Bài giảng Địa chất công trình - Chương 1: Các loại đất đá và địa tầng

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Giáo trình và tài liệu tham khảo:

Nội dung:  Chương 1. Các loại đất đá và địa tầng  Chương 2. Các hiện tượng địa chất ngoại

sinh

1. Trường Đại học Thuỷ lợi, Địa chất công trình, NXB Xây dựng, 2002

 Chương 3. Các hiện tượng địa chất nội sinh  Chương 4. Những đặc trưng kỹ thuật của đất

và đá

2. Bộ môn Địa kỹ thuật – Trường Đại học Thủy lợi, Cơ sở địa chất công trình và môi trường, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ, 2010

 Chương 5. Nước dưới đất và ảnh hưởng của

nó đến xây dựng công trình

3. Alan E.Kehew, bản dịch: Địa chất học cho kỹ sư xây dựng và cán bộ kỹ thuật môi trường, NXB Giáo dục, 1998

 Chương 6. Khảo sát địa chất công trình  Chương 7. Địa chất và xây dựng

4. GVC. Nguyễn Uyên, PGS. TS. Trịnh Minh Thụ - Sổ tay Địa chất thủy văn, 2012

5. https://sites.google.com/site/geotechnical2011

There are three Types of rocks

Chương 1

CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT VÀ ĐỊA TẦNG

4

Nội dung nghiên cứu:

§1.1 ĐÁ MAGMA

1. Quá trình magma và sự hình thành đá magma

2. Quá trình trầm đọng và sự hình thành đá trầm tích

3. Quá trình biến chất và sự hình thành đá biến chất

4. Địa tầng và thời gian địa chất

1

Nội dung nghiên cứu: 1. Quá trình magma và sự hình thành đá magma

2. Phân loại đá magma

3. Thành phần khoáng vật của đá magma

4. Kiến trúc, cấu tạo của đá magma

5. Thế nằm của đá magma

I/ Quá trình magma và sự hình thành đá magma:

 Dung dịch magma là những dung dịch silicate nóng chảy được hình thành trong lòng đất (30- 150km), có chứa hầu hết tất cả các nguyên tố, kể cả các chất dễ bay hơi, hơi nước

 Dung dịch magma được phát sinh do nhiệt độ tăng lên đột ngột (do các phản ứng phân rã hạt nhân hoặc do va chạm các lục địa)  Khi magma đâm thủng quả đất, chảy trên mặt đất thì được gọi là dung nham.

1. Sự hình thành đá magma: Dung dịch magma sinh ra trong lòng đất, tại những nơi gọi là lò magma (magma pool), đi lên (rising) và mất nhiệt, nguội lạnh và đông cứng tạo đá magma.

Sự hình thành: - Lò magma

- Dung dịch magma

- Dung nham

- Nhiệt độ

2

2. Phân loại đá magma: Thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, điều kiện thành tạo và các tác động thứ sinh trong quá trình tồn tại của đá magma có ý nghĩa quan trọng, quyết định các đặc tính vật lý, cơ học của chúng. Dựa trên các cơ sở đó người ta chia đá magma ra các loại khác nhau. a. Theo điều kiện thành tạo Đá magma xâm nhập





Xâm nhập sâu Xâm nhập nông





Đá magma phun trào Phun trào cổ Phun trào trẻ

b. Theo thành phần hóa học (dựa vào hàm lượng SiO2) Đá magma axit: Đá magma trung tính: Đá magma bazơ: Đá magma siêu bazơ:

SiO2>65% SiO2=55% ÷ 65% SiO2=45% ÷ 55% SiO2<45%

II. Thành phần khoáng vật của đá magma

Dạng kết tinh: hình thành do sự kết tinh của các nguyên tố hóa học thành những tinh thể gắn kết lại với nhau. Đặc điểm: có nhiệt độ nóng chảy nhất định, tới nhiệt độ đó vật chất chuyển sang dạng lỏng và thu nhiệt.

Khoáng vật là những vật thể ở trạng thái rắn, có các tính chất vật lý đồng nhất, có thành phần hóa học xác định, thường là một kiểu phân tử hóa học hoặc hỗn hợp đồng nhất của vài ba kiểu phân tử hóa học trong một giới hạn hẹp. Khoáng vật thông thường có thể ở trạng thái kết tinh, nhưng cũng có thể ở trạng thái vô định hình. Khoáng vật là thành phần của các loại đá cấu tạo nên vỏ Trái đất (từ điển Bách khoa toàn thư)

Thạch anh, SiO2

Dạng vô định hình: các phân tử vật chất tạo thành khoáng vật không sắp xếp theo một trật tự có tính quy luật trong không gian (hay không tạo thành mạng tinh thể). Đặc điểm: có tính đẳng hướng, khi nung nóng trạng thái thay đổi từ từ, mềm dần rồi chuyển sang trạng thái lỏng

Muscovite (Mica), KAl2[Si3O10](OH)2

1. Thành phần khoáng vật chủ yếu: -Orthoclase: 40% -Thạch anh: 33% -Plagioclase: 13% -Mica: 9% -Hornblende: 5% 2. Thành phần khoáng vật thứ yếu: zircon, tuarmaline…

3. Khoáng vật thứ sinh: xerixit, clorit, kaolinite…

* Về nguồn gốc thành tạo, các khoáng vật tạo đá được phân ra: -Khoáng vật nguyên sinh: là những khoáng vật hình thành từ các phần tử cơ bản trong các quá trình magma, trầm tích và biến chất -Khoáng vật thứ sinh: thành tạo ở các thời gian sau, do sự biến đổi của khoáng vật nguyên sinh * Khoáng vật của đá magma còn được chia: -Khoáng vật sáng màu (nhóm Salic): thạch anh, feldspar… -Khoáng vật sẫm màu (nhóm Femic): amfibole, pyroxen và biotite… Các khoáng vật nội sinh, nguyên sinh, chủ yếu là khoáng vật lớp silicate. Các khoáng vật sinh sau do kết tủa từ dung dịch lưu thông trong kẽ nứt, lỗ hổng của đá magma – hàm lượng không đáng kể.

