc màu sữa Cát khai yếu, mặt vỡ không bằng phẳng, vết vỡ

vỏ sò Thạch anh gặp dạng khối ñặc hoặc khối vụn Những tinh thể riêng biệt có hình lăng trụ sáu mặt với 2 chóp sáu mặt, mặt tinh thể có những vân ngang Thạch anh gặp nhiều trong ñá macma, ñá biến chất và ñá trầm tích Thạch anh rất bền và khó

bị phong hóa hoá học (Hình II.2)

Thạch anh có thể dùng làm ñồ trang sức, sản xuất dụng cụ quang học, công nghiệp thuỷ tinh

Ðộ cứng 9, rất cứng rắn Tỷ trọng 3,9-4,0 ánh thuỷ tinh Màu xám, lam, hồng, ñỏ hoặc không màu Cát khai kém, vết vỡ gồ ghề, tinh thể dạng thùng tô nô mọc trong ñá Trên mặt tinh thể có vết vằn xiên hoặc ngang Trong thiên nhiên corinñon gặp trong ñá pecmatit, gnai

ñá hoa, ñôlômit corinñon trong suốt màu ñỏ tươi gọi là ngọc ñỏ (rubi), màu xám, lam, xanh gọi là saphia

Corinñon làm ñá mài kim khí quý, mài thuỷ tinh và các ñá khác Rubi và saphia là những loại ñá qúy làm ñồ trang sức

Ở Việt Nam gặp một vài mạch corinñon lẫn với granát, ziacon ở vùng thượng lưu sông Hồng

Tỷ trọng 5,2 ánh phi kim loại hoặc kim loại Màu ñỏ rượu nho, xám sẫm, xám ñen, vết vạch màu ñỏ rượu vang Cát khai kém, vết vỡ vỏ sò hay dạng ñất Trong tự nhiên gặp ở dạng khối hạt ñặc sít, khối trứng cá Hêmatít có nguồn gốc biến chất, nhiệt dịch hoặc phong hóa hoá học

ñá siêu bazơ

Hình II.2 Tinh thể thạch anh

Hêmatit là quặng sắt rất quý ñể sản xuất sắt ở Việt Nam, hêmatít có ở Thái Nguyên, Lào Cai, Cao Bằng, Nghệ An, Quảng Trị

thường ở trạng thái tập hợp hạt ñặc sít, có khi là tinh thể 12 mặt thoi, màu ñen, xanh sẫm, màu vết vạch ñen ánh bán kim Cát khai không hoàn toàn, vết vỡ vỏ sò Ðộ cứng 5,5 - 6,0, tỷ trọng 4,9 - 5,2, có từ tính, manhêtit thành tạo trong quá trình macma bazơ ñông lại ở ñới tiếp xúc biến chất Manhêtit còn thành tạo do sự biến chất các hợp chất sắt trầm tích bởi áp suất lớn và nhiệt ñộ cao Khi lộ ra ngoài mặt ñất, manhêtit khá bền vững nên hay gặp trong sa khoáng, gặp ñiều kiện thuận lợi sẽ biến ñổi thành hêmatit, limonit Manhêtit là quặng sắt rất quan trọng ở Việt Nam có manhêtit ở các nơi như Thái Nguyên, Lào Cai, Yên Bái, Quảng Nam, Ðà Nẵng

5.4 Lớp hydroxýt

Lớp này gồm nhiều khoáng vật hay gặp trong tự nhiên ðặc ñiểm chung của hầu hết khoáng vật lớp này là có kiến trúc tinh thể dạng lớp Chúng là những hợp chất hoá học ñược hình thành do sự liên kết của kim loại với gốc hyñroxýt (OH) Ðộ cứng các khoáng vật lớp này thường thấp

Ðộ cứng 2,5-3,5 Tỷ trọng 2,34 Màu trắng, xám, phớt lục, phớt ñỏ ánh thuỷ tinh Tinh thể dạng tấm, lục giác, vảy mỏng hoặc khối ẩn tinh Thành tạo do sự phong hóa hoá học các nhôm silicát Có nhiều trong bôxit và ñá ong Ðây là một loại quặng nhôm

Ðộ cứng 1-4 Tỷ trọng 3,4 - 4,0, màu nâu, nâu thẫm, vết vạch nâu Tinh thể dạng thận,

có cấu tạo khối ñặc sít hoặc xốp giống như cứt sắt

Limonit là sản phẩm phong hóa hoá học các ñá có chứa nhiều sắt, gặp nhiều trong vỏ phong hoá, limônit là một loại quặng sắt

5.5 Lớp sunphua

Khoáng vật lớp này là những hợp chất của kim loại hoặc á kim với lưu huỳnh Lớp này có khoảng 350 khoáng vật, chiếm 0,15 % trọng lượng vỏ Trái Ðất Nhiều khoáng vật lớp này là những khoáng sản rất quý

b Thần sa - HgS: Ðộ cứng 2-2,5 Tỷ trọng 8 Màu ñỏ tươi ánh kim cương Tinh thể

thường tập hợp ở dạng khối hạt ñặc sít Nguồn gốc thành tạo trong giai ñoạn nhiệt dịch của hoạt ñộng macma ở nhiệt ñộ thấp Ðây là quặng chứa thuỷ ngân duy nhất trong tự nhiên Việt Nam có thần sa ở Hà Giang, Bắc Giang

c Sphalêrit - ZnS Ðộ cứng 3-4 Tỷ trọng 3,9-4,0 Màu nâu, nâu ñen hoặc ñen Vết

vạch trắng hoặc hơi vàng Tinh thể theo kiểu lập phương 3 lớp Cát khai không hoàn toàn Sphalêrit thành tạo từ các mạch nhiệt và thường làm thành các mạch trong ñá vôi Sphalêrit là quặng kẽm Việt Nam gặp ở Thái Nguyên, Quảng Ninh, Lai Châu

5.6 Lớp Sunphát

Các khoáng vật lớp này là muối của axit H2SO4, chúng chiếm khoảng 0,1 % trọng lượng vỏ Trái Ðất Khoáng vật lớp này không cứng, tỷ trọng nhỏ, màu sáng, vết vạch trắng và

là những trầm tích hoá học

so với các khoáng vật khác trong lớp

Ðộ cứng 3-3,5 Tỷ trọng 4,3 -4,5 ánh thuỷ tinh, mặt cát khai ánh xà cừ Màu trắng, vàng, ñỏ Tinh thể dạng tấm thường tập hợp thành khối ñặc sít Barít có nguồn gốc nhiệt dịch, lấp ñầy các lỗ hổng và khe nứt trong ñá trầm tích Barít có công dụng rộng rãi trong công nghệ: làm chất kết gắn, ñiều chế các muối hoá học, công nghệ pha màu.v.v Việt Nam có ở Lai Châu, Quảng Ninh, Bắc Giang, Thái Nguyên

Ðộ cứng 3-3,5 Tỷ trọng 2,8 -3,0 ánh thuỷ tinh Màu trắng xám, hơi ñỏ Vết vạch trắng hoặc xám sáng Cát khai hoàn toàn theo 3 phương Thường tạo thành các tập hợp ñông ñặc, hạt nhỏ Anhyñrit là khoáng vật tạo ñá trầm tích quan trọng, thường cùng gặp với thạch cao và muối mỏ trong các ñá trầm tích Anhyñrit kết tủa ở nước biển khi nhiệt ñộ trên 420C Anhyñrit dùng ñể chế xi măng, trong nông nghiệp dùng làm chất cải tạo ñất mặn kiềm

Ðộ cứng 2 Tỷ trọng 2,3 ánh thuỷ tinh, mặt cát khai có ánh xà cừ, ánh tơ, không màu hoặc màu trắng, vết vạch trắng, tinh thể riêng biệt có màu trong suốt Rất giòn và cát khai hoàn toàn

Thạch cao thành tạo từ nhiều con ñường: Trầm tích từ nước biển, hyñrat hoá các anhyñrit trong ñiều kiện áp suất giảm.v.v

CaSO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O Thạch cao dùng trong kỹ nghệ sản xuất xi măng, làm giấy, nặn tượng, cải tạo ñất mặn kiềm

