9/15/2015
¤3.1 KIẾN TẠO VÀ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT
Chương 3 CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT NỘI SINH
Nội dung:
1. Kiến tạo 2. Cấu trúc địa chất
1. KIẾN TẠO Chuyển động kiến tạo là sự vận động của vỏ trái đất được sinh ra do nội lực.
Chuyển động kiến tạo làm đất đá bị thay đổi kiến trúc, cấu tạo và thế nằm đồng thời tạo ra các dạng địa hình tương phản.
1. Chuyển động thăng trầm: chuyển động nâng lên hạ xuống của vỏ trái đất, thường xảy ra trong phạm vi rộng lớn (lục địa hay một phần lục địa)
2. Chuyển động uốn nếp: hình thành do tác dụng của lực kéo nén kiến tạo (theo chiều tiếp tuyến với mặt đất), đất đá bị biến dạng từ thế nằm ngang sang nằm nghiêng hoặc bị uốn cong mà vẫn giữ tính liên tục (do tốc độ tác dụng chậm, trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao)
3. Chuyển động nứt gãy: khi lực kiến tạo gây ứng suất vượt quá độ bền của đất đá làm cho tầng đá bị nứt nẻ, chuyển dịch và mất tính liên tục
1
9/15/2015
Lục địa trôi dạt
Chuyển động của vỏ quả đất qua các thời kỳ
Dòng đối lưu trong mantle gây ra chuyển động kiến tạo
Hai mảng lục địa đối đầu đội nhau gây ra chuyển động thăng trầm
Hai mảng đối đầu trực diện hoặc bị đẩy ngang do magma gây ra chuyển động uốn nếp
Chuyển động ngang của 2 mảng lục địa gây ra chuyển động thăng trầm tại biên hội tụ. Dãy Himalaya tiếp tục nâng cao (điểm so sánh ký hiệu ô vuông)
Chuyển động uốn nếp, khi khối magma đi lên, đẩy hai mảng của vỏ quả đất ra xa nhau, tạo ứng suất tác dụng lên đất đá theo phương ngang làm cho đá bị vò nhàu, uốn nếp.
2
9/15/2015
Hội tụ, tách dãn, chuyển dịch ngang
Các dạng nếp uốn chính
Nếp lõm
Nếp lồi
Phức nếp uốn
Lực kiến tạo gây biến vị đất đá
Nguyên nhân làm cho các lớp đá uốn nếp được:
◦ Xảy ra ở độ sâu lớn, áp lực giữ cao, nhiệt độ lớn đá thể hiện tính dẻo
◦ Lực kiến tạo tác dụng chậm và lâu dài đá bị biến dạng dẻo
3
9/15/2015
Các yếu tố hình học của nếp uốn
Các yếu tố thế nằm của tầng đá
Đứt gãy thuận
Các loại kẽ nứt Kẽ nứt căng (tension
jont)
Kẽ nứt cắt (shear join) Kẽ nứt tách
◦ Tách phá (strike
joint)
◦ Tách chảy (dip joint)
Đứt gãy nghịch
Đứt gãy nghịch chờm
4
9/15/2015
Đứt gãy ngang
Địa luỹ, địa hào
Đứt gãy - Các yếu tố đặc trưng cho đứt gãy
S: Cự ly dịch chuyển tương đối
N: Cự ly dịch chuyển ngang
H: Cự ly dịch chuyển đứng
A: Cánh hạ
2. Cấu trúc địa chất • Cấu trúc – toàn bộ nói chung những quan hệ bên trong giữa các thành phần tạo nên một chỉnh thể (từ điển tiếng Việt của Viện NNH)
B: Cánh nâng
B
N
: góc nghiêng mặt trượt
A
H
S
• Cấu trúc địa chất của một khu vực - đặc điểm về sự phân bố và phát triển địa chất chung của một khu vực bao gồm các đặc thạch học, kiến trúc, điểm về địa tầng, khoáng sản và những vấn đề có liên quan với địa chất (từ điển địa chất-NXB KH và KT)
Các yêu cầu cần khi học
Chuyển động kiến tạo là gì, kiến tạo mảng và các chuyển động kiến tạo thứ sinh (chuyển động thăng trầm, uốn nếp, đứt gãy)?
Vì sao đá cứng, giòn mà uốn nếp được? Cấu trúc địa chất của một vùng là gì và
thông tin đó dùng để làm gì?
- Cấu trúc địa chất của một khu vực là sự phân bố của các thành phần của cấu trúc theo những quan hệ địa chất chặt chẽ về mặt địa tầng, thạch học, kiến tạo. - Các thành phần của cấu trúc địa chất bao gồm các lớp trầm tích, các thể xâm nhập được sắp xếp theo các quan hệ nếp uốn, đơn nghiêng, các lớp nằm ngang và các đứt gãy kiến tạo - Cấu trúc địa chất được thể hiện cụ thể thông qua các mặt cắt địa chất. -Thông tin về cấu trúc địa chất của một vùng là cơ sở để thiết kế, xây dựng công trình hợp lý trong vùng đó.