3

 Đặc điểm chung của khoáng vật tạo đá magma:

- Là khoáng vật nội sinh - Là khoáng vật nguyên sinh - Dễ bị biến đổi trong điều kiện môi trường

Khoáng vật sẫm màu

Thành phần SiO2 (K,Na,Ca)(Al,Si)4O8 KAl2AlSi3O10(OH)2 K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 Mg-Fe silicates

Tên khoáng vật Thạch anh Feldspar Muscovite Biotite Mafics

Khoáng vật sáng màu

 Theo kích thước hạt

 Theo mức độ kết tinh

 Theo GT BM: Hạt lớn (>5mm); hạt vừa (5-2mm); hạt

 Kiến trúc toàn tinh: Các khoáng vật đều kết tinh, có mặt phân tách rõ rệt, có thể thấy bằng mắt thường

nhỏ (2-0,2mm); hạt mịn (<0,2mm)

 Theo Tony Waltham: Hạt lớn (>2mm); hạt vừa (0,1-

2mm); hạt mịn ( <0,1mm)

 Kiến trúc ban tinh (poocfia): một số khoáng vật lớn nổi lên trên nền các tinh thể hạt nhỏ hoặc không kết tinh

 Theo mức độ đồng đều giữa các hạt

 Kiến trúc ẩn tinh: các khoáng vật kết tinh hạt bé,

 Kiến trúc hạt đều: khi các hạt có kích thước gần như

không thấy được bằng mắt thường

nhau

 Kiến trúc thủy tinh: các khoáng vật không kết tinh,

 Kiến trúc hạt không đều: khi các hạt to nhỏ khác

ở dạng vô định hình

nhau

III. Kiến trúc, cấu tạo của đá magma 1. Kiến trúc đá: hình dáng, kích thước của các tinh thể khoáng vật, quan hệ giữa chúng với nhau và với thủy tinh (từ điển Bách khoa toàn thư) Kiến trúc bao gồm những dấu hiệu quy định bởi trình độ kết tinh, kích thước, hình dáng của các tinh thể, quan hệ tương hỗ giữa chúng với nhau và giữa chúng với thủy tinh

4

Kiến trúc ban tinh (poocfia)

Kiến trúc toàn tinh

Khoáng vật nền Khoáng vật kết tinh

Kiến trúc ẩn tinh Kiến trúc thủy tinh

Ẩn tinh

Toàn tinh

Thuỷ tinh

Ban tinh

Mức độ kết tinh Theo kích thước hạt khoáng vật

5

2. Cấu tạo:

Theo mức độ lỗ hổng

Cấu tạo là toàn bộ các dấu hiệu về cấu trúc của đá

 Cấu tạo đặc sít: trong đá không có lỗ rỗng

hoặc quặng, do sự sắp xếp và phân bố các khoáng vật

 Cấu tạo lỗ rỗng: trong đá tồn tại các lỗ rỗng

 Cấu tạo xốp: trong đá tồn tại rất nhiều lỗ rỗng

tạo nên (từ điển Bách khoa toàn thư)  Theo sự định hướng của các thành phần khoáng vật

 Cấu tạo hạnh nhân: các lỗ rỗng được lấp đầy

trong không gian

bởi khoáng vật thứ sinh

 Cấu tạo khối (cấu tạo đồng nhất): theo bất kỳ hướng

nào, thành phần khoáng vật của đá cũng như nhau

 Cấu tạo dòng (cấu tạo dải): khoáng vật tập hợp theo

dạng dải vì được định hướng theo sự di chuyển của

dòng dung nham

Thế nằm của đá là vị thế phân bố trong không gian của lớp đá, của thể địa chất (VD: thế nằm ngang, thế nằm nghiêng), hoặc mối tương quan trong phân bố của chúng với các lớp hoặc ác đá xung quanh (VD: thế nằm chỉnh hợp, thế nằm bất chỉnh hợp) (từ điển Bách khoa toàn thư)  Thế nằm của đá xâm nhập