5.7 Lớp Halôit (lớp muối mỏ)

Khoáng vật lớp này là những muối của HF, HCl, HBr, HI với kim loại Lớp này có

120 khoáng vật

a Halit - NaCl và Sylvinit - KCl còn gọi là muối mỏ

Ðộ cứng 2 Tỷ trọng 2,1 - 2,2 Rất giòn và cát khai hoàn toàn ánh thuỷ tinh Màu trong suốt ñến trắng, nếu lẫn lộn tạp chất thì có màu xám, vàng hoặc ñỏ, tinh thể kết tinh trong

hệ lập phương Muối mỏ thành tạo trong các vũng biển khô cạn từ lâu Muối mỏ có nhiều công dụng như làm thức ăn cho con người, bảo quản thức ăn, công nghệ hoá học, synvinit dùng ñể sản xuất phân kali dùng trong nông nghiệp

Ðộ cứng 1-2,5, tỷ trọng 1,6, ánh mỡ Trong suốt thì không màu, nếu lẫn tạp chất thì có màu nâu hồng, nâu ñỏ Vết vạch màu trắng Cát khai kém, vết vỡ gồ ghề Cacnalit dùng ñể ñiều chế phân kali và ñiều chế magiê

5.8 Lớp phốtphát

Lớp này không nhiều khoáng vật như các lớp khác Những khoáng vật chính của lớp này là nguyên liệu cơ bản ñể sản xuất phân lân dùng trong sản xuất nông nghiệp và công nghiệp hoá học

Tiếng Hy Lạp "apatao" có nghĩa là lẫn vì nhìn bên ngoài rất giống berin Ðộ cứng 5, tỷ trọng 3,2, ánh thuỷ tinh, vết vỡ ánh mờ, màu vàng lục, trắng, lam Tinh thể hình lăng trụ 6 mặt hoặc hình tấm; những tinh thể nhỏ có hình kim, thường tập hợp ở khối dạng ñặc sít

Apatit thành tạo do sự phân dị macma hoặc trầm tích từ nước biển có chứa nhiều P,

Ca Apatit dùng làm nguyên liệu ñể sản xuất phân bón như supephosphat, termophosphat Việt Nam có mỏ apatit lớn ở Cam Ðường Lào Cai

Thành phần của phôtphorit giống apatit nhưng thường lẫn nhiều tạp chất hơn Phôtphorit thành tạo trong các hang ñá vôi do xác sinh vật chết từ lâu hoặc quá trình sinh hoá

ở vùng biển cạn có nhiều chất hữu cơ tích luỹ

Phôtphorit có nhiều công dụng như apatit

Vonframit kết tinh dạng tinh thể hình tấm hoặc hình lăng trụ Có nguồn gốc thành tạo

do hoạt ñộng macma ở giai ñoạn nhiệt dịch

Vonframit ñược dùng trong công nghiệp luyện kim ñể sản xuất những thép ñặc biệt cứng, các hợp kim siêu cứng như "vôlômit", "viñica" ñể chế tạo các mũi khoan, sản xuất dây tóc bóng ñèn ñiện.v.v

a Vàng - Au: Ðộ cứng 2,5 -3 Tỷ trọng 19,3 Màu vàng tươi ánh kim không cát khai

Vàng tinh khiết phổ biến ở dạng hạt nhỏ hoặc lá nhỏ Hiếm khi gặp khối vàng lớn nặng tới vài gam hoặc vài kg (ở Ôxtrâylia ñã gặp khối vàng nặng 68,08 kg) Vàng tự nhiên hình thành từ nhiệt dịch các macmaxit và trung tính tạo các mạch vàng Còn gặp vàng sa khoáng do sự phong hóa các mạch vàng nguyên sinh

Vàng ñược dùng làm tiền, dự trữ và trao ñổi tiền tệ, sản xuất các ñồ trang sức, sản xuất các dụng cụ chính xác

Việt Nam có nhiều mỏ vàng, ñiển hình ở Bắc Cạn, Hoà Bình và Bồng Miêu Quảng Nam

b Bạc - Ag: Ðộ cứng 2,5 Tỷ trọng 10,1 - 11,1 ánh kim loại, màu trắng, vết vạch óng

ánh kim loại, tinh thể hệ lập phương, tấm hoặc lá Bạc dùng ñể ñúc tiền, làm ñồ trang sức, làm thuốc thử

c Than chì - C: Ðộ cứng 1, tỷ trọng 2,1 - 2,3 Màu xám sẫm hay xám ñen, thường tập

hợp ở dạng vảy mỏng hoặc khối ñặc trong ñá phiến kết tinh, ñá gnai, những mỏ than chì lớn ñược hình thành từ sự biến ñổi các trầm tích hữu cơ do tác dụng biến chất tiếp xúc hoặc biến chất ñộng lực

Than chì dùng sản xuất bút chì, mực tàu, làm ñiện cực trong pin Việt Nam có than chì

ở Lào Cai, Yên Bái, Nghệ An

và diêm Việt Nam ít gặp lưu huỳnh ở dạng tự nhiên

6 Vai trò của khoáng vật trong nền kinh tế quốc dân

Khoáng vật có ý nghĩa ñặc biệt quan trọng trong nền kinh tế của mỗi quốc gia cũng như toàn nhân loại Khoáng vật là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá ñể xây dựng và phát triển công nghiệp, nông nghiệp và các ngành kinh tế khác Vàng, bạc, ñược dùng làm tiền, sản xuất ñồ trang sức, việc nghiên cứu khoáng vật còn làm cơ sở ñể nghiên cứu các loại ñá cấu tạo nên vỏ Trái Ðất Nhiều loại khoáng vật ñược sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón

và chất cải tạo ñất trong sản xuất nông nghiệp

Câu hỏi ôn tập

1 Khoáng vật là gì? Sự hình thành khoáng vật?

2 Một số tính chất vật lý của khoáng vật và ý nghĩa?

3 Tính chất hoá học của khoáng vật?

4 Nêu cấu tạo của khoáng vật silicat? Một số khoáng vật ñiển hình

5 Khoáng vật lớp cacbônát và ý nghĩa?

6 Một số khoáng vật ñiển hình của lớp oxyt

7 Những khoáng vật ñược sử dụng sản xuất phân bón cho cây trồng?

8 Ý nghĩa của khoáng vật?

1 Ðịnh nghĩa và phân loại ñá

Ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các loại ñá cấu tạo nên vỏ Trái Ðất ñược gọi là nham thạch học hay thạch học

Vậy ñá là gì? Ðá là một tập hợp nhiều khoáng vật hoặc một khoáng vật và là bộ phận chủ yếu cấu tạo nên vỏ Trái Ðất Không phải bất cứ tập hợp nào cũng tạo thành ñá mà chỉ những tập hợp tạo thành những thể ñịa chất ñộc lập Theo Rozenbút thì một thể ñịa chất ñộc lập phải có 3 ñiều kiện:

- Thể ñó phải ñược phân biệt rõ rệt với các khối xung quanh và ñược tạo thành do những quá trình ñịa chất riêng

- Thể ñó có thành phần vật chất xác ñịnh, khác biệt với thành phần vật chất của các khối bao quanh

- Giữa các thành phần tạo ñá có một phương thức kết hợp riêng

Ðá do một loại khoáng vật tạo nên gọi là ñá ñơn khoáng Ðá do nhiều loại khoáng vật tạo nên gọi là ñá ña khoáng Khoáng vật trong ñá chiếm trên 5 % thì gọi là khoáng vật tạo ñá,

ít hơn 5 % là khoáng vật phụ

Khi nghiên cứu về ñá người ta cần phải xác ñịnh ñược thành phần thạch học, kiến trúc

và cấu tạo, dạng nằm (thể nằm) trong tự nhiên, ñây là những cơ sở xác ñịnh ñiều kiện thành tạo và ñịnh tên ñá

Theo nguồn gốc hình thành, toàn bộ ñá cấu tạo nên vỏ Trái Ðất nằm trong 3 nhóm lớn:

ñá macma, ñá trầm tích và ñá biến chất Trong từng nhóm chính lại chia thành nhiều nhóm nhỏ hơn Ví dụ: nhóm ñá trầm tích chia thành các nhóm phụ như trầm tích cơ học, trầm tích hoá học, trầm tích sinh học

2 Ðá macma

2.1 Ðịnh nghĩa và phân loại ñá macma

Ðá macma là những loại ñá ñược thành tạo do sự ñông cứng của khối silicat nóng chảy (còn gọi là dung dịch macma)