5
9/15/2015
¤3.2. ĐỘNG ĐẤT
Nội dung: 1. Nguyên nhân động đất 2. Độ mạnh động đất và các yếu tố ảnh hưởng 3. Dự báo động đất 4. Các biện pháp phòng chống khi XDCT
Earthquake in Japan 2011
1. Nguyên nhân động đất
Động đất là sự chấn động của vỏ quả đất, gây ra do một số nguyên nhân:
Do chuyển động kiến tạo Chấn tâm và chấn tiêu của động đất Chấn tiêu thường cách mặt đất < 20km Đứt gãy thường 1- 10km
Động đất do chuyển động kiến tạo: các mảng dịch chuyển đụng vào nhau giải phóng năng lượng động đất. Đặc điểm: phổ biến, cường độ mạnh, quy mô lớn.
Động đất do núi lửa: do magma, hơi, khí đi lên, bị tắc lại, có xu hướng được giải phóng nổ động đất. Đặc điểm: cường độ và phạm vi ảnh hưởng không lớn, xảy ra không nhiều.
Động đất do đất sụt: do sụt các khối đất trên các hang động, hầm mỏ. Đặc điểm: Cường độ nhỏ, ảnh hưởng hẹp.
Động do hoạt động con người: nổ bom, mìn, hồ chứa
Làm sập công trình: San Francisco 1906, CA 7.8 M, 1500 Deaths
Hậu quả của động đất a. Tác động trực tiếp làm sập công trình gây
chết người
b. Làm hỏng hệ thống đường ống, chập điện
gây cháy
c. Gây trượt đất và lún mặt đất;
d. Gây hoá lỏng nền cát làm mất khả năng
chịu tải;
e. Gây sóng trong hồ chứa làm vỡ đập;
f. Gây ra sóng thần ở biển khơi.
6
9/15/2015
Nứt, lún mặt đất
Làm sập công trình: Japan 2011, hơn 12.000 người chết
Trượt lở do động đất
Sóng thần: The tsunami caused by the December 26, 2004 Ao Nang, Thailand
Sự hình thành sóng thần
T s u n a m i !
7
9/15/2015
Các yếu tố của động đất
Các loại sóng động đất
Tâm động đất (chấn tiêu): sinh động đất,
◦ Sóng dọc (P-wave) ◦ Sóng ngang (S-wave) ◦ Sóng thứ sinh – sóng bề mặt
nơi phát trong lòng đất Tâm ngoài
(chấn tâm):
vùng mặt đất gần chấn tiêu Tia địa chấn: tia lan truyền sóng từ tâm ra xung quanh Cường độ động đất: phản ánh năng lượng giải thoát
Các mô hình dao động của sóng
Sự phân bố động đất trên thế giới
Earthquakes generate several kinds of seismic waves including P, for "Primary" and S, for "Secondary" waves.
P Waves (sóng dọc)
The P waves move in a compressional motion similar to the motion of a slinky, while the S waves move in a shear motion perpendicular to the direction the wave is travelling. S Waves (sóng ngang)
2. Độ mạnh động đất và các yếu tố ảnh hưởng
◦ Thang Richter
Dựa vào biên độ giao động của sóng động đất
Độ mạnh của một trận động đất được
đánh giá bởi 2 thành phần: ◦ Cường độ năng lượng giải phóng ở chấn
đo được bằng địa chấn ký. M = lgA(mm) + (khoảng cách hiệu chỉnh đến chấn tiêu) Thang Richter không có giới hạn trên.
◦ Thang MSK64.
tâm (magnitude) Theo Richter và Beno Gutenberg: Log E = 11.8 + 1.5 M
Do Međvedev; Sponheir; Karnik đề xuất Chia làm 12 cấp dựa vào thống kê sự phá hoại
trên mặt đất (xem giáo trình)
◦ Thang MCS
Do Mercalli; Cancani; Sieberg đề xuất Chia làm 12 cấp cũng dựa vào thống kê sự phá
hoại trên mặt đất
◦ Mức độ phá hoại trên mặt đất (intensity) ◦ Ở Việt Nam trước đây magnitude được đánh giá gián tiếp thông qua khái niệm “độ mạnh cơ bản” còn độ mạnh đánh giá theo sự phá hoại trên mặt đất gọi là độ mạnh thực tế
8
9/15/2015
Modified Mercalli Scale
Các yếu tố ảnh hưởng tới độ mạnh động đất
◦ Chiều dài đứt gãy; ◦ Biên độ dịch chuyển; ◦ Thời gian kéo dài động đất; ◦ Khoảng cách tới tâm động đất… ◦ Địa hình địa mạo; ◦ Chiều sâu mực nước ngầm; ◦ Quy mô, đặc điểm công trình.