 Dạng nền: kích thước rất lớn, đá vây quanh không bị biến

đổi thế nằm, ranh giới dưới không xác định được

 Dạng nấm: dạng hình nấm, kích thước nhỏ hơn dạng nền,

đá vây quanh phía trên bị uốn cong

 Dạng mạch: do magma xâm nhập vào các khe nứt, cắt qua

tầng đá vây quanh, kéo dài

 Dạng lớp: do magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp đá có

trước, đông cứng như một lớp đá vây quanh

 Thế nằm của đá phun trào

IV. Thế nằm của đá magma

Dạng dòng Dạng vòm

Dạng lớp phủ

 Dạng vòm: khi magma nhớt, đông cứng ngay tại chỗ phún xuất  Dạng dòng chảy: khi địa hình thuận lợi, magma linh động chảy

thành dòng

 Dạng lớp phủ: khi magma phun theo hệ thống khe nứt, phủ

trên diện rộng

Thế nằm của đá magma

Đá magma xâm nhập

Đá magma phun trào

Dạng vòm Dạng lớp phủ Dạng dòng chảy

Dạng nền Dạng nấm Dạng mạch Dạng lớp

Dạng nền

Dạng mạch

Dạng lớp

Dạng nấm

6

Thế nằm dạng mạch của đá xâm nhập Thế nằm dạng lớp của đá magma xâm nhập

Thế nằm đá magma phun trào, dạng lớp phủ, khi magma phun theo hệ thống kẽ nứt kéo dài, phủ trên diện rộng

Thế nằm dạng vòm của đá phun trào Thế nằm dạng lớp phủ

 Photograph by J.D. Griggs

on 31 January 1984

 Basalt lava erupts from Pu`u `O`o spatter and cinder cone at Kilauea Volcano, Hawai`i. Lava spilling from the cone has formed a series of `a`a lava channels and flows.

Thế nằm dạng lớp phủ Thế nằm dạng dòng chảy

7

Granite—light-colored plutonic rock—is the

signature stone of Joshua Tree National Park.

Đây là khối granite ở công viên quốc gia Joshua Tree. Nó là đá xâm nhập hay phun trào?

Phần đá màu hồng là đá magma. Hỏi, nó là đá xâm nhập hay phun trào? Trên cơ sở nào, bạn chọn phương án trả lời đó?

Mối liên quan giữa điều kiện hình thành và kiến trúc của đá

Mức độ kết tinh của khoáng vật phụ thuộc điều kiện

Thế nằm dạng mạch của đá xâm nhập

Sự liên quan giữa điều kiện hình thành và kiến trúc của đá

Tên đá

Thế nằm

Kiến trúc

Điều kiện hình thành

ĐK nguội lạnh

Kích thước hạt

nhanh

Rhyolite

Basalt

phun trào

<0⋅1 mm

đông nguội của dung nham  Ở dưới sâu do tính dẫn nhiệt của đá kém, quá trình đông nguội của dung nham kéo dài, các tinh thể có đủ thời gian để lớn lên. Do vậy, đá xâm nhập thường có kiến trúc toàn tinh hạt lớn và đều hạt

vòm (rhyolit) lớp phủ (basalt)

thuỷ tinh, ẩn tinh hạt mịn

Porphyry Dolerite Xn nông

dạng mạch

vừa

0⋅1–2 mm

ban tinh hạt vừa

Granite

Gabbro Xn sâu

dạng nền

chậm

>2 mm

toàn tinh hạt thô

50% basic lỏng tối nhanh

70% acid nhớt sáng chậm

lượng SiO2 loại đá độ nhớt màu sắc khả năng bị phong hoá

 Ở gần mặt đất và trên mặt đất, điều kiện tỏa nhiệt tốt và áp suất thấp nên dung nham nguội lạnh rất nhanh, các tinh thể không kịp hình thành, chỉ hình thành các tinh thể nhỏ hoặc chỉ kết tinh được một số khoáng vật có nhiệt độ kết tinh cao. Do vậy, kiến trúc ẩn tinh, thủy tinh, poocfia đặc trưng cho xâm nhập nông và đá phun trào, đặc biệt kiến trúc thủy tinh thường thấy khi dung nham phun trào ở đáy biển

8

Hình ảnh một số loại đá magma

Một số hình ảnh đá magma

Một mẫu đá basalt nhìn gần

Đá basalt ngoài thực địa

Basalt: a fine-grained igneous rock that is usually black in color. The specimen shown is about two inches (five centimeters) across.

Porphyry is a name used for any igneous rock with conspicuous larger grains floating in a fine- grained groundmass.

Rhyolite is a light-colored, fine- grained, extrusive igneous rock that typically contains quartz and feldspar minerals.

Một số hình ảnh đá magma

Ý nghĩa của việc nghiên cứu thế nằm đá magma trong xây dựng công trình thủy lợi

 Ảnh hưởng đến tính ổn định của công trình

 Ảnh hưởng đến tính thấm nước của đất đá

 Ảnh hưởng đến khả năng khai thác các loại vật liệu

xây dựng thiên nhiên…



Granite is a coarse-grained, light- colored plutonic rock, composed mainly of quartz and feldspar with minor amounts of micas, amphiboles and other minerals.

Gabbro is a coarse-grained, dark colored, intrusive igneous rock that contains feldspar, augite and sometimes olivine. The specimen shown is about two inches (five centimeters) across

 Đọc giáo trình kết hợp các slides tìm kiếm các thông

Yêu cầu

§1.2. ĐÁ TRẦM TÍCH

tin:  Giải thích sự hình thành của đá magma  Ảnh hưởng của điều kiện hình thành đến các đặc trưng (kiến trúc, cấu tạo, thế nằm) và tính chất của đá

 Các đặc trưng: thành phần khoáng vật, kiến trúc,

cấu tạo, thế nằm của đá

 Giải thích được sự ảnh hưởng của thành phần khoáng

vật đến các đặc trưng, tính chất của đá.