Dung dịch macma ñông cứng ở dưới sâu tạo thành các ñá macma xâm nhập Nếu dung dịch macma phun trào ra ngoài mặt vỏ Trái Ðất rồi ñông cứng lại tạo thành các ñá macma phun trào

Ðá macma thường có các kiểu kiến trúc ñiển hình như: Kiến trúc toàn tinh, kiến trúc thuỷ tinh, kiến trúc vi tinh, kiến trúc phoocphia và kiến trúc pecmatit Ðá có cấu tạo dạng khối, cấu tạo xốp, cấu tạo dòng chảy Trong tự nhiên ñá nằm ở các thể như: thể nền, thể trụ, thể nấm, thể lớp phủ, thể vòm phủ

Có nhiều cách phân loại ñá macma, phương pháp ñược sử dụng nhiều hơn cả là dựa vào hàm lượng SiO2 như bảng III.1

Bảng III.1: Phân loại ñá macma theo tỷ lệ SiO 2

> 75 65-75 52-65 40-52

< 40

Macma siêu axit Macma axit Macma trung tính Macma bazơ Macma siêu bazơ

2.2 Thành phần hoá học ñá macma

Tỷ lệ các nguyên tố hoá học tạo ñá macma ñược quy ước tính ở dạng oxyt của các nguyên tố theo tỷ lệ % trọng lượng ñá macma Thành phần hoá học ñá macma thể hiện ở bảng III.2

Bảng III.2: Thành phần trung bình và hàm lượng có thể có của các oxyt chính trong ñá

macma

Hàm lượng có thể có (%)

24-80 0-20 0-13 0-15 0-30 0-17 0-14 0-13 0-3

Số liệu bảng III.2 cho thấy: SiO2 là thành phần chủ yếu tạo ñá macma, thứ ñến là

Al2O3, các chất kiềm như MgO, CaO thấp hơn nhiều lần so với SiO2 và Al2O3

2.3 Thành phần khoáng vật ñá macma

Trong ñá macma gặp hàng trăm loại khoáng vật Tuy nhiên số khoáng vật chính tạo ñá không nhiều, 10 khoáng vật chiếm tới 99% trọng lượng ñá là: fenspát, thạch anh, amphibon, pyroxen, mica, ôlivin, nêfelin, lơxit, manhêtit, apatit Fenspát chiến khoảng 59 %; thạch anh chiếm 12 %; amphibon và pyroxen 17 %; mica 4 %

Căn cứ vào màu sắc, các khoáng vật tạo ñá ñược chia thành hai nhóm chính:

- Các khoáng vật sáng màu Ví dụ: fenspát, mica trắng

- Các khoáng vật sẫm màu Ví dụ: ôlivin, amphibon, manhêtit, mica ñen

Các khoáng vật tạo ñá macma còn ñược chia thành:

- Khoáng vật nguyên sinh: hình thành cùng với quá trình tạo ñá và hầu như ñược bảo tồn trong ñá, không bị thay ñổi trạng thái Ví dụ: thạch anh, mica trong ñá granit

- Khoáng vật thứ sinh: thành tạo do những hoạt ñộng ñịa chất hậu sinh làm cho các khoáng nguyên sinh bị biến ñổi tạo thành Ví dụ: secpentinit, clorit, tan, kaolinit

2.4 Một số ñá macma

a Pecmatit: là một loại ñá macma siêu axit, hình thành ở dưới sâu, thường nằm ở thể

mạch Kiến trúc toàn tinh loại hạt lớn Các khoáng vật chính tạo ñá là fenspát dạng octoclaz, thạch anh, mica và thường ñược kết tinh ở dạng các tinh thể lớn Màu trắng và xám trắng Các mạch pecmatit thường có một số khoáng vật quí như vonfram, thiếc

Việt Nam có pecmatit ở La Phù - Thanh Thuỷ - Phú Thọ, ñang ñược khai thác ñể lấy mica, thạch anh và fenspát Ðây là một loại ñá cứng rắn và rất khó bị phong hóa hoá học

Sản phẩm phong hóa của ñá này thường thô, lớp ñất hình thành trên ñá này có thành phần cơ giới nhẹ, tầng ñất mỏng và có nhiều tính chất xấu

b Granít: là ñá macma axit ñiển hình hình thành dưới sâu, rất phổ biến trong vỏ Trái

Ðất Màu xám sáng hoặc hồng Kiến trúc toàn tinh với các kích thước hạt khác nhau Thành phần khoáng vật chủ yếu là octoclaz, thạch anh, mica trắng và ñen, hoocnơblen Khoáng vật phụ có plazoclaz, apatit, Manhetit Octoclaz chiếm 60-75%, thạch anh 30-35%, khoáng vật sẫm màu 5-15% Các khoáng vật nhóm fenspát có màu trắng là chủ yếu, ngoài ra còn gặp màu hồng Các tinh thể thạch anh trong như thuỷ tinh mica trắng và ñen có cấu tạo phiến mỏng Hoocnơblen có dạng hạt dài màu xanh thẫm Các khoáng vật trên có thể nhận biết bằng mắt thường

Tuỳ theo sự có mặt của các khoáng vật mà có các tên gọi như: muscovit, biotit, granit 2 mica ñặc biệt còn gặp granit có fenspát kiềm (anbit, microlin) có màu hồng hoặc ñỏ rất ñẹp

granit-Trong tự nhiên granit nằm ở thể nền, thể tường hoặc thể mạch Ðây là một loại ñá rất cứng rắn, khó bị phong hóa Ðất hình thành trên ñá này có thành phần cơ giới nhẹ tầng ñất mỏng hoặc trung bình

Ở Việt Nam, granit lộ ra ở nhiều nơi như Tú Lệ, Phibióc, ñèo Hài Vân, vùng Tây Bắc, ñịa khối Côngtum, Thanh Hoá, Quảng Bình

c Riolit: Còn gọi là ñá liparit, là ñá phun trào ứng với granit, màu xám sáng hoặc

xám Thành phần khoáng vật giống granit Riolit có quá trình hình thành khác với ñá granit nên có kiến trúc phocphia Riolit có cấu tạo dòng chảy, thể nằm dạng lớp phủ, khi riolit không kết tinh ñược gọi tên là thuỷ tinh núi lửa (opxidien)

Ở Việt Nam riolit gặp ở dãy núi Tam Ðảo, Lạng Sơn, Thanh Hoá, Nghệ An Ðây cũng

là một loại ñá cứng rắn rất khó bị phong hóa Ðất hình thành trên ñá này tương tự ñất ñược hình thành trên ñá granit

Riolit ñược khai thác làm vật liệu xây dựng, rải ñường, làm ñá ốp lát

d Ðiorit: là ñá macma trung tính ñược hình thành bằng con ñường xâm nhập Kiến

trúc toàn tinh dạng hạt có kích thước trung bình Màu xám, xám sẫm hoặc xanh lá cây Thành phần khoáng vật chủ yếu là plazoclaz (40-50%), hoocnơblen (30-40%) và ôgit, khoáng vật phụ có pyrôxen, biôtit Thạch anh có rất ít thường không quá 6%, nếu thạch anh ñến 10 % gọi

Anñêzit là ñá phun trào kiểu mới, phoocphirit là dá phun trào cổ, anñêzit thường nằm

Giữa anñêzit và ñá bazan có sự chuyển biến liên tục về thành phần, vì vậy ñôi khi phải nhờ ñến biện pháp phân tích hoá học mới phân biệt ñược ñá anñêzit và ñá bazan

Anñêzit ñược dùng làm vật liệu xây dựng, vật liệu chịu axit ở Việt Nam, anñêzit lộ ra