Intensity Verbal Description Magnitude Witness Observations I instrumental 1 to 2 Detected only by seismographs II 2 to 3 Noticed only by sensitive people Feeble III 3 to 4 Resembling vibrations caused by heavy traffic Slight IV Felt by people walking; rocking of free standing objects Moderate 4 V Rather Strong 4 to 5 Sleepers awakened and bells ring VI Strong 5 to 6 Trees sway, some damage from overturning and falling object VII General alarm, cracking of walls Very Strong 6 VIII 6 to 7 Chimneys fall and there is some damage to buildings Destructive IX Ground begins to crack, houses begin to collapse and pipes break Ruinous 7 X Disasterous 7 to 8 Ground badly cracked and many buildings are destroyed.There are some landslides XI Very Disasterous 8 Few buildings remain standing; bridges and railways destroyed;water, gas, electricity and telephones out of action. XII Catastrophic 8 or greater Total destruction; objects are thrown into the air,much heaving,shaking and distortion of the ground
Thang Richter
Thang độ mạnh Mercalli
Gia tốc chấn động
Độ mạnh Richter
Tương đương thang Mercalli
<3.5
< 1 cm/s2
I
3.5
II
2.5 cm/s2
4.2
III
4.5
10 cm/s2
IV
4.8
25 cm/s2
V
5.4
50 cm/s2
VI
6.1
100 cm/s2
VII
6.5
VIII
Mức 1: Không cảm nhận được sự rung động. Mức 2: Có thể cảm nhận được khi đang nằm nghỉ hoặc ở trên nhà cao tầng. Mức 3: Hoàn toàn có thể cảm nhận được nếu đang ở trong nhà Mức 4: Đồ vật trong nhà bị rung động, người đang ngủ giật mình tính giấc. Mức 5: Rung động như có đoàn tàu chạy qua gần nhà, bát đĩa có thể bị vỡ Mức 6: Mọi người hoảng sợ chạy ra khỏi nhà, cửa kính, bát đĩa rơi vỡ, Mức 7: Đồ đạc đổ vỡ, nhà kiên cố hư hỏng nhẹ. Nhà tạm hư hỏng nặng Mức 8: Nhà kiên cố đổ vỡ từng phần, nhà kém, ống khói, tượng đài đổ Mức 9: Các công trình lớn bị hư hỏng, xô lệch khỏi móng, nhiều nhà bị sập
250 cm/s2
6.9
IX
đổ
7.3
500 cm/s2
X
8.1
750 cm/s2
XI
> 8.1
980 cm/s2
XII
Mức 10: Phần lớn các ngôi nhà đều bị phá hủy cùng móng, đường ray hỏng Mức 11: Hầu hết các công trình đều bị hư hỏng, cầu sập, đường ray hỏng. Mức 12: Mọi thứ đều bị phá hủy, mặt đất gợn sóng
Các nhà địa chấn nghiên cứu quan hệ định lượng giữa cấp động đất và các tham số vật lý đặc trưng cho dao động nền: gia tốc (a), vận tốc (v) và biên độ (A) và cho kết quả dưới đây:
Tần suất động đất: số lần động đất xảy ra trên một đơn vị thời gian. Tần suất thể hiện tính chu kỳ, mức độ lặp lại của động đất
Thời gian chấn động: khoảng thời gian kéo dài của một đợt chấn động
9
9/15/2015
Chu kỳ động đất của Sumatra
Địa chấn ký đo độ mạnh
Địa chấn ký đo độ mạnh
Toán đồ xác định M
The diagram below demonstrates how to use Richter's original method to measure a seismogram for a magnitude estimate in Southern California:
4. Các biện pháp phòng chống khi XDCT
3. Dự báo động đất
Các dấu hiệu dự báo động đất:
Tỷ số giữa sóng P (sóng dọc) và sóng S
(sóng ngang) (đo bằng máy địa chấn);
Sự thay đổi hình thái vỏ trái đất gần khu vực
Chọn vị trí xây dựng: vùng có địa hình bằng phẳng, ít bị chia cắt, cấu tạo địa chất đơn giản, xa các đới và các phá hủy kiến tạo, mực nước dưới đất ở sâu, móng công trình nên đặt trên đá gốc…
đứt gãy hoạt động;
Trong nước dưới đất xuất hiện các khí trơ,
lưu huỳnh;
Chọn loại vật liệu: nhẹ, dễ đàn hồi, có tần số dao động khác với tần số dao động của động đất…
Chọn kết cấu công trình: chắc chắn, đối
Số liệu phân tích của các đứt gãy sinh chấn Hành vi bất bình thường của động vật
xứng, trọng tâm ở thấp
Tính toán thiết kế có xét đến lực động đất
10
9/15/2015
Vùng tối của sóng dọc do khúc xạ và cũng nhờ đó xác định được kích thước của nhân quả đất
Sóng địa chấn (sóng ngang) không truyền trong chất lỏng, tạo nên vùng tối mà nhờ đó xác định được kích thước và trạng thái vật chất lỏng của nhân quả đất
Yêu cầu khi học
- Nguyên nhân gây ra động đất và giải thích được tác động của từng nguyên nhân, độ lớn (quy mô) của các trận động đất do các nguyên nhân đó gây ra.
- Các loại sóng động đất, ý nghĩa của việc nghiên
cứu, đo ghi các loại sóng đó
- Phân biệt được “độ mạnh động đất” đánh giá theo năng lượng giải phóng ở tâm và theo mức độ phá hoại trên mặt đất
- Dấu hiệu dự báo động đất và các giải pháp
phòng chống động đất
11
