CHUONG 3 tổng quan về trái đất phần2

Thành phần địa hóa của Trái Đất Vỏ Trái đất được cấu tạo bởi các vật chất tồn tại trong các trạng thái khác nhau, chúng kết hợp với nhau theo nhiều cách khác nhau đẻ tạo nên các lớp khác

Trang 1

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

Chương 3: TỔNG QUAN VỀ TRÁI ĐẤT

PHẦN 2- THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA VỎ TRÁI ĐẤT

ĐỊA CHẤT ĐẠI CƯƠNG PHYSICAL GEOLOGY

CBGD : TS Nguyễn Trung Chí Email : chint @pvu.edu.vn

Trang 2

Địa chất Đại Cương

Nội dung

Trang 3

3.2.1 Thành phần địa hóa của Trái Đất

Vỏ Trái đất được cấu tạo bởi các vật chất tồn tại trong các trạng thái khác nhau, chúng kết hợp với nhau theo nhiều cách khác nhau đẻ tạo nên các lớp khác nhau của vỏ TĐ nói riêng và TĐ nói chung

Thành phần cơ bản nhất của vỏ TĐ là các nguyên tố hóa học, chúng tòn tại trong vỏ dưới dạng phân tán không đồng đều, kết hợp với nhau để tạo thành các khoáng vật và đất đá khác nhau

Hầu hết các ng.tố trong bảng tuần hoàn mendeleev đều có mặt trong thành phần của vỏ TĐ, trong số đó chỉ có một số ít các nguyên tố đong vai trò tạo đá và tạo các lớp vỏ TĐ

Năm 1889, W.Clark lần đầu tiên phân tích và tính toán hàm lượng

trung bình % trọng lượng nguyên tử của 50 nguyên tố chủ yếu

trong vỏ TĐ- gọi là số Clark Sau này các nhà địa hóa và máy tính

đã phân tích và tính toán lại cho kết quả không sai khác với trị số Clark này

3.2 Thành phần vật chất của vỏ Trái Đất

Trang 4

TS Nguyễn Trung Chí

3.2.1 Thành phần địa hóa của Trái Đất

Trong số hơn 100 nguyên tố của Vỏ Trái đất thì chỉ có 8 nguyên tố chính sau đây chiếm 98,03% trọng lượng của vỏ lục địa (Chernicoff

&Whitney, 2007):

1 Oxy (O): 45,2%Wt 6 Natri (Na): 2,32%

2 Silic (Si): 27,2% 7 Kali (K) : 1,68%

3 Nhôm (Al): 8,0% 8 Magnesium (Mg): 2,77%

Trang 5

3.2.2 Khoáng vật

3.2.2.1 Khoáng vật và thành phần hóa học của chúng:

Thuật ngữ khoáng vật (mineral) được dùng trong địa chất để chỉ “các

chất rắn được thành tạo trong tự nhiên có cấu trúc tinh thể đặc

trưng và thành phần hóa học nhất định ”

+ Cấu trúc tinh thể : vật chất trong tự nhiên tồn tại ở 3 trạng thái :

rắn, lỏng, khí; các nguyên tử trong chất khí và lỏng chuyển động hỗn loạn, còn trong chất rắn thường liên kết với nhau theo những

hình thái có trật tự Hình thái cấu trúc đó gọi là cấu trúc tinh thể

Những chất rắn có cấu trúc tinh thể được gọi là tinh thể (crystal) Còn chất rắn không có cấu trúc tinh thể gọi là chất vô định

hình(amorphous) ví dụ, thủy tinh

Tất cả các khoáng vật đều là tinh thể và cấu trúc tinh thể của

một KV là đặc trưng riêng của khoáng vật đó

Trang 6

+ Định nghĩa khoáng vật : một hợp chất được gọi là khoáng vật phải

thỏa mãn các điều kiện sau :

nhân tạo)

b) Phải là chất rắn (không tính đến chất khí và lỏng)

c) Phải có thành phần hóa học nhất định hoặc một hỗn hợp các nguyên

tố hóa học hoặc chỉ một nguyên tố

d) Phải có cấu trúc tinh thể đặc trưng ( loại trừ tất cả các chất vô định hình)

- Dạng khoáng vật ( mineraloid) là thuật ngữ để chỉ một số chất rắn trong tự nhiên hoặc không có thành phần nhất đinh, nhưng có cấu trúc tinh thể riêng, hoặc cả hai, ví dụ thủy tinh núi lửa, opal, canxedon…