ở nhiều nơi từ Thanh Hoá ñến Lai Châu Khi lộ ra ngoài ñá bị phong hóa mạnh mẽ hơn các ñá macma axit, ñất hình thành trên các ñá này có thành phần cơ giới nặng hơn, tầng ñất dày có nhiều tính chất tốt

g Gabrô: là ñá xâm nhập ñiển hình của ñá macma bazơ Kiến trúc toàn tinh dạng hạt

lớn và hạt trung bình Màu xám, phớt lục hoặc ñen Thành phần khoáng vật chủ yếu tạo ñá là pyrôxen (ôgit hoặc ñiôpxit) chiếm khoảng 50%, thứ ñến là plazoclaz kiềm Các khoáng vật phụ có hoocnơblen, ôlivin Trong tự nhiên, gabrô nằm ở thể nấm, thể tường Ở Việt Nam, gabrô gặp ở Phấn Mễ, Thanh Hoá, Hà Tĩnh

h Bazan và ñiabaz: là những ñá phun trào bazơ ñiển hình ứng với ñá sâu gabrô

Ðiabaz là ñá phun trào kiểu cổ, bazan là ñá phun trào kiểu mới Thành phần khoáng vật giống

ñá gabrô Ðá có màu xám ñen hoặc ñen Ðá bazan có kiến trúc hạt nhỏ hoặc vi tinh, mắt thường không phân việt ñược các tinh thể Cấu tạo của ñá có nhiều lỗ hổng hình tròn hoặc bầu dục Những lỗ này trước chứa khí, khi dung nham lên tới mặt ñất thì khí bay ñi ñể lại lỗ hổng Một số lỗ sau này bị lấp ñầy bởi các vật liệu khác tạo nên cấu tạo hình hạnh nhân Thể nằm của bazan dạng dòng chảy, lớp phủ hoặc vòm phủ

Khi lộ ra ngoài mặt ñất, ñá bazan rất dễ bị phong hóa Ðất hình thành trên ñá bazan có màu ñỏ (vùng nhiệt ñới) Tầng ñất dày có nhiều tính chất tốt phù hợp với nhiều cây trồng như cao su, cè, cà phê, hồ tiêu

Ở Việt Nam ñá bazan gặp ở nhiều nơi như Phủ Quỳ, Nghệ An, Tây Nguyên, Ðông Nam Bộ

i Ðunit: là ñá macma siêu bazơ hình thành dưới sâu Ðá có kiến trúc hạt trung bình

hoặc hạt nhỏ Màu xanh lục, màu ñen Khoáng vật chủ yếu có ôlivin, ngoài ra còn có một ít crômít và manhêtit Hàm lượng ôlivin thay ñổi từ 85-100% Khi bị biến ñổi, các ôlivin chuyển thành sécpentin

Ở Việt Nam gặp ñá ñunit ở Cổ Ðịnh - Thanh Hoá

Bảng III.3: Một số tính chất cơ bản của ñá macma chính

Macma trung tính

SiO2: 52-65%

Ðiorit Anñêzit

Xám xanh xám sẫm

Plazoclaz, hoocnơblen trung bình Macma bazơ

Macma siêu bazơ

Qua phần mô tả một số loại ñá macma chúng ta thấy rằng từ ñá siêu axit ñến ñá siêu bazơ, thành phần hoá học và khoáng vật của ñá có những thay ñổi khá rõ ràng Ðiều dễ nhận thấy ñầu tiên là màu sắc thay ñổi rất rõ từ sáng màu sang sẫm màu Hàm lượng các khoáng vật màu tăng dần lên, tỷ trọng tăng dần Khoáng vật thạch anh giảm dần, ñến ñá macma trung tính thì không còn hoặc còn rất ít Khoáng vật ôlivin xuất hiện từ ñá bazơ (trong ñá siêu axit

và axit hầu như không có) tăng dần ñến ñá siêu bazơ, hàm lượng cao nhất có thể ñạt 100 %

Một số tính chất cơ bản của các ñá trong nhóm ñá macma ñược trình bày ở bảng III.3

3 Ðá trầm tích

3.1 Ðịnh nghĩa, hình thành và phân loại ñá trầm tích

Ðá trầm tích là những thể ñịa chất phát sinh trên bề mặt vỏ Trái Ðất, ñươc thành tạo từ sản phẩm phong hóa các ñá có từ trước hoặc do tích ñọng của các tàn tích sinh vật

Các sản phẩm phong hóa ñược lắng ñọng trong môi trường nước hoặc không khí Ðá trầm tích ñược hình thành trong một quá trình lâu dài và phức tạp, chịu ảnh hưởng của hoạt ñộng ñịa chất ngoại lực và nội lực Quá trình hình thành và phát triển ñá trầm tích gồm các giai ñoạn chính sau:

- Giai ñoạn hình thành vật liệu trầm tích: Bao gồm các quá trình phong hóa ñá (phong hóa vật lý, phong hóa hoá học và phong hóa sinh học), vận chuyển và lắng ñọng các vật liệu phong hóa

- Giai ñoạn thành ñá: các vật liệu trầm tích ñược nén ép, kết gắn ñể tạo thành ñá Hai giai ñoạn trên ñược gọi là thời kỳ sinh ñá

- Giai ñoạn hậu sinh và biến chất sớm: nếu bị nhấn chìm xuống sâu ñến một chừng mực nào ñó, ñá trầm tích bắt ñầu bị biến ñổi Nếu tiếp tục bị nhấn chìm xuống sâu nữa do vận ñộng hạ xuống của vỏ Trái Ðất, ñá trầm tích sẽ bị biến ñổi thành ñá biến chất

Sản phẩm phong hóa của các ñá trước gồm các mảnh vụn cơ học có kích thước khác nhau, các chất keo và các chất hoà tan trong nước ở dạng dung dịch thật Một phần sản phẩm tích ñọng tại chỗ, còn phần lớn các sản phẩm ñược di chuyển ñi nơi khác nhờ nước chảy trên mặt, gió thổi trên mặt hoặc trọng lực Gặp ñiều kiện thuận lợi, các sản phẩm trên sẽ ñược tích luỹ lại ñể tạo nên ñá trầm tích

Theo Puxtôvalôp (1952) có 2 kiểu phân dị trầm tích chính là phân dị cơ học và phân dị hoá học Tuỳ theo ñiều kiện cụ thể mà kiểu này hoặc kiểu kia chiếm ưu thế, cũng có khi cả hai kiểu cùng xảy ra ñồng thời

- Phân dị cơ học: là quá trình lắng ñọng thứ tự các sản phẩm ở thể rắn theo kích thước, hình dạng và tỷ trọng của chúng Nếu các sản phẩm thể rắn bị lôi cuốn trong nước và còn phụ thuộc tốc ñộ dòng chảy, bị lôi cuốn trong gió phụ thuộc sức gió Trong môi trường nước yên tĩnh, tốc ñộ lắng ñọng theo công thức của Stoc:

V =

ρ

d d

gr2 1−

92

ở ñây: V: tốc ñộ lắng ñọng (mm/gy)

d1: Tỷ trọng mảnh vụn d: Tỷ trọng nước ρ: Ðột nhớt nước r: Bán kính mảnh vụn (mm) g: Gia tốc trọng trường (9,8m/gy2) (Công thức trên chỉ ñúng với những mảnh vụn tròn nhẵn dạng hình cầu)

Tóm lại, trong quá trình phân dị cơ học, những sản phẩm có kích thước lớn, tỷ trọng lớn sẽ lắng ñọng nước, thứ tự tiếp theo là các hạt có kích thước và tỷ trọng nhỏ dần

- Phân dị hoá học: là thứ tự kết tủa các sản phẩm hoà tan, thứ tự này phụ thuộc vào bản chất của chất bị hoà tan và ñiều kiện hoá lý môi trường Cụ thể nó phụ tuộc vào thành phần chất hoà tan, nồng ñộ chất hoà tan, nhiệt ñộ, áp suất và phản ứng của môi trường

Cũng theo Puxtôvalôp (1954) những hợp chất khó bị hoà tan như oxyt sắt, nhôm sẽ lắng ñọng trước, tiếp theo là những hợp chất khó bị hoà tan hơn như phôtphat, cacbonat, sau cùng là những hợp chất rất dễ bị hoà tan như sunphat, clorua

Thông thường phân dị cơ học diễn ra trước, phân dị hoá học diễn ra sau, nhưng sau ñó thì diễn ra ñồng thời

Từ khi sự sống xuất hiện trên Trái Ðất dần dần xuất hiện các ñá trầm tích sinh học Ðá trầm tích sinh học do xác sinh vật sau khi chết tích ñọng lại trong những ñiều kiện ñịa chất nhất ñịnh nào ñó ñể thành tạo nên ñá