9

Sự hình thành đá trầm tích I. 1. Định nghĩa

Nội dung nghiên cứu: 1.Sự hình thành đá trầm tích 2.Phân loại đá trầm tích 3.Thành phần khoáng vật tạo của đá trầm tích 4.Cấu tạo, kiến trúc đá trầm tích 5.Thế nằm của đá trầm tích

Đá trầm tích là loại đá được hình thành trên bề mặt đất, do quá trình trầm đọng và tích tụ các loại vật liệu phá hủy từ đá có trước hoặc do tích đọng xác sinh vật. 2. Quá trình hình thành đá trầm tích: • Trầm đọng từ mảnh vụn phong hóa - Giai đoạn phá hủy đá có trước, tạo vật liệu trầm tích - Giai đoạn vận chuyển và trầm đọng - Giai đoạn keo kết, hóa đá • Trầm đọng do kết tủa: đá vôi, dolomite, thạch cao… • Trầm đọng từ xác sinh vật: than đá, san hô, đá vôi vỏ

sò…

и trÇm tÝch

TrÇm tÝch vôn c¬ häc

TrÇm tÝch sinh hãa

TrÇm tÝch mÒm rêi

TrÇm tÝch hãa häc

TrÇm tÝch sinh häc

TrÇm tÝch vôn keo kÕt

a. Trầm đọng từ mảnh vụn phong hoá Vật liệu vận chuyển: hoà tan, lơ lửng, xô lăn, kéo lê Trầm đọng theo quy luật tuyển lựa theo đường kính hạt: Vận chuyển càng đi xa kích thước hạt trầm đọng càng nhỏ dần, hạt càng tròn cạnh

®Êt dÝnh

®Êt kh«ng dÝnh

10

Các quá trình phát triển trong giai đoạn hoá đá để hình thành đá trầm tích

(3) Angularity or roundness (antonym) is a measure of the distance of transportation

Xảy ra 3 quá trình chuyển hoá để hoá đá:  Nén chặt  Keo kết xi măng hoá

 Vật chất xi măng: silic, oxyd sắt, calcite, sét,

trong đó silic là chất gắn kết tốt nhất

 Kết tinh Làm cho đất mềm rời biến thành đá: cuội, sỏi, cát, bột, sét  cuội kết, sỏi kết, cát kết, bột kết, sét kết

Lignite – than non Anthracite – than đá

tích hoá học: Trong các vùng biển kín do bốc hơi (evaporation), nồng độ muối tăng và kết tủa. Nước biển từ đại dương tiếp tục bổ sung (mũi tên trắng - số 2) và cứ như vậy theo thời gian, tích đọng nên những lớp trầm tích dày (evaporite sediment). Muối mỏ, thạch cao được hình thành như vậy.

b. Trầm đọng do kết tủa  Sự hình thành trầm c. Trầm đọng từ xác sinh vật  Sự hình thành trầm tích sinh vật

 Trung gian giữa trầm tích vụn rời và trầm tích hoá học:

 sét vôi  vôi sét

 Trung gian giữa trầm tích vụn rời và trầm tích sinh vật:

 bùn  than bùn

Một số loại trung gian

11

1. Trầm tích mềm rời: cuội, sỏi, cát, bột (bụi), sét

2. Trầm tích keo kết: cuội kết, sỏi kết, cát kết, bột

kết, sét kết

3. Trầm tích hoá học: đá vôi, đôlômit, thạch cao,

muối mỏ

4. Trầm tích sinh vật: than đá, san hô, đá vôi vỏ sò

5. Một số loại trung gian (hổn hợp): sét vôi, vôi

sét, bùn, than bùn

II. Phân loại đá trầm tích

CONGLOMERATE AT BUKIT KELUANG

69

Đá bột kết

Than đá

Đá dolomite

Đá vôi san hô

III. Thành phần khoáng vật của đá trầm tích 1. Khoáng vật tàn dư: các khoáng vật của đá có trước còn giữ lại chưa bị biến đổi, thường là các khoáng vật trong các mảnh vụn của trầm tích vụn cơ học.

2. Khoáng vật thuần túy: là các khoáng vật hình thành do sự kết tủa từ dung dịch thật. VD: thạch cao, halite, opan. Thường là thành phần của trầm tích hóa học và chất xi măng gắn kết trong trầm tích keo kết

3. Khoáng vật thứ sinh: là những khoáng vật sinh ra từ những khoáng vật có trước do biến đổi hóa học.

12

Thành phần

Vai trò trong đá

Tên khoáng vật

Loại khoáng vật

kv của mãnh vụn kv của mãnh vụn kv sét

Thạch anh Muscovite Montmorillonite

kv tàn dư kv tàn dư kv thứ sinh

SiO2 KAl2[AlSi3O10] (OH)2 (Na,Ca)0.3(Al,Mg)2Si4O10(O H)2 · nH2O Al4Si4O10(OH)8 KAl4[AlSi7O20] (OH)4 CaCO3 CaMg(CO3)2 CaSO4.2H2O

kv sét kv sét tt. hoá học, chất xm tt. hoá học,chất xm tt. hoá học,chất xm

Kaolinite Illite Calcite Dolomite Thạch cao

kv thứ sinh kv thứ sinh kv thuần tuý kv thuần tuý kv thuần tuý

Trong thành phần của đá trầm tích, ngoài các khoáng vật còn có các hoá thạch

Hoá thạch động vật Một số khoáng vật chính của đá trầm tích

1.