6

Trang 7

- Khoáng vật đa hình (polymorphous): mỗi KV có một cấu trúc tinh

thể nhất định Tuy nhiên, một số hợp chất có thể tạo thành 2 hoặc nhiều khoáng vật khác nhau do các ion/nguyên tử liên kết với nhau theo nhiều kiểu cấu trúc tinh thể khác nhau, Ví dụ: than đá, graphit, kim cương; thạch anh 3 phương hay thạch anh 6 phương…những hợp chất hóa học mà có thể tạo ra nhiều hơn 1 loại cấu trúc tinh thể được gọi là khoáng vật đa hình:

Trang 8

3.2.2.2 Tính chất vật lý của KV : mỗi khoáng vật được đặc trưng

bởi một cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học riêng biệt và vì vậy

sẽ có những tính chất vật lý riêng biệt Để xác định được cấu trúc tinh thể KV người ta dùng máy XRD, để xác định thành phần hóa học dùng XRF, microsond, PT hóa học…, KV có các t/c vật lý sau :

- Hình dạng tinh thể : là sự biểu hiện hình thái bên ngoài của một

khoáng vật, phản ánh sự sắp xếp theo quy luật nào đó của các nguyên tử/ion bên trong KV Một số KV có hình dạng tinh thể đặc trưng và được sử dụng như là một tiêu chí nhận dạng Tuy nhiên, trong quá trình tạo đá, quặng, các KV kết tinh bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố (P, T, tạp chất…) nên ít khi phát triển thành những KV

hoàn chỉnh mà thường là các tập hợp tinh thể mọc xen (symplectite)

có hình dạng không hoàn chỉnh hoặc hình dạng đặc biệt

Trang 9

3.2.2.2 Tính chất vật lý của Khoáng vật :

- Màu KV: là một trong những đặc trưng nổi bật nhất của KV, tuy

nhiên nó không phải là một tiêu chí để nhận dạng khoáng vật, vì mỗi KV có thể có nhiều màu khác nhau, hay nói cách khác nhiều

KV có màu giống nhau.

- Ánh (luster): của KV là mức độ phản xạ ánh sáng của bề mặt

của một KV Ví dụ các KV có sự phản xạ ánh sáng như kim loại

thì gọi là ánh kim Các KV không có ánh kim được mô tả bằng nhiều tên gọi khác nhau như ánh thủy tinh, ánh ngọc trai, ánh lụa,

Trang 10

3.2.2.2 Tính chất vật lý của Khoáng :

thu được bằng cách xát khoáng vật lên một miếng sứ không tráng men (gọi là bản gốm, bản thử vết vạch) Mặc dù, màu của KV có thể biến đổi nhưng màu vết vạch của nó thường không đổi, do đó nó là tiêu chí nhận dạng đáng tin cậy Màu vết vạch còn hỗ trợ phân biệt KV có ánh kim (thường có màu vết vạch sẫm đậm) với KV có ánh không kim loại

- Độ cứng (hardness): là một trong những dấu hiệu nhận dạng khoáng vật quan trọng là độ cứng và khả năng chống bào mòn xây xước Độ

cứng của KV được xác định theo 2 thang độ cứng tương đối (thang độ cứng Mosh) và tuyệt đối Thông thường các nhà địa chất sử dụng

thang độ cứng Mosh theo các giá trị độ cứng 1-10 tương ứng với độ cứng của các khoáng vât sau: 1-Talc; 2- Thạch cao; 3-calcit; 4- Fluorit; 5- Apatit; 6-Orthoclas;7- Quartz; 8- Topaz; 9- Corundum; 10- Diamond

10

Trang 11

liên kết nguyên tử yếu trong cấu trúc tinh thể KV, gọi là mặt cát khai ,

Mặt cát khai của KV thường nhẵn và được tạo ra theo một phương nhất

đinh (gọi là phương cát khai) khi KV bị dập vỡ KV có thể có 1 hoặc 2-

3 phương cát khai cắt vuông góc hoặc chéo nhau (gọi là góc cát khai)

tạo nên các mảnh KV có cùng hình dạng với KV ban đầu Có những khoáng vật không có tính cát khai, khi bị vỡ thì sẽ vỡ thành các mảnh

có hình dạng khác nhau Mức độ cát khai được phân biệt : Cát khai rất hoàn toàn, cát khai hoàn toàn, không hoàn toàn và không cát khai

- Vết vỡ (fracture): các khoáng vật không cát khai bị vỡ thường tạo ra

vết vỡ, được phân ra các loại vết vỡ bậc thang, vết vỡ mặt nhẵn và

cong (conchoidal), vết vỡ nham nhở, vết vỡ vỏ sò.