Như vậy, bản chất quá trình hình thành ñá trầm tích là những quá trình vật lý, hoá học

và sinh học Trong các quá trình này ñã diễn ra quá trình kết gắn, nén ép, mất nước và tái kết tinh ñể thành tạo nên những khoáng vật mới hình thành ñá trầm tích

Trên bề mặt vỏ Trái Ðất, ñá trầm tích chiếm khoảng 75% diện tích các lục ñịa và ñảo Khác với ñá macma, ña số các ñá trầm tích có cấu tạo phân lớp và có di tích sinh vật Thành phần hoá học ñá trầm tích phức tạp hơn ñá macma

Ðá trầm tích có các kiểu kiến trúc chính sau: ñá vụn thô, ñá vụn trung bình, sét, trứng

cá, hạt ñậu Cấu tạo ñá rất phức tạp: cấu tạo lộn xộn, cấu tạo dạng lá, cấu tạo vi uốn nếp, cấu tạo thớ lớp, cấu tạo gơn sóng Trong ñá trầm tích, chất có vai trò kết gắn các hợp phần tạo ñá gọi là xi măng Xi măng trong ñá có thể là cát, bột, sét, vôi, sắt, silic và là những dấu hiệu rất quan trọng ñể nhận biết và phân loại ñá

Hiện nay, trên thế giới có nhiều cách phân loại ñá trầm tích khác nhau Phương pháp ñược dùng rộng rãi là dựa vào nguồn gốc phát sinh, ñá trầm tích ñược chia làm 4 nhóm: nhóm

ñá cơ học, nhóm ñá hoá học, nhóm ñá hữu cơ và nhóm ñá hỗn hợp

Năm 1958, M.S.Svetxop và tập thể các nhà nghiên cứu ñá trầm tích của trường Ðại học thăm dò ñịa chất Matxcơva ñã ñưa ra một bảng phân loại ñá trầm tích Các tác giả ñề nghị chia ñá trầm tích thành 3 nhóm:

- Nhóm ñá trầm tích vụn cơ học: Bao gồm các ñá là sản phẩm tích ñọng của các vật liệu cơ học như cuội kết, dăm kết, cát, bột

- Nhóm ñá sét: bao gồm các ñá là sản phẩm của quá trình phong hóa hoá học các ñá giàu khoáng vật nhôm silicat tạo thành các khoáng vật hoàn toàn mới như kaolinit

- Nhóm ñá trầm tích sinh hóa: gồm các ñá trầm tích thành tạo từ dung dịch thật, từ sự ngưng tụ keo và sự tích ñọng xác sinh vật Thuộc nhóm này có các ñá như sắt, nhôm, mangan, muối, than Các nhà thạch học Việt Nam ñã sử dụng bảng phân loại của Svetxôp ñể tiến hành nghiên cứu phân loại ñá trầm tích Việt Nam

3.2 Thành phần ñá trầm tích

a Thành phần khoáng vật

Thành phần khoáng vật của ñá trầm tích rất phức tạp, dựa vào nguồn gốc và thành phần, chia khoáng vật tạo ñá trầm tích thành các nhóm chính sau:

- Khoáng vật tha sinh: là thành phần chủ yếu của trầm tích vụn cơ học, một phần trong

ñá sét và trầm tích sinh hoá Những khoáng vật tha sinh phổ biến nhất trong ñá trầm tích là thạch anh, fenspát, mica, ziacon, apatit, grơnat, clorit, xilimanit

- Khoáng vật tự sinh: là những khoáng vật ñược hình thành từ dung dịch thật hoặc dung dịch keo Ngoài ra khoáng vật tự sinh có thể ñược hình thành do những biến ñổi trong

giai ñoạn hậu sinh của sự hình thành ñá Khoáng vật tự sinh là thành phần chủ yếu của các ñá trầm tích sinh hoá và ñóng vai trò chất xi măng trong các trầm tích cơ học

- Các di tích hữu cơ: trong ñá trầm tích thường có các di tích hữu cơ ở dạng hóa thạch Các hóa thạch là bằng chứng ñể nhận biết, phân loại và xác ñịnh tuổi ñá

- Các vật liệu núi lửa: Trong ñá trầm tích còn gặp những sản phẩm là kết quả hoạt ñộng của núi lửa như thuỷ tinh núi lửa, mảnh vụn các khoáng vật tạo ñá macma liên quan ñến hoạt ñộng của núi lửa như pyrôxen, amphibon, fenspát, thạch anh, mica, tro núi lửa

b Thành phần hoá học ñá trầm tích

Thành phần hoá học ñá trầm tích khác xa ñá macma, thể hiện rõ ở thành phần hàm lượng các ôxyt Thành phần hoá học của một loại ñá cụ thể thường ñơn giản, số lượng ôxyt không nhiều như trong ñá macma Hàm lượng Fe2O3 trong ñá trầm tích lớn hơn trong ñá macma, trong khi ñó ñá trầm tích lại có Na2O nhỏ hơn ñá macma Tỷ lệ thành phần hoá học các ôxyt biến thiên không có tính quy luật

3.3 Một số ñá trầm tích

a Ðá vụn thô: bao gồm các loại ñá có kích thước vụn lớn hơn 1 mm Tuỳ theo kích thước các

hạt và mảnh vụn mà chia thành nhiều loại khác nhau Ngoài ra, ñể phân loại ñá vụn thô còn dựa vào mức ñộ kết gắn hay rời rạc (xem bảng III.4)

Bảng III.4: Phân loại ñá vụn thô

Khối lớn kết Tảng kết Cuội kết Sỏi kết

Tảng lớn Cục Dăm Dăm nhỏ

Tảng lớn kết Cục kết Dăm kết Dăm nhỏ kết

Thành phần mảnh vụn có thể ña khoáng hay ñơn khoáng tuỳ theo nguồn gốc sinh ñá Thành phần xi măng thường là vôi, silic, hyñroxit sắt, cát, sét

Trong các loại ñá vụn thô, phổ biến và có ý nghĩa nhất là cuội, sỏi, sỏi kết, dăm kết

b Ðá cát: Cát là sản phẩm phong hóa cơ học các ñá khác, có kích thước cấp hạt từ 1 mm -

0,1 mm Sản phẩm ở trạng thái rời rạc gọi là cát, nếu kết gắn lại gọi là cát kết Cát kết rất phổ biến, chiếm khoảng 60 % trầm tích cơ học Cát kết có hai thành phần cơ bản là các hạt cát và chất xi măng kết gắn Thành phần là những khoáng vật tạo ñá như thạch anh, fenspát, mica, ziacon, manhêtit, rutin Chất xi măng phổ biến là cácbônat, hydroxyt sắt, kaolinít Trong cát kết có thể gặp các di tích hữu cơ

Kiến trúc ñiển hình của cát kết là kiến trúc cát (pơxamit), ngoài ra còn gặp một số kiến trúc trung gian như cát -bột, cát- cuội, cát -sét

Cấu tạo của cát kết rất ña dạng, tuỳ theo ñiều kiện thành tạo mà có các kiểu cấu tạo sau: cấu tạo khối, cấu tạo phân lớp xiên, cấu tạo phân lớp song song, trên mặt cát kết có thể gặp dấu vết gợn sóng

Hiện nay, ña số các nhà thạch học dựa vào thành phần khoáng vật làm cơ sở phân loại chi tiết cát kết M.S.Svétxốp (1958) chia cát kết thành: cát kết ñơn khoáng, cát kết ít khoáng

và cát kết ña khoáng Có tác giả lấy kích thước cấp hạt ñể chia thành cát kết trung bình và cát

kết nhỏ Có tác giả dựa vào thành phần xi măng ñể phân loại cát kết thành cát kết silic, cát kết sắt, cát kết vôi, cát kết sét Việt Nam sử dụng cách phân loại của M.S.Svetxốp

- Cát kết ñơn khoáng: Phổ biến nhất là cát kết thạch anh, trong ñá này thạch anh

chiếm >85% thành phần các hạt, ngoài ra còn gặp một số ít các khoáng vật như ziacon, tuốcmalin, mica Cát kết thạch anh ñược thành tạo xa nơi ñá gốc, ñặc trưng cho trầm tích ven biển, ven hồ, ven các tam giác châu Cát kết thạch anh rất rắn chắc và khó bị phong hóa Khi sản phẩm ở trạng thái rời rạc gọi là cát thạch anh Nếu bị biến ñổi mạnh mẽ do áp xuất lớn và nhiệt ñộ cao thì cát kết thạch anh chuyển thành quăczit