Trầm tích vụn rời - kiểu kiến trúc hạt



Hòn lớn (200mm), hạt dăm (200-20mm), hạt sạn(20-2mm), hạt cát(2-0,05), hạt bột(0,05-0,005), hạt sét(<0,005mm)

2.

Trầm tích keo kết - kiểu kiến trúc keo kết:

IV. Kiến trúc và cấu tạo của đá trầm tích 1. Kiến trúc của đá trầm tích





Hoá thạch thực vật Petrified wood fossil formed through permineralization. The internal structure of the tree and bark are maintained in the permineralization process.

Đặc điểm chung thành phần khoáng vật của đá trầm tích:



3.

• Khoáng vật thuần tuý là khoáng vật nguyên sinh, ngoại sinh • Bền vững trong điều kiện môi trường

http://geology.com/stories/13/petrified-wood/

4.

Keo kết cơ sở: các hạt nằm trong chất gắn kết không tiếp xúc với nhau. Cường độ và tính chất của đá chủ yếu quyết định bởi cường độ và tính chất của xi măng Keo kết lấp đầy: các hạt tiếp xúc nhau, lỗ hổng giữa các hạt được lấp đầy bằng các chất gắn kết Keo kết tiếp xúc: các chất gắn kết chỉ có ở chỗ tiếp xúc giữa các hạt; trong đá có nhiều lỗ hổng Vật chất xi măng gắn kết đá: silic, oxyd sắt, calcite hoặc sét, trong đó silic là chất gắn kết tốt nhất Trầm tích hoá học - kiểu kiến trúc kết tinh Trầm tích sinh vật - gọi theo tên đá

V. Thế nằm của đá trầm tích 2. Cấu tạo của đá trầm tích

1. Thế nằm nguyên sinh: Thế nằm hình thành trong quá

trình trầm đọng

 Dạng lớp nằm ngang hoặc hơi xiên  Dạng lớp vát nhọn, dạng thấu kính  Dạng lớp xiên chéo

Các loại cấu tạo của đá trầm tích bao gồm:

2. Thế nằm thứ sinh: Do chuyển động kiến tạo, đá có thế

nằm nghiêng hoặc uốn cong  Nếp uốn (nếp lồi, nếp lõm)  Phức nếp uốn (phức nếp lồi, phức nếp lõm)  Đơn nghiêng

-Cấu tạo khối: cấu tạo có các hạt tạo đá sắp xếp lộn xộn. Cấu tạo này làm cho đá đồng nhất, bền vững -Cấu tạo lớp: cấu tạo đặc trưng cho đá trầm tích, các lớp có thể khác nhau về thành phần khoáng vật, thành phần hạt, các tạp chất…phát sinh do sự thay đổi trầm tích có chu kỳ hoặc do tích tụ gián đoạn Cấu tạo lớp được mô tả bằng hình vẽ trên, theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống: lớp mỏng; lớp dày; lớp xen kẹp; thấu kính (lense) và bướu nhỏ (nodule); lớp xiên; lớp xiên chéo; gò; phân nhịp

13

 Thế nằm nguyên sinh (nằm ngang) và thứ sinh (nếp

uốn) do vận động kiến tạo

Thế nằm nguyên sinh

Nếp uốn lõm (Syncline, eastern Tennessee) Thế nằm nguyên sinh

Đơn nghiêng Phức nếp uốn

14

Đọc giáo trình kết hợp slides để tìm kiếm các thông tin về:



 Ba cách hình thành đá trầm tích:





Yêu cầu khi học bài đá trầm tích

Các yếu tố thể hiện thế nằm Đường phương: chỉ phương kéo dài của tầng đất đá Đường hướng dốc: chỉ hướng đổ của đá Góc dốc: góc nghiêng của mặt lớp so với mặt phẳng nằm ngang

Đường hướng dốc

 Trầm đọng các mảnh vụn phong hoá  Trầm đọng xác sinh vật  Trầm đọng do kết tủa các muối Xác định được các loại đá được hình thành do 3 cách đó và liên quan với chúng là các đặc điểm về thành phần khoáng vật, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm của từng loại đá. Ví dụ, đá trầm tích vụn rời thì sẽ có khoáng vật tàn dư (của mảnh vụn) và khoáng vật thứ sinh hoặc thuần tuý (của xi măng gắn kết)...

 Hiểu và nhớ được 3 giai đoạn hình thành đá trầm tích keo kết,



phân biệt với 3 quá trình hoá đá của chúng.

 Hiểu được bản chất của quy luật trầm đọng tuyển lựa theo đường

kính hạt.

 Hiểu được thế nằm nguyên sinh và thứ sinh của đá.