Trang 12

- Trọng lượng riêng ( tỷ trọng) : là tỷ lệ khối lượng

của KV trên một đơn vị thể tích nước ở 4oC Tỷ trọng của KV được quyết định bởi loại nguyên tử

và cấu trúc tinh thể và mức độ chồng khít của chúng trong cấu trúc tinh thể Đơn vị : g/cm3

Trang 13

3.2.2.3 Các nhóm Khoáng vật :

A- Nhóm silicat: là nhóm khoáng vật lớn nhât chiếm 95% trọng

lượng vỏ Trái đất với thành phần chủ yếu là Si và Oxy kết hợp với các cation nhôm, magie, sắt, calci…các khoáng vật tạo đá quan trọng như thạch anh, feldspat, olivin, pyroxen, amphibol, mica, garnet, foid.

B Nhóm carbonat: bao gồm các KV chứa gốc anion (CO3)-2 kết hợp với các cation Ca+2, Mg+2, Fe+2 tạo nên các KV calcit, aragonit, dolomit, siderit…Carbonat là trầm tích phổ biến trong môi trường biển, đại dương như đá vôi, dolomit, ngoài ra còn có các đá carbonat bị biến chất như đá hoa, nguồn gốc magma như carbonatit.

Trang 14

-2 như alhydrit, thạch cao, barit, KV sulfat nói chung thành tạo trong môi trường trầm tích bốc hơi và môi trường nhiệt dịch đi cùng với các KV quặng sulfur, nhóm KV sulfat cũng bao gồm cả các KV gốc cromat, molibdat, selenat, volframat…

D Nhóm halogenua: các KV nhóm này là các muối tự nhiên bao gồm

halit, sylvit, fluorit , tương tự như kv nhóm sulfat được thành tạo trong môi trường bốc hơi các hồ nước mặn, biển kín khô cạn và nhiệt dịch

E Nhóm Oxyt: bao gồm các KV oxyt và hydroxyt, chúng là các KV

quặng kim loại có giá trị và dễ tách tuyển trong khai thác chế biến như magnetit, cromit, volframit, cassiterit, ilmenit, …Các khoáng vật này được thành tạo chủ yếu trong môi trường magma thực sự, nhiệt dịch,

và quá trình phong hóa…

14

Trang 15

trọng như các sulfur sắt –pyrit, sulfur đồng –chalcopyrit, sulfur niken- pentlandit, sulfur chì, kẽm - galenit, sfalerit…Nhóm sulfur bao gồm cả các khoáng vật: selenua, teluarua, asenua, antimonua, bismuthinua và các sulfo muối

G Nhóm photphat: trên thực tế bao gồm bất kỳ khoáng vật nào với đơn

vị tứ diện AO4 trong đó A có thể là photpho, Sb, As hay V, phổ biến nhất

là apatit, P là một nguyên tố quan trọng về sinh học Có các KV photphat, molybdat, asenat, vanadat và antimonat…

H Nhóm nguyên tố tự nhiên: bao gồm các kim loại (Au,Ag, Cu,

Fe,Pt…),á kim hay phi kim loạinhư Sb, Bi, graphit, S… nhóm này cũng bao gồm các hợp kim tự nhiên như electrum Au, Ag, các photphua, nitrua và cacbua…

Trang 16

thành tạo từ sinh vật như các oxalat, mellitat, citrat, xyanat, axetat, format, hydrocarbon và nhiều chất khác VD, whelwelit, moolooit, mellit,fitchtelit, carpathit, evenkit và albelsonit

3.2.2.4 Cấu trúc tinh thể Khoáng vật: Bất kỳ tinh thể nào cũng có

đã hình thành nên cấu trúc mạng tinh thể Có thể hiểu rằng mạng

không gian là vô hạn Còn các tinh thể là những phần nhỏ của các

mạng không gian được giới hạn bởi các mặt Giao tuyến của các mặt gọi là cạnh, giao điểm của các cạnh gọi là đỉnh Mỗi một ion hoặc nguyên tử hoặc phân tử chiếm một vị trí nhất định trong mạng, hai ion (nguyên tử) cạnh nhau xác định một hàng (chuỗi) mạng

16

Trang 17

Các chuỗi mạng trong tinh thể (a) và mặt mạng trong tinh thể (b)

- Mỗi một ion hoặc nguyên tử hoặc phân tử chiếm một vị trí nhất định

trong mạng, hai ion (nguyên tử) cạnh nhau xác định một hàng (chuỗi)

mạng (hình a).