Cát kết thạch anh ñược dùng trong xây dựng, trong công nghiệp thuỷ tinh

- Acko: là loại cát kết ña khoáng Thành phần khoáng vật chủ yếu: fenspát (50-90%);

thạch anh (<50%), khoáng vật phụ có mica, ziacon, tuốcmalin Ðá có màu xám trắng hoặc phớt hồng Ðá có cấu tạo khối rắn chắc Xi măng thường là kaolinit, xêrixit

Ở Việt Nam, ñá cát rất phổ biến dọc các sông lớn như sông Hồng, sông Ðà, sông Mã, sông Lam, ñặc biệt có nhiều ở ven biển từ Thanh Hoá ñến Thuận Hải Ðá cát rất có giá trị, dùng ñể nấu thuỷ tinh và làm vật liệu xây dựng Cùng với sự sa lắng tạo thành cát có nhiều khoáng sản quý như vàng, bạch kim, thiếc, crom, sắt Ví dụ: mỏ vàng ở Bồng Miêu là cát có chứa vàng

Trên ñá cát nước ta hình thành nên nhóm ñất cát ven biển, ñất cát có một số ñặc tính phù hợp cho các cây hoa màu như khoai lang, lạc, ñậu ñỗ

c Bột và bột kết: các hạt tạo ñá có kích thước từ 0,1mm - 0,01mm, ở trạng thái rời rạc gọi là

bột, nếu kết gắn tạo thành bột kết

Bột kết cũng là một loại ñá khá phổ biến, trong ñịa tầng bột kết nằm ở trung gian giữa cát kết và sét Kiến trúc ñiển hình của ñá là kiến trúc bột (alơrit), ngoài ra còn gặp các kiểu kiến trúc hỗn hợp như bột-sét, bột -cát Cấu tạo chủ yếu của ñá là kiểu phân lớp song song nằm ngang, phân lớp song song lượn sóng và phân lớp xiên chéo Ðiều kiện thành tạo của bột kết giống cát kết Việc nghiên cứu thành phần khoáng vật của bột kết rất khó khăn vì các hạt quá nhỏ, do vậy trong thực tiễn thường chỉ xác ñịnh thành phần hoá học bằng phân tích hoá học

Ở miền Bắc Trung Quốc có một loại bột kết ñặc biệt là hoàng thổ, Ôbrutxep cho rằng hoàng thổ là một loại bột kết ñược hình thành do hoạt ñộng ñịa chất của gió thổi trên mặt

d Ðá sét

Là một nhóm ñá trầm tích ñộc lập, rất phổ biến trên bề mặt Trái Ðất, có thể chiếm tới khoảng 60% tổng số ñá trầm tích

Ðá sét có những ñặc tính cơ bản sau ñây:

- Các phần tử cấu tạo nên ñá có kích thước rất nhỏ, trên 50% cấp hạt nhỏ hơn 0,01mm, trong ñó có > 25% cấp hạt < 0,001mm

- Khoáng vật tạo ñá là sản phẩm phong hóa hoá học các ñá gốc hoặc thành tạo do những quá trình biến ñổi thứ sinh

- Ðá có tính dính, dẻo, trương co, có thể nặn tạo hình dáng bất kỳ

- Khả năng hấp thu, trao ñổi, thay thế các ion của ñá rất lớn

Như vậy, ñá sét không phải là trầm tích cơ học vì các khoáng sét không phải là sản phẩm phong hóa cơ học các ñá có trước Nhưng ñá sét cũng phải là trầm tích hoá họcvì chúng không ñược kết tủa từ dung dịch thật hoặc dung dịch keo

Ðá sét là loại ñá ñặc biệt, ñược hình thành do kết quả phong hóa hoá học các khoáng vật phức tạp thành khoáng vật ñơn giản hơn có kích thước rất nhỏ bé

Ví dụ: K[AlSi3O8] + mCO2 + nH2O -> Al4(OH)8Si4O10 + SiO2nH2O + K2CO3

Vì những lý do trên, ñá sét ñược coi là một nhóm trầm tích ñặc biệt, trung gian giữa trầm tích cơ học và trầm tích hoá học

Thành phần khoáng vật của ñá sét chủ yếu là các khoáng sét như kaolinit, hydromica, monmorilonit và một số khoáng vật hỗn hợp như beiñelit, mônotecmit, mảnh vụn cơ học, khoáng vật tự sinh, chất hữu cơ, các ion hấp thu

Thành phần hóa học chủ yếu của ñá sét là SiO2, Al2O3, H2O, ngoài ra còn có TiO2,

Fe2O3, MnO2, CaO, MgO, K2O, Na2O hàm lượng SiO2 xung quanh 50%

Kiến trúc chủ yếu của ñá sét là kiến trúc sét (pelit), trong ñó > 95% phần tử có cùng kích thước < 0,001mm, còn gặp các kiến trúc trung gian là sét- bột, sét- cát

Ðá sét có cấu tạo khối, cấu tạo phân lớp song song, cấu tạo vò nhàu, cấu tạo dòng chảy, cấu tạo phân phiến và cấu tạo trứng cá Theo nguồn gốc thành tạo, ñá sét còn ñược chia thành: Sét tàn tích và sét trầm tích Sét tàn tích là sét nguyên sinh hình thành do sự phong hóa hoá học các silicát và còn nằm trên ñá gốc, có cấu tạo khối không phân lớp và hầu như không

có di tích hữu cơ Sét trầm tích là sét thứ sinh, sản phẩm tái trầm tích các sét nguyên sinh, trong sét trầm tích thường gặp các di tích hữu cơ

- Sét kaolinit: có nguồn gốc nguyên sinh hoặc thứ sinh Kaolinit thứ sinh do kaolinit

nguyên sinh tái trầm tích tạo thành Thành phần khoáng vật chủ yếu là kaolinit, ngoài ra còn

có hyñrômica, haluazit, hyñragilit Sét kaolinit có màu trắng, xám trắng hoặc phớt hồng, mềm,

sờ trơn tay Sét kaolinit hình thành do sự phong hóa các silicát, trong ñó chủ yếu là fenspát Sét kaolinit có khả năng trao ñổi thấp, hấp phụ thấp, nhiệt ñộ nóng chảy cao Sét kaolinit là khoáng sét chủ yếu trong nhiều loại ñất của Việt Nam

- Sét monmôrilonít:

Sét monmôrilonít thành tạo do quá trình phong hóa hoá học các ñá siêu bazơ, ñá bazơ trong môi trường kiềm, cũng có thể ñược hình thành dự sự tái trầm tích vỏ phong hoá chứa monmôrilonít

Khoáng vật chính là monmôrilonít, khoáng vật phụ có hyñromica, ôpan Thành phần hoá học chủ yếu là SiO2, Al2O3, MgO, CaO

Sét monmôrilonít có màu trắng, xám trắng, phớt hồng, phớt lục Khả năng trao ñổi, hấp phụ, tính trương co, tính dẻo lớn hơn kaolinit

Ở Việt Nam, monmôrilonít có nhiều trong ñất ñen phát triển trên ñá secpentinit ở núi Nưa Thanh Hoá

- Acgilit và ñá phiến sét

Acgilit và ñá phiến sét là những ñá trung gian giữa ñá trầm tích và ñá biến chất, chúng phát sinh trên ñường biến ñổi từ ñá trầm tích thành ñá biến chất

Acgilit là loại ñá sét rắn chắc, cứng, dao khó rạch, không thấm nước, cấu tạo khối, nếu

bị nén ép mạnh thì có cấu tạo phân phiến Khoáng vật chủ yếu là xirêxit (50-70%), thứ ñến là canxeñoan, thạch anh, fenspát, clorit, canxit

Do bị nén ép và tái kết tinh nên acgilit và phiến sét mất tính dẻo, dính và không có khả năng hấp phụ nước

Nếu trong ñá sét có chứa nhiều vôi gọi là ñá sét vôi (macnơ) các loại ñá sét ñược sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như ñồ gốm, sành sứ

- Ðá hỗn hợp: trong thành phần có 3 loại hạt cát, bột và sét, thường dựa vào tỷ lệ các

cấp hạt ñể phân loại ñá hỗn hợp, hàm lượng loại nào cao nhất sẽ ñược gọi trước và gọi theo thứ tự giảm dần: sét bột, cát bột