Đường dốc

§1.3. ĐÁ BIẾN CHẤT

Nội dung: 1. Sự hình thành đá biến chất 2. Phân loại đá biến chất 3. Thành phần khoáng vật của đá biến chất 4. Kiến trúc và cấu tạo của đá biến chất 5. Thế nằm của đá biến chất 6. Một số loại đá biến chất chính

http://www.flickr.com/photos/29261553@N08/2846226863/lightbox/

Metamorphic Rock (đá biến chất)

 Khi khối magma đi lên mất nhiệt, đá vây quanh bị nung

1. Sự hình thành đá biến chất a. Biến chất tiếp xúc: do tác nhân nhiệt độ gây ra

"Meta"= Change "Morph"= form Đá biến chất được hình thành trong lòng đất do biến

•

nóng, xảy ra các quá trình hoá lý làm biến chất đá

chất các đá có trước dưới tác dụng của các tác nhân:

 Biến chất tiếp xúc chỉ xảy ra ở chỗ tiếp xúc của đá vây

+ Nhiệt độ

+ Ứng suất

quanh với khối magma. Càng ra xa mức độ biến chất

+ Áp suất

+ Dung dịch thuỷ nhiệt

càng giảm, hình thành nên một đới biến chất xung quanh

Kết quả làm thay đổi thành phần khoáng vật, kiến trúc

•

khối magma dày từ vài cm đến vài km.

và cấu tạo

 Quá trình biến chất bắt đầu ở nhiệt độ trên 2000C với sự

•

Có 4 quá trình biến chất:

phá vỡ mạng tinh thể để hình thành khoáng vật mới. Quá

a. biến chất tiếp xúc

c. biến chất động lực

trình kết thúc ở nhiệt độ trên 600-12000C khi nóng chảy

b. biến chất khu vực

d. biến chất thủy nhiệt

hoàn toàn

15

High T, Low P Metamorphism

Chiều dày đới biến chất phụ thuộc kích thước và nhiệt độ khối xâm nhập

Contact Metamorphism

tăng đồng thời nhiệt độ cũng tăng gây biến chất đá  Càng vào tâm khu vực nén ép, biến chất càng tăng  Đá nguyên thủy bị cà nát, chỉ thay đổi kiến trúc, cấu tạo mà không biến đổi về thành phần khoáng vật cũng như thành phần hóa học

c. Biến chất động lực: tác nhân là áp suất và nhiệt độ  Ở các vùng kiến tạo tạo núi, do lực ép kiến tạo, áp suất

 Xảy ra trên bề mặt các kẽ nứt đá ở khu vực gần các khối

 Càng xuống sâu mức độ biến chất càng tăng

magma, phạm vi biến chất không lớn

b.Biến chất khu vực: tác nhân gây biến chất là nhiệt độ và áp suất  Theo độ sâu T, P đều tăng, đạt ngưỡng nào đó sẽ gây biến chất đá  Độ nhiệt cấp trung bình 33m/10C, mang tính khu vực  độ sâu biến chất khác nhau theo từng khu vực d. Biến chất thuỷ nhiệt  Khi các khí và dung dịch từ khối magma xâm nhập vào đá, xảy ra sự thay thế các nguyên tố trong các khoáng vật tạo đá làm biến chất đá

Độ dài mũi tên biểu diễn độ lớn của áp lực

 REGIONAL

Foliation

METAMORPHISM occurs during the formation of mountain ranges. As tectonic plates collide and converge, compressive stresses result in folding of rock and thickening of the crust, tends to push rocks to deeper levels. There they are subjected to higher temperatures and pressures.

Bản chất của quá trình biến chất  Sắp xếp, định hướng lại các khoáng vật  Phân phiến  Kết tinh, hình thành khoáng vật mới  Tái kết tinh

16

 Khoáng vật tàn dư: khoáng vật của đá ban đầu

không bị biến đổi trong quá trình biến chất

 Khoáng vật thuần túy: hình thành trong quá trình

biến chất – là các khoáng vật nội sinh.

 Đặc điểm của khoáng vật của đá biến chất:

 Cường độ cao

 Kém ổn định trong điều kiện môi trường

2. Thành phần khoáng vật của đá biến chất Một số khoáng vật chính

 Thông thường tỷ trọng cao, không chứa nước hoặc

nghèo nước

Tên khoáng vật Thạch anh Fendspar Muscovite Biotite Chlorite Epidote Công thức SiO2 (K,Na,Ca)(AI,Si)4O8 KAl2AlSi3O10(OH)2 K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 Mg5AI2Si3O10(OH)8 Ca2(AI,Fe)3Si3O12.OH

3. Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất Kiến trúc  Kiến trúc biến tinh, tái kết tinh: các khoáng vật đá ban đầu có thể được kết tinh (trường hợp biến chất từ đá trầm tích gắn kết) hoặc tái kết tinh (đối với đá magma và trầm tích hóa học). Sự kết tinh này của khoáng vật xảy ra ở trạng thái cứng, còn khi ở nhiệt độ cao nhất thời có thể xuất hiện các vùng nóng chảy cục bộ rồi sau đó xảy ra sự kết tinh và sắp xếp lại các tinh thể khoáng vật. VD: đá hoa, Quartzite

Thành phần kv, loại đá biến đổi theo mức độ biến chất Khoáng vật, mức độ biến chất, các tướng biến chất theo chiều sâu. Càng xuống sâu, P,T càng tăng, mức độ biến chất tăng từ phiến sét (Slate) đến gneiss, migmatite

 Kiến trúc vảy: đặc trưng cho đá có khoáng vật dạng vảy, dạng phiến được định hướng theo một phương nào đó. Kiến trúc này đặc trưng cho các loại đá phiến và thường kém ổn định khi chịu phong hóa

Một số cấu tạo của đá biến chất:

Cấu tạo • Cấu tạo phân phiến: gây ra do sự định hướng của khoáng vật dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh trong quá trình tái kết tinh đá. Các khoáng vật dạng tấm, dạng vảy sẽ sắp xếp để phương kéo dài của tinh thể vuông góc với phương áp lực

• Cấu tạo không phân phiến (cấu tạo khối): các khoáng vật phân bố đồng đều trong đá. Cấu tạo khối có ở đá có thành phần tương đối đồng nhất và trong quá trình biến chất vẫn giữ nguyên được đặc tính đó

17

nhóm lớn:

1. Đá phân phiến 2. Đá không phân phiến

 Dựa vào họ khoáng vật tạo đá chia làm 8 nhóm đá  Dựa vào khoáng vật chủ đạo để phân biệt loại đá

khác nhau trong nhóm

Bảng phân loại đá biến chất 4. Phân loại đá biến chất  Dựa vào cấu tạo (tính phân phiến) chia làm 2

Ví dụ: nhóm đá phiến có phiến mica, phiến chlorite...

Thế nằm của đá biến chất giống thế nằm của đá ban

đầu đã tạo nên nó, phụ thuộc vào loại biến chất:

 Đá biến chất tiếp xúc: dạng đới bao quanh

 Đá biến chất động lực: dạng tuyến dọc theo đứt gãy

 Đá biến chất khu vực: giữ nguyên thế nằm của đá

ban đầu

 Marble is a non-foliated metamorphic rock that is produced from the metamorphism of limestone. It is composed primarily of calcium carbonate

6. Một số loại đá biến chất 5. Thế nằm của đá biến chất

18

Dăm kết kiến tạo

 Quartzite is a non-foliated metamorphic rock that is produced by the metamorphism of sandstone. It is composed primarily of quartz.

Amphibolite Amphibolite forms when basaltic rock is subjected to higher temperatures (550– 750°C) and slightly greater pressure. Usually it's a hornblende schist

 Hornfels is a fine-grained nonfoliated metamorphic rock with no specific composition. It is produced by contact metamorphism. Hornfels is a rock that was "baked" while near a heat source such as a magma chamber, sill or dike.

Gneiss is foliated metamorphic rock that has a banded appearance and is made up of granular mineral grains. It typically contains abundant quartz or feldspar minerals. The specimen shown above is about two inches

 Phyllite is a foliate metamorphic rock that is made up mainly of very fine-grained mica. The surface of phyllite is typically lustrous and sometimes wrinkled. It is intermediate in grade between slate and schist

19

 Schist is metamorphic rock with well developed foliation. It often contains significant amounts of mica which allow the rock to split into thin pieces. It is a rock of intermediate metamorphic grade between phyllite and gneiss. It is about two inches (five centimeters) across

Schist is metamorphic rock with well developed foliation. The specimen shown above is a "garnet schist" because it contains a significant amount of garnet. The small crystals visible in the rock are small red garnets. It is about two inches across.

 Các quá trình biến chất đá, các tác nhân gây biến chất;

 Sự khác biệt giữa phân loại quá trình biến chất đá và

phân loại đá biến chất;

 Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất;

 Thế nằm của đá biến chất. Kể được tên và hiểu được

đặc điểm của các khoáng vật của đá biến chất.

 Schist is metamorphic rock with well developed foliation. The specimen

shown above is a "chlorite schist" because it contains a significant amount of chlorite. It is about two inches across

Một số yêu cầu khi học bài đá biến chất

Nội dung:

§1.4. ĐỊA TẦNG VÀ THỜI GIAN ĐỊA CHẤT

1.Tuổi của đất đá và hiện tượng địa chất 2.Phân chia địa tầng 3.Chỉnh hợp và bất chỉnh hợp 4.Thời gian địa chất – Niên biểu địa chất

20

 Tuổi của đất đá: Là khoảng thời gian từ khi

1. Tuổi của đất đá và hiện tượng địa chất: Địa tầng học là một chuyên ngành trong địa chất chuyên nghiên cứu phân chia đất đá của vỏ quả

đất đá thành tạo đến nay

 Đá magma: từ khi dung nham đông cứng

 Đá trầm tích: từ khi bắt đầu trầm đọng

 Đá biến chất: từ khi các nhân tố biến chất bắt

đầu tác dụng

 Tuổi của hiện tượng địa chất là khoảng thời gian

từ khi tác nhân gây hiện tượng bắt đầu tác động

đất thành các đơn vị địa tầng thông qua các dấu hiệu nhận biết, mô tả, trật tự sắp xếp không gian của chúng. Các đơn vị địa tầng được phân chia là các thành tạo theo thời gian

Tuổi của đất đá?

a. Cách xác định tuổi tương đối theo phương

Các phương pháp xác định tuổi:



pháp địa tầng:

Xác định tuổi tuyệt đối - Phương pháp đồng vị

206

208

phóng xạ:

T



Pb U

Pb  38,0

Th





Xác định tuổi tương đối:

a.

Phương pháp địa tầng

b.

Phương pháp cổ sinh

c.