- Khoảng cách a giữa hai nút mạng gọi là thông số chuỗi Các hàng

mạng (chuỗi mạng) song song với nhau có thông số chuỗi bằng nhau

Trang 18

3.2.2.4 Cấu trúc tinh thể Khoáng vật :

- Những cạnh thật hoặc cạnh

có thể có của tinh thể bao

giờ cũng ứng với chuỗi

mạng có mật độ nút mạng

cao (có thông số chuỗi bé)

- Qua 3 nút mạng không

nằm trên cùng một chuỗi

mạng xác định một Mô hình biểu diễn các kiểu mặt và cạnh có thể có liên quan

mặt mạng Mặt thật hoặc mặt có thể có đến cấu trúc ô mạng của tinh thể

của tinh thể bao giờ cũng ứng với mặt mạng có mật độ nút mạng cao

Trang 19

3.2.2.4 Cấu trúc tinh thể Khoáng vật : Ô mạng cơ sở là khái niệm

dùng để chỉ một phần hữu hạn của mạng không gian Nó có thể đại diện cho toàn bộ mạng không gian của tinh thể Nhà bác học Bravais đã chứng minh được rằng trong thế giới cấu trúc mạng tinh thể của vật

Trang 20

Dựa vào sự sắp xếp và đặc tính liên kết giữa các nguyên tử và ion trong cấu trúc tinh thể, người ta chia cấu trúc của các loại tinh thể khoáng vật ra các lớp như sau:

a) Tứ diện đơn: Tứ diện [SiO4]-4 là một ô mạng độc lập gồm 4 ion O-2 liên kết với 1 cation Si+4 Các khoáng vật có cấu trúc tứ diện độc lập này điển hình là nhóm KV Olivin (Fe,Mg)[SiO4] và granat - các khoáng vật trong nhóm này có cùng cấu trúc ô mạng nhưng có các ion kim loại khác nhau có thể thay thế cho nhau- gọi là sự thay thế đồng hình

Trang 21

b) Cấu trúc tinh thể dạng mạch đơn:

Trong cấu trúc tinh thể này thì các tứ diện [SiO4]-4 được liên

kết với nhau qua đỉnh thành một mạch đơn (single chains).

Trong đó 2 góc của mỗi tứ diện nối

với nhau tạo thành một ô mạng cơ sở

với tỷ lệ Si : O là 1:3 [Si2O6]-4 Đại diện

điển hình nhất của cấu trúc này là nhóm

KV pyroxen, thành viên cuối của nhóm

là augit (Ca,Na)(Mg,Fe+3, Fe+2, Al)[Si2O6]

Trang 22

c) Cấu trúc tinh thể dạng mạch kép: cấu trúc dạng mạch kép được hình

thành khi 2 mạch đơn liên kết với nhau bằng cách chia sẻ nguyên tử oxy qua góc thứ 3 của tứ diện

tạo nên cấu trúc mạch kép

(double chains) [Si4O11]-6 đặc trưng

cho nhóm KV amphibol, trong đó

thành viên Hornblend là phổ biến

nhất vớib công thức KV:

Ca2(Mg,Fe,Al)5[Al,Si)8O22](OH)2

Sự gắn kêt yếu giữa các mạch kép bởi các cation tạo nên các cát khai đặc trưng của khoáng vật này.

Trang 23

d) Cấu trúc tinh thể dạng lớp : trong cấu trúc lớp các tứ diện Silicat nối

với nhau tạo thành các lớp với cấu trúc hình 6 cạnh cân xứng

Ba nguyên tử oxy của mỗi tứ diện liên kết với các ion khác và để lại 1 ion trống nằm phía ngoài của lớp Tỷ lệ Si: O là 2:5 tạo nên cấu trúc tứ

diện siliccat dạng lớp (sheet)- [Si2O5]-2 Các lớp tứ diện gắn silicat liên kết với nhau bằng các cation nối các mặt oxy điện tích âm

Trang 24

d) Cấu trúc tinh thể dạng lớp : các lớp liên kết xếp chồng lên nhau tạo ra

cấu trúc lớp của khoáng vật Các KV đặc trưng cho cấu trúc này là mica, talc, khoáng vật sét, serpentine:

KV nhóm mica phổ biến nhất có:

Mica đen – biotit, mica- trắng-

muscovit, mica nâu- phlogopit,

Mica hồng- lepidolit, mica

xanh-Fuchsit (vecdit) Đặc tính cát khai

mạnh của mica chính là do sự liên

kết yếu của ion Kali giữa các lớp

Trang 25

e) Cấu trúc khung: là sự sắp xếp 3 chiều của các tứ diện, trong đó, 2 tú

diện cạnh nhau đều có chung một hệ oxy, theo một tỷ lệ silic : oxy = 1 :2 tạo nên cấu trúc [SiO2] theo khung 3 chiều (3-D frameworks of tetrahedra) của các tứ diện silicat Đặc trưng cho cấu trúc khung là

nhóm KV thạch anh, feldspat, feldspathoid (foid), zeolit

Định dạng
Số trang	51
Dung lượng	2,22 MB