Bao gồm các loại ñá ñược thành tạo từ dung dịch thật, dung dịch keo hoặc tàn tích xác sinh vật Phổ biến nhất là các ñá: cacbônat, silic, sắt, nhôm, phosphorit, muối, ñá sinh hoá Hầu hết các loại ñá này là những khoáng sản rất có giá trị

e Trầm tích nhôm

- Bôxit: Năm 1921, nhà hoá học người Pháp Becchie dùng danh từ bôxit ñể gọi tên

loại ñá màu nâu ñỏ ở vùng Bô nước Pháp Trong một thời gian dài, bôxit ñược coi là một loại khoáng vật có công thức Al2O3.2H2O Khoảng 40 năm gần ñây mới ñược coi là một loại ñá Thành phần khoáng vật chủ yếu là gipxit, bơmit, ñiaspo, ngoài ra còn có lẫn một số ôxyt sắt, mangan, titan, bôxit có màu nâu, nâu ñỏ, ñỏ vàng Ðá có cấu tạo hạt ñậu, trứng cá, kết hạch

Thành phần hóa học: hàm lượng Al2O3> 28% nên ñược coi là ñá giàu nhôm Sự hình thành bôxit có nhiều quan ñiểm khác nhau Có ý kiến cho rằng bôxit là sản phẩm tái trầm tích của

vỏ phong hóa laterit Có ý kiến lại cho rằng bôxit hình thành từ con ñường hóa học thuần tuý

Bôxit là quặng ñể sản xuất nhôm ở Việt Nam, bôxit gặp ở nhiều nơi như Bảo Lộc - Lâm Ðồng, Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn

g Trầm tích sắt

Ðược hình thành do quá trình phong hóa hóa học các loại ñá chứa nhiều sắt Thành phần khoáng vật chủ yếu là limônit, hêmatit, xiñêrit, pyrit, macazit ñá có kiến trúc trứng cá, hạt ñậu Khi các ñá chứa sắt bị phong hóa, sắt ñược giải phóng và di chuyển ở dạng keo phân tán, dạng phức hữu cơ hoặc các muối sunphat, clorua sắt ở dạng dung dịch thật, sắt ñược kết tủa phụ thuộc pH và Eh môi trường

Ðá trầm tích sắt là loại quặngchủ yếu dùng ñể luyện gang, luyện thép và các hợp chất

có sắt

Ở Việt Nam, trầm tích sắt khá phổ biến, gặp ở Lào Cai, Vĩnh Phúc, Lạng Sơn, Thái Nguyên

h Ðá trầm tích phosphorit

Ðá phosphorit chỉ chung các ñá trầm tích như cát kết, bột kết, sét kết, có chứa 15- 40%

P2O5 Thành phần khoáng vật chủ yếu là apatit Có nhiều quan ñiểm khác nhau về sự hình thành phosphorit, có ý kiến cho rằng phosphorit có nguồn gốc hữu cơ hoặc sinh hoá Theo Kazacop nước dưới biển sâu giàu CO2 và P2O5 do kết quả phân giải xác các loài sinh vật, nơi tập trung nhiều P2O5 nhất ở ñộ sâu 500 m Khi ñược di chuyển ñến chỗ biển nông hơn, áp suất giảm ñi, nồng ñộ CO2 giảm ñi, do ñó cácbônat phosphat canxi lắng ñọng lại, hiện tượng này diễn ra ở ñộ sâu 50- 150 m

Nhìn bên ngoài, phosphorit dễ nhầm với một số ñá khác Muốn xác ñịnh chính xác hoặc ñánh giá chất lượng phải dùng phương pháp phân tích hoá học

Ở Việt Nam, ñá phosphorit (quen gọi là apatit) tập trung thành mỏ lớn ở Cam Ðường Lào Cai Ðá phosphorit là nguyên liệu sản xuất các loại phân lân phục vụ sản xuất nông nghiệp

i Ðá trầm tích cacbonat

Trầm tích cacbonat có nguồn gốc hóa học và sinh hoá Thành phần khoáng vật chủ yếu là canxit, ñôlômit và một ít aragonit

cao, oxyt sắt, nhôm, than và các vật liệu vụn cơ học Ðá vôi ñược thành tạo bằng nhiều con ñường khác nhau: kết tủa từ dung dịch thật, vỏ của xác sinh vật có chứa nhiều canxi cấu tạo của ñá vôi rất phong phú: cấu tạo khối, cấu tạo phân lớp, cấu tạo vò nhàu, cấu tạo trứng cá hoặc giả trứng cá Ðá vôi có kiến trúc tái kết tinh, thay thế, sinh vật, tàn tích sinh vật, kiến trúc hạt

Ðá vôi ñược kết tủa từ dung dịch thật ở lục ñịa như các hang ñộng, sông suối gọi là tuy vôi, ñá này mềm, xốp

Ðá vôi ñược hình thành từ xác các sinh vật như Huệ biển, Tay cuộn, Trùng lỗ, San hô,

vỏ Sò, Hến gọi là ñá vôi sinh vật Ví dụ: các núi ñá vôi ở vùng Vịnh Hạ Long - Quảng Ninh

do xác san hô tạo thành

Ở Việt Nam ñá vôi gặp nhiều ở các tỉnh phía Bắc là một khoáng sản có ý nghĩa lớn trong nền kinh tế, ñược sử dụng trong nhiều ngành như xây dựng, giao thông, hóa chất, làm chất cải tạo ñất chua trong nông nghiệp

k Ðá hữu cơ:

Phần này chỉ giới thiệu ở một số loại ñá có nguồn gốc hữu cơ có thể ñốt cháy ñược, do vậy chúng còn có tên gọi là ñá cháy Ðá ñược hình thành từ xác sinh vật ñã bị biến ñổi thành vật chất hoàn toàn mới Ðá cháy là nguồn tài nguyên cực kỳ quý giá

- Than bùn: rất nhẹ, xốp màu ñen hoặc màu nâu ñen, còn chứa nhiều di tích thực vật

Than bùn ñược hình thành ở ñầm lầy do sự phân giải không hoàn toàn xác thực vật trong ñiều kiện dư ẩm và thiếu oxy Thành phần hoá học chủ yếu là oxy 30- 38%, cacbon từ 28- 35%, hydrô 5,5%, N = 1-2% có phản ứng rất chua Than bùn ñược sử dụng làm chất ñốt hoặc sản xuất phân bón

- Than ñá: nhiều nhà nghiên cứu về than cho rằng than ñá có nguồn gốc từ than bùn

Trong ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất tăng lên ñầu tiên than bùn biến thành than nâu, sau ñó biến thành than ñá và than chì

Dựa vào tỷ lệ C và các chất bay hơi ñể phân loại thành: than nâu có 69%C, than ñá 82%C và antraxit 95%C

Than ñá là một loại khoáng sản rất quý, ñược sử dụng làm nhiên liệu, nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp

Việt Nam có nhiều mỏ than lớn ở Quảng Ninh, Thái Nguyên, Lạng Sơn

- Dầu mỏ: Dầu mỏ là một loại chất lỏng cháy ñược, màu vàng nâu, nâu sẫm hoặc ñen,

thường có tỷ trọng nhỏ hơn nước Thành phần hoá học chủ yếu của dầu mỏ là C, H, O, S

Tỷ lệ C/H thay ñổi từ 5,7-8,5 Thành phần dầu mỏ chủ yếu là các hợp chất cacbuahyñro loại

CnH2n+2, CnH2n và CnH2n-6 Dầu mỏ thường nằm trong các ñá trầm tích như cát kết, bột kết, sét kết, ñá vôi, gặp ñiều kiện ñịa tầng thuận lợi có thể tạo thành những mỏ dầu có trữ lượng rất lớn Dầu mỏ là khoáng sản rất quý

3.4 Một số khái niệm về ñá trầm tích

+ Tướng ñá: Tướng ñá là một thể ñịa chất bao gồm một hay nhiều loại ñá thành tạo trong những hoàn cảnh ñịa chất nhất ñịnh Thạch học chia tướng ñá trầm tích thành 3 nhóm: lục ñịa, biển và chuyển tiếp, trong các nhóm lại chia chi tiết hơn Khái niệm tướng ñá trước kia chỉ dùng cho ñá trầm tích, nay ñã ñược sử dụng cả trong ñá macma, biến chất