Phương pháp thạch học

8

9

10 11

15

14

13

12

 Đá trầm tích và magma phun trào: thành tạo trước có tuổi già hơn  nằm dưới  Đá magma xâm nhập: đá bị xâm cổ hơn đá xâm nhập  Đá biến chất: Đá bị biến chất cổ hơn đá gây biến chất  Khe nứt, đứt gãy: trẻ hơn tầng đá bị cắt qua

6

7

5

4

3

2

1

Phương pháp địa tầng - Mở rộng phương pháp địa tầng để xác định tuổi của các đứt gãy kiến tạo

21

 Tuổi của đá bằng tuổi của hoá thạch chứa trong

b. Cách xác định tuổi tương đối theo phương pháp cổ sinh:

 Hoá thạch dùng để xác định tuổi của đá gọi là hoá

tầng đá đó

 Phương pháp cổ sinh chỉ áp dụng cho đá trầm tích

thạch chỉ đạo

các đơn vị địa tầng (còn gọi là phân vị địa tầng).

 Đơn vị phân chia là thành hệ và hệ tầng



Thành hệ là một thể trầm tích phát triển liên tục được

 Nếu hai tầng có cùng các đặc trưng thạch học thì

2. Phân chia địa tầng  Là sự phân chia các thành tạo đất đá của một khu vực thành c. Cách xác định tuổi tương đối theo phương pháp thạch học:  So sánh tầng cần xác định tuổi với tầng đã biết tuổi

phân biệt với nhau bằng sự gián đoạn kiến tạo – bào

mòn. Thành hệ được chia nhỏ thành các hệ tầng.

 Hệ tầng là một tập hợp thành tạo trầm tích được đặc

 Tầng được chọn đã biết trước tuổi gọi là tầng đánh dấu (có tính chất đặc biệt về thành phần, màu sắc, bề dày…)

trưng bởi tính đồng nhất của đất đá trong tập hợp ấy.

 Ranh giới giữa các thành hệ và hệ tầng không nhất thiết

phải trùng với các phân vị cơ bản của thang địa tầng

có tuổi bằng nhau

 Để giúp phân chia địa tầng cần hiểu khái niệm chỉnh

hợp và bất chỉnh hợp

 Đối với đá trầm tích, tương quan giữa các lớp đá có

thể là chỉnh hợp hoặc bất chỉnh hợp

 Chỉnh hợp là quá trình trầm đọng các lớp đá liên tục

theo thời gian

 Bất chỉnh hợp là trong quá trình trầm đọng có sự gián

đoạn trong một khoảng thời gian nhất định

3. Chỉnh hợp và bất chỉnh hợp

22

A, B, C, E, F: các lớp đá trầm tích D, G: đá magma xâm nhập H: bề mặt bất chỉnh hợp Xác định thứ tự hình thành?



Lịch sử địa chất rất lâu dài, không thể dùng đơn vị “năm” để nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm về “niên biểu địa chất” Cơ sở phân chia:







Hoạt động địa chất Đặc điểm địa lý Sự phát triển của thế giới sinh vật



Phân chia thành các đơn vị thời gian  thang thời gian:

- Đại (5 đại) - Thế

- Kỷ (12 kỷ) - Kỳ

4. Thời gian địa chất – Niên biểu địa chất 

Kỷ

Đại

Sinh vật điển hình

Thời gian địa chất Thời gian (triệu năm)

Hoạt động Kiến tạo

Con người

0-2

Đệ tứ - Q

2-26

Neogen - N

Đv có vú, chim, cá

Tân sinh Kainozoi - KZ

Chu kỳ Anpi

26-66

Paleogen - P

66-144

Kreta - K



144-208

Jura - J

Trung sinh Mezozoi - MZ

Chu kỳ Kimmeri

ĐV: cá, chim, bò sát TV: thông, tuế, tùng, dương xỉ, cây có hoa

208-245

Triat - T

245-286

Pecmi - P



Mối quan hệ giữa thời gian địa chất và thang địa tầng Trong một đơn vị thời gian trong lịch sử địa chất  sẽ được trầm đọng một tầng đất đá (một đơn vị địa tầng)  thang địa tầng tương ứng với thang thời gian. Các đơn vị trong thang địa tầng lấy tên của đơn vị trong thang thời gian tương ứng Niên biểu  Thang địa tầng

286-360

Cacbon - C

Chu kỳ Hecxini

360-408

Devon - D

thực vật lộ trần, hoa hạt trần ĐV: ruột khoang, tay cuộn trùng lỗ, lưỡng cư

Cổ sinh Paleozoi - PZ

408-438

Silua - S

438-495

Ocdovic - O

Chu kỳ Caledoni

thực vật cấp thấp, ĐV không xương sống bọ 3 thùy, bọ khung cứng

495-545

Cambri - €

Đại  Giới Kỷ  Hệ Thế  Thống Kỳ  Bậc

545-2500

Nguyên sinh Proterozoi - PR

Tảo, vi khuẩn bọ khung cứng

Tiền Cambri

2500-4600

bắt đầu xuất hiện

Thái cổ Ackeozoi - AR

23

 Các loại tuổi, các phương pháp xác định tuổi tuyệt

đối và tương đối;

 Các đơn vị của thang địa tầng, của thang thời gian,

tên gọi của các đơn vị của các thang đó, mối quan hệ

giữa thang địa tầng và thang thời gian;

 Cần hiểu được các quan hệ chỉnh hợp và bất chỉnh

hợp của đá trầm tích, các khái niệm tầng đánh dấu và

hóa thạch chỉ đạo trong các phương pháp xác định

tuổi tương đối.

Các yêu cầu khi học bài này

24