+ Thành hệ trầm tích:

Năm 1761, Fucxen cho rằng: Thành hệ là một tập hợp các ñá thành tạo trực tiếp lên nhau trong ñiều kiện ñồng nhất Ngày nay các nhà ñịa chất cho rằng: Thành hệ là một thể ñịa chất bao gồm một phức hệ (hay một tập hợp tướng), phát sinh trong một chế ñộ kiến tạo và khí hậu nhất ñịnh

Cơ sở ñể phân chia các thành hệ là chế ñộ kiến tạo, từ ñó mà chia ra: các thành hệ miền nền, các thành hệ miền ñịa máng và các thành hệ miền chuyển tiếp

4 Ðá biến chất

4.1 Ðịnh nghĩa và các yếu tố biến chất

Ðá biến chất là ñá macma, ñá trầm tích bị biến ñổi mạnh mẽ trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao và áp suất lớn

Nguyên nhân tạo nên nhiệt ñộ cao và áp suất lớn là những hoạt ñộng ñịa chất diễn ra trong vỏ Trái Ðất như vận ñộng thăng trầm, vận ñộng kiến tạo, hoạt ñộng macma bản thân

ñá biến chất khi bị hạ xuống sâu có thể bị nóng chảy ñể tạo dung dịch macma thứ sinh Từ dung dịch macma thứ sinh lại có thể tạo thành ñá macma

Như vậy, các hoạt ñộng ñịa chất nội và ngoại lực diễn ra bên trong và bên trên vỏ Trái Ðất là nguyên nhân cơ bản làm cho các nhóm ñá chính cấu tạo bên vỏ Trái Ðất không ngừng biến ñổi và có những chuyển hoá tuỳ ñiều kiện cụ thể Mối quan hệ chuyển hoá giữa 3 nhóm

ñá chính ñược thể hiện trong hình III.1

Hình III.1 - Sơ ñồ mối quan hệ giữa ñá macma, trầm tích và biến chất

Về bản chất, ñá biến chất là sản phẩm của những quá trình hoá lý phức tạp diễn ra trong những ñiều kiện vật lý nhất ñịnh như nhiệt ñộ, áp suất và các dung dịch tuần hoàn trong ñá

- Nhiệt ñộ: là một trong những yếu tố chủ yếu dẫn tới quá trình biến chất với cơ chế chính là gây nên những phản ứng hoá học giữa các hợp chất tạo ñá Sự tăng cao của nhiệt ñộ còn làm thay ñổi tính chất vật lý của các khoáng vật và ñá, các khoáng vật và ñá từ cứng chuyển sang mềm hoặc dẫn ñến sự nóng chảy làm cho các khoáng vật và ñá bị biến ñổi mạnh

mẽ Nguyên nhân chắc chắn nhất ñã xác ñịnh là sự hoạt ñộng của các khối dung dịch macma làm cho nhiệt ñộ tăng cao Một nguồn nhiệt nữa là năng lượng toả ra từ các phản ứng hoá học

và phản ứng phân rã của các chất phóng xạ

Các kết quả nghiên cứu gần ñây của Faifơ (1951), Xôbôlep (1964, 1970) xác ñịnh rằng nhiệt ñộ thấp nhất ñể diễn ra biến chất là 3500C, giới hạn trên từ 9000C ñến 10000C

- Áp suất: là một yếu tố biến chất có những tác dụng khá phức tạp Trong vỏ Trái Ðất

có nhiều dạng áp suất khác nhau như áp suất tải trọng (còn gọi là áp suất thuỷ tĩnh), áp suất

Dung dịch macma thứ sinh

ñịnh hướng, áp suất của các dung dịch nước tuần hoàn trong ñá những áp suất này bổ sung cho nhau ñể tạo thành một áp suất chung Trong các áp suất nói trên tác dụng của áp suất tải trọng là nguyên nhân chủ yếugây nên quá trình biến chất áp suất tải trọng ñược tạo ra bởi trọng lượng của các lớp ñá nằm trên ñối với lớp ñá nằm dưới, do vậy áp suất tải trọng tăng dần theo ñộ sâu Các vận ñộng kiến tạo gây nên áp suất ñịnh hướng, thường là rất lớn và gây nên tác dụng biến chất Sự thay ñổi trạng thái của dung dịch tuần hoàn trong ñá cũng gây nên những áp suất có thể ñưa ñến biến chất

Những kết quả nghiên cứu gần ñây ñã xác ñịnh rằng giới hạn dưới ñể gây biến chất là 250-300 atm, giới hạn trên hàng vạn atm ở ñộ sâu 40-60 km, áp suất tải trọng có thể tới 10-15 Kbar (1kbar bằng 1000 bar, 1 bar ≈ 1 atm)

- Dung dịch biến chất:

Trong các khe nứt của ñá thường có những dung dịch hoặc hỗn hợp khí di chuyển Thành phần dung dịch rất phức tạp gồm H2O, CO2, H2, Bo, Cl, F và có vai trò lớn trong hoạt ñộng biến chất Dụng dịch là môi trường thuận lợi ñể diễn ra các phản ứng hoá học, ngoài ra dung dịch cũng gây nên những áp suất bổ sung có khi tới hàng ngàn atm

Sự tác ñộng tổng hợp của các yếu tố biến chất vừa nêu, các ñá và khoáng vật bị biến ñổi theo những dạng biến chất như biến chất cà nát, biến chất nhiệt, biến chất tiếp xúc trao ñổi, biến chất tiêm nhập, biến chất khu vực

Ðá biến chất có các kiểu kiến trúc chính là kiến trúc sót (còn gọi là kiến trúc tàn dư), kiến trúc cà nát và kiến trúc biến tinh ứng với các kiến trúc nêu trên, ñá biến chất có 2 dạng cấu tạo chính là cấu tạo sót và cấu tạo biến chất (thường gặp dạng cấu tạo khối và cấu tạo phiến)

4.2 Thành phần ñá biến chất

a Thành phần hoá học

Mặc dù ñã thay ñổi rất rõ về kiến trúc và cấu tạo so với ñá gốc, nhưng thành phần hoá học vẫn phụ thuộc chặt chẽ vào thành phần hoá học của các ñá gốc Do vậy mà thành phần hoá học của ñá biến chất rất phức tạp vì nó phụ thuộc vào ñá gốc sinh ra nó

b Thành phần khoáng vật

Các khoáng vật chính thường gặp trong ñá biến chất là thạch anh, fenspát, mica, pyroxen, amphibon Trong ñá biến chất có một số khoáng vật ñặc trưng, hàm lượng không cao nhưng chỉ trong ñá biến chất mới có nên ñược coi là khoáng vật chỉ thị của ñá biến chất như: grơnat, anñaluzit, xilimanit Do ñược kết tinh trong ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất cao nên các khoáng vật phần nhiều ở dạng phiến, dạng vảy hoặc dạng tấm Ngoài ra, do các hoạt ñộng biến chất tiếp xúc hoặc trao ñổi nên trong ñá biến chất còn gặp một số khoáng vật chứa nhiều chất bốc Bo, F, Cl như xcapôlit, clorit

Việc nghiên cứu thành phần hoá học và khoáng vật của ñá biến chất có ý nghĩa lớn cho việc phân loại ñá, mặt khác còn giúp cho việc ñánh giá mức ñộ biến chất

4.3 Phân loại ñá biến chất

Các ñá biến chất có nguồn gốc rất khác nhau Các hoạt ñộng biến chất xảy ra phức tạp, nhiều dạng, nhiều mức ñộ biến chất Do vậy việc phân loại ñá biến chất gặp rất nhiều khó khăn, nhiều vấn ñề chưa ñược thống nhất

Nguyên tắc chung ñể phân loại ñá biến chất là dựa vào những dấu hiệu về nguồn gốc, dựa vào trình ñộ (mức ñộ) biến chất, dựa vào thành phần hoá học và khoáng vật

Việc ñặt tên ñá không theo những nguyên tắc chặt chẽ Thông thường tên gọi trước hết thể hiện ñặc ñiểm cấu tạo, sau ñó nêu rõ thành phần khoáng vật chính tạo ñá Dùng một số